CN104122518A - 磁共振成像系统及其被动匀场装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种被动匀场装置，包括被动匀场层，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件，所述被动匀场层包括若干个磁性可逆单元，每一个所述磁性可逆单元与所述可编程逻辑器件相连，所述可编程逻辑门器件可以控制所述磁性可逆单元的磁性。本发明提供的技术方案解决了现有技术中被动匀场过程操作复杂、不安全的问题，匀场过程中无需降场，避免了大量液氦的损耗，且由于所述被匀场装置中包含有大量的磁性可控的磁性单元，能够使其达到更高的匀场精度，同时本发明还提供一种配置有所述被动匀场装置的磁共振成像系统。

Description

磁共振成像系统及其被动匀场装置

【技术领域】

本发明涉及磁共振匀场领域，尤其是涉及一种磁共振被动匀场装置以及设置有被动匀场装置的磁共振成像系统。

【背景技术】

在磁共振成像系统中，磁场的均匀度会严重影响图像的质量，理论上需要将主磁场均匀度控制在1ppm/40cm DSV之内。为了达到此精度要求，一般在磁共振设备中设置有主动匀场及被动匀场两套系统。被动匀场系统是在磁体表面特定的位置贴匀场片来达到匀场的效果，比如在1.5T的磁共振系统中，需要贴上百块匀场片。

目前的被动匀场系统在匀场过程中存在如下问题：1、首次被动匀场需要在升场后进行的，由于被动匀场片在磁体上的插入和放置并不容易，操作耗时，在这个过程中匀场片很有可能飞出，伤害到操作人员以及磁共振设备，且在首次被动匀场没有达到要求需要调整匀场片的情况下，需要降场之后才能将匀场片取出，重新配置匀场片的位置，降场会导致大量液氦的损耗；2、匀场精度不高，目前的被动匀场系统的精度只能达到将主磁场控制在几十到一百PPM以内。

因此，需要提供一种操作简单安全，且匀场精度更高的被动匀场装置。

【发明内容】

本发明提供了一种被动匀场装置以及磁共振成像系统，所述被动匀场装置以及磁共振系统解决了现有技术中被动匀场过程中匀场精度不高，且操做复杂不安全的问题。

一种被动匀场装置，包括被动匀场层，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件，所述被动匀场层包括若干个磁性可逆单元，每一个所述磁性可逆单元与所述可编程逻辑器件相连，所述可编程逻辑门器件可以控制所述磁性可逆单元的磁性。

优选地，所述可编程逻辑器件为现场可编程逻辑门阵列、可编程阵列逻辑、通用阵列逻辑或者复杂可编程逻辑器件。

优选地，所述磁性可逆单元均匀地分布于所述被动匀场层，所述磁性可逆单元周围包裹有绝缘性材料。

优选地，所述可编程逻辑器件通过改变施加在所述磁性可逆单元上电压的方向以控制所述磁性可逆单元的磁性。

优选地，所述可编程逻辑器件包括译码器、电源以及开关，所述译码器的输出端与开关连接，并通过输出的信号控制开关的开闭。

优选地，所述任一磁性可逆单元对应第一电源、第二电源、第一开关、第二开关，所述第一电源的正极与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述第一电源的负极与所述第一开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与所述磁性可逆单元的第二端连接，所述第二电源的负极与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述第二电源的正极与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述磁性可逆单元的第二端连接。

优选地，所述任一磁性可逆单元对应一个电源，一个开关，所述开关包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口与电源的正极连接，所述第二端口与电源的负极连接，所述第三端口与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述磁性可逆单元的第二端接地。

优选地，所述译码器的输出端数量大于等于铁磁性单元的数量。

本发明还提供了一种包含有所述被动匀场装置的磁共振成像系统。

一种磁共振成像系统，包括电脑系统、控制系统、梯度放大系统，磁共振扫描组件，所述磁共振成像系统包括被动匀场装置，所述被动匀场装置包括被动匀场层，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件，所述磁共振扫描组件还包括磁体，所述被动匀场层分布在所述磁体的内侧。

优选地，通过大规模集成电路的多层蚀刻或者镀膜技术，将所述被动匀场层设置于所述磁体的内侧。

优选地，所述磁共振扫描组件还包括梯度线圈，所述被动匀场层分布在所述磁体与所述梯度线圈之间。

优选地，所述可编程逻辑器件设置于所述控制系统内。

本发明提供的被动匀场装置，无需放置匀场片，操作简单方便安全，匀场过程中无需降场，避免了大量液氦的损耗，且由于所述被动匀场装置包含有大量的磁性可控的磁性单元，能够使其达到更高的匀场精度，同时本发明还提供一种配置有所述被动匀场装置的磁共振成像系统。

【附图说明】

图1本发明一个实施例中被动匀场装置的结构示意图；

图2本发明中所述磁性可逆单元的工作原理图；

图3为本发明一个实施例中所述可编程逻辑器件与所述磁性可逆单元的连接示意图；

图4为本发明另一个实施例中所述可编程逻辑器件与所述磁性可逆单元的连接示意图；

图5为本发明中配置有所述被动匀场装置的磁共振系统结构示意图；

图6为所述被动匀场装置与所述磁共振系统的位置关系示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了解决现有技术中被动匀场过程中操作过程复杂不安全、匀场精度不高的问题，本发明提供了一种新的被动匀场装置。

如图1所示，一种被动匀场装置70，包括被动匀场层71，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件72，其中被动匀场层71包括若干个磁性可逆单元73，每一个所述磁性可逆单元73与可编程逻辑器件72相连，可编程逻辑器件72可以控制磁性可逆单元73的磁性。

可编程逻辑器件是指采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械、电气或生产过程的控制器件，目前常用的可编程逻辑器件包括：可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，PAL)、通用阵列逻辑(Generic Array Logic，GAL)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)，优选地，在本实施例中可编程逻辑器件72采用现场可编程逻辑门阵列(简称FPGA，Field Programmable Gate Array)。

磁性可逆单元73均匀地分布于被动匀场层71，磁性可逆单元73周围包裹有绝缘性材料，每一个磁性可逆单元73都与可编程逻辑器件72相连，可编程逻辑器件72通过控制施加在磁性可逆单元73上电压的方向，使的磁性可逆单元73的磁性发生变化。

有多种方法可以实现磁性可逆单元73在磁性与非磁性之间的转化，如下以铁磁性材料(以下将磁性可逆单元成为铁性单元)为例说明磁性可逆单元的磁性改变过程：通过施加不同方向的电压，控制构成铁磁性单元材料中带负电氧离子的转移，可以使铁磁性单元在铁磁性与非铁磁性之间转换。如图2所示，铁磁性单元由铁氧化合物以及铝氧化合物构成，通正向电压时，氧化铁中的带有负电的氧离子全部转到三氧化二铝中，此时铁磁性单元处于磁性状态，当通反向电压时，带有负电的氧离子转移至氧化铁中，此时铁磁性单元失去磁性。

需要说明的是，上述只是实现磁性可逆单元磁性变化一种方法，实际中包括磁性材料、通过改变电压方向的方式来控制磁性等方面都是可以选择的，比如可以选择快离子导体等磁性可以改变的材料。

不同的可编程逻辑器件，其内部的结构是不同的，但是为了实现本发明通过改变电压方向的方式来控制磁性单元磁性的技术方案，不同的可编程逻辑器件都应该具有译码器729，以及连接在译码器729输出端的开关以及电源，通过译码器的输出端的输出信号控制开关的开闭，实现电压方向的改变。

如图3所示，所述任一磁性可逆单元73对应第一电源720、第二电源721、第一开关722、第二开关723，所述第一电源720的正极与所述磁性可逆单元73的第一端连接，所述第一电源720的负极与所述第一开关722的第一端连接，所述第一开关722的第二端与所述磁性可逆单元73的第二端连接，所述第二电源721的负极与所述磁性可逆单元73的第一端连接，所述第二电源721的正极与所述第二开关723的第一端连接，所述第二开关723的第二端与所述磁性可逆单元73的第二端连接。

在另一个实施例中，采用单刀双掷开关，如图4所示，所述任一磁性可逆单元73对应一个电源724，一个单刀双掷开关725，所述单刀双掷开关725包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口与所述电源724的正极连接，所述第二端口与所述电源724的负极连接，所述第三端口与所述磁性可逆单元73的第一端连接，所述磁性可逆单元的第二端接地。

实际应用过程中，为了达到很好的匀场效果，所述被动匀场层内至少设置有100万个磁性可逆单元，相应地至少需要100万个单刀双掷开关，所述译码器的输出端口也至少需要100万个，如果所述译码器为二进制译码器，则译码器需要20个输入端口即可实现对100万个磁性可逆单元的控制，如果所述译码器为十进制译码器，只需要6个输入端口即可。

需要说明的是，上述所述的被动匀场装置，与传统意义的被动匀场无源的概念有些不同，在工作状态下，所述被动匀场装置70中的磁性可逆单元仍然是无源的，但是在需要调整时，允许外部的有源元件控制其改变磁性。

本发明还提供了一种设置有所述被动匀场装置的磁共振成像系统10。

如图5所示，展示了包含本发明的磁共振系统10的主要部件，该系统是通过操作员控制台12进行控制，控制台12包括键盘和/或者其他输入设备13、控制面板14以及显示屏16。控制台12通过连接部件18与一台独立的电脑系统20相连，电脑系统20可以使操作员能可以在显示屏16上控制图像的生成和显示。该电脑系统20包括通过背板20a进行互相沟通的若干模组，这些模组包括有图像处理器模组22、CPU模组24及内存模组26，内存模组26可以是业界熟知的用于存储图像数据组的帧缓冲器。电脑系统20与硬盘28和磁碟30连接，存储图像数据和程序，而且通过高速串行连接34与一独立控制系统32相连。

控制系统32包括通过一背板32a相互连接在一起的一组模组，所述模组包括CPU模组36、通过串行连接(serial link)40与控制台12连接的脉冲发生器模组38。控制系统32通过串行连接40接收来自操作员的需要执行的扫描序列(scan sequence)的指令。脉冲发生器模组38运行系统组件，执行指定的扫描序列，输出数据，例如：射频发射的射频脉冲的计时、强度、形状，射频接收的计时和数据采集窗口的长度。脉冲发生器模组38连接到一系列梯度放大器系统42，用于控制(indicate)扫描过程中产生的梯度脉冲的时长和形状。脉冲发生器模组38能够从生理采集控制器44接收病人信息，所述生理采集控制器44通过连接到病人的若干不同的传感器采集信号，例如通过安装在病人身上的电极获取心电图信号。脉冲发生器模组38最终连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46接收与病情和磁共振成像系统相关的传感器产生的信号。通过扫描室接口电路46，病人定位系统48接收指令，移动病人到指定位置进行扫描。

脉冲发生器模组38产生的梯度波形被运用到具有Gx、Gy、Gz的梯度放大器系统42，每个梯度放大器激发梯度线圈组50中对应的一个梯度线圈，产生用于生成相应空间编码信号的磁场梯度。梯度线圈组50为磁组件52的一部分，磁组件52还包括有极化磁铁体54和体射频线圈56。控制系统32中的收发器模组58产生的脉冲被射频放大器60放大，通过发送/接收开关62与射频线圈56进行耦合。病人体内被激发的原子核发出的信号被射频线圈56感知到，然后通过发送/接收开关62传输到前置放大器64，放大的磁共振信号经过收发器模组58的接收部进行解调、过滤、数字化处理。发送/接收开关62可以被脉冲发生器模组38的信号控制，从而在发射模式下电性连接射频放大器60和射频线圈56，在接收模式下，电性连接前置放大器64和射频线圈56。发送/接收开关62能够使单独的射频线圈(例如表面线圈)在发射和接收的模式下使用。

射频线圈56收集的磁共振信号经过收发器模组58进行数字化处理，然后传输到控制系统32中的存储模组66。当存储模组66获取一组原始的k-空间数据后，扫描结束。原始的k空间数据被重新整理成与每个将被重建的图像对应的单独的k空间数据组，每个k空间数据组被输入到阵列处理器68，进行傅里叶变换图像重建后结合磁共振信号，形成一组图像数据，图像数据通过串行连接34传输到电脑系统20，并保存在存储装置例如硬盘28中。与控制台12发出的指令相对应，所述图像数据可以长期存储起来，例如存储在磁碟30上，或者通过图像处理器22进行进一步处理并传送到控制台12，并在显示屏16上显示。

如图5所示，所述可编程逻辑器件72可以设置于所述控制系统32内，也可以如图中的生理采集控制器等单独设置。

如图6所示，所述磁共振成像系统还包括被动匀场装置70，所述被动匀场装置70包括被动匀场层71，以及控制所述被动匀场层71的可编程逻辑器件72，所述被动匀场层分布在所述磁体54的内侧。

通过大规模集成电路的多层蚀刻或者镀膜技术，将所述被动匀场层设置于所述磁体54的内侧。

所述磁共振扫描组件还包括梯度线圈50，所述被动匀场层分布在所述磁体54与所述梯度线圈50之间。

本发明提供的被动匀场装置以及配置有所述被动匀场装置的磁共振系统，无需放置匀场片，操作简单方便安全，匀场过程中无需降场，避免了大量液氦的损耗，且由于所述被动匀场装置包含有大量的磁性可控的磁性单元，能够使其达到更高的匀场精度。本发明还提供一种配置有所述匀场装置的磁共振成像系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (12)

1.一种被动匀场装置，其特征在于，包括被动匀场层，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件，所述被动匀场层包括若干个磁性可逆单元，每一个所述磁性可逆单元与所述可编程逻辑器件相连，所述可编程逻辑门器件可以控制所述磁性可逆单元的磁性。

2.如权利要求1所述的被动匀场装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件为现场可编程逻辑门阵列、可编程阵列逻辑、通用阵列逻辑或者复杂可编程逻辑器件。

3.如权利要求1所述的被动匀场装置，其特征在于，所述磁性可逆单元均匀地分布于所述被动匀场层，所述磁性可逆单元周围包裹有绝缘性材料。

4.如权利要求1所述的被动匀场装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件通过改变施加在所述磁性可逆单元上电压的方向以控制所述磁性可逆单元的磁性。

5.如权利要求4所述的被动匀场装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件包括译码器、电源以及开关，所述译码器的输出端与开关连接，并通过输出的信号控制开关的开闭。

6.如权利要求5所述的被动匀场装置，其特征在于，所述任一磁性可逆单元对应第一电源、第二电源、第一开关、第二开关，所述第一电源的正极与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述第一电源的负极与所述第一开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与所述磁性可逆单元的第二端连接，所述第二电源的负极与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述第二电源的正极与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述磁性可逆单元的第二端连接。

7.如权利要求5所述的被动匀场装置，其特征在于，所述任一磁性可逆单元对应一个电源，一个开关，所述开关包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口与电源的正极连接，所述第二端口与电源的负极连接，所述第三端口与所述磁性可逆单元的第一端连接，所述磁性可逆单元的第二端接地。

8.如权利要求5所述的被动匀场装置，其特征在于，所述译码器的输出端数量大于等于铁磁性单元的数量。

9.一种磁共振成像系统，包括电脑系统、控制系统、梯度放大系统，磁共振扫描组件，其特征在于，所述磁共振成像系统包括被动匀场装置，所述被动匀场装置包括被动匀场层，以及控制所述被动匀场层的可编程逻辑器件，所述磁共振扫描组件还包括磁体，所述被动匀场层分布在所述磁体的内侧。

10.如权利要求9所述的磁共振成像系统，其特征在于，通过大规模集成电路的多层蚀刻或者镀膜技术，将所述被动匀场层设置于所述磁体的内侧。

11.如权利要求9所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述磁共振扫描组件还包括梯度线圈，所述被动匀场层分布在所述磁体与所述梯度线圈之间。

12.如权利要求9-11中任一项所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件设置于所述控制系统内。