用于磁共振成像的磁體裝置及其測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于磁共振成像的磁體裝置及其測量裝置，所述磁體裝置包括在Z軸方向上彼此面對的上軛鐵和下軛鐵，所述上軛鐵和所述下軛鐵上分別順序設(shè)有永磁材料、極板和勻場環(huán)，勻場環(huán)被設(shè)置成環(huán)繞極板，從而在兩個極板之間形成有磁場。永磁材料、極板和勻場環(huán)中的每一個被設(shè)置成具有非圓形對稱形狀，從而在兩個極板之間形成具有對稱形狀的磁場均勻區(qū)，其中Z軸方向?yàn)榇怪庇跇O板的方向。本發(fā)明還同時提供了測量裝置,用于測量根據(jù)所述的磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。使用本發(fā)明，降低了磁體裝置的成本、體積及重量，并且還為磁共振的應(yīng)用從分部位診斷拓展到人體全身體檢提供了基礎(chǔ)。
【專利說明】用于磁共振成像的磁體裝置及其測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種用于磁共振成像的磁體裝置和用于測量 該磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁共振成像（MRI)設(shè)備是上世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，幾乎能用于人體各個部位的 掃描，對人體沒有電離輻射損傷，軟組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，可用于全身各部位疾病診斷。
[0003] 磁體是MRI設(shè)備中的一個核心部件，用于產(chǎn)生磁共振成像所必需的主磁場。目前 在臨床磁共振成像設(shè)備中使用的磁體有三種：永磁磁體、常導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁體。其中永磁磁 體運(yùn)營及維護(hù)成本低，制造成本也相對較低，而且中國擁有豐富的稀土永磁磁性材料，中國 在永磁磁共振上具有資源優(yōu)勢，永磁磁共振是中國磁共振的一個主要發(fā)展方向。
[0004] 永磁磁體主要由軛鐵、磁性材料、極板、勻場環(huán)等幾個主要部分組成。永磁磁體的 一個非常關(guān)鍵的指標(biāo)是磁場均勻度。磁共振成像的原理決定了要求成像區(qū)的磁場均勻度非 常高，通常要求成像區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的不均勻性小于幾十甚至幾個ppm，ppm表示百萬分 之一?，F(xiàn)有的永磁磁體有雙柱型磁體、C型磁體等，如圖1所示。該磁體的磁性材料2、極板 3和勻場環(huán)4都為圓對稱形狀，相應(yīng)地在兩個極板3之間形成一個圓對稱形狀的磁場均勻 區(qū)，這個均勻區(qū)是兩個軸相等的退化的橢球形狀（X = Y，Z〈X)，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是簡單、方 便。
[0005] 永磁磁共振成像系統(tǒng)在掃描時系統(tǒng)與人體的相對關(guān)系如圖2所示，其中Υ軸方向 為磁體的掃描方向，X軸方向平行于極板且垂直于Υ軸方向，Ζ軸方向?yàn)榇怪庇跇O板的方向。 但由于人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（類似于長圓柱形），特別是在使用體線圈進(jìn)行體部和椎體成像時，對 Υ軸方向成像范圍的需求要比X軸方向和Ζ軸方向大一些，因此，現(xiàn)有磁體裝置中磁性材料、 勻場環(huán)直徑都設(shè)計(jì)成為滿足Υ軸方向的需求，這樣在X軸方向就有一部分空間是浪費(fèi)的，從 而浪費(fèi)了磁體材料，并進(jìn)而增加了成本。
[0006] 對于成像設(shè)備來說，磁場性均勻度要求高，因此大部分醫(yī)療設(shè)備都是采用圓形磁 體裝置。如果形狀改變，則難以獲得高均勻度的磁場。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有的缺陷，本發(fā)明提出一種用于磁共振成像的磁體裝置和用于測量該 磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量裝置。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種用于磁共振成像的磁體裝置，包括在Ζ軸方 向上彼此面對的上軛鐵和下軛鐵，所述上軛鐵和所述下軛鐵上分別順序設(shè)有永磁材料、極 板和勻場環(huán)，勻場環(huán)被設(shè)置成環(huán)繞極板，從而在兩個極板之間形成有磁場，其中：永磁材料、 極板和勻場環(huán)中的每一個被設(shè)置成具有非圓對稱形狀，從而在兩個極板之間形成具有對稱 形狀的磁場均勻區(qū)；以及Ζ軸方向?yàn)榇怪庇跇O板的方向。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種測量裝置，所述測量裝置用于測量上述磁體 裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所述測量裝置包括：探頭固定板，所述探頭固定板垂直地設(shè)置在兩個極 板之間，并且可相對于極板旋轉(zhuǎn)，探頭固定板設(shè)有用于固定探頭的多個固定孔；極板連接 件，所述極板連接件設(shè)置在極板上并具有卡槽；和旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接到探頭固 定板，所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在卡槽中且能夠在卡槽中移動。
[0010] 本發(fā)明根據(jù)人體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將磁體材料、極板及勻場環(huán)設(shè)計(jì)成非圓對稱形狀，并 且磁場均勻，既能滿足了磁共振掃描時的要求，又降低了磁體裝置的成本、體積及重量，同 時，還為磁共振的應(yīng)用從分部位診斷拓展到人體全身體檢提供了基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 本發(fā)明的上述及其他方面和特征將從以下結(jié)合附圖對實(shí)施例的說明清楚呈現(xiàn)，其 中：
[0012] 圖1是傳統(tǒng)永磁磁體裝置示意圖；
[0013] 圖2是永磁MRI成像示意圖；
[0014] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁體裝置的側(cè)視圖；
[0015] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁體裝置的立體示意圖；
[0016] 圖5為磁體裝置的磁場均勻區(qū)的示意圖；
[0017] 圖6(a)_(c)是本發(fā)明的磁體裝置均勻磁場區(qū)的正視圖、左視圖和俯視圖；
[0018] 圖7是磁性材料排列俯視圖，中間磁性材料取向沿Z軸，周圍帶陰影部分為周邊磁 性材料且取向與Z軸成20°夾角；
[0019] 圖8是中間磁性材料和周邊磁性材料的軟件分析結(jié)果示意圖；
[0020] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于測量磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量裝置的立體示意圖； 以及
[0021] 圖10是顯示本發(fā)明的測量裝置的極板連接件和旋轉(zhuǎn)軸的立體示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的磁體裝置和測量該磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng) 度的測量裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁體裝置的側(cè)視圖。根據(jù)本發(fā)明的磁體裝置用于磁共 振成像，該磁體裝置包括在Z軸方向上彼此面對的上軛鐵5和下軛鐵，所述上軛鐵和所述下 軛鐵上分別順序設(shè)有永磁材料6、極板7和勻場環(huán)8,所述勻場環(huán)8被設(shè)置成環(huán)繞極板7,從 而在兩個極板之間形成有磁場。永磁材料6、極板7和勻場環(huán)8中的每一個被設(shè)置成具有非 圓形對稱形狀，從而在兩個極板之間形成具有對稱形狀的磁場均勻區(qū)9。在此，所述Z軸方 向?yàn)榇怪庇跇O板的方向，參見圖2。由于磁體裝置具有上下對稱結(jié)構(gòu)，因此，在此僅在圖中標(biāo) 示出上部的組成部件，而下部組成部件將不再以附圖標(biāo)記標(biāo)示。
[0024] 由于人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（類似于橢圓柱形，如圖2所示），特別是在使用體線圈進(jìn)行體 部和椎體成像時，對Y軸方向成像范圍的需求要比X軸方向、Z軸方向大一些，現(xiàn)有磁體把 磁性材料、勻場環(huán)直徑設(shè)計(jì)成能滿足Y軸方向的需求，這樣在X軸方向就有一部分空間是浪 費(fèi)的，磁體成本也相應(yīng)增加。
[0025] 為此，本發(fā)明的磁體裝置中，非圓對稱形狀的尺寸被設(shè)置成Y軸方向上的尺 寸大于X軸方向上的尺寸，X軸方向上的尺寸大于兩個極板在Z軸方向上的距離，如圖 6(a)-6(c)所示。如前所述，參見圖2, Y軸方向?yàn)榇朋w裝置的掃描方向，X軸方向平行于極 板且垂直于Y軸方向。本發(fā)明的磁體裝置通過具有該非圓對稱形狀既能滿足磁共振掃描時 對X軸方向和Y軸方向上的不同尺寸的要求，又能減少不必要的浪費(fèi)，從而降低磁體的成 本、體積和重量。這更符合人體檢查需求，為磁共振的應(yīng)用從分部位診斷拓展到人體全身體 檢提供了基礎(chǔ)。
[0026] 根據(jù)一個示例，例如，X軸方向上的尺寸、Y軸方向上的尺寸和兩個極板在Z軸上的 距離具有1:1. 1: 〇. 8的比率。該比率僅為例示性說明，而本發(fā)明的磁體裝置不限于該尺寸。
[0027] 進(jìn)一步地，磁共振成像的原理決定了要求成像區(qū)的磁場均勻度非常高，通常要求 成像區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的不均勻性小于幾十甚至幾個ppm，為了確保磁性裝置在邊緣也能 和中心的磁場強(qiáng)度相等，永磁材料6包括中間磁性材料61和周邊磁性材料62 (參加圖3)。 中間磁性材料61的充磁方向平行于Z軸方向，周邊磁性材料62的充磁方向與Z軸方向成 角度。
[0028] 優(yōu)選地，周邊磁性材料62的充磁方向與Z軸方向形成20°角度。該角度僅為例示 性的，而周邊磁性材料與Z軸方向所形成的角度不限于此。另外，根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例，中 間磁性材料61與周邊磁性材料62的重量比或體積比為1:0. 65。
[0029] 為了獲得根據(jù)本發(fā)明的磁體裝置的磁場均勻區(qū)，在設(shè)計(jì)時，首先依據(jù)成像需求確 定磁場均勻區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0以及范圍。接著，設(shè)定永磁磁體的中間磁性材料的長短 軸、充磁方向以及周邊磁性材料的厚度和充磁方向。磁性材料可以根據(jù)需要選取，然后制作 成三維模型并把該三維模型輸入到電磁場分析軟件中，比如Ansoft Maxwell或者Ansys、 Amperes等，對成像區(qū)域外表面與XZ、YZ平面形成交線的Z向磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析。成像 范圍內(nèi)所有點(diǎn)的Z方向磁感應(yīng)強(qiáng)度必須在B0X(1±0. 5%)之內(nèi)，圖8所示為軟件分析結(jié)果 示意圖。
[0030] 磁性材料用量增加或磁性材料的牌號提高可以提高場強(qiáng)，調(diào)節(jié)周邊磁性材料的厚 度及充磁方向可以對磁場均勻度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這兩個方面也會相互影響。通過多次對比計(jì)算 可得到一個磁場強(qiáng)度以及磁場均勻性均符合預(yù)定條件的永磁磁體。
[0031] 下面具體舉例說明，一種磁場強(qiáng)度為0. 3T磁體裝置，如圖3和圖7所示，其外形 尺寸為長1664mm，寬1530mm，高1260mm，兩軛鐵間距為773_，勻場環(huán)間距410_，磁性材 料厚度90mm，磁性材料橢圓形長軸長為1404mm，短軸長為1276m。磁性材料牌號選取N47， Br>14. OKGs，Hej>12. 5K0e，中間磁體長軸為1074mm，短軸為946mm，磁場方向沿Z方向，外部 磁體厚度為135mm，磁場方向與Z軸成20度夾角，中間磁性材料與周邊磁性材料比（重量或 體積比）為1 :〇· 65。
[0032] 該磁體裝置的磁場均勻區(qū)范圍為420*500*380mm (X*Y*Z)。相比普通型磁體 500*500*380mm(X*Y*Z)的均勻區(qū)范圍，在X軸方向雖然變小，但完全能滿足人體掃描的需 求，磁性材料節(jié)省315kg，重量減輕8. 6t，X軸方向的尺寸減小128mm，成本減少48萬，如下 表所示。 ^ 普通型0. 3T磁體 窄長型0. 3Τ磁體 干1 磁場（Τ) 0. 3 ()· 3 ，場區(qū)大?。é鼎枝处?〇3500 X Φ500 X Φ380 Φ500 χ Φ420 χ Φ380
[0033] Ζ) ^^材料用量(kgl^ 2160 ^ 1 845 - ^^重量（t) 16. 5 一 7.9 " 或1(萬元） 1 90 I 42
[0034] 傳統(tǒng)的磁體成像區(qū)是一個圓對稱區(qū)域，對其進(jìn)行場的均勻度測量可以利用圓對稱 性來設(shè)計(jì)測量工具，而本發(fā)明的磁體成像區(qū)是一個非圓對稱形狀，對其進(jìn)行場均勻度測量 就會復(fù)雜一些。為更有效地對磁體性能進(jìn)行測量，本發(fā)明提出了一種測量裝置，用來測量非 圓對稱磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0035] 如圖9和圖10所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，本發(fā)明的測量裝置包括探頭固定 板10、極板連接件11和旋轉(zhuǎn)軸12。探頭固定板10垂直地設(shè)置在兩個極板7之間，并且可 相對于極板7旋轉(zhuǎn)。探頭固定板10設(shè)有用于固定探頭的多個固定孔13,所述多個固定孔位 于探頭固定板上的不同位置處，以便可移動探頭來測試Z軸方向上的不同位置的磁感應(yīng)強(qiáng) 度。極板連接件11設(shè)置在極板上并具有卡槽14。旋轉(zhuǎn)軸12的一端連接到探頭固定板10， 而旋轉(zhuǎn)軸的另一端可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在卡槽14中且可在卡槽14中移動。例如，參見圖10,在卡 槽14中具有兩個旋轉(zhuǎn)中心h和0 2，旋轉(zhuǎn)軸12可從一個旋轉(zhuǎn)中心移動到另一個旋轉(zhuǎn)中心。
[0036] 為了使測試位置準(zhǔn)確，極板7設(shè)有多個定位孔15。本發(fā)明的測量裝置還包括固定 板定位件16,所述固定板定位件包括連接在定位孔15中的固定板連接件和設(shè)置在固定板 定位件的側(cè)面的彈性環(huán)（未示出）。根據(jù)一個實(shí)施例，固定板連接件可以為定位銷17 (如圖 9所示）。利用定位銷進(jìn)入極板上的定位孔起到定位作用。當(dāng)轉(zhuǎn)動探頭固定板時推動定位 銷向上移動，定位銷移出定位孔。當(dāng)固定板移動到下一定位孔時，由于固定板定位件側(cè)面彈 性環(huán)的作用，定位銷進(jìn)入下一定位孔，起到探頭固定板旋轉(zhuǎn)角度精準(zhǔn)定位的作用。然而，固 定板連接件不限于此，而可以為能夠設(shè)置在定位孔中以用于固定的任何緊固件。
[0037] 盡管對本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在 不背離本發(fā)明的精神和原理的情況下可以進(jìn)行改變，其范圍在權(quán)利要求書以及其等同物中 進(jìn)行了限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于磁共振成像的磁體裝置，包括在Z軸方向上彼此面對的上軛鐵和下軛鐵， 所述上軛鐵和所述下軛鐵上分別順序設(shè)有永磁材料、極板和勻場環(huán)，所述勻場環(huán)被設(shè)置成 環(huán)繞所述極板，從而在兩個所述極板之間形成有磁場，其中： 所述永磁材料、所述極板和所述勻場環(huán)中的每一個被設(shè)置成具有非圓形對稱形狀，從 而在兩個所述極板之間形成具有對稱形狀的磁場均勻區(qū)；以及 所述Z軸方向?yàn)榇怪庇谒鰳O板的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體裝置，其中： 所述非圓形對稱形狀的尺寸被設(shè)置成使得Y軸方向上的尺寸大于X軸方向上的尺寸， 所述X軸方向上的尺寸大于兩個所述極板之間在所述Z軸方向上的距離；以及 所述Y軸方向?yàn)樗龃朋w裝置的掃描方向，所述X軸方向平行于所述極板且垂直于所 述Y軸方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁體裝置，其中，所述X軸方向上的最大尺寸、所述Y軸方向 上的最大尺寸和兩個所述極板之間的所述距離具有1:1. 1:0.8的比率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體裝置，其中，所述永磁材料包括中間磁性材料和周邊磁 性材料，所述中間磁性材料的充磁方向平行于所述Z軸方向，所述周邊磁性材料的充磁方 向與所述Z軸方向成角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁體裝置，其中，所述中間磁性材料與所述周邊磁性材料的 重量比或體積比為1:0. 65。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁體裝置，其中，所述周邊磁性材料的充磁方向與所述Z軸方 向形成20°角度。
7. -種測量裝置，所述測量裝置用于測量根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體裝置的磁感應(yīng)強(qiáng) 度，所述測量裝置包括： 探頭固定板，所述探頭固定板垂直地設(shè)置在兩個所述極板之間，并且能夠相對于所述 極板旋轉(zhuǎn)，所述探頭固定板設(shè)有用于固定探頭的多個固定孔； 極板連接件，所述極板連接件設(shè)置在所述極板上并具有卡槽；和 旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接到所述探頭固定板，所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端能夠旋轉(zhuǎn)地 設(shè)置在所述卡槽中且能夠在所述卡槽中移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其中： 所述極板設(shè)有多個定位孔；以及 所述測量裝置還包括固定板定位件，所述固定板定位件包括連接在所述定位孔中的固 定板連接件和設(shè)置在所述固定板定位件的側(cè)面的彈性環(huán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量裝置，其中，所述固定板連接件包括定位銷。
【文檔編號】G01R33/12GK104051122SQ201410260196
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】劉景順, 王振, 孟洪衛(wèi), 王劍, 楊杰, 蔣寧 申請人:包頭市稀寶博為醫(yī)療系統(tǒng)有限公司