[发明专利]一种带有铁环结构的开放式核磁共振磁体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于核磁共振成像装置磁体系统。

背景技术

医学核磁共振系统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系统提供给病 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 超导线圈磁体系统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系统使用钕铁硼(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，通常使用控温系统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系统。这样的磁体系统重量较小，系统的结构较为紧凑。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，使得磁体系统的结构复杂，并且外支撑结构导致外接极高热流进入到低温 系统内部，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系统，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系统包括圆环形的超导线圈和低温容器，所述的磁体系统分 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。所述的磁体系统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。