CN101533078A - 用于婴儿成像磁共振成像装置超导磁体 - Google Patents
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Abstract
一种用于婴儿成像磁共振成像装置超导磁体，由主线圈和屏蔽线圈组成；主线圈由11个分离的不同半径的超导线圈组成，11个分离的超导线圈沿轴线中点对称分布：第六线圈(6)位于轴线中点处，第五线圈(5)与第七线圈(7)，第四线圈(4)与第八线圈(8)，第三线圈(3)与第九线圈(9)，第二线圈(2)与第十线圈(10)，第一线圈(1)与第十一线圈(11)分别在轴线上两两对称布置；两个屏蔽线圈(12、13)位于主线圈的外层。线圈(1、3、5、6、7、9、11)通正向电流，产生所需要的场强。线圈(2、4、8、10)通以反向电流，用来补偿高次谐波参数以提高磁体的均匀度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于磁共振成像装置超导磁体，特别涉及用于婴儿检查的磁共振成像装置超导磁体。
背景技术
高磁场高均匀度的超导磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是根据生物体磁性核(氢核)在磁场中的表现特性成像的高新技术。近二十年来，随着磁体技术、工程电磁场逆问题、超导技术、低温技术、电子技术和计算机等相关技术的发展，MRI技术得到了飞速发展。MRI以其自身技术上的特点和功能上的优势，已成为临床影像诊断中不可缺少的现代化诊断设备。
磁共振成像(MRI)系统主要由磁体系统、谱仪系统、计算机系统和图像显示系统组成，其中磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件。而磁体系统中最重要、成本最高的部分是主磁体。主磁体的作用是产生一个均匀的磁场，使处于磁场中的人体内氢原子核被磁化而形成磁化强度矢量。磁共振成像装置的主磁体要求具有高场强(>0.3T)和高均匀度(1～10ppm)。磁共振成像装置的主磁体主要有永磁体和超导磁体，永磁体产生的匀场区场强一般在0.5T以下，1T以上的为超导磁体。
人体成像中，有用于全身成像的磁共振装置和身体某一局部成像的装置。成年人全身成像的磁共振装置要求能够容纳整个身体，因此，磁体的直径通常大于1m，由于高磁场和开放性使得磁体绕组上磁场较高，相关的电磁应力较大，因此系统整体建造成本高。目前3.0T的MRI系统一套的价格大约在2500万人民币左右，而一套1.5T的MRI系统也将近1000万。做MRI检查费用往往超出了一般患者的承受能力，MRI检查也超出了常规检查的范畴。
在医院妇产科每天有相当数量的婴儿出生，一些新生婴儿在妇女怀孕期间或在出生时产生婴儿身体损伤或内部器官可能有一些问题，需要在最快的时间内检查新生婴儿，并对其做出诊断和治疗。在一些较大的医院，全身核磁共振成像往往远离其妇产科，为了能够更好的对新生婴儿进行救护，有必要在妇产科内安装较小尺寸的核磁共振成像系统。新生婴儿的早期诊断和成像系统所需要磁体孔径也不需要太大，线圈内径足以容纳新生婴儿即可，医生能够比较容易接近和维护。目前，缺乏小尺寸和成本较低的专门用于婴儿成像MRI装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种用于婴儿早期成像磁共振装置的超导磁体，本发明磁体尺寸小，造价较为低廉。
本发明的婴儿成像主磁体包括主线圈和屏蔽线圈。主线圈由一组螺线管线圈组成，在轴向方向上对称分布，分别通以不同方向的电流。通正电流的线圈，产生所需要的场强；通反向电流的线圈，用来补偿高次谐波参数以提高磁体的均匀度。屏蔽线圈位于主线圈外层，与主线圈产生磁场相反，起到屏蔽作用，以保证外部杂散磁场不至于过大，使得整个超导磁体具有良好的电磁兼容性。
主线圈中各个线圈的内半径不同，位于磁体中部的线圈的内半径最大，从磁体中部向两端排列的线圈的内半径逐渐变小，以保证线圈的内部空间在中部有较大的均匀区和较高的均匀度。
为了便于用于婴儿的临床使用，要求超导磁体均匀区和磁体长度都要明显小于用于成人的磁体装置。成像空间均匀区小于φ300mm，磁体轴向长度小于800mm。
本发明包括屏蔽线圈，主动屏蔽杂散场，5G线(即5高斯线)分布在径向和轴向方向小于3m的范围。
本发明的超导主磁体也可以用于动物成像的MRI超导磁体。
附图说明
图1婴儿成像超导磁体，1—11主线圈，12、13屏蔽线圈，14均匀区；
图2具体化的超导磁体结构和均匀区的范围示意图；
图3φ300mm的球体空间均匀区，场强为1.5T的磁场均匀度等位线；
图4超导线圈的磁场分布；
图5超导磁体在空间5G线的磁场分布图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明超导磁体由主线圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和屏蔽线圈12、13组成，主线圈用于产生要求的中心磁场，屏蔽线圈实现主动屏蔽，使超导磁体具有好的电磁兼容性。屏蔽和主线圈共同作用产生中心磁场和可利用的均匀区域。
本发明具有较短的轴线长度和较大均匀区范围。超导磁体由多个不同半径的主线圈和电流方向相反的屏蔽线圈组成。屏蔽线圈位于主线圈之外。超导磁体结构尽可能以最小的孔径和最小长度获得最大均匀区和较为开放的紧凑磁体结构。最大程度限制超导绕组内的最大磁场和线圈之间的相互作用的轴向和环向应力的作用。
图1所示为本发明超导磁体结构和空间配置，超导磁体的主线圈由11个分离的超导线圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11组成，11个分离的超导线圈沿轴线中点对称分布，第六线圈6位于轴线中点处，第五线圈5与第七线圈7，第四线圈4与第八线圈8，第三线圈3与第九线圈9，第二线圈2与第十线圈10，第一线圈1与第十一线圈11分别在轴线上沿轴线中点两两对称布置。第一屏蔽线圈12和第二屏蔽线圈13组成磁体的屏蔽线圈，位于主线圈的外层。位于磁体中部的均匀区14为高均匀度磁场成像区域，在直径300mm的球形空间内，磁场的不均匀性小于5ppm。
如图2所示，主线圈中的第二线圈2、第四线圈4、第八线圈8、以及第十线圈10通以反向电流，在图上标以“—J”标记，第一线圈1、第三线圈3、第五线圈5、第六线圈6、第七线圈7、第九线圈9、第十一线圈11通正向电流线圈。通以反向电流的线圈用于补偿线圈产生的高次谐波分量，以便进一步提高均匀区14内磁场的质量。屏蔽线圈12、13通以反向电流，与主线圈产生磁场相反，起到屏蔽作用。本发明实施例的超导磁体线圈的整体长度小于0.78m。线圈的截面尺寸和空间位置如表一所示。其中，R1，R2分别为线圈在半径方向的尺寸；Z1，Z2分别为线圈在轴向上的尺寸；J为“—”表示取反向电流。，“+”表示取正向电流。
表一
| R1(m) | R2(m) | Z1(m) | Z2(m) | J | |
| 1 | 0.28093247228 | 0.37369283955 | -0.39145416003 | -0.31878163989 | + |
| 2 | 0.28877293231 | 0.36076303960 | -0.29190662157 | -0.24448549438 | - |
| 3 | 0.29048880721 | 0.36978217976 | -0.23618505740 | -0.18172232607 | + |
| 4 | 0.31499336561 | 0.36662851595 | -0.15150059433 | -0.12801307580 | - |
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图3是所述超导磁体在φ300mm的球体空间均匀区14内的磁场等位线，这个磁体提供的均匀区磁场的不均匀性小于5ppm。
图4是超导线圈的磁场分布，显示了在中心获得1.5T磁场，最大磁场大约为4.3T。
图5是磁体系统的磁场5G线(即5高斯线)的分布，等位线在径向和轴向方向大约在2.75m和2.9m范围的椭圆上。
Claims (3)
1、一种用于婴儿成像磁共振成像装置超导磁体，其特征在于，所述超导磁体由主线圈和屏蔽线圈组成；主线圈由11个分离的超导线圈组成，11个超导线圈沿轴线中点对称分布：第六线圈(6)位于轴线中点处，第五线圈(5)与第七线圈(7)，第四线圈(4)与第八线圈(8)，第三线圈(3)与第九线圈(9)，第二线圈(2)与第十线圈(10)，第一线圈(1)与第十一线圈(11)分别在轴线上两两对称布置；磁体的屏蔽线圈的第一屏蔽线圈(12)和第二屏蔽线圈(13)位于主线圈的外层；第一线圈(1)、第三线圈(3)、第五线圈(5)、第六线圈(6)、第七线圈(7)、第九线圈(9)和第十一线圈(11)通正向电流，产生所需要的场强，第二线圈(2)、第四线圈(4)、第八线圈(8)和第十线圈(10)通以反向电流，用来补偿高次谐波参数以提高磁体的均匀度。
2、按照权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，组成所述主线圈的各个线圈的半径不同，位于磁体中部的线圈的内半径最大，从磁体中部向两端排列的线圈的内半径逐渐变小。
3、按照权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体采用屏蔽线圈屏蔽杂散磁场，5G线分布在径向和轴向方向小于3m的范围。
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