一种具有高磁场高均匀度的核磁共振超导磁体系统，包括主线圈(1)和具有正反电流组合的磁场均匀度补偿线圈(19)，由24个使用NbTi/Cu低温超导线材绕制的超导线圈组成，在800mm的室温空间内产生9.4T磁场，可实现在300mm的范围内磁场的不均匀度小于0.1ppm。所述的超导磁体系统内部装有超导磁体和液氦(4)的低温容器(2)提供超导磁体正常运行所要求的4K低温环境。铁磁屏蔽系统使超导磁体具有好的电磁兼容性。本发明专利技术超导磁体系统具有结构紧凑，运行费用低廉的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于核磁共振成像装置的磁体系统，特别涉及一种用于核磁共振 成像装置的高磁场高均勻度超导磁体系统。
技术介绍
磁共振成像(MRI)系统主要由磁体系统、谱仪系统、计算机系统和图像显示系统 组成。其中，磁体系统的作用是产生在500mm的球形范围内不均勻度小于Ippm的磁场。目 前核磁共振成像系统的磁场强度一般在0. 35到3T，已经在世界各地医院广泛使用。而高于 7T磁场的MRI系统主要应用于科学研究。MRI信号的强度对图像信噪比有决定性的影响， 而信号强度同磁场强度基本上呈平方关系。因此，提高磁场强度就成为MRI技术上一个最 重要的发展目标。随着超导磁体与低温技术的发展，将先进制造技术和大规模的数值优化技术应用 于核磁共振磁体系统的制造与磁场分析。将超级计算机与高磁场核磁共振超导磁体系统结 合起来，实现整体系统的可视化。将超高磁场核磁共振所获得的海量信息通过超级计算机 快速处理，实现分子水平的快速诊断，从而成为临床影像诊断中不可缺少的现代化诊断设 备。由于超高磁场带来新功能，磁共振成像技术在生命探测领域里扮演着越来越重要的角 色，它可以通过影像的方式展示人体新陈代谢过程，探测神经系统的作用原理，探查极早期 的人体疾病等。随着计算机技术的飞速发展，现在可以通过其超高速的计算能力，进行超高 分辨率的四维磁共振图像重建，并进行多尺度人体模拟。将超级计算机和超高磁场磁共振 成像结合，形成了所谓超级磁共振成像概念。在生命研究和临床应用方面，高场颅脑MRI中可以获得更高的对血流信号和氧气 利用度的灵敏性，能够更加精确地探测低浓度含量的分子，并能精确定位分子“栖息聚积” 的环境。超高磁场强度的MRI可获更高的分辨率，随着更高磁场MRI以及更好的阵列或超导 线圈的研发，可以使目前临床常用的Imm等级解析度，推进到300 μ m甚至100 μ m。从而具 有更好的对比度、更丰富的图像信息。在高解析度及超高磁场下，会有更丰富有趣的细微结 构被观察到，再加上原本的弥散、灌注、功能等，资讯量的增加会超过单纯的解析度增加，可 能到达影像学家无法负担的地步。如何更自动化地处理、整合这些大量资讯，协助更快速、 精确的诊断及早期预测将越来越重要。高均勻度超导磁体具有高磁场稳定度，可以适应用户的需要，提供各种不同磁场 形态和磁场的空间分布特性。例如，多个同轴螺管线圈组合可实现非对称高均勻度磁体，形 成两个或多个均勻区高磁场高均勻度的超导磁共振成像系统。目前国内外研制应用的核磁 共振磁体场强为1. 5-3T，对于高磁场高均勻度核磁共振磁体系统还在研究发展之中。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的低磁场超导磁体的不足，提出一种高均勻度、高磁场 超导磁体系统。本专利技术超导磁体系统具有结构紧凑，运行费用低廉和易于制造的优点。本专利技术超导磁体系统包括主线圈、低温容器、室温空间、液氦、吊装拉杆、第一制冷 机、液氦冷凝制冷机、失超爆破阀门、第二制冷机、外真空容器、80K防辐射屏、40K防辐射 屏、环形梁支撑结构、吊装轮、抽气孔、底部鞍形支架、轴向限制拉杆、热辐射屏、磁场均勻度 补偿线圈和液氦冷凝器。所述的主线圈和磁场均勻度补偿线圈组成超导磁体，主线圈和磁场均勻度补偿线 圈均由NbTi/Cu超导线材绕制形成。磁场均勻度补偿线圈在主线圈的外表面同轴绕制形 成。通过吊装拉杆将超导磁体吊装放置于低温容器内部。低温容器用于存储液氦，实现超 导磁体运行所要求的低温。低温容器具有室温空间。在低温容器外表面周围放置40K防辐 射屏，在40K防辐射屏外表面周围放置80K防辐射屏，80K防辐射屏的外表面通过拉杆与外 真空容器连接，外真空容器上面安装有第一制冷机、液氦冷凝制冷机、失超爆破阀门和第二 制冷机。其中第一制冷机与40K防辐射屏连接，第二制冷机和80K防辐射屏连接，液氦冷凝 制冷机与低温容器及其内部的液氦冷凝器连接。外真空容器通过环形梁支撑结构和底部鞍 形支架获得稳定支撑。在低温容器与外真空容器之间的连接部分的外表面包有热辐射屏。 外真空容器外表面底部开有抽气孔获得真空。超导磁体通过轴向限制拉杆进行轴向定位， 超导磁体通过吊装轮进行径向定位。所述的主线圈用于产生中心磁场，所述的补偿线圈用于补偿磁体磁场均勻度。主 线圈由从内到外同轴布置的第一组线圈，第二组线圈，第三组线圈，第四组线圈和第五组线 圈组成。主线圈按径向方向从内到外线圈线径分为8个等级逐渐减小。磁场均勻度补偿线 圈由位于第五组线圈外表面两端，与主线圈同轴对称布置的2个端部补偿线圈和位于第五 组线圈外表面中间位置，与主线圈同轴布置的3个中部补偿线圈组成，其中两个端部补偿 线圈通正向电流，产生所需要磁场补偿，三个中部补偿线圈通反向电流，用来补偿高次谐波 参数以提高超导磁体的均勻度。补偿后可以实现在300mm的范围内磁场的不均勻度小于 0. Ippm0超导磁体的长度为3100mm，超导磁体的最大磁场Bm与中心磁场Btl的比值1. 0185， 每一个线圈的运行电流与当地磁场导致失超的临界电流之比小于90 %。本专利技术的超导线圈采用高强度的6061-T6铝合金作为线圈骨架的制作材料，以提 供系统的结构支撑和加速线圈的失超传播速度，从而保证线圈失超后能量可以均勻释放在 超导线圈内以减小系统的平均温升，保证磁体的安全性。本专利技术超导磁体的主线圈的最内层一组线圈，第二组线圈，第三组线圈，第四组线 圈和第五组线圈从内到外同轴组装在一起，采用整体真空浸渍技术，线圈组间的间隙精度 在士0. 5mm以内，保证线圈具有较好的整体刚性。本专利技术的超导磁体在没有屏蔽条件下，5高斯(G)线在半径方向是17m，在轴线方 向是22m。本专利技术在距离超导磁体中心6m的外部区域布置有内部是圆形结构的软铁材料构 成的铁磁屏蔽系统来屏蔽超导磁体的磁场，屏蔽后磁场的5G线在半径方向4m，轴线方向7m 范围上，以保证外部杂散磁场不至于过大，使得整个超导磁体具有良好的电磁兼容性。本发 明的铁磁屏蔽系统的厚度为600mm，铁磁屏蔽系统的内壁与超导磁体中心的距离为6m。本专利技术采用三台制冷机为超导磁体提供冷源。低温系统具有20K和80K的冷屏提 供液氦容器的低温环境，使用一台4K制冷机提供系统的低温冷凝。低温系统采用负压运行 以降低液氦的温度，运行温度达到3 3. 8K。当超导磁体冷却到4K温度时，继续冷却使得低温容器内的压强进一步减小，使超导磁体运行在3-3. 5K的温度。当超导磁体系统运行电 流和磁场达到预先设定的要求后，再调节控制低温容器内的压强值保持恒定。本专利技术的超导磁体系统可产生9. 4-11. 75T场强，具有大孔径，高均勻度，被动屏 蔽的特点，用于超高磁场磁共振成像科学研究仪器与装置，也可以用于其他高磁场成像的 MRI装置。附图说明图1高磁场高均勻度超导磁体系统结构图，图中1主线圈，2低温容器，3室温空 间，4液氦，5吊装拉杆，6第一制冷机，7液氦冷凝制冷机，8失超爆破阀门，9第二制冷机，10 外真空容器，1180K防辐射屏，1240K防辐射屏，13环形梁支撑结构，14吊装轮，15抽气孔，16 底部鞍形支架，17轴向限制拉杆，18热辐射屏，19磁场均勻度补偿线圈，20液氦冷凝器，30 超导磁体。图2具体化的超导磁体结构图；图中21本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高磁场高均匀度核磁共振超导磁体系统，其特征在于所述超导磁体系统包括主线圈（１）、低温容器（２）、室温空间（３）、液氦（４）、吊装拉杆（５）、第一制冷机（６）、液氦冷凝制冷机（７）、失超爆破阀门（８）、第二制冷机（９）、外真空容器（１０）、８０Ｋ防辐射屏（１１）、４０Ｋ防辐射屏（１２）、环形梁支撑结构（１３）、吊装轮（１４）、抽气孔（１５）、底部鞍形支架（１６）、轴向限制拉杆（１７）、热辐射屏（１８）、磁场均匀度补偿线圈（１９）和液氦冷凝器（２０）；主线圈（１）和磁场均匀度补偿线圈（１９）组成超导磁体（３０），主线圈（１）和磁场均匀度补偿线圈（１９）采用ＮｂＴｉ／Ｃｕ超导线材绕制；磁场均匀度补偿线圈（１９）在主线圈（１）的外表面同轴绕制；超导磁体（３０）通过吊装拉杆（５）吊装放置于低温容器（２）内部，低温容器（２）存储液氦（４）；低温容器（２）具有室温空间（３）；在低温容器（２）外表面周围放置４０Ｋ防辐射屏（１２），在４０Ｋ防辐射屏（１２）外表面周围放置８０Ｋ防辐射屏（１１），８０Ｋ防辐射屏（１１）的外表面通过拉杆与外真空容器（１０）连接，外真空容器（１０）上面安装有第一制冷机（６）、液氦冷凝制冷机（７）、失超爆破阀门（８）和第二制冷机（９）；其中第一制冷机（６）与４０Ｋ防辐射屏（１２）连接，第二制冷机（９）和８０Ｋ防辐射屏（１１）连接，液氦冷凝制冷机（７）与低温容器（２）及位于低温容器（２）内的液氦冷凝器（２０）连接；外真空容器（１０）通过环形梁支撑结构（１３）和底部鞍形支架（１６）获得稳定支撑；在低温容器（２）与外真空容器（１０）之间的连接部分的外表面包有热辐射屏（１８）；外真空容器（１０）外表面底部开有抽气孔（１５）；超导磁体（３０）通过轴向限制拉杆（１７）进行轴向定位，超导磁体（３０）通过吊装轮（１４）进行径向定位。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王秋良，戴银明，赵保志，胡新宁，严陆光，王厚生，陈顺中，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。