CN100571619C - 具有改善的边缘场的多头屏蔽梯度线圈 - Google Patents

Abstract

提供了一种成像系统(2)，包括初级梯度线圈组件(52)和屏蔽线圈组件(42)。所述屏蔽线圈组件(42)与所述初级梯度线圈组件(52)串联。所述屏蔽线圈组件(42)包括第一梯度屏蔽线圈(82)和第二梯度屏蔽线圈(84)。所述第二梯度屏蔽线圈(84)与所述第一梯度屏蔽线圈(82)并联。

Description

具有改善的边缘场的多头屏蔽梯度线圈

技术领域

本发明一般地涉及一种磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)系统，尤其涉及一种用于屏蔽MRI系统中使用的梯度线圈的方法和系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种使用核磁共振(NMR，nuclear magneticresonance)方法来获得病人的详细一、二和三维图像的公知医疗程序。MRI适合于显现软组织并主要用于诊断疾病病理和内伤。

典型的MRI系统包括：超导磁体，它能够围绕病人或病人的一部分产生强而均匀的磁场；包括发射器和接收器线圈的射频(RF)发射器和接收器系统，也环绕或照射到病人的一部分；梯度线圈系统，也环绕病人的一部分；以及计算机处理/成像系统，用于从接收器线圈接收信号，并且将所述信号处理为可判断的数据，诸如可视图像。

超导磁体与梯度线圈组件结合使用，所述梯度线圈组件在时间上被脉动以在MRI数据收集序列期间在主磁场中产生受控梯度序列。由于主超导磁体产生均匀场，在充满这样的场的空间内从一个位置到另一个位置没有空间属性的变化；因此，从中不能提取特别是与图像相关联的空间信息，除非通过引入引起场强的空间(或时间)变化的辅助部件。这个功能是通过上述梯度线圈组件来完成的；通过操纵梯度场的这种方式来典型地编码空间信息。

梯度线圈组件在组件外部产生不期望的磁场；并在梯度孔内产生需要的场。这些边缘场(fringe field)产生将在磁结构内形成的涡流，导致图像质量的下降。

为了限制由梯度线圈组件所产生的边缘场效应，公知的是可以与初级线圈组合使用屏蔽线圈，以便消除梯度线圈外部的磁场。以这种方式可以降低边缘场的存在以及效应。但是，在初级线圈和屏蔽线圈之间具有大的径向距离的圆柱形梯度线圈需要在屏蔽线圈上的低电流密度，以便良好地消除梯度线圈外部的磁场。需要通过在梯度组件内的物理线圈绕组来近似“理想”电流密度。在各个绕组相对于屏蔽线圈的峰值安匝数具有大数量的安匝数的情况下这些近似会是不准确的。在此情况下，梯度线圈经常导致差的边缘场性能并且对于图像质量具有负面效果。

因此，非常期望一种具有改善的屏蔽线圈性能的梯度线圈组件，以便可以最小化边缘场降质的效应。另外，非常期望一种具有改善的绕组排列的屏蔽线圈组件，用于减轻边缘场降质。

发明内容

提供一种成像系统，它包括初级梯度线圈组件和屏蔽线圈组件。所述屏蔽线圈组件与初级梯度线圈组件串联。所述屏蔽线圈组件包括第一梯度屏蔽线圈和第二或更多的梯度屏蔽线圈。附加的梯度屏蔽线圈与所述第一梯度屏蔽线圈并联。

通过结合附图的随后的详细说明，本发明本身以及伴随的优点将会被最佳地理解。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在应当参见在附图中更详细地说明和下面通过示例来描述的实施例，其中：

图1是按照本发明的一个实施例的MRI系统的方框图。

图2是按照图1的线圈组件的透视图的电路图。

图3是图2的初级梯度线圈绕组和多头屏蔽梯度线圈(split-shield gradientcoil)的横截面图。

图4是被图2所示的多头屏蔽梯度线圈降低的z方向上的边缘场强度的图。

图5是被图2所示的多头屏蔽梯度线圈降低的r方向上的边缘场强度的图。

图6是示出多头屏蔽梯度线圈的实施方式的示意图，黑点表示电连接，实线表示Z绕组，虚线表示匝之间的啮合扣(joggle)。

图7是按照图6的多头屏蔽梯度线圈的示意图的电路图。

具体实施方式

尽管针对一种包括多头屏蔽梯度线圈的用于成像的方法来描述了本发明，但是本发明也可适用于各种系统内的成像，所述各种系统包括：用于磁共振波谱系统和磁共振血管造影的那些系统。多头屏蔽梯度线圈一般应用于高频场的并行成像。

在下面的说明中，对于一个构造的实施例描述各种操作参数和构成。这些具体参数和构成作为示例被包括，并不意味着限定。

同样在下面的说明中，MRI系统构成包括下列的任何一个：超导磁体、超导磁体支持结构、梯度磁体组件或在本领域内公知的任何其他MRI系统构成。

现在参见图1，其中示出了MRI系统2的方框图。系统2包括限定扫描孔6的实质圆柱形件4。扫描孔6包括在其内安装的RF线圈组件8。RF线圈组件8可以包括透射电子显微镜方法(TEM，transmission electron microscopy)表面谐振器10。

MRI系统2还包括静态磁体结构12，它包括具有多个超导磁场线圈16的超导磁体14，该超导磁场线圈16沿着扫描孔6的纵向z轴产生时间上恒定的磁场。超导磁体线圈16由超导磁体线圈支持结构20来支持，并容纳在致冷器21内。

超导磁体线圈支持结构20提供对于静态负荷的支持，并且使得可以装配和精确地布置磁体线圈16。尽管仅仅示出了一个超导磁体14和一个超导磁体线圈支持结构20，所公开的系统可以具有多个超导磁体和超导磁体线圈支持结构。

超导磁体线圈支持结构20最好是固体并包括外侧24、外部部分26和内侧28。外侧24是距离支持超导磁体14的扫描孔6的中心30最远的纵向侧。外侧24具有多个肩形凸处32和多个袋状凹处34。所述多个肩形凸处32和多个袋状凹处34具有对应于超导磁体14的尺寸的尺寸。内部部分26是固体超导磁体线圈支持结构20。内部部分26具有底座36。多个肩形凸处32整体连接到基座36的外侧38。内侧28最好是圆柱形状的，并且是最靠近扫描孔6的中心30的侧面。

主磁场屏蔽线圈组件40产生与超导磁线圈16所产生的场相反的磁场。屏蔽线圈组件42围绕氦容器39。将更详细地描述屏蔽线圈组件42。屏蔽线圈组件42最好通过机械制冷被冷却。屏蔽线圈组件42最好被环行真空容器46包住。

所述环行真空容器46包括限定扫描孔6并与纵向轴平行延伸的圆柱形件4。在圆柱形件4的第一外侧50上是一个初级磁体梯度线圈组件52，第一外侧50是距离扫描孔6的中心30最远的纵向侧。位于初级磁体梯度线圈组件52的第二外侧54上的是圆柱形电介质线圈架(dielectric former)。RF(射频)屏蔽58被应用到该圆柱形电介质线圈架。

RF发射器64连接到序列控制器66和初级RF线圈62(TEM 10)。RF发射器64最好被数字化。序列控制器66经由连接到初级磁体梯度线圈组件52的梯度线圈控制器70来控制一系列电流脉冲发生器68。RF发射器64与序列控制器66相结合产生射频信号脉冲，用于激励和操纵扫描孔6内的主体的一部分的所选择的偶极子内的磁共振。

射频接收器72连接到初级RF线圈62，用于解调从主体的被查看部分发出的磁共振信号。图像重建装置74将接收的磁共振信号重建为存储在图像存储器76中的电子图像表示。诸如视频处理器78的图像重建器件将存储的电子图像转换为适当的格式以显示在视频监控器79上。扫描孔6具有在其中安装的RF线圈组件8。RF线圈组件8包括TEM表面谐振器10。

现在参见图2，这是按照本发明的屏蔽线圈组件42的电路图。初级梯度线圈组件52被公知在运行期间产生大的边缘场。具有初级梯度线圈52和屏蔽线圈组件42之间的大径向距离的圆柱形梯度线圈52通常需要在屏蔽线圈组件42上的低电流密度，以良好地消除梯度线圈外部的磁场(边缘场)。“理想”的电流密度需要通过屏蔽线圈组件42内的物理线圈绕组来近似。

本发明通过使得屏蔽线圈组件42的离散电流密度更加近似理论值来处理这些问题。这是通过降低“构件块”安匝的大小来完成的。具体上，这是通过包括屏蔽线圈组件42来完成的，所述屏蔽线圈组件42包括与初级梯度线圈52串联连接的多个梯度屏蔽线圈80(至少2个)。通过并联该多个梯度屏蔽线圈80，可以减小流经每个梯度屏蔽线圈80的电流，从而降低将理想的电流密度转换为物理可实现的电流密度的离散化效应。每个梯度屏蔽线圈80因此最好取流经初级梯度线圈52的电流的一半或更少。所述多个梯度屏蔽线圈80的每个可以具有相同的电阻或不同的电阻，从而具有相同的电流或不同的电流。以这种方式，可以控制屏蔽的精确特征以便最小化边缘场。

尽管预期使用多个彼此并联的梯度屏蔽线圈80的多种屏蔽线圈组件42，但是在图3中示出一个特定的实施例。图3是初级梯度线圈52和屏蔽线圈组件42的一个实施例的绕组模式的图示。应当注意，屏蔽线圈组件42被举例为具有第一梯度屏蔽线圈82和第二梯度屏蔽线圈84。本发明的屏蔽线圈组件42通过使用双(或多个)梯度线圈82、84来提供比在传统屏蔽中存在的更多绕组匝86。虽然预期多种配置，但是一个实施例考虑到梯度线圈82、84的每个具有相同数量的绕组匝86。本发明另外的一个优点是来自第二梯度屏蔽线圈84的匝86可位于来自第一梯度屏蔽线圈82的连续匝86之间存在的绕组间隙88内。实际上，所有的绕组匝86因此在单个绕组平面90内。在这种情况下，屏蔽性能的增加可被考虑为“自由的”，因为第二屏蔽线圈84用完了传统屏蔽线圈的匝之间被浪费的空间。应当理解，虽然在图3中图解了不对称的绕组形式的仅仅两个屏蔽线圈82、84，但是替代实施例可以包括位于相邻屏蔽线圈的绕组间隙88内的附加屏蔽线圈和对称的绕组形式。

当设计具有不对称几何形状的梯度时复杂性在于，初级线圈52或屏蔽线圈42中的匝数不必然是偶数。因此，通过将屏蔽线圈42分半的设计多头屏蔽梯度线圈的最简单方式是不可能的，因为结果将是非整数的匝。结果，通过平分线圈屏蔽线圈42的分开部分的电阻不能相等，这导致在梯度线圈的不同部分中流过不相等电流的问题。图6中示出了使得多头屏蔽手段可以用于不对称几何形状的方法和配置，其中示出了应用到不对称Z线圈100的多头屏蔽线圈42。屏蔽线圈42被缩小为N个子线圈102(在所示的特定情况下是3)，每个具有相等数量的匝104。屏蔽组件42被配置使得子线圈102在单个绕组平面内彼此直线相邻地排列。通过将子线圈102连接到两个电压干线(V+和V-)108来进行线圈的电连接，所述电压干线(V+和V-)108沿着梯度线圈52的长度轴向延伸。屏蔽线圈组件42内的子电路106的数量可以被调整，以便每个子电路106中的电阻大致相等(见图7)。当提高匝104的密度时，由于轴向延伸的不同长度而导致的电阻的误差减小。

包括多个并联连接的独立屏蔽线圈80的屏蔽线圈组件42的使用可以对边缘场的降低有相当大的影响(见图2)。在一个特定实施例中，与传统的9匝单个线圈屏蔽相反，使用组合以包括16个绕组匝的两个屏蔽线圈80被确定对轴向边缘场z方向(图4)以及径向边缘场r方向(x方向)(图5)均有很大的影响。所述实施例示出了在峰值径向场中降低大约27％(从6.4mT到4.7mT)和在峰值轴向场中降低20％(4.4mT到3.5mT)。但是，应当理解，这些结果意欲是说明性的，而不是限定本发明。

对于本领域内技术人员来说，上述的装置能够被调整用于各种目的，而不限于下列系统：MRI系统、磁共振波谱系统和其中场不稳定性是系统部件设计中的一个问题的其他应用。在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，也可以改变上述发明。

Claims (9)

1.一种成像系统，包括：

初级梯度线圈组件；和

屏蔽线圈组件，串联到所述初级梯度线圈组件，所述屏蔽线圈组件包括：

第一梯度屏蔽线圈；和

并联连接到所述第一梯度屏蔽线圈的第二梯度屏蔽线圈；

与所述第一梯度屏蔽线圈和所述第二梯度屏蔽线圈通信的一对电压干线；

与所述第一梯度屏蔽线圈和所述第二梯度屏蔽线圈的每一个通信的子线圈；

其中所述第一梯度屏蔽线圈和所述第二梯度屏蔽线圈可以具有相同的电阻或不同的电阻，从而具有相同电流或不同电流。

2.按照权利要求1的成像系统，还包括至少一个并联连接到所述第一梯度屏蔽线圈和所述第二梯度屏蔽线圈的额外的梯度屏蔽线圈。

3.按照权利要求1的成像系统，其中：

所述第一梯度屏蔽线圈包括多个第一屏蔽绕组匝；以及

所述第二梯度屏蔽线圈包括多个第二屏蔽绕组匝，所述多个第二屏蔽绕组匝具有和所述多个第一屏蔽绕组匝相同的绕组匝数。

4.按照权利要求1的成像系统，其中所述多个第一屏蔽绕组匝和所述多个第二屏蔽绕组匝位于单个绕组平面内。

5.按照权利要求1的成像系统，其中所述屏蔽线圈组件包括以非对称形式形成的多个绕组匝。

6.按照权利要求1的成像系统，其中：

所述第一梯度屏蔽线圈包括多个第一屏蔽绕组匝和多个绕组间隙，所述多个绕组间隙的每一个形成在所述多个第一屏蔽绕组匝的连续匝之间；以及

所述第二梯度屏蔽线圈包括多个第二屏蔽绕组匝，所述多个第二屏蔽绕组匝的每一个位于一个所述绕组间隙内。

7.按照权利要求1的成像系统，其中：

所述第一梯度屏蔽线圈包括形成第一子线圈的多个第一屏蔽绕组匝；以及

所述第二梯度屏蔽线圈包括形成第二子线圈的多个第二屏蔽绕组匝，所述第二子线圈位于线性地邻近所述第一子线圈并且位于单个绕组平面。

8.按照权利要求6的成像系统，其中所述多个第一屏蔽绕组匝和所述多个第二屏蔽绕组匝位于单个绕组平面内。

9.按照权利要求6的成像系统，其中所述屏蔽线圈组件包括以非对称形式形成的多个绕组匝。

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