專利名稱：用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和方法
用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的布置。此 外，本發(fā)明涉及一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的方法。
德國專利申請DE 101 51 778 Al公開了這種布置和方法。對于該公開 描述的方法而言，首先生成具有磁場強(qiáng)度空間分布的磁場，從而在檢驗區(qū) 中形成具有相對低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有相對高磁場強(qiáng)度的第二子 區(qū)。然后移動子區(qū)在檢驗區(qū)中的空間位置，使得檢驗區(qū)中粒子的磁化強(qiáng)度 發(fā)生局部變化。記錄取決于檢驗區(qū)中的已經(jīng)受到子區(qū)空間位置移動影響的 磁化強(qiáng)度的信號，并從這些信號中提取關(guān)于檢驗區(qū)中磁性粒子空間分布的 信息，從而可以形成檢驗區(qū)的圖像。這種布置和這種方法的優(yōu)點在于其可 用于以無損方式檢驗任意檢驗對象，例如人體，而不會帶來任何損傷且在 靠近檢驗對象表面處和遠(yuǎn)離表面處都有高的空間分辨率。
已知的這種類型的布置表現(xiàn)出如下缺點，即用于產(chǎn)生磁場或磁場分量 的永磁體不令人滿意，尤其是在暴露于用于借助所謂的變化磁驅(qū)動場相對 于第二子區(qū)移動第一子區(qū)的變化電磁環(huán)境時，因為這種磁驅(qū)動場會在永磁 體的位置感應(yīng)出渦電流，從而加熱永磁體，導(dǎo)致選擇場發(fā)生不希望的變化。 此外，變化的磁驅(qū)動場可能在永磁體中感應(yīng)出不希望的高次諧波，尤其是 源于永磁體的軟磁材料部分的高次諧波。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種開頭所提種類的布置和方法，其中改 進(jìn)了磁場生成裝置的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
上述目的是通過一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的布置 實現(xiàn)的，其中，該布置包括選擇裝置，所述選擇裝置用于生成其磁場強(qiáng) 度具有空間圖案的磁選擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強(qiáng)度 的第一子區(qū)和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)；驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用 于借助磁驅(qū)動場改變所述作用區(qū)域中的所述兩個子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，其中，所述選擇裝置包括至少一個永磁體，其中，所述永磁體被高導(dǎo)電性屏蔽裝置至少部分屏蔽。
根據(jù)本發(fā)明，要理解選擇裝置包括至少一個永磁體，且選擇裝置和/或驅(qū)動裝置和/或接收裝置可以包括一個單一線圈或螺線管或分離的線圈。此外，根據(jù)本發(fā)明，選擇裝置和/或驅(qū)動裝置均可以由分離的單個部分，尤其是分離的單個線圈或螺線管構(gòu)成，通過提供和/或設(shè)置它們，使得分離的部分一起形成選擇裝置和/或驅(qū)動裝置和/或接收裝置。如果不提供至少部分與永磁體相鄰或圍繞永磁體的屏蔽裝置，渦電流，尤其是磁驅(qū)動場感應(yīng)的渦電流易于負(fù)面影響選擇裝置的性質(zhì)和行為，尤其是借助加熱永磁體和/或熱漂移來影響。至少部分圍繞永磁體或鄰近永磁體的高導(dǎo)電性屏蔽裝置應(yīng)當(dāng)至少具有為磁驅(qū)動場頻率下的趨膚深度量級的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選將屏蔽裝置的構(gòu)型設(shè)計成圍繞永磁體的環(huán)或根據(jù)至少一個電流傳播方向?qū)ζ帘窝b置的構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計。這提供了通過如下方式設(shè)定屏蔽裝置形狀的可能性，即以非常有效的方式在永磁體周圍和屏蔽裝置內(nèi)部感應(yīng)渦電流。僅僅在簡單的情況下，將對渦電流的電流傳播方向或主電流傳播方向進(jìn)行取向，使得應(yīng)當(dāng)將屏蔽裝置取向成或其構(gòu)型設(shè)計成圍繞永磁體的環(huán)。通常，根據(jù)本發(fā)明，首先確定電流傳播方向，然后對屏蔽裝置的構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計，尤其是對李茲線形式的屏蔽裝置的構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計，從而使得沿電流傳播方向?qū)ζ渲麟娏鞒休d路徑取向。如果在本發(fā)明布置的特殊構(gòu)型中，檢測到不同的典型電流傳播方向，則有可能將屏蔽裝置定位成(例如)圍繞永磁體的兩層甚至更多層，其中這些層中的每層對應(yīng)于(例如在本發(fā)明布置的一種工作模式下或在向驅(qū)動裝置施加特殊信號序列時)渦電流所遵循的一個電流傳播方向?？梢酝ㄟ^如下方式實現(xiàn)電流傳播方向的確定首先提供圍繞永磁體的導(dǎo)體板或箔，例如銅板；其次，實現(xiàn)本發(fā)明布置的典型工作模式或向驅(qū)動裝置施加典型信號序列，由此檢測電流傳播方向。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選屏蔽裝置至少部分包括李茲線/絞合線和/或板狀或箔狀材料，優(yōu)選李茲線包括多根單股線，每根單股線均被高電阻材料包圍。由此可以在李茲線內(nèi)部提供非常高電流的承載表面，這對于要用李茲線吸收相對強(qiáng)渦電流的情況而言是重要的。特別地，優(yōu)選在永磁體和李茲線之間提供板狀或箔狀材料，例如銅板，從而沿著或根據(jù)至少一個電流傳播方向?qū)钇澗€的構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計。此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選李茲線在多個觸點處與板狀或箔狀材料電接觸，其中沿著李茲線以相對短距離間隔開觸點，
該距離例如為(整個)李茲線直徑的5到15倍，優(yōu)選10倍。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過扭轉(zhuǎn)李茲線，使得沿著李茲線延伸方向在一個位置處一根單股線例如位于李茲線中心，沿著李茲線延伸方向在另一位置，該單股線例如位于李茲線周邊。由此，有可能優(yōu)選提供所有單股線的每一根，使得在例如李茲線形成的環(huán)中，由每根單股線實現(xiàn)相同阻抗。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述李茲線包括多個具有多根單股線的一級李茲線，其中，所述李茲線包括多個一級李茲線。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述李茲線包括多個一級李茲線和多個二級李茲線，其中，所述一級李茲線包括多根單股線，其中，所述二級李茲線包括多個一級李茲線，且其中，所述李茲線包括多個二級李茲線。由此，可能增大電流承載表面，并降低處理要求的復(fù)雜性，尤其是彎折包括大量單股線的李茲線(為了形成圍繞永磁體的螺旋式盤繞屏蔽)的可能性。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選設(shè)置所述李茲線，使得處于給定工作頻帶中或穿透所述屏蔽裝置的給定變化電磁環(huán)境中的屏蔽裝置的電阻基本最小。具體而言，這是通過仔細(xì)定義各電流路徑(各單股線)、電流強(qiáng)度、導(dǎo)線構(gòu)型和屏蔽裝置的李茲線其他特征來實現(xiàn)的。
選擇裝置和驅(qū)動裝置一起被稱為"場發(fā)生器裝置"。選擇裝置包括磁場產(chǎn)生裝置，其提供靜態(tài)(梯度)磁選擇場和/或頻率在大約1 Hz到大約100Hz范圍內(nèi)的相對慢變化的長程磁選擇場。磁選擇場的靜態(tài)部分和相對慢變化部分都可以借助永磁體或借助線圈或借助其組合來產(chǎn)生。驅(qū)動裝置包括磁場產(chǎn)生裝置，其提供頻率在大約1 kHz到大約200 kHz，優(yōu)選大約10 kHz到大約100 kHz范圍內(nèi)的磁驅(qū)動場。通常，將選擇最大可能的線直徑，因為在這種情況下填充因子最大，因此功耗最小。然而，非常有利的是，在根據(jù)本發(fā)明的布置中，由于在發(fā)生器裝置的至少一部分中使用了李茲線，發(fā)生器裝置(選擇裝置和/或驅(qū)動裝置)之一所生成的磁場穿透其他場發(fā)生器裝置(選擇裝置和/或驅(qū)動裝置)，由此減小了總功耗。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，限制場發(fā)生器裝置的部件，尤其是線圈的匝數(shù)，并且還使繞組和繞組間的電容最小化。這可以借助繞組間的材料的低介電常數(shù)，通過整體繞組且通過繞組充分分離來實現(xiàn)，尤其是對于選擇裝置的線圈而言更是如此。這些措施的優(yōu)點之一是在本發(fā)明的布置之中，場發(fā)生器裝置的單個線圈的自諧振使得它們不和驅(qū)動頻率重疊(驅(qū)動裝置的線圈除外)。這種重疊會導(dǎo)致不良的場畸變和額外的耗散。
此外，優(yōu)選李茲線具有指定范圍內(nèi)的各單股線總橫截面面積相對于李
茲線橫截面面積的比例(填充因子)，和域，李茲線的單股線具有近似1到近似50pm的直徑，優(yōu)選近似10pm到近4以25pm的直徑。由此可以大大地增加李茲線內(nèi)部所用的電流承載表面，因此實現(xiàn)選擇裝置和/或驅(qū)動裝置和/或接收裝置總構(gòu)型的電阻降低。典型地，選擇裝置和/或驅(qū)動裝置的李茲線的填充因子在大約0.30到大約0.70范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約0.50范圍內(nèi)，因此比接收裝置的李茲線填充因子更高，后者在大約0.01到大約0.20的范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約0.03到大約0.10的范圍內(nèi)。此外，可以將選擇裝置和驅(qū)動裝置的李茲線的單股線直徑選擇為高于接收裝置的李茲線的單股線直徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，將不同李茲線之間的空間或李茲線內(nèi)部的空間用于一個或多個冷卻通道。由此，有利地能夠容易地限定根據(jù)本發(fā)明的布置的不同部件的溫度。通過冷卻屏蔽裝置，能夠?qū)⒂来朋w保持在指定溫度，由此穩(wěn)定由永磁體生成的磁場。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，李茲線是被壓縮的李茲線和/或李茲線包括大量熱塑樹脂線。由此可能實現(xiàn)非常致密和穩(wěn)定的電流承載路徑(單股線)構(gòu)型，這是非常有利的。此外，非常有利的是，通過改變李茲線所受的壓縮壓力，由此能夠?qū)⒗钇澗€的填充因子調(diào)節(jié)到期望水平。此外，通過改變附加樹脂線的數(shù)量和/或尺寸可以將李茲線的填充因子調(diào)節(jié)到期望水平。優(yōu)選與李茲線的單股線一起和/或與一級李茲線一起和/或與二級李茲線一起盤繞這些樹脂線(熱塑線)。
本發(fā)明還涉及一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的方法，其中，所述方法包括如下步驟
-生成其磁場強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)，借助至少一個永磁體實現(xiàn)磁選擇場的產(chǎn)生，
-借助磁驅(qū)動場改變所述作用區(qū)域中的所述兩個子區(qū)的空間位置，使得
所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，
-通過導(dǎo)電性高的屏蔽裝置將所述永磁體與所述磁驅(qū)動場屏蔽開。結(jié)合附圖，通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他特點、特征和優(yōu)
點將變得明了，附圖以舉例的方式例示了本發(fā)明的原理。僅出于舉例的目
的給出該描述，并不限制發(fā)明范圍。下文援引的參考圖是指附圖。


圖1示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的根據(jù)本發(fā)明的布置；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的布置產(chǎn)生的場線圖案范例；
圖3示出了作用區(qū)域中存在的磁性粒子的放大圖4a和4b示出了這種粒子的磁化特性；
圖5到7示意性示出了李茲線構(gòu)型的不同范例；
圖8和9示意性示出了具有屏蔽裝置的永磁體的不同視圖。
將針對特定實施例并參考特定附圖描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，而是僅受權(quán)利要求的限制。描述的附圖僅為示意性的，不是限制性的。在附圖中，出于例示的目的，可以放大一些元件的尺寸，并非按照比例繪制。
在提及單數(shù)名詞而使用不定冠詞或定冠詞的地方，例如"一"、"該"，除非特定指出某些別的東西，其包括多個該名詞。
此外，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等用于區(qū)分類似元件，未必用于描述相繼或時間次序。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這樣使用的術(shù)語是可以互換的，且本文所述的本發(fā)明實施例可以按不同于本文所述或所示的其他次序工作。
此外，出于描述的目的使用說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語頂部、底部、上、下等，未必用于描述相對位置。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這樣使用的術(shù)語是可以互換的，且本文所述的本發(fā)明實施例可以按不同于本文所述或所示的其他取向工作。
要注意的是，本說明書和權(quán)利要求中所用的"包括" 一詞不應(yīng)被理解為受限于其后列出的布置；該詞不排除其他元件或步驟。于是，"設(shè)備包括裝置A和B"這一表述的范圍不應(yīng)限于該設(shè)備僅由部件A和B構(gòu)成。這意 味著，對于本發(fā)明而言，該設(shè)備僅有的相關(guān)部件為A和B。
在圖1中示出了要借助根據(jù)本發(fā)明的布置IO檢驗的任意對象。圖1中 的附圖標(biāo)記350表示對象，在這種情況下是設(shè)置于患者臺上的人或動物患 者，僅示出了患者臺的頂部部分。在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法之前，在本發(fā) 明布置10的作用區(qū)域300中設(shè)置磁性粒子100 (圖1中未示出)。尤其是對 例如腫瘤進(jìn)行治療和/或診斷處置之前，例如借助注入患者350體內(nèi)的包括 磁性粒子100的液體(未示出)將磁性粒子100置入作用區(qū)域300中。
作為本發(fā)明的實施例范例，圖2中示出了布置10，其包括形成選擇裝 置210的多個線圈，選擇裝置210的范圍界定了也被稱為治療區(qū)域300的 作用區(qū)域300。例如，選擇裝置210設(shè)置在患者350上方和下方或臺面上方 和下方。例如，選擇裝置210包括至少一個永磁體210"和第一線圈210'或 第一線圈對(未示出)。在下文中將永磁體210"和第一線圈對210'—起稱為 選擇裝置210。選擇裝置210生成磁選擇場211，磁選擇場通常是圖2中由 場線表示的梯度磁場。該磁場沿著選擇裝置210的(例如豎直)軸線的方 向具有基本恒定的梯度，且在該軸線上的一點達(dá)到零值。從該無場點(未 在圖2中逐一示出)開始，磁選擇場211的強(qiáng)場隨著距無場點距離的加大 沿所有三個空間方向加大。在無場點周圍由虛線表示的第一子區(qū)301或區(qū) 域301中，強(qiáng)場非常小，乃至第一子區(qū)301中存在的粒子100的磁化強(qiáng)度 未飽和，而(區(qū)域301之外的)第二子區(qū)302中存在的粒子100的磁化強(qiáng) 度則處于飽和狀態(tài)。作用區(qū)域300的無場點或第一子區(qū)301優(yōu)選是空間相 干區(qū)域；其也可以是點狀區(qū)域或線或平面區(qū)域。在第二子區(qū)302中(即在 作用區(qū)域300于第一子區(qū)301之外的剩余部分中)，磁場強(qiáng)度足夠強(qiáng)，可以 將磁性粒子100保持在飽和狀態(tài)。通過改變作用區(qū)域300之內(nèi)兩個子區(qū)301 、 302的位置，作用區(qū)域300中的(總)磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。通過測量作用區(qū) 域300中的磁化強(qiáng)度或受磁化強(qiáng)度影響的物理參數(shù)，可以獲得關(guān)于作用區(qū) 域中磁性粒子的空間分布的信息。為了改變作用區(qū)域300中兩個子區(qū)301、 302的相對空間位置，在作用區(qū)域300中或至少在作用區(qū)域300的一部分中 在選擇場211上疊加另一磁場，即所謂的磁驅(qū)動場221。
圖3示出了與本發(fā)明的布置10 —起使用的種類的磁性粒子100的范例。其包括例如球面基底101，例如是玻璃的球面基底，其擁有軟磁層102，軟 磁層具有例如5 nm的厚度并由例如鐵-鎳合金(例如坡莫合金)構(gòu)成。例如， 可以借助涂層103覆蓋該層，涂層103在化學(xué)和/或物理侵蝕性環(huán)境中，例 如酸中保護(hù)粒子100。使這種粒子100的磁化強(qiáng)度飽和所需的磁選擇場211 的磁場強(qiáng)度取決于各種參數(shù)，例如粒子100的直徑、用于磁層102的磁性 材料101和其他參數(shù)。
對于例如10 pm的直徑而言，則需要大約800 A/m (對應(yīng)于大約1 mT 的通量密度)的磁場，而對于100iim直徑而言，80A/m的磁場就足夠了。 在選擇飽和磁化強(qiáng)度較低的材料涂層102時或在減小層102的厚度時，獲 得了更小值。
為了提供優(yōu)選磁性粒子100的更多細(xì)節(jié)，本文通過將DE 10151778的 對應(yīng)部分以引用方式并入本文，尤其是將要求享有DE 10151778優(yōu)先權(quán)的 EP 1304542 A2的段落16到20和段落57到61以引用方式并入本文。
第一子區(qū)301的尺寸一方面取決于磁選擇場211的梯度強(qiáng)度，另一方 面取決于飽和所需磁場的場強(qiáng)。對于磁性粒子100在80 A/m的磁場強(qiáng)度下 充分飽和以及磁選擇場211的場強(qiáng)相當(dāng)于160 1 03^1112的梯度(在給定空間 方向上)，粒子100的磁化不飽和的第一子區(qū)301具有大約1 mm的尺度(在 給定空間方向上)。
當(dāng)在作用區(qū)域300中的磁選擇場210 (或梯度磁場210)上疊加另一磁 場-在下文中稱為磁驅(qū)動場221,就會沿著該磁驅(qū)動場221的方向相對于第 二子區(qū)302移動第一子區(qū)301;該移動的程度隨著磁驅(qū)動場221強(qiáng)度加大而 加大。當(dāng)所疊加的磁驅(qū)動場221隨時間變化時，第一子區(qū)301的位置相應(yīng) 地在時間和空間上變化。在與磁驅(qū)動場221變化頻帶不同的另一頻帶(移 動到更高頻率)中接收或檢測來自位于第一子區(qū)301中的磁性粒子100的 信號是有利的。這可能是因為由于磁化特性的非線性，即由于飽和效應(yīng)， 導(dǎo)致作用區(qū)域300中的磁性粒子100的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生磁驅(qū) 動場221頻率的高次諧波的頻率分量。
為了針對任何給定空間方向生成這些磁驅(qū)動場221，提供了另外三個線 圈對，即第二線圈對220'、第三線圈對220"和第四線圈對220"'，在下文中 將它們一起稱為驅(qū)動裝置220。例如，第二線圈對220'生成沿第一線圈對210'、 210"或選擇裝置210的線圈軸線方向，即例如豎直地延伸的磁驅(qū)動場 221的分量。為此，使第二線圈對220'的繞組中流過方向相同的相等電流。
提供另外兩個驅(qū)動線圈對220"、 220"'，以便生成沿空間中不同方向， 例如在作用區(qū)域300 (或患者350)的縱向方向上水平地以及在垂直于該縱 向方向的方向上延伸的磁驅(qū)動場221的分量。如果將亥姆霍茲型的第三和 第四線圈對220"、 220"'(像用于選擇裝置210和驅(qū)動裝置220的線圈對) 用于這一目的，就必需要將這些驅(qū)動線圈對分別設(shè)置在處置區(qū)域的左右或 處置區(qū)域的前后。這會影響到作用區(qū)域300或處置區(qū)域300的可達(dá)性。因 此，第三和/或第四磁性線圈對220"、 220"'也設(shè)置于作用區(qū)域300的上方和 下方，因此，它們的繞組構(gòu)型必需與第二驅(qū)動線圈對220'的不同。不過， 這種線圈是從具有開放式磁體的磁共振設(shè)備(開放式MRI)領(lǐng)域獲知的， 在這種設(shè)備中，射頻(RF)線圈對位于治療區(qū)域上下，所述RF線圈對能 夠產(chǎn)生水平時變磁場。因此，本文不再贅述這種線圈的構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的布置10還有利地包括接收裝置230，圖1中僅示意性示 出了該接收裝置。接收裝置230通常包括能夠檢測由作用區(qū)域300中的磁 性粒子100的磁化圖案感應(yīng)的信號的線圈。不過，這種線圈是從磁共振設(shè) 備領(lǐng)域獲知的，在磁共振設(shè)備中，在作用區(qū)域300周圍定位例如射頻(RF) 線圈對，以便具有盡可能高的信噪比。因此，本文不再贅述這種線圈的構(gòu) 造。
在圖1所示的選擇裝置210的替代實施例中，可以使用兩個永磁體(未 示出)來生成梯度磁選擇場211。在這種(相對)永磁體(未示出)的兩極 之間的空間中，即在相對極具有相同極性的時候，形成類似于圖2所示的 磁場。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，還使多個永磁體至少部分地從源于變化磁驅(qū) 動場的相對大渦電流的感應(yīng)屏蔽開。
通常用于選擇裝置210、驅(qū)動裝置220和接收裝置230的不同部件的頻 率范圍大lt如下選擇裝置210生成的磁場根本不隨時間變化或者變化相 對慢，優(yōu)選在近似1 Hz和近似100Hz之間變化；驅(qū)動裝置220生成的磁場 優(yōu)選在近似25 kHz和近似100 kHz之間變化；接收裝置230所敏感的磁場 變化優(yōu)選處于近似50 kHz到近似10 MHz的頻率范圍內(nèi)。
圖4a和4b示出了磁化特性，即，在粒子IOO (圖4a和4b中未示出)的分散體中，這種粒子的磁化強(qiáng)度M隨著粒子100該部分位置處的場強(qiáng)H
的變化。看起來在場強(qiáng)+He以上和場強(qiáng)-He以下磁化強(qiáng)度M不再發(fā)生變化， 這意味著達(dá)到飽和磁化強(qiáng)度。在值+He和-He之間磁化強(qiáng)度M是不飽和的。
圖4a示出了粒子100的位置處的正弦磁場H(t)的作用效應(yīng)，其中所得 正弦磁場H(t)的絕對值(即"由粒子100看到的")低于(即在沒有其他磁 場活動的情況下)使粒子100磁飽和所需的磁場強(qiáng)度。這種情況下， 一個 或多個粒子100的磁化強(qiáng)度以磁場H(t)的頻率節(jié)奏在其飽和值之間往復(fù)變 化。由圖4a右側(cè)的附圖標(biāo)記M(t)表示所得的磁化強(qiáng)度隨時間的變化?？雌?來磁化強(qiáng)度也周期性地變化且這種粒子的磁化強(qiáng)度周期性地反轉(zhuǎn)。.
曲線中央處的線的虛線部分表示磁化強(qiáng)度M(t)隨著正弦磁場H(t)的場 強(qiáng)大致的平均變化。隨著與該中央線的偏離，當(dāng)磁場H從-He增大到+He時， 磁化強(qiáng)度稍微向右延伸，當(dāng)磁場H從+Hc減小到-He時，稍微向左延伸。這 種已知的效應(yīng)被稱為磁滯效應(yīng)，磁滯效應(yīng)成為生熱機(jī)制的依據(jù)。在曲線路 徑之間形成且形狀和尺寸取決于材料的磁滯表面區(qū)域是對磁化強(qiáng)度變化時 熱生成的度量。
圖4b示出了正弦磁場H(t)的效應(yīng)，該正弦磁場H(t)上疊加了靜磁場Hl 。 因為磁化強(qiáng)度處于飽和狀態(tài)中，在實踐上其不受正弦磁場H(t)的影響。在 該區(qū)域中磁化強(qiáng)度M(t)保持在時間上恒定。因此，磁場H(t)不會導(dǎo)致磁化 強(qiáng)度狀態(tài)的變化。
在圖5到7中，在示意圖中示出了李茲線250。作為范例示出了李茲線 250，其在根據(jù)本發(fā)明的屏蔽裝置內(nèi)部提供至少一個電流承載路徑。圖5到 7的每幅表示這種李茲線250的一個實施例的橫截面圖。每個李茲線250包 括大量的單股線255。由此，可能增大電流承載表面，并降低處理要求的復(fù) 雜性，尤其是彎折包括大量單股線的李茲線(為了形成圍繞永磁體210'的 螺旋式繞組)的可能性。各實施例的圖示未按比例繪制，僅僅出于表達(dá)簡 單的目的而選擇尺度。借助對每根單股線255的橫截面面積求和并除以整 個李茲線250的橫截面面積，可以容易地求得李茲線250的填充因子。通 過沿著垂直于李茲線250的縱向尺度的方向?qū)D5到7所示的李茲線250 的實施例施加壓力，可以提高填充因子。優(yōu)選在每根單股線255周邊包圍 高電阻材料256，其為每根單股線255充當(dāng)包層256。顯然，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在每根單股線255處都有這種包層材料256;不過，如果滿足在李茲線 第一端250'和李茲線第二端250"之間李茲線250的每根單股線255都與相 鄰單股線250電隔離的條件，就不需要這種連續(xù)的包層256。李茲線250的 單股線255充當(dāng)單個電流承載路徑255且可以被視為并聯(lián)且理想地具有相 同阻抗的電阻器，如圖5右側(cè)所示的等效電路圖所示。因此，根據(jù)本發(fā)明， 優(yōu)選通過扭轉(zhuǎn)李茲線，使得沿著李茲線延伸方向在一個位置處一根單股線 例如位于李茲線中心，沿著李茲線延伸方向在另一位置，該單股線例如位 于李茲線周邊。在圖5所示的李茲線250的實施例中，示出了李茲線250 的另一優(yōu)選特征，即，在單股線255周圍集中提供塑料箔絕緣體257。也可 以為李茲線250的所有其他實施例提供這種塑料(例如熱塑)絕緣體，但 這里未示出。李茲線250的單股線255周圍共同圍繞的這種絕緣箔或絕緣 材料257這一附加特征提供了如下優(yōu)點，即有可能實現(xiàn)李茲線的較好電壓 性能。
在圖6中，示意性示出了李茲線250的另一實施例的橫截面圖，其中 該李茲線250也包括多根單股線255 (如根據(jù)圖5的實施例中那樣)，但單 股線255被分成多個所謂的一級李茲線251。將這些一級李茲線251 (每個 均包括多根單股線255)組合到一起以形成李茲線250。在圖6中，優(yōu)選每 根單股線255周圍都有連續(xù)的包層256，但未通過附圖標(biāo)記表示出來。
在圖7中，示意性示出了李茲線250的又一實施例的橫截面圖，其中 該李茲線250也包括多根單股線255 (如根據(jù)圖5和圖6的實施例中那樣) 和多個一級李茲線251,但一級李茲線251被分成多個所謂的二級李茲線 252。將這些二級李茲線252 (每一個均包括多個一級李茲線251)組合到 一起以形成李茲線250。在圖6中，優(yōu)選每根單股線255周圍都有連續(xù)的包 層256,但為簡單起見未示出。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要目的是提供一種發(fā)明布置，從而能夠針對變化 磁驅(qū)動場221感應(yīng)的渦電流保護(hù)至少一個永磁體210'。否則的話，這些取 決于永磁體材料電導(dǎo)率的渦電流會導(dǎo)致永磁體210'的磁性材料內(nèi)部溫度升 高。根據(jù)本發(fā)明，提出提供永磁體210'周圍的屏蔽裝置，在圖8和9中更 詳細(xì)地解釋了屏蔽裝置。
在圖8和9中，示意性示出了具有屏蔽裝置的永磁體的不同視圖。圖8示出了由附圖標(biāo)記270標(biāo)示的永磁體的側(cè)視圖。圖9示出了永磁體270的 俯視圖。在永磁體270的周邊區(qū)域的部分中，提供與永磁體270相鄰或在 周邊包圍永磁體270的屏蔽裝置271。出于舉例的目的，以圍繞永磁體270 盤繞的線的形式提供圖8和9中所示的屏蔽裝置271。優(yōu)選地，屏蔽裝置 271的線為李茲線250。此外，優(yōu)選圍繞永磁體270螺旋形盤繞屏蔽裝置271 。
根據(jù)屏蔽裝置的另一替代實施例，以連接或沉積在永磁體270材料上 的相對高導(dǎo)電性的材料層(未示出)的形式提供該屏蔽裝置。根據(jù)本發(fā)明， 應(yīng)當(dāng)將相對高導(dǎo)電性的材料層的厚度選擇為處在相關(guān)頻率，即磁驅(qū)動場頻 率的趨膚深度的數(shù)量級。
此外，根據(jù)本發(fā)明還可以將高導(dǎo)電性材料提供為圍繞永磁體270的板 狀或箔狀材料，并進(jìn)一步提供圍繞相對高導(dǎo)電性的板狀或箔狀材料的一層 或多層李茲線，其中優(yōu)選設(shè)置李茲線，使其遵循永磁體270周圍的渦電流 的主傳播方向或主傳播方向的至少一個。
權(quán)利要求
1、一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域(300)中的磁性粒子(100)的布置(10)，所述布置包括-選擇裝置(210)，所述選擇裝置用于生成其磁場強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場(211)，從而在所述作用區(qū)域(300)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(301)和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)(302)，-驅(qū)動裝置(220)，所述驅(qū)動裝置用于借助磁驅(qū)動場(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個子區(qū)(301，302)的空間位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，其中，所述選擇裝置(210)包括至少一個永磁體(270，210′)，其中所述永磁體(270，210′)被高導(dǎo)電性屏蔽裝置(271)至少部分屏蔽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，將所述屏蔽裝置(271) 的構(gòu)型設(shè)計成圍繞所述永磁體(270, 210')的環(huán)或根據(jù)至少一個電流傳播 方向?qū)λ銎帘窝b置(271)的構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述屏蔽裝置(271)至 少部分包括李茲線/絞合線(250)和/或板狀或箔狀材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的布置(10)，其中，所述李茲線(250)包括 多根單股線(255)，每根單股線(255)均被高電阻材料(256)包圍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置(10),其中，所述李茲線(250)包括 多個具有多根單股線(255)的一級李茲線(251)，其中，所述李茲線(250) 包括多個一級李茲線(251)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置(10)，其中，所述李茲線(250)包括 多個一級李茲線(251)和多個二級李茲線(252)，其中，所述一級李茲線(251)包括多根單股線(255)，其中，所述二級李茲線(252)包括多個一級李茲線(251)，并且其中，所述李茲線(250)包括多個二級李茲線(252)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置(10)，其中，設(shè)置所述李茲線(250)， 使得處于給定工作頻帶中或穿透所述屏蔽裝置(271)的給定變化電磁環(huán)境 中的屏蔽裝置(271)的電阻基本最小。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置(10)，其中，所述李茲線(250)所具 有的所述單股線(255)的總橫截面面積相對于所述李茲線(250)的橫截 面面積的比例(填充因子)為大約0.30到大約0.70，優(yōu)選為大約0.40到大 約0.60，非常優(yōu)選為大約0.50。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的布置(10)，其中，所述李茲線(250)的所 述單股線(255)具有近似1 nm到近似50 pm的直徑，優(yōu)選近似10 pm到 近似25 nm的直徑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置(10)，其中，將不同李茲線(250) 之間的空間或所述李茲線(250)內(nèi)部的空間用于一個或多個冷卻通道。
11、 一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域(300)中的磁性粒子(100)的 方法，其中，所述方法包括如下步驟-生成其磁場強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場(211)，從而在所述作用區(qū) 域(300)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(301)和具有較高磁場強(qiáng)度 的第二子區(qū)(302)，所述磁選擇場(211)的生成是借助至少一個永磁體(270， 210')實現(xiàn)的，-借助磁驅(qū)動場(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個子區(qū)(301， 302)的空間位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，-通過高導(dǎo)電性屏蔽裝置(271)將所述永磁體(270， 210')與所述磁 驅(qū)動場(221)屏蔽開。
全文摘要
公開了一種用于影響和/或檢測作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和方法，該布置包括選擇裝置，所述選擇裝置用于生成其磁場強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)；驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用于借助磁驅(qū)動場改變所述作用區(qū)域中的所述兩個子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，其中，所述選擇裝置包括至少一個永磁體，其中所述永磁體被高導(dǎo)電性屏蔽裝置至少部分屏蔽。
文檔編號G01R33/00GK101563023SQ200780046832
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者B·格萊希, J·魏岑埃克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司