แนวคิดการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็ก Halbach MRI และการวิเคราะห์การเพิ่มประสิทธิภาพสนามแม่เหล็ก

กรกฎาคม 14, 2025

ในการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กของ MRI ความเข้มและความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็กเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่สำคัญ จากการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการจำลองสถานการณ์ สามารถสรุปปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของสนามแม่เหล็กได้ดังนี้:

1. การออกแบบรูปแบบแม่เหล็ก

ส่วนประกอบนี้ใช้การจัดเรียงแม่เหล็กแบบสลับ NS (ดูรูปที่ 1) แม้ว่าการจัดวางแบบนี้จะทำให้สนามแม่เหล็กพื้นผิวต่ำกว่าโครงสร้าง Halbach แบบดั้งเดิมเล็กน้อย แต่ก็ให้การเปลี่ยนผ่านสนามแม่เหล็กที่ราบรื่นกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความสม่ำเสมอและการควบคุมสนามแม่เหล็ก โครงสร้างแม่เหล็กแบบ 12 ส่วนถูกนำมาใช้ (รูปที่ 2) ซึ่งได้รับการยืนยันจากทั้งผลการจำลองและเอกสารอ้างอิง การศึกษาในอนาคตจะเปรียบเทียบโครงสร้างนี้กับโครงสร้างแบบ 16 ส่วนโดยผ่านการทดสอบจริง

2. การออกแบบขนาดแม่เหล็ก: เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในและด้านนอก

เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในและด้านนอกของแม่เหล็กส่งผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็กอย่างมาก:

เอ เส้นผ่านศูนย์กลางภายในเล็กกว่าผลลัพธ์ใน สนามแม่เหล็กที่สูงขึ้นและเป็นพารามิเตอร์หลักในการปรับแต่ง
ในขณะที่ การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกปรับปรุงสนามแม่เหล็กในขั้นต้น ประโยชน์จะลดลงเมื่อเกินจุดหนึ่ง และขนาดที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการสูญเสียวัสดุ

ดังนั้นจึงแนะนำให้ปฏิบัติตามหลักเกณฑ์อัตราส่วนกว้างยาวของแม่เหล็กทั่วไป: ความยาว/เส้นผ่านศูนย์กลาง > 0.5, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง > 0.7เพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน

3. เอฟเฟกต์ความสูงของแม่เหล็ก

ความสูงของแม่เหล็กมีผลต่อทั้งความเข้มและความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็ก เนื่องจากข้อจำกัดในการผลิต แม่เหล็กแต่ละอันจึงไม่สามารถไปถึงความสูงที่ต้องการได้ ดังนั้น โครงสร้างสแต็กแบบแบ่งส่วน ใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับการออกแบบ

4. ประสิทธิภาพและเสถียรภาพของแม่เหล็ก

เมื่อพิจารณาถึงสภาพแวดล้อมการใช้งาน แม่เหล็กต้องมีคุณสมบัติต้านทานความร้อนที่เสถียร การออกแบบนี้ใช้แม่เหล็กที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 100 องศาเซลเซียส เพื่อให้มั่นใจถึงการดำเนินงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว

5. การควบคุมมุมเบี่ยงเบนแม่เหล็ก

ความเบี่ยงเบนของมุมแม่เหล็ก (มุมเบี่ยงเบนแม่เหล็ก) ส่งผลกระทบต่อความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กส่วนใหญ่มีประจุไฟฟ้าในมุมที่ต้องการความแม่นยำสูง เราจึงปรับกระบวนการผลิตให้เหมาะสมที่สุด ควบคุมความเบี่ยงเบนเชิงมุมให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้.

6. การจัดการช่องว่างการประกอบในอาร์เรย์แม่เหล็กวงกลม

ชั้นวงแหวนแม่เหล็กแต่ละชั้นประกอบด้วยแม่เหล็ก 12 ชิ้นเรียงเป็นวงกลม ความแม่นยำของข้อต่อเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อสนามแม่เหล็ก เพื่อลดความคลาดเคลื่อนสะสม:

เรา แม่เหล็กความคลาดเคลื่อนคู่ลบและบวกเพื่อการจัดตำแหน่งที่ดีขึ้น
เราควบคุมอย่างเข้มงวด ความเบี่ยงเบนเชิงมุมของแต่ละชิ้น ลดข้อผิดพลาดในการประกอบให้เหลือน้อยที่สุด.

7. การควบคุมความเรียบของกอง

พื้นผิวปลายที่ไม่เรียบของวงแหวนแม่เหล็กที่ซ้อนกันทำให้เกิดช่องว่างในการติดตั้งและทำลายความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็ก เราใช้เครื่องเจียรเพื่อเจียรผิวปลายทั้งสองด้านของวงแหวนแม่เหล็ก เพื่อให้แน่ใจว่า:

พื้นผิวเรียบ;
หน้าปลายขนาน;
การบูรณาการแบบซ้อนแน่น

8. มุมการติดตั้งและการจัดตำแหน่งแกนกลาง

จำเป็นต้องมีการจัดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างวงแหวนแม่เหล็กเพื่อป้องกันการจัดตำแหน่งทิศทางที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งอาจทำให้สนามไม่เสถียรได้:

วงแหวนด้านนอกได้รับการออกแบบด้วย รูหมุดกำหนดตำแหน่งที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้แน่ใจว่ามุมการติดตั้งสม่ำเสมอ

การ การกระจายสนามแกนกลางเป็นการจำลอง (ดูรูปที่ 3) และ ระยะขอบ 40 มม.ถูกสงวนไว้ในการออกแบบเพื่อรักษาความผันผวนของสนามแม่เหล็กภายใน พื้นที่เป้าหมาย SR (20 มม.) ให้เหลือน้อยที่สุด

เอกสารอ้างอิงและแผนการขยาย
วารสารอ้างอิง: วารสารฟิสิกส์ประยุกต์, เล่มที่ 104, 013910, 2008
ชื่อบทความ : การเพิ่มประสิทธิภาพและการปรับปรุงการออกแบบกระบอกสูบ Halbach
ผู้แต่ง: R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537

ค่าเชิงทฤษฎีเทียบกับค่าที่วัดได้ (หน่วย: T / Gauss)

ภูมิภาค	มูลค่าเชิงทฤษฎี	ค่าที่วัดได้	ช่วงข้อผิดพลาด
เอสอาร์10	0.4954T, ±20Gs	0.4853T, ±46Gs	ควบคุมได้ดี มีช่องว่างให้ปรับปรุงเล็กน้อย
เอสอาร์1	0.4956T, ±0.2Gs (≈40ppm)	0.4853T, ±3Gs (≈618ppm)	เสถียรภาพของศูนย์กลางต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้น

สิทธิบัตรและผลลัพธ์การจำลอง
การออกแบบนี้มาพร้อมกับสิ่งที่เกี่ยวข้อง การยื่นขอจดสิทธิบัตรและครบถ้วนสมบูรณ์ การจำลองสนามแม่เหล็กและการสร้างแบบจำลองโครงสร้างสามมิติ เสร็จเรียบร้อยแล้ว ขั้นตอนสุดท้ายคือ การประกอบและการตรวจสอบต้นแบบทางกายภาพ.

หากคุณสนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิจัยและพัฒนาส่วนประกอบแม่เหล็ก MRI ความสามารถในการจำลอง หรือบริการเพิ่มประสิทธิภาพสนามแม่เหล็ก โปรดติดต่อเราเพื่อหารือเพิ่มเติม!

แบ่งปัน: