CN101063707A - 用于mri垫片元件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种MRI垫片元件(60)包括基本上平行于彼此延伸的多根细导线(62)，其中每根导线具有小于δ_sk的横截面尺寸，其中δ_sk是导线的趋肤深度。

Description

用于MRI垫片元件的方法和装置

技术领域

本发明一般而言涉及用于磁共振成像(MRI)系统的方法和装置，更特别地涉及便于制造和使用提供低涡流和改进的图像稳定性的无源垫片(shim)元件的方法和装置。

背景技术

在MRI磁体中实现高的最终场均匀性典型地需要使用磁垫补，或者是完全无源的，或者是包括作为组成部分的无源垫片的混合系统。垫片元件由磁化钢制成，有策略地装载在垫片轨道上，插入到腔孔内部并且由磁体的主磁场饱和，该垫片元件补偿制造公差和环境不均匀性。这些垫片元件暴露于来自在垫片元件中生成热的多个梯度线圈的脉冲场，从而升高它们的温度，因此由于垫片的依赖于温度的饱和B_s(T)而影响磁场稳定性(B0和均匀性)。其中垫片加热的主要因素是由来自梯度线圈的变化的磁通量在导电垫片中引起的涡流。需要一种具有低涡流发热的高效廉价的无源垫片元件。

发明内容

在一个方面，一种MRI垫片元件包括基本上平行于彼此延伸的多根细导线(wire)，其中每根导线具有小于δ_sk的横截面尺寸，其中δ_sk是导线的趋肤深度。

在另一方面，提供一种制造多个垫片元件的方法。所述方法包括：放置基本上平行于彼此延伸的多根细导线以形成平板或弧形结构，其中每根导线具有小于δ_sk的横截面尺寸，其中δ_sk是导线的趋肤深度；以及切割或冲孔该平板或弧形结构以形成多个垫片元件。

在又一方面，提供一种用于产生对象的磁共振(MR)图像的成像装置。所述装置具有用于产生静态磁场B0的磁体组件和布置在该磁体组件内用于生成磁场梯度以用于产生MR图像的梯度线圈组件，所述装置包括MRI垫片元件，所述垫片元件包括基本上平行于B0延伸的多根细导线。

在又一方面，提供一种用于产生对象的磁共振(MR)图像的成像装置。所述装置具有用于产生静态磁场B0的磁体组件和布置在该磁体组件内用于生成磁场梯度以用于产生MR图像的梯度线圈组件，所述装置包括MRI垫片元件，所述垫片元件包括基本上垂直于B0延伸的多根细导线。

附图说明

图1说明一种磁共振成像(MRI)系统。

图2说明两个垫片元件。

图3说明可以从预制的复合导线/环氧树脂板切掉或冲掉的不同尺寸的垫片元件。

具体实施方式

在此描述的是提供简单设计以在任何梯度操作条件期间控制垫片元件中生成的涡流的方法和装置。

如在此所用，以单数叙述以及前面有词语“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地叙述这样的排除。此外，对本发明的“一个实施例”的提及并不打算被解释为排除也结合了所述特征的附加实施例的存在。

图1说明本发明的下述垫片元件的实施例适用的产生图像的系统10的简化框图。尽管在图1中说明了腔孔型磁体，但是本发明同样适用于开放式磁体系统和其他已知类型的MRI扫描器。MRI系统例如可以是可从GE Healthcare获得的GE Signa MR扫描器，其适合于如在此所述，尽管也可以使用其他系统。

从操作者控制台12控制MR系统10的操作，所述操作者控制台包括键盘和控制面板以及显示器(未示出)。控制台12与独立的计算机系统14通信，所述计算机系统使操作者能够控制图像的产生和显示。计算机系统14包括许多模块，所述模块通过底板彼此通信。这些模块包括图像处理器模块、CPU模块、以及存储器模块，所述存储器模块在本领域中被称为帧缓冲器，用于存储图像数据阵列。计算机系统14被连接到用于存储图像数据和程序的磁盘存储器或光驱，并且它通过高速串行链路与独立的系统控制器16通信。

系统控制器16包括由底板连接在一起的一组模块。这些模块包括CPU模块18和脉冲发生器模块20，所述脉冲发生器模块通过串行链路连接到操作者控制台12。系统控制器16接收来自操作者的命令，所述命令指示待执行的扫描序列。脉冲发生器模块20操作系统部件以执行期望的扫描序列。它产生数据和数据采集窗的定时和长度，所述数据指示待产生的射频(RF)脉冲的定时、强度和形状。脉冲发生器模块20连接到包括G_x、G_y和G_z放大器(未示出)的一组梯度放大器22，以指示在扫描期间要产生的梯度脉冲的定时和形状。

脉冲发生器模块20所产生的梯度波形被施加于梯度放大器系统22。每个梯度放大器激励通常被称为24的组件中的相应梯度线圈，以产生用于位置编码采集信号的磁场梯度。梯度线圈组件形成磁体组件26的一部分，该磁体组件26包括极化磁体28和整体RF线圈30。体积32被显示为在磁体组件26内用于容纳对象34的区域并且包括患者腔孔。如在此所用，MRI扫描器的可用体积通常被定义为在体积32内这样的体积，该体积是患者腔孔内部的邻接区域，在那里主磁场、梯度磁场和RF磁场的均匀性在已知的、可接受的成像范围内。

系统控制器16中的发射器模块36产生脉冲，所述脉冲由通过发射/接收模块40耦合到RF线圈30的RF放大器38放大。由对象34中的受激核所辐射的合成信号可以由相同的RF线圈30检测，并且通过发射/接收模块40被耦合到前置放大器42。放大的MR信号在接收器44中被解调、滤波和数字化。发射/接收开关40由来自脉冲发生器模块20的信号控制，以在发射模式期间将发射器36电耦合到RF线圈和在接收模式期间将前置放大器42连接到RF线圈。

由RF线圈30所拾取的MR信号由接收器模块44数字化，并且被传送到系统控制器16中的存储器模块46。当完成扫描时，整个数据阵列被采集到存储器模块16中。阵列处理器(未示出)进行操作以将数据傅里叶变换成图像数据的阵列。这些图像数据被传送到计算机系统14，在那里它们被存储。响应于从操作者控制台12接收的命令，这些图像数据可以进一步由计算机系统14内的图像处理器处理，并被传送到操作者控制台12和随后进行显示。

所有商用MRI系统利用无源垫片来获得均匀磁场B0的期望的最终均匀性。典型的无源垫片系统包括预定的不同体积/种类的磁化元件组，其允许在每个垫补位置上产生期望的磁矩。这种系统中的量化程度由垫片种类的数目和最小垫片元件的体积来确定。无源垫片以这样一种方式被定位在腔孔内部或梯度组件内，例如在垫片轨道上，使得众多可用垫补位置将提供轴向和圆周范围的足够覆盖，以便允许表示B0不均匀性的轴向和径向谐波的补偿。在欧洲专利申请EP 0677751中，垫片系统利用垫补环。这种环由于其对称性而仅仅可以用于补偿轴向谐波，然而仍然需要补偿径向谐波。该需要不能由分立垫片元件的独立组来解决，与环不同，分立垫片元件的独立组并不具有轴对称几何形状，因此会允许其圆周分布的变化。下述的垫片元件可以被定位在沿轴向以及沿圆周延伸的轨道上，所以在不采用附加环的情况下为轴向和径向谐波提供全部的完整补偿，因而减小了复杂性。在径向上，在最大容许径向厚度内不同种类垫片元件的层叠在每个给定位置上提供期望的总质量。系统10在一些实施例中包括如下所述的垫片元件。

在此所述的垫片元件是复合的并且由通过填充材料结合在一起的多根长铁磁钢丝的平行对准来制成。填充材料可以是环氧树脂、橡胶、塑料等。当垫片元件被定位在轨道上时，导线方向典型地平行于磁体的B0场。然而，垫片元件可以被转向，使得导线垂直于B0延伸并且具有减小的磁化。另外，垫片元件可以处于在平行于和垂直于B0之间的任何角以便实现各种垫补效果。将利用不同尺寸的垫片元件来提供期望的量化。

图2说明两种不同的垫片元件设计：现有技术的垫片50和新垫片元件60。在图2中也示出了主磁场B0和梯度磁场分量。通过将导线横截面尺寸a和b减小到趋肤深度δ_sk以下，可以将由dB_r ^grad/dt、dB_j ^grad/dt、或dB_z ^grad/dt所引起的涡流减小到任何预定水平。这在图2的部分a)和b)被说明。垫片材料的趋肤深度等于 ${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sk}}=\sqrt{2\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\μ\μ}}_0\mathrm{\ω}},$ 其中ρ是材料电阻率，μ是材料相对磁导率，μ₀是真空的磁导率，以及ω是梯度圆周或角频率。在磁体内部的饱和状态下，μ接近1。例如对于1006钢，在1kHz梯度频率下δ_sk＝6.6mm，以及在100Hz下为21mm。在尺寸比δ_sk大得多的常规垫片件50中(如在2a中)，涡流围绕外周长流动。在这里提供的构造中，矩形或圆形导线62具有小于δ_sk的尺寸，并且非常有限或者彼此不接触。在一些实施例中，尺寸比δ_sk小得多。例如，一些实施例使用1/4δ_sk和1/3δ_sk的尺寸。涡流如图2b中的箭头所指示地流动。在每根导线中产生的发热与d³成比例，其中d是垂直于来自梯度的磁通量的尺寸。由于每件的导线数目(沿每个方向)随着d的减小而增加为1/d，因此每件的总发热随着导线直径而减小为与d²成比例。垫片元件中的中心开口64允许容易地安装在柱螺栓或螺钉上。然而，中心开口不是必要的，并且可以用其他方式来安装垫片元件。例如，轨道可以包括尺寸被确定成容纳垫片元件的凹处。

图3说明可以从预制的复合导线/环氧树脂板70切掉或冲掉的不同尺寸的垫片元件60。在一个例子中，圆形或矩形的导线62被展开并且浸渍着不导电粘结剂或填充材料，例如环氧树脂。另外，在另一实施例中，不是构造平板，而是围绕鼓或其他夹具缠绕导线，然后施加不导电粘结剂。来自围绕鼓的绕组的弧形结构可以被展平(拉直)或者保持弧形，从而导致弧形垫片元件。在具有圆形导线的实施例中，一个优点和技术效果是成本更低。导线可以是裸露的(有限的线性接触)，或者可以预先涂有漆(不接触)，然后浸渍环氧树脂。最大可得到的体积比(裸导线)是

或90.7％。

在具有矩形导线的实施例中，一个优点和技术效果是体积磁化(填充系数)更高。导线可以在浸渍之前被分离(例如通过玻璃布或其他不导电材料被套住或夹住)。另外，多个垫片元件可以在如图2b中所示对准或者如图3中所示偏移的多个层中被层叠。

上面详细描述了典型实施例。组件和方法并不限于在此所述的特定实施例，而是可以独立于在此所述的其他部分并与其分开地利用每个组件和/或方法的部分。

尽管用各种特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明可以在权利要求书的精神和范围内进行修改而被实践。

                               附图标记列表

系统.....................................................................................10

操作者控制台.............................................................................12

计算机系统...............................................................................14

系统控制器...............................................................................16

CPU模块..................................................................................18

脉冲发生器模块...........................................................................20

组件，通常被称为.........................................................................24

磁体组件.................................................................................26

极化磁体.................................................................................28

RF线圈...................................................................................30

体积.....................................................................................32

对象.....................................................................................34

发射器模块...............................................................................36

RF放大器.................................................................................38

发射/接收模块............................................................................40

前置放大器...............................................................................42

接收器...................................................................................44

存储器模块...............................................................................46

现有技术的垫片...........................................................................50

垫片元件.................................................................................60

导线.....................................................................................62

中心开口.................................................................................64

导线/环氧树脂板..........................................................................70。

Claims (10)

1.一种MRI垫片元件(60)，包括：

基本上平行于彼此延伸的多根细导线(62)，其中每根导线具有小于δ_sk的横截面尺寸，其中δ_sk是导线的趋肤深度。

2.根据权利要求1所述的MRI垫片元件(60)，其中所述导线(62)在多个层中层叠。

3.根据权利要求2所述的MRI垫片元件(60)，其中所述导线(62)是圆形的并且涂有漆。

4.根据权利要求2所述的MRI垫片元件(60)，其中所述导线(62)被浸渍在不导电粘结剂中。

5.根据权利要求2所述的MRI垫片元件(60)，其中所述导线(62)是矩形的并且通过绝缘材料彼此分离。

6.根据权利要求5所述的MRI垫片元件(60)，其中所述绝缘材料包括玻璃布。

7.根据权利要求6所述的MRI垫片元件(60)，其中所述导线(62)被浸渍在环氧树脂中。

8.一种用于产生对象的磁共振(MR)图像的成像装置(10)，其具有用于产生静态磁场B0的磁体组件(26)和布置在所述磁体组件内用于生成磁场梯度以用于产生MR图像的梯度线圈组件(24)，所述装置包括MRI垫片元件(60)，所述垫片元件包括基本上平行于B0延伸的多根细导线(62)。

9.根据权利要求8所述的成像装置，其中所述导线(62)由低碳钢制造，并且具有小于大约3mm的直径。

10.一种用于产生对象的磁共振(MR)图像的成像装置(10)，其具有用于产生静态磁场B0的磁体组件(26)和布置在所述磁体组件内用于生成磁场梯度以用于产生MR图像的梯度线圈组件(24)，所述装置包括MRI垫片元件(60)，所述垫片元件包括基本上垂直于B0延伸的多根细导线(62)。

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