涡流场对MR兼容性影响建模与分析-西北工业大学学报导航页.PDFVIP

２０１５年６月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ｊｕｎｅ ２０１５ 第３３卷第３期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．３ 涡流场对ＭＲ兼容性影响建模与分析 张鹏，史仪凯，王文东，袁小庆 （西北工业大学 机电学院，陕西 西安　 ７１００７２） 摘　 要：材料、驱动方式和涡电流对核磁共振兼容性有重要影响。 建立了Ｃ型永磁体涡流场仿真环 境，采用有限元方法分析不同材料、不同工作状态（静态、动态）下涡流场的分布以及变化规律；获得不 同材料在成像区域内的涡流场强度。 结果表明，同一工作频率下，静态涡流场随相位的不断增大逐渐 减小；动态涡流场在未进入成像区域时随距离的减小而增大并在成像区域边缘形成极值；执行机构在 进入成像区域时内部涡流场逐渐衰减，处于成像区域中心时达到稳定状态。 关　 键　 词：核磁共振；涡流场；兼容性；仿真分析；驱动器 中图分类号：ＴＭ１５４．２　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１５）０３⁃０４５１⁃０５ 　 　 核磁共振成像是２０世纪８０年代应用于临床的 １　 核磁共振兼容性 影像诊断技术，它能够多方位、多平面、多参数成像， 具有良好的软组织分辨能力和精确的几何学特性； １．１　 核磁共振兼容性影响因素 ＭＲＩ与Ｘ射线及 ＣＴ 相比无电离辐射，对人体和医 核磁共振环境高磁场的特点使得传统的手术设 ［１］ 务人员无害 。 目前核磁共振引导的机器人兼容 备在ＭＲＩ环境下将无法使用，原因在于：１）设备含 性研究主要包括：受限空间下的机器人结构兼容性 有的铁磁材料将会产生涡电流，从而影响到局部图 ［２⁃３］ 和核磁共振兼容技术研究 。 ＭＲ⁃ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ 限 像的清晰或造成图像扭曲；２）设备控制线路会产生 制了医疗设备在核磁共振环境下的使用，虽然近几 一定的辐射噪音，影响图像质量；３）传统的执行机 年在执行机构兼容性方面做了大量工作，国内外学 构会影响磁场的均匀性；４）执行机构可能会受到电 者着重核磁共振环境下ＭＲＩ 向导机器人的研究，相 磁干扰的影响而失去控制。 ［４］ ［５⁃６］ 继提出液压、气压 、超声波电机 等执行机构， １．１．１　 材料因素 更有甚者在核磁共振环境下做了活体验证，检测其 使用顺磁性材料可与核磁共振兼容，核磁共振 可靠性。 图像不会有干扰或失真，钛合金、工程塑料、铜、铝等 在强磁场环境下 ＭＲＩ 梯度场快速变化引起的 材料可以用于磁共振环境中。 但有些通常认为是顺 一系列问题亟待解决，这会严重影响 ＭＲＩ 系统性 磁的物质，也可能引起核磁共振图像的失真。 理想 能。 有研究团队为了提高ＭＲＩ 系统稳定性，逐渐展 的核磁共振兼容材料应该具有完全匹配的磁化率， 开精确、高效的仿真计算。 但是以上工作均未涉及 且电导率为零。 涡流效应对磁场的影响，为此本文针对核磁共振兼 １．１．２　 执行机构 容性影响因素，对永磁型ＭＲＩ 中感应涡流场建模， 核磁共振驱动方式主要有超声电机、液压驱动、 分析感