本发明涉及一种用于核磁共振成像装置磁体系 统。 背景技术

医学核磁共振系统需要较强的中心磁场和较为 宽敞的成像空 间。 较强的中心磁场可以提高成像的分辨率。 与圆柱形的结构相 比较， 分离式超导线圏形成的开放式磁体系统提供给 病人的是一 个与样品空间垂直的磁场， 因而其成像效率是平行磁场的 7ϊ倍， 表明垂直场与平行场相比较具有较高的成像效 率。 随时间变化的 梯度磁场叠加在主磁场上， 形成成像空间的空间编码， 通过射频 线圏提供样品的激发， 由此可以为病人提供清晰的诊断图像。 同 时分离超导线圏磁体系统可以提供比永磁体更 强的磁场和更为广 阔成像区域与在线手术治疗的空间， 对于病人而言不会产生幽闭 症。

目前医用核磁共振磁体系统使用钕铁硼 ( NdFeB )永磁体、 电阻磁体以及超导磁体等产生磁场。 一般永磁产生的磁场强度在 0.5T 以下，磁场强度受到环境温度的影响较大， 为了稳定中心磁 场， 通常使用控温系统保证磁体的温度恒定。 电阻磁体能够提供 较高的磁场， 但功率消耗较大， 磁场的稳定度受到电源的纹波系 数的限制。 随着新型超导材料和低温技术的发展， 使用零挥发液 氦浸泡冷却可以将超导磁体运行时间持续几年 或更长的时间。

将超导磁体技术取代永磁技术， 同时使用铁轭来校正、 屏蔽 磁场和提供磁场回路， 可以形成新型结构的磁体系统。 这样的磁 体系统重量较小， 系统的结构较为紧凑。 由于铁轭与超导线圏之 间的电磁力作用使得对称分布的超导线圏与上 、 下铁轭之间产生 几十吨的相互作用力， 为克服线圏结构的不稳定性， 需要较强外 支撑结构。 目前， 这种较强的外支撑结构低温下的形变将影响线 圏产生形变， 导致线圏结构材料破裂产生失超。 同时由于外支撑 结构体积较大、 结构复杂， 使得磁体系统的结构复杂， 并且外支 撑结构导致外接极高热流进入到低温系统内部 ， 使得液氦消耗较 高。 发明内容

为了克服目前核磁共振磁体的外支撑结构体积 大、 结构复杂 的缺点， 本发明提出带有铁环结构的开放式核磁共振磁 体系统， 本发明可以自平衡超导线圏和铁轭之间的较强 的相互电磁作用 力， 将电磁力抵消达到接近于零。

本发明使用低温或高温超导线材提供磁场发生 源， 通过用铁 磁材料形成的铁轭将超导线圏产生的磁通路径 相连并进行磁场屏 蔽。

本发明开放式核磁共振磁体系统分为上下两部 分， 上下两部 分结构相同， 关于中心对称。 每一部分包括圆环形的超导线圏和 低温容器。 超导线圏放置在低温容器内部的低温环境中以 实现超 导， 低温容器上下两部分之间由低温容器连接管连 通。 超导开关 放置在超导线圏的外表轴向的中间位置， 超导线圏与超导开关组 成闭环电流回路， 产生磁场。 所产生的磁场通过上下铁轭和侧铁 轭获得磁通回路并进行磁场屏蔽。 由铁磁材料制成的上下铁轭和 侧铁轭被超导线圏产生的磁场磁化。 所述的磁体系统通过超导线 圏在磁体成像中心区域内产生所需要的磁场。 为了平衡超导线圏 与上下铁轭之间巨大的电磁力， 本发明在低温容器的内孔空间中 安装了圆环形的铁环。 通过所述的铁环改变超导线圏与上下铁轭 之间的磁场分布， 从而减小两者之间的相互电磁作用力。 所述的 铁环由非磁性材料制作的铁环支撑结构支撑固 定。 在铁环支撑结 构和上下铁轭之间放置环氧树脂垫板， 保证铁环支撑结构和上下 铁轭之间的电绝缘。 在铁环支撑结构的内壁依次布置有梯度线圏 和匀场线圏， 所述的梯度线圏和匀场线圏中心对称， 在轴向方向 上匀场线圏相对于梯度线圏更靠近所述磁体成 像中心区域。 所述 的梯度线圏产生梯度场， 所述的匀场线圏主要用于校正成像空间 的磁场分布。 为了屏蔽梯度线圏在切换过程中产生的涡流， 本发 明采用了屏蔽线圏， 屏蔽线圏同轴放置在梯度线圏的外部。 屏蔽 线圏和梯度线圏通过环氧树脂支撑板支撑。

本发明在低温容器内壁布置了铁环， 铁环由多层圆环状铁片 叠加组成。 铁环的外圏贴近低温容器的内表面。 铁环的材料使用 高磁导率的碳钢或其他高磁导率材料，以减小 铁芯材料的使用量。 超导线圏和上下铁轭之间的电磁吸 I力被抵消为零作为铁环的厚 度和高度的设计目标， 通过控制铁环的厚度和高度， 使超导线圏 和上下铁轭之间的电磁吸引力被抵消为基本为 零。 组成铁环的铁 片的重量尽可能小， 每一片铁片的厚度大约在 1~2 mm, 通过增 加或减小铁片的数量可以从工程上实现超导线 圏与上下铁轭之间 的电磁吸引力被抵消为接近于零， 从而实现电磁力平衡。

所述的铁环与上下铁轭之间不存在由导磁材料 提供的磁路， 两者之间使用空气间隙形成磁阻， 这样被超导线圏的磁场磁化的 铁环从而产生相互作用力， 该作用力能够抵消超导线圏与上下铁 轭之间的相互作用力， 从而平衡超导线圏与上下铁轭之间的相互 作用力。

所述的铁环通过非导磁材料固定在对称的铁轭 结构上， 在机 械上固定。 同时， 为了调整力的相互作用， 将铁环沿着轴线方向 分成多层铁片结构， 通过调节铁片的数目达到调节铁环的厚度， 从而调节本发明磁体系统的整体相互作用力， 达到减小线圏与铁 轭之间的相互作用力。

本发明开放式核磁共振磁体系统为了消除涡流 ， 在铁环上开 有狭小缝隙以减小由于梯度线圏的磁场变化产 生的涡流。 附图说明

图 1是开放式结构的自适应平衡线圏与铁轭之间� �互作用力 的本发明磁体结构的一个示例性实施例的示意 图。

图 2是铁环和铁环支撑结构的一个示例性实施例� �示意图。 图 3是铁环结构的一个示例性实施例的示意图。 具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发 明。

如图 1所示， 本发明开放式核磁共振磁体系统包括上下两部 分， 上下两部分结构相同， 关于中心对称。 每个部分包括圆环形 的超导线圏 1和低温容器 2。 超导线圏 1放置在低温容器 2内部 获得低温环境， 低温容器 2 的上下两部分由低温容器连接管 12 连通。超导线圏 1与超导开关 14组成闭环电流回路产生磁场，产 生的磁场通过上下铁轭 3和侧铁轭 13获得磁通回路，并进行磁场 屏蔽。 由铁磁材料制成的上下铁轭 3和侧铁轭 13被超导线圏 1 产生的磁场磁化， 所述的磁体系统通过超导线圏 1在磁体成像中 心区域 15内产生所需要的磁场。

为了平衡超导线圏 1与上下铁轭 3之间巨大的电磁力， 在低 温容器 2的内孔空间中安装圆环形的铁环 4。 通过铁环 4改变超 导线圏 1与上下铁轭 3之间的磁场分布， 从而减小两者之间的相 互电磁作用力。铁环 4由非磁性材料的铁环支撑结构 5支撑固定。 在铁环支撑结构 5和上下铁轭 3之间放置例如由非导磁材料例如 环氧树脂制成的垫板 11，保证铁环支撑结构 5和上下铁轭 3之间 的电绝缘。 在铁环支撑结构 5的内壁依次中心对称布置有梯度线 圏 8和匀场线圏 9, 在轴向方向上匀场线圏 9相对于梯度线圏 8 更靠近所述磁体成像中心区域。 梯度线圏 8产生梯度场， 匀场线 圏 9主要用于校正成像空间的磁场分布。 本发明采用屏蔽线圏 7 屏蔽梯度线圏 8在切换过程中产生的涡流， 屏蔽线圏 7同轴放置 在梯度线圏 8的外部。 屏蔽线圏 7和梯度线圏 8通过环氧树脂支 撑板 10支撑。

图 2所示是铁环 4与铁环支撑结构 5的俯视图， 由于铁环 5 的下部与梯度线圏 8较为接近， 为了消除涡流， 在铁环 4径向方 向上开有狭小缝隙 16, 以减小由于梯度线圏 8的磁场变化产生的 满流。

如图 3所示，铁环 4是由多个圆环状铁片 17叠加组成，每一 片铁片的厚度大约在 1~2 mm, 可由碳钢或高磁导率材料制成， 铁环 4通过非导磁材料制成的铁环支撑结构 5固定在对称的铁轭 结构上。 同时为了调整力的相互作用将铁环 4沿着轴线方向分成 若干层状铁片叠加结构， 通过调节所述的铁片的数目达到调节铁 环的厚度，通过增加或减小铁片 17的数量可以从工程上实现超导 线圏 1与上下铁轭 3之间的电磁吸引力被抵消为接近于零， 从而 实现力的平衡。 当调节铁片 17的数量达到力平衡后，通过加压的 铁环固定结构 6固定铁片 17实现铁环结构的稳定。

附图标记列表

1超导线圏

2低温容器

3上下铁轭

4铁环

5铁环支撑结构

6铁环固定结构

7屏蔽线圏

8梯度线圏

9匀场线圏

10环氧树脂支撑板

11环氧树脂垫板

12低温容器连接管

13侧铁轭

14超导开关

15磁体成像中心区域

16铁环上的狭缝