CN108289635B

CN108289635B - 磁共振成像系统及其相关方法

Info

Publication number: CN108289635B
Application number: CN201680066841.XA
Authority: CN
Inventors: S-K.李; E.菲夫兰; J.皮尔; B.科利克
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: US10527694B2; US20170139022A1; CN108289635A; KR20180071366A; WO2017083376A1; KR102587374B1

Abstract

公开一种磁共振成像系统。磁共振成像系统包括磁芯，磁芯生成包括多个磁场线的磁场。磁共振成像系统还包括沿磁芯安置的多个梯度线圈，以及多个梯度放大器。此外，磁共振成像系统包括多个母排线导体，多个母排线导体连接多个梯度线圈中的对应梯度线圈和多个梯度放大器中的对应梯度放大器。多个母排线导体沿着沿多个磁场线延伸的第一路径和沿从对应梯度线圈到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置以减少洛仑兹力对多个母排线导体的影响。

Description

磁共振成像系统及其相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月12日提交的美国专利申请号14/938,891的优先权，所述申请的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及磁共振成像系统，更确切地说，涉及用于磁共振成像系统中的母排线导体。

背景技术

在磁共振成像(MRI)系统中，电气母排线导体(electrical bus-bar conductor)将电流从梯度驱动器(gradient driver)传输到梯度线圈(gradient coil)。在插入式梯度线圈MRI系统中，梯度线圈常常远远短于磁芯。因此，母排线导体需要显著扩展到更接近磁体的等中心(iso-center)以便于连接到梯度线圈。特别是，显著长度的母排线导体安置于受到由磁芯生成的强磁场影响的区域中。母排线导体邻近于磁芯的部分受到由于磁场所致的强洛仑兹力。

母排线导体受到由于洛仑兹力所致的剧烈振动。母排线导体的振动还可能会引起患者检查台的机械摇动且在MRI系统中生成声学噪声。

洛仑兹力还引起对应于母排线导体的细丝与接头之间的间歇性接触。细丝与接头之间的金属-金属接触引起放电的生成。结果，生成白色像素伪影。因此，破坏了所采集图像的质量。

因此，需要紧凑而简单设计的母排线导体以使洛仑兹力在MRI系统中的影响最小化。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开了一种磁共振成像系统。磁共振成像系统包括生成磁场的磁芯，所述磁场包括多个磁场线。磁共振成像系统还包括沿磁芯安置的多个梯度线圈，以及多个梯度放大器。此外，磁共振成像系统包括多个母排线导体，所述多个母排线导体连接多个梯度线圈中的对应梯度线圈和多个梯度放大器中的对应梯度放大器。多个母排线导体沿着沿多个磁场线延伸的第一路径和沿从对应梯度线圈到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置。

根据本发明的另一实施例，公开用于安装磁共振成像系统的方法。所述方法包括将多个母排线导体连接到多个梯度线圈中的对应梯度线圈和多个梯度放大器中的对应梯度放大器。多个梯度线圈沿磁芯安置，所述磁芯被配置成生成包括多个磁场线的磁场。此外，所述方法包括沿着沿多个磁场线延伸的第一路径和沿从对应梯度线圈到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置多个母排线导体。

根据本发明的又一实施例，公开用于操作磁共振成像系统的方法。所述方法包括使用磁芯生成包括多个磁场线的磁场。磁共振成像系统包括沿磁芯安置的多个梯度线圈、多个梯度放大器和多个母排线导体，所述多个母排线导体连接多个梯度线圈中的对应梯度线圈和多个梯度放大器中的对应梯度放大器。多个母排线导体沿着沿多个磁场线延伸的第一路径和沿从对应梯度线圈到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置。另外，所述方法包括通过多个母排线导体传输电流，使得洛仑兹力对多个母排线导体的影响最小化。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图式中相同的标号表示相同的零件，在附图中：

图1是磁共振成像系统的图示；

图2是根据本发明的示范性实施例的磁共振成像系统的图示；

图3是根据图2的实施例的磁共振成像系统的图示；

图4是根据本发明的另一示范性实施例的磁共振成像系统的图示；

图5是根据图4的实施例的母排线导体的说明性实施例；

图6是根据又一实施例的磁共振成像系统的图示；

图7是根据又一示范性实施例的磁共振成像系统的图示；

图8是根据图7的实施例的母排线导体的说明性实施例；且

图9是根据又一示范性实施例的磁共振成像系统的说明性实施例。

具体实施方式

除非另有定义，否则本文中所使用的技术和科学术语具有与本说明书所属领域的技术人员通常所理解相同的含义。如本文中所使用，术语“第一”、“第二”等并不指示任何次序、数量或重要性，而实际上用于区分一个要素与另一要素。而且，术语“一(a、an)”并不指示对量的限制，而实际上指示存在所提及项目中的至少一个。术语“或”意欲为包括性的，且意味着所列项目中的一个、一些或全部。本文中使用“包括(including、comprising)”或“具有”及其变体意欲涵盖其后列出的项目及其等效物以及额外项目。术语“连接(connected)”和“连接(coupled)”并不限于物理或机械连接或连接，且可包括电气连接或连接，不管是直接还是间接。此外，例如“电路(circuit)”、“电路(circuitry)”和“控制器”等术语可包括单个部件或多个部件，所述部件是有源的和/或无源的且连接或以其它方式连接在一起以提供所描述的功能。而且，如本文中所使用的术语可操作地连接包括有线连接、无线连接、电气连接、磁性连接、无线通信、基于软件的通信或其组合。

如下文中将详细地描述，公开了示范性磁共振成像系统以及磁共振成像系统的安装和操作方法的各种实施例。确切地说，公开了一种插入式梯度线圈磁共振成像系统中的母排线布置。

现在转向附图，参考图1，示出了常规磁共振成像系统100。常规MRI系统100包括具有磁芯102和多个梯度线圈104的MRI扫描仪101。磁芯102被配置成生成具有多个磁场线的磁场。

MRI系统100进一步包括多个梯度放大器108。梯度线圈104中的每一个经由多个母排线导体106可操作地连接到对应梯度放大器108。附图标记114表示滤波器，所述滤波器被配置成过滤从梯度放大器108传输到梯度线圈104的电流中的任何噪声。使用支撑结构110将多个母排线导体106固持在一起。母排线导体106的梯度线圈末端112刚性地固定到磁芯的凸缘。

在MRI系统100中，梯度线圈104的长度可远远短于磁芯102。在这种情形中，母排线导体106需要大量延伸到磁芯102中以便于连接到梯度线圈104。因此，母排线导体106安置于受强磁场影响的区域中。此外，母排线导体106以通过母排线导体106的电流传输方向不平行于磁场线的方式安置。另外，对于一定长度的母排线导体106，母排线导体106安置于受强磁场影响的区域中。相应地，作用于母排线导体106的洛仑兹力相当高。因此，MRI系统100受到过度振动。

现参见图2，图2描绘根据本发明的实施例的磁共振成像系统200的图示。磁共振成像(MRI)系统200包括被配置成接纳患者且扫描患者的MRI扫描仪202。

MRI扫描仪202包括磁芯204和多个梯度线圈206。磁芯204被配置成生成具有多个磁场线的磁场。磁场包括径向磁场分量和轴向磁场分量。如本文中所使用的术语“磁场”可用于指径向磁场分量和轴向磁场分量的向量和的绝对值。多个梯度线圈206沿磁芯204安置。梯度线圈206是高性能插入式梯度线圈。梯度线圈206具有比磁芯204更短的长度。在一个实施例中，梯度线圈206比磁芯204短约30厘米到约80厘米。

梯度线圈206包括X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224。此外，MRI系统200包括多个梯度放大器210。在一个实施例中，梯度放大器210包括X轴放大器214、Y轴放大器216和Z轴放大器218。

在所说明的实施例中，MRI扫描仪202定位在第一位置201处且梯度放大器210安置在第二位置203处。第一位置201是扫描室且第二位置203是设备室。第一位置201和第二位置203通过穿透壁205彼此分离。此外，滤波器212定位于穿透壁205上。滤波器212被配置成过滤从梯度放大器210传输到梯度线圈206的电流中的任何噪声。如本文中所使用的术语“噪声”可用于指电流的任何不均匀性。

具体地，X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224分别连接到X轴放大器214、Y轴放大器216和Z轴放大器218。在一个非限制性实例中，对应于每一梯度线圈206的梯度放大器210控制传输到梯度线圈206的电流。电流经由多个母排线导体208从梯度放大器210传输到对应梯度线圈206。具体地说，梯度线圈206中的每一个经由至少两个母排线导体208连接到对应梯度放大器210。母排线导体208中的一个连接到正端子且母排线导体208中的另一个连接到负端子。在一个实施例中，母排线导体208中的每一个由铜制成。传输到梯度线圈206的电流有助于在MRI扫描仪202中产生具有所需梯度的磁场。

根据本发明的实施例，多个母排线导体208沿第一路径安置，使得传输通过母排线导体208的电流的方向平行于磁场线。在另一实施例中，多个母排线导体208沿第二路径安置，使得第二路径沿从对应梯度线圈206到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸。因此，母排线导体208经受最小洛仑兹力。由于洛仑兹力的最小化，MRI系统200中的振动大大减少。参考后续图更详细地论述关于第一路径和第二路径的细节。

图3是根据本发明的实施例的图2的磁共振成像系统200的图示。MRI系统200包括磁芯204和多个梯度线圈206。梯度线圈206中的每一个包括正端子304和负端子306。磁芯204被配置成生成具有多个磁场线308的磁场307。

附图标记310表示竖直轴线r(m)，所述竖直轴线r(m)指示从磁芯204的中心到计算出磁场的位置的单位为米的径向距离。具体地说，磁场线308在与磁芯204的中心相距约0.2米到约1.05米的径向距离范围内延伸。附图标记312表示水平轴线z(m)，所述水平轴线z(m)指示从磁芯204的中心到计算出磁场的位置的单位为米的轴向距离。

附图标记314和316表示第一路径。具体地说，附图标记314表示从正端子304到磁芯204的第一路径。此外，附图标记316表示从负端子306到磁芯204的第一路径。第一路径314、316基于磁芯204的位置和磁场线308的对应图案来确定。

第一路径314、316的形状是使得如果有任何载流母排线导体沿第一路径314、316定位，则通过母排线导体的电流传输方向平行于磁场线308。在所说明的实施例中，电流传输方向由附图标记318、320表示。确切地说，附图标记318表示沿第一路径316的电流传输方向且附图标记320表示沿第一路径314的电流传输方向。具体地说，在母排线导体上的任一点处的沿第一路径314、316的电流方向平行于磁场线308。母排线导体沿第一路径的布置有助于使洛仑兹力对母排线导体的影响最小化。

现参见图4，描绘了根据另一示范性实施例的磁共振成像系统400的图示。梯度线圈206包括X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224。X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224中的每一个包括正端子和负端子。梯度放大器210包括X轴放大器214、Y轴放大器216和Z轴放大器218。X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224分别连接到X轴放大器214、Y轴放大器216和Z轴放大器218。梯度线圈206经由多个母排线导体402可操作地连接到梯度放大器210。X轴线圈220、Y轴线圈222和Z轴线圈224中的每一个经由两个母排线导体402连接到对应梯度放大器210。因此，梯度线圈206经由六个母排线导体402连接到对应梯度放大器210。此外，MRI系统400包括滤波器212，所述滤波器212被配置成过滤从梯度放大器210传输到梯度线圈206的电流中的任何噪声。

在所说明的实施例中，母排线导体402具有两个部分404和406。母排线导体402的部分404安置于受到由磁芯204生成的磁场影响的区域中。母排线导体402的部分406安置于受到由磁芯204生成的磁场的可忽略的影响的区域中。母排线导体402的部分404从梯度线圈206的正端子和负端子延伸到磁芯204的服务端凸缘408。此外，母排线导体402的部分406从母排线导体402的部分404的一个末端(邻近于服务端凸缘408)延伸到梯度放大器210。具体地说，母排线导体402的部分404连接到梯度线圈206的正端子和负端子，并且母排线导体402的部分406连接到梯度放大器210。

母排线导体402的部分404沿第一路径(类似于图3的第一路径314、316)安置，从而使洛仑兹力对母排线导体402的影响减小。在一个实施例中，作用于沿第一路径安置的部分404的洛仑兹力几乎为零。在所说明的实施例中，母排线导体402的部分404具有弯曲形状。在其它实施例中，母排线导体402的形状可取决于磁场线而变化。

图5是根据图4的实施例的母排线导体402的说明性实施例。具体地说，描绘了母排线导体402的部分404。在所说明的实施例中，描绘了两个母排线导体402。在其它实施例中，母排线导体402的数目可取决于应用而变化。

在一个实施例中，母排线导体402是柔性导体。在这种实施例中，母排线导体402被从由铜制成的重型电缆切割预定长度。此外，支撑结构506连接到母排线导体402的部分404以便于支撑母排线导体402的部分404。母排线导体402的部分404经由紧固单元508连接到支撑结构506。在一个实施例中，支撑结构506由绝缘材料制成。绝缘材料可包括玻璃、塑料、聚合物、木材或其组合。绝缘材料如所描绘地被配置成采用区域的形状且定位在母排线导体402之间。

在所说明的实施例中，确切地说，支撑结构506包括多个凹槽512。母排线导体402的部分404安置于对应凹槽512中且使用紧固单元508紧固到凹槽512。在一个实例中，紧固单元508可包括胶带。母排线导体402的部分404的第一末端514使用螺栓510连接到梯度线圈的正端子和负端子，例如连接到图3的正端子304和负端子306。母排线导体402的部分404的另一末端516连接到母排线导体的部分406，所述部分406连接到例如图2的梯度放大器210等梯度放大器。在另一实施例中，母排线导体402是刚性导体。在这种实施例中，母排线导体402通过滚动或切割铜带制成。

图6是磁共振成像系统600的另一实施例的图示。MRI系统600包括磁芯204和梯度线圈206。梯度线圈206包括正端子304和负端子306。磁芯204被配置成生成磁场，例如图3的磁场307。在所说明的实施例中，表示出磁场的径向分量。在所说明的实施例中，受磁场影响的区域具有第一区602、第二区604和第三区606。第一区602受强径向磁场影响。第二区604受与第一区602的径向磁场相比强度减小的径向磁场影响。第三区606被称为磁场的边缘区域。术语“第三区”和“磁场的边缘区域”可互换使用。对应于第三区606的径向磁场强度小于对应于第一区602和第二区604的径向磁场强度。

附图标记603表示竖直轴线r(m)，所述竖直轴线r(m)指示从磁芯204的中心到计算出磁场的位置的单位为米的径向距离。附图标记605表示水平轴线z(m)，所述水平轴线z(m)指示从磁芯204的中心到计算出磁场的位置的单位为米的轴向距离。此外，附图标记612表示指示径向磁场的单位为特斯拉的比例尺。

如上文所指出，多个母排线导体被配置成将梯度线圈206可操作地连接到对应梯度放大器。在图6的实施例中，母排线导体沿第二路径608、610安置。第二路径608从正端子304延伸且第二路径610从负端子306延伸。确切地说，第二路径608、610中的每一个沿从对应梯度线圈206到磁场307的边缘区域606的基本上线性方向延伸。第二路径608、610中的每一个指示从梯度线圈206到磁场307的边缘区域606的最短距离路径。在一个实施例中，第二路径608、610中的每一个沿磁芯204的轴向方向基本上呈直线式延伸。在所说明的实施例中，因为第二路径608、610指示从梯度线圈206到磁场307的边缘区域606的最短距离，所以作用于沿第二路径608、610安置的母排线导体的洛仑兹力被最小化。在一个实施例中，当与常规插入式梯度线圈MRI系统中的洛仑兹力相比时，作用于母排线导体的洛仑兹力可减少约30％到约90％。

参考图7，描绘根据本发明的另一实施例的磁共振成像系统700。具体地说，图7表示沿第二路径安置的母排线导体702，例如图6的第二路径608、610。MRI系统700包括具有磁芯204和多个梯度线圈206的MRI扫描仪202。梯度线圈206经由多个母排线导体702可操作地连接到梯度放大器210。母排线导体702具有扁平形状。此外，MRI系统700包括滤波器212，所述滤波器212被配置成过滤从梯度放大器210传输到梯度线圈206的电流中的任何噪声。

母排线导体702具有沿母排线导体702的长度的两个部分704、706。母排线导体702的部分704设置在受到由磁芯204生成的磁场影响的区域中。母排线导体702的部分706安置于受到由磁芯204生成的磁场的可忽略的影响的区域中。母排线导体702的部分704经由最短距离路径从梯度线圈206的正端子和负端子延伸到磁场的边缘区域。具体地说，母排线导体702的部分704表示沿从对应梯度线圈206到磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径。

图8是根据图7的实施例的母排线导体702的说明性实施例。在一个非限制性实例中，母排线导体702可由3/0AWG铜电缆制成。在所示实施例中，描绘了一组母排线导体702。具体地说，描绘了一组母排线导体702的部分704(图7中所示)。母排线导体702的部分704固持在通过紧固单元，例如多个黄铜螺栓804栓接在一起的两个面板802之间。此外，带806使用例如胶带808等紧固单元紧固到两个面板802。带806和面板802可由绝缘材料制成，所述绝缘材料例如但不限于聚甲基丙烯酸甲酯材料的透明塑料，或类似丙烯酸或丙烯酸玻璃或丙烯酸塑料(例如，树脂玻璃^TM)。

母排线导体702的两个端子810连接到压接端子套(crimp lug)。如本文中所使用的术语“压接端子套”是指金属末端件。在一个实施例中，两个端子810分开5.0cm的距离。两个端子810进一步连接到梯度线圈的正端子和负端子。在另一实施例中，母排线导体702的部分704的长度是3英尺。在又一实施例中，两个母排线导体702之间的侧向间隙(从中心到中心)是约35mm。

图9是根据图8的示范性实施例的磁共振成像系统700的说明性实施例。MRI系统700进一步包括用于固持母排线导体702的刚性铝框架902。确切地说，刚性铝框架902使用固体塑料块904和螺栓906连接到母排线导体702。在所说明的实施例中，刚性铝框架902是矩形结构。刚性铝框架902还经由紧固单元连接到磁芯的服务端凸缘(service-endflange)408。

根据本文中所论述的实施例，磁共振成像系统中的母排线导体以母排线导体上的洛仑兹力被最小化的方式安置。MRI系统的母排线导体和其它部件的振动由于洛仑兹力的减少而最小化。因此，与MRI扫描仪相关联的任何硬件的机械摇动被减少。此外，示范性MRI系统中的声学噪声被最小化。母排线导体的这种布置减少了间歇性金属-金属接触，从而减少放电的生成。因此，白色像素伪影显著减少。因此，使用MRI系统获得良好质量图像。

虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但是所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变且可用等效物替代本发明的元件。另外，在不脱离本发明实质范围的情况下，根据本发明的教导可作出许多修改以适应特定的情况或材料。因此，本发明希望不限于作为实现本发明构思到的最佳方式而公开的特定实施例，本发明还将包括属于所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims

1.一种磁共振成像系统，包括：

磁芯，所述磁芯生成包括多个磁场线的磁场；

沿所述磁芯安置的多个梯度线圈；

多个梯度放大器；以及

多个母排线导体，所述多个母排线导体连接所述多个梯度线圈中的对应梯度线圈和所述多个梯度放大器中的对应梯度放大器，其中所述多个母排线导体沿着在径向-轴向平面中沿所述多个磁场线延伸的第一路径和沿从所述对应梯度线圈到所述磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：进一步包括连接到所述多个母排线导体以便于支撑所述多个母排线导体的支撑结构。

3.根据权利要求2所述的磁共振成像系统，其特征在于：进一步包括用于将所述多个母排线导体紧固到所述支撑结构的紧固单元。

4.根据权利要求2所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述多个母排线导体中的至少一个包括铜带。

5.根据权利要求2所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述支撑结构包括绝缘材料。

6.根据权利要求5所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述绝缘材料包括玻璃、塑料、聚合物、木材或其组合。

7.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述第一路径基本上平行于所述多个磁场线延伸。

8.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述多个母排线导体中的至少一个具有弯曲形状。

9.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述多个母排线导体中的至少一个具有扁平形状。

10.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：所述第二路径沿所述磁芯的轴向方向基本上呈直线式延伸。

11.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其特征在于：沿所述第一路径和所述第二路径中的至少一个安置的所述多个母排线导体被配置成使洛仑兹力的影响最小化。

12.一种用于安装磁共振成像系统的方法，所述方法包括：

将多个母排线导体连接到多个梯度线圈中的对应梯度线圈和多个梯度放大器中的对应梯度放大器，其中所述多个梯度线圈沿磁芯安置，所述磁芯被配置成生成包括多个磁场线的磁场；以及

沿着在径向-轴向平面中沿所述多个磁场线延伸的第一路径和沿从所述对应梯度线圈到所述磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置所述多个母排线导体。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：进一步包括将支撑结构连接到所述多个母排线导体。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：进一步包括经由紧固单元将所述多个母排线导体连接到所述支撑结构。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：沿所述第一路径安置所述多个母排线导体包括基本上平行于所述多个磁场线安置所述多个母排线导体。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：沿所述第二路径安置所述多个母排线导体包括沿所述磁芯的轴向方向基本上呈直线式安置所述多个母排线导体。

17.一种用于操作磁共振成像系统的方法，所述方法包括：

使用磁芯生成包括多个磁场线的磁场，其中所述磁共振成像系统包括：

沿所述磁芯安置的多个梯度线圈；

多个梯度放大器；以及

多个母排线导体，所述多个母排线导体连接所述多个梯度线圈中的对应梯度线圈和所述多个梯度放大器中的对应梯度放大器，其中所述多个母排线导体沿着在径向-轴向平面中沿所述多个磁场线延伸的第一路径和沿从所述对应梯度线圈到所述磁场的边缘区域的基本上线性方向延伸的第二路径中的至少一个安置；并

且

传输电流通过所述多个母排线导体，使得将洛仑兹力对所述多个母排线导体的影响最小化。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：传输电流通过所述多个母排线导体包括传输电流通过沿平行于所述多个磁场线中的某一磁场线的所述第一路径安置的所述多个母排线导体。