[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

本發明提供一種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。該系統由磁體部分，固定磁體的外殼部分和磁場調節部分組成。本發明提供的形成變梯度靜磁場的磁體系統所產生的變梯度磁場的梯度方向和大小在均能調整，在該環境下對樣品進行測試后對數據進行拉東變換可作為一種磁共振的成像方式。

技術領域

本發明闡述一種能夠在腔體內部產生自帶恒定靜磁場梯度的磁體系統。通過旋轉該磁體系統內環或外環磁體子系統，可調整靜磁場梯度在空間中的方向。該磁體系統可用于獲取核磁共振中對被測樣品的分子自擴散系數測量以及被測樣品的二維成像結果。

背景技術

核磁共振檢測技術是利用核磁共振原理探測氫原子的技術。通過探測被測物內氫原子的含量和賦存狀態，獲得被測物內各種成分的信息。其技術手段主要通過核磁共振探測裝置的探頭內的磁體形成靜磁場，通過射頻天線向被測物發射射頻磁場脈沖、采集共振信號，進而根據采集到的樣品不同位置的信號，通過直接測量被測物體中氫核的密度、流體分子弛豫特性、擴散特性等對貯存在被測物內的各成分進行分析。

實現核磁共振測量的必要條件是將被測樣品放置在磁場中。磁場的產生可通過永磁體實現。J.A.Jackson等提出將兩個軸向磁化的圓柱形磁體北極與北極相對放置，在其外側建立起相對均勻的圓環狀分布靜態區域，在其外側建立起相對均勻的圓環狀分布靜態區域，相應的射頻磁場由位于兩磁體中間的螺旋線圈產生，雖然該磁體結構簡單，但靈敏區域太小且磁場強度較低。隨后，Z.Taicher等使用徑向磁化的單個圓柱形磁體建立靜態磁場，而射頻磁場由纏繞在磁體上的螺旋線圈產生，但其靜態磁場分布極為不均，該傳感器的靈敏度區域很小，隨后，O.Sucre等為了進一步提高靈敏區域內靜態磁場的均勻度，將磁體結構改為六個徑向磁化的圓柱形磁體，平面矩形線圈被置于傳感器中部的磁體表面上。

由此可見，磁體結構的緊湊性設計一直是研究學者們不斷追求的目標，都是向傳感器的靜態磁場的均勻度與靈敏度之間尋找一個優化方案。

然而現有的核磁共振傳感器的設計存在螺旋線圈體積過大，而且在被測區域內無法產生靜磁場梯度。靜磁場梯度對于核磁共振測量分子自擴散系數或實現磁共振成像的空間編碼至關重要。因此，缺失靜磁場梯度的磁體系統無法對大量存在的各向異性的樣品進行測量和研究。

發明內容

針對現有技術的上述缺陷，本發明提供一種能夠形成變梯度靜磁場的磁體系統結構，具有結構緊密，形成的磁場穩定，磁場梯度的強度和方向可調節，精度高等特點。本發明所要解決的實際問題在于，首先可在磁體系統內部形成靜磁場梯度，其次此磁體系統所產生的梯度在空間方向可調整。鑒于上述兩點優勢，基于此磁體系統組建完成的核磁共振分析儀器可實現對被測樣品的自擴散系數測量分析，得到內部流體種類、含量及其各自組分等重要信息。同時，通過改變梯的空間方向，測量得到一系列被測樣品的一維成像剖面，進一步對得到的數據進行拉東變換后可實現對被測樣品的二維平面核磁共振成像。該實現方法無需額外搭建梯度成像線圈，因此可大大的降低多維核磁共振成像技術在樣品分析中的檢測成本。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種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；

進一步地，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。