CN213691632U - 一种磁体装置及磁共振成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁体装置及磁共振成像设备，所述磁体装置包括：两个轭铁，两个所述轭铁间隔且相对设置；作为磁场源的两个永磁体，分别设于两个所述轭铁相对的内表面上，所述永磁体呈圆柱形结构，所述永磁体的磁取向为轴向，两个所述永磁体的磁取向方向相同；两个极板，分别设于两个所述永磁体相对的内表面上，两个所述极板之间形成成像空间；两个匀场环，分别设于两个所述极板相对的内表面上；其中，所述匀场环部分或全部采用永磁材料制成。本实用新型提供的磁体装置及磁共振成像设备，能够明显增大成像区域范围，从而可以使磁体装置的整体重量减轻，降低生产成本，也方便磁共振成像设备的移动和安装。

Description

一种磁体装置及磁共振成像设备

技术领域

本实用新型涉及磁共振成像技术领域，更具体地，涉及一种磁体装置及磁共振成像设备。

背景技术

磁共振成像(MRI)设备能用于人体各个部位的扫描，对人体没有电离辐射损伤，软组织结构显示清晰，可用于全身各部位疾病诊断。磁体是磁共振成像设备中的一个核心部件，用于产生磁共振成像所必需的主磁场。

目前在临床磁共振成像设备中使用的磁体有三种：永磁磁体、常导磁体、超导磁体。其中永磁磁体利用永磁材料产生磁场，运营及维护成本低，制造成本也相对较低。

如图1所示，一般常用的磁共振用永磁磁体由轭铁1’、永磁材料2’、极板3’和匀场环4’组成，通过这几个部分的相互作用，两个极板之间会形成一个磁场相对均匀的区域，该区域为可用于磁共振成像的成像区，相同的磁体该区域相对越大，对磁体重量的使用率越高，也就是说相同成像区的情况下可以把磁体做的更轻。

由于磁场的物理特性，如果没有匀场环，两极板之间的空间磁场会由中心向外部迅速下降，匀场环的作用是调节成像空间的磁场均匀度，使靠近匀场环的区域磁场增高，在两极板中心的使用形成一个磁场相对均匀的区域用于磁共振成像。

通常情况下匀场环由软磁材料制成，匀场环的设置对磁体的设计非常关键，匀场环直径越大成像区越大，磁体的体积及重量也就越大。然而，磁体重量大将为系统的移动、安装造成困难，同时成本也将大幅提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供磁体装置及磁共振成像设备，旨在解决现有技术中存在的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供一种磁体装置，包括：

两个轭铁，两个所述轭铁间隔且相对设置；

作为磁场源的两个永磁体，分别设于两个所述轭铁相对的内表面上，所述永磁体呈圆柱形结构，所述永磁体的磁取向为轴向，两个所述永磁体的磁取向方向相同；

两个极板，分别设于两个所述永磁体相对的内表面上，两个所述极板之间形成成像空间；

两个匀场环，分别设于两个所述极板相对的内表面上；

其中，所述匀场环部分或全部采用永磁材料制成。

优选地，所述磁体装置还包括静磁屏蔽箱，所述静磁屏蔽箱为中空的箱体结构，所述轭铁、磁极、极板和匀场环均设于所述静磁屏蔽箱的内部。

优选地，所述静磁屏蔽箱上设有至少一个开口，所述开口用于患者进出所述静磁屏蔽箱。

优选地，所述静磁屏蔽箱为一层或多层结构；当所述静磁屏蔽箱为多层结构时，所述静磁屏蔽箱的相邻的两层箱体结构之间的距离为30-100mm，所述静磁屏蔽箱的各层箱体结构均采用纯铁材料制成。

优选地，所述匀场环包括内侧匀场环和外侧匀场环，所述内侧匀场环紧贴所述外侧匀场环设置，所述内侧匀场环采用软磁材料制成，所述外侧匀场环采用永磁材料制成。

优选地，所述匀场环由多个尺寸大小相同的匀场环单元首尾相连构成，所述匀场环单元在垂直于所述永磁体的轴向方向的横截面呈等腰梯形，多个所述匀场环依次连接在一起形成多边形环状结构。

优选地，各个所述匀场环单元分别包括立板、安装板和磁性材料块，所述安装板与所述立板相互垂直连接形成L形结构的安装座，所述磁性材料块可拆卸式连接在所述安装座上，所述安装座通过螺钉固定连接在所述极板上。

优选地，所述安装板朝向所述立板的表面上向外突出设置有导向块，所述导向块的横截面呈燕尾形，所述导向块沿平行于所述立板的方向延伸，所述磁性材料块朝向所述安装板的表面上向内凹陷设置有与所述导向块相匹配的导向槽，所述磁性材料块通过所述导向槽滑动连接在所述安装板的导向块上。

优选地，所述安装板朝向所述立板的表面上以及所述立板朝向所述安装板的表面上分别设有一滑轨，两个所述滑轨彼此平行设置，所述磁性材料块朝向所述安装板和所述立板的表面上分别设有与所述滑轨相匹配的滑槽，所述磁性材料块通过两个所述滑槽滑动连接在所述安装座上。

根据本实用新型的第二方面，提供一种磁共振成像设备，所述磁共振成像设备包括如上所述的磁体装置。

本实用新型提供的磁体装置及磁共振成像设备，将匀场环部分或全部采用永磁材料制成，相对于采用软磁材料制成的匀场环，该磁体装置能够明显增大成像区域范围，在使用相同体积及重量的永磁体作为磁场源的情况下能够获得更大范围的成像区域范围。从而为了获得一定要求的成像区域范围的情况下，使用本申请的磁体装置可以减轻磁体装置的整体重量，降低生产成本，也方便磁共振成像设备的移动和安装。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1为现有的磁体装置的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型实施例的磁体装置的结构示意图。

图3为图2中B处的局部放大视图。

图4示出了根据本实用新型实施例的磁体装置的立体结构示意图。

图5为采用软磁材料的匀场环的磁体装置成像区磁场分布模拟计算结果。

图6为采用85%永磁材料的匀场环的磁体装置成像区磁场分布模拟计算结果。

图7示出了根据本实用新型实施例的磁体装置中匀场环的结构示意图。

图8示出了根据本实用新型实施例的磁体装置中匀场环单元的结构示意图。

图9示出了根据本实用新型另一实施例的磁体装置中匀场环单元的结构示意图。

图中：轭铁1、永磁体2、极板3、匀场环4、内侧匀场环41、外侧匀场环42、匀场环单元400、立板401、磁性材料块402、安装板403、导向块404、导向槽405、滑轨406、滑槽407、静磁屏蔽箱5、开口51。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本实用新型提供一种磁体装置，包括两个轭铁1、两个永磁体2、两个极板3以及两个匀场环4。两个轭铁1间隔预设距离且相对设置；两个永磁体2作为磁场源分别设于两个轭铁1相对的内表面上，永磁体2呈圆柱形结构，永磁体2的磁取向为轴向，两个永磁体2的磁取向方向相同；两个极板3分别设于两个永磁体2相对的内表面上，两个极板3之间形成成像空间A，所述成像空间A用于患者进入进行磁共振成像；两个匀场环4分别设于两个极板3相对的内表面上，其中，匀场环4部分或全部采用永磁材料制成。

本实施例中，所述匀场环4部分采用永磁材料制成，如图2和图3所示，所述匀场环4包括内侧匀场环41和外侧匀场环42，内侧匀场环41紧贴外侧匀场环42设置，内侧匀场环41采用软磁材料制成，外侧匀场环42采用永磁材料制成。采用软磁材料制成的内侧匀场环41设置在内侧可以防止磁共振成像时，梯度磁场穿过外侧匀场环42给磁共振成像系统造成不利影响。当然上述情况也可以通过其他方式进行避免，例如梯度线圈设计该处梯度场非常小，该影响可忽略，再如通过软件的方式避免等等。

通过将磁体装置的匀场环4部分或全部采用永磁材料制成，在使用相同体积及重量的永磁体2作为磁场源的情况下，能够获得更大的成像区域范围。该实施例中，将两个具有相同体积及质量永磁体的磁体装置进行模拟计算，第一个磁体装置的匀场环全部采用软磁材料纯铁制成，第二个磁体装置设置同样外形尺寸的匀场环，该匀场环4约85%的体积采用永磁材料制成，剩余约15%的体积采用软磁材料纯铁制成，软磁材料设于永磁材料的内侧。通过模拟计算，模拟计算结果如图5和图6所示，其中，图5为第一个磁体装置的磁场分布情况示意图，以极板中心为原点X轴上磁场分布情况，可以看出磁场分布沿X轴一直是下降的趋势，预计成像区域直径不大于150mm，而且被动匀场时需要做大量的工作；图6为第二个磁体装置的磁场分布情况示意图，以极板中心为原点X轴上磁场分布情况，可以看出磁场分布沿X轴先是上升趋势，然后变为下降趋势，预计成像区直径可达260mm以上。当然第一个磁体装置可以通过增大匀场环高度或直径的方式改善，但必然会损失匀场环之间的开口尺寸及增加重量，对整个磁体装置的设计都是非常不利的，而且通过增大匀场环的方式拉平磁场分布线，并没有引入更多的能量，只是磁场分布的改变，势必造成中心磁场的减小，且不能达到本实用新型磁体装置的磁场分布的同等水平。

对于现有的磁体装置，由于其匀场环4全部由软磁材料（如纯铁、碳钢、铸钢等）制成，与极板3之间只需要用普通的螺栓进行连接，连接简单且无安全隐患。本实用新型中的匀场环4为部分或全部采用永磁材料制成，由于磁性材料硬度非常高，不适合加工孔、螺纹等，无法采用现有的螺栓连接的方式，给安装匀场环4造成了一些困难。常用的磁性材料的安装方式一般为粘接，但是粘接过程工艺复杂时间长，表面需要清理除油，涂胶要均匀厚度适宜，胶的固化对温度、湿度、固化时间都有一定的要求，每一步的小失误都可能造成安全事故，并且胶的粘接是有使用寿命的，随着时间的推移胶的粘接力可能出现下降等情况，这也会造成安全隐患。

本实用新型的磁体装置中，匀场环4由多个尺寸大小相同的匀场环单元400首尾相连构成，匀场环单元400在垂直于永磁体2的轴向方向的横截面呈等腰梯形，多个匀场环4依次连接在一起形成多边形环状结构。本实用新型将匀场环4变形为多边形环状结构，对磁体整体性能无影响，尤其是匀场环单元400的个数较多时，所述多环形环状结构接近于圆环状结构，可以简化磁性材料的加工，无需再加工圆弧面，本实用新型的磁体装置中的匀场环4结构如图7所示。进一步地，各个所述匀场环单元400分别包括立板401、安装板403和磁性材料块402，安装板403与立板401相互垂直连接形成L形结构的安装座，磁性材料块402可拆卸式连接在安装座上，安装座通过螺钉固定连接在极板3上。立板401、安装板403和磁性材料连接在一起后形成横截面呈等腰梯形的块状结构的匀场环单元400。参见图8和图9，在安装板403上开设有螺纹孔，极板3上开设有与所述螺纹孔相对应的沉头螺钉孔，安装板403通过沉头螺钉固定连接在所述极板3上。该实施例中，极板3朝向匀场环4的表面的边缘沿周向开设有用于所述安装座连接的缺口，所述缺口的深度等于安装板403的厚度，所述缺口的沿极板3径向方向的长度等于安装板403的长度和立板401的厚度之和，从而方便所述匀场环单元400与极板3之间的连接，且磁性材料块402与安装板403的连接面与极板3是上设有缺口的表面共面。本实施例中，在安装板403朝向立板401的表面上向外突出设置有导向块404，导向块404的横截面呈燕尾形，导向块404沿平行于立板401的方向延伸，磁性材料块402朝向安装板403的表面上向内凹陷设置有与导向块404相匹配的导向槽405，磁性材料块402通过导向槽405滑动连接在安装板403的导向块404上。该实施例中，磁性材料块402上的燕尾形形状的燕尾槽可以通过线切割加工方式进行加工，线切割加工为磁性材料常用的加工方式。安装板403上的导向块404可以防止磁性材料沿极板3径向方向运动，也可以防止材料沿上下方向运动，这样磁性连接块通过导向槽405连接在安装板403的导向块404上，安装板403在通过螺钉连接在极板3上，即省去了粘胶的复杂工艺过程，又增加了连接可靠性，消除了安全隐患。

在本实用新型的另一实施例中，安装板403朝向立板401的表面上以及立板401朝向安装板403的表面上分别设有一滑轨406，两个滑轨406彼此平行设置，磁性材料块402朝向安装板403和立板401的表面上分别设有与滑轨406相匹配的滑槽407，磁性材料块402通过两个滑槽407滑动连接在安装座上。该实施例中，滑轨406的横截面为矩形形状，磁性材料块402上的滑槽407也通过线切割方式进行加工。安装板403和立板401上的两个滑轨406配合使用，安装板403上的滑轨406可以防止磁性材料沿极板3径向方向运动，立板401上的滑轨406可以防止材料沿上下方向运动。该实施例中的矩形形状的滑轨406和滑槽407，相较于燕尾形形状的导向块404和导向槽405更容易加工制作，且能够达到同样的技术效果。

进一步地，本实用新型的磁体装置还包括静磁屏蔽箱5，静磁屏蔽箱5为中空的箱体结构，轭铁1、磁极、极板3和匀场环4均设于静磁屏蔽箱5内部的中空结构中。静磁屏蔽箱5的设置既可以减小磁体静磁场的泄漏，减小磁体对周围磁敏感人群及设备的影响，又可以提高磁体场强，提高永磁块的利用效率，降低成本。所述静磁屏蔽箱5上设有至少一个开口51，开口51用于患者进出静磁屏蔽箱5。参见图4，本实施例中，所述静磁屏蔽箱5在沿进入成像空间的方向具有一个开口51，开口51用于患者进出静磁屏蔽箱5；在其他可替代的实施例中，静磁屏蔽箱5上设有两个或两个以上的开口51，以满足在某些特定应用场景下，患者可以从多个不同方向的开口51处进出静磁屏蔽箱5。

根据磁体的需求，静磁屏蔽箱5可以选择设计为一层或多层结构。当静磁屏蔽箱5为多层结构时，静磁屏蔽箱5的相邻的两层箱体结构之间的距离为30-100mm，静磁屏蔽箱5的各层箱体结构均采用纯铁材料制成。如图4所示，本实施例中所述静磁屏蔽箱5采用了双层结构，通过静磁屏蔽箱5的双层屏蔽，静磁屏蔽箱5箱外静磁场不超过50Gs，静磁屏蔽箱5的两层箱体结构均采用厚度4mm的纯铁材料制成，两层箱体结构之间的距离为60mm，两层箱体结构之间无导磁连接。由于纯铁也是良好的导体材料，静磁屏蔽箱5也可以起到电磁屏蔽的作用，减小外界干扰对磁共振成像的影响。经试验验证，该静磁屏蔽箱5的安装能够增加场强约6.5%，5Gs安全区范围减小约20%。根据需要可以通过增加静磁屏蔽箱的箱体结构层数或厚度，使5Gs安全区范围进一步减小，甚至静磁屏蔽箱外全部为5Gs以下的安全区，这将进一步增加磁体中心场强。

本实用新型还提供一种磁共振成像设备，所述磁共振成像设备包括如上所述的磁体装置。

综上所述，本实用新型提供的磁体装置及磁共振成像设备，将匀场环部分或全部采用永磁材料制成，相对于采用软磁材料制成的匀场环，该磁体装置能够明显增大成像区域范围，在使用相同体积及重量的永磁体作为磁场源的情况下能够获得更大范围的成像区域范围。从而为了获得一定要求的成像范围的情况下，使用本申请的磁体装置可以减轻磁体装置的整体重量，降低生产成本，也方便磁共振成像设备的移动和安装。静磁屏蔽箱的设置既可以减小磁体静磁场的泄漏，减小磁体对周围磁敏感人群及设备的影响，又可以提高磁体场强，提高永磁块的利用效率，降低成本，静磁屏蔽箱还可以起到电磁屏蔽的作用，减小外界干扰对磁共振成像的影响。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种磁体装置，其特征在于，包括：

两个轭铁，两个所述轭铁间隔且相对设置；

作为磁场源的两个永磁体，分别设于两个所述轭铁相对的内表面上，所述永磁体呈圆柱形结构，所述永磁体的磁取向为轴向，两个所述永磁体的磁取向方向相同；

两个极板，分别设于两个所述永磁体相对的内表面上，两个所述极板之间形成成像空间；

两个匀场环，分别设于两个所述极板相对的内表面上；

其中，所述匀场环部分或全部采用永磁材料制成。

2.根据权利要求1所述的磁体装置，其特征在于，还包括静磁屏蔽箱，所述静磁屏蔽箱为中空的箱体结构，所述轭铁、磁极、极板和匀场环均设于所述静磁屏蔽箱的内部。

3.根据权利要求2所述的磁体装置，其特征在于，所述静磁屏蔽箱上设有至少一个开口，所述开口用于患者进出所述静磁屏蔽箱。

4.根据权利要求3所述的磁体装置，其特征在于，所述静磁屏蔽箱为一层或多层结构；

当所述静磁屏蔽箱为多层结构时，所述静磁屏蔽箱的相邻的两层箱体结构之间的距离为30-100mm，所述静磁屏蔽箱的各层箱体结构均采用纯铁材料制成。

5.根据权利要求1所述的磁体装置，其特征在于，所述匀场环包括内侧匀场环和外侧匀场环，所述内侧匀场环紧贴所述外侧匀场环设置，所述内侧匀场环采用软磁材料制成，所述外侧匀场环采用永磁材料制成。

6.根据权利要求5所述的磁体装置，其特征在于，所述匀场环由多个尺寸大小相同的匀场环单元首尾相连构成，所述匀场环单元在垂直于所述永磁体的轴向方向的横截面呈等腰梯形，多个所述匀场环依次连接在一起形成多边形环状结构。

7.根据权利要求6所述的磁体装置，其特征在于，各个所述匀场环单元分别包括立板、安装板和磁性材料块，所述安装板与所述立板相互垂直连接形成L形结构的安装座，所述磁性材料块可拆卸式连接在所述安装座上，所述安装座通过螺钉固定连接在所述极板上。

8.根据权利要求7所述的磁体装置，其特征在于，所述安装板朝向所述立板的表面上向外突出设置有导向块，所述导向块的横截面呈燕尾形，所述导向块沿平行于所述立板的方向延伸，所述磁性材料块朝向所述安装板的表面上向内凹陷设置有与所述导向块相匹配的导向槽，所述磁性材料块通过所述导向槽滑动连接在所述安装板的导向块上。

9.根据权利要求7所述的磁体装置，其特征在于，所述安装板朝向所述立板的表面上以及所述立板朝向所述安装板的表面上分别设有一滑轨，两个所述滑轨彼此平行设置，所述磁性材料块朝向所述安装板和所述立板的表面上分别设有与所述滑轨相匹配的滑槽，所述磁性材料块通过两个所述滑槽滑动连接在所述安装座上。

10.一种磁共振成像设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的磁体装置。

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