CN114267514B - 用于磁共振成像的流线形磁体结构 - Google Patents

Abstract

一种用于磁共振成像的流线形磁体结构，该结构包括铁轭，其由左右对称的两块竖向铁轭与上下对称的上横向铁轭与下横向铁轭围合连接而成，上横向铁轭与下横向铁轭的外表面呈流线形，两块竖向铁轭的外表面呈弧形；磁体，其包括设置在上横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈上磁性元件组件及设置在下横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈下磁性元件组件；铁磁回路，其包括设置在上磁性元件下侧的磁体上极板、设置在下磁性元件上侧的磁体下极板及设置在两块竖向铁轭内侧的磁体侧板。本发明横向铁轭呈流线形，竖向铁轭呈栅栏状，减少了磁通较弱处的铁材料，大大减轻了磁体重量，提高匀场效率，并增加磁场开放度。

Description

用于磁共振成像的流线形磁体结构

技术领域

本发明涉及医学诊断用的磁共振技术领域，特别是涉及一种用于磁共振成像的流线形磁体结构。

背景技术

磁共振成像（MRI）是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。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组织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。由于在这一过程中加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以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。

由于磁体是磁共振成像系统的核心部件之一，一直是一个重要的研究对象。现有的MRI设备在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为球形，将待成像部位置于该球形区域后，通过扫描可以捕获被成像部位的图像。因此，磁体的性能直接关系到磁共振系统的信噪比，在一定程度上决定着图像的清晰度。磁体可分为超导型、电阻或电磁常导型，永磁型三种。

传统的永磁型磁共振系统重量较大，不能满足在医院任意楼层任意科室使用的需求。为了实现磁共振系统进入各大科室普通病房的需求，首先需要解决的便是主磁体轻量化的问题。为此，如何进行导磁回路的优化，以实现设备的轻量化就成为一种客观需求。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，而提供一种可大大减轻整体重量，保证结构稳定，提高匀场效率，并增加磁场开放度的用于磁共振成像的流线形磁体结构。

为实现上述目的，本发明提供一种用于磁共振成像的流线形磁体结构，该结构包括：

铁轭，由高导磁且高屈服强度的材料制成，所述铁轭由左右对称的两块竖向铁轭与上下对称的上横向铁轭与下横向铁轭围合连接而成，引导永磁体产生的静态磁场形成闭合回路，所述上横向铁轭与下横向铁轭的外表面呈流线形，所述两块竖向铁轭为平板或弧形板；

磁体，其包括设置在所述上横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈上磁性元件组件及设置在所述下横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈下磁性元件组件；

铁磁回路，其包括设置在所述上磁性元件下侧的磁体上极板、设置在所述下磁性元件上侧的磁体下极板及设置在两块竖向铁轭内侧的磁体侧板，所述磁体上极板、磁体下极板及磁体侧板形成铁磁回路；

所述铁轭、磁体及铁磁回路围成的区域形成磁共振检测空间。

上横向铁轭为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其上表面为中间下凹，两端向上延伸的平滑曲面，其下表面与所述上磁性元件组件连接的部位为平面，其两端为弧面；所述下横向铁轭为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其下表面为中间上凸，两端向下延伸的平滑曲面，其上表面与所述下磁性元件组件连接的部位为平面，其两端为弧面。

所述竖向铁轭是由多条间隔排列的栅板构成的栅栏状结构，所述栅板为平板或外凸的弧形板，各栅板的上下两端与所述上横向铁轭和下横向铁轭相连接。

所述竖向铁轭与上横向铁轭和下横向铁轭通过螺钉连接。

若干圈上磁性元件组件和若干圈下磁性元件组件自圆心沿径向向外呈阶梯状排列，各圈的上磁性元件组件之间和各圈的下磁性元件组件之间由非导磁材料隔开。

每圈的上磁性元件组件包括若干个沿圆周方向间隔排列的上磁性元件，各上磁性元件之间由非导磁材料隔开；每圈的下磁性元件组件包括若干个沿圆周方向间隔排列的下磁性元件，各下磁性元件之间由非导磁材料隔开。

所述上磁性元件和下磁性元件是由永磁材料制成的形状为扇形、矩形或梯形的块状体，每块上磁性元件和下磁性元件上表面包覆有用于矫正磁性元件充磁方向偏差的高导磁匀场材料。

所述的若干圈上磁性元件组件和若干圈下磁性元件组件之间由非导磁材料固定环隔开，各固定环之间的宽度略大于所述上磁性元件和下磁性元件的外围尺寸。

所述上磁性元件组件的各上磁性元件之间及下磁性元件组件的各下磁性元件之间由非导磁材料隔板隔开。

所述磁体上极板磁性连接于所述上磁性元件组件的下部，所述磁体下极板磁性连接于所述下磁性元件组件的上部。

本发明的贡献在于，其有效解决了现有技术中存在的问题。本发明具有如下显著特点：

一、本发明所公开的磁体结构对铁轭结构进行了优化，使得铁轭磁路中每一处的磁通尽量接近饱和状态，磁通密度的饱和化有助于整体重量的减轻。由于该铁轭结构呈现中间薄，两端厚且外表面呈流线形的特点，使得磁体结构的稳定性增强。

二、由于本发明的磁体为多圈环状结构，多圈磁性元件组件中的每一个磁环的半径大小及每块磁性元件的大小和厚度及密度可独立调节，因而可对磁环结构进行优化。该结构能够减少磁块的用量，避免多余磁场的溢出。同时，能够得到更高均匀度的磁体结构，而无须使用无源匀场。

三、本发明通过非导磁材料固定环将多圈磁性元件组件进行隔离，并通过非导磁材料和保护套对各磁性元件进行隔离和保护，不仅可实现磁性元件安装位置的定位，还可避免磁性元件的错位，使磁性元件能够紧密固定在铁轭上。

四、本发明的流线形磁体结构具有整体重量轻，结构稳定，匀场效率高，磁场开放度高，适用于移动设备等特点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，其中，图1A为立体示意图，图1B为平面图。

图2是本发明的部件分解立体示意图。

图3是本发明的竖向铁轭与下磁性元件组件结构立体示意图。

图4是本发明的下磁性元件组件结构示意图，其中，图4A为局部放大图，图4B为隔板放大图。

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1A、图1B及图2，本发明的用于磁共振成像的流线形磁体结构包括铁轭10、磁体20、铁磁回路30及磁共振检测空间40。

如图1～图3所示，所述铁轭10包括两块竖向铁轭11、12及上横向铁轭13和下横向铁轭14，其由由高导磁且高屈服强度的材料，例如Q235A钢材、铁钴钒、铁铝合金等制成。所述横向铁轭13和下横向铁轭14上下对称，所述两块竖向铁轭11、12左右对称地设置在所述横向铁轭13和下横向铁轭14的两端部，该竖向铁轭11、12，上横向铁轭13、下横向铁轭14围合成纵截面为矩形的腔体，用于引导永磁体产生的静态磁场形成闭合回路。本实施例中，所述上横向铁轭13为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其上表面为中间下凹，两端向上延伸的流线形平滑曲面，其下表面与所述上磁性元件组件21连接的部位为平面，其两端为弧面。同样地，所述下横向铁轭14为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其下表面为中间上凸，两端向下延伸的流线形平滑曲面，其上表面与所述下磁性元件组件22连接的部位为平面，其两端为弧面。如图3所示，所述竖向铁轭11、12是由多条间隔排列的栅板111、121构成的栅栏状结构，所述栅板111、121可以是外凸的弧形板状体，也可以是平板。多条栅板111、121的形状相同，各栅板的上下两端与所述上横向铁轭13和下横向铁轭14通过螺钉相连接。该结构使得磁路可分散流通，所述竖向铁轭11、12的每条栅板的形状可以根据磁通密度的大小进行优化，从而实现疏密、粗细的调节，有利于尽量实现磁通的高效流通，且该竖向铁轭的栅栏状结构可使铁磁回路分散化，有利于减小梯度线圈在侧边金属中产生的涡流，相当于将涡流通路离散化，阻断了感应涡流的流通，从而减小涡流效应，有助于提高成像效果。所述铁轭10的结构使得磁通密度尽可能饱和化，因而有助于整体重量的减轻。同时，上横向铁轭13和下横向铁轭14两端靠近边缘逐渐加厚使得铁轭的屈服应力更强，有助于增强结构的稳定性。

在所述上横向铁轭13和下横向铁轭14的相对侧设有磁体20，如图2、图4A、图4B所示，该磁体20包括若干圈上磁性元件组件21和若干圈下磁性元件组件22。本实施例中，该磁体20包括5圈上磁性元件组件21和5圈下磁性元件组件22。如图4A、图4B，所述的5圈上磁性元件组件21和5圈下磁性元件组件22自圆心起沿径向向外呈阶梯状排列，此排列方式可获得均匀度最佳的磁体结构。所述的5圈上磁性元件组件21和5圈下磁性元件组件22中，各圈的上磁性元件组件21和各圈的下磁性元件组件22之间由非导磁材料隔开，本实施例中，所述的5圈上磁性元件组件21和5圈下磁性元件组件22之间由非导磁材料固定环23隔开，其可限制上磁性元件组件21和各圈的下磁性元件组件22的径向移动。该固定环23可由工程塑料制成，各固定环23之间的宽度略大于所述上磁性元件211和下磁性元件221的外围尺寸，其可防止上磁性元件组件21和下磁性元件组件22沿径向移动。

如图3、图4A、图4B所示，每圈的上磁性元件组件21包括若干个上磁性元件211，若干个上磁性元件211沿圆周方向呈阶梯状间隔排列，其中，各上磁性元件211之间可由非导磁材料隔开并固定。本实施例中，各上磁性元件211之间由塑料隔板24隔开。同样地，每圈的下磁性元件组件22包括若干个沿圆周方向呈阶梯状间隔排列的下磁性元件221，下磁性元件221之间由塑料隔板24隔开并固定。所述上磁性元件211和下磁性元件221由永磁材料，例如钕铁硼制成的块状体，其截面形状可以是扇形、矩形或梯形，本实施例中，上磁性元件211和下磁性元件221为长方体形块状体，每块上磁性元件211和下磁性元件221的上表面包覆有高导磁匀场材料，该高导磁匀场材料为低碳钢、铁钴钒、坡莫合金等高导磁材料，其用于对磁块充磁方向进行校正。该上磁性元件211和下磁性元件221的大小、厚度及密度可根据设计需要独立调整，直至调整至磁体结构最优化。

如图1A、图1B所示，在所述磁体20上设有铁磁回路30，该铁磁回路30包括磁体上极板31、磁体下极板32及磁体侧板33、34，该磁体上极板31、磁体下极板32及磁体侧板33、34形成铁磁回路。所述磁体上极板31设置在所述上磁性元件211下侧，磁体下极板32设置在所述下磁性元件221上侧，上磁性元件211和下磁性元件221通过高强度结构胶分别粘接在磁体上极板31和磁体下极板32上。所述的磁体侧板33、34分别设置在两块竖向铁轭内侧。

如图1A、图1B所示，所述铁轭10、磁体20及铁磁回路30围成的区域形成磁共振检测空间40，被检测者置于该空间中检测。本发明通过在铁磁回路30及铁轭10中流通的磁场产生检测所需的磁共振用的静态磁场。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，该结构包括：

铁轭（10），由高导磁且高屈服强度的材料制成，所述铁轭由左右对称的两块竖向铁轭（11、12）与上下对称的上横向铁轭（13）与下横向铁轭（14）围合连接而成，引导永磁体产生的静态磁场形成闭合回路，所述上横向铁轭（13）与下横向铁轭（14）的外表面呈流线形，所述两块竖向铁轭（11、12）为平板或弧形板，所述竖向铁轭（11、12）是由多条间隔排列的栅板（111、121）构成的栅栏状结构，所述栅板为平板或外凸的弧形板，各栅板的上下两端与所述上横向铁轭（13）和下横向铁轭（14）相连接；

磁体（20），其包括设置在所述上横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈上磁性元件组件（21）及设置在所述下横向铁轭内表面的沿径向分布的若干圈下磁性元件组件（22），所述上横向铁轭（13）为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其上表面为中间下凹，两端向上延伸的平滑曲面，其下表面与所述上磁性元件组件（21）连接的部位为平面，其两端为弧面；所述下横向铁轭（14）为中间薄、两端逐渐加厚的板状体，其下表面为中间上凸，两端向下延伸的平滑曲面，其上表面与所述下磁性元件组件（22）连接的部位为平面，其两端为弧面；

铁磁回路（30），其包括设置在所述上磁性元件下侧的磁体上极板（31）、设置在所述下磁性元件上侧的磁体下极板（32）及设置在两块竖向铁轭内侧的磁体侧板（33、34），所述磁体上极板（31）、磁体下极板（32）及磁体侧板（33、34）形成铁磁回路；

所述铁轭（10）、磁体（20）及铁磁回路（30）围成的区域形成磁共振检测空间（40）。

2.如权利要求1所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述竖向铁轭（11、12）与上横向铁轭（13）和下横向铁轭（14）通过螺钉连接。

3.如权利要求1所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述的若干圈上磁性元件组件（21）和若干圈下磁性元件组件（22）自圆心沿径向向外呈阶梯状排列，各圈的上磁性元件组件（21）之间和各圈的下磁性元件组件（22）之间由非导磁材料隔开。

4.如权利要求3所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，每圈的上磁性元件组件（21）包括若干个沿圆周方向间隔排列的上磁性元件（211），各上磁性元件（211）之间由非导磁材料隔开；每圈的下磁性元件组件（22）包括若干个沿圆周方向间隔排列的下磁性元件（221），各下磁性元件（221）之间由非导磁材料隔开。

5.如权利要求4所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述上磁性元件（211）和下磁性元件（221）是由永磁材料制成的形状为扇形、矩形或梯形的块状体，每块上磁性元件（211）和下磁性元件（221）上表面设置有用于矫正磁性元件充磁方向偏差的高导磁匀场材料。

6.如权利要求4所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述的若干圈上磁性元件组件（21）和若干圈下磁性元件组件（22）之间由非导磁材料固定环（23）隔开，各固定环（23）之间的宽度略大于所述上磁性元件（211）和下磁性元件（221）的外围尺寸。

7.如权利要求4所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述上磁性元件组件的各上磁性元件（211）之间及下磁性元件组件的各下磁性元件（221）之间由非导磁材料隔板（24）隔开。

8.如权利要求1所述的用于磁共振成像的流线形磁体结构，其特征在于，所述磁体上极板（31）磁性连接于所述上磁性元件组件（21）的下部，所述磁体下极板（32）磁性连接于所述下磁性元件组件（22）的上部。