一种核磁共振永磁体的制作方法

本发明涉及一种核磁共振弛豫时间谱检测与小尺度医学成像适用的永磁体。

背景技术：

目前，公知的核磁共振永磁体主要采用C型设计结构，执行临床检查时将需要做影像观察的病人，水平地送入所述永磁体内产生的磁场中。要保证所述磁场的空间分布非常均匀，需要采取一系列复杂的匀场措施，包括有源线圈法和无源小磁块拼接法。

技术实现要素：

为了克服现有核磁共振永磁体磁场调匀时的困难，以及被检对象出入磁体装置不方便的缺点，本发明提出一种磁场均匀度较高的核磁共振永磁体。本发明是一种环形磁体，其水平主磁场不仅具有很低的纵向梯度。

本发明核磁共振永磁体由32块长方体磁钢粘接而成，每块磁钢的长宽高为30毫米×30毫米×10毫米，每块磁钢的剩磁和充磁方向均相同，充磁方向取任意30毫米方向。所述32块磁钢分成8组，即每4块一组。每组的4块磁钢共面构成一个环形，为一个环形单元。4块磁钢分别位于所述环形的前后左右4个位置，而且前后位置的两块磁钢充磁方向均向前，左右位置的两块磁钢充磁方向都向后，则在环形的中心区域产生均匀分布的水平主静磁场。所述8组磁钢组成8个环形单元，8个环形单元沿纵向叠加，每个环形单元的中心磁场方向相同，构成本发明高磁场均匀度永磁体。

在8个所述环形单元之间留有夹缝，夹缝中嵌入不导磁铝合金扁块。铝合金扁块的长和宽均为30毫米×30毫米，厚度有3.06毫米、3.39毫米和3.75毫米三种规格。相邻环形单元之间的夹缝以核磁共振永磁体的对称中心向两端逐渐变小。嵌入夹缝的铝合金扁块的厚度亦以核磁共振永磁体的对称中心向两端逐渐变小。嵌入夹缝的铝合金扁块可以显著减小磁体的纵向磁场梯度。

一般地，对于两块相同的立方体磁钢，假设边长为a米，剩磁通密度为B_r特斯拉，那么当二者靠近时，最大的相互吸引力F可以表示为：

式中，μ₀为真空中的磁导率。由此可以计算出，当剩磁通密度B_r为1.3特斯拉、边长a为10毫米时，最大吸引力约为60牛顿；当a为30毫米时，最大吸引力可达到600牛顿。对于本发明环形磁体单元中相邻两块磁钢之间的夹角为45°，磁钢按1.1特斯拉强度充磁，则掰开整件磁体大约需要施加57牛顿的力。

对于磁体在周围空间中产生的磁场均匀度定义为：

式中，表示磁场的幅度均匀度，为磁通密度的x轴分量,为磁通密度的y轴分量，为磁通密度的z轴分量,为磁通密度矢量,为中心点处的磁通密度矢量，Uni表示磁场的方向均匀度。

本发明中磁钢的剩磁为1.1特斯拉，计算得到方向均匀度是0.000282，幅度均匀度是1400ppm，可知本发明磁体具有较高的磁场均匀度。

本发明由相同磁钢组件构成的磁体，其产生的磁场空间均匀度较高。另外本发明磁体的磁钢装配过程也比较简单。

附图说明

图1：本发明1个环形磁钢单元结构的平面图；

图2：8个环形磁钢单元叠加的示意图；

图3：本发明核磁共振永磁体的磁场均匀度：图3a未加铝合金扁块的磁场分布图，图3b加有铝合金扁块的磁场分布图；

图中，1前位磁块，2左位磁块，3后位磁块，4右位磁块，5正向第四磁环，6正向第三磁环，7正向第二磁环，8正向第一磁环，9负向第一磁环，10负向第二磁环，11负向第三磁环，12负向第四磁环，13正向第二铝合金夹缝，14正向第一铝合金夹缝，15中间铝合金夹缝，16负向第一铝合金夹缝，17负向第二铝合金夹缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明由32块长方体磁钢和20块不导磁铝合金扁块组成，每块磁钢的长宽高均为30毫米×30毫米×10毫米，每块铝合金扁块的长宽均为30毫米×30毫米。每4块磁钢组成一个环形阵列，4块磁钢分别位于所述环形的前后左右4个位置，而且前后两个位置的两块磁钢充磁方向均向前，左右两个位置的两块磁钢充磁方向都向后，则在环形的中心区域产生均匀分布的水平主静磁场，如图1所示。32块长方体磁钢共组成8个环形单元，所述32块磁钢分成8组，即每4块一组。每组的4块磁钢共面并构成一个环形。所述8个环形单元依次纵向叠加，相邻的两个环形单元之间嵌入述铝合金扁块，组成本发明环形磁体，如图2所示。

如图1所示，前后两块磁钢：前位磁块1和后位磁块3的充磁方向均向前，左右两块磁钢：左位磁块2和右位磁块4的充磁方向均向后，在环形单元中心区域产生均匀的磁场。

如图2所示，8个磁环单元纵向叠加组成本发明核磁共振永磁体。叠加时每个磁环单元的磁场方向相同。如图2所示，定义本发明永磁体的正向为以中间铝合金夹缝15为基准、向上为正向，向下为负向。正向包括正向第一磁环8、正向第二磁环7、正向第三磁环6和正向第四磁环5，负向包括负向第一磁环9、负向第二磁环10、负向第三磁环11和负向第四磁环12。本发明核磁共振永磁体相邻环形单元之间留有距离，从上向下依次是：0毫米、3.06毫米、3.75毫米、3.39毫米、3.75毫米、3.06毫米和0毫米，形成铝合金夹缝，即正向第二铝合金夹缝13为3.06毫米，正向第一铝合金夹缝14为3.75毫米，中间铝合金夹缝15为3.39毫米，负向第一铝合金夹缝16为3.75毫米，负向第二铝合金夹缝17为3.06毫米。铝合金夹缝中填充有对应间距厚度的30毫米×30毫米的铝合金扁块。垫入正向第二铝合金夹缝13的铝合金扁块的厚度为3.06毫米，垫入正向第一铝合金夹缝14的铝合金扁块的厚度为3.75毫米，垫入中间铝合金夹缝15的铝合金扁块的厚度为3.39毫米，垫入负向第一铝合金夹缝16的铝合金扁块的厚度为3.75毫米，和负向第二铝合金夹缝17的铝合金扁块的厚度为3.06毫米。垫入的铝合金扁块可以显著减小磁体的纵向磁场梯度。

如图2所示，所述铝合金扁块嵌入正向第二铝合金夹缝13到负向第二铝合金夹缝17中。具体地，正向第四磁环5位于正向第三磁环上面，正向第二铝合金夹缝13位于正向第三磁环6和正向第二磁环7之间，正向第一铝合金夹缝14位于正向第二磁环7和正向第一磁环8之间，中间铝合金夹缝15位于正向第一磁环8和负向第一磁环9之间，负向第一铝合金夹缝16位于负向第一磁环9和负向第二磁环10之间，以及负向铝合金夹缝17位于负向第二磁环10和负向第三磁环11之间，负向第四磁环12在负向第三磁环11下面。

如图3a所示，未加铝合金扁块的磁场分布中边界处存在左右对称的一些磁场畸变点，而加有铝合金扁块以后，上述磁场畸变点得以消除，而上下两端处磁场不均匀区域的面积也有所减小，如图3b所示。