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磁体为MRI提供极化磁场BO,在成像空间内磁场高度均匀,满足要求的技术指标。可见磁体是MRI系统的核心部件之一,磁体的性能是整个MRI系统性能的基础。因此MRI磁体设计是一项专门技术,成为MRI中一个重要研究领域。磁体设计的另一个问题是如何在追求高性能的同时尽量减少磁体成本。
论文分析了自主设计的国产磁体所面临的主要挑战:永磁磁体的主要问题是,必须提高磁材料的利用效率和磁体产品的核心价值,以应对国家要求稀土行业产业转型和产业升级,永磁材料价格不断上涨的趋势。超导磁体的主要问题是,研制低成本高性能的超导磁体,以应对高昂的成本(国内超导线材、液氦和制冷系统依赖进口)和严酷的市场竞争环境。
论文分别描述了MRI永磁和超导磁体设计的关键问题。对于永磁磁体,提出了一种标准化的设计流程:1确定磁体总体结构--2永磁路设计的方法确定磁体大体尺寸--3用有限元方法对关键结构和尺寸进行计算和优化--4检查各种重要约束是否满足。其中最关键的第三步,作者自行编制了基于APDL的磁体磁体计算和优化工具包。
论文提出了一种新型的堵漏磁方法来提高磁钢的利用效率。并设计、研制了一种全身MRI系统的0.5T永磁磁体。带动论国内MRI产业界,使0.5T永磁全身MRI系统进入市场,并成为一种主流永磁产品。
对于超导磁体,提出了一种新型铁屏蔽超导磁体设计方法,并实际设计论一台低成本,高性能的临床MRI用短腔铁屏蔽1.5T超导磁体。将模拟退火优化和有限元计算电磁场结合起来,联合优化超导线圈和铁屏。设计付诸于加工,磁体装配成功,实测磁场达到设计指标。
设计、研制了用于头部手术导航MRI系统的0.3T永磁磁体。在保证对磁体重量和逸散场范围的苛刻约束的条件下,又满足比较高的主磁场强度和比较高的磁场净空间。目前该系统已经安装到医院,临床试验显示该磁体性能满足要求。