CN103050212B - 一种开放式自屏蔽磁共振成像分裂式超导磁体系统 - Google Patents
一种开放式自屏蔽磁共振成像分裂式超导磁体系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种开放式自屏蔽磁共振成像分裂式超导磁体系统。所述的超导磁体系统中，超导主线圈、超导矫正线圈(4)和超导屏蔽线圈(5)安装在左低温容器(1)和右低温容器(2)中；分裂式匀场铁片(11)、分裂式室温匀场线圈(12)、分裂式梯度线圈(13)安装在超导磁体系统的室温孔内关于对称平面正对称的三个圆柱面上。超导主线圈、超导矫正线圈(4)和超导屏蔽线圈(5)共同产生中心磁场强度为0.7T的磁场，并在中心直径为50cm的球形成像区域(15)内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的磁场分布，5高斯杂散场在轴向和径向方向分别限制在3.5m和4.0m椭球范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种开放式自屏蔽磁共振成像超导磁体系统。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)一般需要在直径为40~50cm球域内产生磁场峰值均匀度优于20ppm(parts per million,ppm)的高均匀度磁场分布。磁共振成像设备一般为空心螺线管型结构，磁体系统提供的空心圆柱形室温孔空间可为患者提供诊断需求。患者在进行磁共振成像时，需从狭长的空心圆柱区域的一端进入中心磁场均匀区域。大量临床实验表明患者在进行磁共振成像诊断时，普遍出紧张、不安等幽闭症现象，因此开放式磁共振成像技术成为各大商业公司在技术领域竞争的热点。
开放式磁共振成像超导磁体系统主要为双平面型结构，其超导磁体主要是分别在两个彼此分离的扁平圆柱形低温容器内安装了多对螺线管线圈，两低温容器之间的竖直间隙提供了一个较大的开放空间，适合于全身/局部四肢成像诊断。然而，近些年为了结合正电子发射断层扫描(Position Emission Tomography，PET)和MRI的技术优点，实现PET/MRI多模成像技术，提出了一种开放式分裂超导磁体系统，该系统除了提供双平面型磁共振成像设备所提供的较大的竖直间隙外，还提供了一个水平方向的室温孔，可在两低温容器之间的竖直间隙内安装一套PET探测设备，实现全身/局部四肢PET/MRI多模成像，该多模成像技术有效地将PET技术在关于人体组织的分子功能信息层面所成图像的高对比度和MRI技术提供的高分辨率人体解剖学信息结合起来，其诊断效果远大于单一采用PET和MRI成像技术累加之和。
中国专利200610114716.X提出一种开放式磁共振永磁磁体，其永磁体形状为双平面型，但中心磁场较低。美国专利US005982260A为英国牛津磁体技术公司提出的一种双平面型开放式磁共振成像超导磁体系统，超导线圈安装在上、下低温容器内，两低温容器之间的间隙提供了病人诊断的空间；美国专利US20020050820A1为飞利浦公司提出的一种“C”形双平面型开放式磁共振成像超导磁体系统，超导线圈安装在上、下低温容器内，并在上、下低温容器中心位置处开有凹槽，凹槽内安装磁性材料用于磁场矫正。中国专利200610114716.X、美国专利US005982260A和US20020050820A1均只通过两个低温容器间的间隙提供病人诊断空间，因此，没有足够的空间安装PET探测线圈以实现PET/MRI多模成像功能。
发明内容
本发明的目的是克服现有磁共振超导磁体系统开放性不足的缺点，提出一种开放式自屏蔽磁共振成像分裂式超导磁体系统。本发明可提供直径为80cm水平方向的室温孔和间距为50cm的竖直间隙，水平方向的室温孔为实现人体的全身成像以及开展介入式手术治疗提供足够的开放空间，同时还可以在竖直间隙内安装PET探测线圈以实现PET/MRI多模成像功能。
本发明的分裂式超导磁体系统由超导主线圈、超导矫正线圈、超导屏蔽线圈、分裂式匀场铁片、分裂式室温匀场线圈、分裂式梯度线圈、左低温容器和右低温容器组成。
所述的超导主线圈、超导矫正线圈和超导屏蔽线圈均安装在左低温容器和右低温容器中，分裂式匀场铁片、分裂式室温匀场线圈、分裂式梯度线圈安装在超导磁体系统的室温孔内关于对称平面正对称的三个圆柱面上。
超导主线圈由三对通正向电流的螺线管线圈组成，超导矫正线圈为一对通反向电流的螺线管线圈，超导屏蔽线圈为一对通反向电流的螺线管线圈。超导主线圈、超导矫正线圈和超导屏蔽线圈均是以对称轴为中心轴的螺线管线圈。三对超导主线圈、一对超导矫正线圈和一对超导屏蔽线圈分别关于一个对称平面正对称安装在左低温容器和右低温容器内。左低温容器和右低温容器均为空心的平面型容器，均以对称轴为中心轴，并关于对称平面正对称布置。左低温容器和右低温容器均由液氦罐、冷屏和真空容器组成。超导主线圈、超导矫正线圈和超导屏蔽线圈均安装在液氦罐中，液氦罐灌满液氦，冷屏在液氦罐外面与液氦罐的间距为5mm，真空容器在冷屏外面并与冷屏的间距为5mm。
在液氦罐内距离对称平面最近的位置处沿着径向尺寸变大的方向依次安装有第二超导主线圈、超导矫正线圈和第三超导主线圈，第一超导主线圈安装在液氦罐内径向最小且轴向最大位置处，超导屏蔽线圈则安装在液氦罐轴向最大位置处，超导矫正线圈横截面的中心、超导屏蔽线圈横截面的中心和超导磁体系统球形成像区域的中心三点在一条直线上。第一超导主线圈、第二超导主线圈、第三超导主线圈、超导矫正线圈和超导屏蔽线圈均关于对称平面正对称地布置在左低温容器的液氦罐和右低温容器的液氦罐中。分裂式匀场铁片、分裂式室温匀场线圈和分裂式梯度线圈安装室温孔内关于对称平面正对称的三个圆柱面上，三个圆柱面的半径依次减小。三个圆柱面均以对称轴为中心轴，三个圆柱面轴向长度略小于或等于左低温容器或右低温容器的轴向长度。分裂式匀场铁片所在圆柱面半径比水平方向的室温孔的半径小2mm。分裂式匀场铁片由多个铁磁材料制作的铁磁薄片组成，多个铁磁薄片离散地分布在圆柱面上。分裂式室温匀场线圈所在圆柱面半径比分裂式匀场铁片所在圆柱面半径小2mm。
超导主线圈产生中心磁场强度为1.4413T，超导矫正线圈产生中心磁场强度为-0.3067T，超导屏蔽线圈产生中心磁场强度为-0.4346T。超导主线圈、超导矫正线圈和超导屏蔽线圈共同作用产生中心磁场强度为0.7T，并在中心直径为50cm的球形成像区域内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的磁场分布。超导矫正线圈和超导屏蔽线圈共同作用使得超导主线圈产生的5高斯杂散场在轴向和径向方向分别限制在3.5m和4m椭球范围内。
本发明分裂式超导磁体系统可提供一个直径为80cm水平方向的室温孔和间距为50cm的竖直间隙。水平方向的室温孔可为实现人体全身成像和开展介入式手术提供开放空间；竖直间隙可使两肩宽度大于80cm的肥胖病人从间隙中进入系统进行诊断；还可在竖直间隙内安装PET探测线圈，PET探测线圈的内直径为1.0m，PET探测线圈的中平面与对称平面重合，病人从室温孔进入系统实现PET/MRI多模成像功能。
附图说明
图1本发明实施例的分裂式超导磁体系统的结构示意图；
图2本发明实施例的分裂式超导磁体系统在磁体内部产生的磁场峰峰值不均匀度为10ppm的等高线分布图；
图3本发明实施例的分裂式超导磁体系统产生的5高斯杂散场等高线分布图。
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。
图1是本发明超导磁体系统的线圈结构图。如图1所示，分裂式超导磁体系统由超导主线圈3、超导矫正线圈4、超导屏蔽线圈5、分裂式匀场铁片11、分裂式室温匀场线圈12、分裂式梯度线圈13、左低温容器1和右低温容器2组成。
左低温容器1和右低温容器2中均安装有所述的超导主线圈、超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5。左低温容器1和右低温容器2均为空心的平面型容器，均以对称轴9为中心轴，并关于对称平面10正对称布置。左低温容器1和右低温容器2均由液氦罐6、冷屏7和真空容器8组成。超导主线圈由三对通正向电流的螺线管线圈3.1、3.2、3.3组成。超导矫正线圈4为一对通反向电流的螺线管线圈，超导屏蔽线圈5为一对通反向电流的螺线管线圈。超导主线圈、超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5均是以对称轴9为中心轴的螺线管线圈，三对超导主线圈、一对超导矫正线圈和一对超导屏蔽线圈都关于一个对称平面正对称布置在左低温容器1和右低温容器2内。超导主线圈、超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5均安装在液氦罐中并灌满液氦，冷屏在液氦罐外面与液氦罐的间距为5mm，真空容器在冷屏外面并与冷屏的间距为5mm。在液氦罐6内距离对称平面10最近的位置处沿着径向尺寸变大的方向依次安装第二超导主线圈3.2、超导矫正线圈4和第三超导主线圈3.3，第一超导主线圈3.1安装在液氦罐6内径向最小和轴向最大位置处，超导屏蔽线圈5则安装在液氦罐6轴向最大位置处。第一超导主线圈3.1、第二超导主线圈3.2、第三超导主线圈3.3、超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5均关于对称平面正对称地布置在左低温容器的液氦罐和右低温容器的液氦罐中。分裂式匀场铁片11、分裂式室温匀场线圈12和分裂式梯度线圈13安装室温孔16内关于对称平面10正对称的三个圆柱面上，三个圆柱面的半径依次减小。三个圆柱面均以对称轴9为中心轴,三个圆柱面轴向长度略小于或等于左低温容器1或右低温容器2的轴向长度。分裂式匀场铁片11所在圆柱面半径比水平方向的室温孔16的半径小2mm。分裂式匀场铁片11由多个铁磁材料制作的铁磁薄片组成，多个铁磁薄片离散地分布在圆柱面上，每个铁磁薄片的具体位置可根据实际空间磁场分布通过优化算法计算得出。分裂式室温匀场线圈12所在圆柱面半径比分裂式匀场铁片11所在圆柱面半径小2mm。分裂式室温匀场线圈12由铜导线绕制的线圈组成。分裂式梯度线圈13所在圆柱面半径比分裂式室温匀场线圈12所在圆柱面半径小2mm。分裂式梯度线圈13由铜导线绕制的螺线管线圈和鞍形线圈组成，螺线管线圈和鞍形线圈产生轴向梯度和径向梯度磁场。分裂式超导磁体系统可同时提供直径为80cm水平方向的室温孔16和间距为50cm的竖直间隙17，可在竖直间隙17内安装PET探测线圈14实现PET/MRI多模成像功能。
图2为本发明实施例的分裂式超导磁体系统在空间产生的磁场峰峰值不均匀度为10ppm的等高线分布图。超导矫正线圈4横截面的中心、超导屏蔽线圈5横截面的中心和球形成像区域15的中心三点在一条直线上。超导主线圈3.1、3.2、3.3产生中心磁场强度为1.4413T，超导矫正线圈4产生中心磁场强度为-0.3067T，超导屏蔽线圈5产生中心磁场强度为-0.4346T。超导主线圈3.1、3.2、3.3、超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5共同作用产生中心磁场强度为0.7T，并在中心直径为50cm的球形成像区域15内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的磁场分布。
图3为本发明实施例的分裂式超导磁体系统产生的5高斯杂散场等高线分布图，超导矫正线圈4和超导屏蔽线圈5共同作用使得超导主线圈3.1、3.2、3.3产生的5高斯杂散场在轴向和径向方向分别限制在3.5m和4m椭球范围内。
Claims (4)
1.一种开放式自屏蔽磁共振成像分裂式超导磁体系统，其特征在于所述的分裂式超导磁体系统由超导主线圈、超导矫正线圈(4)、超导屏蔽线圈(5)、分裂式匀场铁片(11)、分裂式室温匀场线圈(12)、分裂式梯度线圈(13)、左低温容器(1)和右低温容器(2)组成；所述的超导主线圈、超导矫正线圈(4)和超导屏蔽线圈(5)安装在左低温容器(1)和右低温容器(2)中；分裂式匀场铁片(11)、分裂式室温匀场线圈(12)、分裂式梯度线圈(13)安装在超导磁体系统的室温孔内关于对称平面正对称的三个圆柱面上；
所述的超导主线圈、超导矫正线圈(4)和超导屏蔽线圈(5)共同产生中心磁场强度为0.7T的磁场，并在中心直径为50cm的球形成像区域(15)内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的磁场分布，5高斯杂散场在轴向和径向方向分别限制在3.5m和4m椭球范围。
2.按照权利要求1所述的超导磁体系统，其特征在于所述的超导主线圈为三对通正向电流的螺线管线圈(3.1、3.2、3.3)组成，超导矫正线圈(4)为一对通反向电流的螺线管线圈，超导屏蔽线圈(5)为一对通反向电流的螺线管线圈；超导主线圈、超导矫正线圈(4)和超导屏蔽线圈(5)均是以对称轴(9)为中心轴的螺线管线圈；三对超导主线圈(3.1、3.2、3.3)、一对超导矫正线圈和一对超导屏蔽线圈分别关于一个对称平面正对称布置在左低温容器(1)和右低温容器(2)内的液氦罐(6)中。
3.按照权利要求1或2所述的超导磁体系统，其特征在于在所述的左低温容器(1)和右低温容器(2)的液氦罐内距离对称平面(10)最近的位置处沿着径向尺寸变大的方向依次安装第二超导主线圈(3.2)、超导矫正线圈(4)和第三超导主线圈(3.3)，第一超导主线圈(3.1)安装在液氦罐内径向最小和轴向最大位置处，超导屏蔽线圈(5)安装在液氦罐轴向最大位置处；超导矫正线圈(4)横截面的中心、超导屏蔽线圈(5)横截面的中心和超导磁体系统球形成像区域(15)的中心三点在一条直线上。
4.按照权利要求1所述的超导磁体系统，其特征在于安装有所述的分裂式匀场铁片(11)、分裂式室温匀场线圈(12)和分裂式梯度线圈(13)的三个圆柱面均以对称轴(9)为中心轴对称布置，三个圆柱面轴向长度等于左低温容器(1)和右低温容器(2)的轴向长度，并以对称平面(10)正对称；分裂式匀场铁片(11)所在圆柱面半径最大，贴近低温系统的室温孔内壁，分裂式室温匀场线圈(12)所在圆柱面半径比分裂式匀场铁片(11)所在圆柱面半径小2mm，分裂式梯度线圈(13)所在圆柱面半径比分裂式室温匀场线圈(12)所在圆柱面半径小2mm。
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