CN213601712U - 可控磁场的核磁共振探头磁体以及核磁共振探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可控磁场的核磁共振探头磁体以及核磁共振探头，核磁共振探头磁体采用双环磁体结构，包括：外环磁体以及内环磁体，该外环磁体和该内环磁体可转动连接，在进行核磁共振测量时，双环磁体产生的静磁场相互叠加后，等于设计所需的磁场强度；在测量结束或需要临时“关闭”静磁场时，外环磁体旋转180度，使内外环磁体产生的磁场强度相同但方向相反，从而相互抵消，此时进入磁场内部的样品将不再被磁化，以此实现磁场开关功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及低场核磁共振仪器研发领域，尤其涉及一种可控磁场的核磁共振探头磁体以及核磁共振探头。
背景技术
核磁共振测量技术和应用方法的创新以仪器研发为依托。近年来，新的低场核磁共振探头磁体新结构不断涌现，不同于医学高场MRI(磁共振成像)以超导线圈提供产生核磁共振现象所必须的静磁场，低场核磁共振探头均以永磁体材料作为静磁场来源。相比于医学MRI，基于永磁体材料发展起来的低场核磁共振仪器体积更小、价格便宜，但其磁体材料特性也决定了其不能像MRI那样控制磁场何时产生和消失，即不具备磁场的“开关”特性，这导致低场核磁共振仪器平时在摆放时要特别小心，防止金属物质靠近。此外，在一些特殊的使用环境中，期望静磁场能暂时消失，例如在线/运动测量时，当被测样品包含顺磁性金属段或存在某些不能放置于磁场中的电子元器件时，在该段通过探头的这段时间内，就要求探头不能发射静磁场，但是，尚没有相关技术能够在不借助外部高导磁材料的基础上实现“开关”低场核磁共振探头静磁场的目的。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种可控磁场的核磁共振探头磁体以及核磁共振探头，能够至少部分解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
第一方面，提供一种可控磁场的核磁共振探头磁体，采用双环磁体结构，包括：外环磁体以及内环磁体，该外环磁体和该内环磁体可转动连接。
进一步地，可控磁场的核磁共振探头磁体还包括：外环固定座以及内环固定座，该外环固定座以及该内环固定座上均开有环形槽，该外环磁体嵌入该外环固定座的环形槽内，该内环磁体嵌入该内环固定座的环形槽内，该外环固定座和该内环固定座可转动连接。
进一步地，该外环固定座和该内环固定座之间通过丝杠轴承可转动连接。
进一步地，该外环固定座以及该内环固定座均为铝盘。
进一步地，可控磁场的核磁共振探头磁体还包括：电机，该电机与该外环固定座通过齿轮传动连接，该电机驱动该外环固定座相对于该内环固定座旋转。
进一步地，该外环磁体和该内环磁体均采用铁磁性材料制成。
进一步地，该铁磁性材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体。
进一步地，该外环磁体和该内环磁体均为超导体线圈。
进一步地，该外环磁体和该内环磁体均为Halbach磁体结构。
第二方面，提供一种核磁共振探头，包括：如上述的可控磁场的核磁共振探头磁体以及天线，该天线与该核磁共振探头磁体连接。
本实用新型提供的可控磁场的核磁共振探头磁体，采用双环磁体结构，包括：外环磁体以及内环磁体，该外环磁体和该内环磁体可转动连接，在进行核磁共振测量时，双环磁体产生的静磁场相互叠加后，等于设计所需的磁场强度；在测量结束或需要临时“关闭”静磁场时，外环磁体旋转180度，使内外环磁体产生的磁场强度相同但方向相反，从而相互抵消，此时进入磁场内部的样品将不再被磁化，以此实现磁场开关功能。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1a和图1b示出了本实用新型实施例中双环环形磁体结构；
图2a和图2b示出了本实用新型实施例中双环Halbach磁体结构。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
以下在实施方式中详细叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员，了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本实用新型的观点，但非以任何观点限制本实用新型的范畴。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本实用新型针对内发式(探头包裹样品进行测量)探测模式，提出一种具备磁场“开关”功能的低场核磁共振探头磁体结构，使低场核磁共振探头具备了类似MRI磁场“开关”功能。
本实用新型提供的可控磁场的核磁共振探头磁体采用双环磁体结构，包括：外环磁体以及内环磁体，外环磁体和内环磁体可转动连接。
具体地，为了使低场核磁共振探头所发射的静磁场具备“开关”功能，外环磁体和内环磁体在探头内部产生同样的均匀磁场分布。在进行核磁共振测量时，双环磁体产生的静磁场相互叠加后，等于设计所需的磁场强度；在测量结束或需要临时“关闭”静磁场时，外环磁体在电机的带动下旋转180度，此时内外环磁体产生的磁场强度相同，但方向相反，从而相互抵消，此时进入磁场内部的样品将不再被磁化。
本实用新型提出的双环式磁体结构主要针对现在室内实验室常用的两类内发式磁体结构，即环形磁体结构和Halbach磁体结构。
图1a和图1b所示是双环环型磁体结构，由内、外两环标准的环形磁体构成，通过磁场的有限元模拟，内外双环在同向嵌套时可在磁体内部产生相同的静磁场分布B0，静磁场叠加为2B0，如图1a所示。此时双环磁体的作用和传统单环磁体的作用相同，即为核磁共振现象的产生提供均匀静磁场。当需要“关闭”静磁场时，步进电机带动外环磁体旋转180度，使内、外环磁体产生的静磁场强度相同方向相反，从而抵消掉内部静磁场，如图1b所示。同理，需要再度“开启”静磁场时，只需步进电机带动外环磁体再旋转180度，就可再度在磁体内部产生磁场强度为2B0的均匀静磁场。
值得说明的是，图中B0是单环磁体产生的静磁场强度，黑色箭头表示磁体内部磁场方向；右下角黑色点表示步进电机，可驱动外环磁体转动。
图2a和图2b示出了本实用新型实施例中双环Halbach磁体结构。与环形磁体不同的是，Halbach磁体结构由充磁方向各不相同的许多小磁块组成，且其独特的外部零漏磁设计使它的应用范围较环形磁体更广。双环Halbach磁体结构的静磁场“开关”功能与环形磁体完全相同，同样是有步进电机拖动外环磁体旋转来实现内部磁场的“开关”。
值得说明的是，图中B0是单环磁体产生的静磁场强度，黑色箭头表示磁体内部磁场方向；右下角黑色点表示步进电机，可驱动外环磁体转动。
在一个可选的实施例中，该可控磁场的核磁共振探头磁体还包括：外环固定座以及内环固定座，该外环固定座以及该内环固定座上均开有环形槽，该外环磁体嵌入固定在该外环固定座的环形槽内，该内环磁体嵌入固定在该内环固定座的环形槽内，该外环固定座和该内环固定座可转动连接。
举例来说，外环固定座和该内环固定座之间通过丝杠轴承可转动连接。
通过采用上述技术方案，能够有效固定磁体，实现内环磁体和外环磁体之间的可转动连接。
在一个进一步地实施例中，该外环固定座以及该内环固定座均为铝盘。
其中，通过采用铝盘，能够有效减少对磁体的干扰，提高磁体性能。
在一个可选的实施例中，电机与外环固定座通过齿轮传动连接，该电机驱动该外环固定座相对于该内环固定座旋转。
其中，该电机可以是步进电机。
在一个可选的实施例中，该可控磁场的核磁共振探头磁体还可以包括：控制器，所述控制器连接所述电机，用于控制电机运转。
具体地，控制器可以采取例如微处理器或处理器、ECU，包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。
在一个可选的实施例中，该外环磁体和该内环磁体均采用铁磁性材料制成，比如钕铁硼、钐钴或铁氧体等。
在另一个可选的实施例中，该外环磁体和该内环磁体均为超导体线圈。
在一个可选的实施例中，该外环磁体和该内环磁体均为Halbach磁体结构。
值得说明的是，外环磁体的最大外径可达2米左右，内环磁体的内径最小可达4厘米左右，具体需要根据实际需要设置。
本实用新型还提供一种核磁共振探头，包括：如上述的可控磁场的核磁共振探头磁体以及天线，天线与所述核磁共振探头磁体连接。
低场核磁共振仪器探头均以铁磁性材料(钕铁硼、钐钴、铁氧体等)来发射静磁场。为了提高核磁共振信号的信噪比，这一静磁场通常是均匀磁场，以测量弛豫时间(纵向弛豫时间T1，横向弛豫时间T2)为主；有时为了得到一些特殊参数(如扩散系数D)，也会通过磁体结构的设计在探头探测区域内施加均匀梯度磁场。应对不同的探测对象，往往需要设计不同的磁场强度，例如测量孔隙介质通常选用2MHz的磁场，以减小内部梯度场的同时获得最佳的信噪比；而测量流体样品时通常选用较高的磁场强度，以提高信号强度。但不论采用哪种磁体结构，以及施加哪种静磁场，所用到的铁磁材料均根据设计事先充磁至设定磁场强度，且一旦充磁完毕，磁体将永远保持这一充磁强度。这使得低场核磁共振探头的磁体不具静磁场“开关”功能，即无论是否处于测量状态，静磁场始终存在。
目前，室内常用的采用内发式均匀磁场的低场核磁共振探头磁体结构主要有三种：C型磁体(又称双极板磁体、U型磁体)结构，环形磁体结构，Halbach磁体结构。C型磁体结构采用2块板状磁体在其内部形成均匀磁场，结构简单易于加工和安装，但是探头体积较大，暂时没有很好的方法对其磁场进行有效的“开关控制。”环形磁体结构和Halbach磁体结构相比C型磁体结构而言体积缩小很多，探头敏感区域更大，所以应用的更为广泛。本实用新型针对环形磁体结构和Halbach磁体结构，提出具有磁场“开关”功能的双环磁体结构，能够使得探头有效实现磁场开关功能，使用方便。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，采用双环磁体结构，包括：外环磁体以及内环磁体，所述外环磁体和所述内环磁体可转动连接；
其中，所述可控磁场的核磁共振探头磁体还包括：外环固定座以及内环固定座，所述外环固定座以及所述内环固定座上均开有环形槽，所述外环磁体嵌入所述外环固定座的环形槽内，所述内环磁体嵌入所述内环固定座的环形槽内，所述外环固定座和所述内环固定座可转动连接。
2.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述外环固定座和所述内环固定座之间通过丝杠轴承可转动连接。
3.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述外环固定座以及所述内环固定座均为铝盘。
4.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，还包括：电机，所述电机与所述外环固定座通过齿轮传动连接，所述电机驱动所述外环固定座相对于所述内环固定座旋转。
5.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述外环磁体和所述内环磁体均采用铁磁性材料制成。
6.根据权利要求5所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述铁磁性材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体。
7.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述外环磁体和所述内环磁体均为超导体线圈。
8.根据权利要求1所述的可控磁场的核磁共振探头磁体，其特征在于，所述外环磁体和所述内环磁体均为Halbach磁体结构。
9.一种核磁共振探头，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的可控磁场的核磁共振探头磁体以及天线，所述天线与所述核磁共振探头磁体连接。
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