一种产生非球形匀场区磁场的磁共振成像装置制造方法
【专利摘要】一种产生非球形匀场区磁场的磁共振成像装置，磁体(51)的两个正向导磁铁轭(11、12)，相互平行布置。两个正向导磁铁轭(11、12)内侧各有一个磁极头(14、15)，两磁极头(14、15)之间具有一定的间隙，形成静磁场。两个正向导磁铁轭(11、12)的一端有与其垂直的侧向导磁铁轭(13)，侧向导磁铁轭(13)位于两个正向导磁铁轭(11、12)之间，侧向导磁铁轭(13)的两端分别与两个正向导磁铁轭(11、12)的一端连接成一体，构成磁通路。正向导磁铁轭(11、12)、侧向导磁铁轭(13)与磁极头(14、15)共同构成磁体。检查床(61)能够沿垂直于扫描层面的方向移动。磁极头(14、15)的极面形状为长宽尺寸不同的矩形，或者长轴与短轴尺寸不同的椭圆形或多边形。
【专利说明】一种产生非球形匀场区磁场的磁共振成像装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于医学诊断的磁共振成像装置。
【背景技术】
[0002] 磁共振成像方法是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。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。由 于在这一过程中，加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以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。
[0003] 磁共振成像系统中，用于产生静磁场的磁体技术是其中的核心技术之一，静磁场 一般都是由超导线圈或永磁铁产生，因此磁体又分为超导磁体和永磁体。磁共振成像系统 中，现有的方法都是在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为一个球形，将 成像部位置于这个球形区域后，通过扫描可以获取被成像部位的图像。显然，这种方式可以 对成像部位选取任意方向的切层，具有大的扫描自由度。
[0004] 然而，现有的这种磁体结构，由于要产生球形的磁场均匀区，导致磁体的磁极面必 须为圆形，或者正多边形，对于螺线管形式的超导磁体，其线圈长度也必须为其直径的一定 的倍数，比如1. 5倍。这种磁体结构导致磁体的体积庞大，成本高昂，患者的幽闭感强烈，并 且难以实施实时的导航介入成像。为改变这种状态，有多种所谓开放式磁共振成像系统出 现，它的磁体不再是封闭结构，比如中国专利94115507. 2公开了一种开放度很大的C型结 构的磁体，可用于MRI系统，如图6所示。它由上下两磁极面形成静磁场，两磁极面通过上 下铁轭和位于一侧的垂直的铁轭连接，形成磁路。这种结构的磁体能够使病人从一侧的开 口进入，解除病人的幽闭感，同时，医生可以从三面接近病人，为介入治疗提供了方便。
[0005] 然而，这种磁体的开放度还是不够，由于人体在这种磁体中所受的压迫感主要来 自磁体的两个极面方向。目前的磁体结构由于极面为圆形或者正多边形，极面尺寸很大，人 体进入后磁极面位于患者的上下方向，由于受磁体间隙的限制，使得患者进去后，磁极面距 离身体很近，依然有很强的压抑感。同时，由于极面尺寸的巨大，导致实行介入成像极为不 便。
[0006] 为此，一种可行的方法就是缩减磁体极面的尺寸，从而解决上述的问题。但是缩小 磁体极面的尺寸会同时缩小磁场的均勻区域，对于现有扫描方式不适用。有一种扫描方法 是，在扫描时仅仅扫描某一固定方向的层面，并且每次所扫描的层面数不必很多，而其他方 向的层面图像通过图像后处理的方式生成，比如常用的多平面重建的方法，则并不需要磁 场的均匀区为一球形，仅仅在这一固定方向的层面少保持较大的磁场均匀区即可，而在垂 直于该层面的方向其均匀区的尺寸可以减小。这样，磁体的磁极面就可以在一个方向上减 小，使得磁场的均匀区变成一个椭球区域，其中椭球的两个长轴尺寸相同，而另一个短轴的 尺寸可以显著缩小，每次的扫描层面的选取在两个长轴所在的平面内，这样可获得符合医 学要求的扫描图像，其他层面方位的图像可以通过检查床的移动来定位患者的扫描部位， 多次扫描患者不同位置，通过图像后处理的方式重建出任意方位的图像。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种能够产生非球形均匀区磁场的磁 共振成像装置。
[0008] 本发明采用以下技术方案：
[0009] 本发明磁共振成像装置由磁体、梯度系统，射频系统，数据采集和脉冲发生器，检 查床等构成。所述的脉冲发生器控制梯度系统和射频系统，产生所需的梯度磁场和射频场。 梯度系统中的梯度线圈和射频系统中的射频线圈安装在磁体上。射频线圈用来激发和获取 磁共振信号，梯度线圈用来对磁共振信号进行空间编码。所述的数据采集系统从射频系统 中接收磁共振信号。检查床位于磁体的两磁极头之间，用于承载患者。
[0010] 所述的磁体包括一对正向导磁铁轭，一对正向导磁铁轭相互平行布置。在这对正 向导磁铁轭的内侧各有一个与正向导磁铁轭相连的磁极头，所述磁极头产生的磁场方向与 两个磁极头的中心连线平行，并且在两个磁极头之间的间隙中产生均匀的静磁场。在这对 正向导磁铁轭的距磁极头较远的端部有一个与其垂直的侧向导磁铁轭，所述的侧向导磁铁 轭位于这对正向导磁铁轭之间，并分别与两个正向导磁铁轭的端部连成一体，这三个铁轭 与磁极头一起构成磁路。
[0011] 本发明的磁共振成像装置的另外一种磁体仅有一对磁极头，一对磁极头安装在支 撑架上，与支撑架在机械上紧密贴合，在两磁极头之间的间隙中产生均匀的静磁场。
[0012] 本发明这两种磁体的磁极头面向成像空间的平面成为磁极面。其中，在第一种磁 体中，磁极头的材料可以是永磁材料，也可以是导电线圈环绕导磁材料，或者仅由导电线圈 构成，导电线圈可以是超导线圈，也可以是水冷的铜线圈。在磁极头的背向成像空间的一端 连接有导磁的正向导磁铁轭，正向导磁铁轭又与侧向导磁铁轭连接，构成导磁的通路，磁极 头所产生的磁通在这个导磁的通路中通过。第二种磁体的磁极头则仅由线圈构成，线圈可 以是超导线圈，也可以是水冷的铜线圈。磁极头所产生的磁通通过空气构成通路。
[0013] 这两种磁体在成像空间中所产生的磁场均匀区的形状主要由磁极面的形状确定， 现有的磁体中，为保证磁场均匀区的形状为球形，要求磁极面的形状为圆形或者正多边形。
[0014] 本发明的显著特征在于，这两种磁体的磁极头所形成的磁极面的形状为椭圆型、 或长宽尺寸不相等的矩形、或者长短轴长度不相等的多边形。这种磁极面所产生的磁场均 匀区为一个椭球形，其中椭球的两个长轴的尺寸相同，而另一个短轴的尺寸则较短。成像 时，仅仅取两个长轴所在的平面作为层选平面进行扫描，显然每个层面所获得的图像满足 现有的临床标准。由于仅仅能够获得一个方向的扫描图像，并且由于在层面方向的均匀区 较现有的方法小，一次扫描所获得的层面数也较少。为了获得其他方向的图像，并且获得该 方向更多的层面图像，可以在扫描完成一组图像后，移动检查床，将患者的另一部位移动到 均匀区内，并完成该部位的扫描。通过多次移动检查床，可以获得足够数量的该方向的扫描 数据。采用多次的二维或三维的扫描，可获得患者不同位置的扫描数据，通过图像数据的后 处理，获取任意方位的大范围的扫描图像。
[0015] 本发明这一特征可以显著减小磁极面的尺寸，使得患者的幽闭感大大减少，并且 方便实行导航介入成像。同时，本发明也使得磁极头的尺寸大大减小，从而显著减小磁体的 体积和重量。
[0016] 本发明所述的检查床与磁体相连，可以在三个方向平移，通过检查床的移动来进 行层面定位，不同于现有方法通过梯度场和射频频率的变化来进行层面定位。所述检查床 的定位过程与成像过程相关，对于2D序列，由于垂直于层面方向的磁场均匀区较小，仅可 实现较少层面的扫描，扫描时，射频频率仅在这几个扫描层面的范围内变化，实现对这组层 面中每个层面的扫描；每扫描完一组层面后，在程序的控制下，检查床沿垂直于层面的方向 平移所需要的距离，直到下一组层面准确进入到扫描视野中，重复上述的扫描过程；经过多 次的这种平移，可以实现足够多层面的扫描。对于3D扫描，射频频率固定不变，每扫描完成 一个厚层，即比较厚的扫描层面，由程序控制检查床沿垂直于厚层方向平移，使得下一个厚 层进入扫描视野，经过多次的平移可实现多厚层的扫描。在获得足够多的扫描层面数据后， 可通过后处理重建任意方向的图像。
[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：由于两个磁极头所形成的磁极面的尺寸 显著减小，因此患者躺卧后，其身体的上下方向所能够感觉到的磁极头很小，因此这个方向 的压迫感显著减小。因此，本发明能够使患者的压迫感大大减小。同时，本发明的磁极头极 面尺寸的减小，使得患者检查部位离磁体边缘的距离也大大缩短，有利于进行导航介入成 像，特别是实时术中导航成像。
[0018] 另一方面，由于磁极头的尺寸减小，带来整个磁体体积和重量的减小，可大大降低 磁体的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明磁体的实施例1的原理图。图中：11、12为正向导磁铁轭，13为侧向 导磁铁轭，14、15磁极头；
[0020] 图2是本发明磁体的实施例2原理图。
[0021] 图3是本发明磁体的实施例3原理图。
[0022] 图4是本发明磁体的实施例4结构示意图。
[0023] 图5是本发明磁共振成像装置的磁体和检查床相互位置示意图；
[0024] 图6为现有技术磁共振成像装置的一个典型磁体的实施例示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0026] 如图1所示，本发明实施例1的磁体上下各有一个正向导磁铁轭11和12,这两个 正向导磁铁轭11、12上下布置，相互平行。
[0027] 在这两个正向导磁铁轭11、12的内侧各有一个磁极头14、15。磁极头14、15中心 的连线是磁场的方向，在两个磁极头14、15之间的空气中产生静磁场。两个正向导磁铁轭 11、12的另一端有一个与其垂直的侧向导磁铁轭13,该侧向导磁铁轭13位于两个正向导磁 铁轭11、12之间，与正向导磁铁轭11、12相接，分别与两个正向导磁铁轭11、12的端部连成 一体，构成磁通路。
[0028] 图2为本发明的实施例2的磁体的结构，所述磁体有两个磁极头14和15, 一对磁 极头14、15中心的连线是磁场的方向，在两个磁极头14、15之间的空气中产生静磁场。一 对磁极头14、15安装在支撑架上，与支撑架19紧密贴合。
[0029] 图3所示为本发明的实施例3,该实施例3两磁极头14和15之间的间距是10cm， 磁极头为椭圆形，椭圆形的长轴长20cm，短轴长10cm，中心磁场强度能够达到4000高斯，整 个磁体重量为100公斤，可用于台式肢体和关节成像专用设备。
[0030] 图4所示为本发明的实施例4,该实施例4的两个磁极头14和15的间距是66cm， 磁极头为多边形，多边形的长轴140cm，短轴70cm，中心磁场强度能够达到3500高斯，整个 磁体重量为10000公斤。该磁体具有大的开口尺寸，开口方向垂直向上，可方便实行术中导 航介入成像。
[0031] 图5所示为本发明磁共振成像装置的磁体系统与检查床的相互位置。其中磁体51 的磁极头14、15之间设置一个可以在三方向移动的检查床61，检查床61的运动受成像序列 的控制，其定位精度达到0. 1_，可通过检查床的运动实现层面定位。
【权利要求】
1. 一种产生非球形匀场区磁场的磁共振成像装置，该装置由磁体（51)、梯度系统，射 频系统，数据采集和脉冲发生器和检查床￠1)等构成；所述的脉冲发生器控制梯度系统和 射频系统产生所需的梯度磁场和射频场，梯度系统中的梯度线圈和射频系统中的射频线圈 安装在磁体上，射频线圈用于激发和获取磁共振信号，梯度线圈用于对磁共振信号进行空 间编码；所述的数据采集系统从射频系统中接收磁共振信号；承载患者的检查床￠1)位于 磁体（51)的两个磁极头（14、15)之间，其特征在于，所述的磁体（51)的两个正向导磁铁轭 (11、12)，相互平行布置；两个正向导磁铁轭（11、12)内侧各有一个磁极头（14、15)，两磁极 头（14、15)之间具有一定的间隙，形成静磁场；两个正向导磁铁轭（11、12)的一端有与其垂 直的侧向导磁铁轭（13)，侧向导磁铁轭（13)位于两个正向导磁铁轭（11、12)之间，侧向导 磁铁轭（13)的两端分别与两个正向导磁铁轭（11、12)的一端连接成一体，构成磁通路；正 向导磁铁轭（11、12)、侧向导磁铁轭（13)与磁极头（14、15)共同构成磁体；检查床（61)能 够沿垂直于扫描层面的方向移动。
2. 按照权利要求1所说的磁共振成像装置，其特征在于，所述磁体（51)的磁极头（14、 15)面向成像空间的表面构成极面（16)，所述的极面（16)形状为矩形、椭圆形或多边形。
3. -种用于磁共振成像装置，该装置由磁体（51)、梯度系统，射频系统，数据采集和脉 冲发生器和检查床（61)等构成；所述的脉冲发生器控制梯度系统和射频系统产生所需的 梯度磁场和射频场，梯度系统中的梯度线圈和射频系统中的射频线圈安装在磁体上，射频 线圈用于激发和获取磁共振信号，梯度线圈用于对磁共振信号进行空间编码；所述的数据 采集系统从射频系统中接收磁共振信号；承载患者的检查床￠1)位于磁体（51)的两个磁 极头（14、15)之间，其特征在于，所述的磁体的两个磁极头（14、15)之间具有一定的间隙， 形成静磁场；磁极头（14、15)由空心线圈构成，线圈使用超导线或水冷铜导线绕制；两个 磁极头（14、15)面向成像空间的表面形成两个磁极面；两个磁极头（14、15)安装在支撑架 (19)上，与支撑架（19)紧密贴合，支撑架（19)与磁极头（14、15)构成磁体；支撑架（19)不 导磁。
4. 按照权利要求3所说的磁共振成像装置，其特征在于，所述磁体的两个磁极头（14、 15)所形成的磁极面（16)的形状为矩形、椭圆形或多边形。
5. 按照权利要求1或3所说的磁共振成像装置，其特征在于，通过所述的检查床（61) 的移动确定扫描层面的位置，并采用多次的二维或三维的扫描，获得患者不同位置的扫描 数据，通过图像数据的后处理，获取任意方位的大范围的扫描图像。
【文档编号】A61B5/055GK104146710SQ201410400334
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】杨文晖, 王铮, 魏树峰 申请人:中国科学院电工研究所