CN101495882A

CN101495882A - 声噪声降低的mri梯度线圈组件

Info

Publication number: CN101495882A
Application number: CNA2007800257606A
Authority: CN
Inventors: A·H·科弗伊茨; G·Z·安杰利斯; N·B·罗赞; G·N·皮仁; C·L·G·哈姆
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-07-29
Also published as: JP2009542298A; US20090209842A1; WO2008007299A3; EP2041594A2; WO2008007299A2

Abstract

本发明涉及一种磁共振成像系统，其包括用于生成静磁场的装置和用于利用第一电流和第二电流生成时变梯度磁场的梯度线圈系统。所述梯度线圈系统位于所述磁场内，所述梯度线圈系统具有多个振动模式。在所述第一和/或第二电流与叠加的所述静磁场和所述梯度磁场相互作用下，生出了洛伦兹力。对所述梯度线圈系统和/或所述第一电流进行调整，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。当上述积分接近零或者优选为零时，所述洛伦兹力将不能激发所述梯度线圈系统的所述振动模式(例如，最低阶弯曲模式)。因而，降低了振动的梯度线圈系统生成的噪声，并由此提高了接受所述磁共振成像系统的检查的患者的舒适度。

Description

声噪声降低的MRI梯度线圈组件

技术领域

本发明总体上涉及一种磁共振成像系统和用于所述磁共振成像系统的梯度线圈系统，并且涉及包括梯度线圈系统的磁共振成像系统，通过对梯度线圈系统进行调整和操作，将使所述梯度线圈系统生成的声噪声降至最低。就其他方面而言，本发明涉及一种降低磁共振成像系统生成的声噪声的方法和一种适于执行根据本发明的方法的步骤的计算机程序产品。

背景技术

磁梯度线圈是核磁共振成像的先决条件(P.Mansfield P.和P.G.Morris，NMR Imaging in Biomedicine，Academic Press，New York，1982)，并且磁梯度线圈还用于包括扩散研究和流动的一定范围的核磁共振应用当中。在核磁共振成像中，与和较高静磁场强度相结合的快速梯度切换相关的声噪声在最好的情况下也会带来刺激性，在最坏的情况下还可能对患者造成伤害。可以采用护耳器对成年人和儿童提供一定程度的保护。但是，对于生殖扫描而言以及在兽医应用当中，声保护存在困难，甚至是不可能的。

人们已经进行了一些尝试来改善声噪声问题。例如，通过将线圈轻轻地安装到橡胶垫上，通过提高总梯度组件的质量以及通过采用声吸收泡沫来消音的吸收技术。还有人提出了依靠在耳机中注入反相位噪声，从而产生局部无效区(null zone)的声噪声消除技术。这些方法与频率和位置相关，而且有可能导致事故，即不仅没有消除噪声，反倒使噪声幅度加倍。

文献US 5,990,680提出了一种用于主动控制由磁梯度线圈设计生成的声噪声的方法。在上述文献中描述了一种适于放置在静磁场中的在声学上受到控制的有源磁化线圈系统。所述线圈包括多个第一电导体和多个至少第二电导体。所述第一和至少第二导体通过至少一块具有预定声传输特性的材料机械耦合，并且所述第一和至少第二导体以预定距离隔开。所述线圈还包括用于向所述第一电导体供应第一交流电的第一电流供应装置和用于向所述至少第二电导体供应至少第二交流电的至少第二电流供应装置。所述第一和至少第二电流的特征在于，它们具有不同的、可变的幅度以及不同的、可变的相对相位，这些特征都是由所述材料的声学特性、其几何形状和预定距离决定的。

US 5,990,680中提出的方法和系统的缺点在于，所述第一电流供应装置和所述至少第二电流供应装置是相当复杂的电子系统，因为它们必须提供所述第一和至少第二电流，因而必须使这二者相对于彼此在幅度和相对相位上受到调整。

因此，需要一种改进的磁共振成像系统，一种改进的梯度线圈系统以及一种用于降低磁共振成像系统生成的声噪声的方法。

发明内容

就一方面而言，本发明涉及一种磁共振成像系统(MRI系统)。所述磁共振成像系统包括用于生成静磁场的装置和用于利用第一电流和第二电流生成时变梯度磁场的梯度线圈系统，其中，所述梯度线圈系统位于所述静磁场内，并且其中，所述梯度线圈系统具有多个振动模式。由于所述第一和/或所述第二电流与叠加的所述静磁场和所述梯度磁场的相互作用，将沿所述梯度线圈系统生成洛伦兹力，其中，调整所述梯度线圈系统和/或所述第一电流，从而使所述洛伦兹力与所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

所述梯度线圈系统又被称为梯度磁体系统和梯度系统，其能够在磁共振系统中执行机械运动。所述机械运动对应于所述梯度线圈系统的振动或振荡，可以将其描述为所述梯度线圈系统的振动模式的叠加。

从连续动力学的观点来看，所述梯度线圈系统是一种连续系统，因此，所述梯度线圈系统包括多个振动模式，其中，每一模式以特定的模式形状和模式频率为表征。在下文中，还将所述模式频率称为振荡频率。例如，所述振动模式取决于所述梯度线圈系统的设计，线圈系统的材料以及所述梯度线圈系统被安装到所述磁共振成像系统上的方式。

所述梯度线圈系统的振动是在所述MRI系统工作时生成的声噪声的主要来源。所述梯度线圈系统的振动沿不同的传播路径传递到MRI系统的表面。表面速度决定着所述机械振动或者振荡到声振荡的传输，并且其由独立的传输路径的振荡的叠加构成。所述表面速度与所述表面的几何形状一起决定着所述设备生成的噪声。如果如文中所述能够避免激发所述振动模式，那么就能够降低，甚至急剧降低所述MRI系统的声输出。

所述振动模式可能是由洛伦兹力激发的，所述洛伦兹力是由于流经所述线圈系统的第一和/或第二电流与叠加的所述静磁场和所述梯度磁场在所述电流的对应位置处的相互作用而生成的。所述磁共振成像系统的尤为有利的一点在于，可以对所述梯度线圈系统和/或所述第一电流进行调整，从而使所述洛伦兹力和所述振动模式的内积的积分具有接近零的值，甚至优选为零，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

所述内积是可以对两个矢量执行的，并且得到标量值的数学运算。所述内积又被称为标量积。可以通过下述方式确定上述洛伦兹力和振动模式的内积的积分：可以将所述洛伦兹力和振动模式描述为处于所述梯度线圈系统的每一点上的矢量。因此，能够在所述梯度线圈系统上所述洛伦兹力和振动模式具有非零值的每一点上确定所述洛伦兹力和所述振动模式的内积。可以在所述梯度线圈系统的所有点上对这些内积进行求和(积分)，从而得到根据本发明的接近零，甚至为零的所述洛伦兹力和所述振动模式的内积的积分值。因此，所述洛伦兹力沿所述梯度线圈系统是均衡的，因而只能轻微地激发振动模式或者根本不会激发振动模式。因而，将不会诱发所述梯度线圈系统的振动，或者降低了所诱发的振动的水平。因此，降低了因所述梯度线圈系统的振动而生成的所述梯度线圈系统的声输出或噪声，并由此提高了受到所述磁共振成像系统的检查的患者的舒适度。优选地，上述振动模式涉及梯度线圈系统的最低阶弯曲模式，因为这一振动模式是主振动模式，因而是主要噪声源。

根据本发明的实施例，所述梯度线圈系统包括内线圈和外线圈，其中，是所述内线圈和外线圈机械耦合，其中，通过所述第一电流操作所述外线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内线圈，其中，调整所述第一电流，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。在文中所述的实施例中，将所述第一电流施加至所述外线圈，所述第二电流流经所述内线圈。

典型的梯度线圈系统包括内线圈和外线圈。将所述内线圈称为初级线圈，有时将所述外线圈称为次级线圈。使所述内线圈处于接近所述MRI系统的检查体积的位置，将所述外线圈放在所述内线圈和所述主磁体之间。通常通过使所述内线圈和外线圈位于环氧树脂内而使所述内线圈和外线圈机械连接。采用所述主磁体在所述检查体积(MRI系统的检查空间)内生成静磁场。所述主磁体通常是存在于低温恒温器内的超导磁体，因为必须将其冷却至低温温度。

所述内梯度线圈还用于在所述检查体积处生成预期的梯度磁场。所述内线圈生成的磁场可能在所述低温恒温器内感生出涡流，其将导致不希望看到的低温恒温器的发热，或者MRI系统的其他导电表面内的发热。所述涡流还可能生成在所述检查体积内导致干扰的杂散磁场。采用外线圈在所述低温恒温器处生成梯度磁场，其将补偿所述内线圈的磁场，从而避免或至少降低感生出的涡流。

在操作梯度线圈系统时，目的在于a)在检查体积内生成预期的时变梯度磁场，b)避免产生涡流。如上所述，采用外线圈生成梯度磁场，从而避免感生出涡流。出于这一原因，相应地调整流经所述外线圈的第一电流，从而满足条件b)。

此外，调整流经所述内线圈的第二电流，从而满足上述条件a)。

其目的还在于c)降低所述梯度线圈系统生成的噪声。根据上述实施例，通过调整所述第一电流实现条件c)，从而使所述梯度线圈系统生成的声噪声降至最低。这往往导致更多地生成涡流，因而条件b)将不再得到最佳地满足。这还可能导致在检查体积内生成并非最佳的梯度磁场。因此，条件a)也不会得到最佳地满足。

但是，测量结果表明，在通过调整所述第一电流从而使声噪声降至最低时，由感生出的涡流导致的低温恒温器的发热还是可以接受的。此外，测量结果还表明，在条件a)没有得到最佳地满足时，也能够在不损失分辨率的情况下执行大多数涉及检查空间内的特定梯度磁场的扫描(所述扫描是指利用变化的梯度磁场的序列对患者进行检查的过程)。

根据本发明的实施例，所述磁共振成像系统还包括第一放大器和第二放大器。使所述第一放大器与所述外线圈电连接，所述第一放大器能够提供第一电流。使所述第二放大器与所述内线圈电连接，所述第二放大器能够提供第二电流。因而，由所述第一和第二放大器提供流经所述外线圈的第一电流和流经所述内线圈的第二电流。

根据本发明的实施例，所述外线圈适于包括多个绕组，所述第一放大器为小功率放大器。通常，采用大功率放大器驱动流经外线圈的第一电流。但是，如果对所述外线圈进行调整，使之包括多个绕组，那么由所述内线圈生成的磁场将在所述外线圈内感生出电压，这是因为所述磁场是时变的(法拉第感应定律)。由于所述感生电压，将生成流经所述外线圈的感生电流。因而，只需要小功率放大器，从而能够调整对应于所述感生电流和所述小功率放大器提供的电流之和的第一电流。

根据本发明的实施例，所述梯度线圈系统包括内线圈、外线圈和力补偿线圈，其中，使所述内线圈、外线圈和力补偿线圈机械连接，其中，通过所述第一电流操作所述力补偿线圈，并且其中，通过所述第二电流操作所述内线圈和外线圈。根据本发明的这一实施例，使额外的线圈，即所谓的力补偿线圈附着至所述梯度线圈系统。所述第一电流流经所述力补偿线圈，并且调整所述第一电流，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个主振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

根据本发明的实施例，将所述力补偿线圈放置在所述内线圈的相对侧上的所述外线圈的附近。因此，将所述力补偿线圈放置在处于所述内线圈的相对侧的所述外线圈的外侧。或者，将所述力补偿线圈放到所述外线圈的内侧或下面，或者放置在所述外线圈的顶部。

根据本发明的实施例，所述磁共振成像系统还包括第一放大器和第二放大器，其中，使所述内线圈和外线圈与所述第二放大器电连接，其中，使所述力补偿线圈与所述第一放大器电连接，其中，所述第一放大器提供所述第一电流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二电流。流经所述力补偿线圈的第一电流相对于所述第二电流较小。因而，可以通过小功率放大器提供所述第一电流，小功率放大器相对于用于提供所述第二电流的大功率放大器而言价格较低。

根据本发明的实施例，所述振动模式对应于所述梯度线圈系统的第一阶弯曲模式。所述第一阶弯曲模式又称为香焦模式，因为在具有最大伸长的点上，所述梯度线圈系统的形状类似于香焦的形状。最低阶弯曲模式是由所述梯度线圈系统的振动生成的噪声的主要来源。因而，如果所述洛伦兹力和所述最低阶弯曲模式的内积在所述梯度线圈系统上的积分具有接近零的值，那么只会激发所述最低阶弯曲模式或者根本不会激发，因而将使噪声得以降低，甚至急剧降低。所述洛伦兹力和除了所述最低阶弯曲模式之外的其他振动模式的内积在所述梯度线圈系统上的积分也能够变为零。如上所述，最低阶弯曲模式内的振动是主要噪声源。因而，通过避免激发所述最低阶弯曲模式，就能够在降低噪声方面取得最大净效应。通过额外避免激发其他振动模式，就能够进一步降低声噪声，但是不是急剧地降低。

根据本发明的实施例，所述内线圈包括内x线圈，所述外线圈包括外x线圈，其中，所述第一电流流经所述外x线圈，其中，所述第二电流流经所述内x线圈，其中，所述第一放大器与所述外x线圈电连接，并且其中，所述第二放大器与所述内x线圈电连接。

根据本发明的实施例，所述内线圈包括内y线圈，所述外线圈包括外y线圈，其中，所述第一电流流经所述外y线圈，其中，所述第二电流流经所述内y线圈，其中，所述第一放大器与所述外y线圈电连接，并且其中，所述第二放大器与所述内y线圈电连接。

根据本发明的实施例，所述内线圈包括内z线圈，所述外线圈包括外z线圈，其中，所述第一电流流经所述外z线圈，其中，所述第二电流流经所述内z线圈，其中，所述第一放大器与所述外z线圈电连接，并且其中，所述第二放大器与所述内z线圈电连接。

因此每一所述内线圈以及所述外线圈包括用于生成分别指向x、y、z方向的梯度磁场的x线圈、y线圈和z线圈。向所有的三个线圈，即所述x线圈、y线圈和z线圈提供所述第一和第二电流，其中，通过调整所述第一电流，使得所述洛伦兹力和所述振动模式的内积的积分具有接近零乃至为零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

当然，施加至所述x、y和z线圈的所述第一电流和第二电流的幅度和频率可以因线圈而不同。

根据本发明的实施例，所述内线圈包括内x线圈，所述外线圈包括外x线圈，其中，所述梯度线圈系统还包括力补偿线圈，其中，所述第二电流流经所述内x线圈和外x线圈，并且其中，所述第一电流流经所述力补偿线圈。

根据本发明的实施例，所述内线圈包括内y线圈，所述外线圈包括外y线圈，其中，所述梯度线圈系统还包括力补偿线圈，其中，所述第二电流流经所述内y线圈和外y线圈，并且其中，所述第一电流流经所述力补偿线圈。

根据本发明的实施例，所述梯度线圈系统包括z线圈和力补偿线圈，其中，使所述z线圈和力补偿线圈机械耦合，其中，通过所述第一电流操作所述力补偿线圈，并且其中，通过所述第二电流操作所述z线圈。

根据本发明的实施例，所述磁共振成像系统还包括第一放大器和第二放大器，其中，使所述z线圈与所述第二放大器电连接，其中，使所述力补偿线圈与所述第一放大器电连接，其中，所述第一放大器提供所述第一电流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二电流。

根据本发明的实施例，所述振动模式对应于所述z线圈的呼吸模式。

根据本发明的实施例，所述第一和第二电流是时变电流。

根据本发明的实施例，调整所述梯度线圈系统的导体的空间分布。在前述实施例中，并没有在很大程度上改变所述梯度线圈系统的设计(只是在所述外线圈内添加了更多的绕组或者添加了力补偿线圈)。对所述第一电流进行调整，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。因此，有可能降低梯度线圈系统的振动。在文中描述的实施例中，调整梯度线圈系统的导体的空间分布。这样做的优点在于，能够对所述梯度线圈系统进行优化，从而满足条件a)在MRI系统的检查体积内生成预期的梯度磁场，b)不产生涡流或者几乎不产生涡流，c)使所述梯度线圈系统生成的噪声降至最低。

根据本发明的实施例，所述磁共振成像系统还包括控制系统，其中，所述控制系统能够调整第一时变电流，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有所述点确定的内积求和确定所述积分。

就第二方面而言，本发明涉及一种用于磁共振成像系统的梯度线圈系统，其中，所述磁共振成像系统包括用于生成静磁场的装置，并且其中，所述磁共振成像系统适于容纳所述梯度线圈系统，其中，所容纳的梯度线圈系统位于所述静磁场内，其中，所述梯度线圈系统具有多个振动模式，其中，所述梯度线圈系统适于生成梯度磁场，其中，通过第一电流和第二电流激励所述梯度磁场，其中，由于所述第一和第二电流与叠加的所述静磁场和梯度磁场的相互作用沿所述梯度线圈系统生成了洛伦兹力，其中，调整所述梯度线圈系统和/或所述第一电流，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

根据本发明的实施例，所述梯度线圈系统包括内线圈和外线圈，其中，使所述内线圈和外线圈机械耦合，其中，通过所述第一电流操作所述外线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内线圈，其中，调整所述第一电流，从而使所述洛伦兹力和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过在所有所述点上进行求和确定所述积分。

根据本发明的实施例，所述梯度线圈系统包括内线圈、外线圈和力补偿线圈，其中，使所述内线圈、外线圈和力补偿线圈机械连接，其中，通过所述第一电流操作所述力补偿线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内线圈和外线圈。

就第三方面而言，本发明涉及一种用于降低磁共振成像系统生成的声噪声的方法，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述磁共振成像系统的检查体积内生成静磁场的装置和用于在所述检查体积内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统，其中，通过流经所述梯度线圈系统的第一电流和第二电流激励所述时变梯度磁场，其中，所述方法包括将第一电流设为时变的第一幅度，将第二电流设置为时变的第二幅度的步骤，其中，通过设置所述第一和第二幅度，在所述检查体积内生成预期的时变梯度磁场。根据本发明的方法还包括使所述第二电流的第一幅度变为时变的第三幅度，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低的步骤，其中，所述机械运动是由所述第一和第二电流与叠加的所述梯度磁场和所述静磁场的相互作用诱发的。

本发明的方法的实现还涉及确定所述梯度线圈系统的所述机械运动。

将本发明的方法的实现方式应用于所述包括内线圈和外线圈的梯度线圈系统，其中，使所述内线圈和外线圈机械耦合，其中，将所述第一电流施加至所述外线圈，并且其中，将所述第二电流施加至所述内线圈。

将本发明的方法的实现方式应用于包括内线圈、外线圈(718)和力补偿线圈(716)的梯度线圈系统，其中，使所述内线圈、所述外线圈和所述力补偿线圈机械连接，其中，将所述第一电流(722)施加至所述力补偿线圈，并且其中，将所述第二电流(728)施加至所述内线圈和外线圈。

将本发明的方法的实现方式应用于包括多个振动模式的梯度线圈系统，其中，所述机械运动对应于振动，可以将所述振动描述为所述多个振动模式中的振动模式的叠加。

具体而言，通过传感器(714)测量机械运动。

例如，所述传感器(714)是加速度计或振动传感器，所述传感器被固定至所述梯度线圈系统。

例如，通过测量所述梯度线圈系统生成的声功率测量所述机械运动。

在实践当中，通过扩音器测量声功率。

例如，将温度传感器安装至所述梯度线圈系统，其中，响应于所述梯度线圈系统的温度变化使所述时变的第一幅度变为所述第三幅度，其中，通过所述温度传感器测量所述温度变化。

就第四方面而言，本发明涉及一种用于降低磁共振成像系统生成的声噪声的计算机程序产品，其中，所述磁共振成像系统包括检查体积、用于在所述检查体积内生成静磁场的装置以及用于在所述检查体积内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统，其中，通过流经所述梯度线圈系统的第一电流和第二电流激励所述时变梯度磁场，其中，所述计算机程序产品包括计算机可执行的指令，并且其中，所述指令适于执行如下步骤：将所述第一电流设为第一幅度，将所述第二电流设为第二幅度，以及将所述第一电流的第一幅度改变为第三幅度，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低，其中，所述机械运动是由所述第一和第二电流与叠加的所述梯度磁场和所述静磁场的相互作用诱发的。

本发明的方法的实现方式涉及在将采用预期的时变梯度磁场操作所述磁共振成像系统的情况下，将所述第一电流从第三幅度改回第一幅度。

本发明的计算机程序的实际实现方式还包括用于确定所述梯度线圈系统的机械运动的指令。

通过参考下文所述的实施例，本发明的上述方面将变得更加显见，并且得到阐释。

附图说明

在下文中，将参考附图仅通过举例的方式更为详细地说明本发明，其中：

图1示出了磁共振成像系统的示意性截面图；

图2示出了梯度线圈系统的实施例的截面图；

图3示出了处于最低阶振动模式的梯度线圈系统的振动运动；

图4示意性地示出了梯度线圈系统的实施例；

图5示意性地示出了梯度线圈系统的另一实施例；

图6示出了用于说明根据本发明的方法执行的基本步骤的流程图；

图7示出了磁共振成像系统的方框图；以及

图8示出了磁共振成像系统的截面图。

附图标记列表

100磁共振成像系统

102主磁体

104梯度线圈系统

106检查体积

108中心轴

110坐标系

112第一电流

114第二电流

116梯度磁场

118静磁场

120静磁场

122梯度磁场

124合成磁场

126电流

128洛伦兹力

200梯度线圈系统

202坐标系

204外线圈

206内线圈

208环氧树脂

210中心轴

400梯度线圈系统

402外线圈

404内线圈

406第一放大器

408第二放大器

500梯度线圈系统

502力补偿线圈

504外线圈

506内线圈

508第一放大器

510第二放大器

700磁共振成像系统

702控制系统

704第一放大器

706第二放大器

708梯度线圈系统

710微处理器

712存储设备

714传感器

716力补偿线圈

718内线圈和外线圈

720计算机程序产品

722第一电流

724第一幅度

726第二电流

728第二幅度

730第三幅度

800MRI系统

802主磁体

804检查体积

806梯度线圈系统

808导体

810中心轴

812高频系统

814患者

816支承设备

818表示波腹所处位置处的振荡方向的箭头

820表示波腹所处位置处的振荡方向的箭头

822位置

824位置

具体实施方式

图1示出了磁共振成像系统100的示意性截面图，图1中定义了坐标系110。根据所述坐标系110，所述截面图指的是所述磁共振成像系统100沿yz平面的截面。磁共振成像系统100包括检查体积106、梯度线圈系统104和主磁体102。检查体积106作为(例如)患者的检查空间。所述检查体积106包括中心轴108。主磁体102和梯度线圈系统104相对于中心轴108圆柱对称。为简单起见，将主磁体102和梯度线圈系统104描绘成了矩形。但是，主磁铁102和梯度线圈系统104的实际形状要复杂得多。

例如，主磁体102是用于在检查体积106内生成静磁场B₀(通过黑体字母表示向量的量)的超导磁体。例如，将磁场B₀(P1)118示为处于点P1上，点P1是处于中心轴108上的点。

采用梯度线圈系统104在检查体积106内生成时变梯度磁场B_g。例如，在图1中将梯度磁场B_g(P1)116绘制为处于点P1上。

梯度线圈系统104具有多个振动模式。因此，可以将梯度线圈系统104的振动描述为梯度线圈系统的振动模式的叠加。

将梯度线圈系统104放置到主磁体102的内部。因此，主磁体102生成的磁场B₀还出现在梯度线圈系统104所在的位置上(尽管在该处的幅度可能小于在检查体积106内的幅度)。当第一和第二电流112和114流经梯度线圈系统104时，所述梯度线圈系统将生成时变梯度磁场B_g。由于所述第一和/或第二电流112、114与叠加的所述静磁场和梯度磁场的相互作用，将沿所述梯度线圈系统生成洛伦兹力。

例如，在图1中的位置2上示出了磁场B₀(P2)120和梯度磁场B_g(P2)122。磁场120和122的向量和在位置2上产生了合成磁场B_r(P2)124。通常，主磁场B₀的幅度比梯度磁场B_g的幅度大得多，因而可以忽略该场的作用。因此，合成磁场B_r将近似等于B₀。可以对应于第一电流112、第二电流114或者第一电流112和第二电流114的(有向)和的电流I126在位置2处沿具有长度Δl(Δl的方向沿x轴)的路径流经所述梯度线圈系统104。

这样，可以通过下式给出沿具有长度Δl的路径作用于梯度线圈系统的洛伦兹力F_L128：

F_L＝I·Δl×B_r，

其中，所述叉号表示矢量B_r(P2)(这里为处于yz平面内的矢量)和Δl(这里其方向沿x轴)的叉乘。因此，通过流经路径元Δl的电流I126与合成磁场B_r(P2)124的叉乘给出了处于位置2上的洛伦兹力F_L(P2)128。

一般而言，可以通过F_L(x，y，z，t)表示作用于所述梯度线圈系统的洛伦兹力，因为其幅度和方向取决于坐标x、y、z和时间t。之后，可以如上所述针对梯度线圈系统的所有(x，y，z)点针对位置1确定洛伦兹力F_L(x，y，z，t)(如果某一点上不存在洛伦兹力，那么该点处F_L＝0)。

此外，可以通过幅度和方向取决于x、y、z的矢量V_n(x，y，z)描述所述梯度线圈系统的多个振动模式中的振动模式n。

针对沿梯度线圈系统的每一位置，通过＜V_n(x，y，z)，F_L(x，y，z，t)＞给出了洛伦兹力和振动模式n之间的内积(标量积)。可以通过下式确定积分：

\underset{g . c . s .}{&Integral;} < V (x, y, z) F_{L} (x, y, z, t) >,

其中，所述积分是在梯度线圈系统(g.c.s.)的所有点上算得的。

所述洛伦兹力取决于合成磁场B_r和对应于所述第一和第二电流的电流I(取决于在所述梯度线圈系统上考虑所述电流I的位置)。因此，上文给出的积分取决于所述第一电流。因此，可以通过改变流经所述梯度线圈系统104的第一电流112的幅度而对所述第一电流加以调整，从而使上文给出的洛伦兹力和振动模式的内积的积分朝向零最小化，甚至变为零。如果所述积分的值接近零或者在理想的情况下为零，那么由于所述第一和/或第二电流与磁场之间的相互作用生成的洛伦兹力将沿所述梯度线圈系统接近平衡，甚至完全平衡。因此，它们不能或者几乎不能激发所述多个模式中使上述积分为零的振动模式。因此，降低甚至抑制了所述梯度线圈系统的振动。因而，降低乃至抑制了由所述振动梯度线圈系统104生成的声噪声。

图2示意性地示出了梯度线圈系统200的截面图。图2中定义了坐标系202。根据坐标系202，通过处于yz平面内的截面对所述梯度线圈系统进行了图示。将所述梯度线圈放置到MRI系统的中心轴210的周围，所述中心轴210对应于所述检查体积的中心轴。所述梯度线圈系统包括外线圈204和内线圈206。将所述内线圈206和外线圈204放到环氧树脂208内，从而使所述内线圈和所述外线圈机械连接。其中，通过矩形示出了所述环氧树脂208、内线圈206和外线圈204。这实际是一种过于简化的画法。当然，实际的形状要复杂得多。

图3针对所述梯度线圈系统以最低阶振动模式振动的情况示出了梯度线圈系统200的振动运动。图3示出了图2中引入的环氧树脂208。出于简化起见，在图3中将不再示出图2所示的内线圈和外线圈。图3中的实线表示当梯度线圈系统200静止或者达到其最小伸长的情况下环氧树脂208的形状。短划线表示当梯度线圈200的运动向左侧达到其最大伸长时环氧树脂的形状，点划线表示当达到向右的最大伸长时环氧树脂208的形状。因此，可以看出，最低阶模式对应于具有处于环氧树脂208的每一端上的节点和处于环氧树脂208的中心上的波腹(antinode)的模式。

作用于所述梯度线圈系统的洛伦兹力可能能够激发所述最低阶振动模式。如果(例如)所述洛伦兹力按照沿y轴的方向作用于系统200，其中，所述洛伦兹力的方向以大约对应于所述振动模式的频率的频率从+y到-y交变变化，反之亦然，并且所述洛伦兹力和所述振动模式之间的相位关系是适当的，那么所述洛伦兹力将能够激发所述振动模式。于是，所述梯度线圈系统将产生大的振动，并生成大的噪声。

相反，如果所述洛伦兹力和所述振动模式之间的相位关系不适于激发所述振动模式，那么将不会产生或者几乎不会产生噪声，因为系统200不会发生振动。洛伦兹力和所述振动模式相互之间的相位关系不适于激发所述振动模式的情况只是洛伦兹力和所述振动模式的内积沿所述梯度线圈系统的积分对应于接近零的值时的例子。

另一个例子是洛伦兹力的方向沿z轴时的情况。方向沿z轴的洛伦兹力不能激发所述模式，即使它们的幅度很大。因而，上述在所述梯度线圈系统上取得的洛伦兹力和振动模式的内积的积分对应于接近零或甚至为零的值。

采用两个如何使上述积分变为零的例子来演示如果所述积分变为零或者接近零，那么所述洛伦兹力将不能激发所述振动模式，即使作用于所述梯度线圈系统的各洛伦兹力具有大的幅度亦如此。

图4示意性地示出了梯度线圈系统400的实施例。梯度线圈系统包括外线圈402和内线圈404。外线圈402电连接至第一放大器406，内线圈电连接至第二放大器408。此外，所述内线圈404和外线圈402还通过(例如)图4中未示出的环氧树脂相互机械连接。所述第一放大器406向所述外线圈提供第一电流。所述第二放大器408向所述内线圈404提供第二电流。如前所述，在磁共振成像系统中采用所述梯度线圈系统生成梯度磁场。通常通过内线圈404提供将在所述磁共振成像系统的检查体积内生成的梯度磁场。往往采用外线圈402生成抵消所述内线圈在主磁体的低温恒温器(图4中未示出所述低温恒温器)处生成的磁场的磁场。于是，能够向内线圈404提供第二电流，从而在磁体的检查体积内生成预期的梯度磁场。之后将所述第一放大器406提供的第一电流设置成这样的幅度，该幅度不会导致对内线圈404在所述低温恒温器处生成的杂散磁场的最佳抵消，但是却能补偿作用于所述梯度线圈系统的洛伦兹力，从而不会激发所述梯度线圈系统的振动。

图5示出了梯度线圈系统500的另一实施例。梯度线圈系统500包括力补偿线圈502、外线圈504和内线圈506。将所述力补偿线圈502电连接至第一放大器508。使所述内线圈506和所述外线圈504相互电连接。此外，将所述内线圈和所述外线圈504和506电连接至第二放大器510。所述第一放大器508向所述第一补偿线圈502提供第一电流。所述第二放大器510提供通过所述内线圈和所述外线圈的第二电流。所需的第一电流相对于所述第二电流较小。因而，可以采用价格相对低廉的小功率放大器作为第一放大器508。

图6示出了说明用于降低磁共振成像系统所生成的声噪声的方法所执行的基本步骤的流程图，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述磁共振成像系统的检查体积内生成静磁场的装置以及用于在所述检查体积内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统，其中，通过流经所述梯度线圈系统的第一电流和第二电流激励所述时变梯度磁场。在根据本发明的方法的步骤600中，将第一电流设为具有第一幅度，将所述第二电流设为具有第二幅度，其中，通过设置所述第一和第二幅度在所述检查体积内生成预期的时变梯度磁场。在步骤602中，确定所述梯度线圈系统的机械运动。在步骤604中，使所述第一电流的第一幅度变为第三幅度，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低，其中，所述机械运动是由所述电流与叠加的所述梯度磁场和所述静磁场的相互作用诱发的。

图7示出了磁共振成像系统700的方框图。磁共振成像系统包括控制系统702、第一放大器704、第二放大器706和梯度线圈系统708。控制系统702包括微处理器710和存储设备712。梯度线圈系统708包括传感器714、力补偿线圈716以及内线圈和外线圈718。使所述内线圈和外线圈718与所述力补偿线圈716相互机械连接，因为如前所述它们均嵌在(例如)环氧树脂内。将传感器714安装至梯度线圈系统708。所述传感器714可以是加速度计，因此可以采用其确定梯度线圈系统708在因振动而来回跳动时的加速度。

将所述控制系统702连接至所述第一放大器704和第二放大器706。此外，将所述第一放大器704电连接至所述力补偿线圈716，将所述第二放大器706电连接至所述内线圈和外线圈718。所述控制系统702能够控制所述第一和第二放大器704和706。所述微处理器710执行计算机程序产品720，所述计算机程序产品720永久地存储在存储设备712上，并且在(例如)控制系统702启动时被加载到微处理器710内。所述计算机程序产品720包括计算机可执行指令，通过所述指令控制所述第一放大器704，从而使其向所述力补偿线圈716提供具有第一幅度724的第一电流722。此外，通过所述计算机程序产品720控制所述第二放大器706，从而使其向所述内线圈和外线圈718提供具有第二幅度728的第二电流726。选择所述第一和第二电流的时变幅度，从而在所述磁体的检查体积内生成预期的时变梯度磁场，并且使MRI系统的导电表面上的，例如，所述磁共振成像系统的低温恒温器内的涡流的生成降至最低。所述计算机程序产品720还能够对传感器714进行读取。因而，其能够确定所述梯度线圈系统708的机械运动的测量结果。之后，使所述第一电流的时变的第一幅度变为第三时变幅度730，从而使梯度线圈系统的机械运动降至最低。

通常将诸如MRI系统700的MRI系统用于针对患者实施的各种检查。在每次检查当中，需要在检查体积内生成预定的时变梯度磁场，从而能够生成患者的(例如)3D图像。将所述检查称为扫描。如上所述，扫描所需的时变梯度磁场是已知的。因此，能够针对每次扫描确定所述第一和第二电流722和726的第一、第二和第三幅度724、728和730(其可能是时间的函数)。例如，可以将所述电流的设置存储到存储设备712上，之后在对应的扫描过程中应用所述幅度730和728。在扫描需要检查体积内的最佳的可能梯度磁场的情况下(在必须满足如上所述的条件a的情况下)，还可以采用所述第一幅度724。如果预先确定了所述第一和第二电流722和726的设置，并将其存储在所述存储设备上，那么将不再需要传感器714。因而，能够采用前反馈控制降低所述MRI系统生成的声噪声。

在另一实施例中，所述传感器可以是安装到(例如)MRI系统的检查体积的扩音器。于是，所述控制系统调整所述第一电流的幅度，从而使所述扩音器检测到的声功率处于最低水平。

在另一实施例中，可以将所述温度传感器安装到所述梯度线圈系统上。采用所述温度传感器测量所述梯度线圈系统的温度。所述梯度线圈系统的温度变化将引起模式形状的变化以及振动模式的振荡频率的变化。于是，所述控制系统702在检测到温度变化之后，使所述电流的第一幅度变为第三幅度，从而使所述MRI系统700生成的声噪声降至最低。

通常将所述第一电流722描述为多个电流的叠加。还可以将这些电流称为子电流。所述多个电流中的每一子电流具有特定频率和特定(时变)幅度。

如上所述，所述最低阶弯曲模式是所述梯度线圈系统的主振动模式和主要噪声来源。最低阶弯曲模式具有特定振荡频率。只有频率接近最低阶弯曲模式的特定振荡频率的子电流才能够更加有效地激发所述最低阶弯曲模式。围绕所述特定振荡频率的最低阶弯曲模式的谐振具有某一谱线宽度。例如，通过所谓的半峰全宽(FWHM)测量所述谱线宽度。例如，可以利用上述FWHM设置一个范围，以定义子电流的频率f_sc是否接近所述特定振荡频率f₀。例如，可以通过两倍的FWHM给出所述范围。因而，如果满足下述标准那么所述频率f_sc就会接近f₀

|f₀-f_sc|≤2·FWHM。

在本发明的实施例中，控制系统702只调整具有接近所述最低阶弯曲模式的振荡频率的特定频率，例如，具有落在上述范围内的特定频率的子电流的瞬时幅度，从而使噪声降至最低。通过调整构成所述第一电流的其他子电流的幅度生成预期的时变梯度磁场。因而，为了将在低温恒温器处感生出的涡流所导致的对成像性能的负面影响降至最低，只调整能够有效地激发最低阶弯曲模式的子电流的幅度，从而使所述梯度线圈系统生成的噪声降至最低。调整其余的子电流的时变幅度，从而在检查体积内生成预期磁场。

图8示出了磁共振系统800的截面图。MRI系统800包括用于在MRI系统的检查体积804内生成静磁场的主磁体802。MRI系统800还包括用于在检查体积804内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统806。梯度线圈系统806包括多个绕组，并且，作为例子，通过黑点表示导体808的截面。此外，梯度线圈系统806和主磁体802相对于中心轴810圆柱对称。MRI系统802还包括高频系统812，其向检查对象，例如，患者814内发射射频信号以触发磁共振信号，并且高频系统812拾取所生成的磁共振信号。MRI系统800还具有患者814所处的支承设备816，通过所述设备能够将患者推到检查空间804内，或者从该空间内拉出。

梯度线圈系统806能够执行主要处于主模式内的机械振动，所述主模式对应于所述第一阶弯曲模式。箭头818和820示出了最低阶弯曲模式具有波腹的位置上的机械振动的方向，而在位置822和824上，所述最低阶模式具有节点(node)。所述机械振动是所述梯度线圈系统806生成的噪声的主要来源。根据本发明的MRI系统800尤为有利，因为梯度线圈系统806的声输出因调整了流经所述梯度线圈系统的电流和/或所述梯度线圈系统的设计而极大地降低。躺在检查空间内的患者814的舒适度得到了极大提高，因为其在检查过程中所面对的噪声干扰降低了。

在权利要求中，结合了附图标记，以促进对权利要求的理解。但是，不应将权利要求中的任何附图标记解释为对权利要求的范围的限制。

Claims

1、一种磁共振成像系统，包括：

-用于生成静磁场(118，120)的装置(102)，以及

-用于采用第一电流(112)和第二电流(114)生成时变梯度磁场(116，122)的梯度线圈系统(104)，所述梯度线圈系统位于所述静磁场内，所述梯度线圈系统具有多个振动模式，

其中，由于所述第一和/或所述第二电流(112，114)与叠加的所述静磁场和所述梯度磁场的相互作用，将沿所述梯度线圈系统生成洛伦兹力(128)，其中，调整所述梯度线圈系统和/或所述第一电流，从而使所述洛伦兹力(128)与所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

2、根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述梯度线圈系统包括内线圈(206，404)和外线圈(204，402)，其中，所述内线圈和外线圈机械耦合，其中，通过所述第一电流操作所述外线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内线圈，其中，调整所述第一电流使得所述洛伦兹力(128)和所述振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

3、根据权利要求2所述的磁共振成像系统，还包括：

第一放大器(406)和第二放大器(408)，所述第一放大器与所述外线圈(402)电连接，所述第一放大器提供所述第一电流，所述第二放大器与所述内线圈(404)电连接，所述第二放大器提供所述第二电流。

4、根据权利要求2或3所述的磁共振成像系统，其中，所述外线圈包括多个绕组，并且其中，所述第一放大器为小功率放大器。

5、根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述梯度线圈系统(500)包括内线圈(506)、外线圈(504)和力补偿线圈(502)，其中，使所述内线圈、外线圈和力补偿线圈机械连接，其中，通过所述第一电流操作所述力补偿线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内线圈和外线圈。

6、根据权利要求5所述的磁共振成像系统，其中，所述力补偿线圈(502)位于所述内线圈(502)的相对侧上的所述外线圈(504)附近。

7、根据权利要求5或6所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括第一放大器(508)和第二放大器(510)，其中，所述内线圈和所述外线圈与所述第二放大器电连接，其中，所述力补偿线圈与所述第一放大器电连接，其中，所述第一放大器提供所述第一电流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二电流。

8、根据前述权利要求中的任何一项所述的磁共振成像系统，其中，所述振动模式对应于所述梯度线圈系统的第一阶弯曲模式。

9、根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述梯度线圈系统包括内z线圈、外z线圈和力补偿线圈，其中，使所述内z线圈、外z线和力补偿线圈机械耦合，其中，通过所述第一电流操作所述力补偿线圈，其中，通过所述第二电流操作所述内z线圈和外z线圈。

10、根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括第一放大器和第二放大器，其中，使所述内z线圈和外z线圈与所述第二放大器电连接，其中，使所述力补偿线圈与所述第一放大器电连接，其中，所述第一放大器提供所述第一电流，并且其中，所述第二放大器提供所述第二电流。

11、根据权利要求9或10所述的磁共振成像系统，其中，所述振动模式对应于所述梯度线圈系统的呼吸模式，其中，所述呼吸模式是在利用所述z线圈生成梯度磁场时的主振动模式。

12、根据前述权利要求中的任何一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一和所述第二电流(112，114)是时变电流。

13、根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，调整所述梯度线圈系统的导体的空间分布。

14、根据前述权利要求中的任何一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一电流是可调整的，从而使沿所述梯度线圈系统分布的所述洛伦兹力和每一振动模式的内积在沿所述梯度线圈系统的每一几何点上大体上为零。

15、根据权利要求1所述的磁共振成像系统(700)，还包括：

控制系统(702)，

其中，所述控制系统能够调整时变的所述第一电流(722)，从而使所述洛伦兹力(128)与所述振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

16、一种用于磁共振成像系统的梯度线圈系统(104)，其中，所述磁共振成像系统包括用于生成静磁场的装置(102)，并且其中，所述磁共振成像系统(100)适于容纳所述梯度线圈系统，从而使所容纳的梯度线圈系统位于所述静磁场内，其中，所述梯度线圈系统具有多个振动模式，其中，所述梯度线圈系统适于在所述磁共振成像系统中生成梯度磁场，其中，通过第一电流(112)和第二电流(114)激励所述梯度磁场，其中，由于所述第一和第二电流与叠加的所述静磁场和所述梯度磁场的相互作用沿所述梯度线圈系统生成洛伦兹力，其中，调整所述梯度线圈系统和/或所述第一电流，从而使所述洛伦兹力(128)和所述多个振动模式中的一个振动模式的内积的积分具有接近零的值，其中，针对所述梯度线圈系统的所有点确定所述内积，并且其中，通过对针对所有点确定的内积求和确定所述积分。

17、一种用于降低磁共振成像系统(100，700)生成的声噪声的方法，所述磁共振成像系统包括用于在所述磁共振成像系统的检查体积(106)内生成静磁场(102)的装置和用于在所述检查体积内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统(104，708)，其中，通过流经所述梯度线圈系统的第一电流(112，722)和第二电流(114，726)激励所述时变梯度磁场，所述方法包括：

-将所述第一电流设为时变的第一幅度(724)，将所述第二电流设为时变的第二幅度(728)，其中，所述第一和第二幅度随时间变化，从而在所述检查体积内生成预期的时变梯度磁场；

-使所述第一电流的第一幅度变为时变的第三幅度(730)，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低，其中，所述机械运动是由所述第一和第二电流与叠加的所述梯度磁场和所述静磁场的相互作用诱发的。

18、根据权利要求17所述的方法，其中所述梯度线圈系统包括具有特定振荡频率的主振动模式，其中，所述第一电流是多个电流的叠加，其中，所述多个电流中的每一电流具有特定频率和特定的时变幅度，其中，调整具有接近所述特定振荡频率的特定频率的每一电流的特定时变幅度，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低，并且其中，调整所述多个电流中其余电流的时变幅度，从而在所述检查体积内生成预期的时变梯度磁场。

19、一种用于降低磁共振成像系统生成的声噪声的计算机程序产品，所述系统包括用于在所述磁共振成像系统(700)的检查体积内生成静磁场的装置和用于在所述检查体积内生成时变梯度磁场的梯度线圈系统(708)，其中，通过流经所述梯度线圈系统的第一电流和第二电流激励所述时变梯度磁场，所述计算机程序产品包括计算机可执行的指令，所述指令适于执行下述步骤：

-将所述第一电流(722)设为第一幅度(724)，将所述第二电流(718)设为第二幅度(728)，其中，通过设置所述第一和第二幅度，在所述检查体积内生成预期的时变梯度磁场，

-使所述第一电流的第一幅度(724)变为第三幅度(730)，从而使所述梯度线圈系统的机械运动降至最低，其中，所述机械运动是由所述第一和第二电流与叠加的所述梯度磁场和所述静磁场的相互作用诱发的。