医用磁共振成像设备永磁体匀场设计及检测研究

论文摘要

背景作为当今医学影像领域最先进、最昂贵的诊断设备之一,近年来MRI的应用范围不断扩大,它在医学诊断中所起的作用也愈加重要。MRI的成像方式以及成像效果有独特之处,因此在医学诊断领域有着良好的市场和发展前景。从普及的角度来看,只有较高性能价格比的医疗设备才能真正全面地改善国内的医疗环境,对于在临床诊断中不可缺少的磁共振设备而言,大力发展成本较低的中低场的永磁型MRI系统无疑是上佳选择。磁体系统是磁共振设备中的关键组成部分,其最重要的指标就是磁场均匀性和稳定性,这将直接影响到图像质量,因此磁体系统的匀场设计是磁共振成像理论中的一个重要研究方向,具有重要的研究意义。国外研究机构在研发MRI成像设备时主要侧重于性能优越的超导磁体,但在永磁体的设计方法上投入较少,而在永磁体磁路设计、磁体结构优化方法等方面,国内的研究水平已有很大进步。为了进一步提高国内自主研发磁共振系统的技术,笔者通过在MR生产基地的实验,对永磁型磁共振设备的磁体匀场设计及其检测方法进行了研究,改进了以往通过经验来进行匀场的过程,对磁体匀场重新进行了优化设计,并提出了一种全新的检测主磁场均匀性的方法。目的1.提出一种科学的匀场流程方法,改进以往通过经验来进行匀场的过程,提高匀场效率。2.改变以往对于磁场均匀性的离散信息采集方式,提出一种全新的磁场均匀性检测方法,实现连续地从磁场平面获得其均匀度的数据。方法1.以0.35T永磁体作为设计对象,通过研究单片贴片产生的矫正磁场矩阵的数学模型,并以此为基础来规划匀场半径,渐进式叠加填补,最后用采集原始场和匀场后的均匀度结果做比较来说明匀场的有效性。2.设计运动探测器来检测磁共振主磁场均匀性,并通过计算机仿真对基于有限测量点采集的传统方法进行了比较。结果1.通过系统地贴片后,原磁场均匀度从原来的2045 ppm改进到了58 ppm,基本符合MRI成像要求。2.通过离散采点得到的均匀度结果并不稳定,随着布点数量以及位置的不同会得到多个结果。当使用的采样点越多时,这种传统的采样方式得出的结果越接近本设计的实验结果。结论1.永磁体的被动匀场贴片过程能够通过计算进行统一规划,这样将大大提高匀场效率。2.磁场的均匀性检测能够从连续平面获取数据,这一点在不均匀性不规则分布的磁场中尤为重要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 MRI国内外现状
• 1.2 两种磁体系统的比较
• 1.3 本文的意义及结构
• 第二章 磁体匀场的意义与传统方法
• 2.1 不均匀的磁场对成像的破坏作用
• 2.2 匀场的传统方法
• 2.2.1 磁场均匀性
• 2.2.2 传统方法与经验
• 第三章 永磁体的匀场设计
• 3.1 分析方法
• 3.1.1 比奥-萨伐尔定律
• 3.1.2 静磁场的高斯定律
• 3.1.3 法拉第电磁感应定律
• 3.1.4 拉普拉斯方程
• 3.1.5 磁介质
• 3.1.6 匀场的基本原理
• 3.1.7 磁场均匀度的计算
• 3.2 磁体匀场设计
• 3.2.1 磁场的数据采集
• 3.2.2 匀场半径的确定
• 3.2.2.1 位置分析
• 3.2.2.2 建立模型
• 3.2.3 贴片的定量
• 3.3 磁体匀场实验结果
• 第四章 检测方法讨论与创新
• 4.1 传统方法
• 4.1.1 图像均匀度检测法
• 4.1.2 霍尔探头法
• 4.1.3 核磁共振法
• 4.2 基于法拉第电磁感应原理的检测设计
• 4.2.1 设计主原理
• 4.2.2 结构模型
• 4.2.2.1 探测器结构设计
• 4.2.2.2 信号摄取部分
• 4.2.2.3 数据转换
• 4.2.3 实验模拟
• 4.2.3.1 实验过程与结果
• 4.2.3.2 结论
• 4.2.4 创新之处
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.1.1 匀场设计总结
• 5.1.2 检测设计总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 在读期间撰写论文
• 致谢