一种用于关节成像的磁共振超导磁体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于应用超导技术领域，尤其涉及一种磁共振成像超导磁体。
【背景技术】
[0002] 磁共振成像(MRI)是利用生物体的磁性核(主要是氢核)在磁场中所表现出的核磁 共振特性来进行成像的高新技术。磁共振成像(MRI)设备主要由主磁体、扫描床、梯度线圈、 射频线圈、谱仪系统、控制柜、人机对话的操作台、计算机和图像处理器等构成。
[0003] 主磁体是MRI设备的主要构成部分，用于产生均匀静磁场，它决定着MRI设备的图 像质量和工作效率。同时，主磁体也是MRI设备中制造成本最大，运行费用最高的部分。MRI 对磁场的强度、均匀度和稳定度有严格要求，这三项是主磁体最重要的指标。相对永磁体来 说，超导磁体可以强度、均匀度和稳定度都更高的磁场，所以可以用来获取更加清晰的图 像。
[0004] 由于分布于超导磁体系统之外的漏磁场会对周围环境带来不利的影响，如10高斯 数量级的磁场就有可能导致一些电子设备不能正常工作，并使带心脏起搏器的病人有生命 危险，100高斯数量级的磁场就可能会使计算机系统工作异常，因此考虑到某些场所对漏磁 场的限制，需要限制超导磁体的杂散场范围。
[0005] 高均匀度磁共振成像磁体的电磁设计指标主要有：
[0006] (1)成像区域(Diameter Sensitive Volume, DSV)，一般定义为直径为D的球形区 域。
[0007] (2)中心场B〇，指成像区域中心点处的磁感应强度值。
[0008] (3)磁场均匀度n(峰峰值），计算公式为：
[0009] 其中，Bmax和Bmin分别为DSV中磁感应强度的最大值和最小值。
[0010] (4)杂散场范围，一般指磁体通以工作电流时所产生磁场的5Gs等位线所包围的区 域。
[0011]近年来，根据对各大医院的统计结果显示，从患者进行MRI检查的身体部位来看， 四肢关节和头部的检查次数分别占总量的25%左右，这两项相加即为50%左右。与全身MRI超 导磁体相比，关节MRI超导磁体的体积小，重量轻，成本低，病人舒适度高，占地面积也较小， 且液氦用量仅为全身成像超导磁体的几十分之一，运行成本大大降低，关节专用的磁共振 成像系统越来越受到国内各大医院的关注。关节成像MRI超导磁体一般需要在相对较小的 球形区域内产生较高均勾度的磁场分布，通常球形区域的直径分别为1 〇〇mm、120mm、140mm 和160_，以满足不同尺寸的关节成像的需求。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提出一种新的磁共振超导磁体。本发明所提出的超导磁体在空 间产生中心磁感应强度为1.5T的高均勾度磁场分布，在保证5高斯杂散场分布被限制在径 向和轴向方向分别为2.8m和3.8m椭球范围内的条件下，采用单骨架结构。降低了磁体的装 配误差，并减小了超导磁体的液氦腔体积，液氦用量可控制在30升以内。
[0013] 本发明所提出的用于关节成像的磁共振超导磁体主要由三对超导正向线圈和一 对超导反向线圈组成。这四对线圈均布置在一个预布置线圈空间范围内。三对超导正向线 圈通以正向电流的螺线管线圈，一对超导反向线圈通以反向电流。超导正向线圈超导反向 线圈均关于通过原点且垂直于z轴的对称平面对称布置，并绕制在同一骨架上。超导正向线 圈和超导反向线圈共同产生中心磁感应强度为1.5T的磁场分布，磁场方向朝向对称轴z轴 的正方向。超导磁体的室温孔直径大于280mm，室温孔以对称轴z轴为中心轴，超导正向线圈 和超导反向线圈在中心区域四个直径分别为100mm、120mm、140mm和160mm同心球形区域 共同产生峰峰值小于3ppm、5ppm、10ppm和25ppm高均勾度的磁场分布。超导磁体的5高斯线 距中心点径向最大距离为2.8m，轴向距离为3.8m。超导磁体采用单骨架结构，且和液氦杜瓦 同为一体，降低了磁体的装配误差，并减小了超导磁体的液氦腔体积，使得液氦用量可控制 在30升以内。超导磁体的冷屏采用紫铜材料制作而成，在冷屏和室温杜瓦之间采用多层绝 热材料以阻止热量的传递，且使用二级功率为1.5W的GM制冷机对磁体进行冷却，保证了磁 体内的液氦维持零挥发状态。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明实施例的超导磁体结构示意图；
[0015] 图2是本发明实施例的超导磁体在中心区域产生的磁场均匀度等位线图；
[0016] 图3是本发明实施例的超导磁体在空间产生的5高斯等位线图；
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图来进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0018] 图1为本发明实施例的超导磁体结构示意图。如图1所示，所述的超导磁体由超导 正向线圈1、2、4和超导反向线圈3组成。所述的超导正向线圈1、2、4为三对通以正向电流的 螺线管线圈，超导反向线圈3为一对通以反向电流的螺线管线圈，超导正向线圈1、2、4和超 导反向线圈3均安装在预布置线圈空间5内，预布置线圈空间5的截面为矩形，该矩形轴向位 置为-0.21m < z < 0.21m，径向位置为0.18m < r < 0.224m。线圈1、2、3、4均关于对称 平面6对称布置，沿轴向由对称平面6向两端方向按序号从小到大依次布置，且绕制在同一 骨架上。超导线圈2的内径在四对线圈中为最小，超导线圈4的外径在四对超导线圈中为最 大。超导线圈1、2、3、4共同作用产生中心磁感应强度为1.5T的高度均匀的磁场分布，磁感 应强度方向朝向对称轴7的正方向。超导磁体的室温孔直径大于280mm，室温孔以对称轴z 轴为中心轴，超导正向线圈1、2、4和超导反向线圈3共同作用在中心区域四个直径分别为 100mm、1 20mm、140mm和160mm同心球形区域共同产生峰峰值小于3ppm、5ppm、lOppm和 25ppm高均勾度的磁场分布。
LUUW」 图2为本友明买施例的超导磁体在中心凶项严生的磁场均习度等位线图。四个中 心球形区域分别由半径为50mm、60mm、70mm和80mm的同心圆表不，超导磁体在这四个中心 球形区域产生的峰峰值不均勾度分别为3口口111、5。。111、1(^。1]1和25。。111，满足关节成像对主磁场 的要求。
[0021]图3为本发明实施例的超导磁体在空间产生的5高斯等位线图，超导磁体的5高 斯线距中心点径向最大距离为2.8m，轴向距离为3.8m，满足磁共振成像设备对漏磁场的要 求。
【主权项】
1. 一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的超导磁体包括三对超导 正向线圈（1、2、4)和一对超导反向线圈（3);所述的超导正向线圈（1、2、4)和超导反向线圈 (3)均为以对称轴(7)为中心轴的轴对称螺线管线圈；超导正向线圈（1、2、4)为三对通以正 向电流的螺线管线圈;超导反向线圈（3)为一对通以反向电流的螺线管线圈;超导正向线圈 (1、2、4)和超导反向线圈（3)均关于对称平面(6)对称布置，且缠绕在同一骨架上;超导正向 线圈（1、2、4)和超导反向线圈（3)在四个直径分别为100mm、120mm、140mm和160mm同心球 形区域(8、9、10和11)共同产生高度均勾的磁场分布;超导磁体的5高斯线距中心点径向最 大距离为2.8m，轴向距离为3.8m。2. 按照权利要求1所述的一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的 超导正向线圈（1、2、4)和超导反向线圈（3)共同产生中心磁感应强度为1.5T的磁场分布， 磁场方向朝向对称轴(7)的正方向；超导正向线圈（1、2、4)和超导反向线圈（3)均安装在预 布置线圈空间（5)内，预布置线圈空间（5)的截面为矩形，该矩形轴向位置为-0.21m < z < 0.21m，径向位置为0.18m < r < 0.224m ;超导正向线圈（1、2、4)为三对通以正向电 流的螺线管线圈，超导反向线圈（3)为一对反向电流的螺线管线圈，超导正向线圈（1、2、4) 和超导反向线圈（3)均关于对称平面(6)对称布置。3. 按照权利要求1所述的一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的 超导正向线圈（1、2、4)和超导反向线圈（3)均安装在预布置线圈空间（5)内，四对超导线圈 (1、2、3、4)沿着轴向由对称平面(6)向两端部方向依次布置，且绕制在同一骨架上;超导线 圈（2)的内径在四对线圈（1、2、3、4)中为最小，超导线圈(4)的外径在四对超导线圈（1、2、3、 4)中为最大;超导正向线圈（1、2、4)和超导反向线圈（3)共同产生1.5T的中心磁场。4. 按照权利要求1所述的一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的 超导正向线圈（1)可以为一对关于平面(6)对称的分离线圈，也可以联通为一个线圈，此时 线圈（1)的中心与磁体的中心相重合。5. 按照权利要求1所述的一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的 超导磁体室温孔的直径大于280mm，室温孔以对称轴(7)为中心轴，超导正向线圈（1、2、4)和 超导反向线圈（3)在中心区域四个直径分别为100mm、120mm、140mm和160mm同心球形区域 (8、9、10和11)共同产生峰峰值小于3口口111、5。。111、1(^。1]1和25。。1]1的磁场分布。6. 按照权利要求1所述的一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其特征在于，所述的 超导磁体采用单骨架结构，降低了磁体的装配误差，并减小了超导磁体的液氦腔体积，液氦 用量可控制在30升以内。
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于关节成像的磁共振超导磁体，其超导磁体由超导正向线圈（1、2、4）和超导反向线圈（3）组成，所有线圈均为以对称轴（7）为中心轴的轴对称螺线管线圈。超导正向线圈（1、2、4）和超导反向线圈（3）均关于对称平面（6）对称布置，且缠绕在同一骨架上；超导磁体在中心位置的四个直径分别为100mm、120mm、140mm和160mm同心球形区域（8、9、10和11）产生高度均匀的磁场分布，5高斯线距中心点径向最大距离为2.8m，轴向距离为3.8m；上述的用于关节成像的磁共振超导磁体采用单骨架结构，且和液氦杜瓦同为一体，降低了磁体的装配误差，并减小了超导磁体的液氦腔体积，液氦用量可控制在30升以内。
【IPC分类】H01F6/00, G01R33/3815, H01F6/06
【公开号】CN205194456
【申请号】CN201520399149
【发明人】林海洋
【申请人】北京斯派克科技发展有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年6月10日