本實(shí)用新型涉及磁共振成像設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁共振成像設(shè)備的梯度裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

梯度線圈是磁共振設(shè)備的核心部件之一，它的主要功能是在三維空間對磁共振信號進(jìn)行編碼，從而獲得被試的空間圖像信息。在進(jìn)行磁共振成像時，提高磁共振成像速度最常用的方法是提高磁共振梯度場的切換率，相應(yīng)的提高了梯度線圈中所流通的電流的變化率。

然而，由于全身梯度系統(tǒng)需要能夠用于人體全身成像，成像空間較大，要維持如此大的成像空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度達(dá)到所需的磁場強(qiáng)度則需要對梯度線圈通以較大的電流。當(dāng)全身梯度系統(tǒng)的較大電流在變化率較大時，所產(chǎn)生的梯度波會對人體神經(jīng)末梢產(chǎn)生電刺激(PNS，Peripheral Nerve Stimulation)，進(jìn)而導(dǎo)致人體感到不適。由于人體承受力有限，美國的FDA(Food and Drug Administration，食品藥品監(jiān)督管理局)與英國的NRPB(National Radiological Protection Board，國家輻射防護(hù)委員會)均對梯度場的切換率均做出了限制。

近些年來，利用磁共振手段進(jìn)行腦部核磁功能和結(jié)構(gòu)成像的應(yīng)用越來越廣泛，利用腦部和磁共振圖像研究人腦功能與外界刺激之間的相關(guān)聯(lián)系，是目前熱門的科研領(lǐng)域。然而，腦部功能成像一般需要較高的梯度場切換率。受人體PNS等因素的限制，全身梯度系統(tǒng)的切換率和梯度場強(qiáng)度均受到限制，對腦部功能研究及應(yīng)用造成較大制約。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種磁共振成像設(shè)備的梯度裝置及系統(tǒng)，以解決受人體PNS限制，全身梯度系統(tǒng)切換率較低的問題。

根據(jù)第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種磁共振成像設(shè)備的梯度裝置，包括：筒體；分別設(shè)置于所述筒體上的x、y、z三個方向的梯度線圈，x方向梯度線圈產(chǎn)生x方向的磁場，y方向梯度線圈產(chǎn)生y方向的磁場，z方向梯度線圈產(chǎn)生z方向的磁場，三個方向的梯度線圈所產(chǎn)生的磁場形成成像空間；所述x方向、y方向、z方向兩兩垂直，所述z方向為所述筒體的軸線方向；其中，所述z方向梯度線圈沿所述筒體的圓周方向繞制；所述x方向梯度線圈包括第一x梯度線圈和第二x梯度線圈，所述第一x梯度線圈和所述第二x梯度線圈對稱設(shè)置于第一平面兩側(cè)，所述第一平面過所述筒體的軸線并與所述x方向垂直；所述y方向梯度線圈包括第一y梯度線圈和第二y梯度線圈，所述第一y梯度線圈和所述第二y梯度線圈對稱設(shè)置于第二平面兩側(cè)，所述第二平面過所述筒體的軸線并與所述y方向垂直。

可選地，所述第一x梯度線圈和所述第二x梯度線圈為螺旋線圈，以其螺旋中心為起點(diǎn)，沿第一方向的線圈密度大于沿第二方向的線圈密度，所述第一方向與所述第二方向相反，并沿所述筒體軸線方向。

可選地，所述第一y梯度線圈和所述第二y梯度線圈為螺旋線圈，以其螺旋中心為起點(diǎn)，沿第一方向的線圈密度大于沿第二方向的線圈密度，所述第一方向與所述第二方向相反，并沿所述筒體軸線方向。

可選地，所述x方向梯度線圈和/或所述y方向梯度線圈沿所述筒體的軸線方向的長度為60cm至80cm。

可選地，所述z方向梯度線圈沿所述筒體的軸線方向的長度為35cm至45cm。

可選地，所述z方向梯度線圈在所述筒體軸線上的投影的中心為所述成像空間的中心。

可選地，所述裝置還包括：z方向屏蔽線圈，設(shè)置于所述z方向梯度線圈的外側(cè)，沿所述筒體的圓周方向繞制；x方向屏蔽線圈，設(shè)置于所述x方向梯度線圈的外側(cè)；所述x方向屏蔽線圈包括第一x屏蔽線圈和第二x屏蔽線圈，所述第一x屏蔽線圈和所述第二x屏蔽線圈對稱地設(shè)置于所述第一平面兩側(cè)；y方向屏蔽線圈，設(shè)置于所述y方向梯度線圈的外側(cè)；所述y方向屏蔽線圈包括第一y屏蔽線圈和第二y屏蔽線圈，所述第一y屏蔽線圈和所述第二y屏蔽線圈對稱地設(shè)置于所述第二平面兩側(cè)。

可選地，在所述筒體的側(cè)壁中，從內(nèi)到外依次部署下列線圈：所述x方向梯度線圈、所述y方向梯度線圈、所述z方向梯度線圈、z方向屏蔽線圈、x方向屏蔽線圈、y方向屏蔽線圈。

根據(jù)第二方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種磁共振成像設(shè)備的梯度系統(tǒng)，包括：第一方面及第一方面任意一種可選實(shí)施方式所述的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置；電源裝置，與所述x方向梯度線圈、所述y方向梯度線圈和所述z方向梯度線圈；

電流控制裝置，用于分別控制流過所述x方向梯度線圈、所述y方向梯度線圈和所述z方向梯度線圈的電流的大小及變化率。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本實(shí)用新型進(jìn)行任何限制，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置的梯度線圈和成像空間的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中x方向梯度線圈10的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中y方向梯度線圈20的示意圖；

圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中z方向梯度線圈30的示意圖；

圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中x、y、z三個方向的梯度線圈的側(cè)視圖；

圖6A為成像空間偏向筒體一端的示意圖；

圖6B為成像空間位于筒體中間位置的示意圖；

圖7A示出了磁共振成像設(shè)備中梯度線圈的一種對比設(shè)計的側(cè)視圖；

圖7B示出了磁共振成像設(shè)備中梯度線圈的另一種對比設(shè)計的側(cè)視圖；

圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置的梯度線圈、屏蔽線圈和成像空間的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種磁共振成像設(shè)備的梯度裝置，包括筒體和分別設(shè)置于筒體上的x、y、z三個方向的梯度線圈。圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置的總體示意圖，其中A為x、y、z三個方向的梯度線圈，B為成像空間。具體地，圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中x方向梯度線圈10的示意圖，圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中y方向梯度線圈20的示意圖，圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中z方向梯度線圈30的示意圖。圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置中x、y、z三個方向的梯度線圈的側(cè)視圖。其中，x方向梯度線圈10產(chǎn)生x方向的磁場，y方向梯度線圈20產(chǎn)生y方向的磁場，z方向梯度線圈30產(chǎn)生z方向的磁場，三個方向的梯度線圈所產(chǎn)生的磁場在成像空間呈線性變化趨勢。x方向、y方向、z方向兩兩垂直，z方向為筒體的軸線方向。

根據(jù)圖4所示，z方向梯度線圈30沿筒體的圓周方向繞制。

根據(jù)圖2所示，x方向梯度線圈10包括第一x梯度線圈11和第二x梯度線圈12，第一x梯度線圈11和第二x梯度線圈12對稱設(shè)置于第一平面兩側(cè)，第一平面過筒體的軸線并與x方向垂直。

根據(jù)圖3所示，y方向梯度線圈20包括第一y梯度線圈21和第二y梯度線圈22，第一y梯度線圈21和第二y梯度線圈22對稱設(shè)置于第二平面兩側(cè)，第二平面過筒體的軸線并與y方向垂直。

作為一種可選實(shí)施方式，第一x梯度線圈11和第二x梯度線圈12為螺旋線圈，以其螺旋中心為起點(diǎn)，沿第一方向的線圈密度大于沿第二方向的線圈密度，第一方向與第二方向相反，并沿筒體軸線方向。x方向梯度線圈的螺旋中心兩側(cè)的密度不同，一側(cè)密度大于另一側(cè)密度能夠使得x方向磁場較強(qiáng)的地方偏向筒體軸線的一側(cè)，從而使得線性成像空間偏向筒體一端，使得被試人員僅需頭部進(jìn)入筒體內(nèi)部空間，而身體無需進(jìn)入，如圖6A所示。圖6A為成像空間偏向筒體一端的示意圖，圖6B為成像空間位于筒體中間位置的示意圖，顯然在筒體內(nèi)徑較小時，由于肩膀被筒體卡住，人體頭部往往無法到達(dá)位于筒體中間位置的成像空間，成像空間偏向筒體一端更便于頭部進(jìn)入。

第一y梯度線圈21和第二y梯度線圈22為螺旋線圈，以其螺旋中心為起點(diǎn)，沿第一方向的線圈密度大于沿第二方向的線圈密度，第一方向與第二方向相反，并沿筒體軸線方向。y方向梯度線圈的螺旋中心兩側(cè)的密度不同，一側(cè)密度大于另一側(cè)密度能夠使得x方向磁場較強(qiáng)的地方偏向筒體軸線的一側(cè)，從而使得成像空間偏向筒體一端，使得被試人員僅需頭部進(jìn)入筒體內(nèi)部，而身體無需進(jìn)入。

可選地，x方向梯度線圈10和/或y方向梯度線圈20沿筒體的軸線方向的長度為60cm至80cm。通常直徑22cm的直徑空間已能夠容納幾乎所有人體頭部大小，但是若x方向梯度線圈10和/或y方向梯度線圈20沿筒體的軸線方向的長度較短，則要想成像空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度達(dá)到需要的強(qiáng)度值則要求線圈密度較大。通常情況下，磁共振成像設(shè)備內(nèi)會設(shè)置有金屬部件，當(dāng)梯度線圈內(nèi)的電流變化時會在金屬部件中產(chǎn)生渦流，影響成像速度和所成圖像的質(zhì)量。當(dāng)線圈密度較大時，渦流現(xiàn)象更為嚴(yán)重。本申請將x方向梯度線圈10和/或y方向梯度線圈20沿筒體的軸線方向的長度設(shè)置為60cm至80cm能夠降低渦流效應(yīng)。例如，如圖5所示，當(dāng)x方向梯度線圈10和/或y方向梯度線圈20沿筒體的軸線方向的長度設(shè)置為70.8cm時，渦流效應(yīng)(即渦流磁場與梯度磁場的比值)可以降至0.10％至0.50％。

如圖5所示，z方向梯度線圈30在筒體軸線上的投影的中心為成像空間的中心，這樣的對稱設(shè)置可以減小成像空間內(nèi)的受力及扭矩；另一方面降低成像空間內(nèi)磁場的非線性度，從而使得成像后對圖像進(jìn)行處理的過程中無需增加非線性梯度校正算法來處理圖像。

可選地，z方向梯度線圈30沿筒體的軸線方向的長度為35cm至45cm。本方案對于z方向梯度線圈30沿筒體的軸線方向的的長度的設(shè)計在磁共振成像設(shè)備的梯度線圈裝置領(lǐng)域?qū)儆诔痰脑O(shè)計。該超短的設(shè)計使得z方向梯度線圈的阻抗較小，從而能耗低，減少其發(fā)熱，降低水冷裝置的工作壓力。

圖7A和圖7B給出了可以用于實(shí)際磁共振成像設(shè)備的梯度裝置的對比設(shè)計。需要補(bǔ)充說明的是，圖7A和圖7B中，z方向梯度線圈在筒體軸線上的投影的中心也是成像空間的中心。

可以看出，相對于圖7A和圖7B的設(shè)計，圖5所示設(shè)計的成像空間更小(直徑僅為22cm，已足夠容納人體頭部)，梯度裝置沿筒體軸線方向的長度更短(僅為70.8cm)，z方向梯度線圈的長度沿筒體軸線方向更短(僅為20*2cm)。

可選地，該磁共振成像設(shè)備的梯度裝置還包括z方向屏蔽線圈40、x方向屏蔽線圈50和y方向屏蔽線圈60。如圖8所示，A為x、y、z三個方向的梯度線圈，B為成像空間，C為x、y、z三個方向的屏蔽線圈。

z方向屏蔽線圈40，設(shè)置于z方向梯度線圈30的外側(cè)，沿筒體的圓周方向繞制，如圖4所示。

x方向屏蔽線圈50，設(shè)置于x方向梯度線圈10的外側(cè)。x方向屏蔽線圈50包括第一x屏蔽線圈和第二x屏蔽線圈，第一x屏蔽線圈和第二x屏蔽線圈對稱地設(shè)置于第一平面兩側(cè)，如圖2所示。

y方向屏蔽線圈60，設(shè)置于y方向梯度線圈20的外側(cè)。y方向屏蔽線圈60包括第一y屏蔽線圈和第二y屏蔽線圈，第一y屏蔽線圈和第二y屏蔽線圈對稱地設(shè)置于第二平面兩側(cè)，如圖3所示。

通過上述x、y、z三個方向的屏蔽線圈，可以較好地抑制梯度線圈內(nèi)電流變化時所產(chǎn)生的渦流效應(yīng)。

可選地，在筒體的側(cè)壁中，從內(nèi)到外依次部署下列線圈：x方向梯度線圈10、y方向梯度線圈20、z方向梯度線圈30、z方向屏蔽線圈40、x方向屏蔽線圈50、y方向屏蔽線圈60。對于圖7A和圖7B所示的對比設(shè)計，在筒體的側(cè)壁中，從內(nèi)到外線圈的部署順序為：y方向梯度線圈、x方向梯度線圈、z方向梯度線圈、y方向屏蔽線圈、x方向屏蔽線圈、z方向屏蔽線圈。

作為本實(shí)施例的一種最優(yōu)設(shè)計，表一給出了x、y、z三個方向的梯度線圈和屏蔽線圈的設(shè)計尺寸。其中，梯度線圈和主動屏蔽線圈的半徑是指線圈所在曲面上的點(diǎn)到筒體軸線的距離，梯度線圈長度和主動屏蔽線圈長度是指線圈沿筒體軸線方向的長度。表一中所有尺寸的單位均為mm。

表一本方案的設(shè)計尺寸

為了更好地說明本方案所設(shè)計的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置的有益效果，表二分別給出了本方案的設(shè)計、圖7A的設(shè)計、圖7B的設(shè)計的性能參數(shù)。從表二可以看出，本方案設(shè)計的渦流效應(yīng)較低、非線性度較低、電感值較小、切換率較高。

表二性能參數(shù)對比

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種磁共振成像設(shè)備的梯度系統(tǒng)，包括實(shí)施例一及實(shí)施例一任意一種可選實(shí)施方式所述的磁共振成像設(shè)備的梯度裝置，還包括電壓裝置和電流控制裝置。

電源裝置，與x方向梯度線圈、y方向梯度線圈和z方向梯度線圈。電流控制裝置，用于分別控制流過x方向梯度線圈、y方向梯度線圈和z方向梯度線圈的電流的大小及變化率。

雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下作出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。