CN106449001A

CN106449001A - 一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体

Info

Publication number: CN106449001A
Application number: CN201610811541.1A
Authority: CN
Inventors: 陈继禹; 高而震; 董振斌; 刘尊钢; 涂炜旻; 徐光福
Original assignee: JIANGSU MEISHI MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU MEISHI MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: CN106449001B

Abstract

本发明公开了一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，它包括磁体外桶、磁体内桶、60K磁体冷屏和4K桶容器，磁体外桶、磁体内桶、60K磁体屏和4K桶容器依次由大到小包覆排列，4K桶容器上设有主骨架和屏蔽骨架，主骨架内壁与屏蔽骨架侧壁构成4K桶容器一部分结构，主骨架内设有主线圈，主骨架上端设有调整骨架，调整骨架内设置有调整线圈，调整骨架上端设有多通道高阶磁场修正线圈，屏蔽骨架一侧设有屏蔽线圈，采用上述结构后，成像区域内的高阶非线性磁场不均匀性得到修正，从而获得高磁场均匀性，不仅减轻磁体重量，还缩小磁体尺寸，使得整个超导磁体变得更紧凑，减少液氦容量。

Description

一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体

技术领域

本发明涉及到一种磁共振成像系统，尤其涉及到一种磁共振成像系统中用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体。

背景技术

目前，磁共振成像（MRI）系统主要包含磁体系统、谱仪、梯度系统、射频系统，其中磁共振成像系统信号强度与磁体场强近似平方关系，而磁体产生场强越高，磁场均匀性越好，所成像就越清晰，特别在一些科学研究领域，对磁体的场强和均匀性要求更高，所以如何研发一种超高场高均匀性超导磁体就成了目前磁共振成像系统发展的重要目标之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁场均匀性高、磁体结构紧凑且磁体运行安全、不易产生涡流现象的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，它包括磁体外桶、磁体内桶、60K磁体冷屏和4K桶容器，所述磁体外桶、磁体内桶、60K磁体冷屏和4K桶容器依次由大到小包覆排列，所述4K桶容器上设有主骨架和屏蔽骨架，所述主骨架内壁与屏蔽骨架侧壁构成4K桶容器一部分结构，所述主骨架内设有主线圈，所述主骨架上端设有调整骨架，所述调整骨架内设置有调整线圈，所述调整骨架上端设有多通道高阶磁场修正线圈，所述屏蔽骨架一侧设有屏蔽线圈，所述屏蔽线圈一端设有接线盘，所述接线盘上设有调压加热器，所述60K磁体冷屏外围设有冷却回路。

优选地，所述多通道高阶磁场修正线圈包括Z0、Z1、Z2、Z3、Z4、X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈，用于改善超导磁体在所需成像区域内磁场均匀性。

优选地，所述多通道高阶磁场修正线圈中的Z0、Z1、Z2、Z3、Z4型号线圈直接绕制在环氧玻璃钢骨架线槽中，所述多通道高阶磁场修正线圈中X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈设置于环氧板上，再将含线圈环氧板绕制环氧玻璃钢骨架上，将多通道高阶磁场修正线圈与调整骨架以螺栓方式连接，用于保证各个线圈位置关系及连接强度。

优选地，所述60K磁体冷屏端头设有端盖板，所述60K磁体冷屏内围和端盖板上开设有凹槽，所述凹槽设定缝隙间距为0.5~1.5mm。

优选地，所述调压加热器由环氧玻璃钢骨架、康铜线和铜网保护罩组成，所述调压加热器采用用康铜线绕制环氧玻璃钢骨架上，在康铜线外表面加设铜网保护罩，所述环氧玻璃钢骨架下端固定设有不锈钢螺栓和不锈钢螺母，所述不锈钢螺栓与环氧玻璃钢骨架之间通过环氧胶水固定粘接，所述调压加热器通过不锈钢螺栓和不锈钢螺母固定在接线盘上；所述调压加热器配合对应压力控制系统，通过压力检测控制4K桶容器内压力维持在0~2000Pa正压，阻止外界气体进入超导磁体内而凝固。

优选地，所述接线盘采用环氧板制作，所述接线盘设置于4K桶容器内底端，用于布置超导开关、超导接头和调压加热器。

优选地，所述60K磁体冷屏采用铝材材料制成。

优选地，所述磁体外筒与60K磁体冷屏内顶端重叠处设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内设有冷头容器，所述第二通孔内延伸有颈管容器。

优选地，所述磁体外桶上设有封头和服务塔。

本发明采用上述结构后，其有益效果为：

（1）本发明涉及的一种用于小动物磁共振成像超高场高均匀性超导磁体，所述超高场为4.7T，7T，9.4T，磁体口径分别含有210mm，310mm，410mm，200mm～450mm。

（2）所述4K桶容器上设有主骨架和屏蔽骨架，所述主骨架内壁与屏蔽骨架侧壁构成4K桶容器一部分结构，所述主骨架内设有主线圈，所述主骨架上端设有调整骨架，所述调整骨架内设置有调整线圈，将线圈骨架和4K桶容器融合，在保证液氦腔容积一定情况下，主骨架内壁和屏蔽骨架侧壁作为4K桶容器一部分，不仅减轻磁体重量，还缩小磁体尺寸，使得整个超导磁体变得更紧凑，减少液氦容量。

（3）所述4K桶容器上设有主骨架和屏蔽骨架，所述主骨架内壁与屏蔽骨架侧壁构成4K桶容器一部分结构，所述主骨架内设有主线圈，所述主骨架上端设有调整骨架，所述调整骨架内设置有调整线圈，所述调整骨架上端设有多通道高阶磁场修正线圈，超导磁体中采用多通道高阶磁场修正线圈，多通道高阶磁场修正线圈使得不同口径磁体中，成像区域内的高阶非线性磁场不均匀性得到修正，从而获得高磁场均匀性；比如针对7T210mm口径超导磁体，在8cm球形成像区内均匀性优于0.5ppm。另外，多通道高阶磁场修正线圈通常包括（Z0, Z1，Z2,Z3,Z4,X1,Y1,ZX,ZY,XY,X2-Y2），但是不仅限于上述线圈，通过多通道高阶磁场修正线圈保证了超导磁体在所需成像区域内均有很高均匀性；比如针对7T210mm口径超导磁体，在8cmDSV区域（球形区域）磁场均匀性可优于0.5ppm ，还有，多通道高阶磁场修正线圈中的（Z0, Z1，Z2,Z3,Z4）是直接绕制在环氧玻璃钢骨架线槽中，而多通道高阶磁场修正线圈中的（X1,Y1,ZX,ZY,XY,X2-Y2）是单独制作在薄的环氧板上，再把含线圈环氧板绕制玻璃钢骨架上，最后多通道高阶磁场修正线圈骨架与调整骨架以螺栓方式进行连接，这样不仅便于保证各个线圈位置关系，而且也保证多通道高阶磁场修正线圈连接强度。

（4）所述60K磁体冷屏外围设有冷却回路在60K屏上采用冷却回路，保证了超导磁体在预冷阶段、断电或冷却系统工作异常状况下，充分利用液氦的显热，使得60K屏处于较低温区，保证了超导磁体仍然处于一个较低漏热水平，降低液氦消耗。

（5）所述60K磁体冷屏端头设有端盖板，所述60K磁体冷屏内围和端盖板上开设有凹槽，所述凹槽设定缝隙间距为0.5~1.5mm，可以极大减弱60K屏上涡流产生。

（6）所述屏蔽骨架一侧设有屏蔽线圈，所述屏蔽线圈一端设有接线盘，所述接线盘上设有调压加热器，调压加热器是用康铜线绕制环氧玻璃钢骨架上，在外表面加铜网保护罩，环氧胶水固定，不锈钢螺栓与玻璃钢骨架之间通过环氧胶水粘接，调压加热器通过不锈钢螺栓和不锈钢螺母固定在接线盘上；配合对应压力控制系统，并通过压力检测，它能有效控制4K桶内压力维持在0~2000Pa正压，阻止外界气体进入超导磁体内而凝固，保障超导磁体安全运行。

附图说明

图1为本发明用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体的结构示意图。

图2为本发明用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体中60K磁体冷屏结构示意图。

图3为本发明用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体中调压加热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，不能理解为是对本发明的限制；

如附图1-3所示，一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，它包括磁体外桶1、磁体内桶2、60K磁体冷屏3和4K桶容器4，所述磁体外桶1、磁体内桶2、60K磁体冷屏3和4K桶容器4依次由大到小包覆排列，所述4K桶容器4上设有主骨架401和屏蔽骨架402，所述主骨架401内壁与屏蔽骨架402侧壁构成4K桶容器4一部分结构，所述主骨架401内设有主线圈403，所述主骨架401上端设有调整骨架404，所述调整骨架404内设置有调整线圈405，所述调整骨架404上端设有多通道高阶磁场修正线圈406，所述屏蔽骨架402一侧设有屏蔽线圈407，所述屏蔽线圈407一端设有接线盘408，所述接线盘408上设有调压加热器409，所述60K磁体冷屏3外围设有冷却回路5。

所述4K桶容器4与60K磁体冷屏3、磁体外桶1和磁体内桶2均无直接接触。所述4K桶容器4通过12根低热导率高强度拉杆直接与磁体外桶1连接，这样既保证磁体结构稳定性，又极大降低对4K桶容器4的漏热；低热导率高强度拉杆通常采用但不局限于玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉等材料制成；低热导率高强度拉杆结构通常采用但不局限于环形跑道形式。

所述60K磁体冷屏3与磁体外桶1和磁体内桶2均无直接接触。所述60K磁体冷屏3通过8根低热导率高强度拉杆直接与磁体外桶1连接，这样既保证磁体结构稳定性，又极大降低了60K磁体冷屏3上热负荷，保证了在同样制冷机功率前提下，60K磁体冷屏3能达到更低温度，从而进一步降低对4K桶容器4的漏热；低热导率高强度拉杆通常采用但不局限于玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉等材料制成；低热导率高强度拉杆结构通常采用但不局限于环形跑道形式。

所述多通道高阶磁场修正线圈406包括Z0、Z1、Z2、Z3、Z4、X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈，用于改善超导磁体在所需成像区域内磁场均匀性，比如针对7T210mm口径超导磁体，在8cmDSV区域（球形区域）磁场均匀性可优于0.5ppm。

所述多通道高阶磁场修正线圈406中的Z0、Z1、Z2、Z3、Z4型号线圈直接绕制在环氧玻璃钢骨架410线槽中，所述多通道高阶磁场修正线圈406中X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈单独制作在薄的环氧板上，再将含线圈环氧板绕制环氧玻璃钢骨架410上，将多通道高阶磁场修正线圈406与调整骨架404以螺栓方式连接，这样不仅便于保证各个线圈位置关系，而且也保证高阶匀场线圈407连接强度。

所述60K磁体冷屏3端头设有端盖板301，所述60K磁体冷屏3内围和端盖板301上开设有凹槽302，所述凹槽302设定缝隙间距为0.5~1.5mm，降低磁场变化导致60K磁体冷屏上的涡流大小。

所述调压加热器409由环氧玻璃钢骨架410、康铜线411和铜网保护罩412组成，所述调压加热器409采用用康铜线411绕制环氧玻璃钢骨架410上，在康铜线411外表面加设铜网保护罩412，所述环氧玻璃钢骨架410下端固定设有不锈钢螺栓413和不锈钢螺母414，所述不锈钢螺栓413与环氧玻璃钢骨架410之间通过环氧胶水固定粘接，所述调压加热器409通过不锈钢螺栓413和不锈钢螺母414固定在接线盘408上；所述调压加热器409配合对应压力控制系统，通过压力检测控制4K桶容器4内压力维持在0~2000Pa正压，阻止外界气体进入超导磁体内而凝固。

所述接线盘408采用环氧板制作，所述接线盘408设置于4K桶容器4内底端，用于布置超导开关、超导接头和调压加热器409。

所述60K磁体冷屏3采用铝材材料制成，所述60K磁体冷屏3外围设有冷却回路5，用于超导磁体在预冷阶段、断电或冷却系统工作异常状况下使60K磁体冷屏3处于较低温区，以减少对4K桶容器4漏热，保证超导磁体稳定运行。

所述磁体外桶1与60K磁体冷屏3内顶端重叠处设有第一通孔6和第二通孔7，所述第一通孔6内设有冷头容器8，所述第二通孔7内延伸有颈管容器9。

所述磁体外筒1上设有封头10和服务塔11。

Claims

1.一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：它包括磁体外桶（1）、磁体内桶（2）、60K磁体冷屏（3）和4K桶容器（4），所述磁体外桶（1）、磁体内桶（2）、60K磁体冷屏（3）和4K桶容器（4）依次由大到小包覆排列，所述4K桶容器（4）上设有主骨架（401）和屏蔽骨架（402），所述主骨架（401）内壁与屏蔽骨架（402）侧壁构成4K桶容器（4）一部分结构，所述主骨架（401）内设有主线圈（403），所述主骨架（401）上端设有调整骨架（404），所述调整骨架（404）内设置有调整线圈（405），所述调整骨架（404）上端设有多通道高阶磁场修正线圈（406），所述屏蔽骨架（402）一侧设有屏蔽线圈（407），所述屏蔽线圈（407）一端设有接线盘（408），所述接线盘（408）上设有调压加热器（409），所述60K磁体冷屏（3）外围设有冷却回路（5）。

2.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述多通道高阶磁场修正线圈（406）包括Z0、 Z1、Z2、Z3、Z4、X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈，用于改善超导磁体在所需成像区域内磁场均匀性。

3.根据权利要求2所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述多通道高阶磁场修正线圈（406）中的Z0、 Z1、Z2、Z3、Z4型号线圈直接绕制在环氧玻璃钢骨架（410）线槽中，所述多通道高阶磁场修正线圈（406）中X1、Y1、ZX、ZY、XY、X2-Y2型号线圈设置于环氧板上，再将含线圈环氧板绕制环氧玻璃钢骨架（410）上，将多通道高阶磁场修正线圈（406）与调整骨架（404）以螺栓方式连接，用于保证各个线圈位置关系及连接强度。

4.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述60K磁体冷屏（3）端头设有端盖板（301），所述60K磁体冷屏（3）内围和端盖板（301）上开设有凹槽（302），所述凹槽（302）设定缝隙间距为0.5~1.5mm。

5.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述调压加热器（409）由环氧玻璃钢骨架（410）、康铜线（411）和铜网保护罩（412）组成，所述调压加热器（409）采用用康铜线（411）绕制环氧玻璃钢骨架（410）上，在康铜线（411）外表面加设铜网保护罩（412），所述环氧玻璃钢骨架（410）下端固定设有不锈钢螺栓（413）和不锈钢螺母（414），所述不锈钢螺栓（413）与环氧玻璃钢骨架（410）之间通过环氧胶水固定粘接，所述调压加热器（409）通过不锈钢螺栓（413）和不锈钢螺母（414）固定在接线盘（408）上；所述调压加热器（409）配合对应的压力控制系统，通过压力检测控制4K桶容器（4）内压力维持在0～2000Pa正压，阻止外界气体进入超导磁体内而凝固。

6.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述接线盘（408）采用环氧板制作，所述接线盘（408）设置于4K桶容器（4）内底端，用于布置超导开关、超导接头和调压加热器（409）。

7.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述60K磁体冷屏（3）采用铝材材料制成。

8.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述磁体外桶（1）与60K磁体冷屏（3）内顶端重叠处设有第一通孔（6）和第二通孔（7），所述第一通孔（6）内设有冷头容器（8），所述第二通孔（7）内延伸有颈管容器（9）。

9.根据权利要求1所述的用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其特征在于：所述磁体外桶（1）上设有封头（10）和服务塔（11）。