CN100504431C - 开口磁性谐振成像装置 - Google Patents

Abstract

有效屏蔽高磁性谐振成像装置开口磁体的低温整体支撑体。本发明公开一种开口磁性谐振成像(MRI)装置(100)，设置了至少一个主线圈(110，115)，用于产生可对物体成像的磁场；和至少一个成形线圈(150，152，153，154，155，156，157，158)。至少一个成形线圈(150，152，153，154，155，156，157，158)相对至少一个主线圈(110，115)设置，可使物体中的磁场成形。

Description

开口磁性谐振成像装置

发明领域

本发明总体上涉及磁性谐振成像(MRI)装置，具体地，涉及带有至少一个成形线圈的MRI装置，可使对物体成像的磁场成形；以及具有单体支撑结构的MRI装置。

背景技术

MRI装置作为一种诊断工具广泛应用于医疗领域，可对物体如组织和器官结构进行成像。传统的MRI装置可参考美国专利No.6,172,588(下面称为588专利)，本文参考引用其内容。如588专利所介绍的，已知的阻抗和超导(后面写作SC)MRI磁体设计包括闭合磁体和开口磁体。闭合磁体一般具有单个带有孔的管状阻抗或超导线圈组件。线圈组件包括多个径向对准和纵向间隔开的阻抗或超导主线圈，各自具有相同方向的单向大电流。因此主线圈设计成可在一般为圆筒形的成像空间中形成高度均匀的磁场，成像空间位于磁体心部，用于放置进行成像的物体。

还可以采用单个管状屏蔽组件，以防止主线圈在其周围形成的高磁场负面影响磁体附近的电子装置。这样的屏蔽组件一般包括多个径向对准和纵向间隔开的阻抗或超导反磁线圈，具有一般为相同安培数但方向与主线圈相反的电流，其位于主线圈径向向外的位置。

开口磁体包括C状磁体，一般采用两个间隔开的线圈组件，组件之间的空间形成成像空间。因此，间隔开的线圈组件允许医务人员在磁性谐振成像期间进入手术或进行其他的医学程序。病人可位于该空间中或位于环形线圈组件的心部。开口空间有助于病人克服在闭合磁体设计中可能感受到的幽闭恐怖感。

已知的开口磁体设计带有屏蔽，其中各线圈组件具有开口，并已知的开口磁体设计带有屏蔽，其中各线圈组件具有开口，并包括位于阻抗或超导主线圈纵向和径向向外位置的阻抗或超导屏蔽线圈。已知道开口磁体设计在阻抗或超导线圈组件的心部设置磁极片，通过使磁极片具有特定形状可磁性调整磁体，改进磁场的均匀性。铁磁返回通路连接两个磁极片。应当注意到磁极片还可用于屏蔽磁体。

传统的MRI装置出于多个原因具有有限的成像精度。精度不够至少一部分是由于制造误差，其从根本上造成生产的一个MRI装置与另一个不相同。已知的MRI装置制造误差问题加上传统的多单元支撑结构使问题更大。在许多地方出现了制造带来的位置变化(如线圈定位时的位置和/或对准误差等)。

另外，MRI装置的磁体本身具有许多制造产生的变化，如绕组位置的轻微变化。因此，为了解决这些问题，制造MRI装置的传统技术还要包括对安装到支撑结构的MRI装置部件定位和调节等复杂内容。这造成很高的制造成本，延长生产交付时间，形成更复杂的MRI装置。

因此，存在对一种MRI装置的需求，该装置应能在磁体的成像空间中提供较高的磁场均匀性；和制造具有更严格误差的MRI装置的方法。

发明内容

本发明的目的是减少或消除上述问题中的一个或多个，以及现有技术中存在的其他问题。

根据本发明的一个实施例，提出了一种开口磁性谐振成像装置，其具有至少一个主线圈，用于产生可对物体成像的磁场；和至少一个成形线圈。所述至少一个成形线圈位于相对所述至少一个主线圈的位置，可使物体中的磁场成形。

开口磁性谐振成像装置还包括单体支撑结构，其中所述至少一个主线圈位于所述单体支撑结构的外表面，和所述至少一个成形线圈位于所述单体支撑结构的内表面。

所述单体支撑结构最好包括基本为圆柱形的壳体，基本位于所述圆柱形壳体中心线上的中心体，和位于所述圆柱形壳体内的多个撑板，各所述撑板从所述中心体向外延伸。单体支撑结构最好还包括至少一个支柱，位于所述圆柱形壳体的第一半和第二半之间。

根据本发明的另一实施例，提出了一种可成像物体的磁性谐振成像装置，包括至少一个主线圈，用于产生磁场；至少一个反磁线圈，用于屏蔽所述至少一个主线圈；多个成形线圈，用于成形物体中的所述磁场；和多个铁磁环，可屏蔽具有相反极性的线圈之间的相互作用，所述多个铁磁环中至少一个位于所述至少一个主线圈和所述至少一个反磁线圈之间。

根据本发明的另一实施例，提出了一种用于成像物体的磁性谐振成像装置，包括用于产生可对物体成像的磁场的机构，屏蔽产生磁场机构的机构，和成形磁场的机构。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的MRI装置的截面图；

图2是沿图1的剖面II-II向下看的截面图；

图3是根据本发明的实施例的单体支撑结构的截面图。

具体实施方式

下面将仔细参考本发明的优选实施例。相同的标记在全部附图中代表相同或类似的部件。

根据本发明的第一实施例的开口MRI装置在图1中显示。该MRI装置最好包括0.5特斯拉或更高的磁体(如大约0.5特斯拉到大约1.5特斯拉)，通过示例的方式而不是限制的方式，图1显示了1.2特斯拉的结构，下面将进行详细的介绍。对于阅读了本说明书的所属领域的普通技术人员，很明显也可以使用其他结构。

如图1所示，根据第一实施例的MRI装置100包括产生在物体中成像的磁场的主线圈110，115。两个主线圈110。115的一般结构如图所示，两个MRI装置100的一半部分101，102各设置一个主线圈。主线圈110，115连接到电源(未显示)，电流可通过主线圈110，115，线性变化产生可对物体成像的磁场。一般地，MRI装置磁体只连接到电源，以线性变化磁体以形成磁场。此后，电源可以(或不可以)断开。

反磁线圈120，125(屏蔽线圈)相对主线圈110，115设置，可屏蔽外部装置使其免于受主线圈110，115产生的边缘磁场的影响。两个反磁线圈120，125最好如图设置，每个主线圈110，115分别设置一个反磁线圈120，125。反磁线圈120，125也连接到电源(未显示)，电流可通过反磁线圈120，125，从而产生屏蔽磁场，以屏蔽主线圈110，115。根据本发明的一个方面，反磁线圈120，125与各自的主线圈110，115相比沿相反方向缠绕，使给定的反磁线圈120，125的极性与对应主线圈110，115相反，即反磁线圈120，125中的电流与对应主线圈110，115中的电流相反。这样可提供屏蔽作用，限制主线圈110，115的边缘磁场。一般地，反磁线圈120，125具有与主线圈110，115大致相等数量的偶极矩。

铁磁环130，135设置在主线圈110，115和对应的反磁线圈120，125之间，以便将主线圈110，115与对应的反磁线圈120，125磁隔离(即屏蔽)，并为MRI装置100提供另外的结构支撑。铁磁环130，135的另外功能是控制主线圈110，115和反磁线圈120，125的磁力。

压力容器140，145设置成至少部分密封主线圈110，115，最好还密封铁磁环130，135和/或反磁线圈120，125(如果设置有)。压力容器140，145可充填液氦以在压力容器140，145中进行电或热接合。此外，各部件(超导线圈，如主线圈110，115)可连接到冷却装置(未显示)，使给定的部件冷却到操作温度。压力容器140，145因此适合于必要的冷却管线。

单体支撑结构可设置用于支撑各MRI装置部件(如主线圈110，115，反磁线圈120，125和铁磁环130，135，以及压力容器140，145等)。单体支撑结构包括基本为圆柱形的壳体，形成纵向中心线305。单体支撑结构最好是相对平面II-II基本对称，平面II-II基本对分圆柱形壳体成为两个基本相同的两半101，102。这样主线圈110，115在两个半部分101，102产生的磁场是相对均匀的磁场。

单体支撑结构最好是用不锈钢制造。或者，单体支撑结构可用铝或纤维增强复合材料制造。应当理解圆柱形壳体，中心体(在下面介绍)，撑板(在下面介绍)以及支柱330，335(在下面介绍)最好都是用相同材料制造，以便在工作时承受相同的热收缩，并可使用焊接技术来简化这些部件的制造。这样就使得MRI装置100在制造和操作中有更大的均匀性，并使成像有更大的精度。或者，如果需要，不同的部件可以用不同的材料制造，各个部件用互不相同的材料制造，或给定的部件用多个不同材料制造。

MRI装置100的两个半部分101，102包括对应的中心体部分。中心体部分包括中心体520，525和多个撑板530，535，撑板从中心体520，525径向向外延伸。如图所示，如果需要撑板530，535可包括在板件上由水力喷射切割开出的孔。多个撑板530，535的一端最好焊接到中心体520，525上，另一端焊接到圆柱形壳体上。或者，采用但不限于其他的连接技术，如粘接和螺栓连接，特别是在低磁场的设计中。单体支撑结构设计成具有足够的刚度以限制振动产生的移动，和磁力产生的变形。

如图2所示，两个半部分101，102(见图1)通过支柱330，335连接到一起。支柱330，335可位于纵向中心线305(见图2)基本相对的两侧边。但支柱330，335最好稍微偏置(如大约67°)，使病人有环境更开阔的感觉，并有助于更方便地接近病人(见图3)。支柱330，335最好具有足够的刚度以抵抗作用的轴向压力(如产生的磁性力和MRI装置部件的重量)，并能够限制成像操作时可能产生的振动。例如，支柱330，335最好具有足够的刚度，可抵抗1.2特斯拉磁体可能产生的至少一百万牛顿的轴向压缩力。两个半部分101，102可包括凸缘部分，以帮助连接各个线圈/铁磁环，和/或支柱330，335。

如上所述，主线圈110，115设置用于产生对物体成像的磁场。主线圈110，115可位于单体支撑结构的外表面(见图1)，最好非常接近或对接凸缘部分，形成两个半部分101，102的最内部分。这样的结构可使主线圈110，115和进行成像的物体非常接近。这样增加了穿过的磁场的均匀性。主线圈110，115可利用任何一种现有技术已有的常规技术进行制造。

反磁线圈120，125也设置在单体支撑结构的外表面，并相对主线圈110。115(如前面所介绍的)以屏蔽外部装置免受主线圈110，115产生的磁场的影响。因此，为了适当屏蔽MRI装置100，反磁线圈120，125设置成其极性分别与主线圈110，115相反。反磁线圈120，125可利用任何一种现有技术已有的常规技术进行制造。

铁磁环130，135位于单体支撑结构的外表面上的主线圈110，115和对应的反磁线圈120，125之间，以减少主线圈110，115和对应的反磁线圈120，125之间磁场的相互作用。此外，如图2所示，额外的铁磁环132，137可设置用于减少主线圈110，115和成形线圈150，152，153，154，155，156，157，158之间磁场的相互作用。如阅读过本说明的所属领域的普通技术人员可容易知道的，也可以采用其他的结构。

通过前面介绍的结构MRI装置足以对物体成像。本发明已经发现前面介绍的结构可提高精度，这是由于减少和/或消除了加工误差，并由于相对简单的设计而易于制造(从而降低了成本)。

为了进一步提高MRI装置的精度，要设置磁场成形线圈150，152，153，154，155，156，157，158(见图1)，最好设置在单体支撑结构的内表面。磁场成形线圈150，152，153，154，155，156，157，158与主线圈110，115相比具有较小的尺寸，可对主线圈110，115在成像物体中产生的磁场成形。采用多个小成形线圈150，152，153，154，155，156，157，158使设计者能够改进传统MRI装置的磁场均匀性。应当理解成形线圈150，152，153，154，155，156，157，158不必互相之间具有相同的极性。

应当指出尽管图1显示了8个成形线圈，但本发明并不受此限制。成形线圈的数量可多于或少于8个。

前面对本发明的优选实施例的介绍是为了进行说明和介绍，不是详尽无遗的，或用来限制本发明于所介绍的精确形式。考虑到上述说明或根据本发明的具体应用，可以进行改进和变化。实施例的选择和介绍是为了说明本发明的原理和实际应用，使所属领域的技术人员能以适合于具体应用的不同实施方式和不同改进来实施本发明。

Claims (13)

1.一种开口磁性谐振成像装置(100)，包括：

一个主线圈(110，115)，用于产生对物体成像的磁场，其中所述主线圈包括第一轴线和第一半径，所述主线圈具有距所述物体的第一轴向距离；

多个成形线圈(150，152，153，154，155，156，157，158)，包括第二轴线和第二半径，所述多个成形线圈具有距所述物体的第二轴向距离，其中第二半径小于所述主线圈的第一半径，第二轴向距离大于或相等于主线圈的第一轴向距离，以使所述物体中的所述磁场成形；

圆柱形支撑结构，包括第三轴线、第三半径，其中第一、第二、第三轴线彼此对齐，其中所述圆柱形支撑结构位于所述主线圈和所述多个成形线圈之间且与所述主线圈和所述多个成形线圈完全分离；和

绕所述主线圈、所述多个成形线圈和所述圆柱形支撑结构设置的压力容器(140，145)。

2.根据权利要求1所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述主线圈(110，115)位于所述圆柱形支撑结构的外表面，和

所述成形线圈(150，152，153，154，155，156，157，158)的至少一个位于所述圆柱形支撑结构的内表面。

3.根据权利要求1所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，包括：

位于所述圆柱形支撑结构中心线上的中心体(520，525)；

径向地位于在所述圆柱形支撑结构与所述中心体(520，525)之间的撑板(530，535)。

4.根据权利要求1所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，还包括：

至少一个支柱(330，335)，位于所述开口磁性谐振成像装置的第一半(101)和第二半(102)之间，其中第一半包括所述主线圈、所述多个成形线圈、所述圆柱形支撑结构和所述压力容器，而第二半包括与所述第一半相同结构的另外的主线圈、另外的多个成形线圈、另外的圆柱形支撑结构和另外的压力容器。

5.根据权利要求4所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述至少一个支柱的一端连接到所述第一半的压力容器的一个凸缘上，所述至少一个支柱的另一端连接到所述第二半的另外的压力容器上的另外凸缘。

6.根据权利要求3所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述圆柱形支撑结构、所述中心体(520，525)和所述撑板(530，535)中的至少一个使用不锈钢、铝或纤维增强复合材料。

7.根据权利要求2所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，还包括位于所述圆柱形支撑结构的外表面上的至少一铁磁环(130，135)。

8.根据权利要求7所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述至少一个铁磁环(130，135)位于具有相反电流方向的线圈之间，屏蔽具有相反电流方向的线圈之间的相互作用。

9.根据权利要求7所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述磁性谐振成像装置包括至少4个铁磁环(130，135)。

10.根据权利要求2所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，还包括位于所述圆柱形支撑结构的外表面上且用于屏蔽所述磁场的至少一屏蔽线圈。

11.根据权利要求10所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述磁性谐振成像装置包括至少2个屏蔽线圈。

12.根据权利要求1所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，所述装置包括至少8个成形线圈(150，152，153，154，155，156，157，158)。

13.根据权利要求1所述的开口磁性谐振成像装置(100)，其特征在于，至少一个所述成形线圈具有与另一成形线圈相反的磁极性。

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