CN203012120U - 一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备 - Google Patents

Abstract

一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件（1）和梯度线圈组件（2），其特征是还包括阻尼层（3），所述阻尼层（3）设置在超导磁体组件（1）和梯度线圈组件（2）之间。 本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备超导磁体与梯度线圈中间介质的阻尼增大，可以显著降低梯度线圈造成的噪音。具体优点是可以降低磁共振成像设备扫描成像时的噪音，减轻噪音对扫描对象的影响，舒缓扫描对象的紧张感。可以降低磁共振成像设备扫描成像时的振动，减少振动对成像质量的影响。应用优点有本实用新型实施成本低，简单易行。

Description

一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备

技术领域

本实用新型涉及磁共振成像领域，尤其是一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备。

背景技术

磁共振成像(MRI)扫描仪普遍的应用于临床研究和医学诊断中。常见的高达3特斯拉的磁场强度，允许使用快速扫描序列进行高分辨率成像。然而,随着磁场强度的增加, 扫描时所产生的声学噪音也在增加。扫描序列的电流快速切换使梯度线圈产生振动,可能会导致糟糕的图像质量和高分贝噪声。

Price 等^[1]给出了商用MRI系统磁场强度从0.2特斯拉到3特斯拉变化时，声学噪声的概述。在使用快速扫描序列时，噪声级别因场强而变化，由0.2 - 0.5特斯拉系统的85分贝到3T系统的115分贝，他们指出如果增加梯度强度和梯度爬升速率，噪音级别会更高，甚至3特斯拉磁体系统可以达到130分贝。毫无疑问，必须降低噪声，以避免医疗工作人员和病人的不适。

Mannsfield等^[2]提出了一个革命性的梯度线圈设计、使用额外的线圈来抵消梯度线圈载体的振动。这个技术在一个较窄的频带范围内，在给定的线圈载体材料下，降低噪音的最大值达到了50分贝^[3]。该技术申请了美国专利，专利号为US2003155174A1。

Katsunuma 等^[4]提出了一个振动隔绝的梯度线圈设计方案，将梯度线圈密封于一个真空腔中，噪音减少值超过10分贝，如果梯度线圈独立支撑，噪音减少值达到23分贝。该技术申请了美国专利，专利号为US2005156595。

Mechefske等^[5]在4特斯拉磁体系统的梯度线圈内表面安装优化设计后的吸声衬垫，降低噪声最大值达17分贝。

磁共振成像(MRI)扫描仪在医学成像中广泛应用。梯度扫描序列电流的快速切换使梯度线圈产生振动,会导致图像质量不够清晰并且产生高分贝噪声。本文用有限元方法模拟了多种工况下的梯度线圈的振动和噪声，分析结果认为阻尼特性是影响梯度线圈振动噪声性能的关键特性，并在此基础上提出了一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备。

参考文献：

[1] Price, DeWilde, Papadaki, Curran, and Kitney, “Investigation of acoustic noise on 15 mri scanners from 0.2t to 3t,” Journal of magnetic resonance imaging, vol. 13, pp. 288–293, 2001.

[2] P. Mansfield, P. Glover, and R. Bowtell, “Active acoustic screening： design principles for quiet gradient coils in mri,” Meas Sci. Technol., vol. 5,pp. 1021–1025, 1994.

[3] B. L. W. Chapman, B. Haywood, and P. Mansfield,“Optimized gradient pulse for use with epi employing active acoustic control,” Magnetic Resonance in Medicine, vol. 50, p. 931935, 2003.

[4] A. Katsunuma, H. Takamori, Y. Sakakura, Y. Hamamure, Y. Ogo, and R. Katayama, “Quiet mri with novel acoustic noise reduction,” MagneticResonance Materials in Physics,  iology and Medicine,vol. 13, pp. 139–144, 2002.

[5] Chris K. Mechefske；Ryan Geris；Joseph S. Gati；Brian K. Rutt；Magnetic resonance materials in physics,biology, and medicine ； 1352-8661 ； 2002 ； vol.13； no.3 ； p.172-176

[6] E. L. Kinsler. et. al.. Fundamentals of Acoustics. John Wiley and Sons. New York. pp. 98-123. 1982.

[7] O. C. Zienkiewicz. R. E. Newton. "Coupled Vibrations of a Structure Submerged in a Compressible Fluid". Proceedings of the Symposium on Finite Element Techniques. University of Stuttgart. Germany. June 1969.

[8] A. Craggs. "A Finite Element Model for Acoustically Lined Small Rooms". Journal of Sound and Vibration. Vol. 108, No. 2. pp. 327-337.

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，可有效降低梯度线圈的振动噪声。

本实用新型的技术方案是：

一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件1和梯度线圈组件2，还包括阻尼层3，所述阻尼层3设置在超导磁体组件1和梯度线圈组件2之间。

所述阻尼层3为圆筒形。

所述阻尼层3由多根阻尼管4组成。

所述阻尼层3至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管4组成。

所述阻尼管4为空心管。

所述阻尼管4的材质为硅胶。

所述阻尼管4内密封有压缩空气。

所述阻尼管4内密封有压力液体。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备超导磁体与梯度线圈中间介质的阻尼增大，可以显著降低梯度线圈造成的噪音。

具体优点是可以降低磁共振成像设备扫描成像时的噪音，减轻噪音对扫描对象的影响，舒缓扫描对象的紧张感。可以降低磁共振成像设备扫描成像时的振动，减少振动对成像质量的影响。应用优点有本发明施成本低，简单易行。

附图说明

图1是本实用新型的简单分析模型中电流载荷曲线图。

图2是本实用新型的简单分析模型中最大位移响应曲线图。

图3是本实用新型的梯度线圈NF8501的瞬态分析中最大位移响应曲线图。

图4是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同幅值激励力扫频计算时最大噪声与扫频频率的对应曲线图。

图5是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同幅值激励力扫频计算时位移比较图。

图6是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同阻尼扫频计算时噪声比较图。

图7是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中增加阻尼后的噪声比较图。

图8是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中增加阻尼后梯度线圈的最大位移图。

图9是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束面积变化时的位移关系图。

图10是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束面积和噪声差值关系图。

图11是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束位置和噪声关系图。

图12是本实用新型的加载线圈洛伦兹力的谐响应分析中60A电流下最大振动位移和噪声与频率对应曲线图。

图13是本实用新型的用加载线圈洛伦兹力的谐响应分析结果预测得到的60A电流脉冲激励的最大噪声图。

图14是本实用新型的加载线圈60A时域电流的傅立叶变换后的频域图。

图15是本实用新型的线圈加载60A电流时预测的噪声值图。

图16是本实用新型的加载线圈洛伦兹力的谐响应分析中220A电流时频域电流曲线和预测的噪声值图。

图17是本实用新型的结构示意图。

图18是图17中I的局部放大结构示意图。

图中：1为超导磁体组件、2为梯度线圈组件、3为阻尼层、4为阻尼管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图17、图18，一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件1和梯度线圈组件2，还包括阻尼层3，所述阻尼层3设置在超导磁体组件1和梯度线圈组件2之间。

阻尼层3为圆筒形。阻尼层3由多根阻尼管4组成。阻尼层3至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管4组成。阻尼管4为空心管。阻尼管4的材质为硅胶。

阻尼管4内密封有压缩空气。或者阻尼管4内密封有压力液体。

本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括：一超导磁体组件1、一梯度线圈组件2和一阻尼层4。

阻尼层4是本实用新型的主要内容，位于超导磁体组件1和梯度线圈组件2之间，以阻尼材料填充，可以显著降低梯度线圈振动和噪声。

其实施的案例之一，是用硅胶材料的空心软管，填入梯度线圈组件和磁体组件之间，充入压力空气后密封。

其实施的案例之二，是用硅胶材料的空心软管，填入梯度线圈组件和磁体组件之间，充入压力液体后密封。

所述的硅胶详情：

别名：硅橡胶；氧化硅胶或硅酸凝胶

英文名称：Silica gel； Silica ；分子式：xSiO2·yH2O ；分子量：60.08；CAS 登录号：CAS# 112926-00-8 ；EINECS 登录号：231-545-4。 不

本文用有限元分析方法来模拟梯度线圈的振动和噪声，以获得方法降低梯度线圈振动值和噪声级别。梯度线圈振动和噪声计算是声学流固耦合问题，本文第二部分推导了该问题的有限元离散方程。第三部分用一个简单模型加载集中力，瞬态模拟了梯度线圈的振动，发现梯度线圈支撑材料的阻尼是影响梯度线圈振动的关键材料特性，并计算得出了结构的临界阻尼值。第四部分采用临界阻尼为模型的材料阻尼特性，对梯度线圈瞬态加载了按线圈分布的电磁力，根据分析结果对结构的安装型式进行了优化。第五部分用简谐振动力施加到梯度系统上，得出了激励电流幅值变化时，振动位移和噪声变化的规律。结合傅立叶变换，预测了梯度系统在周期电流激励时的振动和噪声，并与实验结果进行了对比。然后，提出了一种降低梯度线圈振动噪声的方法，并进行了实验验证。所述五个部分系统地阐述了本实用新型的理论基础和推导过程。

1.声学流固耦合问题有限元离散方程的推导

在声学流固耦合问题中,需要综合考虑结构动力学方程，流体动量方程和流体连续方程。结构动力学方程离散后用于结构单元，可用公式1表示：

$\left[M\right]\left\{\stackrel{\·\·}{u}\right\}+\left[C\right]\left\{\stackrel{\·}{u}\right\}+\left[K\right]\left\{u\right\}=\left\{F^a\right\}---\left(1\right)$

[M]表示结构质量矩阵,[C]表示结构阻尼矩阵 , [K]表示结构刚度矩阵，表示节点加速度矢量，

表示节点速度矢量，{u}表示节点位移矢量，{F^a}表示应用载荷矢量；

流体动量方程和连续方程可以用如下假设简化得到声学波动方程Kinsler(^[6]))：

流体是可压缩的（密度因压力变化而改变）；流体是非粘性的（没有粘性消耗）；流体没有平均流动；平均密度和压力在流体域是统一的。

声学波动方程用公式表示为：

表示声音在流体介质的速度；ρ₀表示平均流体密度 ；k表示流体体积模量；

P(x, y, z, t) 表示声压；t表示时间

因为忽略了粘性消耗，公式2被称作声音在流体中传播的无损波动方程。

在公式2中引入矩阵算子（梯度和散度）：

用矩阵形式表示后，公式2变为：

用压力的虚改变乘以公式3并在体积域积分(Zienkiewicz(^[7])

${\∫}_{\mathrm{vol}}\frac{1}{c^2}\mathrm{\δP}\frac{{\∂}^{2}P}{{\∂t}^2}d\left(\mathrm{vol}\right)+{\∫}_{\mathrm{vol}}\left({\left\{L\right\}}^T\mathrm{\δP}\right)\left(\right\{L\left\}P\right)d\left(\mathrm{vol}\right)={\∫}_S{\left\{n\right\}}^T\mathrm{\δP}\left(\right\{L\left\}P\right)d\left(S\right)$

vol表示体积域,δP表示压力虚改变,S表示与压力导数正交的边界面，{n}为边界面S的法向矢量；

根据简化假设，流体动量方程使得流体法向压力梯度和结构法向加速度在流固耦合面S上有：

公式5可以用矩阵指标表示为：

公式6代入公式4，有

${\∫}_{\mathrm{vol}}\frac{1}{c^2}\mathrm{\δP}\frac{{\∂}^{2}P}{{\∂t}^2}d\left(\mathrm{vol}\right)+{\∫}_{\mathrm{vol}}\left({\left\{L\right\}}^T\mathrm{\δP}\right)\left(\right\{L\left\}P\right)d\left(\mathrm{vol}\right)=-\underset{S}{\∫}{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\δP}{\left\{n\right\}}^T\left(\frac{{\∂}^2}{{\∂t}^2}\right\{u\left\}\right)d\left(S\right)$

变量的二阶偏导和压力虚改变可表示为：

$\frac{{\∂}^{2}P}{{\∂t}^2}={\left\{N\right\}}^T\left\{{\stackrel{\·\·}{P}}_e\right\},\frac{{\∂}^2}{{\∂t}^2}\left\{u\right\}={\left\{N^{\′}\right\}}^T\left({\stackrel{\·\·}{u}}_e\right),\mathrm{\δP}={\left\{N\right\}}^T\left\{{\mathrm{\δP}}_e\right\},$

{N}表示压力的单元形函数；{N＇}表示位移的单元形函数；{P_e}表示节点压力矢量；

{U_e}={U_xe},{U_ye},{U_ze}，表示节点位移分矢量；{n}表示流体边界法向矢量

代入公式7后，有限元格式的波动方程为：

$\begin{array}{c}{\∫}_{\mathrm{vol}}\frac{1}{C^2}{\left\{\mathrm{\δ}{P}_e\right\}}^T\left\{N\right\}{\left\{N\right\}}^{T}d\left(\mathrm{vol}\right)\left\{{\stackrel{\·\·}{P}}_e\right\}+{\∫}_{\mathrm{vol}}{\left\{\mathrm{\δ}{P}_e\right\}}^T{\left[B\right]}^T\left[B\right]d\left(\mathrm{vol}\right)\left\{P_e\right\}\\ +\underset{S}{\∫}{\mathrm{\ρ}}_0{\left\{\mathrm{\δ}{P}_e\right\}}^T\left\{N\right\}{\left\{n\right\}}^T{\left\{N^{\′}\right\}}^{T}d\left(S\right)\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}=\left\{0\right\}\end{array}---\left(8\right)$

{δP_e}是任意引入的节点压力虚改变，可提出公式8，因其不为零，公式8变为：

$\frac{1}{c^2}{\∫}_{\mathrm{vol}}\left\{N\right\}{\left\{N\right\}}^{T}d\left(\mathrm{vol}\right)\left\{{\stackrel{\·\·}{P}}_e\right\}+{\∫}_{\mathrm{vol}}{\left[B\right]}^{T}d\left(\mathrm{vol}\right)\left\{P_e\right\}+{\mathrm{\ρ}}_0\underset{S}{\∫}\left\{N\right\}{\left\{n\right\}}^T{\left\{N^{\′}\right\}}^{T}d\left(S\right)\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}=\left\{0\right\},---\left(9\right)$

式9用矩阵表示，得离散无损波动方程

表示流体质量矩阵,

表示流体刚度矩阵,ρ₀[R_e]表示耦合质量矩阵(流固耦合面)；

为了计算可能存在的流体边界阻尼的能量损耗，一个消耗项被加到无损波动方程中 (Craggs(^[8]))：

${\∫}_{\mathrm{vol}}\mathrm{\δP}\frac{1}{c^2}\frac{{\∂}^{2}P}{{\∂t}^2}d\left(\mathrm{vol}\right)-{\∫}_{\mathrm{vol}}\mathrm{\δP}{\left\{L\right\}}^T\left(\right\{L\left\}P\right)d\left(\mathrm{vol}\right)+{\∫}_S\mathrm{\δP}\left(\frac{r}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}\right)\frac{1}{c}\frac{\∂P}{\∂t}d\left(S\right)=\left\{0\right\}---\left(11\right)$

r边界吸收量，能量消耗只发生在边界面S，公式11的消耗项在表面S积分：

$D={\∫}_S\mathrm{\δP}\left(\frac{r}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}\right)\frac{1}{c}\frac{\∂P}{\∂t}d\left(S\right)$ ,

代入P的有限元表示式

；

$D={\left\{{\mathrm{\δP}}_e\right\}}^T\frac{\mathrm{\β}}{c}{\∫}_S\left\{N\right\}{\left\{N\right\}}^{T}d\left(S\right)\left\{{\stackrel{\·}{P}}_e\right\}$ , 

边界吸收系数；

以矩阵格式表示,

,是流体阻尼矩阵；

从而考虑了边界面损失的离散波动方程为：

$\left[M_e^P\right]\left\{{\stackrel{\·\·}{P}}_e\right\}+\left[C_e^P\right]\left\{{\stackrel{\·}{P}}_e\right\}+\left[K_e^P\right]\left\{P_e\right\}+{\mathrm{\ρ}}_0{\left[R_e\right]}^T\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}=0---\left(12\right)$

要完整描述流固耦合问题，在公式1中加入边界面流体压力载荷：

$\left[M_e\right]\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}+\left[C_e\right]\left\{{\stackrel{\·}{u}}_e\right\}+\left[K_e\right]\left\{u_e\right\}=\left\{F_e\right\}+\left\{F_e^{\mathrm{pr}}\right\}---\left(13\right)$

边界面流体压力载荷矢量 

可用边界面压力积分得到：  $\left\{F_e^{\mathrm{pr}}\right\}={\∫}_S\left\{N^{\′}\right\}P\left\{n\right\}d\left(S\right)$ ，

代入P的有限元表示式后，  $\left\{F_e^{\mathrm{pr}}\right\}={\∫}_S\left\{N^{\′}\right\}{\left\{N\right\}}^T\left\{n\right\}d\left(S\right)\left\{P_e\right\}$ ，

以矩阵表示,

，代入公式13，

$\left[M_e\right]\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}+\left[C_e\right]\left\{{\stackrel{\·}{u}}_e\right\}+\left[K_e\right]\left\{u_e\right\}-\left[R_e\right]\left\{P_e\right\}=\left\{F_e\right\}---\left(14\right)$

波动方程12 和结构动力学方程14 的装配形式为：

$\left[\begin{array}{cc}\left[M_e\right]& \left[0\right]\\ \left[M^{\mathrm{fs}}\right]& \left[M_e^P\right]\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}\left\{{\stackrel{\·\·}{u}}_e\right\}\\ \left\{{\stackrel{\·\·}{P}}_e\right\}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}\left[C_e\right]& \left[0\right]\\ \left[0\right]& \left[C_e^P\right]\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}\left\{{\stackrel{\·}{u}}_e\right\}\\ \left\{{\stackrel{\·}{P}}_e\right\}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}\left[K_e\right]& \left[K^{\mathrm{fs}}\right]\\ \left[0\right]& \left[K_e^P\right]\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\{u}_e\}\\ \left\{P_e\right\}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\left\{F_e\right\}\\ \left\{0\right\}\end{array}\right\}---\left(15\right)$

$\left[M^{\mathrm{fs}}\right]={\mathrm{\ρ}}_0{\left[R_e\right]}^T,\left[K^{\mathrm{fs}}\right]=-\left[R_e\right];$

公式15即为完整的流固耦合问题有限元离散公式。

2.一个简单模型的模态和瞬态分析

2.1.模型简介

分析模型只包含梯度线圈的树脂材料，以实现快速计算。由于快速的电流切换，梯度线圈电磁力快速加载和卸载，产生了系统振动。理想情况下，系统在电流保持阶段达到平衡。本部分用模态和瞬态分析计算振动最大位移，选择了三个影响因子进行调研：树脂的阻尼和弹性模量，梯度系统的结构约束。

电流载荷曲线如图所示。爬升时间是375us，保持时间是5000us。为简化计算，用600N集中力施加于一个节点，持续时间10000us。如图1所示。

2.2 不同阻尼的结果比较

最大位移响应曲线以及平衡时间的比较如图2所示。

表1.不同阻尼条件下的平衡时间对照表

案例编号	阻尼	平衡时间 (us)
			1	0.002	5400
2	0.0025	5300
			3	0.003	3300
4	0.0035	3400
			5	0.004	3400
6	0.005	3400
			7	0.006	3700

考虑合适的精度(误差<1%), 选择0.004(±0.001) 为临界阻尼.

2.3 不同弹性模量的结果比较如表2所示。

表2. 不同弹性模量的结果比较表

2. 4 不同结构约束的结果比较如表3所示。

表3. 不同结构约束的结果比较表

2. 5 结论

●材料阻尼是个影响系统振动性能的关键特性，需要选择合适的材料

●高弹性模量材料可以改善系统振动性能，可以考虑使用。

●约束的面积和位置可能改变系统振动性能，需要优化。

3.梯度线圈NF8501的模态和瞬态分析

3.1模型描述和简化

分析用本公司产品NF8501的设计数据，模型只包含梯度线圈的树脂，加载梯度线圈洛伦兹力。线圈划分为足够多的小段，每个小段计算洛伦兹力，然后将力加载到最近的树脂节点上。轴向两端全约束。树脂阻尼选择临界阻尼0.004。

3.2模态分析

1阶模态频率：409Hz, 振动周期为0.0025秒。

3.3瞬态分析

梯度线圈电流爬升时间375us，持续时间6000us，最大位移响应曲线如图3所示：

取0.1um 为平衡位移标准，梯度线圈平衡时间为0.0021s,小于一阶模态周期时间。

3.4约束面积和位置优化 ：改变约束面积和位置，仿真结果如表4所示：

表4. 改变约束面积和位置，仿真结果表

注：模型尺寸有变化，所以固有频率与本文第三部分不同。

3.5结论

分析结果显示如果用临界阻尼，该序列在梯度线圈系统的振动位移可以满足磁共振成像要求（基于最高分辨率(1像素为 0.25mm*0.25mm), 最大可接受的位移为0.125mm）。

4.6实验测量结果

为了验证分析结果，确认产品的可靠性，将本公司1.5特斯拉零挥发磁体和梯度线圈NF8501组合安装，进行梯度扫描实验，并测得了最大振动和噪声数据如表5。

表5. 最大振动和噪声数据表

4.梯度线圈NF8501的谐响应分析

模型包含梯度线圈和空气，可以计算求得振动和噪声数据。

5.1. 不同电流分析

在一个节点用简谐力激励梯度系统，频率宽度为0~1600Hz，步长间隔为8Hz。激励力幅值如下： 5N,50N,100N,250N,500N.

4.1.1噪声比较（阻尼0.004,全面积约束）

图4是不同幅值激励力扫频计算时，最大噪声与扫频频率的对应曲线。由图中曲线可知，不同激励力幅值时，最大噪声的差值在频率变化时不变。

从而我们可以知道，噪声压力与激励力幅值的增加成比例，而噪声级别需要用20log10(压力) 来计算。

最大噪声所处频率和固有频率之间没有明显关系。发现高分贝噪声的频率值为312,512,640,704,896, 1120,1184, 1264, 1344, 1456,1560Hz.，而固有频率值为445,449,643,764,855,893Hz.

4.1.2位移比较（阻尼0.004,全面积约束），如图5所示。

当增加激励力的频率时，最大位移减小。当增加激励力时，最大位移同比例增加。

5.2 不同阻尼比分析结果对比

5.2.1 噪声级别比较

当改变阻尼比时，用50N力施加于一个节点，在0~1600Hz 变化，噪声幅值比较如图6。

增加阻尼可以降低噪声级别，在噪声极值点，阻尼降噪效果更明显，如图7所示（damping ratio 0.01 曲线是噪声值，另外两个是噪声减少值）。

5.2.2 位移比较结果对比

由图8结果可知，增加阻尼可以减少梯度线圈的最大位移。

5.3 约束的影响

减少约束面积，位移在300~700Hz频带减少，在0~300 Hz 和700~1600Hz频带增加，如图9。

如图10，噪声差值和约束面积之间没有明显的规律，在一些频带增加，一些频带减少。

改变约束位置，噪声差值也没有明显规律，如图11。

5.4 加载线圈洛伦兹力的谐响应分析

60A 电流, 0~2000Hz 谐响应分析,250 步. 线圈网格长度为50mm.

载荷合力如下：Fx(径向)：  5.08N；Fy(环向)：  2.76N；Fz(轴向)：  -90.27N

最大振动位移和噪声与频率对应曲线 (60A) ，如图12。

如图13，用有限元谐响应分析结果可以预测电流脉冲激励的最大噪声。

60A（100us爬升,持续 3ms, 最大电流60A, 周期 30ms），傅立叶变换后频域电流如图14。

预测的噪声值如图15。

220A（1ms 爬升,持续250ms, 最大电流 220A, 休息50ms），傅立叶变换后的频域电流曲线和预测的噪声值如图16所示。

表6.有限元预测结果和实验结果对比表

预测值与测量值之间存在差值，我们认为可能的原因如下：

树脂阻尼低；约束反力施加于300k筒上，产生了较大的噪声。可以通过增加约束面积，提高支撑材料的阻尼来降低其影响。

根据前面结果，我们选择用来降低噪声的方案为：

增加树脂材料阻尼，增加约束面积，增加梯度线圈系统支撑材料的阻尼。

实验中，我们用硅胶材料的空心软管，填入梯度线圈和磁体之间，软管注水，加压0.6MPa时，用前述60A脉冲电流激励梯度线圈，振动噪声最大值与未加软管相比，降低15分贝，如表7。

表7. 梯度线圈噪音测试记录表

工作的机理：超导磁体与梯度线圈中间介质的阻尼增大，可以降低梯度线圈造成的噪音。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件（1）和梯度线圈组件（2），其特征是还包括阻尼层（3），所述阻尼层（3）设置在超导磁体组件（1）和梯度线圈组件（2）之间。

2.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层（3）为圆筒形。

3.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层（3）由多根阻尼管（4）组成。

4.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层（3）至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管（4）组成。

5.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管（4）为空心管。

6.根据权利要求5所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管（4）的材质为硅胶。

7.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管（4）内密封有压缩空气。

8.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管（4）内密封有压力液体。

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