專利名稱：一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振成像超導(dǎo)磁體。
背景技術(shù)：
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)一般由超導(dǎo)磁體、室溫勻場(chǎng)線圈、梯度線圈、射頻線圈、低溫容器、制冷機(jī)、磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等部件組成。其中，超導(dǎo)磁體是MRI系統(tǒng)中造價(jià)最為昂貴的核心部件，其功能主要是在一個(gè)中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高度均勻的磁場(chǎng)分布，中心區(qū)域的形狀一般為球形結(jié)構(gòu)。MRI 一般還需對(duì)5高斯雜散場(chǎng)范圍進(jìn)行約束，約束方法有被動(dòng)屏蔽和主動(dòng)屏蔽技術(shù)之分，被動(dòng)屏蔽技術(shù)是指在放置MRI系統(tǒng)房間的墻壁內(nèi)，布置磁性鐵片以構(gòu)成磁通回路，使得5高斯雜散場(chǎng)的空間范圍降低到一定范圍內(nèi)；主動(dòng)屏蔽技術(shù)在超導(dǎo)磁體內(nèi)安裝通以反向電流方向的線圈來(lái)降低5高斯雜散磁場(chǎng)范圍。主動(dòng)屏蔽技術(shù)可有效降低整個(gè)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的重量和體積，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類MRI超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中。近年來(lái)，活體動(dòng)物MRI成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物和醫(yī)療等研究領(lǐng)域，該成像技術(shù)可在活體完整的微循環(huán)下研究病理機(jī)制；在基因治療后表型改變前，評(píng)價(jià)基因治療的早期效果；同時(shí)還可開展活體介入式手術(shù)治療。動(dòng)物成像MRI超導(dǎo)磁體一般需要在相對(duì)較小的球形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生峰峰值磁場(chǎng)不均勻度優(yōu)于5ppm的高均勻磁場(chǎng)分布，通常球形區(qū)域的直徑分別為80mm、150mm和200mm，以滿足不同尺寸的動(dòng)物成像的需求。1989年日本日立研究和發(fā)展中心提出一種中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為4.7T的磁共振成像超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體由七個(gè)超導(dǎo)主線圈組成，其室溫孔直徑為300_，七個(gè)超導(dǎo)主線圈共同在中心直徑為IOOmm球形區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)峰峰值不均勻度為l.0ppm，該超導(dǎo)磁體沒(méi)有主動(dòng)屏蔽線圈，因此對(duì)周圍電子產(chǎn)品產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有磁共振成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度低和雜散場(chǎng)范圍偏大等缺點(diǎn)，提出一種新的磁共振成像超導(dǎo)磁體。本發(fā)明超導(dǎo)磁體在空間產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為4.7T的高均勻度磁場(chǎng)分布，在保持傳統(tǒng)的一對(duì)超導(dǎo)軸向屏蔽線圈的基礎(chǔ)上，添加了一個(gè)超導(dǎo)徑向屏蔽線圈，使得5高斯雜散場(chǎng)分別在徑向和軸向方向限制在1.5m和2.2m橢球范圍內(nèi)。本發(fā)明所提出的用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體主要由三對(duì)超導(dǎo)主線圈、一對(duì)超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和一個(gè)超導(dǎo)徑向屏蔽線圈組成。三對(duì)超導(dǎo)主線圈、一對(duì)超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和一個(gè)超導(dǎo)徑向屏蔽線圈均布置在一個(gè)預(yù)布置線圈空間范圍內(nèi)，所述的預(yù)布置線圈具有矩形截面。三對(duì)超導(dǎo)主線圈沿著軸向方向布置在預(yù)布置線圈空間矩形截面的內(nèi)徑最小處，線圈的面積沿著軸向方向由對(duì)稱平面向兩端部方向逐漸變大。超導(dǎo)軸向屏蔽線圈布置在預(yù)布置線圈空間內(nèi)軸向位置距離中平面最遠(yuǎn)處，且超導(dǎo)軸向屏蔽線圈的徑向位置在最小內(nèi)徑至最大外徑的2/3位置處。超導(dǎo)徑向屏蔽線圈布置在預(yù)布置線圈空間的最大外徑處，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈的中平面與對(duì)稱面重合。超導(dǎo)主線圈提供中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.4757T，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈共同產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為-0.7757T，超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈共同產(chǎn)生4.7T的中心磁場(chǎng)。超導(dǎo)磁體具有水平室溫孔，室溫孔的直徑大于300mm，超導(dǎo)主線圈、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈在中心區(qū)域三個(gè)直徑分別為80mm、150mm和200mm的同心球形區(qū)域共同產(chǎn)生0.03ppm、0.40ppm和2.0Oppm高度均勻的磁場(chǎng)分布，5高斯雜散場(chǎng)分別在徑向和軸向方向限制在1.5m和2.2m橢球范圍內(nèi)。


圖1本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體在三個(gè)中心球形區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻度等高線分布圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體在空間產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)等高線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4組成。所述的超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4共同作用產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為4.7T的高度均勻的磁場(chǎng)分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向朝向?qū)ΨQ軸8的正方向。超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4均安裝在預(yù)布置線圈空間I內(nèi)，預(yù)布置線圈空間I的截面為矩形，該矩形軸向位置為-0.5m ^ z ^ 0.5m，徑向位置為0.25m彡r彡0.673m。三對(duì)超導(dǎo)主線圈2沿著軸向方向布置在預(yù)布置線圈空間I矩形截面的內(nèi)徑最小處。三對(duì)超導(dǎo)主線圈2的面積沿著軸向方向由對(duì)稱平面9向兩端部方向逐`漸變大，三對(duì)主線圈2的面積之比為1:1.5:4.5。超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3布置在預(yù)布置線圈空間I內(nèi)，位于軸向位置距離中平面9最遠(yuǎn)處，且超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3的徑向位置在最小內(nèi)徑至最大外徑的2/3位置處。超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4布置在預(yù)布置線圈空間I的最大外徑處，其中平面與對(duì)稱面9重合。若超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4中電流方向與對(duì)稱軸8符合右手定則，則將線圈中電流方向定義為正向電流；若超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4中電流方向與對(duì)稱軸8不符合右手定則，則將線圈中電流方法定義為反向電流。超導(dǎo)主線圈2為三對(duì)通以正向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3為一對(duì)反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)主線圈2和超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3均關(guān)于對(duì)稱平面9正對(duì)稱布置；超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4為一個(gè)通以反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈的中平面與對(duì)稱平面9重合。超導(dǎo)主線圈2提供中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.4757T，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4共同產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為-0.7757T，超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4共同產(chǎn)生4.7T的中心磁場(chǎng)。超導(dǎo)磁體具有水平室溫孔直徑大于300mm，水平室溫孔以對(duì)稱軸8為中心軸，超導(dǎo)主線圈2、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈3和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈4共同作用在中心區(qū)域三個(gè)直徑分別為80mm、150mm和200mm的同心球形區(qū)域5、6和7共同產(chǎn)生0.03ppm、0.40ppm和2.0Oppm高度均勻的磁場(chǎng)分布。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體在三個(gè)中心球形區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻度等高線分布圖。三個(gè)中心球形區(qū)域分別由三個(gè)同心圓直徑分別為80mm、150mm和200mm表不，超導(dǎo)磁體在三個(gè)中心球形區(qū)域分別產(chǎn)生磁場(chǎng)峰峰值不均勻度分別為0.03ppm、0.40ppm和
2.0Oppnio圖3為本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)磁體在空間產(chǎn)生的5高斯雜散場(chǎng)等高線圖，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈主要功能是約束5高斯雜散場(chǎng)的軸向范圍，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈主要功能是約束5高斯雜散場(chǎng)的徑向范圍，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈共同作用使得5高斯雜散場(chǎng)分別在徑向和軸向方向限制在1.5m和2.2m橢球范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述的超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)組成；所述的超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)均為以對(duì)稱軸(8)為中心軸的軸對(duì)稱螺線管線圈；超導(dǎo)主線圈(2)為三對(duì)通以正向電流的螺線管線圈；超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)為一對(duì)通以反向電流的螺線管線圈；超導(dǎo)主線圈(2)和超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)均關(guān)于對(duì)稱平面(9)正對(duì)稱布置；超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)為一個(gè)通以反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)的中平面與對(duì)稱平面(9)重合；超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)在三個(gè)同心球形區(qū)域(5、6、7)共同產(chǎn)生磁場(chǎng)高度均勻的空間磁場(chǎng)分布；超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)共同作用使得5高斯雜散場(chǎng)約束在一個(gè)橢球形區(qū)域內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述的超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)共同產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為4.7T的磁場(chǎng)分布,磁場(chǎng)方向朝向?qū)ΨQ軸(8)的正方向；超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)均安裝在預(yù)布置線圈空間(I)內(nèi)，預(yù)布置線圈空間(I)的截面為矩形，該矩形軸向位置為-0.5m ≤ z ≤ 0.5m，徑向位置為0.25m ≤ r ≤0.673m ;若線圈中電流方向與對(duì)稱軸(8)符合右手定則，則將線圈中電流方向定義為正向電流；若線圈中電流方向與對(duì)稱軸(8)不符合右手定則，則將線圈中電流方法定義為反向電流。超導(dǎo)主線圈(2)為三對(duì)通以正向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)為一對(duì)反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)主線圈(2)和超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)均關(guān)于對(duì)稱平面(9)正對(duì)稱布置；超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)為一個(gè)通以反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈的中平面與對(duì)稱平面(9)重合。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述的超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)均布置在預(yù)布置線圈空間(I)范圍內(nèi)，三對(duì)超導(dǎo)主線圈(2)沿著軸向方向布置在預(yù)布置線圈空間(I)最小內(nèi)徑處，沿著軸向方向由對(duì)稱平面(9)向兩端部方向，線圈的面積逐漸變大，三對(duì)主線圈的面積之比為1:1.5:4.5。超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)布置在預(yù)布置線圈空間(I)內(nèi)軸向位置距離中平面(9)最遠(yuǎn)處且徑向位置在最小內(nèi)徑至最大外徑的2/3位置處。超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)布置在預(yù)布置線圈空間(I)的最大外徑處，其中平面與對(duì)稱面(9)重合。超導(dǎo)主線圈(2)提供中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.4757T，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)共同產(chǎn)生中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為-0.7757T，超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)共同產(chǎn)生4.7T的中心磁場(chǎng)。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述的超導(dǎo)磁體水平室溫孔的直徑大于300mm，水平室溫孔以對(duì)稱軸(8)為中心軸，超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)在中心區(qū)域三個(gè)直徑分別為80mm、150mm和200mm的同心球形區(qū)域(5、6、7)共同產(chǎn)生0.03ppm、0.40ppm和2.0Oppm的磁場(chǎng)分布。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述的超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3 )約束5高斯雜散場(chǎng)的軸向范圍，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4 )約束5高斯雜散場(chǎng)的徑向范圍，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)共同作用使得5高斯雜散場(chǎng)分別在徑向和軸向方向限制在1.5m和2.2m橢球范圍內(nèi) 。
全文摘要
一種用于動(dòng)物成像的磁共振成像超導(dǎo)磁體，其超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)主線圈(2)、超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)和超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)組成，所有線圈均為以對(duì)稱軸(8)為中心軸的軸對(duì)稱螺線管線圈。超導(dǎo)主線圈(2)為三對(duì)通以正向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)為一對(duì)通以反向電流的螺線管線圈。超導(dǎo)主線圈(2)和超導(dǎo)軸向屏蔽線圈(3)均關(guān)于對(duì)稱平面(9)正對(duì)稱布置；超導(dǎo)徑向屏蔽線圈(4)為一個(gè)通以反向電流的螺線管線圈，超導(dǎo)徑向屏蔽線圈的中平面與對(duì)稱平面(9)重合。超導(dǎo)磁體在中心位置的三個(gè)直徑分別為80mm、150mm和200mm同心球形區(qū)域(5、6和7)產(chǎn)生高度均勻的磁場(chǎng)分布，5高斯雜散場(chǎng)分別在徑向和軸向方向限制在1.5m和2.2m橢球范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01F6/06GK103077798SQ20131000365
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者倪志鵬, 王秋良, 嚴(yán)陸光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所