CN101896833B - 具有冷凝系统并监测氦压的磁共振系统 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振检查系统包括具有超导线圈以产生主磁场的主磁体以及施加叠加在主磁场上的梯度磁场的梯度系统。冷却系统将所述超导线圈冷却到低于它们的临界超导温度。传递监测器评估从所述梯度系统到所述冷却系统的能量传递。所述传递监测器被配置成测量所述冷却系统中的压力变化。这实现了一种简单方式来评估从梯度线圈到冷却系统的能量传递。

Description

具有冷凝系统并监测氦压的磁共振系统
技术领域
本发明涉及一种具有超导线圈以产生主磁场的磁共振检查系统。该磁共振检查系统还包括梯度系统，以施加叠加在主磁场上的梯度磁场。
背景技术
从美国专利申请US2003/0206015可以了解到这种磁共振检查系统。
已知的磁共振检查系统具有控制单元，控制单元自动确定系统特有的声学和机械共振。共振振荡是由梯度线圈的脉冲操作引起的。具体而言，周期性重复的梯度脉冲(即，脉冲梯度磁场)导致磁共振检查系统的强迫机械振荡。这些梯度脉冲在围绕梯度线圈的结构中导致涡流，由于与主磁场的交互而施加(洛伦兹)力以使这些结构移动。机械耦合的所有结构由于这些力的原因会移动或振动。在施加周期性重复的梯度脉冲时，如果在机械耦合结构的固有共振频率处发生激励，可能发生系统的强迫机械振荡并发生共振放大。在激励主磁体的超导线圈以振荡时，然后发生氦的增强蒸发，其中氦用来将超导线圈冷却到其超导临界温度以下。机械或声学共振的激励取决于切换梯度脉冲的成像序列。基于这些依赖性，成像序列可能会受限，从而不再发生机械共振的激励。在已知的磁共振检查系统中，通过根据梯度脉冲的时间间隔形成共振曲线获得这种依赖性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁共振检查系统，其中更简单且更精确地确定表示从梯度线圈到磁共振检查系统中的能量传递的传递函数。
这个目的是在磁共振检查系统中实现的，该磁共振检查系统包括：
-主磁体，其具有超导线圈以产生主磁场；
-梯度系统，其用于施加叠加于所述主磁场上的梯度磁场；
-冷却系统，其用于将所述超导线圈冷却到低于它们的临界超导温度；
-传递监测器，其用于评估从所述梯度系统到所述冷却系统的能量传递，
-所述传递监测器被配置成测量所述冷却系统中的压力变化。
该梯度系统包括一个或多个梯度线圈，在电流通过梯度线圈绕组时，梯度线圈产生梯度磁场。要指出的是，梯度场的切换导致涡流，通过涡流将能量从梯度线圈传递到冷却系统中，尤其是传递到冷却系统中诸如液氦的冷却介质中。冷却系统中的压力变化表示从梯度系统到冷却系统的能量传递。要指出的是，在冷却系统包括低温恒温器和氦容器时，从压力变化可以精确导出从梯度线圈到氦(He)容器中的能量传递。此外，容易测量压力变化。
可以采用精确确定的传递函数来控制采集序列的设置，包括切换梯度脉冲，以避免与从梯度系统非常高效传递能量相关联的设置。于是，可以调整采集序列以便使能量传递较少。因此，在采用经调整的采集序列时，减少了氦从He容器的动态蒸发，此外声噪声水平更低。
传递函数的精确性还包括，根据本发明，传递函数表示梯度线圈和冷却系统之间的大部分甚至全部能量传递机制。因此，与仅考虑机械能量传递机制相比，该能量传递更精确地表示了能量传递和继发的He蒸发。
将参考从属权利要求书中定义的实施例更详细描述本发明的这些和其他方面。
根据本发明的另一方面，为了校准能量传递函数，在预设的有效时段期间施加梯度强度逐渐增大的测试用梯度磁场，在相继的有效时段之间的时段中交替关闭梯度磁场。然后，分别在测试用梯度场开和关期间测量冷却系统，尤其是He容器中的压力。从梯度开关时测量的压力之间的差异计算传递函数。从梯度开关时测量的压力之间的差异，消除了由于梯度开关共有的其他原因导致的压力漂移，且压力漂移不会破坏计算的传递函数。
优选地，测试用梯度场包含很宽范围的激励频率，从而针对大部分涉及的相关频率获得传递函数的精确结果。典型地，采用从100Hz到6kHz的宽范围频率。对于大约20ms的有效时段获得了良好的结果，有效时段也是以大约20ms的间隔重复的。差分测量避免了需要等待很长时间，让具有He容器的冷却系统在激励期间到达稳态。典型地，冷却系统的响应时间最长达20分钟。在若干有效时段内进行实际测量时间要少得多。对于每个分立的频率(范围)和个体(x，y，或z)梯度，测量传递函数仅花费几分钟。于是，可以在几个小时之内获得整个频率范围和全部三个梯度方向的传递函数。于是，在磁共振检查系统不需要工作时，可以在一个晚上进行传递函数的完整重新校准。
根据本发明的另一方面，传递监测器从(i)计算出的传递函数和(ii)包括特定梯度脉冲串，即一系列脉冲梯度磁场的选定的采集序列来计算预期的He消耗。将针对选定采集序列计算的预期He消耗提供给操作员，例如在磁共振检查系统的用户界面中包括的显示器上显示。于是，在考虑特定采集序列或在激活采集序列之前对其进行调整时，操作员可以考虑到预期的He消耗。
附图说明
将参考下文中描述的实施例和附图阐述本发明的这些和其他方面，在附图中
图1示意性示出了使用本发明的磁共振成像系统；
图2示出了其中并入了本发明的磁共振检查系统的另一示意性表示；
图3示出了传递特性的试验结果。
具体实施方式
图1示意性示出了使用本发明的磁共振成像系统。磁共振成像系统包括一组主磁体线圈10，由此产生稳定、均匀的磁场。例如，构造主磁体线圈，使得它们围绕隧道形的检查空间。主磁体线圈是超导的。通过被冷却到其沸点以下的液氦将超导主磁体线圈的绕组冷却到临界温度以下。主磁体线圈被包围在填充了液He的He容器中。提供低温恒温器42来冷却和液化氦。将待检查的患者置于患者载体14上，将患者载体滑入这个隧道形检查空间30中。磁共振成像系统还包括若干梯度线圈11、12，由此产生呈现出空间变化，尤其是各方向上的临时梯度形式的空间变化的磁场，从而叠加在均匀磁场上。梯度线圈11、12连接到梯度控制21，梯度控制21包括一个或多个梯度放大器和可控电源单元。通过借助电源单元21施加电流为梯度线圈11、12加电；为此目的，电源单元备有电子梯度放大电路，所述电子梯度放大电路向梯度线圈施加电流以产生适当时域形状的梯度脉冲(也称为“梯度波形”)。通过控制电源单元来控制梯度的强度、方向和持续时间。磁共振成像系统还包括发射和接收线圈13、16，分别用于产生RF激励脉冲和拾取磁共振信号。优选将发射线圈13构造成身体线圈13，由此能够围绕待检查对象(的一部分)。通常在磁共振成像系统中布置身体线圈，使得在将待检查患者布置于磁共振成像系统中时，由身体线圈13围绕该患者。身体线圈13充当发射天线，用于发射RF激励脉冲和RF重聚焦脉冲。优选地，身体线圈13涉及所发射RF脉冲(RFS)在空间上均匀的强度分布。通常将同一线圈或天线交替用作发射线圈和接收线圈。此外，通常将发射和接收线圈的形状设计成线圈，但发射和接收线圈充当RF电磁信号的发射和接收天线的其他几何结构也是可行的。发射和接收线圈13连接到电子发射和接收电路15，其具有发射和接收机工作模式。
要指出的是，或者能够使用分立的接收和/或发射线圈16。例如，可以将表面线圈16用作接收和/或发射线圈。这种表面线圈在相对小的体积内具有高灵敏度。诸如表面线圈的接收线圈连接到电子发射和接收电路15。电子发射和接收电路连接到前置放大器23。将接收到的RF共振信号馈送给前置放大器23，然后施加到解调器24，并借助解调器24对接收的磁共振信号(MS)解调。前置放大器23放大由接收线圈16接收的RF共振信号(MS)并将放大的RF共振信号施加于解调器24。解调器24对放大的RF共振信号解调。将解调的磁共振信号(DMS)施加于重建单元。解调的共振信号包含有关待成像对象的一部分中的局部自旋密度的实际信息。
此外，发射和接收电路15连接到调制器22。调制器22同发射和接收电路15激活发射线圈13、16以便发射RF激励和重聚焦脉冲。将表面线圈16接收的磁共振信号数据发射到发射和接收电路15，将控制信号(例如，用于调谐和去调表面线圈)发送到表面线圈。
重建单元25从解调的磁共振信号(DMS)导出一个或多个图像信号，该图像信号代表待检查对象的被成像部分的图像信息。在实践中优选将重建单元25构造为数字图像处理单元25，对其进行编程控制以从解调的磁共振信号导出图像信号，图像信号表示待成像对象的该部分的图像信息。将重建单元25的输出上的信号施加到监测器26，使得监测器能够显示磁共振图像。或者，有可能将来自重建单元25的信号存储在缓冲单元27中同时等待进一步的处理。
磁共振成像系统还装备有控制单元20，例如，形式为包括(微)处理器的计算机。控制单元20控制RF激励的执行和临时梯度场的施加。为此目的，例如，将根据本发明的计算机程序加载到控制单元20和重建单元25中。
根据本发明，磁共振检查系统还包括传递监测器50。传递监测器包括压力监测器，压力监测器测量低温恒温器42中或围绕主磁体线圈10的He容器之内的压力。填充有液氦的He容器和低温恒温器形成冷却系统，冷却系统将主磁体线圈10冷却到它们的超导电路温度以下。尤其是压力监测器51具有压力传感器511和电子模块，压力传感器511测量低温恒温器42和/或He容器中的压力，电子模块处理来自压力传感器的压力信号。此外，压力监测器配备有压力控制器53。当在磁共振检查系统的校准模式下工作时，压力控制器驱动梯度控制21以产生测试用梯度磁场。将这些测试用梯度磁场打开各大约20ms的有效时段且间隔地关闭20ms期间，在关闭的20ms期间不施加测试用梯度磁场。提供压力比较器52电路以差分方式测量压力。为此目的，将压力监测器51的输出压力信号施加到压力比较器52。在有和没有测试用梯度磁场的情况下计算He容器和/或低温恒温器中压力之间的差异。根据测试用梯度磁场的差分测量和波形，计算从梯度系统到冷却系统的能量传递。例如，可以通过并入到传递监测器中的运算单元55或通过磁共振检查系统的(主)处理器20导出表示从梯度系统到冷却系统的能量传递的传递特性。
在磁共振检查系统工作以对待检查患者成像时，由于沉积能量导致的蒸发，会发生He消耗。基于传递特性和实际施加的梯度波形，可以计算He的消耗并提供给操作员。为此目的，传递监测器配备有He消耗显示单元54，He消耗显示单元54计算对于选定梯度波形的预期He消耗。在实践中，将He消耗显示单元实施为磁共振检查系统的用户界面中观察口的另一窗口。于是，对于操作员选择并包括预定梯度波形的MR采集序列，为操作员提供了对丢失的He量的简单了解。
图2示出了其中并入了本发明的磁共振检查系统的另一示意性表示。图2示出了磁共振检查系统的截面示意性侧视图。沿着大致圆柱对称的磁共振检查系统的纵轴得到所述截面。主磁体线圈10被置于He容器43中。由低温恒温器42将He容器中的He保持在液态，从而将主磁体线圈冷却在超导温度。在图2的实施例中，压力传感器511位于He容器之内并测量随所施加测试用梯度磁场而变的He容器内压力。
图3示出了传递特性的试验结果。曲线分别示出了随x、y和z梯度线圈的波形频率而变的能量传递。要指出的是，在大约1kHz附近能量(热)传递有显著减少。于是，通过将重复时间(TR)调节到具有传递最小值附近的波形频率(例如1kHz附近)，从而调整MR采集序列，可以减少热传递而不会影响磁共振检查系统的性能。

Claims (3)

1.一种磁共振检查系统，包括：
-主磁体，其具有超导线圈以产生主磁场；
-梯度系统，其施加叠加于所述主磁场上的梯度磁场；
-冷却系统，其用于将所述超导线圈冷却到低于它们的临界超导温度；
-传递监测器，其用于评估从所述梯度系统到所述冷却系统的能量传递，
-所述传递监测器被配置成测量所述冷却系统中的压力变化，并且从所述梯度磁场的开关时测量的压力之间的差异计算所述能量传递。
2.根据权利要求1所述的磁共振检查系统，其中，所述传递监测器被布置成
-控制所述梯度系统以产生具有逐渐增大的梯度强度的测试用梯度磁场；以及
-通过将施加所述测试用梯度磁场期间所述冷却系统中的压力与不施加梯度磁场时的压力进行比较来评估所述能量传递。
3.根据权利要求1所述的磁共振检查系统，其中，所述传递监测器被布置成
-在选择梯度脉冲串时，
-根据取决于所述梯度脉冲串的所述能量传递计算预期的氦消耗。
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