高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体及设计方法，所述磁体包含主线圈、调整线圈和屏蔽线圈，主线圈为长螺线管线圈，线圈结构预先设定好，即导线匝数、导线规格、线圈尺寸、线圈位置已知，调整线圈和屏蔽线圈的相应导线匝数、导线规格、线圈尺寸、线圈位置以及整个磁体运行电流为待求解信息，主线圈、调整线圈和屏蔽线圈的磁场叠加，在磁体中心区域产生的磁场均匀度达到指定约束条件，同时5高斯线范围不超过指定约束范围。磁体线圈内直径不低于800mm，磁体中心区域磁场强度不低于14T，在直径400mm球形区域内磁场均匀度峰峰值不超过10ppm，5高斯线范围轴向不超过

【技术实现步骤摘要】
高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体及设计方法


[0001]本专利技术属于磁共振工程领域，具体涉及一种高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体及设计方法。

技术介绍

[0002]更高磁场强度是磁共振成像系统的一个发展趋势。磁共振成像系统的信噪比随着磁场强度的提高而增大，配上强大的梯度系统后，能够看到更为精细的组织结构，显著提高疾病的检测能力。高场磁共振成像除了进行结构成像外，还能够对脑功能进行成像，是脑科学、认知科学、神经科学研究必不可少的工具。高场磁共振的多核素分析功能可以对包含相应元素的物质转化进行追踪，展示人体的代谢过程，进而对一些复杂疾病进行临床诊断。
[0003]在高场全身磁共振成像方面，目前7T全身磁共振成像系统已经进入临床应用，9.4T全身磁共振成像系统在科学研究上展示了优越的性能，10.5T全身磁共振成像系统已经应用到脑科学研究，11.75T全身磁共振成像系统已经达到指定的磁场强度。这些磁共振成像系统的共同特点是都采用NbTi超导线材制造磁体线圈，而11.75T已经接近NbTi线材的极限，更高场强的超导磁体系统需要采用新的设计方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体，其特征在于，由内到外依次包括主线圈、调整线圈和屏蔽线圈，其中主线圈由5个长螺线管线圈嵌套在一起组成，5个长螺线管同轴、同中心，长度由内到外逐渐增大，内部3个线圈用Nb3Sn超导线绕制，分别绕制在不同的线圈骨架上，外部2个线圈用NbTi超导线绕制，绕制在同一个线圈骨架上；调整线圈由4个不同短螺线管线圈并行排列组成，和主线圈同轴，内侧2个线圈和外侧2个线圈分别关于磁体中心面对称分布，绕制在同一个线圈骨架上；屏蔽线圈由2个螺线管线圈并行排列组成，和主线圈同轴，2个线圈关于磁体中心面对称分布，绕制在同一个线圈骨架上，所述超导磁体主线圈、调整线圈和屏蔽线圈串联在一起，构成一个电流回路。2.根据权利要求1所述的一种高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体，其特征在于，磁体线圈内直径不低于800mm，磁体中心区域磁场强度不低于14T，在直径400mm球形区域内磁场均匀度峰峰值不超过10ppm，5高斯线范围轴向不超过
±
10m，径向不超过
±
8m。3.一种如权利要求1
‑
2所述的高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体的设计方法，其特征在于，步骤如下：第一步，预设定主线圈参数，包含导线匝数、导线规格、线圈尺寸、线圈位置以及运行电流，然后对主线圈磁场进行评估，使得主线圈的初始磁场强度相对于目标磁场强度符合预设值；第二步，指定调整线圈和屏蔽线圈的位置范围以及线圈导线规格，根据第一步预设定的运行电流以及主线圈磁场贡献逆向求解得到调整线圈和屏蔽线圈的位置坐标；第三步，根据调整线圈和屏蔽线圈的导线规格，将线圈区域离散成导线匝数，并且通过四舍五入对匝数进行取整操作，然后再次通过逆向求解对调整线圈和屏蔽线圈位置以及磁体运行电流进行微调，求解得到磁体最终参数信息；第四步，根据第三步得到的磁体位置、结构以及运行参数信息，计算磁体线圈内磁场及应力分布，评估线圈的电磁临界性能以及机械稳定性，如性能不满足要求，则返回第一步，调整主线圈的参数信息，继续进行上述操作，直至磁体设计方案安全可靠。4.根据权利要求3所述的高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体的设计方法，其特征在于，所述第一步，在进行磁体设计时，预先设定主线圈的参数信息，包括导线匝数、导线规格、线圈尺寸、线圈位置，其中最内层线圈的内直径不低于800mm，并初步确定线圈的运行电流，根据公式(1)得到线圈内电流密度，然后根据公式(2)计算主线圈在磁体中心的磁场强度，要求该磁场强度高于要求的中心磁场强度的3/4并且低于中心磁场强度为宜，满足公式(3)：(3)：0.75B
tar
＜B
z
(0,0)＜B
tar
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
其中，N1和N2分别为线圈导线在轴向的圈数和径向的层数，两者乘积为导线总体匝数，A0为线圈的截面积，包含了导线绕线间隙和层间绝缘，I0为每匝导线上的运行电流，r1，r2，z1，z2分别为磁体线圈的内半径、外半径、轴向左坐标和轴向右坐标，L为螺线管线圈磁场积分计算算子，μ0为真空磁导率，ω
i
和β
i
分别为高斯积分权重和积分点，n为高斯积分点个数，B
z
(0,0)为主线圈在磁体中心产生的磁场强度，B
tar
为磁体中心的目标磁场强度。5.根据权利要求3所述的高场全身磁共振成像主动屏蔽超导磁体的设计方法，其特征在于，所述第二步，划定调整线圈和屏蔽线圈的位置范围，分别选定调整线圈和屏蔽线圈的导线规格，按照第一步确定的主线圈运行电流确定调整线圈和屏蔽线圈的电流密度，如公式(4)，其中J1为调整线圈电流密度，J2为屏蔽线圈电流密度，g为绕线间隙，即相邻两匝导线在绕制时由于非紧密接触存在的缝隙，l为导线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀辉，王秋良，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：