專利名稱：梯度線圈及其制造方法以及磁共振成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于MRI(磁共振成像)裝置的梯度線圈、制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法以及MRI裝置，并且尤其涉及用于在它的屏蔽線圈中具有低的電損耗和低的熱釋放量的MRI裝置的梯度線圈、制造這種線圈的方法以及MRI裝置。


圖11圖示出傳統(tǒng)的MRI裝置中的磁體組件的示例。
磁體組件51包括磁軛20、一對(duì)用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的附接于磁軛20的相互面對(duì)的永磁體1Mt和1Mb，分別設(shè)置在永磁體1Mt和1Mb的相互面對(duì)的表面上的用于改善靜態(tài)磁場(chǎng)的均勻性的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25、分別設(shè)置在磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的相對(duì)的表面上的用于產(chǎn)生Z軸梯度磁場(chǎng)的上下Z軸主梯度線圈單元1Zt和1Zb、用于防止上Z軸主梯度線圈1Zt產(chǎn)生的磁通影響磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24的上Z軸屏蔽線圈51Zts和用于防止下Z軸主梯度線圈1Zb產(chǎn)生的磁通影響磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板25的下Z軸屏蔽線圈51Zbs。
上Z軸屏蔽線圈51Zts、上Z軸主梯度線圈1Zt、下Z軸主梯度線圈1Zb和下Z軸屏蔽線圈51Zbs的組合構(gòu)成Z軸梯度線圈51Z。
盡管在圖中省略了，X和Y軸的梯度線圈也被設(shè)置在磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的相對(duì)的表面上。
圖12是Z軸梯度線圈51Z的透視簡(jiǎn)圖。
上Z軸屏蔽線圈51Zts的繞線被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于上Z軸主梯度線圈1Zt的整個(gè)繞線區(qū)域。但是，上Z軸屏蔽線圈51Zts的繞線數(shù)目小于上Z軸主梯度線圈單元1Zt的繞線數(shù)目。
盡管傳統(tǒng)的Z軸屏蔽線圈51Zts和51Zbs的繞線數(shù)目小于Z軸主梯度線圈單元1Zt和1Zb的繞線數(shù)目，因?yàn)閆軸屏蔽線圈51Zts和51Zbs的繞線被定位成相應(yīng)于Z軸主梯度線圈1Zt和1Zb的整個(gè)繞線區(qū)域，它明顯很大。這樣，Z軸屏蔽線圈51Zts和51Zbs具有大的電損耗。
尤其，用于MRI裝置的傳統(tǒng)梯度線圈出現(xiàn)一個(gè)在它的屏蔽線圈中產(chǎn)生大的電損耗從而會(huì)釋放大量熱量的問題。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于在它的屏蔽線圈中具有低的損耗和低的熱釋放的MRI裝置的梯度線圈、一種制造這種梯度線圈的方法以及MRI裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于MRI裝置的梯度線圈，包括插在主梯度線圈和磁性構(gòu)件之間的部分屏蔽線圈，該部分屏蔽線圈把它的繞線僅定位在一高繞線密度區(qū)，在該區(qū)域的一部分中主梯度線圈的繞線密度是最高的。
在用于第一方面的MRI裝置的梯度線圈中，屏蔽線圈的繞線被定位成僅相應(yīng)于高繞線密度區(qū)，而不是相應(yīng)于主梯度線圈的整個(gè)繞線區(qū)。(為了這一原因，所述線圈被稱為“部分屏蔽線圈”)。因此，可降低繞線數(shù)目，從而降低電損耗和熱釋放。另外，由于仍能達(dá)到要求的屏蔽性能，可防止由主梯度線圈產(chǎn)生的磁通影響磁性構(gòu)件(諸如磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板)，從而避免對(duì)磁性構(gòu)件中的剩磁產(chǎn)生負(fù)面影響。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把圖像電流方法僅應(yīng)用于一高繞線密度區(qū)，在該區(qū)域的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的，并把邊界條件僅應(yīng)用于同一區(qū)來確定其繞線僅被定位于高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈的繞線位置的步驟。
在用于第二方面的MRI裝置的梯度線圈的制造方法中，圖像電流方法僅被應(yīng)用于高繞線密度區(qū)并且邊界條件僅被應(yīng)用于同一區(qū)，而不是主梯度線圈的整個(gè)繞線區(qū)。因此，屏蔽線圈的繞線可被適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥趦H相應(yīng)于高繞線密度區(qū)(為了這一原因，所述線圈被稱為“部分屏蔽線圈”)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把優(yōu)化面限定在部分屏蔽線圈與靠近該部分屏蔽線圈分布的磁性構(gòu)件之間的步驟，該部分屏蔽線圈把它的繞線僅定位在一高繞線密度區(qū)，在該區(qū)域的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的，并且用最小平方方法優(yōu)化部分屏蔽線圈的繞線位置，從而磁場(chǎng)在優(yōu)化面內(nèi)被最小化。
在用于第三方面的MRI裝置的梯度線圈的制造方法中，屏蔽線圈的繞線僅被定位于高繞線密度區(qū)，而不是在主梯度線圈的整個(gè)繞線區(qū)，并且繞線位置用最小平方方法優(yōu)化。因此，屏蔽線圈的繞線可被適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥趦H相應(yīng)于高繞線密度區(qū)(為了這一原因，線圈被稱為“部分屏蔽線圈”)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把圖像電流方法僅應(yīng)用于一高繞線密度區(qū)，在該區(qū)域的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的，并把邊界條件僅應(yīng)用于同一區(qū)來確定其繞線僅被定位于高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈的繞線位置的步驟，還包括然后把優(yōu)化面限定在部分屏蔽線圈與靠近該部分屏蔽線圈分布的磁性構(gòu)件之間的步驟，以及用最小平方方法優(yōu)化部分屏蔽線圈的繞線位置，從而磁場(chǎng)在優(yōu)化面內(nèi)被最小化的步驟。
在用于第四方面的MRI裝置的梯度線圈的制造方法中，圖像電流方法僅被應(yīng)用于高繞線密度區(qū)并且邊界條件僅被應(yīng)用于同一區(qū)，而不是主梯度線圈的整個(gè)繞線區(qū)。因此，屏蔽線圈的繞線可被適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥趦H相應(yīng)于高繞線密度區(qū)(為了這一原因，所述線圈被稱為“部分屏蔽線圈”)。而且屏蔽線圈的繞線位置用最小平方方法優(yōu)化。因此，屏蔽線圈的繞線可被更適當(dāng)?shù)囟ㄎ弧?br> 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種MRI裝置，包括包含主梯度線圈的梯度線圈和使其繞線僅定位在一高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈，在所述高繞線密度區(qū)的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的。
在第五方面的MRI裝置中，屏蔽線圈的繞線被定位成僅相應(yīng)于高繞線密度區(qū)，而不是相應(yīng)于主梯度線圈的整個(gè)繞線區(qū)。(為了這一原因，線圈被稱為“部分屏蔽線圈”)。因此，可降低屏蔽線圈的繞線數(shù)目，從而降低電損耗和熱釋放。另外，由于仍能達(dá)到要求的屏蔽性能，可防止由主梯度線圈產(chǎn)生的磁通影響磁性構(gòu)件(諸如磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板)，從而避免磁性構(gòu)件中的剩磁的負(fù)面影響使產(chǎn)生的圖像質(zhì)量降低。
從而根據(jù)本發(fā)明的用于MRI裝置的梯度線圈、制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法和MRI裝置，可降低屏蔽線圈的繞線數(shù)目，從而降低電損耗和熱釋放。另外，由于仍能達(dá)到要求的屏蔽性能，可防止由主梯度線圈產(chǎn)生的磁通影響磁性構(gòu)件，從而避免磁性構(gòu)件中的剩磁的負(fù)面影響使產(chǎn)生的圖像質(zhì)量降低。
本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖的對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中將變得更明顯。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MRI裝置的配置框圖；圖2是表示圖1的MRI裝置中的磁體組件的主要部分的簡(jiǎn)圖3是Z軸梯度線圈的透視圖；圖4是Z軸梯度線圈的橫截面圖；圖5是表示梯度線圈設(shè)計(jì)過程的流程圖；圖6是表示部分屏蔽線圈設(shè)計(jì)過程的流程圖；圖7圖示出通過不存在部分屏蔽線圈的主梯度線圈從表面磁通密度分布來確定高繞線密度區(qū)的步驟；圖8圖示出通過把圖像電流方法和邊界條件僅應(yīng)用于高繞線密度區(qū)來找到電流密度分布的步驟；圖9表示從電流密度分布獲得的繞線位置；圖10圖示優(yōu)化繞線位置的步驟；圖11圖示傳統(tǒng)磁體組件的主要部分的簡(jiǎn)圖；圖12是傳統(tǒng)Z軸梯度線圈的透視簡(jiǎn)圖。
本發(fā)明將參考在附圖中示出的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行具體描述。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MRI裝置的配置框圖。
在MRI裝置100中，磁體組件1內(nèi)具有一個(gè)受測(cè)體可插入其中的內(nèi)腔(空的部分)，并且圍繞著內(nèi)腔，磁體組件1包括用于產(chǎn)生X軸梯度磁場(chǎng)的X軸梯度線圈1X、用于產(chǎn)生Y軸梯度磁場(chǎng)的Y梯度線圈1Y、用于產(chǎn)生Z軸梯度磁場(chǎng)的Z軸梯度線圈1Z、用于應(yīng)用RF脈沖來激活受測(cè)體內(nèi)部原子核的自旋的發(fā)射線圈1T、用于檢測(cè)來自受測(cè)體的NMR信號(hào)的接收線圈1R以及用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的永磁體對(duì)1M。
應(yīng)注意超導(dǎo)磁體可被用來替代永磁體對(duì)1M。
X軸梯度線圈1X被連接于X軸梯度線圈驅(qū)動(dòng)電路3X。Y軸梯度線圈1Y被連接于Y軸梯度線圈驅(qū)動(dòng)電路3Y。Z軸梯度線圈1Z被連接于Z軸梯度線圈驅(qū)動(dòng)電路3Z。發(fā)射線圈1T被連接于RF功率放大器4。接收線圈1R被連接于前置放大器5。
序列存儲(chǔ)器電路8根據(jù)來自計(jì)算機(jī)7的指令基于自旋回轉(zhuǎn)技術(shù)等的脈沖序列操作X、Y、Z軸梯度線圈驅(qū)動(dòng)電路3X、3Y和3Z，以分別從X軸梯度線圈1X、Y軸梯度線圈1Y和Z軸梯度線圈1Z產(chǎn)生X軸梯度磁場(chǎng)、Y軸梯度磁場(chǎng)和Z軸梯度磁場(chǎng)。序列存儲(chǔ)器電路8還操作門調(diào)制電路9來把來自RF振蕩電路10的高頻輸出信號(hào)調(diào)制為具有預(yù)定時(shí)序和預(yù)定包絡(luò)線的脈沖信號(hào)，并把脈沖信號(hào)應(yīng)用于RF功率放大器4作為激活脈沖。在RF功率放大器4中被功率放大后，信號(hào)被應(yīng)用于磁體組件1中的發(fā)射線圈1T以選擇地激活目標(biāo)片區(qū)。
前置放大器5放大來自受測(cè)體的由磁體組件1中的接收線圈1R檢測(cè)的NMR信號(hào)，并把該信號(hào)輸入到相位檢測(cè)器12。相位檢測(cè)器12用來自RF振蕩電路10的輸出作為參考信號(hào)檢測(cè)來自前置放大器5的NMR信號(hào)的相位，并把檢測(cè)過相位的信號(hào)提供給A／D轉(zhuǎn)換器11。A／D轉(zhuǎn)換器11把檢測(cè)過相位的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字MR信號(hào)數(shù)據(jù)并把它輸入到計(jì)算機(jī)7。
計(jì)算機(jī)7在MR數(shù)據(jù)上執(zhí)行圖像重構(gòu)計(jì)算以產(chǎn)生目標(biāo)片區(qū)的圖像。圖像被顯示在顯示裝置6上。計(jì)算機(jī)7也負(fù)責(zé)總體控制，例如接受從操作臺(tái)13輸入的信息。
圖2是表示磁鐵組件1的主要部分(與本發(fā)明相關(guān)的)的簡(jiǎn)圖。
磁體組件1包括磁軛20、一對(duì)用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的附接于磁軛20的相互面對(duì)的永磁體1Mt和1Mb，分別設(shè)置在永磁體1Mt和1Mb的相互面對(duì)的表面上的用于改善靜態(tài)磁場(chǎng)的均勻性的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25、分別設(shè)置在磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的相對(duì)的表面上的用于產(chǎn)生Z軸梯度磁場(chǎng)的上下Z軸主梯度線圈1Zt和1Zb、用于防止上Z軸主梯度線圈1Zt產(chǎn)生的磁通影響磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24的上Z軸部分屏蔽線圈1Zts和用于防止下Z軸主梯度線圈1Zb產(chǎn)生的磁通影響磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板25的下Z軸部分屏蔽線圈1Zbs。
上Z軸部分屏蔽線圈1Zts、上Z軸主梯度線圈1Zt、下Z軸主梯度線圈1Zb和下Z軸部分屏蔽線圈1Zbs的組合構(gòu)成Z軸梯度線圈1Z。
盡管在圖中省略了，X和Y軸的梯度線圈1X和1Y也被設(shè)置在磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的相對(duì)的表面上。
圖3是Z軸梯度線圈1Z的透視圖；上Z軸部分屏蔽線圈1Zts的繞線僅被定位在一高繞線密度區(qū)，該區(qū)域的一部分中的上Z軸主梯度線圈1Zt的繞線密度是最高的(在圖4中以1Zp表示)，而不是被定位在相應(yīng)于上Z軸主梯度線圈1Zt的整個(gè)繞線區(qū)。
圖4是Z軸梯度線圈1Z的橫截面圖；表面磁通密度分布輪廓Sm表示磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的每一個(gè)的表面上的磁通密度分布。另一個(gè)表面磁通密度分布輪廓Sm′在圖7中在Z軸部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs不存在時(shí)表示出來。比較這些輪廓可以看到，通過Z軸部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs的存在在磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25的表面上的磁通密度被抑制。從而可避免對(duì)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25中的剩磁產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖5是表示設(shè)計(jì)用于制造主梯度線圈1Zt和1Zb的主梯度線圈的過程的流程圖。
在步驟M1，確定主梯度線圈的電流密度分布，從而在成像區(qū)產(chǎn)生要求的梯度磁場(chǎng)。
在步驟M2，主梯度線圈的繞線位置基于主梯度線圈承載的電流強(qiáng)度和在步驟S1得到的電流密度分布被確定。
應(yīng)注意上面設(shè)計(jì)主梯度線圈的過程基本上被公開在例如日本專利申請(qǐng)公開No．6-14900中。
圖6是表示設(shè)計(jì)用于制造Z軸部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs的部分屏蔽線圈的過程的流程圖。
在步驟S1，當(dāng)梯度電流I在不存在Z軸部分屏蔽線圈1Zbs的情況下流過主梯度線圈1Zb時(shí)計(jì)算表面磁通密度分布輪廓Sm′，如圖7所示。然后具有例如大于表面磁通密度分布輪廓Sm′的峰值的30％的磁通密度的區(qū)被定義為高繞線密度區(qū)1Zp。為了這一原因，高繞線密度區(qū)1Zp也可被稱為高磁通密度區(qū)。接著，部分屏蔽線圈的電流密度分布通過把圖像電流方法僅應(yīng)用于高繞線密度區(qū)1Zp并且把邊界條件僅應(yīng)用于相同的區(qū)來確定，如圖8所示。尤其，邊界K被假設(shè)在部分屏蔽線圈的高度處，在與梯度電流I的相反方向上流過的圖像電流Ii被假設(shè)在梯度電流I的相對(duì)于邊界K的鏡面對(duì)稱位置。然后，在邊界K計(jì)算磁場(chǎng)分布，結(jié)果得到的磁場(chǎng)分布被用作電流密度分布。
在步驟S2，部分屏蔽線圈的繞線位置基于部分屏蔽線圈承載的電流強(qiáng)度和在步驟S1得到的電流密度分布被確定，如圖9所示。
應(yīng)注意基于電流密度分布確定繞線位置的方法被公開在例如日本專利申請(qǐng)公開No．6-14900中。
在步驟S3，如圖10所示，優(yōu)化面P被定義在部分屏蔽線圈與靠近該部分屏蔽線圈分布的磁性構(gòu)件之間，該部分屏蔽線圈的繞線位置用最小平方方法優(yōu)化，從而在優(yōu)化面P內(nèi)在大量評(píng)估點(diǎn)處的磁場(chǎng)(t=1，…N)的平方和被最小化。從而可對(duì)Z軸部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs確定繞線的優(yōu)化位置，如圖4所示。
應(yīng)注意優(yōu)化面P被定義在例如大約與磁性構(gòu)件離開1mm的位置。而且，盡管可以規(guī)則的間隔來定義非常大的數(shù)目的評(píng)估點(diǎn)，為降低計(jì)算過程的負(fù)荷，優(yōu)選是最小數(shù)目的評(píng)估點(diǎn)被定義在密度分布中，從而磁場(chǎng)分布可合理地在優(yōu)化面P內(nèi)被采樣。
根據(jù)如上所述的MRI裝置100，由于部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs被采用成使它們的繞線位置僅相應(yīng)于高繞線密度區(qū)1Zp，而不是相應(yīng)于主梯度線圈1Zt和1Zb的整個(gè)繞線區(qū)，可降低屏蔽線圈的繞線數(shù)目，從而降低電損耗和熱釋放。另外，由于仍能達(dá)到要求的屏蔽性能，可防止由主梯度線圈1Zt和1Zb產(chǎn)生的磁通影響磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25等，從而避免磁場(chǎng)調(diào)節(jié)板24和25中的剩磁的負(fù)面影響使產(chǎn)生的圖像惡化。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可構(gòu)造出本發(fā)明的許多十分不同的實(shí)施例。應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例，而是在后面的權(quán)利要求中來限定。
權(quán)利要求
1．一種用于MRI裝置的梯度線圈，包括插在主梯度線圈與磁性構(gòu)件之間的部分屏蔽線圈，所述部分屏蔽線圈的繞線位置僅定位在一高繞線密度區(qū)，該區(qū)域的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的。
2．一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把圖像電流方法僅應(yīng)用于一高繞線密度區(qū)并把邊界條件僅應(yīng)用于同一區(qū)來確定其繞線僅被定位于高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈的繞線位置的步驟，在所述高繞線密度區(qū)的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的。
3．一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把優(yōu)化面限定在部分屏蔽線圈與靠近所述部分屏蔽線圈分布的磁性構(gòu)件之間的步驟，所述部分屏蔽線圈的繞線僅定位在一高繞線密度區(qū)，該高繞線密度區(qū)的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的，并且用最小平方方法優(yōu)化所述部分屏蔽線圈的繞線位置，從而磁場(chǎng)在所述優(yōu)化面內(nèi)被最小化。
4．一種制造用于MRI裝置的梯度線圈的方法，包括把圖像電流方法僅應(yīng)用于一高繞線密度區(qū)并把邊界條件僅應(yīng)用于同一區(qū)來確定使其繞線僅被定位于高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈的繞線位置的步驟，該高繞線密度區(qū)的一部分中的主梯度線圈的繞線密度是最高的，還包括然后把優(yōu)化面限定在所述部分屏蔽線圈與靠近該部分屏蔽線圈分布的磁性構(gòu)件之間的步驟，以及用最小平方方法優(yōu)化所述部分屏蔽線圈的繞線位置，從而磁場(chǎng)在優(yōu)化面內(nèi)被最小化的步驟。
5．一種MRI裝置，包括包含主梯度線圈的梯度線圈和使其繞線僅定位在一高繞線密度區(qū)的部分屏蔽線圈，該高繞線密度區(qū)的一部分中的所述主梯度線圈的繞線密度是最高的。
全文摘要
為降低屏蔽線圈中的電流損耗和熱量釋放,使用其繞線被定位于僅相應(yīng)于高繞線密度區(qū)1Zp,而不是相應(yīng)于主梯度線圈1Zt和1Zb的整個(gè)繞線區(qū)的部分屏蔽線圈1Zts和1Zbs。
文檔編號(hào)G01R33/421GK1279928SQ0011864
公開日2001年1月17日 申請(qǐng)日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者后藤隆男 申請(qǐng)人:通用電器橫河醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社