本发明专利技术涉及一种用于NMR磁体系统的温度调节系统，其包括具有中央气隙(2)的用于在中央气隙(2)内部的测量体积中产生均匀静磁场的永久磁体布置结构(1)、用于发射HF脉冲和从测量样品(0)接收HF信号的NMR样品头(3)、包括在NMR样品头中的频率检测和用于改变静磁场的幅度的HO线圈的NMR频锁以及在中央气隙中的用于进一步均匀化测量体积中的磁场的匀场系统(4)，其中，第一隔离腔室(5)热屏蔽地包围永久磁体布置结构，并且第一隔离腔室包括用于调节第一隔离腔室的温度T1的机构(6)，匀场系统、HO线圈以及NMR样品头设置在第一隔离腔室外部的中央气隙中，并且至少一个导热体(7)设置在一方面的匀场系统和HO线圈和另一方面的永久磁体布置结构之间。由此显著提高了该布置结构的场稳定性和无漂移性。定性和无漂移性。定性和无漂移性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有永久磁体布置结构的MR设备的温度调节系统
[0001]本专利技术涉及NMR(核磁共振)磁体系统的温度调节，其包括具有中央气隙的用于在中央气隙内部的测量体积中产生均匀静磁场的永久磁体布置结构、用于发射HF(高频)脉冲并从测量样品接收HF信号的NMR样品头、包括在NMR样品头中的频率检测和用于改变静磁场的幅度的H0线圈的NMR频锁、以及在中央气隙中的用于进一步均匀化在测量体积中的磁场的匀场系统。
[0002]这种可进行温度调节的NMR磁体系统例如从US 2011/0137589A1(＝参考文献[1])已知。
技术介绍
[0003]概括来说，本专利技术涉及尤其是用于台式NMR设备的永久磁体系统的温度调节。
[0004]在永久磁体中，产生的磁场取决于所使用永久磁体材料的铁磁特性。这些特性又与温度有很大关系。以铁硼钕磁体为例，矫顽磁场强度的温度系数约为
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0.6％/K，剩磁的温度系数约为0.1％/K。因此，尤其是在将永久磁体布置结构用于具有亚赫兹线宽的高分辨率NMR时，非常精确地对永久磁体布置结构进行热调节是很重要的。在此有必要在足够长的时间内保持温度(T)稳定，优选将温度波动最小化至1/1000K，以避免B0场的漂移或波动，B0场的漂移或波动可能导致在积累光谱以提高信噪比(S/N)时共振线变宽或在磁场强度在采集时期内发生变化时线型失真。同时应在磁体温度尽可能低的情况下、优选在室温范围中(标准为298K)确保测量条件，以便在不对样品进行温度调节的情况下实现NMR测量。如果磁体温度进一步降低，则产生的B0场可最大化并且磁体的热激发弛豫会减慢。理想的是，B0场应至少为1.5T、优选为1.9T或更高。
[0005]一些目前市售的可用设备没有可变的测量样品温度，而是在磁体的工作温度下对测量样品进行测量。如果插入非常热/冷的测量样品，则这会通过在磁体系统中产生的温度梯度而导致有害的B0均匀性变化。此外，测量时间延长了在测量样品中达到热平衡所需的时间，在没有主动温度调节的情况下，这比例如借助温度调节气流的情况要长得多。
[0006]根据一些出版物，代替测量样品，将真空隔离的流通池插入台式设备并在磁体外部设定和调节测量样品温度。由于测量样品体积的减少，这会导致S/N的显著损失。作为替代方案，使用未热隔离的流通池。则在此接受：在测量区域和出口中的测量样品温度可能与在入口中的温度有显著差异。例如在溶液析出时，例如当溶液在磁体温度范围内过饱和时，这可导致严重的问题。
[0007]具体现有技术
[0008]磁体温度调节：
[0009]US 8,461,841 B2(＝参考文献[2])描述了一种具有永久磁体的NMR装置，所述永久磁体通过孔借助温度调节流体达到希望的温度。使用温度传感器监控磁体温度并相应地调整流体的流量和温度。但使用该装置无法实现mK范围内的精确温度调节。
[0010]US 6,489,873 B1(＝参考文献[3])公开了一种用于基于磁轭的开式永久磁体系
统的温度调节系统，其中，永久磁体布置结构通过多个热电式热泵装置与C形磁轭热接触地装配。至少一个温度传感器与电子控制电路连接。在该装置中也无法实现mK范围内的精确温度控制，因为其没有封闭的腔室。
[0011]US 6,566,880 B1和WO 2000/016117 A1(＝参考文献[4])描述了一种磁共振断层扫描仪，其配备有安装在磁轭上的永久磁体组件。该断层扫描仪还包括梯度线圈。每个永久磁体组件与一个具有良好导热性并且设置在永久磁体组件和梯度线圈之间的板处于热接触。此外，存在具有温度传感器的温度调节，这些温度传感器与所述板连接并且操控热电式热泵装置。这仍然是一个开式系统，温度调节装置旨在限制通过梯度电路输入的热量。
[0012]GB 2512328 A(＝参考文献[5])描述了一种具有永久磁体的NMR系统，该系统配备有温度传感器并且通过加热板直接为磁体供热。各传感器安装在磁体的不同位置上并将信息发送到控制器，该控制器进而操控加热板。
[0013]US 8,030,927 B2(＝参考文献[6])描述了一种具有永久磁体的断层扫描装置，其中，设有用于保持磁体内部中的温度稳定性的磁体温度控制器。磁体温度控制装置包括管道和温控器，所述管道具有在其中循环的液体或在其中循环的气体并且所述温控器与管道串联连接，以便调节液体或气体的温度。与参考文献[3]至[5]相比，在此基于流体循环可进行更精确的温度调节。但没有考虑梯度线圈或匀场线圈的输入。
[0014]热隔离：
[0015]US 7,297,907 B2(＝参考文献[7])描述了一种用于对NMR永久磁体进行主动热隔离的方法，所述永久磁体相对于位于磁体孔内部的样品位于封套(“热隔离的虚拟封套”)中。使用所谓的“主动屏蔽”，在其中温度调节液体在两个待热分离的构件之间被引导通过。此外公开了磁体组件也可包括被动隔离层。但所描述的匀场线圈可包括主动的匀场元件，这些匀场元件可直接围绕磁体定位。因此，这种布置结构的目的不是限制通过H0线圈和/或匀场线圈中的电流输入磁体材料中的热量。虽然没有明确说明温度值，但可认为在这种结构中测量样品和磁体之间的大温差应被热分离。然而并不致力于对磁体的精确温度调节。
[0016]从US 2013/0207657 A1(＝参考文献[8])中已知另一种磁体配置。但该文献没有公开在测量样品和极靴之间或在极靴和磁体材料之间设置可温度调节的屏障或隔离部。
[0017]具有温度控制的匀场：
[0018]使用多个匀场线圈对磁场进行电子匀场，这些匀场线圈在通电时在测量体积中产生不同的场梯度。
[0019]US 9,285,441 B1(＝参考文献[9])描述了一种用于NMR应用的磁场校正系统。尤其是涉及电子匀场，以便在视场中实现均匀的磁场。尽管该文献解决磁体系统和匀场系统中的温度变化问题、尤其是磁场漂移，但根据参考文献[9]，这不是通过温度调节系统、而是通过纯调整通过匀场线圈的电流来解决的。
[0020]US 2011/0037467 A1(＝参考文献[10])描述了在MR成像中类似的问题解决方案。当匀场材料中的温度变化时，静磁场的均匀性会发生变化。因此提出在匀场上的温度传感器，该温度传感器将信息发送到控制器，该控制器由此确定不均匀性。在此也没有设置用于匀场的温度调节系统。
[0021]使用热泵和热交换器进行温度控制：
[0022]US 2018/0038924 A1(＝参考文献[11])公开了一种用于高温测量的NMR系统。为
此，样品头配备有朝向磁体的热隔离部。该隔离部或热屏障包括例如由热管或热泵(珀尔帖元件)组成的热汇以及呈壁形式的热隔离部。此外，可对永久磁体的极靴进行温度调节，以防止磁体中的温度梯度。还示出一种用于对测量样品进行温度调节的气流(VT气流)。
[0023]US 2016/0077176 A1(＝参考文献[12])描述了一种NMR样品头盒，其包括由非磁体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于NMR磁体系统的温度调节系统，包括：具有中央气隙(2)的用于在中央气隙(2)内部的测量体积中产生均匀静磁场的永久磁体布置结构(1)；用于发射HF脉冲和从测量样品(0)接收HF信号的NMR样品头(3)；用于改变所述静磁场的幅度的H0线圈；以及在中央气隙(2)中的用于进一步均匀化在所述测量体积中的磁场的匀场系统(4)，其特征在于，第一隔离腔室(5)热屏蔽地包围永久磁体布置结构(1)，第一隔离腔室(5)包括一个或多个用于调节第一隔离腔室(5)的温度T1的机构(6)，匀场系统(4)、H0线圈以及NMR样品头(3)在第一隔热缘室(5)外部设置在中央气隙(2)中，并且至少一个导热体(7)设置在一方面的匀场系统(4)和H0线圈与另一方面的永久磁体布置结构(1)之间。2.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于，一个或多个用于调节导热体(7)的温度T2的机构(8)设置在第一隔离腔室(5)外部。3.根据权利要求2所述的温度调节系统，其特征在于，包围永久磁体布置结构(1)的第一隔离腔室(5)具有壁，该壁包括至少两个热分离的面，这些面分别具有至少一个用于确定所述壁的表面温度T1i的传感器并具有相互独立的热调节，所述至少两个热分离的面之一围绕包围所述测量体积的中央气隙(2)并将匀场系统(4)、H0线圈和NMR样品头(3)与永久磁体布置结构(1)主动地热分离。4.根据前述权利要求中任一项所述的温度调节系统，其特征在于，用于调节第一隔离腔室(5)的温度T1或导热体(7)的温度T2的机构(6或8)中的至少一个机构是热电元件并且具有热交换器，该热交换器确保在运行期间第一隔离腔室(5)的壁之间的热流。5.根据前述权利要求中任一项所述的温度调节系统，其特征在于，第一隔离腔室(5)的壁设计成用于相对于外部空间磁屏蔽磁场的屏蔽布置结构并且优选包括在第一隔离腔室(5)外侧上的被动热...
【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：布鲁克瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：
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