[發明專利]一種能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構及測量方法

有效

• 申請號: 201710254930.3
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107064838B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 劉化冰;汪正垛;孫哲;陳偉梁;宗芳榮
• 申請（專利權）人: 北京青檬艾柯科技有限公司
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34
• 代理公司: 蘇州科洲知識產權代理事務所(普通合伙) 32435
• 代理人: 周亮

1.一種能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構的測量方法，其特征在于，所述測量方法基于一種能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構；

所述能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構適用于核磁共振檢測裝置系統，無需額外搭建梯度成像線圈；

所述能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構由磁體部分，固定磁體的外殼部分和磁場調節部分組成，其中磁體部分由兩層環形的磁體陣列組成，分別為內環磁體陣列和外環磁體陣列；所述內環磁體陣列和外環磁體陣列均由沿著柱體軸向方向的n層磁環排列組成，所述n層磁環由2^N個磁棒構成，n和N為大于2的自然數，陣列組成存在2^N-1對耦合級磁棒，每一對耦合級磁棒按照沿柱體軸對稱方式排布，每一層磁環的陣列組成均可相同或不同：所述內環磁體陣列的耦合級磁棒的磁化方向相同，所述外環磁體陣列的耦合級磁棒的磁化方向相反；

每一層磁環的陣列組成沿著圓周方向排列，每層磁環中磁棒的厚度和層與層之間的距離，以及每一層磁環的陣列組成的圓周的直徑均由迭代算法優化設計得出，所述內環磁體陣列的磁棒的圓周排列方式形成的腔內產生第一靜磁場，所述第一靜磁場具有特定磁場強度，所述第一靜磁場方向與鄰近的磁棒磁化方向相同；

所述外環磁體陣列的磁棒的圓周排列方式形成的腔內產生第二靜磁場，所述第二靜磁場具有恒定梯度，所述第一靜磁場和所述第二靜磁場形成變梯度靜磁場的所述磁體系統結構，所述變梯度靜磁場通過改變內環磁體陣列與所述外環磁體陣列的相對角度而改變靜磁場梯度的空間取向；所述內環磁體陣列與所述外環磁體陣列由各自的內側金屬骨架和外側金屬骨架安裝固定；

固定磁體的外殼部分由所述金屬骨架和溫控部分組成，所述溫控部分安裝于所述內側金屬骨架和外側金屬骨架之間，用于保證所述內環磁體陣列與所述外環磁體陣列的相對溫度不變，由高精度溫度傳感器和溫度調節系統組成，能夠有效防止磁體的溫度漂移導致的磁場變化；

調節靜磁場梯度的空間取向通過旋轉每環磁體陣列的外殼實現自由轉動，所述外殼下部有固定孔，用于連接磁場調節部分；

所述磁場調節部分由底盤和無磁電機組成，底盤為兩層環狀結構，分別對應內環磁體陣列與所述外環磁體陣列的外殼部分，無磁電機帶動底盤轉動，所述磁場調節部分由控制器操作，控制器根據指令動作控制無磁電機旋轉，從而能夠使所述磁體部分之間相互轉動；

所述測量方法包括：取N＝4，n＝4,初始化系統和恒溫溫度，調整無磁電機至初始位置，此時標記靜磁場梯度G的空間取向φ＝0，將被測樣品放置于所述磁體系統結構的測試腔內，在梯度方向下進行一維投影，首先對被測樣品施加90°射頻脈沖，將磁化矢量M₀扳轉至垂直于靜磁場方向的橫向平面上，M₀由靜磁場強度B₀、溫度參數決定；由于分子的擴散及靜磁場的空間非均勻性原因，磁化矢量M₀發生散相；經歷時間τ之后，施加180°脈沖；散相后的磁化矢量會在同等時間τ之后實現重聚，形成一個回波信號，然后進行以下步驟：(1)在梯度磁場下通過改變梯度幅值或梯度持續時間，記錄回波幅值的變化，得到流體分子的自擴散系數；(2)通過施加成對的頻率編碼或相位編碼梯度，解析被測樣品的空間自旋密度信息，實現核磁共振成像；

實現對在靜磁場中形成的所述磁化矢量M₀的扳轉操作由射頻磁場B₁完成，扳轉角度為：θ＝γB₁t_p，其中B₁為射頻磁場強度，t_p為射頻脈沖的持續時間，γ為質子的旋磁比；通過控制射頻脈沖的幅值或持續時間達到改變扳轉角的目的；

步驟(1)中由于存在靜磁場非均勻性及分子的擴散時，對橫向磁化矢量造成的額外衰減，考慮分子的擴散造成的磁化矢量衰減，磁化矢量衰減是一個與時間相關的函數，因此在考慮分子擴散的影響后，磁化矢量衰減滿足以下公式：其中為靜磁場B₀的梯度，γ/2π＝42.58MHz/T，δ為半回波間隔。

2.根據權利要求1所述的一種能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構的測量方法，其特征在于，步驟(2)中通過一種無損的方式快速反映被測樣品內部流體的空間分布情況，由于梯度的存在，首先獲得被測樣品某一方向上的一維投影剖面，一維投影剖面p函數是通過對得到的自旋回波信號進行傅立葉變換得到的其中，為靜磁場B₀的梯度，n為采集自旋回波信號中的點數，t_d為采集回波中點與點的時間間隔，為每個時間點t_d下的磁化矢量大小，即核磁共振信號幅度值，Z代表成像位置軸，因此，通過對得到的單個回波整體信號進行傅立葉變換，即可得到一維核磁共振的成像剖面p函數，通過所述磁場調節部分，改變梯度靜磁場與均勻靜磁場之間的夾角φ，得到一系列的投影剖面p函數，通過反拉東變換，既可以重構得到被測樣品的二維平面圖像

I(x，y)＝∫p(xcosφ+ysinφ，φ)dφ

其中，I(x，y)為二維圖像結果，φ為靜磁場梯度G與靜磁場磁感應強度B₀方向的夾角，p函數為在φ夾角下的一維磁共振成像剖面。