CN114664511A - 一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，所述超导磁体为传导冷却磁体，包含1个超导磁体主线圈、4个超导磁体调整线圈和8个超导匀场线圈，所有超导线圈共用1个超导磁体线圈骨架，磁体线圈外周包围超导磁体冷屏，放于超导磁体真空容器中，最终形成的超导磁体温孔直径为54mm。超导磁体的磁场球形均匀区直径不小于30mm，温孔内插入梯度装置，剩余可用净孔不低于40mm，可用于小鼠、小型胚胎以及生物组织的磁共振成像。
Description
技术领域
本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置。
背景技术
动物磁共振成像是磁共振成像的一个重要分支，在材料科学和生物医学基础研究等相关交叉领域有着广泛应用。动物磁共振成像系统通常具有很高的信噪比和分辨率，是分子、细胞、组织和疾病等基础研究的重要工具，可监控生物体标本的成分和结构，以及活体生物体的细胞活动、基因调节和特定基因表达，进行生命科学中的病毒、干细胞追踪及光遗传研究等。小动物磁共振成像装置可以用于研究小动物体内的代谢过程及药理过程，进而代替人体实验以降低药物研发、脑功能研究等的成本及风险。以动物模型为对象的生物医学研究可以克服某些疾病潜伏期长、病程长的缺点，并且可以严格控制动物实验条件、减少个体差异的影响。近年来，世界多国围绕脑科学的探索与研究在不断升温，构建脑图谱成为国际脑科学研究的核心内容之一。动物磁共振系成像统可用于多模态跨尺度脑图谱成像，为人类探索大脑奥秘，揭示行为机理，研究生命活动过程提供技术平台。此外，动物磁共振成像梯度系统在磁场梯度、切换速率等核心参数方面较全身磁共振梯度系统更优，梯度装置的性能优劣，在很大程度上决定着动物磁共振的成像质量、成像效率和系统稳定性。
中国发明专利CN106449001A公布了一种用于小动物磁共振成像的超高场高均匀性超导磁体，其中磁体线圈包括主线圈、调整线圈、匀场线圈以及屏蔽线圈，主线圈个数未公布，主线圈和调整线圈用独立的骨架支撑，匀场线圈包括Z0、Z1、Z2、Z3、Z4、X、Y、ZX、ZY、X2-Y2、XY，采用液氦浸泡的方式进行冷却，磁体温孔直径200mm～500mm，未公布梯度线圈结构，而本发明的磁体所有线圈全部用一个骨架进行支撑，其中主线圈只有一个，匀场线圈包含一阶和二阶，未设置更高阶，磁体制冷方式为传导冷却，温孔直径为54mm，还公布了与磁体配套的梯度装置结构；中国发明专利CN102906588B公布了一种磁共振成像梯度线圈、磁体组件以及系统，其中磁体采用6个分离式主线圈和2个屏蔽线圈的设计结构，梯度采用端部连接的主动屏蔽方式，所公布的内容和本发明中的磁体与梯度完全不同。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，其中超导磁体为传导冷却磁体，磁体线圈包含超导磁体冷屏、真空容器后，温孔直径为54mm，磁场球形均匀区直径不小于30mm，梯度装置插入超导磁体温孔中，梯度装置外径不超过53mm，插入超导磁体温孔后，剩余净孔，即梯度内孔径不小于40mm。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，所述超导磁体包含基础磁场线圈和超导匀场线圈；
其中基础磁场线圈包含超导磁体主线圈和超导磁体调整线圈，所述超导磁体主线圈为一个长螺线管线圈，所述超导磁体调整线圈包含4个短螺线管线圈，位于所述超导磁体主线圈外周，关于超导磁体主线圈中心平面两两对称分布，所有磁体线圈共用一个超导磁体骨架，在超导磁体骨架上绕制完成超导磁体主线圈后，直接在超导磁体主线圈外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体主线圈外周的环氧上切槽来定位和绕制超导磁体调整线圈；
所述超导匀场线圈包含一阶和二阶球谐波线圈，分别为轴向的Z1匀场线圈、Z2匀场线圈和径向的X匀场线圈、Y匀场线圈、ZX匀场线圈、ZY匀场线圈、X2-Y2匀场线圈、XY匀场线圈，在超导磁体调整线圈绕制完成后，在所述超导磁体调整线圈外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体调整线圈外周的环氧上切槽来定位和绕制轴向的Z1匀场线圈、Z2匀场线圈，然后在轴向的匀场线圈的外周直接用环氧粘贴径向的超导匀场线圈；
所述梯度线圈包含三轴梯度方向的线圈，分别为Z梯度线圈、X梯度线圈和Y梯度线圈，所有梯度线圈采用非屏蔽设计结构，梯度线圈绕制形成梯度装置，放在超导磁体温孔内，梯度装置和超导磁体同轴、同中心。
进一步地，所述超导磁体为传导冷却磁体，在装配超导磁体冷屏、超导磁体真空容器后，所述超导磁体温孔直径为54mm，磁场球形均匀区直径不小于30mm，所述梯度装置外径不超过53mm，插入所述超导磁体温孔后，剩余净孔，即梯度内孔径不小于40mm。
有益效果：
本发明提出的微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置结构紧凑，具有非常高的性价比。其中超导磁体温孔直径只有54mm，远小于目前常用磁共振成像超导磁体的温孔直径，同时磁体采用非屏蔽方式，规模较小，造价较低，而且易于进行传导冷却。在此超导磁体基础上提出非屏蔽梯度装置，所用梯度装置厚度较小，因而在保证和超导磁体合适的装配间隙后，剩余净孔较大，可达到40mm往上，完全具备小鼠、小型胚胎以及生物组织的磁共振成像检测能力。
附图说明
图1为本发明的微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置的结构示意图；
图2为本发明的超导匀场线圈结构示意图；
图3为本发明梯度线圈结构示意图。
附图标记说明：1为超导磁体主线圈，2为超导磁体调整线圈，其中2a为超导磁体第一调整线圈、2b为超导磁体第二调整线圈、2c为超导磁体第三调整线圈、2d为超导磁体第四调整线圈，3为超导匀场线圈，其中3a为Z1匀场线圈、3b为Z2匀场线圈、3c为X匀场线圈、3d为Y匀场线圈、3e为ZX匀场线圈、3f为ZY匀场线圈、3g为X2-Y2匀场线圈、3h为XY匀场线圈，4为超导磁体线圈骨架，5为超导磁体冷屏，6为超导磁体真空容器，7为梯度装置，其中7a为Z梯度线圈、7b为X梯度线圈、7c为Y梯度线圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，其中所述超导磁体包含基础磁场线圈和超导匀场线圈，梯度装置包含三轴线性梯度方向的线圈；其中所述基础磁场线圈包含超导磁体主线圈1和超导磁体调整线圈2，超导磁体主线圈1为一个长螺线管线圈，超导磁体调整线圈2包含4个短螺线管线圈，分别为2a、2b、2c和2d，位于超导磁体主线圈1的外周，关于超导磁体主线圈1的中心平面两两对称分布，所有磁体线圈共用一个超导磁体线圈骨架4，在超导磁体线圈骨架4上绕制完成超导磁体主线圈1后，直接在超导磁体主线圈1外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体主线圈1外周的环氧上切槽来定位和绕制超导磁体调整线圈2；超导匀场线圈3包含一阶和二阶球谐波线圈，分别为轴向的Z1匀场线圈3a、Z2匀场线圈3b和径向的X匀场线圈3c、Y匀场线圈3d、ZX匀场线圈3e、ZY匀场线圈3f、X2-Y2匀场线圈3g、XY匀场线圈3h，如图2所示。其中Z1匀场线圈3a包含2个环型线圈，Z2匀场线圈3b包含4个环型线圈，X匀场线圈3c包含4个鞍型线圈，Y匀场线圈3d包含4个鞍型线圈，ZX匀场线圈3e包含2个鞍型线圈，ZY匀场线圈3f包含2个鞍型线圈，X2-Y2匀场线圈3g包含8个鞍型匀场线圈，XY匀场线圈3h包含8个鞍型匀场线圈，所有超导匀场线圈采用超导线材紧密绕制完成。在基础磁场线圈的超导磁体调整线圈2绕制完成后，在超导磁体调整线圈2外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体调整线圈2外周的环氧上切槽来定位和绕制轴向Z1匀场线圈3a、Z2匀场线圈3b，然后在轴向匀场线圈的外周直接用环氧粘贴X匀场线圈3c、Y匀场线圈3d、ZX匀场线圈3e、ZY匀场线圈3f、X2-Y2匀场线圈3g和XY匀场线圈3h。超导磁体线圈包围超导磁体冷屏5，超导磁体冷屏5外周用超导磁体真空容器6封装，从而构成整个超导磁体基本结构。超导磁体真空容器6内孔即超导磁体温孔，直径为54mm。
所述超导磁体温孔内插入梯度装置7，梯度装置7外径不超过53mm，插入所述超导磁体温孔后，剩余净孔，即梯度内孔径不小于40mm。梯度装置7的梯度线圈包含三轴梯度方向的线圈，分别为Z梯度线圈7a、X梯度线圈7b和Y梯度线圈7c，所有梯度线圈采用非屏蔽设计结构，如图3所示。其中Z梯度线圈7a为多匝环型线圈，X梯度线圈7b为指纹型线圈，Y梯度线圈7c为指纹型线圈，所有线圈采用铜线按照每匝导线所在位置绕制而成。梯度线圈绕制形成梯度装置，放在超导磁体温孔内，梯度装置和超导磁体同轴、同中心。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，其特征在于：所述超导磁体包含基础磁场线圈和超导匀场线圈；
其中，基础磁场线圈包含超导磁体主线圈和超导磁体调整线圈，所述超导磁体主线圈为一个长螺线管线圈，所述超导磁体调整线圈包含4个短螺线管线圈，位于所述超导磁体主线圈外周，关于超导磁体主线圈中心平面两两对称分布，所有磁体线圈共用一个超导磁体骨架，在超导磁体骨架上绕制完成超导磁体主线圈后，直接在超导磁体主线圈外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体主线圈外周的环氧上切槽来定位和绕制超导磁体调整线圈；
所述超导匀场线圈包含一阶和二阶球谐波线圈，分别为轴向的Z1匀场线圈、Z2匀场线圈和径向的X匀场线圈、Y匀场线圈、ZX匀场线圈、ZY匀场线圈、X2-Y2匀场线圈、XY匀场线圈，在超导磁体调整线圈绕制完成后，在所述超导磁体调整线圈外周浸渍环氧，然后通过在超导磁体调整线圈外周的环氧上切槽来定位和绕制轴向的Z1匀场线圈、Z2匀场线圈，然后在轴向的匀场线圈的外周直接用环氧粘贴径向的匀场线圈；
所述梯度装置包含三轴梯度方向的线圈，分别为Z梯度线圈、X梯度线圈和Y梯度线圈，所有梯度线圈采用非屏蔽设计结构，梯度线圈绕制形成梯度装置，放在超导磁体温孔内，梯度装置和超导磁体同轴、同中心。
2.根据权利要求1所述的一种微型动物磁共振成像超导磁体与梯度装置，其特征在于：所述超导磁体为传导冷却磁体，在装配超导磁体冷屏、超导磁体真空容器后，所述超导磁体温孔直径为54mm，磁场球形均匀区直径不小于30mm，所述梯度装置外径不超过53mm，插入所述超导磁体温孔后，剩余净孔，即梯度内孔径不小于40mm。
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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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