專利名稱：永磁磁體和包括該磁體的mri用磁體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種永磁磁體和包括該磁體的MRI用磁體裝置，以及該永磁磁體和MRI用磁體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
MRI(磁共振成像儀)是二十世紀(jì)八十年代開始進(jìn)入實(shí)用階段的醫(yī)療影像診斷設(shè)備，是當(dāng)今發(fā)現(xiàn)和診斷早期癌癥及其他多種疾病的最先進(jìn)的臨床影像診斷設(shè)備之一。MRI的工作原理是將人體置于特殊設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)中，然后用射頻磁場(chǎng)脈沖激發(fā)人體內(nèi)的氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量；在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào)，并將吸收的能量釋放出來，被人體外的接收器收錄，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理獲得圖像。
MRI中的主要部件是用于產(chǎn)生空間磁場(chǎng)的磁體裝置。為了得到清晰真實(shí)的圖像，對(duì)患者進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，MRI要求其中的磁體裝置能夠產(chǎn)生均勻分布、具有足夠場(chǎng)強(qiáng)的工作區(qū)磁場(chǎng)。
MRI按照功能和圖像質(zhì)量通常可分為高場(chǎng)型(工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)為3特斯拉以上)、中場(chǎng)型(工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)為1±0.5特斯拉)和低場(chǎng)型(工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)為0.4特斯拉及以下)。工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)越高，信號(hào)的信噪比就越高，就能獲得更清晰，包含更豐富信息的圖像。因此，與低場(chǎng)型MRI相比，高場(chǎng)型和中場(chǎng)型MRI具有很大的優(yōu)勢(shì)。
目前，MRI用磁體裝置中經(jīng)常使用的磁體有超導(dǎo)磁體和永磁磁體。超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)較強(qiáng)，但是其制造成本非常昂貴，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以使用超導(dǎo)磁體的MRI不僅售價(jià)高、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用也高。使用永磁磁體的MRI沒有這些缺點(diǎn)，但工作磁場(chǎng)必須提高，以使其總體性能向超導(dǎo)MRI靠近。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的使用永磁磁體的MRI用磁體裝置的示意圖，圖2a至圖2d則示出了圖1中使用的永磁磁體的外部形狀。
如圖1所示，現(xiàn)有的使用永磁磁體的MRI用磁體裝置包括磁軛1、上永磁磁體2、下永磁磁體3、上極靴4和下極靴5，其中上永磁磁體2和下永磁磁體3分別連接在磁軛1的上下兩端且上下對(duì)置，上極靴4和下極靴5分別設(shè)置在上永磁磁體2和下永磁磁體3的端面上，在上極靴4和下極靴5之間具有氣隙6。圖1中，上永磁磁體2(或者下永磁磁體3)中的箭頭表示該磁體的磁化方向，氣隙6中的箭頭表示產(chǎn)生的工作區(qū)磁場(chǎng)方向。
如圖2a至圖2d所示，在現(xiàn)有的MRI用磁體裝置中，永磁磁體2是由磁化方向相同的永磁材料構(gòu)成的一體型柱體形狀，例如圓柱形、中空?qǐng)A柱形、多邊棱柱形、中空多邊棱柱形，永磁材料的磁化方向與柱體的軸線平行，如各個(gè)永磁磁體2中的箭頭所示。
上述圖1中所示的MRI用磁體裝置為開放式C-形結(jié)構(gòu)。除此之外，現(xiàn)有技術(shù)中還有其它結(jié)構(gòu)的MRI用磁體裝置，例如四柱式結(jié)構(gòu)、兩柱式結(jié)構(gòu)等。上述MRI用磁體裝置可以參考IEEE TRANSACTIONS OF APPLIEDSUPERCONDUCTIVITY，VOL.14，NO.2，JUNE 2004，或者由M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer編寫的第二版的MAGNETIC RESONANCEIMAGING第一章第1.3.1節(jié)的內(nèi)容。
在現(xiàn)有技術(shù)中，MRI用磁體裝置的工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)只有0.4特斯拉及以下，所以這種MRI都是低場(chǎng)型，中場(chǎng)型和高場(chǎng)型的MRI一般都要使用超導(dǎo)磁體。因此，雖然永磁磁體MRI價(jià)格便宜、開放性好，使用永磁磁體的MRI結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，但是由永磁磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)偏低，如果要產(chǎn)生較大的工作區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度，則需要使用超量的永磁磁材，使永磁磁體及包括該永磁磁體的MRI非常笨重。例如，如果要達(dá)到工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)為1±0.5特斯拉的中場(chǎng)型MRI的標(biāo)準(zhǔn)，需要6～12噸重量的永磁磁體。因此，現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒有使用永磁磁體的中場(chǎng)型MRI。由于現(xiàn)有的使用永磁磁體的MRI的工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)較低，因此，信號(hào)的信噪比低，不能運(yùn)行高速脈沖序列，因此與超導(dǎo)MRI相比，圖像清晰度不夠，獲取的信息種類和含量也少。
另外，用于MRI的永磁磁體以及磁體裝置已經(jīng)在多篇專利文獻(xiàn)中記載。例如CN 1116311A公開了一種用于磁共振成像設(shè)備中的磁場(chǎng)發(fā)生裝置；CN2404130Y公開了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的磁體裝置；CN 2430698Y公開了一種無堵漏磁極的C型磁共振成像永磁磁體；CN 1371000A公開了一種全開放磁共振成像儀；CN 1400473A公開了一種磁共振成像系統(tǒng)用永久磁體裝置；CN 2542225Y公開了一種兩立柱開放式C型永磁型磁共振磁體；CN1491613A公開了一種用于磁共振成像的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的磁性件的裝配方法；CN 1588582A公開了一種薄片形磁場(chǎng)全開放磁共振成像儀主磁體。
然而，與圖1所示的MRI一樣，上述文獻(xiàn)公開的永磁磁體或包括永磁磁體的磁成像儀也存在工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)比較低的缺點(diǎn)，工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)只有0.4特斯拉及以下，不能應(yīng)用于中場(chǎng)型MRI或者不屬于中場(chǎng)型MRI。因此，在保持開放度不變、磁材用量和磁體主要尺寸和總重量不變的前提下，如何提高永磁磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度，得到具有更高工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)的永磁MRI磁體成為本領(lǐng)域一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種能產(chǎn)生較強(qiáng)工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)的永磁磁體。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種具有較強(qiáng)工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)的包括該永磁磁體的MRI用磁體裝置。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種永磁磁體的制造方法。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種使用永磁磁體的MRI用磁體裝置的形成方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供的永磁磁體包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯套裝在磁套中；所述磁芯的磁化方向?yàn)檩S向，所述磁套的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供的使用永磁磁體的MRI用磁體裝置，包括磁軛、上永磁磁體和下永磁磁體、以及上極靴和下極靴，其中上永磁磁體包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯套裝在磁套中；所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，并且磁套上端的磁化方向?yàn)檩S向，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；下永磁磁體包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯套裝在磁套中；所述磁套的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，并且磁套上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲?，下端的磁化方向?yàn)檩S向。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提供一種永磁磁體的制造方法，該方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向的磁芯；形成磁套；以及將磁芯緊密套裝在該磁套中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提供一種使用永磁磁體的MRI用磁體裝置的形成方法，該磁體裝置包括磁軛、上永磁磁體和下永磁磁體、以及上極靴和下極靴，其中所述上永磁磁體的形成方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向向下的磁芯，形成磁套，以及將磁芯緊密套裝在該磁套中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；以及所述下永磁磁體的形成方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向向下的磁芯，形成磁套，以及將磁芯緊密套裝在該磁套中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲猓露说拇呕较驗(yàn)檩S向向下。
所述上極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯緊密套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向內(nèi)；所述下極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向外。
因此，通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明的永磁磁體與現(xiàn)有的永磁磁體相比，在具有基本相同的大小和形狀的情況下能提供更高的場(chǎng)強(qiáng)，最大限度地利用永磁磁體的潛能，因此，使永磁磁體提供的工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到0.5～0.6特斯拉以上，能夠?qū)⒂来糯朋w應(yīng)用到中場(chǎng)型MRI中。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中使用永磁磁體的MRI用磁體裝置的示意圖；圖2a至圖2d是顯示圖1中使用的永磁磁體的外部形狀；圖3a至圖3d是顯示本發(fā)明的永磁磁體的外部形狀；圖3e至圖3l是顯示本發(fā)明的永磁磁體的剖面示意圖，其中示出了永磁磁體的磁化方向；圖4a至圖4d是顯示本發(fā)明第一實(shí)施方式的永磁磁體的外部形狀；圖4e是顯示本發(fā)明第一實(shí)施方式的永磁磁體的剖面示意圖，其中示出了磁化方向；圖5a至圖5d是顯示本發(fā)明第二實(shí)施方式的永磁磁體的外部形狀；圖5e是顯示本發(fā)明第二實(shí)施方式的永磁磁體中一串磁瓣的示意圖，其中示出了磁化方向；圖6是本發(fā)明MRI用磁體裝置的示意圖，其中使用了本發(fā)明的永磁磁體；圖7a和圖7b是圖6中所用極靴的一種實(shí)施方式的示意圖；圖8是圖6中所用極靴的另一種實(shí)施方式的示意圖。
附圖標(biāo)記說明1 磁軛2 上永磁磁體3 下永磁磁體4 上極靴5 下極靴6 氣隙21、31 磁芯22、32 磁套210、310 通孔221、321 磁層222、322 磁瓣41、51 極芯42、52 極套420、520 磁瓣具體實(shí)施方式
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的原理及示例性實(shí)施方式。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，如圖3a至圖3l所示，本發(fā)明提供了一種永磁磁體，該永磁磁體包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯21和磁套22，磁芯21和磁套22同軸，并且磁芯21套裝在磁套22中；所述磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向，所述磁套22的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯21的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯21的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。
圖3e至圖31分別顯示了本發(fā)明永磁磁體中磁芯21和磁套22磁化方向的多種布置形式，其中虛線箭頭表示磁芯21的磁化方向，實(shí)線箭頭表示磁套22的磁化方向。
在圖3e至圖3h中，磁芯21的磁化方向與磁套22一端的磁化方向相同。如圖所示，磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套22一端的磁化方向同為軸向向下，另一端的磁化方向?yàn)閺较颉４盘?2的磁化方向從一端的軸向向下到另一端的徑向之間呈現(xiàn)出步進(jìn)式變化。
在圖3g至圖3h中，磁芯21的磁化方向與磁套22一端的磁化方向相反。如圖所示，磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套22一端的磁化方向同為軸向向上，另一端的磁化方向?yàn)閺较?。磁?2的磁化方向從一端的軸向向上到另一端的徑向之間呈現(xiàn)出步進(jìn)式變化。
如圖3e至圖3l所示，磁芯21的磁化方向與磁套22的磁化方向之間還可以具有多種布置方式。
如圖3e所示，磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向向下，其中Z表示磁芯的軸線。磁套22上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲狻４盘?2的磁化方向從上端到下端為步進(jìn)式改變。即，磁套上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，然后從磁套上端向下一點(diǎn)的磁化方向?yàn)樯晕⑾蛲?，再向下一點(diǎn)的磁化方向更加向外，最后到達(dá)磁套下端時(shí)，磁化方向完全改變?yōu)閺较蛳蛲狻４盘?2的磁化方向從上端的軸向向下到下端的徑向向外之間為步進(jìn)式改變，即逐漸過渡。
如圖3f所示，永磁磁體與圖3e中的永磁磁體基本相同，不同之處僅在于磁套22下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)，即磁套22的磁化方向從上端的軸向向下逐漸改變?yōu)橄露说膹较蛳騼?nèi)。
如圖3g所示，永磁磁體與圖3e中的永磁磁體基本相同，不同之處僅在于磁套22上端的磁化反向?yàn)閺较蛳蛲?，而下端的磁化方向則為軸向向下，即磁套22的磁化方向從上端的徑向向外逐漸改變?yōu)橄露说妮S向向下。
如圖3h所示，永磁磁體與圖3g中的永磁磁體基本相同，不同之處僅在于磁套22上端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)，即磁套22的磁化方向從上端的徑向向內(nèi)逐漸改變?yōu)橄露说妮S向向下。
圖3i至圖3l所示的永磁磁體與圖3e至圖3h所示的永磁磁體基本相同，不同之處僅在于磁套22一端為軸向的磁化方向與磁芯21的軸向的磁化方向相反。即，如果磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向向下，則磁套22一端為軸向的磁化方向則為軸向向上。
本發(fā)明所述磁芯21和磁套22的形狀沒有特別限定，磁芯21可以是規(guī)則形狀也可以是不規(guī)則形狀，如圓柱體、中空?qǐng)A柱體、多邊棱柱體、等邊多邊棱柱體、中空多邊棱柱體、中空等邊多邊棱柱體、橢圓柱體或者橫截面為不規(guī)則形狀的其他柱體。磁套22可以是規(guī)則形狀也可以是不規(guī)則形狀，如圓柱套筒、多邊棱柱套筒、等邊多邊棱柱套筒、橢圓柱套筒或橫截面形狀不規(guī)則的其它柱體套筒。圖3a至圖3d示例性地給出了本發(fā)明的幾種永磁磁體的外形。
如圖3a所示，磁芯21形成為圓柱體，磁套22形成為圓筒體，磁芯21套裝在磁套22中。為了清楚的顯示，在圖中示出了磁芯21與磁套22之間的間隙，但在實(shí)際產(chǎn)品中，磁芯21一般是非常緊密地套裝在磁套22中。
如圖3b所示，永磁磁體與圖3a中的永磁磁體不同之處僅在于磁芯21形成為中空?qǐng)A柱體，即磁芯21的中心形成有軸向貫通的通孔210。
如圖3c所示，磁芯21形成為多邊棱柱體，磁套22也形成為多邊棱柱套筒，磁芯21很貼切地套裝在磁套22中。
如圖3d所示，永磁磁體與圖3c中的永磁磁體不同之處僅在于磁芯21中心形成有軸向貫通的通孔210。
如圖3c和3d所示，所述多邊棱柱體和/或多邊棱柱套筒可以是等邊的多邊棱柱體和/或等邊的多邊棱柱套筒。
另外，磁芯21的外柱面和磁套22的外柱面可以具有相同的形狀(如圖3a至圖3d所示)，也可以具有不同的形狀(圖中未示出)，例如磁芯21為圓柱體，磁套22的內(nèi)柱面為圓柱形，但外柱面可以為多邊棱柱形或者橢圓形，等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要組合使用現(xiàn)有的任意柱體形狀的磁芯和磁套。
根據(jù)本發(fā)明，磁芯21和磁套22可以使用相同或者不同的永磁材料制造。永磁材料可以選用現(xiàn)有的任何永磁材料，例如燒結(jié)釹鐵硼、粘接稀土永磁、稀土鈷、恒磁鐵氧體等。
為了優(yōu)化永磁磁體的性能，所述磁芯和磁套的尺寸最好能滿足下面的條件，例如所述磁芯的直徑與高度的比值可以為1至5，優(yōu)選為3.4至4；所述磁套的厚度可以為10％至80％，優(yōu)選為50％至55％；所述磁套的厚度與高度的比值為0.05至2，優(yōu)選為1.5至1.7。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，磁套22可以在軸向上包括多個(gè)磁層221，如圖4a至圖4d所示。通過這種結(jié)構(gòu)，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)磁套22上端的軸向磁化方向逐漸改變?yōu)榇盘?2下端的徑向磁化方向，即實(shí)現(xiàn)磁套22的磁化方向的步進(jìn)式改變，并且通過將各磁層選為不同厚度(包括某些層厚度為零，以及使用不同磁材，控制步進(jìn)的步長。
如圖所示，每個(gè)磁層221形成為環(huán)形套，即磁層221是由垂直于磁芯21軸線的一系列假象的平面切割而成。磁套22中的各個(gè)磁層221之間可以具有相同的大小，也可以具有不同的大小，即各個(gè)磁層221彼此之間的高度可以相等，也可以不同。某些情況下某些磁層的厚度可以取為零。
本發(fā)明對(duì)于磁套22中的磁層221的大小、數(shù)量以及材料沒有特別要求。例如，每個(gè)磁層的高度可以為磁套高度的0％～30％，優(yōu)選地為10％至20％；磁層的數(shù)量可以為1至10，優(yōu)選為5至6；每個(gè)磁層的材料可以彼此相同也可以彼此不同，可以選自燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)稀土永磁、稀土鈷、恒磁鐵氧體等。
圖4e示意性地示出了本發(fā)明的一種永磁磁體的剖面圖，其中虛線箭頭表示磁芯21的磁化方向，實(shí)線箭頭表示各個(gè)磁層221的磁化方向。
如圖4e所示，各個(gè)磁層221具有各自的磁化方向，從最上端的磁層到最下端的磁層，磁化方向?yàn)椴竭M(jìn)式改變。因此，通過將具有不同磁化方向的磁層221按順序上下疊置在一起，就可以方便地實(shí)現(xiàn)磁套22從上端的磁化方向到下端的磁化方向的步進(jìn)式改變。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述磁套22的各個(gè)磁層221還可以在周向上包括多個(gè)磁瓣222，如圖5a至圖5d所示，從而進(jìn)一步方便實(shí)現(xiàn)磁套22上端的軸向磁化方向逐漸改變?yōu)榇盘?2下端的徑向磁化方向，即實(shí)現(xiàn)磁套22的磁化方向的步進(jìn)式改變。
如圖所示，所述各個(gè)磁瓣222是由經(jīng)過磁芯21軸線的一系列平面切割而成。每個(gè)磁層221中的磁瓣222可以具有相同的大小，也可以具有不同的大小，并且所有磁層221中的所有磁瓣222也可以具有相同的大小或者不同的大小。
本發(fā)明對(duì)于磁瓣222的大小、數(shù)量以及材料沒有特別要求。例如，每個(gè)磁層的磁瓣數(shù)量可以為16至64，優(yōu)選為16至32；每個(gè)磁層的磁瓣之間在軸向上可以對(duì)齊排列也可以不對(duì)齊排列；各個(gè)磁瓣的材料可以彼此相同也可以彼此不同。
圖5e示意性地示出了磁套22中的一列縱向磁瓣222，其中Z表示永磁磁體的軸線，虛線箭頭表示磁芯的磁化方向，實(shí)線箭頭表示磁瓣222的磁化方向。每個(gè)磁瓣222具有各自唯一的磁化方向。將各個(gè)磁瓣按順序上下疊置在一起，可以很方便地實(shí)現(xiàn)一列磁瓣的磁化方向相對(duì)于磁芯的磁化方向的步進(jìn)式改變，從而很方便地實(shí)現(xiàn)磁套22相對(duì)于磁芯21的磁化方向的步進(jìn)式改變。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，如圖6所示，本發(fā)明提供了一種MRI用磁體裝置，該磁體裝置包括磁軛1、上永磁磁體2、下永磁磁體3、上極靴4和下極靴5，其中上永磁磁體2包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯21和磁套22，磁芯21和磁套22同軸，并且磁芯21緊密套裝在磁套22中；所述磁芯21的磁化方向?yàn)檩S向向下，所述磁套22的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯21的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯21的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套22上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；下永磁磁體3包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯31和磁套32，磁芯31和磁套32同軸，并且磁芯31緊密套裝在磁套32中；所述磁芯31的磁化方向?yàn)檩S向向下，所述磁套32的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯31的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯31的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套32上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲猓露说拇呕较驗(yàn)檩S向向下。
圖6所示的MRI用磁體裝置是本發(fā)明提供的MRI用磁體裝置的一種實(shí)施方式，該裝置是在圖1所示的磁體裝置的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，改進(jìn)之處在于利用了本發(fā)明上述的永磁磁體。
另外需要說明的是，圖1所示的僅僅是現(xiàn)有技術(shù)中的一種比較常用的MRI用磁體裝置的結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明并不限于圖6中所示的這種特定的結(jié)構(gòu)，而可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他任意合適的結(jié)構(gòu)，如本發(fā)明背景技術(shù)部分所述的各個(gè)參考文獻(xiàn)中所述的結(jié)構(gòu)。
下面根據(jù)圖6所示的這種特定結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明的MRI用磁體裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
在MRI用磁體裝置中，磁軛1的作用是作為磁極磁通的通路以及作為整個(gè)磁體的骨架。
磁軛1為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，磁軛1的材料可以是碳鋼或工程純鐵，其結(jié)構(gòu)可以是C型，也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的其他形狀；可以是一體型結(jié)構(gòu)，以可以是裝配型結(jié)構(gòu)，還可以具有其他一些輔助構(gòu)件，例如軛板等。
上永磁磁體2和下永磁磁體3可以分別使用本發(fā)明第一方面所述的永磁磁體。
再次回到圖1和圖2a至圖2d，在現(xiàn)有的MRI用磁體裝置中，由于上永磁磁體2和下永磁磁體3的磁化方向平行于其軸線方向，所以由上永磁磁體2和下永磁磁體3產(chǎn)生的磁通量只有一部分經(jīng)過氣隙6，而另一部分磁通量將會(huì)繞過氣隙6，例如從磁體周向表面逸出，因此作為工作區(qū)的氣隙6中所得到的場(chǎng)強(qiáng)一般不會(huì)超過0.4特斯拉。
因此，本發(fā)明為了提高氣隙6中的場(chǎng)強(qiáng)，對(duì)使用的永磁磁體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了上述改進(jìn)，并將上述的永磁磁體應(yīng)用到該磁體裝置中，從而能夠在氣隙6中得到0.5～0.6特斯拉以上的場(chǎng)強(qiáng)。其原理在于，在本發(fā)明上述的永磁磁體中，通過磁套的磁化方向可以有效抑止磁芯產(chǎn)生的磁通量逃逸，從而能有效增加工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)，即氣隙6中的場(chǎng)強(qiáng)。
上極靴4和下極靴5可以是現(xiàn)有的各種上極靴和下極靴，其材料和結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。一般來說，所述上極靴包括裙邊和異形的面向氣隙的表面，下極靴也包括裙邊和異形的面向氣隙的表面。上極靴4和下極靴5的材料可以選自碳鋼、工程純鐵以及它們和硅鋼片、鐵基納米晶的某種組合。
按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，如圖7a和圖7b所示，本發(fā)明提供的MRI用磁體裝置中，所述上極靴4沿徑向分為極芯41和極套42，極芯41和極套42共軸，且極芯41套裝在極套42內(nèi)；極套42的磁化方向徑向向內(nèi)。即，該極套42的磁化方向與上永磁磁體2的最下磁層222的磁化方向一致。所述下極靴5沿徑向分為極芯51和極套52，極芯51和極套52共軸，且極芯51套裝在極套52內(nèi)；極套52的磁化方向徑向向外。即，該極套52的磁化方向與下永磁磁體3的最上磁層322的磁化方向一致。
所述極芯可以選自碳鋼、工程純鐵以及它們和硅鋼片、鐵基納米晶的某種組合，所述極套的材料選擇范圍可以與磁套相同。
采用本發(fā)明的極靴，由于極靴中的極套能有效抑制磁芯21產(chǎn)生的磁通量逃逸，從而能有效增加工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)，即氣隙6中的場(chǎng)強(qiáng)。
如圖8所示，優(yōu)選情況下，所述極套在周向由多個(gè)磁瓣420構(gòu)成，各個(gè)磁瓣420在大小、數(shù)量、材料等方面類似于上述永磁磁體中連接極套的磁層22中的磁瓣221，可以彼此上下對(duì)應(yīng)。
上極靴4和下極靴5的作用是極芯可以均化其身后永磁柱體中各局部的磁性能的偏差，極芯的裙邊可以使工作區(qū)磁場(chǎng)大致均勻。極靴4、5的形狀一般為帶裙邊的圓板形。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種永磁磁體的制造方法，該方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向的磁芯21；形成磁套22；以及將磁芯21緊密套裝在該磁套22中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。
磁芯21可以商購得到，也可以使用永磁材料制造而得到，例如對(duì)永磁材料進(jìn)行光切割或線切割，然后拼接、膠合等制成所需形狀的磁芯21。
磁瓣222依其所在磁套中位置的不同而各有其自己的特殊的磁化方向。磁瓣的制造方法通?？梢杂袃煞N一種是向磁材廠訂貨的時(shí)候，即將磁瓣毛坯的易磁化方向塑就，然后分類通過切削、線切割、膠合形成所需磁瓣；一種是向磁材廠訂得同一磁化規(guī)格的坯料，然后經(jīng)切削、拼塊、線切割、套裁、膠合而得到所需要各種規(guī)格的磁瓣。
磁芯先由小塊膠合成形，然后各磁瓣分層對(duì)號(hào)入座，嵌入規(guī)定位置，所有小磁塊和磁瓣的喂進(jìn)均由力學(xué)上足夠剛勁的非磁性機(jī)械臂在手動(dòng)或氣動(dòng)的情況下來完成，從而可以實(shí)現(xiàn)磁芯與磁套的接合。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種MRI用磁體裝置的制造方法，該磁體裝置包括磁軛1、上永磁磁體2和下永磁磁體3、上極靴4和下極靴5，其中所述上永磁磁體2的形成方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向向下的磁芯21，形成磁套22，以及將磁芯21緊密套裝在該磁套22中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套22上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；以及所述下永磁磁體3的形成方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向向下的磁芯31，形成磁套32，以及將磁芯31緊密套裝在該磁套32中，使所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化，磁套32上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲?，下端的磁化方向?yàn)檩S向向下。
上永磁磁體和下永磁磁體的制造方法可以根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的永磁磁體的制造方法加以實(shí)現(xiàn)。(可以參照永磁磁體的制造方法進(jìn)行說明)上極靴和下極靴在周向上可以包括極芯和極套，極芯的制造方法一般是將構(gòu)成極套的磁瓣用機(jī)械臂喂進(jìn)到位，然后固定。極套的制造方法一般是用數(shù)控機(jī)床加工設(shè)備制成。
極套可以在周向上包括多個(gè)磁瓣，這些磁瓣的制造方法可以與上述永磁磁體中的磁瓣的制造方法可以相同。
磁體裝置的各個(gè)部件之間的連接關(guān)系及連接手段可以采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
下面通過實(shí)施例和對(duì)比例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例步驟1使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造磁化方向?yàn)檩S向向下的圓柱形磁芯，該磁芯的高度為25cm，直徑為80cm；步驟2使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造5批每批8個(gè)的相同磁瓣，每個(gè)磁瓣的高度為5cm，磁瓣的徑向厚度為20cm。其中，使第1批磁瓣的磁化方向同為軸向向下，第2批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜25度，第3批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜50度，第4批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜75度，第5批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜90度，即徑向向內(nèi)；步驟3將每一批的8個(gè)磁瓣在周向上使用機(jī)械臂喂送到位，連成一圈而構(gòu)成一個(gè)磁層，然后將由磁瓣構(gòu)成的5個(gè)磁層按照磁化方向從軸向向下一直到徑向向內(nèi)的逐漸改變的順序從上向下套裝在磁芯上，從而形成第一永磁磁體；步驟4使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造磁化方向?yàn)檩S向向下的圓柱形磁芯，該磁芯的高度為25cm，直徑為80cm；步驟5使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造5批每批8個(gè)的相同磁瓣，每個(gè)磁瓣的高度為5cm，磁瓣的徑向厚度為20cm。其中使第1批磁瓣的磁化方向同為軸向向下，第2批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向外傾斜25度，第3批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向外傾斜50度，第4批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向外傾斜75度，第5批磁瓣的磁化方向相對(duì)于軸向向外傾斜90度，即徑向向外；步驟6將每一批的8個(gè)磁瓣在周向上使用機(jī)械臂喂送到位，連成一圈而構(gòu)成一個(gè)磁層，然后將由磁瓣構(gòu)成的5個(gè)磁層按照磁化方向從徑向向外一直到軸向向下的逐漸改變的順序從上向下套裝在磁芯上，從而形成第二永磁磁體；步驟7使用工程純鐵制造磁化方向?yàn)檩S向向下的圓柱形極芯，該極芯的高度為10cm，直徑為80cm；步驟8使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)的8個(gè)相同磁瓣，該磁瓣的高度為10cm，徑向長度為20cm；步驟9將制造出來的上述8個(gè)磁瓣使用機(jī)械臂喂送到位構(gòu)成周向的一個(gè)極套，然后將步驟1制造的極芯套裝在該極套內(nèi)，從而形成第一極靴；步驟10使用工程純鐵制造磁化方向?yàn)檩S向向下的圓柱形極芯，該極芯的高度為10cm，直徑為80cm；步驟11使用燒結(jié)釹鐵硼材料制造磁化方向?yàn)閺较蛳蛲獾?個(gè)相同磁瓣，該磁瓣的高度為10cm，徑向長度為80cm；步驟12將制造出來的上述8個(gè)磁瓣使用機(jī)械臂喂送到位構(gòu)成周向的一個(gè)極套，然后將步驟1制造的極芯套裝在該極套內(nèi)，從而形成第二極靴；步驟13將第一極靴和第二極靴分別安裝到第一和第二永磁磁體的相對(duì)兩個(gè)端面上，然后檢測(cè)氣隙中的場(chǎng)強(qiáng)，得到的場(chǎng)強(qiáng)大小為0.5特斯拉。
比較例在使用現(xiàn)有的單一圓柱體(材料為燒結(jié)釹鐵硼，高度為25cm，直徑為120cm)的永磁磁體的MRI用磁體裝置中，使用現(xiàn)有的單一圓板狀極靴(材料為工程純鐵，高度為10cm，直徑為120cm)，將該極靴分別安裝到比較例1中的上下永磁磁體的相對(duì)端面上，檢測(cè)氣隙中的場(chǎng)強(qiáng)，得到的場(chǎng)強(qiáng)大小為0.37特斯拉。
因此，從上述數(shù)據(jù)中可以看出，使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于漏磁得到全面抑制，永磁材料的磁效能得到充分發(fā)揮，所以與現(xiàn)有構(gòu)成技術(shù)的磁體相比，可以在維持磁體開放度不變，磁材總重大體不變，磁體總重和外形尺寸基本不變的情況下，將磁體工作場(chǎng)強(qiáng)大幅提升。
權(quán)利要求
1.一種永磁磁體，該磁體包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯緊密套裝在磁套中；所述磁芯的磁化方向?yàn)橹w的軸向，所述磁套的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向步進(jìn)式變化。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其中，所述磁芯的形狀為圓柱形、中空?qǐng)A柱形、多邊棱柱形、中空多邊棱柱形中的任意一種。
3.如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其中，所述磁芯的直徑與高度的比值為1至5。
4.如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其中，所述磁套的厚度為所述磁芯半徑的10％至80％。
5.如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其中，所述磁套的厚度與高度的比值為0.05至2。
6.如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其中，所述磁套在軸向上包括多個(gè)磁層。
7.如權(quán)利要求6所述的永磁磁體，其中，所述磁套的每個(gè)磁層在周向上包括多個(gè)磁瓣。
8.一種MRI用磁體裝置，包括磁軛、上永磁磁體、下永磁磁體、上極靴和下極靴，其中，上永磁磁體和下永磁磁體分別包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯緊密套裝在磁套中；所述磁芯的磁化方向?yàn)橹w的軸向，所述磁套的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向步進(jìn)式變化，并且，上永磁磁體的磁芯的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；下永磁磁體的磁芯的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲?，下端的磁化方向?yàn)檩S向向下。
9.如權(quán)利要求8所述的磁體裝置，其中，所述磁套在軸向上包括多個(gè)磁層。
10.如權(quán)利要求9所述的磁體裝置，其中，所述磁套的每個(gè)磁層在周向上包括多個(gè)磁瓣。
11.如權(quán)利要求8所述的磁體裝置，其中所述上極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯緊密套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向內(nèi)；所述下極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向外。
12.如權(quán)利要求11所述的磁體裝置，其中，所述極套在周向上包括多個(gè)磁瓣。
13.一種永磁磁體的制造方法，該方法包括形成磁化方向?yàn)檩S向的磁芯；形成磁套；以及將磁芯緊密套裝在該磁套中，使磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述磁套在軸向上包括多個(gè)磁層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述磁套的每個(gè)磁層在周向上包括多個(gè)磁瓣。
16.一種MRI用磁體裝置的制造方法，該方法包括將上永磁磁體和下永磁磁體分別安裝到磁軛的上下兩端，以及將上極靴和下極靴分別安裝到上永磁磁體和下永磁磁體的相對(duì)端面上，其中，上永磁磁體和下永磁磁體分別包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯緊密套裝在磁套中；所述磁芯的磁化方向?yàn)橹w的軸向，所述磁套的磁化方向?yàn)轫樦w的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向步進(jìn)式變化，并且，上永磁磁體的磁芯的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套上端的磁化方向?yàn)檩S向向下，下端的磁化方向?yàn)閺较蛳騼?nèi)；下永磁磁體的磁芯的磁化方向?yàn)檩S向向下，磁套上端的磁化方向?yàn)閺较蛳蛲?，下端的磁化方向?yàn)檩S向向下。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述磁套在軸向上包括多個(gè)磁層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述磁套的每個(gè)磁層在周向上包括多個(gè)磁瓣。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述上極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯緊密套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向內(nèi)；所述下極靴沿徑向分為極芯和極套，極芯和極套共軸，且極芯套裝在極套內(nèi)；極套的磁化方向徑向向外。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述極套在周向上包括多個(gè)磁瓣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種永磁磁體，包括由永磁材料構(gòu)成的柱體，其中，所述柱體沿徑向分為磁芯和磁套，磁芯和磁套同軸，并且磁芯套裝在磁套中；所述磁芯的磁化方向?yàn)檩S向，所述磁套的磁化方向順著柱體的軸向從一端與磁芯的磁化方向平行的方向到另一端與磁芯的磁化方向垂直的方向?yàn)椴竭M(jìn)式變化。另外，本發(fā)明還提供了使用該磁體的MRI用磁體裝置以及上述永磁磁體和磁體裝置的形成方法。通過該永磁磁體，能夠使得MRI用磁體裝置產(chǎn)生的工作區(qū)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到0.5～0.6特斯拉以上。
文檔編號(hào)G01R33/38GK1877757SQ20061005729
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者夏平疇 申請(qǐng)人:北京泰杰燕園醫(yī)學(xué)工程技術(shù)有限公司