CN101825692A - 一种高场强聚焦核磁共振磁场及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核磁共振磁场及制备方法，属于稀土永磁材料和核磁共振成像领域，具体为一种高场强聚焦核磁共振磁场及制备方法。一种高场强聚焦核磁共振磁场，采用双柱C型开放式结构、C型机架采用机械强度和磁导率较高的45号钢、采用复合极板，设计了一种聚磁环，同时增加了极板同竖直支撑轭铁之间的距离，且采用无源人工匀场和有源计算机辅助匀场。本发明能够制得一种高场强聚焦磁体，且工艺过程容易控制，适合批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及核磁共振及其制备方法，属于稀土永磁材料和核磁共振成像领域，具体为一种高场强聚焦核磁共振磁场及制备方法。
背景技术
核磁共振成像(MRI，magnetic resonance imaging)系统是上世纪七十年代末发展起来的一种新型的医疗诊断设备，广泛应用于生物、医学基础研究与临床医疗诊断等领域。磁场是核磁共振成像系统的主体部分，磁场发生源先后经历了常规电磁铁磁场、超导磁场和目前正大力发展的永磁式(主要是烧结钕铁硼永磁体)磁场三个阶段，磁场结构也由最初的框式(两柱或四柱型)磁体发展到现在普遍采用的开放式(单柱或双柱C型)磁体。核磁共振磁场研究的主要技术指标有磁场强度、磁场均匀度和工作间隙等。磁场强度越大，磁共振成像速度越快，图像分辨率越高；磁场均匀度越好，磁共振成像的误差率越小；工作间隙越大，对病人限制越小，越有利于医生介入治疗和与病人间的交流。开放式永磁体磁场由于其低制造成本、低运营成本、大工作间隙而便于普及的优点引起各国医疗和磁性材料行业学者的重视，近几年发展迅猛。
关于烧结钕铁硼永磁体用作核磁共振磁场的专利有很多，比如已公开的中国专利有CN85.1.03498、CN1042795、CN2296694等，美国公开的专利有4,777,464和4,943,774，日本在中国公开的专利有CN1240122、CN1246320等。但是从众多已公开的MRI磁体专利来看，存在以下问题：制造成本偏高、磁场强度低(≤0.35T)、磁场均匀度及稳定性差。目前市场上永磁式共振磁场主要是0.3T和0.35T的，按目前普通的设计方案，永磁式共振磁场强度很难超过0.4T，远远不能满足临床医学发展的需要。但如果采用聚磁技术，随着磁性材料性能的改善，永磁式共振磁场达到0.4T以上是可能的。关于聚磁技术的专利鲜有报道，仅专利号为CN2534973的实用新型专利《一种热磁合金补偿磁共振成像磁体》提到一种聚磁环，但该专利中对其具体结构并未加以说明。
为了广泛普及核磁共振成像和提高磁共振成像速度及图像分辨率，必须大力发展高场强、高均匀度永磁式核磁共振磁场。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的缺点，提供一种永磁式高场强聚焦核磁共振磁场及制备方法。
本发明的具体技术方案如下：
1、本发明所述高场强聚焦核磁共振磁场采用双柱C型开放式结构，从侧面看磁体呈C型，有水平对称轴线：双柱C型机架由一对上下相互平行的轭铁和两段竖直支撑轭铁构成，两竖直支撑轭铁相互成60度角；上下两组相互平行的主磁块分别位于上下轭铁的内侧；两块相互平行的复合极板分别装在两主磁块组朝向气隙的表面，两极板之间的气隙区域即成像工作区。
2、为了同时满足机械性能和磁性能的要求，本发明的C型机架采用机械强度和磁导率较高的45号钢，磁体采用高性能烧结钕铁硼永磁体。
3、为了使工作区磁场更均匀，本发明采用复合极板，其主要由基板、弧板、匀场环和抗涡流盘构成。基板、弧板和匀场环均材料均为45号钢，抗涡流盘为若干不同长度的高磁导率、高电阻率硅钢片紧密排成一个圆盘，然后通过环氧树脂粘接叠压而成。在成像工作区，上极板为N极，下极板为S极(也可以互换)。
4、为了获得更高的工作区场强，必须尽量减少发散磁场，而磁极朝向气隙面及与侧轭铁之间气隙的散磁场较为严重，对此本发明设计了一种聚磁环，同时增加了极板同竖直支撑轭铁之间的距离。该聚磁环为若干径向充磁的瓦型磁体装配在弧板环和匀场环周围形成的磁体环，这是本发明的关键所在。
5、为了获得工作区的高均匀度磁场，本发明采用无源人工匀场和有源计算机辅助匀场，其中无源匀场片为软磁铁氧体和烧结钕铁硼永磁材料。
附图说明
为了更好阐述本发明有如下附图：
图1、本发明核磁共振磁场立体图
图2、本发明核磁共振磁场磁极剖面图
图3、本发明弧板示意图
图4、本发明匀场环单元板示意图
图5、本发明主磁体排布俯视图
图6、本发明聚磁环单元磁体示意图
图7、本发明核磁共振磁场磁力线分布模拟图
符号说明：a 上下平行轭铁
b 竖直支撑轭铁
c 主磁块组
d 聚磁环
e 匀场环
f 弧板
g 复合极板基板
h 抗涡流盘
i 无缘匀场片
下面结合附图详细说明本发明内容：
如图1所示，从侧面看本发明磁体由上下两平行轭铁a和两竖直支撑轭铁b构成双柱开放式C型结构，有水平对称轴线，两竖直支撑轭铁相互成60度角；上下两组相互平行的主磁块c分别位于上下轭铁a的内侧；两块相互平行的复合极板分别装在两主磁块组c朝向气隙的表面，两极板之间的气隙区域即成像工作区。在成像工作区，上极板为N极，下极板为S极(也可以互换)。
本发明主磁块组c由若干块不同形状的高性能烧结钕铁硼磁体按图5的方式紧密排列而成，磁体相互以环氧树脂粘接，磁块组外围由玻纤加环氧树脂粘接缠绕固定。磁块组高度200～350mm，横向宽度1100mm，纵向宽度1100mm。
如图2所示，本发明所述复合极板由下至上分别排列着基板g、弧板环f、抗涡流盘h、匀场环e。在本发明中，基板g、弧板环f、匀场环e主要起使工作区磁场更加均匀的作用，弧板g和匀场环e单元板结构分别如图3和图4所示；抗涡流盘主要起抑制梯度脉冲电流引起的涡流效应的作用，它由若干不同长度的高磁导率、高电阻率硅钢片紧密排成一个圆盘，然后通过环氧树脂粘接叠压而成，其厚度30mm左右，直径1050mm左右。
从图2还可以看出，本发明所述聚磁环d装配在弧板环f和匀场环e的周围，由若干图6所示的径向充磁的瓦型高性能烧结钕铁硼磁体紧密排列而成，瓦型磁体内弧与匀场环e和弧板环f的外弧紧密相贴。若图2中主磁体c为N极，即主磁体N极朝上，则聚磁环d中瓦型磁体的N极朝内指向主磁体c，反之则相反，从而起到磁力线对顶的作用，使磁极边缘发散磁力线被挤向磁极中心区，有效减少了本发明磁场的漏磁，提高了工作区磁场强度。
最后通过无源人工匀场和有源计算机辅助匀场，获得高均匀度磁场。图7为电磁模拟软件模拟的本发明磁场磁力线分布图，从图中可以看出，主磁极磁体通过上下轭铁和两竖直支撑轭铁使磁势串联，由于轭铁高的磁导率及聚磁环的作用，构成一个较为理想的闭合磁路，从而在工作区域建立一个高均匀度、高场强的静磁场。
具体实施方式
以下是根据本发明方案设计的的具体实例，旨在说明本发明的先进性，但本发明并不仅限于这些实例。
实例一
工作区磁场强度：B0＝0.5T
主磁块及聚磁环磁体材料：N45烧结钕铁硼磁体
主磁块及聚磁环磁体性能要求：剩磁Br 13.2～13.5KGs
磁感矫顽力Hcb 11.5～12.5KOe
内禀矫顽力Hcj 12.5～13.5KOe
最大磁能积(BH)max 43～45MGO
工作气隙：高度 490mm
宽度 1100mm
磁极尺寸：纵向宽度 1100mm
横向长度 1100mm
主磁体高度 270mm
聚磁环单元磁体尺寸：角度 6°
壁厚 40mm
纵向高度40mm
磁场均匀度：Φ300mm球体内8ppm，Φ200球体内3ppm
磁场稳定性：温度系数0.11％，加入自恒温系统后达到2ppm/10分钟、100ppm/8小时
磁体涡流：X、Y方向小于0.5％，Z方向小于2％
实例二
工作区磁场强度：B0＝0.55T
主磁块及聚磁环磁体材料：N45烧结钕铁硼磁体
主磁块及聚磁环磁体性能要求：剩磁Br 13.2～13.5KGs
磁感矫顽力Hcb 11.5～12.5KOe
内禀矫顽力Hcj 12.5～13.5KOe
最大磁能积(BH)max 43～45MGO
工作气隙：高度 490mm
宽度 1100mm
磁极尺寸：纵向宽度1100mm
横向宽度 1100mm
主磁体高度 300mm
聚磁环单元磁体尺寸：角度 6°
壁厚 40mm
纵向高度 40mm
磁场均匀度：Φ300mm球体内8ppm，Φ200球体内3ppm
磁场稳定性：温度系数0.11％，加入自恒温系统后达到2ppm/10分钟、100ppm/8小时
磁体涡流：X、Y方向小于0.5％，Z方向小于2％。
Claims (6)
1.一种高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：采用双柱C型开放式结构，从侧面看磁体呈C型，有水平对称轴线：双柱C型机架由一对上下相互平行的轭铁和两段竖直支撑轭铁构成，两竖直支撑轭铁相互成60度角；上下两组相互平行的主磁块分别位于上下轭铁的内侧；两块相互平行的复合极板分别装在两主磁块组朝向气隙的表面，两极板之间的气隙区域即成像工作区。
2.按权利要求1所述的高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：为了同时满足机械性能和磁性能的要求，本发明的C型机架采用机械强度和磁导率较高的45号钢，磁体采用高性能烧结钕铁硼永磁体。
3.按权利要求1所述的高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：为了使工作区磁场更均匀，本发明采用复合极板，其主要由基板、弧板、匀场环和抗涡流盘构成。基板、弧板和匀场环均材料均为45号钢，抗涡流盘为若干不同长度的高磁导率、高电阻率硅钢片紧密排成一个圆盘，然后通过环氧树脂粘接叠压而成。在成像工作区，上极板为N极，下极板为S极(也可以互换)。
4.按权利要求1所述的高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：设计一种聚磁环，同时增加了极板同竖直支撑轭铁之间的距离，有效提高了工作区场强。该聚磁环为若干径向充磁的瓦型磁体装配在弧板环和匀场环周围形成的磁体环
5.按权利要求1所述的高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：本发明采用无源人工匀场和有源计算机辅助匀场，有效提高了匀场效率和精度，其中无源匀场片为软磁铁氧体和烧结钕铁硼永磁材料。
6.按权利要求1所述的高场强聚焦核磁共振磁场，其特征在于：本发明制备的磁场其场强在Φ300mm球体内可达0.5T以上，匀场处理后磁场均匀度可小于10ppm。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100908 |