【摘 要】
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可移动永磁磁共振牺牲一定灵敏度,无需冷却液,相比于超导式磁共振具有购置成本低、检测成本低以及维护成本低的优势。此外其可移动的特性将磁共振应用从专门的超导实验室扩展至食品安全、药物检测、石油勘探等应用场景。对于永磁磁共振成像仪和波谱仪,磁场的均匀性直接影响信号的质量,高均匀度磁体研究是系统研发的难点和热点;对于永磁磁共振弛豫计,一个结合场景应用需求,新颖、高效的磁体设计是仪器研发的重点。本文将从磁体
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可移动永磁磁共振牺牲一定灵敏度,无需冷却液,相比于超导式磁共振具有购置成本低、检测成本低以及维护成本低的优势。此外其可移动的特性将磁共振应用从专门的超导实验室扩展至食品安全、药物检测、石油勘探等应用场景。对于永磁磁共振成像仪和波谱仪,磁场的均匀性直接影响信号的质量,高均匀度磁体研究是系统研发的难点和热点;对于永磁磁共振弛豫计,一个结合场景应用需求,新颖、高效的磁体设计是仪器研发的重点。本文将从磁体角度,针对应用于三种不同的永磁磁共振检测的特异性磁体展开研究,包括高均匀度磁体、高深度测量磁体以及磁共振测井磁体。具体内容如下:1)高均匀度Halbach磁体研究针对高性能Halbach磁体在实际实现中由于加工误差导致均匀度下降的问题,本文基于球谐函数展开方法,提出了产生3阶内各谐波项的匀场磁片阵列,分析了不同尺寸和位置的匀场阵列的匀场精度,通过在两套Halbach磁体匀场实践中优化各组匀场阵列数量,磁场均匀度分别从811ppm和1103ppm改善至4.7ppm和125ppm,验证了所提方法对提升磁场均匀度的有效性和可重复性。除此之外,还探索并分析了移动主磁体式的被动匀场机制。此部分内容是本文的难点和创新点。2)用于脂肪肝检测的单边磁体设计针对应用于人体脂肪肝在体磁共振检测中的永磁体需求,本文在分析U型磁体的局限性后,对其进行磁体分组、引入匀场磁块以及优化铁轭等结构改进和尺寸优化,最终设计并实现了一个检测深度为8cm,梯度为73.5Gs/cm,场强为0.0725T的高深度测量磁体。通过结合磁共振系统中其他硬件搭建样机和人体脂肪肝检测模拟平台,测量了不同脂肪含量模体的弛豫信号,分析验证了该磁体用于检测不同脂肪含量样品的有效性以及用于人体脂肪肝在体检测的可能性。这部分内容是本文创新点。3)磁共振测井磁体设计基于改进的库伦法,分析了 Inside-out磁体中磁体的厚度、长度以及间隔对磁场性能的影响,并通过有限元仿真验证,设计了一个与市面上随钻磁共振测井仪器相关的磁体性能有可比性的模型,按照一定比例缩小实现和匀场,得到了一个测量深度为21.5mm,场强为114Gs的磁体。形成了一套从磁体模型优化计算到匀场的设计方法。本文提出的被动匀场磁片阵列已经应用于实验室多个Halbach磁体中,显著地提高了磁场均匀性;用于人体脂肪肝在体检测的单边磁体已完成装机,并逐渐用于人体实验;对于测井磁体,下一步将对其搭建磁共振系统并进行相关应用。这些工作对促进我国的永磁磁共振系统中永磁体的研究具有重要意义。
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