CN100498368C - 梯度线圈结构及包括它的磁共振成像和光谱学仪器 - Google Patents

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Abstract

一种用于MRI仪器的梯度线圈结构具有一个主线圈(20)和一个屏蔽线圈(21)，屏蔽线圈的一部分从主线圈向外设置。线圈在成像区域(22)的周边区域(25)处几乎重合，线圈以与其余主线圈成一定角度的方向向前延伸，这样从成像区域(22)看去主线圈呈凹形。这种装置可以增强屏蔽效果。

Description

梯度线圈结构及包括它的磁共振成像和光谱学仪器
技术领域
本发明涉及磁性线圈结构，尤其是用在磁共振成像和光谱学(MRIS)中的梯度线圈结构。
背景技术
已经为公众所知的MRIS系统包括很多围绕某一区域的同心线圈，一物体处于该区域内。该线圈包括一个能提供一稳定的强磁场的最外层直流线圈、一个在DC线圈内设置的内心RF线圈和设置在内心RF线圈与外部DC线圈之间的梯度线圈装置。梯度线圈装置产生时变磁场，该磁场根据患者处在磁场中的位置而使他们的原子核产生响应频率和相位。
此种类型的设备已为公众所知，在该设备中线圈是圆筒状的。梯度线圈装置通常包括三个线圈，其分别表示为X、Y和Z梯度线圈。可以在圆筒表面上缠绕某种样式的导体来构成未屏蔽梯度。然而，每个梯度线圈通常是由缠绕在围绕梯度线圈的另一圆筒上的另一种样式的导体所屏蔽。
最近，交替磁体几何学已得到发展。在以上的装置中，磁体包括两种本质上不同的装置，它们被一道缝隙分开。在这两个装置之间产生主磁场，此种类型的构造通常称为横向场磁体。磁场可由永久磁体、阻性电磁体或超导磁体产生。将被成像物体放置磁体装置之间。在这样的设备中，圆筒梯度线圈结构就不太合适了。该梯度线圈的典型的几何结构包括两个基本上为平面的圆盘，它们放置在成像物体的上方或下方。圆盘可另外添加屏蔽绕组。
在横向磁场结构中用于MRIS的屏蔽线圈能够构造成与产生均匀磁场的主线圈基本独立。图1a所示为已知的装置的横截面图，其中屏蔽线圈10在一对接线端上与主线圈11串联。图1b所示为主X梯度线圈和屏蔽线圈的绕组方式。当屏蔽线圈的直径比主线圈的直径大时，这种构造能够产生好的屏蔽特性，然而，其结果是导致该装置的直径很大。主线圈和屏蔽线圈在周边上转弯处的磁性相互抵消，但在电感和电阻上的消耗昂贵；因此，整个装置的效率相对较低。
有建议截去这一线圈结构的靠外的部分，实际上是去掉每个超过某一半径的绕组以及把多个如此形成的主线圈的转弯处与多个屏蔽线圈的转弯处连接。还有建议要使主线圈平面和屏蔽线圈从成像区域看去大体上呈凹陷或呈圆锥形。这种已知的结构如图2a所示，14是主线圈的平面，15是圆锥屏蔽线圈。图2b所示为主梯度线圈和圆锥屏蔽线圈的绕组模式。专利WO02/27345和WO02/27346记载了此种类型的结构。
此种类型的结构致使线圈紧凑，然而它仅仅是折中的办法。屏蔽线圈不再延伸到主线圈外，它的有效性就会降低，泄漏的磁场由此而产生。在磁体中的导体部分会感应出涡流电流。这种涡流电流可以在成像区域产生附加的有害的时变磁场。而且如果是超导体线圈产生的主磁场，在磁体的低温结构中涡流电流也会造成浪费，并降低其低温性能。
本发明用于减少以上存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于MRI磁共振成像仪器的梯度线圈结构，所述磁共振成像仪器的类型采用了在一成像体的相对侧面对设置的两个这样的梯度线圈结构，所述梯度线圈结构包括一主梯度线圈和一梯度屏蔽线圈，这两个线圈都有一中心线圈部分和一外围线圈部分，所述梯度屏蔽线圈的中心线圈部分从主梯度线圈的中心线圈部分相对于成像体向外设置，并且所述主梯度线圈和梯度屏蔽线圈被设置使得外围线圈是彼此重合的，所述梯度线圈结构的特征在于，在通过成像体中心的横截面，所述外围线圈部分是直的并且彼此基本并列地延伸，所述外围线圈部分以与主梯度线圈的中心线圈部分成一定角度的方向延伸，以使主梯度线圈从成像体看去呈凹形。
重合区域的线圈与其余的主线圈成一个角度向前延伸，这样从成像体看去主线圈呈现凹陷状。屏蔽线圈通常是圆锥的。主线圈的中心区域可以是平面，主线圈的重合区域和中心区域之间的角度可以是钝角。
根据本发明，现提供一种改进的屏蔽执行情况。因为主线圈和屏蔽线圈上的电流接近一致，在重合区域中电流实质上是可以互换的，电流在线圈间可再分配，从而符合制造要求。
下面将通过实施例的方式，参照相关附图对本发明进行说明。
附图说明
在附图中：：
图1a是公知的平面梯度线圈装置的横截面图；
图1b是图1a中主线圈和屏蔽线圈的绕组方式的平面图；
图2a是另外一种公知的梯度线圈装置的横截面图；
图2b是图2a中主线圈和屏蔽线圈的绕组方式的投影图；
图3a是本发明的梯度线圈装置的横截面图；
图3b是图3a中主线圈和屏蔽线圈的绕组方式的投影图；
图4a是举例说明将本发明的梯度线圈用在MRIS系统的示意图。
具体实施方式
参照图3a，本发明实施例中的梯度线圈装置包括一个主线圈20和一个屏蔽线圈21。图3a实际上示出两个梯度线圈装置，一个在成像区域22之上，一个在在成像区域22之下。主线圈20具有中心平面区域24和锥形向外扩展区域25。梯度线圈通常是圆锥形的，在其外部区域梯度线圈实质上与主线圈的圆锥部分25重合。图3b所示为梯度线圈和屏蔽线圈的绕组模式。
这样，可以看出屏蔽线圈和主线圈从主线圈的前平面24向前有效连接地延伸，并在区域25处基本重合。为了最佳地屏蔽，需要某些网络电流在扩展区域25内流动。因为是几乎重合，主线圈和屏蔽线圈的作用在延伸区域就能有效的互换，电流也可以根据生产条件的需要在两线圈之间重新分配。
如此设计主线圈和屏蔽线圈才能使它们各自的导体在延伸部分的边缘结合，在该延伸区域内它们能很好地连接。需要指出的是，，当从成像区域看过去主线圈是凹陷的，屏蔽线圈也是凹陷的，但是角度更大。
可以发现，例如相对于图2中的在先技术中的设备，图3中的装置能够在成像区域内产生与其相似的磁场，可是本发明的屏蔽效果却得到实质上的改善。泄漏磁场减少了两个系数，这样可使低温热负载大约减少四折。而且由涡流电流引起的图像衰减也明显减小。
图3的装置特别适合X梯度装置和与其相应的圆锥形屏蔽线圈。熟练的技术人员能够想到Y梯度装置可以与其相似，只不过绕圆锥的轴旋转90°。同样也会想到Z梯度线圈装置可以使用相似的原理制造，但是在这种情况下，导体基本上是圆的，并且与圆锥同轴。
图4对如何能将图3的X梯度线圈结构运用到MRIS仪器中去作出了解释。图4中MRIS仪器的上下磁体装置由30和31表示，其间是支架32。可以看出装置30容纳的线圈能产生MRIS所需的均匀磁场和RF磁场。每个磁体装置30，31都有一个圆锥形的凹陷34，它可以容纳一个如图3所述的梯度线圈装置35。

Claims (5)

1、一种用于磁共振成像仪器的梯度线圈结构，所述磁共振成像仪器的类型采用了在一成像体的相对侧面对设置的两个这样的梯度线圈结构，所述梯度线圈结构包括一主梯度线圈(20)和一梯度屏蔽线圈(21)，这两个线圈都有一中心线圈部分和一外围线圈部分，所述梯度屏蔽线圈的中心线圈部分从主梯度线圈的中心线圈部分相对于成像体向外设置，并且所述主梯度线圈和梯度屏蔽线圈被设置使得外围线圈是彼此重合的，所述梯度线圈结构的特征在于，
在通过成像体中心的横截面，所述外围线圈部分是直的并且彼此基本并列地延伸，所述外围线圈部分以与主梯度线圈的中心线圈部分成一定角度的方向延伸，以使主梯度线圈从成像体看去呈凹形。
2、根据权利要求1所述的梯度线圈结构，其特征在于，所述梯度屏蔽线圈(21)为圆锥形。
3、根据权利要求1或2所述的梯度线圈结构，其特征在于，所述主梯度线圈的中心区域是平面的，并且主梯度线圈(20)的中心区域和重合区域(25)之间的夹角为钝角。
4、一种包括根据权利要求1或2所述的梯度线圈结构的磁共振成像和光谱学仪器。
5、一种包括根据权利要求3所述的梯度线圈结构的磁共振成像和光谱学仪器。
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