[发明专利]一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体

说明书

一种具有多磁极结构的磁共振成像磁体，包括正向铁轭(11、12)及其内侧的第一磁极头(15、16)，侧向铁轭(13、14)及其内侧的第二磁极(17、18)。第一磁极头(15、16)包含主磁极(19)和附加磁极(20)，主磁极(19)由永磁材料构成圆盘，附加磁极(20)由永磁材料构成圆环，附加磁极(20)的高度高于主磁极(19)，并且两者之间留有空隙。侧向铁轭(13、14)位于正向铁轭(11、12)之间，它们相互连接构成磁路。第二磁极(17、18)沿着水平延伸。正向铁轭(11、12)、侧向铁轭(13、14)与第一磁极(15、16)、第二磁极(17、18)共同形成成像区的均匀磁场。

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像磁体。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体组织部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号，由天线接收。由于在这一过程中加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。

MRI设备一般可以分为四个部分：磁体系统、梯度系统、射频系统和谱仪系统。其中，磁体系统由主磁体和相应的匀场测试装置组成。主磁体是MRI设备的最重要的部件，也是MRI设备中体积重量和成本最大的部件。目前在临床磁共振成像设备中使用的磁体主要有三种：永磁磁体、常导磁体和超导磁体。其中永磁磁体的使用和维护成本低，中国是稀土资源大国，因此永磁磁共振是中国磁共振需要大力发展的一个方向。

由于磁体是磁共振成像系统的核心部件之一，一直是一个重要的研究对象。现有的MRI设备在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为一个球形，将成像部位置于这个球形区域后，通过扫描可以获取被成像部位的图像。显然，这种方式可以对成像部位选取任意方向的切层，具有大的扫描自由度。主磁体的主要性能指标包括磁场强度、磁场均匀度等，磁场强度越高，一般所使用的永磁材料就会越多，成本就越高，体积重量也增大。因此，如何使用较少的永磁材料来提高磁场强度及磁场均匀度是磁体设计的关键技术。

传统的磁共振成像永磁体在结构上一般都是通过一个铁轭连接两个磁极头，铁轭由低碳钢构成，因此具有良好的导磁特性，从而形成闭合磁路，并在成像空间产生静磁场。为了获得一个大的均匀区，需要在磁极头上附着一块有低碳钢构成的极板，形成一个磁极，通过调整磁极表面的形状，使得成像空间内的磁场变得均匀。由于要构成完整的磁路，磁力线必须穿过轭铁，轭铁的存在极大提高了永磁材料的利用率，但是轭铁也会影响成像空间的磁场分布，为了避免铁轭对成像空间的磁场产生不良影响，需要铁轭远离成像区。

为了减少永磁材料的应用，现有方案有不同的方法，比如改变永磁材料磁化方向，不再使所有的永磁材料的磁化方向都是沿着垂直方向，而是让部分永磁材料的磁化方向与垂直方向偏离一个角度，这样的磁路结构的确会有更高的效率。然而这种永磁材料磁化方向的变化会造成工程上的复杂性，而且其磁化方向的变化在圆周方向是不连续的，带来误差。该方案为了使得磁场均匀，依然采用了极板结构，导致重量依然很大。

基于halbach结构的磁体，围绕成像空间排布有一圈磁钢，每块磁钢的磁化方向均不同，在成像空间中形成均匀磁场。该结构虽然取消了上述的低碳钢的铁轭，但是由于其使用的永磁材料数量巨大，并且保持永磁魔环的连续磁路，总重量依然较重，且加工组装复杂。

总之，传统磁体结构由于重量过大，导致成像装置的体积重量大，成本高昂，使用受到限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种具有多磁极结构的永磁体。本发明重量轻、体积小，能够制作成轻量化的磁体用于实时监护成像。

本发明采用以下技术方案：