一种超低场磁共振成像的磁场屏蔽装置
超导磁体在核磁共振成像中的应用
超导磁体在核磁共振成像中的应用超导磁体作为现代科学中的重要设备之一，在各个领域都有广泛的应用。
其中，在核磁共振成像（MRI）技术中，超导磁体的应用尤为重要。
本文将详细介绍超导磁体在核磁共振成像中的应用，并探讨其应用的优势和未来发展趋势。
一、超导磁体概述超导磁体是一种能够在低温下通过电流实现恒定、稳定磁场的装置。
其基本结构包括超导线圈、低温制冷系统和磁屏蔽装置。
超导线圈通常采用高温超导材料，如铜氧化物（YBa2Cu3O7）或铋钴酸盐（Bi-2212），以确保在低温下电流能够无损耗地传输。
低温制冷系统则用于维持超导磁体处于超导状态。
二、核磁共振成像技术简介核磁共振成像技术是一种通过核磁共振现象获取人体或物体内部结构信息的非侵入式成像技术。
其基本原理是在强磁场作用下，核自旋在外加射频场的作用下发生共振吸收，并通过测量核自旋磁共振信号的幅度和相位来获得图像信息。
三、超导磁体在核磁共振成像中的优势1. 高稳定性：超导磁体由于其能够产生强、恒定的磁场且不受外界干扰影响，能够提供高稳定性的磁场条件，确保核磁共振成像的可靠性和准确性。
2. 强磁场效应：超导磁体能够产生强大的静态磁场，提供更好的信号强度和空间分辨率，从而提高核磁共振成像的对比度和分辨能力，使得更细微的变化得以观察和分析。
3. 高效能耗比：相比于传统的永磁体或者常规电磁体，超导磁体拥有更低的电阻，使得其在制冷系统的能耗方面更加高效，从而降低了核磁共振成像的运行成本。
4. 可调性：超导磁体磁场强度可通过调整电流大小来实现，因此可以根据具体应用的需要，在保持稳定性的前提下自由地调节磁场强度，满足不同领域的需求。
四、1. 医学领域：核磁共振成像作为一种非侵入性的成像技术，在医学影像诊断中有着广泛的应用。
超导磁体的高稳定性和强磁场效应使得核磁共振成像能够更清晰地显示人体内部的器官和组织结构，从而帮助医生做出更准确的诊断。
2. 材料科学：利用核磁共振成像技术结合超导磁体，可以对材料的结构、成分和性质进行非破坏性的研究和分析。
一种便捷式的磁共振机房射频屏蔽泄漏点检测与评估方法
一种便捷式的磁共振机房射频屏蔽泄漏点检测与评估方法摘要：磁共振成像系统在安装之前需要做机房的屏蔽，机房的电磁屏蔽目的是为了消除外界电磁信号对磁共振成像系统信号的干扰，同时也避免自身的电磁信号对外界用电设备的干扰。
因此在机房屏蔽施工完后，根据行业标准射频屏蔽效能10-100MHz大于100dB隔离度，才进行后续的安装和系统调试工作。
鉴于标准检测方案设计的屏蔽机房,使用磁共振系的射频发射系统作为信号检测源，检测接收装置手持网络分析仪及信号放大器。
在固定的序列和射频发射功率条件下检测到的射频隔离度作为本检测的参考值。
结论：对屏蔽机房容易泄露射频信号的屏蔽门、观察窗、传导板、滤波板、通风口、失超管、波导管及不连续区域的金属焊接处等间接对蔽机房的屏蔽效能量化评估，及快速的对射频泄露点查找和整改。
本检测方法降低检测成本和缩短实验周期。
[关键词] 射频泄露、电磁干扰、机房屏蔽A convenient method for detecting and evaluating leakage points ofradio frequency shielding in magnetic resonance roomAbstract: The magnetic resonance imaging system needs to be shielded in the computer room before installation. The purpose of the electromagnetic shielding in the computer room is to eliminate the interference of the external electromagnetic signal to the magnetic resonance imaging system signal, and also to avoid the interference of its own electromagnetic signal to the external electrical equipment. Therefore, after the shielding construction of the equipment room is completed, the follow-up installation and system debugging work should be carried out according to the industry standard RF shielding efficiency of 10-100MHz greater than 100dB isolation. In view of theshielded computer room designed by the standard detection scheme, the radio frequency transmission system of the magnetic resonance systemis used as the signal detection source, and the detection receiving device is a handheld network analyzer and signal amplifier. The RF isolation degree detected under the condition of fixed sequence and RF transmission power is used as the reference value for this detection. Conclusion: Quantitative evaluation of the shielding effectiveness of indirect shielded equipment rooms, such as shielded doors, observation windows, conductive plates, filter plates, vents, quench tubes, waveguides and metal welding points in discontinuous areas, which are prone to leaking RF signals in shielded equipment rooms. And quickly find and rectify the RF leakage point. The detection method reducesthe detection cost and shortens the experimental period.[Key words] RF leakage, electromagnetic interference, computerroom shielding0 引言磁共振成像系统主要由梯度功放、梯度线圈、射频系统、谱仪、电脑主控机、冷却系统等构成，射频系统由射频脉冲发射和射频信号接收线圈组成[1]。
一种高分辨率的磁共振成像梯度信号发生器
现代电子技术Modern Electronics Technique2023年7月1日第46卷第13期Jul.2023Vol.46No.130引言磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI ）是一种主流的医学影像技术[1⁃2]，在临床上主要应用于脑、脊柱、关节以及腹部器官的扫描，具有软组织对比度高、无电离辐射、可任意方位成像等优点。
其原理为利用射频脉冲[3]激发磁场中生物体内的氢原子核，使其产生共振，采用变化的X 、Y 、Z 三个方向的梯度磁场对氢原子核的共振频率进行空间编码，从而得到携带位置信息的磁共振信号，再经计算机对采集到的磁共振回波信号[4]进行二维傅里叶变换以重建图像。
磁共振成像的性能很大程度上取决于梯度磁场，其由梯度子系统产生，是叠加在静磁场上的空间三个方向的磁场分量。
梯度子系统由成像谱仪的梯度信号发生器、梯度功放和梯度线圈构成。
梯度信号发生器在谱仪序列控制器[5]的控制下生成符合成像要求的梯度波形，一种高分辨率的磁共振成像梯度信号发生器王天琪，邢藏菊，肖亮（北京化工大学信息科学与技术学院，北京100029）摘要：PCM1794是一款24位字长、串行输入、双极性电压输出的高精度数模转换芯片，拥有出色的动态性能，信噪比高达129dB 。
针对磁共振成像谱仪小型化、高集成度的发展需求，文中提出一种高分辨率的磁共振成像梯度信号发生器，采用PCM1794芯片作为数模转换器，以单片FPGA 芯片作为梯度信号计算及控制单元的核心。
该梯度信号发生器输出高精度的独立的X 、Y 、Z 三个方向的梯度波形和静磁场梯度波形（用于静磁场B 0的涡流补偿）。
其预加重计算周期为1µs ，波形更新周期最小也可达1µs 。
通过优化FPGA 程序的计算架构节省了硬件乘法器资源的消耗，降低了对FPGA 性能的要求，有利于构建高集成度的紧凑型谱仪。
通过软件仿真和实际测试结果表明，该梯度信号发生器能够产生高精度梯度波形，满足磁共振成像对于梯度发生的要求。
飞利浦1.5T磁共振(Achieva 1.5T SE)_推荐书
敬呈：医院飞利浦核磁共振产品介绍飞利浦医疗系统Philips Healthcare一：百年创新，携手中国影像做为全球最早的医疗设备生产商，飞利浦在医疗设备的研发和生产历史可以追溯到19世纪初。
在X光领域，飞利浦在1896年生产出世界上第一支X线球管，从而开启了放射成像的新纪元，这仅仅是在伦琴发现X射线之后一年时间；1981年，飞利浦在全球推出第一台数字化心脏/血管造影成像系统（DSA），这为心脏病人和血管病患者的介入治疗开创了先河，在此基础上产生了一个新的医学学科-----介入放射学；同样在CT的研发和生产领域，飞利浦于1991年在全球推出第一台多排螺旋CT，从此，这引领了螺旋CT的发展方向。
而在磁共振领域，飞利浦公司因拥有Richard Ernst----核磁共振之父（核磁共振领域诺贝尔奖的获得者）而自豪，在1980年飞利浦就研发出全球领先的磁共振成像仪，同时在1998年，飞利浦又拿出壮士断腕的勇气，在全球率先停止对于低场磁共振的研发和生产，转而将所有的精力投入到高场超导磁共振的研发和生产，这也是为什么在今天的磁共振市场上，我们可以不断的看到飞利浦高场磁共振的新产品和层出不穷的新技术。
经过21世纪初的全球整合，如今的飞利浦在医疗设备的研发和生产领域有着最广泛的产品线，涵盖了核医学产品、磁共振产品、CT产品、X光产品、超声产品………而飞利浦医疗与中国用户的合作可以追溯到20清朝末年溥仪时代，经过100多年的合作与共同发展，飞利浦一直秉承并坚持“有意义的创新”和“与用户共同发展的服务理念”，从而为医疗器械技术的发展、我们用户的发展奠定了坚实的基础，也做出了卓越的贡献。
二：先进技术，助力磁共振腾飞在众多的医学影像检查手段中，磁共振检查技术是公认的无辐射，同时也是最安全、最受认可的检查技术之一，其已有30多年的发展历史。
在这30多年的发展中，飞利浦在MRI的技术创新方面一直处于领先地位。
1988年，飞利浦率先推出紧凑型短磁体技术，降低了病人进行超导检查时的幽闭恐惧感，大大提高了病人检查的舒适度和成功率。
MRI磁共振成像设备
梯度线圈系统
评估梯度系统的可靠性四个方面
最大梯度强度 上升时间或切换率 工作周期 涡流补偿技术
梯度强度的测量单位为mT/m或G/cm 较高的梯度强度可以在不改变其它测量参数
的情况下，选择薄层或较小的视场 梯度磁场场强越高，可选择层面越薄，分辨
率越高
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梯度线圈系统
梯度磁场系统性能直接关系到成像质量
梯度线圈系统
33
梯度线圈系统
34
五、对梯度系统的要求
良好线性特性 梯度场的线性范围至少大于成像 视野
响应时间短 梯度场从零上升到所需稳定值的时 间称为梯度场的响应时间。
功率损耗小 梯度场线圈建立梯度场需要很大驱 动电流
最低程度的涡流效应 涡流指梯度场从零上升和 从稳定值下降过程中在临近梯度线圈的 金属结 构中感应的电流
主计算机可以选择或修改扫描参数， 执行图像显示、摄片、存取光盘及后 处理等功能
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生理监控
57
谢谢!
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接收带宽、功率、线圈类型
4。计算机：
字长、位数、图像重建速度以及总线结构
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磁体系统
主磁场磁体系统类型
永磁体
电磁体
常导磁体 超导磁体
磁感应强度0.04～4特斯拉 B=0H 0是真空磁导率 H是磁场强度
10
一、永磁体
1、原理(铁磁性物质组成 (Fe3O4)
磁体系统
11
磁体系统
射频系统 发射和接收 频率合成器、RF成形部分、 发射器、预放、功率放大器、 发射线圈、接收线圈及低噪 声信号放大器
43
射频系统
接收系统 接收线圈、低噪声前放、RF放大、 带通滤波器、检波器、低通滤波器、 低频放大器和A/D部分
磁共振级别
磁共振级别
磁共振（Magnetic resonance imaging, MRI）是一种医学成像技术，可以用来观察人体内部结构和功能。
它通过利用原子核的自旋磁矩，以及在磁场中的物理特性，来生成详细的影像。
磁共振成像设备的级别通常是根据磁场强度来划分的。
较常见的磁共振设备级别有以下几种：
1. 低场磁共振（Low-field MRI）：磁场强度在0.1 - 0.3特斯拉（Tesla）范围内。
低场磁共振设备相对便宜，适用于一些简
单的成像需求，例如关节成像。
2. 中场磁共振（Mid-field MRI）：磁场强度在0.5 - 1.0特斯拉
范围内。
中场磁共振设备相对较常见，广泛用于常规医学成像。
3. 高场磁共振（High-field MRI）：磁场强度在1.5 - 3.0特斯
拉范围内。
高场磁共振设备具有更高的分辨率和成像质量，可以显示更细微的解剖结构，适用于更精确的临床诊断和研究。
4. 超高场磁共振（Ultra-high-field MRI）：磁场强度超过3.0
特斯拉。
这种级别的设备相对较少，但正在越来越多地被用于研究和实验目的，可以提供更高的空间和时间分辨率。
需要注意的是，不同级别的磁共振设备在成像质量、分辨率、扫描时间等方面有所不同，选择合适的设备级别应根据临床需求和病人情况来决定。
同时，随着技术的不断进步，磁共振设备的级别也在不断提高。
磁共振成像系统中的磁屏蔽
磁共振成像系统中的磁屏蔽赵喜平郑崇勋本文作者赵喜平先生西安交通大学生物医学工程研究所博士研究生第四军医大学西京医院磁共振室工程师郑崇勋先生西安交通大学生物医学工程研究所所长教授博士导师关键词: MRI 磁屏蔽磁屏蔽材料磁体是磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging MRI)系统的重要组成部分无论是超导磁体还是永磁体或常导磁体其作用都是为MRI设备提供静磁场B0但是由于它的磁力线将向空间各个方向散布即形成所谓的杂散磁场就有可能干扰周围环境中那些磁敏感性强的设备使其不能正常工作另一方面磁体周围环境的变化也会影响磁场的均匀程度由此可见在磁共振成像系统中磁场与环境的相互影响是一个不容忽视的问题目前广泛采用安装磁屏蔽的办法来解决本文首先介绍磁屏蔽的概念和分类然后讨论有关磁屏蔽的计算以及制做屏蔽体可采用的最佳材料一磁屏蔽所谓磁屏蔽(Magnetic Screen或Magnetic Shield)就是用高饱和度的铁磁性材料来包容特定容积内的磁力线它不仅可防止外部铁磁性物质对磁体内部磁场均匀性的影响同时又能大大削减磁屏蔽外部杂散磁场的分布以英国牛津公司HELICON磁体(1.5T)为例安装磁屏蔽体后这种磁体的中心至5高斯线之距离在x y轴上可由9.2m内缩至4.2m z轴上则由11.6m缩小至5.8m5高斯线内缩幅度达5m左右因此增加磁屏蔽是一种极为有效的磁场隔离措施磁屏蔽的原理可借助并联磁路的概念来说明如图1所示将一个磁导率很大的软磁材料罩壳放在外磁场中则罩壳壁与空腔中的空气就可以看作并联磁路由于空气的磁导率μ接近于1而罩壳的磁导率在几千以上使得空腔的磁阻比罩壳壁的磁阻大很多这样一来外磁场的绝大部分磁感应通量将从空腔两侧的罩壳壁内通过进入空腔内部的磁通量是很少的这就达到了磁屏蔽的目的在MRI中磁屏蔽既起到保护空腔内磁场不被其它外界因素干扰的作用又限制腔内磁场以杂散磁场的方式向周围环境中散布应当指出的是用软磁材料制做的罩壳(称为屏蔽体)对磁场的屏蔽效果远不如金属导体壳对静电的屏蔽效果好这是因为金属导体的电导率一般要比空气的电导率大十几个数量级而铁与空气的磁导率只差几千倍二磁屏蔽的分类从广义上来说MRI系统的磁屏蔽可分为有源和无源两种有源屏蔽(Active Shield)是指由一个线圈或线圈系统组成的磁屏蔽与工作线圈(内线圈)相比屏蔽线圈可称为外线圈这种磁体的内线圈中通以正向电流以产生所需的工作磁场外线圈中则通以反向电流以产生反向的磁场来抵消工作磁场的杂散磁场从而达到屏蔽的目的如果线圈排列合理或电流控制准确屏蔽线圈所产生的磁场就有可能抵消杂散磁场无源屏蔽(Passive Shield)使用的是铁磁性屏蔽体即上面所说的软磁材料罩壳它因不使用电流源而得名根据屏蔽范围的不同无源磁屏蔽又可分为下述三种(1) 房屋屏蔽: 即在磁体室的四周墙壁地基和天花板等六面均镶入4~8mm 厚的钢板构成封闭的磁屏蔽间这种屏蔽体的用材常达数十吨甚至上百吨因而价格昂贵(2) 定向屏蔽: 如果杂散磁场的分布仅在某个方向超出了规定的限度(如5高斯)则可只在对应方向的墙壁中安装屏蔽物形成杂散磁场的定向屏蔽这种方法特别适用于MRI室和CT室共用一建筑物的情形(3) 自屏蔽(Self-Shielding): 是指仅在磁体周围安装铁磁材料屏蔽体的屏蔽方法用这种方法可以得到非常理想的屏蔽效果如果再在屋顶加装定向屏蔽则它有可能使主磁场的5高斯线完全限制在一般建筑物的楼层高度之内全身MRI系统磁体的自屏蔽可以有板式圆柱式立柱式及圆顶罩式等多种结构形式各种结构的设计都应以主磁场的均匀性不受影响或少受影响为目的自屏蔽的缺点是其屏蔽体重量往往多达数十吨但是它对外界磁干扰的屏蔽既有效又方便图2是英国牛津公司为其UNISTAT磁体(1.5T)设计的磁屏蔽体(立柱式)其安装重量达32吨三无源屏蔽的效率及其讨论屏蔽体的效率一般由屏蔽因数S确定设所有屏蔽体材料的厚度τ相同磁导率µ均匀而恒定即屏蔽体由磁导率处处相同的板材构成将这种屏蔽体置于均匀的静磁场中则S 的定义为 S=sB B 0 (1) 式中B 0和B s 分别为屏蔽区内给定点在屏蔽前后的场强屏蔽后已知点场强下降越多表明屏蔽效率越高(S 越大) 显然式(1)所表示的屏蔽效率是采用理想屏蔽体的情况静态屏蔽的效率主要决定于屏蔽材料的磁导率但是实际上磁导率µ的值受许多因素影响如它所在的磁场场强环境温度和屏蔽体的厚度等当内部磁感应强度增加时磁导率随之增加并达最大值; 而当饱和出现时它又迅速衰减因此为了保证屏蔽的有效性必须保证屏蔽体不被饱和另一方面即使屏蔽体是均匀的磁力线的密度并不均匀由此可以推知: 屏蔽体磁导率的大小与它的几何形状以及在磁场中的位置有关也就是说屏蔽体的磁导率既不均匀也不可能保持恒定实践中µ的最好确定办法就是通过实验来测定MRI 屏蔽体制造厂家通常要提供内部磁感强度B i 和µ之间的关系式因此还可通过估计屏蔽体内某点的磁感B i 来计算出µB i 的估计可按下述思路进行首先将磁体线圈约化为双极磁体并将其置于一个半径为R 厚度为τ由高度磁化材料制做的柱形屏蔽体中如果该屏蔽体效率足够高它将收集磁体的所有空间磁力线由于场强与距离的立方成反比进入屏蔽体的磁通为 ∫∞==ΦR R C rdr r C ππ223(2) 式中的C 是与磁体线圈匝数线圈电流以及线圈几何尺寸等因素相关的常数r 为给定点至磁体中心的距离设该磁通全部通过屏蔽体横断面由于其面积为A τπR 2因而可得屏蔽体内的磁感应强度B i =ττR B R C 02= (3) 式中的B 0是无磁屏蔽时距离R 处磁体所产生的磁感强度为了获得最大的屏蔽效率屏蔽体的厚度选择应使其磁感强度在最大磁导率范围之内即 B 0=max B R =τ(4) 且在任何时候上述磁感都应小于屏蔽体的饱和磁感B sat 也就是B 0=sat B R <τ(5) 该不等式对于许多屏蔽材料都是适用的四 磁屏蔽材料磁屏蔽材料可以根据磁导率的高低粗略地划分为高磁导率及低磁导率两大类它们分别以镍合金及铁合金(包括铁和钢)为代表 高磁导率材料的特点是具有很高的初始磁导率和最大磁导率为了保持理想的磁导率屏蔽体做成后还需进行退火处理另外这类材料的饱和磁感为0.75~0.9T 只有普通铁合金或钢饱和磁感的三分之一也就是说高磁导率材料非常容易饱和在高场的情况下这类材料的屏蔽体只有做得比铁屏蔽厚得多时才能避免饱和的出现而从价格上来看高磁导率材料又比低磁导率材料贵得多此外这类材料还具有因大应力和高温度敏感性而难以处理的缺点因此尽管镍合金的磁导率很高但综合考虑到用量经济性以及制做工艺等原因一般认为它并不适于制造大容量的磁体屏蔽体铁或钢的最大磁导率可以达到5000这对于一般的磁屏蔽来说已经足够高了理论和实践都证明这类材料完全可以使屏蔽因数达到10以上这一效果已能使5高斯线区缩小至理想范围之内因此现在大量采用相对便宜的高磁饱和度的铁或钢来制做磁屏蔽体调整其厚度可获得最大磁导率 下面估算建造一个单层柱形屏蔽体所需的铁用量我们已经知道有效屏蔽体的横断面面积为A τπR 2将式(3)和式(4)代入得 A max 22RB C R πτπ=≈ (6) 理论计算表明当屏蔽体的长度L 与其直径D(D=2R)相当时方可获得最佳屏蔽效果因而可知所需屏蔽材料的体积为 V=max 4B C π (7) 由上式可见屏蔽材料的用量与屏蔽体的半径无关对于典型的2T 磁场由式(7)决定的铁用量为25吨全文完。
一种常导磁共振屏蔽房传导板
专利名称：一种常导磁共振屏蔽房传导板专利类型：实用新型专利
发明人：李良安,田焕霞,陈春霞,陈琳鑫申请号：CN202120702886.X
申请日：20210407
公开号：CN215728758U
公开日：
20220201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种常导磁共振屏蔽房传导板,属于磁共振领域。
本实用新型包括传导板，传导板上最右侧位置从上到下依次设有36V滤波器进线口、照明滤波器进线口、电源滤波器进线口和进水口，设于36V滤波器进线口左侧并排位置的24V滤波器进线口，传导板上最左侧位置从上到下依次设有梯度滤波器进线口、小信号滤波器进线口和地线进线口，传导板上最下端位置从左到右依次设有地线进线口、信号线进线口、RF线进线口和进水口。
本实用新型采用所述常导磁共振屏蔽房传导板，结构简单，使得整个传导板的尺寸大小和重量都大大降低；安装时，由于体积小，占用空间小，滤波器数量少，滤波性能好，没有大量的线束线缆裸露在外面，性能稳定，可有效滤除高频干扰且整体整洁，安装和维护更方便。
申请人：河北惠仁医疗设备科技有限公司
地址：071000 河北省保定市莲池区东三环299号深圳
国籍：CN
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［1-2］
手术中进行实时成像 。
由于磁共振信号在超低磁场环境的频率很低，利用 传统的接收线圈检测信号难以获得高的信噪比，因此超 低场磁共振成像中通常采用测量磁化矢量剩磁的方式 来检测磁共振信号，如SQUID[1]，光泵磁共振法等[2-3]。
核的磁化矢量的大小与极化磁场成正比，对于超 低场NMR 而言，其极化场强度一般不高于100 高斯， 因此其磁共振信号剩余磁矩非常微弱，通常在pT量 级，远远小于地磁场和环境磁场的波动，特别容易受 到外界磁场变化的影响，并且由于编码磁场很低，环 境磁场以及环境磁场梯度的存在，都将影响到磁共振 信号的检测，因此在检测时需要对周围环境磁场噪声 进行有效屏蔽并且对环境磁场极其梯度进行有效补 偿。本文介绍了一种无源屏蔽和有源补偿相结合的方 法，可有效减小外界磁场对超低场磁共振信号检测的 影响。 1 磁场屏蔽及补偿方法
对横向磁场分量的屏蔽系数约为3000，纵向方向屏蔽
ÁÁÂÃÂÄÃ系数的降低是受到两端开孔的影响所致。
图4 屏蔽装置实物图 Fig.4 Magnetic shield system 利用磁场线圈稳流源对上述补偿线圈施加激励 电流，稳流源可采用场效应管和运算放大器构成的串 联补偿型稳流源[6]。调节激励电流大小，测量此时磁屏 蔽筒内腔中心位置±50mm内的剩余磁场分布，测量结 果如图5所示。此时，对x方向（径向水平）的鞍型补偿
把磁导率不同的两种磁介质放入磁场中，在它们 的交界面上磁场要发生突变，这时磁感应强度的大小 和方向都要发生变化，也就是说，引起了磁力线的折 射。如图1所示，如果介质A的磁导率远远大于介质B 的磁导率，这时在介质A内的磁力线几乎与界面平 行，并且介质A的磁导率越大，磁力线就越接近于与 表面平行，漏到外面的磁通量很少。因此，高导磁率的 介质把磁通量集中到介质内部，使被包围的区域内基 本不受外部磁场的影响，这就是无源磁屏蔽的原理。 磁导率和磁饱和性能是选择磁屏蔽材料时需要注意 的两个主要参数，目前普遍使用的是坡莫合金（mumetal）。这种材料由80%的镍和20%的铁构成，磁导率
2
ST=
1 4
μ（1－ Di）+1 2 Do
（1）
式中μ为屏蔽材料的相对磁导率; Di为屏蔽筒内径; Do
为屏蔽筒外径。对于纵向磁场（磁场方向与屏蔽筒轴
线平行），考虑到两端盖子的屏蔽效果，其单层屏蔽系
数可由下式计算[4]：
SL=
4NST+1 1+Do/2L
（2）
图2 补偿线圈模型 Fig.2 Model of active magnetic compensation coils
0引言 传统磁共振成像的高分辨率与磁共振成像磁体
的磁场强度密切相关，要获得高的分辨率，需要很高的 磁场强度，从而造成磁体越来越大，成本随之升高。高 场磁共振成像设备多采用超导磁体，然而超导磁共振 成像系统在应用中存在技术难度大、制造成本高、维护 费用高等问题。永磁型磁共振成像磁体虽然也可以达 到较高的磁场强度，但是在这种情况下，这种永磁磁共 振磁体体积非常庞大，且磁场均匀度也很难保证。
shielding cylinder without active compensation
/mm
B /nT
B /nT
B /nT
-50
3
11
6
-40
3
11
5
-30
4
10
5
-20
5
10
6
-10
5
10
6
06105 Nhomakorabea10
5
9
6
20
5
8
6
30
5
8
5
40
4
8
5
50
3
7
6
- 83 -
总第 49 卷 第 561 期 2012 年 第 9 期
表1 补偿线圈尺寸 Tab.1 The size of compensation coils
B
1
120
/mm
220
/mm
440
B 1
120 215 430
B 1
200 100
表2 有源补偿前磁屏蔽筒内的磁场分布
Tab.2 Magnetic field distribution of the magnetic
4
在10 以上，饱和磁通密度不低于0.75T。
B
式中N为消磁系数，这里采用Osborn的通用椭球系数， 可由文献[4]查表得到，ST为横向磁屏蔽系数，Do为屏 蔽筒外径，L为屏蔽筒长度。
对于多层屏蔽系统，其屏蔽系数较为复杂，由于 设计的无源屏蔽筒层与层之间距离很近，这里采用单 层的计算公示进行近似计算。
磁共振成像无法得到的特殊信息。由于超低场磁共振信号是一种非常微弱的低频信号，特别容易受到外界磁场
的影响，并且由于编码磁场很低，环境磁场及其梯度的存在都会影响到磁共振信号的检测，因此在检测时需要
对周围环境磁场噪声进行有效屏蔽并且对环境磁场及其梯度进行有效补偿。本文介绍了一种无源屏蔽和有源
补偿相结合的方法，可以达到良好的磁场屏蔽效果。
y
z x
图3 补偿线圈Ansoft 3D模型 Fig.3 3D calculation model of compensation coil 2 结果及分析 无源磁屏蔽装置由三层坡莫合金制成，内腔尺寸 Φ260×480mm。磁屏蔽装置的两端各开有一个Φ20mm 的圆孔，其中一端为活动开盖，两个侧面同样各开有 一个Φ20mm的圆孔。有源补偿线圈采用三组线圈构 成，其中两组为鞍型线圈，一组为亥姆霍兹线圈，如图 4所示。 在屏蔽筒中建立如下坐标系：x轴为屏蔽筒径向 方向上两圆孔的中心连线，即径向水平方向，y轴垂直 于水平面向上，即径向垂直方向，z轴沿屏蔽筒轴向两 圆孔的中心连线，即轴线水平方向。各组线圈尺寸如 表1所示。 利用实验室现有磁通门传感器进行测量，测量中 将屏蔽筒轴向沿地磁东西方向摆放，径向开口处于水 平位置。磁屏蔽筒内腔中心位置±50mm内的剩余磁场 分布如表2所示。实验室环境磁场南北方向（x方向）约 为19000nT，上下方向（y方向）约为30000nT，东西方向 （z方向）约为14500nT，由测量结果可以得到该屏蔽筒 在地磁环境下，对于纵向磁场的屏蔽系数约为2400，
关键词：超低场；磁共振成像；磁屏蔽；亥姆霍兹线圈
中图分类号：TM153.5
文献标识码：B
文章编号：1001-1390（2012）09-0081-04
A Magnetic Shield Equipment for Ultra-low Field MRI
ZHANG Yu-xia, WANG Hui-xian, YANG Wen-hui （Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）
通常在不涉及铁磁材料包裹的电磁线圈计算中
可以较容易的根据上述计算公式获得空间内的解析
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总第 49 卷 第 561 期 2012 年 第 9 期
电测与仪表 Electrical Measurement & Instrumentation
Vol.49 No.561 Sep. 2012
解。但对于空间存在铁磁材料的情况则较困难。因此 先根据无铁磁材料的鞍型线圈设计规律确定获得所 需的磁场分布时线圈几何尺寸。再将此线圈及屏蔽筒 在有限元软件中进行计算。并调整线圈电流参数，以 获得最终理想的屏蔽效果。
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超低场磁共振信号通常在pT量级，远远小于地磁 场和环境磁场的波动，因此除了要求信号检测装置必 须具备足够的灵敏度以外，还需要性能良好的磁屏蔽 装置。 常见的屏蔽方式包括有源补偿和无源屏蔽两 种方式。 1.1 无源屏蔽
将 设 计 尺 寸 内 径 230mm， 外 径 275mm， 长 度 480mm，屏蔽材料在地磁环境下的相对磁导率约为4×
4
10 ，代入上述计算公式，可得设计屏蔽筒对环境磁场 的屏蔽系数约为ST＝3000，SL＝3800。 1.2 有源补偿
采用无源磁屏蔽装置可以达到一般测量所需要 的磁场环境，但在超低场磁共振信号检测方法中，为 了提高磁强计的灵敏度，需要对环境磁场极其梯度进 行更高要求的补偿，为此我们采用了两种屏蔽方式相 结合的方法，即在无源屏蔽装置内，利用有源补偿线 圈将环境磁场抵消到更低的程度，以满足实验要求。 由于屏蔽筒圆柱形内腔结构，为了尽可能利用内部空 间，采用两组正交的圆柱面鞍型线圈对磁场Bx、By分 量分别进行补偿，一个与屏蔽筒同轴的亥姆霍兹线圈 对Bz分量进行补偿,如图2所示。
A
图1 无源屏蔽原理图 Fig.1 Fundamental diagram of passive magnetic shield
为了充分利用磁屏蔽空间，这里采用圆柱形的屏
蔽结构，定义屏蔽系数为外部磁场与内部磁场之比，
则对于圆柱形的屏蔽系统，其单层横向磁场（磁场方
向与屏蔽筒轴线垂直）屏蔽系数可由下式计算[4]：
Abstract：Compared with conventional magnetic resonance imaging （MRI） system，ultra -low field MRI not only reduces the cost and size of the equipment, but also makes it possible to obtain special images which are impossible to be obtained by ordinary high field MRI equipment. Because ultra -low field MRI has a very weak signal, the magnetic shield is important for signal detection. This paper proposes a magnetic shield method for ultra-low field MRI signal detection, which is a passive magnetic shield combined with active magnetic compensation method. The method can effectively reduce the impact of the environmental magnetic field for signal detection. Key words：ultra-low field, magnetic resonance imaging, magnetic shield, Helmholtz coil