磁共振成像系统用永久磁体装置及磁性材料在其内的分布 技术领域
本发明涉及在工作空间大范围内产生高均匀度磁场并应用于磁共振成像系统的永久磁体。
背景技术
为了得到清晰真实的图像对患者进行准确诊断，磁共振成像系统要求其中的磁体能够提供一个在大范围内非常均匀的空间磁场分布，为达此目的最关键的是磁路设计。尽管为了达到在大范围内磁场分布比较均匀的目的需要对磁场进行调整，但是在开始调整磁场之前的基础场分布是非常重要的，基础磁场的分布是由磁路设计和制造决定的。
设定磁体主磁场方向为Z向，在传统的开放式永久磁体的主磁场BZ中由于磁性材料的分布及极板(组件)的形状的原因比较容易形成较强地Z的二次项、四次项、六次项、…、2n(n＞1，整数)次项等谐波分量，这些谐波分量越强，基础磁场的均匀性就越差；由于连接磁轭的原因，容易造成在靠近连接磁轭处磁场强度较低的现象，这也会导致基础磁场的均匀性不好。基础磁场均匀性不好，一方面会给磁场调整的工作量增加，更重要的是另一方面即使磁场调整成功也会给成像带来不利的影响。
本发明为永久磁体解决此问题提供了一系列有效的方法。
发明内容
本发明解决此问题的方案是：
所说的永久磁体主要由相对(磁场极性为N-S、N-S)而置的磁性材料分布阵、二组一端是平面且与磁性材料分布阵相连而另一端面向工作空间且该端不是平面结构而是至少在极板周围有一圈凸出环状部分是工作空间中的磁场分布趋向均匀的极板组件、二个一处与一组磁性材料分布阵的另一端相连而另一处与下述的连接磁轭相连的疏导磁轭以及在非工作区域内使此二个疏导磁轭所引导过来的磁力线经历尽可能小的磁阻而连通整个磁路的若干个连接磁轭组成。
主磁路磁力线从一组磁性材料分布阵出发，顺次经过一个疏导磁轭、若干个连接磁轭、另一个疏导磁轭、另一组磁性材料分布阵、一个极板组件工作空间以及另一个极板组件，而后回到起始的磁性材料分布阵形成闭合磁力线回路。
不论疏导磁轭及连接磁轭的几何形状如何变化，都必须满足主磁路不饱和或基本不饱和的条件。现代磁共振成像系统用永久磁体采用的磁性材料多为钕铁硼稀土永磁材料，疏导磁轭及连接磁轭采用低碳钢，考虑到钕铁硼的磁性能及低碳钢的导磁性，如果一组磁性材料分布阵垂直于磁化方向的截面积为Sm，所有连接磁轭在垂直于主磁路方向的截面积之和为∑Sly，应该满足以下关系：
∑Sly＞0.2Sm
主磁路流经疏导磁轭时，疏导磁轭在理论上的等磁标量位处垂直于该磁标量位相应的磁力线方向的面积Syep与该磁力线起源范围内磁性材料垂直于磁化方向的截面积Smep满足以下关系：
Syep＞0.2Smep
本发明的特征是：只要满足上述二个关系式，而不论疏导磁轭的几何形状如何，也不论连接磁轭的个数及其在疏导磁轭边缘分布位置如何。
磁共振成像系统用永久磁体中的磁性材料为长方体状，只要极板组件的表面不呈长方形(或正方形)状，磁性材料分布阵的形状就不可能与极板表面形状完全吻合，只能用磁性材料呈阶梯状分布来逼近极板表面形状。一般来说，极板为对称形状时，磁性材料分布阵在以相应的对称分布的阶梯阵来逼近的基础上，如果连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，可以在连接磁轭与极板组件边缘距离最近处适当增加磁性材料的分布来减小连接磁轭对工作空间磁场分布均匀度的影响。
本发明所说的永久磁体各处均处于不饱和状态，使导磁材料工作于最佳工作点附近，能最大限度地利用导磁材料的导磁性能，磁性材料的分布最大限度地克服了磁路中的边缘效应和扩散效应。因此，本发明所说的永久磁体可以大幅度提高工作气隙内基础磁场的均匀度，增大均匀磁场区域的范围，达到提高磁共振成像系统成像质量的目的。
附图说明
图1所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较大。
图2所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，二个连接磁轭左右对称分布在极板组件的两侧且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，磁性材料分布阵中磁性材料的数量在靠近连接磁轭处多分布的部分如图2中虚线部分所示。
图3所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，二个连接磁轭左右反对称分布在极板组件的两侧且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，磁性材料分布阵中磁性材料的数量在靠近连接磁轭处多分布的部分如图3中虚线部分所示。
图4所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，一个连接磁轭分布在极板组件的一侧且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，磁性材料分布阵中磁性材料的数量在靠近连接磁轭处多分布的部分如图4中虚线部分所示。
图5所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，二个连接磁轭分布在极板组件的一侧且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，磁性材料分布阵中磁性材料的数量在靠近连接磁轭处多分布的部分如图5中虚线部分所示。
图6所示的磁性材料分布阵外形对应于逼近圆形或正2n(n＞2，整数)边形极板组件，三个连接磁轭分布在极板组件的一侧且连接磁轭与极板组件边缘最近距离较小，磁性材料分布阵中磁性材料的数量在靠近连接磁轭处多分布的部分如图6中虚线部分所示。
本发明人需要声明的是以上六种磁性材料分布阵外形是用来说明磁性材料分布阵的原理和方法的，本专利所覆盖的决不仅仅是此六种分布，按上述原理与方法演变出来的磁性材料分布阵形态都在本专利的覆盖范围内。
磁性材料分布阵位于疏导磁轭和极板组件之间，极板组件与疏导磁轭间的连接可用螺杆(分布位置类似于图7、图8所示)或其它连接件完成，不论是螺杆还是其它连接件，其材质都应是非导磁性材料。
图9所示为极板组件中心部位没有磁性材料为空气，且疏导磁轭相应部位有一可以上下移动的调整轭铁的情况。
图10A所示为极板组件中心部位没有磁性材料为空气，且邻近范围内磁性材料高度低出部分用导磁物质或非导磁物质补齐且疏导磁轭相应部位有一可以上下移动的调整轭铁的情况。图10B为磁性材料分布阵中磁性材料高度及性能变化部分的俯视剖面图。
图11A所示为极板组件中心部位磁性材料高度低出部分用导磁物质或非导磁物质补齐的情况。图11B为磁性材料分布阵中磁性材料高度及性能变化部分的俯视剖面图。
图12所示为极板组件中心部位没有磁性材料为空气的情况。
图13所示为极板组件中心部位为低性能磁性材料为空气的情况。
图14所示为图1所示的磁性材料分布阵旋转一个角度后的磁性材料分布阵的情况。
图中：1为磁性材料分布阵，2为连接磁轭。
实施方式所说的磁性材料分布阵依所说的极板组件的形状不同而不同，极板为圆形或2n(n＞1，整数)边形时，磁性材料分布阵的外形为阶梯
磁性材料分布阵在与所说的连接磁轭距离最近的位置的分布数量可以适当增加，从而减少连接磁轭对磁场分布均匀度的影响。
磁性材料分布阵中磁性材料的性能和高度可以相同也可以不同。性能可以不同是指在极板组件中心部位的磁性材料的性能可以比其它部位的磁性材料的性能低。磁性材料的高度可以不同是指极板中心部位的磁性材料的高度可以比其它部位的磁性材料的高度低，高度低下的部分用导磁材料或非导磁材料补齐。
中心部位的磁性材料的性能可以低至零磁性，当中心部位既无磁性材料又无导磁材料仅为空气时，前述疏导磁轭与此相应的部位可以用能上下移动的调整轭铁来调整工作空间的磁场的强弱和分布。中心部位的磁性材料的高度的及性能的调整与极板组件的形状相关联；中心部位的磁性材料可以被一个导磁率较高的导磁材料所取代。