行业领域

生物与新医药技术

需求背景

磁共振成像（MRI）方法是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号，由天线接收。由于在这一过程中，加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。

MRI设备一般可以分为四个部分：磁体系统、梯度系统、射频系统和谱仪系统。其中，磁体系统由主磁体和相应的匀场测试装置组成，主磁体是MRI设备的最重要的部件，也是MRI设备中体积重量和成本最大的部件。目前在临床磁共振成像设备中使用的磁体主要有三种：永磁磁体、常导磁体和超导磁体。从使用上分类，磁共振成像产品分为全身型磁共振成像和专科型磁共振成像。目前，在医院装备的绝大多数为全身型磁共振成像装备，该类装备采用大型的超导磁体或者永磁体作为磁场源，因而装备的体积庞大，一般至少需要一个60平米的专用机房，同时重量巨大，从几吨到20多吨不等，使得该设备只能安放在放射科专门建造的承重机房，一般室在建筑的底层或者地下室。

随着磁共振成像技术的发展，在临床应用上出现了一个显著的趋势和需求，就是向专业化的科室应用发展，实现即时监护成像（Point Of Care Imaging,简称POCI），使得磁共振成像装备不再局限于放射科应用，而是进入到专业的科室甚至门诊中，实现即时监护成像。因此，POCI磁共振成像技术与产品具有良好的市场前景和社会效益。

目前，国内外已经有不少企业开始关注或研发此类设备，比如美国的hyperfine公司，已经在2020年研制出国际上第一个POCI磁共振成像产品，国内的上海深至公司等也在积极研发之中，由于轻量化磁共振成像永磁体技术严重制约，目前国内还没有成熟的产品，因此最关键的核心技术就是研制开发轻量化的永磁体。

需解决的主要技术难题

在磁共振成像系统中，磁体技术是其中的核心技术之一。现有的方法都是在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为一个球形，将成像部位置于这个球形区域后，通过扫描可以获取被成像部位的图像。主磁体的主要性能指标包括磁场强度、磁场均匀度等，磁场强度越高，一般所使用的永磁材料就会越多，成本就越高，体积重量也增大。因此，如何使用较少的永磁材料来提高磁场强度及磁场均匀度是磁体设计的关键技术。

为了减少磁性材料的应用，现有方案有不同的方法，比如对磁性材料磁化方向做改变，不再使所有的磁性材料的磁化方向都是沿着垂直方向，而是让部分磁性材料的磁化方向与垂直方向偏离一个角度，这样的磁路结构的确会有更高的效率。然而这种磁性材料的磁化方向的变化，会造成工程上的复杂性，而且其磁化方向的变化在圆周方向是不连续的，带来误差。该方案为了使得磁场均匀，依然采用了极板结构，导致重量依然很大。

基于halbach结构的磁体，围绕成像空间有一圈的磁钢的排布，每块磁钢的磁化方向均不同，在成像空间中形成均匀磁场。该结构虽然取消了上述的低碳钢的铁轭结构，但是由于其使用的磁性材料数量巨大，并且保持永磁魔环的连续磁路，总重量依然较重，且加工组装复杂。

总之，传统磁体结构由于重量过大，导致成像装置的体积重量大，成本高昂，使用受到限制。为此，需要新的磁体结构，解决传统磁体带来的上述问题，并且能够制作成轻量化的磁体，用于移动式即时监护磁共振成像产品。

我们已经开展磁共振成像永磁体的研制工作，目前已经完成一种***的小型磁体设计研发工作。轻量化磁共振成像永磁体在设计和制造上需要企业来承担生产制造并形成规模化的生产，由于这种轻量化磁体具有良好的应用推广前景，因此提出该项目的需求，希望由企业能够承接该项目，并在磁体材料选择、制造工艺等方面形成成熟的技术，完成轻量化磁共振成像永磁体的生产，并能够在专科化磁共振成像系统的应用上进行推广。

期望实现的主要技术目标

1、磁场强度；***±10%
2、磁体气隙：300mm±***
3、20cm DSV磁场均匀性：≤50ppm
4、重量限制：≤2300kg
5、温度控制：PLC主动温度控制
6、磁场稳定性：≤50ppm/h
7、材料选用：高矫顽力钕铁硼永磁体

需求解析

解析单位：河北省保定市 解析时间：2023-12-19

涂媛

保定市知识产权协会

部长

综合评价

此需求描述已足够清晰，需要解决如下问题: 在磁共振成像系统中，磁体技术是其中的核心技术之一。现有的方法都是在成像区有一个非常均匀的磁场，这个均匀磁场的区域为一个球形，将成像部位置于这个球形区域后，通过扫描可以获取被成像部位的图像。主磁体的主要性能指标包括磁场强度、磁场均匀度等，磁场强度越高，一般所使用的永磁材料就会越多，成本就越高，体积重量也增大。因此，如何使用较少的永磁材料来提高磁场强度及磁场均匀度是磁体设计的关键技术。

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