CN103077798A - 一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体 - Google Patents

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一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其超导磁体由超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）组成，所有线圈均为以对称轴（8）为中心轴的轴对称螺线管线圈。超导主线圈（2）为三对通以正向电流的螺线管线圈，超导轴向屏蔽线圈（3）为一对通以反向电流的螺线管线圈。超导主线圈（2）和超导轴向屏蔽线圈（3）均关于对称平面（9）正对称布置；超导径向屏蔽线圈（4）为一个通以反向电流的螺线管线圈，超导径向屏蔽线圈的中平面与对称平面（9）重合。超导磁体在中心位置的三个直径分别为80mm、150mm和200mm同心球形区域（5、6和7）产生高度均匀的磁场分布，5高斯杂散场分别在径向和轴向方向限制在1.5m和2.2m椭球范围内。

Description

一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体
技术领域
本发明涉及一种磁共振成像超导磁体。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)超导磁体系统一般由超导磁体、室温匀场线圈、梯度线圈、射频线圈、低温容器、制冷机、磁场测量系统和计算机等部件组成。其中，超导磁体是MRI系统中造价最为昂贵的核心部件，其功能主要是在一个中心区域内产生高度均匀的磁场分布，中心区域的形状一般为球形结构。MRI一般还需对5高斯杂散场范围进行约束，约束方法有被动屏蔽和主动屏蔽技术之分，被动屏蔽技术是指在放置MRI系统房间的墙壁内，布置磁性铁片以构成磁通回路，使得5高斯杂散场的空间范围降低到一定范围内；主动屏蔽技术在超导磁体内安装通以反向电流方向的线圈来降低5高斯杂散磁场范围。主动屏蔽技术可有效降低整个超导磁体系统的重量和体积，已经广泛应用于各类MRI超导磁体系统中。
近年来，活体动物MRI成像技术广泛应用于生物和医疗等研究领域，该成像技术可在活体完整的微循环下研究病理机制；在基因治疗后表型改变前，评价基因治疗的早期效果；同时还可开展活体介入式手术治疗。动物成像MRI超导磁体一般需要在相对较小的球形区域内产生峰峰值磁场不均匀度优于5ppm的高均匀磁场分布，通常球形区域的直径分别为80mm、150mm和200mm，以满足不同尺寸的动物成像的需求。
1989年日本日立研究和发展中心提出一种中心磁场强度为4.7T的磁共振成像超导磁体，超导磁体由七个超导主线圈组成，其室温孔直径为300mm，七个超导主线圈共同在中心直径为100mm球形区域产生的磁场峰峰值不均匀度为1.0ppm，该超导磁体没有主动屏蔽线圈，因此对周围电子产品产生影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有磁共振成像超导磁体系统中心磁场强度低和杂散场范围偏大等缺点，提出一种新的磁共振成像超导磁体。本发明超导磁体在空间产生中心磁感应强度为4.7T的高均匀度磁场分布，在保持传统的一对超导轴向屏蔽线圈的基础上，添加了一个超导径向屏蔽线圈，使得5高斯杂散场分别在径向和轴向方向限制在1.5m和2.2m椭球范围内。
本发明所提出的用于动物成像的磁共振成像超导磁体主要由三对超导主线圈、一对超导轴向屏蔽线圈和一个超导径向屏蔽线圈组成。三对超导主线圈、一对超导轴向屏蔽线圈和一个超导径向屏蔽线圈均布置在一个预布置线圈空间范围内，所述的预布置线圈具有矩形截面。三对超导主线圈沿着轴向方向布置在预布置线圈空间矩形截面的内径最小处，线圈的面积沿着轴向方向由对称平面向两端部方向逐渐变大。超导轴向屏蔽线圈布置在预布置线圈空间内轴向位置距离中平面最远处，且超导轴向屏蔽线圈的径向位置在最小内径至最大外径的2/3位置处。超导径向屏蔽线圈布置在预布置线圈空间的最大外径处，超导径向屏蔽线圈的中平面与对称面重合。超导主线圈提供中心磁感应强度为5.4757T，超导轴向屏蔽线圈和超导径向屏蔽线圈共同产生中心磁感应强度为-0.7757T，超导主线圈、超导轴向屏蔽线圈和超导径向屏蔽线圈共同产生4.7T的中心磁场。超导磁体具有水平室温孔，室温孔的直径大于300mm，超导主线圈、超导轴向屏蔽线圈和超导径向屏蔽线圈在中心区域三个直径分别为80mm、150mm和200mm的同心球形区域共同产生0.03ppm、0.40ppm和2.00ppm高度均匀的磁场分布，5高斯杂散场分别在径向和轴向方向限制在1.5m和2.2m椭球范围内。
附图说明
图1本发明实施例的超导磁体结构示意图；
图2本发明实施例的超导磁体在三个中心球形区域产生的磁场均匀度等高线分布图；
图3本发明实施例的超导磁体在空间产生的5高斯杂散场等高线图。
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为本发明实施例的超导磁体结构示意图。如图1所示，超导磁体由超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4组成。所述的超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4共同作用产生中心磁感应强度为4.7T的高度均匀的磁场分布，磁感应强度方向朝向对称轴8的正方向。超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4均安装在预布置线圈空间1内，预布置线圈空间1的截面为矩形，该矩形轴向位置为-0.5m≤z≤0.5m，径向位置为0.25m≤r≤0.673m。三对超导主线圈2沿着轴向方向布置在预布置线圈空间1矩形截面的内径最小处。三对超导主线圈2的面积沿着轴向方向由对称平面9向两端部方向逐渐变大，三对主线圈2的面积之比为1:1.5:4.5。超导轴向屏蔽线圈3布置在预布置线圈空间1内，位于轴向位置距离中平面9最远处，且超导轴向屏蔽线圈3的径向位置在最小内径至最大外径的2/3位置处。超导径向屏蔽线圈4布置在预布置线圈空间1的最大外径处，其中平面与对称面9重合。若超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4中电流方向与对称轴8符合右手定则，则将线圈中电流方向定义为正向电流；若超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4中电流方向与对称轴8不符合右手定则，则将线圈中电流方法定义为反向电流。超导主线圈2为三对通以正向电流的螺线管线圈，超导轴向屏蔽线圈3为一对反向电流的螺线管线圈，超导主线圈2和超导轴向屏蔽线圈3均关于对称平面9正对称布置；超导径向屏蔽线圈4为一个通以反向电流的螺线管线圈，超导径向屏蔽线圈的中平面与对称平面9重合。
超导主线圈2提供中心磁感应强度为5.4757T，超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4共同产生中心磁感应强度为-0.7757T，超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4共同产生4.7T的中心磁场。超导磁体具有水平室温孔直径大于300mm，水平室温孔以对称轴8为中心轴，超导主线圈2、超导轴向屏蔽线圈3和超导径向屏蔽线圈4共同作用在中心区域三个直径分别为80mm、150mm和200mm的同心球形区域5、6和7共同产生0.03ppm、0.40ppm和2.00ppm高度均匀的磁场分布。
图2为本发明实施例的超导磁体在三个中心球形区域产生的磁场均匀度等高线分布图。三个中心球形区域分别由三个同心圆直径分别为80mm、150mm和200mm表示，超导磁体在三个中心球形区域分别产生磁场峰峰值不均匀度分别为0.03ppm、0.40ppm和2.00ppm。
图3为本发明实施例的超导磁体在空间产生的5高斯杂散场等高线图，超导轴向屏蔽线圈主要功能是约束5高斯杂散场的轴向范围，超导径向屏蔽线圈主要功能是约束5高斯杂散场的径向范围，超导轴向屏蔽线圈和超导径向屏蔽线圈共同作用使得5高斯杂散场分别在径向和轴向方向限制在1.5m和2.2m椭球范围内。

Claims (5)

1.一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其特征在于，所述的超导磁体由超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）组成；所述的超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）均为以对称轴（8）为中心轴的轴对称螺线管线圈；超导主线圈（2）为三对通以正向电流的螺线管线圈；超导轴向屏蔽线圈（3）为一对通以反向电流的螺线管线圈；超导主线圈（2）和超导轴向屏蔽线圈（3）均关于对称平面（9）正对称布置；超导径向屏蔽线圈（4）为一个通以反向电流的螺线管线圈，超导径向屏蔽线圈（4）的中平面与对称平面（9）重合；超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）在三个同心球形区域（5、6、7）共同产生磁场高度均匀的空间磁场分布；超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）共同作用使得5高斯杂散场约束在一个椭球形区域内。
2.按照权利要求1所述的一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其特征在于，所述的超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）共同产生中心磁感应强度为4.7T的磁场分布，磁场方向朝向对称轴（8）的正方向；超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）均安装在预布置线圈空间（1）内，预布置线圈空间（1）的截面为矩形，该矩形轴向位置为-0.5m≤z≤0.5m，径向位置为0.25m≤r≤0.673m；若线圈中电流方向与对称轴（8）符合右手定则，则将线圈中电流方向定义为正向电流；若线圈中电流方向与对称轴（8）不符合右手定则，则将线圈中电流方法定义为反向电流。超导主线圈（2）为三对通以正向电流的螺线管线圈，超导轴向屏蔽线圈（3）为一对反向电流的螺线管线圈，超导主线圈（2）和超导轴向屏蔽线圈（3）均关于对称平面（9）正对称布置；超导径向屏蔽线圈（4）为一个通以反向电流的螺线管线圈，超导径向屏蔽线圈的中平面与对称平面（9）重合。
3.按照权利要求2所述的一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其特征在于，所述的超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）均布置在预布置线圈空间（1）范围内，三对超导主线圈（2）沿着轴向方向布置在预布置线圈空间（1）最小内径处，沿着轴向方向由对称平面（9）向两端部方向，线圈的面积逐渐变大，三对主线圈的面积之比为1:1.5:4.5。超导轴向屏蔽线圈（3）布置在预布置线圈空间（1）内轴向位置距离中平面（9）最远处且径向位置在最小内径至最大外径的2/3位置处。超导径向屏蔽线圈（4）布置在预布置线圈空间（1）的最大外径处，其中平面与对称面（9）重合。超导主线圈（2）提供中心磁感应强度为5.4757T，超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）共同产生中心磁感应强度为-0.7757T，超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）共同产生4.7T的中心磁场。
4.按照权利要求1所述的一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其特征在于，所述的超导磁体水平室温孔的直径大于300mm，水平室温孔以对称轴（8）为中心轴，超导主线圈（2）、超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）在中心区域三个直径分别为80mm、150mm和200mm的同心球形区域（5、6、7）共同产生0.03ppm、0.40ppm和2.00ppm的磁场分布。
5.按照权利要求1所述的一种用于动物成像的磁共振成像超导磁体，其特征在于，所述的超导轴向屏蔽线圈（3）约束5高斯杂散场的轴向范围，超导径向屏蔽线圈（4）约束5高斯杂散场的径向范围，超导轴向屏蔽线圈（3）和超导径向屏蔽线圈（4）共同作用使得5高斯杂散场分别在径向和轴向方向限制在1.5m和2.2m椭球范围内。
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