CN204410817U - 一种核磁共振成像仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核磁共振成像仪器，包括成像区域、主磁体、梯度线圈、射频线圈、病床，独立设置的主磁体，连接于梯度线圈以及射频线圈，所述主磁体的中央设有供所述病床、梯度线圈以及射频线圈伸入的空间。所述仪器满足了当今电子产品向高频化、大电流、小型化、节能化方向发展的需要，而且进一步降低了相应的成本以及维护费用。

Description

一种核磁共振成像仪器

技术领域

本实用新型涉及一种具有独立主磁体结构的核磁共振成像仪器。

背景技术

磁共振成像(MRI，英文全称：magnetic resonance imaging)仪器常被用于医疗卫生领域，即利用人体组织中氢原子核(质子)在磁场中受到射频脉冲的激励而发生核磁共振现象，产生磁共振信号，经过电子计算机处理，重建出人体某一层面的图像的成像技术。

在磁共振成像应用中，如图1所示，病人身体1(或目标物)放在一个成像区域2中，成像区域2由核磁共振成像仪器部件的设计和位置布局决定。现有常规的一体化仪器结构包含了从外向内依次固定的主磁体3、梯度线圈4和射频线圈5，其中一个问题是用于放置病人身体1的中心空间非常有限，由于同时还放置有病床6，因此躺下的病人容易产生封闭恐惧感。为了将病人身体1待成像部位恰当地放在成像区域2内，一些肢体成像，如肩膀，会非常困难，对于体型大的病人甚至是不可能的。

因此，如何提供一种放置病人身体的中心空间较大，且成像区域更加灵活的核磁共振成像仪器是本领域的技术人员亟待解决的一个技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种核磁共振成像仪器，以扩大放置病人身体的中心空间，并提高成像区域的灵活性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种核磁共振成像仪器，一种核磁共振成像仪器，其特征在于，包括成像区域20、主磁体30、梯度线圈40、射频线圈50、病床60，独立设置的主磁体30，连接于梯度线圈40以及射频线圈50，所述主磁体30的中央设有供所述病床60、梯度线圈40以及射频线圈50伸入的空间；其中所述主磁体30包括双立柱1a；上下多边形机架盖2a；多边形磁钢3a；多边形极板4a；多边形匀场环5a；多边形涡流盘6a；一体化线圈7a；成像区8a；所述上下机架盖2a和双立柱1a通过螺栓连接；所述上下机架盖2a上按顺序对称装有磁钢3a、极板4a、匀场环5a、涡流盘6a、梯度线圈和发射线圈，在永磁体中心区域直径为600mm的半球域形成成像区；所述极板上外端部装有匀场环；所述匀场环内装有涡流盘；所述匀场环内涡流盘上还装有梯度线圈和发射线圈。

较佳地，还包括匀场部件，所述匀场部件连接于所述病床上。

较佳地，所述梯度线圈、射频线圈以及匀场部件与所述病床可拆卸式或可移动式连接。

较佳地，所述梯度线圈、射频线圈以及匀场部件的大小和位置与病人各身体部位相对应。

涡流的产生与磁化条件、涡流盘几何尺寸有关外，还与涡流盘材料的电阻率有关(成反比)，采用材料电阻率高的铁基非晶合金软磁带材1K101制成的涡流盘能更好地消除或减小极板产生的涡流，信噪比更优，成像更清晰；非晶是一种新型软磁合金材料，它采用超急冷技术将熔融金属以每秒百万度的速度直接冷却，形成厚度为25--28μm的非晶体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶合金组织，在微观结构上完全不同于传统的金属和合金材料。铁基非晶带材具有超微细晶粒结构，以其高的磁导率、高饱和磁感、低铁损和优良的稳定性，满足了当今电子产品向高频化、大电流、小型化、节能化方向发展的需要，可以替代硅钢和铁氧体，应用于核磁共振成像仪的永磁体中。

采用主要由Pr/Nd＝0.2～0.4、Pr₂₅Nd₇₅29～31wt％、Co 0.9～1.5wt％、Cu0.1～0.3wt％组成的N52～N55高性能钕铁硼减少重稀土镝的使用，从而降低了生产成本；磁钢中CoCu的联合加入不仅提高了耐腐蚀性又提高磁钢磁性能。采用梯度、发射一体化线圈可以实现永磁体高度尺寸减小；通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，可以实现整机质量减轻，加工工艺简单，结构多变和便于匀场。

相比于现有技术，本实用新型提供的核磁共振成像仪器具有如下优点：

1.本实用新型用独立于所述主磁体的梯度线圈和射频线圈的分离式结构代替主磁体、梯度线圈以及射频线圈一体式成型的结构，所述主磁体为病人和放射师提供了更多可以利用的空间，它可以使有封闭恐惧症的病人得到放松，还可以开辟新的临床应用，比如核磁共振成像对于需要更多空间的身体运动成像中的应用；

2.在为病人提供一个同等大小成像区域的同时，该实用新型可以减小主磁体尺寸并显著地缩小5高斯线，从而进一步降低磁铁的成本和屏蔽空间代价；

3.在高场情况下，该实用新型使用相对较小的主磁体，减轻了重量增加的担忧并减少在更高磁场强度时对于制冷剂的消耗。

附图说明

图1为现有技术的核磁共振成像仪器的结构示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式的核磁共振成像仪器的结构示意图(头部成像)；

图3为本实用新型一具体实施方式的核磁共振成像仪器的结构示意图(脚部成像)。

图4是H型永磁体结构示意图

图1中：1-病人身体、2-成像区域、3-主磁体、4-梯度线圈、5-射频线圈、6-病床；

图2～3中：10-病人身体、20-成像区域、30-主磁体、40-梯度线圈、50-射频线圈、60-病床。

图4中：1a-双立柱；2a-上下多边形机架盖；3a-多边形磁钢；4a-多边形极板；5a-多边形匀场环；6a-多边形涡流盘；7a-一体化线圈；8a-成像区。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述实用新型的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。

本实用新型提供的核磁共振成像仪器，如图2至图3所示，包括独立设置的主磁体30，连接于病床60上的梯度线圈40以及射频线圈50，所述主磁体30中央设有供所述病床60、梯度线圈40以及射频线圈50伸入的空间。本实用新型用独立于所述主磁体30的梯度线圈40和射频线圈50的分离式结构代替主磁体30、梯度线圈40以及射频线圈50一体式成型的结构，具体地，本实施例中，在成像区域20大小不变的情况下，所述主磁体30中央的空间的内直径由600mm扩大至700～900mm，避免了过于狭窄的空间使病人产生的封闭恐惧感，且本实用新型无需在整个主磁体30内铺设射频线圈50，对病人全身进行射频检测，确保人体组织每单位质量对功率吸收率处于安全限度以下。

较佳地，请继续参考图2和图3，所述核磁共振成像仪器还包括匀场部件(图中未示出)，所述匀场部件连接于所述病床60上，所述射频线圈50与主磁体30产生磁场；所述梯度线圈40可以增加或减弱主磁体30产生的磁场强度，使沿梯度方向的自旋质子具有不同的磁场强度，因而有不同类型的共振频率；所述匀场部件用于均匀磁场。

较佳地，请继续参考图2和图3，所述梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件与所述病床60可拆卸式或可移动式连接，较佳地，所述梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件的大小和位置与病人各身体部位相对应，如图2所示的头部成像和图3所示的脚部成像，这样，采用局部的、较小的与病人身体各部位相对应的梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件，由于局部的梯度线圈40在更小的空间内具备良好的线性度，因此减少了磁场强度变化率(dB/dt)在安全性上对生理的约束，可实现在高场核磁共振成像的高效梯度应用；同时，相对于现有技术，本实用新型所引入的声学噪音显著地减弱，由于梯度线圈40上的机械力和磁场强度成比例，本实用新型将主磁体30和梯度线圈40分离，限制了声学噪音的强度，从而改善了病人的舒适度和机械稳定性，特别是在高场磁共振成像应用时效果更加明显；而且，本实用新型采用局部的射频线圈50和匀场部件，有效地补偿了伴随高磁场强度增加的磁感效应，没有了全身的射频线圈50，与主磁体30分离的射频线圈50与身体部位共形性更好，作为衡量人体组织对能量吸收的指标，每单位质量对功率吸收率(SAR)，可以更好地控制在安全限度下；另外，所述主磁体30、梯度线圈40和射频线圈50在工程上的好处为：有效地降低了高场核磁共振成像的一些基本限制，如安全性、功率损耗和维护成本，因此可以降低工程问题中的权衡，从而进一步地探索新的脉冲序列设计，获得新技术和硬件设计。故本实用新型展现了空间的灵活性，并保证了好的成像质量。

需要说明的是，本实用新型中的梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件的结构及形状不定，图2仅为示意图，也就是说，所述梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件分别以所述病床60为支撑铺设即可，对其具体的铺设方式此处不做限定。

较佳地，请继续参考图2和图3，所述主磁体30为一体式成型的中空的圆柱体。本实用新型中，临床医生可以在病床60被推入所述主磁体30中央的空间中之前，对梯度线圈40、射频线圈50以及匀场部件的位置进行调整，使其更加贴合病人身体10，从而扩大临床医生的活动空间范围。

如图4所示，本实用新型采用双立柱1a的开放式结构通过上下多边形机架盖2a和双立柱1a形成对称双边磁回路，双立柱1a和上下多边形机架盖2a通过螺栓连接组成积木式装配型H型轭铁，双立柱1a和上下多边形机架盖2a采用10a号钢材质的钢板或ZG200-400铸钢，双立柱1a立柱截面为长方形；在上下多边形机架盖2a上按顺序对称装有多边形磁钢3a、多边形极板4a、多边形匀场环5a、多边形涡流盘6a、一体化线圈7a，形成成像区8a，成像区8a为永磁体检测区(即永磁体中心区域直径为400mm的半球域)，磁场强度为4000～5500高斯；多边形极板4a由电工纯铁DT4制成，多边形磁钢3a由N52～N55的高性能钕铁硼磁钢制成；在多边形极板4a上外端部设有电工纯铁DT4制成的多边形匀场环5a，在多边形匀场环5a内设有软磁铁基非晶合金1K101带材制成的多边形涡流盘6a，涡流情况：X、Y方向＜0.4％，Z方向＜1.0％100Gs/m；在多边型非晶涡流盘的环氧板上贴磁片匀场，均匀度：Φ500mm×380mm半球时，均匀度：80ppm；Φ400mm×350mm半球时，均匀度：20ppm；在多边形匀场环5a内设有梯度和发射一体化线圈7a。

特定频率下涡流产生的定性分析公式：i＝4K*f*Bm*h*a²/8ρ；其中：i为涡流电流，K为波形因素，f为磁化频率，Bm为磁感应强度峰值，h为极板的厚度，ρ为极板材料的电阻率，a为极板边长。由上式可以得到，涡流的产生与磁化条件、涡流盘非晶叠片块几何尺寸有关外，还与涡流盘材料的电阻率有关(成反比)。硅钢片的ρ＝40～50μΩ.cm，在4.5％硅钢中添加4％铬ρ＝82μΩ.cm。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的ρ＝102～104Ω.m，1K101非晶薄带ρ＝130μΩ.cm。采用硅钢片制成的涡流盘，涡流情况：X、Y方向＜1.0％，Z方向＜2.5％100Gs/m；采用铁基非晶合金软磁带材1K101非晶薄片制成的涡流盘，涡流情况：X、Y方向＜0.4％，Z方向＜1.0％100Gs/m。

N52～N55磁钢的钕铁硼稀土永磁材料主要包括Pr/Nd 0.2～0.4、Pr₂₅Nd₇₅29～31wt％、Co 0.9～1.5wt％、Cu 0.1～0.3wt％，因Pr₂₅Nd₇₅是自然界存在的成分，不需要再次分离从而降低了生产成本；磁钢中有Pr可以提高矫顽力，Pr加入又减少重稀土镝的使用，从而降低了生产成本；磁钢中CoCu的联合加入不仅提高了耐腐蚀性又提高磁钢磁性能，但要注意到Co低于0.9wt％起不到耐腐蚀性，高于1.5wt％会减低剩磁。加入Co再加入Cu可以进一步提高耐腐蚀性，但要注意到低于0.1wt％不起作用，而高于0.3wt％会降低剩磁。

H型开放式永磁体

主磁场强度：5000±50Gs(磁体恒温在32℃时)；

磁材：NdFeB；

剩磁Br：14.9KGs；

矫顽力bHc：≥10.5KOe；

最大磁能积(BH)max：53MGOe；

磁钢高度：220mm；

磁场方向：垂直，上极面为S；

磁体间隙：极面到极面510mm；

极板宽度：1400mm；

均匀度：Φ500mm×380mm半球时，均匀度：100ppm；Φ400mm×350mm半球时，均匀度：20ppm；

涡流情况：磁体具有防涡流处理(X、Y方向＜0.4％，Z方向＜1.0％100Gs/m)

磁体外尺寸：宽1.5m；高1.9m；长2.8m

综上所述，本实用新型提供的核磁共振成像仪器，包括独立设置的主磁体30，连接于病床60上的梯度线圈40以及射频线圈50，所述主磁体30中央设有供所述病床60、梯度线圈40以及射频线圈50伸入的空间。本实用新型用独立于所述主磁体30的梯度线圈40和射频线圈50的分离式结构代替主磁体30、梯度线圈40以及射频线圈50一体式成型的结构，避免过于狭窄的空间使病人产生封闭恐惧感。同时本实用新型减少了现有的核磁共振成像仪器对磁体材料和屏蔽空间的要求，从而进一步降低了相应的成本及维护费用。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种核磁共振成像仪器，其特征在于，包括成像区域(20)、主磁体(30)、梯度线圈(40)、射频线圈(50)、病床(60)，独立设置的主磁体(30)，连接于梯度线圈(40)以及射频线圈(50)，所述主磁体(30)的中央设有供所述病床(60)、梯度线圈(40)以及射频线圈(50)伸入的空间；其中所述主磁体(30)包括双立柱(1a)；上下多边形机架盖(2a)；多边形磁钢(3a)；多边形极板(4a)；多边形匀场环(5a)；多边形涡流盘(6a)；一体化线圈(7a)；成像区(8a)；所述上下机架盖(2a)和双立柱(1a)通过螺栓连接；所述上下机架盖(2a)上按顺序对称装有磁钢(3a)、极板(4a)、匀场环(5a)、涡流盘(6a)、梯度线圈和发射线圈，在永磁体中心区域直径为600mm的半球域形成成像区；所述极板上外端部装有匀场环；所述匀场环内装有涡流盘；所述匀场环内涡流盘上还装有梯度线圈和发射线圈。