專利名稱：醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，屬于磁路設計領域。
背景技術：
醫(yī)用磁共振成像(MRI)系統(tǒng)是現(xiàn)代臨床診斷中的先進醫(yī)學影像裝備，由于其對人 體無害、軟組織分辨率高等突出的優(yōu)點，在臨床上得到廣泛應用。MRI系統(tǒng)的性能與其所用 磁系的場強有著直接的關系，場強越高，性能也越高。磁場強度的大小對MRI設備圖像的 影響是在信噪比方面，磁場強度越高，信號強度越大，信噪比越高(但不是線性關系)。另 外磁場強度高，掃描時間短。一般來說，人們把磁體場強在0. 5T以下的MRI儀稱為低場裝 置，0. 5T到1. OT之間稱中場裝置，1. 0到2. OT之間的稱高場裝置。目前醫(yī)用磁共振成像 (MRI)系統(tǒng)磁系所達到的高場，都是通過超導磁體來實現(xiàn)的，但超導磁體MRI需要液氦來提 供線圈的工作環(huán)境，所以超導磁體MRI的銷售價格和運行成本都相對較高。永磁低場強MRI 的銷售和運行成本相對較低，近年來發(fā)展迅速，目前已經(jīng)成為國內(nèi)臨床常規(guī)診斷的主流機 型，但永磁MRI的發(fā)展受制于其場強，長期以來一直被人認為是低檔MRI。我國新奧博為技 術有限公司成功研制出0.7T永磁磁共振成像系統(tǒng)技術xSTAR 7000。這是目前世界上場強 最高的永磁磁共振成像系統(tǒng)術。MRI系統(tǒng)要求永磁磁系工作區(qū)磁場具有很高的均勻性。目 前永磁MRI的磁體采用開放平板式設計，此種磁路不能達到很高的磁場但易于在磁體外部 加入補償線圈來提高磁場的均勻性，但是此方法的缺點在于補償線圈發(fā)熱會使永磁體發(fā)生 不可逆損失，而影響永磁體材料的磁性能。若安裝磁體溫度穩(wěn)定裝置則使磁系的體積、技 術水平、成本都受到了影響。如果將磁系設計成圓筒形則磁場可以達到1.5T，如中國專利 CN85106663A所敘述的磁系，它的磁系包括圓筒形軛鐵，軛鐵內(nèi)表面由多塊扇形磁體形成環(huán) 形磁系，此種磁系由于不易安裝補償線圈，無法解決磁場均勻性的問題，因此它仍不能應用 于醫(yī)用磁共振成像(MRI)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠達到均勻、高磁場的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁 系。技術解決方案本發(fā)明在圓筒形軛鐵內(nèi)表面設有磁體，磁體內(nèi)表面設有無磁鋼；磁系在軸線方向 分層設置，每一層由磁能積不同的磁體組成，磁性從中間層到兩側對稱設置的邊緣層逐漸 增高。磁系中的中間層兩側對稱設置的磁體性能一致，中間層磁體的剩磁1 1. 2T。磁系中相臨的兩層磁體，外層磁體比內(nèi)層磁體的剩磁提高0. 02 0. 2T。磁系中間層厚度范圍30 50cm，其它層厚度比中間層減少10 15cm。磁系徑向厚度為圓筒型氣隙空間半徑r的0. 2 3倍。磁系工作區(qū)磁場0. 5 1. 5T，磁場均勻性小于lOOppm。本發(fā)明與目前核磁共振磁系設計方法比較具有以下優(yōu)點
(1)磁系分層設計能在得到高磁場的前提下保證磁系內(nèi)部磁場的均勻性，避免使 用補償線圈溫度升高帶來的磁體老化難題。(2)采用圓筒式設計能使磁場超過1T，這是目前其它核醫(yī)用磁共振儀永磁磁系設 計方法所達不到的。(3)磁系較短，長度僅為1.6米，大大減少病人幽閉恐懼且能滿足功能檢查的需要。


圖1為本發(fā)明磁系截面圖；圖2為本發(fā)明磁系分層結構示意圖；圖3為本發(fā)明磁體磁化方向示意圖；圖4本發(fā)明軸線磁場對比圖；圖5本發(fā)明截面空間磁場分布圖；圖6本發(fā)明分層磁場對比圖；圖7本發(fā)明分層磁場均勻性效果圖；圖8本發(fā)明磁系工作區(qū)磁場分布。
具體實施例方式本發(fā)明是以“磁荷”概念及磁庫侖定律為基礎進行計算的。釹鐵硼磁體的退磁曲線的主要特點是其方形度很好，即在工作點的很大范圍內(nèi)(H SHk)，磁化強度M都接近于 Mr，即M Mr。因此，在工作點的很大范圍內(nèi)可以近似地認為M Mr。由此，磁體的體磁荷 可以忽略不計，而只考慮面磁荷，而且面磁荷的分布極近似于均勻。由于面磁荷密度σ = Μη，所以面磁荷和磁化強度的關系是和每一層的磁體塊數(shù)有關的。如果把磁系橫截面分成 16塊磁體，每塊磁體磁化方向如圖3所示，計算公式如下O1=MjQ2 = Mcos45° = 0. 707M, σ 3 = Mcos45° = 0. 707M, σ 4 = Mcos90° = 0σ a = 2Msinll. 25° = 0. 39Mσ b = Msinll. 25° +M sin56. 25° = 1. 027Mσc = M sin56. 25° -M sin33. 75° = 0. 276Mσ d = Msin78. 75° _Msin33. 75° = 0. 425M磁場計算公式分成16塊小磁體的磁系內(nèi)部軸線上的磁場(1)1，2，3，4類型面磁荷在中心點的磁場
H1 = 4(Ja1 cosl 1.25。+Ja2 cos33.75° + Ja3 cos56.25° + Jcr4 cos78.75°)
=4JM(cosl 1.25° +0.707 cos33.75° +0.707 cos56.25°) =J(2) a, b，c, d類型面磁荷在中心點的磁場 上述內(nèi)容已對軸線上磁場進行計算，其他空間的磁場和軸線上的磁場大小和均勻 性是一致的，且已通過小型實驗證明。實施例1本發(fā)明磁系參數(shù)磁系長度25cm，內(nèi)徑為2cm，磁體徑向厚度為4cm，截面分成16 塊扇形磁體，磁體性能為1.1T。利用粘接法將磁系組裝后，對磁系進行測量得出軸線上的磁場并和計算結果比 對，結果基本吻合，如圖4。在磁系同一截面軸線以外的各點測量磁場，結果比較均勻，如圖 5。因此本實驗可以證明用本設計方法可以得到目標磁場。實施例2 本發(fā)明磁系包括圓筒形軛鐵1，圓筒形軛鐵1內(nèi)部圍繞氣隙空間布置的圓筒形磁 體2形成磁系，磁系內(nèi)表面處設有無磁鋼3，無磁鋼3圍成的氣隙成圓筒型立體空間；磁系 在軸線方向分5層設置，中間層兩側對稱設置的磁體2的磁性能是一致的，從中間層到兩側 對稱設置的磁體2的磁性能逐層增高。本發(fā)明磁體2由一系列扇形磁體組成，這些扇形磁 體的磁化方向沿圓周方向等角度漸變，形成兩個磁極，磁場方向垂直于軸向，磁化方向如此 排列可以用較少磁體獲得較高磁場。磁系參數(shù)內(nèi)徑為25cm，磁體2徑向厚度為50cm，軸向分5層，每層分16塊磁體， 中間層厚度40cm、其他4層厚度為30cm，中間層磁體磁性(剩磁)1T，與中間層相鄰的兩層 磁體磁性(剩磁)1. 1T，邊緣兩層磁體磁性(剩磁)1. 4T。通過對磁場計算，磁場可達到的范圍為1. 4特斯拉，磁場均勻性等于lOppm。結果 表明如將磁系分層將大大提高磁場的均與性，并可以達到核磁共振成像儀的要求，磁系工 作區(qū)(在磁系中心處長為氣隙半徑2倍的圓筒型空間)的磁場均勻性見圖6、圖7。實施例3 本發(fā)明磁系包括圓筒形軛鐵1，圓筒形軛鐵1內(nèi)部圍繞氣隙空間布置的圓筒形磁 體2形成磁系，磁系內(nèi)表面處設有無磁鋼3，無磁鋼3圍成的氣隙成圓筒型立體空間，磁系 在軸線方向分5層設置，以中間層為對稱，中間層兩側相對稱設置的磁體2的磁性能是一致 的，從中間層到兩側相對稱設置的磁體2的磁性能逐層增高。本發(fā)明磁體2由一系列扇形 磁體組成，這些扇形磁體的磁化方向沿圓周方向等角度漸變，形成兩個磁極，磁場方向垂直 于軸向，磁化方向如此排列可以用較少磁體獲得較高磁場。
磁系參數(shù)內(nèi)徑為15cm，磁體徑向厚度為30cm，軸向分5層，每層分16塊磁體，中間層厚度20cm、其他4層厚度為15cm，中間層磁體磁性(剩磁)1. 2T，與中間層相鄰的兩層 磁體磁性(剩磁)1. 29T，邊緣兩層磁體磁性(剩磁)1. 46T。通過對磁場計算，磁場可達到1. 4特斯拉。結果表明磁系工作區(qū)(在磁系中心處 長為氣隙半徑2倍的圓筒型空間)的磁場通過分層調(diào)節(jié)達到核磁共振成像儀的要求，如圖 8所示。
權利要求
醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，所述磁系包括圓筒形軛鐵，其特征在于，在圓筒形軛鐵內(nèi)表面設有磁體，磁體內(nèi)表面設有無磁鋼；所述磁系在軸線方向分層設置，每一層由磁性能不同的磁體組成，從中間層到兩側相對稱設置的磁體的磁性能逐層增高。
2.根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，其特征在于，磁系中的中間 層兩側對稱設置的磁體性能一致，中間層磁體的剩磁1 1. 2T。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，其特征在于，磁系中相臨 的兩層磁體，外層磁體比內(nèi)層磁體的剩磁提高0. 02 0. 2T。
4.根據(jù)權利要求3所述的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，其特征在于，磁系中間層厚 度范圍30 50cm，其它層厚度比中間層減少10 15cm。
5.根據(jù)權利要求4所述的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，其特征在于，磁系徑向厚度 為圓筒型氣隙空間半徑r的0. 2 3倍。
6.根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，其特征在于，磁系工作區(qū)磁 場0. 5 1. 5T，磁場均勻性小于IOOppm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用核磁共振成像儀永磁磁系，屬于磁路設計領域。本發(fā)明在圓筒形軛鐵內(nèi)表面設有磁體，磁體內(nèi)表面設有無磁鋼；磁系在軸線方向分層設置，每一層由磁性能不同的磁體組成，從中間層到兩側相對稱設置的磁體的磁性能逐層增高。本發(fā)明磁系分層設計能在得到高磁場的前提下保證磁系內(nèi)部磁場的均勻性，避免由于使用補償線圈所引起的磁體老化難題。采用圓筒式設計能使磁場超過1T，這是目前其它醫(yī)用磁共振儀永磁磁系設計方法所達不到的。磁系較短，長度僅為1.6米，大大減少病人幽閉恐懼且能滿足功能檢查的需要。本發(fā)明磁場可達到的范圍為(0.2～1.5)特斯拉，磁場均勻性小于100ppm。
文檔編號G01R33/383GK101847486SQ20101021188
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月16日 優(yōu)先權日2010年6月16日
發(fā)明者張雪峰, 徐來自, 成永順, 晉偉, 闕耀華 申請人:內(nèi)蒙古科技大學