一種產(chǎn)生非球形勻場區(qū)磁場的磁共振成像裝置制造方法
【專利摘要】一種產(chǎn)生非球形勻場區(qū)磁場的磁共振成像裝置，磁體(51)的兩個正向導磁鐵軛(11、12)，相互平行布置。兩個正向導磁鐵軛(11、12)內側各有一個磁極頭(14、15)，兩磁極頭(14、15)之間具有一定的間隙，形成靜磁場。兩個正向導磁鐵軛(11、12)的一端有與其垂直的側向導磁鐵軛(13)，側向導磁鐵軛(13)位于兩個正向導磁鐵軛(11、12)之間，側向導磁鐵軛(13)的兩端分別與兩個正向導磁鐵軛(11、12)的一端連接成一體，構成磁通路。正向導磁鐵軛(11、12)、側向導磁鐵軛(13)與磁極頭(14、15)共同構成磁體。檢查床(61)能夠沿垂直于掃描層面的方向移動。磁極頭(14、15)的極面形狀為長寬尺寸不同的矩形，或者長軸與短軸尺寸不同的橢圓形或多邊形。
【專利說明】一種產(chǎn)生非球形勻場區(qū)磁場的磁共振成像裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)學診斷的磁共振成像裝置。

【背景技術】
[0002] 磁共振成像方法是一種廣泛用于醫(yī)學臨床診斷和醫(yī)學研究的影像技術。磁共振成 像系統(tǒng)工作時，將人體置于一個強的靜磁場中，通過向人體發(fā)射射頻脈沖使人體部分區(qū)域 的原子核受到激發(fā)。射頻場撤除后，這些被激發(fā)的原子核輻射出射頻信號，由天線接收。由 于在這一過程中，加入了梯度磁場，因此通過射頻信號可以獲得人體的空間分布信息，從而 重建出人體的二維或三維圖像。
[0003] 磁共振成像系統(tǒng)中，用于產(chǎn)生靜磁場的磁體技術是其中的核心技術之一，靜磁場 一般都是由超導線圈或永磁鐵產(chǎn)生，因此磁體又分為超導磁體和永磁體。磁共振成像系統(tǒng) 中，現(xiàn)有的方法都是在成像區(qū)有一個非常均勻的磁場，這個均勻磁場的區(qū)域為一個球形，將 成像部位置于這個球形區(qū)域后，通過掃描可以獲取被成像部位的圖像。顯然，這種方式可以 對成像部位選取任意方向的切層，具有大的掃描自由度。
[0004] 然而，現(xiàn)有的這種磁體結構，由于要產(chǎn)生球形的磁場均勻區(qū)，導致磁體的磁極面必 須為圓形，或者正多邊形，對于螺線管形式的超導磁體，其線圈長度也必須為其直徑的一定 的倍數(shù)，比如1. 5倍。這種磁體結構導致磁體的體積龐大，成本高昂，患者的幽閉感強烈，并 且難以實施實時的導航介入成像。為改變這種狀態(tài)，有多種所謂開放式磁共振成像系統(tǒng)出 現(xiàn)，它的磁體不再是封閉結構，比如中國專利94115507. 2公開了一種開放度很大的C型結 構的磁體，可用于MRI系統(tǒng)，如圖6所示。它由上下兩磁極面形成靜磁場，兩磁極面通過上 下鐵軛和位于一側的垂直的鐵軛連接，形成磁路。這種結構的磁體能夠使病人從一側的開 口進入，解除病人的幽閉感，同時，醫(yī)生可以從三面接近病人，為介入治療提供了方便。
[0005] 然而，這種磁體的開放度還是不夠，由于人體在這種磁體中所受的壓迫感主要來 自磁體的兩個極面方向。目前的磁體結構由于極面為圓形或者正多邊形，極面尺寸很大，人 體進入后磁極面位于患者的上下方向，由于受磁體間隙的限制，使得患者進去后，磁極面距 離身體很近，依然有很強的壓抑感。同時，由于極面尺寸的巨大，導致實行介入成像極為不 便。
[0006] 為此，一種可行的方法就是縮減磁體極面的尺寸，從而解決上述的問題。但是縮小 磁體極面的尺寸會同時縮小磁場的均勻區(qū)域，對于現(xiàn)有掃描方式不適用。有一種掃描方法 是，在掃描時僅僅掃描某一固定方向的層面，并且每次所掃描的層面數(shù)不必很多，而其他方 向的層面圖像通過圖像后處理的方式生成，比如常用的多平面重建的方法，則并不需要磁 場的均勻區(qū)為一球形，僅僅在這一固定方向的層面少保持較大的磁場均勻區(qū)即可，而在垂 直于該層面的方向其均勻區(qū)的尺寸可以減小。這樣，磁體的磁極面就可以在一個方向上減 小，使得磁場的均勻區(qū)變成一個橢球區(qū)域，其中橢球的兩個長軸尺寸相同，而另一個短軸的 尺寸可以顯著縮小，每次的掃描層面的選取在兩個長軸所在的平面內，這樣可獲得符合醫(yī) 學要求的掃描圖像，其他層面方位的圖像可以通過檢查床的移動來定位患者的掃描部位， 多次掃描患者不同位置，通過圖像后處理的方式重建出任意方位的圖像。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種能夠產(chǎn)生非球形均勻區(qū)磁場的磁 共振成像裝置。
[0008] 本發(fā)明采用以下技術方案：
[0009] 本發(fā)明磁共振成像裝置由磁體、梯度系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和脈沖發(fā)生器，檢 查床等構成。所述的脈沖發(fā)生器控制梯度系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)，產(chǎn)生所需的梯度磁場和射頻場。 梯度系統(tǒng)中的梯度線圈和射頻系統(tǒng)中的射頻線圈安裝在磁體上。射頻線圈用來激發(fā)和獲取 磁共振信號，梯度線圈用來對磁共振信號進行空間編碼。所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從射頻系統(tǒng) 中接收磁共振信號。檢查床位于磁體的兩磁極頭之間，用于承載患者。
[0010] 所述的磁體包括一對正向導磁鐵軛，一對正向導磁鐵軛相互平行布置。在這對正 向導磁鐵軛的內側各有一個與正向導磁鐵軛相連的磁極頭，所述磁極頭產(chǎn)生的磁場方向與 兩個磁極頭的中心連線平行，并且在兩個磁極頭之間的間隙中產(chǎn)生均勻的靜磁場。在這對 正向導磁鐵軛的距磁極頭較遠的端部有一個與其垂直的側向導磁鐵軛，所述的側向導磁鐵 軛位于這對正向導磁鐵軛之間，并分別與兩個正向導磁鐵軛的端部連成一體，這三個鐵軛 與磁極頭一起構成磁路。
[0011] 本發(fā)明的磁共振成像裝置的另外一種磁體僅有一對磁極頭，一對磁極頭安裝在支 撐架上，與支撐架在機械上緊密貼合，在兩磁極頭之間的間隙中產(chǎn)生均勻的靜磁場。
[0012] 本發(fā)明這兩種磁體的磁極頭面向成像空間的平面成為磁極面。其中，在第一種磁 體中，磁極頭的材料可以是永磁材料，也可以是導電線圈環(huán)繞導磁材料，或者僅由導電線圈 構成，導電線圈可以是超導線圈，也可以是水冷的銅線圈。在磁極頭的背向成像空間的一端 連接有導磁的正向導磁鐵軛，正向導磁鐵軛又與側向導磁鐵軛連接，構成導磁的通路，磁極 頭所產(chǎn)生的磁通在這個導磁的通路中通過。第二種磁體的磁極頭則僅由線圈構成，線圈可 以是超導線圈，也可以是水冷的銅線圈。磁極頭所產(chǎn)生的磁通通過空氣構成通路。
[0013] 這兩種磁體在成像空間中所產(chǎn)生的磁場均勻區(qū)的形狀主要由磁極面的形狀確定， 現(xiàn)有的磁體中，為保證磁場均勻區(qū)的形狀為球形，要求磁極面的形狀為圓形或者正多邊形。
[0014] 本發(fā)明的顯著特征在于，這兩種磁體的磁極頭所形成的磁極面的形狀為橢圓型、 或長寬尺寸不相等的矩形、或者長短軸長度不相等的多邊形。這種磁極面所產(chǎn)生的磁場均 勻區(qū)為一個橢球形，其中橢球的兩個長軸的尺寸相同，而另一個短軸的尺寸則較短。成像 時，僅僅取兩個長軸所在的平面作為層選平面進行掃描，顯然每個層面所獲得的圖像滿足 現(xiàn)有的臨床標準。由于僅僅能夠獲得一個方向的掃描圖像，并且由于在層面方向的均勻區(qū) 較現(xiàn)有的方法小，一次掃描所獲得的層面數(shù)也較少。為了獲得其他方向的圖像，并且獲得該 方向更多的層面圖像，可以在掃描完成一組圖像后，移動檢查床，將患者的另一部位移動到 均勻區(qū)內，并完成該部位的掃描。通過多次移動檢查床，可以獲得足夠數(shù)量的該方向的掃描 數(shù)據(jù)。采用多次的二維或三維的掃描，可獲得患者不同位置的掃描數(shù)據(jù)，通過圖像數(shù)據(jù)的后 處理，獲取任意方位的大范圍的掃描圖像。
[0015] 本發(fā)明這一特征可以顯著減小磁極面的尺寸，使得患者的幽閉感大大減少，并且 方便實行導航介入成像。同時，本發(fā)明也使得磁極頭的尺寸大大減小，從而顯著減小磁體的 體積和重量。
[0016] 本發(fā)明所述的檢查床與磁體相連，可以在三個方向平移，通過檢查床的移動來進 行層面定位，不同于現(xiàn)有方法通過梯度場和射頻頻率的變化來進行層面定位。所述檢查床 的定位過程與成像過程相關，對于2D序列，由于垂直于層面方向的磁場均勻區(qū)較小，僅可 實現(xiàn)較少層面的掃描，掃描時，射頻頻率僅在這幾個掃描層面的范圍內變化，實現(xiàn)對這組層 面中每個層面的掃描；每掃描完一組層面后，在程序的控制下，檢查床沿垂直于層面的方向 平移所需要的距離，直到下一組層面準確進入到掃描視野中，重復上述的掃描過程；經(jīng)過多 次的這種平移，可以實現(xiàn)足夠多層面的掃描。對于3D掃描，射頻頻率固定不變，每掃描完成 一個厚層，即比較厚的掃描層面，由程序控制檢查床沿垂直于厚層方向平移，使得下一個厚 層進入掃描視野，經(jīng)過多次的平移可實現(xiàn)多厚層的掃描。在獲得足夠多的掃描層面數(shù)據(jù)后， 可通過后處理重建任意方向的圖像。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：由于兩個磁極頭所形成的磁極面的尺寸 顯著減小，因此患者躺臥后，其身體的上下方向所能夠感覺到的磁極頭很小，因此這個方向 的壓迫感顯著減小。因此，本發(fā)明能夠使患者的壓迫感大大減小。同時，本發(fā)明的磁極頭極 面尺寸的減小，使得患者檢查部位離磁體邊緣的距離也大大縮短，有利于進行導航介入成 像，特別是實時術中導航成像。
[0018] 另一方面，由于磁極頭的尺寸減小，帶來整個磁體體積和重量的減小，可大大降低 磁體的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明磁體的實施例1的原理圖。圖中：11、12為正向導磁鐵軛，13為側向 導磁鐵軛，14、15磁極頭；
[0020] 圖2是本發(fā)明磁體的實施例2原理圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明磁體的實施例3原理圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明磁體的實施例4結構示意圖。
[0023] 圖5是本發(fā)明磁共振成像裝置的磁體和檢查床相互位置示意圖；
[0024] 圖6為現(xiàn)有技術磁共振成像裝置的一個典型磁體的實施例示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明實施例1的磁體上下各有一個正向導磁鐵軛11和12,這兩個 正向導磁鐵軛11、12上下布置，相互平行。
[0027] 在這兩個正向導磁鐵軛11、12的內側各有一個磁極頭14、15。磁極頭14、15中心 的連線是磁場的方向，在兩個磁極頭14、15之間的空氣中產(chǎn)生靜磁場。兩個正向導磁鐵軛 11、12的另一端有一個與其垂直的側向導磁鐵軛13,該側向導磁鐵軛13位于兩個正向導磁 鐵軛11、12之間，與正向導磁鐵軛11、12相接，分別與兩個正向導磁鐵軛11、12的端部連成 一體，構成磁通路。
[0028] 圖2為本發(fā)明的實施例2的磁體的結構，所述磁體有兩個磁極頭14和15, 一對磁 極頭14、15中心的連線是磁場的方向，在兩個磁極頭14、15之間的空氣中產(chǎn)生靜磁場。一 對磁極頭14、15安裝在支撐架上，與支撐架19緊密貼合。
[0029] 圖3所示為本發(fā)明的實施例3,該實施例3兩磁極頭14和15之間的間距是10cm， 磁極頭為橢圓形，橢圓形的長軸長20cm，短軸長10cm，中心磁場強度能夠達到4000高斯，整 個磁體重量為100公斤，可用于臺式肢體和關節(jié)成像專用設備。
[0030] 圖4所示為本發(fā)明的實施例4,該實施例4的兩個磁極頭14和15的間距是66cm， 磁極頭為多邊形，多邊形的長軸140cm，短軸70cm，中心磁場強度能夠達到3500高斯，整個 磁體重量為10000公斤。該磁體具有大的開口尺寸，開口方向垂直向上，可方便實行術中導 航介入成像。
[0031] 圖5所示為本發(fā)明磁共振成像裝置的磁體系統(tǒng)與檢查床的相互位置。其中磁體51 的磁極頭14、15之間設置一個可以在三方向移動的檢查床61，檢查床61的運動受成像序列 的控制，其定位精度達到0. 1_，可通過檢查床的運動實現(xiàn)層面定位。
【權利要求】
1. 一種產(chǎn)生非球形勻場區(qū)磁場的磁共振成像裝置，該裝置由磁體（51)、梯度系統(tǒng)，射 頻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和脈沖發(fā)生器和檢查床￠1)等構成；所述的脈沖發(fā)生器控制梯度系統(tǒng)和 射頻系統(tǒng)產(chǎn)生所需的梯度磁場和射頻場，梯度系統(tǒng)中的梯度線圈和射頻系統(tǒng)中的射頻線圈 安裝在磁體上，射頻線圈用于激發(fā)和獲取磁共振信號，梯度線圈用于對磁共振信號進行空 間編碼；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從射頻系統(tǒng)中接收磁共振信號；承載患者的檢查床￠1)位于 磁體（51)的兩個磁極頭（14、15)之間，其特征在于，所述的磁體（51)的兩個正向導磁鐵軛 (11、12)，相互平行布置；兩個正向導磁鐵軛（11、12)內側各有一個磁極頭（14、15)，兩磁極 頭（14、15)之間具有一定的間隙，形成靜磁場；兩個正向導磁鐵軛（11、12)的一端有與其垂 直的側向導磁鐵軛（13)，側向導磁鐵軛（13)位于兩個正向導磁鐵軛（11、12)之間，側向導 磁鐵軛（13)的兩端分別與兩個正向導磁鐵軛（11、12)的一端連接成一體，構成磁通路；正 向導磁鐵軛（11、12)、側向導磁鐵軛（13)與磁極頭（14、15)共同構成磁體；檢查床（61)能 夠沿垂直于掃描層面的方向移動。
2. 按照權利要求1所說的磁共振成像裝置，其特征在于，所述磁體（51)的磁極頭（14、 15)面向成像空間的表面構成極面（16)，所述的極面（16)形狀為矩形、橢圓形或多邊形。
3. -種用于磁共振成像裝置，該裝置由磁體（51)、梯度系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和脈 沖發(fā)生器和檢查床（61)等構成；所述的脈沖發(fā)生器控制梯度系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)產(chǎn)生所需的 梯度磁場和射頻場，梯度系統(tǒng)中的梯度線圈和射頻系統(tǒng)中的射頻線圈安裝在磁體上，射頻 線圈用于激發(fā)和獲取磁共振信號，梯度線圈用于對磁共振信號進行空間編碼；所述的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)從射頻系統(tǒng)中接收磁共振信號；承載患者的檢查床￠1)位于磁體（51)的兩個磁 極頭（14、15)之間，其特征在于，所述的磁體的兩個磁極頭（14、15)之間具有一定的間隙， 形成靜磁場；磁極頭（14、15)由空心線圈構成，線圈使用超導線或水冷銅導線繞制；兩個 磁極頭（14、15)面向成像空間的表面形成兩個磁極面；兩個磁極頭（14、15)安裝在支撐架 (19)上，與支撐架（19)緊密貼合，支撐架（19)與磁極頭（14、15)構成磁體；支撐架（19)不 導磁。
4. 按照權利要求3所說的磁共振成像裝置，其特征在于，所述磁體的兩個磁極頭（14、 15)所形成的磁極面（16)的形狀為矩形、橢圓形或多邊形。
5. 按照權利要求1或3所說的磁共振成像裝置，其特征在于，通過所述的檢查床（61) 的移動確定掃描層面的位置，并采用多次的二維或三維的掃描，獲得患者不同位置的掃描 數(shù)據(jù)，通過圖像數(shù)據(jù)的后處理，獲取任意方位的大范圍的掃描圖像。
【文檔編號】A61B5/055GK104146710SQ201410400334
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權日:2014年8月14日
【發(fā)明者】楊文暉, 王錚, 魏樹峰 申請人:中國科學院電工研究所