CN103860178A - 一种用于核磁共振成像仪的永磁体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核磁共振成像仪的永磁体，该永磁体包括上下机架盖和双立柱，并通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，所述上下机架盖上按顺序对称装有磁钢、极板、匀场环、涡流盘、梯度线圈和发射线圈，形成测试区；所述极板上外端部装有匀场环；所述匀场环内装有涡流盘；所述匀场环内涡流盘上装有梯度线圈和发射线圈；永磁体成像区（即永磁体中心区域直径为400mm的球域）的磁场强度为4000高斯到5500高斯之间。采用铁基非晶合金软磁带材１Ｋ１０１非晶薄片粘接制成的涡流盘能更好地消除或减小极板产生的涡流，信噪比更优，成像更清晰；采用采用N52~N55高性能钕铁硼磁钢和梯度、发射一体化线圈可以实现永磁体整体尺寸减小和整机质量减轻，并且加工简单，结构多变，便于匀场。

Description

一种用于核磁共振成像仪的永磁体

技术领域

本发明属于核磁共振领域，特别是涉及一种用于核磁共振成像仪的永磁体。 

背景技术

钕铁硼稀土永磁材料，以其优良的磁性能得到越来越多的应用，被广泛用于医疗的核磁共振成像仪领域。核磁共振成像仪不仅在医疗领域广泛应用，在食品科学、探矿找井也有广泛的潜在应用。 

作为医疗器械行业的重要产品，医疗诊断影像仪是各级医院必不可少的装备之一。其中，核磁共振成像仪提供的信息量最大、无电离辐射，对人体无不良影响。与X射线和CT相比，磁共振成像具有分辨率高，成像参数多，诊断范围广，可任意断面扫描、无创无损、无放射危害等优点，成为医用影像诊断仪的主流发展方向之一。核磁共振成像仪中的永磁体是核心组件，对降低噪音，提高成像质量起到决定性作用。 

发明专利CN94114872.6提供《一种高均匀度无涡流平板式核磁共振成像仪用永磁磁体》和实用新型专利CN2542205Y提供《双立柱开放式C型永磁型磁共振磁体》，对永磁磁体的结构做了详细说明；发明专利CN1401295A和实用新型专利CN2493161Y提供《用于核磁共振成像仪的永磁体》，提出了采用涡流补偿器消除由于大功率梯度电流所产生的涡流效应而对图像质量带来的不良影响。但现有技术在提高永磁体的磁场强度、降低噪音、提高成像质量、减少整体质量、提高加工组装调试效率和降低永磁体成本的能力存在缺陷或不足。 

发明内容

为了解决现有技术在提高永磁体的磁场强度、降低噪音、提高成像质量和减少整体质量的能力存在的缺陷或不足，本发明提供一种用于核磁共振成像仪的永磁体。 

本发明通过以下技术方案实现： 

一种用于核磁共振成像仪的永磁体，包括上下机架盖和双立柱，并通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，在上下机架盖上按顺序对称装有磁钢、极板、匀场环、涡流盘、梯度线圈和发射线圈，形成成像区，成像区为永磁体检测区（即永磁体中心区域直径为400mm的球域），磁场强度为4000~5500高斯；极板上外端部装有匀场环；匀场环内装有涡流盘；匀场环内还装有梯度线圈和发射线圈。

上下机架盖和双立柱采用10号钢材质的钢板或ZG200-400铸钢。 

磁钢为N52~N55钕铁硼稀土永磁材料制成的多边形磁铁盘；极板为电工纯铁DT4制成的多边形铁板；涡流盘为铁基非晶合金带材制成的非晶薄片层层绝缘叠积的叠片矩形块粘接成块块绝缘的一个多边形软磁板，几个这种多边形软磁板再错缝绝缘粘接制成多边形涡流盘，其中叠片方向垂直于磁场方向；匀场环为电工纯铁DT4制成的多边形铁环。 

所述磁钢为N52~N55钕铁硼稀土永磁材料制成；所述钕铁硼稀土永磁材料含有Pr、Nd、Co 、Cu ，其中Pr/Nd=0.2~0.4、Co=0.5~1.5wt%、Cu= 0.1~0.2wt%。 

磁钢是由方形柱块粘接制成的多边形磁铁盘。 

涡流盘采用铁基非晶合金软磁带材1K101非晶薄片制成是由层层绝缘叠积的叠片矩形块粘接制成的块与块绝缘尺寸小于匀场环内侧尺寸的软磁板，再将多个这样的软磁板错缝相互绝缘粘接成多边形涡流盘。 

梯度线圈和发射线圈为梯度和发射一体化线圈。 

永磁体为H型双立柱开放式框架结构，增大了永磁体的水平开放角度避免患者幽闭恐惧感，对于H型双立柱开放式框架结构，采用多边形磁铁盘，需要增加磁钢材料或采用高磁性能的N52~N55磁钢保证测试区磁场强度。 

本发明带来的有益效果是： 

涡流的产生与磁化条件、涡流盘几何尺寸有关外，还与涡流盘材料的电阻率有关（成反比），采用材料电阻率高的铁基非晶合金软磁带材１Ｋ１０１制成的涡流盘能更好地消除或减小极板产生的涡流，信噪比更优，成像更清晰；非晶是一种新型软磁合金材料，它采用超急冷技术将熔融金属以每秒百万度的速度直接冷却，形成厚度为25--28μm的非晶体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶合金组织，在微观结构上完全不同于传统的金属和合金材料。铁基非晶带材具有超微细晶粒结构，以其高的磁导率、高饱和磁感、低铁损和优良的稳定性，满足了当今电子产品向高频化、大电流、小型化、节能化方向发展的需要，可以替代硅钢和铁氧体，应用于核磁共振成像仪的永磁体中。

采用主要由Pr/Nd=0.2~0.4、Pr₂₅Nd₇₅ 29~31wt%、Co 0.9~1.5wt%、Cu 0.1~0.3wt%组成的N52~ N55高性能钕铁硼减少重稀土镝的使用，从而降低了生产成本；磁钢中CoCu的联合加入不仅提高了耐腐蚀性又提高磁钢磁性能。采用梯度、发射一体化线圈可以实现永磁体高度尺寸减小；通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，可以实现整机质量减轻，加工工艺简单，结构多变和便于匀场。 

附图说明

图1 是Ｈ型永磁体结构示意图 

图2是多边形磁钢中磁铁块和非晶块结构示意图

图中： 1、双立柱；2、上下多边形机架盖；3、多边形磁钢；4、多边形极板；5、多边形匀场环；6、多边形涡流盘；7、一体化线圈；8、成像区；9、磁铁块；10、软磁块。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用双立柱1的开放式结构通过上下多边形机架盖2和双立柱1形成对称双边磁回路，双立柱1和上下多边形机架盖2通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，双立柱1和上下多边形机架盖2采用10号钢材质的钢板或ZG200-400铸钢，双立柱1立柱截面为长方形；在上下多边形机架盖2上按顺序对称装有多边形磁钢3、多边形极板4、多边形匀场环5、多边形涡流盘6、一体化线圈7，形成成像区8，成像区8为永磁体检测区（即永磁体中心区域直径为400mm的球域），磁场强度为4000~5500高斯；多边形极板4由电工纯铁DT4制成，多边形磁钢3由N52~N55的高性能钕铁硼磁钢制成；在多边形极板4上外端部设有电工纯铁DT4制成的多边形匀场环5，在多边形匀场环5内设有软磁铁基非晶合金1K101带材制成的多边形涡流盘6，涡流情况： X、Y方向<0.4%，Z方向<1.0% 100Gs/m；在多边型非晶涡流盘15的环氧板上贴磁片匀场，均匀度：Φ500mm×380mm球时，均匀度：80ppm；Φ400mm×350mm球时，均匀度：20ppm；在多边形匀场环5内设有梯度和发射一体化线圈7。 

如图2所示，多边形磁钢3为N52~N55钕铁硼稀土永磁材料，是由方型柱磁铁块9粘接制成的多边形磁铁盘。多边形涡流盘6采用铁基非晶合金软磁带材1K101材料是由层层绝缘叠积的矩形软磁块10粘接制成的小于匀场环内侧尺寸的软磁板，再将多个这样的软磁板错缝相互绝缘粘接成多边形涡流盘，其中叠片方向垂直于磁场方向。其中软磁块10是由几百层非晶薄片（仅25—28μm厚）叠积粘接而成，因每层非晶片之间是由环氧树脂粘结成的，所以层层之间是绝缘的。 

特定频率下涡流产生的定性分析公式：i=4K*f*Bm*h*a²/8ρ；其中：i为涡流电流，K为波形因素,f为磁化频率,Bm为磁感应强度峰值，h为极板的厚度，ρ为极板材料的电阻率，a为极板边长。由上式可以得到，涡流的产生与磁化条件、涡流盘非晶叠片块几何尺寸有关外，还与涡流盘材料的电阻率有关（成反比）。硅钢片的ρ=40~50μΩ.cm，在4.5%硅钢中添加4%铬ρ=82μΩ.cm。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的ρ=102~104Ω.m，1K101非晶薄带ρ=130μΩ.cm。采用硅钢片制成的涡流盘，涡流情况： X、Y方向<1.0%，Z方向<2.5%    100Gs/m；采用铁基非晶合金软磁带材1K101非晶薄片制成的涡流盘，涡流情况： X、Y方向<0.4%，Z方向<1.0%    100Gs/m。 

N52~ N55磁钢的钕铁硼稀土永磁材料主要包括Pr/Nd 0.2~0.4、Pr₂₅Nd₇₅ 29~31wt%、Co 0.9~1.5wt%、Cu 0.1~0.3wt%，因Pr₂₅Nd₇₅是自然界存在的成分，不需要再次分离从而降低了生产成本；磁钢中有 Pr可以提高矫顽力，Pr加入又减少重稀土镝的使用，从而降低了生产成本；磁钢中CoCu的联合加入不仅提高了耐腐蚀性又提高磁钢磁性能，但要注意到Co低于0.9wt%起不到耐腐蚀性，高于1.5wt%会减低剩磁。加入Co再加入Cu可以进一步提高耐腐蚀性，但要注意到低于0.1wt%不起作用,而高于0.3wt%会降低剩磁。 

  

实施例1：H型开放式永磁体

主磁场强度：5000±50Gs（磁体恒温在32℃时）；

磁材：NdFeB；

剩磁Br：14.9KGs;

矫顽力bHc:≥10.5KOe；

最大磁能积（BH）max：53MGOe；

磁钢高度： 220mm；

磁场方向：垂直， 上极面为S ；

磁体间隙：极面到极面510mm；

极板宽度： 1400mm；

均匀度：Φ500mm×380mm球时，均匀度：100ppm；         

Φ400mm×350mm球时，均匀度： 20ppm；

涡流情况：磁体具有防涡流处理(X、Y方向<0.4%，Z方向<1.0%    100Gs/m) 

磁体外尺寸：宽：1.5 m ；高：1.9m ； 长：2.8m。

Claims (9)

1.一种用于核磁共振成像仪的永磁体，包括上下机架盖和双立柱，其特征在于，所述上下机架盖和双立柱通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁；所述上下机架盖上按顺序对称装有磁钢、极板、匀场环、涡流盘、梯度线圈和发射线圈，在永磁体中心区域直径为400mm的球域形成成像区；所述极板上外端部装有匀场环；所述匀场环内装有涡流盘；所述匀场环内涡流盘上还装有梯度线圈和发射线圈。

2.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述的上下机架盖和双立柱为10号钢材质的钢板或为ZG200-400铸钢。

3.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述涡流盘为铁基非晶合金带材制成的非晶薄片层层绝缘叠积的叠片矩形块粘接成块块绝缘的一个多边形软磁板，几个这样的多边形软磁板再错缝绝缘粘接制成涡流盘，其中叠片方向垂直于磁场方向。

4.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于，所述磁钢为钕铁硼稀土永磁材料制成的多边形磁盘；所述极板为电工纯铁DT4制成的多边形铁板；所述匀场环为电工纯铁DT4制成的多边形铁环。

5.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述磁钢为N52~N55钕铁硼稀土永磁材料制成；所述钕铁硼稀土永磁材料含有Pr、Nd、Co 、Cu ，其中Pr/Nd=0.2~0.4、Co 0.5~1.5wt%、Cu 0.1~0.2wt%。

6.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述磁钢是由方形柱块粘接制成的多边形磁铁盘。

7.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述涡流盘采用铁基非晶合金软磁带材1K101非晶薄片制成层层绝缘叠积的叠片矩形块粘接制成的小于匀场环内侧尺寸的软磁板，再将多个这样的软磁板错缝相互绝缘粘接成多边形涡流盘。

8.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述梯度线圈和发射线圈为梯度和发射一体化线圈。

9.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其特征在于：所述成像区为永磁体检测区，磁场强度为4000~5500高斯。

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