CN101640093A - 一种永磁磁体及用于磁共振成像系统的磁体装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁磁体及采用这种永磁磁体制成的用于磁共振成像系统的磁体装置，所述永磁磁体包括由永磁材料制成的且磁化方向为轴向的柱状内磁体(21)，和由永磁材料制成的外磁体(22)，该外磁体(22)同轴设置在柱状内磁体(21)的外部，且该外磁体(22)的磁化方向与柱状内磁体(21)的轴向成一夹角。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过本发明的上述技术方案，本发明的永磁磁体与上述提到的磁体相比，在具有相同的基本结构情况下能提供更高的场强，且结构简单，加工容易；应用本发明提供的永磁磁体制成的用于磁共振成像系统的磁体装置的工作区域的场强可以达到0.6特斯拉。

Description

一种永磁磁体及用于磁共振成像系统的磁体装置

技术领域

本发明涉及一种永磁磁体及采用这种永磁磁体制成的用于磁共振成像系统的磁体装置。

背景技术

医用MRI(磁共振成像系统)工作原理是：将人体置于一特殊的磁场中，然后用射频脉冲激发人体内的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量；在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放，经人体外的接收器收集、记录，通过电脑处理解析后，获得图像。磁共振成像系统中重要的部件就是用于产生特殊磁场的磁体，该磁体要能产生足够的场强，并且该磁场还要足够的均匀。

用于成像的磁场越高，信号的信噪比就越高，就能获得更清晰，包含信息丰富的图像。目前产生磁场的磁体分超导磁体和永磁磁体，超导磁体产生的磁场比较强，但是它的制造成本昂贵，结构复杂，使用超导磁体作为MRI的磁体，其成本、运行和维护费用都很高。永磁磁体就没有超导磁体的这些缺点，但是它的场强要有待提高，才可以从总体性能上和超导磁体靠近。

作为现有技术使用永磁磁体的MRI用磁体的一例，在附图1中表示使用永磁磁体的MRI用磁体装置。该磁体装置包括了中空磁轭1a、中空磁轭内表面上部设置上永磁磁体2a、中空磁轭内表面下部设置下永磁磁体3a、上永磁磁体2a与下永磁磁体3a相对表面上设置有上磁性均化极板4a和下磁性均化极板5a，气隙6a为磁体装置提供的工作区域。上永磁磁体2a和下永磁磁体3a中的箭头表示磁体的磁化方向，气隙6中的箭头表示工作区域磁场方向。

现有技术中，用于MRI的永磁磁体工作区域的场强一般在0.4特斯拉或以下，这样在需要更高信噪比，或是需要更加清晰的图像时，一般还是使用超导磁体。要使永磁磁体的磁场提高，就要使用大量的永磁磁材，使得用于MRI的永磁磁体的成本大幅提高，而且还很笨重。

附图2是专利公开号为CN 100360084C中提到了一种用于MRI的永磁磁体装置。该磁体装置包括了中空磁轭1b、上永磁磁体2b、下永磁磁体3b、上磁性均化极板4b、下磁性均化极板5b、磁极片7b和磁极片8b，上永磁磁体2b和下永磁磁体3b分别安装在中空磁轭1b的上下两端且上下对置，上磁性均化极板4b和下磁性均化极板5b分别设置在上永磁磁体2b和下永磁磁体3b的端面上，下磁极片7b和上磁极片8b分别设置在上磁性均化极板4b和下磁性均化极板5b的周边，气隙6b为磁体提供的工作区域。上永磁磁体2b和下永磁磁体3b中的箭头表示磁体的磁化方向，气隙6b中的箭头表示工作区域磁场方向，下磁极片7b和上磁极片8b中的箭头表示磁极片的磁化方向。

该磁体装置在上下磁性均化极板周边添加磁极片，其目的是在减少磁通的泄漏，从而减少磁材的使用量，得到较高的磁场，但是其磁场的大小还是在0.4特斯拉左右，对磁场的提高很有限。

附图3表示专利公开号为CN 1877757A中提到了一种用于MRI的永磁磁体装置。该永磁磁体装置包括了磁轭1c、上永磁磁体2c、下永磁磁体3c、上磁性均化极板4c、下磁性均化极板5c、下磁套9c和上磁套10c(该磁套的磁化方向顺着磁体的磁化方向从一端与磁体的磁化方向平行的方向到另一端与磁体的磁化方向垂直的方向步进式变化)，上永磁磁体2c和下永磁磁体3c分别安装在磁轭1c的上下两端且上下对置，上磁性均化极板4c、下磁性均化极板5c分别设置在上永磁磁体2c和下永磁磁体3c的端面上，下磁套9c和上磁套10c分别在上永磁磁体2c、下永磁磁体3c、上磁性均化极板4c和下磁性均化极板5c的周边包裹，气隙6c为磁体提供的工作区域。上永磁磁体2c和下永磁磁体3c中的箭头表示磁体的磁化方向，气隙6c中的箭头表示工作区域磁场方向，下磁套9c和上磁套10c中的箭头表示磁套的磁化方向。

上述永磁磁体装置有效的减少了磁通的泄漏，而且磁场得到了提高，磁场的场强达到了0.5特斯拉，可是该磁体的结构过于复杂，对于实际加工来说，结构过于复杂化。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术提供一种可以产生较强工作磁场的永磁磁体。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术提供一种可以产生较强工作磁场、结构简单的用于磁共振成像系统的磁体装置。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该永磁磁体，包括由永磁材料制成的且磁化方向为轴向的柱状内磁体，和由永磁材料制成的外磁体，该外磁体同轴设置在内磁体的外部，且该外磁体的磁化方向与柱状内磁体的轴向成一夹角。

作为改进，所述柱状内磁体的形状为可以为圆台形、中空圆台形、正多边形棱台形、中空正多边棱台形中的任意一种。

较好的，所述柱状内磁体的底面直径和高度的比值为2～10。

所述外磁体的形状为中空圆柱或中空正棱柱，并且所述外磁体与所述柱状内磁体组合后形成的永磁磁体的形状为圆柱、中空圆柱、正棱柱、中空正棱柱中的任意一种。

所述外磁体的厚度为柱状内磁体底面直径的5％至50％。

所述外磁体的厚度与高度的比为0.1～6。

述外磁体的磁化方向与柱状内磁体的轴向之间的夹角为0°～180°。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：该用于磁共振成像系统的磁体装置，包括中空磁轭，中空磁轭内表面上部设置由永磁材料制成的第一主磁体，中空磁轭内表面下部设置有与第一主磁体对称布置的永磁材料制成的第二主磁体，第一主磁体与第二主磁体相对表面上设置有第一磁性均化极板和第二磁性均化极板，第一磁性均化极板和第二磁性均化极板之间形成成像空间，其特征在于：所述第一主磁体采用权利要求1所述的永磁磁体，且第一主磁体的柱状内磁体的磁化方向为轴向向下，第一主磁体的外磁体的磁化方向与第一主磁体的柱状内磁体的轴向成一夹角，且指向第一主磁体的柱状内磁体；所述第二主磁体也采用权利要求1所述的永磁磁体，且第二主磁体的柱状内磁体的磁化方向为轴向向下，第二主磁体的外磁体的磁化方向与第二主磁体的柱状内磁体的轴向成一夹角，且背离第一主磁体的柱状内磁体。

所述第一磁性均化极板在径向上分为第一极面体和第一外磁套，第一极面体和第一外磁套共轴，第一外磁套的磁化方向为径向向内或与第一主磁体的外磁体的磁化方向一致；所述第二磁性均化极板在径向上分为第二极面体和第二外磁套，第二极面体和第二外磁套共轴，第二外磁套的磁化方向径向向外或与第二主磁磁体的外磁体的磁化方向一致。

所述中空磁轭的结构可为“C”型或“口”字型。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过本发明的上述技术方案，本发明的永磁磁体与上述提到的磁体相比，在具有相同的基本结构情况下能提供更高的场强，且结构简单，加工容易；应用本发明提供的永磁磁体制成的用于磁共振成像系统的磁体装置的工作区域的场强可以达到0.6特斯拉。

附图说明

图1为现有技术中用于磁共振成像系统的磁体装置的结构示意图；

图2为专利公开号为CN 100360084C中提到的用于磁共振成像系统的磁体装置的结构示意图；

图3为专利公开号为CN 1877757A中提到的用于磁共振成像系统的磁体装置的结构示意图；

图4为本发明永磁磁体实施例一的外部形状示意图；

图5为本发明永磁磁体实施例一的剖面图，并表示出了其磁化方向；

图6为本发明永磁磁体实施例二的外部形状示意图；

图7为本发明永磁磁体实施例二的剖面图，并表示出了其磁化方向；

图8为本发明永磁磁体实施例三的外部形状示意图；

图9为本发明永磁磁体实施例三的剖面图，并表示出了其磁化方向；

图10为本发明永磁磁体实施例四的外部形状示意图；

图11为本发明永磁磁体实施例四的剖面图，并表示出了其磁化方向；

图12为使用本发明实施例中永磁磁体的用于磁共振成像系统的磁体装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明首先提供了一种永磁磁体，以下分四个实施例对该永磁磁体进行描述：

永磁磁体实施例一：

如图4、5所示的永磁磁体，包括由永磁材料制成的且磁化方向为轴向向上的圆台形柱状内磁体21，和由永磁材料制成的外磁体22；其中圆台形柱状内磁体21由稀土永磁材料制成，其截面呈梯形；外磁体22同轴紧密设置在内磁体21的外部，外磁体22也由稀土永磁材料制成，且该外磁体22的磁化方向与柱状内磁体的轴向成一夹角，且指向柱状内磁体的轴向，该夹角的取值为0°～180°，本实施例中为45°；圆台形柱状内磁体21的底面直径和高度的比值为2～10，本实施例为5；外磁体22的厚度为柱状内磁体底面直径的5％至50％，本实施例为25％；外磁体22的厚度与高度的比为0.1～6，本实施例为3；本实施例中，内磁体21和外磁体22共同组成的永磁磁体的形状为圆台形。

永磁磁体实施例二：

参见图6、7所示，与永磁磁体实施例一不同的是，圆台形柱状内磁体21是中空的，外磁体22的磁化方向与柱状内磁体的轴向成一45°夹角，且背离柱状内磁体21的轴向。本实施例中，内磁体21和外磁体22共同组成的永磁磁体的形状为中空圆台形。

永磁磁体实施例三：

参见图8、9所示，与永磁磁体实施例一不同的是，柱状内磁体21的形状为正多边形棱台，边数为6～90较佳；其磁化方向为轴向向下，外磁体22的磁化方向与柱状内磁体的轴向成一45°夹角，且背离柱状内磁体21的轴向。本实施例中，内磁体21和外磁体22共同组成的永磁磁体的形状为正多边形棱台。

永磁磁体实施例四：

参见图10、11所示，与永磁磁体实施例三不同的是，柱状内磁体21的形状为中空正多边形棱台，外磁体22的磁化方向与柱状内磁体的轴向成一45°夹角，且指向柱状内磁体21的轴向。本实施例中，内磁体21和外磁体22共同组成的永磁磁体的形状为中空正多边形棱台。

本发明另一方面提供了一种采用上述实施例中永磁磁体制成的用于磁共振成像系统的磁体装置，参见图12所示，其包括呈“C”型或“口”字型的中空磁轭1，中空磁轭1内表面上部设置由永磁材料制成的第一主磁体2，中空磁轭1内表面下部设置有与第一主磁体对称布置的由永磁材料制成的第二主磁体3，第一主磁体2与第二主磁体3相对表面上设置有第一磁性均化极板和第二磁性均化极板，第一磁性均化极板和第二磁性均化极板之间形成成像空间6，其中，所述第一主磁体2采用永磁磁体实施例一或永磁磁体实施例四中描述的永磁磁体，当采用永磁磁体实施例一中描述的永磁磁体时，安装时将永磁磁体实施例一倒置；所述第二主磁体3采用永磁磁体实施例二或永磁磁体实施例三中描述的永磁磁体，当采用永磁磁体实施例三中描述的永磁磁体时，安装时将永磁磁体实施例三倒置；第一磁性均化极板在径向上分为第一极面体41和第一外磁套42，第一极面体41和第一外磁套42共轴，第一外磁套42的磁化方向为径向向内或与第一主磁体2的外磁体的磁化方向一致；第二磁性均化极板在径向上分为第二极面体51和第二外磁套52，第二极面体51和第二外磁套52共轴，第二外磁套52的磁化方向径向向外或与第二主磁磁体的外磁体的磁化方向一致。第一极面体41和第二极面体51由一种或多种软磁材料构成，其中软磁材料包括碳钢、工程纯铁、硅钢、取向硅钢、铁基纳米晶；第一外磁套42和第二外磁套52由稀土永磁材料构成。

Claims (10)

1、一种永磁磁体，包括由永磁材料制成的且磁化方向为轴向的柱状内磁体(21)，和由永磁材料制成的外磁体(22)，该外磁体(22)同轴设置在柱状内磁体(21)的外部，且该外磁体(22)的磁化方向与柱状内磁体(21)的轴向成一夹角。

2、根据权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于：所述柱状内磁体(21)的形状为圆台、中空圆台、正多边形棱台、中空正多边棱台中的任意一种。

3、根据权利要求2所述的永磁磁体，其特征在于：所述柱状内磁体(21)的底面直径和高度的比值为2～10。

4、根据权利要求2所述的永磁磁体，其特征在于：所述外磁体(22)的形状为中空圆柱或中空正棱柱，并且所述外磁体(22)与所述柱状内磁体(21)组合后形成的永磁磁体的形状为圆柱、中空圆柱、正棱柱、中空正棱柱中的任意一种。

5、根据权利要求4所述的永磁磁体，其特征在于：所述外磁体(22)的厚度为柱状内磁体底面直径的5％至50％。

6、根据权利要求4所述的永磁磁体，其特征在于：所述外磁体(22)的厚度与高度的比为0.1～6。

7、根据权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于：所述外磁体(22)的磁化方向与柱状内磁体(21)的轴向之间的夹角为0°～180°。

8、一种用于磁共振成像系统的磁体装置，包括中空磁轭(1)，中空磁轭(1)内表面上部设置由永磁材料制成的第一主磁体(2)，中空磁轭(1)内表面下部设置有与第一主磁体(2)对称布置的永磁材料制成的第二主磁体(3)，第一主磁体(2)与第二主磁体(3)相对表面上设置有第一磁性均化极板和第二磁性均化极板，第一磁性均化极板和第二磁性均化极板之间形成成像空间(6)，其特征在于：所述第一主磁体(2)采用权利要求1所述的永磁磁体，且第一主磁体的柱状内磁体的磁化方向为轴向向下，第一主磁体的外磁体的磁化方向与第一主磁体的柱状内磁体的轴向成一夹角，且指向第一主磁体的柱状内磁体；所述第二主磁体(3)也采用权利要求1所述的永磁磁体，且第二主磁体的柱状内磁体的磁化方向为轴向向下，第二主磁体的外磁体的磁化方向与第二主磁体的柱状内磁体的轴向成一夹角，且背离第一主磁体的柱状内磁体。

9、根据权利要求8所述的用于磁共振成像系统的磁体装置，其特征在于：所述第一磁性均化极板在径向上分为第一极面体(41)和第一外磁套(42)，第一极面体(41)和第一外磁套(42)共轴，第一外磁套(42)的磁化方向为径向向内或与第一主磁体的外磁体的磁化方向一致；所述第二磁性均化极板在径向上分为第二极面体(51)和第二外磁套(52)，第二极面体(51)和第二外磁套(52)共轴，第二外磁套(52)的磁化方向径向向外或与第二主磁磁体的外磁体的磁化方向一致。

10、根据权利要求8所述的用于磁共振成像系统的磁体装置，其特征在于：所述中空磁轭(1)的结构可为“C”型或“口”字型。

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