中國奇數層Halbach磁體于便攜式核磁共振系統應用前景廣2015-11-07

核磁共振技術的無損檢測特點使其在生物、物理、化學、醫學等領域得到廣泛的應用，核磁共振成像檢測更是成為臨床診斷必不可少的手段之一。

大型的超導高場磁共振儀器是當今磁共振技術發展的一個熱點，但是小型化、便攜式的永磁低場核磁共振設備更適用于工業和食品檢測、探礦、考古、大分子結構分析等方面。常規的小型便攜核磁共振儀器多采用傳統永磁體，其磁體一般由鐵軛、永磁磁塊及勻場極板等構成，這類磁體由于鐵軛的存在，體積大，比較笨重，且通常可利用的磁場空間有限、漏磁嚴重、磁場強度有限。

針對這一問題，在上世紀80年代，美國加利福尼亞大學的物理學家K.Halbach設計了一種使用稀土材料的新型無鐵軛多級磁體結構，這種永磁體結構是由多個磁塊按照一定的規律組合成的，相鄰的磁塊具有不同的充磁方向，且產生較理想的單邊磁場。相對于傳統的永磁體，Halbach磁體不僅具有能產生高強度和高均勻性磁場的優點，而且還具有體積比較小的優點，容易實現小型化和便攜化。但當磁體體積進一步減小時，磁場的均勻性會變得更差，兩者不可兼得。

為了使磁體既具有較高均勻的磁場，又具有體積小的優勢，近期，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所磁共振課題組的陳巧燕等人首次提出了一種奇數層的Halbach磁體。

根據由三個同軸線圈構成的改進型Helmholtz線圈，研究人員建立了奇數層Halbach磁體相應的磁場等效數學計算模型。通過優化每層磁體之間的距離，使得感興趣區域內的磁場實現了比較好的均勻性，同時磁體還具有比較小的體積。而且該奇數層Halbach磁體等效計算模型的準確性在仿真實驗中得到了驗證（使用軟件AnsoftMaxwell進行仿真）。此外，研究團隊還分析了磁體材料性能誤差和磁化角度誤差對感興趣區域內的磁場均勻性的影響。作為一個理想結果，在直徑為5mm的球區域內，磁場的均勻性實現了46ppm。

相關工作已經發表在ConceptsinMagneticResonancePartB:MagneticResonanceEngineering（Volume45,Issue3,pages134–141），題為DesignandsimulationofamultilayerHalbachmagnetforNMR。這種具有高強度和高均勻性磁場、體積較小的奇數層Halbach磁體非常適用于小型化、便攜式的核磁共振系統，具有廣泛的應用前景。