CN109313244A - 具有集成的调制器和开关单元的磁场梯度线圈组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁共振成像系统(100、200)。所述磁共振成像系统包括磁体组件(102)，所述磁体组件用于在成像区(108)内生成主磁场。所述磁共振成像系统还包括磁场梯度线圈组件(110)，所述磁场梯度线圈组件用于在所述成像区内生成空间梯度磁场。所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件(122)。所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件(500)。所述磁共振成像系统还包括梯度线圈电源(112)，所述梯度线圈电源用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流。所述梯度线圈电源是开关模式电源。所述梯度线圈电源包括针对至少一个线圈元件的每个线圈元件的开关单元(126)。所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器(128)。所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器(124)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的调制的梯度控制器(130)。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的调制器被附接到所述至少一个结构支撑件。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述开关单元被附接到所述至少一个结构支撑件。

Description

具有集成的调制器和开关单元的磁场梯度线圈组件
技术领域
本发明涉及磁共振成像，具体涉及用于磁共振成像的磁梯度线圈。
背景技术
磁共振成像(MRI)扫描器使用大的静磁场来对准原子的核自旋，作为用于产生患者的身体内的图像的流程的部分。该大的静磁场被称为B0场或主磁场。
对其进行空间编码的一种方法是使用磁场梯度线圈。通常，存在三个线圈，所述三个线圈被用于在三个不同的正交方向上生成三个不同的梯度磁场。
在MRI扫描期间，由一个或多个发射器线圈生成的射频(RF)脉冲引起所谓的B1场。另外，所施加的梯度场和B1场确实引起对有效局部磁场的扰动。然后，RF信号由核自旋发射并且由一个或多个接收器线圈来检测。这些RF信号被用于构建MR图像。这些线圈也能够被称为天线。
欧洲专利申请EP 2910965A1公开了一种用于MRI梯度线圈系统的多信道切换系统，其包括：多个N开关模拟开关，其连接多个N元件线圈元件，由此，所述开关和所述线圈元件形成多个N信道电信道，每个电信道由梯度功率放大器来驱动；配电板，其用于生成针对所述开关中的每个开关的控制信号；数字控制器，其通过通信总线向所述配电板提供命令代码；以及功率递送系统，其对N开关个开关中的每个开关供电，其特征在于：由功率放大器控制的信道的数量N信道小于开关的数量N开关，N信道<N开关，由此，所述开关被以串联、并联或者桥形配置来连接，由所述功率放大器控制的信道的数量N信道小于线圈系统中的线圈元件的数量N元件，N信道<N元件，由此，所述线圈元件中的每个线圈元件中的电流能够被切换为在正方向或负方向上流动或者绕过相应的线圈元件，并且经由较小数量N功率条功率线向N开关个元件递送功率，使得N功率<N开关，借助于配电系统向所述开关中的每个开关提供浮置功率。这允许在脉冲序列内动态地电连接矩阵线圈元件以生成动态切换的磁场分布，并且因此减少了所需的梯度功率放大器、梯度线缆和功率源的数量。
Harris等人在Proc.Intel.Soc.Mag.Reson.Med.21(2013)，第0011页上(http://cds.ismrm.org/protected/13MProceedings/files/0011.PDF)的会议论文“A newapproach to shimming:The dynamically controlled adaptive current network”公开了一种具有矩形网格图案的磁性匀场线圈，其由48个节点组成，被分布在具有铜带的丙烯酸圆柱形成形器上。HEXFET MOSFET光伏继电器被焊接在选择性节点连接之间，为两个连接节点之间的电流路径提供开放或封闭的可变性。被选择具有MOSFET控制的节点连接被选取以允许两种不同的场分布：偏移场移位和z梯度场。单电流输入和输出线被连接到匀场线圈的相对端。线圈被放置在3T Siemens Tim Trio系统中，并且以‘偏移场模式’和‘梯度模式’来采集场图。
发明内容
本发明提供了独立权利要求中的磁共振成像系统、方法和计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
本发明的实施例可以具有磁场梯度线圈组件，所述磁场梯度线圈组件由开关模式电源来供应电流。调制器和开关单元被附接到结构支撑件或者被设置在结构支撑件上。这可以实现更轻的重量和更便宜的磁共振成像系统。另外，这样的布置能够在磁场梯度线圈中重复许多次。在一些范例中，针对每个方向的梯度线圈可以具有多个线圈元件，所述多个线圈元件的电流被个体地控制。这可以实现对所述梯度磁场的容易的匀场或调节。
在一个方面中，本发明提供了一种磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括磁体组件，所述磁体组件用于在成像区内生成主磁场。磁体组件可以是用于生成所述主磁场的磁体。所述磁体组件还可以包括其他部件。例如，所述磁体组件可以包括加热元件或冷却元件。所述磁体组件还可以包括壳体或其他部件。在一个范例中，所述磁体组件包括整体单元以及围绕所述磁体的所有部件。
所述磁共振成像系统还包括磁场梯度线圈组件，所述磁场梯度线圈组件用于在所述成像区内生成空间梯度磁场。所述磁场梯度线圈组件还能够被称为磁场梯度线圈或者被简称为梯度线圈。所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件。所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件。所述结构支撑件例如可以由被附接到或嵌入有至少一个线圈元件的材料制成。所述磁共振成像系统还包括梯度线圈电源，所述梯度线圈电源用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流。所述梯度线圈电源还能够被称为磁场梯度线圈电源。所述梯度线圈电源是开关模式电源。所述开关模式电源还可以被称为开关或开关电源。所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元。
所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器。所述电流充电器本质上是电流源。所述开关单元可以被配置用于切换由所述电流充电器供应的电流。所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器。所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的调制的梯度控制器。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的调制器被附接到或者被设置在至少一个结构支撑件上。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关被附接到或者被设置在所述至少一个结构支撑件上。
在所述梯度线圈电源中，所述开关单元向所述线圈元件中的每个线圈元件供应电流。所述电流充电器向所述开关单元中的每个开关单元供应电流。然后，所述调制器被用于控制或调制所述开关单元。
使所述调制器和所述开关单元邻近于每个线圈可以具有若干不同的益处。其可以允许所述开关单元和所述线圈元件的集体冷却。其还减小了调制电流行进到达所述线圈元件所需的距离。所述调制器也被放置为靠近于所述开关单元。这可以使得屏蔽所述开关单元与所述调制器之间的连接更容易。其还可以减少对于屏蔽所述调制器与所述开关单元之间的连接的需要或要求。
简言之，本发明涉及一种具有梯度线圈组件的磁共振检查系统。所述梯度线圈组件包括一个或多个线圈元件。所述线圈元件彼此独立地由调制器驱动开关来驱动。所述调制器和所述开关被设置在(附接到)所述梯度线圈元件的结构支撑件上。亦即，所述调制器和所述开关被设置在所述结构支撑件(例如，线圈形成器)上，所述结构支撑件也保持电梯度线圈导体。以这种方式，所述调制器和所述开关能够靠近(一个或多个)线圈元件来放置。这允许对线圈元件、开关和调制器的集体冷却。同样地，使得所述调制器和所述开关的射频屏蔽更简单。
每个开关单元被连接到线圈元件。所述开关元件例如能够是PWM或PDM调制器。
所述开关单元例如能够是MOSFET或绝缘栅双极晶体管。在其他范例中，所述开关单元也可以是硅基GaN或siliconcarbit开关。
在另一实施例中，所述电流充电器可以是供应所有开关单元的单个单元。在其他范例中，所述电流充电器可以是多个单元。例如，可以存在多于一个的电流充电器，并且其各自供应所述开关单元中的一个或多个开关单元。
在另一实施例中，所述电流充电器可以是电容器组或排，其可以在使用之前被充电。这可能是有益的，因为其可以减少针对所述磁共振成像系统的应变或功率要求。所述电容器可以在一时间段内被充电。
在另一实施例中，所述电流充电器还可以是一个或多个电池。可以使用非磁性电池，诸如LiPO。
在另一实施例中，所述电池可以并入智能电池管理系统。所述电池例如可以是智能电池，所述智能电池能够监视各种参数，诸如电流充电、供应的电流、电压以及电池单元的健康状态。所述电池还可能能够经由诸如系统管理总线的总线接口与磁共振成像系统通信。如果由电池存储的电荷不足，则这可以允许电池停止所述磁共振成像系统。
在另一实施例中，所述电流充电器包括电池以及电容器组或排。在使用之前，所述电池可以被用于对所述电容器组充电。这可能是有利的，因为通过对所述电容器充电，可以使用具有较低电流额定值的电池。
在另一实施例中，经由电线、双绞线、光学系统(诸如光纤连接)或者无线系统来控制所述调制器。无线系统可以包括Wi-Fi或蓝牙连接。
在另一实施例中，所述梯度控制器可以被安装在磁体组件上，或者可以与控制整个磁共振成像系统的计算机控制器一起被安装。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括用于存储机器可执行指令和脉冲序列命令的存储器。所述磁共振成像系统还包括用于控制所述磁共振成像系统的处理器。所述机器可执行指令的执行使所述处理器使用所述脉冲序列命令来控制所述磁共振成像系统。
利用所述脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统使其采集磁共振成像数据。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述磁共振成像数据来重建磁共振图像。所述脉冲序列命令可以被用于根据特定磁共振成像协议来控制所述磁共振成像系统。可以使用相同的磁共振成像协议根据所述磁共振成像数据来重建磁共振图像。
在一些实施例中，所述脉冲序列命令可以包含针对所述梯度控制器的命令或控制，以控制到特定线圈元件的电流的流动。在其他实施例中，所述脉冲序列命令仅指定期望由所述梯度线圈电源实现的特定梯度场。在这种情况下，所述梯度控制器可以接收针对特定梯度场的命令，并且然后，将其转换成用于控制所述调制器中的每个调制器的命令。
在另一实施例中，所述脉冲序列命令用于根据零回波时间磁共振成像协议来采集所述磁共振数据。根据所述零回波时间磁共振成像协议来重建磁共振图像。该实施例可能是有益的，因为在所述结构支撑件上具有所述调制器和所述开关单元的组合可以提供紧凑并且便宜的磁共振成像系统。所述零回波时间磁共振成像协议通常需要比常规磁共振成像所需的更低的梯度线圈场。如上文所描述的所述磁场梯度线圈组件和所述梯度线圈电源与所述零回波时间磁共振成像协议的组合可以实现非常容易地使用并且构造便宜的磁共振成像系统。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述磁共振图像来重建伪放射摄影图像。这可以使用所述零回波时间脉冲序列命令来完成。这可以具有提供能够被用于以合理的成本来生成伪放射摄影图像的磁共振成像系统的益处。使用上文所描述的磁场梯度线圈组合和梯度线圈功率组件可以使得系统能够廉价地制造并且便于携带。
伪X射线或伪CTU或计算机断层摄影扫描是伪放射摄影图像的两个范例。
在另一实施例中，所述电流充电器被附接到所述磁体组件。
在一些范例中，针对所述调制器的控件以及从所述电流充电器到所述开关单元的引线或连接器可以被提供在所述磁场梯度线圈组件周围的环上。这可以提供耦合诸如用于所述磁场梯度线圈组件的功率和冷却的有效方式。
在另一实施例中，所述至少一个线圈元件是多个线圈元件。所述磁场梯度线圈被配置用于在一个或多个方向上生成梯度磁场。针对所述至少一个方向中的每个方向，所述磁场梯度线圈包括从所述多个线圈元件中选择的至少两个线圈元件。该实施例可能是有益的，因为这使得能够微调所述梯度线圈。诸如所述线圈元件的温度的因素可能影响由特定线圈元件生成的实际磁场。如果针对特定方向的梯度线圈被分成两个以上的部分，则可能能够调节针对该特定方向的梯度线圈的每个部分生成的电流量。这可以实现生成更准确或均匀的梯度场。这可以基本上允许在每个方向上对梯度场的调节或匀场。这能够改变诸如温度变化或线圈的几何形状的变化。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括至少一个梯度线圈传感器。所述梯度线圈控制器被配置用于使用反馈控制回路中的至少一个梯度线圈传感器来调节到至少两个线圈元件中的每个线圈元件的电流供应。这可能是有益的，因为用户能够设置期望的磁场强度或等效电流，并且所述梯度线圈电源和所述磁场梯度线圈组件将是自校正的。
在另一实施例中，所述至少一个梯度线圈传感器包括在至少两个线圈元件中的每个线圈元件上的电流传感器。
在另一实施例中，所述至少一个梯度线圈传感器包括在成像区内的至少一个磁场传感器。
在另一实施例中，所述至少一个梯度线圈传感器包括被附接到对象支撑件的至少一个磁场传感器。
在另一实施例中，所述梯度线圈传感器包括被附接到所述磁体组件的至少一个磁场传感器。
在另一实施例中，所述至少一个梯度线圈传感器包括被附接到所述至少一个结构支撑件的至少一个磁场传感器。
电流传感器和/或磁场传感器的使用可以实现对所需的磁梯度场的实时校正。
在另一实施例中，所述至少一个结构支撑件包括以下中的任何一个：电路板、FR4板、非平面电路板、柔性电路板、非对称电路板以及其组合。
在另一实施例中，所述磁场梯度线圈是具有间隙的分裂式磁场梯度线圈。所述梯度线圈电源被至少部分地定位在所述间隙内。例如，所述调制器和/或所述开关单元可以被定位在所述间隙内。这可以具有使所述磁场梯度线圈组件更紧凑的优点。
在另一实施例中，所述梯度线圈电源是非线性放大器。当构造所述梯度线圈电源时，通常使用昂贵的线性放大器，以便能够控制和生成准确的梯度线圈场。然而，实施例可以使得能够使用较便宜的非线性放大器。
在另一实施例中，所述非线性放大器与还包括至少一个梯度线圈传感器的所述磁共振成像系统的以上实施例相组合。这可以允许对较便宜的非线性放大器的准确的使用。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括梯度线圈冷却系统。所述梯度线圈冷却系统被配置用于冷却所述至少一个线圈元件以及所述至少一个线圈元件的所述开关单元。这可能是冷却这两个单元的具有成本效益并且高效的手段。这可以导致所述磁共振成像系统的降低的成本和/或重量。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括针对每个调制器的局部RF屏蔽。每个局部RF屏蔽被附接到所述至少一个结构支撑件。这可能是有益的，因为所述梯度线圈可能不需要被屏蔽。仅屏蔽所述调制器可能导致系统正常的但以降低的成本运行。
在另一实施例中，经由以下中的任一项来控制所述调制器：光纤、无线通信链路、蓝牙连接、Wi-Fi连接以及有线连接。无线通信链路、蓝牙连接和Wi-Fi连接的使用可以具有以下优点：需要延伸到所述磁体的孔膛中的电线较少。这可以具有以下优点中的一个或多个优点：减小所述磁共振成像系统的重量、减少串扰对所述调制器的影响、减少所需的电连接的数量、以及由于减少数量的机械连接可以增加所述系统的可靠性。
在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，其包括用于由控制磁共振成像系统的处理器运行的机器可执行指令。所述磁共振成像系统包括用于在成像区内生成主磁场的磁体组件。所述磁共振成像系统还包括磁场梯度线圈组件，所述磁场梯度线圈组件用于在所述成像区内生成空间梯度磁场。所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件。所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件。
所述磁共振成像系统还包括梯度线圈电源，所述梯度线圈电源用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流。所述梯度线圈电源是开关模式电源。所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元。所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器。所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器。
所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的调制的梯度控制器。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的调制器被附接到或者被设置在所述至少一个结构支撑件上。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述开关单元被附接到或者被设置在所述至少一个结构支撑件上。
所述机器可执行指令的运行使所述处理器控制所述磁共振成像系统以通过使用脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用所述磁共振成像数据来重建磁共振图像。
在另一方面中，本发明提供了一种控制所述磁共振成像系统的方法。所述磁共振成像系统包括用于在成像区内生成主磁场的磁体组件。所述磁共振成像系统还包括磁场梯度线圈组件，所述磁场梯度线圈组件用于在所述成像区内生成空间梯度磁场。所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件。所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件。
所述磁共振成像系统还包括梯度线圈电源，所述梯度线圈电源用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流。所述梯度线圈电源组件是开关模式电源。所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元。所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器。所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器。
所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的调制的梯度控制器。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的调制器被附接到或者被设置在所述至少一个结构支撑件上。所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元被附接到或者被设置在所述至少一个结构支撑件上。所述方法包括使用脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统以采集磁共振数据。所述方法还包括使用磁共振数据来重建磁共振图像。
应当理解，只要组合的实施例不是相互排斥的，就可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例。
如本领域技术人员将意识到的，本发明的各方面可以体现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例通常在本文中可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采用在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质在其上嵌入有计算机可执行代码。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。在本文中所使用的‘计算机可读存储介质’涵盖可以存储能由计算设备的处理器运行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以称为计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质还可以称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制解调器、通过互联网或者通过局域网来取回数据。在计算机可读介质上体现的计算机可执行代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于：无线、有线、光纤线缆、RF等，或者前述的任何合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，在其中体现有计算机可执行代码，例如，在基带中或者作为载波的部分。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或者其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且能够通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用。
‘计算机存储器’或‘存储器’是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器能直接访问的任何存储器。‘计算机存储装置’或‘存储装置’是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储装置可以是任何易失性或非易失性计算机可读存储介质。
在本文中所使用的‘处理器’涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括‘处理器’的计算设备的引用应当被解释为可能包含多于一个处理器或处理核心。所述处理器例如可以是多核处理器。处理器还可以指代单个计算机系统内的处理器集合或者被分布在多个计算机系统之中。术语计算设备还应当被解释为可能指代每个包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。所述计算机可执行代码可以由多个处理器执行，这些处理器可以在同一计算设备内或者甚至可以跨多个计算设备分布。
计算机可执行代码可以包括机器可执行指令或程序，其使处理器执行本发明的一方面。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如C编程语言或类似编程语言并且被编译成机器可执行指令的常规的过程编程语言。在一些情况下，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或者是预编译的形式，并且可以与在运行中生成机器可执行指令的解释器结合使用。
所述计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件封装、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，所述远程计算机可以通过任何类型的网络被连接到用户的计算机上，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图、图示和/或框图的每个框或框的部分能够在能适用时以计算机可执行代码的形式由计算机程序指令来实施。还应当理解，当不相互排斥时，可以组合不同流程图、图示和/或框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令来创建用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备以特定方式起作用，使得被存储在所述计算机可读介质中的指令产生制品，包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
在本文中所使用的‘用户界面’是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的界面。‘用户界面’也可以被称为‘人机界面设备’。用户界面可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户界面可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，所述用户界面可以允许操作者控制或操纵计算机，并且界面可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户界面上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、定点杆、图形平板、操纵杆、游戏手柄、网络相机、耳机、踏板、有线手套、遥控器和加速度计接收数据都是用户界面部件的范例，其使得能够接收来自操作者的信息或数据。
在本文中所使用的‘硬件接口’涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器将控制信号或指令发送到外部计算设备和/或装置。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。
在本文中所使用的‘显示器’或‘显示器设备’涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户界面。显示器可以输出视觉、音频和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示器面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头戴式显示器。
医学成像数据在本文中被定义为已经使用医学成像系统采集的二维或三维数据。医学成像系统在本文中被定义为适于采集关于患者的物理结构的信息并且构建二维或三维医学成像数据集的装置。医学成像数据能够被用于构建可视化，所述可视化可以用于医师的诊断。能够使用计算机执行该可视化。
磁共振(MR)数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间使用磁共振装置的天线由原子自旋发射的射频信号的记录的测量结构。磁共振数据是医学成像数据的范例。磁共振(MR)图像在本文中被定义为包含在磁共振成像数据内的解剖数据的重建的二维或三维可视化。
附图说明
在下文中，将仅通过范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：
-图1图示了磁共振成像系统的范例；
-图2图示了磁共振成像系统的另外的范例；
-图3示出了图示使用图1或图2的磁共振成像系统的方法的流程图；
-图4图示了磁共振成像系统的另外的范例；
-图5图示了多个线圈元件；
-图6图示了用于调制器的闭合反馈控制环路；
-图7图示了磁场梯度线圈组件的范例；
-图8图示了磁场梯度线圈组件的另外的范例；
-图9图示了磁场梯度线圈组件的另外的范例；
-图10图示了磁场梯度线圈组件的另外的范例；并且
-图11示出了范例梯度线圈电源的示意图。
附图标记列表
100 磁共振系统
102 磁体组件
104 主磁体
106 磁体的孔膛
108 成像区
109 感兴趣区域
110 磁场梯度线圈
112 梯度线圈电源
114 射频线圈
116 收发器
118 对象
120 对象支撑件
122 结构支撑件
124 调制器
126 开关单元
128 电流充电器
130 梯度控制器
132 连接
134 梯度线圈冷却系统
136 磁场传感器
140 计算机系统
142 硬件接口
144 处理器
146 用户界面
150 计算机存储器
160 机器可执行指令
162 脉冲序列命令
164 磁共振数据
166 磁共振图像
168 伪放射摄影图像
200 磁共振成像系统
202 射频连接
300 控制磁共振成像系统以使用脉冲序列命令来采集磁共振数据
302 使用磁共振成像数据来重建磁共振图像
500 线圈元件
600 反馈环路
602 梯度线圈传感器
700 放大器模块
702 IGBT/MOSFET部件
800 不对称磁场梯度线圈
802 梯度放大器模块
1000 间隙
1100 局部RF屏蔽
具体实施方式
这些图中相同编号的元件是等效元件或者执行相同的功能。如果功能是等效的，则先前已经讨论的元件将不必在后面的图中讨论。
图1图示了磁共振成像系统100的范例。所述磁共振成像系统包括磁体组件102，磁体组件102包括可以被称为主磁体的磁体104。磁体104是超导圆柱形磁体104，其具有穿过其的孔膛106。也可以使用不同类型的磁体。在圆柱形磁体的低温恒温器内部，存在超导线圈集合。在圆柱形磁体104的孔膛106内，存在成像区108，其中，磁场是强并且足够均匀的以执行磁共振成像。
在磁体的孔膛106内还存在一组磁场梯度线圈110，其被用于采集磁共振数据以对磁体104的成像区108内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈110被连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈110包含三个独立组的线圈，其用于在三个正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向所述磁场梯度线圈供应电流。被供应给磁场梯度线圈110的电流是根据时间来控制的，并且其可以是斜变的或脉冲的。
邻近于成像区108的是射频线圈114，射频线圈114用于操纵成像区108内的磁自旋的取向，并且用于接收来自也在成像区108内的自旋的无线电传输。射频天线可以包含多个线圈元件。所述射频天线也可以被称为信道或天线。射频线圈114被连接到射频收发器116。射频线圈114和射频收发器116可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替代。可以理解，射频线圈114和射频收发器116是代表性的。射频线圈114还旨在表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器116还可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈114还可以具有多个接收/发射元件，并且射频收发器116可以具有多个接收/发射信道。
在磁体104的孔膛106内，存在对象支撑件120，对象支撑件120支撑成像区108中的对象。能够在成像区108内看到感兴趣区域109。
磁场梯度线圈110包括结构支撑件122。在该范例中，个体线圈元件未示出，而是被嵌入在结构支撑件122内。在结构支撑件122上还示出了多个调制器124，每个调制器被连接到开关单元126。针对每个线圈元件，存在调制器124和开关单元126。每个调制器124可以具有该图中未示出的局部射频屏蔽。调制器124和开关单元126也可以被嵌入在或者被定位在结构支撑件122的凹槽或其他凹陷内。开关单元126中的每个开关单元被连接到电流充电器128。电流充电器128被示为被附接到磁体组件102。磁共振成像系统100也被示为包括梯度控制器130。梯度控制器130控制调制器124的调制。在该范例中，在梯度控制器130与每个调制器124之间存在连接132。还示出了梯度线圈冷却系统134被安装在磁体组件102上。在一些实施例中，梯度线圈冷却系统134可以将冷却流体供应到个体线圈元件以及开关单元126和/或调制器124。
在该范例中还示出了任选的磁场传感器136。在该范例中，其被示出为被嵌入在对象支撑件120中。然而，其可以被定位在成像区108内。其可以被用于测量由磁场梯度线圈110所生成的梯度场。利用磁场传感器136的测量结果可以被用于通过梯度控制器130调节到个体线圈元件的电流。这可以允许梯度场的实时校正或匀场。
收发器116和梯度控制器130被示为被连接到计算机系统140的硬件接口142。所述计算机系统还包括处理器144，处理器144与硬件系统142、存储器150和用户接口146通信。存储器150可以是处理器144能访问的存储器的任何组合。这可以包括例如主存储器、高速缓存存储器、以及还有非易失性存储器，诸如闪速RAM、硬盘驱动器或者其他存储设备。在一些范例中，存储器150可以被认为是非瞬态计算机可读介质。存储器150被示为存储机器可执行指令160，其使得处理器144能够控制磁共振成像系统100的操作和功能。存储器150还被示为包含脉冲序列命令162。在本文中所使用的脉冲序列命令涵盖命令或可以转换成命令的时序图，其被用于根据时间来控制磁共振成像系统100的功能。脉冲序列命令是被应用于特定磁共振成像系统100的磁共振成像协议的实施。
脉冲序列命令162可以是处理器144发送到磁共振成像系统100的各个部件的命令的形式，或者其可以是被转换成处理器144用于控制磁共振成像系统100的命令的数据或元数据。
存储器150还被示为包含磁共振数据164，磁共振数据164是通过利用脉冲序列命令162控制磁共振成像系统100来采集的。存储器150还被示为包含根据磁共振重建的磁共振图像166。在一些范例中，磁共振成像系统100可以使用根据零回波时间磁共振成像协议来采集磁共振数据的脉冲序列命令，在这种情况下，磁共振图像166可以包含对象118的骨骼或其他硬组织的详细图像。在这种情况下，机器可执行指令160还能够被编程为使处理器144根据磁共振图像166来创建伪放射摄影图像168。
图2示出了磁共振成像系统200的另外的范例。图2中的范例类似于图1中所示的，除了在梯度控制器130与调制器124中的每个调制器之间没有连接132。在这种情况下，梯度控制器130被配置为与调制器124中的每个调制器形成射频连接202。例如，射频连接可以是无线电信号，其可以是蓝牙连接，其可以是Wi-Fi连接，或者是某种其他射频通信协议。射频连接202的使用可能是有益的，因为其可以在构造磁共振成像系统200时简化连接的数量以及连接所消耗的空间。这可以在孔膛106内为对象118提供更多空间。在图2中所示的范例中，磁场传感器136可以具有有线连接或者还可以将无线数据发送到梯度控制器130。
图3示出了控制图1的磁共振成像系统100或图2的磁共振成像系统200的方法的范例。首先，在步骤300中，处理器144利用脉冲序列命令162控制磁共振成像系统100。这使磁共振成像系统100采集磁共振数据164。接下来，在步骤302中，处理器144使用机器可执行指令160以使用磁共振数据164重建磁共振图像166。在一些实例中，所述方法可以继续，并且所述处理器可以使用磁共振图像166来重建伪放射摄影图像168。同样地，在一些另外的范例中，磁共振图像166和/或伪放射摄影图像168可以被显示在用户界面146上。
零回波时间(ZTE)磁共振成像潜在地实现MR扫描器的成本的显著降低，保留足够的成像能力以满足基本诊断要求。如果实现了所有可能的成本节约，则预计MRI的材料清单、选址和操作成本能够被降低30％至50％。另外，基于该技术的扫描器将完全静音并且比常规的MRI系统消耗更少的电力。该项目的目标是为这样的扫描器生成系统概念选项，包括更准确地评估可能的成本节约、开发风险、所需的开发资源和上市时间。
可以构造优化的ZTE扫描器，以便与CT扫描器相比以大致相同或甚至更低的成本来采集没有辐射的CT样图像。ZTE成像的一个特征是所需的梯度场强度较低，这允许梯度线圈没有主动屏蔽要求。梯度放大器被定位在单独的技术室中，因此，需要梯度线缆和过滤。范例可以将梯度放大器直接地或部分地定位在梯度线圈上，从而针对低成本ZTE MRI允许共享冷却和成本降低。
范例可以解决以下问题中的一个或多个问题：
-单独的远程梯度放大器；
-线缆和过滤；
-梯度放大器的机械壳体；
-远程技术室；
-针对低成本ZTE MRI系统的成本降低的需要；以及
-针对梯度线圈和梯度放大器的单独冷却。
一些范例可以将梯度线圈和梯度放大器模块组合以用于低成本移动轻量级ZTEMRI系统。梯度切换电子件的部分可以被定位在梯度支撑件上。能够单独地控制个体梯度绕组，因此，能够省略绕组之间的电连接，从而允许梯度线圈的设计更自由。
范例可能具有以下特征中的一个或多个特征：
-由梯度放大器和梯度线圈共享的液体/传导冷却。
-梯度放大器电子件被局部屏蔽，以防止来自PCM梯度信号的杂散信号辐射。
-梯度放大器的高功率和数字光学控制能够被分布在梯度线圈和磁屏蔽上。
图4示出了具有低功率梯度线圈和直接集成的梯度放大器112的零回波时间磁共振成像系统的范例。梯度放大器112可以与梯度线圈110共享相同的冷却方法。在该图中，梯度控制器130被示为围绕磁体110的孔膛106的开口分布为环。梯度放大器112还被示为以类似的方式来分布。
图5示出了每个个体线圈梯度方向如何由单独的绕组块或线圈元件500组成。其由单独的放大器单独来馈送。放大器包括开关单元126，开关单元126由梯度控制器130和调制器124来控制。
图6图示了每个线圈元件500如何具有集成的反馈回路600。梯度线圈传感器602可以被用于测量流过线圈元件500的电流或者可以是磁场传感器。这样得到的测量结果经由控制回路600被反馈到梯度控制器130。以这种方式，能够实时地调节被供应给线圈元件500的电流。
图7示出了梯度线圈110的范例，梯度线圈110是圆柱形的并且具有分布式局部放大器。梯度线圈放大器110具有多个结构支撑件122，其还包含放大器模块700。所述放大器模块被示出为具有被附接到其的多个矩形。矩形702是IGBT/MOSFET部件，其被用作开关单元。
图8示出了被定位在梯度线圈组件的底部处的梯度放大器的范例。在图8中，描绘了磁体组件102。在该范例中的磁场梯度线圈部件800是不对称的。患者支撑件120被示为位于磁体的孔膛106内。患者支撑件120下方是多个梯度放大器模块802。这些梯度放大器模块被附接到梯度线圈800的调制器和开关单元。
图9示出了磁场梯度线圈110的另外的范例。其是圆柱形组件。在该范例中，梯度线圈传感器602被分布在梯度线圈110上。
图10示出了磁场梯度线圈110的另外的范例。在该范例中，其是分裂梯度线圈，在两个部分之间具有凹部或间隙1000。在间隙1000内定位有梯度放大器，并且可以包括调制器124和开关单元126。调制器124和开关单元126可以被附接到或者被设置在结构支撑件122上。
图11示出了磁场梯度线圈电源112的范例作为示意图。示出了调制器124，调制器124被用于调制或控制开关单元126。调制器124被示为具有局部RF屏蔽1100。局部RF屏蔽1100可以被安装到结构支撑件上。电流充电器128，其可以是电流源，诸如电容器组，向开关单元126供应电流。然后，所述开关单元被用于驱动个体线圈元件500。梯度线圈传感器602，其可以是电流或磁场传感器，进行测量，并且这被用作到调制器124的反馈回路600。在该范例中，反馈回路600被示为去往调制器124，但是除了梯度控制器或者作为梯度控制器的备选，其也可以被反馈。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分发，例如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种磁共振成像系统(100、200)：
-磁体组件(102)，其用于在成像区(108)内生成主磁场；
-磁场梯度线圈组件(110)，其用于在所述成像区内生成空间梯度磁场，其中，所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件(122)，其中，所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件(500)；
-梯度线圈电源(112)，其用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流，其中，所述梯度线圈电源是开关模式电源，其中，所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元(126)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器(128)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器(124)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的所述调制的梯度控制器(130)，其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述调制器被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件，并且其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述开关单元被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括：
-存储器(150)，其用于存储机器可执行指令和脉冲序列命令，
-处理器(144)，其用于控制所述磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使所述处理器：
-控制(300)所述磁共振成像系统以使用所述脉冲序列命令采集磁共振数据(164)；并且
-使用所述磁共振成像数据重建(302)磁共振图像(166)。
3.根据权利要求2所述的磁共振成像系统，其中，所述脉冲序列命令用于根据零回波时间磁共振成像协议来采集所述磁共振数据，其中，根据所述零回波时间磁共振成像协议重建所述磁共振图像。
4.根据权利要求3所述的磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述磁共振图像构建伪放射摄影图像(168)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述至少一个线圈元件是多个线圈元件，其中，所述磁场梯度线圈被配置用于生成在一个或多个方向上的梯度磁场，其中，所述磁场梯度线圈包括至少两个线圈元件，所述至少两个线圈元件选自针对至少一个方向中的每个方向的所述多个线圈元件。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括至少一个梯度线圈传感器(136、602)，其中，所述梯度控制器被配置用于使用反馈控制回路(600)中的所述至少一个梯度线圈传感器调节被供应给所述至少两个线圈元件中的每个线圈元件的所述电流。
7.根据权利要求6所述的磁共振成像系统，其中，所述至少一个梯度线圈传感器包括以下中的任一项：在所述至少两个线圈元件中的每个线圈元件上的电流传感器、在所述成像区内的至少一个磁场传感器(136)、被附接到对象支撑件的至少一个磁场传感器(136)、被附接到所述磁体组件的至少一个磁场传感器、被附接到所述至少一个结构支撑件的至少一个磁场传感器以及其组合。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述至少一个结构支撑件包括以下中的任一项：电路板、FR4板、非平面电路板、柔性电路板、不对称电路板以及其组合。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁场梯度线圈是具有间隙(1000)的分裂式磁场梯度线圈，其中，所述梯度线圈电源被至少部分地定位在所述间隙内。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述梯度线圈电源是非线性放大器。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统包括梯度线圈冷却系统(134)，其中，所述梯度线圈冷却系统被配置用于冷却所述至少一个线圈元件以及所述至少一个线圈元件的所述开关单元。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括针对每个调制器的局部RF屏蔽(1100)，其中，每个局部RF屏蔽被附接到所述至少一个结构支撑件。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，经由以下中的任一项来控制所述调制器：光纤(132)、电线(132)、无线通信链路(202)、蓝牙连接(202)以及WiFi连接(202)。
14.一种计算机程序产品，其包括用于由控制磁共振成像系统(100、200)的处理器(144)执行的机器可执行指令(160)，其中，所述磁共振成像系统包括：磁体组件(102)，其用于在成像区(108)内生成主磁场；磁场梯度线圈组件(110)，其用于在所述成像区内生成空间梯度磁场，其中，所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件(120)，其中，所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件(500)；以及梯度线圈电源(112)，其用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流，其中，所述梯度线圈电源是开关模式电源，其中，所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元(126)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器(128)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器(124)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的所述调制的梯度控制器(130)，其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述调制器被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件，并且其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述开关单元被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件；
其中，所述机器可执行指令的执行还使所述处理器：
-控制(300)所述磁共振成像系统以使用脉冲序列命令采集磁共振数据(164)；并且
-使用所述磁共振数据重建(302)磁共振图像(166)。
15.一种控制磁共振成像系统(100、200)的方法，其中，所述磁共振成像系统包括：磁体组件(102)，其用于在成像区(108)内生成主磁场；磁场梯度线圈组件(110)，其用于在所述成像区内生成空间梯度磁场，其中，所述磁场梯度线圈组件包括至少一个结构支撑件(120)，其中，所述至少一个结构支撑件中的每个结构支撑件包括至少一个线圈元件(500)；梯度线圈电源(112)，其用于向所述磁场梯度线圈组件供应电流，其中，所述梯度线圈电源是开关模式电源，其中，所述梯度线圈电源包括针对所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的开关单元(126)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于向每个开关单元供应电流的电流充电器(128)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于调制每个开关单元的调制器(124)，其中，所述梯度线圈电源还包括用于控制每个调制器的所述调制的梯度控制器(130)，其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述调制器被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件，并且其中，所述至少一个线圈元件中的每个线圈元件的所述开关单元被附接到所述磁场梯度线圈组件的至少一个结构支撑件；
其中，所述方法包括：
-控制(300)所述磁共振成像系统以使用脉冲序列命令采集磁共振数据(164)；并且
-使用所述磁共振数据重建(302)磁共振图像(166)。
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