專利名稱：Mri用磁場發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對醫(yī)用磁共振成像設(shè)備(下文中稱為“MRI設(shè)備”)中使用的磁場發(fā)生裝置的改進(jìn)，更具體來說，本發(fā)明涉及MRI用磁場發(fā)生裝置，它可以通過測量用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵的溫度并使用裝在基架或類似物中的加熱裝置或冷卻裝置來控制永久磁鐵的溫度，從而有效地減少永久磁鐵溫度分布的不均勻現(xiàn)象而不喪失成像空間內(nèi)產(chǎn)生的磁場的均勻性。
在MRI設(shè)備的結(jié)構(gòu)中，病人身體的全部或部分可插入形成強大磁場的磁場發(fā)生裝置的空腔中，從而得到所需要區(qū)域的身體部分的圖像，使圖示能夠甚至用該區(qū)域的組織紋理構(gòu)成。
使用上述MRI用磁場發(fā)生裝置時，上述空腔必須寬大得足以使病人身體的全部或部分可以插入，空腔中的成像空間內(nèi)通常必須形成在0.02至2.0 T時具有至少為1×10-4的精度的均勻磁場，以便獲得清晰的身體部分的圖像。
圖9A和9B表示在MRI設(shè)備中使用的一種公知的磁場發(fā)生裝置(日本專利公開文本H2-23010)。具體來說，使用R-Fe-B基磁鐵作為磁場發(fā)生源，永久磁鐵30固定在一對基架35的相對側(cè)，極件31相互面對地固定在各磁極側(cè)上，在極件31之間的空腔33內(nèi)產(chǎn)生一個靜磁場。圖示磁路是按照下述方式實現(xiàn)的在圖中的一對平基架35，37之間連接的柱狀支架36是傾斜磁場線圈，標(biāo)號38代表在空腔33內(nèi)的中心形成的成像空間。
極件31通常由平的團(tuán)塊材料制成的(單一件)，是將電磁軟鐵、純鐵或另一種這樣的磁性材料鋪放而成。為了提高在空腔33中場場分布的均勻度，可以采用圍繞周邊設(shè)有環(huán)塊凸起32，或在中心設(shè)有凸起(未畫出)(日本實用新型公開文本H5-37446)或類似的結(jié)構(gòu)。
由于永久磁鐵較低的保養(yǎng)成本、尺寸小和其它優(yōu)點，永久磁鐵日益增多地用作磁場發(fā)生源，以便在空腔33中形成靜磁場。但是，這些永久磁鐵的一個缺點是，由于磁鐵本身固有的磁特性，場強容易隨溫度的變化而改變。
在空腔中形成的靜磁場的強度對于MRI設(shè)備來說是重要的，保持場強穩(wěn)定的方法包括用絕熱材料包覆整個磁場發(fā)生裝置或只包覆需要的部分，使永久磁鐵保持恒溫，以及在基架或上述絕熱材料內(nèi)側(cè)設(shè)置冷卻或加熱裝置。
例如，在一種公知的結(jié)構(gòu)中，為了減小溫度變化對MRI設(shè)備產(chǎn)生的靜磁場的作用，設(shè)置了冷卻裝置，通過對設(shè)備的冷卻來控制溫度，其中，利用珀爾帖效應(yīng)的電子冷卻裝置圍繞基架的外周設(shè)置(日本實用新型公開文本H3-56005)。具體來說，上述冷卻裝置將整個磁場發(fā)生裝置冷卻在低于環(huán)境溫度10至50℃的溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度的變化被包圍裝置的絕熱材料緩和，溫度被精確調(diào)節(jié)至一個特定的范圍。
在用MRI設(shè)備診斷的過程中，室溫通常保持在大約22至25℃，使穿著衣服的病人可舒適地接受檢查。上述結(jié)構(gòu)要求MRI設(shè)備總是保持在低于室溫的溫度，但是，由于從能耗觀點來說效率低，而且由于冷卻整個結(jié)構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)使設(shè)備相對下面將要描述的設(shè)置加熱裝置的結(jié)構(gòu)來說過大、過于昂貴，因而這是不實用的。
結(jié)構(gòu)中設(shè)置加熱裝置，相對于上述設(shè)置冷卻裝置的結(jié)構(gòu)來說，易于得到一種較為緊湊、成本低的設(shè)備，按照能耗的觀點來說也更為高效。這種結(jié)構(gòu)的實例公開于日本專利申請公開文本S 63-43649和S 63-278310中。
具體來說，其共同點在于都采用了下述結(jié)構(gòu)，其中采用任意種類的加熱裝置，將整個磁場發(fā)生裝置控制在比設(shè)置MRI設(shè)備的室中的室溫低大約5至10℃的溫度上。
在

圖10所述的磁場發(fā)生裝置中，平基架42通過柱狀支架43相連，永久磁鐵40緊固在其相面對側(cè)，極件41設(shè)置在其磁極側(cè)上。平面加熱器44設(shè)置在每個基架42的外表面上，平面加熱器(未畫出)也設(shè)置在絕熱材料45的內(nèi)表面上，這些架完全被絕熱材料45包覆。
采用上述結(jié)構(gòu)，從電源(未畫出)輸送電流，磁路的溫度受到控制。
日本專利申請公開文本S 63-43649提出了一種結(jié)構(gòu)，其中，平面加熱器只設(shè)置在上述絕熱材料45的內(nèi)表面上。但是，這種結(jié)構(gòu)的問題在于磁路的溫度是使用風(fēng)扇通過平基架42和絕熱材料45之間形成氣道強制輸送平面加熱器加熱的空氣而受到控制的，因而不僅裝置復(fù)雜，而且因磁路是通過空氣加熱的，所以熱效率低下。
日本專利申請公開文本S 63-278310的發(fā)明目的是解決上述問題的，如圖10所示，通過將平面加熱器44直接設(shè)置在安裝永久磁鐵41的基架42的外表面上，稍許提高了熱效率。但是，由于加熱器44是設(shè)置在基架42外表面上的，即，設(shè)置在永久磁鐵40的面對空腔側(cè)的相反側(cè)上的，因而具有一種顯著的傾向，使熱量從磁路擴散到外界，因而不能實現(xiàn)對熱效率的改進(jìn)。
另外，日本專利申請公開文本H 8-266506(美國專利5,652,517)公開了一種結(jié)構(gòu)，對日本專利申請公開文本S 63-278310所述發(fā)明有所改進(jìn)。日本專利申請公開文本H 8-266506的結(jié)構(gòu)的特征在于在安裝永久磁鐵的上、下基架的側(cè)面上直接或經(jīng)由氣體安裝了導(dǎo)熱材料。
日本專利申請H 8-266506中的加熱裝置是片狀加熱器形式的，一個交流片狀加熱器和一個直流片狀加熱器相互疊置地固定在基架的側(cè)面上。從上方用螺栓將烤板向下固定，從而覆蓋交流片狀加熱器和直流片狀加熱器，這樣就完成了固定工作。
根據(jù)日本專利公開文本H 8-266506所述，上述結(jié)構(gòu)可改善熱效率、控制隨動性質(zhì)，并且與日本專利申請公開文本S 63-43649和S 63-278310所述的結(jié)構(gòu)相比較，工作更為簡便。
另外，由于甚至在日本專利申請公開文本H 8-266506中的結(jié)構(gòu)也采用了平面加熱器，因而根本上存在向著與接觸架的側(cè)面的相反側(cè)的大量熱輻射，因而熱效率不佳。另外，據(jù)稱溫度傳感器只設(shè)置在上基架頂面中心附近，而且所有平面加熱器的溫度是根據(jù)上述一個溫度傳感器所檢測的溫度而受到控制的。換言之，這種結(jié)構(gòu)中是只用一個控制系統(tǒng)來控制整個磁路的溫度的，因而存在寬的溫度偏差，也有損于磁場的均勻度。
本發(fā)明的目的是解決過去在磁場溫控方面碰到的問題，進(jìn)一步的目的是提供一種MRI用磁場發(fā)生裝置，在其結(jié)構(gòu)中不致于使磁場均勻度受損，對永久磁鐵的溫控可達(dá)很高的精度。
作為目的在于發(fā)現(xiàn)可將永久磁鐵的溫度控制在很高精度上的結(jié)構(gòu)所作的各種調(diào)查的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人將其注意力集中在下述事實上用于在過去將平面片狀加熱器用作加熱裝置，從設(shè)置磁路的側(cè)面以外的側(cè)面輻射的熱量導(dǎo)致熱效率不佳。以此為基礎(chǔ)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將溫控裝置(主要是加熱裝置或加熱裝置及熱輻射(冷卻)裝置)裝入設(shè)置永久磁鐵的基架內(nèi)可以改善熱效率并降低工作成本，而且通過將上述加熱裝置或其它這樣的溫控裝置設(shè)置在永久磁鐵的附近也可以提高溫控的隨動性能，從而使本發(fā)明得到完善。
具體來說，本發(fā)明是一種MRI用磁場發(fā)生裝置，它采用磁路形成構(gòu)件和用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵構(gòu)成磁路，并且在成像空間中產(chǎn)生磁場，這種MRI用磁場發(fā)生裝置具有裝在永久磁鐵和/或磁路形成構(gòu)件中的溫控裝置。
采用上述MRI用磁場發(fā)生裝置，本發(fā)明人也提出了一種溫度傳感器設(shè)置在永久磁鐵和/或磁路形成構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)、具有根據(jù)溫度傳感器控制溫控裝置的溫度的溫度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和具有根據(jù)永久磁鐵和/或磁路形成構(gòu)件的溫度用于停止溫控裝置的裝置的結(jié)構(gòu)。
作為一種特別有利的結(jié)構(gòu)，也提出了一種結(jié)構(gòu)，其中，在MRI用磁場發(fā)生裝置中，一對永久磁鐵相互面對設(shè)置，中間形成一個空腔，具有至少兩個獨立地控制所述一對永久磁鐵的各個溫度的控制系統(tǒng)。
附圖簡要說明如下圖1A的前視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)，圖1B的垂向剖視圖表示圖1A中的主要部件；圖2的斜視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置；圖3的垂向剖視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的另一實例的主要部件；圖4的垂向剖視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的另一實例的主要部件；圖5的局部垂向剖視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置中使用的溫控裝置的固定裝置的主要部件；
圖6的局部垂向剖視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置中使用的溫控裝置的固定裝置的主要部件；圖7A的頂視圖表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的極件的結(jié)構(gòu)；圖7B是其垂向剖視圖；圖8是表示本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的溫控裝置的電路圖；圖9A的局部剖開的前視圖表示傳統(tǒng)的MRI用磁場發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)，圖9B是其側(cè)剖圖；以及圖10的局部剖開的斜視圖表示另一種傳統(tǒng)的MRI用磁場發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)。
只要在結(jié)構(gòu)中磁路是由磁路形成構(gòu)件和用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵構(gòu)成的，而且磁場是在一個成像空間中形成，則作為本發(fā)明目的的MRI用磁場發(fā)生裝置并不局限于下述的實例，并可適用于任何結(jié)構(gòu)。
例如，本發(fā)明也適用于一對平基架由多個柱狀支架相連的結(jié)構(gòu)、一對相對的平基架由一個平支架在一端支承的結(jié)構(gòu)、極件設(shè)置在用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵的面對空腔側(cè)上的結(jié)構(gòu)、不設(shè)置極件的結(jié)構(gòu)等。
磁場強度、磁場均勻度和平基架的磁路形成構(gòu)件所要求的空腔尺寸應(yīng)該根據(jù)各種性能適當(dāng)選擇。
用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵可以使用鐵氧體磁鐵、稀土鈷基磁鐵或其它公知的磁鐵材料。具體來說，采用Fe-B-R基永久磁鐵可使設(shè)備更為緊湊得多，在這種永久磁鐵中R是資源豐富的輕的稀土如Nd和Pr，硼和鐵是主要成份，表現(xiàn)出30 MGOe或更高的極高的能量容積(energyvolume)。上述公知永久磁鐵組合設(shè)置的結(jié)構(gòu)使較為經(jīng)濟的磁場發(fā)生裝置可以設(shè)置而不增加設(shè)備的尺寸。
用作磁路形成構(gòu)件的架，其材料可使用傳統(tǒng)的材料如電磁軟鐵或純鐵?；艿氖褂檬箞鰪娍梢跃?，也可保證整個磁路具有良好的機械強度，這有利于設(shè)備的組裝工作。
支架的功能是機械支承基架并保證需要的空腔尺寸，以及形成一磁路，以便形成空腔內(nèi)的磁場。
極件的材料并不局限于實例中的那些材料。例如，可以采用純鐵或已用電阻材料模制的軟磁粉末等。在向傾斜場線圈(tilt field coils)施加脈動場的過程中，在極件上產(chǎn)生的剩磁和渦流可以通過采用由硅鋼片疊層或具有低矯磁力、高電阻的任何種類的Mn-Zn、Ni-Zn基的軟鐵氧體，或由上述材料的組合構(gòu)成的極件而被減小。
具體來說，硅鋼片疊層從成本角度來說是有利的，它比軟鐵氧體價格便宜。如圖7A和7B所示，如果在用上述硅鋼片生產(chǎn)極件20時，在磁性材料底座21上布置多個硅鋼片疊層構(gòu)成的塊23，并將這些塊進(jìn)一步疊置，那么，渦流和余磁則減少得更好，使安裝工作更為容易。
使上述整個極件的厚度或磁性材料底座21的厚度比最佳化可以保證極件具有良好的機械強度，使極件需要的場強均等，并防止出現(xiàn)渦流和余磁。也可以采用下述結(jié)構(gòu)其中不使用磁性材料底座21，而是設(shè)計一些用于固定由硅鋼片疊層構(gòu)成的塊23的裝置。
另外，為了提高空腔內(nèi)磁場均勻度，可以圍繞極件周邊形成電磁軟鐵、純鐵構(gòu)成的環(huán)形凸起，或其它這樣的磁性材料環(huán)。具體來說，如圖7A和7B所示，如果設(shè)置一個或多個窄縫沿周向分割環(huán)形凸起22，那么，渦流的減少就會更好。
環(huán)形凸起的橫截面形狀并不局限于圖中所示的矩形，也可以是大致的三角形、梯形等，其形狀是按照需要的場強、場的均勻度等適當(dāng)選擇的。將凸起24設(shè)置在極件的環(huán)形凸起的內(nèi)側(cè)上，就形成均勻的磁場來說，也是有效的。
極件的設(shè)置并非本發(fā)明的關(guān)鍵。具體來說，使用極件存在缺陷，例如，從極件側(cè)面的磁通泄漏引起的空腔內(nèi)場強下降、極件內(nèi)產(chǎn)生的渦流引起的傾斜場上升特性(tilt field rise characteristics)的下降，以及整個磁路重量增加等，因此，不設(shè)置極件的結(jié)構(gòu)，就避免上述問題而言，也是有效的。例如，不設(shè)置極件的結(jié)構(gòu)可以是日本專利申請H 3-209803所公開的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的發(fā)明人過去提出的。
本發(fā)明中的溫度控制是，一個溫度調(diào)節(jié)器按照由溫度傳感器檢測的溫度，在溫控裝置的加熱或熱輻射(冷卻)中工作，所述溫控裝置裝入永久磁鐵本身中或裝入極件或設(shè)在極件附近的基架中，因此，通過向外界輻射的熱量較少，永久磁鐵極為有效地被加熱和冷卻，控制的隨動性能良好。另外，通過設(shè)置多個溫度傳感器可以借助多個控制系統(tǒng)進(jìn)行局部溫度控制，其優(yōu)點在于磁場均勻度的對稱性降低較小。
在本發(fā)明中裝入永久磁鐵、基架、極件等中的溫控裝置并不局限于實例中所述的結(jié)構(gòu)，而是可以采用各種結(jié)構(gòu)，只要溫度裝置設(shè)置在永久磁鐵、基架、極件等上形成的孔中，并且它們可被有效加熱和冷卻即可。
如上所述，出于多種原因，在目前使用的結(jié)構(gòu)中，整個磁場發(fā)生裝置被控制在高于安裝MRI設(shè)備的室中的溫度5至10℃的溫度上。在本發(fā)明中也是如此，由于能量守恒、成本及便于操作等原因，最好采用加熱裝置作為溫控裝置。
從熱效率、加熱裝置本身的壽命等觀點來看，加熱裝置必須與被加熱件如基架緊密接觸?；蛘?，當(dāng)設(shè)置在孔中時，最好使用耐熱填料來實現(xiàn)與被加熱件的直接或間接的接觸。
棒狀加熱件可容易地插入永久磁鐵、基架和極件上形成的孔中，因而是對加熱裝置最有利的，而且也易于處置。具體來說，棒狀加熱件是一種結(jié)構(gòu)，例如，一種包括裝在金屬管中的管狀加熱器，金屬管內(nèi)的空間填有絕緣材料如MgO。鐵、銅、鋁、不銹鋼或其它類似金屬或合金材料可用于制作上述金屬管。
如果上述加熱裝置在上述基架或其它被加熱件上的孔中移動，或者如果它們在使用過程中從孔中取出，那就存在不能控制需要的溫度或加熱裝置本身受損壞等危險。因此，最好使用如圖5和6中所示的用于加熱裝置的固定裝置。
圖5表示螺栓形式的固定裝置53，它旋入基架5上形成的孔中。插入孔中的棒狀加熱件10通過螺栓形式的固定裝置53保持在位，固定裝置53觸及構(gòu)成棒狀加熱件10的金屬管51的端部。在圖中，標(biāo)號52代表從棒狀加熱件10延伸至外界的導(dǎo)線。
圖6表示一種固定裝置，它包括一根金屬管54，它呈L形且設(shè)置得觸及構(gòu)成棒狀加熱件10的金屬管51的端部，還包括一個將金屬管54固定在基架5上的安裝架55。
除了圖5和6所示的用于固定由棒狀加熱件構(gòu)成的加熱裝置的固定裝置以外，也可以采用其它各種結(jié)構(gòu)。例如，在構(gòu)成棒狀加熱件10的金屬管51外表面可形成螺紋，或者在金屬管51的端部設(shè)置凸緣，以便固定基架5，也可采用其它固定裝置。
在本發(fā)明中也可采用冷卻裝置作為溫控裝置。為了實用及防止設(shè)備過大、成本過高，最好采用結(jié)構(gòu)簡單的裝置如熱管。具體來說，采用與加熱裝置的情形中相同的方法，將熱管裝在永久磁鐵、基架或其它磁路形成構(gòu)件上的孔中，有效地使熱量向外界輻射就可以完成冷卻，或者，通過熱管將冷卻劑引入構(gòu)件中也可實現(xiàn)冷卻。
為了更精確地控制永久磁鐵的溫度，也可以一起使用棒狀加熱件(上述的加熱裝置)、熱管(冷卻裝置)或類似裝置。
在本發(fā)明中為溫控而設(shè)置的溫度傳感器可以是溫度傳感電阻、熱敏電阻等，按照溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要使用公知的傳感器。溫度傳感器可以按照磁路如永久磁鐵、基架和極件的結(jié)構(gòu)設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 通常，上述目標(biāo)是通過將溫度傳感器設(shè)置在永久磁鐵、基架或極件的表面而實現(xiàn)的。為了精度更高地檢測溫度，最好在上述各構(gòu)件的特定位置上制孔，在這些孔中設(shè)置溫度傳感器。
特別當(dāng)溫度傳感器設(shè)置在極件上時，最好將其設(shè)置在遠(yuǎn)離傾斜場線圈的位置上例如圍繞環(huán)形凸起的外側(cè)或在極件的中心制成的孔中，這是由于傾斜場線圈產(chǎn)生的磁場可能產(chǎn)生噪音的緣故。
除了實例中給出的線路結(jié)構(gòu)以外，為通過上述溫控裝置和溫度傳感器對永久磁鐵進(jìn)行溫度控制，也可以采用任何公知的電控制裝置。可以采用單一的控制系統(tǒng)，也可根據(jù)需要采用兩個或更多控制系統(tǒng)。
為了均勻地控制整個磁路的溫度，并且不犧牲磁場的均勻度，使用多個控制系統(tǒng)是特別有利的。當(dāng)需要將磁路從一個較低的溫度升至一個特定的溫度時，為了縮短升溫所需要的時間，同時使用一個具有大功率的加熱裝置。在這種情形中，最好采用具有下述兩種輸出的溫度調(diào)節(jié)器一種輸出是為快速升溫設(shè)置的，另一種輸出為精調(diào)設(shè)置的，以便保持溫度設(shè)定。
在本發(fā)明中，為了對構(gòu)成磁路的永久磁鐵、基架、支架和極件更有效地進(jìn)行上述溫度控制，具有較大表面積，并顯著影響永久磁鐵的溫度的基架最好應(yīng)具有圍繞其周邊設(shè)置的絕熱材料，以便使熱量與空氣隔絕。另外，除基架以外，最好也根據(jù)需要用絕熱材料包圍支架、永久磁鐵和極件。
另外，使用本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置時，也可以設(shè)置一種裝置，如果由于上述溫度傳感器或溫度調(diào)節(jié)器的故障，永久磁鐵的溫度升高得顯著高于規(guī)定溫度，該裝置用于停止溫控裝置的工作。例如，為了防止永久磁鐵被加熱至超過45℃，最好設(shè)置一個用于強制關(guān)掉加熱器電流的恒溫器，為了防止磁路的組成構(gòu)件或絕熱材料燃燒，最好設(shè)置一個溫度保險絲，例如，如果溫度超過90℃，其用于強制地切斷加熱器電流實施例現(xiàn)在參閱圖1A、1B和2所示的實例來描述本發(fā)明的特征。
磁場發(fā)生裝置具有構(gòu)成磁路的磁路形成構(gòu)件，其通過腿部2設(shè)置在地板1上。磁路形成構(gòu)件包括一對由四根柱狀支架4連接的平基架3。磁場發(fā)生源由一對R-Fe-B基的永久磁鐵5構(gòu)成。它們安裝在基架3的相對表面上，極件6固定在有關(guān)的極件表面上，形成一個空腔8，在該空腔中在極件6之間發(fā)生均勻的磁場。每個用作磁路形成構(gòu)件的極件6具有在這種結(jié)構(gòu)中的一個環(huán)形凸起7，如圖7A和7B所示，由疊置的硅鋼片形成的塊構(gòu)成。
在四個側(cè)面的中心和(由純鐵制成的)基架3的上表面或下表面上制有與棒狀加熱件相同長度的孔，以便插入棒狀加熱件。多根棒狀加熱件10被插入以便與基架3上形成的孔緊密接觸，并通過導(dǎo)線和繼電器(未畫出)與溫度調(diào)節(jié)器相連。
這里，(這些構(gòu)件)連接于如圖8所示結(jié)構(gòu)的兩件式溫度控制系統(tǒng)13和14。采用溫控系統(tǒng)13和14時，來自溫度調(diào)節(jié)器16的控制信號被送至固態(tài)繼電器15，該信號代表溫度設(shè)定和由溫度傳感器12檢測的永久磁鐵的溫度之間的差，上述溫度傳感器是圍繞永久磁鐵5的外周設(shè)置的。受控電流通過固態(tài)繼電器15流向棒狀加熱件10和11，適當(dāng)?shù)募訜崾歉鶕?jù)永久磁鐵5的有關(guān)溫度進(jìn)行的。因此，一個規(guī)定的溫度得到保持，在磁路中特別是在整個永久磁鐵中不致出現(xiàn)溫度不均勻現(xiàn)象。
在圖1A所示的磁路中，永久磁鐵5在上、下基架3上相互面對地設(shè)置，如果設(shè)在上、下基架3上的加熱器的溫度只是借助設(shè)在永久磁鐵之一上的溫度傳感器進(jìn)行檢測從而受到控制，那么，將存在下述傾向基架的無溫度傳感器的側(cè)面上設(shè)置永久磁鐵，在該基架中設(shè)置的加熱器的溫度受到控制而稍許低于最佳溫度。
為了將整個磁路控制在一均勻的溫度上，圖8所示的分開的溫度控制系統(tǒng)13和14必須設(shè)置在上、下基架3上。具體來說，在電路[2]的結(jié)構(gòu)中，存在獨立的控制系統(tǒng)13和14，一個控制系統(tǒng)是為設(shè)在上基架3上的永久磁鐵5上的溫度傳感器12而設(shè)置的，棒狀加熱件10裝在上基架3中，另一個控制系統(tǒng)是為裝在設(shè)在下基架3上的永久磁鐵5上的溫度傳感器12而設(shè)置的，棒狀加熱件10裝在下基架3中。
多個棒狀加熱件10和11連接于每個控制系統(tǒng)13和14。這是為了防止磁路的局部加熱，為了均勻地加熱整個磁路。另外，雖然未在圖中畫出，但是，可以適當(dāng)設(shè)置用于使磁路與周圍空氣絕熱的絕熱材料。
在圖3的結(jié)構(gòu)中，由棒狀加熱件10構(gòu)成的溫控裝置不只裝在基架3中，而且也裝在極件6中，一個溫度傳感器12設(shè)置在極件6的面對空腔的側(cè)面上。具體來說，設(shè)置一個電路，使裝在極件6中的棒狀加熱件10和設(shè)在極件6上的溫度傳感器12結(jié)合在單一的控制系統(tǒng)中。
在圖4的結(jié)構(gòu)中，永久磁鐵5構(gòu)成一個直接產(chǎn)生磁場的空腔。具體來說，由棒狀加熱件10構(gòu)成的溫控裝置裝在基架3和永久磁鐵5中，一個溫度傳感器12設(shè)置在永久磁鐵5的面對空腔的側(cè)面上。這里，構(gòu)制一個電路，使裝在永久磁鐵5中的棒狀加熱件10和設(shè)在永久磁鐵5上的溫度傳感器12結(jié)合在一個單一的控制系統(tǒng)中。
如上所述，溫控裝置可設(shè)置在永久磁鐵、基架或極件中。在本發(fā)明中的溫控裝置是為了控制永久磁鐵的溫度而設(shè)置的，按照熱效率來說，直接設(shè)置于永久磁鐵的結(jié)構(gòu)是最有效的。
盡管如此，由于永久磁鐵的溫度的微小變化直接影響磁場的變化，當(dāng)永久磁鐵被直接加熱和冷卻時，由溫度傳感器進(jìn)行的并反饋于溫控裝置的永久磁鐵溫度的檢測最好頻繁且短周期地進(jìn)行。
另外，由于越過需要的加熱會降低場強，因而只用設(shè)在永久磁鐵上的溫控裝置來控制永久磁鐵的溫度不能認(rèn)為是有利的結(jié)構(gòu)。一種推薦的結(jié)構(gòu)利用設(shè)在基架、極件等中的溫控裝置。
溫控裝置設(shè)在基架上的結(jié)構(gòu)就熱效率而言不一定是好的，這是由于永久磁鐵溫度不是直接被控制的。但是，基架比永久磁鐵具有大得多的體積，一旦其被調(diào)節(jié)至特定的溫度，就不易受環(huán)境溫度變化的影響，因此其溫度更穩(wěn)定，因此，連接于基架的永久磁鐵的溫度可被容易地保持恒定。另外，由于基架比永久磁鐵易于加工，安裝棒狀加熱件、熱管等的孔可在任意部位上形成，因此，可保持溫度均勻而不會引起基架本身的任何溫度不均勻現(xiàn)象。
溫控裝置設(shè)在極件上的結(jié)構(gòu)就熱效率而言也不一定是好的，這是由于永久磁鐵溫度不是直接受到控制的。但加熱和冷卻進(jìn)行得仍比設(shè)在基架上的結(jié)構(gòu)更為有效，這是由于極件的體積較小，大致與永久磁鐵體積相同的緣故。另外，通過控制極件的溫度，可以減小設(shè)在極件附近的傾斜場線圈產(chǎn)生的熱量對永久磁鐵溫度變化的影響。具體來說，通過將多個溫控裝置設(shè)置在極件的徑向位置上，對整個極件來說可保持溫度均勻。
如上所述，在本發(fā)明中也可將溫控裝置裝在永久磁鐵、基架或極件中。為保持永久磁鐵恒溫，最后考慮各有關(guān)的體積、材料等因素后再選擇溫控裝置的功率、設(shè)置位置、設(shè)置數(shù)量等。
在圖1A，1B，3和4所示的實例中，圖示結(jié)構(gòu)利用棒狀加熱件作為溫控裝置。在一種類似的結(jié)構(gòu)中，也可以同時使用熱管等冷卻裝置。具體來說，可以采用一種冷卻裝置設(shè)在永久磁鐵上的結(jié)構(gòu)或加熱裝置和冷卻裝置都設(shè)置在基架上的結(jié)構(gòu)。
使用圖1A和1B所示的本發(fā)明的磁場發(fā)生裝置時，上、下永久磁鐵5的溫度被圖8所示的兩件式溫控系統(tǒng)13和14調(diào)節(jié)至32℃，使上、下磁鐵之間的溫差可保持于0.1℃，能耗為600W。
對比來說，使用如圖10所示的具有片狀加熱器設(shè)在基架外側(cè)面上的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磁場發(fā)生裝置時，由于控制受單一溫控系統(tǒng)的影響，因而上、下磁鐵之間的溫差為2至3℃，能耗為1200W。
具體來說，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不僅能進(jìn)行高精度的溫度控制，而且也可顯著減少能耗。
另外，使用圖1A和1B所示的本發(fā)明的磁場發(fā)生裝置中，永久磁鐵5的目標(biāo)溫度被一個四件式溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)至32℃，在該溫控系統(tǒng)中相當(dāng)于圖3所示結(jié)構(gòu)的溫控裝置也設(shè)置在極件上，已證實上、下磁鐵之間的溫差可保持于0.1℃，這甚至相關(guān)于傾斜場線圈產(chǎn)生的外界溫度變化等得到的結(jié)果。
本發(fā)明的MRI用磁場發(fā)生裝置的特征在于溫控裝置嵌裝在構(gòu)成磁路形成構(gòu)件的基架等中。當(dāng)溫控裝置借助溫度調(diào)節(jié)器根據(jù)溫度傳感器檢測的溫度進(jìn)行加熱或冷卻時，設(shè)在基架或類似物附近的永久磁鐵被有效地加熱或冷卻，相對于控制信號的隨動性能良好。
另外，在溫控裝置如加熱器嵌裝在基架或類似物內(nèi)部的情形中，由加熱器產(chǎn)生的熱量通過基架等傳導(dǎo)，直接達(dá)到永久磁鐵，因而熱量不會散至外界而喪失，這使溫度控制可以極為有效地進(jìn)行。
另外，通過將多個溫度傳感器設(shè)在永久磁鐵上就可以進(jìn)行部分溫控。另一個優(yōu)點是，使用多個獨立地設(shè)在多個永久磁鐵上的多個控制系統(tǒng)來控制溫控裝置，這樣進(jìn)行的溫度控制可實現(xiàn)磁場均勻度的良好對稱性。
權(quán)利要求
1.一種MRI用磁場發(fā)生裝置，其使用磁路形成構(gòu)件和用作磁場發(fā)生源的永久磁鐵構(gòu)成磁路，在成像空間中產(chǎn)生磁場，所述MRI用磁場發(fā)生裝置具有裝入所述永久磁鐵和/或所述磁路形成構(gòu)件中的溫控裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于溫度傳感器設(shè)置在所述永久磁鐵和/或磁路形成構(gòu)件中，設(shè)有一個溫度調(diào)節(jié)器，它根據(jù)所述溫度傳感器檢測的溫度控制所述溫控裝置的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于設(shè)有用于根據(jù)永久磁鐵和/或磁路形成構(gòu)件的溫度停止溫控裝置的工作的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述磁路形成構(gòu)件包括一對基架，它們相互面對，形成具有成像空間的一個空腔，它們在其各自面對空腔的側(cè)面上具有永久磁鐵；以及連接并支承上述基架的支架，所述溫控裝置裝入所述永久磁鐵和/或基架中。
5.如權(quán)利要求4所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于溫度傳感器設(shè)置在永久磁鐵和/或基架中，設(shè)有一個溫度調(diào)節(jié)器，它根據(jù)所述溫度傳感器檢測的溫度控制所述溫控裝置的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述磁路形成構(gòu)件包括一對基架，它們相互面對，形成一個具有成像空間的空腔，它們在其各自面對空腔的側(cè)面上具有永久磁鐵；連接并支承上述基架的支架；以及一對設(shè)置在永久磁鐵的面對空腔的側(cè)面上的極件，溫控裝置裝入永久磁鐵和/或基架中。
7.如權(quán)利要求6所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于溫度傳感器至少設(shè)置在永久磁鐵及基架及極件中的一個中，設(shè)有一個溫度調(diào)節(jié)器，它根據(jù)所述溫度傳感器檢測的溫度控制所述溫控裝置的溫度。
8.如權(quán)利要求5或7所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于裝入所述基架中的溫控裝置的溫度是根據(jù)設(shè)在永久磁鐵中的溫度傳感器檢測的溫度被控制的。
9.如權(quán)利要求5或7所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于裝入永久磁鐵中的溫控裝置的溫度是根據(jù)設(shè)在永久磁鐵中的溫度傳感器檢測的溫度被控制的。
10.如權(quán)利要求7所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于裝入極件中的溫控裝置的溫度是根據(jù)設(shè)在永久磁鐵或極件中的溫度傳感器檢測的溫度被控制的。
11.如權(quán)利要求5或7所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于具有至少兩個控制系統(tǒng)，它們獨立地控制所述一對永久磁鐵的各自的溫度。
12.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述溫控裝置是加熱裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述加熱裝置是棒狀加熱件。
14.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述棒狀加熱件設(shè)有固定裝置。
15.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述溫控裝置是冷卻裝置。
16.如權(quán)利要求1所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述溫控裝置包括加熱裝置和冷卻裝置。
17.如權(quán)利要求15或16所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述溫控裝置為熱管。
18.如權(quán)利要求5或7所述的MRI用磁場發(fā)生裝置，其特征在于至少基架的周邊包覆絕熱材料。
全文摘要
一種MRI用磁場發(fā)生裝置構(gòu)制得可通過減少溫度變化來提高熱效率而又不犧牲磁場均勻度,并能夠高精度地控制永久磁鐵的溫度,它包括嵌裝在構(gòu)成磁路形成構(gòu)件的基架(3,3)中的控制溫度的加熱器(10,11),當(dāng)加熱器(10,11)的溫度借助一個溫度調(diào)節(jié)器根據(jù)溫度傳感器(12)檢測的溫度被加熱時,設(shè)在基架附近的永久磁鐵(5,5)被有效加熱,從而形成良好的控制隨動性能,加熱器的熱量通過基架直接傳至永久磁鐵,使溫控十分有效而不會引起熱量向外擴散引起的熱損失。
文檔編號G01R33/389GK1272774SQ99800973
公開日2000年11月8日 申請日期1999年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者青木雅昭 申請人:住友特殊金屬株式會社