组装磁共振成像设备所用的永磁体的方法 【技术领域】
本发明涉及MRI的磁场发生器，组装MRI磁场发生器的方法，组装MRI磁场发生器的磁体单元的方法。本发明尤其涉及包含永磁体的MRI的磁场发生器，组装该MRI的磁场发生器的方法，组装用于该磁场发生器的磁体单元的方法。然而，应当注意的是，本发明也可以针对其他用途加以改进，以用于在要组装的各元件之间呈现出较大相互作用力地各部件的复杂装配。
背景技术
用于MRI的磁场发生器使用永磁体。这种设备中使用的磁体常由多个磁体块组成。先放置原料块而后对每一个原料块进行磁化是非常困难的。因而，在实际生产中，先制作磁体块而后对其磁化。然后将磁化的磁体块放置在板状磁轭(plate yoke)上以便每个磁体块都具有相同的面向上的磁极。由于磁体块之间的巨大磁力的相互作用使得在板状磁轭上的这种放置非常困难。
传统上，将磁体块放置于板状磁轭上时板状磁轭或磁体块的表面首先施加粘合剂，然后磁体块就粘合或附着到其表面，如日本专利号为2699250专利中所示。依照这种粘合方法，粘合于板状磁轭表面上的各磁体块的上表面彼此不平齐，形成不平整的表面。包含由这种磁体块制成的永磁体的磁场发生器易于在彼此相对的一对磁极件之间产生不均匀的磁场。而且，为校正磁场的非均匀性，磁极件需要进行倾斜以在磁场中产生非均匀性。通常，在装配一对彼此相对的永磁体这个步骤之后，为使磁场均匀分布的调整步骤是必不可少的。然而，如果磁体块按照上述的方法装配，磁场的非均匀性就会太大以至于这种调整会非常耗时。
而且，根据上述粘合磁体块的方法，每个呈现出非常大磁力的磁体块从上方放置到金属轭的上表面，使每一个磁体块与其邻近的磁体块贴合地配合极度困难。特别地，在装配时，每个磁体块以预定磁极表面面向上的方式保持。当磁体块被带到已经固定于板状磁轭上的另一磁体块之上时，在二者之间产生拉力，而且，当两个磁体块相互靠近时，在它们之间就产生排斥力。由于要放置的磁体块处于如此大的作用力之下，因而，为安全起见在传送磁体块时必需将其牢牢固定好。对于传统固定机构而言，有效地克服这些强大的作用力使磁体块合适地安装到粘合位置是十分困难的。
这样按上述方法组装的一对磁体单元彼此相对，因而永磁体在预定的距离上彼此相面对。这是通过首先装配一个磁体单元，然后将一个或多个立柱或柱状磁轭与该磁体单元相连，最后将其他磁体单元与立柱相连来实现的。
立柱磁性连接一对磁体单元，因此其必需由磁性材料制成。这样，在立柱连接到磁体单元上时，立柱就处于来自磁体单元的拉力下。这种巨大的作用力使高精度地连接两个板状磁轭十分困难。同样地，当第二磁体单元连接到已经与第一磁体单元连接的立柱上时，高精确地连接二者也是很困难的。
另外一种装配磁场发生器的方法由EP0978727A2公开。在该专利中，非磁性固定的突出物放置在磁轭的中心，带有两个垂直的导轨。然后将磁体块滑入到位并沿着非磁性固定的突出物和导轨彼此粘附在一起。这种方法尽管足以可以达到预期目的但仍然是不方便的，并且需要额外的特殊工具。所期望的磁体发生器的装配方法是在达到理想公差的情况下需要最少的特殊工具和装配步骤。
【发明内容】
上述已经讨论的缺点和其他一些缺点及不足之处将由一种用于磁共振成像系统的磁场发生器和其装配方法所克服或改进，该方法包括：为磁体组件的永磁体建立一种布局(layout)，该磁体组件包含一个磁极件，一个铁磁性板状磁轭和一个永磁体。该方法还包括用多个实物模型棒和块固定器板上组装(populate)该布局，以形成一个用于永磁体的模型布局；安装一个磁体块代替多个实物模型棒中的至少一个实物模型棒。安装磁体块包括将磁体块沿选定的狭槽推动，此选定的狭槽是由移置多个实物模型棒中至少一个实物模型棒所形成的。
组装方法还包括重复上述的安装直至多个实物模型棒中的每一个均被多个磁体块所代替。另外，组装方法还可以包括安装一个磁极件固定工具以便于磁极件在上述磁体组装过程中的定位及放置。
还在此处公开的是用于磁共振成像系统的磁场发生器。磁场发生器包括用于磁体组件的永磁体的布局，该磁体组件包含一个磁极件，一个铁磁性板状磁轭和一个永磁铁。磁场发生器还包括多个实物模型棒和块固定器，该实物模型棒和块固定器板上组装该布局，以形成用于永磁体的模型布局；以及替代多个实物模型棒中的至少一个实物模型棒而安装的磁体块。磁体块的安装包括将磁体块沿选定的狭槽推动，该选定的狭槽是由移置多个实物模型棒中至少一个实物模型棒所形成的。
本领域的技术人员将通过下面详尽的说明及附图来理解和领会本发明上述讨论的和其它的特征及优点。
【附图说明】
参考示范性附图，其中相似的组件在附图中用相似的附图标记表示：
图1示出了示范性MRI磁场发生器组件的剖视图；
图2示出了带有示范性实物模棒和磁体块插入的模型布局的示意图；
图3示出了示范性磁极件定位装置；
图4示出了两幅构造有磁场发生器的示范性磁体块推动装置的视图；
图5是描绘在一个示范性实施例中进一步将磁体块插入金属轭的视图；
图6是示出完整布局和所有永磁体块组件的示范性步骤的示意图；及
图7示出了一个完整的磁体组件。
【具体实施方式】
这里公开的是关于永磁体组装的另一种方法和系统，该永磁体例如用于MRI磁场发生器中。本方法和系统使用一系列的滑动器和轨道，来将多个磁体块引导到轭板上的预期位置。应当注意的是尽管公开的实施例是通过参考MRI用途的磁场发生器的组装来进行描述的，应当理解的是这种参考仅仅是示范性的，并且公开的实施例可应用于任何在要组装的元件之间存在大的相互作用力的组装情况下。此外，在此的参考和说明可用于不局限于磁体和磁体块的多种组装形式中。
首先参考图1，作为本发明一个实施例的用于MRI的磁场发生器10包括上部磁体单元11和下部磁体单元12。磁体单元11和12中的每一个均包括一个板状磁轭14，但不局限于此。每个板状磁轭14具有一个与另一板状磁轭相对的表面，这一表面设置有永磁体16，磁极件18设置于该永磁体16上。每个永磁体16包括多个磁体块20。磁体单元12的每个磁体块20与邻近的磁体块相配合，都具有相同的面向上的磁极。另一方面，磁体单元11上的每个磁体块20与邻近的磁体块相配合，具有面向下的另一磁极。换句话说，磁体单元12的永磁体16与磁体单元11上的永磁体16彼此相对，使得不同的磁极彼此相对。
磁体块20可以是由三元系统化合物Nd-Fe-B制成的磁体，Nd-Fe-B主要由钕(Nd)、铁(Fe)和硼(B)构成。替代地，Nd-Fe-B中的Nd的一部分可由镝(Dy)代替，而Fe的一部分可由钴(Co)代替。Nd-Fe-B已知是一种强的钕磁性材料，其最大能量乘积超过320kJ/m3。这里应当注意的是制造稀土磁体的方法例如在美国专利号为4770723的专利中详细公开。
该对相对的磁体组件11和12是由一个或多个立柱22所支撑和磁性连接的，二者之间具有一个选定的间隙，如40厘米或60厘米。在此结构下，磁场发生器10被构造成在该对磁极件18之间的空间内形成均匀的磁场。
对于上述的磁场发生器10，现在描述关于通过在板状磁轭14上表面上以大致盘状图案放置多个磁体块20来组装永磁体16的方法。在本实施例中使用的每个磁体块20包含多个(如8个)磁体元件。磁体元件是通过将磁性粉末挤压和烧结成侧边为4-15厘米的大致立方体而制成的。然后多个磁体元件彼此粘合到一起并被磁化。
参考图2，多个实物模型棒24被制成选定的长度，实物模型棒由非磁性材料制成，如铝，不锈钢和塑料。多个实物模型棒24中的每个实物模型棒26的大小与实际的磁体块大小基本相同，但其宽度略大，例如略宽0.2mm，并具有选定的长度。每个实物模型棒可包括一个或多个实物模型块25。为方便永磁体16的组装过程，采用一组平行排放的实物模型棒24来初始“生产”该组件，以板上组装(populate)用于永磁体16的区域。在一个实施例中，每个实物模型棒26被构造成与磁体块20具有基本相同的横截面，长度优选地大致为轭板14上的磁体块20中的特选列的长度那么长。应当再次注意的是一个实物模型棒26可以包含多个实物模型块25，它们首尾相连放置以形成一个“棒”。采用多个以平行、并排和连续方式放置的实物模型棒24形成永磁体16的完整模型布局30可以如图2所示那样实现。在一个示范性实施例中，应当被理解的是每个实物模型棒26被设计成最大长度，因而完整的模型布局30包含并排排放的单排实物模型棒26。图2示出了模型布局30的这种示范性构型。
在板状磁轭14上构造模型布局30，使得在多个实物模型棒24和多个块固定器28在适当位置情况下，一个(可包括不只一个)实物模型棒26可被移走或移置，留下一个狭槽32，该狭槽32由两个邻近的实物模型棒26组成其侧面，而底部(或顶部)由金属轭14组成。块固定器28可包括一个制动或夹持装置，但不局限于此。多个块固定器28排放在磁体单元(11或12)的周围，并且以方便组装的方式可拆卸地固定在轭板14上，例如使用紧固件，夹头或粘合剂。狭槽32的端部可由块固定器28封闭，或者块固定器可被移开以方便组装。留出的狭槽32现在可作为一组导向装置，一系列的磁体块20可依次相对容易和精确地滑入其中。有利地，由于实物模型棒26是由非磁性材料制成，所以在实物模型棒26与轭板14、磁极件18或本过程中涉及的磁场发生器10的其他元件之间没有磁性的相互作用力。因而组装过程就相对容易和方便了。磁体块20和其它部件可如需要那样精确地定位，以保持磁体单元11和12的理想的组装公差。因而，随着第一个实物模型棒26的移走/替换，随后的磁体块20可被插入，这在图3中特别地加以标识并在此进一步说明。
现在转至图3，磁极件定位装置50安装在上部磁极单元11和下部磁极单元的磁极件18之间。这一装置的功能是使磁极件18保持在精确的径向位置，但却容许在磁极件18与实物模型棒26和/或磁体块20之间保持一个小的轴向间隙，由此允许磁体的组装过程持续进行而不受来自磁极件18的干扰。磁极件定位装置50还消除了在磁体块20插入过程中由磁力的作用而带来的磁极件18的可能移动。
现在转至图4，用于插入磁体块20的示范性装置在此进行说明。图中所示是磁体块推进器60，该推进器60被构造成它可以以便于将单个磁体块20滑入到模型布局30中的方式与每个磁体单元11和12向对齐。在一个示范性实施例中，块固定器28从轭板14上移开，并且磁体块20被磁化，随后放置到磁体块推进器60上，用来插入。应当被理解的是磁体块20设计成宽度比实物模型棒26略窄0.2mm，因而磁体块20可很容易的推入到模型布局30中、替换实物模型棒26，并沿着实物模型棒26的轨道进入到磁体单元11，12中。
在第一磁体块20推入到模型布局30后，第二被磁化的磁体块20放到磁体块推进器60上并紧接着第一磁体块20被推入到模型布局30中。在一个示范性实施例中，磁体块20的大小和几何形状设计成使得在铁的板状磁轭14与其它的永磁体块20之间的磨擦力大于彼此邻接定位的两个磁体块之间的磁性排斥力。因而在两个磁体块20之间没有必要施加粘合剂来固定它们。可以采用其它的实施例，在其他实施例中可能是利用组装中的更大的公差，并根据需要使用胶粘剂或粘合剂以保持该组件。
示范性实施例中消除粘合剂的需求的这个特征提供了很明显的优点，在于在需要时便于磁体组装的重新进行。例如，当一个损坏的磁体块20需要去除时，由于在磁体块之间或磁体块与轭板14之间没有采用粘合剂，组装过程可以基本上倒过来。损坏的磁体块可被去除并用一个新的磁体块来替换。
如图5所示，通过重复上述步骤，一个或多个实物模型块24的整列被标注为34的真正的永磁体块20的列所替换。在这一操作过程完成后，块固定器被重新装上以固定永磁体块20的特定列34的位置。现在再次转到包括一个或多个实物模型棒另一列，另一个被磁化的磁体块20被放置到磁体块推进器60上并被推入到模型布局30中，而这次是进入另外一个通过移出或替换实物模型棒26所形成的狭槽中。再次通过重复上述步骤，包含至少一个非磁性实物模型棒26的整列再次被由真正的磁体块20组成的在本例中标记为36的列所替换。应当理解的是在示范性实施例中第一列34和第二列36是彼此相邻的，因此在该第二情况下，由实物模型棒26移出/替换所形成的狭槽在一侧上由至少一个实物模型棒26的另一列构成，在另一侧上由磁体块20的第一列34构成，底部(或顶部)是由板状磁轭14构成。通过同样的过程，随后的实物模型棒26每一个都被替换，而分别形成随后的第三、第四、第五永磁体块20列，例如为38，40，42。图5图示了永磁体20的部分完成的组件。最后，通过相同的过程，随后的至少一个实物模型棒26的列每一个均被替换，形成永磁体16的完整布局。图6图示了所有永磁体块20的完整布局和组件。
应当被理解的是需要在永磁体16内留出一些未被磁体块20占据的区域，来设置一个用来固定磁极件18的装置。在一个示范性实施例中，一个磁性或非磁性垫片/插件(insert)44以与磁体块20选定的间隙插入，以确保紧固件可接入。从对图5的观察中可很明显地发现，特定的列如34，36可能需要插入插件44，并且需要结合各种大小的磁体块，来完成预期的布局。例如观察列34，36，在选定的间隔处使用了3个大约只有其它大多数磁体块一半长度的磁体块20，以实现图示的布局。
最后，为完成磁体组装，在所有实物模型棒26被磁体块20替换后，永磁体16就完成了。顶部和底部的磁极件18可从磁极件定位工具50接合到原始位置而与永磁体16相配合，永磁体组装的工作就完成了。图7示出了已完成的组件。
尽管本发明是参考一个优选实施例进行说明的，本领域技术人员应当理解的是在不脱离本发明范围的情况下可做出多种变换并且可以使用等同的组件替代其中的组件。另外，为适应特定的情况或材料，在未脱离本发明本质范围情况下可对本发明的教导做出多种改进。因而，本发明不应当局限于作为完成本发明的最佳形式所公开的特定实施例，而是应当包括落入所附的权利要求范围的所有实施例。此外，第一，第二等术语的使用并不表示任何先后顺序和重要性，而是采用第一、第二等的术语来将一个元件与其它的元件区分开。