CN1006579B - 核磁共振仪 - Google Patents
核磁共振仪Info
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Abstract
由一个产生均匀磁场的电磁铁***组成的核磁共振仪。在线圈***外装有屏蔽层，用软铁一类的磁性材料直接装在线圈***外，可获得一个较强的而又对干扰不敏感的均匀磁场。可采用由金属屏蔽杆组成的圆柱形结构代舒替封闭的套筒，用于大距离的屏蔽用杆组成圆柱形屏蔽体具有更大的吸引力。线圈内的磁场只受到极小的影响，这与用希姆霍兹线圈带来的屏蔽作用相似。
Description
本发明涉及一种核磁共振仪，它是由一组电磁线圈组成，可在其磁铁包围的试验空间内产生均匀磁场，本发明也涉及到这类仪器用的磁铁。
这类仪器可从《计算机X-线断层摄像技术1》（1981）2-10页中关于核磁共振X-线断层摄像仪中了解到，这类仪器的磁铁外部有在较强的杂散场。这类杂散场在《诊断成像》的一篇文章中有详尽论述，见1983年4月，32-35页。它指出在永磁材料产生的磁场中，不存在这类杂散场，文中也注意到这类磁铁***的缺点。在核磁共振X-线断层摄像仪中，不仅因为内部杂散场相当强，以致对磁铁外部的设备造成干扰效应，而且磁铁内的测量场可能被外部杂散场的变化所扰乱，例如放一大片磁性材料于其中就会得此结果。
如在用超导磁铁组成的诊断用核磁共振仪，这种杂散场往往是存在的。关于核磁共振X-线断层摄像仪和医用核磁共振谱议，使用超导磁铁的详细描述见于巴丁（C.L.Partain）著《核磁共振成象》这本书116-127页“超导性”这章（1983年WB Saunders公司出版），这类成像以后还要讲，称为核磁共振（NMR）成像。
用核磁共振仪作诊断时，需用电磁线圈在相当大的空间内产生相当强的磁场，为了对电磁线圈的外部杂散场作必要的屏蔽，如《诊断成像》中所要求，需用大量软磁材料作合适的永久磁铁的骨架。
本发明目的之一在于提供一种核磁共振仪，它只需用极少磁屏材料即可极大地减弱核磁共振仪用于产生均匀磁场的电磁线圈***外部的杂散场。本发明所提出的用于屏蔽这种外部杂散场的结构做成与电磁线圈
同轴的形式。因为，用这种方法减弱了核磁共振仪外部杂散场，干扰现象就不复存在了，这样也简化了仪器的安装与运行步骤，也可避免由外部杂散场对测量空间的均匀磁场发生有害影响。
用软磁材料，即高导磁材料做成圆筒置于线圈外，这种线圈可用螺旋线圈或一组环形线圈组成，为了在测量空间得到均匀磁场，这种圆筒可用套筒或用一组均匀分布在圆柱表面的软磁材料制成的杆做成，用这种磁场线圈及其屏蔽笼组成的磁场，其径向杂散场被大大地削弱了，这种软磁材料制成的圆柱体与磁场线圈可放入作超导线圈的杜瓦容器内，这样屏蔽体可相对地缩短，重量也可减轻，直径也相应缩小，可用具有弯向轴线的封闭件的的套筒将轴端封闭起来，以改善屏蔽结构。其优点是由于屏蔽作用，其测量空间的磁场加强了。同时屏蔽层改善了测量空间周围的环境，可对付对于测量空间的干扰，在此区间的超导线圈内部磁场比较弱，这样可使超导体内维持较强的电流，线圈间的机械力可以减弱。
在另一个较佳的实施例中，屏蔽笼是环绕着核磁共振X-线断层摄像仪或核磁共振谱仪的一个现有的，例如超导电磁线圈***的周围而设置的。其中可通过线圈***的结构，例如通过超导线圈的冷却***，可以把线圈与屏蔽笼之间的径向距离限制于最小值。这是一个优点，特别是当屏蔽是由安装在线圈周围的一个适当的支撑体上的可替换的杆组成时，使屏蔽很容易安装。这样，即使金属结构的质量很大，也可以部分地进运送和组装，以便于处理。
这种屏蔽可进一步改进，方法是使屏蔽杆在其轴向端备有径向向内的连接件，这些连接件至少大体上伸延到磁铁线圈的绕组。为了获得适当的屏蔽，杆之长度比磁场线圈适当长些，如线圈***长约2米，屏蔽体长4至6米。
例如用8至4根均匀排列的软铁杆组成屏蔽笼，杆截面可自1至2.
5公分2，并直接安装在线圈***外部，其数量较少，长度只需稍大于线圈***即可。在此情况用筒式屏蔽结构是较少异议的，因这样可将磁铁与屏蔽层形成一个整体。
如这仪器的沿着作支座的地板方向的杂散场是允许的，或屏蔽可做在地板内，则屏蔽体可做成半个圆柱体已足够了。
在另一个较佳的实施例中，这屏蔽是经过预先磁化的，则在无杂散场时，至少已有部分补偿场存在。组成屏蔽体的杆可备有电流绕组，或用强的永磁材料制成，若用简式屏蔽，可与一个电流线圈或一个永磁环组成一个整体。
在另一个较佳的实施例中，屏蔽体可由一对线圈组成，其径向距离，离线圈***相当大，多少有点像一对希姆霍兹线圈，产生一种磁场以补偿杂散场。这种屏蔽体的一个优点是在轴向的磁场也同时被补偿了。需注意屏蔽线圈的场不能影响轴向测量场。这种类型的线圈对，同时也被用于连接由软磁材料组成的屏蔽，这样可得到在两屏蔽层间的最佳工作区，一方面可用较少磁性材料，同时通过屏蔽线圈的电流强度可以减小。能吸引人的一种组合，是把磁场屏蔽套与屏蔽线圈同时放入杜瓦容器内并注入氦，屏蔽线圈可以重新组成，使得它们能被磁铁的杂散场激励至最佳状态。
下面将参照附图，对本发明的较佳实施例作详细叙述。
图1 显示按本发明所作有屏蔽的核磁共振仪的电磁场线圈。
图2 显示按本发明的为核磁共振仪用的磁场线圈，包括屏蔽层。
图3 显示这类仪器用的磁铁被希姆霍兹线圈对所屏蔽。
图4 显示磁屏蔽与屏蔽线圈置于杜瓦容器中。
图5 为辅助空间的屏蔽。
在图1中屏蔽的电磁铁由电磁线圈***1组成，此线圈***可由螺旋线或一组绕磁铁的公共轴3安排的线圈组成，虽在第一实施例中使用
电阻的磁铁，但也不排除用超导线圈***，如对着塑料筒5的内层内置了线圈***，在筒5外部有软磁材料制成的圆柱体7（见12）是用一组软铁杆均匀安排并与圆柱表面相交，圆柱体7可以由软磁筒交替地组成，与核磁共振摄像仪一类设备使常规磁铁比较，不但可屏蔽杂散场，而且用同样能量可得到较强磁场。已知磁铁所产生杂散场的外部变化，也可在相当程度上消除对测量场的扰乱。
使用这一磁铁，可在直径与长度约为0.5米的测量空间产生强度约为0.25忒斯拉的磁场。该磁铁的外径约1.25米，长约2.5米，重约15吨，所需电功率约100千瓦。在其离轴线3径向距1米处可得径向杂散场低于0.001忒斯拉，如离轴3米处可得径向杂散场低于0.001忒斯拉，其屏蔽用杆截面约0.1×0.05米2。
如图2所示，大致相同结构可用于磁铁的屏蔽，磁铁11可以是常规线圈或超导磁铁，屏蔽的径向距离约2米，被12根软磁杆13屏蔽，这些杆比磁铁11长，如可以从4米至6米，当磁铁长度为2.5米时，用杆作屏蔽体，要比闭合圆柱体有明显的优越性在于装拆、运输方便。如每根4至6米长的杆，截面为0.1×0.1米2，重约500公斤，如图所示，这些杆可固定在构架9上环绕着磁铁。为了改善屏蔽，这些杆具有径向向内伸延的端部，这样长度会短一些。
图3示由线圈对15实现的屏蔽，与上所述相反，各种主动的或被动屏蔽可通过补偿线圈的场来完成。线圈15的直径为4米，这种屏蔽的另一优点是将其轴向杂散场也同时减弱了，如选用合适的线圈外形。屏蔽线圈的能量也可减小，但还是相当高，例如产生0.3忒斯拉需50千瓦，可用超导体通过维持电流作为屏蔽线圈以减少能量消耗。每个线圈可放在附加的氦杜瓦容器中，并可设计成由磁通泵所激励。或者选用空芯超导材料作屏蔽线圈，用泵使液氦从中通过作冷却。选用合适的几何形状，可使超导屏蔽线圈被激励至产生适当的感应磁场用作对测量磁铁的屏蔽。
这是因为线圈会产生反向磁通以抵偿包围它的磁通。
图4示由屏蔽筒21组成的磁铁，置于氦杜瓦容器20中，屏蔽线圈22也放在此容器中，屏蔽筒由端部23组成，它产生附加的向心磁场。在超导线圈24内部磁场相当小，如上所述，其维持电流可能较大，磁场强度可以增大，在此线圈内的洛仑茨力较小，在套筒凹部25，可得最佳屏蔽效果，而且可期得到局部均匀的空间测量场。在筒内或用一些杆材取代筒的***内，可用预先磁化了的材料代替永磁材料。虽屏蔽筒与屏蔽线圈的组合已作了叙述，但两种不同的屏蔽都可分别独立使用。一般地，选用屏蔽筒结构较好。
图5示这类仪器用地板2组成屏蔽层，或者在这种情况下，地板2下面的杂散场是可允许存在。磁铁可被安排为间距一定宽的磁屏蔽杆围绕而成，其几何形状可由用户提出。屏蔽杆13安装在一个未在图中显示的支撑物上。
Claims (6)
1、一种核磁共振仪，包括：
一个具有一电磁线圈***的磁铁，用以在测试空间产生均匀磁场，该线圈***又被另一具有与该电磁线圈***同轴安装的磁铁所包围，和
一个屏蔽，用以减少所说线圈***的外部杂散场，所说屏蔽与电磁线圈***同轴地安装，并含有较高导磁率的材料，
其特征在于，所说屏蔽由一些均匀轴向地放置在一圆柱表面的杆组成，这些杆至少部分地与线圈***同轴地伸延，其长度至少等于线圈***的轴向长度。
2、一种核磁共振仪，包括：
一个具有一电磁线圈***的磁铁，用以在测试空间产生均匀磁场，该线圈***又被另一具有与该电磁线圈***同轴安装的磁铁所包围，和
一个屏蔽，用以减少所说线圈***的外部杂散场，所说屏蔽与电磁线圈***同轴地安装，
其特征在于，所说屏蔽包括：
一个环绕所说线圈***的轴向中心部分的套筒，和
一对屏蔽线圈，该对屏蔽线圈安装在靠近所说线圈***的轴向端，并用以产生一磁场以补偿部分的杂散场。
3、权利要求2所述的核磁共振仪，其特征在于，所说靠近线圈***的轴向端的屏蔽线圈和用以产生均匀磁场的线圈***装有超导线圈。
4、权利要求2或3所述的核磁共振仪，其特征在于，所说屏蔽套筒直接安在线圈***的周围，并与之组成一个整体。
5、权利要求1、2或3所述的核磁共振仪，其特征在于，屏蔽的软磁材料经过预先磁化。
6、权利要求4所述的核磁共振仪，其特征在于，屏蔽的软磁材料经过预先磁化。
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