无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体

本实用新型涉及一种新型医学诊断设备——磁共振成像(下文用英文字头简称MRI)永磁磁体，特别是涉及一种无堵漏磁极的C型MRI永磁磁体。

本实用新型的技术背景是：磁共振成像(MRI)是国际上八十年代出现的先进医学诊断设备。与X光、CT相比，MRI有许多优点，其主要是无X光和X光扫描成像——CT的X射线的伤害，可获得清晰的软组织图像，可以无创伤地获得完整的解剖学信息，尤其是在早期肿瘤和癌变，特别是对心脏和神经系统等疾病的诊断更为有效。因此，MRI越来越受到国际医学界和技术界的重视。

在磁共振成像(MRI)中占成本1／2的是磁体部分，磁体分为超导型，电阻或电磁常导型和永磁型三种。超导型为实现超导，必须达到超低温，因此为维持超低温补充液氦和液氮的费用就极为高昂。超导型MRI售价高，运行费用和维护费用高，不适合中国向地县级城市普及MRI的趋势。常导型磁体的本质是一个线圈通电磁场，但为了获取高稳定度磁场，就需要高稳定度的电源。而电流变化不超过百万分之几的高稳定度电源在目前国内制造有相当的难度，且价格昂贵，维护运行费用亦高。因此发展永磁型的MRI磁体比较适合中国国情，它工作可靠，价格低，无需辅属设备，运行费用低，维护方便，节约能源，是目前国内发展MRI的主流方向。

中国专利公开CN85．1．03498和CN1042795揭示了一种框式(或封闭式)MRI磁体，这是MRI永磁体的早期产品。由于被诊断的病人有禁闭感，不便于医务人员观察，因此这类设计已被淘汰。

美国专利4，777，464和4，943，774揭示了一种框式的改进型MRI磁体结构-即四柱型结构，虽然医务人员能对病人进行观察，但仍然不能摆脱由磁块与轭铁围成封闭气隙病人只能从两端进入气隙的弊端。另外，加工、安装比较复杂，因此这种设计只是技术发展的一个过渡，也渐不再被采用。

在1996年4-5月中国发明专利公开了两个相近的专利，分别是96年4月24日的CN1121251和96年5月8日公开的CN1121801二个发明专利，这两个发明专利打破了传统的框式结构设计，提出了简易的C型结构，使MRI磁体的永磁化设计大大向前迈进了一大步。

然而，上述相关技术也存在一些问题，具体地说，由于这种设计是继承了框式结构设计的模式，因此在C型轭铁内布置了如框式结构中所采用的侧磁块与角磁块，这些磁块的功能主要是阻挡主磁极的磁通向C型轭板的漏磁，因此可以一律称之为堵漏磁极，按CN1121251专利实施例给出数据测算，所用的角磁块和侧磁块的数量是相当可观的。两个专利中都提到侧磁块和角磁块均可通过丝杠结构调整。因此必定使这种C型结构较为复杂，制造调整都比较困难。加之，堵漏磁极与主磁极采用同一种永磁体。例如：NdFeB稀土永磁体，则堵漏极的温度效应将加大MRI磁体的温度效应-即随温度的变化，已调整好的MRI磁体的均匀工作磁场场将会因为堵漏磁极的磁通的变化而破坏其均匀性。

C型MRI磁体结构其上极板系统是一个悬臂梁，由于上轭板上主磁极磁块和上极板三项复合质量将达到几千公斤，因重力而产生的向下的剪切力是相当大的。当上下两主磁极磁体全部组装到位之后，这个力又增加了两个极板之间的巨大的静磁吸力，因此此种C型MRI磁体结构克服悬梁的剪切力，确保结构稳定性是绝对不可忽视的问题，但传统的技术均未对其做详细的说明。

本实用新型的目的正是针对现有技术C型MRI永磁体的不足而提供的一种容易低成本制造而又结构稳定的无堵漏磁极的C型磁共振成像用永磁体。

本实用新型所述的一种无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，它由两组钕铁硼稀土永磁主磁极磁块组与C型磁轭所组成，其特征在于：它包括一对相对平行配置的上下轭板与一个竖直支撑轭铁相连接而构成C型主结构，两侧有辅助侧轭板，上下两组钕铁硼稀土永磁主磁极磁块组，上下防涡流极板以及改变磁场分布的调整丝杠和无源调整片及磁体自恒温系统。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：所述的由电工纯铁或低碳钢铸造而成的一对相对平行配置上下轭板的内表面带有与组装钕铁硼稀土永磁主磁极磁块组的单元主磁极磁体块数相适应的能防止磁体侧向排斥移动形状为矩形的导向槽，在下轭板的外表面带有支撑磁共振成像磁体整体重量和便于滚动运输的两道凸出部，而且每道凸出部各带有1至数个圆形孔。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：所述的竖直支撑轭铁其材料与上下轭板相同，其内侧为一圆弧形。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于所述的位于C型结构两侧材料与上下轭板相同或45#结构钢板构成的2个辅助侧轭板，通过螺栓与上下轭板与竖直支撑轭铁结合成一体。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：所述的两组钕铁硼稀上永磁主磁极磁块组，各由多个单元主磁极磁体组合而成，为克服组合过程中同磁极相排斥的侧向力，每个单元主磁极磁体的下底面带有一个由导磁良好的电工纯铁或低碳钢组成的条形导向块，导向块的位置在单元主磁极磁体的底面的中心，也可以在底面的一侧，导向块尺寸与上下轭板上的矩形导向槽尺寸相匹配。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：所述的上下防涡流极板为一个复合极板，其复合结构由3部分组成：(1)基板，基板由圆形或多角形的电工纯铁板或低碳钢板所组成。(2)极板环：由非取向的电工硅钢片按分段弧形叠合而成，由4-8段弧而组成一个完整的环形或多角形极板环；硅钢片弧段上打孔，用沉头螺钉固定于极板基板之上，硅钢片表面做电工绝缘处理之后叠合；(3)防涡流层：在极板环的内部的基板表面上由高导磁率，高电阻率的FeAl合金片组成，或FeSiAl合金片所组成；合金片裁成小条片状，做电工绝缘处理之后，用环氧树脂粘接叠合，条间相互绝缘，层间错缝叠压。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：所述的改进磁场分布的调整丝杠，位于上下轭板的中心处；丝杠材料为电工纯铁或低碳钢，丝杠上有螺纹，丝杠孔分别贯穿上下轭板，调整丝杠能在丝杠孔内移进移出：丝杠数量也可以是2-5个，一主多辅，在上下轭板中心部应均匀布置。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：调整磁场均匀度的无源调整片为软磁片。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：两组钕铁硼稀土永磁主磁极磁块组组装到上下轭板与防涡流极板之间后，磁块组的前部边缘缩后于轭板边沿，使上下轭板边缘突出，形成一个所谓的帽沿形结构。

如上所述的无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体，其特征在于：磁体的自恒温系统，由精密测温探头、温度测控仪和无感加热片所组成，并在磁体四周及轭板上用发泡材料进行保温隔热处理。

本实用新型C型永磁体结构是这样的：从侧面看，它由一对相对平行配置的上下轭板1与一个竖直支撑轭铁2相连接而构成C型主结构，位于C型主结构两侧的辅助侧轭板3使C型结构更稳定。上下防涡流极板基板4通过4个极板支撑板5与上下轭板相连接。两组钕铁硼稀上永磁主磁极磁块组6由多个单元主磁极磁体15组合而成。稀土永磁主磁极磁块组6与上下轭板1和上下防涡流极板基板4内表面紧密相接触。两极板基板4表面各覆盖了用高导磁率、高电阻率的FeAl或FeSiAl合金片组成防涡流层7和极板环8，极板环8是由4-8段弧形所组成，在防涡流层7上表面有无源调整匀场软磁片9，在上下轭板1的中心区有调整丝杠孔10和辅助调整丝杠孔11、测温探头孔12。带有防涡流层的上下两极板之间的气隙中心区域是磁共振成像工作区。

本实用新型的磁路结构是闭合的，在成像工作区，上极板为N极，下极板为S极(也可以互易)，主磁极磁体为高磁能积的N35--N45钕铁硼稀土永磁体，上下主磁极磁体通过上下轭板与竖直支撑轭板使磁势串联，由于磁轭具有很高的导磁率，磁阻很小，构成一个很好的闭合磁路。因此在防涡流极板气隙空间建立一个均匀度很高的静磁场。

由上所述，与传统的技术相比本实用新型有如下的技术先进性：(1)、取消传统技术的堵漏磁极，与前述传统技术的几个专利设计相比较减少磁体用量，使磁体结构紧凑，有利于降低成本，使结构简化，便于制造。也有利于改善磁体的工作区域的均匀性与温度特性。

(2)竖直支撑轭铁内侧为弧形，而传统技术中均为平直形，因此本实用新型加大了极板边缘到竖直支撑轭铁的直线距离，减少系统内部漏磁，也符合设计美学。

(3)、在竖直支撑轭铁外侧有二组辅助侧轭板，使C型结构更稳定。

(4)、调匀场采用丝杆主调和无源微调的方式，把机械短路调整与软磁片无源微调的方式结合使本实用新型调整MRI磁体均匀度的速度快，指标好，便于实用化。

(5)、适应MRI快速成像的要求，本实用新型更加重视防涡流的设计。与传统技术相比，分段式高电阻率合金叠层极板环和高导磁率、高电阻率的FeAl或FeSiAl合金防涡流层，有效地抑制了梯度脉冲电流的涡流效应，提高了MRI的成像速度与效果。

本实用新型的实施例结合附图详细说明如下：图1是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的轴侧图；图2、3是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的正视图和俯视图；

图4是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的下轭板俯视图；图5是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的下轭板调整丝杠结构图；图6是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的单元磁块示意图；图7是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的圆形防涡流极板侧视图；图8是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的圆形防涡流极板示意图；图9是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的竖直支撑轭铁示意图；图10是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的辅助侧轭板示意图；图11是本实用新型的无堵漏磁极的MRI磁体的保温与自恒温系统示意图；以下是图1-图11所示的本实用新型的实施例1的主要技术参数及其说明。

实施例1磁共振成像区工作磁感应强度B0=0．1特斯拉-0．35特斯拉(1000Gs——3500Gs)主磁极磁体材料：N35-N45钕铁硼稀土永磁体磁体性能要求：剩        磁Br：12100-13700 Gs内禀矫顽力jllc：12000-11000 Oe磁感矫顽力bllc：11400-10500 Oe最大磁能积(BH)max：35-45MG．Oe主磁块尺寸：高    度：100-250mm横向长度：800-1500mm纵向长度：800-1500mm磁场均匀度：30ppm(φ30cm球域)其中，说明书附图中所标注数字分别表示：1．上下轭板、2．竖直支撑轭铁、3．辅助侧轭板、4．上下防涡流极板基板、5．极板支撑板、6．钕铁硼稀土永磁主磁极板磁块组、7．FeAl或FeSiAl合金防涡流层、8．叠层极板环、9．无源调整匀场软磁片、10．调整丝杠孔、10a．调整丝杠、11．辅助调整丝杠孔、12．精密测温探头孔、12a．精密测温探头、13．上下轭板矩形导向槽、14．单元主磁极磁体、15．导向块、16．无感加热片、17．发泡保温隔热层、18．玻璃钢外壳、19．极板环沉头螺钉孔、20．运输吊装工艺孔从附图1和附图3中看出：上下轭板1的内侧为精确加工的平面而且相互平行配置。竖直支撑轭铁2与上下轭板1由高强度螺栓连结构成C型主结构，与传统技术不同的是竖直支撑轭铁2内侧面为一弧形(附图9更清晰)，此种设计有利于加大防涡流极板基板4的内边缘和主磁极磁块组6的内边缘到竖直支撑轭板2的直线距离，减少系统内部漏磁。为了克服这种C型结构的不稳定性，本实用新型采用附图10所示的辅助侧轭板3，加强了C型结构的稳定性。

从附图4和附图6中看出，上下轭板1的内侧均带有一定数量矩形导向槽13，单元主磁极磁体14下部带有导向块15，矩形导向槽13的尺寸与导向块15的尺寸相匹配。其作用是：当上下主磁极的单元主磁极磁体14装入上下轭板1和上下防涡流极板基板4之间的空间时，由于同极相排斥的作用使上下主磁极磁块组很难排布紧密，因此在技术上必须解决和克服这个磁体同极侧向排斥力。本实用新型所采取的措施就是用轭板导向槽13与单元主磁极磁体的导向块15相配合克服了这个侧向排斥力，使同极单元主磁极磁体在排斥状态下组装到位成为可能。导向块的位置在单元主磁极磁体底面的中心，也可以在一侧。

从附图1和附图3可以看出：当上下两组钕铁硼稀土永磁主磁极磁块组6组装到上下轭板1和防涡流极板基板4之间之后，主磁块组6的前部边缘缩后于上下轭板1的边沿，使上下轭1边沿突出主磁块组6，从上轭板看，上轭板1象“帽沿”一样加在主磁块组6上，这同传统技术中主磁块组边沿与轭板边沿相平齐的结构有所不同，其目的在于减少在MRI成像磁体周围的泄漏磁场，特别是使MRI成像磁体的5Gs线减小。

防涡流极板是MRI磁体设计中最关键点之一。随磁共振的快速回波成像技术(FSE)的发展，梯度线圈的梯度扫描速度越来越快，因此必须防止快速梯度扫描时产生的有害的涡流(造成影像模糊不清)。参考附图7、8。本实用新型主要采取二项措施：(1)高导磁率、高电阻率的叠层极板环。MRI磁体极板上的极板环对于解决极板的边缘效应提高边缘磁场值是十分有效的。前面提到传统技术的极板环与极板都基本是完全相同的材料电工纯铁或低碳钢制成，加工比较简单，但其忽略了极板环在梯度线圈的梯度扫描时的涡流效应。本实用新型注意到这个问题，附图7、8将极板环8用非取向电工硅钢片做了电工绝缘处理后叠合，通过沉头螺钉孔19，组装到防涡流极板基板4上，因此高电阻率的叠层极板环是本实用新型的改进之一。

(2)高导磁率、高电阻率的防涡流层。在防涡流极板基板4上的组合防涡流合金，由已裁成小条片状的FeAl合金所组成，或是由或FeSiAl合金所组成，合金片已做电工绝缘，用环氧树脂粘接叠合，层间错缝叠压。而且与传统设计相比，加大防涡流层的厚度，因此有效地提高了抑制梯度扫描的涡流效果。所述的FeAl合金其成份为：Al含量为1-16％，余为铁，经过适当的热处理有最佳的导磁率和电阻率。

本实用新型与传统的技术相比，更注重调整均匀磁场方式的改进。主要采取的技术措施：(1)如图2、3所示的调整丝杠，调整丝杠可以根据需要设计成1-5个，(1主4辅)，也可以只设计一个中心调整丝杠，调整丝杠由与轭板相同的材料制成，丝杠孔贯穿上下轭板，丝杠可以从主磁极磁块组中穿过，最大可以接触防涡流极板基板4，最小可以全部旋出。从磁路设计原理可知，这是一种磁短路调节，全部旋进调节最大(减小磁场)全部旋出调节最小，上下极板各有一组丝杠，因此通过调整丝杠在轭板中旋进位置可以起到粗调的作用。主要是解决主磁极磁体组装完成后，上下极板的磁势不对称的问题效果十分明显，而前面提到的传统技术没有提及此点。(2)MRI磁体成功与否是在于匀场的调整，是MRI磁体的核心技术，一般均采用Know How的方式保护自己的技术秘密，因此在前面提及的传统技术中，对于匀场的设计均不涉及或涉及甚少，表述也比较含糊。本实用新型明确提出匀场的无源调整片由软磁片所组成，并布置在防涡流极板的防涡流FeAl合金、或FeSiAl合金层7的表面上。此点与前面传统技术提到的匀场“垫补铁片阵”相比有较大的改进。

NdFeB稀土永磁主磁极磁体6的温度系数，对MRI成像有很大的影响，因为随着温度的变化，永磁体的磁性能也要随之变化，对于要求稳定度和均匀度极高的MRI成像来说，这种磁体磁性能随温度变化所引起的MRI磁场的变化不能忽略不计。因此，磁体的温度效应必须进行改进。本实用新型采用的是把整个MRI磁体做成一个自恒温系统，具体如说明书附图11所示，其自恒温系统是由无感加热片16、精密测温探头12a和温度测控仪(图中没有给出)以及发泡保温隔热层17和玻璃钢外壳18所组成。即首先对整个MRI磁体进行隔热处理，在磁体四周及轭板用发泡材料18进行包裹，以隔阻环境温度对MRI磁体的影响，然后对MRI磁体进行自加热恒温。把加热和恒温用的无感加热片17用螺钉固定在上下轭板1上；通过精确控温。来使MRI磁体处在一个热平衡状态。