一種核磁共振永磁體的製作方法

2024-04-12 00:14:05

本發明涉及一種核磁共振弛豫時間譜檢測與小尺度醫學成像適用的永磁體。

背景技術：

目前，公知的核磁共振永磁體主要採用C型設計結構，執行臨床檢查時將需要做影像觀察的病人，水平地送入所述永磁體內產生的磁場中。要保證所述磁場的空間分布非常均勻，需要採取一系列複雜的勻場措施，包括有源線圈法和無源小磁塊拼接法。

技術實現要素：

為了克服現有核磁共振永磁體磁場調勻時的困難，以及被檢對象出入磁體裝置不方便的缺點，本發明提出一種磁場均勻度較高的核磁共振永磁體。本發明是一種環形磁體，其水平主磁場不僅具有很低的縱向梯度。

本發明核磁共振永磁體由32塊長方體磁鋼粘接而成，每塊磁鋼的長寬高為30毫米×30毫米×10毫米，每塊磁鋼的剩磁和充磁方向均相同，充磁方向取任意30毫米方向。所述32塊磁鋼分成8組，即每4塊一組。每組的4塊磁鋼共面構成一個環形，為一個環形單元。4塊磁鋼分別位於所述環形的前後左右4個位置，而且前後位置的兩塊磁鋼充磁方向均向前，左右位置的兩塊磁鋼充磁方向都向後，則在環形的中心區域產生均勻分布的水平主靜磁場。所述8組磁鋼組成8個環形單元，8個環形單元沿縱向疊加，每個環形單元的中心磁場方向相同，構成本發明高磁場均勻度永磁體。

在8個所述環形單元之間留有夾縫，夾縫中嵌入不導磁鋁合金扁塊。鋁合金扁塊的長和寬均為30毫米×30毫米，厚度有3.06毫米、3.39毫米和3.75毫米三種規格。相鄰環形單元之間的夾縫以核磁共振永磁體的對稱中心向兩端逐漸變小。嵌入夾縫的鋁合金扁塊的厚度亦以核磁共振永磁體的對稱中心向兩端逐漸變小。嵌入夾縫的鋁合金扁塊可以顯著減小磁體的縱向磁場梯度。

一般地，對於兩塊相同的立方體磁鋼，假設邊長為a米，剩磁通密度為Br特斯拉，那麼當二者靠近時，最大的相互吸引力F可以表示為：

式中，μ0為真空中的磁導率。由此可以計算出，當剩磁通密度Br為1.3特斯拉、邊長a為10毫米時，最大吸引力約為60牛頓；當a為30毫米時，最大吸引力可達到600牛頓。對於本發明環形磁體單元中相鄰兩塊磁鋼之間的夾角為45°，磁鋼按1.1特斯拉強度充磁，則掰開整件磁體大約需要施加57牛頓的力。

對於磁體在周圍空間中產生的磁場均勻度定義為：

式中，表示磁場的幅度均勻度，為磁通密度的x軸分量,為磁通密度的y軸分量，為磁通密度的z軸分量,為磁通密度矢量,為中心點處的磁通密度矢量，Uni表示磁場的方向均勻度。

本發明中磁鋼的剩磁為1.1特斯拉，計算得到方向均勻度是0.000282，幅度均勻度是1400ppm，可知本發明磁體具有較高的磁場均勻度。

本發明由相同磁鋼組件構成的磁體，其產生的磁場空間均勻度較高。另外本發明磁體的磁鋼裝配過程也比較簡單。

附圖說明

圖1：本發明1個環形磁鋼單元結構的平面圖；

圖2：8個環形磁鋼單元疊加的示意圖；

圖3：本發明核磁共振永磁體的磁場均勻度：圖3a未加鋁合金扁塊的磁場分布圖，圖3b加有鋁合金扁塊的磁場分布圖；

圖中，1前位磁塊，2左位磁塊，3後位磁塊，4右位磁塊，5正向第四磁環，6正向第三磁環，7正向第二磁環，8正向第一磁環，9負向第一磁環，10負向第二磁環，11負向第三磁環，12負向第四磁環，13正向第二鋁合金夾縫，14正向第一鋁合金夾縫，15中間鋁合金夾縫，16負向第一鋁合金夾縫，17負向第二鋁合金夾縫。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

本發明由32塊長方體磁鋼和20塊不導磁鋁合金扁塊組成，每塊磁鋼的長寬高均為30毫米×30毫米×10毫米，每塊鋁合金扁塊的長寬均為30毫米×30毫米。每4塊磁鋼組成一個環形陣列，4塊磁鋼分別位於所述環形的前後左右4個位置，而且前後兩個位置的兩塊磁鋼充磁方向均向前，左右兩個位置的兩塊磁鋼充磁方向都向後，則在環形的中心區域產生均勻分布的水平主靜磁場，如圖1所示。32塊長方體磁鋼共組成8個環形單元，所述32塊磁鋼分成8組，即每4塊一組。每組的4塊磁鋼共面並構成一個環形。所述8個環形單元依次縱向疊加，相鄰的兩個環形單元之間嵌入述鋁合金扁塊，組成本發明環形磁體，如圖2所示。

如圖1所示，前後兩塊磁鋼：前位磁塊1和後位磁塊3的充磁方向均向前，左右兩塊磁鋼：左位磁塊2和右位磁塊4的充磁方向均向後，在環形單元中心區域產生均勻的磁場。

如圖2所示，8個磁環單元縱向疊加組成本發明核磁共振永磁體。疊加時每個磁環單元的磁場方向相同。如圖2所示，定義本發明永磁體的正向為以中間鋁合金夾縫15為基準、向上為正向，向下為負向。正向包括正向第一磁環8、正向第二磁環7、正向第三磁環6和正向第四磁環5，負向包括負向第一磁環9、負向第二磁環10、負向第三磁環11和負向第四磁環12。本發明核磁共振永磁體相鄰環形單元之間留有距離，從上向下依次是：0毫米、3.06毫米、3.75毫米、3.39毫米、3.75毫米、3.06毫米和0毫米，形成鋁合金夾縫，即正向第二鋁合金夾縫13為3.06毫米，正向第一鋁合金夾縫14為3.75毫米，中間鋁合金夾縫15為3.39毫米，負向第一鋁合金夾縫16為3.75毫米，負向第二鋁合金夾縫17為3.06毫米。鋁合金夾縫中填充有對應間距厚度的30毫米×30毫米的鋁合金扁塊。墊入正向第二鋁合金夾縫13的鋁合金扁塊的厚度為3.06毫米，墊入正向第一鋁合金夾縫14的鋁合金扁塊的厚度為3.75毫米，墊入中間鋁合金夾縫15的鋁合金扁塊的厚度為3.39毫米，墊入負向第一鋁合金夾縫16的鋁合金扁塊的厚度為3.75毫米，和負向第二鋁合金夾縫17的鋁合金扁塊的厚度為3.06毫米。墊入的鋁合金扁塊可以顯著減小磁體的縱向磁場梯度。

如圖2所示，所述鋁合金扁塊嵌入正向第二鋁合金夾縫13到負向第二鋁合金夾縫17中。具體地，正向第四磁環5位於正向第三磁環上面，正向第二鋁合金夾縫13位於正向第三磁環6和正向第二磁環7之間，正向第一鋁合金夾縫14位於正向第二磁環7和正向第一磁環8之間，中間鋁合金夾縫15位於正向第一磁環8和負向第一磁環9之間，負向第一鋁合金夾縫16位於負向第一磁環9和負向第二磁環10之間，以及負向鋁合金夾縫17位於負向第二磁環10和負向第三磁環11之間，負向第四磁環12在負向第三磁環11下面。

如圖3a所示，未加鋁合金扁塊的磁場分布中邊界處存在左右對稱的一些磁場畸變點，而加有鋁合金扁塊以後，上述磁場畸變點得以消除，而上下兩端處磁場不均勻區域的面積也有所減小，如圖3b所示。