專利名稱：具有改善的邊緣場的多頭屏蔽梯度線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)系統(tǒng)，尤其涉及一種用于屏蔽MRI系統(tǒng)中使用的梯度線圈的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(xì)一、二和三維圖像的公知醫(yī)療程序。MRI適合于顯現(xiàn)軟組織并主要用于診斷疾病病理和內(nèi)傷。
典型的MRI系統(tǒng)包括超導(dǎo)磁體，它能夠圍繞病人或病人的一部分產(chǎn)生強(qiáng)而均勻的磁場；包括發(fā)射器和接收器線圈的射頻(RF)發(fā)射器和接收器系統(tǒng)，也環(huán)繞或照射到病人的一部分；梯度線圈系統(tǒng)，也環(huán)繞病人的一部分；以及計(jì)算機(jī)處理/成像系統(tǒng)，用于從接收器線圈接收信號(hào)，并且將所述信號(hào)處理為可判斷的數(shù)據(jù)，諸如可視圖像。
超導(dǎo)磁體與梯度線圈組件結(jié)合使用，所述梯度線圈組件在時(shí)間上被脈動(dòng)以在MRI數(shù)據(jù)收集序列期間在主磁場中產(chǎn)生受控梯度序列。由于主超導(dǎo)磁體產(chǎn)生均勻場，在充滿這樣的場的空間內(nèi)從一個(gè)位置到另一個(gè)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(guān)聯(lián)的空間信息，除非通過引入引起場強(qiáng)的空間(或時(shí)間)變化的輔助部件。這個(gè)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(chǎn)生不期望的磁場；并在梯度孔內(nèi)產(chǎn)生需要的場。這些邊緣場(fringe field)產(chǎn)生將在磁結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的渦流，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。
為了限制由梯度線圈組件所產(chǎn)生的邊緣場效應(yīng)，公知的是可以與初級(jí)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(yīng)。但是，在初級(jí)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(nèi)的物理線圈繞組來近似“理想”電流密度。在各個(gè)繞組相對(duì)于屏蔽線圈的峰值安匝數(shù)具有大數(shù)量的安匝數(shù)的情況下這些近似會(huì)是不準(zhǔn)確的。在此情況下，梯度線圈經(jīng)常導(dǎo)致差的邊緣場性能并且對(duì)于圖像質(zhì)量具有負(fù)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(zhì)的效應(yīng)。另外，非常期望一種具有改善的繞組排列的屏蔽線圈組件，用于減輕邊緣場降質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種成像系統(tǒng)，它包括初級(jí)梯度線圈組件和屏蔽線圈組件。所述屏蔽線圈組件與初級(jí)梯度線圈組件串聯(lián)。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并聯(lián)。
通過結(jié)合附圖的隨后的詳細(xì)說明，本發(fā)明本身以及伴隨的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被最佳地理解。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)參見在附圖中更詳細(xì)地說明和下面通過示例來描述的實(shí)施例，其中圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MRI系統(tǒng)的方框圖。
圖2是按照?qǐng)D1的線圈組件的透視圖的電路圖。
圖3是圖2的初級(jí)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(qiáng)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(qiáng)度的圖。
圖6是示出多頭屏蔽梯度線圈的實(shí)施方式的示意圖，黑點(diǎn)表示電連接，實(shí)線表示Z繞組，虛線表示匝之間的嚙合扣(joggle)。
圖7是按照?qǐng)D6的多頭屏蔽梯度線圈的示意圖的電路圖。
具體實(shí)施例方式
盡管針對(duì)一種包括多頭屏蔽梯度線圈的用于成像的方法來描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可適用于各種系統(tǒng)內(nèi)的成像，所述各種系統(tǒng)包括用于磁共振波譜系統(tǒng)和磁共振血管造影的那些系統(tǒng)。多頭屏蔽梯度線圈一般應(yīng)用于高頻場的并行成像。
在下面的說明中，對(duì)于一個(gè)構(gòu)造的實(shí)施例描述各種操作參數(shù)和構(gòu)成。這些具體參數(shù)和構(gòu)成作為示例被包括，并不意味著限定。
同樣在下面的說明中，MRI系統(tǒng)構(gòu)成包括下列的任何一個(gè)超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁體支持結(jié)構(gòu)、梯度磁體組件或在本領(lǐng)域內(nèi)公知的任何其他MRI系統(tǒng)構(gòu)成。
現(xiàn)在參見圖1，其中示出了MRI系統(tǒng)2的方框圖。系統(tǒng)2包括限定掃描孔6的實(shí)質(zhì)圓柱形件4。掃描孔6包括在其內(nèi)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(tǒng)2還包括靜態(tài)磁體結(jié)構(gòu)12，它包括具有多個(gè)超導(dǎo)磁場線圈16的超導(dǎo)磁體14，該超導(dǎo)磁場線圈16沿著掃描孔6的縱向z軸產(chǎn)生時(shí)間上恒定的磁場。超導(dǎo)磁體線圈16由超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)20來支持，并容納在致冷器21內(nèi)。
超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)20提供對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷的支持，并且使得可以裝配和精確地布置磁體線圈16。盡管僅僅示出了一個(gè)超導(dǎo)磁體14和一個(gè)超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)20，所公開的系統(tǒng)可以具有多個(gè)超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)。
超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)20最好是固體并包括外側(cè)24、外部部分26和內(nèi)側(cè)28。外側(cè)24是距離支持超導(dǎo)磁體14的掃描孔6的中心30最遠(yuǎn)的縱向側(cè)。外側(cè)24具有多個(gè)肩形凸處32和多個(gè)袋狀凹處34。所述多個(gè)肩形凸處32和多個(gè)袋狀凹處34具有對(duì)應(yīng)于超導(dǎo)磁體14的尺寸的尺寸。內(nèi)部部分26是固體超導(dǎo)磁體線圈支持結(jié)構(gòu)20。內(nèi)部部分26具有底座36。多個(gè)肩形凸處32整體連接到基座36的外側(cè)38。內(nèi)側(cè)28最好是圓柱形狀的，并且是最靠近掃描孔6的中心30的側(cè)面。
主磁場屏蔽線圈組件40產(chǎn)生與超導(dǎo)磁線圈16所產(chǎn)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(xì)地描述屏蔽線圈組件42。屏蔽線圈組件42最好通過機(jī)械制冷被冷卻。屏蔽線圈組件42最好被環(huán)行真空容器46包住。
所述環(huán)行真空容器46包括限定掃描孔6并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(cè)50上是一個(gè)初級(jí)磁體梯度線圈組件52，第一外側(cè)50是距離掃描孔6的中心30最遠(yuǎn)的縱向側(cè)。位于初級(jí)磁體梯度線圈組件52的第二外側(cè)54上的是圓柱形電介質(zhì)線圈架(dielectric former)。RF(射頻)屏蔽58被應(yīng)用到該圓柱形電介質(zhì)線圈架。
RF發(fā)射器64連接到序列控制器66和初級(jí)RF線圈62(TEM 10)。RF發(fā)射器64最好被數(shù)字化。序列控制器66經(jīng)由連接到初級(jí)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沖發(fā)生器68。RF發(fā)射器64與序列控制器66相結(jié)合產(chǎn)生射頻信號(hào)脈沖，用于激勵(lì)和操縱掃描孔6內(nèi)的主體的一部分的所選擇的偶極子內(nèi)的磁共振。
射頻接收器72連接到初級(jí)RF線圈62，用于解調(diào)從主體的被查看部分發(fā)出的磁共振信號(hào)。圖像重建裝置74將接收的磁共振信號(hào)重建為存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)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(chǔ)的電子圖像轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)母袷揭燥@示在視頻監(jiān)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(xiàn)在參見圖2，這是按照本發(fā)明的屏蔽線圈組件42的電路圖。初級(jí)梯度線圈組件52被公知在運(yùn)行期間產(chǎn)生大的邊緣場。具有初級(jí)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)?！袄硐搿钡碾娏髅芏刃枰ㄟ^屏蔽線圈組件42內(nèi)的物理線圈繞組來近似。
本發(fā)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(gòu)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(jí)梯度線圈52串聯(lián)連接的多個(gè)梯度屏蔽線圈80(至少2個(gè))。通過并聯(lián)該多個(gè)梯度屏蔽線圈80，可以減小流經(jīng)每個(gè)梯度屏蔽線圈80的電流，從而降低將理想的電流密度轉(zhuǎn)換為物理可實(shí)現(xiàn)的電流密度的離散化效應(yīng)。每個(gè)梯度屏蔽線圈80因此最好取流經(jīng)初級(jí)梯度線圈52的電流的一半或更少。所述多個(gè)梯度屏蔽線圈80的每個(gè)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征以便最小化邊緣場。
盡管預(yù)期使用多個(gè)彼此并聯(lián)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(gè)特定的實(shí)施例。圖3是初級(jí)梯度線圈52和屏蔽線圈組件42的一個(gè)實(shí)施例的繞組模式的圖示。應(yīng)當(dāng)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(fā)明的屏蔽線圈組件42通過使用雙(或多個(gè))梯度線圈82、84來提供比在傳統(tǒng)屏蔽中存在的更多繞組匝86。雖然預(yù)期多種配置，但是一個(gè)實(shí)施例考慮到梯度線圈82、84的每個(gè)具有相同數(shù)量的繞組匝86。本發(fā)明另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是來自第二梯度屏蔽線圈84的匝86可位于來自第一梯度屏蔽線圈82的連續(xù)匝86之間存在的繞組間隙88內(nèi)。實(shí)際上，所有的繞組匝86因此在單個(gè)繞組平面90內(nèi)。在這種情況下，屏蔽性能的增加可被考慮為“自由的”，因?yàn)榈诙帘尉€圈84用完了傳統(tǒng)屏蔽線圈的匝之間被浪費(fèi)的空間。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在圖3中圖解了不對(duì)稱的繞組形式的僅僅兩個(gè)屏蔽線圈82、84，但是替代實(shí)施例可以包括位于相鄰屏蔽線圈的繞組間隙88內(nèi)的附加屏蔽線圈和對(duì)稱的繞組形式。
當(dāng)設(shè)計(jì)具有不對(duì)稱幾何形狀的梯度時(shí)復(fù)雜性在于，初級(jí)線圈52或屏蔽線圈42中的匝數(shù)不必然是偶數(shù)。因此，通過將屏蔽線圈42分半的設(shè)計(jì)多頭屏蔽梯度線圈的最簡單方式是不可能的，因?yàn)榻Y(jié)果將是非整數(shù)的匝。結(jié)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(dǎo)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于不對(duì)稱幾何形狀的方法和配置，其中示出了應(yīng)用到不對(duì)稱Z線圈100的多頭屏蔽線圈42。屏蔽線圈42被縮小為N個(gè)子線圈102(在所示的特定情況下是3)，每個(gè)具有相等數(shù)量的匝104。屏蔽組件42被配置使得子線圈102在單個(gè)繞組平面內(nèi)彼此直線相鄰地排列。通過將子線圈102連接到兩個(gè)電壓干線(V+和V-)108來進(jìn)行線圈的電連接，所述電壓干線(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(nèi)的子電路106的數(shù)量可以被調(diào)整，以便每個(gè)子電路106中的電阻大致相等(見圖7)。當(dāng)提高匝104的密度時(shí)，由于軸向延伸的不同長度而導(dǎo)致的電阻的誤差減小。
包括多個(gè)并聯(lián)連接的獨(dú)立屏蔽線圈80的屏蔽線圈組件42的使用可以對(duì)邊緣場的降低有相當(dāng)大的影響(見圖2)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，與傳統(tǒng)的9匝單個(gè)線圈屏蔽相反，使用組合以包括16個(gè)繞組匝的兩個(gè)屏蔽線圈80被確定對(duì)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(shí)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(yīng)當(dāng)理解，這些結(jié)果意欲是說明性的，而不是限定本發(fā)明。
對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說，上述的裝置能夠被調(diào)整用于各種目的，而不限于下列系統(tǒng)MRI系統(tǒng)、磁共振波譜系統(tǒng)和其中場不穩(wěn)定性是系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)中的一個(gè)問題的其他應(yīng)用。在不脫離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可以改變上述發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種成像系統(tǒng)(2)，包括初級(jí)梯度線圈組件(52)；和屏蔽線圈組件(42)，串聯(lián)到所述初級(jí)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)；和并聯(lián)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(quán)利要求1的成像系統(tǒng)(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括多個(gè)第一屏蔽繞組匝(86)和多個(gè)繞組間隙(88)，所述多個(gè)繞組間隙(88)的每一個(gè)形成在所述多個(gè)第一屏蔽繞組匝(86)的連續(xù)匝之間；以及所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括多個(gè)第二屏蔽繞組匝(86)，所述多個(gè)第二屏蔽繞組匝(86)的每一個(gè)位于一個(gè)所述繞組間隙(88)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1的成像系統(tǒng)(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(gè)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(gè)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)直線相鄰布置并位于單個(gè)繞組平面內(nèi)。
4.一種成像系統(tǒng)(2)，包括初級(jí)梯度線圈組件(52)；和圍繞所述初級(jí)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)；和并聯(lián)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(quán)利要求4的成像系統(tǒng)(2)，其中所述第一梯度屏蔽線圈(82)包括多個(gè)第一屏蔽繞組匝(86)；所述第二梯度屏蔽線圈(84)包括多個(gè)第二屏蔽繞組匝(86)，所述多個(gè)第二屏蔽繞組匝(86)與所述多個(gè)第一屏蔽繞組匝(86)具有相同數(shù)量的匝。
6.按照權(quán)利要求4的成像系統(tǒng)(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(gè)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(gè)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)直線相鄰布置并位于單個(gè)繞組平面內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求4的成像系統(tǒng)(2)，其中，所述屏蔽線圈組件(42)包括以非對(duì)稱形式形成的多個(gè)繞組匝(86)。
8.一種用于減小由初級(jí)梯度線圈組件(52)產(chǎn)生的邊緣場的方法，包括下列步驟使第一電流流過與初級(jí)梯度線圈組件(52)串聯(lián)的第一梯度屏蔽線圈(82)；使第二電流流過與初級(jí)梯度線圈組件(52)串聯(lián)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)并聯(lián)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，還包括獨(dú)立地調(diào)節(jié)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(quán)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(gè)繞組平面。
全文摘要
提供了一種成像系統(tǒng)(2)，包括初級(jí)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(jí)梯度線圈組件(52)串聯(lián)。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)并聯(lián)。
文檔編號(hào)G01R33/421GK1572245SQ200410049098
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者克里斯托弗·J·埃文斯 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司