專利名稱：一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于核磁共振成像裝置磁體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)核磁共振系統(tǒng)需要較強的中心磁場和較為寬敞的成像空間。較強的中心磁場可以提高成像的分辨率。與圓柱形的結(jié)構(gòu)相比較，分離式超導(dǎo)線圈形成的開放式磁體系統(tǒng)提供給病人的是一個與樣品空間垂直的磁場，因而其成像效率是平行磁場的V^倍，表明垂直場與平行場相比較具有較高的成像效率。隨時間變化的梯度磁場疊加在主磁場上，形成成像空間的空間編碼，通過射頻線圈提供樣品的激發(fā)，由此可以為病人提供清晰的診斷圖像。同時分離超導(dǎo)線圈磁體系統(tǒng)可以提供比永磁體更強的磁場和更為廣闊成像區(qū)域與在線手術(shù)治療的空間，對于病人而言不會產(chǎn)生幽閉癥。目前醫(yī)用核磁共振磁體系統(tǒng)使用釹鐵硼(NdFeB)永磁體、電阻磁體以及超導(dǎo)磁體等產(chǎn)生磁場。一般永磁產(chǎn)生的磁場強度在0. 5T以下，磁場強度受到環(huán)境溫度的影響較大， 為了穩(wěn)定中心磁場，通常使用控溫系統(tǒng)保證磁體的溫度恒定。電阻磁體能夠提供較高的磁場，但功率消耗較大，磁場的穩(wěn)定度受到電源的紋波系數(shù)的限制。隨著新型超導(dǎo)材料和低溫技術(shù)的發(fā)展，使用零揮發(fā)液氦浸泡冷卻可以將超導(dǎo)磁體運行時間持續(xù)幾年或更長的時間。將超導(dǎo)磁體技術(shù)取代永磁技術(shù)，同時使用鐵軛來校正、屏蔽磁場和提供磁場回路， 可以形成新型結(jié)構(gòu)的磁體系統(tǒng)。這樣的磁體系統(tǒng)重量較小，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊。由于鐵軛與超導(dǎo)線圈之間的電磁力作用使得對稱分布的超導(dǎo)線圈與上、下鐵軛之間產(chǎn)生幾十噸的相互作用力，為克服線圈結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，需要較強外支撐結(jié)構(gòu)。目前，這種較強的外支撐結(jié)構(gòu)低溫下的形變將影響線圈產(chǎn)生形變，導(dǎo)致線圈結(jié)構(gòu)材料破裂產(chǎn)生失超。同時由于外支撐結(jié)構(gòu)體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且外支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)致外接極高熱流進(jìn)入到低溫系統(tǒng)內(nèi)部，使得液氦消耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前核磁共振磁體的外支撐結(jié)構(gòu)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，本發(fā)明提出帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，本發(fā)明可以自平衡超導(dǎo)線圈和鐵軛之間的較強的相互電磁作用力，將電磁力抵消達(dá)到接近于零。本發(fā)明使用低溫或高溫超導(dǎo)線材提供磁場驅(qū)動源，通過用鐵磁材料形成的鐵軛將超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁通路徑相連并進(jìn)行磁場屏蔽。本發(fā)明開放式核磁共振磁體系統(tǒng)包括圓環(huán)形的超導(dǎo)線圈和低溫容器，所述的磁體系統(tǒng)分為上下兩部分，上下兩部分結(jié)構(gòu)相同，關(guān)于中心對稱。超導(dǎo)線圈放置在低溫容器內(nèi)部獲得低溫環(huán)境，低溫容器上下兩部分之間由低溫容器連接管連通。超導(dǎo)開關(guān)放置在超導(dǎo)線圈的外表軸向的中間位置，超導(dǎo)線圈與超導(dǎo)開關(guān)組成閉環(huán)電流回路，產(chǎn)生磁場。所產(chǎn)生的磁場通過上下鐵軛和側(cè)鐵軛獲得磁通回路并進(jìn)行磁場屏蔽。由鐵磁材料制成的上下鐵軛和側(cè)鐵軛被超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場磁化。所述的磁體系統(tǒng)通過超導(dǎo)線圈在磁體成像中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生所需要的磁場。為了平衡超導(dǎo)線圈與上下鐵軛之間巨大的電磁力，本發(fā)明在低溫容器的內(nèi)孔空間中安裝了圓環(huán)形的鐵環(huán)。通過所述的鐵環(huán)改變超導(dǎo)線圈與上下鐵軛之間的磁場分布，從而減小兩者之間的相互電磁作用力。所述的鐵環(huán)由非磁性材料制作的鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)支撐固定。在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)和上下鐵軛之間放置環(huán)氧樹脂墊板，保證鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)和上下鐵軛之間的電絕緣。在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁依次布置有梯度線圈和勻場線圈，所述的梯度線圈和勻場線圈中心對稱，軸向方向上勻場線圈布置在梯度線圈的外側(cè)。所述的梯度線圈產(chǎn)生梯度場，所述的勻場線圈主要用于校正成像空間的磁場分布。為了屏蔽梯度線圈在切換過程中產(chǎn)生的渦流，本發(fā)明采用了屏蔽線圈，屏蔽線圈同軸放置在梯度線圈的外部。屏蔽線圈和梯度線圈通過環(huán)氧樹脂支撐板支撐。本發(fā)明在低溫容器內(nèi)壁布置了鐵環(huán)，鐵環(huán)由多層圓環(huán)狀鐵片疊加組成。鐵環(huán)的外圈貼近低溫容器的內(nèi)表面。鐵環(huán)的材料使用高磁導(dǎo)率的碳鋼或其他高磁導(dǎo)率材料，以減小鐵芯材料的使用量。超導(dǎo)線圈和上下鐵軛之間的零電磁吸引力作為鐵環(huán)的厚度和高度的設(shè)計目標(biāo)，通過控制鐵環(huán)的厚度和高度，使超導(dǎo)線圈和上下鐵軛之間的電磁吸引力為零。組成鐵環(huán)的鐵片的重量盡可能小，每一片鐵片的厚度大約在1 2mm，通過增加或減小鐵片的數(shù)量可以從工程上實現(xiàn)超導(dǎo)線圈與上下鐵軛之間的電磁吸引力接近于零，從而實現(xiàn)電磁力平衡。所述的鐵環(huán)與上下鐵軛之間不再有磁路連接，使用空氣間隙形成磁阻，這樣被超導(dǎo)線圈的磁場磁化的鐵環(huán)從而產(chǎn)生相互作用力，該作用力能夠抵消超導(dǎo)線圈與上下鐵軛之間的相互作用力，從而平衡超導(dǎo)線圈與上下鐵軛之間的相互作用力。所述的鐵環(huán)通過非導(dǎo)磁材料固定在對稱的鐵軛結(jié)構(gòu)上，在機械上固定。同時，為了調(diào)整力的相互作用，將鐵環(huán)沿著軸線方向分成多層鐵片結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)鐵片的數(shù)目達(dá)到調(diào)節(jié)鐵環(huán)的厚度，從而調(diào)節(jié)本發(fā)明磁體系統(tǒng)的整體相互作用力，達(dá)到減小線圈與鐵軛之間的相互作用力。本發(fā)明開放式核磁共振磁體系統(tǒng)為了消除渦流，在鐵環(huán)上開有狹小縫隙以減小由于梯度線圈的磁場變化產(chǎn)生的渦流。


圖1開放式結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)平衡線圈與鐵軛之間相互作用力的磁體結(jié)構(gòu)。1超導(dǎo)線圈，2低溫容器，3上下鐵軛、4鐵環(huán)，5鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)，6鐵環(huán)固定結(jié)構(gòu)，7屏蔽線圈，8梯度線圈，9勻場線圈，10環(huán)氧樹脂支撐板，11環(huán)氧樹脂墊板，12低溫容器連接管，13側(cè)鐵軛，14超導(dǎo)開關(guān)，15磁體成像中心區(qū)域；圖2鐵環(huán)4和鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)；圖中16鐵環(huán)上開的狹縫。圖3是鐵環(huán)4結(jié)構(gòu)，17鐵片。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及具體實施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明開放式核磁共振磁體系統(tǒng)包括圓環(huán)形的超導(dǎo)線圈1和低溫容器2，所述的磁體系統(tǒng)分為上下兩部分，上下兩部分結(jié)構(gòu)相同，關(guān)于中心對稱。超導(dǎo)線圈1放置在低溫容器2內(nèi)部獲得低溫環(huán)境，低溫容器2的上下兩部分由低溫容器連接管12連通。超導(dǎo)線圈1與超導(dǎo)開關(guān)14組成閉環(huán)電流回路產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場通過上下鐵軛3和側(cè)鐵軛13獲得磁通回路，并進(jìn)行磁場屏蔽。由鐵磁材料制成的上下鐵軛3和側(cè)鐵軛13被超導(dǎo)線圈1產(chǎn)生的磁場磁化，所述的磁體系統(tǒng)通過超導(dǎo)線圈1在磁體成像中心區(qū)域15內(nèi)產(chǎn)生所需要的磁場。為了平衡超導(dǎo)線圈1與上下鐵軛3之間巨大的電磁力，在低溫容器2的內(nèi)孔空間中安裝圓環(huán)形的鐵環(huán)4。通過鐵環(huán)4改變超導(dǎo)線圈1與上下鐵軛3之間的磁場分布，從而減小兩者之間的相互電磁作用力。鐵環(huán)4由非磁性材料的鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5支撐固定。在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5和上下鐵軛3之間放置環(huán)氧樹脂墊板11，保證鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5和上下鐵軛 3之間的電絕緣。在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5的內(nèi)壁依次中心對稱布置有梯度線圈8和勻場線圈9， 軸向方向上勻場線圈9布置在梯度線圈8的外側(cè)。梯度線圈8產(chǎn)生梯度場，勻場線圈9主要用于校正成像空間的磁場分布。本發(fā)明采用屏蔽線圈7屏蔽梯度線圈8在切換過程中產(chǎn)生的渦流，屏蔽線圈7同軸放置在梯度線圈8的外部。屏蔽線圈7和梯度線圈8通過環(huán)氧樹脂支撐板10支撐。圖2所示是鐵環(huán)4與鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5的俯視圖，由于鐵環(huán)5的下部與梯度線圈8 較為接近，為了消除渦流，在鐵環(huán)4徑向方向上開有狹小縫隙16，以減小由于梯度線圈8的磁場變化產(chǎn)生的渦流。如圖3所示，鐵環(huán)4是由多個圓環(huán)狀鐵片17疊加組成，每一片鐵片的厚度大約在 1 2mm，可由碳鋼或高磁導(dǎo)率材料制成，鐵環(huán)4通過非導(dǎo)磁材料制成的鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)5固定在對稱的鐵軛結(jié)構(gòu)上。同時為了調(diào)整力的相互作用將鐵環(huán)4沿著軸線方向分成若干層狀鐵片疊加結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)所述的鐵片的數(shù)目達(dá)到調(diào)節(jié)鐵環(huán)的厚度，通過增加或減小鐵片17 的數(shù)量可以從工程上實現(xiàn)超導(dǎo)線圈1與上下鐵軛3之間的電磁吸引力接近于零，從而實現(xiàn)力的平衡。當(dāng)調(diào)節(jié)鐵片17的數(shù)量達(dá)到力平衡后，通過加壓的鐵環(huán)固定結(jié)構(gòu)6固定鐵片17 實現(xiàn)鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，包括圓環(huán)形的超導(dǎo)線圈(1)和低溫容器O)，超導(dǎo)線圈(1)放置在低溫容器O)內(nèi)部獲得低溫環(huán)境，所述的磁體系統(tǒng)分為上下兩部分，上下兩部分結(jié)構(gòu)相同，關(guān)于中心對稱；低溫容器O)的上下兩部分由低溫容器連接管(12)連通；其特征在于，超導(dǎo)線圈(1)與超導(dǎo)開關(guān)(14)組成閉環(huán)電流回路產(chǎn)生磁場， 所產(chǎn)生的磁場通過上下鐵軛C3)和側(cè)鐵軛(1 獲得磁通回路，并進(jìn)行磁場屏蔽；上下鐵軛 ⑶和側(cè)鐵軛(13)被超導(dǎo)線圈⑴產(chǎn)生的磁場磁化，磁體系統(tǒng)通過超導(dǎo)線圈⑴在磁體成像中心區(qū)域(15)內(nèi)產(chǎn)生所需要的磁場；低溫容器O)的內(nèi)孔空間中安裝有圓環(huán)形的鐵環(huán) (4)；通過鐵環(huán)(4)改變超導(dǎo)線圈(1)與上下鐵軛(3)之間的磁場分布，減小超導(dǎo)線圈(1) 與上下鐵軛C3)之間的相互電磁作用力；所述的鐵環(huán)由非磁性材料制成的鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)(5)支撐固定；在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)(5)和上下鐵軛(3)之間放置環(huán)氧樹脂墊板(11)；在鐵環(huán)支撐結(jié)構(gòu)(5)的內(nèi)壁依次中心對稱布置有梯度線圈(8)和勻場線圈(9)，在軸向方向上勻場線圈(9)布置在梯度線圈(8)的外側(cè)；屏蔽線圈(7)同軸放置在梯度線圈(8)的外部； 屏蔽線圈(7)和梯度線圈(8)通過環(huán)氧樹脂支撐板(10)支撐。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，所述的鐵環(huán)(4)與上下鐵軛(3)之間沒有磁路連接，使用空氣間隙形成磁阻；被超導(dǎo)線圈(1)的磁場磁化的鐵環(huán)(4)產(chǎn)生相互作用力，所述的作用力抵消超導(dǎo)線圈(1)與上下鐵軛(3)之間的電磁力。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，所述的鐵環(huán)由多層圓環(huán)形鐵片(17)疊加組成；鐵環(huán)的外圈貼近低溫容器(2) 的內(nèi)表面，鐵環(huán)(4)通過非導(dǎo)磁材料固定在對稱的鐵軛結(jié)構(gòu)上。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，所述的鐵環(huán)(4)的材料使用碳鋼或其他導(dǎo)磁材料；通過控制鐵環(huán)(4)的厚度和高度，使超導(dǎo)線圈⑴和上下鐵軛⑶之間的電磁吸引力接近于零。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，通過增加或減小所述的鐵片(17)的數(shù)量調(diào)節(jié)鐵環(huán)的厚度，平衡超導(dǎo)線圈(1)與上下鐵軛(3)之間的電磁力。
6.按照權(quán)利要求3所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，每一個所述的鐵片(17)的厚度為1 2mm。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，其特征在于，所述的鐵環(huán)⑷徑向方向上開有狹小縫隙，以減小由于梯度線圈⑶的磁場變化產(chǎn)生的渦流。
全文摘要
一種帶有鐵環(huán)結(jié)構(gòu)的開放式核磁共振磁體系統(tǒng)，由超導(dǎo)線圈(1)與超導(dǎo)開關(guān)(14)組成閉環(huán)電流回路產(chǎn)生磁場，所產(chǎn)生的磁場通過上下鐵軛(3)和側(cè)鐵軛(13)獲得磁通回路并進(jìn)行磁場屏蔽。磁體系統(tǒng)通過超導(dǎo)線圈(1)在磁體成像中心區(qū)域(15)內(nèi)產(chǎn)生所需要的磁場。為了平衡超導(dǎo)線圈(1)與上下鐵軛(3)之間巨大的電磁力，在低溫容器(2)的內(nèi)孔空間中安裝圓環(huán)形的鐵環(huán)(4)。通過鐵環(huán)(4)改變超導(dǎo)線圈(1)與上下鐵軛(3)之間的磁場分布，從而減小兩者之間的相互電磁作用力。
文檔編號G01R33/3815GK102360691SQ20111017187
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者嚴(yán)陸光, 戴銀明, 王暉, 王秋良, 胡新寧, 許建益 申請人:中國科學(xué)院電工研究所