CN1085767A

CN1085767A - 均匀磁场装置

Info

Publication number: CN1085767A
Application number: CN 92112341
Authority: CN
Inventors: 黄志孝; 段小齐; 储岳森; 洪林常; 毛恭皓; 周涛
Original assignee: WEIDA MEDICAL EQUIPMENT GROUP CORP GUANGDONG
Current assignee: WEIDA MEDICAL EQUIPMENT GROUP CORP GUANGDONG
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-04-27

Abstract

一种均匀磁场装置，特别适用于医学磁共振成像系统，其主线圈1、匀场线圈2和梯度线圈3同轴串套，并在二端加有二个端线圈4，其特征在于匀场线圈2由七个函数线圈组成，梯度线圈3由三个方向线圈组成，主线圈还设有冷却系统。该均匀磁场装置采用常导材料，生产工艺简单，在磁场强度为400高斯的情况下，可在直径30mm，长度40mm的圆柱体内，使磁场不均匀度小于或等于0.04高斯，使磁共振成像系统空间分辨率达到1mm，完全满足临床的要求。

Description

本发明涉及一种产生均匀磁场的装置，特别是应用于医疗磁共振成像系统的均匀磁场装置。

磁共振成像技术是近年来兴起的高技术医学影像诊断技术，它以其对人体无害、成像部位多、图像清晰等特点而深受医务界和病人的欢迎。其技术包括磁体系统、成像系统和谱仪系统中，其中磁体系统就是要求产生一个均匀的磁场，产生均匀磁场有二种办法：一是采用永磁体，并成二个大磁极来实现，二是采用线圈通过直流电流来产生磁场，而用直流电流来产生磁场的办法又由于线圈所用的材料不同分为超导和常导，超导通常应用于场强为10000高斯以上的高场的情况，本发明仅涉及用常导材料为线圈的情况，即场强为5000高斯以下，特别是场强为400高斯情况。类似的磁共振成像系统国外已有产品，国内也有小量引进，但由于该产品属于高科技产品，仅限于理论上的报导，具体的设计方案则未见报导，通常在产品上也都采用了保密措施，因此无法进行具体比较。从理论上讲，磁共振成像系统的磁体就是要求产生一个均匀磁场，这个均匀磁场的均匀度越高则成像的清晰度越高，一般要求均匀磁场的不均匀度与磁场强度的比要小于0.00001，而且这一均匀磁场要求有足够的体积，一般要求在直径300mm的圆球范围达到上述均匀度，如果用一个线圈来实现，则该线圈要很长才能实现，故通常都加上一些纠正线圈来加以调节，这些线圈也称匀场线圈，此外，要实现成像系统横断面、矢状面和冠状面切片成像等成像功能，还要在均匀磁场上加一个梯度磁场，使均匀磁场变为梯度均匀磁场，总之，要实现这一目的的具体方案可以有多个，关键是要设计一个较合理、适用的方案，既能满足清晰成像的要求，又便于生产制造和使用。

本发明的目的就是设计一个均匀度满足磁共振成像系统要求的均匀磁场，并且由常导线圈来实现，同时考虑常导线圈的冷却、系统的调整和控制的简化等问题，以适应临床使用，填补我国这一高科技产品的空白。

本发明的目的是这样来实现的：

一种均匀磁场装置，由分别绕置于绝缘圆筒上的主线圈1、匀场线圈2和梯度线圈3同轴串套，并在二端加上二个端线圈4构成，主线圈1的作用是产生主磁场，二个端线圈4的作用是调整主线圈两端的磁力线，使主线圈1圆筒内的磁力线更趋于直线，形成较均匀的磁场，匀场线圈2则是对主磁场进行微调，以进一步改善其均匀度，梯度线圈3的作用是在均匀磁场上再加上一个梯度磁场，使均匀磁场变为梯度均匀磁场，本发明的特征是匀场线圈2由七个线圈组成，即线圈21、22、23、24、25、26和线圈27组成，如果用X、Y、Z座标来表示磁场空间，则这七个线圈按顺序分别产生Z²、Z³、XZ、YZ、XY、X²-Y²、Z⁴七组函数的磁场，这七个线圈的绕法和设置如下：

a.线圈21由线圈211、线圈212、线圈213和线圈214组成，线圈211与线圈212对称于圆筒中间分别绕于圆筒的前后外边，且电流方向相同，线圈213与线圈214分别对称的绕于圆筒中间的前后二边，而电流方向与线圈211相反;

b.线圈22由线圈221和222组成，线圈221和线圈222分别对称的绕于圆筒中间的前后二边，电流方向相反;

c.线圈23由线圈231、线圈232、线圈233和线圈234组成，线圈置于圆筒表面上呈鞍形，鞍形线圈的长度约为圆筒圆周的四分之一，线圈231和线圈232对称的置于圆筒前边的筒面上，线圈233和线圈234对应的置于圆筒后边的筒面上，线圈231与线圈233的电流方向相同，线圈232和线圈234的电流方向从圆筒表面看与线圈231的电流方向相反;

d.线圈24由线圈241、线圈242、线圈243和线圈244组成，形状和电流方向与线圈23相同，而位置相对于线圈23绕圆筒轴顺时针方向转90度;

e.线圈25由线圈251、线圈252、线圈253、线圈254、线圈255、线圈256、线圈257和线圈258八个线圈组成，线圈置于圆筒表面上呈鞍形，这八个鞍形线圈的长度约为圆筒圆周的四分之一，线圈251、252、253、254顺序的置于圆筒的前边筒面上，线圈255、256、257、258对应的置于圆筒后边的筒面上，线圈251、253、256、258的电流方向相同，线圈252、254、255、257的电流方向从圆筒表面看与线圈251的电流方向相反;

f.线圈26由线圈261、线圈262、线圈263、线圈264、线圈265、线圈266、线圈267和线圈268八个线圈组成，形状和电流方向与线圈25相同，而位置相对于线圈25绕圆筒轴顺时针方向转45度;

g.线圈27由线圈271、线圈272、线圈273、线圈274、线圈275和线圈276六个线圈组成，线圈271、272、273依顺序绕于圆筒前边，线圈274、275、276也依顺序绕于圆筒后边，线圈271、272、275、276的电流方向相同，线圈273和274电流方向与线圈271的电流方向相反。

如上所说，本发明的均匀磁场装置还加有一个梯度线圈3，为实现横断面，矢状面、冠状面的切片成像，这一梯度磁场也是三维，本发明用三个线圈即线圈31、32、33组成梯度线圈3，这三个线圈分别为X、Y和Z三个方向的梯度磁场线圈，这三个线圈的绕法和设置如下：

a.线圈31由四个渐开线绕法的螺线圈311、312、313和314组成，螺线圈置于圆筒的筒面上呈鞍形，鞍形螺线圈的长度约为圆筒圆周的二分之一，螺线圈的螺心对称的位于圆筒的前后端上，螺线圈布于圆筒上的线为弧线，于圆筒外的线为直线，螺线圈311和312位于圆筒的前边，螺线圈313和314和位于圆筒的后边，从圆筒表面看，螺线圈311和314的电流方向相同，螺线圈312和313的电流方向与螺线圈311的电流方向反;

b.线圈32由四个与线圈31相同或相似的螺线圈321、322、323和324组成，这四个螺线圈对应于螺线圈311、312、313和314，在圆筒上的布置相同，电流方向相同，位置绕圆筒轴转90度;

c.线圈33由对称于圆筒中间绕于圆筒前后的线圈331和线圈332组成。

本发明的上述技术特征，仅采用了常导材料，而且工艺简单，生产制造方便，选择适当的电流参数，如在磁场强度为400高斯的情况下，可以使磁场在直径为30mm，长度为40mm的圆柱体空间内磁场不均匀度小于或等于0.04高斯，使磁共振成像系统的空间分辨率达到1.0mm，完全满足临床的应用，并达到或超过国外同类产品的水平，而价格不及国外产品的二分之一。

本发明的附图说明结合实施例一并说明如下：

图1，是本发明各线圈串套组装的示意图，图中：1-主线圈，2-匀场线圈，3-梯度线圈，4-端线圈;

图2，是线圈21的示意图;

图3，是线圈22的示意图;

图4，是线圈23的示意图;

图5，是线圈24的示意图;

图6，是线圈25的示意图;

图7，是线圈26的示意图;

图8，是线圈27的示意图;

图9，是线圈31的圆筒展开示意图;

图10，是线圈32的圆筒展开示意图;

图11，是线圈33的示意图;

图12，是主线圈1冷却系统的示意图;

本发明的实施例如附图所示，主线圈1、匀场线圈2与梯度线圈3的同轴串套，主线圈1的圆筒直径最小并处于最内，然后是梯度线圈3，匀场线圈2位于最外层，由于主线圈1通过的电流较大，如上述如果磁场强度为400高斯，则主线圈1通过的电流约100多安培，所以本实施例对线圈1设有冷却系统，如图12所示，即在主线圈1的圆筒上先绕上冷却管12作为冷却层，并在冷却层上设有绝缘导热胶13，再将主线圈1的导线绕于绝缘导热胶13上，为增加主线圈1与冷却层的接触面，同时也为提高主线圈1绕制时的均匀度，主线圈1的导线采用截面为矩形铜线。端线圈4则由铝箔绕制而成，因铝箔表面较容易形成氧化膜，有利于线圈的绝缘。如上述，本发明的均匀磁场主要用于医学磁共振成像系统，因此在磁场尺寸设计时，应使一个成年人体能方便的置于均匀磁场内，本实施例选择主线圈1至端线圈4的中心距离为683.40至683.85mm之间，主线圈1的内径为788至794mm之间。在这一尺寸范围内，发明人发现主线圈1至端线圈4的中心距离为683.61mm，主线圈1的内径为791.2mm时，能获得均匀度最好的均匀磁场。从理论上讲，由线圈通过电流所产生的磁场，主要决定于电流流向、电流分布和电流大小，因此，组成匀场线圈2各函数线圈的各线圈和组成梯度线圈3的三个方向线圈的各线圈可以是独立的，而且电流的大小也可以不同，但本实施例为了简化控制，组成匀场线圈2的七个线圈各由一条导线绕成，如图2至图8所示，线圈21中导线按上述电流方向先绕线圈213，再绕211、212和214，或者说线圈211、212、213和214串联联接;线圈22中导线先绕线圈221，再绕线圈222;线圈23中导线也按上述电流方向绕制线圈231、232、233和234;线圈24的绕法与线圈23相似;线圈25中导线也按上述电流方向并按顺序绕制线圈251、252、253、254、255、256、257和258;线圈26的绕法与线圈25相似;线圈27中导线按上述电流方向先绕线圈271和272，然后掉转方向绕线圈273和274，再转回方向绕275和276;组成梯度线圈3的线圈31、32和33也各由一条导线绕成，如图9至图11所示，线圈31中导线从螺线圈311的最内圈绕起一直绕到最外圈，再按电流方向并同样由最内圈绕起依次绕制线圈312、313和314;线圈31中的导线绕法与线圈31相似，并按电流方向依次绕制线圈324、322、323和321;线圈33中的导线按电流方向依次绕制线圈331和332。如上述由电流所产生的磁场决定于电流的流向、分布和大小，现匀场线圈2的七个线圈和梯度线圈3中的三个线圈中的各线圈的绕法已确定并且串联联接，也即电流大小一致，所以决定磁场强度的参数就是这些线圈的匝数比，本实施例中上述各线圈的匝数比如下：

a.线圈211、212、213、214的匝数比为17∶17∶6∶6;

b.线圈22、23、24、25、26中的各线圈的匝数比为1∶1;如线圈221与线圈222之比为1∶1，线圈231与线圈232之比为1∶1等;

c.线圈271、272、273、274、275与276的匝数比为20∶3∶14∶14∶3∶20;

d.线圈31、32、33中的各线圈的匝数比为1∶1，如线圈311与线圈312之比为1∶1，线圈331与线圈332之比为1∶1等。

如图1所示，主线圈1和匀场线圈2、梯度线圈3的同轴串套，其同轴度如何对均匀磁场的均匀度影响很大，因此其同轴度必须可以调较，本实施例由位于圆筒之间均匀分布于圆筒圆周上的螺钉来调节。同样，端线圈4与主线圈1的同轴度也很重要，其同轴度由均匀分布于端线圈4圆周上的作用方向相反并交替设置的一组螺钉来实现。

Claims

1、一种均匀磁场装置，由分别绕置于绝缘圆筒上的主线圈1、匀场线圈2和梯度线圈3同轴串套，并在二端加上二个端线圈4构成，其特征在于匀场线圈2由线圈21、线圈22、线圈23、线圈24、线圈25、线圈26和线圈27七个线圈组成，这七个线圈的绕法和设置如下：

a.线圈21由线圈211、线圈212、线圈213和线圈214组成，线圈211与线圈212对称于圆筒中间分别绕于圆筒的前后外边，且电流方向相同，线圈213与线圈214分别对称的绕于圆筒中间的前后二边，而电流方向与线圈211相反；

b.线圈22由线圈221和222组成，线圈221和线圈222分别对称的绕于圆筒中间的前后二边，电流方向相反；

c.线圈23由线圈231、线圈232、线圈233和线圈234组成，线圈置于圆筒表面上呈鞍形，鞍形线圈的长度约为圆筒圆周的四分之一，线圈231和线圈232对称的置于圆筒前边的筒面上，线圈233和线圈234对应的置于圆筒后边的筒面上，线圈231与线圈233的电流方向相同，线圈232和线圈234的电流方向从圆筒表面看与线圈231的电流方向相反；

d.线圈24由线圈241、线圈242、线圈243和线圈244组成，形状和电流方向与线圈23相同，而位置相对于线圈23绕圆筒轴顺时针方向转90度；

e.线圈25由线圈251、线圈252、线圈253、线圈254、线圈255、线圈256、线圈257和线圈258八个线圈组成，线圈置于圆筒表面上呈鞍形，这八个鞍形线圈的长度约为圆筒圆周的四分之一，线圈251、252、253、254顺序的置于圆筒的前边筒面上，线圈255、256、257、258对应的置于圆筒后边的筒面上，线圈251、253、256、258的电流方向相同，线圈252、254、255、257的电流方向从圆筒表面看与线圈251的电流方向相反；

f.线圈26由线圈261、线圈262、线圈263、线圈264、线圈265、线圈266、线圈267和线圈268八个线圈组成，形状和电流方向与线圈25相同，而位置相对于线圈25绕圆筒轴顺时针方向转45度；

2、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于梯度线圈3由线圈31、线圈32和线圈33组成，线圈的绕法和设置如下：

3、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于主线圈1的圆筒上先绕上冷却管12作为冷却层，并在冷却层上设有绝缘导热胶13，再将主线圈1的导线绕于绝缘导热胶13上，主线圈1的导线采用截面为矩形铜线。

4、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于端线圈4由铝箔绕制而成。

5、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于主线圈1至端线圈4的中心距离为683.40-683.85mm，主线圈1的内径为788-794mm。

6、一种如权利要求5所说的均匀磁场装置，其特征在于主线圈1至端线圈4的中心距离为683.61mm，主线圈1的内径为791.2mm。

7、一种如权利要求2所说的均匀磁场装置，其特征在于组成均场线圈2的七个线圈和组成梯度线圈3的三个线圈各由一条导线绕成，即组成匀场线圈2的七个线圈和组成梯度线圈3的三个线圈中的线圈分别串联联接。

8、一种如权利要求7所说的均匀磁场装置，其特征在于匀场线圈2和梯度线圈3中的各个线圈的匝数比如下：

a.线圈211、212、213、214的匝数比为17∶17∶6∶6;

b.线圈22、23、24、2b、26中的各线圈的匝数比为1∶1;

d.线圈31、32、33中的各线圈的匝数比为1∶1;

9、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于主线圈1和匀场线圈2、梯度线圈3同轴串套的同轴度由圆筒之间均匀分布于圆筒圆周上的螺钉来调节。

10、一种如权利要求1所说的均匀磁场装置，其特征在于端线圈4与主线圈1的同轴调节，由均匀分布于端线圈4圆周上的作用方向相反并交替设置的一组螺钉来实现。