專利名稱：高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備——核磁共振成像儀用的永磁磁體，特別涉及一種開放式的高均勻度無渦流平板式永磁磁體。
核磁共振成像(MRI)是80年代才出現(xiàn)的高檔醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備。與X線、CT相比，核磁共振成像儀有很多優(yōu)點(diǎn)，核磁共振成像儀對(duì)人體沒有X放射線的傷害，可獲得清晰的軟組織圖像，可以無刨傷地獲得完整的解剖學(xué)信息，尤其是可以發(fā)現(xiàn)早期腫瘤、癌變，特別是對(duì)腦血管、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病更為敏感。近期，高場(chǎng)核磁成像，能進(jìn)行磷、氮等多核信號(hào)的成像，可提供人體新陳代謝，生命過程的信息，因此，核磁共振成像儀越來越受到國際醫(yī)學(xué)界的高度重視。
現(xiàn)行的核磁共振成像儀的磁體分為超異型、電磁型和永磁型三種。其中超導(dǎo)型磁體是一種用鈮鈦合金或鈮3錫化合物超導(dǎo)材料制成的線圈，這種超導(dǎo)材料只有冷卻到-269℃時(shí)，才能維持實(shí)用的超導(dǎo)狀態(tài)。為了達(dá)到這樣的超低溫，必須把超導(dǎo)線圈放在杜瓦瓶的低溫容器中，而杜瓦瓶是靠液氮獲得超低溫的。因此，要維持超導(dǎo)型線圈的正常運(yùn)行，需要大量的液氮，從而使得運(yùn)行費(fèi)用十分昂貴。電磁性磁體實(shí)際上也是一種有阻線圈，線圈通電形成磁場(chǎng)，為了獲得高穩(wěn)定磁場(chǎng)，就需要有一個(gè)電流變化幅度不超過百萬分之幾的高穩(wěn)定度的供電設(shè)備。目前在國內(nèi)制造如此高穩(wěn)定度的供電裝置難度較大，且價(jià)格比較昂貴。永磁型磁體有兩種一種是由框架式或口字形永磁體和磁軛組成；另一種永磁體則是用永磁材料堆成六角形制成，病人只能沿磁體的軸向進(jìn)入中部空間進(jìn)行檢查，從其他方向則不能進(jìn)入，從這個(gè)意義上講，現(xiàn)行的永磁體是封閉式的。永磁型核磁共振成像儀，不需要液氮，運(yùn)行維修比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，適合我國國情，在國內(nèi)受到廣泛的歡迎，我國已從美國的Fonar公司引進(jìn)一種β3000MRI系統(tǒng)的永磁磁體，磁體成框式。這種永磁磁體十分龐大和笨重，重量達(dá)96噸，其中永磁材料(鐵氧體)為45噸(見圖)，需要安裝在一間很大的房子里，其價(jià)格很昂貴，不能適應(yīng)臨床診斷治療需要。德國Siemens公司生產(chǎn)的P-8型0.2Tesla MRI系統(tǒng)的永磁磁體體積小，在磁路設(shè)計(jì)中有獨(dú)到之處，不采用鐵磁材料做磁路，完全由永磁材料堆砌而成，這類磁體的特點(diǎn)是重量輕，成本低，然而無論是美國Fonar公司生產(chǎn)的框式永磁磁體，還是德國Sienmens公司生成的永磁磁體，其結(jié)構(gòu)都是封閉式的，只能沿軸向進(jìn)入診斷病床，也就是說只能沿一維軸向移動(dòng)，使用起來不方便，治療空間有限，磁場(chǎng)均勻度不高，磁場(chǎng)強(qiáng)度也容易漂移。
本發(fā)明的目的是提供一種開放式的大診斷治療空間，并可使病床在其內(nèi)的二維平面進(jìn)行移動(dòng)，高均勻度、高穩(wěn)定度磁場(chǎng)具有無渦流墊板的核磁共振成像儀用的永磁磁體，以便克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，從而滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷治療的需要。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下所述它由一對(duì)高精度、高光潔度，高平行度放置的上下極板2、無渦流平面墊板5、永磁體3、堵漏磁塊6、溫控裝置9、堵漏磁塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10和C型磁軛4或?qū)ΨQ型磁軛4組成。上述的兩塊高平行度放置的上下極板相對(duì)的內(nèi)側(cè)面各固結(jié)一無渦流平面墊板，此上下極板背面分別充填上下永磁體3，再通過C型磁軛或?qū)ΨQ型磁軛將所述的上、下永磁體連為一體，從而使磁體內(nèi)部空間形成可在二維平面移動(dòng)的大工作氣隙。上述的堵漏磁塊位于極板端面。上述的溫控裝置9安裝在磁體外部，它由溫度探頭91、溫度調(diào)控板92、無感加熱器93、測(cè)溫控制器94組成，其中溫度調(diào)控板安放在磁體表面上，無感加熱器放入溫度調(diào)控板的導(dǎo)線槽內(nèi)，溫度探頭位于溫度調(diào)控板表面，溫度探頭與測(cè)溫控制器的測(cè)溫端相連，測(cè)溫控制器的控溫端則與無感加熱器連接。上述的螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在堵漏磁塊的一側(cè)，用于調(diào)整堵漏磁塊的上移或下降。
本發(fā)明的磁路結(jié)構(gòu)是閉合的，在工作空間的磁場(chǎng)極性指向上方，

圖1中的1為均勻區(qū)，供成像用，通過無渦流墊板，磁通量進(jìn)入高平行度的極板，這對(duì)上下板板的加工精度要求很高，安裝水平度也很精確，以確保高的磁場(chǎng)均勻度。磁通量通過極板向上進(jìn)入上永磁體，本發(fā)明的永磁體是用高磁能積、高矯頑力、高剩磁的永磁材料制成。磁通量再向上進(jìn)入磁軛，由于磁軛具有高導(dǎo)磁率，所以磁阻很小，構(gòu)成了一個(gè)好的閉合磁路，沿著此閉合磁路，磁通量隨之再進(jìn)入下永磁體，通過下極板、下無渦流極板返回到工作磁場(chǎng)空間，如圖1、圖2所示。
由上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、開放式，具備大的治療空間，能夠使病床隨意在二維平面移動(dòng)，病人的任何被查部位都可以放置在核磁共振成像儀的中心檢查位置，能最大限度地滿足醫(yī)學(xué)診斷治療的使用要求，這是目前封閉式永磁磁體無法與之相比的。
2、本發(fā)明永磁磁體具有高均勻度磁場(chǎng)，無渦流極板，適合快速掃描成象，診斷精度高。
3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便、容易，運(yùn)行費(fèi)用低，特別適合我國國情。
4、我國是稀土大國，本發(fā)明所采用的永磁體材料NdFeB制成的永磁體具有很好的性能價(jià)格比，在國際市場(chǎng)上有較好的競(jìng)爭(zhēng)能力。
本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下圖1是本發(fā)明做成C型開放式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明做成對(duì)稱型開放式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明方形墊板面示意圖。
圖4是本發(fā)明八角形墊板面示意圖。
圖5是本發(fā)明所采用的永磁材料NdFeB的退磁曲線。
圖6是本發(fā)明采用帶有螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)的垂直式堵漏磁塊示意圖。
圖7是本發(fā)明采用帶有螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)的垂直、傾斜式混合堵漏磁塊示意圖。
圖8是本發(fā)明中磁通量示意圖。
圖9是本發(fā)明采用的溫控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是Fonar公司生產(chǎn)的β3000永磁磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是Siemens公司生產(chǎn)的P-8型永磁磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1C型結(jié)構(gòu)工作磁場(chǎng)強(qiáng)度 2000G永磁體材料 NdFeB剩磁Br 11.2KG磁感矯頑力bHe10.5KOe最大磁能積(BH)max30MGOe上下無渦流墊板面間距h580mm上下無渦流墊板寬度d 1050mm主磁塊高度hM 70mm磁體高度H1410mm磁體寬度W1210mm磁體深度D1920mm極板和無渦流墊板能做成方形(圖3所示)或八角形(圖4所示)為保持在大范圍(Φ360mm球體內(nèi)或420mm×360mm橢球內(nèi))有高的均勻度，極板面的平面度和加工精度也很重要。極板裝配的精確度十分重要，以球體為例，按照Φ360中±20PPm要求，安裝極板尺寸的偏差應(yīng)非常小，經(jīng)計(jì)算該偏差不應(yīng)超過0.023(580mm×40PPm＝0.023mm)，即偏差d＜0.025mm。極面的平面度也要滿足＜0.023mm，極面的形狀和尺寸，首先應(yīng)考慮滿足均勻度要求，而且有足夠大的診斷和治療用空間，為了安裝堵漏磁塊，正方形最適合，為了節(jié)省永磁材料也可以改為八角形極面，如果磁體結(jié)構(gòu)有特殊要求，還可以做成方形或長方形，不論是哪一種極面形狀，在總體裝配時(shí)的平行度、垂行度、偏差均應(yīng)滿足Δ＜0.02。
極板的厚度選擇，除滿足均勻度的要求外，還應(yīng)考慮磁場(chǎng)的調(diào)整范圍。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，加側(cè)向堵漏磁塊后，單位長度的調(diào)整場(chǎng)強(qiáng)E＝10GS/6mm＝1.66GS/mm。當(dāng)調(diào)整范圍為±50G時(shí)，極板厚度應(yīng)為Δ=50-(-50)E=60mm]]>無渦流墊板5是針對(duì)快速核磁共振成像儀成像的需要而提供的，它的基本原理是防止快速梯度掃描時(shí)產(chǎn)生有害的渦流。為了減少和抑制渦流的產(chǎn)生，需要一種導(dǎo)磁率高，導(dǎo)電率低的材料。本實(shí)施例無渦流墊板2上、下兩塊由0.3mm厚的新研制的柔性片材和0.3mm厚的硅鋼片復(fù)合而成。這種含高電阻率導(dǎo)磁材料做成的柔性化學(xué)片材，首先必須具有很合適的電磁物理性能，例如，磁性材料的趨膚深度與電阻率、磁導(dǎo)率、頻率的關(guān)系如下 ρ阻率，以(Ω.cm)計(jì)；f頻率，以Hz計(jì)；
M磁導(dǎo)率，為無量綱值。
在0.2Tesla磁場(chǎng)條件下，工作頻率(f)為8.515MHZ，磁導(dǎo)率M為2000時(shí)，對(duì)于0.3mm趨膚深度材料，電阻率為ρ=(d5040)2μf=(0.035040)2×2000]]>×8.51×5×106＝3.543×10-11×2000×8.515×106＝U.bU3Ωcm只要ρ＜0.063Ωcm，0.3mm的薄材料即滿足抑制渦流的要求。自然，當(dāng)電阻率很高時(shí)，薄的磁性材料膜也會(huì)產(chǎn)生抑制渦流的作用。
本實(shí)施例提供了厚度在0.32mm范圍的磁導(dǎo)率為2000，電阻率可調(diào)節(jié)的柔性片材，其配方(重量百分比)為79.5％的軟磁鐵氧體，軟磁鐵氧體采用錳鋅鐵氧體，20％PVC＋DOP，0.5％的助劑，此助劑包括軟化劑和穩(wěn)定劑。本實(shí)施例軟化劑采用硬酯酸鉛，重量比為0.3％，穩(wěn)定劑采用TS(三鹽)，為0.2％，采用D32、W32硅鋼片。
堵漏磁塊垂直式(圖6所示)或傾斜式(圖7)或垂直與傾斜混合式，通過上述兩種堵漏磁塊，可以完全堵好永磁材料層3的漏磁、極板邊緣的漏磁，并可以大大改善磁體兩極板間的邊緣場(chǎng)，使之接近中心場(chǎng)強(qiáng)值。
堵漏磁塊是安裝在極板的端面，可采用垂直式堵漏磁塊6或傾斜式堵漏磁塊8或垂直與傾斜混合式，場(chǎng)強(qiáng)調(diào)整范圍達(dá)50Gs，以2000GS磁體為例，是中心場(chǎng)強(qiáng)的2.5％。采用螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)堵漏磁塊，可以使堵漏磁塊垂直于極板端面移動(dòng)調(diào)整，也可平行于極板端面移動(dòng)調(diào)整，都能改變端部的漏磁場(chǎng)的大小。
本實(shí)施例的漏磁調(diào)整機(jī)構(gòu)為螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)，它由帶盲孔的頂塊1101、帶滾花的螺旋頂桿102和帶陰螺紋的螺母103組成，頂塊101粘固在堵漏磁塊的側(cè)面，螺母103則固定在磁體上，螺旋頂桿102上半部是光桿，套入頂塊101的盲孔中；下半部是帶陽螺紋的螺紋旋桿并旋入螺母103中，旋動(dòng)滾花表面，使螺旋頂桿102在螺母103中上升或下降，頂塊101隨之升起或下降，從而使與其固接一起的堵漏磁塊7上升或下移。
溫控裝置9中的測(cè)溫控制器91型號(hào)為E6CS或DRC-81C(生產(chǎn)廠為Omnon或Lake shere)，溫度探頭92采用Pt-100型，在強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域選用DT-500DRC型電容式溫度探頭，可以消除磁阻效應(yīng)帶來的誤差，溫度調(diào)控板93由鋁合金加工成平板狀，用高強(qiáng)度導(dǎo)熱環(huán)氧膠粘在永磁體一側(cè)，在溫度調(diào)控板93內(nèi)開有導(dǎo)線槽，槽內(nèi)放入無感加熱器94，此無感加熱器采用無感加熱絲。
在極極邊緣處增加鐵磁材料的位疊墊鐵7，這樣就可以在極板的邊緣處建立一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)高的位疊區(qū)城，阻止邊緣的漏磁量，并能改善提高均勻度，這是調(diào)整磁強(qiáng)均勻度的精調(diào)工序，是不可缺少的工序，可以在Φ300mm球內(nèi)獲得20PPm-30PPm均勻度，在Φ360mm球體內(nèi)能達(dá)到40PPm。40×30cm橢球內(nèi)能達(dá)到50PPm。
永磁體3采用鐵氧體、釹鐵硼等永磁材料制成。用上述永磁材料構(gòu)成磁路時(shí)，則磁路中的工作磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨溫度變化。如果磁路的體積過大，溫度變化過快時(shí)，在磁體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生溫度梯度。這時(shí)，不僅工作磁場(chǎng)強(qiáng)度隨溫度變化，而且磁場(chǎng)均勻度也會(huì)隨溫度梯度的變化而改變，以致降低均勻度指標(biāo)，而永磁磁體在工作時(shí)恰恰要維持工作磁場(chǎng)強(qiáng)度的穩(wěn)定和均勻。
發(fā)明人經(jīng)過長期的測(cè)試觀察，認(rèn)為對(duì)于一種固定結(jié)構(gòu)的永磁磁體，它的工作磁場(chǎng)強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律不僅與材料的剩余磁場(chǎng)溫度系數(shù)αb_r有函數(shù)關(guān)系，而且與磁體結(jié)構(gòu)V有關(guān)。即Ho(t)＝f(αbr，V)當(dāng)磁體在常溫下工作，遠(yuǎn)低于永磁材料的居里點(diǎn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)得出Ho(t)＝A＋Bt關(guān)系對(duì)于本發(fā)明的磁體結(jié)構(gòu)，其中A＝2798GB＝-3.822GS/℃Ho為工作磁場(chǎng)強(qiáng)度。
最后得到Ho(t)＝2798－3.822t首先，我們可以利用這個(gè)規(guī)律通過調(diào)整溫度控制工作磁場(chǎng)的穩(wěn)定。溫度控制調(diào)節(jié)器能保持過度穩(wěn)定，控制精度要求為±0.1℃。實(shí)施例2對(duì)稱柱型磁體。工作磁場(chǎng)強(qiáng)度Ho2000GS永磁材料 NdFeB剩磁Br11.2KG磁感矯頑力bHc 10.KOe最大磁能積(BH)max 30MGOe極面間距h 580mm極板寬度d 1050mm主磁塊高度hM70mm磁體高度H 1410mm磁體寬度W 2600mm磁體深度D 1210mm。
權(quán)利要求
1.一種高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體，由永磁體和磁軛組成，永磁體是框式或永磁材料堆砌而成，永磁體內(nèi)是只能沿一維軸向移動(dòng)的封閉式治療空間，其特征在于它由一對(duì)高精度、高光潔度、高平行度放置的上下極板、無渦流平面墊板、永磁材料層、堵漏磁塊、溫控裝置、螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)和C型磁軛或?qū)ΨQ型磁軛組成，所述的兩塊高平行度放置的上下極板相對(duì)的內(nèi)側(cè)面各固結(jié)一無渦流平面墊板，此上下極板背面分別充填上下永磁材料層，再通過C型磁軛或?qū)ΨQ型磁軛將所述的上、下永磁材料層連為一體，從而使磁體內(nèi)部空間形成可在二維平面移動(dòng)的大工作氣隙，所述的堵漏磁塊位于極板端面，所述的溫控裝置安裝在磁體外部，它由溫度探頭、溫度調(diào)控板、無感加熱器、測(cè)溫控制器組成，其中溫度調(diào)控板安放在永磁體表面上，無感加熱器放入溫度調(diào)控板的導(dǎo)線槽內(nèi)，溫度探頭位于溫度調(diào)控板表面，溫度探頭與所述的測(cè)溫控制器的測(cè)溫端相連，測(cè)溫控制器的控溫端則與無感加熱器連接，所述的螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在堵漏磁塊的一側(cè)，用于調(diào)整堵漏磁塊的上移或下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體，其特征在于所述的無渦流平面墊板采用D32、W32硅鋼墊片和柔性材料墊片組成，其中柔性材料的配方是79.5％的軟磁鐵氧體、20％PVC＋DOP、0.5％的助劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體，其特征在于所述的軟磁鐵氧體采用錳鋅鐵氧體，助劑由軟化劑和穩(wěn)定劑組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成橡儀用永磁磁體，其特征在于采用垂直式的堵漏磁塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成橡儀用永磁磁體，其特征在于采用傾斜式堵漏磁塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體，其特征在于所述的螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)由帶盲孔的頂塊、帶滾花的螺旋頂桿和帶陰螺紋的螺母組成，頂塊粘固在堵漏磁塊的側(cè)面，螺母則固定在磁體上，螺旋頂桿上半部是光桿，套入頂塊的盲孔中；下半部是帶陽螺紋的螺紋旋桿并旋入螺母中，旋動(dòng)滾花表面，使螺旋頂桿在螺母中上升或下降，頂塊隨之升起或下降，從而使與其固接一起的堵漏磁塊上升或下移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體，其特征在于所述的極板邊緣處放置有鐵磁材料的位疊墊鐵。
全文摘要
一種高均勻度無渦流平板式核磁共振成像儀用永磁磁體。包括平行放置的上下極板、無渦流墊板、永磁層、堵漏磁塊、溫控裝置、螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)和C型或?qū)ΨQ型磁軛，上下極板的內(nèi)側(cè)面各固結(jié)一無渦流平面墊板，極板背面分別填充上下永磁層，再通過磁軛將上下永磁層連為一體，磁體內(nèi)形成開放式空間，溫控裝置位于磁體表面，堵漏磁塊安裝在磁體端部，螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)可使堵漏磁塊上下移動(dòng)。其工作空隙大，具有高均勻度、穩(wěn)定磁場(chǎng)，操作方便。
文檔編號(hào)H01F7/02GK1121801SQ9411487
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1994年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月16日
發(fā)明者王魁武, 何青, 劉憲文, 智鐵, 吳光淮 申請(qǐng)人:王魁武, 天津市富辰高新技術(shù)公司