用于海上舰船环境的核磁共振成像系统的制作方法

本实用新型涉及大型医学影像装备技术领域，特别是涉及一种针对医院船、带有医疗模块的大型船舶、以及海上医疗方舱等海上环境专用的核磁共振成像系统。该系统采用低场强常导匀场发生技术，设计了适合于舰船环境的立式抗振动主磁体结构，采用了高灵敏度感应线圈、高精度稳定电源及增强成像技术，具有低场强、防潮湿、防盐雾、电磁兼容性好等特点，适合于海上舰船环境使用。

背景技术：

发明于20世纪70年代的磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术是医学影像学发展史上的一次革命。尽管MRI被广泛应用于临床的历史才30多年，但由于它具有多方位任意角度成像、多参数成像提供丰富的诊断信息、高对比度(尤其是神经、血管和肌肉等软组织对比度)、无气体和骨伪影干扰、无电离辐射等优势，使其成为临床诊断必不可少的影像设备。近年来，随着国家对海洋战略的逐步重视，以及由近海防御转向远海防卫的重要战略转变，越来越多的舰船驶向远海。因此，为了保障远洋船舶的人员健康，国家新建了很多医院船以及带有医疗方舱模块的大型舰船，功能定位是海上三甲医院。然而，目前陆地医院所使用的磁共振成像设备都无法满足船用要求，由于缺乏船用磁共振成像设备，大大限制了医院船的海上医疗能力。本实用新型就是在这样的技术背景下，依据海上舰船环境实际情况，发明设计了一种适合于海上舰船环境的MRI系统设备。

海上舰船所面临的环境条件十分恶劣，完全不同于陆地大型医院环境。海上舰船环境具有高温、高湿、高盐雾以及船体的晃动振动、电磁干扰等不利因素，因而导致了陆地医院所使用的医疗设备无法在海上舰船环境使用。对于MRI设备来讲，目前市场上的MRI产品都是针对陆地医院环境所设计制造的，无法应用于海上舰船环境。本实用新型所发明的海上舰船环境专用MRI系统可解决这一难题。磁体是MRI系统中的核心部件。根据磁场产生原理，磁体可分为超导磁体，常导磁体和永磁磁体。目前陆地医院所用MRI系统基本上都是超导磁体或永磁磁体。超导磁体应用于海上舰船环境专用MRI系统有以下几个问题：1、虽然超导磁体一般具有较高的磁场强度，但同时其具有较大的逸散磁场。这就意味着需要更加复杂的磁场屏蔽设计和更大的舱室空间，而目前海上舰船的医疗舱室都是。一般现有超导移动式MRI系统的扫描间需要6-10米，整个系统方舱长度在15米以上。2、超导磁体价格昂贵，运行费用高，维护费用高。为了维持磁体的超导状态需要定期充灌昂贵的液氦，而且液氦只能依靠进口。如果发生停电，可能导致磁体失超，致使整个系统瘫痪。3、超导磁体的筒状封闭结构，可能致使被检测对象产生幽闭恐惧感，致使检查无法进行。4、超导磁体抗震能力差，震动易导致失超，不但致使整个系统瘫痪，而且由于失超还会产生严重的安全问题。而永磁磁体由于磁体体积大、重量大、磁场强、无法消磁等问题，也无法在舰船上使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于海上舰船环境的核磁共振成像系统。本实用新型根据海上舰船振动参数和环境参数，设计了一种开放式的低场强常导线圈磁体，解决了海上舰船环境MRI系统中的低功耗、抗振动、防潮湿、防盐雾、电磁兼容性等关键技术问题，实现了核磁共振设备的上舰运行。

本实用新型提供了一种用于海上舰船环境的核磁共振成像系统，包括：

主磁体、梯度装置、射频装置以及病床；

所述梯度装置包括梯度线圈、梯度功率放大器和梯度脉冲发生器，产生线性良好的梯度磁场；

所述射频装置包括射频线圈、射频功率放大器和射频脉冲发生器，激发和接收核磁共振信号；

主磁体独立设置，梯度线圈以及射频线圈连接于病床上，所述主磁体的中央设有供所述病床、梯度线圈以及射频线圈伸入的空间；

所述主磁体包括磁体框架、电磁线圈、匀场环和磁片；所述磁体框架采用开放式C型结构，由上下两极及一个支撑上下两极的立式轭铁组成；在磁体框架的上下两极面向成像区域的一侧均布置有上极板和下极板；所述的匀场环由上下两部分组成，上匀场环置于磁体框架的上极板下方，下匀场环置于磁体框架的下极板上方；所述的磁片由上下两部分组成，上磁片置于上匀场环的下方，下磁片置于下匀场环的上方；所述的电磁线圈由上下两部分组成，上电磁线圈置于上磁片下方，下电磁线圈置于下磁片上方。

进一步的，所述的匀场环采用平板式结构；所述电磁线圈呈盆状(即锅形)结构。

进一步的，所述电磁线圈表面包覆有保护涂层，所述保护涂层的主要成分为不含溶剂的丙烯酸树脂，具备防潮防盐雾腐蚀能力。

进一步的，所述电磁线圈表面覆盖有电磁线圈保护壳，具备防水防潮防盐雾的特点，能够保护电磁线圈不受海上高湿、高盐雾环境腐蚀。

进一步的，所述核磁共振成像系统还包括高频信号屏蔽层，所述高频信号屏蔽层位于所述磁体框架上部端面和磁体框架底部端面，是一种圆盘形盖状结构，遮蔽由所述电磁线圈产生的高频磁场。

进一步的，所述主磁体的磁场形态为垂直磁场；磁场均匀度可达到磁场中心球体内可以达到小于等于30×10^-6。

进一步的，所述主磁体的磁场稳定度<10×10^-6/h，磁场净空间高度>400mm。

进一步的，所述梯度线圈线性度小于<3％；所述梯度功率放大器的最大梯度强度为16mT/m，梯度切换率为30mT/m/ms，梯度上升时间<0.3ms。

进一步的，所述射频装置的最大输出功率不大于6kW±2％(峰值)，工作频率为4.41MHZ(±5％)，频率范围在DC-25MHZ，接收增益>90dB，噪声电平<0.5dB。

进一步的，所述核磁共振成像系统还包括磁体电源、成像软件和缓冲隔振支脚。

进一步的，所述磁体电源的稳定度达0.5ppm/10M和5ppm/72小时。

本实用新型所提供的主磁体对被检查体产生均匀静磁场，磁体框架整体呈开放式C形结构，具备抗振动能力，用于对磁体南北极漏磁进行屏蔽、磁体机械结构支撑；电磁线圈表面包覆有保护涂层，具备防潮防盐雾腐蚀能力；电磁线圈具有锅底形状，磁体框架与电磁线圈之间填充了匀场环和小磁片，具有匀场调节能力，产生0.1T均匀静磁场，允差±5％。磁体磁场形态为垂直磁场；磁场均匀度可达到磁场中心球体内可以达到小于等于30×10^-6。磁体磁场稳定度<10×10^-6/h，磁体磁场净空间高度>400mm。

本实用新型所提供的梯度装置包括梯度线圈和梯度功率放大器，产生线性良好的梯度磁场；梯度线圈具有三维全屏蔽线圈结构，完全屏蔽涡流和剩磁，具有海上防潮防盐雾能力。梯度线圈可采用有源自屏双蔽线圈，线性度小于<3％。最大梯度强度为16mT/m，梯度切换率为30mT/m/ms，梯度上升时间<0.3ms。

本实用新型所提供的射频装置包括射频线圈和射频功率放大器，激发和接收MRI信号；射频线圈为平板发射线圈结构，具有正交串联多股线结构特征，高灵敏度接收能力，通过射频功率放大器激发和接收MRI信号。

射频最大输出功率不大于6kW±2％(峰值)，工作频率为4.41MHZ(±5％)，频率范围在DC-25MHZ，接收增益>90dB，噪声电平<0.5dB。

本实用新型所提供的超高稳定磁体电源系统装置，其稳定度高达0.5ppm/10M和5ppm/72小时，这使得电磁磁体基场的稳定度超过永磁并接近超导磁体。为发挥电磁磁共振的独特优势奠定基础。

本实用新型所提供的缓冲隔振支脚装置，在确保MRI整机平稳的同时，能够吸收舰船振动，阻隔舰船振动传递到MRI装置机身。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型解决了海上风浪造成的舰船晃动和舰船发动机本身引起的振动对MRI装置运行的影响，以及海上舰船环境高温、高湿、高盐雾、高寒对MRI装置所造成的影响。特别是提供了适合海上舰船环境使用的常导型电磁磁体、梯度系统、射频系统、超高稳磁体电源系统、缓冲隔振支脚装置，实现了MRI装置在海上舰船环境下的正常运行。

附图说明

图1是本实用新型的核磁共振成像系统的整体结构图；

图2是本实用新型的核磁共振成像系统的原理框图；

图3是本实用新型的主磁体的结构示意图；

其中，主磁体-1，梯度线圈-2，射频线圈-3，病床-4，床体机柜-5，收发开关-6，射频功率放大器-7，射频脉冲发生器-8，前置低噪音放大器-9，A/D变换器-10，梯度功率放大器-11，梯度脉冲发生器-12，主控计算机-13。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于海上舰船环境的核磁共振成像系统，包括：

主磁体1、梯度装置、射频装置以及病床4；

梯度装置包括梯度线圈2、梯度功率放大器11和梯度脉冲发生器12，产生线性良好的梯度磁场；

射频装置包括射频线圈3、射频功率放大器7和射频脉冲发生器8，激发和接收核磁共振信号；

主磁体1独立设置，梯度线圈2以及射频线圈3连接于病床4上，主磁体1的中央设有供病床4、梯度线圈2以及射频线圈3伸入的空间；

本实施方式的核磁共振成像系统，还包括：床体机柜5、收发开关6、前置低噪音放大器9、A/D变换器10，和主控计算机13。

其中，主磁体1、病床4、床体机柜5、主控计算机13构成了该核磁共振MRI系统的机身本体部分。

梯度线圈2、梯度功率放大器11、梯度脉冲发生器12构成了该核磁共振MRI系统的梯度装置部分。

射频线圈3、收发开关6、射频功率放大器7、射频脉冲发生器8、前置低噪音放大器9构成了该核磁共振MRI系统的射频装置部分。

在主控计算机13的控制下，由射频脉冲发生器8和梯度脉冲发生器12分别产生特定的射频脉冲和梯度脉冲，驱动梯度功率放大器11和射频功率放大器7，通过梯度线圈2和射频线圈3产生所需的梯度场和射频场。人体所辐射的磁共振信号由射频线圈3接收，经过收发开关6和前置低噪音放大器9，通过A/D转换器10变成数字信号，由主控计算机13接收并传递给图像计算机进行图像的重建和处理。

主磁体1包括磁体框架101、电磁线圈102、匀场环103和磁片104。磁体框架101采用开放式C型结构，由上下两极及一个支撑上下两极的立式轭铁1013组成；在磁体框架101的上下两极面向成像区域的一侧均布置有上极板1011和下极板1012。匀场环103由上下两部分组成，上匀场环置于磁体框架101的上极板1011下方，下匀场环置于磁体框架101的下极板1012上方。磁片104由上下两部分组成，上磁片置于上匀场环的下方，下磁片置于下匀场环的上方。电磁线圈102由上下两部分组成，上电磁线圈置于上磁片下方，下电磁线圈置于下磁片上方。

主磁体对被检查体产生均匀静磁场；磁体框架整体呈开放式C形结构，具备抗振动能力，用于对磁体南北极漏磁进行屏蔽、磁体机械结构支撑；磁体框架与电磁线圈之间填充了匀场环和小磁片，具有匀场调节能力，产生0.1T均匀静磁场，允差±5％。

匀场环103采用平板式结构。电磁线圈102呈锅形结构，采用优化线包设计，大大提高传热效率，使功耗大大降低。通过匀场环和小磁片可调节平行度、同轴度、极间距，使得主磁体1具备匀场调节功能，大大提高场的均匀度，实现低功耗、高均匀度、大空间的磁场生成。主磁体1的磁场形态为垂直磁场；磁场均匀度可达到磁场中心球体内可以达到小于等于30×10^-6。主磁体1的磁场稳定度<10×10^-6/h，磁场净空间高度>400mm。电磁线圈102表面包覆有保护涂层，涂层主要成分为不含溶剂的丙烯酸树脂，具备防潮防盐雾腐蚀能力。电磁线圈102表面覆盖有电磁线圈保护壳，具备防水防潮防盐雾的特点，能够保护电磁线圈不受海上高湿、高盐雾环境腐蚀。本实施例的核磁共振成像系统还包括高频信号屏蔽层，高频信号屏蔽层位于所述磁体框架上部端面和磁体框架底部端面，是一种圆盘形盖状结构，遮蔽由电磁线圈产生的高频磁场。

梯度线圈2采用了三维全屏蔽梯度线圈设计，彻底屏蔽涡流和剩磁，使图像质量大幅提升。梯度功率放大器11采用了高灵敏度的传感器设计，最大梯度强度达到X:16mT/m,Y:16mT/m,Z:16mT/m；最大切换率达到48mT/m/s；梯度线性度达到30CM球体内梯度线性度小于3％。梯度输出信号时间分辨率最小为1μs，梯度输出信号幅度分辨率为20bit。

射频线圈3设计为平板发射线圈，谐振频率4.41MHZ，阻抗匹配50欧姆。采用了联合开发正交串联多股线高灵敏度接收线圈，使信噪比提升15％。射频功率放大器7的峰值功率6kW，最大占空比60％；频率精度为±0.1Hz；相位精度为2.7度，射频频率范围为0-20MHz；频率稳定性为±0.5ppm。射频脉冲发生器8的发射通道数为1，接收通道数为1。

病床4与主磁体1相对静止，可纵向和横向大范围移动，使被检查体可以各种体位和姿势进行检查。

前置低噪音放大器9的输出峰值功率为2.0dBm。前置低噪音放大器9的噪声系数为3.8dB，前置低噪音放大器9的带宽为20MHz，接收最大带宽为1MHz。

主控计算机13的网络传输能力为100Mbps。

A/D变换器10的采样率为60MHz。

该核磁共振成像系统还包括磁体电源、成像软件和缓冲隔振支脚。磁体电源系统具备超高稳定性能，稳定度高达0.5ppm/10M和5ppm/72小时。缓冲隔振支脚，在确保MRI整机平稳的同时，能够吸收舰船振动，阻隔舰船振动传递到MRI系统机身。成像软件包括重建和增强图像算法、MRI快速成像序列开发，用于满足快速成像，高分辨率成像，高质量成像的海上舰船环境成像诊断需求。

如图2所示，本实用新型核磁共振成像系统的原理框图。主磁体产生0.1T的均匀磁场，由梯度线圈和梯度功率放大器构成的梯度系统产生并调节梯度磁场，用于系统成像中的空间定位、相位编码及频率编码。而由射频功率放大器、射频发射线圈和射频接收线圈构成的射频系统用于发射信号及采集信号,通过回波信号来了解组织的特性。前置放大器则用来对信号进行放大，谱仪控制台用于控制梯度磁场的产生，主计算机则对整个系统进行控制，并对回波信号进行处理、计算及成像。

采用如上的核磁共振成像系统进行成像的方法，结合图1和图2，其步骤包括：

S1：将病人身体放置于病床4上；

S2：将梯度线圈2和射频线圈3置于病人身体的待测试部位；

S3：将病床4推入主磁体1中央的空间中，进行核磁共振成像。

虽然说明了本实用新型的几个实施方式,但这些实施方式是作为例子而提示的,并不意图限定本实用新型的范围。这些实施方式能够以其他各种方式进行实施,在不脱离发明的要旨的范围内,能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式或其变形与包含于发明的范围或要旨中一样,包含于权利要求书记载的发明及其等同的范围中。