CN1011623B - 磁共振成像装置用的梯度线圈 - Google Patents

Abstract

一种磁共振成象装置，采用一种梯度线圈系统，该梯度线圈系统中的大致上呈马鞍形的线圈元件的不同弧形导体具有不同的圆弧角。因此诸弧形导体可以调整得离径向对称平面近一些，从而不仅保持或提高了磁场在有效区域的空间均匀性，而且实质上提高了梯度磁系统的效率，同时减少了储存在线圈中的能量，从而提高了转接速度。

Description

本发明涉及磁共振成象装置所用的一种线圈系统，该系统包括一产生沿Z轴线延伸的圆柱形稳恒磁场的磁系统和一产生相互地垂直并垂直朝向Z轴线的X梯度场和Y梯度场的磁系统，本发明还涉及装有这种线圈系统的磁共振成象装置。

从美国专利4，486，711可以知道这类线圈系统的情况。该专利叙述的梯度线圈包括若干横过圆柱形表面径向延伸相互地成相等圆弧角的弧形导体，各弧形导体则用轴向弧形导体相互连接起来。这种线圈系统能产生空间均匀性较好的梯度场。但这种线圈系统的效率较低。将弧形导体配置得离稳恒磁场的对称平面较近时可以提高线圈系统的效率，此对称平面通过稳恒场中心径向延伸，但这种解决办法不能令人满意，因为如此一来将失去梯度场在梯度方面的空间均匀性。

本发明的目的是提供一种保持较简单的几何构形、结合高的空间均匀性和较高的系统效率的线圈系统。为达到此目的，根据本发明提出的线圈系统具有这样的特征：梯度线圈系统位于稳恒磁场径向对称平面两侧的两弧形导体的弧度基本上伸展不同的圆弧角。

由于保持了对所有有效的弧形导体基本上等弧长的几何构形，再加上保持被公认为具有一定的吸引力的足够的空间均匀性，因而本发明线圈系统的线圈效率实质上会有所提高。

在本发明的一个最佳实施例中，位于离对称平面最近处的第一弧形导体对伸展一较大的圆弧角，而毗邻的第二弧形导体对则伸展一较小的圆弧角。更具体地说，第一弧形导体对的圆弧角大于120°，其差值 大致等于第二弧形导体对的圆弧角小于120°的差值。在该特殊实施例中，诸角的总差值达例如60°左右。作为这个几何构形的结果，空间场的均匀性仍然足以满足效率更高的线圈系统的要求。

在另一个最佳实施例中，位于离对称平面最近处的弧形导体对，其圆弧角达150°左右，大体上紧靠前一个弧形导体对配置的第二弧形导体对，其圆弧角达60°左右。因此线圈系统具有极其实用的几何构形。

在另一个最佳实施例中，第二弧形导体对的弧形导体作为第三弧形导体对的部分延续，第三弧形导体对位于离对称平面较远处，其弧形导体的电流方向与头两对弧形导体上的电流方向相同，该第三弧形导体对每对最好包括多条弧形导体，且伸展一大约120°的圆弧角，更具体地说伸展等于120°或略小于120°的圆弧角。第四弧形导体对用作上述三个弧形导体对的所有弧形导体的反馈线路，该弧形导体对调整成距对称平面这样一段距离，使它对对称平面附近的测量场没有不良的影响，而且也不致使系统变得过长。

在一个最佳实施例中，第一弧形导体对的弧形导体被安置在离对称平面至多大约0.1R的距离处，其中R为弧形导体的半径。第二对的弧形导体大体上配置成紧靠第一对或在任何情况下与第一对相距一段较小的距离。值得注意的是，第三弧形导体对被安置在与对称平面至多相距1.0R的距离处。

下面参照附图详细说明本发明的一些最佳实施例。附图中：

图1是装有本发明的线圈系统的磁共振成象装置的示意图。

图2是线圈系统一个最佳实施例的示意图。

图1中所示的磁共振成象装置包括产生稳恒均匀磁场所用的磁系统2、产生磁梯度场所用的磁系统4和分别为磁系统2和磁系统4的电源6和8。磁线圈10用以产生射频交变磁场，且连接到射频源12上。为检测在待观察的物体中射频场所产生的磁共振信号，配备了表面线圈13。 线圈13连接到信号放大器14上，供读出之用。信号放大器14接到相敏检波器16上，相敏检波器16则接到中央控制器18上。中央控制器18还控制着射频源12的调制器20、梯度线圈的电源8和显示器所用的监视器22。射频振荡器24控制着调制器20和处理测量信号的相敏检波器16。需要冷却时，配备有带冷却导管27的冷却器26。这类冷却器可制成供冷却电阻线圈所用的水冷却系统，也可制成供冷却超导体线圈所用的液氦杜瓦系统。配置在磁系统2和4中的发射线圈10围绕住测量空间28，在医疗诊断设备的情况下，测量空间28的空间足以容纳病人。这样，在测量空间28中可以产生稳恒磁场、待成象切片的位置选择所用的梯度场和的空间中均匀分布的射频交变场。

梯度磁系统4按通常的方式相对于径向对称平面30对称配置，该平面将测量空间对称划分成两部分，且横切磁系统的Z轴线取向，并通过Z＝0的点。稳恒磁系统所产生的稳恒磁场沿Z轴线取向。磁共振成象装置中的梯度磁系统通常在各坐标方向上有一个线圈系统，该线圈系统受激励时能在各方向上产生梯度场，并使物体的成象按象素的方式进行。在本发明的梯度线圈系统中，X梯度和Y梯度的线圈系统完全相同，且安装在支撑着彼此转动90度的各线圈就位的圆柱形表面上。举例说，图2a是X梯度场的梯度线圈系统的示意图。线圈系统包括四部分，各部分形成整个系统的一个象限各部分被安装成相互地对称于径向对称平面30，同时对称于通过Z＝0，X＝0轴线的轴向对称平面（图中未示出）。各部分包括位于离对称平面30最近处的第一导体弧形体34、第二毗邻的导体弧形体36、位于离对称平面较远处的导体弧形体38和位于离对称平面更远处作为头三个弧形导体所有导体的回路导体的导体弧形体40。本实施例中所示的第一和第二导体弧形体各自只由一个导体组成，第三导体弧形体则由六个导体组成，因而回路导体弧形体40由八个导体组成。虽然这样即可获得极其引人注目的系统，但每个导体弧形体的导 体数可以不同。应该指出的是，在目前这个实例中，通过导体弧形体的所有导体的电流强度都相同，因而可以将导体弧形体制成一连续的导体（如本实例中的那样）。为了激励线圈，将电源8接到导体上。电源可以给四个部分都供电，甚至也可以给对应的Y梯度线圈的部分供电。另一种可供选择的方法，也可以给各部分配备独立的电源，或也可以给诸导体弧形体分开供电。在所示的实施例中，头两个导体安置置成离近对称平面30，即，举例说，在小于0.1R的距离，其中R为线圈圆筒42的半径。第三弧形导体安置在距对称平面至少等于半径R的距离，回路导体弧形体则安置在至少，举例说，为1.2R的距离A，这由稳恒磁系统的几何构形共同确定。不言而喻，为对称起见，其它各部分也应维持相应的距离。按照目前这种构造形式，第一弧形导体14伸展例如150°的弧度角，第二弧形导体伸展60°的弧度角，第三导体则伸展120°左右的圆弧角，只要不超过120°即可。至于回路弧形导体，其弧度角对待产生的磁场来说是不那么重要，但为了防止磁场的不均匀性，最好取120°左右的圆弧角。纵向导体46将各种不同的弧形导体连接起来，也配置在线圈圆筒42的圆柱形表面44大致轴向的位置上，对待使用的梯度场没有影响。在任何情况下，其影响不会遍及磁系统的测量空间28。

在本发明的梯度磁系统中，所有对梯度场有有效贡献的弧形导体都安置成较离近径向对称平面。其结果，实质上提高了线圈的效率，且实质上减少了储存在线圈中的能量，因此可以采用较简单的电源，并使线圈系统的结构不致过于笨重。这样，不仅需用的能量减少了，以致线圈所产生的热减少了且劳伦兹力减小了，而且还加快了转接过程，从整体来说，这对磁共振成象装置的测量过程具有有利的影响。

在对场的均匀性和效率之间采取折衷办法的情况下，在本发明的梯度线圈中，通过修正圆弧角可以适当减小场多项式中较低阶的常数，甚至可以把头一个第五阶常数减少到大体上等于零;而这一点在现有周知 的线圈中是不可能做到的。较高阶的误差只在测量区域之外产生干扰性的影响，这种干扰性影响甚至比现有周知的线圈中的更大，但并没有什么不好，因为测量并不在测量区域之外进行。不言而喻，在本发明的范围内，还可以采用其它的构造形式，例如，可以按不同的关系使不同的圆弧角、与对称平面的距离、每个导体弧形体的导体数和导体半径达到最佳化。构造形式也可以使其适应例如稳恒磁系统所施加影响的范围，适配例如对梯度线圈的适当圆柱形体的长度与直径比等等。各种弧形导体之间大致上轴向延伸的各连接导体对磁场没有影响，开始时也没有干扰性的影响。因此，这些导体的位置可任以选择，例如，使其可以适应所希望采用的线圈的几何构形，它们可以安置在，例如，导体的同一侧。

Claims (6)

1、一种磁共振成象装置所用的线圈系统，包括一个产生沿Z轴线延伸的圆柱形稳恒磁场的磁系统(2)和一个产生相互垂直且与Z轴线垂直的X梯度场和Y梯度场的磁系统(4)，其特征在于，位于稳恒磁场的径向延伸的对称平面两侧的梯度线圈系统的相继成组的弧形导体对的圆弧角分别伸展以下角度：对于导体组的最接近对称平面(30)的第一对(34)，其角度＞120°；对于第二对(36)，其角度＜120°；而对于第三对(38)，其角度≤120°。

2、按照权利要求1所述的线圈系统，其特征在于，所述第一弧形导体对的角度大于120°角的差值大致等于所述第二弧形导体对的角度小于120°角的差值。

3、按照权利要求2所述的线圈系统，其特征在于，第一弧形导体对的角度为150°左右，第二线圈对的角度为90°左右。

4、按照权利要求1所述的线圈系统，其特征在于，第一线圈对伸展的角度约为160°，第二弧形导体对伸展的角度约为60°。

5、按照以上任一权利要求所述的线圈系统，其特征在于，所述第三弧形导体对系统包括多条导电体;且所述线圈系统还有一个第四弧形导体对系统，作为头三个弧形导体对系统的所有弧形导体的回路引线，其伸展的角度大致为120°。

6、如权利要求1所述的线圈系统，其特征在于，该线圈系统可用于磁共振成象装置中作为一个部件。

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