CN101019036A - 带有铁辅助磁场梯度系统的磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

一个磁共振成像设备，包括主磁体(20)，其环绕检查区域(18)并生成检查区域内的主磁场。磁场梯度系统(30)被置于主磁体的外部。磁场梯度系统包括铁磁轭(32)，以及多个与铁磁轭磁耦合并有选择地生成铁磁轭内的磁通量的磁场梯度线圈(34)。铁磁轭内的磁通量在检查区域内生成所选的磁场梯度。

Description

带有铁辅助磁场梯度系统的磁共振成像系统
以下涉及磁共振领域。发现它特别适用于磁共振成像，并将特别参考它进行描述。然而，还发现适用于磁共振光谱学以及其它核磁共振技术。
在最早期的磁共振成像扫描器中，例如在《Aberdeen大学》中(Hutchison等人，J.Phys.E第13卷，947-955页(1980))使用的早期扫描器以及ProtonTM磁共振扫描器(由Philips公司制造)，很难产生一主磁场足以用于核磁共振成像。因此，在这些早期扫描器中，主磁场由具有恰好足够允许人体成像对象的狭小孔洞的螺线管电磁体产生。该狭小磁体孔洞聚集主磁场，从而提供较高的磁场强度；然而，其它组件，包括磁场梯度发生系统，不能被装配在该孔洞内，并因此被置于主磁体之外。
定位于主磁体之外的梯度线圈通常是效率低下的。对于处于空气或真空环境下圆柱表面的梯度线圈来说，驱动梯度线圈的功率增长到大致相当于圆柱表面的半径的五次幂。因此，当较大功率的磁体得到发展且孔洞直径可以增大的时候，磁场梯度线圈就被插入到主磁体中。的确，实质上所有现在商用磁共振成像扫描器具有相同的传统结构，其中，大功率主磁体(通常是超导磁体)具有相对大直径的孔洞，其内设置了磁场梯度线圈和射频线圈。
然而，梯度线圈被置于磁体内部的这一传统结构也具有一定缺点。梯度线圈占据了主磁体孔洞内的大量空间。因此，激发大功率主磁场内部的磁场梯度线圈产生了大的洛仑兹(Lorentz)力。结果，在进行切换时梯度线圈产生了相当大的振动和听得见的噪音，这会打扰到病人并对图像质量不利。
将梯度线圈定位于主磁体外会减少噪声问题，因为主磁体会在梯度线圈与病人之间提供声学屏障。通过将梯度线圈移至主磁场之外可充分减少洛仑兹力。此外，将梯度线圈定位于磁体孔洞之外就允许主磁体具有较小的总体孔洞直径，而无需减少可用成像客积的直径。主磁体的制造成本大致相当于线性尺寸的三次幂；因此，孔洞直径的减少会充分减少磁体的制造成本。
然而，在将磁场梯度线圈定位于当今的超导电磁体的孔洞外部过程中出现了障碍。正如前面提到的那样，用于驱动梯度线圈的操作功率随着距成像容积的距离增加而快速增加。主磁体的绕阻或其它组件能干扰到生成于主磁体外部的梯度场。也会涉及到外部梯度线圈和主磁体之间的感应耦合。例如本发明估算出外部切换所生成的磁场梯度会在主磁体内诱发10,000伏特或者更高的电压。如此高的诱发电压会对主磁体的绕阻绝缘和其它组件造成有害的影响。
本发明设想了一种克服上述及其它缺陷的改进的设备和方法。
根据一个方面，公开了一种磁共振成像设备。主磁体环绕检查区域并在检查区内生成主磁场。磁场梯度系统被置于主磁体的外部。磁场梯度系统包括铁磁轭，以及多个与铁磁轭磁耦合并选择性地在铁磁轭内生成磁通量的磁场梯度线圈。铁磁轭内的磁通量生成所选择的检查区域内的磁场梯度。
根据另一方面，公开了一种磁共振成像设备。主磁体环绕检查区域并在检查区域内生成主磁场。磁场梯度系统在检查区域内生成所选择的磁场梯度。真空罩包括主磁体和磁场梯度系统中的至少一个。真空罩具有定义了成像设备的孔洞的壁。检查区域定位于孔洞中。射频线圈定位在真空罩外部的孔洞的表面上。射频屏蔽定位于真空罩内部的孔洞的表面上。
一个优点在于减少了扫描器的声学噪声。
另一优点在于减少了扫描器内的洛仑兹力。
再一个优点在于提供了较大的可用的扫描器孔洞。
又一个优点在于减少了主磁体的制造成本。
许多附加的优点及利益对于本领域普通技术人员来说将通过阅读下面对优选实施例的详细描述而变得显而易见。
本发明可由不同的组件和组件排列，以及不同的处理操作和处理操作的排列组成。附图仅仅用作示出优选实施例，且不会解释为限制本发明。
图1示出了磁共振成像系统的透视图。
图2示出了图1中的磁共振成像系统的透视图，其中真空罩及主场磁体的支撑管的部分被移除来展示主磁体线圈和磁场梯度系统。
图3示出了图1和2中的磁共振成像系统的孔洞管，以及主磁体，其包括缠绕在支撑管上的六个绕组段。
图4示出了图1和2中磁共振成像系统的磁场梯度系统。
图5示出了图1和2中磁共振成像系统的磁场梯度系统的操作，在检查区域内生成了纵向磁场梯度。
图6示出了图1和2中磁共振成像系统的磁场梯度系统的操作，在检查区域内生成了横向磁场梯度。
图7示出了铁磁轭，其中省略了外部铁磁环。
图8示出了铁磁轭，其中外部铁磁环被横臂(crossbar)的伸展部替代。
图9示出了铁磁轭，其中外部铁磁环由横臂的伸展部形成，其彼此接触形成连续的外部铁磁环。
图10示出了用于铁磁轭内的另一适合的铁磁通量分配元件，其中铁磁通量分配元件包括多个环形分布并分离放置的铁磁段。
图11A和11B示出了用于缠绕主磁体的中央绕组段的两个适合的绕组模式。图11B的绕组模式包括用于减少磁体内感应电压的串联电连接。
图12示出了鸟笼式射频线圈的透视图，其包括置于真空罩外部的孔洞管表面上的横档(rungs)核横向环以及置于真空罩内部的孔洞管表面上的射频屏。
图13示出了改进的鸟笼式射频线圈的剖视图，其中孔洞管的轮廓形成为给射频屏提供了一个锥形。
参考图1-4，磁共振成像扫描器10包括由外部通量返回防护罩12和内部孔洞管14构成的外壳。外部通量返回防护罩12和内部孔洞管14被密封在一起从而定义了真空罩16。检查区域18位于孔洞管14内部；病人或其它成像对象被定位于检查区域18内。主磁体20置于真空罩16的内部。主磁体20包括多个彼此分离的通常为环形的磁绕组段22，在图1的实施例中示出了六个段。每一绕组段22包括多匝电导体，优选为超导体。典型地，主磁体20距离孔洞管14比距离通量返回防护罩12要近。尽管六个绕组段22被包含于图1-4的实施例中，多个环形磁体绕组段22也可以改变。磁体20可以是一组水冷铜线圈或其它电阻线圈，或者使用超导技术制造，例如在大约4K时操作的铌基超导体或者在30-100K时操作的高温超导体。
主磁体20的绕组段22被设计为使用电磁模拟，建模或类似方法与通量返回防护罩12连接，从而在检查区域18内生成空间上充分一致的磁场，其中主磁场向量沿轴向或平行于孔洞管14的z轴方向。孔洞管14由非磁性材料制成；然而，外部通量返回防护罩12由铁磁材料制成，并提供了通量返回路径用于完成磁通量回路。即，由主磁体20生成的磁通量跟随一个闭合回路，其通过了包含检查区域18的孔洞管14的内部，并由通过通量返回防护罩12将其闭合。因此，在真空罩16内部在主磁体20和通量返回防护罩12之间存在一低磁场区域。在图1-4的实施例中，通量返回防护罩12也作为真空罩16的外部部分使用；然而，在其它的实施例中可以提供一种分离的通量返回防护罩。
磁场梯度系统30被置于存在于磁体20外部并且在通量返回防护罩12内部的低磁场区域内。磁场梯度系统30包括铁磁轭32以及多个磁场梯度线圈34。在图2和4示出的实施例中，铁磁轭32包括三个铁磁环40，42，44，置于通常为环形的磁绕组段22之间。尽管位于磁体20的外部，根据间隙附近的低磁区域的宽度以及磁场强度，轭32的铁磁环40，42，44可以可选地部分刺入主磁体段22之间的间隙中。磁场梯度线圈34包括线匝或缠绕在铁磁横臂50上的其它电导体，该横臂通常横向排列在铁磁环40，42，44上并与铁磁环40，42，44连接。
磁场梯度系统30在结构上相对于置于两侧对称平面上的中心铁磁环42是两侧对称的，且外部环40，44对称地排列在两侧对称平面的每一侧。磁场梯度线圈也对称地排列在两侧对称平面的每一侧上。主磁体20也相对于两侧对称的同一平面来说是两侧对称的。此外，通过对四个横臂50以90°的环形间隔排列，磁场梯度系统30具有四折(four-fold)旋转对称。每一横臂50包括绕在两侧对称平面的每一侧上的磁场梯度线圈34。
为了避免轭32的铁磁材料的磁饱和，真空罩16和主磁体20之间的低磁场区域应具有小磁场背景。典型地，背景磁场应为约100mT或更低；然而，梯度系统30将适当操作的背景磁场最大值将取决于轭32的形状及磁材料特性。在一些实施例中，通量返回防护罩12足以提供该低磁场区域。在其它的实施例中，提供了通量返回防护罩且附加磁体线圈部分(未示出)与主磁体线圈部分22同轴地定位，但直径较大。这些附加磁体线圈部分有助于进一步减少梯度系统30附近的背景磁场。与积极(actively)防护磁体的防护线圈不同，这些附加线圈具有与主场线圈22相同的极性，以便减少梯度系统30所在的低磁场区域的磁场。典型地，附加线圈部分的安培匝数的数目大约是主磁体部分22安培匝数的10％或更低。
继续参考图1-4并进一步参考图5和6，描述了磁场梯度系统30的操作。在图5和6中用箭头框指示出磁通量。在图5中示出了纵向梯度的产生平行于z轴(即，用于传统轴-层成像的层选梯度)，磁场梯度线圈34被激励从而在横臂50内生成磁通量，它被定向于与中央铁磁环42相反的方向上。这一生成的磁通量由铁磁环40，42，44分配，以便两个外部铁磁环40，44内的磁通量在相同方向上，朝向磁体的中心线流动，而中央铁磁环42内的磁通量相对于两个外部铁磁环40，44中的磁通量以相反的方向流动，远离磁体的中心线。
由磁体20生成的主磁场(未示于图5和6中)沿z方向定向。经过检查区域18的泄漏磁通量平行于z方向在中央铁磁环42的一侧(即，图5中的左侧上)流动，并因此增强了主磁场。泄漏磁通量在中央铁磁环42的另一侧(即，图5中的右侧)反向平行于z方向流动，并因此减少主磁场。结果是强加于主磁场上的纵向梯度，它在图5中是一由左至右减少的磁场量值。
图示的图5示出的仅仅是四个横臂50中的两个。为了在检查区域18内获得跨横向平面充分均匀的z梯度，所有位于全部四个横臂50上的磁场梯度线圈34以图5示出的极性被适当地激励。此外，将会理解的是，如果磁场绕组34中电流极性在图5中倒转，那么检查区域18内产生的z梯度方向也会倒转。进一步，z梯度的量值由磁场梯度线圈34内流动的电流量值适当地控制。
参考图6，描述了垂直于z轴(即，用于传统轴-层成像的相位选择或读出梯度)的横向梯度的生成。不同于z梯度的生成，横向梯度的生成使用缠绕在四个铁磁横臂50中的仅仅两个相对的横臂上的磁场梯度线圈34。出于方便，依照图6示出的方位，这两个横臂被标定为顶部和底部的铁磁横臂50。顶部横臂上的磁场梯度线圈被激励从而在横臂内部生成平行于图6所示z方向的磁通量。底部横臂上的磁场梯度线圈被激励从而在横臂内部生成反向平行于z方向的磁通量。由此成生的磁通量主要由外部铁磁环40，44分配，并在这两个铁磁环40，44内以相反的方向流动。磁通量最大程度的绕开中央铁磁环42，其对横向梯度操作模式中的磁通量分布基本上没有影响。
两个外部铁磁环40，44内以相反方向流动的磁通量产生了定向为反向平行于z方向并接近顶部铁磁横臂的方向的泄漏磁通量，并且也产生了定向为平行于z方向并接近底部铁磁横臂的方向的泄漏磁通量。在检查区域18的中央，泄漏磁通量穿过零点。因此，横向磁场梯度被加在检查区域18内的主磁场上。在图6中，横向梯度是从顶部至底部增加的磁场量值。
以相同的方式，与图6中示出的梯度正交的横向磁场梯度通过相同的激励在两个相对于顶部及底部横臂为90°方向定位的相对的横臂上的梯度线圈而生成。此外，将会理解的是，如果磁场绕组34中电流极性在图6中倒转，那么检查区域18内产生的横向梯度也会倒转。进一步，横向梯度的量值由磁场梯度线圈34内流动的电流量值适当地控制。
需要注意的是，中央铁磁环42不用于生成横向磁场梯度。在一些预期的实施例中，中央铁磁环42被省略了，并且两个圆柱绕组以反赫尔姆霍茨(Helmholtz)结构排列，用作为z梯度线圈。这些圆柱z梯度线圈适当地定位于或接近于铁磁轭32的外部铁磁环40，44的内轮廓。在其它的预期的实施例中，使用了超过三个的铁磁环。例如，可以使用五个环，包括中央环和两个对称排布在中央铁磁环每一侧上的外部环。
铁磁轭32的设计和材料选择以及铁磁横臂50决定了磁场梯度系统30的效率及均匀性。铁磁横臂50预定将高效地将由磁场梯度线圈34生成的磁通量传送至铁磁轭32；因此，这些横臂应具有大的磁导率。在一个实施例中，横臂50由毫微结晶(nanocrystalline)Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金制成，它记载于Y.Yoshizawa等人的《Journal of Applied Physics》的卷64，第6044及其后页(1988)中。其它的具有高磁导率、低损耗且相对高饱和磁化强度的材料也适合作为横臂50的材料。高磁导率材料也能被用于铁磁轭32的中央铁磁环42。
对于铁磁轭32的外部铁磁环40，44，通常不期望有高磁导率。如果这些外部环40，44具有高磁导率，它们会在检查区域18内生成不充足的泄漏磁通量来支持实际的梯度场。另一方面，如果磁导率太小，梯度场的质量会受到损失。在一些实施例中，外部铁磁环40，44具有相对的磁导率数值(μr)，介于大约10至大约40之间。用于外部铁磁环40，44的适当的材料包括高磁导率、低损耗铁磁材料的稀释粉末，以及薄片铁磁材料。
当磁场梯度线圈34内的电流是零时，使横臂50的净磁化强度小是有利的。这可由正确地选择铁磁轭32的外部铁磁环40，44的轴向位置(即，z方向上的位置)达到。如果这些环在相邻环形磁绕组段22之间的间隙中间，那么横臂50将在磁体20的轴上的场方向上磁化。如果环接近两个相邻的磁体段22中靠里面的一个，那么横臂50将在相反方向上磁化。在两个相邻的磁体段22之间有一个最佳位置，其中横臂50的净磁化强度穿过零点。对于典型的主磁体20来说，这一最佳位置位于磁体部分22之间的间隙宽度的80％(即五分之四)的位置。可通过应用恒定的偏置电流到梯度线圈34上实现轭磁化强度的进一步减少，从而消除了由外部铁磁环40，44的非最佳定位生成的残余磁化强度。
参考图7-9，另一设计需考虑的对象是梯度轭32的外部铁磁环40，44的形状。如果像图7所示那样省略掉外部铁磁环40，44的话，场将集中在横臂50的末端，且由此产生的磁场梯度将具有大的较高阶的分量。参考图8，改进的磁场梯度均一性是通过环形展开横臂50的末端从而生成分段的外部铁磁环40’而获得的。参考图9，横臂50末端的展开足够大以便横臂50的末端展开部分接触到，形成了变化厚度的铁磁外环40”。可通过电磁模拟或建模来选择外部铁磁环40，40’，40”，44的精确形状从而提高梯度系统30的梯度场质量。当末端被展开，横臂50的横截尺寸和形状对于磁梯度场的质量影响很小，对于选择横臂50的尺寸及形状提供了更大的设计弹性。
图9的实施例具有这样的优点，即在横臂50和铁磁环40，42，44之间的连接处具有较大的厚度。在这些连接处，梯度系统30的磁通量量值是最大的。在一些实施例中，铁磁环40，42，44是非平面的。在一些实施例中，铁磁环被定向为垂直于由主磁体20生成的局部杂散场的方向。在这一方位上，由主场磁体20生成的铁磁环的磁化强度被减少。期望有这种由于主场磁体20而产生的梯度系统30的低磁化强度，因为低磁化强度使铁磁轭32的有效磁导率最大化，这会减少所存贮的磁能量。
参考图10，为了使得能够精确控制磁场梯度，多个磁场传感器70被置于孔洞管14上或在某些其它位置，并且被磁场梯度线圈电源66用于反馈控制。可替换地，可使用预增强来纠正涡流、磁滞现象或其它梯度场的时间相关特性(behavior)的梯度波形。
梯度轭系统的末端环内的磁通量泄漏通过使用中断的铁磁通量分配段62得到了减少。通过将末端环分为几段增加了梯度的不均匀性，但这可以通过使用超过四个的段来补偿。例如，在图10中，铁磁通量分配元件60具有八个段62，环形地分布在检查区域18周围。每一铁磁通量分配段都与单独的用于支撑磁场梯度线圈(未示于图10)的铁磁横臂64连接。每一横臂64的梯度线圈都是由多通道磁场梯度线圈电源66的一个单独的通道独立驱动。通过使用与图5和6中相类似的极性来有选择地驱动所选择的梯度线圈，能够生成所选择方向上的纵向梯度、横向梯度，或者横向和纵向方位之间的梯度。模拟示出了检查区域周围以45°间隔排列八个段62，如果驱动线圈的安培匝数换算为角度位置的余弦，可获得好的横向梯度场的均匀性。这个八段铁磁通量分配元件60的效果要优于图1-4中使用四个横臂50以及连续的铁磁环40，42，44的排列。为了进一步提高均匀性，可使用更多的铁磁段，例如以30°间隔的12个段。这八个铁磁通量分配段62优选由具有相对的介于大约10及大约40之间磁导率(μr)数值的材料制成。铁磁横臂64优选由具有比段62相对较高的磁导率材料制成。
尽管对所示出的实施例中的每一梯度线圈使用单独的驱动通道，但是在其它实施例中独立梯度线圈波形信号以及驱动放大器的数量通过对梯度驱动线圈分为三个分离的电路而减少，每一个电路用于一个梯度方向。为了这么做，梯度线圈34每一个都分为至少两个部分：一部分作用于z轴；并且剩余的部分用于正交的横轴。用于带有四个横臂50的系统的线圈的总数在这些实施例中增加到十六个。第一部分包括八个用于生成z梯度场的梯度线圈(每一横臂50上两个)，并且这些线圈串联连接且由单独的放大器来供能。第二部分包括第一横向梯度(即x梯度)的四个梯度线圈(在两个相对的横臂中的每一个上的对称定位的两个线圈)，以及用于垂直于第一梯度的第二横向梯度(即y梯度)的四个梯度线圈(另外两个相对的横臂每一个上的两个线圈)。第一横向梯度的四个线圈可被串联连接并由第二放大器供能。第二横向梯度的四个线圈能被串联连接并由第三放大器供能。
参考图11A和11B，z梯度模式和主磁体20之间的感应耦合能在最靠近磁体20两侧对称的平面的中央磁体绕组段22内产生大的感应电压(在某些电磁模拟中高达10,000伏特)。尽管净电压为零，因为磁体20是两侧对称的，而梯度系统30是两侧不对称的，如此高的感应电压是不期望的。这些感应的电压能通过选择合适的主场磁体20的中央绕组段的绕组方案得到减少。图11A示出了传统的绕组方案，其中每一中央绕组段被单独缠绕。示于图11B的绕组方案的区别在于，在缠绕一个绕组段的一个或几个层之后，导线被布到两侧对称平面的对侧上的镜像图像段上，并且镜像图像线圈部分的对应部分被缠绕。这一进程产生了相邻磁体绕组段22的每一层之间或每几层之间串联的电连接74。在图11B的绕组方案中，没有大的感应电压生成，因为电压抵消发生在每一层内或每几层内。
在高梯度切换频率下，例如在10kHz左右，主磁体线圈的绕组之间的寄生电容能有效地短路这种线圈。这些电容的效果应当被保持的很小，从而避免z梯度的扰动，例如通过选择具有大操作电流的以及相应的小匝数的磁体设计。这些电容效果也可通过如下方式来减小：加入隔板材料在线圈部分的绕组层之间，对这些线圈部分使用扁平绕组方案或其它的方法由于通过线圈的净磁通量引发较低的内翻(inter-turn)电压。典型地，如果中央主磁体部分的匝数能被保持在低于200匝，那么电抗响应会得到优化，从而不会干扰到z梯度模式。可选地，通过在导体材料内缠绕线圈，中央磁体20的导线绕组段22被屏蔽起来不受梯度系统的时间变化场影响；然而，这一传导缠绕不应当形成与梯度系统相耦合的闭合环。
在图1-4的实施例中，磁体20包括多个空间上分离的通常为环形的磁体绕组段22，并且磁通量分配元件40，42，44被置于磁体绕组段22之间的间隙内。在一些预期的实施例中，磁体是仅有几匝的室温的铜线圈(例如100匝，其可用于低场的磁共振成像扫描器)，使用无间隙的连续的绕组。在这样的实施例中，由置于主磁体外的梯度系统生成的梯度场穿透主磁体的绕组；然而，由于匝数很小，这样的穿透是可被接受的。
在大部分实施例中，磁体20是超导磁体，其被冷却到超导的操作温度。操作温度至少取决于超导体的类型，磁体电流，以及磁体场。铌基超导磁体应该冷却到大约4K，而高温超导体可在30-100K进行操作。为了将磁体冷却到超导铌温度，通常可使用低温保持器或低温箱，例如液氦箱。对于较高的操作温度，可使用固态氖低温器(大约17K)或液氮箱或低温套(大约77K)。此外，当温度高于大约30K时，可使用传导冷却。在传导冷却中，由合适的低温保持器或循环冷冻剂来冷却的冷却头与磁体20热传导耦合在一起来转移热量。冷却也可有利地用于阻抗磁体，因为冷却基本上减少大部分电导体电阻率。
如果使用了磁体的冷却，那么冷却过的磁体应该被真空屏蔽起来从而减少来自周围室温的热传导。在图1-4示出的实施例中，磁体20和磁场梯度系统30都被置于真空罩16的内部。如果磁体20和磁场梯度系统30彼此热接触的话，这样的排列是适当的，因为在这一方案中磁体20和磁场梯度系统30都应当被冷却。如果冷却了梯度系统30，那么磁场梯度线圈34应当被选择来控制由于切换操作导致的加热。例如，用于超导能量变压器的超导绕组可用于梯度绕组34。如果磁体20和磁场梯度系统30彼此热接触(无论被冷却还是室温)，那么磁体和梯度系统可被装配成单个机械集成结构置于真空罩16内部。有利地，真空罩16提供了用于梯度系统30的实质性声学屏障。
可替换地，磁场梯度系统可在室温下操作而磁体被冷却。在这一方案中，磁体和梯度系统通过真空罩、玻璃纤维或其它绝缘材料或者类似物彼此热分离。在这一方案中，更难以将磁体和梯度系统机械集成在一起；然而，这可能有与不冷却梯度系统相关的成本节省。对于是否及如何冷却磁体，以及是否及如何冷却梯度系统的选择，它基于对这些系统的材料的选择以及其它热工程考虑因素来适当作出。将会理解，即使磁体和梯度系统都被冷却，不同的冷却机构可用于这两个组件。例如，梯度系统可被冷却到低于室温但高于磁体的操作温度的温度，并且这一受限的梯度系统的冷却与在磁体和梯度系统之间插入一些热绝缘材料相结合。
为了使由磁场梯度系统30生成的磁梯度场能够达到检查区域18，在梯度系统30内不应该有实质上的电传导表面。例如，如果辐射防护用于磁体冷却的一部分，那么其应开槽来减少感应的涡流。真空罩16的孔洞管14应由非电传导材料制成。
除了磁体20和磁场梯度系统30以外，磁共振成像数据的获得包括磁共振频率下的射频激发和探测。这些操作可使用本地射频线圈或线圈阵列，整体鸟笼式线圈，整体TEM线圈等来完成。然而，这些线圈中的一些具有占用孔洞管14的内部大量空间的缺陷。
参考图12，在一个实施例中，孔洞管14被用作带状线射频线圈的支撑。孔洞管14典型为非电传导，从而允许磁场梯度经过其中。例如，孔洞管14可以是电绝缘的纤维加强合成管。由孔洞管14支撑的鸟笼式线圈80包括置于真空罩16外部的孔洞管14表面上的多个带状线传导横档82及横向传导带状线环84。即，传导横档82和横向传导带状线环84不延伸至真空。(射频线圈80的横档及环82，84也可见于图1。)在一些实施例中，横档和环82，84是置于或直接印于非电传导的孔洞管14的印刷电路。在其它一些实施例中，横档和环82，84被置于或印于单独印制的电路板或孔洞管14上紧固的内孔套管(liner)。在其它一些实施例中，横档和环82，84是附于孔洞管14上的箔带。
射频防护或屏88被置于孔洞管14的真空侧。即，射频屏88暴露于真空。射频屏88可直接印于孔洞管14上，或被置于用作射频屏88的印刷电路板的非电传导的外部孔洞管套管上。选择孔洞管14的壁的厚度来一方面提供传导横档82及环84之间期望的隔离，以及另一方面提供和射频屏88的隔离。典型地，对于整体鸟笼式线圈来说，大约15毫米至25毫米的厚度是合适的。可选地，构造孔洞管14的壁的厚度的轮廓以便为射频线圈80提供选择的射频特性。如果分离的印刷电路板用于支撑横档82，环84，和/或屏88，那么可以选择这些分离的印刷电路板的厚度来提供所需的隔离。轴向或z方向上的射频屏88的尺寸通常大于鸟笼的传导横档82的长度。可选地，装饰套管(未示出)被置于孔洞管14的内部来防止传导横档82和环84与置于检查区域18内的病人或其它成像对象的接触。
参考图13，改进的孔洞管14’与孔洞管14的区别在于它包括其上驻留了改进的射频屏88’的轮廓部分92，与轮廓部分92的外表面一致。在轮廓部分92中，孔洞管14’的厚度在外测上变化，从而改变鸟笼传导器84和射频屏88’之间的间隔。代替构造孔洞管外表面的轮廓，构造其内表面或两个表面的轮廓。典型地，大约10毫米至大约25毫米的间隔都是适合的。通过合成射频屏88’的轻微的锥度致使线圈和屏之间的距离朝射频线圈80的末端增加，这就有可能无需增加线圈长度就改善射频场的均匀性。如图13所示，射频屏88’轴向上的长度通常比鸟笼线圈的传导杆84的长度要长。
本领域技术人员将认识到，置于孔洞管14对侧的射频线圈80和射频屏88，88’在磁共振扫描器系统中是通用的，其中孔洞管定义了包含主磁体，梯度系统或两者的真空罩的壁。例如，所描述的射频线圈/屏排列可用于磁共振成像扫描器，其中，梯度线圈被定位在主磁体的内部并且被真空包围以减少噪声。类似地，在一些预期的扫描器设计中，真空包围的超导梯度线圈可以定位在主磁体内部(无论是与外部超导主磁体周围的真空罩相同或不同的真空罩中)，并且所描述的射频线圈/屏排列也将在这些预期的扫描器中得到应用。
本发明已经参考优选实施例进行了描述。明显地，其他人在阅读及理解上述详细的描述后会得出修改及改进。本发明打算解释为包括所有这些修改及改进，只要它们在后附权利要求或其等效物的范围内。

Claims (26)

1.一种磁共振成像设备，包括：
主磁体(20)，它包围着检查区域(18)并在检查区域内生成主磁场；以及
磁场梯度系统(30)，其置于主磁体的外部，该磁场梯度系统包括：
铁磁轭(32)，以及
多个与铁磁轭磁耦合并有选择地在铁磁轭内生成磁通量的磁场梯度线圈(34)，铁磁轭内的磁通量在检查区域内生成所选择的磁场梯度。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
包围主磁体(20)的铁磁通量返回防护罩(12)，铁磁轭(32)被置于主磁体和铁磁通量返回防护罩之间的低磁场区域。
3.如权利要求1所述的设备，其中：
主磁体(20)包括多个空间上分离的包围检查区域(18)的通常为环形的磁体段(22)；以及
铁磁轭(32)包括多个置于空间上分离的磁体段之间的铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42.44.60)。
4.如权利要求3所述的设备，其中，磁场梯度系统(30)进一步包括：
多个铁磁横臂(50，64)，与铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)磁耦合，磁场梯度线圈(34)被缠绕在铁磁横臂周围。
5.如权利要求4所述的设备，其中，铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44)是恒定或变化厚度的铁磁环，铁磁横臂(50)通常横切于铁磁环以及铁磁轭(32)。
6.如权利要求4所述的设备，其中，铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)由相对磁导率在大约10至大约40之间的材料制成，并且铁磁横臂(50，64)具有大于铁磁通量分配元件的相对磁导率的相对磁导率。
7.如权利要求4所述的设备，其中，磁场梯度线圈(34)包括：
第一磁场梯度线圈(34)，缠绕在第一铁磁横臂(50)上，第一磁场梯度线圈被有选择地激励来在检查区域(18)内生成第一横向磁场梯度。
8.如权利要求7所述的设备，其中，磁场梯度线圈(34)还包括：
第二磁场梯度线圈(34)，缠绕在第二铁磁横臂(50)上，第二磁场梯度线圈被有选择地激励来在检查区域(18)内生成垂直于第一横向磁场梯度的第二横向磁场梯度。
9.如权利要求4的设备，其中，多个铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)包括置于磁体(20)中央的中央铁磁通量分配元件(42)，并且磁场梯度线圈(34)包括：
两个电传导绕组，绕在中央铁磁通量分配元件(42)任一侧上的每一横臂(50)周围，该两个电传导绕组中的每一个在(i)朝向或(ii)背离中央铁磁通量分配元件中的一个方向上在横臂内产生磁通量。
10.如权利要求3所述的设备，其中，每一铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)被置于距两个相邻磁体段(22)之一的第一距离处以及距两个相邻磁体段中的另一个的第二距离处，该第二距离比第一距离大约大四倍。
11.如权利要求3所述的设备，其中每一铁磁通量分配元件(60)包括：
多个环形分布在检查区域(18)周围的铁磁段(62)，该铁磁段被非铁磁间隙分开，每一铁磁段与至少一个磁场梯度线圈(34)磁耦合。
12.如权利要求11所述的设备，其中，每一铁磁通量分配元件(60)包括至少八个铁磁段(62)。
13.如权利要求3所述的设备，其中，每一铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)至少部分穿入分离相邻的空间上分离的通常为环形的磁体段(22)间隙中。
14.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
多个能量通道(66)，其独立地驱动每一磁场梯度线圈(34)，以便基于多个能量通道中的每一个输送的相对能量，在所选择的方位上生成横向梯度。
15.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
包围主磁体(20)、铁磁轭(32)，以及多个磁场梯度线圈(34)的的真空罩(16)。
16.如权利要求15所述的设备，进一步包括：
铁磁通量返回防护罩(12)，其包围主磁体(20)并定义了真空罩(16)的外部部分，铁磁轭(32)被置于主磁体和铁磁通量返回防护罩之间的低磁场区域内。
17.如权利要求15所述的设备，其中，孔洞管(14，14’)定义了真空罩(16)的一部分，该设备进一步包括：
置于孔洞管(14，14’)相对侧上的射频线圈(80)和射频屏(88，88’)。
18.如权利要求17所述的设备，其中：
射频屏(88’)被置于真空罩(16)的真空内部的孔洞管(14’)表面上，并且为锥形以便射频线圈(80)与射频屏(88’)之间的间隔在线圈中部较小且在线圈末端较大。
19.如权利要求1所述的设备，其中，铁磁轭(32)包括具有在大约10和大约40之间的磁导率的铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)。
20.如权利要求19所述的设备，其中，铁磁通量分配元件(40，40’，40”，42，44，60)由层状及粉末状铁磁材料制成。
21.如权利要求1所述的设备，其中，磁场梯度系统(30)进一步包括：
磁场传感器(70)，其感应检查区域(18)内的磁场；以及
一个或多个能量通道(66)，其驱动多个磁场梯度线圈(34)以便在检查区域(18)内生成所选择的磁场梯度，使用磁场传感器(70)来对一个或多个能量通道进行反馈控制来保持所选择的磁场梯度。
22.如权利要求1所述的设备，其中，主磁体(20)是两侧对称的，并包括：
(i)两个中央电传导绕组(22)，两侧对称的平面的每一侧上各有一个；以及
(ii)跨两侧对称平面的串联电连接(74)，将两侧对称平面一侧上的中央电传导绕组中的每一个或每几个绕组与两侧对称平面另一侧上的中央电传导绕组中相对应的一个或几个绕组连接在一起，在中央绕组的任意部分处跨两侧对称平面的最大感应电压由该串联连接(74)来限制。
23.一种磁场梯度系统(30)，包括：
铁磁轭(32)；以及
多个磁场梯度线圈(34)，其与铁磁轭磁耦合，并有选择地在铁磁轭内生成磁通量，铁磁轭内的磁通量在检查区域(18)内生成所选择的磁场梯度。
24.一种磁共振成像设备，包括：
主磁体(20)，其包围着检查区域(18)并在检查区域内生成主磁场；
磁场梯度系统(30)，其在检查区域内生成所选择的磁场梯度；
真空罩(16)，其包含主磁体和磁场梯度系统中的至少一个，该真空罩具有定义成像设备的孔洞(14，14’)的壁，检查区域被置于孔洞内；
射频线圈(80)，其被置于真空罩外部的该孔洞的表面上；以及
射频屏(88，88’)，其被置于真空罩内部的该孔洞的表面上。
25.如权利要求24所述的设备，其中，射频线圈(80)包括：
多个定义了线圈横档(82)的电传导带状线。
26.如权利要求25所述的设备，其中，射频屏(88’)为锥形，从而在线圈中央处提供屏与线圈(80)之间较小的间隔，以及在线圈末端处提供屏与线圈之间较大的间隔。
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