CN1278600A - 制造磁共振成像系统用的主磁体总成的方法 - Google Patents

Abstract

制造磁共振成像系统用的主磁体总成的方法,其中永磁块和磁钢被设置成在磁极件之间产生一均匀磁场。在制造过程中,装配到主磁块中的磁块间的排斥力,可通过磁极件和导轨形成的磁通路径来减小。磁场箝和主磁块在其组装过程中产生的排斥力,和在调整磁块组装步骤中其与磁场箝和磁极件间产生的吸引力,均可由组装过程中各自使用的丝杠的力矩来克服。此外,由于导向轴用在柱体和上、下磁轭的组装中,故其可在不受磁力影响的两磁轭间有序地定位。

Description

制造磁共振成像系统用的主磁体总成的方法

本发明涉及一种制造磁共振成像系统的主磁体总成用的方法，在该系统中永磁体和磁钢被设置来在磁极表面间产生一具有特定强度的受控磁场。

磁共振成像(MRI)系统在医学领域和其它一些应用中的一个重要方面，是在两彼此相对的磁极表面间的距离内的磁场的均匀性。磁场从其中一个磁极表面发射，并在另一个磁极表面结束。一般地说，在中间部分的磁极表面是平的，它靠近所要拍摄的目标，例如患者(patent)的驱动。磁体可以是电磁体、永久磁体和超导磁体。同样，磁极被定义成该磁体的北磁极和南磁极，或者是磁力线受控制处的任何磁表面。

磁力线密度通常标为B而磁场强度标为H，它们实际上为具有方向的矢量。磁场的均匀性部分地取决于磁极表面间距离的一致性、磁极材料的均质性和导磁性及磁极矫正(调整)方法等等，即增加或减小磁极表面上的离子的小环或金属珠。对于有平坦表面的圆柱形磁极，圆柱的同心性、磁极表面的距离和平行性必须进行精确控制以产生均匀的磁场。这样，必须控制磁极保持结构以使两磁极表面保持精确的间距、精确的同心度、和精确的方位角度(通常是平行的)。

而且，该磁极保持结构必须构造成能容纳其它用来调整和限定各种磁场的辅助磁体。这一特性关系到磁通的返回路径。需要有效地设计一种结构，该结构可减小永久磁体和磁钢的体积同时还提供一给定的均匀磁场。还需要一种允许调整单个磁极磁场强度的或“磁极强度匹配”的结构。因为磁力线(B)没有结束点-这些线形成闭环形式-故必须控制影响磁力线的任何部分的材料的使用、相对物理尺寸和结构的方向性以提供一给定的磁场强度和均匀性。支撑和定位装置是可以调整的，允许精确调整磁极表面的距离和平行度。这对于例如补偿制造误差是必须的。

例如，Smitomo等披露了一种采用两矩形框架的支撑结构作为磁场产生装置。磁极表面由每一框架面对面地紧紧地支撑。并且，这些框架连接有四个或两个调整元件。

在美国专利No．4，580，098中公开了另一个用作磁场产生装置的支撑。该公开给出了一包括多个双极环磁体的偏转装置的永磁核磁共振(NMR)成像装置，每一双极环磁体包括多个部分。此外，每一部分包括一环形排列的定向的和各向异性的永久磁体材料，这样就有了基本上连续的永久磁体材料环。

美国专利No．4，679，022公开了一种由板形磁轭和盘形磁轭组成的永久磁极组件。其中包括有可调整磁通的插入中心磁体腔内的法兰连接筒。美国专利No．4，777，464公开了一种由一稀土磁体包围的铁氧体磁铁，该稀土磁体可以在相当大的空气间隙中产生稳定均匀的磁场和好的磁效率。

但是，在仅由磁片决定磁场分布的磁系统中，难以得到磁场误差范围为1／100或1／1000数量级的精度。这样，采用高导磁性的材料连同“调节”或调整该组件到所需要的精度的方法和技术，可以得到这样小的误差。

因此，为了产生一均匀的磁场，必须有效地设计一永磁体、环绕该永磁体的磁钢、一调整和支撑结构。并且，还必须考虑通过减小环绕患者驱体结构的尺寸而使病人易于出入磁场产生装置。此外，还需要有一种用小块的永磁体来提高磁场的均匀性和用于匹配每一磁极的磁场强度的方法。

本发明的目的在于提供一种制造磁共振成像(MRI)系统用的主磁体总成的方法，它可以在成像空间内产生一具有均匀磁力线密度的磁场。

本发明的这一目的是通过一种制造磁共振成像系统(MRI)主磁体总成用的方法实现的，该主磁体总成包括：在水平平面内相互平行配置的用来产生初始磁场的上、下主磁盘(main magnet plate)，在其之间有一预定的成像区域，每一主磁盘由许多以多边形相互连接的磁砖块(magnet brick)构成；上、下磁极件，该上、下磁极件分别安装在上、下主磁盘的相对面上，用于控制由初始磁场在成像区域内的磁力线密度达到均匀；沿面向上、下磁极件的轮廓线安装的磁场箝(magnetic field clamp)，以阻止由主磁盘产生的磁通泄漏到成像区域之外；调整磁块，其中每一调整磁块安装在一个磁场箝和邻近该磁场箝的部分磁极件之上，用于控制初始磁场磁力线密度；分别安装在上、下主磁盘外侧的上、下磁轭，用来支撑上、下主磁盘、磁极件、磁场箝和调整磁块；和两个柱体，用来在该磁轭的延长端组合上、下磁轭，使患者易于出入该总成，制造这种主磁体总成的方法包括：(a)通过在磁极件的两平行侧安装一对导轨形成一磁通路径，以减小用于形成上、下主磁盘的磁块间的排斥力；(b)在磁砖块之间和对应的磁轭的表面上施加粘结剂，逐行将磁砖块相互连接到一起并连接到磁轭上；和(c)沿导轨移动磁极件以覆盖(cover)被组合的磁砖块行。

最好是，步骤(b)包括：沿Y轴方向推动磁块以阻止磁块在Y轴方向上的无序，利用一包括Y轴导向件、丝杠和支撑块的Y轴支撑单元，其中该支撑块通过丝杠的旋转运动而沿Y轴方向移动，以便在Y轴方向支撑磁块；以及，沿X轴方向推动磁块以阻止磁块在X轴方向上的无序，利用一包括推杆、丝杠、X轴导轨和Y轴导轨的X轴支撑单元，其中推杆通过丝杠的旋转运动沿X轴方向移动，以便在X轴方向支撑磁块，而且X轴支撑单元沿Y轴导轨移动，每次形成一行磁块。另外，在通过重复步骤(b)和步骤(c)完成相应的主磁盘以后进行(ding)步骤(d)，制造主磁体总成的方法还可包括用螺栓组合磁轭和磁极件，和从磁极件上移去导轨。

本发明以上所述的目的和优点，通过参照附图详述优选实施例将变得更加清楚：

图1A～1C分别是本发明的磁共振成像(MRI)系统用的主磁体总成的前视图、平面视图和侧视图；

图2是图1A中沿A-A′线的剖视图；

图3是图1B中沿B-B′线的剖视图；

图4是图1A中沿C-C′线的剖视图；

图5是图1A中沿D-D′线的剖视图；

图6是图1A中沿E-E′线的剖视图；

图7A～7C是说明主磁块和磁极件组合的剖视图；

图8是说明在主磁块的磁砖块组合过程中产生吸引和排斥磁力的图；

图9A～9C描绘磁场箝组件；

图10A～10C描绘调整磁体组件；

图11A～11B描绘柱体和下磁轭组件；和

图12A～12B描绘柱体和上磁轭组件。

参见图1A～6，本发明的磁共振成像(MRI)系统用的主磁体总成包括一对磁轭1和2、柱体3、磁极件4、由主磁块5形成的主磁盘、磁场箝6、NS调整磁块7。上、下磁轭(1和2)用来支撑本总成中的所有磁块(包括主磁块、磁极件、磁场箝和调整磁块)。上、下磁轭(1和2)分别构成该主磁体总成的顶面和底面，其间具有用作成像区域的预定空间，并且支撑永磁体(主磁块5)和磁极件4。上、下磁轭(1和2)由两个柱体3组合在一起。两柱体3位于磁轭的延长端上以使患者易于出入成像空间。两柱体3支撑两磁轭1和2以便在其间形成成像空间，且成像空间的区域可以利用两柱体3来调整。磁极件4设置在主磁块5上，以阻止由主磁块5产生的磁场的泄漏，从而在成像区域内产生一均匀的磁场。主磁块5同大量的磁极段(磁砖块)形成一大的永磁体，磁极段由多层结构设置成多边形。磁场箝6通过磁极件4的侧边和调整磁块7的结合来阻止磁通的泄漏。这一磁体总成结构允许磁通只作用于需要磁通的成像空间。如果磁场箝6或调整磁块7不能并入该总成内，则磁通将经磁极件4的侧边泄漏而减小成像空间内的磁通。在调整磁块7中，磁体排列成具有阻止磁通的泄漏的磁化方向，减小边缘磁场。安装在磁极件4侧部的磁场箝6，由钢构成，且也用来减小边缘磁场。并且，磁场箝6不会引起磁通饱和的产生。

现在描述制造具有以上结构的主磁体总成的方法。

图7A、7B和7C表示主磁块5、磁极件4和磁轭1和2的组合。每一主磁块5由小六面体的磁砖块(段)相互组合在一起构成。如图8所示，四个小磁砖块在垂直方向由于相对磁极表面间相互感应的吸引磁力而相互粘合在一起，形成小的磁块。而且，多个磁块沿横向方向相互连接而形成一多边形的主磁块。这里，多个磁块沿横向方向排列以面对同一磁极表面，从而在相邻的磁块间产生排斥磁力。为此，用能够抵抗相邻磁块间的排斥力的粘结剂将磁块边挨边地安装。在主磁块5和磁极件4的组合中，每一磁块包括四个如上所述堆叠的磁砖块，这些磁砖块用粘结剂相互逐行粘结到磁轭1上。同时，磁极件4由导轨10和11导向，而且导轨10和11沿安装在磁轭1上的磁块逐行安装在磁极件4的侧面。

图7B是X轴支撑单元的剖视图，该支撑单元是用来阻止在磁砖块连接时，磁砖块在X轴方向上彼此处于不规则的角度。图7C是Y轴支撑单元的剖视图，该支撑单元是用来阻止在磁砖块连接时，磁砖块在Y轴方向上彼此处于不规则的角度。回头参见图7A，Y轴支撑单元包括Y轴导向件16、丝杠12和支撑块13。在支撑块13通过丝杠12的旋转而沿Y轴方向移动时，Y轴支撑单元在Y轴方向支撑磁砖块，使得磁砖块沿Y轴方向被有序地设置而不杂乱。X轴支撑单元包括推杆14和丝杠15、X轴导轨18和Y轴导轨17。X轴支撑单元用推杆14在X轴方向上支撑磁块，且也能沿Y轴导轨17在Y轴方向上移动，因此可以阻止磁块在Y轴方向上处于不规则的角度。

当主磁块5的组装完成以后，覆盖主磁块5的磁极件4由螺栓与磁轭1组合在一起，且依次把导轨10和11从磁极件4上移开，因此磁极件4被成功地组装。为了防止主磁块的磁块在由主磁块上的粘结剂定位磁块以前因排斥力而相互分开，使磁块由推杆14在X轴方向支撑，且在Y轴方向由支撑块13支撑。特别是，推杆14的承载量从丝杠15传输，其中丝杠15的旋转运动被转换成直线运动。同样，支撑块13在Y轴方向上的承载量从丝杠12传输，其中丝杠12的旋转运动也被转换成直线运动。

图9A～9C表示主磁块5和磁极件4组装后的磁场箝6组件。如图9A所示，用作磁场箝组件的支撑单元包括丝杠8、导向件9和支撑块24。磁场箝6安装在支撑块24上，且依次使支撑块24通过丝杠8的旋转运动而沿导向件9移动，从而使磁场箝6定位于磁轭1或2上的主磁块5的外轮廓上。此时，主磁块5和靠近主磁块5的磁场箝6间的排斥力可以由丝杠8的力矩克服。图9B是图9A在Y轴方向的剖视图，而图9C是图9A的磁场箝6组装后的剖视图。

图10A～10C表示在主磁体5、磁极件4和磁场箝6组装完成后的调整磁块7组件图。如图10A所示，调整磁块7由支撑块22夹持，丝杠21由侧支撑19和顶板20支撑。随着支撑块22通过丝杠21的旋转而沿导向件23向下移动，由支撑块22夹持的调整磁块7便被设置在磁场箝6和邻近磁场箝6的部分磁极件4上。当支撑块22向下移动时，吸引力施加在预先组装的磁体和调整磁块7之间。但是，该吸引力可以由丝杠21的旋转制动力矩克服。图10B和图10C分别是图10A所示调整磁块支撑单元的顶视图和侧视图。

图11A和图11B是柱体3和下磁轭1的组装图。首先，导向轴25被固定在柱体3上。随着导向轴25穿过在下磁轭1中形成的孔，柱体3向下移动并且接触到下磁轭1。接着，导向轴25逐个从柱体3上移开，并且通过螺栓将柱体3和下磁轭1组合在一起。这时，由于柱体3是由导向轴25导向的，所以并不存在柱体3因磁力而变得无序。图11B是图11A的侧视图。

图12A和图12B是本发明的上磁轭2组装入主磁体总成中的图。如在柱体3和下磁轭1的组件中那样，上磁轭2经形成在其中的孔沿导向轴25导向，直到它到达安装在下磁轭1上的柱体3。在上磁轭2到达柱体3后，导向轴25被移开，并且上磁轭2通过螺栓同柱体3组合在一起。同样，因为上磁轭2是沿安装在柱体3上的导向轴25导向的，所以上磁轭2可以有序地定位在不受磁力影响的柱体3上。图12B是图12A的侧视图。

如上所述，在本发明的MRI系统的主磁体总成的制造中，待组装在主磁块中的磁块间的排斥力可以通过使用磁极件和导轨形成磁通路径而减小。此外，主磁块和磁极件可以同时被组装。在主磁块的组装过程中，用于主磁块组装的主磁体支撑组件可以由马达等驱动，且因此可以节省组装时间。另外，力矩限制器可以被使用以阻止丝杠的过载力矩转移入磁块中，它可以在主磁块的组装步骤中损坏磁块。

而且，在磁场箝和主磁块的组装过程中产生的磁场箝和主磁块间的排斥力，和在调整磁块组装步骤中产生的调整磁块与磁场箝和磁极件间的吸引力，都可以通过组装过程中各自所使用的丝杠的力矩来克服。

另外，由于在柱体与上、下磁轭的组装中使用了导向轴，所以柱体可以在不受磁组件的磁体所产生的磁力影响的两磁轭间有序地定位。

Claims (3)

1．一种用来制造磁共振成像(MRI)系统用的主磁体总成的方法，该主磁体总成包括：

在水平平面内相互平行配置的用来产生初始磁场的上、下主磁盘，在其之间有一预定的成像区域，每一个所述主磁盘由许多以多边形相互连接的磁砖块构成；

分别安装到所述上、下主磁盘的相对面上的上、下磁极件，用于控制由初始磁场在所述成像区域内的磁力线的密度的均匀性；

沿面向上、下磁极件的轮廓线安装的磁场箝，用来阻止由所述主磁盘产生的磁通泄漏到成像区域之外；

调整磁块，其中每一调整磁块安装在一个磁场箝和邻近该磁场箝的部分磁极件之上，用于控制初始磁场磁力线密度；

分别安装在所述上、下主磁盘外侧的上、下磁轭，用来支撑所述上、下主磁盘、磁极件、磁场箝和调整磁块；和

用来在所述磁轭的延长端组合上、下磁轭，以使患者易于出入该总成的两个柱体，

用于制造该主磁体总成的方法包括：

(a)通过在磁极件的两平行侧安装一对导轨形成一磁通路径，以减少用于形成上、下主磁盘的磁块间的排斥力；

(b)在所述磁砖块之间和相对应的磁轭的表面上施加粘结剂，逐行将所述磁砖块相互连接到一起并连接到所述磁轭上；和

(c)沿所述导轨移动所述磁极件以覆盖所述被组合的磁砖块行。

2．如权利要求1的方法，其中步骤(b)包括：

沿Y轴方向推动所述磁砖块以阻止所述磁块在Y轴方向上的无序，利用一包括Y轴导向件、丝杠和支撑块的Y轴支撑单元，其中所述支撑块通过所述丝杠的旋转运动而沿Y轴方向移动，以在Y轴方向支撑所述磁块；以及

沿X轴方向推动所述磁块以阻止所述磁块X轴方向上的无序，利用一包括推杆、丝杠、X轴导轨和Y轴导轨的X轴支撑单元，其中所述推杆通过所述丝杠的旋转运动沿所述X轴方向移动，以在X轴方向支撑所述磁块，而且所述X轴支撑单元沿所述Y轴导轨移动，每次形成一行磁块。

3．如权利要求1的方法，其特征在于在相对应的主磁盘通过重复步骤(b)和(c)完成后进行步骤(d)，所述主磁体组装方法还包括用螺栓组合磁轭和磁极件，和从所述磁极件中移开所述导轨。

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