CN101093248B - 用于局部屏蔽mr超导磁线圈的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于局部分等级屏蔽的方法和装置，其包括梯度屏蔽环(75)，该梯度屏蔽环具有定位于接近超导磁线圈(70，72)的多个弧(92，94，110，112，116，118，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)。该多个弧(92，94，110，112，116，118，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)与由磁场梯度产生的梯度磁场磁耦合，以便局部屏蔽该超导磁线圈(70，72)。

Description

用于局部屏蔽MR超导磁线圈的方法和装置

技术领域

本发明一般性涉及超导磁系统，并且更具体地涉及用于超导磁体的局部梯度屏蔽环。

背景技术

在一个例子中，MR系统包括冷质(cold mass)(包含超导磁体)、磁线圈支撑结构和氦管(helium vessel)容器。如本领域技术人员理解的，包含在氦管中的液氦为超导磁体提供冷却，并且为了超导操作而维持超导体处于低温。液氦将超导磁体大约和/或基本维持在4.2开氏温度(K)的液氦温度。为了热隔离，包含液氦的氦管在一个例子中包括真空管中的压力管。

MR超导磁体通常包括若干线圈，产生在成像空间的均衡B₀场的一组主线圈，和限制磁体的边缘场的去磁线圈。这些线圈缠绕诸如NbTi或Nb3Sn导体的超导体。磁体被冷却到液氦温度(4.2K)，以使得所述导体在它们的超导状态下工作。磁体的热负荷，诸如由来自环境的辐射和传导产生的热，通过“开放系统”中的液氦的蒸发，或“封闭系统”中的4K冷却器(cryocooler)来消除。磁体通常被放置在低温保持器中以最小化其热负荷，因为液氦的置换是昂贵的并且冷却器的冷却功率是有限的。如果线圈暴露到AC场，诸如由MR系统的梯度线圈产生的AC场，超导体中产生AC损失。也就是说，当超导线圈暴露到AC场，其中引起滞后损失和涡流，这对AC损失有所贡献，AC损失能够升高导体温度并且可能导致破坏(quench)。AC损失还增加到致冷系统的总体热负荷上。热负荷的上升要求额外的低温致冷功率，这增加了操作代价。

梯度AC场对超导磁体的渗透(penetration)应该最小化，以使得超导系统的总体热负荷能够由致冷系统消除。同时，成像空间中的场屏蔽效果应该非常小，否则会严重危害梯度系统的性能。使用大体积屏蔽梯度来减小梯度AC场对超导磁体的渗透对于梯度系统性能有巨大的负面影响。

因此，希望具有能够减少由梯度AC场对超导磁体的渗透引起的AC损失而对成像空间中的梯度性能有着最小影响的装置。

发明内容

本发明提供能够克服上述缺陷的用于减少梯度AC场对超导磁体的渗透的方法和装置。超导线被定位于沿着MR系统的超导磁线圈的部分。超导线与梯度磁场耦合并且局部屏蔽超导磁线圈。

依照本发明的一个方面，屏蔽线圈装置包括超导线，其构成封闭的传导路径并且具有定位于沿着MR系统的第一超导磁线圈的部分的多个弧，该多个弧配置为与由第一方向的磁场梯度产生的梯度磁场磁耦合，以便局部屏蔽第一超导磁线圈。

依照本发明的另一方面，MRI装置包括磁共振成像系统，该系统具有位于超导磁体的孔(bore)周围的多个梯度线圈以便抑制偏振磁场和RF收发器系统以及RF开关，该RF开关由脉冲模块控制来发送RF信号给RF线圈组件(assembly)以获得MR图像，其中该超导磁体包括多个超导磁线圈。该MRI装置还包括布线临近每个超导磁线圈的第一梯度屏蔽环，并且被配置为与磁场梯度相耦合，该磁场梯度包括G_x磁场梯度、G_y磁场梯度和G_z磁场梯度之一。

依照本发明的另一方面，一种方法包括形成超导磁线圈，和令第一梯度屏蔽线圈的第一多个弧布线接近所述线圈，该第一多个弧部分被配置为与第一磁场梯度耦合。

根据以下的详细说明和附图，本发明的其它方面和优点将显而易见。

附图说明

附图例示了当前预期执行本发明的一个优选实施例。

图1是能够从结合本发明受益的MR成像系统的框图。

图2是依照本发明，用于暴露到由y梯度G_y产生的B_rz场的一对超导磁线圈的每一个的局部梯度屏蔽环的透视图。

图3是依照本发明，用于暴露到由y梯度G_y产生的B_rz场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图4是依照本发明，用于暴露到由y梯度G_y产生的B_r场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图5是依照本发明，用于暴露到由y梯度G_y产生的B_z场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图6是依照本发明，用于暴露到由z梯度G_z产生的B_rz场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图7是依照本发明，用于暴露到由z梯度G_z产生的B_rz场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图8是依照本发明，用于暴露到由z梯度G_z产生的B_rz场的一对超导磁线圈的局部梯度屏蔽环的透视图。

图9是依照本发明，用于暴露到由x梯度G_x、y梯度G_y、z梯度G_z产生的B_rz场的一对超导磁线圈的一组局部梯度屏蔽环的透视图。

具体实施方式

参考图1，示出了从结合本发明受益的优选的磁共振成像(MRI)系统10的主要部件。系统10的操作从操作者控制台12进行控制，操作者控制台包括键盘或其它输入装置13、控制面板14和显示屏16。控制台12通过链路18与分离的计算机系统20通信，该计算机系统使得操作者能够控制图像在显示屏16上的生成和显示。计算机系统20包括多个模块，这些模块通过底板20a彼此通信。这些模块包括图像处理器模块22、CPU模块24和存储器模块26，存储器模块在本领域中已知作为存储图像数据阵列的帧缓冲器。计算机系统20链接到用于存储图像数据和程序的磁盘存储器28和磁带驱动器30，并且通过高速串行链路34与分离的系统控制32通信。输入装置13可以包括鼠标、游戏杆、键盘、跟踪球、触摸屏、光指挥棒、声控或任何类似或等效的输入装置，并且可以用于交互的几何指示。

系统控制32包括一组通过底板32a连接在一起的模块。这些模块包括CPU模块36和脉冲发生器模块38，脉冲发生器模块通过串行链路40连接到操作者控制台12。系统控制32通过链路40从操作者接收命令来指示要执行的扫描序列。脉冲发生器模块38操作该系统部件来执行希望的扫描序列，并且产生指示所产生的RF脉冲的时序、强度和形状的数据，以及数据采集窗口的时序和长度的数据。脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42，来指示在扫描期间产生的梯度脉冲的时序和形状。脉冲发生器模块38还可以从生理采集控制器44接收患者数据，该生理采集控制器从连接到患者的多个不同传感器接收信号，诸如来自附着到患者的电极的ECG信号。最后，脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46，该电路从与患者的状况相关联的不同传感器和磁系统接收信号。患者定位系统48也是通过该扫描室接口电路46来接收命令，以便将患者移动到期望的位置进行扫描。

由脉冲发生器模块38产生的梯度波形被提供给具有G_x、G_y、G_z放大器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器激励梯度线圈组件中的对应的物理梯度线圈，该梯度线圈组件通常指定50用于产生用于对所需信号进行空间编码的磁场梯度。磁线圈组件50构成磁组件52的一部分，磁组件52包括偏振磁体54和整体RF线圈56。系统控制32中的收发器模块58产生的脉冲由RF放大器60放大并且通过发送/接收开关62与RF线圈56耦合。由患者体内受激发的核子发射的结果信号可以由相同的RF线圈56感测，并且通过发送/接收开关62与预放大器64耦合。在收发器58的接收器部中对放大的MR信号进行解调、滤波和数字化。发送/接收开关62由来自脉冲发生器模块38的信号进行控制，以便在发送模式期间将RF放大器60电连接到线圈56，并且在接收模式期间将预放大器64连接到线圈56。发送/接收开关62还可以使得分离的RF线圈(例如，表面线圈)可以用于发送或接收模式。

由RF线圈56拾取(pick up)的MR信号由收发器模块58数字化，并且传递到系统控制32中的存储器模块66。当存储器模块66中已经获得原始k空间数据的阵列时，完成一次扫描。将该原始k空间数据针对要重建的每个图像重新排列到分离的k空间数据阵列中，并且将该每个阵列输入到阵列处理器68，该阵列处理器将该数据傅立叶变换到图像数据阵列中。该图像数据通过串行链路34传送到计算机系统20，在计算机系统20被存储在存储器中，诸如磁盘存储器28。响应于从操作者控制台12接收的命令，可以将该图像数据存档在长期存储器中，诸如磁带驱动器30，或者由图像处理器22对该图像数据进一步处理并且传送到操作者控制台12和呈现在显示屏16上。

所述梯度线圈组件50通常具有三组线圈(未示出)。每一组梯度线圈产生x、y或z方向之一的梯度场。每个梯度场方向具有唯一对称性。也就是说，由x方向产生的梯度场具有的对称性与由y方向和z方向中的梯度场产生的对称性不同。在y方向和z方向中的梯度场的每个方向具有的对称性分别与由x和z方向中的梯度场产生的对称性和由x和y方向中的梯度场产生的对称性不同。另外，在x、y和z方向中产生的梯度场的对称性与由偏振磁体54产生的均衡磁场的对称性不同。

参考图2-9，示出了用于产生MR系统(诸如图1的MR系统10)中的静态均衡场的圆柱形超导线圈对70、72。取决于超导线圈70、72的位置，在每个超导线圈70、72处的梯度场方向可以主要是轴向的(B_z)，主要是径向的(B_r)，或者是二者的组合(B_rz)。基于所述梯度场方向，具有多个弧76的梯度屏蔽环75沿着超导线圈70、72局部缠绕。梯度场方向可以通过测量或计算来确定。一旦已知针对超导线圈70、72位置的梯度场方向，梯度屏蔽环75可以沿着超导线圈70、72缠绕，使得梯度场方向与在多个弧76的对之间形成的平面基本垂直。

梯度屏蔽环75优选是在超导线圈70、72临近缠绕以形成多个弧76的单超导线或电缆。梯度屏蔽环75包括双股布线78，以便减少磁导线耦合。超导接头(joint)79将梯度屏蔽环75的第一端80连接到梯度屏蔽环75的第二端81，以构成封闭的超导环。在优选实施例中，梯度屏蔽环75临近超导线圈对70、72缠绕。但是，预期在x和y梯度场方向，每个超导线圈70、72可以具有接近其缠绕的分离的梯度屏蔽环75，以为每个超导线圈70、72形成封闭的超导环。或者，多个弧76的每一个可以通过在超导接点79串联连接的独立超导线缠绕。

超导线圈70、72和梯度屏蔽环75通过超导冷却系统(未示出)冷却。超导冷却梯度屏蔽环75允许梯度屏蔽环75与梯度场G_x、G_y、和G_z基本同时磁耦合。也就是说，梯度屏蔽环75与G_x、G_y、G_z中的一个同步操作。在这种方式下，磁梯度场的产生通过磁通磁链同时产生梯度屏蔽环75中的屏蔽电流和屏蔽场。屏蔽场主要减小了超导线圈70、72中的AC场和AC损失。因为梯度屏蔽环75与其对应的磁场梯度以相同的对称性缠绕，由此产生的净磁通不受其它磁场梯度或偏振磁体54的影响。

图2-5示出了沿着暴露到由y梯度G_y产生的梯度场的超导线圈70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。沿着暴露到由x梯度G_x产生的梯度场的超导线圈70、72的部分局部缠绕的多个弧76与图2-5中所示的类似，但是围绕中心轴进行了90度旋转。

图2-3示出了沿着暴露到由y梯度G_y产生的梯度场方向86的超导线圈70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括两对弧88、90。每对弧88、90包括分别沿着超导线圈70、72的内径96和外径98的部分沿圆周缠绕的弧92、94。如图2所示，每个超导线圈70、72具有与其临近缠绕的封闭的梯度屏蔽环75。图3示出了临近超导线圈对70、72缠绕的封闭的梯度屏蔽环75。

图4示出了沿着暴露到由y梯度G_y产生的B_r梯度场方向104的超导线圈对70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括两组弧106、108。每组弧106、108包括分别沿着超导线圈70、72的内径114的部分沿圆周缠绕的弧对110、112，和沿着超导线圈70、72的外径120的部分沿圆周缠绕的弧对116、118。

图5示出了沿着暴露到由y梯度G_y产生的B_z梯度场方向130的超导线圈对70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括两组弧132、134。每组弧132、134包括分别沿着超导线圈70、72的内径138和外径140的部分沿圆周缠绕的两个弧对136、138。

图6-8示出了沿着暴露到由z梯度G_z产生的梯度场方向的超导线圈70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。

图6示出了沿着暴露到由z梯度G_z产生的B_rz梯度场方向152的超导线圈对70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括一对弧154、156，弧154、156分别沿着超导线圈70、72的内径158和外径160的部分沿圆周缠绕。

图7示出了沿着暴露到由z梯度G_z产生的B_r梯度场方向162的超导线圈对70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括沿着超导线圈70、72的内径168的部分沿圆周缠绕的一对弧164、166和沿着超导线圈70、72的外径174的部分沿圆周缠绕的一对弧170、172。

图8示出了沿着暴露到由z梯度G_z产生的B_z梯度场方向180的超导线圈对70、72的部分局部缠绕的梯度屏蔽环75中的多个弧76。每个超导线圈70、72包括分别沿着超导线圈70、72的内径186和外径188的部分沿圆周缠绕的两对弧182、184。

为了从x、y和z每个方向中的磁场梯度局部屏蔽超导线圈70、72，该对超导线圈70、72具有如图9所示在附近缠绕的多个梯度屏蔽环190、192、194。优选的，在超导线圈70、72上作用的磁梯度场的方向为磁场梯度G_x、G_y、和G_z中的每一个独立确定。当在超导线圈70、72中每一个上作用的磁梯度场的方向被确定，每个梯度屏蔽环190、192、194可以如上所述围绕该对超导线圈70、72缠绕，以便对应于相应的磁梯度场的磁梯度场方向。如图9所示，该多个梯度屏蔽环190、192、194从由磁场梯度G_x、G_y、和G_z中的每一个产生的B_rz梯度场方向局部屏蔽超导线圈70、72。

在上述方式中围绕MR系统的偏振磁体的超导磁线圈缠绕多个梯度屏蔽环产生针对超导磁线圈局部的屏蔽场。局部屏蔽超导磁线圈减小了梯度屏蔽场在成像空间中的影响。这样，梯度屏蔽场对用于空间编码所需信号的磁梯度场的影响被减小了，并且梯度系统性能可以增加。

因此，公开了一种屏蔽线圈装置，其包括构成封闭的传导路径的超导线，并且具有定位于沿着MR系统的第一超导磁线圈的部分的多个弧，该多个弧配置为与由第一方向的磁场梯度产生的梯度磁场磁耦合，以便局部屏蔽该第一超导磁线圈。

还提出了一种MRI装置，其包括磁共振成像系统，该系统具有位于超导磁体的孔(bore)周围的多个梯度线圈以便抑制偏振磁场和RF收发器系统以及RF开关，该RF开关由脉冲模块控制来发送RF信号给RF线圈组件以获得MR图像，其中该超导磁体包括多个超导磁线圈。该MRI装置还包括布线临近每个超导磁线圈的第一梯度屏蔽环，并且被配置为与磁场梯度相耦合，该磁场梯度包括G_x磁场梯度、G_y磁场梯度和G_z磁场梯度之一。

本发明还体现在一种方法中，其包括形成超导磁线圈，和布线第一梯度屏蔽线圈的第一多个弧部分接近所述线圈，该第一多个弧部分被配置为与第一磁场梯度耦合。

已经参考优选实施例描述了本发明，应理解在明确陈述的之外的等价物、替代和修改也是可行的，并且在所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种屏蔽线圈装置，包括：

沿着磁共振(MR)系统的第一超导磁线圈(70)缠绕的构成封闭的传导路径并且具有定位于沿着所述第一超导磁线圈(70)的部分的多个弧(92，94，110，112，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)的超导线(75)，该多个弧(92，94，110，112，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)配置为与由第一方向的磁场梯度(G_x，G_y，G_z)产生的梯度磁场磁耦合，以便局部屏蔽第一超导磁线圈(70)。

2.权利要求1所述的屏蔽线圈装置，还包括所述多个弧(92，94，110，112，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)中临近所述第一超导磁线圈(70)的外径(98，120，160，174，188)沿圆周布线的第一弧(94，138，156，172，184)。

3.权利要求2所述的屏蔽线圈装置，还包括所述多个弧(92，94，110，112，116，118，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)中沿着所述第一超导磁线圈(70)的内径(96，114，158，168，186)沿圆周缠绕的第二弧(92，110，136，154，166，182)。

4.权利要求3所述的屏蔽线圈装置，其中在第一弧和第二弧之间限定的平面基本垂直于B_rz梯度场方向(86，152)。

5.权利要求3所述的屏蔽线圈装置，其中：

所述第一弧包括沿着所述第一超导磁线圈(70)的外径(98，120，160，174，188)沿圆周缠绕的第三弧(138，170，184)；和

所述第二弧包括所述沿着所述第一超导磁线圈(70)的内径(96，114，158，168，186)沿圆周缠绕的第四弧(112，136，164，182)。

6.权利要求5所述的屏蔽线圈装置，其中在第一弧和第三弧之间限定的平面基本垂直于B_r梯度场方向(162)。

7.权利要求5所述的屏蔽线圈装置，其中在第一弧和第四弧之间限定的平面基本垂直于B_Z梯度场方向(130，180)。

8.权利要求1所述的屏蔽线圈装置，进一步包括超导接点(79)，该接点配置用于将超导线(75)的第一端(80)连接到其第二端(81)。

9.权利要求1所述的屏蔽线圈装置，其中所述超导线(75)具有被定位于沿着所述MR系统(10)的第二超导磁线圈(72)的第二多个弧(92，94，110，112，116，118，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)，该第二多个弧(92，94，110，112，116，118，136，138，154，156，164，166，170，172，182，184)配置用于与由第一方向的磁场梯度(G_x，G_y，G_z)产生的梯度磁场磁耦合，以便局部屏蔽该第二超导磁线圈(72)。

Images