专利名称：一种磁共振成像磁体极板的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像(MRI)系统，特别是涉及磁共振成像磁体的极板。
背景技术：
磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号，由天线接收。当在这一过程中加入梯度磁场后，就可以通过射频信号获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。
梯度磁场是由梯度线圈产生的，梯度线圈安装在靠近极板的位置，工作时施加大小和宽度不同的脉冲电流。由于脉冲电流的存在，它在变化的过程中将在导电的极板中感应出涡流。由于涡流的大小、分布和衰减时间不受成像系统控制，而是同极板的材料和结构有关，因此它的存在将严重影响成像质量，导致信号的相位产生误差，信号发生变形，使得图像产生伪影，信噪比下降，并影响成像系统众多的性能。
为减小涡流的影响，一个方法是采用有源屏蔽梯度线圈，这种方法在有极板的磁体中应用时，效率很低，使得系统结构复杂，成本上升，使用和维护不方便。
另一种方法在导电的极板上贴附各种导磁材料，这些材料被切割成各种形状，以减少涡流的产生，而且在极板和所贴附的导磁材料之间有一层隔离层，以隔离涡流使得涡流不在极板中产生。
图1所示为磁共振成像磁体及其梯度线圈结构的一般的结构。101为导磁的铁轭，102是磁极头，由磁性材料制成。103是极板，用于使成像区的磁场变得均匀，105是匀场环，用于扩大均匀磁场的区域。104为梯度线圈，用于产生梯度磁场，106为射频线圈，发射射频电磁波激励被测物体的原子核，并接收被测物体发出的电磁波，由于梯度场的加入，能够使被测物体发射的电磁波的频谱在空间上有分布，从而重建出被测物体的图像。
为节省空间，梯度线圈104一般都紧贴极板103安装，目前磁共振成像时都采用脉冲梯度场，这就需要在梯度线圈中通以脉冲电流，脉冲电流能大到数百安培，这时，如果极板103是导体，根据电磁感应定律，它将在极板103中感应出涡流。涡流同样产生磁场，由于其分布的非线性，衰减时间的不可控，将严重干扰成像。
中国专利01114389.4和01245762.0公开了各自的方法，这类方法一般是在极板上贴附片状或带状的导磁材料，比如专利01114389.4将其设计的极板分成三个部分，导电的极板体上附有一层不导电的所谓隔离层，然后再贴附各种导磁材料，用以减小涡流产生。显而易见，这些方法都对减小涡流有一定的效果。然而，由于对成像水平的要求的提高，这些方法对进一步减小涡流已无能为力，因为，这类方法的目的是期望在梯度线圈工作时，梯度磁场的磁力线都通过所贴附的高导磁材料内部形成磁路，从而不进入导电的极板机头，而能够抑制涡流的产生。但是，由于这种类结构仅对横向梯度场产生的涡流具有较好的抑制作用，而在轴向梯度工作时，由于极板机头和所贴附的材料有相近的磁导率，必然有一部分梯度磁力线进入极板中，而且这部分磁力线经过成像区的中心。又因为极板机头与所贴附的材料之间存在一个不导磁的隔离层，使得磁力线无法很快进入所贴附的材料，因此在极板上依然形成一定的涡流，这些涡流的存在足以对一些快速成像序列构成影响。
如图2所示201为通常的极板，它是由导磁材料制成，由于机械结构的需要，通常是由纯铁制成，因此它也是个导电体。若梯度线圈靠近极板，显然将会产生涡流。为此，在极板上贴附一层导磁而不导电的材料203，这层材料由于没有机械强度上的考虑，可用小块的导磁材料拼接成，其相互之间电绝缘，因此总体上电阻很大。更进一步，在极板201和所贴附的不导电层203之间加入一层绝缘层202，它既不导磁也不导电。采用这种结构的目的是希望使梯度磁场的磁力线完全通过203层，形成闭合磁路。
图3所示为此方法在轴向梯度工作时其磁场磁力线的走向。201为极板，202为绝缘层，203为所贴附的不导电导磁材料，204为匀场环，301为轴向梯度线圈。图中可见有大部分的磁力线经过203层，但是，由于极板材料和所贴附的材料导磁率接近，有一部分磁力线进入了201极板，而且，由于极板和所贴附的材料中间有层不导磁的绝缘层，使得磁力线将在极板中穿行很长的路径，从而在极板中产生涡流，而且这部分磁力线经过成像区，因此依然会对成像产生影响。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的磁共振成像磁体的极板在轴向梯度线圈工作时中产生较大涡流的问题，进一步提高磁共振成像系统的成像水平，为此，本发明提出一种采用新结构的磁共振成像磁体极板。
本发明采用以下技术方案磁共振成像磁体主要包括由磁性材料制成的磁极头、导磁材料制成的轭铁及极板。磁体通过极板在成像空间中产生所需的静磁场。极板的作用是在成像空间产生均匀的磁场，它必须由高导磁的材料制成。
本发明的极板按从磁极头到成像空间的方向排列，由极板机头、绝缘层、疏导层、导引环构成，同时，在靠近成像空间的一面还有一个匀场环。其中，导引环是一个附加在极板侧面四周的圆环，它与极板机头之间有一个绝缘层。极板机头是由导磁又导电的材料制成，绝缘层是由不导电不导磁的材料制成，疏导层和导引环是由高导磁不导电的材料制成。所谓疏导层，是用来疏导梯度磁场磁力线，使之不进入极板机头，所谓导引环，是用来导引梯度磁场磁力线进入疏导层，避免磁力线进入极板机头。
极板机头为高导磁导电材料，其面向成像空间的一面附有一层不导磁不导电的绝缘层，绝缘层面向成像空间的一面又附有一层高导磁不导电的疏导层；同时，极板在其侧面四周附着有同样的绝缘层，在绝缘层外侧附有一个导引环，导引环由高导磁和不导电的材料制成。
导引环同疏导层在磁路上连成一体，导引环与极板机头间夹有一层不导磁的绝缘层。磁力线首先进入导引环，由于导引环与极板机头之间有一层绝缘层，其磁阻很大，因此磁力线通过导引环转而进入低磁阻的疏导层。又因为疏导层与极板机头之间有一层不导磁的绝缘层，磁力线无法再进入极板机头内，它将沿疏导层再通过成像空间的气隙形成闭合的磁路，因此，本发明能够保证梯度磁场磁力线不进入极板，从而不产生涡流。
显然，本发明中导引环的位置是磁通密度较大的区域，因此，要求导引环的材料有高的导磁率和高的饱和磁感应强度，并且同疏导层一样，有低的矫顽力。目前已有一些材料和方法来制作这样的导引环，比如采用非常薄的非晶合金带卷绕成这样的导引环，这种非晶合金薄带具有很高的饱和磁通密度，大的磁导率，大的电阻率；另外，也可以用薄的硅钢片裁成一定长度和宽度的窄条，然后用胶粘接在绝缘层的外面，也可根据绝缘层的外径，事先做个模具，将这些窄条加入胶粘剂，压成多个有一定厚度的弧形条，再将这些条用机械的方法固定在极板的侧面，形成导引环，每条之间保持绝缘。总之，现有的材料和方法可以制作出本发明所说的导引环。
本发明的导引环可以采用与疏导层相同的材料，并且可以一次整体制作；也可以用不同的材料，分别制成后通过机械或粘接的方法连接成整体，这里，导引环同疏导层之间的磁阻对性能的影响很大，磁阻过大会导致一部分磁力线重新进入极板机头中，带来涡流，因此，为减小导引环与疏导层之间的磁阻，可以在它们之间填充高导磁的材料，比如非常薄的柔软的非晶合金带，或其它一些高导磁的材料，用以减小磁阻。
图1为现有技术的磁共振磁体及其梯度线圈结构示意图。图中101导磁的铁轭，102磁极头，103极板，104梯度线圈，105匀场环，106射频线圈。
图2是现有技术的极板结构原理图。
图3是现有技术的极板中梯度磁场磁力线的走向示意图。
图4为本发明的基本结构原理图。图中401极板机头，402、403绝缘层，405疏导层，404导引环，406匀场环。
图5是本发明中梯度磁场磁力线在极板中的走向示意图。
图6是本发明具体实施方式
之一的示意图。
图7是本发明的具体实施方式
之二的示意图。图中701高导磁材料。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。
图4所示为本发明基本结构原理。极板401按从磁极头到成像空间的方向排列，由极板机头、绝缘层402、403、疏导层405、导引环404构成，同时，在靠近成像空间的一面还有一个匀场环406。其中，导引环404是一个附加在极板机头401侧面四周的圆环。极板机头401用既导磁又导电的材料制成。为阻止磁力线进入极板机头401，在极板机头401的下面和侧面贴附一层不导磁又不导电的绝缘层402和403，然后其外侧贴附足够厚度的导磁不导电的疏导层405，其厚度使得它在工作时处于不饱和状态。在极板侧面的绝缘层外贴附一圈高导磁而不导电的导引环404，。导引环404的作用是将此处的磁力线通过高导磁的材料引导到疏导层405内，而不进入极板401。
本发明要求导引环和疏导层均工作在不饱和状态，这是因为，若导引环饱和后，其磁导率很小，磁阻接近空气和绝缘层，则磁力线的走向将同现有技术一样，导致部分磁力线进入极板，从而产生涡流。同样，若疏导层饱和时，其磁导率也很低，将导致磁力线进入极板中。为使导引环和疏导层工作在不饱和状态，需要根据材料的磁特性设计其工作点。导引环和疏导层内的磁通密度是同磁体的主磁场相关的，增大导引环的厚度和疏导层的厚度，可以降低导引环和疏导层中的磁通密度，使材料工作在磁化曲线中的线性段，此处材料的磁导率很高，磁阻小。206为匀场环，它的作用是用来扩大成像区的匀场区。
图5是本发明的磁力线的走向和路径，图中可见磁力线经过导引环404后进入到了疏导层405内，由于有绝缘层402的阻隔，其磁阻非常大，而此时的疏导层又处于不饱和的状态，导磁率很高，因此磁力线不再进入极板401中，从而大大减小了极板中的涡流，可以改善快速成像序列的成像质量。
显然，导引环404所在的位置磁通密度较高，因此要求制造导引环404的材料具有较高的磁导率和饱和磁感应强度。同时，导引环404与疏导层405之间紧密连接，以最大限度地减小磁阻。为使导引环404与疏导层405之间紧密连接，其加工精度要求很高，为降低加工精度要求，导引环和疏导层可以作为一个整体制出，或者，在导引环和疏导层之间填充高导磁的材料。
图6是本发明的一个实施例，其中，导引环404与疏导层405成为一个整体601，制造时可以将其整体制造，从而最大程度地减小了漏磁。
图7是本发明的另一个实施例，为减小疏导层405和导引环404之间的漏磁，可在它们之间的结合处填入薄而柔软的高导磁材料701，如非金合金薄片等材料，也可以减小磁处的漏磁，防止磁力线重新进入极板内。
权利要求
1.一种磁共振成像磁体极板，由磁性材料制成的磁极头、导磁材料制成的轭铁、以及高导磁导电材料制成的极板组成，其特征是，极板按从磁极头到成像空间的方向排列，由极板机头[401]、绝缘层[402][403]、疏导层[405]、导引环[404]构成；导引环[404]是一个附加在极板机头[401]侧面四周的环，它与极板机头[401]之间有一个绝缘层[403]；在靠近成像空间的一面还有一个匀场环[406]。
2.如权利要求1所说的磁共振成像磁体极板，其特征是，所述的极板机头[401]是由导磁又导电的材料制成，所述的绝缘层[402][403]是由不导电不导磁的材料制成，所述的疏导层[4051和导引环[404]由高导磁不导电的材料制成。
3.如权利要求1或2所说的磁共振成像磁体极板，其特征是，所述的疏导层[405]是贴附在绝缘层[402]上的一层不导电导磁的材料，疏导层[405]与导引环[404]紧密连接，使它们之间的漏磁最小。
4.如权利要求1至3的任何一项所说的磁共振成像磁体极板，其特征是，所述的导引环[404]和疏导层[405]均工作在不饱和状态，具有较高的导磁率。
5.如权利要求1至4的任何一项所说的磁共振成像磁体极板，其特征是，所述的导引环[404]与疏导层[405]在制造时可以作为一个整体制造；当它们分开制造时，在导引环[404]与疏导层[405]之间的结合处可填加高导磁的柔性软磁材料[701]。
全文摘要
一种磁共振成像磁体极板，涉及磁共振成像(MRI)系统。主要包括以下组成部分1.用于产生均匀磁场的极板机头，2.一个用于隔离涡流的绝缘层402、403；3.一个疏导层405，4.和一个用于引导磁通走向的导引环404，5.外加上一个匀场环406。其中绝缘层402、403具有高磁阻和高电阻，夹在极板机头与疏导层405、极板机头与导引环406之间，疏导层与导引环具有高电阻和低磁阻，并直接相连。其特征在于，导引环404可将绝大部分梯度磁场的磁通导入到疏导层405中，因而不论是对横向梯度磁场，还是纵向梯度磁场都能够大大减小极板上的涡流，从而大大提高图像质量。
文档编号A61B5/055GK1711964SQ20041000923
公开日2005年12月28日 申请日期2004年6月22日 优先权日2004年6月22日
发明者杨文晖, 宋涛, 王慧贤, 王铮 申请人:中国科学院电工研究所