CN103151136A - 一种非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体 - Google Patents

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Abstract

一种非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体，由超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)组成。所有线圈非对称地布置在预布置线圈区域内。超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)分别安装两个圆柱形骨架上，两个圆柱形骨架的中平面与球形成像区域(6)的中心点(9)重合；超导主线圈和超导屏蔽线圈在轴向方向偏离超导磁体中心距离为10cm处，直径为50cm的球形成像区域(6)内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的高均匀度磁场分布，超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)分别产生矫正磁场使得球形成像区域的磁场峰峰值不均匀提高至优于1ppm。

Description

一种非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体
技术领域
本发明涉及一种开放式磁共振超导磁体。
背景技术
全身磁共振成像超导磁体系统一般需要在直径为40~50cm的球形成像区域(Diameter of Spherical Volume,DSV)产生磁场峰峰值不均匀度优于20ppm(parts per million,ppm)的高均匀度空间磁场分布。磁共振超导磁体系统通常为水平型空心螺线管结构，其中心空心区域提供一个直径为80cm、轴向长度约为1.5m~2.0m的室温孔。然而，大量的临床试验均以表明患者在狭长的局促空间内普遍表现出幽闭症现象，为了缓解由幽闭症现象所致对患者诊断过程中的消极影响，各大磁共振成像生产厂家均以开发出开放式磁共振成像系统。
开放式磁共振成像系统的结构主要有三种形式，即双平面型、短腔水平温孔型和非对称水平温孔型。双平面型开放式磁共振成像超导磁体系统即将超导线圈安装在上、下对称的平面型低温容器内，上、下低温容器间提供开放空间；短腔水平温孔型磁共振超导磁体系统即超导线圈均安装在空心螺线管型的低温容器内，通过数值优化方法将磁体的长度设计的尽量短于传统磁体长度，从而达到提高系统开放空间的目的；非对称水平温孔型磁共振超导磁体系统也为一种特殊的水平温孔磁共振成像超导磁体系统，超导线圈非对称地安装在具有水平温孔的低温容器内，同时球形成像区域与磁体中心偏离一定距离以提高系统的开放空间，该种类型超导磁体系统一般产生的中心磁场为0.7T~3.0T，同时这种类型的磁体设计难度较大，磁场均匀区的磁场峰峰值不均匀度很难满足成像所要求的优于20ppm，该类型的磁共振超导磁体系统在不改变传统具有水平室温孔的结构上，有效地提高了系统的开放性。
澳大利亚昆士兰大学于1999年发表论文提出了一种非对称磁共振成像超导磁体系统，其超导磁体系统在直径为45cm的球形成像区域内产生中心磁场为1.0T且磁场峰峰值不均匀度略高于20ppm的空间磁场分布，该超导磁体有效地提高了系统的开放性,但由于磁场不均匀度仍高于20ppm的成像所需标准，以及超导磁体系统没有采用主动屏蔽技术使得5高斯杂散场空间范围较大，因此无法达到实际应用需求。
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，提出一种非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体。
本发明包括超导主线圈和超导屏蔽线圈，超导轴向匀场线圈和超导径向匀场线圈。
所述的超导主线圈和超导屏蔽线圈均非对称地安装在具有矩形截面的预布置线圈区域内，同时在预布置线圈区域内非对称地安装超导轴向匀场线圈和超导径向匀场线圈，所有线圈共同作用使得中心点在轴向方向距离超导磁体中心点为10cm的球形成像区域内磁场峰峰值不均匀度优于1ppm。
所述的超导主线圈由八个螺线管线圈组成，八个螺线管线圈均非对称地安装在预布置线圈区域中径向位置最小处。螺线管线圈中加载的电流方向与对称轴符合右手定则，则定义为正向电流，不符合右手定则，则定义为反向电流。八个螺线管线圈中的七个通正向电流，其余一个螺线管线圈通反向电流。所述的超导屏蔽线圈由两个螺线管线圈组成，该两个螺线管线圈非对称地安装在预布置线圈区域中径向最大位置处，分别位于两轴向的端部位置，均通反向电流。
本发明的超导主线圈和超导屏蔽线圈共同作用，在一个中心距离磁体中心点轴向距离为10cm、直径为50cm的球形成像区域产生中心磁场为1.0T，磁场峰峰值不均匀度为10ppm的高均匀度磁场分布。
本发明的超导磁体内安装有一套超导轴向匀场线圈和一套超导径向匀场线圈，所述的超导轴向匀场线圈和超导径向匀场线圈均安装在预布置线圈区域内，两套匀场线圈的轴向长度相同，并且超导轴向匀场线圈的中平面和超导径向匀场线圈的中平面与球形成像区域的中心在同一个平面内。通过超导轴向匀场线圈和超导径向匀场线圈产的矫正磁场，使得直径为50cm的球形成像区域内的磁场峰峰值不均匀度提高至优于1ppm。
附图说明
图1本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体的线圈空间二维布置图；
图2本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体的三维结构示意图；
图3本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体在超导主线圈和超导屏蔽线圈通电的情况下，在轴向距离磁体中心为10cm、直径为50cm的球形成像区域产生的磁场峰峰值不均匀度为10ppm的等高线示意图；
图4本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体产生的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是本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体的线圈空间二维布置图。如图1所示，本发明包括超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导轴向匀场线圈4和超导径向匀场线圈5。所述的超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导轴向匀场线圈4和超导径向匀场线圈5均安装在具有矩形截面的预布置线圈区域1内。超导主线圈由八个以对称轴7为中心轴的轴对称螺线管线圈组成。八个螺线管线圈分别安装在预布置线圈区域1空间中距离中心轴7最近的径向位置处，并由预布置线圈区域1的轴向一端部位置向另一端部位置依次安装第一超导主线圈2.1、第二超导主线圈2.2、第三超导主线圈2.3、第四超导主线圈2.4、第五超导主线圈2.5、第六超导主线圈2.6、第七超导主线圈2.7和第八超导主线圈2.8。第一超导主线圈2.1、第三超导主线圈2.3、第四超导主线圈2.4、第五超导主线圈2.5、第六超导主线圈2.6、第七超导主线圈2.7和第八超导主线圈2.8均通正向电流，第二超导主线圈2.2通反向电流。超导屏蔽线圈由两个均以对称轴7为中心轴的轴对称螺线管线圈组成，其中第一超导屏蔽线圈3.1布置在预布置线圈区域1中靠近第一超导主线圈2.1的轴向位置且径向位置距离磁体中心10最远位置处，第二超导屏蔽线圈3.2布置预布置线圈区域1中靠近第八超导主线圈2.8的轴向位置且径向位置距离磁体中心10最远位置处，两个超导屏蔽线圈均通反向电流。超导轴向匀场线圈4安装在半径为62cm的玻璃丝钢材料制作而成的圆柱形骨架上，超导径向匀场线圈5安装在半径为64cm的玻璃丝钢材料制作而成的圆柱形骨架上，两个圆柱形骨架的轴向长度均为80cm，且两个骨架的中平面与球形成像区域6的中心点9重合。
图2是本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体的三维结构示意图。如图2所示，直径为50cm的球形成像区域6的中心9在对称轴7上，,与整个超导磁体的中心相距10cm，每个线圈中箭头方向表示通电的电流方向。
图3是本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体在超导主线圈和超导屏蔽线圈通电的情况下，在轴向距离磁体中心为10cm、直径为50cm的球形成像区域6产生的磁场峰峰值不均匀度为10ppm的等高线示意图，通过超导轴向匀场线圈4和超导径向匀场线圈5所产生的矫正磁场最终使得球形成像区域6内的磁场峰峰值不均匀度提高至优于1ppm。
图4是本发明实施例的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体产生的5高斯杂散场等高线分布图，5高斯杂散场在轴向和径向方向分别限制在5.0m和4.0m椭球范围内。

Claims (4)

1.一种非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体，其特征在于所述的超导磁体包括超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)；所述的超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)均安装在具有矩形截面的预布置线圈区域(1)内；超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)分别安装两个圆柱形骨架上，两个圆柱形骨架的中平面与球形成像区域(6)的中心点(9)重合；超导主线圈和超导屏蔽线圈共同作用在轴向方向偏离超导磁体中心(10)距离为10cm、直径为50cm的球形成像区域(6)内产生磁场峰峰值不均匀度为10ppm的高均匀度磁场分布，超导轴向匀场线圈(4)和超导径向匀场线圈(5)分别产生矫正磁场使得球形成像区域(6)的磁场峰峰值不均匀度优于1ppm。
2.按照权利要求1所述的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体，其特征在于所述的超导主线圈由八个以对称轴(7)为中心轴的轴对称螺线管线圈组成；八个螺线管线圈分别安装在预布置线圈区域(1)空间中距离中心轴(7)最近的径向位置处，由预布置线圈区域(1)的轴向一端部位置向另一端部位置依次安装第一超导主线圈(2.1)、第二超导主线圈(2.2)、第三超导主线圈(2.3)、第四超导主线圈(2.4)、第五超导主线圈(2.5)、第六超导主线圈(2.6)、第七超导主线圈(2.7)和第八超导主线圈(2.8)；第一超导主线圈(2.1)、第三超导主线圈(2.3)、第四超导主线圈(2.4)、第五超导主线圈(2.5)、第六超导主线圈(2.6)、第七超导主线圈(2.7)和第八超导主线圈(2.8)均通正向电流，第二超导主线圈(2.2)通反向电流。
3.按照权利要求1所述的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体，其特征在于所述的超导屏蔽线圈由两个均以对称轴(7)为中心轴的轴对称螺线管线圈组成，其中第一超导屏蔽线圈(3.1)布置在预布置线圈区域(1)中靠近第一超导主线圈(2.1)的轴向位置、且径向位置距离磁体中心(10)最远位置处；第二超导屏蔽线圈(3.2)布置预布置线圈区域(1)中靠近第八超导主线圈(2.8)的轴向位置、且径向位置距离磁体中心(10)最远位置处，两个超导屏蔽线圈均通反向电流。
4.按照权利要求1所述的非对称自屏蔽开放式磁共振成像超导磁体，其特征在于所述的球形成像区域(6)的直径为50cm，所述的球形成像区域(6)的中心在轴向方向与整个超导磁体的中心相距10cm。
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