本發(fā)明涉及一種核磁共振成像裝置。

背景技術(shù)：

核磁共振(nmr)譜對于研究物質(zhì)的化學成分和結(jié)構(gòu)是一個強大的、非破壞性分析技術(shù)。磁鐵磁共振成像(mri)使用了類似的技術(shù)去研究所要呈現(xiàn)對象的內(nèi)部圖像。依拉比在1938年首次通過測量分子束來描述核磁共振的原理。八年后,在1946年,費利克斯·布洛赫和愛德華·米爾斯珀塞爾將精煉的技術(shù)用于液體和固體,他們分享了1952年諾貝爾物理學獎。

傳統(tǒng)的核磁共振儀器非常大非常昂貴。磁共振成像的多用途使用的根本問題在于允許廣泛的配件使用，這會造成物理尺寸和資金成本過高。因此造成安裝成本高,維護成本高。雖然電子產(chǎn)品已被證明是容易通過減少電壓和維度來減小尺寸,但磁鐵通常在做得更小時會損失場強,導致冷卻超導體的舉動也會阻止超導磁體按比例縮小。

現(xiàn)在需要的是在室溫下磁鐵的尺寸顯著縮小，以及相應的減少核磁共振系統(tǒng)所有相關元素至臺式大小,以此來具體細化磁墊片,梯度線圈,以便耦合到更多射頻電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種由一個具有北極和南極的永磁體構(gòu)成，每極在南北方向保持一致，每極都伴有一對磁化極性的側(cè)柱旨在最小化磁鏈，并最大化中央磁場從而大大提高磁場均勻性的核磁共振成像裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種核磁共振成像裝置,它包括無線電頻率的發(fā)射和接收電路、磁墊片和由三個固體磁結(jié)構(gòu)組成的永磁體，其特征在于：所述永磁體包括至少兩個直角棱鏡，至少四個右梯形棱鏡，至少四個直角三棱柱，一個封閉腔體；至少兩個直角三棱柱是用與所述最大表面正交的磁取向制造的永磁體，至少兩個直角三棱柱是用與所述最大表面正交的磁取向制造的永磁體，并且具有朝向所述三角的90度角的北取向的永磁體，并且至少兩個直角三棱柱是永磁體用磁取向定向?qū)⑷切蔚?0度角和朝向北的取向平分為最大表面，至少兩個直角棱鏡是用與所述最大表面正交的磁方位制造的永磁體，以及附接兩個右三角棱鏡以呈現(xiàn)將北極向內(nèi)聚焦到腔的磁透鏡的第一矩形棱鏡，以及附接兩個右三角形棱鏡以呈現(xiàn)朝向遠離空腔向外展開北極的磁性透鏡，第一對所述右梯形棱鏡是由具有垂直于兩個平行表面中的較大者的磁取向的永磁體，其中北朝向兩個平行表面中的較小者，右梯形棱鏡附接到具有90度角的北極的直角三角棱鏡并且第二對所述右梯形棱鏡是用與兩個平行表面中較小的兩個平行表面正交的磁方向制造的永磁體，其中北方朝向兩個平行表面中較大的表面，第二對直角三角棱鏡附接到直角三角棱鏡，其中每個右梯形棱鏡的銳角被附接到第二右梯形棱鏡的銳角上，在空腔內(nèi)第一墊板連接到第一矩形棱柱和第一對直角三角棱柱，第二墊板連接到第二矩形棱柱和第二對直角三角棱柱，第二對墊板為磁共振成像提供了圍繞標本的四極場均勻性，還包括高磁導率材料的外軛，其完全封裝所述棱鏡的外表面。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是所述封閉腔體它包括：a）具有縱向軸線的細長環(huán)形主體，包括多個基本上均勻地磁化的永久磁體磁體材料，其通過其內(nèi)表面形成空腔，所述環(huán)形主體在笛卡爾坐標系的xy平面中具有橫截面，所述空腔在頂部，底部，左側(cè)和右側(cè)封閉，除了用于引入的端部以及去除物體和發(fā)射和接收射頻信號，b）由永久磁體材料制成的一對直角棱柱，兩對直角三棱柱和兩對右梯形棱柱，所述棱柱沿縱向軸線縱向?qū)R，以及正交于xy平面，磁場的強度通過聚集棱鏡中的磁極的取向沿著y軸取向，d）空腔中的磁場的取向垂直于矩形的內(nèi)表面棱鏡，以及e）高磁導率材料的外磁軛，其完全封裝所述棱鏡的外表面。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是所述磁墊片包括附接到第一矩形棱鏡和第一對直角三角棱鏡的第一墊板，以及附接到第二矩形棱鏡和第二對右三角棱鏡的第二墊板，以及還包括與所述第一墊板和所述第二墊板正交地布置的第三墊板和第四墊板。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是所述棱柱形永磁塊由稀土合金構(gòu)成，所述稀土合金被磁化以在其退磁特性的線性范圍內(nèi)操作。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是它還包括用于磁共振成像裝置的射頻（rf）組件，包括耦合到調(diào)諧網(wǎng)絡的發(fā)射和接收線圈，所述調(diào)諧網(wǎng)絡耦合到換衡器。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到所述換衡器并進一步耦合到發(fā)射/接收并且進一步耦合到噪聲門和前置放大器的調(diào)諧繼電器。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到所述射頻（rf）組件外部的發(fā)射輸入電源的所述噪聲門，所述調(diào)諧繼電器耦合到所述組件外部的調(diào)諧單元，以及調(diào)諧控制輸入，并且所述調(diào)諧網(wǎng)絡進一步包括粗調(diào)調(diào)節(jié)和微調(diào)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到所述換衡器并進一步耦合到噪聲門和前置放大器的有源發(fā)射/接收開關。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到衰減器和噪聲門組件的調(diào)諧環(huán)路，所述衰減器和噪聲門組件進一步耦合到外部端口，從而引入調(diào)諧信號用于校準。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到衰減器和噪聲門組件的調(diào)諧短截線，其進一步耦合到外部端口，從而引入調(diào)諧信號用于校準。

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是還包括耦合到所述前置放大器并進一步耦合到顯示器的外部接收器，從而實現(xiàn)可視化微調(diào)。

本發(fā)明的有益效果是通過至少兩個直角棱鏡，至少四個右梯形棱鏡，至少四個直角三棱柱，一個封閉腔體；至少兩個直角三棱柱是用與所述最大表面正交的磁取向制造的永磁體，至少兩個直角三棱柱是用與所述最大表面正交的磁取向制造的永磁體，并且具有朝向所述三角的90度角的北取向的永磁體，并且至少兩個直角三棱柱是永磁體用磁取向定向?qū)⑷切蔚?0度角和朝向北的取向平分為最大表面，至少兩個直角棱鏡是用與所述最大表面正交的磁方位制造的永磁體，以及附接兩個右三角棱鏡以呈現(xiàn)將北極向內(nèi)聚焦到腔的磁透鏡的第一矩形棱鏡，以及附接兩個右三角形棱鏡以呈現(xiàn)朝向遠離空腔向外展開北極的磁性透鏡，第一對所述右梯形棱鏡是由具有垂直于兩個平行表面中的較大者的磁取向的永磁體，其中北朝向兩個平行表面中的較小者，右梯形棱鏡附接到具有90度角的北極的直角三角棱鏡并且第二對所述右梯形棱鏡是用與兩個平行表面中較小的兩個平行表面正交的磁方向制造的永磁體，其中北方朝向兩個平行表面中較大的表面，第二對直角三角棱鏡附接到直角三角棱鏡，其中每個右梯形棱鏡的銳角被附接到第二右梯形棱鏡的銳角上，在空腔內(nèi)第一墊板連接到第一矩形棱柱和第一對直角三角棱柱，第二墊板連接到第二矩形棱柱和第二對直角三角棱柱，第二對墊板為磁共振成像提供了圍繞標本的四極場均勻性，還包括高磁導率材料的外軛，其完全封裝所述棱鏡的外表面；所述封閉腔體它包括：a）具有縱向軸線的細長環(huán)形主體，包括多個基本上均勻地磁化的永久磁體磁體材料，其通過其內(nèi)表面形成空腔，所述環(huán)形主體在笛卡爾坐標系的xy平面中具有橫截面，所述空腔在頂部，底部，左側(cè)和右側(cè)封閉，除了用于引入的端部以及去除物體和發(fā)射和接收射頻信號，b）由永久磁體材料制成的一對直角棱柱，兩對直角三棱柱和兩對右梯形棱柱，所述棱柱沿縱向軸線縱向?qū)R，以及正交于xy平面，磁場的強度通過聚集棱鏡中的磁極的取向沿著y軸取向，d）空腔中的磁場的取向垂直于矩形的內(nèi)表面棱鏡，以及e）高磁導率材料的外磁軛，其完全封裝所述棱鏡的外表面；這樣一個具有北極和南極的永磁體構(gòu)成，每極在南北方向保持一致。每極都伴有一對磁化極性的側(cè)柱旨在最小化磁鏈，并最大化中央磁場從而大大提高磁場均勻性，產(chǎn)生的磁場以一片永磁鐵材料為載體，范圍為0.3t到0.64t，從而實現(xiàn)了提高磁場均勻性的效果。

附圖說明

圖1a是磁共振成像裝置的橫截面圖.

圖1b是磁共振成像裝置的外側(cè)面圖

圖1c是磁共振成像裝置的外前視圖

圖1d是磁共振成像裝置的外觀后視圖

圖2a是磁共振成像裝置的前內(nèi)部視圖

圖2b是磁共振成像裝置的側(cè)視圖

圖2c是磁共振成像裝置的內(nèi)部透視圖

圖3a是一個帶有調(diào)優(yōu)繼電器的磁共振成像裝置的射頻電路的原理圖

圖3b是一個帶有調(diào)諧回路的磁共振成像裝置的射頻電路圖

圖3c是一個帶有調(diào)諧短截線的磁共振成像裝置的射頻電路圖。

圖中1、第一矩形棱鏡，2、直角三棱鏡，3、梯形棱鏡，4、屏蔽梯度線圈，5、第二矩形棱鏡，6、鐵質(zhì)磁極片，7、8、9、鐵或鋼，10、墊板，11、側(cè)墊板，12、梯度線圈，13、發(fā)光二極管燈，14、保持器，15、樣品，16、rf線圈，17、樣品管，18、前門，19、梯度線圈過濾器外殼，20、rf組件外殼，21、溫度穩(wěn)定性空氣管道，22、信號發(fā)生器，23、外部接收器，24、線圈調(diào)諧網(wǎng)絡，25、平衡變換器，26、調(diào)諧繼電器，27、有源發(fā)射接收開關，28、噪聲門，30、電源濾波器，32、外部調(diào)諧指示器，33、調(diào)諧回路，34、衰減器，35、外部端口，36、調(diào)諧指示器，38、微調(diào)電容器。

具體實施方式

參考附圖。如圖1a所示，該設備包括連接到兩個直角三棱鏡2的第一矩形棱鏡1，每個直角三棱鏡附接右梯形棱鏡3，其具有從由棱鏡限定的凹面向外定向的北磁極。該設備還包括附接到兩個直角三角棱鏡的第二矩形棱鏡，每個直角三角棱鏡附接到右梯形棱鏡，其中北磁極朝向由第二組棱鏡限定的凹面向內(nèi)定向。兩個高純度鐵質(zhì)磁極片6放置在由磁性棱鏡限定的空腔內(nèi)。磁性棱鏡由諸如鐵或鋼7、8和9的鐵質(zhì)材料包圍以提供用于磁通返回的支撐和磁軛。該裝置還包括頂部和底部墊板10和側(cè)墊板11，以補償由棱鏡產(chǎn)生的場的不均勻性。梯度線圈12提供脈沖梯度場以使得能夠詳細感測核磁共振。

在一個實施例中，外殼由至少一排發(fā)光二極管燈13照亮。在一個實施例中，組件支撐和包封樣品，樣品包括用于樣品管17的基座，rf線圈16，用于樣品15的滑動管，以及樣品支架和保持器14。

如外部側(cè)視圖1b所示，本發(fā)明的實施例具有前門18，梯度線圈過濾器外殼19和rf組件外殼20。外部前視圖1c所示，本發(fā)明的實施例具有前門18。在外部后視圖1d中，本發(fā)明的實施例具有梯度線圈過濾器外殼19，rf組件外殼20和溫度穩(wěn)定性空氣管道21。

在圖2a中，正視圖示出了樣品管，rf線圈12（發(fā)射和接收），用于樣品的滑動管以及懸掛在第一初級梯度線圈＆rf屏蔽和第二初級梯度之間的樣品支架和保持器的細節(jié)線圈和rf屏蔽4。在所示的實施例中，初級梯度線圈通過非活性構(gòu)件g-10在結(jié)構(gòu)上支撐。在所示的實施例中，本發(fā)明還包括附接到非作用構(gòu)件g-10的外表面的一對有源屏蔽的梯度線圈。在圖2b中，側(cè)視圖示出了用于樣品的滑動管的側(cè)面以及懸掛在梯度線圈之間的樣品支撐件和保持器。在圖2c中，透視圖示出了用于樣品和樣品支架和保持器的滑動管以及懸掛在梯度線圈之間的rf線圈。

如圖3a所示，該裝置包括具有調(diào)諧控制的射頻（rf）電路。射頻（rf）電路包括包含信號發(fā)生器22和接收器23的射頻組件19。

用于實驗室磁共振成像系統(tǒng)的射頻（rf）組件19包括耦合到線圈調(diào)諧網(wǎng)絡24和微調(diào)電容器38的發(fā)射和接收線圈11，調(diào)諧網(wǎng)絡耦合到平衡-不平衡變換器25，該變換器耦合到調(diào)諧繼電器26。

射頻組件還包括耦合到調(diào)諧繼電器并進一步耦合到噪聲門28和前置放大器的有源發(fā)射接收開關27，其中前置放大器耦合到dc電源濾波器30并耦合到rf組件的輸出。調(diào)諧度由外部調(diào)諧指示器32指示。

如圖3b所示，本發(fā)明的實施例具有耦合到平衡-不平衡變換器并進一步耦合到噪聲門和預放大器的發(fā)射/接收開關。射頻組件還包括調(diào)諧回路33，用于將小信號引入發(fā)射/接收線圈，并且進一步耦合到衰減器34和噪聲門組件，噪聲門組件進一步耦合到外部端口35，由此引入調(diào)諧信號用于校準。調(diào)諧度由與接收器導通的調(diào)諧指示器36指示。

如圖3c所示，本發(fā)明的實施例包括調(diào)諧短線33，用于將信號引入發(fā)射/接收線圈，并且進一步耦合到衰減器和噪聲門組件，其進一步耦合到外部端口，從而引入調(diào)諧信號用于校準。

射頻組件還包括耦合到前置放大器并進一步耦合到調(diào)諧指示器的外部接收器23，由此微調(diào)程度可實現(xiàn)可視化。

射頻組件還包括耦合到組件外部的發(fā)射輸入電源的噪聲門，調(diào)諧繼電器耦合到組件外部的調(diào)諧單元和調(diào)諧控制輸入，并且調(diào)諧網(wǎng)絡還包括粗調(diào)諧調(diào)節(jié)和微調(diào)調(diào)整。過程調(diào)諧控制是在工廠設置的可變電容器，并且微調(diào)控制38是具有用戶可接近傳感器的可變電容器。本發(fā)明與常規(guī)nmr成像系統(tǒng)的區(qū)別在于不具有單獨的帶通濾波器，因為新型線圈調(diào)諧網(wǎng)絡與前置放大器的輸入匹配電路一起操作。本發(fā)明通過使用由邏輯電平信號控制的有源發(fā)射接收開關配置來區(qū)別于常規(guī)nmr成像系統(tǒng)。rf組件與常規(guī)nmr成像rf組件的區(qū)別在于小的物理單元尺寸，其小于工作頻率下波長的2％，這消除了rf組件之間的精確阻抗匹配的需要。完整的rf組件與常規(guī)rf組件的區(qū)別在于其在現(xiàn)場容易移除，并且被替換為已經(jīng)為特定應用定制的單元，而在安裝之后僅需要微調(diào)。

該裝置還包括三對有源屏蔽的梯度線圈（x，y，z），每個有源屏蔽的梯度線圈由雙層銅箔組成。

在本專利申請中公開了一種用于產(chǎn)生能夠?qū)崿F(xiàn)腔內(nèi)物體的nmr成像的均勻磁場的簡單磁結(jié)構(gòu)，所述磁結(jié)構(gòu)包括：a）細長環(huán)形體，其具有縱向軸線并且包括多個基本均勻的由永久磁鐵材料制成的磁化棱鏡，通過其內(nèi)表面形成空腔，所述環(huán)形本體在笛卡爾坐標系的xy平面中具有橫截面，所述空腔在頂部，底部，左側(cè)和右側(cè)封閉，除了用于引入和去除物體以及發(fā)射和接收射頻信號的端部，b）由永久磁性材料制成的一對直角棱柱，兩對直角三棱柱和兩對右梯形棱柱，所述棱柱縱向沿著縱向軸線對準并且正交于xy平面，通過聚集棱鏡中的磁極的取向，磁場的強度沿著y軸取向，c）空腔中的磁場的取向垂直于直角棱鏡的內(nèi)表面，d）高磁導率材料的外磁軛。

棱柱形永磁塊由稀土合金構(gòu)成，被磁化以在其退磁特性的線性范圍內(nèi)工作。

結(jié)論

本發(fā)明只裝配5對永磁體塊，較易與常規(guī)磁結(jié)構(gòu)和nmr成像裝置相區(qū)別，永磁體塊形成為三個實心棱柱形狀：矩形，直角三角形和右梯形。梯度線圈和墊片的突出之處在于對常規(guī)梯度線圈和墊片的更大改進。本發(fā)明的特征在第二對墊板布置在腔室與磁體的場正交的側(cè)面上進一步體現(xiàn)。

本領域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明不必限于在附圖中指示的尺寸結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)僅僅指明了特定實施例的尺寸。所示的優(yōu)選幾何形狀可以由遵循本文公開的原理的其他幾何形狀代替。這些其它幾何形狀也被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，可以理解的是，對于本領域內(nèi)的技術(shù)人員，在以上概述原理內(nèi)的修改將是顯而易見的，因此本發(fā)明不限于優(yōu)選實施例，而是旨在包括這樣的修改。

本發(fā)明的范圍包括對本領域技術(shù)人員來說顯而易見的所有修改，設計變化，組合和等同物，并且本發(fā)明的先前描述及其優(yōu)選實施例不應被解釋為排除這些。

在本說明書中對“一個實施例”，“實施例”或“特定實施例”的引用意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征，結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中，不必包含在所有實施例中。因此，在整個說明書中各處出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”，“在實施例中”或“在具體實施例中”不一定指的是相同的實施例。此外，本發(fā)明的任何特定實施例的特定特征，結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式與一個或多個其他實施例組合。根據(jù)本文的概述，本文描述和示出的本發(fā)明的實施例的其它變化和修改是可能的，并且被認為是本發(fā)明的特征和范圍的一部分。

附圖中所示的元件中的一個或多個也可以以更分離或集成的方式實現(xiàn)，甚至在某些情況下被移除或呈現(xiàn)為不可操作，這些實例在特定應用情況下是有效的。

除非上下文另有明確說明，否則在本文的描述和隨后的權(quán)利要求中使用的“一個”，“一個”和“所述”包括復數(shù)指代。此外，如本文的描述和隨后的權(quán)利要求中所使用的，除非上下文另有明確指示，否則“在...中”的含義包括“在...中”和“在...上”。

本發(fā)明的所示實施例的前述描述并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制于本文所公開的精確形式，包括摘要中所描述的內(nèi)容。雖然本文中僅出于說明的目的描述了本發(fā)明的具體實施例和示例，但是如果相關領域的技術(shù)人員在本發(fā)明的特征和范圍內(nèi)作出各種等效修改，也是可能的。正如上文所概述，根據(jù)本發(fā)明的實施例的前述描述，可以對本發(fā)明進行這些修改，并且這些修改包括在本發(fā)明的特征和范圍內(nèi)。

因此，雖然本文已經(jīng)參照本發(fā)明的特定實施例描述了本發(fā)明，但是在上述概述中說明了可修改，變化和替換的范圍，并且在一些情況下，在不脫離本發(fā)明所闡述的的范圍和特征的情況下，將采用本發(fā)明而沒有相應地使用其它特征。因此，可以進行許多修改以使特定情況或材料以符合本發(fā)明的實質(zhì)范圍和特征。

專利概況

創(chuàng)新型實驗室mri系統(tǒng)將大幅降低資本要求以便在教育和研究機構(gòu)以及各種實驗室使用。

系統(tǒng)由一個具有北極和南極的永磁體構(gòu)成，每極在南北方向保持一致。每極都伴有一對磁化極性的側(cè)柱旨在最小化磁鏈，并最大化中央磁場從而大大提高磁場均勻性。磁鐵的結(jié)構(gòu)設計如圖1a，1b，1c，1d所示。產(chǎn)生的磁場以一片永磁鐵材料為載體，范圍為0.3t到0.64t。

一個三軸裝置由雙層銅箔構(gòu)成，該裝置將會主動阻止梯度線圈生成5g/cm梯度，如圖2a、2b和2c所示。主梯度線圈配備了一個射頻屏蔽以減少射頻線圈和梯度線圈之間的干擾。

射頻組件包括一個傳輸和接收線圈的射頻線圈及其調(diào)諧電路和變壓器，傳輸/接收開關，前置放大器，噪聲門和一個示例加載程序，如圖3a、3b和3c所示。