專利名稱：均勻磁場(chǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的裝置，特別是應(yīng)用于醫(yī)療磁共振成像系統(tǒng)的均勻磁場(chǎng)裝置。
磁共振成像技術(shù)是近年來(lái)興起的高技術(shù)醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)，它以其對(duì)人體無(wú)害、成像部位多、圖像清晰等特點(diǎn)而深受醫(yī)務(wù)界和病人的歡迎。其技術(shù)包括磁體系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和譜儀系統(tǒng)中，其中磁體系統(tǒng)就是要求產(chǎn)生一個(gè)均勻的磁場(chǎng)，產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)有二種辦法一是采用永磁體，并成二個(gè)大磁極來(lái)實(shí)現(xiàn)，二是采用線圈通過(guò)直流電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而用直流電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的辦法又由于線圈所用的材料不同分為超導(dǎo)和常導(dǎo)，超導(dǎo)通常應(yīng)用于場(chǎng)強(qiáng)為10000高斯以上的高場(chǎng)的情況，本發(fā)明僅涉及用常導(dǎo)材料為線圈的情況，即場(chǎng)強(qiáng)為5000高斯以下，特別是場(chǎng)強(qiáng)為400高斯情況。類似的磁共振成像系統(tǒng)國(guó)外已有產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也有小量引進(jìn)，但由于該產(chǎn)品屬于高科技產(chǎn)品，僅限于理論上的報(bào)導(dǎo)，具體的設(shè)計(jì)方案則未見報(bào)導(dǎo)，通常在產(chǎn)品上也都采用了保密措施，因此無(wú)法進(jìn)行具體比較。從理論上講，磁共振成像系統(tǒng)的磁體就是要求產(chǎn)生一個(gè)均勻磁場(chǎng)，這個(gè)均勻磁場(chǎng)的均勻度越高則成像的清晰度越高，一般要求均勻磁場(chǎng)的不均勻度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的比要小于0.00001，而且這一均勻磁場(chǎng)要求有足夠的體積，一般要求在直徑300mm的圓球范圍達(dá)到上述均勻度，如果用一個(gè)線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，則該線圈要很長(zhǎng)才能實(shí)現(xiàn)，故通常都加上一些糾正線圈來(lái)加以調(diào)節(jié)，這些線圈也稱勻場(chǎng)線圈，此外，要實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)橫斷面、矢狀面和冠狀面切片成像等成像功能，還要在均勻磁場(chǎng)上加一個(gè)梯度磁場(chǎng)，使均勻磁場(chǎng)變?yōu)樘荻染鶆虼艌?chǎng)，總之，要實(shí)現(xiàn)這一目的的具體方案可以有多個(gè)，關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)一個(gè)較合理、適用的方案，既能滿足清晰成像的要求，又便于生產(chǎn)制造和使用。
本發(fā)明的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)均勻度滿足磁共振成像系統(tǒng)要求的均勻磁場(chǎng)，并且由常導(dǎo)線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)考慮常導(dǎo)線圈的冷卻、系統(tǒng)的調(diào)整和控制的簡(jiǎn)化等問題，以適應(yīng)臨床使用，填補(bǔ)我國(guó)這一高科技產(chǎn)品的空白。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種均勻磁場(chǎng)裝置，由分別繞置于絕緣圓筒上的主線圈1、勻場(chǎng)線圈2和梯度線圈3同軸串套，并在二端加上二個(gè)端線圈4構(gòu)成，主線圈1的作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)，二個(gè)端線圈4的作用是調(diào)整主線圈兩端的磁力線，使主線圈1圓筒內(nèi)的磁力線更趨于直線，形成較均勻的磁場(chǎng)，勻場(chǎng)線圈2則是對(duì)主磁場(chǎng)進(jìn)行微調(diào)，以進(jìn)一步改善其均勻度，梯度線圈3的作用是在均勻磁場(chǎng)上再加上一個(gè)梯度磁場(chǎng)，使均勻磁場(chǎng)變?yōu)樘荻染鶆虼艌?chǎng)，本發(fā)明的特征是勻場(chǎng)線圈2由七個(gè)線圈組成，即線圈21、22、23、24、25、26和線圈27組成，如果用X、Y、Z座標(biāo)來(lái)表示磁場(chǎng)空間，則這七個(gè)線圈按順序分別產(chǎn)生Z2、Z3、XZ、YZ、XY、X2-Y2、Z4七組函數(shù)的磁場(chǎng)，這七個(gè)線圈的繞法和設(shè)置如下a.線圈21由線圈211、線圈212、線圈213和線圈214組成，線圈211與線圈212對(duì)稱于圓筒中間分別繞于圓筒的前后外邊，且電流方向相同，線圈213與線圈214分別對(duì)稱的繞于圓筒中間的前后二邊，而電流方向與線圈211相反;
b.線圈22由線圈221和222組成，線圈221和線圈222分別對(duì)稱的繞于圓筒中間的前后二邊，電流方向相反;
c.線圈23由線圈231、線圈232、線圈233和線圈234組成，線圈置于圓筒表面上呈鞍形，鞍形線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的四分之一，線圈231和線圈232對(duì)稱的置于圓筒前邊的筒面上，線圈233和線圈234對(duì)應(yīng)的置于圓筒后邊的筒面上，線圈231與線圈233的電流方向相同，線圈232和線圈234的電流方向從圓筒表面看與線圈231的電流方向相反;
d.線圈24由線圈241、線圈242、線圈243和線圈244組成，形狀和電流方向與線圈23相同，而位置相對(duì)于線圈23繞圓筒軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)90度;
e.線圈25由線圈251、線圈252、線圈253、線圈254、線圈255、線圈256、線圈257和線圈258八個(gè)線圈組成，線圈置于圓筒表面上呈鞍形，這八個(gè)鞍形線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的四分之一，線圈251、252、253、254順序的置于圓筒的前邊筒面上，線圈255、256、257、258對(duì)應(yīng)的置于圓筒后邊的筒面上，線圈251、253、256、258的電流方向相同，線圈252、254、255、257的電流方向從圓筒表面看與線圈251的電流方向相反;
f.線圈26由線圈261、線圈262、線圈263、線圈264、線圈265、線圈266、線圈267和線圈268八個(gè)線圈組成，形狀和電流方向與線圈25相同，而位置相對(duì)于線圈25繞圓筒軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)45度;
g.線圈27由線圈271、線圈272、線圈273、線圈274、線圈275和線圈276六個(gè)線圈組成，線圈271、272、273依順序繞于圓筒前邊，線圈274、275、276也依順序繞于圓筒后邊，線圈271、272、275、276的電流方向相同，線圈273和274電流方向與線圈271的電流方向相反。
如上所說(shuō)，本發(fā)明的均勻磁場(chǎng)裝置還加有一個(gè)梯度線圈3，為實(shí)現(xiàn)橫斷面，矢狀面、冠狀面的切片成像，這一梯度磁場(chǎng)也是三維，本發(fā)明用三個(gè)線圈即線圈31、32、33組成梯度線圈3，這三個(gè)線圈分別為X、Y和Z三個(gè)方向的梯度磁場(chǎng)線圈，這三個(gè)線圈的繞法和設(shè)置如下a.線圈31由四個(gè)漸開線繞法的螺線圈311、312、313和314組成，螺線圈置于圓筒的筒面上呈鞍形，鞍形螺線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的二分之一，螺線圈的螺心對(duì)稱的位于圓筒的前后端上，螺線圈布于圓筒上的線為弧線，于圓筒外的線為直線，螺線圈311和312位于圓筒的前邊，螺線圈313和314和位于圓筒的后邊，從圓筒表面看，螺線圈311和314的電流方向相同，螺線圈312和313的電流方向與螺線圈311的電流方向反;
b.線圈32由四個(gè)與線圈31相同或相似的螺線圈321、322、323和324組成，這四個(gè)螺線圈對(duì)應(yīng)于螺線圈311、312、313和314，在圓筒上的布置相同，電流方向相同，位置繞圓筒軸轉(zhuǎn)90度;
c.線圈33由對(duì)稱于圓筒中間繞于圓筒前后的線圈331和線圈332組成。
本發(fā)明的上述技術(shù)特征，僅采用了常導(dǎo)材料，而且工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造方便，選擇適當(dāng)?shù)碾娏鲄?shù)，如在磁場(chǎng)強(qiáng)度為400高斯的情況下，可以使磁場(chǎng)在直徑為30mm，長(zhǎng)度為40mm的圓柱體空間內(nèi)磁場(chǎng)不均勻度小于或等于0.04高斯，使磁共振成像系統(tǒng)的空間分辨率達(dá)到1.0mm，完全滿足臨床的應(yīng)用，并達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，而價(jià)格不及國(guó)外產(chǎn)品的二分之一。
本發(fā)明的


結(jié)合實(shí)施例一并說(shuō)明如下圖1，是本發(fā)明各線圈串套組裝的示意圖，圖中1-主線圈，2-勻場(chǎng)線圈，3-梯度線圈，4-端線圈;
圖2，是線圈21的示意圖;
圖3，是線圈22的示意圖;
圖4，是線圈23的示意圖;
圖5，是線圈24的示意圖;
圖6，是線圈25的示意圖;
圖7，是線圈26的示意圖;
圖8，是線圈27的示意圖;
圖9，是線圈31的圓筒展開示意圖;
圖10，是線圈32的圓筒展開示意圖;
圖11，是線圈33的示意圖;
圖12，是主線圈1冷卻系統(tǒng)的示意圖;
本發(fā)明的實(shí)施例如附圖所示，主線圈1、勻場(chǎng)線圈2與梯度線圈3的同軸串套，主線圈1的圓筒直徑最小并處于最內(nèi)，然后是梯度線圈3，勻場(chǎng)線圈2位于最外層，由于主線圈1通過(guò)的電流較大，如上述如果磁場(chǎng)強(qiáng)度為400高斯，則主線圈1通過(guò)的電流約100多安培，所以本實(shí)施例對(duì)線圈1設(shè)有冷卻系統(tǒng)，如圖12所示，即在主線圈1的圓筒上先繞上冷卻管12作為冷卻層，并在冷卻層上設(shè)有絕緣導(dǎo)熱膠13，再將主線圈1的導(dǎo)線繞于絕緣導(dǎo)熱膠13上，為增加主線圈1與冷卻層的接觸面，同時(shí)也為提高主線圈1繞制時(shí)的均勻度，主線圈1的導(dǎo)線采用截面為矩形銅線。端線圈4則由鋁箔繞制而成，因鋁箔表面較容易形成氧化膜，有利于線圈的絕緣。如上述，本發(fā)明的均勻磁場(chǎng)主要用于醫(yī)學(xué)磁共振成像系統(tǒng)，因此在磁場(chǎng)尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使一個(gè)成年人體能方便的置于均勻磁場(chǎng)內(nèi)，本實(shí)施例選擇主線圈1至端線圈4的中心距離為683.40至683.85mm之間，主線圈1的內(nèi)徑為788至794mm之間。在這一尺寸范圍內(nèi)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)主線圈1至端線圈4的中心距離為683.61mm，主線圈1的內(nèi)徑為791.2mm時(shí)，能獲得均勻度最好的均勻磁場(chǎng)。從理論上講，由線圈通過(guò)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，主要決定于電流流向、電流分布和電流大小，因此，組成勻場(chǎng)線圈2各函數(shù)線圈的各線圈和組成梯度線圈3的三個(gè)方向線圈的各線圈可以是獨(dú)立的，而且電流的大小也可以不同，但本實(shí)施例為了簡(jiǎn)化控制，組成勻場(chǎng)線圈2的七個(gè)線圈各由一條導(dǎo)線繞成，如圖2至圖8所示，線圈21中導(dǎo)線按上述電流方向先繞線圈213，再繞211、212和214，或者說(shuō)線圈211、212、213和214串聯(lián)聯(lián)接;線圈22中導(dǎo)線先繞線圈221，再繞線圈222;線圈23中導(dǎo)線也按上述電流方向繞制線圈231、232、233和234;線圈24的繞法與線圈23相似;線圈25中導(dǎo)線也按上述電流方向并按順序繞制線圈251、252、253、254、255、256、257和258;線圈26的繞法與線圈25相似;線圈27中導(dǎo)線按上述電流方向先繞線圈271和272，然后掉轉(zhuǎn)方向繞線圈273和274，再轉(zhuǎn)回方向繞275和276;組成梯度線圈3的線圈31、32和33也各由一條導(dǎo)線繞成，如圖9至圖11所示，線圈31中導(dǎo)線從螺線圈311的最內(nèi)圈繞起一直繞到最外圈，再按電流方向并同樣由最內(nèi)圈繞起依次繞制線圈312、313和314;線圈31中的導(dǎo)線繞法與線圈31相似，并按電流方向依次繞制線圈324、322、323和321;線圈33中的導(dǎo)線按電流方向依次繞制線圈331和332。如上述由電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)決定于電流的流向、分布和大小，現(xiàn)勻場(chǎng)線圈2的七個(gè)線圈和梯度線圈3中的三個(gè)線圈中的各線圈的繞法已確定并且串聯(lián)聯(lián)接，也即電流大小一致，所以決定磁場(chǎng)強(qiáng)度的參數(shù)就是這些線圈的匝數(shù)比，本實(shí)施例中上述各線圈的匝數(shù)比如下a.線圈211、212、213、214的匝數(shù)比為17∶17∶6∶6;
b.線圈22、23、24、25、26中的各線圈的匝數(shù)比為1∶1;如線圈221與線圈222之比為1∶1，線圈231與線圈232之比為1∶1等;
c.線圈271、272、273、274、275與276的匝數(shù)比為20∶3∶14∶14∶3∶20;
d.線圈31、32、33中的各線圈的匝數(shù)比為1∶1，如線圈311與線圈312之比為1∶1，線圈331與線圈332之比為1∶1等。
如圖1所示，主線圈1和勻場(chǎng)線圈2、梯度線圈3的同軸串套，其同軸度如何對(duì)均勻磁場(chǎng)的均勻度影響很大，因此其同軸度必須可以調(diào)較，本實(shí)施例由位于圓筒之間均勻分布于圓筒圓周上的螺釘來(lái)調(diào)節(jié)。同樣，端線圈4與主線圈1的同軸度也很重要，其同軸度由均勻分布于端線圈4圓周上的作用方向相反并交替設(shè)置的一組螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種均勻磁場(chǎng)裝置，由分別繞置于絕緣圓筒上的主線圈1、勻場(chǎng)線圈2和梯度線圈3同軸串套，并在二端加上二個(gè)端線圈4構(gòu)成，其特征在于勻場(chǎng)線圈2由線圈21、線圈22、線圈23、線圈24、線圈25、線圈26和線圈27七個(gè)線圈組成，這七個(gè)線圈的繞法和設(shè)置如下a.線圈21由線圈211、線圈212、線圈213和線圈214組成，線圈211與線圈212對(duì)稱于圓筒中間分別繞于圓筒的前后外邊，且電流方向相同，線圈213與線圈214分別對(duì)稱的繞于圓筒中間的前后二邊，而電流方向與線圈211相反；b.線圈22由線圈221和222組成，線圈221和線圈222分別對(duì)稱的繞于圓筒中間的前后二邊，電流方向相反；c.線圈23由線圈231、線圈232、線圈233和線圈234組成，線圈置于圓筒表面上呈鞍形，鞍形線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的四分之一，線圈231和線圈232對(duì)稱的置于圓筒前邊的筒面上，線圈233和線圈234對(duì)應(yīng)的置于圓筒后邊的筒面上，線圈231與線圈233的電流方向相同，線圈232和線圈234的電流方向從圓筒表面看與線圈231的電流方向相反；d.線圈24由線圈241、線圈242、線圈243和線圈244組成，形狀和電流方向與線圈23相同，而位置相對(duì)于線圈23繞圓筒軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)90度；e.線圈25由線圈251、線圈252、線圈253、線圈254、線圈255、線圈256、線圈257和線圈258八個(gè)線圈組成，線圈置于圓筒表面上呈鞍形，這八個(gè)鞍形線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的四分之一，線圈251、252、253、254順序的置于圓筒的前邊筒面上，線圈255、256、257、258對(duì)應(yīng)的置于圓筒后邊的筒面上，線圈251、253、256、258的電流方向相同，線圈252、254、255、257的電流方向從圓筒表面看與線圈251的電流方向相反；f.線圈26由線圈261、線圈262、線圈263、線圈264、線圈265、線圈266、線圈267和線圈268八個(gè)線圈組成，形狀和電流方向與線圈25相同，而位置相對(duì)于線圈25繞圓筒軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)45度；g.線圈27由線圈271、線圈272、線圈273、線圈274、線圈275和線圈276六個(gè)線圈組成，線圈271、272、273依順序繞于圓筒前邊，線圈274、275、276也依順序繞于圓筒后邊，線圈271、272、275、276的電流方向相同，線圈273和274電流方向與線圈271的電流方向相反。
2.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于梯度線圈3由線圈31、線圈32和線圈33組成，線圈的繞法和設(shè)置如下a.線圈31由四個(gè)漸開線繞法的螺線圈311、312、313和314組成，螺線圈置于圓筒的筒面上呈鞍形，鞍形螺線圈的長(zhǎng)度約為圓筒圓周的二分之一，螺線圈的螺心對(duì)稱的位于圓筒的前后端上，螺線圈布于圓筒上的線為弧線，于圓筒外的線為直線，螺線圈311和312位于圓筒的前邊，螺線圈313和314和位于圓筒的后邊，從圓筒表面看，螺線圈311和314的電流方向相同，螺線圈312和313的電流方向與螺線圈311的電流方向反;b.線圈32由四個(gè)與線圈31相同或相似的螺線圈321、322、323和324組成，這四個(gè)螺線圈對(duì)應(yīng)于螺線圈311、312、313和314，在圓筒上的布置相同，電流方向相同，位置繞圓筒軸轉(zhuǎn)90度;c.線圈33由對(duì)稱于圓筒中間繞于圓筒前后的線圈331和線圈332組成。
3.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于主線圈1的圓筒上先繞上冷卻管12作為冷卻層，并在冷卻層上設(shè)有絕緣導(dǎo)熱膠13，再將主線圈1的導(dǎo)線繞于絕緣導(dǎo)熱膠13上，主線圈1的導(dǎo)線采用截面為矩形銅線。
4.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于端線圈4由鋁箔繞制而成。
5.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于主線圈1至端線圈4的中心距離為683.40-683.85mm，主線圈1的內(nèi)徑為788-794mm。
6.一種如權(quán)利要求5所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于主線圈1至端線圈4的中心距離為683.61mm，主線圈1的內(nèi)徑為791.2mm。
7.一種如權(quán)利要求2所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于組成均場(chǎng)線圈2的七個(gè)線圈和組成梯度線圈3的三個(gè)線圈各由一條導(dǎo)線繞成，即組成勻場(chǎng)線圈2的七個(gè)線圈和組成梯度線圈3的三個(gè)線圈中的線圈分別串聯(lián)聯(lián)接。
8.一種如權(quán)利要求7所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于勻場(chǎng)線圈2和梯度線圈3中的各個(gè)線圈的匝數(shù)比如下a.線圈211、212、213、214的匝數(shù)比為17∶17∶6∶6;b.線圈22、23、24、2b、26中的各線圈的匝數(shù)比為1∶1;c.線圈271、272、273、274、275與276的匝數(shù)比為20∶3∶14∶14∶3∶20;d.線圈31、32、33中的各線圈的匝數(shù)比為1∶1;
9.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于主線圈1和勻場(chǎng)線圈2、梯度線圈3同軸串套的同軸度由圓筒之間均勻分布于圓筒圓周上的螺釘來(lái)調(diào)節(jié)。
10.一種如權(quán)利要求1所說(shuō)的均勻磁場(chǎng)裝置，其特征在于端線圈4與主線圈1的同軸調(diào)節(jié)，由均勻分布于端線圈4圓周上的作用方向相反并交替設(shè)置的一組螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種均勻磁場(chǎng)裝置，特別適用于醫(yī)學(xué)磁共振成像系統(tǒng)，其主線圈1、勻場(chǎng)線圈2和梯度線圈3同軸串套，并在二端加有二個(gè)端線圈4，其特征在于勻場(chǎng)線圈2由七個(gè)函數(shù)線圈組成，梯度線圈3由三個(gè)方向線圈組成，主線圈還設(shè)有冷卻系統(tǒng)。該均勻磁場(chǎng)裝置采用常導(dǎo)材料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為400高斯的情況下，可在直徑30mm，長(zhǎng)度40mm的圓柱體內(nèi)，使磁場(chǎng)不均勻度小于或等于0.04高斯，使磁共振成像系統(tǒng)空間分辨率達(dá)到1mm，完全滿足臨床的要求。
文檔編號(hào)G01R33/20GK1085767SQ9211234
公開日1994年4月27日 申請(qǐng)日期1992年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月22日
發(fā)明者黃志孝, 段小齊, 儲(chǔ)岳森, 洪林常, 毛恭皓, 周濤 申請(qǐng)人:廣東威達(dá)醫(yī)療器械集團(tuán)公司