具有多部分磁體的磁共振成像系統和裝置的製作方法

2023-05-18 03:24:36 2

專利名稱：具有多部分磁體的磁共振成像系統和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及磁共振成像系統，並且尤其涉及一種用於磁共振成像系統的多部分^f茲體。
背景技術：
磁共振成像(MRI)是一種將對象置於電磁場中並且使其經受一定頻率的電磁場脈衝的技術。該脈沖在對象中引起核磁共振，並且數字地處理由此獲得的頻謙，以形成對象的橫截面圖像。MRI成像對於醫學或獸醫應用尤其有用，因為不同的活組織發射不同特性的共振信號，因而使得能夠在獲得的圖像中顯現不同的活組織。因而，MRI裝置通常通過在存在其他石茲場的情況下應用射頻(RF)電磁場、並且隨後感測和分析在體內感生的所得到的核磁共振而運行。
常規MRI系統包括主磁體，其在進行成像的視野(FOV)中產生具有高時間穩定性和高空間均勻性的強靜磁場。常規MRI系統還包括位於主磁體和RF線圈之間的孔中的梯度線圏組件。梯度線圈組件產生空間變化場，該空間變化場使得患者身體的核子的響應頻率和相位依賴於FOV內的位置，因而提供了對身體發射的信號的空間編碼。常規MRI系統還包括設置在該孔內的RF線圈，其發射RF波並且接收來自身體的共振信號。主磁體可以是超導磁體，其包括放置在低溫恆溫器內的多個同心線圏，所述低溫恆溫器被設計為向超導線圈提供低溫操作環境。

發明內容
根據一實施例， 一種裝置包括可用於產生磁場的超導線圈的第一部分。超導線圖的第一部分包含在第一低溫恆溫器中。該裝置還包括該超導線圈的第二部分。該超導線圖的第二部分包含在第二低溫恆溫器中。
根據另一實施例， 一種系統包括多個低溫恆溫器。每個低溫恆溫器包含可用於產生磁場的超導線圏的 一部分。該系統還包括在徑向上定位在該多個低溫恆溫器的內側的梯度線圈。
根據另 一實施例， 一種磁共振成像系統包括梯度線團和至少一部分定
4位在該梯度線閨的第 一端處的第 一低溫恆溫器。第 一低溫恆溫器包含第一組超導線國，所述第 一組超導線圈包括第 一補償線圈和初級線圈的第 一部分。該初級線圈的第一部分可用於產生磁場。該磁共振成像系統還包括第二低溫恆溫器，其至少一部分定位在梯度線圈的第二端處，第二低溫恆溫器包含第二組超導線圖，所述第二組超導線圏包括第二補償線圈和該初級線圈的第二部分。該初級線圈的第二部分可用於產生磁場。第一組超導線圈和第二組超導線圈至少之一可從該磁共振成像系統中移除。
在此描述了具有變化範圍的裝置、系統和方法。除了發明內容中所述的方面和優點之外，參考附圖並閱讀下文的詳細描述，其它方面和優點將變得顯而易見。


圖1是根據一個實施例的具有至少兩個低溫恆溫器的磁共振成像系統
的簡化橫截面框圖2是根據一個實施例的具有至少兩個低溫恆溫器的磁共振成像系統的簡化橫截面框圖3是根據一個實施例的磁共振成像系統的簡化橫截面框圖，該系統的超導磁體具有密封在分開的低溫恆溫器中的兩個部分；
圖4是根據一個實施例的與圖1 - 3的MRI系統兼容的常規MRI橫向梯度磁場體線圈的軸測圖5是根據一個實施例的與圖，-3的MRI系統兼容的常規橫向梯度線圈的橫截面視圖6和圖7是根據一個實施例的與圖1 - 3的MRI系統兼容的橫向摺疊單層連續梯度線圈的橫截面視圖；以及
圖8是根椐一個實施例的與圖1-3的MRI系統兼容的月牙形梯度線圈的橫截面視圖。
具體實施例方式
在下面的詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，並且附圖中通過舉例iJt明的方式示出了可以實踐的具體實施例。以充分的細節描述這些實施例，以使得本領域技術人員能夠實踐這些實施例，並且應當理解，可以利用其它實施例，並且可以進行邏輯、機械、電氣和其它改變，而不脫離實施例的範圍。因而，不應以限制性的意義來理解下面的詳細描述。
圖1是根據一個實施例的具有至少兩個低溫恆溫器的磁共振成像
(MRI)系統100的簡化橫截面框圖。MRI系統100包括梯度線圈102。MRI系統100還包括第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106。梯度線圈102、第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106密封在外殼108中，外殼108圍繞圓柱形患者體積或孔UO。為清楚起見，在圖1中省略了 MRI系統100的各種其它元件，諸如(多個)RF線圈、懸桂構件、支架、患者平臺或支撐等。圖1中示出了兩個低溫恆溫器104和106，然而，在其它實施例中可以使用兩個以上的低溫恆溫器。
第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106是分開的部件，並且不交換諸如液氦或其它液體冷卻劑的流體。第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106各自容納超導磁體部件(例如，超導線圈)，所述超導磁體部件用於在患者體積或孔110中產生磁場。梯度線圈102在徑向上定位在第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106的內側，並且用於產生用於對所採集信號進行空間編碼的> 茲場梯度脈沖。第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106中至少之一可從外殼中移除，如圖2所示。圖2是根據一個實施例的具有至少兩個低溫恆溫器的磁共振成像(MRI)系統的簡化橫截面框圖。圖2中，第二低溫恆溫器106示為與外殼108分離，並且未安裝在其上。在可選實施例中，兩個低溫恆溫器104、 106都可與外殼108分離並從外殼108移除。
返回圖1，如上所述，第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106是分開的部件。第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106示為具有不對稱的分割(split)，從而使得第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106不具有相同的尺寸。在可選實施例中，第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106可以具有相似或相同的尺寸。優選地，低溫恆溫器104、 106中至少之一的尺寸允許該低溫恆溫器從外殼108移除，如圖2所示。在一個實施例中，低溫恆溫器104、 106中至少之一的尺寸允許該低溫恆溫器通過常規尺寸的門道，例如，近似3.0英尺乘以6.5英尺的門道。因而，將這種低溫恆溫器運送到MRI系統100的場所或從MRI系統100的場所運送出不 一定需要拆除該系統所在房間的門道和牆壁。當接近和移除或更換低溫恆溫器時，分開的低溫恆溫器104、 106的尺寸提供了更簡單的可操作性和運輸(例如，可能需要較少的機械力)。分開的低溫恆溫器104、 106還允許更容易地接近梯度線圏102。因此，MRI系統100、梯度線圈102和低溫恆溫器104、 106的維護可以更方便。分開的(或分離的)低溫恆溫器配置提供了到達MRI系統的各部分的通道，所迷部分諸如低溫恆溫器(和包含於其中的磁體部件)和梯度線圈102，以便進行維護、維修和升級。例如，第二低溫恆溫器106可以被移除，如圖2所示)，以接近梯度線圏102,來進行安裝、移除或更換。可選地，可以移除低溫恆溫器104、 106來進行維護。
如上所述，第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106各自包含超導磁體部件，它們用於在患者體積或孔110中產生磁場。圖3是根據一個實施例的超導線圈的兩個部分密封在分開的低溫恆溫器中的磁共振成像(MRI)系統的簡化橫截面框圖。MRI系統300包括第一低溫恆溫器104和第二低溫恆溫器106。第一低溫恆溫器104具有第一長度310,並且包含第一補償(或屏蔽)線團302以及主要(primary)超導線圖的第一部分304。全文中使用術語初級線圏和初級超導線圈來表示位於圓柱形低溫恆溫器的內徑上的線圈。初級(primary)超導線圏的第 一部分304可用於產生磁場。第二低溫恆溫器106具有第二長度312，並且包含第二補償(或屏蔽)線圖306和該初級超導線圈的第二部分308。初級超導線團的第二部分306可用於產生磁場。MRI系統300的初級超導線圈總計由該初級超導線圖的所述多個部分組成。例如，在圖3中，初級超導線圈總計由初級超導線圈的第一部分304和初級超導線圈的第二部分308組成。
與上面圖2中的系統200相似，在圖3中，這兩個低溫恆溫器104、106中至少之一，以及因而超導線圖的這兩個部分中的一個部分可從外殼108和MRI系統300中移除。在圖3中，第一低溫恆溫器104的第一長度310和第二低溫恆溫器106的第二長度312不同，示出了超導線圏的不對稱分割(split)。然而，MRI系統300不限於任何特定長度的低溫恆溫器104、 106或超導線圏的部分。在可選實施例中，低溫恆溫器104、 106可以具有相似或相等的長度。
優選地，該多個低溫恆溫器的每一個中的線圈具有淨平衡軸向磁力，從而使得在該多個低溫恆溫器之間不存在(或存在很小的)淨吸引力。為了提供淨平衡軸向磁力，在特定低溫恆溫器中的(多個)補償線圈的軸向磁力約等於且反向於該特定低溫恆溫器中初級超導線圈的軸向磁力。因而，補償線圖和初級超導線圏的相等(或大約相等)且反向的磁力在每個低溫恆溫器中產生淨平衡軸向磁力，或者在每個低溫恆溫器中產生接近平
衡的軸向力。例如，在第一低溫恆溫器104中，補償線圈302的軸向磁力約等於且反向於初級超導線圈的第一部分304的軸向磁力。在另一實例中，在第二低溫恆溫器中，補償線圈306的軸向磁力314約等於且反向於初級超導線圖的第二部分308的軸向磁力316、 318。在每個低溫恆溫器中的線圈的平衡軸向磁力產生約為零的淨軸向磁力。因此，低溫恆溫器104和106未對彼此施加顯著的磁力。
為了平衡作用在超導線圈的給定部分上的軸向力，低溫恆溫器可以包括至少一個其中電流與相鄰線圈中的電流相反的線圖。例如，位於低溫恆溫器中的端線圖內側的該低溫恆溫器中的線圈可以是反向線圏，以使得能夠在該低溫恆溫器中產生淨平衡軸向磁力。此外，這種反向流與相對較大數量的線圈(例如，多於六個線圖)相結合使得能夠使用短而均勻的初級線團幾何結構。
使用多個低溫恆溫器的分開的低溫恆溫器配置(如上所述)與有效的初級超導線圈幾何結構兼容。例如，通過以U-形幾何結構布置的初級超導線圈的多匝獲得短磁體系統，其中"U，，的開口朝向MRI系統300的縱軸320。第一低溫恆溫器104的至少一部分定位在梯度線圈102的第一端322，並且第二低溫恆溫器106的至少一部分定位在梯度線圈102的第二端324。結果，梯度線圈102的至少一部分定位在這兩個低溫恆溫器104、106之間。在該配置中，初級線圏產生的磁場具有非常高度的均勻性，並且"U"形幾何結構的尺寸仍然足夠大。初級(內部)線圖的"U"結構減小了初級線圈的長度和/或提高了均勻性，同時仍然提供足夠的空間來容納梯度線團。在"U"結構中，通過使用初級線圈的可分離部分(例如，圖3中所示的部分304、 308 ),梯度線圖102物理上未被初級線圈擋住，因而梯度線圈可以被容易地維修或更換。
在實施初級超導線圖的"U，，形幾何結構的情況中， 一些實施例包括具有減小的軸向範圍的梯度線圈幾何結構，從而使得梯度線團可以置於端部初級線圖之間。圖4-8描述了與圖1 - 3的MRI系統兼容的示範性的縮短的梯度線圈配置。圖4是根據一個實施例的與圖1-3的MRI系統兼容的常規的橫向Golay梯度線圈400的軸測圖。橫向梯度線圈400具有四個象限，每個象限具有"指紋"繞組圖案402、 404、 406、 408，這類似於圖5中所示的。電流根據箭頭410、 412、 414和416或與之相反地流動。象限402、 404、 406和408彼此串連電連接。圖4還包括對象418和石茲體裝置420。
圖5是根據一個實施例的與圖1 - 3的MRI系統兼容的常規橫向Golay梯度線圈500的橫截面示圖。在圖4的"指糹丈"線圈的每一個中，表面電流被設計為從A至B通過區域502以導致產生磁場。從A至B通過區域502的電流路徑被設計為提供所需的磁場梯度。從B至C的區域504是必須的，以提供完成電路的電流返迴路徑。然而，區域504中的返迴路徑增加了功率消耗和梯度線圈長度，而不會提供有用的成像梯度。然而，在區
域504中的返迴路徑的實例中，返迴路徑區域具有更緊密組裝的匝，以便提供稍微減小的梯度線圈長度，而不損害場的線性。
圖6和圖7是根據一個實施例的與圖1 - 3的MRI系統兼容的橫向摺疊單層連續梯度線圏600的橫截面示圖。橫向摺疊單層連續梯度線圈幾何結構更為有效，並且具有減少的軸向範圍，其當與"U，，形初級線圈幾何結構結合實施時可能尤其有利。梯度線圈600包括具有用於運送電流的多個半環604的第一區域602，具有同樣用於運送電流的多個半環的第二區域606，以及具有導體的第三區域608，所述導體將每個半環604與相應的半環連接以產生單個梯度線圈600。梯度線圈600意於沿著線610和612摺疊或彎曲，以產生設置在半徑為a,和a2的兩個圓柱體上的形狀，如圖7中所示。部分602設置在半徑為a,的圓柱體上，而部分606設置在半徑為a2的圓柱體上。部分608是用於連結部分602和606的各個電流路徑的媒介，將半徑a,處的部分602的每匝連接至半徑a2處的部分606的每個相應匣。可以通過合適地將連接線焊接和支撐在半徑a,處的線圈的每匝到半徑
32處的那些之間來解決該複雜結構。
圖8是根據一個實施例的與圖1 - 3的MRI系統兼容的月牙形梯度線圈800的橫截面視圖。月牙形梯度線圈800包括第一半徑802和第二半徑804。在月牙形梯度線圖800中，用於前向弧的返迴路徑在第二半徑804上，減少了梯度的軸向範圍，並且由此當與"U"形初級線圖幾何結構結合實施時使得月牙形幾何結構是有利。為了進一步增強性能，月牙形梯度線圖可以與更常規的Golay梯度線圈組合，由此一些前向弧具有在第二半徑上的返迴路徑，而一些前向弧具有相同半徑上的返迴路徑。
描迷了可分離超導線圈磁共振成像(MRI)系統。雖然在此示出和描述了具體實施例，本領域普通技術人員將意識到，計算以實現相同目的任何設置可以替換所示的具體實施例。該應用意於覆蓋任何修改或改變。
特別地，本領域技術人員將容易意識到，方法和裝置的名稱不意於限 制實施例。而且，其它方法和裝置可以添加至部件，可以在部件之間重新 設置功能，並且可以引入對應於未來增強和實施例中所使用的物理設備的 新部件，而不脫離實施例的範圍。本領域技術人員將容易意識到，實施例
可應用於將來的線圈、不同的低溫恆溫器以及新的MRI系統。
本申請中所使用的術語意在包括所有的MRI系統、低溫恆溫器和磁 線圈以及提供如本文所述的相同功能的備選技術。
權利要求
1、一種裝置，包括可用於產生磁場的超導線圈(102)的第一部分(304)，該超導線圈(102)的該第一部分(304)包含在第一低溫恆溫器(104)中；以及該超導線圈(102)的第二部分(308)，該超導線圈(102)的第二部分(308)包含在第二低溫恆溫器(106)中。
2、 根據權利要求1所述的裝置，其中該超導線圏(102)的第一部分(304 )和該超導線圏(02)的第二部分(308 )中的至少一個可從該裝置中移除。
3、 根據權利要求l所迷的裝置，其中該超導線圈(102)的第一部分(304 )和該超導線圏(102)的第二部分(308 )被設置成U-形幾何結構。
4、 一種系統，包括多個低溫恆溫器，每個低溫恆溫器包含可用於產生磁場的超導線圏(102)的一部分；以及在徑向上定位在該多個低溫恆溫器內側的梯度線圏。
5、 根據權利要求4所迷的系統，其中該系統還包括第一補償線團(302 ),其包含在該多個低溫恆溫器中的第一低溫恆溫器(104)中；以及第二補償線圏(306),其包含在該多個低溫恆溫器中的第二低溫恆溫器(106)中。
6、 根椐權利要求5所迷的系統，其中第一低溫恆溫器(104)還包括該超導線圏(102)的第一部分(304 ),並且第一補償線圈(302)的軸向磁力約等於且反向於該超導線圈(102)的第一部分(304)的磁力。
7、 一種磁共振成像系統，包括梯度線圈；第一低溫恆溫器(104)，其具有定位在該梯度線圈的第一端處的至少一部分，第一低溫恆溫器(104)包含第一組超導線圏(102),所述第一組超導線圏包括第一補償線圏(302 )和初級線圖的第一部分(304)，該初級線圏的第一部分(304 )可用於產生磁場；第二低溫恆溫器(106),其具有定位在該梯度線圈的第二端處的至少一部分，第二低溫恆溫器U06)包含第二組超導線圈(102),所述第二組超導線圏包括第二補償線圈(306 )以及該初級線圈的第二部分(308),該初級線圖的第二部分(308 )可用於產生磁場；以及其中第一組超導線圏(102)和第二組超導線圏(102)至少之一可從該磁共振成像系統中移除。
8、 根據權利要求7所述的磁共振成像系統，其中第一補償線圈(302)的軸向磁力(314)約等於且反向於該初級線圈的第一部分(304)的軸向磁力(316)。
9、 根椐權利要求7所述的磁共振成像系統，其中該初級線圖的笫一部分(304 )和該初級線圏的第二部分(308 )被設置成U形幾何結構。
10、 根據權利要求7所述的磁共振成像系統，其中第一低溫恆溫器(104)的補償線圏的軸向磁力(314)約等於且反向於該初級線圏的第一部分(304)的軸向磁力(316)。
全文摘要
本發明涉及具有多部分磁體的磁共振成像系統和裝置。提供了系統、方法和裝置，在一些實施例中，磁共振成像系統包括至少兩個低溫恆溫器(104和106)，每個低溫恆溫器具有超導線圈(102)的一部分。一些實施例在各部分(304和306)之間提供了力平衡(314和316)。一些實施例提供了使用更有效的超導線圈幾何結構的能力，不然所述幾何結構將物理地擋住線圈之間的梯度。一些實施例提供了安裝、移除或升級磁體的能力，而不用拆除成像室。
文檔編號G01R33/3815GK101539615SQ20091012686
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月20日 優先權日2008年3月20日
發明者T·J·霍利斯 申請人:通用電氣公司