用于超导磁体的匀场组件及磁共振装置的制作方法

本实用新型涉及磁共振技术，具体涉及用于超导磁体的匀场组件及超导磁体装置。

背景技术：

随着生物医学工程及医学影像学的发展，磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)作为继电子计算机X射线断层扫描技术后的又一重要医学诊断技术，在医学诊断方面发挥着越来越重要的作用。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。其基本原理是：将人体置于特殊的磁场中，当被测对象置于磁场中后,大量的氢质子在主磁场的作用下，以拉莫尔频率旋转；氢质子群在与拉莫尔频率相同的射频脉冲作用时，发生磁共振现象，氢质子群的纵向磁化矢量发生偏转；当射频脉冲停止作用后，受激发的氢质子群将发生弛豫现象，包括纵向弛豫和横向弛豫，其中横向弛豫将产生自由衰减信号或在其他射频的作用下产生回波信号，即磁共振信号，该回波信号被体外的接收器接收，在图像重建系统中经过各种变换得到磁共振图像。

磁场均匀性是磁共振成像的理论基础，也是评价该设备的一个重要技术参数，良好、稳定的磁场均匀性对磁共振图像的信噪比的提高具有重要意义。在磁共振成像的过程中，如果主磁场不均匀，当在频率编码方向或者相位编码方向附加线性的梯度场后，叠加后的磁场将不是一个线性的梯度磁场，从而导致沿着各个切面上组织的核磁共振频率就不是线性变化，也很难通过频率来确定 或区分不同位置的组织，最终造成产生的图像模糊或者错位。另外，随着各种高级应用如心脏灌注现象(MPR)、饱和压脂序列(FAT SAT)、平面回波成像(EPI)、弥散成像DWI、频谱分析MRS等的各种高级应用出现，对磁场的均匀度也提出了更高的要求，如果主磁场均匀性较差，将会影响脂肪抑制、MRS波谱成像、加大对中心频率敏感序列的伪影和弥散加权成像变形加剧等。

为改善磁场均匀性，现有磁共振系统的多采用可拔插的匀场条实现被动匀场。如图1所示，已知的一种匀场条设计为单层结构，包括数个在纵长方向上依次布置的腔室101，每个腔室101内有若干匀场片102、103，匀场片102、103用硅钢或者其他的软磁性材料制成的薄板体，形状为矩形或其他几何形状。匀场片被放置在匀场条里面作为一个整体被安装在磁体内筒壁上。通常对1.5T或者3.0T的磁共振系统，匀场片的总重量会达到5kg以上，最多的可以达到10kg，每次匀场迭代都要重新插拔全部匀场条。装了匀场片的匀场条在超导磁体有场的状态会受到非常大的力。对于1.5T的系统，如果进行带场操作，很可能会出现匀场条折断，匀场片飞出的风险，对操作人员的安全造成极大威胁。而对于3.0T的系统，匀场条所受的强大磁场力，很难带场操作。这样在整个磁共振系统匀场迭代过程中，就需要多次升场、降场来插拔匀场条，调整匀场片数量，最终使得磁场的均匀性满足要求。然而，多次的升降场的过程会消耗大量的液氦，特别是对3.0T的磁共振系统，每次升降场的成本非常高昂，使得安装成本和安装时间增加不少，同时升降场操作本身对超导磁体来说也是高风险的操作。因此，有必要对现有匀场装置进行改进。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于超导磁体的匀场组件，其可节省安装成本、实现磁场圆周方向的角均匀性。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案为：一种用于超导磁体的匀场组件，包括沿纵长方向延伸的第一匀场组件和第二匀场组件，所述第二匀场组件并排设置在所述第一匀场组件的两侧，所述第一匀场组件、第二匀场组件包含若干个匀场片和承载所述匀场片的载体，且所述第一匀场组件包含比所述第二匀场组件多的匀场片。

进一步地，所述第一匀场组件或第二匀场组件为沿纵长方向延伸的单一长条状结构。

进一步地，所述载体设置有沿纵长方向并列布置的若干个单元格，所述单元格为上端开口设置，且所述匀场片容置于所述单元格。

进一步地，所述单元格设置有盖体，所述盖体与所述单元格的上端开口吻合。

进一步地，所述第二匀场组件的宽度小于所述第一匀场组件的宽度。

进一步地，第一匀场组件的载体一端设置有限位部，所述限位部的长度为所述第一匀场组件、第二匀场组件的载体宽度之和。

进一步地，所述第一匀场组件、第二匀场组件包含匀场片的重量比值为7:3-20:1，且所述第一匀场组件中包含的匀场片的尺寸大于所述第二匀场组件中包含的匀场片的尺寸。

进一步地，所述第一匀场组件、第二匀场组件具有相同尺寸的匀场片，且所述第一匀场组件中包含的匀场片的数量大于所述第二匀场组件中包含的匀场片的数量。

本发明还提出一种磁共振装置，包括超导磁体和梯度线圈，所述超导磁体 和梯度线圈同轴设置，所述梯度线圈周向上间隔设置有若干容置孔，且所述容置孔沿从所述梯度线圈的前端至后端方向延伸，在每个容置孔内至少设置一个第一匀场组件和至少两个第二匀场组件，且所述第一匀场组件与第二匀场组件沿周向或者径向分布。

进一步地，所述第一匀场组件包含长条状的载体以及布置于所述载体上的若干匀场片，所述第二匀场组件包含长条状的载体以及布置于所述载体上的若干匀场片，所述第一匀场组件的载体的后端设置有限位部，所述第二匀场组件的后端抵靠于限位部。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：将匀场组件设计成相互独立的多个组件，且能带场操作，只有第一次升场之后，贴大部分的匀场片时候需要降场，其他的不需要，这就使得整个过程变为升场两次，降场一次，减少升、降场的次数，节省液氦数百升，并可节省安装时间；在保证磁场均匀性的前提下，不同容置孔间匀场组件的间距变小，利于改善圆周方向的磁场均匀性。

【附图说明】

图1为现有技术中用于磁共振成像的匀场组件的内部结构原理图；

图2为本实用新型第一匀场组件结构示意图；

图3为本实用新型第二匀场组件结构示意图；

图4为本实用新型用于超导磁体的匀场组件结构示意图；

图5为本实用新型用于超导磁体的匀场组件局部结构示意图；

图6为本实用新型磁共振装置结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

本发明提出一种用于超导磁体的匀场组件，包括至少一个第一匀场组件，在第一匀场组件的两边分别设置有至少一个第二匀场组件，第一匀场组件、第二匀场组件可沿纵长轴方向延伸，第一匀场组件、第二匀场组件包含若干个匀场片和承载所述匀场片的载体，且第一匀场组件包含匀场片的重量大于所述第二匀场组件包含的匀场片，第二匀场组件并排设置在第一匀场组件的两侧。具体地，第一匀场组件包括第一匀场片和承载第一匀场片的第一载体；第二匀场组件包括第二匀场片和承载第二匀场片的第二载体。

请参见图2、4和图5，其中2示例性给出本发明的一实施例的第一匀场组件20结构示意图，图4示例性给出本发明的一实施例的第一匀场组件20与第二匀场组件30组成的用于超导磁体的匀场组件结构示意图，图5示例性给出一实施例的匀场组件局部结构示意图。该第一匀场组件20为沿纵长方向延伸的单一长条状结构，具体包括多个第一匀场片201和承载第一匀场片201的第一载体202。第一载体202可选用塑料材料，如聚碳酸树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或PES材料等。第一载体202中设置有数个第一单元格203，多个第一单元格203在长条状结构的第一匀场组件20中并排设置，且两相邻第一单元格203之间设置有第一间隔部204，即：多个第一单元格203沿第一载体201长度方向(纵长方向)延伸。每个第一单元格203的上端开口，且第一单元格203中可容置一个或多个第一匀场片201，第一匀场片的可设置为长度5cm左右，宽度5cm左右，厚度0.5mm左右。放置在同一第一单元格203的多个第一匀场片201可叠加设置，但同属于一个第一单元格203的第一匀场片201的叠加厚度不应高于第一单元格203在径向方向的高度。更具体地，请参见图2中第一单元格203的局部放大图，第一单元格203的侧壁上设置有卡位部205，在第一匀场片201上设置与卡位部205相对应的凹槽可将第一匀场片 201牢固设置在第一单元格203中。此外，可选地，第一单元格203的底部还设置有通孔206，从底部穿过通孔206可直接接触第一匀场片，方便第一匀场片201与单元格203的分离。

在放置第一匀场片201后，还可设置与第一单元格203上端开口吻合的第一盖体207，第一盖体207可由非磁性材料或塑料材料制造，在一定程度上可固定第一匀场片201在第一单元格203中的位置。为了便于第一盖体207与单元格203上端开口的离合，第一盖体在中心位置还设置有连通孔，当然连通孔可设置在盖体表面的任何位置。更进一步地，为使第一组件20在超导磁体系统上的固定，第一匀场组件20的一端还可设置有第一固定部208，第一固定部208的延伸方向大体与第一载体202的长度方向垂直，且第一固定部208还设置有沿前后方向延伸的安装孔。此外在第一匀场组件20的另一端设置有限位部209，限位部209具体沿与第一载体201长度垂直的方向延伸，其长度可设置为与第一匀场组件20、第二匀场组件30的载体宽度之和，当然也可设置为略小于第一匀场组件20、第二匀场组件30的载体宽度之和。

第二匀场组件30与第一匀场组件20结构类似，请参见图3、4和图5，其中，图3示例性给出第二匀场组件30结构示意图。第二匀场组件30同样为沿纵长方向延伸的单一长条状结构，具体包括多个第二匀场片301和承载第二匀场片301的第二载体302。第二载体302沿长度方向上设置多个第二间隔部303组成多个并列排布的第二单元格304。第二单元格304中可放置第二匀场片301，且第二单元格304的上端开口设置有第二盖体305。不同之处在于，第二匀场组件30中放置的第二匀场片301的比第一匀场组件20中放置的第一匀场片201少。在一个实施例中，第二匀场组件30中放置的第二匀场片301的数量与第一匀场组件20中放置的第一匀场片201的数量相等，但第二匀场片301 的尺寸(包括长度、宽度或厚度)小于第一匀场片201的尺寸；在另一实施例中，第二匀场组件30中放置的第二匀场片301与第一匀场组件20中放置的第一匀场片201为同种类型，即具有相同尺寸，但第二匀场片301的数量小于第一匀场片201的数量；在又一实施例中，第一匀场组件20中放置的大小尺寸不均一的第一匀场片201，第二匀场组件30中放置的第二匀场片301大小尺寸也不均一，但应保证第一匀场组件20比第二组件30中的匀场片重量多。需要说明的是，第二匀场组件30的宽度可与第一匀场组件20的宽度相同，当然也可设置成第二匀场组件30的宽度小于第一匀场组件20的宽度，且通常第二匀场组件30的宽度约为第一匀场组件20宽度的1/4-1/2之间。为方便第二组件30在超导磁体系统上的固定，第二匀场组件30的一端还设置有第二固定部306，第二固定部306的延伸方向大体与第二载体302的长度方向(纵长方向)垂直，且第二固定部306还设置有沿前后方向延伸的安装孔。

如图3示例性给出本发明一实施例用于超导磁体的匀场组件的结构示意图，用于超导磁体的匀场组件包括第一匀场组件20，在第一匀场组件20的两边分别设置一个第二匀场组件30(第一匀场组件20将两个第二匀场组件30间隔开)，第一匀场组件20和第二匀场组件30沿超导磁体的纵向方向环绕并排设置。第一匀场组件20中包含匀场片的重量应大于第二匀场组件30中包含匀场片的重量。如图5示例性给出本发明一实施例用于超导磁体的匀场组件局部结构示意图，第一匀场组件20中单元格放置的第一匀场片201的长度5cm左右，宽度5cm左右，厚度0.5mm左右片；第二匀场组件30中单元格304放置的匀场片包含两种类型，即；一种类型第二匀场片301的长度2.5cm左右，宽度2.5cm左右，厚度0.3mm左右；另一种类型第二匀场片301的长度约1.25cm，宽度1.25cm左右,厚度0.0.08mm左右。在另一实施例中，第一匀场组件20与第二 匀场组件30的单元格中放置相同类型的匀场片，但第一匀场组件20中包含的匀场片的数目应小于第二匀场组件30中包含的匀场片的数目，具体地：第一匀场组件20的第一载体202中包含21个第一单元格203，其中20个第一单元格203中填充长度5cm左右，宽度5cm左右，厚度0.3mm左右的第一匀场片201；第二匀场组件30的第二载体302中也包含21个第二单元格304，其中5个第二单元格304中填充长度5cm左右，宽度5cm左右，厚度0.3mm左右的第二匀场片301。当然，第一匀场组件20、第二匀场组件30中分配匀场片的数目可根据实际匀场调节需求设定，且实际匀场过程中并不保证载体设置每个单元格中都放置匀场片，同属于一个匀场组件的载体单元格中放置的匀场片也并不限制完全一致，但第一匀场组件中包含的匀场片的重量与第二匀场组件中包含的匀场片的重量在7:3-20:1范围内波动。

在上述匀场组件基础上，本发明还提出一种使用该匀场组件的磁共振装置，包括超导磁体和梯度线圈，且超导磁体和梯度线圈同轴设置，在梯度线圈周向上间隔设置有若干个容置孔，容置孔沿从梯度线圈的前端至后端方向延伸，在每个容置孔内至少设置一个第一匀场组件和至少两个匀场组件，第一匀场组件、第二匀场组件共同组成的匀场组件沿超导磁体周向或径向设置。

如图6示例性给出本发明一实施例的磁共振装置结构示意图，其包括由超导磁体40和梯度线圈50围成的圆筒状结构，梯度线圈50周向上间隔设置有16个容置孔，容置孔沿梯度线圈50的前端至后端方向延伸，第一匀场组件20、第二匀场组件30容置于容置孔，每个容置孔中至少设置一个第一匀场组件20和至少两个匀场组件30，第一匀场组件20、第二匀场组件30沿梯度线圈50的周向环绕设置，且第一匀场组件20将两个第二匀场组件30沿周向方向间隔开，第一匀场组件20包含长条状的载体以及布置于载体上的若干匀场片，第 二匀场组件30包含长条状的载体以及布置于载体上的若干匀场片，且第一匀场组件20包含匀场片的重量应满足大于第二匀场组件30包含的匀场片重量，以达到使用第一匀场组件20可粗略调节磁共振系统磁场均匀性、使用第二匀场组件30可细微调节磁共振系统磁场均匀性的效果。可选地，请参见图4，第一匀场组件20的载体的后端设置有限位部209，第二匀场组件30的后端抵靠于限位部209。在另一实施例中，第一匀场组件20与两个第二匀场组件30沿径向方向布置，第一匀场组件20的后端设置的限位部209具有沿磁共振系统径向延伸的长度，第一匀场组件20与第二匀场组件30叠加设置，且第二匀场组件30的后端抵靠于第一匀场组件的限位部209。

利用本发明的匀场组件对超导磁体进行匀场操作的具体过程为：

(1)启动超导磁体进入工作状态，对超导磁体40进行第一次升场，并测得超导磁体40形成磁场的均匀度，即得到各位置处的场强；

(2)根据各位置处的场强计算第一匀场组件20加入时可对磁场均匀度产生的影响，进行降场并根据测试结果在梯度线圈的周向的16个容置孔内放置第一匀场组件20，且第一匀场组件20的第一载体202中心线的放置位置大致与容置孔的中心线对齐，第一匀场组件20中放置的第一匀场片201的数量应满足能够使超导磁体40的磁场达到75％-95％的磁场均匀度；

(3)运行超导磁体40使其进行第二次升场，测得每个容置孔加入第一匀场组件20后的磁场不均匀度；

(4)根据磁场不均匀度计算第二匀场组件30加入时可对磁场均匀度产生的影响，并根据计算结果带场情况下在第一匀场组件20的两边并排插入第二匀场组件30，第二匀场组件30中放置的第二匀场片301的数量应尽量满足能够使超导磁体40的磁场接近完全均匀；

(5)继续运行超导磁体，测得每个容置孔加入第二匀场组件30后的磁场不均匀度，如果磁场不满足均匀性要求，则在带场情况下调节第二匀场组件30中包含的第二匀场片301，直至磁场均匀；如磁场满足均匀性要求，则结束匀场操作。

本发明匀场组件在匀场中能够单独插拔，在第一次匀场调节时加入重量较大的匀场片，该部分匀场片不再进行插拔，始终保留在容置孔中；第二次升场过程后，加入较小质量的匀场片，可以进行带场插拔，这样即可把磁场匀到一个更好的指标。能够这么操作的原因是，通常情况下，在第一次匀场时候，会使用匀场片总重量的95％。而之后的每次迭代，只需要添加5％左右的匀场片重量，总重一般在0.2公斤以下。这个重量情况下不论是1.5T还是3T都能够实现带场的插拔。以3.0T磁共振安装为例，在3.0T磁共振的安装过程中，匀场最少需要迭代3次，在这个过程中需要将磁体升场3次，降场2次，通常这需要在现场准备1000升液氦，并消耗3天的时间。采用本发明的方式，只有第一次升场之后，贴95％的匀场片时候需要降场，有效减小降场次数，降低液氦的消耗并节省操作时间。而在有些特殊的场地，匀场迭代次数更多地时候，其效果更明显。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。