CN114114114A - 用于梯度线圈的匀场组件及磁共振成像装置 - Google Patents

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CN114114114A CN202010902314.6A CN202010902314A CN114114114A CN 114114114 A CN114114114 A CN 114114114A CN 202010902314 A CN202010902314 A CN 202010902314A CN 114114114 A CN114114114 A CN 114114114A
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Abstract

一种用于梯度线圈的匀场组件及磁共振成像装置，所述梯度线圈(80)形成有一个沿其Z轴方向(Z)延伸的匀场孔(81)，所述的匀场组件包括一个拼接组件(40)；所述拼接组件(40)由数个拼接件通过拼接配合形成；所述数个拼接件中至少一个为匀场块(10)；其中，所述匀场块(10)具有用于形成拼接配合的插块(11)和/或插槽(13)；所述匀场块(10)包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于所述塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末，所述匀场块(10)通过所述插块(11)和/或所述插槽(13)形成拼接配合；所述拼接组件(40)用于以其长度方向(L)平行于所述梯度线圈(80)的Z轴方向(Z)的角度插设于所述匀场孔(81)。

Description

用于梯度线圈的匀场组件及磁共振成像装置
技术领域
本发明涉及一种便于组装的匀场块及包括其的匀场组件及磁共振成像装置。
背景技术
磁共振成像常用于医学诊断。磁场均匀性是磁共振成像系统的关键参数。无源匀场技术是实现磁场均匀性的主要方法之一。目前，用于实现无源匀场的组件组装过程复杂，耗时较长且容易发生组装错误。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于梯度线圈的匀场组件，其便于组装，且可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。
本发明的还一个目的是提供一种磁共振成像装置，用于其梯度线圈的匀场组件便于组装，且可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。
本发明提供了一种用于梯度线圈的匀场组件。梯度线圈形成有一个沿其Z轴方向延伸的匀场孔。匀场组件包括一个拼接组件。拼接组件由数个拼接件通过拼接配合形成。数个拼接件中至少一个为上述的匀场块。匀场块通过插块和/或插槽形成拼接配合。匀场块包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末。拼接组件用于以其长度方向平行于梯度线圈的Z轴方向的角度插设于匀场孔。该用于梯度线圈的匀场组件的拼接组件通过拼接形成，易于组装，且可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。该拼接组件通过匀场块中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末实现匀场功能。由于软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
该匀场块通过其中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末实现匀场功能。由于软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。该匀场块通过拼接配合与其他构件连接，便于组装。
在匀场块的另一种示意性实施方式中，塑料的主要成分是热塑性材料。其可与软磁材料粉末和/或永磁材料粉末混合后通过模具注塑成型。
在匀场块的再一种示意性实施方式中，塑料的主要成分是纤维增强复合材料或环氧树脂。
在匀场块的还一种示意性实施方式中，软磁材料粉末和永磁材料粉末的颗粒形状为球形或片状。
在匀场块的还一种示意性实施方式中，软磁材料粉末包含钴铁合金粉末和/或硅铁合金粉末；永磁材料粉末包含钐钴磁性材料粉末和/或钕铁硼磁性材料粉末。
在匀场块的还一种示意性实施方式中，匀场块包括一个主体部，其呈长方体形。在匀场块具有插槽的情况下，插槽形成于主体部的沿一个拼接方向的一端且沿拼接方向延伸。在匀场块具有插块的情况下，插块凸出设置于主体部的沿拼接方向的另一端且沿拼接方向延伸。拼接方向平行于主体部的一个棱。该结构简单便于加工。
在用于梯度线圈的匀场组件的另一种示意性实施方式中，数个拼接件中至少一个为补位块。补位块由非磁性且电绝缘的材料制成。以使整体结构更加稳固。
在用于梯度线圈的匀场组件的再一种示意性实施方式中，数个拼接件中至少一个为托盘。在长度方向上，托盘的长度等于拼接组件的长度。托盘具有数个用于形成拼接配合的凸块。数个凸块均匀地排布于一个平行于长度方向的平面。托盘包括一个固定部，其设置于托盘的沿长度方向的一端。固定部用于连接梯度线圈且能够抵靠梯度线圈的沿其Z轴方向的端面。借此可方便地将拼接组件固定于梯度线圈。
在用于梯度线圈的匀场组件的还一种示意性实施方式中，匀场组件还包括一个封堵件，其用于固定连接梯度线圈并设置于匀场孔的一端，以防止拼接组件沿梯度线圈的Z轴方向相对于梯度线圈运动。封堵件能够抵靠梯度线圈的沿其Z轴方向的端面。借此可方便地将拼接组件固定于梯度线圈并可提高空间利用率。
本发明还提供了一种磁共振成像装置，其包括一个梯度线圈和一个上述的匀场组件。梯度线圈形成有一个沿其Z轴方向延伸的匀场孔。拼接组件插设于匀场孔。该磁共振成像装置的匀场组件较易组装，且可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。此外，由于匀场块中软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
在磁共振成像装置的另一种示意性实施方式中，拼接组件能够在垂直于梯度线圈的Z轴方向的方向上抵靠匀场孔的孔壁，以防止拼接组件在垂直于梯度线圈的Z轴方向的方向上运动。借此利于提高稳定性。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为匀场块的一种示意性实施方式的结构示意图。
图2为图1所示的匀场块的剖视图。
图3为匀场块的另一种示意性实施方式的剖视图。
图4为匀场块的再一种示意性实施方式的剖视图。
图5用于说明图1所示的匀场块形成拼接配合的状态。
图6为梯度线圈的结构示意图。
图7为用于梯度线圈的匀场组件的一种示意性实施方式的结构示意图。
图8为用于说明图7所示的匀场组件的托盘的结构示意图。
图9为用于梯度线圈的匀场组件的另一种示意性实施方式的结构示意图。
标号说明
10 匀场块
11 插块
12 主体部
13 插槽
20 补位块
30 托盘
31 凸块
32 固定部
40 拼接组件
50 封堵件
80 梯度线圈
81 匀场孔
ZZ 轴方向
C 拼接方向
L 长度方向
α 平面
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
图1为匀场块的一种示意性实施方式的结构示意图。该匀场块例如用于磁共振成像装置的梯度线圈的匀场。如图1所示，匀场块10包括一个主体部12，其呈长方体形。匀场块10具有用于形成拼接配合的数个插块11(图1中仅示意性地标示出其中一个)。各插块11凸出设置于主体部12的沿拼接方向C的一端(即图1中的上端)且沿拼接方向C延伸。拼接方向C平行于主体部12的一个棱。如图1所示，数个插块11沿主体部12的垂直于拼接方向C的顶面排布。
图2为图1所示的匀场块的剖视图。如图2所示，在本示意性实施方式中，匀场块10还具有用于形成拼接配合的数个插槽13(图2中仅示意性地标示出其中一个)。插槽13形成于主体部12的沿拼接方向C的另一端(即图2中的下端)且沿拼接方向C延伸。在其他示意性实施方式中，如图3所示，匀场块10可仅具有插块11而不具有插槽13；或如图4所示，匀场块10可仅具有插槽13而不具有插块11。
图5显示了由多个匀场块10拼接而成的一个拼接体，其可采用搭接的方式无限延长该拼接体的长度。
在本示意性实施方式中，匀场块10的主体部12呈长方体形，以利于在拼接后形成平整的表面。但不限于此，在其他示意性实施方式中，匀场块10的主体部12还可以根据需要设置为其他形状，例如圆柱形等。
在本示意性实施方式中，插块11和插槽13均为多个且均呈矩形阵列排布，插块11和插槽13均为圆形。这样的结构可使匀场块10能够以多种拼接方式形成拼接配合，借此提高使用的灵活性。但不限于此，在其他示意性实施方式中，插块11和插槽13的数量、形状和排布方式均可根据需要调整。例如，插块11和插槽13的数量例如为一个，形状例如为三角形或矩形。
在本示意性实施方式中，匀场块10包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末。即，软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于由非磁性且电绝缘的塑料制成的整块的与匀场块10形状一致的固体材料中，从而形成匀场块10。其例如通过将软磁材料粉末和/或永磁材料粉末与呈液体状的尚未固化的非磁性且电绝缘的塑料材料均匀混合后再固化制备而成。在本示意性实施方式中，软磁材料粉末和永磁材料粉末的颗粒形状为球形或片状。若颗粒形状为片状，则可根据匀场需要控制其磁取向，以实现更好的匀场效果。其中软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，优选具有高饱和磁感应强度的软磁材料。永磁材料，又称“硬磁材料”，指的是一经磁化即能保持恒定磁性的材料。
软磁材料粉末例如包含铁基非晶材料、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、纳米晶体、钴铁合金粉末和/或硅铁合金粉末。永磁材料粉末例如包含钐钴磁性材料粉末和/或钕铁硼磁性材料粉末。但不限于此。
在本示意性实施方式中，由软磁材料粉末和/或永磁材料粉末组成的材料粉末在匀场块10中的质量百分比例如为30％至80％，以利于保持匀场块的强度。但不限于此。
非磁性且电绝缘的塑料的主要成分例如为热固性材料，具体地，例如为纤维增强复合材料或环氧树脂。但不限于此，在其他示意性实施方式中，塑料的主要成分还可以是热塑性材料，热塑性材料例如为尼龙，聚苯硫醚(PPS)，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。热塑性材料可与软磁材料粉末和/或永磁材料粉末混合后通过模具注塑成型。
在本示意性实施方式中，匀场块10除了插槽13，其余部分均为实心结构，这样可使其尽可能多地容纳软磁材料粉末和/或永磁材料粉末，借此以更小的体积得到更大的匀场能力。但不限于此。
使用时，该匀场块10能够与其他构件通过拼接配合形成拼接组件。具体地，其他构件例如为相同的匀场块10、不同的匀场块10(如图3和图4所示的匀场块10)、和其他能够形成拼接配合的构件任意组合形成拼接组件。该拼接组件例如插入图6所示的梯度线圈80的匀场孔81中，以通过匀场块10中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末实现匀场功能。由于软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
该匀场块10通过拼接配合与其他构件连接，便于组装。
图7为用于梯度线圈的匀场组件的一种示意性实施方式的结构示意图。如图6所示，梯度线圈80形成有数个沿其Z轴方向Z延伸的匀场孔81(图6中仅示意性地标示出其中一个)。如图7所示，在本示意性实施方式中，匀场组件包括一个拼接组件40。拼接组件40用于以其长度方向L平行于梯度线圈80的Z轴方向Z的角度插设于匀场孔81，以实现匀场功能。
拼接组件40由数个图2和图4所示的匀场块10、数个补位块20和一个托盘30通过拼接配合形成。图中以不同的填充图案来区别匀场块10和补位块20，其并非表示剖面也非用于限定材料。补位块20和托盘30由非磁性且电绝缘的材料制成，例如环氧树脂。
如图7所示，在拼接组件40的长度方向L上，托盘30的长度等于拼接组件40的长度。图8为用于说明图7所示的匀场组件的托盘的结构示意图。如图8所示，托盘30具有数个用于形成拼接配合的凸块31(图中仅示意性地标示出其中一个)。数个凸块31均匀地排布于一个平行于长度方向L的平面α。托盘30包括一个固定部32，其设置于托盘30的沿长度方向L的一端。如图7所示，固定部32用于连接梯度线圈80且能够抵靠梯度线圈80的沿其Z轴方向Z的端面。连接方式例如为通过螺栓连接。借此可便于将拼接组件40固定于梯度线圈80，固定部32同时可起到连接和定位的作用。
匀场块10通过插块11和/或插槽13与补位块20和托盘30形成拼接配合，以构成一个稳固的整体。补位块20例如与匀场块10具有相同的结构，但由于其由非磁性且电绝缘的材料制成，补位块20并不具有匀场功能，而仅起到占位的作用，以使整体结构更加稳固或使得拼接组件40能够与匀场孔81的孔壁抵靠，以防止使用过程中松动。
在其他示意性实施方式中，匀场块10和补位块20的数量和排列方式可根据匀场的需要调整。为满足匀场功能，匀场块10的数量至少为一个，补位块20的数量则可根据需要设置为零。借此，可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。匀场块10可以是图2至图4中的匀场块10，当然也可以是其他的具有用于形成拼接配合的插块和/或插槽且包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于所述塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末的构件。
本示意性实施方式的用于梯度线圈的匀场组件的拼接组件通过拼接形成，易于组装。该拼接组件通过匀场块10中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末实现匀场功能。由于软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
图9为用于梯度线圈的匀场组件的另一种示意性实施方式的结构示意图。在本示意性实施方式中，匀场组件包括一个拼接组件40和两个封堵件50。拼接组件40用于以其长度方向L平行于梯度线圈80的Z轴方向Z的角度插入匀场孔81，以实现匀场功能。
在本示意性实施方式中，拼接组件40由数个图2至图4所示的匀场块10和数个补位块20通过拼接配合形成。补位块20由非磁性且电绝缘的材料制成。匀场块10通过插块11和/或插槽13与补位块20形成拼接配合，以构成一个稳固的整体。补位块20例如与匀场块10具有相同的结构，但由于其由非磁性且电绝缘的材料制成，补位块20并不具有匀场功能，而仅起到占位的作用，以使整体结构更加稳固或使得拼接组件40能够与匀场孔81的孔壁抵靠，以防止使用过程中松动。
在其他示意性实施方式中，匀场块10和补位块20的数量和排布方式可根据匀场的需要的调整。为满足匀场功能，匀场块10的数量至少为一个，补位块20的数量则可根据需要设置为零。借此，可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。匀场块10可以是图2至图4中的匀场块10，当然沿也可以是其他的具有用于形成拼接配合的插块和/或插槽且包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于所述塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末的构件。
两个封堵件50用于固定连接梯度线圈80并分别设置于匀场孔81的两端，以防止拼接组件40沿梯度线圈80的Z轴方向Z相对于梯度线圈80运动。封堵件50能够抵靠梯度线圈80的沿其Z轴方向Z的端面，以起到定位的作用。在其他示意性实施方式中，若匀场孔81为一端封闭的盲孔，则可以仅设置一个封堵件50。
本示意性实施方式的用于梯度线圈的匀场组件在图7所示的匀场组件的基础上减少了托盘30，借此利于提高空间利用率。该拼接组件通过匀场块10中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末实现匀场功能。由于软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
本发明还提供了一种磁共振成像装置，在其一种示意性实施方式中，其包括一个梯度线圈80和数个图7或图8所示的匀场组件。如图6所示，梯度线圈80形成有数个沿其Z轴方向Z延伸的匀场孔81。数个匀场组件分别设置于数个匀场孔81。该磁共振成像装置的匀场组件较易组装，且可根据具体匀场需求灵活组合成匀场效果不同但整体结构形状保持不变的匀场组件。此外，由于匀场块中软磁材料粉末和/或永磁材料粉末分散地存在于非磁性且电绝缘的塑料中，其可在使用过程中避免涡流的产生，利于提高磁场的稳定性。
在示意性实施方式中，匀场组件的拼接组件40能够在垂直于梯度线圈80的Z轴方向Z的方向上抵靠匀场孔81的孔壁，以防止拼接组件40在垂直于梯度线圈80的Z轴方向Z的方向上运动。借此可提高稳定性。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.用于梯度线圈的匀场组件，所述梯度线圈(80)形成有一个沿其Z轴方向(Z)延伸的匀场孔(81)，其特征在于，所述的匀场组件包括一个拼接组件(40)；所述拼接组件(40)由数个拼接件通过拼接配合形成；
所述数个拼接件中至少一个为匀场块(10)；其中，所述匀场块(10)具有用于形成拼接配合的插块(11)和/或插槽(13)；所述匀场块(10)包含非磁性且电绝缘的塑料和分散地存在于所述塑料中的软磁材料粉末和/或永磁材料粉末，所述匀场块(10)通过所述插块(11)和/或所述插槽(13)形成拼接配合；
所述拼接组件(40)用于以其长度方向(L)平行于所述梯度线圈(80)的Z轴方向(Z)的角度插设于所述匀场孔(81)。
2.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述塑料的主要成分是热塑性材料。
3.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述塑料的主要成分是纤维增强复合材料或环氧树脂。
4.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述软磁材料粉末和所述永磁材料粉末的颗粒形状为球形或片状。
5.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述软磁材料粉末包含钴铁合金粉末和/或硅铁合金粉末；所述永磁材料粉末包含钐钴磁性材料粉末和/或钕铁硼磁性材料粉末。
6.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述匀场块(10)包括一个主体部(12)，其呈长方体形；在所述匀场块(10)具有所述插槽(13)的情况下，所述插槽(13)形成于所述主体部(12)的沿一个拼接方向(C)的一端且沿所述拼接方向(C)延伸；在所述匀场块(10)具有所述插块(11)的情况下，所述插块(11)凸出设置于所述主体部(12)的沿所述拼接方向(C)的另一端且沿所述拼接方向(C)延伸；所述拼接方向(C)平行于所述主体部(12)的一个棱。
7.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述数个拼接件中至少一个为补位块(20)；所述补位块(20)由非磁性且电绝缘的材料制成。
8.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述数个拼接件中至少一个为托盘(30)；在所述长度方向(L)上，所述托盘(30)的长度等于所述拼接组件(40)的长度；所述托盘(30)具有数个用于形成拼接配合的凸块(31)；所述数个凸块(31)均匀地排布于一个平行于所述长度方向(L)的平面(α)；所述托盘(30)包括一个固定部(32)，其设置于所述托盘(30)的沿所述长度方向(L)的一端；所述固定部(32)用于连接所述梯度线圈(80)且能够抵靠所述梯度线圈(80)的沿其Z轴方向(Z)的端面。
9.如权利要求1所述的匀场组件，其特征在于，所述的匀场组件还包括一个封堵件(50)，其用于固定连接所述梯度线圈(80)并设置于所述匀场孔(81)的一端，以防止所述拼接组件(40)沿所述梯度线圈(80)的Z轴方向(Z)相对于所述梯度线圈(80)运动；所述封堵件(50)能够抵靠所述梯度线圈(80)的沿其Z轴方向(Z)的端面。
10.磁共振成像装置，其特征在于，包括：
一个梯度线圈(80)，其形成有一个沿其Z轴方向(Z)延伸的匀场孔(81)；以及
一个如权利要求1至9中任一项所述的匀场组件；所述拼接组件(40)插设于所述匀场孔(81)。
11.如权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于，所述拼接组件(40)能够在垂直于所述梯度线圈(80)的Z轴方向(Z)的方向上抵靠所述匀场孔(81)的孔壁，以防止所述拼接组件(40)在垂直于所述梯度线圈(80)的Z轴方向(Z)的方向上运动。
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