專利名稱：聲噪聲降低的mri梯度線圈組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種磁共振成像系統(tǒng)和用于所述磁共振成像系統(tǒng)的 梯度線圈系統(tǒng)，并且涉及包括梯度線圈系統(tǒng)的磁共振成像系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)梯 度線圈系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和操作，將使所述梯度線圈系統(tǒng)生成的聲噪聲降至最 低。就其他方面而言，本發(fā)明涉及一種降低磁共振成像系統(tǒng)生成的聲噪聲 的方法和一種適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
磁梯度線圈是核磁共振成像的先決條件(P. Mansfield P.和P. G. Morris, NMR Imaging in Biomedicine， Academic.Press, New York, 1982)， 并且磁
梯度線圈還用于包括擴(kuò)散研究和流動(dòng)的一定范圍的核磁共振應(yīng)用當(dāng)中。在 核磁共振成像中，與和較高靜磁場(chǎng)強(qiáng)度相結(jié)合的快速梯度切換相關(guān)的聲噪 聲在最好的情況下也會(huì)帶來(lái)刺激性，在最壞的情況下還可能對(duì)患者造成傷 害?？梢圆捎米o(hù)耳器對(duì)成年人和兒童提供一定程度的保護(hù)。但是，對(duì)于生 殖掃描而言以及在獸醫(yī)應(yīng)用當(dāng)中，聲保護(hù)存在困難，甚至是不可能的。
人們已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試來(lái)改善聲噪聲問(wèn)題。例如，通過(guò)將線圈輕輕 地安裝到橡膠墊上，通過(guò)提高總梯度組件的質(zhì)量以及通過(guò)采用聲吸收泡沫 來(lái)消音的吸收技術(shù)。還有人提出了依靠在耳機(jī)中注入反相位噪聲，從而產(chǎn) 生局部無(wú)效區(qū)(null zone)的聲噪聲消除技術(shù)。這些方法與頻率和位置相關(guān)， 而且有可能導(dǎo)致事故，即不僅沒(méi)有消除噪聲，反倒使噪聲幅度加倍。
文獻(xiàn)US 5,990,680提出了一種用于主動(dòng)控制由磁梯度線圈設(shè)計(jì)生成的 聲噪聲的方法。在上述文獻(xiàn)中描述了一種適于放置在靜磁場(chǎng)中的在聲學(xué)上 受到控制的有源磁化線圈系統(tǒng)。所述線圈包括多個(gè)第一電導(dǎo)體和多個(gè)至少 第二電導(dǎo)體。所述第一和至少第二導(dǎo)體通過(guò)至少一塊具有預(yù)定聲傳輸特性 的材料機(jī)械耦合，并且所述第一和至少第二導(dǎo)體以預(yù)定距離隔開(kāi)。所述線 圈還包括用于向所述第一電導(dǎo)體供應(yīng)第一交流電的第一電流供應(yīng)裝置和用于向所述至少第二電導(dǎo)體供應(yīng)至少第二交流電的至少第二電流供應(yīng)裝置。 所述第一和至少第二電流的特征在于，它們具有不同的、可變的幅度以及 不同的、可變的相對(duì)相位，這些特征都是由所述材料的聲學(xué)特性、其幾何 形狀和預(yù)定距離決定的。
US 5，990，680中提出的方法和系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，所述第一電流供應(yīng)裝置 和所述至少第二電流供應(yīng)裝置是相當(dāng)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈儽仨毺峁?所述第一和至少第二電流，因而必須使這二者相對(duì)于彼此在幅度和相對(duì)相 位上受到調(diào)整。
因此，需要一種改進(jìn)的磁共振成像系統(tǒng)， 一種改進(jìn)的梯度線圈系統(tǒng)以 及一種用于降低磁共振成像系統(tǒng)生成的聲噪聲的方法。

發(fā)明內(nèi)容
就一方面而言，本發(fā)明涉及一種磁共振成像系統(tǒng)(MRI系統(tǒng))。所述磁 共振成像系統(tǒng)包括用于生成靜磁場(chǎng)的裝置和用于利用第一電流和第二電流 生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)位于所述靜 磁場(chǎng)內(nèi)，并且其中，所述梯度線圈系統(tǒng)具有多個(gè)振動(dòng)模式。由于所述第一 和/或所述第二電流與疊加的所述靜磁場(chǎng)和所述梯度磁場(chǎng)的相互作用，將沿 所述梯度線圈系統(tǒng)生成洛倫茲力，其中，調(diào)整所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述 第一電流，從而使所述洛倫茲力與所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的 內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定 所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
所述梯度線圈系統(tǒng)又被稱為梯度磁體系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)，其能夠在磁共 振系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)。所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)或 振蕩，可以將其描述為所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)模式的疊加。
從連續(xù)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，所述梯度線圈系統(tǒng)是一種連續(xù)系統(tǒng)，因此， 所述梯度線圈系統(tǒng)包括多個(gè)振動(dòng)模式，其中，每一模式以特定的模式形狀 和模式頻率為表征。在下文中，還將所述模式頻率稱為振蕩頻率。例如， 所述振動(dòng)模式取決于所述梯度線圈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，線圈系統(tǒng)的材料以及所述 梯度線圈系統(tǒng)被安裝到所述磁共振成像系統(tǒng)上的方式。
所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)是在所述MRI系統(tǒng)工作時(shí)生成的聲噪聲的主要來(lái)源。所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)沿不同的傳播路徑傳遞到MRI系統(tǒng)的表 面。表面速度決定著所述機(jī)械振動(dòng)或者振蕩到聲振蕩的傳輸，并且其由獨(dú) 立的傳輸路徑的振蕩的疊加構(gòu)成。所述表面速度與所述表面的幾何形狀一 起決定著所述設(shè)備生成的噪聲。如果如文中所述能夠避免激發(fā)所述振動(dòng)模 式，那么就能夠降低，甚至急劇降低所述MRI系統(tǒng)的聲輸出。
所述振動(dòng)模式可能是由洛倫茲力激發(fā)的，所述洛倫茲力是由于流經(jīng)所 述線圈系統(tǒng)的第一和/或第二電流與疊加的所述靜磁場(chǎng)和所述梯度磁場(chǎng)在所 述電流的對(duì)應(yīng)位置處的相互作用而生成的。所述磁共振成像系統(tǒng)的尤為有 利的一點(diǎn)在于，可以對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述第一電流進(jìn)行調(diào)整，從 而使所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，甚至優(yōu) 選為零，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中， 通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
所述內(nèi)積是可以對(duì)兩個(gè)矢量執(zhí)行的，并且得到標(biāo)量值的數(shù)學(xué)運(yùn)算。所 述內(nèi)積又被稱為標(biāo)量積?？梢酝ㄟ^(guò)下述方式確定上述洛倫茲力和振動(dòng)模式
的內(nèi)積的積分可以將所述洛倫茲力和振動(dòng)模式描述為處于所述梯度線圈
系統(tǒng)的每一點(diǎn)上的矢量。因此，能夠在所述梯度線圈系統(tǒng)上所述洛倫茲力 和振動(dòng)模式具有非零值的每一點(diǎn)上確定所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式的內(nèi) 積?？梢栽谒鎏荻染€圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)上對(duì)這些內(nèi)積進(jìn)行求和(積分)，從 而得到根據(jù)本發(fā)明的接近零，甚至為零的所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式的 內(nèi)積的積分值。因此，所述洛倫茲力沿所述梯度線圈系統(tǒng)是均衡的，因而 只能輕微地激發(fā)振動(dòng)模式或者根本不會(huì)激發(fā)振動(dòng)模式。因而，將不會(huì)誘發(fā) 所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)，或者降低了所誘發(fā)的振動(dòng)的水平。因此，降低 了因所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)而生成的所述梯度線圈系統(tǒng)的聲輸出或噪 聲，并由此提高了受到所述磁共振成像系統(tǒng)的檢查的患者的舒適度。優(yōu)選 地，上述振動(dòng)模式涉及梯度線圈系統(tǒng)的最低階彎曲模式，因?yàn)檫@一振動(dòng)模 式是主振動(dòng)模式，因而是主要噪聲源。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈和外線圈，其中， 是所述內(nèi)線圈和外線圈機(jī)械耦合，其中，通過(guò)所述第一電流操作所述外線 圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述內(nèi)線圈，其中，調(diào)整所述第一電流， 從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積， 并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。在文中所述 的實(shí)施例中，將所述第一電流施加至所述外線圈，所述第二電流流經(jīng)所述 內(nèi)線圈。
典型的梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈和外線圈。將所述內(nèi)線圈稱為初級(jí)線
圈，有時(shí)將所述外線圈稱為次級(jí)線圈。使所述內(nèi)線圈處于接近所述MRI系 統(tǒng)的檢查體積的位置，將所述外線圈放在所述內(nèi)線圈和所述主磁體之間。 通常通過(guò)使所述內(nèi)線圈和外線圈位于環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)而使所述內(nèi)線圈和外線圈 機(jī)械連接。采用所述主磁體在所述檢查體積(MRI系統(tǒng)的檢查空間)內(nèi)生 成靜磁場(chǎng)。所述主磁體通常是存在于低溫恒溫器內(nèi)的超導(dǎo)磁體，因?yàn)楸仨?將其冷卻至低溫溫度。
所述內(nèi)梯度線圈還用于在所述檢查體積處生成預(yù)期的梯度磁場(chǎng)。所述 內(nèi)線圈生成的磁場(chǎng)可能在所述低溫恒溫器內(nèi)感生出渦流，其將導(dǎo)致不希望 看到的低溫恒溫器的發(fā)熱，或者M(jìn)RI系統(tǒng)的其他導(dǎo)電表面內(nèi)的發(fā)熱。所述 渦流還可能生成在所述檢査體積內(nèi)導(dǎo)致干擾的雜散磁場(chǎng)。采用外線圈在所 述低溫恒溫器處生成梯度磁場(chǎng)，其將補(bǔ)償所述內(nèi)線圈的磁場(chǎng)，從而避免或 至少降低感生出的渦流。
在操作梯度線圈系統(tǒng)時(shí)，目的在于a)在檢查體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯 度磁場(chǎng)，b)避免產(chǎn)生渦流。如上所述，采用外線圈生成梯度磁場(chǎng)，從而避免 感生出渦流。出于這一原因，相應(yīng)地調(diào)整流經(jīng)所述外線圈的第一電流，從 而滿足條件b)。
此外，調(diào)整流經(jīng)所述內(nèi)線圈的第二電流，從而滿足上述條件a)。 其目的還在于c)降低所述梯度線圈系統(tǒng)生成的噪聲。根據(jù)上述實(shí)施例， 通過(guò)調(diào)整所述第一電流實(shí)現(xiàn)條件c)，從而使所述梯度線圈系統(tǒng)生成的聲噪 聲降至最低。這往往導(dǎo)致更多地生成渦流，因而條件b)將不再得到最佳地 滿足。這還可能導(dǎo)致在檢査體積內(nèi)生成并非最佳的梯度磁場(chǎng)。因此，條件 a)也不會(huì)得到最佳地滿足。
但是，測(cè)量結(jié)果表明，在通過(guò)調(diào)整所述第一電流從而使聲噪聲降至最 低時(shí)，由感生出的渦流導(dǎo)致的低溫恒溫器的發(fā)熱還是可以接受的。此外， 測(cè)量結(jié)果還表明，在條件a)沒(méi)有得到最佳地滿足時(shí)，也能夠在不損失分辨率的情況下執(zhí)行大多數(shù)涉及檢査空間內(nèi)的特定梯度磁場(chǎng)的掃描(所述掃描 是指利用變化的梯度磁場(chǎng)的序列對(duì)患者進(jìn)行檢查的過(guò)程)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括第一放大器和第二 放大器。使所述第一放大器與所述外線圈電連接，所述第一放大器能夠提 供第一電流。使所述第二放大器與所述內(nèi)線圈電連接，所述第二放大器能 夠提供第二電流。因而，由所述第一和第二放大器提供流經(jīng)所述外線圈的 第一電流和流經(jīng)所述內(nèi)線圈的第二電流。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述外線圈適于包括多個(gè)繞組，所述第一放大 器為小功率放大器。通常，采用大功率放大器驅(qū)動(dòng)流經(jīng)外線圈的第一電流。 但是，如果對(duì)所述外線圈進(jìn)行調(diào)整，使之包括多個(gè)繞組，那么由所述內(nèi)線 圈生成的磁場(chǎng)將在所述外線圈內(nèi)感生出電壓，這是因?yàn)樗龃艌?chǎng)是時(shí)變的 (法拉第感應(yīng)定律)。由于所述感生電壓，將生成流經(jīng)所述外線圈的感生電 流。因而，只需要小功率放大器，從而能夠調(diào)整對(duì)應(yīng)于所述感生電流和所 述小功率放大器提供的電流之和的第一電流。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈、外線圈和力補(bǔ) 償線圈，其中，使所述內(nèi)線圈、外線圈和力補(bǔ)償線圈機(jī)械連接，其中，通
過(guò)所述第一電流操作所述力補(bǔ)償線圈，并且其中，通過(guò)所述第二電流操作 所述內(nèi)線圈和外線圈。根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例，使額外的線圈，即所謂 的力補(bǔ)償線圈附著至所述梯度線圈系統(tǒng)。所述第一電流流經(jīng)所述力補(bǔ)償線 圈，并且調(diào)整所述第一電流，從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振動(dòng)模式中 的一個(gè)主振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線 圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積 求和確定所述積分。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所述力補(bǔ)償線圈放置在所述內(nèi)線圈的相對(duì)側(cè) 上的所述外線圈的附近。因此，將所述力補(bǔ)償線圈放置在處于所述內(nèi)線圈 的相對(duì)側(cè)的所述外線圈的外側(cè)。或者，將所述力補(bǔ)償線圈放到所述外線圈 的內(nèi)側(cè)或下面，或者放置在所述外線圈的頂部。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括第一放大器和第二 放大器，其中，使所述內(nèi)線圈和外線圈與所述第二放大器電連接，其中， 使所述力補(bǔ)償線圈與所述第一放大器電連接，其中，所述第一放大器提供所述第一電流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二電流。流經(jīng)所述 力補(bǔ)償線圈的第一電流相對(duì)于所述第二電流較小。因而，可以通過(guò)小功率 放大器提供所述第一電流，小功率放大器相對(duì)于用于提供所述第二電流的 大功率放大器而言價(jià)格較低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于所述梯度線圈系統(tǒng)的第一 階彎曲模式。所述第一階彎曲模式又稱為香焦模式，因?yàn)樵诰哂凶畲笊扉L(zhǎng) 的點(diǎn)上，所述梯度線圈系統(tǒng)的形狀類似于香焦的形狀。最低階彎曲模式是 由所述梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)生成的噪聲的主要來(lái)源。因而，如果所述洛倫 茲力和所述最低階彎曲模式的內(nèi)積在所述梯度線圈系統(tǒng)上的積分具有接近 零的值，那么只會(huì)激發(fā)所述最低階彎曲模式或者根本不會(huì)激發(fā)，因而將使 噪聲得以降低，甚至急劇降低。所述洛倫茲力和除了所述最低階彎曲模式 之外的其他振動(dòng)模式的內(nèi)積在所述梯度線圈系統(tǒng)上的積分也能夠變?yōu)榱恪?如上所述，最低階彎曲模式內(nèi)的振動(dòng)是主要噪聲源。因而，通過(guò)避免激發(fā) 所述最低階彎曲模式，就能夠在降低噪聲方面取得最大凈效應(yīng)。通過(guò)額外 避免激發(fā)其他振動(dòng)模式，就能夠進(jìn)一步降低聲噪聲，但是不是急劇地降低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述內(nèi)線圈包括內(nèi)X線圈，所述外線圈包括外X 線圈，其中，所述第一電流流經(jīng)所述外X線圈，其中，所述第二電流流經(jīng) 所述內(nèi)X線圈，其中，所述第一放大器與所述外X線圈電連接，并且其中， 所述第二放大器與所述內(nèi)X線圈電連接。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述內(nèi)線圈包括內(nèi)y線圈，所述外線圈包括外y 線圈，其中，所述第一電流流經(jīng)所述外y線圈，其中，所述第二電流流經(jīng) 所述內(nèi)y線圈，其中，所述第一放大器與所述外y線圈電連接，并且其中， 所述第二放大器與所述內(nèi)y線圈電連接。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述內(nèi)線圈包括內(nèi)z線圈，所述外線圈包括外z 線圈，其中，所述第一電流流經(jīng)所述外z線圈，其中，所述第二電流流經(jīng) 所述內(nèi)z線圈，其中，所述第一放大器與所述外z線圈電連接，并且其中， 所述第二放大器與所述內(nèi)z線圈電連接。
因此每一所述內(nèi)線圈以及所述外線圈包括用于生成分別指向x、 y、 z 方向的梯度磁場(chǎng)的x線圈、y線圈和z線圈。向所有的三個(gè)線圈，即所述x 線圈、y線圈和z線圈提供所述第一和第二電流，其中，通過(guò)調(diào)整所述第一
12電流，使得所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零乃至為 零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中， 通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
當(dāng)然，施加至所述x、 y和z線圈的所述第一電流和第二電流的幅度和 頻率可以因線圈而不同。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述內(nèi)線圈包括內(nèi)x線圈，所述外線圈包括外x 線圈，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)還包括力補(bǔ)償線圈，其中，所述第二電流 流經(jīng)所述內(nèi)x線圈和外x線圈，并且其中，所述第一電流流經(jīng)所述力補(bǔ)償 線圈。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述內(nèi)線圈包括內(nèi)y線圈，所述外線圈包括外y 線圈，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)還包括力補(bǔ)償線圈，其中，所述第二電流 流經(jīng)所述內(nèi)y線圈和外y線圈，并且其中，所述第一電流流經(jīng)所述力補(bǔ)償 線圈。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述梯度線圈系統(tǒng)包括z線圈和力補(bǔ)償線圈， 其中，使所述z線圈和力補(bǔ)償線圈機(jī)械耦合，其中，通過(guò)所述第一電流操 作所述力補(bǔ)償線圈，并且其中，通過(guò)所述第二電流操作所述z線圈。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括第一放大器和第二 放大器，其中，使所述z線圈與所述第二放大器電連接，其中，使所述力
補(bǔ)償線圈與所述第一放大器電連接，其中，所述第一放大器提供所述第一 電流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二電流。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于所述z線圈的呼吸模式。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一和第二電流是時(shí)變電流。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，調(diào)整所述梯度線圈系統(tǒng)的導(dǎo)體的空間分布。在 前述實(shí)施例中，并沒(méi)有在很大程度上改變所述梯度線圈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(只是 在所述外線圈內(nèi)添加了更多的繞組或者添加了力補(bǔ)償線圈)。對(duì)所述第一 電 流進(jìn)行調(diào)整，從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式 的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確 定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。 因此，有可能降低梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)。在文中描述的實(shí)施例中，調(diào)整梯 度線圈系統(tǒng)的導(dǎo)體的空間分布。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)λ鎏荻染€圈系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而滿足條件a)在MRI系統(tǒng)的檢查體積內(nèi)生成預(yù)期的梯度 磁場(chǎng)，b)不產(chǎn)生渦流或者幾乎不產(chǎn)生渦流，c)使所述梯度線圈系統(tǒng)生成的噪 聲降至最低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，其中， 所述控制系統(tǒng)能夠調(diào)整第一時(shí)變電流，從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振 動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述 梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有所述點(diǎn) 確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
就第二方面而言，本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像系統(tǒng)的梯度線圈系 統(tǒng)，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于生成靜磁場(chǎng)的裝置，并且其中， 所述磁共振成像系統(tǒng)適于容納所述梯度線圈系統(tǒng)，其中，所容納的梯度線 圈系統(tǒng)位于所述靜磁場(chǎng)內(nèi)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)具有多個(gè)振動(dòng)模式， 其中，所述梯度線圈系統(tǒng)適于生成梯度磁場(chǎng)，其中，通過(guò)第一電流和第二 電流激勵(lì)所述梯度磁場(chǎng)，其中，由于所述第一和第二電流與疊加的所述靜 磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)的相互作用沿所述梯度線圈系統(tǒng)生成了洛倫茲力，其中， 調(diào)整所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述第一電流，從而使所述洛倫茲力和所述多 個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì) 所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn) 確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈和外線圈，其中， 使所述內(nèi)線圈和外線圈機(jī)械耦合，其中，通過(guò)所述第一電流操作所述外線 圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述內(nèi)線圈，其中，調(diào)整所述第一電流， 從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分 具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積， 并且其中，通過(guò)在所有所述點(diǎn)上進(jìn)行求和確定所述積分。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈、外線圈和力補(bǔ) 償線圈，其中，使所述內(nèi)線圈、外線圈和力補(bǔ)償線圈機(jī)械連接，其中，通 過(guò)所述第一電流操作所述力補(bǔ)償線圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述 內(nèi)線圈和外線圈。
就第三方面而言，本發(fā)明涉及一種用于降低磁共振成像系統(tǒng)生成的聲噪聲的方法，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于在所述磁共振成像系統(tǒng) 的檢査體積內(nèi)生成靜磁場(chǎng)的裝置和用于在所述檢查體積內(nèi)生成時(shí)變梯度磁 場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)，其中，通過(guò)流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的第一電流和第二 電流激勵(lì)所述時(shí)變梯度磁場(chǎng)，其中，所述方法包括將第一電流設(shè)為時(shí)變的 第一幅度，將第二電流設(shè)置為時(shí)變的第二幅度的步驟，其中，通過(guò)設(shè)置所 述第一和第二幅度，在所述檢查體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)。根據(jù)本 發(fā)明的方法還包括使所述第二電流的第一幅度變?yōu)闀r(shí)變的第三幅度，從而 使所述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低的步驟，其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)是 由所述第一和第二電流與疊加的所述梯度磁場(chǎng)和所述靜磁場(chǎng)的相互作用誘 發(fā)的。
本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)還涉及確定所述梯度線圈系統(tǒng)的所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 將本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)用于所述包括內(nèi)線圈和外線圈的梯度線 圈系統(tǒng)，其中，使所述內(nèi)線圈和外線圈機(jī)械耦合，其中，將所述第一電流 施加至所述外線圈，并且其中，將所述第二電流施加至所述內(nèi)線圈。
將本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)用于包括內(nèi)線圈、外線圈(718)和力補(bǔ) 償線圈(716)的梯度線圈系統(tǒng)，其中，使所述內(nèi)線圈、所述外線圈和所述 力補(bǔ)償線圈機(jī)械連接，其中，將所述第一電流(722)施加至所述力補(bǔ)償線 圈，并且其中，將所述第二電流(728)施加至所述內(nèi)線圈和外線圈。
將本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)用于包括多個(gè)振動(dòng)模式的梯度線圈系 統(tǒng)，其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于振動(dòng)，可以將所述振動(dòng)描述為所述多個(gè)振 動(dòng)模式中的振動(dòng)模式的疊加。
具體而言，通過(guò)傳感器(714)測(cè)量機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
例如，所述傳感器(714)是加速度計(jì)或振動(dòng)傳感器，所述傳感器被固 定至所述梯度線圈系統(tǒng)。
例如，通過(guò)測(cè)量所述梯度線圈系統(tǒng)生成的聲功率測(cè)量所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 在實(shí)踐當(dāng)中，通過(guò)擴(kuò)音器測(cè)量聲功率。
例如，將溫度傳感器安裝至所述梯度線圈系統(tǒng)，其中，響應(yīng)于所述梯 度線圈系統(tǒng)的溫度變化使所述時(shí)變的第一幅度變?yōu)樗龅谌?，其中?通過(guò)所述溫度傳感器測(cè)量所述溫度變化。
就第四方面而言，本發(fā)明涉及一種用于降低磁共振成像系統(tǒng)生成的聲
15噪聲的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)包括檢査體積、用于 在所述檢査體積內(nèi)生成靜磁場(chǎng)的裝置以及用于在所述檢查體積內(nèi)生成時(shí)變 梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)，其中，通過(guò)流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的第一電流 和第二電流激勵(lì)所述時(shí)變梯度磁場(chǎng)，其中，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算 機(jī)可執(zhí)行的指令，并且其中，所述指令適于執(zhí)行如下步驟將所述第一電 流設(shè)為第一幅度，將所述第二電流設(shè)為第二幅度，以及將所述第一電流的 第一幅度改變?yōu)榈谌?，從而使所述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低， 其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)是由所述第一和第二電流與疊加的所述梯度磁場(chǎng)和所 述靜磁場(chǎng)的相互作用誘發(fā)的。
本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)方式涉及在將采用預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)操作所述 磁共振成像系統(tǒng)的情況下，將所述第一電流從第三幅度改回第一幅度。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式還包括用于確定所述梯度線圈系 統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的指令。
通過(guò)參考下文所述的實(shí)施例，本發(fā)明的上述方面將變得更加顯見(jiàn)，并 且得到闡釋。


在下文中，將參考附圖僅通過(guò)舉例的方式更為詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其
中
圖1示出了磁共振成像系統(tǒng)的示意性截面圖2示出了梯度線圈系統(tǒng)的實(shí)施例的截面圖3示出了處于最低階振動(dòng)模式的梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)；
圖4示意性地示出了梯度線圈系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖5示意性地示出了梯度線圈系統(tǒng)的另一實(shí)施例；
圖6示出了用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行的基本步驟的流程圖7示出了磁共振成像系統(tǒng)的方框圖；以及
圖8示出了磁共振成像系統(tǒng)的截面圖。
附圖標(biāo)記列表
100磁共振成像系統(tǒng)102 主磁體 104梯度線圈系統(tǒng) 106檢查體積
108 中心軸
110 坐標(biāo)系
112 第一電流
114 第二電流 116梯度磁場(chǎng) 118靜磁場(chǎng) 120靜磁場(chǎng) 122梯度磁場(chǎng) 124合成磁場(chǎng)
126 電流 128洛倫茲力 200梯度線圈系統(tǒng)
202 坐標(biāo)系
204 外 線圈
206 內(nèi)線圈 208環(huán)氧樹(shù)脂
210 中心軸 400梯度線圈系統(tǒng)
402 外線圈
404 內(nèi)線圈 406第一放大器 408第二放大器 500梯度線圈系統(tǒng) 502力補(bǔ)償線圈
504 外線圈
506 內(nèi)線圈 508第一放大器510第二放大器 700磁共振成像系統(tǒng) 702控制系統(tǒng) 704第一放大器 706第二放大器 708梯度線圈系統(tǒng) 710微處理器 712存儲(chǔ)設(shè)備 714傳感器 716力補(bǔ)償線圈 718內(nèi)線圈和外線圈 720計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 722第一電流 724第一幅度 726第二電流 728第二幅度 730第三幅度
800 MRI系統(tǒng) 802主磁體 804檢査體積 806梯度線圈系統(tǒng)
808 導(dǎo)體
810 中心軸 812高頻系統(tǒng)
814 患者 816支承設(shè)備
818表示波腹所處位置處的振蕩方向的箭頭 820表示波腹所處位置處的振蕩方向的箭頭 822位置 824位置
具體實(shí)施例方式
圖1示出了磁共振成像系統(tǒng)100的示意性截面圖，圖1中定義了坐標(biāo) 系110。根據(jù)所述坐標(biāo)系110，所述截面圖指的是所述磁共振成像系統(tǒng)100 沿yz平面的截面。磁共振成像系統(tǒng)100包括檢査體積106、梯度線圈系統(tǒng) 104和主磁體102。檢查體積106作為(例如)患者的檢査空間。所述檢查 體積106包括中心軸108。主磁體102和梯度線圈系統(tǒng)104相對(duì)于中心軸 108圓柱對(duì)稱。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將主磁體102和梯度線圈系統(tǒng)104描繪成了矩 形。但是，主磁鐵102和梯度線圈系統(tǒng)104的實(shí)際形狀要復(fù)雜得多。
例如，主磁體102是用于在檢查體積106內(nèi)生成靜磁場(chǎng)B。(通過(guò)黑體 字母表示向量的量)的超導(dǎo)磁體。例如，將磁場(chǎng)B。(P1)118示為處于點(diǎn)P1 上，點(diǎn)Pl是處于中心軸108上的點(diǎn)。
采用梯度線圈系統(tǒng)104在檢查體積106內(nèi)生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)Bg。例如， 在圖1中將梯度磁場(chǎng)Bg(Pl)116繪制為處于點(diǎn)Pl上。
梯度線圈系統(tǒng)104具有多個(gè)振動(dòng)模式。因此，可以將梯度線圈系統(tǒng)104 的振動(dòng)描述為梯度線圈系統(tǒng)的振動(dòng)模式的疊加。
將梯度線圈系統(tǒng)104放置到主磁體102的內(nèi)部。因此，主磁體102生 成的磁場(chǎng)B。還出現(xiàn)在梯度線圈系統(tǒng)104所在的位置上(盡管在該處的幅度 可能小于在檢查體積106內(nèi)的幅度)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙娏?12和114流經(jīng)梯 度線圈系統(tǒng)104時(shí)，所述梯度線圈系統(tǒng)將生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)Bg。由于所述 第一和/或第二電流112、 114與疊加的所述靜磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)的相互作用， 將沿所述梯度線圈系統(tǒng)生成洛倫茲力。
例如，在圖1中的位置2上示出了磁場(chǎng)Bo (P2) 120和梯度磁場(chǎng)Bg (P2) 122。磁場(chǎng)120和122的向量和在位置2上產(chǎn)生了合成磁場(chǎng)Br(P2)124。通 常，主磁場(chǎng)Bo的幅度比梯度磁場(chǎng)Bg的幅度大得多，因而可以忽略該場(chǎng)的作 用。因此，合成磁場(chǎng)Br將近似等于B。?？梢詫?duì)應(yīng)于第一電流112、第二電 流114或者第一電流112和第二電流114的(有向)和的電流I126在位置 2處沿具有長(zhǎng)度A1 (Al的方向沿x軸)的路徑流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)104。
這樣，可以通過(guò)下式給出沿具有長(zhǎng)度A1的路徑作用于梯度線圈系統(tǒng)的 洛倫茲力FL128:FL =/-AlxBr ，
其中，所述叉號(hào)表示矢量B _(P2)(這里為處于yz平面內(nèi)的矢量)和A1 (這里其方向沿x軸)的叉乘。因此，通過(guò)流經(jīng)路徑元A1的電流I126與合 成磁場(chǎng)Br (P2) 124的叉乘給出了處于位置2上的洛倫茲力Fl (P2) 128。
一般而言，可以通過(guò)F!Xx,y,z,t)表示作用于所述梯度線圈系統(tǒng)的洛倫茲 力，因?yàn)槠浞群头较蛉Q于坐標(biāo)x、 y、 z和時(shí)間t。之后，可以如上所述 針對(duì)梯度線圈系統(tǒng)的所有(x， y， z)點(diǎn)針對(duì)位置1確定洛倫茲力F^，y,z，t)(如 果某一點(diǎn)上不存在洛倫茲力，那么該點(diǎn)處FL-0)。
此外，可以通過(guò)幅度和方向取決于x、 y、 z的矢量Vn(x,y,z)描述所述梯 度線圈系統(tǒng)的多個(gè)振動(dòng)模式中的振動(dòng)模式n。
針對(duì)沿梯度線圈系統(tǒng)的每一位置，通過(guò)〈Vn(x,y，z)， FjXx,y,z,t)^合出了洛 倫茲力和振動(dòng)模式n之間的內(nèi)積(標(biāo)量積)。可以通過(guò)下式確定積分 _f<V(x,y，z)FL(x,y,z,t)>
其中，所述積分是在梯度線圈系統(tǒng)(g.c.s.)的所有點(diǎn)上算得的。
所述洛倫茲力取決于合成磁場(chǎng)Br和對(duì)應(yīng)于所述第一和第二電流的電流 I (取決于在所述梯度線圈系統(tǒng)上考慮所述電流I的位置)。因此，上文給出 的積分取決于所述第一電流。因此，可以通過(guò)改變流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng) 104的第一電流112的幅度而對(duì)所述第一電流加以調(diào)整，從而使上文給出的 洛倫茲力和振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分朝向零最小化，甚至變?yōu)榱?。如果所?積分的值接近零或者在理想的情況下為零，那么由于所述第一和/或第二電 流與磁場(chǎng)之間的相互作用生成的洛倫茲力將沿所述梯度線圈系統(tǒng)接近平 衡，甚至完全平衡。因此，它們不能或者幾乎不能激發(fā)所述多個(gè)模式中使 上述積分為零的振動(dòng)模式。因此，降低甚至抑制了所述梯度線圈系統(tǒng)的振 動(dòng)。因而，降低乃至抑制了由所述振動(dòng)梯度線圈系統(tǒng)104生成的聲噪聲。
圖2示意性地示出了梯度線圈系統(tǒng)200的截面圖。圖2中定義了坐標(biāo) 系202。根據(jù)坐標(biāo)系202，通過(guò)處于yz平面內(nèi)的截面對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng) 進(jìn)行了圖示。將所述梯度線圈放置到MRI系統(tǒng)的中心軸210的周圍，所述 中心軸210對(duì)應(yīng)于所述檢查體積的中心軸。所述梯度線圈系統(tǒng)包括外線圈 204和內(nèi)線圈206。將所述內(nèi)線圈206和外線圈204放到環(huán)氧樹(shù)脂208內(nèi)，
20從而使所述內(nèi)線圈和所述外線圈機(jī)械連接。其中，通過(guò)矩形示出了所述環(huán)
氧樹(shù)脂208、內(nèi)線圈206和外線圈204。這實(shí)際是一種過(guò)于簡(jiǎn)化的畫(huà)法。當(dāng) 然，實(shí)際的形狀要復(fù)雜得多。
圖3針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)以最低階振動(dòng)模式振動(dòng)的情況示出了梯度 線圈系統(tǒng)200的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。圖3示出了圖2中引入的環(huán)氧樹(shù)脂208。出于簡(jiǎn) 化起見(jiàn)，在圖3中將不再示出圖2所示的內(nèi)線圈和外線圈。圖3中的實(shí)線 表示當(dāng)梯度線圈系統(tǒng)200靜止或者達(dá)到其最小伸長(zhǎng)的情況下環(huán)氧樹(shù)脂208 的形狀。短劃線表示當(dāng)梯度線圈200的運(yùn)動(dòng)向左側(cè)達(dá)到其最大伸長(zhǎng)時(shí)環(huán)氧 樹(shù)脂的形狀，點(diǎn)劃線表示當(dāng)達(dá)到向右的最大伸長(zhǎng)時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂208的形狀。 因此，可以看出，最低階模式對(duì)應(yīng)于具有處于環(huán)氧樹(shù)脂208的每一端上的 節(jié)點(diǎn)和處于環(huán)氧樹(shù)脂208的中心上的波腹(antinode)的模式。
作用于所述梯度線圈系統(tǒng)的洛倫茲力可能能夠激發(fā)所述最低階振動(dòng)模 式。如果(例如)所述洛倫茲力按照沿y軸的方向作用于系統(tǒng)200，其中， 所述洛倫茲力的方向以大約對(duì)應(yīng)于所述振動(dòng)模式的頻率的頻率從+y到-y交 變變化，反之亦然，并且所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式之間的相位關(guān)系是 適當(dāng)?shù)?，那么所述洛倫茲力將能夠激發(fā)所述振動(dòng)模式。于是，所述梯度線 圈系統(tǒng)將產(chǎn)生大的振動(dòng)，并生成大的噪聲。
相反，如果所述洛倫茲力和所述振動(dòng)模式之間的相位關(guān)系不適于激發(fā)
所述振動(dòng)模式，那么將不會(huì)產(chǎn)生或者幾乎不會(huì)產(chǎn)生噪聲，因?yàn)橄到y(tǒng)200不
會(huì)發(fā)生振動(dòng)。洛倫茲力和所述振動(dòng)模式相互之間的相位關(guān)系不適于激發(fā)所
述振動(dòng)模式的情況只是洛倫茲力和所述振動(dòng)模式的內(nèi)積沿所述梯度線圈系
統(tǒng)的積分對(duì)應(yīng)于接近零的值時(shí)的例子。
另一個(gè)例子是洛倫茲力的方向沿z軸時(shí)的情況。方向沿z軸的洛倫茲力
不能激發(fā)所述模式，即使它們的幅度很大。因而，上述在所述梯度線圈系 統(tǒng)上取得的洛倫茲力和振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分對(duì)應(yīng)于接近零或甚至為零的 值。
采用兩個(gè)如何使上述積分變?yōu)榱愕睦觼?lái)演示如果所述積分變?yōu)榱慊?者接近零，那么所述洛倫茲力將不能激發(fā)所述振動(dòng)模式，即使作用于所述 梯度線圈系統(tǒng)的各洛倫茲力具有大的幅度亦如此。
圖4示意性地示出了梯度線圈系統(tǒng)400的實(shí)施例。梯度線圈系統(tǒng)包括外線圈402和內(nèi)線圈404。外線圈402電連接至第一放大器406，內(nèi)線圈電 連接至第二放大器408。此外，所述內(nèi)線圈404和外線圈402還通過(guò)(例如) 圖4中未示出的環(huán)氧樹(shù)脂相互機(jī)械連接。所述第一放大器406向所述外線 圈提供第一電流。所述第二放大器408向所述內(nèi)線圈404提供第二電流。 如前所述，在磁共振成像系統(tǒng)中采用所述梯度線圈系統(tǒng)生成梯度磁場(chǎng)。通 常通過(guò)內(nèi)線圈404提供將在所述磁共振成像系統(tǒng)的檢査體積內(nèi)生成的梯度 磁場(chǎng)。往往采用外線圈402生成抵消所述內(nèi)線圈在主磁體的低溫恒溫器(圖 4中未示出所述低溫恒溫器)處生成的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。于是，能夠向內(nèi)線圈 404提供第二電流，從而在磁體的檢査體積內(nèi)生成預(yù)期的梯度磁場(chǎng)。之后將 所述第一放大器406提供的第一電流設(shè)置成這樣的幅度，該幅度不會(huì)導(dǎo)致 對(duì)內(nèi)線圈404在所述低溫恒溫器處生成的雜散磁場(chǎng)的最佳抵消，但是卻能 補(bǔ)償作用于所述梯度線圈系統(tǒng)的洛倫茲力，從而不會(huì)激發(fā)所述梯度線圈系 統(tǒng)的振動(dòng)。
圖5示出了梯度線圈系統(tǒng)500的另一實(shí)施例。梯度線圈系統(tǒng)500包括 力補(bǔ)償線圈502、外線圈504和內(nèi)線圈506。將所述力補(bǔ)償線圈502電連接 至第一放大器508。使所述內(nèi)線圈506和所述外線圈504相互電連接。此外， 將所述內(nèi)線圈和所述外線圈504和506電連接至第二放大器510。所述第一 放大器508向所述第一補(bǔ)償線圈502提供第一電流。所述第二放大器510 提供通過(guò)所述內(nèi)線圈和所述外線圈的第二電流。所需的第一電流相對(duì)于所 述第二電流較小。因而，可以采用價(jià)格相對(duì)低廉的小功率放大器作為第一 放大器508。
圖6示出了說(shuō)明用于降低磁共振成像系統(tǒng)所生成的聲噪聲的方法所執(zhí) 行的基本步驟的流程圖，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于在所述磁共 振成像系統(tǒng)的檢查體積內(nèi)生成靜磁場(chǎng)的裝置以及用于在所述檢査體積內(nèi)生 成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)，其中，通過(guò)流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的第 一電流和第二電流激勵(lì)所述時(shí)變梯度磁場(chǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟600 中，將第一電流設(shè)為具有第一幅度，將所述第二電流設(shè)為具有第二幅度， 其中，通過(guò)設(shè)置所述第一和第二幅度在所述檢査體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯 度磁場(chǎng)。在步驟602中，確定所述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。在步驟604 中，使所述第一電流的第一幅度變?yōu)榈谌?，從而使所述梯度線圈系統(tǒng)
22的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低，其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)是由所述電流與疊加的所述梯 度磁場(chǎng)和所述靜磁場(chǎng)的相互作用誘發(fā)的。
圖7示出了磁共振成像系統(tǒng)700的方框圖。磁共振成像系統(tǒng)包括控制 系統(tǒng)702、第一放大器704、第二放大器706和梯度線圈系統(tǒng)708?？刂葡?統(tǒng)702包括微處理器710和存儲(chǔ)設(shè)備712。梯度線圈系統(tǒng)708包括傳感器 714、力補(bǔ)償線圈716以及內(nèi)線圈和外線圈718。使所述內(nèi)線圈和外線圈718 與所述力補(bǔ)償線圈716相互機(jī)械連接，因?yàn)槿缜八鏊鼈兙对?例如) 環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)。將傳感器714安裝至梯度線圈系統(tǒng)708。所述傳感器714可以 是加速度計(jì)，因此可以采用其確定梯度線圈系統(tǒng)708在因振動(dòng)而來(lái)回跳動(dòng) 時(shí)的加速度。
將所述控制系統(tǒng)702連接至所述第一放大器704和第二放大器706。此 外，將所述第一放大器704電連接至所述力補(bǔ)償線圈716，將所述第二放大 器706電連接至所述內(nèi)線圈和外線圈718。所述控制系統(tǒng)702能夠控制所述 第一和第二放大器704和706。所述微處理器710執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品720, 所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品720永久地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備712上，并且在(例如) 控制系統(tǒng)702啟動(dòng)時(shí)被加載到微處理器710內(nèi)。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品720 包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，通過(guò)所述指令控制所述第一放大器704，從而使其 向所述力補(bǔ)償線圈716提供具有第一幅度724的第一電流722。此外，通過(guò) 所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品720控制所述第二放大器706，從而使其向所述內(nèi)線圈 和外線圈718提供具有第二幅度728的第二電流726。選擇所述第一和第二 電流的時(shí)變幅度，從而在所述磁體的檢査體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)， 并且使MRI系統(tǒng)的導(dǎo)電表面上的，例如，所述磁共振成像系統(tǒng)的低溫恒溫 器內(nèi)的渦流的生成降至最低。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品720還能夠?qū)鞲衅?14 進(jìn)行讀取。因而，其能夠確定所述梯度線圈系統(tǒng)708的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié) 果。之后，使所述第一電流的時(shí)變的第一幅度變?yōu)榈谌龝r(shí)變幅度730，從而 使梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低。
通常將諸如MRI系統(tǒng)700的MRI系統(tǒng)用于針對(duì)患者實(shí)施的各種檢查。 在每次檢査當(dāng)中，需要在檢查體積內(nèi)生成預(yù)定的時(shí)變梯度磁場(chǎng)，從而能夠 生成患者的(例如)3D屈像。將所述檢查稱為掃描。如上所述，掃描所需 的時(shí)變梯度磁場(chǎng)是已知的。因此，能夠針對(duì)每次掃描確定所述第一和第二電流722和726的第一、第二和第三幅度724、 728和730 (其可能是時(shí)間 的函數(shù))。例如，可以將所述電流的設(shè)置存儲(chǔ)到存儲(chǔ)設(shè)備712上，之后在對(duì) 應(yīng)的掃描過(guò)程中應(yīng)用所述幅度730和728。在掃描需要檢査體積內(nèi)的最佳的 可能梯度磁場(chǎng)的情況下(在必須滿足如上所述的條件a的情況下)，還可以 采用所述第一幅度724。如果預(yù)先確定了所述第一和第二電流722和726的 設(shè)置，并將其存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)設(shè)備上，那么將不再需要傳感器714。因而， 能夠采用前反饋控制降低所述MRI系統(tǒng)生成的聲噪聲。
在另一實(shí)施例中，所述傳感器可以是安裝到(例如)MRI系統(tǒng)的檢查 體積的擴(kuò)音器。于是，所述控制系統(tǒng)調(diào)整所述第一電流的幅度，從而使所 述擴(kuò)音器檢測(cè)到的聲功率處于最低水平。
在另一實(shí)施例中，可以將所述溫度傳感器安裝到所述梯度線圈系統(tǒng)上。 采用所述溫度傳感器測(cè)量所述梯度線圈系統(tǒng)的溫度。所述梯度線圈系統(tǒng)的 溫度變化將引起模式形狀的變化以及振動(dòng)模式的振蕩頻率的變化。于是， 所述控制系統(tǒng)702在檢測(cè)到溫度變化之后，使所述電流的第一幅度變?yōu)榈?三幅度，從而使所述MRI系統(tǒng)700生成的聲噪聲降至最低。
通常將所述第一電流722描述為多個(gè)電流的疊加。還可以將這些電流 稱為子電流。所述多個(gè)電流中的每一子電流具有特定頻率和特定(時(shí)變) 幅度。
如上所述，所述最低階彎曲模式是所述梯度線圈系統(tǒng)的主振動(dòng)模式和
主要噪聲來(lái)源。最低階彎曲模式具有特定振蕩頻率。只有頻率接近最低階
彎曲模式的特定振蕩頻率的子電流才能夠更加有效地激發(fā)所述最低階彎曲
模式。圍繞所述特定振蕩頻率的最低階彎曲模式的諧振具有某一譜線寬度。
例如，通過(guò)所謂的半峰全寬(FWHM)測(cè)量所述譜線寬度。例如，可以利
用上述FWHM設(shè)置一個(gè)范圍，以定義子電流的頻率fse是否接近所述特定振
蕩頻率fo。例如，可以通過(guò)兩倍的FWHM給出所述范圍。因而，如果滿足
下述標(biāo)準(zhǔn)那么所述頻率&就會(huì)接近fo |/0-/JS2.謬皿。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)702只調(diào)整具有接近所述最低階彎曲 模式的振蕩頻率的特定頻率，例如，具有落在上述范圍內(nèi)的特定頻率的子 電流的瞬時(shí)幅度，從而使噪聲降至最低。通過(guò)調(diào)整構(gòu)成所述第一電流的其
24他子電流的幅度生成預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)。因而，為了將在低溫恒溫器處 感生出的渦流所導(dǎo)致的對(duì)成像性能的負(fù)面影響降至最低，只調(diào)整能夠有效 地激發(fā)最低階彎曲模式的子電流的幅度，從而使所述梯度線圈系統(tǒng)生成的 噪聲降至最低。調(diào)整其余的子電流的時(shí)變幅度，從而在檢查體積內(nèi)生成預(yù) 期磁場(chǎng)。
圖8示出了磁共振系統(tǒng)800的截面圖。MRI系統(tǒng)800包括用于在MRI 系統(tǒng)的檢查體積804內(nèi)生成靜磁場(chǎng)的主磁體802。MRI系統(tǒng)800還包括用于 在檢査體積804內(nèi)生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)806。梯度線圈系統(tǒng) 806包括多個(gè)繞組，并且，作為例子，通過(guò)黑點(diǎn)表示導(dǎo)體808的截面。此外， 梯度線圈系統(tǒng)806和主磁體802相對(duì)于中心軸810圓柱對(duì)稱。MRI系統(tǒng)802 還包括高頻系統(tǒng)812，其向檢查對(duì)象，例如，患者814內(nèi)發(fā)射射頻信號(hào)以觸 發(fā)磁共振信號(hào)，并且高頻系統(tǒng)812拾取所生成的磁共振信號(hào)。MRI系統(tǒng)800 還具有患者814所處的支承設(shè)備816，通過(guò)所述設(shè)備能夠?qū)⒒颊咄频綑z查空 間804內(nèi)，或者從該空間內(nèi)拉出。
梯度線圈系統(tǒng)806能夠執(zhí)行主要處于主模式內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)，所述主模 式對(duì)應(yīng)于所述第一階彎曲模式。箭頭818和820示出了最低階彎曲模式具 有波腹的位置上的機(jī)械振動(dòng)的方向，而在位置822和824上，所述最低階 模式具有節(jié)點(diǎn)(node)。所述機(jī)械振動(dòng)是所述梯度線圈系統(tǒng)806生成的噪聲 的主要來(lái)源。根據(jù)本發(fā)明的MRI系統(tǒng)800尤為有利，因?yàn)樘荻染€圈系統(tǒng)806 的聲輸出因調(diào)整了流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的電流和/或所述梯度線圈系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)而極大地降低。躺在檢查空間內(nèi)的患者814的舒適度得到了極大提高， 因?yàn)槠湓跈z查過(guò)程中所面對(duì)的噪聲干擾降低了。
在權(quán)利要求中，結(jié)合了附圖標(biāo)記，以促進(jìn)對(duì)權(quán)利要求的理解。但是， 不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記解釋為對(duì)權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1、一種磁共振成像系統(tǒng)，包括-用于生成靜磁場(chǎng)(118，120)的裝置(102)，以及-用于采用第一電流(112)和第二電流(114)生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)(116，122)的梯度線圈系統(tǒng)(104)，所述梯度線圈系統(tǒng)位于所述靜磁場(chǎng)內(nèi)，所述梯度線圈系統(tǒng)具有多個(gè)振動(dòng)模式，其中，由于所述第一和/或所述第二電流(112，114)與疊加的所述靜磁場(chǎng)和所述梯度磁場(chǎng)的相互作用，將沿所述梯度線圈系統(tǒng)生成洛倫茲力(128)，其中，調(diào)整所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述第一電流，從而使所述洛倫茲力(128)與所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)線圈(206， 404)和外線圈(204， 402)，其中，所述內(nèi)線圈和外線圈機(jī)械耦合，其中，通過(guò)所述第一電流操作所述外線圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述內(nèi)線圈，其中，調(diào)整所述第一電流使得所述洛倫茲力(128)和所述振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振成像系統(tǒng)，還包括第一放大器(406)和第二放大器(408)，所述第一放大器與所述外線圈(402)電連接，所述第一放大器提供所述第一電流，所述第二放大器與所述內(nèi)線圈(404)電連接，所述第二放大器提供所述第二電流。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述外線圈包括多個(gè)繞組，并且其中，所述第一放大器為小功率放大器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)(500)包括內(nèi)線圈(506)、外線圈(504)和力補(bǔ)償線圈(502)，其中，使所述內(nèi)線圈、外線圈和力補(bǔ)償線圈機(jī)械連接，其中，通過(guò)所述第一電流操作所述力補(bǔ)償線圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述內(nèi)線圈和外線圈。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述力補(bǔ)償線圈(502)位于所述內(nèi)線圈(502)的相對(duì)側(cè)上的所述外線圈(504)附近。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括第一放大器(508)和第二放大器(510)，其中，所述內(nèi)線圈和所述外線圈與所述第二放大器電連接，其中，所述力補(bǔ)償線圈與所述第一放大器電連接，其中，所述第一放大器提供所述第一電流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二電流。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于所述梯度線圈系統(tǒng)的第一階彎曲模式。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)包括內(nèi)z線圈、外z線圈和力補(bǔ)償線圈，其中，使所述內(nèi)z線圈、外z線和力補(bǔ)償線圈機(jī)械耦合，其中，通過(guò)所述第一電流操作所述力補(bǔ)償線圈，其中，通過(guò)所述第二電流操作所述內(nèi)z線圈和外z線圈。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述磁共振成像系統(tǒng)還包括第一放大器和第二放大器，其中，使所述內(nèi)z線圈和外z線圈與所述第二放大器電連接，其中，使所述力補(bǔ)償線圈與所述第一放大器電連接，其中，所述第一放大器提供所述第一電流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二電流。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于所述梯度線圈系統(tǒng)的呼吸模式，其中，所述呼吸模式是在利用所述Z線圈生成梯度磁場(chǎng)時(shí)的主振動(dòng)模式。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中， 所述第一和所述第二電流(112， 114)是時(shí)變電流。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，調(diào)整所述梯度線 圈系統(tǒng)的導(dǎo)體的空間分布。
14、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述第一電流是可調(diào)整的，從而使沿所述梯度線圈系統(tǒng)分布的所述洛倫茲 力和每一振動(dòng)模式的內(nèi)積在沿所述梯度線圈系統(tǒng)的每一幾何點(diǎn)上大體上為零。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)(700)，還包括 控制系統(tǒng)(702)，其中，所述控制系統(tǒng)能夠調(diào)整時(shí)變的所述第一電流(722)，從而使所 述洛倫茲力(128)與所述振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中， 針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所 有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
16、 一種用于磁共振成像系統(tǒng)的梯度線圈系統(tǒng)(104)，其中，所述磁 共振成像系統(tǒng)包括用于生成靜磁場(chǎng)的裝置(102)，并且其中，所述磁共振 成像系統(tǒng)(100)適于容納所述梯度線圈系統(tǒng)，從而使所容納的梯度線圈系 統(tǒng)位于所述靜磁場(chǎng)內(nèi)，其中，所述梯度線圈系統(tǒng)具有多個(gè)振動(dòng)模式，其中， 所述梯度線圈系統(tǒng)適于在所述磁共振成像系統(tǒng)中生成梯度磁場(chǎng)，其中，通 過(guò)第一電流(112)和第二電流(114)激勵(lì)所述梯度磁場(chǎng)，其中，由于所 述第一和第二電流與疊加的所述靜磁場(chǎng)和所述梯度磁場(chǎng)的相互作用沿所述 梯度線圈系統(tǒng)生成洛倫茲力，其中，調(diào)整所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述第一 電流，從而使所述洛倫茲力(128)和所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式 的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。
17、 一種用于降低磁共振成像系統(tǒng)(100， 700)生成的聲噪聲的方法， 所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于在所述磁共振成像系統(tǒng)的檢査體積(106)內(nèi) 生成靜磁場(chǎng)(102)的裝置和用于在所述檢査體積內(nèi)生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯 度線圈系統(tǒng)(104， 708)，其中，通過(guò)流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的第一電流(112， 722)和第二電流(114， 726)激勵(lì)所述時(shí)變梯度磁場(chǎng)，所述方法包括-將所述第一電流設(shè)為時(shí)變的第一幅度(724)，將所述第二電流設(shè)為 時(shí)變的第二幅度(728)，其中，所述第一和第二幅度隨時(shí)間變化，從而在 所述檢査體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)；-使所述第一電流的第一幅度變?yōu)闀r(shí)變的第三幅度(730)，從而使所 述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低，其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)是由所述第一 和第二電流與疊加的所述梯度磁場(chǎng)和所述靜磁場(chǎng)的相互作用誘發(fā)的。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述梯度線圈系統(tǒng)包括具有 特定振蕩頻率的主振動(dòng)模式，其中，所述第一電流是多個(gè)電流的疊加，其 中，所述多個(gè)電流中的每一電流具有特定頻率和特定的時(shí)變幅度，其中， 調(diào)整具有接近所述特定振蕩頻率的特定頻率的每一電流的特定時(shí)變幅度， 從而使所述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低，并且其中，調(diào)整所述多個(gè) 電流中其余電流的時(shí)變幅度，從而在所述檢查體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯度 磁場(chǎng)。
19、 一種用于降低磁共振成像系統(tǒng)生成的聲噪聲的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品， 所述系統(tǒng)包括用于在所述磁共振成像系統(tǒng)(700)的檢査體積內(nèi)生成靜磁場(chǎng) 的裝置和用于在所述檢査體積內(nèi)生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)(708 )， 其中，通過(guò)流經(jīng)所述梯度線圈系統(tǒng)的第一電流和第二電流激勵(lì)所述時(shí)變梯 度磁場(chǎng)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令，所述指令適于執(zhí) 行下述步驟-將所述第一電流(722)設(shè)為第一幅度(724)，將所述第二電流(718) 設(shè)為第二幅度(728)，其中，通過(guò)設(shè)置所述第一和第二幅度，在所述檢査體積內(nèi)生成預(yù)期的時(shí)變梯度磁場(chǎng)，-使所述第一電流的第一幅度(724)變?yōu)榈谌?730)，從而使所 述梯度線圈系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)降至最低，其中，所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)是由所述第一 和第二電流與疊加的所述梯度磁場(chǎng)和所述靜磁場(chǎng)的相互作用誘發(fā)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁共振成像系統(tǒng)，其包括用于生成靜磁場(chǎng)的裝置和用于利用第一電流和第二電流生成時(shí)變梯度磁場(chǎng)的梯度線圈系統(tǒng)。所述梯度線圈系統(tǒng)位于所述磁場(chǎng)內(nèi)，所述梯度線圈系統(tǒng)具有多個(gè)振動(dòng)模式。在所述第一和/或第二電流與疊加的所述靜磁場(chǎng)和所述梯度磁場(chǎng)相互作用下，生出了洛倫茲力。對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)和/或所述第一電流進(jìn)行調(diào)整，從而使所述洛倫茲力和所述多個(gè)振動(dòng)模式中的一個(gè)振動(dòng)模式的內(nèi)積的積分具有接近零的值，其中，針對(duì)所述梯度線圈系統(tǒng)的所有點(diǎn)確定所述內(nèi)積，并且其中，通過(guò)對(duì)針對(duì)所有點(diǎn)確定的內(nèi)積求和確定所述積分。當(dāng)上述積分接近零或者優(yōu)選為零時(shí)，所述洛倫茲力將不能激發(fā)所述梯度線圈系統(tǒng)的所述振動(dòng)模式(例如，最低階彎曲模式)。因而，降低了振動(dòng)的梯度線圈系統(tǒng)生成的噪聲，并由此提高了接受所述磁共振成像系統(tǒng)的檢查的患者的舒適度。
文檔編號(hào)G01R33/385GK101495882SQ200780025760
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者A·H·科弗伊茨, C·L·G·哈姆, G·N·皮仁, G·Z·安杰利斯, N·B·羅贊 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司