CN103487772A - 用于核磁共振断层成像设备的线圈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于核磁共振断层成像设备(10)的线圈装置，该线圈装置具有多个用于发送和/或接收高频信号的线圈(34)，该线圈(34)布置在断层成像磁铁(12)与所述断层成像磁铁(12)的孔(14)的衬里之间的容纳空间(22)中并且能借助冷却设备(28，32)冷却，其中，在所述线圈装置的工作状态下以低温冷却剂填充所述容纳空间(22)。

Description

用于核磁共振断层成像设备的线圈装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于核磁共振断层成像设备的线圈装置。
背景技术
核磁共振断层成像在很多医院的影像诊断中是一种重要的方法。核磁共振断层成像系统一般至少由背景场磁铁、梯度系统和用于发送和接收高频核磁共振信号的高频线圈组成。
在全身核磁共振断层成像系统中，高频线圈大多情况下是必须部分地集成在患者卧榻中、部分地安设在病人身体上并且围绕病人身体安设或作为一种围绕头部的头盔设置的局部磁场线圈。该局部磁场线圈的装上和取下费时费力，并且其在核磁共振断层成像系统本来较狭窄的孔中的出现增强了很大病人的幽闭恐怖感并且造成其不安。
该技术问题可以通过无线电频率线圈作为所谓的远程身体阵列(RBA)固定地并且不可见地安设在核磁共振断层成像系统的孔的内壁中避免。这种用于全身系统的远程身体阵列记载在国际公开文本WO2010/097375A3中。
不可避免地，在线圈与用于远程身体阵列的病人身体之间的距离大于在局部磁场线圈中的情况。由此，待测量的信号的强度在线圈的位置处减小。由病人身体接收的噪声按比例减小。但高频线圈的本底噪声不变化，在信噪比中占优势。
在远程身体阵列中不用其他措施，信噪比明显低于在局部磁场线圈中的情况。由此，要么成像的质量在其它保持相同的系统中不太好，要么需要更长时间获得完整的拍摄。
已知的是，为了改善在远程身体阵列中的信噪比，冷却高频线圈。高频信号的本底噪声与其电阻和温度成比例。若线圈冷却到小于100K的低温学(kryostatische)的温度，则仅仅由此减小噪声。在由通常导电的金属，例如铜构成的线圈中，电阻还随着温度减小，因此已经这样可以以简单的方式实现好的信噪比。在超导的、被冷却到其临界温度TC以下的高频线圈中，电阻且因此本底噪声可忽略地很小，因此信噪比还只由病人身体和线圈的周围环境确定。
用于核磁共振断层成像的超导的线圈系统例如从美国专利文献US7，772，842B2中已知。在此使用高温超导的高频线圈阵列，以便能够实现单独的身体部分，例如胸、膝或手的成像。低温构件在此位于真空腔中，并且通过导热的设备与致冷机接触。为此例如可以使用蓝宝石板(Saphirplatten)或热管。
但在用于远程身体阵列的情况下，由于线圈装置必要大的伸展，对这种冷却方案产生一些问题。尤其不会一直保证，通过这种导热设备将热量从线圈可靠地散发至致冷机。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种按权利要求1前序部分所述的线圈装置，它在空间需求很小时能够可靠地冷却线圈装置的多个线圈。
该技术问题通过一种用于核磁共振断层成像设备的线圈装置解决。
这种用于核磁共振断层成像设备的线圈装置包括多个用于发送和/或接收高频信号的线圈，该线圈布置在断层成像磁铁与断层成像磁铁的孔的衬里之间的容纳空间中并且能借助冷却设备冷却。换句话说这种线圈装置是远程身体阵列。
按本发明，在此规定，在线圈装置的工作状态中，容纳空间填充有低温冷却剂。因此，与从现有技术已知的冷却线圈装置对比，在此冷却不通过借助热管或类似的导热设备使线圈热耦合在致冷机上来实现，而通过将线圈完全浸没在低温冷却剂中实现。这允许特别可靠地给线圈散热，因此可以毫无困难地实现期望的信噪比。同时，不必考虑需要结构空间的构件，如热管，因此可以特别紧凑地构造线圈装置，这对于在断层成像磁铁的孔中的有限结构空间而言是特别重要的。
在本发明的另一种结构方案中规定，线圈由高温超导体，尤其是钇钡铜氧化物组成。如已经在开头所阐述，通过这种超导体在其跃变温度下的冷却可以在实践中完全消除线圈的本底噪声，因此获得特别好的信噪比。
此外适宜的是，线圈的至少一个配有设置在容纳空间中的前置放大器。该前置放大器可以这样从通过由低温冷却剂进行的冷却中得到好处，使得也减小放大器噪声。通过前置放大器在分别对应的线圈中于空间上靠近的布置同时将未放大的信号的信号路径减至最小，因此可以减小另外的噪声源。
线圈传统上可以用电缆连接并且与核磁共振断层成像设备的发送-接收设备其他的构件连接，但特别适宜的是，线圈分别与对应配设的、布置在容纳空间外部的发送和/或接收设备感应式地耦合。由此省掉穿过容纳空间的壁的电缆绝缘套管的开销，该绝缘套管必须耗费地相对低温冷却剂密封。
建议用液态的氮、氦或氖作低温冷却剂，其中，相应的冷却剂适宜地根据分别适宜的超导体的跃变温度或根据期望的减小本底噪声的程度选择。
在本发明的另一种结构方案中，容纳空间由真空套包围，以便减少向冷却剂中的热量输入并且将蒸发损失减至最小。
为了进一步改善低温冷却剂朝外部的绝缘可以在真空套中设置绝缘介质，例如珠光体粉和/或空心玻璃球或类似物。它们增大了穿过真空套的热阻并因此减少热量输入。
作为补充或备选，可以设置附加的超绝缘体，尤其是铝涂层的聚酯薄膜以便使真空套绝缘，借助该铝涂层的聚酯薄膜真空套在内部薄膜涂层，以便特别良好地限制热量进入冷却剂中。
在此适宜的是，超绝缘体以预先给定的模式中断，以便不干扰高频信号的传播。
在本发明的另一种结构方案中，容纳空间借助塑料密封装置和/或金属法兰封闭。这允许以后接近线圈，应当是更换或维修工作必需的。
冷却设备优选包括用于将蒸发的冷却剂再冷凝的致冷机，以便在不造成冷却剂连续损失的情况下驱动线圈装置。
备选也可行的是，释放向周围环境排出的冷却剂并且设置存储容器，可以不断地从该存储容器中再引出冷却剂。
在本发明的另一种优选的实施形式中，容纳空间在轴向上在断层成像磁铁的整个孔上延伸，以便这样实现全身的容纳。备选地，容纳空间也可以在轴向上仅在孔的部分区域上延伸，以便这样例如提供专适于容纳单个身体部分的装置。
在一种特别优选的实施形式中，容纳空间具有环形的横截面。这尤其在考虑可能设计的真空套的构造时是特别有利的，因为这种环形的几何形状是特别抗压的。
但作为其备选，容纳空间也可以具有D形的横截面，其中，D平坦的一侧理想地平行于患者卧榻延伸，并且直接设置在患者卧榻的下方，以使在此将需要的线圈在空间上布置得离病人的身体特别近，这又改善了信噪比。
线圈装置还可以具有至少一个未冷却的、设置在核磁共振断层成像设备的患者卧榻下方的线圈，以便能够例如在容纳空间环形的几何形状中将在此需要的线圈特别近地设置在病人上。
附图说明
下列根据附图进一步阐述本发明和其实施形式。附图中：
图1是剖分带有按本发明的线圈装置的一个实施例的核磁共振断层成像设备的示意剖视图；
图2是剖分不带致冷机的、带有按本发明的线圈装置的备选实施例的核磁共振断层成像设备的示意剖视图；
图3是图1或图2所示的核磁共振断层成像设备的横截面图。
具体实施方式
整体用10标记的核磁共振断层成像设备包括背景场磁铁12，该背景场磁铁12设计成空心圆柱体并且在其孔14中设有患者卧榻16。用于核磁共振断层成像设备10的梯度线圈的容纳空间20与背景场磁铁12的内周面18相邻接。
为激励核共振并且接收共振信号所需的用于高频信号的发送和接收线圈设置在另一个空心圆柱形的、被真空套24包围的容纳空间22中。
在该图中未详细示出的用于线圈的容纳空间22通过冷却剂管道26与致冷机28连接。在核磁共振断层成像设备10工作时，容纳空间22填充有低温冷却剂，例如液态的氮、液态的氦或液态的氖，其中，蒸发的冷却剂通过致冷机28再冷凝，并且再输送给容纳空间22。
布置在容纳空间22中的高频线圈可以由正常导电的材料，例如铜组成，但作为备选也可以由超导材料制成。尤其在此出现用薄膜技术制造的钇钡铜氧化物线圈。
通过对高频线圈的低温冷却，在拍摄核磁共振断层图像时明显改善信噪比，以便可以进一步取消直接安设在病人上的线圈，这明显扩大了在NMR孔14中觉察到存在的空间，因此可以避免病人的幽闭恐惧。
在此可行的是，将现有的高频线圈仅部分地设置在容纳空间22中。例如可以仅冷却接收线圈，而发送线圈和高频屏蔽件保持是热的。在热的高频线圈中也可以实施接收和发送线圈的冷却或接收线圈、发送线圈和高频屏蔽件的完全冷却。
为了在容纳空间22中接触线圈，电线可以导引穿过容纳空间22的壁。为了避免出现密封问题，该线圈也可以与例如径向直接设置在容纳空间22的内部或外部的热的输入、输出耦合线圈感应式地耦合。可能需要的前置电放大器可以总是设置在容纳空间22中并且一起冷却，以便保持用于未放大的信号的信号路径尽可能短并且将放大器噪声减至最小。
为了密封容纳空间22，以便低温冷却剂不会溢出到周围环境中，在所示的实施例中设置可封闭的法兰30，维修时可以经由该法兰30接近线圈。若法兰30由金属构成，则重视到成像体积的、足够的距离，以便不会损坏所成的图像。也可以使用例如由聚四氟乙烯（PTEE）或等构成的、完整的塑料密封装置。作为其备选，该线圈也可以永久封闭在容纳空间22中，通过容纳空间由相应的粘合连接封闭。
在图1中所示，通过借助需要相对耗费的压力和/或温度调节的致冷机28进行的再冷凝提供低温冷却剂，作为其备选，也可以如图2所示地设计存储容器32，通过该存储容器32冷却剂可以再流入容纳空间22中以便代替蒸发的冷却剂体积。
容纳空间22和真空套24可以要么在背景场磁铁12的孔的整个轴向长度上延伸并且也只伸展成使得它为线圈阵列轴向的长度所需。因此，例如为病人在头部区域保留很大的径向空间，如在图1和图2中所示。在内径之间的过渡部分也可以在此设计成圆锥形的。
备选地，仅真空容器可以在孔的整个轴向的长度上延伸，如在图2中所示，而容纳空间22仅在病人的身体区域上延伸。这在衰减梯度系统中产生的噪声时是有帮助的，但在此给病人提供比在容纳空间22完全在孔14上延伸的情况下更多的径向空间。在此，径向过渡部分也可以设计成圆锥形的。
为了在背部区域更好的成像，在一般的核磁共振断层成像设备10中，除了自由移动的局部线圈外附加使用的线圈直接地存在于患者卧榻的下方。
为了在低温线圈系统中实现它，整个线圈装置可以容纳在与附图所示的实施例对比具有D形的横截面的低温恒温器中，该D形的横截面以平坦侧直接布置在患者卧榻16的下方。但为此必须使真空套24采用更大的壁厚，因为这种几何形状比所示的圆形对压力明显更敏感。
如图3所示，除了装在容纳空间中的线圈34，多个线圈36可以不用低温冷却地直接集成到患者卧榻16中，以便它们特别近地设置在病人38上。然后，低温冷却的线圈34不一定必须设置在容纳空间22的下侧40，但这另外同样是可能的。
为了确保使容纳空间22特别好地热绝缘，真空腔24可以包含附加的绝缘介质（例如珠光体粉、空心玻璃球）或一层或多层超绝缘体（例如在聚酯薄膜上的薄铝层）。因为在后一种情况下，会通过在铝中的涡电流损害成像，所以超绝缘体也可以设计成中断的，通过结构设计划分成小的岛或通过压皱有意地在很多部位处中断。根据所需的高频性能可以选择不同的变型或前述元件的组合。
为了减少空间需求，断层成像设备10不同的部件可以彼此集成为一整体。因此，例如可以在组装低温恒温器，也即在组合容纳空间22和真空套24之前，整个线圈34的整个装置可以直接安设在冷却剂容器22的内壁上。高频屏蔽件在真空腔24中可以布置在容纳空间22的外壁上。此外，真空腔24的外壁与梯度系统20的内管集成为一体，以便进一步节省空间。
因此总之，获得节省空间并且有效地将核磁共振断层成像设备10的远程身体阵列的线圈冷却到低温的温度并因此实现很好的信噪比的可能性。

Claims (17)

1.一种用于核磁共振断层成像设备(10)的线圈装置，该线圈装置具有多个用于发送和/或接收高频信号的线圈(34)，该线圈(34)布置在断层成像磁铁(12)与所述断层成像磁铁(12)的孔(14)的衬里之间的容纳空间(22)中并且能借助冷却设备(28，32)冷却，其特征在于，在所述线圈装置的工作状态下以低温冷却剂填充所述容纳空间(22)。
2.按权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈(34)由高温超导体，尤其是钇钡铜氧化物组成。
3.按权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，为至少一个所述线圈(34)配设有布置在所述容纳空间(22)中的前置放大器。
4.按权利要求1至3之一所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈(34)与分别对应配设的、布置在所述容纳空间(22)外部的发送和/或接收设备感应式地耦合。
5.按权利要求1至4之一所述的线圈装置，其特征在于，所述低温冷却剂是液态的氮、氦或氖。
6.按权利要求1至5之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)由真空套(24)包围。
7.按权利要求6所述的线圈装置，其特征在于，在所述真空套(24)中设有绝缘介质，尤其是珠光体粉和/或空心玻璃球。
8.按权利要求6或7所述的线圈装置，其特征在于，所述真空套(24)内涂有超绝缘体，尤其是铝涂层的聚酯薄膜。
9.按权利要求8所述的线圈装置，其特征在于，所述超绝缘体以预先给定的模式中中断。
10.按权利要求1至9之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)借助塑料密封装置和/或金属法兰(30)封闭。
11.按权利要求1至10之一所述的线圈装置，其特征在于，所述冷却设备(28)包括用于使蒸发的冷却剂再冷凝的致冷机(28)。
12.按权利要求1至11之一所述的线圈装置，其特征在于，所述冷却设备(32)包括用于冷却剂的存储容器(32)。
13.按权利要求1至12之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)在轴向上在所述断层成像磁铁(12)的整个孔(14)上延伸。
14.按权利要求1至12之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)在轴向上在所述断层成像磁铁(12)的孔(14)的部分区域上延伸。
15.按权利要求1至14之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)具有环形的横截面。
16.按权利要求1至14之一所述的线圈装置，其特征在于，所述容纳空间(22)具有D形的横截面。
17.按权利要求1至16之一所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈装置具有至少一个未冷却的、布置在所述核磁共振断层成像设备(10)的患者卧榻(16)下方的线圈(36)。
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