CN112041696B - 用于mri装置的梯度屏蔽线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于MRI装置(1)的梯度屏蔽线圈(5)。根据本发明的梯度屏蔽线圈(5)包括绕其纵轴(A)的绕组(6、7)，其中，至少一个绕组(7)被布置为曲折绕组(7)。该曲折绕组(7)沿其圆周包括多个邻接的部分(8)，其中，在这些部分(8)中的每个部分中，提供了一对导体回路(9、10)，使得所述曲折绕组(7)中的电流将在所述两个导体回路(9、10)中以相反的方向流动。以此方式，可以进一步减少各个MRI装置(1)的超导磁体(2)的超导线圈中的耗散。
Description
技术领域
本发明涉及MRI成像的领域，并且尤其涉及用于MRI装置的梯度屏蔽线圈。
背景技术
作为产生患者体内图像的过程的部分，在磁共振成像(MRI)中使用磁场来使原子的核自旋对齐。该磁场称为主磁场或B0场。在MRI扫描期间，由发射器或放大器和天线生成的射频(RF)脉冲引起对局部磁场的扰动，并可用于操纵核自旋相对于B0场的方向。可以通过使用所谓的梯度线圈来实现磁自旋的空间编码，所述梯度线圈用于将磁场梯度叠加在B0磁场上。核自旋发射的RF信号由接收器线圈探测，并且这些RF信号用于生成MRI图像。
用于生成B0场的磁体通常使用超导线圈。由梯度线圈生成的磁场能够引起涡流，并因此导致超导线圈内以及超导磁体内部的导电结构内的耗散。这些涡流可以通过使用带有主动屏蔽的梯度线圈来降低。US2016/0139221A1公开了一种采取梯度屏蔽线圈形式的主动屏蔽，其围绕MRI装置的梯度线圈。
根据US2016/0139221 A1，提供了一种用于磁共振成像系统的磁梯度线圈。磁梯度线圈被主动屏蔽，其中，磁梯度线圈可操作用于生成磁场。磁场具有圆柱对称轴，并且梯度线圈的长度与圆柱对称轴平行。磁梯度线圈具有外表面。磁场包括在外表面外部的外部磁场。该外部磁场沿着长度方向具有至少四个减小的磁场区域，其中，磁场的模量小于沿着长度方向的磁场的模量的平均值。
此外，从US2010/0194393 A1已知一种梯度线圈设备，所述梯度线圈设备可以抑制误差磁场的生成并因此抑制涡流，其可以改善截面图像的图像质量。相应的MRI设备包括：第一线圈，其在MRI设备的成像区域处生成线性磁场分布；以及第二线圈，其抑制磁场从第一线圈向静态磁场线圈设备的泄漏，所述静态磁场线圈设备在成像区域处生成均匀磁场分布。
该美国专利申请被设计为针对屏蔽的梯度线圈实现适当的屏蔽功能，其中，屏蔽线圈和屏蔽线圈之间的间隙随圆周方向变化。该屏蔽梯度线圈在场线圈与屏蔽线圈之间的间隙附近的狭窄区域的径向相对位置处具有带有两个周向蛇形的布线图案。
发明内容
本发明的目的是进一步减少MRI系统的磁体的超导线圈和其他导电结构中的耗散。
因此，根据本发明，提供了一种用于MRI装置的梯度屏蔽线圈，所述梯度屏蔽线圈包括围绕其纵轴的绕组，其中，至少一个绕组通过在其圆周上包括多个邻接的部分而被布置为曲折(meandering)绕组，其中，在这些部分的每一个中，以如下的方式提供了一对导体回路，其使得所述曲折绕组中的电流将在两个导体回路中以相反的方向流动。
根据本发明，圆柱形磁体部件中的大循环电流被转换成大量的局部涡流，这导致这些部件的耗散较少和机械激励较少。针对z梯度线圈的主动屏蔽层的最佳电流分布通常在线圈的两端和平面中间附近具有较低的电流密度。通过在引线之间具有空的空间的一组分立的匝来近似此理想电流分布导致外部磁场缺陷，从而引起在辐射屏蔽或磁体的内孔衬里等结构中产生大量的循环电流。这些电流导致这些组件的耗散和机械激励。如上所述，通过将这些圆形绕组变换为至少一个曲折绕组，磁体中的感应电流可以被变换为非常局部的循环电流的模式。这些涡流衰减更快，耗散更少并引起更少的机械激励。因此，根据本发明，磁体中的耗散可以以至少为2的因子减少。
通常，两个导体回路可以是闭合的或几乎闭合的回路。但是，当涉及到这些导体回路以及电流在这些导体回路中以相反方向流动的特征时，这还包括以下情况：这些导体回路仅由曲折绕组的一部分形成，它们部分地以不同的方式延伸，优选地是相反的方向，优选地在曲折绕组的圆周的相同长度上，即在曲折绕组的相同部分中。
通常，导体回路可以以不同的方式布置在所述部分内。然而，根据本发明的优选实施例，在每个部分中，两个导体回路沿着绕组的圆周以相同的长度彼此相邻地布置。
通过在每个部分中提供一对导体回路，已经可以实现本发明的正面效果。替代地，根据本发明的优选实施例，在每个部分中以如下的方式提供多对回路：使得曲折绕组中的电流将在相应的对的两个导体回路中以相反的方向流动。在该情况下，优选地，在每个部分中，导体回路沿着绕组的圆周以相同的长度彼此相邻地布置。
为了实现本发明的正面效果，可以使用沿着曲折绕组的圆周的截面的不同布置。然而，根据本发明的优选实施例，具有成对的导体回路的部分沿着曲折绕组的圆周彼此以规则的间隔布置。
此外，优选的是，梯度线圈为具有两个开口端的圆柱形状，并且至少一个曲折绕组布置在这些开口端中的一个处。还优选的是，在这些开口端的两个端分别布置至少一个曲折绕组。进一步优选地，在线圈的平面中间附近布置至少一个曲折绕组。优选地，在开口端的区域和平面中间的区域中的绕组密度较小。此外，根据本发明的优选实施例，在其中间区域布置至少两个曲折绕组。
优选地，在曲折绕组附近设置至少一个弯曲(curved)绕组，其中，弯曲绕组不笔直地延伸，但也不像曲折绕组包括任何导体回路。优选地，在每个曲折绕组附近布置有弯曲绕组。
根据本发明的优选实施例，使用诸如冲压或喷水切割的方法用铜板制造曲折绕组。替代地，根据本发明的优选实施例，曲折绕组从中空导体缠绕。
本发明还涉及一种MRI装置，其包括用于生成MRI装置的主磁场的超导磁体和用于生成叠加主磁场的梯度磁场的至少一个梯度线圈，其中，梯度线圈被超导磁体包围，并且其中，如上所述，通过设置在超导磁体与梯度线圈之间的梯度场线圈将超导磁体与梯度磁场屏蔽。
根据MRI装置的优选实施例，梯度线圈包括在梯度线圈的平面中间附近的鞍形绕组，并且至少一个曲折绕组在比其他区域中绕组密度更低的区域中在梯度线圈的平面中间附近在鞍形绕组之上以如下的方式布置：其使得超导磁体不受这些鞍形绕组的影响。
本发明还涉及一种通过在超导磁体与梯度线圈之间布置梯度屏蔽线圈来将超导磁体从由MRI装置的梯度线圈生成的梯度磁场屏蔽的方法，所述梯度屏蔽线圈包括围绕其纵向轴的绕组，其中，至少一个绕组通过在其圆周上包括多个邻接的部分而被布置为曲折绕组，其中，在这些部分的每一个中，提供了一对导体回路，其中，曲折绕组中的电流在两个导体回路中以相反的方向流动。
如上所述的梯度屏蔽线圈的优选实施例也造成MRI装置的优选实施例以及屏蔽超导磁体免受由MRI装置的梯度线圈生成的梯度磁场的影响的方法。
附图说明
参考本文下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并将得以阐述。这样的实施例不一定表示本发明的完全范围，然而，并且因此参考权利要求书和本文以解释本发明的范围。
在附图中：
图1以截面图示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的MRI装置，
图2以侧视图示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的梯度屏蔽线圈，并且
图3示意性地描绘了图2的曲折绕组7的部分的放大图。
附图标记列表：
MRI装置 1
磁体 2
射频线圈 3
梯度线圈 4
梯度屏蔽线圈 5
常规绕组 6
曲折绕组 7
部分 8
导体回路 9
导体回路 10
患者台 11
患者 12
弯曲绕组 13
膛 14
梯度屏蔽线圈的纵轴 A
具体实施方式
图1以截面图示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的MRI装置1。该MRI装置1包括用于生成MRI装置1的主磁场(B0场)的超导磁体2。该超导磁体2包括超导线圈，因为对于MRI成像通常需要几个特斯拉的磁场。为了成像，该磁场用于使检查对象内的原子的核自旋对齐，所述检查对象通常是位于MRI装置1的膛14内的患者台11上的患者12。在MRI扫描期间，RF线圈3用于生成射频(RF)脉冲，以引起对局部磁场的扰动。以此方式，可以控制核自旋相对于B0场的取向。为了对磁自旋进行空间编码，提供了梯度线圈4，即x、y和z梯度线圈4，它们将磁场梯度叠加在由超导磁体2生成的B0磁场上。
由梯度线圈4生成的外部磁场可能引起涡流，并且因此在超导磁体2的超导线圈内耗散。可以通过使用梯度屏蔽线圈5(即，x、y和z梯度屏蔽线圈5)来减小这些涡流，所述梯度屏蔽线圈5围绕梯度线圈4，并且因此，将屏蔽超导磁体2的超导线圈屏蔽于由梯度线圈4生成的梯度场。梯度线圈4和梯度屏蔽线圈5都可以被冷却，例如通过使水流过空心导体(未示出)来冷却。
图2以侧视图更详细地示意性地描绘了根据本发明的优选实施例的z梯度屏蔽线圈5。如从图2可以看出，梯度屏蔽线圈5具有有两个开放端的圆柱形状，并且包括直绕组6，弯曲绕组7和绕其纵轴A曲折绕组13。z梯度线圈5相对于中间的z＝0平面具有反对称性。
在z梯度屏蔽线圈5的左端和右端以及在z＝0附近的区域中的z梯度屏蔽线圈的中间，绕组密度较小。在这些区域中，布置了曲折绕组7。在曲折绕组7附近提供有弯曲绕组13，它们不像直线绕组6那样直线延伸，而是具有波浪形设计。在弯曲绕组13之间布置有规则的、直线的绕组6。在z梯度屏蔽线圈5的端部和中间的区域中，直绕组6彼此的间隔小于弯曲绕组13和曲折绕组7与相邻绕组的间隔。要注意的是，图2是示意图，其中为了清楚起见和易于理解，仅示出了减少数量的绕组6、7、13。
曲折绕组7沿其圆周包括多个邻接的部分8、8'、8”、8”'，其中，在这些部分8、8'、8”、8”'的每一个中，以如下的方式设置了一对导体回路9，10：使得曲折绕组7中的电流在两个导体回路9、10中以相反的方向流动。这在图3中更详细地示出，图3是图2中的曲折绕组7的部分的示意性放大图，其中，电流的方向由相继的箭头指示。左侧回路9中的电流方向为逆时针方向，而右侧回路10中的电流方向为顺时针方向。
以此方式，超导磁体2的圆柱形部分中的大循环电流被转换成多个局部涡流，从而在磁体2中引起更少的耗散和更少的机械激励。通过在梯度屏蔽线圈5的两端以及在线圈的平面中间(z＝0)附近的区域中设置曲折绕组7，将超导磁体2中的感应电流转换成仅在局部循环的电流的模式。这些局部涡流衰减更快，耗散更少并且在超导磁体2中引起更少的机械激励。这样，可以将超导磁体2中的耗散以至少为2的因子减小。
根据本发明的优选实施例，曲折绕组7和弯曲绕组13由通过冲压或喷水切割制造的铜板制造。替代地，根据本发明的另一优选实施例，曲折绕组7和弯曲绕组13可以由空心导体缠绕。
如可以从图2和3中得知，在每个部分8中，两个导体回路9、10沿着曲折绕组7的圆周以相同的长度彼此相邻地布置。尽管根据图2和图3中所示的优选实施例，仅示出了一个单对导体回路9、10，但是应当强调的是，本发明还允许以如下的方式在每个部分8中提供多对导体回路9、10：使得曲折绕组7中的电流在一对中的两个导体回路9、10中沿相反的方向延伸。
此外，从图2可以看出，在每个部分中，导体回路9、10沿着曲折绕组7的圆周以相同的长度彼此相邻地布置，其中，具有成对的导体回路9、10的部分8沿着曲折绕组7的圆周彼此等间隔地布置。
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图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。此外，为了清楚起见，可能没有在附图中的所有元件上都提供附图标记。
Claims (14)
1.一种用于MRI装置(1)的梯度屏蔽线圈(5)，所述梯度屏蔽线圈(5)包括围绕其纵轴(A)的绕组(6、7)，其中，至少一个绕组(7)通过沿其圆周包括多个邻接的部分(8)而被布置为曲折绕组(7)，其中，在这些部分(8)中的每个部分中以如下的方式提供一对导体回路(9、10)：使得所述曲折绕组(7)中的电流将在所述两个导体回路(9、10)中以相反的方向流动。
2.根据权利要求1所述的梯度屏蔽线圈(5)，其中，在每个部分(8)中，所述两个导体回路(9、10)在沿着所述曲折绕组(7)的所述圆周以相同的长度彼此相邻地布置。
3.根据权利要求1或2所述的梯度屏蔽线圈，其中，在每个部分(8)中，以如下的方式提供多对导体回路(9、10)：使得所述曲折绕组(7)中的电流将在相应的对中的所述两个导体回路(9、10)中以相反的方向流动。
4.根据权利要求3所述的梯度屏蔽线圈(5)，其中，在每个部分(8)中，所述导体回路(9、10)在沿着所述曲折绕组(7)的所述圆周以相同的长度彼此相邻地布置。
5.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的梯度屏蔽线圈(5)，其中，具有导体回路(9、10)的所述对的所述部分(8)沿着所述曲折绕组(7)的所述圆周彼此以规则的间隔布置。
6.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的梯度屏蔽(5)线圈，其中，所述梯度屏蔽线圈(5)具有圆柱形状，所述圆柱形状具有两个开口端，并且所述至少一个曲折绕组(7)被布置在这些开口端中的一个上。
7.根据权利要求6所述的梯度屏蔽线圈，其中，在这些开口端部的两者处分别布置有至少一个曲折绕组(7)。
8.根据权利要求6所述的梯度屏蔽线圈，其中，至少两个曲折绕组(7)被布置在所述梯度屏蔽线圈的中间区域。
9.根据权利要求7所述的梯度屏蔽线圈，其中，至少两个曲折绕组(7)被布置在所述梯度屏蔽线圈的中间区域。
10.根据权利要求1、2、4、7、8和9中的任一项所述的梯度屏蔽线圈(5)，其中，至少一个弯曲绕组(13)邻近曲折绕组(7)被提供，其中，所述弯曲绕组(13)不在所述梯度屏蔽线圈的圆柱表面上笔直延伸，但也不像所述曲折绕组(7)那样包含任何导体回路。
11.根据权利要求10所述的梯度屏蔽线圈，其中，所述弯曲绕组(13)邻近每个曲折绕组(7)布置。
12.一种MRI装置(1)，其包括用于生成MRI装置(1)的主磁场的超导磁体(2)和用于生成叠加到所述主磁场的梯度磁场的至少一个梯度线圈(4)，其中，所述梯度线圈(4)被所述超导磁体(2)包围，并且其中，由根据权利要求1至7中的任一项所述的梯度屏蔽线圈(5)使所述超导磁体(2)屏蔽于所述梯度磁场，所述梯度屏蔽线圈被布置在所述超导磁体(2)与所述梯度线圈(4)之间。
13.根据权利要求12所述的MRI装置，其中，所述梯度线圈(4)在所述梯度线圈(4)的平面中间附近包括鞍形绕组，并且所述至少一个曲折绕组(7)以如下的方式在所述梯度线圈(4)的平面中间附近的所述鞍形绕组上布置：使得所述超导磁体(2)被屏蔽于这些鞍形绕组。
14.一种通过在超导磁体(2)与MRI装置(1)的梯度线圈(4)之间布置梯度屏蔽线圈(5)来使所述超导磁体(2)被屏蔽于由所述梯度线圈(4)生成的梯度磁场的方法，所述梯度屏蔽线圈(5)包括绕其纵轴的绕组(6、7)，其中，至少一个绕组(7)通过沿其圆周包括多个邻接的部分(8)而被布置为曲折绕组(7)，其中，在这些部分(8)中的每个部分中以如下方式提供一对导体回路(9、10)：使得所述曲折绕组(7)中的电流在所述两个导体回路(9、10)中以相反的方向流动。
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