CN100434928C - 一种可用于磁共振设备的磁场发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于核磁共振装置中的磁场发生系统，其中极板介于脉冲激发线圈和磁场产生源之间，极板由多个极板单元组成，极板单元为多个交错的弧状部分、梯度线圈形状的环形、各类辐射状，各极板单元之间相互电绝缘或只在单点电导通，不形成导电回路。其中各极板单元是通过对整块的极板坯体在一定厚度范围上切割而制成，或者是用软磁材料预制成所需的形状，再用螺栓、镶嵌、粘结等机械方法把它们固定在极板基体上。电绝缘是通过极板单元上设置绝缘片或在其表面涂覆绝缘漆来实现的。

Description

一种可用于磁共振设备的磁场发生系统

(一)技术领域

本发明涉及一种磁共振设备、或其它磁场发生装置中需减少脉冲激发电流而引起脉冲电磁场的设备中副作用的磁场产生系统，更具体地说，涉及一种位于磁体和脉冲激发线圈之间的极板系统。

(二)背景技术

为方便说明本发明的原理和系统，这里以磁共振设备中的永磁体为例。但本发明不仅适用于核磁共振设备和其它类型的磁共振设备，也适用于其它需减少脉冲激发磁场的副作用的电磁设备中的磁场发生装置。

在磁共振成像设备及核磁共振设备中，利用梯度线圈产生的梯度场并经适当的数学变换(例如傅利叶变换)来还原样品中的空间信息。但当梯度线圈通电产生脉冲磁场时，会在永磁体导电结构中感应出涡流并产生伴生的磁场，甚至是剩磁。感应磁场会破坏原有的永磁体的磁场参数因而降低磁共振成像设备所生成的被测物体相应的图象质量。在磁共振成像设备的永磁体中，将永磁体安装在两块极板和压板之间。例如在C形(即一端开口的马蹄形)永磁体中，将两组磁体安装在被诊断的病人所在的中央区域两侧(上下两侧)的极板和压板之间。压板从中央区域向两侧延伸并通过磁轭而彼此联结起来。极板、压板和磁轭通常用软磁铁制成，以满足两个要求，即良好的导磁性能和提供一个坚实的机械结构。这里的磁场产生源可以由永磁体也可由通电线圈组成。所述的软磁铁例如可以是钢或铁，但由于导磁性能好的钢和铁又是良好的导电体，在脉冲电磁场作用下将产生涡电流。为降低极板中的涡流效应，已有技术中的一些专利文献中公开了一种解决方案，在极板和梯度线圈之间设置极片(pole piece)。极片通常由导磁良好但导电能力较差的材料制成，例如西门子股份公司所持有的US6215382B1、US5368078和US5729188，及OMT公司所持有的US5680086和EP0645641A1中所述的迭片硅钢片、铁氧体和铁粉化合物等材料。不过，脉冲梯度场仍能部分穿透极片而到达极板，在极板上产生涡流，从而降低图象的质量。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种经过改进的极板，它既能提供良好的导磁性能和坚实的机械结构，又能有效地阻断在其中产生的涡流以及剩磁，从而抑制了其对整机性能的影响。

因此，本发明提供了一种磁场发生系统，包括磁场产生源、脉冲激发线圈和极板，极板介于脉冲激发线圈和磁场产生源之间，其特征在于极板由多个极板单元组成，各极板单元之间相互电绝缘或只在单点电导通，不形成导电回路。

本发明所提供的磁场发生系统，磁体的形状可以是开放式C型，多柱支撑平板型或水平卧式封闭型。磁场产生源可为永磁，也可包括由导电线圈组成。极板位于脉冲激发电磁场源和磁场产生源之间，其功能是提供导磁回路和机械结构强度。

由于所要解决的问题是在磁体内形成导磁回路而又不形成导电回路，因此本发明的磁场发生系统可以用于核磁共振装置，也可以用于其它带脉冲激发线圈的磁场发生装置。

在本发明所述的磁场发生系统中，所述的极板的一部分可以为多个交错的弧状部分，或为梯度线圈形状的环形，或为其它变化形状如辐射状或交错辐射状。

本发明的原理是在保持极板的导磁和机械强度的前提下，阻断极板中的涡流导电回路。

本发明还提供了一种磁场发生系统，其中所述的极板的一部分所组成的图案沿磁体的轴心相对称；极板整体上还可以极板平面内的一个与磁体轴心相正交的轴线(A)相对称；极板整体上还可以极板平面的另一个同时与磁体轴和极板平面内的一个轴线(A)都正交的轴线(B)对称。基于本发明的原理，极板图案可以变化成其它形状，如辐射状，在特定的情况下图案也可不是完全轴对称的。

本发明还提供了一种磁场发生系统，其中各极板单元是通过对整块的极板坯体在一定厚度范围切割而制成的；或是用软磁材料预制成所需的形状拼接而成，再用螺栓或其它机械方法如粘接、镶嵌等把它们固定在极板基体上。各极板单元之间相互电绝缘或单点电导通，这可以用绝缘片来实现，或通过涂覆在极板单元上的绝缘层来实现。

本发明所提供的系统中各极板块的宽度可以从5毫米至200毫米，极板单元之间的距离应小于1厘米。距离越大会损失机械强度和导磁性能。

在本发明所提供的系统中，极板与梯级线圈之间可以有一个极片，极片上平面的边缘外可设置一个匀场罗斯环。

本发明的解决方案是对极板做出改进。已有技术的极板只是一个由软铁磁性物质做成的板块。按照本发明的方案，对这样的圆盘进行切割，切割的目的在于阻断极板中的涡流。

从理论上讲，把极板切割得越碎，最终极板阻断涡流的效果越好。但另一方面如果极板被切割得过于零碎，极板的导磁性能和机械结构性能受到降低，同时也增加了加工安装成本。因此，实际的极板切块又不能过于零碎。

极板在永磁体中既起导磁的作用，同时也对永久磁铁中的磁体起机械意义上的支承作用。在考虑极板的切割图案时，应适当设定切割板块之间的间距。间距过小既不利于加工安装，又不利于各板块之间的电绝缘；而间距过大，则会出现不希望的导磁性能和机械结构强度下降。

为保证磁场的均匀性，切割后的极板应具有沿极板圆盘中轴的对称性，最好还具有沿极板平面的一个轴甚至两个正交轴的对称性，以使磁场尽可以均匀。以轴对称的方式切割能保证磁场的均匀性。同理也可利用磁体设计中磁场的非对称性而有意地以非轴对称方法切割来达到对磁场的要求。

此处所说的对极板的“切割”，并非一定是对具体极板圆盘的切割，只是说最终形成的极板“图案”可以是看上去象是被“切”过的圆盘。

(四)附图说明

图1为本发明的C形磁场的一个示意图；图1右侧为总图，左侧为局部放大图。

图1所要说明的是，C形磁铁中的每一极都具有一块极板、一个极片、一个匀场环和一个梯度线圈。例如从图1左侧的局部放大图中可见，所述的磁场发生装置沿磁体从上到下，具有永磁体(1)、极板(2)、被切割或重整的极板部分(3)、极片(4)、匀场环(5，又称罗斯环)和梯度线圈(6)。

在本发明中，可以把极板切割成：

(1)如图2中所示但不具体限于图2结构的多个交错的弧状部分。

(2)如图3中所示但不具体限于图3结构的与梯度线圈绕组形状相近的环形。

(3)或根据本发明的原理切割其它形式的阻断涡流，如辐射状等。

如图2和图3所示，极板上的这些环应至少有一处缺口以阻断涡流的流动。每个环的宽度可以从5毫米至200毫米。多个弧状物组合出的极板图案可以通过直接切割极板而形成。切缝的宽度应小于1厘米以保持极板整体的机械强度并避免在缺口处出现过多的导磁性能下降。另一种方法是直接用软磁材料(如铁、钢)预制出相应形状极板，并用螺栓把它们固定在极板基体上；各极板单元之间用薄的绝缘片来绝缘，或者在单元上涂覆绝缘涂层。

本发明的优点在于，采用本发明的方法可显著降低由脉冲梯度场穿过磁片而在极板上感应出的涡流和剩磁，同时既不过分降低整体的导磁性，又不破坏固定永久磁体所需的极板的强度。

本领域普通技术人员显然可以根据以上的描述对本发明的技术方案做出种种改进并对其中的某些组成部分做出替换。以上所述的由本领域普通技术人员依据其专业知识所做出的改进和替换应落在本发明权利要求的范围之中。

Claims (5)

1，一种磁场发生系统，包括磁场产生源、脉冲激发线圈、梯度线圈和极板，极板介于脉冲激发线圈和磁场产生源之间，极板由多个极板单元组成，各极板单元之间相互电绝缘，不形成导电回路，所述各极板单元上至少有一处缺口以阻断涡流的流动，其特征在于：所述各极板单元呈同轴环状，且位于同一极板平面上，各环状极板单元之间相隔一定距离。

2，如权利要求1所述的系统，其中各极板单元是通过对整块的极板坯体在一定厚度范围上切割而制成。

3，如权利要求1所述的系统，其中各极板单元是用软磁材料预制成所需的形状，再用螺栓、镶嵌、粘结中任何一种方法把它们固定在极板基体上。

4，如权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中电绝缘是用极板单元上设置绝缘片或在其表面涂覆绝缘膜来实现的。

5，如权利要求1所述的系统，其中各环状极板单元之间相隔的距离小于1厘米。

Images