CN108303663B - 一种双气隙开放式磁共振成像磁体 - Google Patents

Abstract

一种双气隙开放式磁共振成像磁体，在磁体的结构上，具有两个气隙，在这两个气隙中，均可形成高均匀度的磁场，可为磁共振成像提供两个成像空间。在双气隙磁共振成像磁体中，包括一个主气隙，该气隙上下分布有两个主磁极头（201），一个附加气隙，该气隙的上下分布有两个附加磁极头（205），主气隙的磁力线通过上水平轭铁（202）、下水平轭铁（203）和垂直轭铁（204）形成闭合，在主气隙中形成均匀磁场。连接上水平轭铁（202）和下水平轭铁（203）的垂直轭铁（204）分为左右两个，两个垂直轭铁中间设置有附加气隙，附加气隙磁力线通过附加上水平轭铁（207）、附加下水平轭铁（206）和垂直轭铁（204）形成闭合，在附加气隙中形成均匀磁场。

Description

一种双气隙开放式磁共振成像磁体

技术领域

本发明涉及一种具有双气隙的开放式磁共振成像磁体。

背景技术

磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号由天线接收。当在这一过程中加入梯度磁场后，便可以通过射频信号获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。

磁共振成像系统工作时，通常如图1所示，将人体放入磁体101中，梯度线圈（包含匀场线圈）102产生一个线性度良好的梯度磁场，该梯度磁场叠加在主磁场上，对信号进行空间编码。同时，该梯度线圈还对主磁场的不均匀性进行校正。射频线圈103对人体照射，激发人体成像区域的原子核，谱仪系统106运行脉冲序列，控制各子系统的工作，并采集磁共振信号进行图像重建。其中，匀场电源105用于向匀场线圈提供驱动电流，控制匀场线圈所产生磁场的幅度。

磁共振成像系统中磁体提供一个静磁场，图像的信噪比与静磁场强度接近正比，因此，静磁场强度越高，图像清晰度越高，也可获得更高分辨率得分图像。一般地，磁共振成像磁体有通过永磁材料提供磁场，这种磁体称为永磁体，也有通过通电线圈产生磁场的，当线圈材料是常规的铜导体时，这种磁体称为常导磁体或者电阻磁体，当线圈材料为超导体时，这种磁体称为超导磁体。

在磁共振成像系统中，总是希望磁共振成像磁体提供的静磁场尽可能高些，然而更高的磁场通常会使磁体更昂贵和更复杂，因此，在一些应用场合上，中低磁场的磁体更加合适。不过，磁场较低的话，其图像的信噪比会低些。由于磁共振图像的信噪比除了与静磁场的强度接近正比外，还与成像的参数有关，比如，成像的视野变小的话，图像的信噪比则变差，图像分辨率高的话，图像的信噪比也变差，另外，更薄的扫描层面厚度也带来更差的信噪比。成像参数主要与受检者有关，比如对于人体成像，头部成像的视野一般是24cm左右，而踝关节的视野比头部成像的要小一些，其视野选择的原则是让图像基本充满成像视野中，获得最好的空间分辨率。

对于一些特殊的应用，比如动植物成像，受检者个体的体积差异非常大，因此上述的成像参数的差别也非常大，比如，成像的视野可以从30cm到3cm之间变化，这样，对于在某一个静磁场下进行的磁共振成像，不同受检者所获得的图像信噪比的差别非常大，对于体积较小的受检者，为了使其图像信噪比满足要求，就需要更高的静磁场强度，而这种磁体，若要满足较大体积成受检者的进入，磁体的空间需要做的很大，导致磁体非常昂贵和复杂。

本发明针对这个问题，发明了一种具有双气隙的开放式磁共振成像磁体，在同一个磁体中包括两个气隙，一个主气隙尺寸较大，磁场强度较低，可满足大视野成像，另一个附加气隙尺寸较小，磁场强度较高，适应小视野成像，这种发明可以部分解决上述问题。

发明内容

采用本发明双气隙开放式磁共振成像磁体的结构如下：

双气隙开放式磁共振成像磁体的结构包括：一个主气隙，该气隙上下分布有两个主磁极头。磁体的磁力线通过上下水平轭铁和垂直轭铁形成闭合磁路，在主气隙中形成均匀磁场。同时，该磁体还包括一个附加气隙，该气隙的上下也分布有两个附加磁极头，该气隙设置在垂直轭铁的中间，并连接有附加的上下水平轭铁，该附加的上下水平轭铁与垂直轭铁相连，构成磁场通路。附加磁极头所产生的磁力线，通过附加上下水平轭铁和垂直轭铁形成闭合磁路，在附加气隙中形成均匀磁场。

本发明的双气隙开放式磁共振成像磁体，其主气隙的尺寸较大，因此可产生较低的静磁场，而附件气隙具有较小的尺寸，可以产生较高的磁场，而不必使用过多的磁性材料。在传统的开放式磁共振成像磁体设计中，垂直轭铁有各种形式，如中国专利CN00239177.5所设计的C型磁体，其垂直轭铁是采用单个的轭铁实现的，对于不同的磁体设计，其中通常也会有两个相互平行的垂直轭铁，轭铁之间保持一定的距离，构成所谓后双柱结构。图6所示就是一种传统的后双柱磁体。本发明利用这个空间，在其中设置一个附加的气隙，在局部形成磁路，构成第二个气隙，如图2所示。该附加气隙的尺寸可以设计的较小，因此，在不过多使用磁性材料的前提下，获得较主气隙高得多的静磁场。

比如，一个典型的设计，主气隙两个极头的距离为500mm，采用约1800千克的N50钕铁硼磁性材料，在气隙中可产生约0.3T的静磁场。附加气隙两个极头的距离为150mm，采用约200千克的N50钕铁硼磁性材料，在气隙中可产生约0.6T的静磁场。因此，这种磁体可以实现在一个磁体中进行不同磁场强度下的磁共振成像，极大地增强了使用的功能。

一般地，垂直轭铁的存在会影响主气隙的磁场分布。由于垂直轭铁采用导磁材料制成，其工作点并不处在饱和状态，导致靠近垂直轭铁一侧的主气隙的磁场发生畸变。附加气隙的存在，其磁场对于主气隙的磁场具有补偿作用，因此，对主气隙的磁场畸变有一定的校正作用，使得两个气隙中的磁场分布更加理想。

当然，这种开放式磁共振成像磁体，其磁场也可由通电线圈产生，其两个主磁极头可以由两组相同的线圈构成，线圈中包含铁芯，线圈产生的磁场通过铁芯，上下水平轭铁和垂直轭铁构成闭合磁路。附加气隙的附加磁极头也可以由两组相同的线圈构成，线圈中包含铁芯，线圈产生的磁场通过铁芯，附加上下水平轭铁和垂直轭铁构成闭合磁路。

上述的具有双气隙的开放式磁共振成像磁体，其附加磁极头的结构和形状可以与主磁极头相同，也可以不同，其附加磁极头的形状可根据所产生的静磁场的形态以及与主气隙磁场的相互影响关系来设置，目的就是保证两个气隙在成像区的磁场高度均匀。

在本发明中，根据磁体的尺寸，可以将附加上下水平轭铁设计在不同的位置，甚至可以与主上下水平轭铁重合。

附图说明

图1现有技术的磁共振成像系统的结构示意图，图中： 101磁体，102射频线圈，103梯度放大器，104谱仪系统；

图2本发明装置结构原理图，图中：201主磁极头，205附加磁极头，202上水平轭铁，203下水平轭铁，204垂直轭铁，207附加上水平轭铁，206附加下水平轭铁和204垂直轭铁。

图3为本发明一个实施例的主气隙磁场分布图；

图4为本发明一个实施例的附加气隙磁场分布图。

图5为本发明一个实施例的气隙磁场测量轨迹，其中301为主气隙磁场测量的半圆弧轨迹，302为附加气隙磁场测量的半圆弧轨迹。

图6为现有技术的磁体结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图2所示为本发明装置的基本结构。如图2所示，磁体总体结构为开放式，其中主磁极头201是磁体的磁场源，上水平轭铁202、下水平轭铁203和垂直轭铁204构成导磁回路，主磁极头201的上下两个极头中间的空间为成像气隙，在这个气隙中形成一个均匀分布的磁场，受检部位放置在这个气隙中心，可进行成像。一般地，气隙的大小设计成能够容纳较大的受检者，由于在磁源一定的情况下，气隙越大，其中的磁场强度就越低，或者说，为了保持磁场强度不变而增大气隙，则需要更强的磁源，也就是需要更多的永磁材料或者更大的功率驱动线圈。

图2 中的垂直轭铁204分为左右两个，中间间隔一定的距离。在这个空间中设置了第二个气隙，该气隙具有一个附加磁极头205、附加上水平轭铁207个附加下水平轭铁206，它与垂直轭铁204构成另一个导磁回路，在附加磁极头的上下两个极头中间的气隙中形成均匀磁场，受检部位可放置在这个附加气隙中间进行成像。

由于附加气隙可以做的很小，因此，在不需要很多磁性材料或者较小功率驱动线圈的条件下，即可获得较高的磁场。该装置的优点在于，同一个磁体对于体积差别很大的受检者，均可获得较高的图像质量，增强了成像的功能。

图3和图4是本发明一个实施例的两个气隙中的磁场分布图。该实施例中，主气隙两个极头的距离为500mm，直径约1100mm，采用约1800千克的N50钕铁硼磁性材料，在气隙中可产生约0.3T的静磁场。附加气隙两个极头的距离为150mm，直径约290mm，采用约200千克的N50钕铁硼磁性材料，在气隙中可产生约0.6T的静磁场。图5所示为测量磁场分布的半圆弧，其中主气隙半圆弧的终点为箭头处，另一端为起点，附加气隙测量半圆弧的终点为箭头处，另一端为起点。图3所示的磁场分布曲线，为成像中心半径150mm的半圆弧上的磁场分布，图所示的磁场分布曲线，为成像中心半径40mm的半圆弧上的磁场分布。两个气隙中的磁场分布均有较高的初始均匀性。

上述实施采用的是永磁材料构成磁体，实际上，磁极头也可以用通电线圈产生磁场，除了磁场源的产生方式不同外，其他部分的结构和作用相同。

Claims (7)

1.一种双气隙开放式磁共振成像磁体，在磁体的结构上，具有两个气隙，在这两个气隙中，均可形成高均匀度的磁场，可为磁共振成像提供两个成像空间。在双气隙磁共振成像磁体中，包括一个主气隙，该气隙上下分布有两个主磁极头（201），一个附加气隙，该气隙的上下分布有两个附加磁极头（205），主气隙的磁力线通过上水平轭铁（202）、下水平轭铁（203）和垂直轭铁（204）形成闭合，在主气隙中形成均匀磁场。连接上水平轭铁（202）和下水平轭铁（203）的垂直轭铁（204）分为左右两个，两个垂直轭铁（204）中间设置有附加气隙，附加气隙磁力线通过附加上水平轭铁（207）、附加下水平轭铁（206）和垂直轭铁（204）形成闭合，在附加气隙中形成均匀磁场。

2.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，具有处在两个不同位置的气隙，在这两个气隙中均可形成高均匀度磁场。

3.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，附加气隙设置在左右分开的垂直轭铁（204）中间。

4.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，附加气隙具有上下两个附加磁极头（205），且该磁极头的结构与主磁极头（201）的结构相同。

5.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，附加磁极头（205）的上下各有一个附加上水平轭铁（207）和附加下水平轭铁（206），附加气隙磁力线通过附加上水平轭铁（207）、附加下水平轭铁（206）和垂直轭铁（204）形成闭合，在附加气隙中形成均匀磁场。

6.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，附加磁极头（205）中放置有永磁材料，由永磁材料作为磁场源，在附加气隙中形成均匀磁场。

7.如权利要求1所述的双气隙开放式磁共振成像磁体，其特征在于，所述的双气隙开放式磁共振成像磁体结构中，附加磁极头（205）中放置有线圈，电流通过线圈时产生磁场，在附加气隙中形成均匀磁场。

Images