CN101256221B - 一种减小梯度磁场导致的涡流的方法 - Google Patents

一种减小梯度磁场导致的涡流的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种减小梯度磁场导致的涡流的方法，用于磁共振系统中使用抗涡流装置来减小梯度磁场导致的涡流的产生，所述的抗涡流装置由若干金属叠片叠加形成，包括计算磁共振系统主磁场在抗涡流装置内的分布；计算所述主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布；将上述计算得到的两种磁场分布相减得到梯度磁场在抗涡流装置中的分布；以及根据梯度磁场在抗涡流装置中的分布调整抗涡流装置的金属叠片的设置以减小涡流。调整抗涡流装置的金属叠片后应当使梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片的平面。进一步地可以将金属叠片分割为若干区域，或者根据梯度磁场的具体分布情况调整不同区域的金属叠片的叠加方向以达到最佳的减小涡流的效果。

Description

一种减小梯度磁场导致的涡流的方法
技术领域
本发明涉及一种磁共振系统中减小涡流的方法，特别涉及一种用于开放式磁共振系统中的减小梯度磁场导致的涡流的方法。
背景技术
普通的开放式磁共振系统(Open MRI)通常由磁轭(Yoke)、极板(Pole plate)、磁体(Magnet)(永磁体或者超导磁体)、抗涡流装置(Anti-eddy current device)以及匀场环(Rose ring)等部件组成。参阅图1，以普通的开放式永磁磁共振系统为例，磁体20设置在极板10、30之间用来产生主磁场(Main magneticfield)，匀场环40设置在极板30下方用来进行匀场，梯度线圈60设置在磁共振系统中用来产生梯度磁场，抗涡流装置50设置在极板30与梯度线圈60之间用来减小由于梯度磁场导致的涡流。
随着磁共振成像脉冲序列的不断发展，对梯度磁场的梯度强度(Gradient amplitude)以及切换率(Slew rate)提出了越来越高的要求，从而导致更大的涡流。这些涡流不但增加了梯度磁场的爬升时间(Ramping time)，而且还会使主磁场的均匀性(Homogeneity)受到极大的影响，最终将导致磁共振图像质量下降。
美国专利第5283544号，中国专利申请第01245762.0号和94222373.X号分别提出用于磁共振系统中减小涡流的抗涡流装置，通过优化抗涡流装置的结构来缩短涡流的路径来减小涡流。中国专利申请第99118614.1号提出另一种抗涡流装置，其采用非晶材料制成，相对于一般的抗涡流装置采用的硅钢片，这种非晶材料的电阻大且非常薄，能有效地减小涡流。上述两种抗涡流装置也可以结合使用以达到更好的减小涡流的效果。
然而，上述的抗涡流装置只是从装置自身的结构或者材料出发进行改进，而没有考虑到抗涡流装置在具体工作环境中的磁场分布的问题，从而导致这些抗涡流装置在实际使用中无法达到预期的效果或者没有被充分有效地使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种减小梯度磁场导致的涡流的方法，根据磁共振系统中梯度磁场的分布来调整抗涡流装置的金属叠片的设置以达到较好的减小涡流的效果。
为实现上述目的，本发明提出的解决方案是提供一种减小梯度磁场导致的涡流的方法，在磁共振系统中使用抗涡流装置来减小梯度磁场导致的涡流的产生，所述的抗涡流装置由若干金属叠片叠加形成，所述的方法包括下列步骤：计算磁共振系统主磁场在抗涡流装置内的分布；计算所述主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布；将计算得到的主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布减去主磁场在抗涡流装置中的分布，从而得到梯度磁场在抗涡流装置中的分布；以及根据梯度磁场在抗涡流装置中的分布调整抗涡流装置的金属叠片的设置以减小涡流。
调整抗涡流装置的金属叠片的设置的时候应当使梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片的平面，从而可以减小产生的涡流。更进一步地，可以将所述的金属叠片在平行于、或者基本平行于梯度磁场的方向上分割为若干区域。在分割的时候，可以沿相互正交的两个方向将所述的金属叠片分割为若干区域。同时还可以根据梯度磁场的具体分布情况调整不同区域的金属叠片的叠加方向以达到最佳的减小涡流的效果。
附图说明
图1是普通的开放式磁共振系统中设置抗涡流装置的示意图；
图2是本发明一种减小梯度磁场导致的涡流的方法的流程图；
图3是本发明用来减小梯度磁场导致的涡流的抗涡流装置的金属叠片的结构示意图；
图4是本发明用来减小梯度磁场导致的涡流的抗涡流装置的一个具体实施例的结构示意图；
图5是本发明用来减小梯度磁场导致的涡流的抗涡流装置的另一个具体实施例的结构示意图；以及
图6是本发明用来减小梯度磁场导致的涡流的抗涡流装置的另一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1，以普通的开放式永磁磁共振系统为例，磁体20设置在极板10、30之间用来产生主磁场，匀场环40设置在极板30下方用来进行匀场，梯度线圈60设置在磁共振系统中用来产生梯度磁场，抗涡流装置50设置在极板30与梯度线圈60之间用来减小由于梯度磁场导致的涡流。从图中可以看出，梯度磁场的分布比较复杂，在不同的区域有着不同的分布规律。本发明的主要思想是根据梯度磁场的分布来调整抗涡流装置的金属叠片的设置，因此首先要得到磁共振设备中梯度磁场的分布，然后根据抗涡流装置的金属叠片的特性来调整其位置以达到较好的减小涡流的效果。
参阅图2，本发明减小梯度磁场导致的涡流的方法包括以下步骤：
步骤S100：计算主磁场在抗涡流装置内的分布。
在本步骤中，可以采用各种磁场计算方法(如有限元)计算主磁场在抗涡流装置内的分布情况。需要注意的是，在本步骤中，仅考虑主磁场在抗涡流装置内的分布，而并不包括梯度磁场在抗涡流装置内的分布。
步骤S110，计算主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布。
与前一步骤相同，在本步骤中也可以采取各种磁场计算方法计算主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布。本步骤与前一步骤的不同在于，本步骤考虑主磁场和梯度磁场同时存在时在抗涡流装置内的分布。
步骤S120：将在步骤S110中得到的主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布减去在步骤S100中得到的主磁场在抗涡流装置中的分布，从而得到梯度磁场在抗涡流装置中的分布。
步骤S130：根据梯度磁场在抗涡流装置中的分布调整抗涡流装置的金属叠片的设置以减小涡流。
参阅图1以及图3，抗涡流装置50由至少一片，通常是若干片彼此绝缘的金属叠片52叠加固定形成。当所述的金属叠片52被放置于磁场中时，如果变化的磁场沿图3中箭头V所示的方向垂直地穿过金属叠片52，则此时形成的涡流最大；如果变化的磁场沿箭头H1、H2所示的方向平行于金属叠片52的平面地穿过金属叠片52，则此时形成的涡流最小。因此，在通过步骤S120计算得到磁共振系统的梯度磁场的分布后，便可以调整抗涡流装置50的金属叠片52的设置，使得所述的磁共振系统的梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片52的平面地穿过抗涡流装置50。
从图1中可以看出，梯度磁场的分布比较复杂，要取得比较好的减小涡流的效果，应当根据各个不同区域的梯度磁场的分布来调整金属叠片52的设置。
图4示出了本发明方法的一个具体实施例，其中上方是图1中所示的抗涡流装置50的俯视图，下方是A-A方向的剖面图。从图1可以看出，画圈部分的磁场分布的特点是在所述的抗涡流装置50面向所述的梯度线圈60的一侧，磁场的方向大多基本上与所述的抗涡流装置50垂直。根据前述的减小涡流的原理，抗涡流装置50的金属叠片52在其垂直方向上分割为若干区域52a、52b(52b对应图1中画圈的部分)以减小涡流的路径；考虑到52b处的磁场方向，52b处的金属叠片52在其垂直方向上被进一步沿相互正交的两个方向分割以达到减小涡流的效果。
图5示出了本发明方法的另一个具体实施例，其中上方是图1中所示的抗涡流装置50的俯视图，下方是A-A方向的剖面图。在本实施例中，抗涡流装置50的金属叠片52分为若干区域52c、52d，其中，抗涡流装置50的垂直方向上金属叠片52分割为若干区域52c，从而梯度磁场可以平行于、或者基本平行于金属叠片52的上述区域52c的分割平面地穿过抗涡流装置50；其中，与前一实施例的不同之处在于，在本实施例中磁场分布较为集中的区域52d处，金属叠片52的叠加方向与区域52c处的金属叠片52的叠加方向相垂直。这样使得在磁场分布较为集中的区域52d处，磁场能够平行于、或者基本平行于金属叠片52的叠加方向的平面地穿过抗涡流装置50。
图6示出了本发明方法的另一个具体实施例，其中上方是图1中所示的抗涡流装置50的俯视图，下方是A-A方向的剖面图。在本实施例中，抗涡流装置50的金属叠片52分为若干区域52e、52f；其中区域52e的金属叠片52朝向一个中心呈轮辐状分割成若干部分；区域52f的金属叠片52则以所述的中心为圆心呈环形带状分布；进一步地，区域52f的金属叠片52也朝向所述的中心呈轮辐状分割成若干部分。在本实施例中磁场分布较为集中的区域52f处，金属叠片52的叠加方向与区域52e处的金属叠片52的叠加方向相垂直。这样使得在磁场分布较为集中的区域52f处，磁场能够平行于、或者基本平行于金属叠片52的叠加方向的平面地穿过抗涡流装置50。
同理地，可以根据前述的方法计算得到的梯度磁场的分布来具体调整所述的抗涡流装置50的金属叠片52的设置，使得梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片52的叠加平面或者分割平面地穿过所述的抗涡流装置50，避免梯度磁场垂直于金属叠片52的叠加平面或者分割平面穿过所述的抗涡流装置50从而引起较大的涡流。
虽然上文结合附图描述了本发明的示例性实施例，但是应该理解的是，本发明不局限于上述的具体的实施例，本领域普通技术人员根据本发明所做出的其他变化或者适应性修改并不偏离本发明的范围和精神。

Claims (4)

1.一种减小梯度磁场导致的涡流的方法，在磁共振系统中使用抗涡流装置来减小梯度磁场导致的涡流的产生，所述的抗涡流装置由若干金属叠片叠加形成，所述的方法包括下列步骤：
计算磁共振系统主磁场在抗涡流装置内的分布；
计算所述主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布；
将计算得到的主磁场以及梯度磁场在抗涡流装置内的分布减去主磁场在抗涡流装置中的分布，从而得到梯度磁场在抗涡流装置中的分布；以及
根据梯度磁场在抗涡流装置中的分布调整抗涡流装置的金属叠片的设置以减小涡流，其中，调整抗涡流装置的金属叠片的设置使梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片的平面。
2.根据权利要求1的减小梯度磁场导致的涡流的方法，其特征在于：将所述的金属叠片在平行于、或者基本平行于梯度磁场的方向上分割为若干区域。
3.根据权利要求2的减小梯度磁场导致的涡流的方法，其特征在于：沿相互正交的两个方向将所述的金属叠片分割为若干区域。
4.根据权利要求2的减小梯度磁场导致的涡流的方法，其特征在于：调整不同区域的金属叠片的叠加方向，使梯度磁场平行于、或者基本平行于金属叠片的平面。
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