CN103454605B - 超导磁体的匀场调节装置 - Google Patents

Abstract

一种超导磁体的匀场调节装置，包括至少一个第一匀场组件，第一匀场组件位于超导磁体的通孔内，通孔的长度方向平行于超导磁体的轴线，第一匀场组件用于承载粗略调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片，匀场调节装置还包括至少一个附加匀场组件，各个附加匀场组件与各个第一匀场组件一一对应地在超导磁体的径向上叠加固定于通孔内，用于承载细微调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片。应用本发明所述方案，首次匀场迭代之后，无需进行降场和升场的操作即可进行匀场迭代，因此确保操作人员的安全，并且避免对液氦的浪费以及超导磁体失超，降低了成本；同时，本发明所述方案无论从实现方法和操作过程等方面来说，均简单易行。

Description

超导磁体的匀场调节装置

技术领域

本发明涉及磁共振(MR，Magnetic Resonance)技术，特别涉及超导磁体的匀场调节装置和方法。

背景技术

现有磁共振系统中，可利用超导磁体产生磁场，进而利用该磁场进行磁共振成像。超导磁体通常为环形柱状结构，由于距离超导磁体中心远近不同等原因，不同区域的磁场强度通常是不同的，因此，需要采取一定的措施，来对不同区域的磁场均匀性进行校正，以便获得成像质量更好的磁共振图像。

现有技术中，通常采用被动匀场的方法使磁场具有较好的均匀性。图1为现有技术中的超导磁体的磁场发生装置的截面示意图，如图1所示，磁场发生装置包括磁体101，至少一个匀场条102，梯度线圈(Gradient Coil)103和体线圈(Body Coil)104，其中，匀场条102集成在梯度线圈当中。当使用匀场条102来调节超导磁体的磁场均匀性时，需将承载匀场片的匀场条102插入梯度线圈103上设置的通孔中从而对磁场的均匀性进行校正，其中，通孔的长度方向平行于环形柱状的超导磁体的轴线；本领域技术人员应当理解可以围绕超导磁体的轴线根据需要设置一个或多个匀场条；在实际使用中，匀场条中的匀场片的数量和位置可以在高斯计或场强仪测量得出有关数据后通过计算得出。

图2为现有技术中的超导磁体的匀场条的示意图，如图2所示，匀场条102通常是长方体插入梯度线圈103上设置的通孔中，匀场条102也可以是其他长条柱状结构。沿通孔的长度方向，匀场条102设有多个用于放置匀场片的单元格201。当使用匀场条102来调节超导磁体的磁场均匀性时，将匀场片置入匀场条的单元格201中。

具体而言：在调节磁场均匀性时，首先，通过计算确定出为调节磁场均匀性匀场片应放入的匀场条以及所需匀场片的数量；然后，调节放入相应的匀场条中的匀场片的数量；最后，将相应的匀场条插入相应的通孔中。上述过程称为一次匀场迭代(shimmingiteration)。按照这种方式处理一次后，如果磁场的均匀性仍不符合要求，那么可将插入通孔中的匀场条抽出，再次进行匀场迭代，甚至多次进行匀场迭代，直至磁场均匀性符合要求为止。在匀场调节的实际操作过程中，通常仅向匀场条102中加入匀场片，减少匀场片的情况极少出现。

但是，上述处理方式在实际应用中会存在一定的问题，比如：由于匀场片具有较高的磁导率，因此对承载大量匀场片的匀场条进行的操作，即将承载大量匀场片的匀场条放入磁场或从磁场中取出的过程中，会与磁场产生作用力，而将承载大量匀场片的匀场条放入磁场或从磁场中取出的过程均是人工操作的，因此如果该作用力较强那么存在对操作人员造成伤害的危险。

同时，由于上述原因，在实际应用中，在将匀场条插入磁场或从磁场中抽出匀场条之前，通常先进行降场操作，然后，待将匀场条插入磁场或从磁场中抽出之后，再进行升场操作，使超导磁体所产生的磁场恢复到正常值。但是，这种处理方式也存在一定的问题，比如：超导磁体的腔体内装有大量的冷却的液氦，用于为超导磁体上的超导线提供必须的低温环境，而降场和升场的过程很可能会导致液氦的挥发，从而造成液氦的浪费，而众所周知，液氦的成本是非常高的；其次，每次降场和升场之间必须间隔一定的时间，因此进行多次降场和升场会浪费很多时间；另外，如上所述，每次降场和升场之间必须间隔一定的时间，否则就会引起超导磁体失超，即不能产生磁场，从而需要操作人员对超导磁体进行维修等处理，不但增加了成本，而且也影响了超导磁体的正常使用。

为了解决上述问题，现有技术通过以下方式来平衡磁场均匀性和降场/升场之间的矛盾：不限降场和升场次数直至磁场均匀性符合严格要求，但是这种方式将在液氦损失方面消耗大量成本。

但是，现有技术中采用的上述方式无法在通过调节匀场片来提高磁场均匀性的同时减少降场/升场次数，因而要么上述问题仍旧存在，要么损失磁场均匀性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超导磁体中的匀场调节装置，该匀场调节装置能够在通过调节匀场片来提高磁场均匀性的同时减少降场/升场次数，同时本匀场调节装置易于实现操作简便。

为达到上述目的，一种超导磁体的匀场调节装置，包括至少一个第一匀场组件，第一匀场组件位于超导磁体的通孔内，通孔的长度方向平行于超导磁体的轴线，第一匀场组件用于承载粗略调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片，匀场调节装置还包括至少一个附加匀场组件，各个附加匀场组件与各个第一匀场组件一一对应地在超导磁体的径向上叠加固定于通孔内，用于承载细微调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片。

较佳地，附加匀场组件中的匀场片质量小于或等于1公斤。

较佳地，附加匀场组件是第二匀场条，第二匀场条呈长条状并且沿通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元格。

较佳地，超导磁体的匀场调节装置还包括至少一对紧固轨道，紧固轨道安装在通孔的内壁上以在超导磁体的径向上分开第一匀场组件和第二匀场条。

较佳地，附加匀场组件是匀场带，匀场带呈扁平状并且沿通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元袋。

较佳地，匀场带还包括两条引导线和两个紧固件，两条引导线分别连接于匀场带的两端；两个紧固件，分别位于两条引导线上并且能够分别与超导磁体上匹配的紧固件连接。

较佳地，超导磁体的匀场调节装置还包括至少一对紧固轨道，紧固轨道安装在通孔的内壁上以在超导磁体的径向上分开第一匀场组件和匀场带。

为达到上述目的，本发明还提出一种超导磁体，包括上述匀场调节装置。

通过上述技术方案，当经过长时间使用后系统磁场发生变化时，本领域技术人员无需进行降场/升场的操作即可快速简便地通过调节匀场片来保持并改善系统磁场的均匀性，因此，本领域技术人员可以进行多次匀场迭代来改进高磁场系统的均匀性，从而使其符合更加严格的要求；节约降场/升场所耗液氦从而降低成本；节约调节磁场均匀性稳定所需时间；上述技术方案可应用于高磁场强度系统，甚至3T和7T的超导磁体。并且，本发明所述方案易于实现且操作简便。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有技术中的超导磁体的磁场发生装置的截面示意图。

图2为现有技术中的超导磁体的匀场条的示意图。

图3为根据本发明的第一具体实施方式的超导磁体的匀场调节装置的截面图。

图4为根据本发明的第一具体实施方式的超导磁体的匀场调节操作的流程图。

图5为根据本发明的第二具体实施方式的超导磁体的匀场调节装置的示意图。

图6为根据本发明的第二具体实施方式的超导磁体的匀场调节操作的流程图。

附图标记

101-磁体 102-匀场条 103-梯度线圈 104-体线圈

201-单元格

301-主匀场条 302-次匀场条 303-紧固轨道

501-匀场带 502-单元袋 503A、503B–引导线 504A、504B-紧固件

具体实施方式

针对背景技术所述的现有技术中的问题，本发明提出一种超导磁体的匀场调节装置，这种匀场调节装置包括两个匀场组件，其中一个匀场组件对磁场均匀性进行粗略调节，另一个匀场组件对磁场均匀性进行细微调节。以下通过两个具体实施例详细介绍本发明。

第一具体实施例

针对现有技术中存在的问题，本发明提出根据第一具体实施例的一种用于超导磁体的匀场调节装置。图3为根据本发明的第一具体实施方式的超导磁体的匀场调节装置的截面图。

如图3所示，根据本发明的第一具体实施方式的用于超导磁体的匀场调节装置包括：多个主匀场条301和多个次匀场条302以及紧固轨道303。其中，各个主匀场条301和各个次匀场条302均是长方体并且分别一一对应地在磁体的径向上叠加放置在梯度线圈的通孔中，并且主匀场条301和次匀场条302均设有多个用于放置匀场片的单元格；紧固轨道303，用于将主匀场条301和次匀场条302引导至适当的位置同时将主匀场条301和次匀场条302固定于梯度线圈的通孔中。紧固轨道303的作用在于将主匀场条301和次匀场条302在超导磁体的径向上分开，从而避免拉动任一匀场条时与另一匀场条产生摩擦，这样的摩擦可能导致匀场条的物理损伤或者产生热量。

主匀场条301和302还可以是其他相互匹配的长条状结构，例如，半圆柱状，等等。可以通过多种方式实现紧固轨道303，例如，如图3所示，在梯度线圈的通孔内壁上安装与主匀场条301和次匀场条302的侧壁的凹槽相匹配的条状突起；或者，在梯度线圈的通孔内壁上安装分别与主匀场条301和此匀场条302的侧壁的凹槽相匹配的条状突起。

具体而言，主匀场条301中置有由首次匀场迭代计算出的匀场片，因此主匀场条301包括调节磁场均匀性所需的大部分匀场片使磁场达到或接近基本的均匀性要求。如背景技术部分所述，磁场对主匀场条301中的匀场片施加的作用力非常大，以至于不降场/升场而直接移动承载匀场片的主匀场条301存在危险。

然而，与此同时，次匀场条302在其单元格中包括少量的匀场片，其中次匀场条302中的匀场片的数量和位置是在首次匀场迭代之后的匀场迭代中计算得出的，从而对磁场进行细微调节使其满足更高的均匀性要求。

根据磁体作用力的计算定律，影响磁体作用力的因素主要取决于相互作用的磁体的质量和距离，因此与磁场的距离相同，首次匀场迭代使用的匀场片所受的磁体作用力和二次匀场迭代使用的匀场片所受的磁体作用力之间的差异是由两次迭代使用的匀场片的质量。在实际应用中，二次匀场迭代使用的匀场片的质量很小，通常不超过首次匀场迭代使用的匀场片的质量的5％，因而二次匀场迭代使用的匀场片所受作用力也大致是首次匀场迭代使用的匀场片所受作用力的5％；同时，在匀场条中的匀场片的质量不大于1公斤时，可以不进行降场/升场而直接移动匀场条及其中的匀场片而不存在危险。

由此可见，当在次匀场条302中的匀场片的质量不大于1公斤时，磁场对次匀场条302及其中的匀场片施加的作用力有限，因此不进行降场/升场而直接移动次匀场条302及其中的匀场片不存在危险。

图4为根据本发明的第一具体实施方式的超导磁体的匀场调节操作的流程图，如图4所示，在实际操作中，本领域技术人员在利用根据第一具体实施例的用于超导磁体的匀场调节装置时，遵循以下步骤进行匀场调节操作：

S401，进行降场，将主匀场条301从通孔中取出；

S402，按照首次匀场迭代计算出的匀场片位置和数量向主匀场条301的单元格中填充匀场片；

S403，进行升场；

S404，检测磁场均匀性是否达到要求：如果磁场均匀性未达要求那么进行步骤S405，如果磁场均匀性已达要求那么进行步骤S407；

S405，不再进行降场，直接将次匀场条302从通孔中取出；

S406，按照再次匀场迭代计算出的匀场片位置和数量向次匀场条302的单元格中填充匀场片，然后进入步骤S404；

S407，停止匀场调节操作。

综上所述，通过第一具体实施例，本领域技术人员无需进行降场/升场的操作即可快速简便地改善并保持系统磁场的均匀性；本领域技术人员可以经过更多来改进高磁场系统的均匀性；本领域技术人员可以使磁场均匀性符合更加严格的磁场均匀性要求；节约降场/升场所耗液氦从而降低成本；节约降场/升场后磁场稳定所需时间。并且，第一具体实施例易于实现操作简便。

第二具体实施例

针对现有技术中存在的问题，本发明提出根据第二具体实施例的一种用于超导磁体的匀场调节装置，图2为现有技术中的超导磁体的匀场条的示意图，图5为根据本发明的第二具体实施方式的用于超导磁体的匀场调节装置的匀场带的示意图。

如图2所示，匀场条102是长方体并且放置在梯度线圈的通孔中，并且沿通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元格201；除匀场条102外，如图5所示，根据本发明的第二具体实施方式的用于超导磁体的匀场调节装置还包括匀场带501。匀场带501呈扁平片状并且沿通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元袋502，各个匀场条102和各个匀场带501分别一一对应地在磁体的径向上叠加放置在梯度线圈的通孔中。匀场带501还包括引导线503和紧固件504，其中，引导线503用于将匀场带501引导至适当的位置；紧固件504用于将匀场带501固定在适当位置。

另外，为了更好的完成本发明的目的，根据第二具体实施例的一种用于超导磁体的匀场调节装置还可以包括紧固轨道，用于将匀场条102引导至适当的位置同时将匀场条102固定于梯度线圈的通孔中。紧固轨道的作用在于将匀场条102和匀场带501在超导磁体的径向上分开，从而避免拉动匀场条或匀场带时产生摩擦，这样的摩擦可能导致匀场条的物理损伤或者产生热量。可以通过多种方式实现紧固轨道，例如，在梯度线圈的通孔内壁上安装与匀场条102的侧壁的凹槽相匹配的条状突起，或者，在匀场条102的侧壁上安装与梯度线圈的通孔内壁上的凹槽相匹配的条状突起，等等。

具体而言，匀场条102中置有由首次匀场迭代计算出的匀场片，因此匀场条包括调节磁场均匀性所需的大部分匀场片使磁场达到或接近基本的均匀性要求。如背景技术部分所述，磁场对匀场条201中的匀场片施加的作用力非常大以至于不降场/升场就直接移动匀场条及其中的匀场片是危险的。

然而，与此同时，替代第一具体实施例中次匀场条302，第二具体实施例中的匀场带501包括多个单元袋502，各个单元袋502能够承载少量的匀场片，这些匀场片的数量和位置是在首次匀场迭代之后的匀场迭代中计算得出的。匀场带501中的匀场片对磁场进行细微调节使其达到更高的均匀性要求。

根据磁体作用力的计算定律，影响磁体作用力的因素主要取决于相互作用的磁体的质量和距离，因此与磁场的距离相同，首次匀场迭代使用的匀场片所受的磁体作用力和二次匀场迭代使用的匀场片所受的磁体作用力之间的差异是由两次迭代使用的匀场片的质量。在实际应用中，二次匀场迭代使用的匀场片的质量仅是首次匀场迭代使用的匀场片的质量的0.277％，因而二次匀场迭代使用的匀场片所受作用力也大致是首次匀场迭代使用的匀场片所受作用力的0.277％。在大多数情况下，在匀场条中的匀场片的质量不大于1公斤时，可以不进行降场/升场而直接移动匀场条及其中的匀场片不存在危险。

由此可见，当在匀场带501中的匀场片的质量不大于1公斤时，磁场对匀场带501及其中的匀场片施加的作用力有限，因此不降场/升场而直接移动匀场带501及其中的匀场片是安全的。

引导线503包括两部分503A和503B，分别位于匀场带501的两端，其中引导线503A贯穿磁体的通孔，当需要将匀场带501引导至适当位置时，通过拉动引导线503A即可使匀场带501移动至梯度线圈的通孔内的适当位置；当需要将匀场带501取出时，通过拉动引导线503B即可将匀场带501从梯度线圈的通孔中拉出。

紧固件504包括两部分504A和504B，分别位于引导线503A和503B上，匀场带501就位后，将紧固件504与磁体上相应的紧固件连接来固定匀场带501。

图6为根据本发明的第二具体实施方式的超导磁体的匀场调节操作的流程图，如图6所示，在实际操作中，本领域技术人员在利用根据第一具体实施例的用于超导磁体的匀场调节装置时，遵循以下步骤进行匀场调节操作：

S601，进行降场，将匀场条从通孔中取出；

S602，按照首次匀场迭代计算出的匀场片位置和数量向匀场条的单元格中填充匀场片；

S603，进行升场；

S604，检测调节后的磁场均匀性是否达到要求：如果磁场均匀性未达要求那么进行步骤S605，如果磁场均匀性已达要求那么进行步骤S607；

S605，不再进行降场，直接将匀场带从通孔中取出；

S606，按照再次匀场迭代计算出的匀场片位置和数量向匀场带的单元格中填充匀场片，然后进入步骤S604；

S607，停止匀场调节操作。

综上所述，通过第二具体实施例，本领域技术人员无需进行降场/升场的操作即可快速简便地改善并保持系统磁场的均匀性；本领域技术人员可以经过更多来改进高磁场系统的均匀性；本领域技术人员可以使磁场均匀性符合更加严格的磁场均匀性要求；节约降场/升场所耗液氦从而降低成本；节约降场/升场后磁场稳定所需时间。并且，第二具体实施例易于实现操作简便。

综上所述，本发明是一种超导磁体的匀场调节装置，包括至少一个第一匀场组件，第一匀场组件位于超导磁体的通孔内，通孔的长度方向平行于超导磁体的轴线，第一匀场组件用于承载粗略调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片，匀场调节装置还包括至少一个附加匀场组件，各个附加匀场组件与各个第一匀场组件一一对应地在超导磁体的径向上叠加固定于通孔内，用于承载细微调节超导磁体的磁场均匀性的匀场片。应用本发明所述方案，首次匀场迭代之后，无需进行降场和升场的操作即可进行匀场迭代，因此确保操作人员的安全，并且避免对液氦的浪费以及超导磁体失超，降低了成本；同时，本发明所述方案无论从实现方法和操作过程等方面来说，均简单易行。

上述实施例仅用于举例说明，并不用于限制本发明的技术方案。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超导磁体的匀场调节装置，包括至少一个第一匀场组件，所述第一匀场组件位于所述超导磁体的通孔内，所述通孔的长度方向平行于所述超导磁体的轴线，其特征在于，所述第一匀场组件用于承载粗略调节所述超导磁体的磁场均匀性的匀场片，所述匀场调节装置还包括至少一个附加匀场组件，各个所述附加匀场组件与各个所述第一匀场组件一一对应地在所述超导磁体的径向上叠加固定于设置有所述第一匀场组件的所述通孔内，所述附加匀场组件用于承载细微调节所述超导磁体的磁场均匀性的匀场片。

2.根据权利要求1所述的匀场调节装置，其特征在于，所述附加匀场组件中的匀场片质量小于或等于1公斤。

3.根据权利要求1所述的匀场调节装置，其特征在于，所述附加匀场组件是第二匀场条，所述第二匀场条呈长条状并且沿所述通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元格。

4.根据权利要求3所述的匀场调节装置，其特征在于，还包括至少一对紧固轨道，所述紧固轨道安装在所述通孔的内壁上以在所述超导磁体的径向上分开所述第一匀场组件和所述第二匀场条。

5.根据权利要求1所述的匀场调节装置，其特征在于，所述附加匀场组件是匀场带，所述匀场带呈扁平状并且沿所述通孔的长度方向设有多个用于承载匀场片的单元袋。

6.根据权利要求5所述的匀场调节装置，其特征在于，所述匀场带还包括两条引导线和两个紧固件，所述两条引导线分别连接于所述匀场带的两端；所述两个紧固件，分别位于所述两条引导线上并且能够分别与所述超导磁体上匹配的紧固件连接。

7.根据权利要求6所述的匀场调节装置，其特征在于，还包括至少一对紧固轨道，所述紧固轨道安装在所述通孔的内壁上以在所述超导磁体的径向上分开所述第一匀场组件和所述匀场带。

8.一种超导磁体，包括如权利要求1-7中任一所述的匀场调节装置。