磁共振医疗系统强磁场环境下的机械结构设计

刘旺

摘 要： 磁共振医疗系统是借助高强度磁场超导核磁共振仪进行检查，还原高度清晰图像，进行多方面薄层扫描的技术。在强磁场环境下，一般大于1.5T的超导磁共振医疗系统涉及到机械结构设计等的内容，为了提升医疗诊疗结果的精确度，应从其不同的方面总结机械结构设计的有关经验，推进医疗系统强磁环境下的设计和使用原则，使得文章的参考意见更加具有实用性和推广性。

关键词： 磁共振;医疗系统;强磁场环境;机械结构设计

【中圖分类号】TH774 【文献标识码】B 【文章编号】1674-3733（2020）22-0183-01

引言：高效磁场超导核磁共振仪的发明使得医疗诊疗技术上到一个新台阶，尤其擅长对于疑难病症的高确诊率。为了推进我国医疗系统的长足发展，应该密切重视磁共振医疗系统影响下的机械结构设计，以求达到最好的临床推广和诊断体验。现有的磁共振医疗系统对于磁体中心的磁场强度等均有清晰的规范和要求。

1 磁共振机械结构设计研究背景

1.1 磁共振医疗系统使用的必要性

因为高强度的磁场能够更便捷的扫描，因此多方位的薄层扫描，能快速确诊疑难病症，由于其几乎无痛苦，因此收到了广大病患的好评和欢迎。磁共振医疗系统对人体无痛苦，无损伤，无副作用，备受临床和群众的欢迎。磁共振医疗系统的精确度极高，核磁共振甚至可以发现颅内直径小于三毫米的肿瘤，从而能够为早期发现症状提供可靠的依据。

1.2 优化磁共振机械结构设计的必要性

在超导体磁共振医疗系统中，磁体中心的磁场强度应为1.5T以上，目前市面上一般使用3T和1.5T两种的磁体中心，其中包含了临床上的真实数据，并且可以对这些数据予以明确的判断，由于磁共振的强度在临床上已经达到一个较高的水平，远远超出地球表面磁场强度，因此不能使用普通的钢材来设计自动制冷结构，应当从选材起就仔细甄别、合理设计，加速研究磁共振机械空间布置的选择，并配备合理的加工工艺。

2 磁共振机械结构设计需要考虑的因素

医疗器械具有一定的特殊性，如磁共振机械等的医疗器械，在结构设计上要满足功能的需要，同时还必须要有极高的产品安全性，结构设计要兼顾功能性和安全性两方面的考虑。通过分析磁共振机械在使用过程中的要点和具体使用环境的特点，掌握正确的结构设计原则，利用合理的原材料，在保证产品特点的同时，利用结构优化保证其合理使用需求得以满足。

2.1 机械制造的原材料

磁共振机械所处的环境恰恰是强磁场环境，这是由于其特殊的使用性能所决定的，因此周边材料的选择必须要使用无磁性材料，考虑到强磁环境之下，材料容易被损耗，磁共振的机械零部件的结构设计一般都使用无磁的不锈钢、铝合金、塑料等等。另外，目前比较流行的复合性无磁材料也成为使用者比较青睐的选材，像这些选材连接到一起使用螺丝和螺母等兼顾安全的标准件。磁共振机械的中心区域为磁体成像区域，磁共振成像原理具有特殊性，常常需要不断的变化高频磁信号，在成像区附近的零件采用的是玻纤加强的复合型材料，比如说离城乡区域最近的床板位置等，使用这种材料能够更加坚固耐用，减少磁信号的长期破坏影响。

2.2 磁共振机械核心部件的特殊技术

磁共振机械对应磁场附近的高速运动，为了使其更加坚固耐用，可以使用齿轮或轴承承接机械的运用需求。位于磁场附近的材料，同样应选择绝缘性好且无磁材料，为了使磁共振机械的使用寿命更长，可采用新工艺研制新的复合型材料，以满足特殊的高硬度和高弹性需求。考虑到磁共振机械将受到切割磁力线的作用，自身产生涡流并拥有自身磁场，因此尽量优化磁共振机械的中心结构，使其内部零件更加平滑，另外对于比较特殊的机械位置，如导轨的接触轨，也可以采用略昂贵的钛合金材料等。如果不能完全找到绝对无磁的材料，还可以考虑把强磁材料接轨嵌入本体之内，减少整个导轨的磁性。

2.3 磁场附近结构材料的新工艺

不锈钢结构采用不同的制造工艺会产生不同的磁化效果，这对于磁共振机械的制造来说是有特殊意义的，尤其是在焊接的焊缝处或者扳金的折弯处，很有可能因为机械加工的表面不够平滑或因杂质的进入，使得不锈钢的无磁性发生转变和影响，严重时会导致无磁性的反转。为了保证磁共振机械结构的安全，要尽量减少机械加工和焊接制备工艺，采用连接件固定连接的方式，最大限度的减少结构件的磁性。制造人员在焊接和机器加工完成之后，应该实地测量不锈钢铁素体含量，那可以使用热处理技术进行消磁，但是要注意不同的销售方法，对于强磁环境下不锈钢结构件的影响不同，在核心磁场位置的不锈钢结构件可能会反复恢复磁性，使用简单的热处理方式不一定能达到良好的消磁效果。

2.4 合理规划磁共振机械内部空间

对磁共振机械来说，需要实现部件的无磁性能，不仅仅需要考虑原材料因素，更需要考虑原材料和结构之间的结合设计，很多机器的零部件没有办法实现完全无磁，那么就可以借助空间位置的调整实现无磁干扰。对于磁共振机械来说比较常见的，没有办法完全实现无磁的零部件，有电机和风扇由于其自身已经拥有了很强的导磁性，而且自身也会在工作室产生磁场效应，因此为了不使其干扰成像，可以允许电机安装的最近位置离磁体中心2.2米以外。针对1.5T磁体来说，磁共振机械内部空间的安排需合理，保证适当的安全距离，如磁共振机械的导轨需要与磁体中心位置保持距离。另外要在日常定期核查磁共振机械各个零部件的稳固情况，确保无松动、无故障，从而实现安全使用的最终效果，在日常维修过程中要注意完全关闭，不碰触内部其他组件。

结论：在正常设计和使用医疗器械的过程中，要考虑到医疗器械产品结构设计的外壳材料和核心材料不同，为了达到防护的要求，尽量消磁处理，对于磁共振医疗器械的原材料选择应特别把握。目前完全针对磁共振机械设计的研究内容并不多，因此，有必要阶段性地、层次的探索磁共振机械的制造诉求，从而采用新技术、新工艺和新的原材料，不断改善其使用质量。

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