專(zhuān)利名稱(chēng)：一種開(kāi)放式自屏蔽磁共振成像分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)放式自屏蔽磁共振成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MagneticResonance Imaging, MRI) 一般需要在直徑為 40 50cm 球域內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)峰值均勻度優(yōu)于20ppm(parts per million, ppm)的高均勻度磁場(chǎng)分布。磁共振成像設(shè)備一般為空心螺線管型結(jié)構(gòu)，磁體系統(tǒng)提供的空心圓柱形室溫孔空間可為患者提供診斷需求?；颊咴谶M(jìn)行磁共振成像時(shí)，需從狹長(zhǎng)的空心圓柱區(qū)域的一端進(jìn)入中心磁場(chǎng)均勻區(qū)域。大量臨床實(shí)驗(yàn)表明患者在進(jìn)行磁共振成像診斷時(shí)，普遍出緊張、不安等幽閉癥現(xiàn)象，因此開(kāi)放式磁共振成像技術(shù)成為各大商業(yè)公司在技術(shù)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。開(kāi)放式磁共振成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)主要為雙平面型結(jié)構(gòu)，其超導(dǎo)磁體主要是分別在兩個(gè)彼此分離的扁平圓柱形低溫容器內(nèi)安裝了多對(duì)螺線管線圈，兩低溫容器之間的豎直間隙提供了一個(gè)較大的開(kāi)放空間，適合于全身/局部四肢成像診斷。然而，近些年為了結(jié)合正電子發(fā)射斷層掃描(Position Emission Tomography, PET)和MRI的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)PET/MRI多模成像技術(shù)，提出了一種開(kāi)放式分裂超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了提供雙平面型磁共振成像設(shè)備所提供的較大的豎直間隙外，還提供了一個(gè)水平方向的室溫孔，可在兩低溫容器之間的豎直間隙內(nèi)安裝一套PET探測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全身/局部四肢PET/MRI多模成像，該多模成像技術(shù)有效地將PET技術(shù)在關(guān)于人體組織的分子功能信息層面所成圖像的高對(duì)比度和MRI技術(shù)提供的高分辨率人體解剖學(xué)信息結(jié)合起來(lái)，其診斷效果遠(yuǎn)大于單一采用PET和MRI成像技術(shù)累加之和。中國(guó)專(zhuān)利200610114716. X提出一種開(kāi)放式磁共振永磁磁體，其永磁體形狀為雙平面型，但中心磁場(chǎng)較低。美國(guó)專(zhuān)利US005982260A為英國(guó)牛津磁體技術(shù)公司提出的一種雙平面型開(kāi)放式磁共振 成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，超導(dǎo)線圈安裝在上、下低溫容器內(nèi)，兩低溫容器之間的間隙提供了病人診斷的空間；美國(guó)專(zhuān)利US20020050820A1為飛利浦公司提出的一種“C”形雙平面型開(kāi)放式磁共振成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，超導(dǎo)線圈安裝在上、下低溫容器內(nèi)，并在上、下低溫容器中心位置處開(kāi)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝磁性材料用于磁場(chǎng)矯正。中國(guó)專(zhuān)利200610114716. X、美國(guó)專(zhuān)利US005982260A和US20020050820A1均只通過(guò)兩個(gè)低溫容器間的間隙提供病人診斷空間，因此，沒(méi)有足夠的空間安裝PET探測(cè)線圈以實(shí)現(xiàn)PET/MRI多模成像功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有磁共振超導(dǎo)磁體系統(tǒng)開(kāi)放性不足的缺點(diǎn)，提出一種開(kāi)放式自屏蔽磁共振成像分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。本發(fā)明可提供直徑為80cm水平方向的室溫孔和間距為50cm的豎直間隙，水平方向的室溫孔為實(shí)現(xiàn)人體的全身成像以及開(kāi)展介入式手術(shù)治療提供足夠的開(kāi)放空間，同時(shí)還可以在豎直間隙內(nèi)安裝PET探測(cè)線圈以實(shí)現(xiàn)PET/MRI多模成像功能。
本發(fā)明的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)由超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈、超導(dǎo)屏蔽線圈、分裂式勻場(chǎng)鐵片、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈、分裂式梯度線圈、左低溫容器和右低溫容器組成。所述的超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈均安裝在左低溫容器和右低溫容器中，分裂式勻場(chǎng)鐵片、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈、分裂式梯度線圈安裝在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的室溫孔內(nèi)關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)的三個(gè)圓柱面上。超導(dǎo)主線圈由三對(duì)通正向電流的螺線管線圈組成，超導(dǎo)矯正線圈為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)屏蔽線圈為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈均是以對(duì)稱(chēng)軸為中心軸的螺線管線圈。三對(duì)超導(dǎo)主線圈、一對(duì)超導(dǎo)矯正線圈和一對(duì)超導(dǎo)屏蔽線圈分別關(guān)于一個(gè)對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)安裝在左低溫容器和右低溫容器內(nèi)。左低溫容器和右低溫容器均為空心的平面型容器，均以對(duì)稱(chēng)軸為中心軸，并關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)布置。左低溫容器和右低溫容器均由液氦罐、冷屏和真空容器組成。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈均安裝在液氦罐中，液氦罐灌滿液氦，冷屏在液氦罐外面與液氦罐的間距為5mm，真空容器在冷屏外面并與冷屏的間距為5mm。在液氦罐內(nèi)距離對(duì)稱(chēng)平面最近的位置處沿著徑向尺寸變大的方向依次安裝有第二超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和第三超導(dǎo)主線圈，第一超導(dǎo)主線圈安裝在液氦罐內(nèi)徑向最小且軸向最大位置處，超導(dǎo)屏蔽線圈則安裝在液氦罐軸向最大位置處，超導(dǎo)矯正線圈橫截面的中心、超導(dǎo)屏蔽線圈橫截面的中心和超導(dǎo)磁體系統(tǒng)球形成像區(qū)域的中心三點(diǎn)在一條直線上。第一超導(dǎo)主線圈、第二超導(dǎo)主線圈、第三超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈均關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)地布置在左低溫容器的液氦罐和右低溫容器的液氦罐中。分裂式勻場(chǎng)鐵片、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈和分裂式梯度線圈安裝室溫孔內(nèi)關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)的三個(gè)圓柱面上，三個(gè)圓柱面的半徑依次減小。三個(gè)圓柱面均以對(duì)稱(chēng)軸為中心軸，三個(gè)圓柱面軸向長(zhǎng)度略小于或等于左低溫容器或右低溫容器的軸向長(zhǎng)度。分裂式勻場(chǎng)鐵片所在圓柱面半徑比水平方向的室溫孔的半徑小2_。 分裂式勻場(chǎng)鐵片由多個(gè)鐵磁材料制作的鐵磁薄片組成，多個(gè)鐵磁薄片離散地分布在圓柱面上。分裂式室溫勻場(chǎng)線圈所在圓柱面半徑比分裂式勻場(chǎng)鐵片所在圓柱面半徑小2mm。超導(dǎo)主線圈產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為1. 4413T，超導(dǎo)矯正線圈產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為-O. 3067T，超導(dǎo)屏蔽線圈產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為-O. 4346T。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈共同作用產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為O. 7T，并在中心直徑為50cm的球形成像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為IOppm的磁場(chǎng)分布。超導(dǎo)矯正線圈和超導(dǎo)屏蔽線圈共同作用使得超導(dǎo)主線圈產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)在軸向和徑向方向分別限制在3. 5m和4m橢球范圍內(nèi)。本發(fā)明分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)可提供一個(gè)直徑為80cm水平方向的室溫孔和間距為50cm的豎直間隙。水平方向的室溫孔可為實(shí)現(xiàn)人體全身成像和開(kāi)展介入式手術(shù)提供開(kāi)放空間；豎直間隙可使兩肩寬度大于80cm的肥胖病人從間隙中進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行診斷；還可在豎直間隙內(nèi)安裝PET探測(cè)線圈，PET探測(cè)線圈的內(nèi)直徑為1.0m，PET探測(cè)線圈的中平面與對(duì)稱(chēng)平面重合，病人從室溫孔進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PET/MRI多模成像功能。


圖1本發(fā)明實(shí)施例的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2本發(fā)明實(shí)施例的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在磁體內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為IOppm的等高線分布圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)等高線分布圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖1是本發(fā)明超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的線圈結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)由超導(dǎo)主線圈3、超導(dǎo)矯正線圈4、超導(dǎo)屏蔽線圈5、分裂式勻場(chǎng)鐵片11、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈12、分裂式梯度線圈13、左低溫容器I和右低溫容器2組成。左低溫容器I和右低溫容器2中均安裝有所述的超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5。左低溫容器I和右低溫容器2均為空心的平面型容器，均以對(duì)稱(chēng)軸9為中心軸，并關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面10正對(duì)稱(chēng)布置。左低溫容器I和右低溫容器2均由液氦罐6、冷屏7和真空容器8組成。超導(dǎo)主線圈由三對(duì)通正向電流的螺線管線圈3. 1、3.2、3. 3組成。超導(dǎo)矯正線圈4為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)屏蔽線圈5為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5均是以對(duì)稱(chēng)軸9為中心軸的螺線管線圈，三對(duì)超導(dǎo)主線圈、一對(duì)超導(dǎo)矯正線圈和一對(duì)超導(dǎo)屏蔽線圈都關(guān)于一個(gè)對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)布置在左低溫容器I和右低溫容器2內(nèi)。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5均安裝在液氦罐中并灌滿液氦，冷屏在液氦罐外面與液氦罐的間距為5_，真空容器在冷屏外面并與冷屏的間距為5mm。在液氦罐6內(nèi)距離對(duì)稱(chēng)平面10最近的位置處沿著徑向尺寸變大的方向依次安裝第二超導(dǎo)主線圈3. 2、超導(dǎo)矯正線圈4和第三超導(dǎo)主線圈3. 3，第一超導(dǎo)主線圈3.1安裝在液氦罐6內(nèi)徑向最小和軸向最大位置處，超導(dǎo)屏蔽線圈5則安裝在液氦罐6軸向最大位置處。第一超導(dǎo)主線圈3.1、第二超導(dǎo)主線圈3. 2、第三超導(dǎo)主線圈3. 3、超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5均關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)地布置在左低溫容器的液氦罐和右低溫容器的液氦罐中。分裂式勻場(chǎng)鐵片11、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈12和分裂式梯度線圈13安裝室溫孔16內(nèi)關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面10正對(duì)稱(chēng)的三個(gè)圓柱面上，三個(gè)圓柱面的半徑依次減小。三個(gè)圓柱面均以對(duì)稱(chēng)軸9為中心軸，三個(gè)圓柱面軸向長(zhǎng)度略小于或等于左低溫容器I或右低溫容器2的軸向長(zhǎng)度。分裂式勻場(chǎng)鐵片11所在圓柱面半徑比水平方向的室溫孔16的半徑小2mm。分裂式勻場(chǎng)鐵片11由多個(gè)鐵磁材料制作的鐵磁薄片組成，多個(gè)鐵磁薄片離散地分布在圓柱面上，每個(gè)鐵磁薄片的具體位置可根據(jù)實(shí)際空間磁場(chǎng)分布通過(guò)優(yōu)化算法計(jì)算得出。分裂式室溫勻場(chǎng)線圈12所在圓柱面半徑比分裂式勻場(chǎng)鐵片11所在圓柱面半徑小2_。分裂式室溫勻場(chǎng)線圈12由銅導(dǎo)線繞制的線圈組成。分裂式梯度線圈13所在圓柱面半徑比分裂式室溫勻場(chǎng)線圈12所在圓柱面半徑小2_。分裂式梯度線圈13由銅導(dǎo)線繞制的螺線管線圈和鞍形線圈組成，螺線管線圈和鞍形線圈產(chǎn)生軸向梯度和徑向梯度磁場(chǎng)。分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)可同時(shí)提供直徑為80cm水平方向的室溫孔16和間距為50cm的豎直間隙17，可在豎直間隙17內(nèi)安裝PET探測(cè)線圈14實(shí)現(xiàn)PET/MRI多模成像功能。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為IOppm的等高線分布圖。超導(dǎo)矯正線圈4橫截面的中心、超導(dǎo)屏蔽線圈5橫截面的中心和球形成像區(qū)域15的中心三點(diǎn)在一條直線上。超導(dǎo)主線圈3. 1,3. 2,3. 3產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為1. 4413T，超導(dǎo)矯正線圈4產(chǎn)生 中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為-O. 3067T，超導(dǎo)屏蔽線圈5產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為-O. 4346T。超導(dǎo)主線圈3. 1,3. 2,3. 3、超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5共同作用產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為O. 7T，并在中心直徑為50cm的球形成像區(qū)域15內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為IOppm的磁場(chǎng)分布。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)等高線分布圖，超導(dǎo)矯正線圈4和超導(dǎo)屏蔽線圈5共同作用使得超導(dǎo)主線圈3. 1、3. 2,3. 3產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)在軸向和徑向方向分別限制在3 . 5m和4m橢球范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)放式自屏蔽磁共振成像分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于所述的分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)由超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)、超導(dǎo)屏蔽線圈(5)、分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)、分裂式梯度線圈(13)、左低溫容器(I)和右低溫容器(2)組成；所述的超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)和超導(dǎo)屏蔽線圈(5)安裝在左低溫容器(I)和右低溫容器(2)中；分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)、分裂式梯度線圈(13)安裝在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的室溫孔內(nèi)關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)的三個(gè)圓柱面上。
2.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于所述的左低溫容器(I)和右低溫容器(2)均為空心的平面型容器，均以對(duì)稱(chēng)軸(9)為中心軸，并關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面(10)正對(duì)稱(chēng)布置；左低溫容器(I)和右低溫容器(2)均由液氦罐￠)、冷屏(7)和真空容器(8)組成；所述的液氦罐(6)灌滿液氦；所述的冷屏位于液氦罐￠)的外面，與液氦罐￠)的間距為5mm ;所述的真空容器位于冷屏外面，與冷屏的間距為5mm。
3.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于所述的超導(dǎo)主線圈為三對(duì)通正向電流的螺線管線圈(3. 1、3.2、3.3)組成，超導(dǎo)矯正線圈(4)為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)屏蔽線圈(5)為一對(duì)通反向電流的螺線管線圈；超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)和超導(dǎo)屏蔽線圈(5)均是以對(duì)稱(chēng)軸(9)為中心軸的螺線管線圈；三對(duì)超導(dǎo)主線圈(3. 1、3.2、3.3)、一對(duì)超導(dǎo)矯正線圈和一對(duì)超導(dǎo)屏蔽線圈分別關(guān)于一個(gè)對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)布置在左低溫容器(I)和右低溫容器(2)內(nèi)的液氦罐(6)中。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于在所述的左低溫容器(I)和右低溫容器(2)的液氦罐內(nèi)距離對(duì)稱(chēng)平面(10)最近的位置處沿著徑向尺寸變大的方向依次安裝第二超導(dǎo)主線圈(3. 2)、超導(dǎo)矯正線圈(4)和第三超導(dǎo)主線圈(3. 3)，第一超導(dǎo)主線圈(3.1)安裝在液氦罐內(nèi)徑向最小和軸向最大位置處，超導(dǎo)屏蔽線圈(5)安裝在液氦罐軸向最大位置處；超導(dǎo)矯正線圈(4)橫截面的中心、超導(dǎo)屏蔽線圈(5)橫截面的中心和超導(dǎo)磁體系統(tǒng)球形成像區(qū)域(15)的中心三點(diǎn)在一條直線上。
5.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于安裝有所述的分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)和分裂式梯度線圈(13)的三個(gè)圓柱面均以對(duì)稱(chēng)軸(9)為中心軸對(duì)稱(chēng)布置，三個(gè)圓柱面軸向長(zhǎng)度略小于或等于左低溫容器(I)和右低溫容器(2)的軸向長(zhǎng)度，并以對(duì)稱(chēng)平面(10)正對(duì)稱(chēng)；分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)所在圓柱面半徑最大，貼近低溫系統(tǒng)的室溫孔內(nèi)壁，分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)所在圓柱面半徑比分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)所在圓柱面半徑小2_，分裂式梯度線圈(13)所在圓柱面半徑比分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)所在圓柱面半徑小2mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征在于所述的超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)和超導(dǎo)屏蔽線圈(5)共同產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為O. 7T的磁場(chǎng)，并在中心直徑為50cm的球形成像區(qū)域(15)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為IOppm的磁場(chǎng)分布,5高斯雜散場(chǎng)在軸向和徑向方向分別限制在3. 5m和4m橢球范圍內(nèi)。
全文摘要
一種開(kāi)放式自屏蔽磁共振成像分裂式超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。所述的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)和超導(dǎo)屏蔽線圈(5)安裝在左低溫容器(1)和右低溫容器(2)中；分裂式勻場(chǎng)鐵片(11)、分裂式室溫勻場(chǎng)線圈(12)、分裂式梯度線圈(13)安裝在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的室溫孔內(nèi)關(guān)于對(duì)稱(chēng)平面正對(duì)稱(chēng)的三個(gè)圓柱面上。超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)矯正線圈(4)和超導(dǎo)屏蔽線圈(5)共同產(chǎn)生中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.7T的磁場(chǎng)，并在中心直徑為50cm的球形成像區(qū)域(15)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為10ppm的磁場(chǎng)分布，5高斯雜散場(chǎng)在軸向和徑向方向分別限制在3.5m和4.0m橢球范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01R33/3815GK103050212SQ20131000702
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者倪志鵬, 王秋良, 嚴(yán)陸光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所