专利名称：制造磁共振成像系统的磁极片的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及成像系统，更具体地说，涉及用于磁共振成像(MRI)系统的磁极片。
背景技术：
至少一些已知的MRI系统包括磁极片和磁体，用来产生磁场，所述磁场通过磁极片加到成像容积上，例如患者身上。但当把快速时变磁场加到磁极片上时就会发生问题。更具体地说，由于磁极片是由导电材料制成，在MRI系统工作时，就会产生涡流，这种涡流会产生与外加磁场相反的磁场。
更具体地说，施加快速时变磁场也会导致在磁极片中感生剩余磁场或二次磁场，在去除施加磁场后，所述二次磁场依然存在。涡流和剩余磁化强度均会使外加磁场失真，导致由外加磁场形成的图像亦失真。
于是，为便于改进MRI系统的工作，至少一些已知的MRI系统包括有助于降低外加磁场失真的磁极片。但这种磁极片一般用不太容易获得的昂贵材料制成。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供一种包括至少一个磁极片的成像系统。所述至少一个磁极片包括至少两个堆叠在一起的晶粒取向片，其中所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。
在本发明的另一个方面中，提供一种磁共振成像(MRI)系统。所述MRI系统包括至少一个磁极片。所述至少一个磁极片包括多个构件。每个所述构件中包括至少两个晶粒取向片，其中，所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。
在本发明的又一个方面中，提供用于磁共振成像(MRI)系统的至少一个磁极片的制造方法。所述方法包括制造至少两个晶粒取向片，其中，所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。所述方法还包括将所述至少两个晶粒取向片结合在一起形成用于MRI系统的磁极片。
图1是包括至少一个磁极片的磁共振成像(MRI)系统的示范实施例的方框图。
图2示出用来制造可以用于图1的MRI系统中的磁极片的各种材料的示范的磁滞效应。
图3示出可以在图1的MRI系统中实施的磁极片构件的示范实施例的等角视图。
图4示出图3所示构件的又一实施例的等角视图。
图5示出可以在图1所示的MRI系统中实施的磁极片构件的又一实施例的等角视图。
图6示出图5所示构件的又一实施例的等角视图。
图7示出可以在图1所示的MRI系统中实施的磁极片构件的又一实施例的等角视图。
图8示出图7所示构件的又一实施例的等角视图。
图9示出磁极片的示范的实施例，其中构件堆叠在磁极片底板上。
图10示出构件堆叠在磁极片底板上的磁极片的又一实施例。
零件表
具体实施方式
图1示出包括至少一个磁极片36和38的磁共振成像(MRI)系统10的示范实施例的方框图。在所述示范实施例中，MRI系统10具有两个平板磁轭14和16以及至少两个园柱磁轭18和20。在另一实施例中，MRI系统10包括“C”形磁轭。MRI系统10包括磁体24和26，磁体24和26这样固定在磁轭表面上，使得穿过磁体24和26中心的线35基本上垂直于磁体24和26。磁极片底板28和30以及支承环32和34固定在各自的磁体24和26上。磁极片36和38固定在磁极片底板28和30以及支承环32和34上。磁体24和26可以包括(但不限于)永久磁铁(例如RFeB、RCoFeB，或SmCo磁铁，其中R为稀土元素)、电磁铁(例如包在磁芯周围的导电或超导线圈)和/或永久磁铁和电磁铁的组合。磁极片36和38包括构件40(例如块)，以片的堆叠的形式形成所述构件，以下将详述。在磁极片36和38之间形成间隙42，待成像的成像体积(例如身体部分)被插入到间隙42中。
MRI系统10包括梯度线圈和/或填隙片44和46。此外，MRI系统10还可以任选地包括绝缘的低导磁率层，例如Bakelite、合成树脂、木头或陶瓷，设置在磁极片底板28或30以及构件40之间，以利于降低磁极片36或38中的涡流和剩余磁化强度。此外，每个构件40由多个块构成(以下说明)，其中每个块由多片或多个叠层结构构成(以下说明)。将每个构件分成多个块和多片有助于减小涡流。MRI系统10还包括电子线路44和显示器46。电子线路44包括控制系统、发送器、接收器、成像器或存储器。
磁激励线圈(未示出)产生磁通量B0，它被引导通过磁极片36和38。梯度线圈44和46产生随时间改变的磁通量B，当它与磁通量B0组合时，就在成像容积上形成磁场梯度。磁通量B0通过成像容积后通过磁轭14、16、18和20。
梯度线圈44中有电流I流过，其方向如图1所标示。电流I产生磁通量B，磁通量B穿过回路的中心并且感生涡流I’，如虚线所示。涡流I’产生与磁通量B相反的另一磁通量，因而降低了磁通量B的效果并在磁通量B和磁场梯度中引起扰动。在具有有限导电率的结构中，涡流I’重新分布，并随时间衰减，在由MRI系统10产生的取决于均匀磁场梯度的图像中产生非自然信号。通常，结构的表面积越大，涡流I’衰减的时间越长。将构件40分成块(它们可以部分重叠或者可以不部分重叠)，并将这些块分成多片，可以加速涡流I’的衰减。
图2示出制造磁极片36和38所用各种材料的示范磁滞效应。当磁场H作用在材料上例如磁性材料上时，磁场H在材料中引起一定程度的磁化。而且，当材料例如永久磁铁置于磁场H中时，用路径60表示正方向的结果磁化强度M。当在与正方向相反的方向上施加磁场H时，磁化强度M沿路径62变化。路径62通过M轴时材料的磁化强度M称为材料的剩余磁化强度，在图2中以点64表示。材料的矫磁力是材料的磁化强度M与H轴交叉处的H值，在图2中以点65表示。以轨迹66和68表示另一磁性材料。路径66和68示出较低的剩余磁化强度70。相对来说，与路径66和68比较，路径60和62表示一种“较硬”的磁性材料。
剩余磁化强度是由材料例如磁性材料的矫顽效应产生的。在去除磁场元件时，矫顽效应控制磁化的松弛到均衡状态。
在材料例如磁性材料的任一区域中，局部磁化处于其最大或“饱和”值。磁化强度完全平行的个局部区域称为磁畴。磁畴之间的磁化方向显著不同的薄分隔区域称为畴壁。作为外加磁场的结果的平均磁化的改变可以是由畴壁的移动引起的。或者，作为外加磁场的结果的平均磁化的改变可以是由畴壁的转动引起的。畴壁的移动可能因材料中的缺陷，例如孔洞、杂质以及小晶粒的边界等，受到阻碍。在外加磁场改变时畴壁障碍导致磁滞。由剩余磁化强度产生的外部磁场会干扰MRI系统10中的成像磁场，使之偏离所需数值，产生成像非自然信号。
畴壁的移动也会因局部磁化改变而产生的局部涡流受到阻尼。当接通外加磁场时，阻尼效应导致磁化改变的延迟，当去除外加磁场时，阻尼效应也会导致磁化的松弛。延迟可以进行补偿以便将成像非自然信号减至最小。至少一些已知的成像系统对延迟作了补偿，但费用昂贵。不过此文说明的系统和方法便于提供一种价廉的磁极片，有助于以合理的成本获得可以接受的图像质量。
在磁性材料的片材中(以下说明)，矫顽力取决于磁通量B0的方向。矫顽力最低的方向称为“容易方向”，以下称为“易磁化”方向。方向性可以由于在制造磁极片时辊轧处理、拉伸应变片材、在外加磁场中退火片材或其它制造过程而引发。垂直于“易磁化”方向的方向通常具有比最低矫顽力更高的矫顽力。
可以将材料制成非定向形式(以下说明)，这种形式在易磁化方向可以提供比晶粒取向材料(以下说明)所提供的最低矫顽力更高的矫顽力。例如，变换器片所用的晶粒取向Si-Fe在易磁化方向具有0.1奥斯特的矫顽力，而非定向Si-Fe材料可具有0.5奥斯特的矫顽力。晶粒取向Si-Fe中的最高矫顽力稍高于非定向Si-Fe材料中的最高矫顽力，使晶粒取向Si-Fe成为MRI磁极面应用的一种优选材料。
图3示出可在MRI系统10中实施的磁极片构件80的示范实施例的等角视图。构件80包括两片82和84。片82的易磁化方向基本上垂直于线35(示于图1)。各片的易磁化方向以片中所画的线来表示，与片中结晶结构的取向相同。片84的易磁化方向基本上垂直于线35，而且也基本上垂直于片82的易磁化方向。于是，片82中具有的移动畴壁的矫顽力低于片84中具有的矫顽力。例如，在一个实施例中，片82中具有的矫顽力为0.1奥斯特，而在片84中具有的矫顽力在0.4和0.5奥斯特之间。
片82和84各用具有晶粒取向结晶结构的材料制成。例如，在一个实施例中，片82用以下材料制成，例如包括(但不限于)铁铝合金、铁铝硅组合、镍铁组合或铁硅组合。片84可用与片82相同或不同的材料制成。片82和84各自涂以树脂或其它粘接剂，然后结合在一起。在涂敷片82和84之后，将片以基本上垂直于线35的方向相互压紧，使之结合在一起。
如果重复这种叠层方式，可将任何数量的片堆叠在一起，形成构件80。例如，可将易磁化方向基本上平行于片82的易磁化方向的第三片以基本上垂直于线35的方向堆叠到片84上。在此实例中，第三片的易磁化方向基本上垂直于片84的易磁化方向。而且，在此实例中，第三片中具有的移动畴壁的矫顽力和片82所具有的矫顽力大致相等。
在另一实例中，将易磁化方向基本上平行于片84的易磁化方向的第四片以基本上垂直于线35的方向堆叠到第三片上。在此实例中，第四片的易磁化方向基本上垂直于片82的易磁化方向。而且，在此实例中，第四片中具有的移动畴壁的矫顽力和片84所具有的矫顽力大致相等。例如，如果在片84中具有的矫顽力在0.4和0.5奥斯特之间，则在第四片中具有的矫顽力也在0.4和0.5奥斯特之间。片82和84，以及第三片和第四片可用任意顺序堆叠。例如，第三片堆叠在片82下方，邻接片82，而第四片堆叠在片84上方，邻接片84。图4示出MRI系统磁极片的构件86的另一实施例的等角视图，其中片82和84以基本上平行于线35的方向堆叠和耦合在一起。应指出，可将任意数量的片堆叠在一起形成构件86，并且如本文所述，在构件86中片堆叠在一起的顺序可各不相同。
图5示出可在MRI系统10中实施的磁极片的构件90的另一实施例的等角视图。构件90包括三片92、94和96。片92的易磁化方向基本上垂直于磁体24和26之间的线35。片94的易磁化方向基本上垂直于线35，并与片92的易磁化方向形成大约60度角。片94中具有的移动畴壁的矫顽力大于片92中所具有的矫顽力。片92、94和96各用上述具有晶粒取向结晶结构的材料制成。片94以基本上垂直于线35的方向堆叠在片92上。
片96的易磁化方向基本上垂直于线35，并与片94的易磁化方向形成大约60度角。片96中具有的矫顽力大于片92中所具有的矫顽力。片96以基本上垂直于线35的方向堆叠在片94上。
可将用上述材料制成的具有晶粒取向结晶结构的任何数量的片相互堆叠在一起，形成构件90。例如，将易磁化方向与片96的易磁化方向成大约60度角的第四片堆叠在片96上。第四片以基本上垂直于线35的方向堆叠。而且，在此实例中，第四片中具有的移动畴壁的矫顽力和片92所具有的矫顽力大致相等。例如，如果在片92中具有的矫顽力为0.1奥斯特，则在第四片中具有的矫顽力也是0.1奥斯特。同理，另外的片可以堆叠在第四片上面，每片的易磁化方向相对其邻近和下方片的易磁化方向大约成60度角。片92、94和96以及第四片可以任意顺序堆叠。例如，将第四片堆叠在片92的下方。
图6示出MRI系统10中磁极片的构件98的示范实施例的等角视图，其中片92、94，和96以基本上平行于线35的方向堆叠和结合在一起。构件98中可堆叠任意数量的片。而且，在构件98中片的堆叠顺序可以改变。
图7示出可在MRI系统10中实施的磁极片的构件110的另一实施例的等角视图。构件110包括四片112、114、116和118。片112的易磁化方向基本上垂直于磁体24和26之间的线35。片114的易磁化方向基本上垂直于线35，并与片112的易磁化方向形成大约45度角。片114中具有的移动畴壁的矫顽力大于片112中所具有的矫顽力。片112、114、116和118各自用上述具有晶粒取向结晶结构的材料制成。片114以基本上垂直于线35的方向堆叠在片112上。
片116的易磁化方向基本上垂直于线35，并与片114的易磁化方向形成大约45度角。片116中具有的移动畴壁的矫顽力大于片112中所具有的矫顽力。例如，如果在片112中具有的矫顽力为0.1奥斯特，则在片116中具有的矫顽力在0.4和0.5奥斯特之间。片116以基本上垂直于线35的方向堆叠在片114上。
片118的易磁化方向基本上垂直于线35，并与片116的易磁化方向形成大约45度角。片118中具有的移动畴壁的矫顽力大于片112中所具有的矫顽力。片118以基本上垂直于线35的方向堆叠在片116上。
可将用上述材料制成的具有晶粒取向结晶结构的任何数量的片相互堆叠在一起，形成构件110。例如，将易磁化方向与片118的易磁化方向成大约45度角的第五片堆叠在片118上。第五片以基本上垂直于线35的方向堆叠。而且，在此实例中，第五片中具有的矫顽力和片112中所具有的矫顽力大致相等。例如，如果在片112中具有的矫顽力为0.1奥斯特，则在第五片中具有的矫顽力也是0.1奥斯特。同理，另外的片可以堆叠在第五片上面，其中每片的易磁化方向相对其邻接和下方叠层片的方向大约成45度角。片112、114、116和118以及第五片可以任意顺序堆叠。例如，将第五片堆叠在片112的下方。
图8示出MRI系统10中磁极片的构件120的另一实施例的等角视图，其中片112、114、116和118以基本上平行于线35的方向堆叠和耦合在一起。构件120中可堆叠任意数量的片。而且，在构件120中片的堆叠顺序可以改变。
在另一实施例中，片堆叠中每一片具有的易磁化方向相对其邻接和下方的片的易磁化方向例如成大约22.5度角。堆叠中的片用上述具有晶粒取向结晶结构的材料制成。
图9示出磁极片130的示范实施例，其中构件132以基本上垂直于线35的方向堆叠在磁极片底板30上。任何构件80、86、90、98、110和120都可堆叠成如图9所示的类似形式。构件132用一种物质，例如树脂，结合到磁极片底板30上并彼此结合。
图10示出磁极片136的示范实施例，其中构件138以基本上平行于线35的方向堆叠在磁极片底板30上。任何构件80、86、90、98、110和120都可堆叠成如图10所示的类似形式。构件138用一种物质，例如树脂，结合到磁极片底板30上并彼此结合。在另一实施例中，构件130堆叠在构件138的上面或下面，其中以基本上平行于线35的方向堆叠构件130，而以基本上垂直于线35的方向堆叠构件138。
可以通过将邻接的片以相互不同的晶粒取向设置来有效地利用本文所述的系统和方法。当磁极片36和38由梯度线圈44和46激励时，易磁化方向最接近磁通量B0的易磁化方向的一些片将承载最大量的磁通量B0，因为它们具有的矫顽力比其余邻近片的矫顽力更低，且具有的磁导率比其余邻接片的磁导率更高。其余的邻接片称为较高矫顽力片。较低的矫顽力和较高的磁导率限制了较高矫顽力片的激励水平，于是限制了邻接片的激励水平，否则它们会被驱动到它们的最大矫顽力。当随时间改变的磁通量B0被去除时，在置于间隙42内的成像容积中所看到的剩余磁化强度是在邻接片的磁畴内由局部矫顽力(包括较低和较高的矫顽力)所产生的剩余磁化强度之混合体。邻接片之间的交互作用影响所述混合体。一些较高的矫顽磁场激励一些较低的矫顽磁场，使较低矫顽磁场中的矫顽力升高了由较低和较高矫顽磁场之差所产生的通量磁阻。同时，较低的矫顽磁场减小了较高矫顽磁场可用来激励间隙42中的成像容积的通量数量。由较高和较低矫顽磁场换算的净结果就是整体剩余磁化强度比非定向材料的剩余磁化强度更低。
交替设置具有较高矫顽力和较低矫顽力的晶粒取向片就可得到所述净结果。这种交替结构形成一种“块”材，它具有的矫顽力高于较低矫顽力但低于较高矫顽力。这种交替结构的材料成本低于矫顽力等于所述交替结构矫顽力的单片的成本。
用于制造磁共振成像系统10中磁极片的这种系统和方法的技术效果和好处包括以合理的成本提供具有可接受的磁特性的磁极片。在MRI系统10中实施的磁极片具有可接受的磁特性，因为虽然有些片，例如片84、94、114、116和118承载很少的磁体24和26所产生的磁通量，但有些片，例如片82、92和112承载了大部分的磁通量。磁极片能以不贵的成本制造，因为具有晶粒取向结晶结构的材料很容易以公道的价格购得。应指出，虽然在图4、5、6、7、8和9中示出的是方形片，但其它形状的片，例如矩形片，也可以使用在所述系统和方法中。
所以，所述系统和方法有助于以不昂贵的成本产生MRI系统的磁极片。而且，所述系统和方法有助于用易于获得的材料产生MRI系统的磁极片。
以上对MRI系统的示范实施例作了详细说明。所示MRI系统的组件不限于所述的具体实施例，而是，每个MRI系统的组件可以不与所述的其它组件一起而单独地分别使用。例如，所述MRI系统组件可以和其它成像系统组合使用。
虽然已就各种具体实施例对本发明作了说明，但本专业的技术人员应理解，本发明的实现方案可在权利要求书的精神和范围内进行修改。
权利要求
1.一种成像系统，它包括至少一个磁极片，所述至少一个磁极片包括至少两个堆叠在一起的晶粒取向片，其中，所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。
2.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于还包括与所述第一和所述第二晶粒取向片(92，94)堆叠在一起的第三晶粒取向片(96)，其中，所述第二晶粒取向片(94)的所述易磁化方向相对于所述第一晶粒取向片(92)的所述易磁化方向形成大约60度角，而所述第三晶粒取向片(96)的易磁化方向相对于所述第二晶粒取向片(94)的所述易磁化方向形成大约60度角。
3.如权利要求2所述的成像系统，其特征在于所述第二晶粒取向片(94)在所述第一和所述第三晶粒取向片(92，96)之间。
4.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于还包括与所述第一和所述第二晶粒取向片(112，114)堆叠在一起的第三晶粒取向片(116)，其中，所述第二晶粒取向片(114)的所述易磁化方向相对于所述第一晶粒取向片(112)的所述易磁化方向形成大约45度角，而所述第三晶粒取向片(116)的易磁化方向相对于所述第二晶粒取向片(114)的所述易磁化方向形成大约45度角。
5.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于还包括一对互相面对的磁体(24，26)，每个所述磁体(24，26)具有一个中心，所述至少两个晶粒取向片在基本上平行于线35的方向上堆叠，所述线35基本上垂直于所述磁体的中心延伸。
6.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于还包括一对互相面对的磁体(24，26)，每个所述磁体(24，26)具有一个中心，所述至少两个晶粒取向片在基本上垂直于线35的方向上堆叠，所述线35基本上垂直于所述磁体的中心延伸。
7.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于所述至少两个晶粒取向片中的每一片都用晶粒取向材料制成，其中，所述晶粒取向材料包括铁铝合金、铁铝硅组合、镍铁组合和铁硅组合中的至少一种。
8.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于所述第二晶粒取向片具有的矫顽力大于所述第一晶粒取向片的矫顽力。
9.一种磁共振成像系统(10)，它包括至少一个磁极片(36)，所述至少一个磁极片包括多个构件；以及至少两个晶粒取向片，它们被包括在每个所述构件中，其中，所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。
10.如权利要求9所述的磁共振成像系统(10)，其特征在于还包括与所述第一和所述第二晶粒取向片(92、94)堆叠在一起的第三晶粒取向片(96)，其中，所述第二晶粒取向片(94)的所述易磁化方向相对于所述第一晶粒取向片(92)的所述易磁化方向形成大约60度角，而所述第三晶粒取向片(96)的易磁化方向相对于所述第二晶粒取向片(94)的所述易磁化方向形成大约60度角。
全文摘要
描述一种成像系统，它包括至少一个磁极片。所述至少一个磁极片包括至少两个堆叠在一起的晶粒取向片，其中，所述至少两个晶粒取向片中第一片的易磁化方向不同于所述至少两个晶粒取向片中第二片的易磁化方向。
文档编号A61B5/055GK1611961SQ20041008588
公开日2005年5月4日 申请日期2004年11月1日 优先权日2003年10月31日
发明者W·D·巴伯, B·阿克塞尔, P·G·弗里施曼 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司