CN104730475B - 一种磁场调整系统和方法以及磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于磁共振成像的磁场调整系统和相应的方法。该磁场调整系统包括第一磁场发生组件和附加组件。其中，第一磁场发生组件形成可控制的环路，用于产生磁共振成像所需的第一磁场；附加组件，用于在所述可控制的环路中形成新的可控制的环路，以便与第一磁场发生组件共同作用以同时产生磁共振成像所需的第二磁场。

Description

一种磁场调整系统和方法以及磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，具体地涉及可用于磁共振成像磁体组件的磁场调整系统。
背景技术
MRI(核磁共振成像，Magnetic Resonance lmaging)中的超导磁体采用多组超导线圈实现不同功能。例如，一组超导线圈用于生成静态的和空间均匀的磁场(BO场)，它们通常被称为主线圈。一组超导线圈通过生成特定的场谐波来满足严格的场均匀性要求，他们通常被称为匀场线圈。一组超导线圈用于保护磁场不受低频电磁干扰(诸如附近的正在移动的升降机或汽车)，它们通常被称为EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)屏蔽线圈或BO线圈。
要注意的是以上提到的线圈都是独立实现它们各自设定的功能的，每个线圈组只实现一种功能。因此每个线圈组需要诸如开关、接头之类的独立组件，并且都需要占据超导磁体中的空间。
如果不使用匀场线圈，通常需要大量的无源垫片来满足均匀性要求。这一事实导致诸如高插入力(需要特殊的工具)、高BO漂移(需要对补偿的长时间的校准)和尤其在3T系统中的高成本(包括劳力和材料两者)匀场工艺的多种困难。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于磁共振成像的磁场调整系统，该磁场调整系统包括第一磁场发生组件和附加组件。其中，第一磁场发生组件形成可控制的环路，用于产生磁共振成像所需的第一磁场；附加组件，用于在所述可控制的环路中形成新的可控制的环路，以便与第一磁场发生组件共同作用以同时产生磁共振成像所需的第二磁场。
本发明的另一个实施例提供一种用于磁共振成像的磁场调整方法，该磁场调整方法包括：设置第一磁场发生组件，形成可控制的环路，以便产生磁共振成像所需的第一磁场；设置附加组件，以便在所述可控制的环路中形成新的可控制的环路，以便与第一磁场发生组件共同作用以同时产生磁共振成像所需的第二磁场。
附图说明
为了更透彻地理解本公开的内容，在下文中参考以下附图对本发明的实施例进行详细描述，在附图中：
图1是根据各种实施例形成的示范性成像系统的示意框图；
图2示出了根据现有技术的电磁干扰屏蔽线圈的示意图；
图3示出了根据现有技术的匀场线圈的示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的电磁干扰屏蔽线圈的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述用于实现本发明的具体实施例。但应当理解的是，本发明并不限于下述具体实施例。
本文描述的磁场调整系统的各种实施例可提供为例如图1中示出的成像系统10等医学成像系统的一部分，或与其一起使用。应该意识到尽管该成像系统10图示为单形态成像系统，各种实施例可在多形态成像系统中或用多形态成像系统实现。例如，该成像系统10图示为MRI成像系统，并且可与不同类型的医学成像系统结合，例如计算机断层摄影(CT)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及超声系统，或能够产生(特别地人的)图像的任何其他系统等。此外，各种实施例不限于用于对受检人成像的医学成像系统，而可包括用于对非人类对象、行李等成像的兽医或非医学系统。
在示范性实施例中，成像系统10包括超导磁体组件11，超导磁体组件11包括超导磁体12。该超导磁体12由靠磁体线圈支撑结构支撑的多个磁性线圈形成，包括主线圈、EMI屏蔽线圈和匀场线圈等。在一个实施例中，该超导磁体组件11还可包括热屏蔽13。环绕氦容器14，超真空容器15环绕该热屏蔽13。上文描述的该氦容器14、该热屏蔽13和该外真空容器15一起形成低温恒温器17。在操作中，该容器14填充有液氦来冷却该导磁体12的线圈。可在该液氦容器14和该外真空容器15之间的空间中提供热绝缘(没有示出)。成像系统10还包括主梯度线圈18、屏蔽梯度线圈19和RF发送线圈20。成像系统10-般还包括控制器30、主磁场控制32、梯度场控制34、存储器36、显示装置38、发送-接收(T-R)开关40、RF发送器42和接收器44。
在操作中，例如要成像的患者(没有示出)或人体模型等对象的身体放置在例如电动台架(没有示出)或其他患者台架的合适支撑物上且置于膛46中。超导磁体12产生横跨该膛46的均匀和静态的主磁场B。由控制器30通过主磁场控制32控制在该膛46中并且对应地在该患者中的电磁场的强度，主磁场控制32还控制到超导磁体12的激励电流的供应。
提供可包括一个或多个梯度线圈元件的主梯度线圈18使得磁梯度可以在三个正交方向x、y和z中的任意一个或多个方向上施加在膛46中的磁场BO上。主梯度线圈18由梯度场控制34激励并且还由控制器30控制。
屏蔽梯度线圈13建立场，该场抵制由主梯度线圈18在该屏蔽线圈13的外部区域中产生的场，从而降低与例如热屏蔽等传导构件的任何互感并且降低合成的涡流。
设置可包括多个线圈(例如共振表面线圈)的RF发送线圈20来发送磁脉冲和/或如果还提供收容线圈元件则可选地同时检测来自患者的MR信号。RF发射线圈20和接收表面线圈(如果提供的话)可以可选地通过T-R开关40分别互连到RF发送器42或接收器44中之一。RF发送器42以及T-R开关40由控制器30控制使得RF场脉冲或信号由RF发送器42产生并且选择性地施加于患者用于在患者中激发磁共振。
施加RF脉冲之后，再次开动T-R开关40以将RF发送线圈20从RF发送器42去耦合。检测的MR信号进而传送到控制器30。控制器30包括处理器48，其控制MR信号的处理以产生表示患者的图像的信号。表示该图像的处理过的信号还发送到显示装置38以提供图像的视觉显示。具体地，MR信号填充或形成K空间，将其傅立叶变换以获得可视图像。然后表示该图像的处理过的信号发送到显示装置38。
图2示出了根据现有技术的电磁干扰屏蔽线圈的示意图。BO线圈属于超导磁体12的一部分，典型地通过仅承载相对小的电流(＜50A)的小超导线圈来实现。该BO线圈包括缠绕在磁体内不同位置处的4个子线圈C1、C2、C3和C4，它们串联连接以形成具有开关S1的闭环环路。这些子线圈的位置和几何形状被仔细地选择以获得特定的互耦。当出现EMI时，在BO线圈中将感应出合适的电流(图示为顺时针方向)以使得视场(Field of View，FOV)中的主场仅经历原始EMI干扰的3％不到，对于当前MRI行业的成像用途来说这是可以接受的。
图3示出了根据现有技术的匀场线圈的示意图。匀场线圈属于超导磁体12的一部分，包括空间上相交的两个闭合环路。其中一个环路Z1环路包括线圈Z1-1和Z1-2，以及开关S1，另一个环路Z2环路包括线圈Z2-1、Z2-2、Z2-3和Z2-4，以及开关S2。通过开关S1和S2可独立地控制两个环路的电流。如图示，Z1环路和Z2环路中的电流方向均为顺时针，Z1环路中线圈Z1-1和Z1-2中的电流方向相反(即从同一个轴向的方向看过去，线圈Z1-1和Z1-2中的电流一个是顺时针流向，一个是逆时针流向)，而在Z2环路中，线圈Z2-1、Z2-2、Z2-3和Z2-4中的电流方向相同(即从同一个轴向的方向看过去，线圈Z2-1、Z2-2、Z2-3和Z2-4中的电流要么都是顺时针流向，要么都是逆时针流向)。
图4示出了根据本发明的一个实施例的电磁干扰屏蔽线圈的示意图。代替使用其中四个子线圈形成一个闭环电流环路的传统电磁干扰屏蔽线圈，本发明的发明人将具有开关的新的支路引入到图1所示的传统电磁干扰屏蔽线圈电路中，以形成三个局部电流环路，如图4所示。该电磁干扰屏蔽线圈包括依次串联在一起的第一子线圈C1、第二子线圈C2、第三子线圈C3和第四子线圈C4，以及第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，并且还包括第一连接支路L1和第二连接支路L2。第一连接支路L1的一端A分别连接到第一子线圈C1和第二子线圈C2的一个极，另一端B分别连接到开关S1和S2的一个极。第二连接支路L2的一端C分别连接到第三子线圈C3和第四子线圈C4的一个极，另一端D分别连接到开关S2和开关S3的一个极。第一连接支路L1与第一子线圈C1组成第一电流环路i1，第二子线圈C2、第三子线圈C3以及第一连接支路L1和第二连接支路L2组成第二电流环路i2，第四子线圈C4与第二连接支路L2组成第三电流环路i3，其中由第一开关S1控制第一电流环路i1中的电流，由第二开关S2控制第二电流环路i2中的电流，由第三开关S3控制第三电流环路i3中的电流。
通过上述布置，首先，显而易见的是，EMI屏蔽能力仍然保留。理由是EMI感应的电流是纯电感性的，这是由超导线圈的特性决定的，只要适当地布置了互耦，就可以实现屏蔽功效；其次，由于新引入的连接支路和开关，三个电流环路i1、i2和i3中的电流可被独立地调整。例如，如果i1和i3中的电流在大小方面是相等的但方向相反，则它们可以产生沿着Z轴(如图1所示的Z轴方向，即膛中人体的长度方向，这也是主磁场的方向)的线性场(奇谐波)。同时i2中的电流可以用来产生沿着Z轴的二次场(偶谐波)。简而言之，为了执行EMI屏蔽功能，各个线圈共同工作以提供屏蔽功效；为了执行匀场功能，各个线圈独立地工作以处理轴向偶谐波或奇谐波。
需要注意的是，该实施例是针对图2所示的线圈电路，相同的原理可以应用到具有不同配置的线圈电路。通过增加多个开关和连接支路，与现有线圈电路的组件适当连接以形成多个由开关控制的环路可以实现本发明的目的。
由此可见，利用根据本发明的一个实施例的电磁干扰屏蔽线圈，不仅可以保持EMI屏蔽功能，而且还可以作为匀场校正线圈补偿轴向偶谐波和奇谐波。理论分析已经表明，与独立的校正线圈相比较，可以在根据本发明的电磁干扰屏蔽线圈设计中以非常低的成本实现上述双重功能。虽然其实现的匀场能力未必达到独立的校正线圈那样强大，但是其在某些完全无源的匀场系统中具有很大的优势，可以帮助减少无源垫片，简化昂贵的匀场过程。
在本文中，术语“一”或“一个”包括单数个或多于一个的复数个。术语“或”被用于指不排除的或(nonexclusive or)，除非另有所指。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且不意在对其对象施加数值要求或顺序要求。
虽然这里描述并说明了若干实施方式，但是本领域的普通技术人员应当容易想到用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或一个或多个所述优势的各种其他装置和/或结构，并且每个这种变化和/或修改被认为是在所述本公开实施方式的范围内。本领域技术人员应当认识到，或能够仅使用常规检查确定，这里所描述的特定实施方式的许多等同物。因此，应当理解前述实施方式仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求书及其等同物的范围内，除了特定描述与要求之外还可以实践公开的实施方式。本公开的实施方式针对这里所描述的每个独立的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法。另外，两个或多个这种特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果这种特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不相互不一致，那么包括在本公开的范围内。
还应当理解，除非明确指示相反，在这里所要求的包括不止一个步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序没必要受限于所列举方法的步骤或动作的顺序。
在权利要求书中，以及在上文的说明书中，诸如“构成”、“包括”、“承载”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”、“合成”之类的所有过渡词语应当理解为开放式的，即，意味着包括但又不进行限制。只有过渡词语“组成”和“主要组成”应当分别为封闭或半封闭的过渡词语。

Claims (11)

1.一种用于磁共振成像的磁场调整系统，该磁场调整系统包括：
第一磁场发生组件，形成可控制的环路，用于产生磁共振成像所需的第一磁场，且所述第一磁场发生组件包括依次串联在一起的第一子线圈、第二子线圈、第三子线圈和第四子线圈和第一开关；和
附加组件，用于在所述可控制的环路中形成新的可控制的环路，以便与第一磁场发生组件共同作用以同时产生磁共振成像所需的第二磁场，所述附加组件包括第二开关、第三开关、第一连接支路和第二连接支路，其中，第一连接支路的一端连接到第一和第二子线圈相连的一个极，第一连接支路的另一端连接到第一开关和第二开关相连的一个极，第二连接支路的一端连接到第三和第四子线圈相连的一个极，第二连接支路的另一端连接到第二开关和第三开关相连的一个极，以形成包括第一子线圈、第一连接支路和第一开关的第一环路，包括第二子线圈、第三子线圈、第一连接支路、第二连接支路和第二开关的第二环路，包括第二连接支路、第四子线圈和第三开关的第三环路。
2.如权利要求1所述的磁场调整系统，其中：
第一磁场发生组件用于产生电磁干扰屏蔽磁场，第一磁场发生组件与附加组件共同作用产生匀场。
3.如权利要求1所述的磁场调整系统，其中：
附加组件包括：开关和连接支路，与第一磁场发生组件适当连接以形成多个由开关控制的环路。
4.根据权利要求1所述的磁场调整系统，其中，第一环路和第三环路中的电流大小相等方向相反。
5.如权利要求1所述的磁场调整系统，所述子线圈是超导线圈。
6.一种用于磁共振成像的磁场调整方法，该磁场调整方法包括：
设置包括依次串联在一起的第一子线圈、第二子线圈、第三子线圈和第四子线圈和第一开关的第一磁场发生组件，形成可控制的环路，以便产生磁共振成像所需的第一磁场；以及
设置附加组件，在所述可控制的环路中形成新的可控制的环路，以便与第一磁场发生组件共同作用以同时产生磁共振成像所需的第二磁场，其中，所述附加组件被设置为包括第二开关、第三开关、第一连接支路和第二连接支路，第一连接支路的一端连接到第一和第二子线圈相连的一个极，第一连接支路的另一端连接到第一开关和第二开关相连的一个极，第二连接支路的一端连接到第三和第四子线圈相连的一个极，第二连接支路的另一端连接到第二开关和第三开关相连的一个极，以形成包括第一子线圈、第一连接支路和第一开关的第一环路，包括第二子线圈、第三子线圈、第一连接支路、第二连接支路和第二开关的第二环路，包括第二连接支路、第四子线圈和第三开关的第三环路。
7.如权利要求6所述的磁场调整方法，其中：
第一磁场发生组件用于产生电磁干扰屏蔽磁场，第一磁场发生组件与附加组件共同作用产生匀场。
8.如权利要求6所述的磁场调整方法，其中：
附加组件被设置为包括：开关和连接支路，与第一磁场发生组件适当连接以形成多个由开关控制的环路。
9.根据权利要求6所述的磁场调整方法，其中，第一环路和第三环路中的电流大小相等方向相反。
10.如权利要求6所述的磁场调整方法，所述子线圈是超导线圈。
11.一种磁共振成像系统，包括如权利要求1-5的任一个所述的磁场调整系统。
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