CN102360691A - 一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体*** - Google Patents

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Abstract

一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，由超导线圈(1)与超导开关(14)组成闭环电流回路产生磁场，所产生的磁场通过上下铁轭(3)和侧铁轭(13)获得磁通回路并进行磁场屏蔽。磁体***通过超导线圈(1)在磁体成像中心区域(15)内产生所需要的磁场。为了平衡超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间巨大的电磁力，在低温容器(2)的内孔空间中安装圆环形的铁环(4)。通过铁环(4)改变超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间的磁场分布，从而减小两者之间的相互电磁作用力。

Description

一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***
技术领域
本发明涉及一种用于核磁共振成像装置磁体***。
背景技术
医学核磁共振***需要较强的中心磁场和较为宽敞的成像空间。较强的中心磁场可以提高成像的分辨率。与圆柱形的结构相比较，分离式超导线圈形成的开放式磁体***提供给病人的是一个与样品空间垂直的磁场，因而其成像效率是平行磁场的
Figure BDA0000070805130000011
倍，表明垂直场与平行场相比较具有较高的成像效率。随时间变化的梯度磁场叠加在主磁场上，形成成像空间的空间编码，通过射频线圈提供样品的激发，由此可以为病人提供清晰的诊断图像。同时分离超导线圈磁体***可以提供比永磁体更强的磁场和更为广阔成像区域与在线手术治疗的空间，对于病人而言不会产生幽闭症。
目前医用核磁共振磁体***使用钕铁硼(NdFeB)永磁体、电阻磁体以及超导磁体等产生磁场。一般永磁产生的磁场强度在0.5T以下，磁场强度受到环境温度的影响较大，为了稳定中心磁场，通常使用控温***保证磁体的温度恒定。电阻磁体能够提供较高的磁场，但功率消耗较大，磁场的稳定度受到电源的纹波系数的限制。随着新型超导材料和低温技术的发展，使用零挥发液氦浸泡冷却可以将超导磁体运行时间持续几年或更长的时间。
将超导磁体技术取代永磁技术，同时使用铁轭来校正、屏蔽磁场和提供磁场回路，可以形成新型结构的磁体***。这样的磁体***重量较小，***的结构较为紧凑。由于铁轭与超导线圈之间的电磁力作用使得对称分布的超导线圈与上、下铁轭之间产生几十吨的相互作用力，为克服线圈结构的不稳定性，需要较强外支撑结构。目前，这种较强的外支撑结构低温下的形变将影响线圈产生形变，导致线圈结构材料破裂产生失超。同时由于外支撑结构体积较大、结构复杂，使得磁体***的结构复杂，并且外支撑结构导致外接极高热流进入到低温***内部，使得液氦消耗较高。
发明内容
为了克服目前核磁共振磁体的外支撑结构体积大、结构复杂的缺点，本发明提出带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，本发明可以自平衡超导线圈和铁轭之间的较强的相互电磁作用力，将电磁力抵消达到接近于零。
本发明使用低温或高温超导线材提供磁场驱动源，通过用铁磁材料形成的铁轭将超导线圈产生的磁通路径相连并进行磁场屏蔽。
本发明开放式核磁共振磁体***包括圆环形的超导线圈和低温容器，所述的磁体***分为上下两部分，上下两部分结构相同，关于中心对称。超导线圈放置在低温容器内部获得低温环境，低温容器上下两部分之间由低温容器连接管连通。超导开关放置在超导线圈的外表轴向的中间位置，超导线圈与超导开关组成闭环电流回路，产生磁场。所产生的磁场通过上下铁轭和侧铁轭获得磁通回路并进行磁场屏蔽。由铁磁材料制成的上下铁轭和侧铁轭被超导线圈产生的磁场磁化。所述的磁体***通过超导线圈在磁体成像中心区域内产生所需要的磁场。为了平衡超导线圈与上下铁轭之间巨大的电磁力，本发明在低温容器的内孔空间中安装了圆环形的铁环。通过所述的铁环改变超导线圈与上下铁轭之间的磁场分布，从而减小两者之间的相互电磁作用力。所述的铁环由非磁性材料制作的铁环支撑结构支撑固定。在铁环支撑结构和上下铁轭之间放置环氧树脂垫板，保证铁环支撑结构和上下铁轭之间的电绝缘。在铁环支撑结构的内壁依次布置有梯度线圈和匀场线圈，所述的梯度线圈和匀场线圈中心对称，轴向方向上匀场线圈布置在梯度线圈的外侧。所述的梯度线圈产生梯度场，所述的匀场线圈主要用于校正成像空间的磁场分布。为了屏蔽梯度线圈在切换过程中产生的涡流，本发明采用了屏蔽线圈，屏蔽线圈同轴放置在梯度线圈的外部。屏蔽线圈和梯度线圈通过环氧树脂支撑板支撑。
本发明在低温容器内壁布置了铁环，铁环由多层圆环状铁片叠加组成。铁环的外圈贴近低温容器的内表面。铁环的材料使用高磁导率的碳钢或其他高磁导率材料，以减小铁芯材料的使用量。超导线圈和上下铁轭之间的零电磁吸引力作为铁环的厚度和高度的设计目标，通过控制铁环的厚度和高度，使超导线圈和上下铁轭之间的电磁吸引力为零。组成铁环的铁片的重量尽可能小，每一片铁片的厚度大约在1～2mm，通过增加或减小铁片的数量可以从工程上实现超导线圈与上下铁轭之间的电磁吸引力接近于零，从而实现电磁力平衡。
所述的铁环与上下铁轭之间不再有磁路连接，使用空气间隙形成磁阻，这样被超导线圈的磁场磁化的铁环从而产生相互作用力，该作用力能够抵消超导线圈与上下铁轭之间的相互作用力，从而平衡超导线圈与上下铁轭之间的相互作用力。
所述的铁环通过非导磁材料固定在对称的铁轭结构上，在机械上固定。同时，为了调整力的相互作用，将铁环沿着轴线方向分成多层铁片结构，通过调节铁片的数目达到调节铁环的厚度，从而调节本发明磁体***的整体相互作用力，达到减小线圈与铁轭之间的相互作用力。
本发明开放式核磁共振磁体***为了消除涡流，在铁环上开有狭小缝隙以减小由于梯度线圈的磁场变化产生的涡流。
附图说明
图1开放式结构的自适应平衡线圈与铁轭之间相互作用力的磁体结构。1超导线圈，2低温容器，3上下铁轭、4铁环，5铁环支撑结构，6铁环固定结构，7屏蔽线圈，8梯度线圈，9匀场线圈，10环氧树脂支撑板，11环氧树脂垫板，12低温容器连接管，13侧铁轭，14超导开关，15磁体成像中心区域；
图2铁环4和铁环支撑结构；图中：16铁环上开的狭缝。
图3是铁环4结构，17铁片。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明开放式核磁共振磁体***包括圆环形的超导线圈1和低温容器2，所述的磁体***分为上下两部分，上下两部分结构相同，关于中心对称。超导线圈1放置在低温容器2内部获得低温环境，低温容器2的上下两部分由低温容器连接管12连通。超导线圈1与超导开关14组成闭环电流回路产生磁场，产生的磁场通过上下铁轭3和侧铁轭13获得磁通回路，并进行磁场屏蔽。由铁磁材料制成的上下铁轭3和侧铁轭13被超导线圈1产生的磁场磁化，所述的磁体***通过超导线圈1在磁体成像中心区域15内产生所需要的磁场。为了平衡超导线圈1与上下铁轭3之间巨大的电磁力，在低温容器2的内孔空间中安装圆环形的铁环4。通过铁环4改变超导线圈1与上下铁轭3之间的磁场分布，从而减小两者之间的相互电磁作用力。铁环4由非磁性材料的铁环支撑结构5支撑固定。在铁环支撑结构5和上下铁轭3之间放置环氧树脂垫板11，保证铁环支撑结构5和上下铁轭3之间的电绝缘。在铁环支撑结构5的内壁依次中心对称布置有梯度线圈8和匀场线圈9，轴向方向上匀场线圈9布置在梯度线圈8的外侧。梯度线圈8产生梯度场，匀场线圈9主要用于校正成像空间的磁场分布。本发明采用屏蔽线圈7屏蔽梯度线圈8在切换过程中产生的涡流，屏蔽线圈7同轴放置在梯度线圈8的外部。屏蔽线圈7和梯度线圈8通过环氧树脂支撑板10支撑。
图2所示是铁环4与铁环支撑结构5的俯视图，由于铁环5的下部与梯度线圈8较为接近，为了消除涡流，在铁环4径向方向上开有狭小缝隙16，以减小由于梯度线圈8的磁场变化产生的涡流。
如图3所示，铁环4是由多个圆环状铁片17叠加组成，每一片铁片的厚度大约在1～2mm，可由碳钢或高磁导率材料制成，铁环4通过非导磁材料制成的铁环支撑结构5固定在对称的铁轭结构上。同时为了调整力的相互作用将铁环4沿着轴线方向分成若干层状铁片叠加结构，通过调节所述的铁片的数目达到调节铁环的厚度，通过增加或减小铁片17的数量可以从工程上实现超导线圈1与上下铁轭3之间的电磁吸引力接近于零，从而实现力的平衡。当调节铁片17的数量达到力平衡后，通过加压的铁环固定结构6固定铁片17实现铁环结构的稳定。

Claims (7)

1.一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，包括圆环形的超导线圈(1)和低温容器(2)，超导线圈(1)放置在低温容器(2)内部获得低温环境，所述的磁体***分为上下两部分，上下两部分结构相同，关于中心对称；低温容器(2)的上下两部分由低温容器连接管(12)连通；其特征在于，超导线圈(1)与超导开关(14)组成闭环电流回路产生磁场，所产生的磁场通过上下铁轭(3)和侧铁轭(13)获得磁通回路，并进行磁场屏蔽；上下铁轭(3)和侧铁轭(13)被超导线圈(1)产生的磁场磁化，磁体***通过超导线圈(1)在磁体成像中心区域(15)内产生所需要的磁场；低温容器(2)的内孔空间中安装有圆环形的铁环(4)；通过铁环(4)改变超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间的磁场分布，减小超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间的相互电磁作用力；所述的铁环(4)由非磁性材料制成的铁环支撑结构(5)支撑固定；在铁环支撑结构(5)和上下铁轭(3)之间放置环氧树脂垫板(11)；在铁环支撑结构(5)的内壁依次中心对称布置有梯度线圈(8)和匀场线圈(9)，在轴向方向上匀场线圈(9)布置在梯度线圈(8)的外侧；屏蔽线圈(7)同轴放置在梯度线圈(8)的外部；屏蔽线圈(7)和梯度线圈(8)通过环氧树脂支撑板(10)支撑。
2.按照权利要求1所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，所述的铁环(4)与上下铁轭(3)之间没有磁路连接，使用空气间隙形成磁阻；被超导线圈(1)的磁场磁化的铁环(4)产生相互作用力，所述的作用力抵消超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间的电磁力。
3.按照权利要求1所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，所述的铁环(4)由多层圆环形铁片(17)叠加组成；铁环(4)的外圈贴近低温容器(2)的内表面，铁环(4)通过非导磁材料固定在对称的铁轭结构上。
4.按照权利要求1或2或3所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，所述的铁环(4)的材料使用碳钢或其他导磁材料；通过控制铁环(4)的厚度和高度，使超导线圈(1)和上下铁轭(3)之间的电磁吸引力接近于零。
5.按照权利要求3所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，通过增加或减小所述的铁片(17)的数量调节铁环的厚度，平衡超导线圈(1)与上下铁轭(3)之间的电磁力。
6.按照权利要求3所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，每一个所述的铁片(17)的厚度为1～2mm。
7.按照权利要求1所述的一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体***，其特征在于，所述的铁环(4)径向方向上开有狭小缝隙，以减小由于梯度线圈(8)的磁场变化产生的涡流。
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