Les systèmes de résonance magnétique (RM) portables sont devenus un sujet de recherche brûlant pour les systèmes de RM à faible champ ces dernières années grâce à la recherche et au développement d’aimants Halbach multicouches à haute homogénéité. Cependant, en raison de la théorie de conception imparfaite, les méthodes de conception d’aimants actuelles adoptent principalement un calcul approximatif ou une simulation par éléments finis, qui présentent des problèmes tels qu’une faible précision de calcul et une optimisation de la simulation qui prend du temps.
Une équipe de recherche de l’Institut d’ingénierie et de technologie biomédicales de Suzhou (SIBET) de l’Académie chinoise des sciences a récemment construit une théorie d’optimisation pour les aimants Halabch multicouches, prouvant que l’inhomogénéité le long de l’axe z est la plus grande des aimants du réseau Halbach.
L’équipe, dirigée par Yang Xiaodong, a établi le modèle de conception et d’optimisation des aimants Halbach multicouches basé sur la dérivation de l’équation de la distribution du champ magnétique des aimants Halbach monocouches.
Les aimants du réseau Halbach sont des configurations d’aimants permanents constitués de plusieurs blocs avec différentes directions d’aimantation assemblés selon un motif régulier. Avec les avantages d’une utilisation élevée des matériaux, d’une grande homogénéité et de petits champs de fuite, ils sont largement utilisés dans les scénarios nécessitant une taille compacte, une mobilité, une détection en temps réel et in situ.
Des questions scientifiques fondamentales telles que la manière dont les paramètres de géométrie de l’aimant et les propres erreurs du bloc affectent les performances du champ magnétique doivent encore être abordées. Par conséquent, il est urgent de trouver une méthode de théorie de conception plus générale pour la conception d’aimants Halbach multicouches.
Dans cette étude, Yang et son équipe ont simplifié la conception des aimants multicouches du réseau Halbach. La simulation vérifie les résultats d’optimisation en fonction de différents rayons, de la longueur de chaque couche du réseau Halbach et de l’espacement de chaque aimant de couche.
Ils ont également conçu un réseau d’aimants 1T-Halbach composé de trois couches d’aimants Halbach pour vérifier les résultats théoriques. Une homogénéité de 220 ppm a été obtenue dans un tube MR standard de 5 mm après avoir ajusté la position du bloc magnétique mobile dans l’aimant.
Ce travail fournit une base théorique pour la conception d’aimants de réseau Halbach multicouches, maximise l’homogénéité et minimise l’utilisation de matériaux magnétiques.
« Il améliore l’efficacité de la fabrication des aimants, réduit les coûts de traitement des aimants et favorise la recherche et l’application d’aimants Halbach hautement homogènes dans les appareils MR portables », a déclaré Yang.
Les chercheurs ont développé plusieurs ensembles d’aimants Halbach basés sur cette théorie de conception, tels que 0,5 T et 1 T. Parmi eux, les spectromètres MR de bureau à aimants permanents compacts basés sur Halbach ont été fournis aux équipes de l’Université des sciences et technologies de Huazhong et de l’Est. China Normal University, avec un poids d’aimant inférieur à 6 kg et une homogénéité de champ inférieure à 20 ppm après calage passif.
Ils ont mis en place un calage actif sur un autre système d’aimants de 0,5 T avec une homogénéité de champ allant jusqu’à 0,5 ppm. Par la suite, la conception et le développement d’aimants Halbach hautement homogènes jusqu’à 2 T basés sur cette théorie sont attendus, ce qui jettera les bases du développement d’instruments MR de bureau hautes performances.
Les résultats ont été publiés dans le Journal de résonance magnétique avec le titre de « Fondements théoriques pour la conception d’aimants multicouches à réseau Halbach pour la RMN et l’IRM de paillasse ».
Plus d’information:
Peng Yu et al, Fondation théorique pour la conception d’aimants multicouches de réseau Halbach pour la RMN et l’IRM de paillasse, Journal de résonance magnétique (2022). DOI : 10.1016/j.jmr.2022.107322