CN114942401A - 一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振设备技术领域，尤其涉及一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法，被动匀场装置包括梯度线圈和匀场条组件，匀场条组件包括固定工装和安装在固定工装上的匀场条，固定工装上设有安装槽，匀场条固定在安装槽内。匀场条为硅钢条，匀场条上加工有若干个空间体素。安装槽内填充有环氧树脂胶，环氧树脂胶将匀场条固定在安装槽内。匀场方法包括：计算应补偿磁场值；在磁场内布置多个匀场条，将匀场条离散成空间体素矩阵网格；计算每个空间体素对应的网格化匀场条的厚度；网格化匀场条的加工和安装。该被动匀场装置及匀场方法，使用匀场条代替现有技术中数量众多的匀场贴片，具有结构简单、安装使用方便，匀场效果佳等优点。

Description

一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法

技术领域

本发明涉及磁共振设备技术领域，尤其涉及一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法。

背景技术

磁场的均匀性是磁共振设备的一项核心指标，磁场的均匀程度直接影响到磁共振设备的成像质量。超导磁体是磁共振设备的核心部件。超导磁体在制作过程中，由于超导线线径尺寸不完全一致、骨架加工误差、低温收缩或应力变形带来的误差，导致初始场的均匀性较差，为满足成像需求，需对初始场进行被动匀场。

被动匀场是指在超导磁体的孔径内某区域放置具有铁磁性的匀场贴片，匀场贴片在磁场中磁化产生磁场，这些磁场叠加在主磁场上，以提高磁场的均匀性。

现有技术中，被动匀场步骤包括：1、利用测磁设备测量出超导磁体的磁场初始值；用目标场值减去初始值，计算出应补偿的磁场值；2、在梯度线圈内预留一圆柱环型的匀场贴片布置区域，在该区域设有若干沿周向等间距分布的槽，槽内放置可插拔的匀场组件，匀场组件上有等间距分布的格子，根据各格子处的匀场贴片对磁场的贡献值及应补偿的磁场值，计算出各格子内匀场贴片的厚度；3、格子内填装匀场贴片，安装匀场组件。

现有技术中进行匀场时，匀场贴片的数量会有几百片甚至几千片。由于数量繁多，不易拿取。且操作时，数匀场贴片的数量和匀场贴片厚度叠加的过程中很容易出现错误。为了便于匀场操作，匀场贴片会选取较大的尺寸，那么格子的数量就会较少，会降低匀场精度。现有技术的匀场贴片的长、宽尺寸都是厘米级别的。市面上常见匀场贴片的边长为2厘米到3厘米，厚度为0.05毫米到0.3毫米等多种规格。厚度较薄的匀场贴片，平面度较差。使用时无法保证其平面度，加之相邻匀场贴片间本来就存在的间隙，使得多个匀场贴片填充在匀场组件的槽内呈蓬松的状态，影响匀场精度。贴片的厚度要根据市场上销售的现有规格选取，一般会选用多种规格的厚度，来拼凑各个格子内所需的匀场贴片厚度，影响匀场精度。

现有技术中，在匀场计算时，会以选定好的匀场贴片尺寸及格子数量作为计算参数，由于贴片的长宽尺寸较大，格子数量少，这样计算出的结果不够精细，而且计算出的匀场贴片的理论厚度还需根据现有匀场贴片的厚度做就近取整，这会造成取整误差，使匀场结果变差。并且匀场贴片由于制作尺寸误差、加工变形、在格子内安装后处于蓬松状态等原因，匀场贴片安装后，其实际空间位置和理论空间位置有一定的误差，会进一步影响匀场效果。因此匀场操作时，需要进行多次匀场来不断修正误差，直至磁场的均匀性不再有明显提升。匀场工作比较复杂，多次反复进行匀场修正和磁场测量，费时费力。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是针对以上不足，提供一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法，使用匀场条代替现有技术中数量众多的匀场贴片，具有结构简单、安装使用方便，匀场效果佳等优点。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下：

一种磁共振设备的被动匀场装置，包括匀场条组件，所述匀场条组件包括固定工装和安装在固定工装上的匀场条，固定工装上设有与匀场条相适配的安装槽，匀场条固定在安装槽内；匀场条上加工有若干个高度不完全一致的空间体素。

作为一种改进，所述匀场条为硅钢条。

作为一种改进，所述空间体素为矩形，空间体素的边长为2毫米~3毫米。

作为一种改进，所述安装槽内填充有环氧树脂胶，环氧树脂胶将匀场条固定在安装槽内。

作为一种改进，还包括梯度线圈，梯度线圈上设有多个与匀场条组件相适配的安装孔，每个安装孔内均固定有所述匀场条组件。

作为一种改进，所述梯度线圈为空心的圆柱状结构，梯度线圈的一端设有所述安装孔，安装孔的延伸方向与梯度线圈的延伸方向一致。

作为一种改进，多个安装孔均布在梯度线圈上。

一种磁共振设备的被动匀场方法，包括以下步骤：

S1，测量磁体的磁场初始值，用磁场目标场值减去磁场初始值，计算出应补偿磁场值；

S2，在磁场内布置多个匀场条，将每个匀场条离散成空间体素矩阵网格；

S3，根据空间体素对磁场的贡献矩阵，计算出每个空间体素对应的网格化匀场条的厚度；

S4，根据S3的计算结果，加工各网格化匀场条；

S5，根据S2中的布置，在磁场的对应位置安装各个匀场条。

作为一种改进，所述S4包括以下步骤：

S41，制作匀场条组件：将匀场条镶嵌并固定在固定工装的安装槽内；

S42，根据S3的计算结果，雕刻各个匀场条组件的匀场条；匀场条的加工采用电火花雕刻技术，加工精度高，保证加工后的匀场条尺寸与目标值一致；

S43，向各个匀场条组件的安装槽内填充环氧树脂胶，将匀场条封装在固定工装的安装槽内。

作为一种改进，所述S5包括以下步骤：

S51，将各个匀场条组件安装到梯度线圈上对应的安装孔内，然后将固定块安装在梯度线圈上，固定块挡住安装孔的端部并将匀场条组件限定在安装孔内；

S52，将梯度线圈安装到磁共振设备上。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本技术方案，通过对梯度线圈及其结构的改进，使用匀场条代替现有技术中数量众多的匀场贴片，并将匀场条的制作方法与匀场计算相结合，匀场条加工精度高，提高了匀场精细度。有效避免了因现有技术中匀场贴片取整误差、安装误差、数量读取误差等因素对匀场的影响，具有结构简单、安装使用方便，匀场效果佳等优点。

2、结合现有的电火花雕刻技术，该匀场条能将离散网格体素尺寸控制在毫米级别，精度控制在微米级别，因此，匀场计算时，可以采用较精细的网格体素参数作为计算数据，计算结果更精细，匀场效果更好。由于每个匀场条都是雕刻出来的，匀场条的尺寸与理论计算结果匹配度高，匀场效果更佳。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例一的磁共振设备的被动匀场装置的结构示意图；

图2为图1中梯度线圈的结构示意图；

图3为图1中匀场条组件的布置图；

图4为匀场条组件的结构示意图；

图5为图4中固定工装的结构示意图；

图6为匀场条组件的剖视示意图；

其中：1-固定工装，2-匀场条，3-安装槽，4-环氧树脂胶，5-空间体素，6-梯度线圈，7-安装孔，8-匀场条组件，9-固定块。

具体实施方式

实施例一

如图1、图2和图3共同所示，一种磁共振设备的被动匀场装置，包括梯度线圈6和多个匀场条组件8，梯度线圈6为空心的圆柱状结构，匀场条组件8为长条状结构。梯度线圈6上设有多个与匀场条组件8相适配的安装孔7，每个安装孔7内均固定安装有一个匀场条组件8。实际应用时，可根据梯度线圈的尺寸和具体的需求确定匀场条组件8的数量。常用的匀场条组件8的数量为十二个、二十四个和三十六个。本实施例中优选的，匀场条组件8的数量为二十四个，梯度线圈6上设有二十四个均布的、与匀场条组件8相适配的安装孔7。

具体的，梯度线圈6的一端设有固定块9和安装孔7，安装孔7的延伸方向与梯度线圈6的延伸方向一致。固定块9通过连接件可拆卸的固定在梯度线圈6上。连接件可以选用无磁螺栓或无磁螺钉。使用时，将匀场条组件8安装在对应的安装孔7内，然后将固定块9安装在梯度线圈6上，固定块9挡住安装孔7的端部并将匀场条组件8限定在安装孔7内。

如图4、图5和图6共同所示，匀场条组件8包括固定工装1和安装在固定工装1上的匀场条2，固定工装1和匀场条2均为长条状结构。优选的，固定工装1由环氧板加工而成。固定工装1上加工有与匀场条2相适配的安装槽3，匀场条2镶嵌并固定在安装槽3内。优选的，安装槽3内填充有环氧树脂胶4，环氧树脂胶4将匀场条2固定在安装槽3内。

匀场条2为硅钢条，匀场条2的表层加工有若干个高度不完全一致的空间体素5。

匀场条2上的空间体素5的尺寸设定，按照如下方法进行：利用测磁设备测量出磁体的磁场初始值；用磁场目标场值减去磁场初始值，计算出应补偿磁场值。在磁场内布置二十四个匀场条，将每个匀场条离散成空间体素矩阵网格，将其划分为若干网格化的空间体素5。匀场条网格离散的越精细，匀场效果越好。以空间体素5的大小及数量作为计算参数，根据空间体素5对磁场的贡献矩阵，计算出每个空间体素5对应的网格化匀场条的厚度。因此二十四个匀场条2的厚度各不相同。

空间体素5的边长通常控制在2毫米~3毫米。根据匀场的需求和空间体素5对磁场的贡献矩阵，计算出每个空间体素的厚度，采用雕刻技术将匀场条2上的每个空间体素雕刻到目标尺寸。匀场条2的加工采用电火花雕刻技术，加工精度高，保证加工后的匀场条2尺寸与目标值一致。

实施例二

一种磁共振设备的被动匀场方法，包括以下步骤：

S1，利用测磁设备测量出磁体的磁场初始值；用磁场目标场值减去磁场初始值，计算出应补偿磁场值。

S2，在磁场内布置多个匀场条，将每个匀场条离散成空间体素矩阵网格。S2中，采用实施例一中的被动匀场装置的结构，通过设置梯度线圈6将多个匀场条2安装在梯度线圈6上，设定匀场条2的数量和安装位置。将匀场条2离散成空间体素矩阵网格时，应当考虑现有雕刻机的加工精度，空间体素矩阵网格的大小应当根据加工设备的精度来确定。在满足加工精度的条件下，空间体素5越小，空间体素5的数量越多，匀场效果越好。现有的雕刻技术，空间体素5的大小能控制在毫米级别，空间体素5的加工精度能控制在微米级别。因此该设计相较于现有技术中的叠加匀场贴片的方法，匀场精度明显提高。

S3，以空间体素5的大小及数量作为计算参数，根据空间体素5对磁场的贡献矩阵，计算出每个空间体素5对应的网格化匀场条的厚度。

S4，根据S3的计算结果，采用雕刻技术，加工出一套适用于该背景磁场的网格化匀场条2。

S5，在磁场的对应位置安装各个匀场条2。

其中，S4包括以下步骤：

S41，制作匀场条组件8：将匀场条2镶嵌并固定在固定工装1的安装槽3内。优选的，该步骤中使用环氧树脂胶4将匀场条2固定在安装槽3内。

S42，根据S3的计算结果，雕刻各个匀场条组件8的匀场条2。

S43，向各个匀场条组件8的安装槽3内填充环氧树脂胶4，静置24小时，环氧树脂胶4凝固并将匀场条2封装在固定工装1的安装槽3内。该方法通过环氧树脂胶4将匀场条2固定在安装槽3内。匀场条2置于磁共振设备的磁场中时，匀场条2被磁化并产生感应磁场，这些磁场叠加在磁共振设备的主磁场上，以提高磁场的均匀性。同时，被磁化的匀场条2会受到磁力的作用。安装槽3内填充环氧树脂胶4能有效的将匀场条2固定在固定工装1上，确保匀场条2不会发生位移，保证磁场的稳定性。

其中，S5包括以下步骤：

S51，将各个匀场条组件8安装到梯度线圈6上对应的安装孔7内，然后将固定块9安装在梯度线圈6上，固定块9挡住安装孔7的端部并将匀场条组件8限定在安装孔7内。

S52，将梯度线圈6安装到磁共振设备上。

综上所述，本发明一种磁共振设备的被动匀场装置及匀场方法，通过对梯度线圈及其结构的改进，使用匀场条代替现有技术中数量众多的匀场贴片，并将匀场条的制作方法与匀场计算相结合，匀场条加工精度高，提高了匀场精细度；且有效避免了因现有技术中匀场贴片取整误差、安装误差、数量读取误差等因素对匀场的影响，具有结构简单、安装使用方便，匀场效果佳等优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁共振设备的被动匀场装置，包括匀场条组件（8），其特征在于：所述匀场条组件（8）包括固定工装（1）和安装在固定工装（1）上的匀场条（2），固定工装（1）上设有与匀场条（2）相适配的安装槽（3），匀场条（2）固定在安装槽（3）内；匀场条（2）上加工有若干个高度不完全一致的空间体素（5）。

2.如权利要求1所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：所述匀场条（2）为硅钢条。

3.如权利要求2所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：所述空间体素（5）为矩形，空间体素（5）的边长为2毫米~3毫米。

4.如权利要求1所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：所述安装槽（3）内填充有环氧树脂胶（4），环氧树脂胶（4）将匀场条（2）固定在安装槽（3）内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：还包括梯度线圈（6），梯度线圈（6）上设有多个与匀场条组件（8）相适配的安装孔（7），每个安装孔（7）内均固定有所述匀场条组件（8）。

6.如权利要求5所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：所述梯度线圈（6）为空心的圆柱状结构，梯度线圈（6）的一端设有所述安装孔（7），安装孔（7）的延伸方向与梯度线圈（6）的延伸方向一致。

7.如权利要求5所述的磁共振设备的被动匀场装置，其特征在于：多个安装孔（7）均布在梯度线圈（6）上。

8.一种磁共振设备的被动匀场方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，测量磁体的磁场初始值，用磁场目标场值减去磁场初始值，计算出应补偿磁场值；

S2，在磁场内布置多个匀场条（2），将每个匀场条（2）离散成空间体素矩阵网格；

S3，根据空间体素对磁场的贡献矩阵，计算出每个空间体素对应的网格化匀场条（2）的厚度；

S4，根据S3的计算结果，加工各网格化匀场条（2）；

S5，根据S2中的布置，在磁场的对应位置安装各个匀场条（2）。

9.如权利要求8所述的磁共振设备的被动匀场方法，其特征在于：所述S4包括以下步骤：

S41，制作匀场条组件（8）：将匀场条（2）镶嵌并固定在固定工装（1）的安装槽（3）内；

S42，根据S3的计算结果，雕刻各个匀场条组件（8）的匀场条（2）；

S43，向各个匀场条组件（8）的安装槽（3）内填充环氧树脂胶（4），将匀场条（2）封装在固定工装（1）的安装槽（3）内。

10.如权利要求9所述的磁共振设备的被动匀场方法，其特征在于：所述S5包括以下步骤：

S51，将各个匀场条组件（8）安装到梯度线圈（6）上对应的安装孔（7）内，然后将固定块（9）安装在梯度线圈（6）上，固定块（9）挡住安装孔（7）的端部并将匀场条组件（8）限定在安装孔（7）内；

S52，将梯度线圈（6）安装到磁共振设备上。

Images