[發明專利]一種磁共振成像超導磁體系統的設計方法

有效

• 申請號: 201210147319.8
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102707250A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 倪志鵬;王秋良;嚴陸光
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01R33/38
• 分類號: G01R33/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于磁共振成像的超導磁體系統的設計方法。?

背景技術

磁共振成像（Magnetic?Resonance?Imaging,MRI）是根據生物體磁性核（氫核）在磁場中的表現特性成像的高新技術，其具有無電磁輻射、圖像對比度高以及可以任意方向斷層成像等優點，使得其躋身于醫學影像設備之首。?

1946年斯坦福大學的弗萊利克斯·布洛赫（Flelix?Bloch）和哈佛大學的愛德華·珀塞爾（Edward?Purcell）各自獨立發現了核磁共振現象。在恒定磁場中的具有自旋的原子核受射頻幅射照射，當射頻頻率等于原子核在恒定磁場中的進動頻率時產生的共振吸收現象。美國人雷蒙·達曼迪安（Raymond?Damadian）于1972年3月17日提出了專利申請，并在1974年2月5日獲得了美國第3789832號專利，將核磁共振用于醫學臨床檢測，發明了磁共振成像技術。它利用核磁共振激發所選擇的人體組織原子核處于高能狀態，當高頻電磁場去除后，其返回平衡狀態時就會產生射頻脈沖信號，用探測器檢測這些信號，并將其輸入計算機，經過處理轉換，在屏幕上顯示重建圖像。他的巨大貢獻為今天磁共振成像的迅速發展奠定了基礎。?

MRI系統核心部件主要由磁體系統、譜儀系統、計算機系統以及圖像顯示系統組成，其中磁體系統是磁共振成像系統最重要、造價最高的部件。磁體系統的作用是在一個成像區域（通常是球形）產生一個高場強、高均勻度以及高穩定性的空間磁場分布，使得處于磁場中人體內部的氫原子核被磁化，再通過射頻線圈產生射頻信號，使得氫原子發生共振吸引，再停止射頻激發，使得氫原子所被吸收的能量釋放出來以被信號接收器件捕捉，最后通過圖像處理后顯示的成像過程，所成圖像分辨率和磁場強度成正比關系。?

MRI技術經過30多年發展，超導磁體系統的設計技術有了較大的發展，由早期的“被動屏蔽、磁場低、均勻度差和磁體系統長度過長”發展到現今的“主動屏蔽、磁場高、均勻度高且磁體系統長度較短”，這得益于超導技術和低溫技術的迅猛發展。MRI超導磁體系統設計的發展趨勢朝著短腔、高磁場、自屏蔽的方向發展。?

MRI磁體設計人員一直追求通過長度較短的磁體系統在一個較大的球形成像區域(Diameter?of?Spherical?Volume,DSV)產生高場強和高均勻度的磁場分布。峰峰值磁場均勻度(peak-to-peak?homogeneity，Hpp)一般表征為高均勻度磁體系統的性能，定義為DSV內最高和?最低磁場值的差值與平均值的比值，即：Hpp=(B_max-B_min)/mean(B)×10⁶，單位為ppm(parts?per?million,ppm)。對于磁共振成像系統來說，一般DSV要求在直徑為40~50cm的成像球形區域產生磁場峰峰值不均勻度優于10ppm的高均勻度磁場分布。早期的MRI系統，其磁體系統達兩米多長，病人在做磁共振檢測普遍表現出緊張和擔心，臨床上把這種現象稱之為幽閉癥。為了降低幽閉癥這種現象，MRI磁體系統設計一直朝著如何使得磁體系統長度降低且不降低成像區域大小和磁場均勻度的方向發展，如：1989年一臺1.5T?MRI系統，長度高達2.4m，重量為13t；而2009年，同樣是1.5T系統，長度銳減至1.37m，重量為3.2t。然而磁體系統過短，會帶來其他一些問題，如均勻度難實現、電磁應力較大以及由線圈結構緊湊所帶來的建造困難等問題，因此MRI磁體系統設計是對多個參數均衡考慮的過程。?

MRI超導磁體系統的設計參數主要包括：①欲布置線圈的空間尺寸；②成像區域大小、形狀、中心磁場強度和磁場峰峰值不均勻度；③屏蔽技術和5高斯雜散場范圍；④線圈中最高磁場強度和電流安全裕度。這些參數成為決定MRI超導磁體性能優劣的主要指標。?

①欲布置線圈的空間尺寸：一般為具有矩形截面的空間螺線管形空間，空間尺寸主要由內徑r_min、外徑r_max以及長度L限制。空間內徑決定了磁體系統的最小內徑，決定了最終磁體系統的室溫孔徑大小和和病人診斷過程中的舒適程度；外徑相應地決定了磁體系統的外徑，磁體系統外徑的大小決定了整個系統造價和占地空間；而空間長度則決定了磁體系統的最終長度，是降低幽閉癥現象的決定因素。?