专利名称：用于产生均匀磁场的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及抑制磁场中的不均匀性。
背景技术：
相关背景技术的出版物包括 McDowell, A.与 Fukushima，Ε·的 “Ultracompact NMR: IH Spectroscopy in aSubkilogram Magnet”, Applied Magnetic Resonance 35 (I)，185-195，2008。该参考文献描述了具有纳升体积试样的紧凑永磁体中的NMR光谱学。Bliimichj Bernhard 等人的 “Mobile NMR for Geophysical Analysis andMaterials Testing”，Petroleum Science 6 (I)，1-7，2009。该参考文献不出了使用Halbach磁体设计的紧凑匪R光谱仪。Chmurnyj Gwendolyn N.和Hoult，David I.的“The Ancient and Honourable Artof Shimming”，Concepts in Magnetic Resonance Part A 2 (3)，131-149，2005 该参考文献详述了在匀化时球谐函数展开的使用。Raichj H.和 Bliimler，P·的 “Design and Construction of a DipolarHalbach Array with a Homogeneous Field from Identical Bar Magnets:NMRMandhalas”，Concepts in Magnetic Resonance B:Magnetic Resonance Engineering23B (I)，16-25,2004。该参考文献详述了在核磁共振谱仪中由立方磁体支撑的Halbach型磁体的使用。Moresij Giorgio 和 Magin，Richard 的“Miniature Permanent Magnet forTable-top NMR，，，Concepts in Magnetic Resonance Part B!Magnetic ResonanceEngineering 19B (I)，35-43，2003。该参考文献公开了对于使用平极片的NMR应用使场内部Halbach阵列更加均勻的研究。它也提到了突起的设计结构。Danieli，Ernesto 的“Mobile Sensor for High Resolution NMR Spectroscopyand Imaging”，Journal of Magnetic Resonance 198，80-87，2009。该参考文献公开了使用放在初级Halbach阵列中的磁体使场更加均匀的研究。Keimj Thomas A.的“Intentionally Non-orthogonal Correction Coils forHigh-homogeneity Magnets”，US Pat. No. 4，581，580，1986。公开了能够通过一组规定的施加电流的变型产生多个球谐函数的一组匀场线圈。在该组线圈中的给定线圈可以对一个以上的球谐函数起作用。Golayj M. J. E.的 “Homogenizing Coils for 匪R Apparatus，，，US Pat.No. 3，622，869，1971。公开了使用均匀化线圈，以用于磁场的优化，该磁场包括附连到电绝缘板和与磁极片平行且邻近放置的电导体。Kablerj Donald J.、Gang，Robert Ε·、and Reeserj Jr. Λ William 0.的“MagneticField Shim Coil Structure Utilizing Laminated Printed Circuit Sheets，，，US Pat.No. 3，735，306，1973。公开了通过在单独模块中与极片平行且邻近放置的印制电路板而构造的场均匀化线圈。Hughes的1987年的第4，682，111号美国专利公开了使用成形极片，以改进静态磁场的均匀性。Rose N. E.的 “Magnetic Field Correction in the Cyclotron”，Phys.Rev. 53，715-719，1938。描述了用于在回旋加速器中的均匀化磁场的突起极片。01 Donnell, Matthew 等人的 “Method for Homogenizing a Static MagneticField Over an Arbitrary Volume”，1987 年的美国专利第 4，680，551 号(7 月 24 日授权)。公开了基于磁场映射和加权最小二乘计算的匀化电流的选择。
在核磁共振(NMR)实验中，在偏置的静态磁场的影响下放置试样，该静磁场部分地对准试样的核旋转磁矩。该磁矩在静态场中以称作拉莫尔(Larmor)频率的频率旋动，该频率与磁场强度成正比。可以通过在拉莫尔频率处施加横向射频(RF)磁场来控制试样的磁矩。通过观察试样对RF磁场的反应，可以了解试样的化学组成。作为分析方法的NMR的功率可以主要是怎样很好地控制所施加的磁场特性的函数。自从NMR初期开始,就已经存在勻化(shimming)磁场的实践(使磁场更加均勻)，并且为了改进磁场，匀场磁场的实施最初使用物理地放在源磁体后面的薄金属片以调整这些磁体的位置。更现代的匀化技术使用电磁线圈。传统的磁共振光谱仪通常使用设置成基本圆柱形的线圈形式的匀化线圈。在紧凑的NMR设备中使用匀场线圈已经被证明是非常困难，主要是因为空间限制，该空间不能容纳可能具有许多层的传统匀场线圈系统。在许多该设备中主磁体内部的可用空间太小，不能容纳一组典型的匀化线圈，该匀化线圈的个别元件被主要设计为解决主磁场的残余不均匀性的一个且仅一个几何方面或几何分量。

图1A、1B和IC对典型的强磁场光谱仪设计的主偏磁场和试样管结构与基于圆柱形Halbach阵列的紧凑磁体系统的设计进行比较。标为B的箭头表示主磁场方向。在附图中没有示出匀化措施。图IA示意地示出强磁场磁体的超导磁场线圈、插入的圆柱形试样管和由线圈产生的磁场B。试样体积(volume)内的磁场被沿线圈和管的共同对称轴定位。图IB和IC不出插入圆柱形Halbach磁体阵列的相同试样管，Halbach磁体阵列产生与管的对称轴线垂直的磁场B。该特定的Halbach阵列由绕管放置的环形布置的8个磁体组成，磁体的磁化矢量(示为箭头)与管的对称轴线垂直。对于某些应用，Halbach阵列内部的磁场非常均匀，但是对于某些高分辨率的NMR实验，该磁场非常不均匀。为了基本上减小磁场的不均匀性，对于不同的磁场不均匀性的几何方面进行独立的控制是有帮助的。在许多磁共振应用中，主磁场被沿规定的方向强烈地偏振，我们将规定的方向作为在源自某个固定点的笛卡尔参考系中的Z轴。位于空间中一点处的磁性旋转的拉莫尔频率通过该点处的磁场幅值来确定，该点位于通过磁场的Z分量Bz较好估计的合理均匀的磁场中。可以将Bz展开为函数的比例和，其中k是用于表征一组函数中的各个函数fk的变量(或多个变量)，并且其中X、y和z是限定围绕至少一部分试样的体积中的位置的笛卡尔或其他空间坐标。B0是磁场的大的且空间均匀的部分，系数Ck量化磁场不均匀性的不同分量。如果两个不相同的函数之间
的数量积是零，那么该组函数，例如X、z、Z >被认为是正交的(相对于函数的规定数量积)。两个函数之间的共同数量积是积分，
权利要求
1.用于匀化磁场的方法，所述磁场中存在具有一个以上几何分量的不均匀性，所述磁场通过磁体组件产生，所述方法包括 沿多个基本共同定向的匀场路径中的相应的匀场路径施加多个同等调制的单一的匀场电流，每个匀场路径的一部分位于所述磁体组件内；以及 使用多个匀场电流抑制所述磁场中的所述不均匀性的所述一个以上的几何分量。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述多个匀场电流被布置为共面。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述基本共同定向的匀场路径中的个别匀场路径 (a)是基本直的； (b)包括由方向突变分开的两个基本直的部分； (c)包括由方向突变分开的3个基本直的部分；或者 Cd)包括具有锯齿形结构的区域。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，试样被沿轴插入到所述磁场中，其中所述匀场路径的所述方向基本与所述轴平行。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，多个匀场电流中的每个单独的匀场电流在所述多个匀场路径中的相应的一个中流动，其中所述电流中的个别电流通过以下方式确定 估计通过将已知电流施加到所述多个匀场路径中的每一个而产生的磁场； 计算表示所估计的磁场的所述几何分量的函数的数量积，以获得几何分量值； 将所述几何分量值设置到矩阵中； 确定所述矩阵的伪逆以得到伪逆矩阵值；以及 根据所述伪逆矩阵值选择所述电流中的个别电流。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述施加包括协调地调整所述匀场电流的幅值。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述单一匀场电流在所述匀场路径附近的导磁物质中感生镜像电流。
8.用于检测暴露于主磁场的试样中的磁共振的检测器，所述检测器包括 具有两个端部的基本平的匀场面板；以及 具有在两个端部之间延伸的基本共同方向的多个匀场路径，所述匀场路径用于将匀场电流施加在所述多个匀场路径上。
9.根据权利要求8所述的检测器，还包括具有轴线的纵向空间，所述纵向空间用于沿所述轴线插入包含所述试样的试样探测器，其中所述方向基本平行于所述轴线。
10.根据权利要求9所述的检测器，其中，所述平的匀场面板包括两个平的面板。
11.根据权利要求10所述的检测器，还包括极片，在所述极片上安装有所述两个平的匀场面板，所述极片在所述纵向空间内延伸。
12.根据权利要求11所述的检测器，其中，所述匀场电流之一在所述极片中感生镜像电流。
13.根据权利要求8所述的检测器，其中，所述多个匀场路径中的至少一个子集设置在基本平行的平面上。
14.根据权利要求8所述的检测器，还包括印刷电路板，所述印刷电路板上包括所述平的匀场面板。
15.根据权利要求8所述的检测器，其中所述匀场路径 a)包括由方向突变分开的基本直的区域；或者 b)相对于其长度的至少一部分是基本平行的。
16.一种匀场面板，具有第一和第二基本隔开的端部和基本平的部分，所述匀场面板包括多个匀场路径，所述多个匀场路径中的每一个基本上在所述端部之间延伸，其中所述匀场路径中的个别匀场路径 a)包括由所述路径的方向突变隔开的基本直的区域；或 b)相对于其长度的至少一部分是基本平行的；或 c)具有基本相同的方向。
17.根据权利要求16所述的匀场面板，其中所述路径是共面的。
18.根据权利要求16所述的检测器，其中，所述检测器接受试样沿轴线的插入，其中所述面板的所述端部基本上沿所述轴线定向。
19.根据权利要求19所述的检测器，其中，所述匀场面板包括印刷电路板。
全文摘要
公开了一种用于匀化磁场的方法。该方法使用单一的匀场电流，以有助于抑制磁场中的不均匀性的一个以上的几何分量，而不改变匀场路径的几何结构。还公开了一种执行该方法的装置。在实施方式中，装置包括基本共同定向的匀场路径。
文档编号G01R33/387GK102640010SQ201080054458
公开日2012年8月15日 申请日期2010年12月1日 优先权日2009年12月2日
发明者加瑞特·M·莱丝郭维兹, 塞巴斯迪安·普奈克尔, 格雷戈里·麦克费特斯 申请人:纳纳利塞斯公司