CN101103915A - 热控制方法、磁场发生器和mri装置 - Google Patents

Abstract

本发明着眼于实现用于让使用Hcj相对小的永磁体的磁场发生器的温度特性是可逆的温度控制方法、使用Hcj相对小的永磁体而温度特性是可逆的磁场发生器以及装备有这种磁场发生器的MRI装置，提供一种用于控制磁场发生器温度的方法，该磁场发生器具有一对盘形永磁体和磁轭，所述盘形永磁体极性彼此相反的磁极彼此相对且具有在其之间限定的间隔，所述磁轭为永磁体磁通量形成返回通道，包括这些步骤：温度从室温升高到高于室温的温度，保持该高于室温的温度，温度从高于室温的温度降到室温，因此使永磁体的温度特性是可逆的。

Description

热控制方法、磁场发生器和MRI装置

[技术领域]

本发明涉及一种热控制方法、磁场发生器和MRI(磁共振成像)装置，更具体地涉及一种控制永磁体型磁场发生器的温度的方法、永磁体型磁场发生器和提供有这种磁场发生器的MRI装置。

[背景技术]

MRI装置在由磁场发生器产生的磁场下获得磁共振信号并基于磁共振信号重建图像。作为磁场发生器的一个装置，公知的是使用永磁体。在这种磁场发生器中使用一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔。作为永磁体，采用由Nd-Fe-B合金，即钕磁体构成的磁体。

磁场发生器的磁场强度基于永磁体温度特性根据周围温度而变化。因此，在其温度升高到高于室温的状态下使用磁场发生器，以此避免室温变化的影响(参见，例如，专利文献1)。

[专利文献1]日本未审的专利公开号No.2000-287950

[发明内容]

[发明要解决的问题]

永磁体的BH曲线随温度而变化。例如，如图8(a)所示，由线性曲线L1在温度T1给出的BH曲线导致了线性曲线L2在温度T2(＞T1)向下平行移动。这种变化是可逆的，并且如果温度回到T1则BH曲线恢复到线性曲线L1。

然而，BH曲线在温度T2变成部分非线性的，如虚线L3标明的。当永磁体的操作点P放置在这种非线性区域时，即使温度恢复到T1，BH曲线也不回到线性曲线L1。这是因为在温度T2的操作BH曲线导致了线性曲线L4进一步向下平行移动，如虚线L4标明的。

在另一方面，当永磁体的操作点P放置在线性区域L21时，即使BH曲线在温度T2具有如图8(b)所示的非线性区L22，如果温度回到T1则BH曲线恢复到线性曲线L1。即，当操作点放在BH曲线的线性区域时，永磁体的温度特性是可逆的，而当操作点放在BH曲线的非线性区域时，其温度特性表现为不可逆的。

根据去磁作用确定永磁体的操作点。去磁作用越小，操作点越高(磁通量密度越高)。去磁作用越大，操作点越低(磁通量密度越低)。由于操作点变高(去磁作用变小)，很容易落在线性区域中。由于操作点变低(去磁作用变大)，很容易落在非线性区域中。

Hcb/Br和Hcj大的磁体非线性区域小(这样线性区域大)。Hcb/Br和Hcj小的磁体非线性区域大(这样线性区域小)。它们将分别在图9(a)和图9(b)中示出。在两个图中，具有斜率的曲线对应BH曲线，而没有斜率的曲线对应JH曲线。另外，Hcb表示关于磁通量密度B的顽磁性，Br表示剩余磁性，而Hcj表示关于磁化J的顽磁性。由于当Hcb/Br大时Hcj也大，下面典由Hcj代表Hcb/Br。

可优选地使用Hcj大的磁体以使温度特性是可逆的。然而，因为它含有对应于稀有元素的镝，因此这种磁体变得特别贵。在另一方面，Hcj小的磁体因为它不含有镝而相对成本廉价。

因此，本发明的问题是实现用于使采用Hcj小的永磁体的磁场发生器的温度特性可逆的热控制方法，其温度特性可逆的、使用Hcj小的永磁体的磁场发生器，以及装备这种磁场发生器的MRI装置。

[解决问题的方法]

根据本发明的一个方面，用于解决上述问题的是一种用于控制磁场发生器温度的方法，该磁场发生器具有一对盘形永磁体和磁轭，所述盘形永磁体极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔，所述磁轭为永磁体磁通量形成返回通道，包括这些步骤：温度从室温升高到高于室温的温度，保持该高于室温的温度，温度从高于室温的温度降到室温，以及使永磁体的温度特性是可逆的。

每一个永磁体可优选地在BH曲线的非线性区域中操作，因为它可以是Hcj小的磁体。

优选地，温度升高步骤具有用于将温度从室温升高到35℃的第一温度上升步骤和用于将温度从35℃升高到45℃的第二温度上升步骤，温度降低步骤具有用于将温度从45℃降到35℃的第一温度降低步骤和用于将温度从35℃降到室温的第二温度降低步骤，以及温度保持步骤具有用于在第一温度上升步骤后将温度35℃的温度保持超过两个小时的第一保持步骤、用于在第二温度上升步骤后将45℃的温度保持超过两个小时的第二保持步骤和用于在第一温度降低步骤后强35℃的温度保持超过一个小时的第三保持步骤，因此提高了磁场发生器的温度特性的可逆性。

室温可优选地在从10℃到25℃的范围，因此得到有效性。

温度控制可优选地在磁场均匀化之前执行，因此工作能力良好。

根据本发明的另一个方面，用于解决上述问题的是一种磁场发生器，包括一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔，以及为永磁体磁通量形成返回通道的磁轭，其中每一个永磁体包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁体材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁体材料构成。

根据本发明进一步的方面，用于解决上述问题的是一种MRI装置，包括一种磁场发生器，包括一对盘形永磁体、磁轭、梯度磁场线圈以及RF线圈，所述盘形永磁体极性彼此相反的磁极彼此相对具有在其之间限定的间隔，所述磁轭为永磁体磁通量形成返回通道，其中每一个永磁体包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁体材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁体材料构成。

优选地，第一部分是永磁体的外周边沿部分，而第二部分是位于永磁体的外周边沿部分内部的部分，因此去磁作用强度的适应性良好。

每个永磁体优选是Nd-Fe-B磁体，因此其性能良好。

每个永磁体优选具有面积小于其磁性面的极性，因此提高了磁场的均匀性。

[发明的效果]

根据本发明涉及的一个方面，温度控制方法是一种用于控制磁场发生器温度的方法，该磁场发生器具有一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔，以及为永磁体磁通量形成返回通道的磁轭，包括这些步骤：温度从室温升高到高于室温的温度，保持该高于室温的温度，温度从高于室温的温度降到室温，以及使永磁体的温度特性是可逆的。因此有可能实现使使用Hcj小的永磁体的磁场发生器的温度特性可逆的热控制方法。

根据本发明涉及的另一个方面，磁场发生器是一种包括一对盘形永磁体和磁轭的磁场发生器，所述盘形永磁体的极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔，所述磁轭为永磁体磁通量形成返回通道，其中每一个永磁体包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁体材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁体材料构成。因此有可能实现使使用Hcj小的永磁体的磁场发生器的温度特性可逆的磁场发生器。

根据本发明涉及的又一个方面，MRI装置是一种包括一种磁场发生器MRI装置、磁轭、梯度磁场线圈和RF线圈磁场发生器，所述磁场发生器包括一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对并具有在其之间限定的间隔，所述磁轭为永磁体磁通量形成返回通道，梯度磁场线圈以及RF线圈，其中永磁体的每一个包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁体材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁体材料构成。因此有可能实现一种MRI装置，该MRI装置装备有使用Hcj小的永磁体、温度特性是可逆的磁场发生器。

[附图说明]

[图1]

图1是示出实现本发明的最佳模式的一个例子的MRI装置的结构图。

[图2]

图2是示出磁场发生器结构的图。

[图3]

图3是示出永磁体的BH曲线的图。

[图4]

图4是示出热控制过程的图。

[图5]

图5是示出了热控制的进一步详细过程的一个例子的图。

[图6]

图6是示出永磁体磁极面上的磁通量密度分布和磁场强度分布的图。

[图7]

图7是示出永磁体结构的图。

[图8]

图8示出永磁体的BH曲线的图。

[图9]

图9示出永磁体的BH曲线的图。

[具体实施方式]

在下文将参照附图详细地解释实现本发明的最佳模式。另外，本发明不限于实现本发明的最佳模式。图1示出MRI装置的结构图。本装置是实现本发明的最佳模式的一个例子。根据本装置的结构示出涉及MRI装置的实现本发明的最佳模式的一个例子。

如图1所示，本装置具有磁场发生器100。磁场发生器100具有主磁场磁体单元102、梯度线圈单元106和RF(射频)线圈单元108。

主磁场磁体单元102、梯度线圈单元106和RF线圈单元108中的任何一个包括彼此相对且其间具有间隔的成对的一对。进一步，它们中的任何一个具有基本上的盘形并放置成其中心轴保持共有。每个梯度线圈单元106是本发明使用的梯度磁场线圈的一个例子。每个RF线圈单元108是本发明使用的RF线圈的一个例子。

目标1置于磁场发生器100的内孔中的平台500上并被载入和载出。平台500由平台驱动器120驱动。

每个主磁场磁体单元102在磁场发生器100的内孔中形成静态磁场。静态磁场的方向近似与目标1的体轴方向正交。即，每个主磁场磁体单元102形成所谓的垂直磁场。采用永磁体构成每个主磁场磁体单元102。

梯度线圈单元106产生三个梯度磁场用于分别产生静态磁场的强度，以便在三个彼此垂直的轴，即切片轴(slice axis)、相位轴和频率轴的方向上具有梯度或斜率。每个梯度线圈单元106具有与三个梯度磁场关联的未示出的3系统的梯度线圈。

每一个RF线圈单元108发射用于激发在目标1体内的自旋的RF脉冲(射频脉冲)到静态磁场空间。进一步，RF线圈单元108在其中接收产生所激发的自旋的磁共振信号。RF线圈单元108可由同样的线圈或分立的线圈执行发射和接收。

梯度驱动器130连接到梯度线圈单元106。梯度驱动器130为每一个梯度线圈单元106提供驱动信号以产生梯度磁场。梯度驱动器130具有在梯度线圈单元106中与3系统梯度线圈关联的未示出的3系统驱动电路。

RF驱动器140与RF线圈单元108连接。RF驱动器140为每一个RF线圈单元108提供驱动信号以发射RF脉冲，因此激发目标1体内的自旋。

数据采集单元150与每一个RF线圈单元108连接。数据采集单元150通过采样来接收或捕获由RF线圈单元108接收的信号，并收集或采集同样的信号作为数字数据。

控制器160与平台驱动器120、梯度驱动器130、RF驱动器140和数据采集单元150连接。控制器160分别控制平台驱动器120至数据采集单元150以执行摄影或成像。

例如，使用计算机等构成控制器160。控制器160具有存储器。存储器在其中存储用于控制器160的程序和各种数据。控制器160的功能通过允许计算机执行存储器中存储的程序来实现。

数据采集单元150的输出侧与数据处理器170相连。数据采集单元150采集的数据输入到数据处理器170。例如，使用计算机等构成数据处理器170。数据处理器170具有存储器。存储器在其中存储用于数据处理器170的程序和各种数据。

数据处理器170与控制器160相连。数据处理器170等级高于控制器160并通常控制它。本装置的功能通过允许数据处理器170执行存储器中存储的程序来实现。

数据处理器170使存储器存储由数据采集单元150捕获的数据。数据空间限定在存储器中。数据空间形成傅立叶空间。傅立叶空间也称作“k-空间”。数据处理器170将k-空间中的数据变换成逆傅立叶形式，以便由此对目标1重建图像。

显示单元180和操作或控制单元190连接到数据处理器170。显示单元180包括图形显示器等。操作单元190包括提供有指向装置的键盘等。

显示单元180显示从数据处理器170输出的重建图像和各种信息。操作单元190由操作者操作，并输入各种命令和信息等到数据处理器170。操作者能够通过显示单元180和操作单元190在交互式的基础上控制本装置。

在图2中通过透视图示出磁场发生器100的一个例子的外观。磁场发生器100是实现本发明最佳模式的一个例子。根据磁场发生器100的结构示出涉及磁场发生器的实现本发明最佳模式的一个例子。磁场发生器100还是根据本发明的磁场发生器的一个例子。

如图2所示，磁场发生器100包括由磁轭200支持的一对主磁场磁体单元102。每一个主磁场磁体单元102是本发明中应用的永磁体的一个例子。磁轭200是本发明中应用的磁轭的一个例子。

主磁场磁体单元102分别具有基本上盘形或短圆柱的外部形状。磁轭200形成用于该对主磁场磁体单元102的返回通道，并由例如软铁的铁磁材料以基本上C的形状构成。另外，磁轭200的形状不限于C的形状。

以极性彼此相反的磁极彼此相对的方式来平行并同轴地支撑该对主磁场磁体单元102。这样，在两个磁极之间形成垂直磁场。假定磁场的方向是向下的z方向。当该对梯度线圈单元106和该对RF线圈单元108分别设置在该对主磁场磁体单元102的磁极表面上时，省略了它们的图示。

每一个主磁场磁体单元102包括永磁体122和极靴124。永磁体122是由Nd-Fe-B合金构成的磁体，即钕磁体。钕磁体不含有像镝的稀有元素并且是Hcj相对小的磁体。

极靴124由软铁制成。极靴124的直径小于主磁场磁体单元102的磁极面的直径。即，永磁体122具有面积比其磁极面小的极靴。

图3示出永磁体122的BH曲线。如图3所示，由线性曲线L1在温度T1给出BH曲线，而BH曲线导致在温度T2(＞T1)的向下平行移动的线性曲线L2和非线性曲线L3的结合。

永磁体122的操作点P放置在非线性曲线L3上。这样，在温度T2操作BH曲线导致线性曲线L4进一步向下平行移动，如虚线L4标明的。

使温度从这种状态回到T1，产生如虚线L1’的BH曲线。虚线L1’平行于线性曲线L1但变成位置移动的线性曲线。然而，当温度再次升高到T2并回到T1时，BH曲线恢复到虚线L1’。无论重复多少次都是一样的。

即，在经历了一个循环的T1-T2-T1的温度历程后，无论同样的循环重复多少次，在温度T1下BH曲线都到达虚线L1’。这样，一旦产生了T1-T2-T1的温度历程，永磁体122的温度特性就呈现可逆性。利用这种现象能够使利用Hcj小的永磁体的磁场发生器的温度特性逆转。

图4示出了温度特性逆转的过程。本过程是实现本发明的最佳方式的一个例子。实现本发明的最佳方式的一个例子涉及基于本过程示出的热控制方法。

如图4所示，在步骤S401温度从室温升高到高于其的温度。在步骤S402，保持高于室温的温度。在步骤S403，温度从高于室温的温度降到室温。室温相当于温度T1，而高于室温的温度对应于温度T2。另外，室温范围例如从10℃到25℃。步骤S401是根据本发明的温度升高步骤的一个例子。步骤S402是根据本发明的保持步骤的一个例子。步骤S403是根据本发明的温度下降步骤的一个例子。

图5示出了热控制的进一步详细的过程。如图5所示，在步骤S501温度从室温升高到35℃，在步骤S502保持35℃的温度超过两小时，在步骤S503温度从35℃升高到45℃，在步骤S504保持45℃的温度超过两小时，在步骤S505温度从45℃降到35℃，在步骤S506保持35℃的温度超过1小时，和在步骤S507温度从35℃降到室温。

步骤S501是根据本发明的第一温度升高步骤的一个例子。步骤S502是根据本发明第一保持步骤的一个例子。步骤S503是根据本发明第二温度升高步骤的一个例子。步骤S504是根据本发明第二保持步骤的一个例子。步骤S505是根据本发明第一温度下降步骤的一个例子。步骤S506是根据本发明第三保持步骤的一个例子。步骤S507是根据本发明第二温度下降步骤的一个例子。

用这种热控制，磁场发生器的温度特性可靠地逆转。另外，可在对磁场强度分布的均匀度控制，即，其均匀化(shimming)前执行磁场发生器的热操作或控制。当生产者实行这种热控制时，可在产品出货前进行这种热控制，而当用户执行它时，这种热控制可在其接收时进行。

在图6(a)和图6(b)中分别示出每个永磁体122的磁极面的磁通量密度分布和磁场强度分布。如图6(a)和图6(b)所示，永磁体122的外周边沿部分在磁通量密度和磁场强度上低于位于其内部的部分。磁通量密度和磁场强度低的部分相当于操作点低的部分，即去磁作用大的部分。磁通量密度和磁场强度高的部分相当于操作点高的部分，即去磁作用小的部分。

由于这种磁状态，外周边沿部分122b由Hcj大的磁体制成，而位于其内部的部分122a由Hcj小的磁体制成，如图9所示。通过这样做，可设置任何操作点以便落在BH曲线的线性区域内。

这是因为由于BH曲线的线性区域大，虽然操作点在Hcj大的外周边沿部分122b是低的，其操作点仍存在于线性区域中，而由于操作点在Hcj小的内部部分122a是高的，即使BH曲线的线性区域很小，其操作点仍存在于线性区域中。

这样，磁场发生器100具有可逆转的温度特性。在此时，由于永磁体122的绝大部分是由Hcj大的磁体制成，且只有外周边沿部分由Hcj大的磁体制成，永磁体122导致了比其整个部分由Hcj大的磁体制成时更加便宜。

100：磁场发生器

102：主磁场磁体单元

106：梯度线圈单元

108：RF线圈单元

120：平台驱动器

130：梯度驱动器

140：RF驱动器

150：数据采集单元

160：控制器

170：数据处理器

180：显示单元

190：操作单元

122：永磁体

122a：内部分

122b：外周边沿部分

124：极靴

200：磁轭

Claims (15)

1.一种用于控制磁场发生器的温度的方法，该磁场发生器具有一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对且其间具有限定的间隔，以及为永磁体的磁通量形成返回通道的磁轭，包括这些步骤：

将温度从室温升高到高于室温的温度；

保持该高于室温的温度；

将温度从高于室温的温度降到室温；以及

使永磁体的温度特性是可逆的。

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中每一个永磁体在BH曲线的非线性区域中操作。

3.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中永磁体是Nd-Fe-B磁体。

4.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中永磁体具有面积小于其磁性面的极靴。

5.根据权利要求1所述的温度控制方法，

其中所述温度升高步骤包括第一温度上升步骤，用于将温度从室温升高到35℃，和第二温度上升步骤，用于将温度从35℃升高到45℃，

其中所述降低步骤包括第一温度降低步骤，用于将温度从45℃降到35℃，和第二温度降低步骤，用于将温度从35℃降到室温，以及

其中所述温度保持步骤包括第一保持步骤，用于在第一温度上升步骤后将35℃的温度保持超过两个小时，第二保持步骤，用于在第二温度上升步骤后将45℃的温度保持超过两个小时，和第三保持步骤，用于在第一温度降低步骤后将35℃的温度保持超过一个小时。

6.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中室温范围从10℃到25℃。

7.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中在磁场均匀化之前进行温度控制。

8.一种磁场发生器，包括：

一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对且具有在其之间限定的间隔；以及

磁轭，其为永磁体的磁通量形成返回通道；

其中每一个永磁体包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁性材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁性材料构成。

9.根据权利要求8所述的磁场发生器，其中第一部分是永磁体的外周边沿部分，且

其中第二部分是位于永磁体的外周边沿部分内部的部分。

10.根据权利要求8所述的磁场发生器，其中该磁性材料是Nd-Fe-B合金。

11.根据权利要求8所述的磁场发生器，其中每个永磁体具有面积小于其磁性面的极靴。

12.一种MRI装置，包括：

一种磁场发生器，包括，

一对盘形永磁体，其极性彼此相反的磁极彼此相对且具有在其之间限定的空间，

磁轭，其为永磁体的磁通量形成返回通道，

梯度磁场线圈，以及

RF线圈，

其中每一个永磁体包括去磁作用相对大的第一部分，其由Hcj相对大的磁性材料构成，和去磁作用相对小的第二部分，其由Hcj相对小的磁性材料构成。

13.根据权利要求12所述的MRI装置，其中第一部分是永磁体的外周边沿部分，和

其中第二部分是位于永磁体的外周边沿部分内部的部分。

14.根据权利要求12所述的MRI装置，其中该磁性材料是Nd-Fe-B合金。

15.根据权利要求12所述的MRI装置，其中每个永磁体具有面积小于其磁性面的极靴。

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