CN109030532A - 一种单边核磁共振三维成像磁体系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核磁共振检测技术领域，涉及一种单边核磁共振三维成像磁体系统，主要由四部分构成：永磁机构、梯度模块、扫场模块、射频模块；所述永磁机构用于产生在垂直方向上存在恒定梯度、在水平面薄层上相对均匀的静态主磁场；所述梯度模块用于水平面空间编码和定位；所述扫场模块用于以实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层；所述射频模块包含射频线圈和射频屏蔽，其中射频线圈用于产生与静态主磁场正交的射频激励磁场并接收磁共振信号，而射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度线圈之间的耦合影响；结构简单、体积小、重量轻、无侵入性检测，可实现单边核磁共振三维成像，对于皮肤烧伤深度和康复程度的诊断有重要指导意义，也为其它物品的浅层成像提供指导。
Description
技术领域
本发明属于核磁共振检测技术领域，涉及一种单边核磁共振三维成像磁体系统。
背景技术
近年来单边核磁共振技术在食品分析和质量控制、材料科学、地球物理等领域得到广泛应用，其结构开放、体积较小、便于移动，能够在任意位置从任意角度对物体进行无损检测，同时采用永磁体提供主磁场，价格低廉、能耗较低，再加上其可以提供传统核磁共振所给予的包括弛豫时间T1、T2成像、扩散系数D，甚至是化学位移等诸多信息，因此为单边磁体配置相应的成像系统实现浅层成像具有广泛应用前景。
目前临床上缺少一种准确的、快速的设备来判断烧伤患者的烧伤深度和康复程度，以准确制定治疗方案，主要通过医生的主观判断及患者切身感受，这种方法较为粗略、主观。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单边核磁共振三维成像磁体系统，可以用于但不限于对皮肤烧伤深度和康复程度的检测。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种单边核磁共振三维成像磁体系统，包括永磁机构、梯度模块、扫场模块和射频模块；所述永磁机构用于产生在第一方向上存在恒定梯度、在第一平面内相对均匀的静态主磁场；所述梯度模块用于进行在第一平面内的编码和定位，设置在静态主磁场内部；所述扫场模块用于产生大小可调的附加磁场，与静态主磁场相叠加，以实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层；所述射频模块包括射频线圈和射频屏蔽，所述射频线圈用于产生与静态主磁场相正交的射频激励磁场，并检测被测样本所产生的磁共振回波信号；所述射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度模块之间的耦合影响；所述射频屏蔽设置在梯度模块与射频线圈之间；其中，第一方向与第一平面相正交。
可选地，所述永磁机构包括半椭圆形磁体和设置在半椭圆形磁体内部的U型磁体。
可选地，所述U型磁体包括两个并列设置的小U型磁体，两个小U型磁体的磁化方向相同；每个小U型磁体由两个磁化方向相反的磁块组成。
可选地，还包括铁轭，连通两个小U型磁体并构成导磁通路。
可选地，所述扫场模块为绕制在所述铁轭上的扫场线圈，通过调节流入扫场线圈中的电流的大小和方向对附加磁场进行调节，以调整某一恒定磁场在第一方向上的位置。
可选地，所述半椭圆形磁体由若干个磁棒按照其质心沿半椭圆弧型排列布置而成。
可选地，所述半椭圆形磁体的磁棒为十六个磁体的闭环Halbach磁体中的9个磁棒等弧长布置而成，椭圆的长半径与短半径之比为r1，相邻的磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。
可选地，所述梯度模块包括X方向梯度线圈及Y方向梯度线圈，其中，X方向与Y方向相正交且均与第一平面相重合。
可选地，所述X方向梯度线圈由四个对称的载流回路构成。
可选地，所述Y方向梯度线圈由单个的载流回路构成。
可选地，所述X方向梯度线圈与Y方向梯度线圈的电流在边界上为零，电流密度在线圈的长度内均自动满足闭合条件。
可选地，所述射频屏蔽为一层铜皮，射频屏蔽的边缘接地。
可选地，还包括防磁材料制成的外壳，所述永磁机构、梯度模块、扫场模块和射频模块均设置在外壳内部。
可选地，所述射频线圈采用准静态场的目标场逆方法进行优化设计，设计的目标射频场与静态主磁场相匹配，即在方向上正交与在幅值上相关。
可选地，所述梯度线圈采用目标场法和流函数法设计，并均采用漆包铜线绕制。
本发明的有益效果在于：本发明提供的单边核磁共振三维成像磁体系统，可用于这种用于皮肤检测的，其结构简单、体积小、重量轻、性能可靠，可实现单边核磁共振三维成像，便于无创检测，对其他无损检测领域的仪器改进也具有一定的指导作用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中所涉及的一种单边核磁共振三维成像磁体系统的整体结构示意图；
图2为本发明中铁轭的位置与永磁机构内磁棒的位置、磁化方向示意图；
图3为静态主磁场的仿真分布。
图4为目标区域YOZ平面内静态主磁场随扫场线圈电流改变而改变的分布图；
图4(a)中电流为10A、图4(b)中电流为0A、图4(c)中电流为-10A；
图5为本发明中射频线圈的示意图；
图6为本发明中X方向梯度线圈的示意图；
图7为本发明中Y方向梯度线圈的示意图；
图8为本发明中射频屏蔽的结构示意图；
图9为本发明中单边核磁共振三维成像的脉冲序列及回波示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1-图9，附图中的元件标号分别表示：外壳1、扫场模块3、铁轭4、X方向梯度线圈5、Y方向梯度线圈6、射频屏蔽7、射频线圈8、目标区域9。
在下述实施例中，采用XYZ三维立体空间进行阐述说明，第一方向为Z轴方向，第一平面为XOY平面；水平方向即为XOY平面方向，垂直方向即为Z轴方向。
一种单边核磁共振三维成像磁体系统，包括永磁机构、梯度模块、扫场模块3和射频模块；所述永磁机构用于产生在第一方向上存在恒定梯度、在第一平面内相对均匀的静态主磁场；所述梯度模块用于进行在第一平面内的编码和定位，设置在静态主磁场内部；所述扫场模块3用于产生大小可调的附加磁场，与静态主磁场相叠加，以实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层；所述射频模块包括射频线圈8和射频屏蔽7，所述射频线圈8用于产生与静态主磁场相正交的射频激励磁场，并检测被测样本所产生的磁共振回波信号；所述射频屏蔽7用于消除射频线圈8与梯度模块之间的耦合影响；所述射频屏蔽7设置在梯度模块与射频线圈8之间；其中，第一方向与第一平面相正交。
优选地，所述永磁机构包括半椭圆形磁体和设置在半椭圆形磁体内部的U型磁体；所述U型磁体包括两个并列设置的小U型磁体，两个小U型磁体的磁化方向相同；每个小U型磁体由两个磁化方向相反的磁块组成；还包括铁轭4，连通两个小U型磁体并构成导磁通路；所述扫场模块3为绕制在所述铁轭4上的扫场线圈，通过调节流入扫场线圈中的电流的大小和方向对附加磁场进行调节，以调整某一恒定磁场在第一方向上的位置；所述半椭圆形磁体由若干个磁棒按照其质心沿半椭圆弧型排列布置而成；所述半椭圆形磁体的磁棒为十六个磁体的闭环Halbach磁体中的9个磁棒等弧长布置而成，椭圆的长半径与短半径之比为r1，相邻的磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。
进一步的，所述梯度模块包括X方向梯度线圈5及Y方向梯度线圈6，其中，X方向与Y方向相正交且均与第一平面相重合；所述X方向梯度线圈5由四个对称的载流回路构成；所述Y方向梯度线圈6由单个的载流回路构成；所述X方向梯度线圈5与Y方向梯度线圈6的电流在边界上为零，电流密度在线圈的长度内均自动满足闭合条件；所述射频屏蔽7为一层铜皮，射频屏蔽7的边缘接地；还包括防磁材料制成的外壳1，所述永磁机构、梯度模块、扫场模块3和射频模块均设置在外壳1内部；所述射频线圈8采用准静态场的目标场逆方法进行优化设计，设计的目标射频场与静态主磁场相匹配，即在方向上正交与在幅值上相关；所述梯度线圈采用目标场法和流函数法设计，并均采用漆包铜线绕制。
具体的实施例中，永磁机构包括由9个磁棒按照其排列成半椭圆形的半椭圆形磁体配合由4个磁棒排列成2*2矩阵式U型磁体，半椭圆形磁体和U型磁体之间存在强斥力，所产生的静态主磁场被迫朝向Z轴的正方向，因此这种组合比单个的半椭圆形磁体或U型磁体具有更高的磁场强度和更大的目标区域9面积。两个小U型磁体通过设置在其底部的铁轭4相连通，构成导磁通路。U型磁体中的磁棒采用牌号a的铷铁硼或钐钴磁棒，每个小U型磁体内的两个磁块的磁化方向相差180°，两个小U型磁体的磁化方向相同；半椭圆形磁体中采用牌号b的铷铁硼或钐钴磁棒，9个磁棒的质心位于一个半椭圆弧上，图2为本发明中所有磁棒的位置分布和磁化方向示意图。通过调节半椭圆形磁体中的磁棒质心、所在椭圆弧的椭圆曲率和U型磁体中磁块之间的间距来调节磁场均匀度，其产生的静态主磁场的磁场强度等位线与目标区域9相平行，在本实施例中与皮肤表面平行。图3为静态主磁场的仿真分布。
所述扫场模块3为在铁轭4上绕制的线圈，调节通过线圈电流的大小和方向，从而调节其产生的附加磁场，该附加磁场与静态主磁场叠加，可以微调某一恒定磁场在垂直方向(Z轴)上的位置，最终实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层。图4为目标区域9YOZ平面内主磁场随调节扫场线圈电流变化的变化分布图，(a)I＝10A，(b)I＝0A，(c)I＝-10A。如图所示，某一薄层对应的主磁场随着扫场线圈通入10A～-10A电流时逐渐靠近永磁机构。
所述射频模块中的射频线圈8采用静态主磁场的目标场逆方法进行优化设计，根据静态主磁场的分布特点约束目标射频场与静态主磁场在方向上正交与在幅值上相关以提高信噪比。图5是本发明实施例提供的射频线圈8的示意图。由于本实施例的静态主磁场是与皮肤表面平行且沿其垂直方向衰减，所以为了保证射频场与静态主磁场正交，那么射频场的方向必须为皮肤表面的垂直方向。于是本发明提出了这种目标场方法设计的单平面梯度线圈。
所述梯度线圈采用目标场法和流函数法进行设计，设计了X轴、Y轴两个正交方向的平面梯度线圈，线间距调整合适至均能采用漆包铜线绕制。图6是本发明实施例提供的X方向梯度线圈5的示意图，由四个对称的载流回路构成。图7是本发明实施例提供的Y方向梯度线圈6的示意图，由单个对称的载流回路构成。X方向梯度线圈5和Y方向梯度线圈6的电流流向如图中白色箭头所示，电流在边界上为零，电流密度在线圈的有限长度内均自动满足闭合条件。
所述射频屏蔽7极其简单，仅为一层铜皮，该铜皮在四个角落上与外壳1相连接地。图8是本发明实施例提供的射频屏蔽7示意图。梯度磁场变化时，射频屏蔽7所含铜皮感应到涡流，通过在四个角落上与外壳1相连接而释放至地。
图9是单边核磁共振三维成像的成像序列，在成像序列中通过调节扫场模块3中线圈上电流I的大小和方向，从而调节其产生的附加磁场，该附加磁场与静态主磁场叠加，实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层。同时，调节X方向梯度线圈5和Y方向梯度线圈6上的梯度磁场Gy、Gx，实现水平面激励皮肤的空间定位与双相位编码，最后通过重建算法得到被测皮肤的三维成像图。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：
包括永磁机构、梯度模块、扫场模块和射频模块；
所述永磁机构用于产生在第一方向上存在恒定梯度、在第一平面内相对均匀的静态主磁场；
所述梯度模块用于进行在第一平面内的编码和定位，设置在静态主磁场内部；
所述扫场模块用于产生大小可调的附加磁场，与静态主磁场相叠加，以实现固定共振频率条件下垂直方向上的切换选层；
所述射频模块包括射频线圈和射频屏蔽，所述射频线圈用于产生与静态主磁场相正交的射频激励磁场，并检测被测样本所产生的磁共振回波信号；所述射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度模块之间的耦合影响；所述射频屏蔽设置在梯度模块与射频线圈之间；
其中，第一方向与第一平面相正交。
2.如权利要求1中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述永磁机构包括半椭圆形磁体和设置在半椭圆形磁体内部的U型磁体。
3.如权利要求2中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述U型磁体包括两个并列设置的小U型磁体，两个小U型磁体的磁化方向相同；每个小U型磁体由两个磁化方向相反的磁块组成。
4.如权利要求3中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：还包括铁轭，连通两个小U型磁体并构成导磁通路。
5.如权利要求4中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述扫场模块为绕制在所述铁轭上的扫场线圈，通过调节流入扫场线圈中的电流的大小和方向对附加磁场进行调节，以调整某一恒定磁场在第一方向上的位置。
6.如权利要求2中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述半椭圆形磁体由若干个磁棒按照其质心沿半椭圆弧型排列布置而成。
7.如权利要求6中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述半椭圆形磁体的磁棒为十六个磁体的闭环Halbach磁体中的9个磁棒等弧长布置而成，椭圆的长半径与短半径之比为r1，相邻的磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。
8.如权利要求1中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述梯度模块包括X方向梯度线圈及Y方向梯度线圈，其中，X方向与Y方向相正交且均与第一平面相重合。
9.如权利要求8中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述X方向梯度线圈由四个对称的载流回路构成。
10.如权利要求8中所述的单边核磁共振三维成像磁体系统，其特征在于：所述Y方向梯度线圈由单个的载流回路构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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