CN106291422A - 一种磁共振成像系统及其参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像系统及其参数确定方法，其中磁共振成像系统包括：上磁体、下磁体，以及上匀场环、下匀场环；上磁体与下磁体正对设置；上匀场环内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈；第一主动屏蔽线圈设置于第一梯度线圈的外周；第一主动屏蔽线圈与第一梯度线圈内电流的流向相反；下匀场环内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈；第二主动屏蔽线圈设置于第二梯度线圈的外周；第二主动屏蔽线圈与第二梯度线圈内电流的流向相反，并且第二主动屏蔽线圈与第一主动屏蔽线圈内电流的流向相反。利用主动屏蔽线圈产生的磁场来达到抑制涡流磁场的目的；该主动屏蔽线圈设置于梯度线圈的外周，不会额外占用磁体内部口径空间。

Description

一种磁共振成像系统及其参数确定方法

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域，具体涉及一种磁共振成像系统及其参数确定方法。

背景技术

1946年，美国斯坦福大学的Felix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell通过各自独立的研究检测到了物质内核磁共振吸收现象，阐述了原子核自旋的存在，基于这种物理原理，核磁共振广泛应用于物理化学考古以及医疗领域。现在，基于核自旋原理开发的核磁共振设备(MRI)已成为与CT、超声等成像设备并立的最重要的医疗影像设备，广泛应用于人体各个部位的成像诊断。

梯度线圈是磁共振设备的核心部件之一，它的主要功能是在三维空间对磁共振信号进行编码，从而获得被试的空间图像信息。梯度线圈通常成对设置，并且电流方向相反。例如上下设置的上梯度线圈和下梯度线圈，上梯度线圈和下梯度线圈内电流的流向相反以形成梯度磁场的梯度特性。成对设置的梯度线圈之间的空间为成像空间，待成像人体或其他物体置于该成像空间内，利用梯度线圈所产生的梯度磁场进一步获取细节图像信息，因此成像空间内的梯度磁场需要满足线性要求。

图像重建中为了获得样品空间位置与核磁共振信号的频率或相位之间的对应关系，要求梯度线圈产生的空间场及其随时间的变化情况是可控的。然而由于磁共振系统中有金属部件的存在，在梯度波(即梯度线圈所产生的磁场)上升沿和下降沿的变化过程中，在其金属内部感应出涡流，从而影响梯度的线性度，导致产生图像畸变和伪影等失真现象，且涡流的影响使得系统很难缩短回波时间。而在永磁磁共振系统中，主磁体上下分别有2块用于匀场的铁极板，称为极板，在快速变化的梯度波下会产生严重的涡流效应，尤其以纵向梯度场(z方向)为主。因此，为提高成像速度或者要获得高质量的图像，涡流问题的解决十分关键。

现有技术中，中国发明专利CN1389177A公开了一种医用磁共振成像系统及其消除涡流的装置，在梯度线圈与极板之间设置金属层，从而避免梯度波的快速变化使得极板上产生严重的涡流效应。

然而，现有技术的设计中需要额外的占用磁体内部口径空间以放置金属层，从而减小了被试者能使用的空间。而加大磁体设计口径则会使得研发成本会进一步增加，且主动屏蔽线圈本身也会增加成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中涡流消除装置需要额外占用被试者能使用的空间、成本较高的缺陷。

为此，本发明实施例提供一种磁共振成像系统，包括：上磁体、下磁体，以及上匀场环、下匀场环；所述上磁体与所述下磁体正对设置；所述上匀场环设置于所述上磁体的下方；所述上匀场环内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈；所述第一主动屏蔽线圈设置于所述第一梯度线圈的外周；所述第一主动屏蔽线圈与所述第一梯度线圈内电流的流向相反；所述下匀场环设置于所述下磁体的上方；所述下匀场环内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈；所述第二主动屏蔽线圈设置于所述第二梯度线圈的外周；所述第二主动屏蔽线圈与所述第二梯度线圈内电流的流向相反，并且所述第二梯度线圈与所述第一梯度线圈内电流的流向相反。

可选的，所述第一梯度线圈与所述第一主动屏蔽线圈在同一平面内，所述第二梯度线圈与所述第二主动屏蔽线圈在同一平面内。

可选的，所述上磁体和所述下磁体均为铷铁硼磁钢。

可选的，所述磁共振成像系统还包括：上盖板、下盖板和立柱；

所述立柱竖直设置，所述上盖板和所述下盖板水平设置；所述上盖板设置于所述上磁体的上方，并与所述立柱的上端连接；所述下盖板设置于所述下磁体的下方，并与所述立柱的下端连接。

本发明实施例还提供上述任一所述的磁共振成像系统的参数确定方法，包括：建立成像空间磁场分布模型；所述成像空间的磁场包括所述第一梯度线圈和所述第二梯度线圈所产生的梯度磁场、所述梯度磁场作用于金属物质时所产生的涡流磁场、所述第一主动屏蔽线圈和所述第二主动屏蔽线圈所产生的主动屏蔽磁场；对所述成像空间磁场分布模型进行动态优化仿真，确定当所述涡流磁场与所述梯度磁场的比值小于预设阈值时所述第一主动屏蔽线圈和所述第二主动屏蔽线圈的匝数取值范围、直径取值范围以及电流取值范围。

本发明实施例提供的磁共振成像系统，包括正对设置的上磁体和下磁体，以及上匀场环、下匀场环。上匀场环内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈，下匀场环内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈。第一梯度线圈与第二梯度线圈内的电流流向相反，以形成梯度磁场的梯度特性；第一主动屏蔽线圈设置于第一梯度线圈的外周，第二主动屏蔽线圈设置于第二梯度线圈的外周，避免影响成像空间内梯度磁场的线性特性，同时不会额外占用磁体内部口径空间；第一主动屏蔽线圈与第一梯度线圈内电流的流向相反，利用第一主动屏蔽线圈所产生的磁场来抑制第一梯度磁场(即第一梯度线圈所产生的磁场)变化时作用于金属物质所产生的涡流磁场；第二主动屏蔽线圈与第二梯度线圈内电流的流向相反，利用第二主动屏蔽线圈所产生的磁场来抑制第二梯度磁场(即第二线圈所产生的磁场)变化时作用于金属物质所产生的涡流磁场。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明实施例1中磁共振成像系统的一个结构示意图；

图1B为本发明实施例1中上匀场环内的梯度线圈和主动屏蔽线圈的示意图；

图1C为本发明实施例1中下匀场环内的梯度线圈和主动屏蔽线圈的示意图；

图1D为本发明实施例1中磁共振成像系统的成像空间示意图；

图2为本发明实施例2中磁共振成像系统的参数确定方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种磁共振成像系统，如图1A所示。该磁共振成像系统包括上磁体1、下磁体2，以及上匀场环3、下匀场环4。

上磁体1与下磁体2正对设置，使得成像空间内的具有均匀的主磁场。

上匀场3环设置于上磁体1的下方。上匀场环3内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈。第一主动屏蔽线圈设置于第一梯度线圈的外周，如图1A中所示，上匀场环3中，“×”表示电流从纸或屏幕的前方流向纸或屏幕内的方向，“·”表示电流从纸或屏幕内流向纸或屏幕的前方方向。此处“前方”是指相对于纸或屏幕，观察者所处的方向。左侧的三个“·”与右侧的三个“×”表示第一梯度线圈内的电流流向，左侧的两个“×”与右侧的两个“·”表示第一主动屏蔽线圈内的电流流向。该图1A中示出了第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈内电流的流向相反。

匀场环4设置于下磁体2的上方。下匀场环4内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈。第二主动屏蔽线圈设置于第二梯度线圈的外周。如图1A中所示，下匀场环4中，“×”表示电流从纸或屏幕的前方流向纸或屏幕内的方向，“·”表示电流从纸或屏幕内流向纸或屏幕的前方方向。此处“前方”是指相对于纸或屏幕，观察者所处的方向。左侧的三个“×”与右侧的三个“·”表示第二梯度线圈内的电流流向，左侧的两个“·”与右侧的两个“×”表示第二主动屏蔽线圈内的电流流向。该图1A中示出了第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈内电流的流向相反，同时还示出了第二梯度线圈与第一梯度线圈内电流的流向相反。

需要补充说明的是，图1A中的第一梯度线圈和第二梯度线圈内的电流流向仅仅是示意图，在实际磁共振系统中，第一梯度线圈不仅仅是首尾相邻的一个线圈，而是电流逆向设置的多个线圈，下面以第一梯度线圈为两个线圈为例予以说明。

例如图1B为上匀场环3内的线圈示意图，9为电流顺时针流动的梯度线圈，10为电流逆时针流动的梯度线圈。这些上匀场环3中电流逆向设置的梯度线圈在本申请中通称为第一梯度线圈。9为上匀场环3中最外圈的梯度线圈，第一屏蔽线圈8设置于该梯度线圈9的外周，且第一屏蔽线圈8内的电流流向与梯度线圈9内的电流流向相反，即第一屏蔽线圈8内的电流为逆时针流向。

相应地，图1C所示为下匀场环4内的线圈示意图，12为电流逆时针流动的梯度线圈，13为电流顺时针流动的梯度线圈。这些下匀场环4中电流逆向设置的梯度线圈在本申请中通称为第二梯度线圈。12为下匀场环4中最外圈的梯度线圈，第二屏蔽线圈11设置于该梯度线圈12的外周，且第二屏蔽线圈11内的电流流向与梯度线圈12内的电流流向相反，即第二屏蔽线圈11内的电流为顺时针流向。

上述磁共振成像系统，包括正对设置的上磁体和下磁体，以及上匀场环、下匀场环。上匀场环内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈，下匀场环内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈。第一梯度线圈与第二梯度线圈内的电流流向相反，以形成梯度磁场的梯度特性；第一主动屏蔽线圈设置于第一梯度线圈的外周，第二主动屏蔽线圈设置于第二梯度线圈的外周，避免影响成像空间内梯度磁场的线性特性，同时不会额外占用磁体内部口径空间；第一主动屏蔽线圈与第一梯度线圈内电流的流向相反，利用第一主动屏蔽线圈所产生的磁场来抑制第一梯度磁场(即第一梯度线圈所产生的磁场)变化时作用于金属物质所产生的涡流磁场；第二主动屏蔽线圈与第二梯度线圈内电流的流向相反，利用第二主动屏蔽线圈所产生的磁场来抑制第二梯度磁场(即第二线圈所产生的磁场)变化时作用于金属物质所产生的涡流磁场。

作为本实施例的一种优选实施方式，第一梯度线圈与第一主动屏蔽线圈在同一平面内，第二梯度线圈与第二主动屏蔽线圈在同一平面内。沿用上例，图1B中组成第一梯度线圈的梯度线圈9和梯度线圈10，以及第一屏蔽线圈8在同一平面内，位于上匀场环3中；图1C中组成第二梯度线圈的梯度线圈12和梯度线圈13，以及第二屏蔽线圈11在同一平面内，位于下匀场环4中。

上匀场环3与下匀场环4之间为成像空间，待成像人体或其他物体置于该成像空间内，如图1D所示，图中14所示为成像空间。

优选地，上磁体1和下磁体2均为铷铁硼磁钢。

作为本实施例的一种优选实施方式，该磁共振成像系统还包括上盖板5、下盖板6和立柱7。立柱7竖直设置，上盖板5和下盖板6水平设置。上盖板5设置于上磁体1的上方，并与立柱7的上端连接；下盖板6设置于下磁体2的下方，并与立柱7的下端连接，即该上盖板5、下盖板6和立柱7构成一个“C”型。

实施例2

本实施例提供一种实施例1所述的磁共振成像系统的参数确定方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤S10：建立成像空间磁场分布模型；成像空间的磁场包括第一梯度线圈和第二梯度线圈所产生的梯度磁场、梯度磁场作用于金属物质时所产生的涡流磁场、第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈所产生的抑制磁场。

步骤S20：对成像空间磁场分布模型进行动态优化仿真，确定当涡流磁场与梯度磁场的比值小于预设阈值时第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈的匝数取值范围、直径取值范围以及电流取值范围。近似地，涡流磁场与梯度磁场的比值可以约等于涡流电流值与梯度线圈内的电流值的比值。

第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈的匝数、直径以及电流大小共同决定了其所能产生的磁场。以涡流磁场与梯度磁场的比值为目标，通过动态优化仿真，可以获得第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈的匝数取值范围、直径取值范围以及电流取值范围。

可以先将该预设阈值设置为第一预设阈值，然后逐渐减小其值，获取符合涡流磁场与梯度磁场的比值小于预设阈值条件的情况下，该预设阈值的最小值，从而将涡流效应抑制到最小。

实际进行该磁共振成像系统的参数设定时，可以根据上述第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈的匝数取值范围、直径取值范围以及电流取值范围，首先选择合适耐流的导线并确定圈数，需满足实际电流与导线圈数的乘积与原有优化结果接近，且导体在平面内绕圈排布时不超过最优直径的范围。经过合适的优化，上述第一主动屏蔽线圈和第二主动屏蔽线圈可以将第一梯度线圈和第二梯度线圈在磁体极板上产生的涡流效应控制在0.5％以内，即，从而极大地提高梯度系统的性能，提高成像质量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括：上磁体、下磁体，以及上匀场环、下匀场环；

所述上磁体与所述下磁体正对设置；

所述上匀场环设置于所述上磁体的下方；所述上匀场环内设置有第一梯度线圈和第一主动屏蔽线圈；所述第一主动屏蔽线圈设置于所述第一梯度线圈的外周；所述第一主动屏蔽线圈与所述第一梯度线圈内电流的流向相反；

所述下匀场环设置于所述下磁体的上方；所述下匀场环内设置有第二梯度线圈和第二主动屏蔽线圈；所述第二主动屏蔽线圈设置于所述第二梯度线圈的外周；所述第二主动屏蔽线圈与所述第二梯度线圈内电流的流向相反，并且所述第二梯度线圈与所述第一梯度线圈内电流的流向相反。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述第一梯度线圈与所述第一主动屏蔽线圈在同一平面内，所述第二梯度线圈与所述第二主动屏蔽线圈在同一平面内。

3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述上磁体和所述下磁体均为铷铁硼磁钢。

4.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述磁共振成像系统还包括：上盖板、下盖板和立柱；

所述立柱竖直设置，所述上盖板和所述下盖板水平设置；所述上盖板设置于所述上磁体的上方，并与所述立柱的上端连接；所述下盖板设置于所述下磁体的下方，并与所述立柱的下端连接。

5.一种权利要求1至4任一所述的磁共振成像系统的参数确定方法，其特征在于，包括：

建立成像空间磁场分布模型；所述成像空间的磁场包括所述第一梯度线圈和所述第二梯度线圈所产生的梯度磁场、所述梯度磁场作用于金属物质时所产生的涡流磁场、所述第一主动屏蔽线圈和所述第二主动屏蔽线圈所产生的抑制磁场；

对所述成像空间磁场分布模型进行动态优化仿真，确定当所述涡流磁场与所述梯度磁场的比值小于预设阈值时所述第一主动屏蔽线圈和所述第二主动屏蔽线圈的匝数取值范围、直径取值范围以及电流取值范围。