一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体制造技术

一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体，包括正向铁轭(11、12)及其内侧的第一磁极(15、16)，侧向铁轭(13、14)及其内侧的第二磁极(17、18)。第一磁极(15、16)包含主磁极头(19)和附加磁极头(20)，主磁极头(19)由永磁材料构成圆盘，附加磁极头(20)由永磁材料构成圆环，附加磁极头(20)的高度高于主磁极头(19)，并且两者之间留有空隙。侧向铁轭(13、14)位于正向铁轭(11、12)之间，它们相互连接构成磁路。第二磁极(17、18)沿着水平延伸。正向铁轭(11、12)、侧向铁轭(13、14)与第一磁极(15、16)、第二磁极(17、18)共同形成成像区的均匀磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体
本专利技术涉及一种磁共振成像磁体。
技术介绍
磁共振成像(MRI)是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体组织部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号，由天线接收。由于在这一过程中加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。MRI设备一般可以分为四个部分：磁体系统、梯度系统、射频系统和谱仪系统。其中，磁体系统由主磁体和相应的匀场测试装置组成。主磁体是MRI设备的最重要的部件，也是MRI设备中体积重量和成本最大的部件。目前在临床磁共振成像设备中使用的磁体主要有三种：永磁磁体、常导磁体和超导磁体。其中永磁磁体的使用和维护成本低，中国是稀土资源大国，因此永磁磁共振是中国磁共振需要大力发展的一个方向。由于磁体是磁共振成像系统的核心部件之一，一直是一个重要的研究对象。现有的MRI设备在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为一个球形，将成像部位置于这个球形区域后，通过扫描可以获取被成像部位的图像。显然，这种方式可以对成像部位选取任意方向的切层，具有大的扫描自由度。主磁体的主要性能指标包括磁场强度、磁场均匀度等，磁场强度越高，一般所使用的永磁材料就会越多，成本就越高，体积重量也增大。因此，如何使用较少的永磁材料来提高磁场强度及磁场均匀度是磁体设计的关键技术。传统的磁共振成像永磁体在结构上一般都是通过一个铁轭连接两个磁极头，铁轭由低碳钢构成，因此具有良好的导磁特性，从而形成闭合磁路，并在成像空间产生静磁场。为了获得一个大的均匀区，需要在磁极头上附着一块有低碳钢构成的极板，形成一个磁极，通过调整磁极表面的形状，使得成像空间内的磁场变得均匀。由于要构成完整的磁路，磁力线必须穿过轭铁，轭铁的存在极大提高了永磁材料的利用率，但是轭铁也会影响成像空间的磁场分布，为了避免铁轭对成像空间的磁场产生不良影响，需要铁轭远离成像区。为了减少永磁材料的应用，现有方案有不同的方法，比如改变永磁材料磁化方向，不再使所有的永磁材料的磁化方向都是沿着垂直方向，而是让部分永磁材料的磁化方向与垂直方向偏离一个角度，这样的磁路结构的确会有更高的效率。然而这种永磁材料磁化方向的变化会造成工程上的复杂性，而且其磁化方向的变化在圆周方向是不连续的，带来误差。该方案为了使得磁场均匀，依然采用了极板结构，导致重量依然很大。基于halbach结构的磁体，围绕成像空间排布有一圈磁钢，每块磁钢的磁化方向均不同，在成像空间中形成均匀磁场。该结构虽然取消了上述的低碳钢的铁轭，但是由于其使用的永磁材料数量巨大，并且保持永磁魔环的连续磁路，总重量依然较重，且加工组装复杂。总之，传统磁体结构由于重量过大，导致成像装置的体积重量大，成本高昂，使用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种具有多磁极结构的永磁体。本专利技术重量轻、体积小，能够制作成轻量化的磁体用于实时监护成像。本专利技术采用以下技术方案：磁共振成像装置由磁体、梯度系统，射频系统，数据采集和脉冲发生器，检查床等构成。所述的脉冲发生器控制梯度系统和射频系统，产生所需的梯度磁场和射频场。梯度系统中的梯度线圈和射频系统中的射频线圈安装在磁体上。射频线圈用来激发和获取磁共振信号，梯度线圈用来对磁共振信号进行空间编码。所述的数据采集系统从射频系统中接收磁共振信号。检查床位于磁体的两磁极之间，用于承载患者。本专利技术磁体包括一对正向铁轭。所述的一对正向铁轭上下相对布置，相互平行。正向铁轭由低碳钢制造，具有优良的磁性能。一对正向铁轭的内侧各有一个与正向铁轭相连的第一磁极。所述的第一磁极由永磁材料构成，与一对正向铁轭的内侧贴合。所述第一磁极产生的磁场方向与两个第一磁极的中心连线方向平行，并且在两个第一磁极之间的间隙中产生静磁场。在这对正向铁轭的两端各有一个与其垂直的侧向铁轭，侧向铁轭由低碳钢制造，具有优良的磁性能。所述的侧向铁轭位于这对正向铁轭之间，并分别与两个正向铁轭的端部连成一体。在两个侧向铁轭的内侧面中心位置，沿水平方向分别布置有第二磁极，第二磁极由永磁材料构成，沿两个侧向铁轭内侧面的中心线对称布置。一对正向铁轭和一对侧向铁轭，以及一对第一磁极和一对第二磁极构成磁路。本专利技术在几个磁极所包围的空间中形成一个均匀的磁场，该均匀磁场的区域就是成像空间。磁极的材料是永磁材料。第一磁极与导磁的正向铁轭安装在一起，正向铁轭与侧向铁轭以机械方式连接在一起，共同构成导磁的通路，磁极所产生的磁通在这个导磁的通路中通过。本专利技术磁体在成像空间中所产生的磁场均匀区的形状主要由几个磁极确定。本专利技术的显著特征在于，磁体的磁极由永磁材料制作，第一磁极的截面形状为圆形，第二磁极的截面形状为矩形，其中第二磁极设置在侧向铁轭的内表面的中心，沿着水平方向延伸，整个磁体的成像空间内磁场是由这四个磁极和四个铁轭共同形成，而成像空间磁场的均匀性则由这四个磁极共同作用得到。在四个磁极中，永磁材料的磁化方向与磁极的位置有关。第一磁极包括有主磁极头和附加磁极头，主磁极头位于磁极中心，为圆盘状。附加磁极头围绕主磁极头的外围布置，为圆环状。主磁极头和附加磁极头的磁化方向相同，并且上下布置的两个第一磁极的磁化方向相同，均为垂直方向，从而形成二极磁场。第二磁极的磁化方向为水平方向，将随着磁极位置的不同而变化。若第一磁极的磁化方向垂直向上，则磁体右侧的第二磁极中，上部的磁化方向向右，下部的磁化方向向左，中间磁钢的磁化方向，中心线上部向右，中心线下的部分向左；磁体左侧的第二磁极中，上部的磁化方向向左，下部的磁化方向向右，中间磁钢的磁化方向，中心线上部向左，中心线下的部分向右。第一磁极的截面为圆形，为了使得成像区的磁场更加均匀，附加磁极头的高度高于主磁极头，可以将更多的磁通汇聚于成像空间，显著改善成像空间的磁场均匀性。在主磁极头和附加磁极头之间有一个空气间隙，这个空气间隙也能够显著改善磁场的均匀性。本专利技术的磁体结构减少了铁轭，去除了极板，采用多磁极使得磁通的利用率大大提高，特别是第二磁极的使用，阻止了第一磁极的磁通通过铁轭短路，因此侧向铁轭可以离第一磁极边缘很近。这种磁路设计的最大好处就是降低了磁体的重量，减小了永磁材料的使用量，可大大降低磁体的成本，特别是可制作成轻量化磁体，使得整个磁共振成像系统的体积重量大大减轻，可以实现即时监护成像，具有极大的应用优势。附图说明图1为本专利技术磁体的实施例1的原理图；图2是本专利技术磁体的磁极实施例一原理图；图3是本专利技术磁体的磁极实施例二原理图；图4是本专利技术磁体的磁极实施例三示意图；图5是本专利技术磁体的磁极实施例四示意图；图6是本专利技术磁体的磁极实施例五示意图；图7为本专利技术磁体的可拆卸匀场板示意图；图8为本专利技术磁体的一个实施例的磁场分布图。图中：11、12正向铁轭，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体，其特征在于：所述磁体的两个正向铁轭(11、12)上下相对布置，相互平行；两个正向铁轭(11、12)的内侧各有一个与正向铁轭相连的第一磁极(15、16)，第一磁极(15、16)与一对正向铁轭(11、12)的内侧贴合；所述第一磁极(15、16)产生的磁场方向与两个第一磁极的中心连线方向平行，并且在两个第一磁极(15、16)之间的间隙中产生静磁场；两个正向铁轭(11、12)的两端各有一个与其垂直的侧向铁轭(13、14)，侧向铁轭(13、14)位于两个正向铁轭(11、12)之间，侧向铁轭(13、14)的两端分别与两个正向铁轭(11、12)的端部连成一体；在两个侧向铁轭(13、14)的内侧面中心位置，沿水平方向分别布置有第二磁极(17、18)，第二磁极(17、18)沿两个侧向铁轭(13、14)内侧面的中心线对称布置；一对正向铁轭(11、12)和一对侧向铁轭(13、14)，以及一对第一磁极(15、16)和一对第二磁极(17、18)共同构成磁路。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体，其特征在于：所述磁体的两个正向铁轭(11、12)上下相对布置，相互平行；两个正向铁轭(11、12)的内侧各有一个与正向铁轭相连的第一磁极(15、16)，第一磁极(15、16)与一对正向铁轭(11、12)的内侧贴合；所述第一磁极(15、16)产生的磁场方向与两个第一磁极的中心连线方向平行，并且在两个第一磁极(15、16)之间的间隙中产生静磁场；两个正向铁轭(11、12)的两端各有一个与其垂直的侧向铁轭(13、14)，侧向铁轭(13、14)位于两个正向铁轭(11、12)之间，侧向铁轭(13、14)的两端分别与两个正向铁轭(11、12)的端部连成一体；在两个侧向铁轭(13、14)的内侧面中心位置，沿水平方向分别布置有第二磁极(17、18)，第二磁极(17、18)沿两个侧向铁轭(13、14)内侧面的中心线对称布置；一对正向铁轭(11、12)和一对侧向铁轭(13、14)，以及一对第一磁极(15、16)和一对第二磁极(17、18)共同构成磁路。


2.按照权利要求1所述的磁共振成像磁体，其特征在于：所述的正向铁轭(11、12)和侧向铁轭(13、14)由低碳钢制造，所述的第一磁极(15、16)和第二磁极(17、18)由永磁材料构成。


3.按照权利要求1所述的磁共振成像磁体，其特征在于：所述的第一磁极(15、16)各由两个磁极头构成，分别是主磁极头(19)和附加磁极头(20)，主磁极头(19)为圆盘形，附加磁极头(20)为圆环形；附加磁极头(20)布置在主磁极头(19)的外周，包围主磁极头(19)，附加磁极头(20)与主磁极头(19)之间有空隙；附加磁极头(20)的高度高于主磁极头(19)。


4.按照权利要求3所述的磁共振成像磁体，其特征在于：所述的第一磁极头(15、16)的两个磁极头(19、20)由永磁材料制作，磁化方向均为垂直向上。


5.按照权利要求1所述的磁共振成像磁体，其特征在于：所述的第二磁极(17、18)的磁化方向随...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文晖，王铮，魏树峰，王慧贤，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11