具有改善的邊緣場的多頭屏蔽梯度線圈的製作方法

2023-06-07 03:38:06

專利名稱：具有改善的邊緣場的多頭屏蔽梯度線圈的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)系統，尤其涉及一種用於屏蔽MRI系統中使用的梯度線圈的方法和系統。
背景技術：
磁共振成像(MRI)是一種使用核磁共振(NMR，nuclear magneticresonance)方法來獲得病人的詳細一、二和三維圖像的公知醫療程序。MRI適合於顯現軟組織並主要用於診斷疾病病理和內傷。
典型的MRI系統包括超導磁體，它能夠圍繞病人或病人的一部分產生強而均勻的磁場；包括發射器和接收器線圈的射頻(RF)發射器和接收器系統，也環繞或照射到病人的一部分；梯度線圈系統，也環繞病人的一部分；以及計算機處理/成像系統，用於從接收器線圈接收信號，並且將所述信號處理為可判斷的數據，諸如可視圖像。
超導磁體與梯度線圈組件結合使用，所述梯度線圈組件在時間上被脈動以在MRI數據收集序列期間在主磁場中產生受控梯度序列。由於主超導磁體產生均勻場，在充滿這樣的場的空間內從一個位置到另一個位置沒有空間屬性的變化；因此，從中不能提取特別是與圖像相關聯的空間信息，除非通過引入引起場強的空間(或時間)變化的輔助部件。這個功能是通過上述梯度線圈組件來完成的；通過操縱梯度場的這種方式來典型地編碼空間信息。
梯度線圈組件在組件外部產生不期望的磁場；並在梯度孔內產生需要的場。這些邊緣場(fringe field)產生將在磁結構內形成的渦流，導致圖像質量的下降。
為了限制由梯度線圈組件所產生的邊緣場效應，公知的是可以與初級線圈組合使用屏蔽線圈，以便消除梯度線圈外部的磁場。以這種方式可以降低邊緣場的存在以及效應。但是，在初級線圈和屏蔽線圈之間具有大的徑向距離的圓柱形梯度線圈需要在屏蔽線圈上的低電流密度，以便良好地消除梯度線圈外部的磁場。需要通過在梯度組件內的物理線圈繞組來近似「理想」電流密度。在各個繞組相對於屏蔽線圈的峰值安匝數具有大數量的安匝數的情況下這些近似會是不準確的。在此情況下，梯度線圈經常導致差的邊緣場性能並且對於圖像質量具有負面效果。
因此，非常期望一種具有改善的屏蔽線圈性能的梯度線圈組件，以便可以最小化邊緣場降質的效應。另外，非常期望一種具有改善的繞組排列的屏蔽線圈組件，用於減輕邊緣場降質。

發明內容
提供一種成像系統，它包括初級梯度線圈組件和屏蔽線圈組件。所述屏蔽線圈組件與初級梯度線圈組件串聯。所述屏蔽線圈組件包括第一梯度屏蔽線圈和第二或更多的梯度屏蔽線圈。附加的梯度屏蔽線圈與所述第一梯度屏蔽線圈並聯。
通過結合附圖的隨後的詳細說明，本發明本身以及伴隨的優點將會被最佳地理解。


為了更好地理解本發明，現在應當參見在附圖中更詳細地說明和下面通過示例來描述的實施例，其中圖1是按照本發明的一個實施例的MRI系統的方框圖。
圖2是按照圖1的線圈組件的透視圖的電路圖。
圖3是圖2的初級梯度線圈繞組和多頭屏蔽梯度線圈(split-shield gradientcoil)的橫截面圖。
圖4是被圖2所示的多頭屏蔽梯度線圈降低的z方向上的邊緣場強度的圖。
圖5是被圖2所示的多頭屏蔽梯度線圈降低的r方向上的邊緣場強度的圖。
圖6是示出多頭屏蔽梯度線圈的實施方式的示意圖，黑點表示電連接，實線表示Z繞組，虛線表示匝之間的嚙合扣(joggle)。
圖7是按照圖6的多頭屏蔽梯度線圈的示意圖的電路圖。
具體實施例方式
儘管針對一種包括多頭屏蔽梯度線圈的用於成像的方法來描述了本發明，但是本發明也可適用於各種系統內的成像，所述各種系統包括用於磁共振波譜系統和磁共振血管造影的那些系統。多頭屏蔽梯度線圈一般應用於高頻場的並行成像。
在下面的說明中，對於一個構造的實施例描述各種操作參數和構成。這些具體參數和構成作為示例被包括，並不意味著限定。
同樣在下面的說明中，MRI系統構成包括下列的任何一個超導磁體、超導磁體支持結構、梯度磁體組件或在本領域內公知的任何其他MRI系統構成。
現在參見圖1，其中示出了MRI系統2的方框圖。系統2包括限定掃描孔6的實質圓柱形件4。掃描孔6包括在其內安裝的RF線圈組件8。RF線圈組件8可以包括透射電子顯微鏡方法(TEM，transmission electron microscopy)表面諧振器10。
MRI系統2還包括靜態磁體結構12，它包括具有多個超導磁場線圈16的超導磁體14，該超導磁場線圈16沿著掃描孔6的縱向z軸產生時間上恆定的磁場。超導磁體線圈16由超導磁體線圈支持結構20來支持，並容納在致冷器21內。
超導磁體線圈支持結構20提供對於靜態負荷的支持，並且使得可以裝配和精確地布置磁體線圈16。儘管僅僅示出了一個超導磁體14和一個超導磁體線圈支持結構20，所公開的系統可以具有多個超導磁體和超導磁體線圈支持結構。
超導磁體線圈支持結構20最好是固體並包括外側24、外部部分26和內側28。外側24是距離支持超導磁體14的掃描孔6的中心30最遠的縱向側。外側24具有多個肩形凸處32和多個袋狀凹處34。所述多個肩形凸處32和多個袋狀凹處34具有對應於超導磁體14的尺寸的尺寸。內部部分26是固體超導磁體線圈支持結構20。內部部分26具有底座36。多個肩形凸處32整體連接到基座36的外側38。內側28最好是圓柱形狀的，並且是最靠近掃描孔6的中心30的側面。
主磁場屏蔽線圈組件40產生與超導磁線圈16所產生的場相反的磁場。屏蔽線圈組件42圍繞氦容器39。將更詳細地描述屏蔽線圈組件42。屏蔽線圈組件42最好通過機械製冷被冷卻。屏蔽線圈組件42最好被環行真空容器46包住。
所述環行真空容器46包括限定掃描孔6並與縱向軸平行延伸的圓柱形件4。在圓柱形件4的第一外側50上是一個初級磁體梯度線圈組件52，第一外側50是距離掃描孔6的中心30最遠的縱向側。位於初級磁體梯度線圈組件52的第二外側54上的是圓柱形電介質線圈架(dielectric former)。RF(射頻)屏蔽58被應用到該圓柱形電介質線圈架。
RF發射器64連接到序列控制器66和初級RF線圈62(TEM 10)。RF發射器64最好被數位化。序列控制器66經由連接到初級磁體梯度線圈組件52的梯度線圈控制器70來控制一系列電流脈衝發生器68。RF發射器64與序列控制器66相結合產生射頻信號脈衝，用於激勵和操縱掃描孔6內的主體的一部分的所選擇的偶極子內的磁共振。
射頻接收器72連接到初級RF線圈62，用於解調從主體的被查看部分發出的磁共振信號。圖像重建裝置74將接收的磁共振信號重建為存儲在圖像存儲器76中的電子圖像表示。諸如視頻處理器78的圖像重建器件將存儲的電子圖像轉換為適當的格式以顯示在視頻監控器79上。掃描孔6具有在其中安裝的RF線圈組件8。RF線圈組件8包括TEM表面諧振器10。
現在參見圖2，這是按照本發明的屏蔽線圈組件42的電路圖。初級梯度線圈組件52被公知在運行期間產生大的邊緣場。具有初級梯度線圈52和屏蔽線圈組件42之間的大徑向距離的圓柱形梯度線圈52通常需要在屏蔽線圈組件42上的低電流密度，以良好地消除梯度線圈外部的磁場(邊緣場)。「理想」的電流密度需要通過屏蔽線圈組件42內的物理線圈繞組來近似。
本發明通過使得屏蔽線圈組件42的離散電流密度更加近似理論值來處理這些問題。這是通過降低「構件塊」安匝的大小來完成的。具體上，這是通過包括屏蔽線圈組件42來完成的，所述屏蔽線圈組件42包括與初級梯度線圈52串聯連接的多個梯度屏蔽線圈80(至少2個)。通過並聯該多個梯度屏蔽線圈80，可以減小流經每個梯度屏蔽線圈80的電流，從而降低將理想的電流密度轉換為物理可實現的電流密度的離散化效應。每個梯度屏蔽線圈80因此最好取流經初級梯度線圈52的電流的一半或更少。所述多個梯度屏蔽線圈80的每個可以具有相同的電阻或不同的電阻，從而具有相同的電流或不同的電流。以這種方式，可以控制屏蔽的精確特徵以便最小化邊緣場。
儘管預期使用多個彼此並聯的梯度屏蔽線圈80的多種屏蔽線圈組件42，但是在圖3中示出一個特定的實施例。圖3是初級梯度線圈52和屏蔽線圈組件42的一個實施例的繞組模式的圖示。應當注意，屏蔽線圈組件42被舉例為具有第一梯度屏蔽線圈82和第二梯度屏蔽線圈84。本發明的屏蔽線圈組件42通過使用雙(或多個)梯度線圈82、84來提供比在傳統屏蔽中存在的更多繞組匝86。雖然預期多種配置，但是一個實施例考慮到梯度線圈82、84的每個具有相同數量的繞組匝86。本發明另外的一個優點是來自第二梯度屏蔽線圈84的匝86可位於來自第一梯度屏蔽線圈82的連續匝86之間存在的繞組間隙88內。實際上，所有的繞組匝86因此在單個繞組平面90內。在這種情況下，屏蔽性能的增加可被考慮為「自由的」，因為第二屏蔽線圈84用完了傳統屏蔽線圈的匝之間被浪費的空間。應當理解，雖然在圖3中圖解了不對稱的繞組形式的僅僅兩個屏蔽線圈82、84，但是替代實施例可以包括位於相鄰屏蔽線圈的繞組間隙88內的附加屏蔽線圈和對稱的繞組形式。
當設計具有不對稱幾何形狀的梯度時複雜性在於，初級線圈52或屏蔽線圈42中的匝數不必然是偶數。因此，通過將屏蔽線圈42分半的設計多頭屏蔽梯度線圈的最簡單方式是不可能的，因為結果將是非整數的匝。結果，通過平分線圈屏蔽線圈42的分開部分的電阻不能相等，這導致在梯度線圈的不同部分中流過不相等電流的問題。圖6中示出了使得多頭屏蔽手段可以用於不對稱幾何形狀的方法和配置，其中示出了應用到不對稱Z線圈100的多頭屏蔽線圈42。屏蔽線圈42被縮小為N個子線圈102(在所示的特定情況下是3)，每個具有相等數量的匝104。屏蔽組件42被配置使得子線圈102在單個繞組平面內彼此直線相鄰地排列。通過將子線圈102連接到兩個電壓幹線(V+和V-)108來進行線圈的電連接，所述電壓幹線(V+和V-)108沿著梯度線圈52的長度軸向延伸。屏蔽線圈組件42內的子電路106的數量可以被調整，以便每個子電路106中的電阻大致相等(見圖7)。當提高匝104的密度時，由於軸向延伸的不同長度而導致的電阻的誤差減小。
包括多個並聯連接的獨立屏蔽線圈80的屏蔽線圈組件42的使用可以對邊緣場的降低有相當大的影響(見圖2)。在一個特定實施例中，與傳統的9匝單個線圈屏蔽相反，使用組合以包括16個繞組匝的兩個屏蔽線圈80被確定對軸向邊緣場z方向(圖4)以及徑向邊緣場r方向(x方向)(圖5)均有很大的影響。所述實施例示出了在峰值徑向場中降低大約27％(從6.4mT到4.7mT)和在峰值軸向場中降低20％(4.4mT到3.5mT)。但是，應當理解，這些結果意欲是說明性的，而不是限定本發明。
對於本領域內技術人員來說，上述的裝置能夠被調整用於各種目的，而不限於下列系統MRI系統、磁共振波譜系統和其中場不穩定性是系統部件設計中的一個問題的其他應用。在不脫離由所附的權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，也可以改變上述發明。
權利要求
1.一種成像系統(2)，包括初級梯度線圈組件(52)；和屏蔽線圈組件(42)，串聯到所述初級梯度線圈組件(52)，所述屏蔽線圈組件(42)包括第一梯度屏蔽線圈(82)；和並聯連接到所述第一梯度屏蔽線圈(82)的第二梯度屏蔽線圈(84)。
2.按照權利要求1的成像系統(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括多個第一屏蔽繞組匝(86)和多個繞組間隙(88)，所述多個繞組間隙(88)的每一個形成在所述多個第一屏蔽繞組匝(86)的連續匝之間；以及所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括多個第二屏蔽繞組匝(86)，所述多個第二屏蔽繞組匝(86)的每一個位於一個所述繞組間隙(88)內。
3.按照權利要求1的成像系統(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括形成第一子線圈(102)的多個第一屏蔽繞組匝(86)；所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括形成第二子線圈(102)的多個第二屏蔽繞組匝(86)，所述第二子線圈(102)和所述第一子線圈(102)直線相鄰布置並位於單個繞組平面內。
4.一種成像系統(2)，包括初級梯度線圈組件(52)；和圍繞所述初級梯度線圈組件(52)的屏蔽線圈組件(42)，所述屏蔽線圈組件(42)包括第一梯度屏蔽線圈(82)；和並聯連接到所述第一梯度屏蔽線圈(82)的第二梯度屏蔽線圈(84)。
5.按照權利要求4的成像系統(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括多個第一屏蔽繞組匝(86)；所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括多個第二屏蔽繞組匝(86)，所述多個第二屏蔽繞組匝(86)與所述多個第一屏蔽繞組匝(86)具有相同數量的匝。
6.按照權利要求4的成像系統(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括形成第一子線圈(102)的多個第一屏蔽繞組匝(86)；所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括形成第二子線圈(102)的多個第二屏蔽繞組匝(86)，所述第二子線圈(102)和所述第一子線圈(102)直線相鄰布置並位於單個繞組平面內。
7.按照權利要求4的成像系統(2)，其中，所述屏蔽線圈組件(42)包括以非對稱形式形成的多個繞組匝(86)。
8.一種用於減小由初級梯度線圈組件(52)產生的邊緣場的方法，包括下列步驟使第一電流流過與初級梯度線圈組件(52)串聯的第一梯度屏蔽線圈(82)；使第二電流流過與初級梯度線圈組件(52)串聯的第二梯度屏蔽線圈(84)，所述第二梯度屏蔽線圈(84)與所述第一梯度屏蔽線圈(82)並聯。
9.按照權利要求8所述的方法，還包括獨立地調節所述第一電流和所述第二電流以最小化所述邊緣場。
10.按照權利要求8的方法，其中，所述第一梯度屏蔽線圈(82)和所述第二梯度屏蔽線圈(84)共享單個繞組平面。
全文摘要
提供了一種成像系統(2)，包括初級梯度線圈組件(52)和屏蔽線圈組件(42)。所述屏蔽線圈組件(42)與所述初級梯度線圈組件(52)串聯。所述屏蔽線圈組件(42)包括第一梯度屏蔽線圈(82)和第二梯度屏蔽線圈(84)。所述第二梯度屏蔽線圈(84)與所述第一梯度屏蔽線圈(82)並聯。
文檔編號G01R33/421GK1572245SQ200410049098
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月15日 優先權日2003年6月20日
發明者克里斯多福·J·埃文斯 申請人:Ge醫藥系統環球科技公司