CN103901371A - 用于磁共振成像mri系统的致冷器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于磁共振成像MRI系统的致冷器和方法。所述致冷器包括其中具有真空的真空壳体。致冷剂容器设置在所述壳体内，所述容器具有内置其中的冷却剂。隔热罩设置在所述真空壳体与所述致冷剂容器之间。涡流补偿组件设置在所述壳体内。所述涡流补偿组件包括多个导电环，所述导电环形成于所述真空壳体、所述致冷剂容器以及所述隔热罩中的一个上，并且构建用于减少所述MRI系统中由振动引起的涡流。

Description

用于磁共振成像MRI系统的致冷器和方法

相关申请案的交叉引用

本申请案是2012年11月30日提交的第13／690,312号美国非临时申请案的部分继续申请案并且要求2012年11月30日提交的第13／690,312号美国非临时申请案的在先申请优先权，该非临时申请案要求2011年12月20提交的第61／577,805号美国临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的揭示内容以引用的方式并入本说明书中。

技术领域

本发明的实施例大体涉及一种磁共振成像(MRI)系统，且确切地说，涉及一种用于对由MRI系统中的机械振动引起的磁场畸变进行补偿的系统和设备。

背景技术

磁共振成像(MRI)是在不需要使用x射线或其他电离辐射的情况下可以生成人体内部的图像的一种医学成像方法。MRI使用强的磁体以形成强的、均匀、静态的磁场(即，“主磁场”)。当人体或人体的一部分置于主磁场中并且经受均匀的磁场(极化场B₀)时，与组织水中的氢原子核相关联的核自旋被极化。这表示与这些自旋相关的磁矩优选地沿着主磁场方向对齐，从而引起沿着该轴(按照惯例为“z轴”)的较小网络(net)组织的磁化。当人体组织等物质为组织中自旋的单个磁矩时，所述磁矩尝试与此种极化场对齐，但是围绕所述极化场按照任意顺序以其特有的拉莫尔频率旋进。

MRI系统还包括称为梯度线圈的部件，当电流施加到所述梯度线圈上时，所述梯度线圈生成振幅较小、在空间上变化的磁场。典型地，梯度线圈经设计以生成磁场分量，所述磁场分量沿着z轴对齐并且在沿着x、y或z轴中的一个的位置处所述磁场分量的振幅线性变化。梯度线圈的作用是沿着单个轴使磁场强度以及伴随地核自旋的共振频率产生较小斜坡(ramp)。具有正交轴的三个梯度线圈用于通过在身体中的每个位置处生成特征共振频率而对MR信号进行“空间编码”。

射频(RF)线圈用于在氢原子核的共振频率处或在氢原子核的共振频率附近生成RF能量的脉冲。RF线圈用于以受控方式将能量添加到核自旋系统中。如果物质或组织经受磁场(激励场B₁)，所述磁场处于x-y平面中并且接近拉莫尔频率，那么最终对齐的矩或“纵向磁化”M_Z可以旋转或“倾斜”入x-y平面中以生成最终横向的磁矩M_t。由于核自旋随后弛豫回其静止能量状态(即，在激励信号B₁终止之后)，因此核自旋会以RF信号的形式释放出能量。此种信号由MRI系统检测出并且使用计算机和已知的重建算法变换成图像。

在使用这些信号生成图像时，采用磁场梯度(G_x、G_y和G_z)。典型地，待成像的区域经过一系列测量周期的扫描，其中这些梯度根据所用的特定定位方法变化。将所得的一组接收到的NMR信号数字化并且对其进行处理以使用多种熟知的重建技术中的一个来重建图像。

在MRI扫描期间，MRI系统经历由各种外源和内源引起的机械振动。例如，可以引起振动的原因是：MRI系统的强磁场环境和多个元件，例如，冷头(coldhead)电机或梯度线圈(例如，由于梯度线圈的脉冲)；以及外源，例如，由附近电梯或地铁引起的楼面振动。此类源的机械振动可以引起MRI系统内部的其他元件的机械振动，例如，致冷器(cryostat)隔热罩，并且会在致冷器(例如，真空容器、隔热罩、氦容器)中的导电材料中引起涡流。此类振动使得在MRI系统的金属结构上引起涡流。所述涡流引起叠加在由MR系统产生的原始均匀磁场上的磁场，这样会对磁场均匀性产生不利影响、在图像上产生伪影(artifact)并且降低图像质量。主磁场越强，则引起的涡流会越大，因此磁场畸变越严重。

已尝试通过以下方法来减少MR系统中的涡流形成：使用软件补偿模型、提供振动隔离垫板或者将磁体结构的悬置系统和部件设计成具有较大刚度以抵抗振动。然而，此类方法不可能充分减少引起的涡流。此类方法还会增加MR系统的成本和复杂性，并且增加图像重建过程的计算复杂性。

需要提供一种系统和设备，其用以被动地(例如，自动地)消除或减少由机械振动引起的涡流所造成的磁场畸变。

发明内容

根据本发明的一个方面，MR成像设备包括用于磁共振成像(MRI)系统的致冷器。所述致冷器包括其中具有真空的真空壳体。致冷剂容器设置在所述壳体内，所述容器在其中具有冷却剂。隔热罩设置在真空壳体与致冷剂容器之间。涡流补偿组件设置在所述壳体内。所述涡流补偿组件包括多个导电环，所述导电环形成于真空壳体、致冷剂容器以及隔热罩中的一个上并且构建用于减少MRI系统中由振动引起的涡流。

根据本发明的另一方面，提出一种制造磁共振成像(MRI)设备的方法。所述方法包括：提供真空容器；提供氦容器；以及提供位于真空容器与氦容器之间的隔热罩。所述方法还包括：在真空容器、氦容器以及隔热罩中的一个的表面上形成涡流补偿组件，以减少MRI设备中由振动引起的涡流，其中所述涡流补偿组件包括多个导电闭环(closed loop)。此外，所述方法包括组装真空容器、氦容器以及隔热罩以形成用于容纳超导磁体的致冷器。

根据本发明的又另一方面，磁共振成像(MRI)设备包括磁性组件，所述磁性组件包括具有穿过其中的孔的超导磁体。MRI设备还包括：多个梯度线圈，所述梯度线圈定位成围绕超导磁体的孔以施加极化磁场；RF收发器系统；以及RF开关，所述RF开关由脉冲模块进行控制以将RF信号传输到RF线圈组件，从而获得MR图像。磁性组件包括：围绕超导磁体的氦容器；围绕所述氦容器的隔热罩；围绕所述隔热罩的真空容器；以及涡流补偿组件，所述涡流补偿组件具有耦合到真空容器、氦容器和隔热罩中的一个上的导电环矩阵。

通过阅读以下具体实施方式和附图，各种其他特征和优势将变得更为显而易见。

附图说明

附图说明了目前计划用于实施本发明的实施例。

在附图中：

图1是用于与本发明的一个实施例一起使用的示例性MR成像系统的示意性框图。

图2是根据本发明的一个实施例的可用于图1中的MR成像系统的磁体组件的示意性截面侧视图。

图3是根据本发明的一个实施例的致冷器的一部分的示意性截面框图。

图4是根据本发明的一个实施例的说明了一组x方向的涡流补偿环的致冷剂容器的分解图。

图5是根据本发明的一个实施例的说明了一组y方向的涡流补偿环的致冷剂容器的分解图。

图6是根据本发明的一个实施例的说明了一组z方向的涡流补偿环的致冷剂容器的分解图。

图7是根据本发明的一个实施例的具有形成于其中的涡流补偿组件的隔热罩的透视图。

图8是隔热罩的末端凸缘的截面图。

图9是根据本发明的一个实施例的示例性开放架构磁体组件的简化截面侧视图。

图10是根据本发明的一个实施例的示出涡流补偿组件的示例性位置的、开放架构磁体组件致冷器的示意性截面框图。

具体实施方式

参考图1，示出了并入本发明的一个实施例中的磁共振成像(MRI)系统10的主要部件。对于某些功能，从操作员控制台12对所述系统的操作进行控制，在此实例中，所述操作员控制台包括键盘或其他输入装置13、控制面板14和显示屏16。控制台12通过链路18与单独的计算机系统20通信，所述单独的计算机系统使操作员能够在显示屏16上对图像的产生和显示进行控制。计算机系统20包括通过背板20a彼此通信的多个模块。这些模块包括图像处理器模块22、CPU模块24和存储器模块26，所述存储器模块在所属领域中被称为用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。计算机系统20通过高速串行链路34与单独的系统控件32通信。输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球、触摸激活屏、光棒、声音控件、读卡器、按钮或任何类似或等效的输入装置，并且该输入装置13可以用于相互作用的几何学指示。

系统控件32包括通过背板32a连接在一起的一组模块。这些模块包括CPU模块36和脉冲发生器模块38，所述脉冲发生器模块通过串行链路40连接到操作员控制台12上。系统控件32通过链路40从操作员接收指令，以指示出待执行的扫描顺序。脉冲发生器模块38运行系统部件以执行所需的扫描顺序并且生成数据，所述数据指示出所生成的RF脉冲的定时、强度和形状以及数据采集窗口的定时和长度。脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42上以指示出在扫描期间生成的梯度脉冲的定时和形状。脉冲发生器模块38也可以从生理采集控制器44接收患者数据，所述生理采集控制器44从连接到患者的多个不同传感器接收信号，例如，附接到患者的电极产生的ECG信号。最终，脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46上，所述扫描室接口电路从与患者和磁体系统的状态相关联的多个传感器接收信号。患者定位系统48通过扫描室接口电路46接收指令以将患者移动到所需位置从而进行扫描。

由脉冲发生器模块38生成的梯度波形被施加到具有G_x、G_y和G_z放大器的梯度放大器系统42上。每个梯度放大器激励(excite)梯度线圈组件(通常指定为50)中的对应物理梯度线圈，以生成用于对所需信号进行空间编码的磁场梯度。梯度线圈组件50形成共振组件52的一部分，所述共振组件包括极化磁体54和全身RF线圈56。系统控件32中的收发器模块58生成脉冲，所述脉冲通过RF放大器60进行放大并且通过传输／接收开关62耦合到RF线圈56上。由患者体内的受激核发射的所得信号可以用相同RF线圈56进行感应并且通过传输／接收开关(即T／R开关)62耦合到前置放大器64上。放大的MR信号在收发器58的接收器部分中进行解调、过滤以及数字化。传输／接收开关62由脉冲发生器模块38产生的信号进行控制，以在传输模式期间将RF放大器60电连接到线圈56上并且在接收模块期间将前置放大器64连接到线圈56上。传输／接收开关62还可以使单独的RF线圈(例如，表面线圈)能够用于传输模式或接收模式中。

由RF线圈56获得的MR信号通过收发器模块58进行数字化并且传递到系统控件32中的存储器模块66中。当在存储器模块66中获取原始k空间数据的阵列时，扫描就完成了。此原始k空间数据重新布置成用于待重建的每个图像的单独k空间数据阵列，并且这些单独k空间数据阵列中的每一个被输入到阵列处理器68中，所述阵列处理器运行以将数据傅里叶变换成图像数据的阵列。此种图像数据通过串行链路34传送到计算机系统20，在计算机系统20处图像数据存储在存储器中。响应于从操作员控制台12接收到的指令或者以其他方式通过系统软件引导的指令，此种图像数据可以以长期存储的方式进行存档或者此种图像数据可以进一步由图像处理器22进行处理并且传送到操作员控制台12且呈现在显示器16上。

参考图2，根据本发明的一个实施例说明了磁体组件100的示意性截面侧视图。磁体组件100可以用于共振组件中，例如，图1所示的MRI系统10的共振组件52。磁体组件100为圆柱形的并且围绕圆柱形患者体积(volume)102。中心轴104以平行于主磁场B0的方向对齐，所述主磁场由磁体组件100的主要超导线圈106生成。主要超导线圈106包括若干径向对齐且纵向间隔开的超导线圈，每个超导线圈能够传送大电流。如上文所提及，主要超导线圈106经设计以在患者体积102内产生主磁场B₀。主要超导线圈106位于主要线圈架108上，所述主要线圈架为圆柱形的并且为主要超导线圈106提供支撑以及提供线圈间的力。外部的一组超导反磁线圈或屏蔽线圈110用于(例如)对杂散磁场进行控制。反磁线圈110位于反磁线圈架112上，所述反磁线圈架为圆柱形的并且为反磁线圈110提供支撑以及提供线圈间的力。

主要超导线圈106和反磁线圈110围在致冷器114中以提供致冷剂环境，所述致冷剂环境经设计以将超导线圈的温度保持在合适的临界温度以下，使得超导线圈处于具有零电阻的超导状态。致冷器114包括其中具有真空的壳体116、致冷剂容器118和隔热罩120。主要超导线圈106和反磁线圈110围在氦容器118中，所述氦容器经设计以为超导线圈提供运行环境(例如，用于包含和冷却)。一组超导有源匀场线圈122也可以设置在致冷剂容器118内，并且用于提供制造公差补偿。匀场线圈122位于圆柱形的线圈架124上。致冷剂容器118设置在壳体或真空容器116内，所述壳体或真空容器经配置以保持真空环境并且用于控制热负载。致冷剂容器118填充有液体冷却剂，例如，氦。因此，在本说明书中，术语致冷剂容器118和氦容器118可以互换使用。然而，所属领域的技术人员应认识到，除了氦之外，致冷剂容器118可以填充有液体冷却剂。

隔热罩120设置在真空容器116与氦容器118之间。隔热罩120用于冷却和控制冷气团(coldmass)热负载。悬构件(suspensionmember)126位于氦容器118与真空容器116之间，从而为冷气团和隔热罩120提供机械支撑。无源垫片128可以位于真空容器116的内部圆柱形表面130(或暖孔(warm bore))上，以提供制造公差补偿。主引线132用于将电流输入提供到主要超导线圈106，而匀场引线(shim lead)134用于将电流输入提供到有源匀场线圈122。仪表设备136用于监测磁体参数。为了清晰起见，图2中省略多个其他元件，例如，盖板、端帽、支撑件、托架等。

冷头138(包括，例如，再冷凝器)用于处理致冷器热负载，其中优选地氦蒸发掉(boil-off)。在磁体组件100的运行期间，冷头138产生机械振动(例如，来自电机)，所述机械振动在隔热罩120以及具有导电材料的致冷器的其他元件中引起的涡流。此外，冷头138的机械振动可以引起隔热罩120的机械振动。当隔热罩120在z轴方向、x轴方向和／或y轴方向上交替(或振动)时，可以引起涡流。涡流也可以由于MR系统场地环境或其他支撑结构(磁体组件100耦合到所述支撑结构上)产生的机械振动以及由梯度线圈组件(例如，图1中的组件50)和磁体组件100的其他部件引起的振动所产生的机械振动而引起。引起的涡流会引起磁场畸变和主磁场B₀的均匀性下降。磁场畸变可能会引起图像失真并且会影响图像质量。为了减少、消除或补偿磁场畸变，如下文更详细的描述，将涡流补偿组件140(图3)并入致冷器114中。

图3是根据本发明的一个实施例的致冷器114的一部分的示意性截面框图。如参考图2所阐述，致冷器114为致冷器114内部的超导线圈(例如，106、110)提供低温环境，所述致冷器包括真空容器116、氦容器118和隔热罩120。真空容器116包括通过一对末端凸缘146、148耦合在一起的外部圆柱体142和内部圆柱体144。同样地，氦容器118包括通过一对末端凸缘154、156耦合在一起的外部圆柱体150和内部圆柱体152。位于真空容器116与氦容器118之间的隔热罩120包括通过一对末端凸缘162、164耦合在一起的外部圆柱体158和内部圆柱体160。多个超导线圈容纳在氦容器154中，包括，例如，图2中的主要超导线圈106、反磁线圈110和有源匀场线圈122(未示出)。主要超导线圈106设置在主要线圈架108上，而反磁线圈110设置在反磁线圈架112上。匀场线圈架(未示出)也可以用于支撑有源垫片(未示出)，例如，图2中的有源匀场线圈122。所属领域的技术人员应认识到，为了清晰起见，图3中省略了多个其他元件，例如，盖板、支撑件、悬构件、托架、冷头、电流引线等。

涡流补偿组件140经构建，使得在成像过程期间，在涡流补偿组件140内被动地引起补偿电流，所述成像过程大体上减少或消除由于磁体组件100内的机械振动所引起的涡流。由于引起涡流的振动的振幅和减幅(damping)在致冷器114上变化，因此所引起的涡流在某些区域为正，而在其他区域为负。此外，所引起的涡流的量值根据位置而变化。因此，涡流补偿组件140策略性地进行构建并且位于致冷器114内，形成对引起的涡流在致冷器114上的变化。通过策略性地调整涡流补偿组件140的大小并且将涡流补偿组件140放置在致冷器114内，涡流补偿组件140可以(1)如果振动产生的对FOV的正涡流作用大于负涡流作用，那么增强负涡流并且放大磁场FOV作用，以及(2)如果振动产生的对FOV的负涡流作用大于正涡流作用，那么增强正涡流并且放大磁视场(FOV)作用。

在一个实施例中，涡流补偿组件140的各部分位于氦容器118的末端凸缘162、内部圆柱体160和／或外部圆柱体158上的一个或多个位置处，如图3所示。然而，如下文进一步论述，根据各个实施例，涡流补偿组件140可以位于真空容器116、氦容器118和／或隔热罩120上的任何数目的多个位置处，从而根据由于振动引起的涡流以及在涡流补偿组件140中被动地引起的补偿电流将对成像体积(imagingvolume)的总磁场作用最小化。

根据一个实施例，涡流补偿组件140包括对称的一对闭环矩阵，所述闭环由导电材料形成并且固定于致冷器114的表面上。如下文参考图4、图5和图6更加详细的描述，闭环的矩阵布置在独立的集合／子组件中，用于被动地生成补偿电流，所述补偿电流大体上减少或抵消涡流在轴向方向(即，z方向)以及横向方向(即，x和y方向)上对磁场的作用。

涡流补偿组件140由非超导的导电材料构成，例如，铝、铜、银或其组合。在一个实施例中，涡流补偿组件140为使用紧固件或粘合剂固定于致冷器114上的胶带或胶片。在一个优选实施例中，涡流补偿组件140为自粘铜带。然而，所属领域的技术人员应认识到，涡流补偿组件140可以由具有所需导电性的任何数目的导电材料构成，以在其中引起电流。

现在参考图4、图5和图6，提供氦容器118的示意性分解图以根据本发明的示例性实施例说明涡流补偿组件140。如图所示，涡流补偿组件140包括三个子组件166、168和170，其中引起补偿电流以大体上消除或减少在x方向、y方向和z方向上引起的涡流。为了便于说明每个子组件的位置，子组件166、168、170分别在图4、图5和图6中单独地进行描述，其中为了说明的目的，其他两个子组件被移除。尽管子组件166、168、170在图4、图5和图6中单独地进行描述，但是所属领域的技术人员应认识到，涡流补偿组件140包括共同位于氦容器118上的子组件166、168、170，以在x方向、y方向和z方向上引起补偿电流。补偿电流对抗引起的涡流，由此消除或大体上减少由引起的涡流所造成的磁场畸变。

图4说明了位于氦容器118上的一组x方向的补偿环166。该组x方向的补偿环166在横向x轴方向172上被动地引起补偿电流，所述补偿电流消除了由于沿着同一x轴方向172振动而引起的正涡流和负涡流。如图所示，根据一个实施例，x方向的补偿环166可以配置成鞍状。同样地，图5说明了一组y方向的补偿环168，其中在成像过程中引起补偿电流，所述补偿电流对由于沿着横向y轴方向174振动而引起的正涡流和负涡流进行补偿。图6说明了一组z方向的补偿环170，其中引起补偿电流以减少或消除由于在轴向z轴方向176上振动而引起的正涡流和负涡流。

在替代实施例中，涡流补偿组件140可以仅包括子组件166、168、170中的一个或两者。此外，根据子组件166、168、170的尺寸和几何形状，预期子组件166、168、170可以彼此重叠。此外，子组件166、168和／或170的尺寸、形状和位置可以变化以实现所需的涡流补偿。子组件166、168、170的形状、位置和数目可以基于以下项来确定：例如，成像体积中所需的消除量或补偿量、距离隔热罩120的距离、与隔热罩120磁性耦合所需的设计等。

在一个实施例中，子组件166、168、170的补偿环对(pair)构建用于大体上实现消除由于特定频率引起的涡流。例如，子组件168的第一环对178可以经定位并且经调整大小以消除由于第一振动频率(例如，80Hz)而在x方向上引起的涡流，子组件168的第二环对180可以经定位并且经调整大小以消除由于第二振动频率(例如，50Hz)而在x方向上引起的涡流，并且子组件168的第三环对182可以经定位并且经调整大小以消除由于第三振动频率(例如，30Hz)而在x方向上引起的涡流。可以包括额外的环对以在所需的频率范围内(例如，1Hz至120Hz的范围)消除涡流。

尽管上文将涡流补偿组件140描述为固定于致冷器114的表面上的导电带或片，但是涡流补偿也可以通过以下方式来实现：在选定位置处改变真空容器116、氦容器118和／或隔热罩120的厚度，以在真空容器116、氦容器118和／或隔热罩120的选定表面上形成凸起的闭合环，其中被动地引起补偿电流。例如，涡流补偿组件可以通过以下方式形成：将凸起环的矩阵加工成隔热罩、真空容器和／或氦容器的散装材料(bulk material)以更改成像体积的导电性，如关于图7更详细地描述。

现在参考图7，根据本发明的另一实施例，涡流补偿组件184形成于隔热罩120的散装材料186中。与包括固定于致冷器114的一个或多个表面上的导电带或片的涡流补偿组件140(图4至图6)不同，涡流补偿组件184通过将凸起环制造成隔热罩120的散装材料186形成。更确切地说，涡流补偿组件184通过以下方式形成：选择性地改变隔热罩120的厚度以形成x方向补偿环188、y方向补偿环190和／或z方向补偿环192的矩阵。在运行中，补偿电流在凸起的补偿环188、190、192中引起。这些引起的补偿电流减少或消除由振动引起的涡流。

如图8所示，补偿环192以距离196远离隔热罩120的主表面194上升。补偿环188、190(未示出)以类似方式从隔热罩120的主表面194上升。因此，包括补偿环188、190、192的隔热罩120的部分198具有厚度200，所述厚度200大于与部分198相邻的隔热罩120的部分204的厚度202并且所述部分204不包括任何补偿环。本说明书中使用的厚度是指在隔热罩120的外表面与内表面之间测量到的径向厚度。

涡流补偿组件184被制造为隔热罩120的一部分，涡流补偿组件184由与隔热罩120相同的材料形成。因此，在隔热罩120由铝形成的实施例中，涡流补偿组件184同样为铝并且具有与隔热罩120的散装材料186大体类似的材料特性。

然而，在替代实施例中，预期包括补偿环188、190、192的隔热罩120的部分198的材料特性可以不同于散装材料186的材料特性。例如，隔热罩120的第一部分198可以构建为与散装材料186相比具有增强的导电性，方式为将导电涂层沉积在隔热罩120的表面上或者使包括补偿环188、190、192的隔热罩120的部分198充满导电材料。在此类实施例中，第一部分198可以具有与部分204的厚度大体上相等的厚度。

返回参考图7，尽管第一部分198的单个补偿环图示为具有普通厚度，但是预期补偿环188、190、192的厚度可以在隔热罩120上的不同位置处变化，以实现所需的涡流补偿。此外，与关于涡流补偿组件140(图4至图6)所述的类似，补偿环188、190、192的位置、形状和厚度可以通过任何数目的方式进行修改，从而引起所需的补偿电流以大体上修改或消除由于不同的振动频率范围或磁体组件几何形状所引起的涡流。此外，尽管涡流补偿组件184在图7中被示为形成于隔热罩120的外部圆柱体150和末端凸缘154、164上，但是所属领域的技术人员应认识到，根据本发明的各实施例，涡流补偿组件184可以类似地形成于隔热罩120、氦容器118(图3)和／或真空容器116(图3)的替代表面或额外表面上。

尽管本说明书中已关于对称闭合孔的磁体组件对本发明的各实施例进行描述，但是所属领域的技术人员应认识到，本说明书中提出的技术可以应用于任何系统几何学。例如，在替代实施例中，如关于图9所述，磁体组件可以具有开放架构。在此种实施例中，涡流补偿组件可以具有非对称配置以与磁体组件的非对称配置匹配(然而，如关于图4至图7所述，对称磁体组件中的环矩阵在x方向、y方向和z方向上是对称的)。

现在参考图9，根据一个实施例说明示例性开放架构磁体组件310的简化截面侧视图。开放架构的超导磁体组件310包括间隔开的平行极片312和313，所述极片通过一对非磁性连接构件或连接柱314在一端处分离且得到支撑。极片312和313是铁磁材料，例如，铁。极面316经定形318以沿着超导磁体组件310的轴322在成像区域320内改进磁场非均匀性。支撑件324将超导磁体组件310紧固到地板326上。

在成像区域320内通常用箭头328表示的主磁场B₀由氦容器332和333内的主要超导磁体线圈329生成。外部的一组超导反磁线圈330或屏蔽线圈330也定位在氦容器332和333中，并且用于(例如)对杂散磁场进行控制。间隔开的氦容器332和333为向成像区域320提供开口端331的圆柱形构件。磁场匀场(shimming)设备，例如，致冷剂容器332和333内的有源匀场线圈(未示出)以及外部垫片柜(drawer)中通常表示为336的无源垫片以所属领域中熟知的方式对成像区域320内的磁场非均匀性进行补偿。氦容器332和333设置在致冷剂压力容器或真空容器370内。隔热罩372设置在真空容器370与氦容器332和333之间。超导磁体线圈329和330组装成磁体组件，其中冷铁圈340插入线圈之间。主要线圈329和反磁线圈330在加工用于线圈的容器中分别支撑在线圈架或支撑件344和342(例如，由玻璃纤维环氧树脂复合物组成)上。有源匀场线圈(未示出)位于线圈架374上。

冷凝器334和相关联的机械制冷机335(共同为冷头376的一部分)使氦气再冷凝，这由返回到液氦的超导操作引起。再冷凝后的液氦通过重力从再冷凝器334流入上部氦容器332中。垂直传递管337与氦容器332和333互连并且使氦从上部氦容器332重力流动到下部氦容器333。如上文关于图2所提及，在磁体组件310的运行期间，冷头376产生机械振动(例如，来自电机)，所述机械振动在隔热罩372以及具有导电材料的致冷器的其他元件中产生引起的涡流。此外，冷头376的机械振动可以引起隔热罩372的机械振动。例如，当隔热罩372在z轴方向、x轴方向或y轴方向上交替(或振动)时，可以引起涡流。由机械振动引起的涡流会引起磁场畸变以及主磁场B₀的均匀性下降。磁场畸变可能会引起图像失真并且影响图像质量。为了减少、消除或补偿磁场畸变，如关于图10更详细地描述，将与涡流补偿组件140或涡流补偿组件184类似的涡流补偿组件(未示出)并入磁体组件310内。在一个优选实施例中，每个正交方向上(x、y、z)提供多组涡流补偿环。在其他实施例中，多组线圈可以用于每个正交方向。与涡流补偿组件140(图4至图6)或涡流补偿组件184(图7)类似，所属领域的技术人员应认识到，涡流补偿组件可以在上部氦容器332、下部氦容器333、真空容器370和／或隔热罩372的多个位置和表面处形成。

图10是根据本发明的一个实施例的示出涡流补偿组件701的示例性位置的开放架构磁体组件致冷器700的示意性截面框图。致冷器700包括真空容器710和设置在所述真空容器内的氦容器702。隔热罩706位于真空容器710与氦容器702之间。多个超导线圈容纳在氦容器702内，包括例如，主要线圈712、反磁线圈716和有源垫片720。主要线圈712设置在主要线圈架714上。反磁线圈716设置在反磁线圈架718上。匀场线圈架722用于支撑有源垫片720。为了清晰起见，图7中省略多个其他元件，例如，盖板、支撑件、悬构件、托架、冷头、电流引线等。

在一个实施例中，导电非超导材料用于构建涡流补偿组件701。涡流补偿组件701的无源补偿环的实例位置为真空容器710的内表面711、氦容器702的外表面704、氦容器702的内表面705、隔热罩706的外表面708和／或隔热罩706的内表面709。然而，所属领域的技术人员应认识到，涡轮补偿组件701的无源补偿环可以形成于致冷器700内的多个其他表面上。

所属领域的技术人员应理解，本发明的各实施例可以接合到其上存储有计算机程序的计算机可读存储媒体上，并且由所述计算机可读存储媒体进行控制。计算机可读存储媒体包括多个部件，例如，电子部件、硬件部件和／或计算机软件部件中的一个或多者。这些部件可以包括通常存储指令的一个或多个计算机可读存储媒体，所述指令例如，用于执行序列的一个或多个实施方案或实施例的一个或多个部分的软件、固件和／或组件语言。这些计算机可读存储媒体通常是非瞬时的和／或有形的。此种计算机可读存储媒体的实例包括计算机和／或存储装置的可记录数据存储媒体。计算机可读存储媒体可以采用，例如，磁性、电气、光学、生物学和／或原子数据存储媒体中的一个或多者。此外，此种媒体可以采用，例如，软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和／或电子存储器的形式。未列出的非瞬时和／或有形计算机可读存储媒体的其他形式可以与本发明的各实施例一起使用。

多个此类部件可以在系统的实施方案中进行组合或分离。此外，所属领域的技术人员应理解，此类部件可以包括用任何数目的编程语言写出的一组和／或一系列计算机指令或者用任何数目的编程语言实施的一组和／或一系列计算机指令。此外，可以采用计算机可读媒体的其他形式(例如，载波)，以体现表示一系列指令的计算机数据信号，当由一个或多个计算机执行时，所述指令使得一个或多个计算机能够执行序列的一个或多个实施方案或实施例的一个或多个部分。

因此，根据本发明的一个实施例，MR成像设备包括用于磁共振成像(MRI)系统的致冷器。所述致冷器包括其中具有真空的真空壳体。致冷剂容器设置在所述壳体内，所述容器在其中具有冷却剂。隔热罩设置在真空壳体与致冷剂容器之间。涡流补偿组件设置在所述壳体内。所述涡流补偿组件包括多个导电环，所述导电环形成于真空壳体、致冷剂容器以及隔热罩中的一个上并且构建用于减少MRI系统中由振动引起的涡流。

根据本发明的另一实施例，提出一种制造磁共振成像(MRI)设备的方法。所述方法包括：提供真空容器；提供氦容器；以及提供位于真空容器与氦容器之间的隔热罩。所述方法还包括：在真空容器、氦容器以及隔热罩中的一个的表面上形成涡流补偿组件，以减少MRI设备中由振动引起的涡流，其中所述涡流补偿组件包括多个导电闭环。此外，所述方法包括组装真空容器、氦容器以及隔热罩以形成用于容纳超导磁体的致冷器。

根据本发明的又另一方面，磁共振成像(MRI)设备包括磁体组件，所述磁体组件包括具有穿过其中的孔的超导磁体。MRI设备还包括：多个梯度线圈，所述梯度线圈定位成围绕超导磁体的孔以施加极化磁场；RF收发器系统；以及RF开关，所述RF开关由脉冲模块进行控制以将RF信号传输到RF线圈组件，从而获得MR图像。磁性组件包括：围绕超导磁体的氦容器；围绕所述氦容器的隔热罩；围绕所述隔热罩的真空容器；以及涡流补偿组件，所述涡流补偿组件具有耦合到真空容器、氦容器和隔热罩中的一个上的导电环矩阵。

本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于磁共振成像MRI系统的致冷器，所述致冷器包括：

其中具有真空的真空壳体；

设置在所述壳体内的致冷剂容器，所述容器内具有冷却剂；

隔热罩，所述隔热罩设置在所述真空壳体与所述致冷剂容器之间；以及

设置在所述壳体内的涡流补偿组件，所述涡流补偿组件包括多个导电环，所述导电环形成于所述真空壳体、所述致冷剂容器以及所述隔热罩中的一个上，并且构建用于减少所述MRI系统中由振动引起的涡流。

2.根据权利要求1所述的致冷器，其中所述冷却剂包括氦。

3.根据权利要求1所述的致冷器，其中所述多个导电环包括非超导材料。

4.根据权利要求3所述的致冷器，其中所述涡流补偿组件进一步包括铝、铜和银中的一个。

5.根据权利要求4所述的致冷器，其中所述涡流补偿组件进一步包括铜带。

6.根据权利要求1所述的致冷器，其中所述真空壳体、所述致冷剂容器以及所述隔热罩中的一个的至少一个表面具有：第一部分，所述第一部分具有形成于其中的所述多个导电环；以及第二部分，所述第二部分不具有所述多个导电环；并且

其中所述第一部分具有大于所述第二部分的厚度。

7.根据权利要求6所述的致冷器，其中所述导电环部分和所述非导电环部分包括铝。

8.根据权利要求1所述的致冷器，其进一步包括将所述涡流补偿组件固定于所述真空壳体、所述致冷剂容器以及所述隔热罩中的一个的至少一个表面上的粘合剂。

9.根据权利要求1所述的致冷器，其中所述涡流补偿组件进一步包括：

第一组补偿环，所述第一组补偿环构建用于减少在轴向方向上引起的涡流；以及

第二组补偿环，所述第二组补偿环构建用于减少在垂直于所述轴向方向的至少一个方向上引起的涡流。

10.根据权利要求9所述的致冷器，其中所述第二组补偿环包括：

一组x方向的补偿环；以及

一组y方向的补偿环。

11.一种制造磁共振成像MRI设备的方法，所述方法包括：

提供真空容器；

提供氦容器；

提供位于所述真空容器与所述氦容器之间的隔热罩；

在所述真空容器、所述氦容器以及所述隔热罩中的一个的表面上形成涡流补偿组件，以减少所述MRI设备中由振动引起的涡流，所述涡流补偿组件包括多个导电闭环；以及

组装所述真空容器、所述氦容器以及所述隔热罩以形成用于容纳超导磁体的致冷器。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括使用粘合剂将所述涡流补偿组件固定于所述致冷器的所述至少一个表面上。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将所述涡流补偿组件加工成所述致冷器的散装材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其中加工所述涡流补偿组件包括：在包括所述涡流补偿组件的所述致冷器的一部分中修改所述致冷器的厚度，以使得包括所述涡流补偿组件的所述致冷器的所述部分的厚度大于与所述涡流补偿组件相邻的、所述致冷器的一部分的厚度。

15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述真空容器和所述隔热罩中的一个的内表面上形成所述涡流补偿组件。

16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述氦容器和所述隔热罩中的一个的外表面上形成所述涡流补偿组件。

17.一种制造磁共振成像MRI设备的方法，所述设备包括：

磁性组件，所述磁性组件包括超导磁体，所述超导磁体具有穿过其中的孔；

多个梯度线圈，所述梯度线圈定位成围绕所述超导磁体的所述孔以施加极化磁场；

RF收发器系统；

RF开关，所述RF开关由脉冲模块进行控制，以将RF信号传输到RF线圈组件，从而获取MR图像；以及

其中所述磁性组件包括：

围绕所述超导磁体的氦容器；

围绕所述氦容器的隔热罩；

围绕所述隔热罩的真空容器；以及

涡流补偿组件，所述涡流补偿组件包括耦合到所述真空容器、

所述氦容器以及所述隔热罩中的一个上的导电环矩阵。

18.根据权利要求17所述的MRI设备，其中所述涡流补偿组件包括固定于所述真空容器、所述氦容器以及所述隔热罩中的一个的表面上的非超导带。

19.根据权利要求17所述的MRI设备，其中所述涡流补偿组件包括加工到所述真空容器、所述氦容器以及所述隔热罩中的一个的表面上的凸起闭环。

20.根据权利要求17所述的MRI设备，其中所述涡流补偿组件包括：

构建用于减少在x方向上引起的涡流的至少一个导电环；

构建用于减少在y方向上引起的涡流的至少一个导电环；以及

构建用于减少在z方向上引起的涡流的至少一个导电环。

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