CN112649776A - 超导磁体结构中的分层线圈区段之间的间隔件的用途 - Google Patents

超导磁体结构中的分层线圈区段之间的间隔件的用途 Download PDF

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Abstract

本发明题为“超导磁体结构中的分层线圈区段之间的间隔件的用途”。本发明描述了一种磁共振成像设备，所述磁共振成像设备包括用于生成磁场的多个磁线圈。另外，所述磁共振成像设备可包括在一些或所有所述磁线圈(例如，主磁线圈(28,204)、反磁线圈(32,202)等)内的一个或多个径向间隙，径向间隔件(303,403)可定位在所述一个或多个径向间隙中，以有助于在操作期间保持所述主磁线圈(28,204)的磁等中心(206)的均匀性。

Description

超导磁体结构中的分层线圈区段之间的间隔件的用途
关于联邦政府资助研究与开发的声明
本发明是在国立卫生研究院(NIH)所授予的合同号U01 EB026976-01的政府支持下完成的。政府拥有发明的某些权利。
背景技术
本文所公开的主题涉及在磁体线圈结构中使用间隔元件。
非侵入性成像技术允许获得患者/对象的内部结构或特征的图像，而无需对患者/对象执行侵入性过程。具体地讲，此类非侵入性成像技术依赖于各种物理原理(诸如X射线穿过目标体积的差分透射、体积内的声波反射、体积内不同组织和材料的顺磁性、目标放射性核素在体内的分解等)，以采集数据和构建图像或以其它方式表示观察到的患者/对象的内部特征。
例如，磁共振成像(MRI)检查基于主磁场、射频(RF)磁场和时变梯度磁场之间与在感兴趣的受检者(诸如患者)体内的旋磁材料的交互作用。某些旋磁材料，诸如水分子中的氢核，具有响应于外部磁场的特征性能。这些核的自旋的进动能够通过操纵场以产生能够被检测、处理并且用于重构有用图像的RF信号来影响。
在成像序列期间，通过将电流施加到一系列梯度线圈和RF线圈来生成时变梯度场和RF场。另外，通过永磁体或将电流施加到一组主线圈来生成主磁场。主磁场通常是均匀的并且具有显著强度(例如，0.5特斯拉(T)、1T、2T等)。超导线圈可用于产生高强度磁场，诸如1.5T、3T、7T或更大。
在MRI磁体由超导线圈构成的情况下，每个超导线圈的宽度、厚度和电磁中心都对MRI磁体的主磁场(B0)均匀性有贡献。在成像(和其他)环境中，期望MRI磁体具有高均匀性，使得不期望的图像伪影减少。因此，希望具有在使用时提供这种高均匀性的磁场生成结构。
发明内容
下文示出了本文所公开的某些实施方案的概述。应当理解，提供这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简要概述，并且这些方面并非旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下文可能未示出的各个方面。
根据一个实施方案，提供了一种磁共振(MR)成像系统。根据所述实施方案，所述MR成像系统包括通信地耦接到控制和分析电路的MR扫描器。所述MR扫描器包括：多个主线圈绕组，所述多个主线圈绕组被配置为沿着所述MR扫描器的磁等中心生成主磁场；以及一个或多个屏蔽线圈绕组，所述一个或多个屏蔽线圈绕组被配置为生成相对于所述主磁场的屏蔽磁场。所述主线圈绕组或所述屏蔽线圈绕组中的一者或两者中的至少一个线圈绕组包括一个或多个径向间隙，所述一个或多个径向间隙将所述相应线圈绕组划分成至少内部线圈绕组段和外部线圈绕组段。所述MR扫描器还包括：径向间隔件，所述径向间隔件位于每个径向间隙中。所述相应径向间隔件的尺寸、几何形状或组成中的一者或多者被选择用于在操作期间保持沿着所述磁等中心的所述磁场的均匀性。
根据另一个实施方案，提供了一种用于磁线圈设计的方法。根据所述方法，基于一个或多个磁体设计输入，执行一个或多个磁设计分析例程。所述磁体设计输入包括目标磁场的性能特性。获得所述一个或多个磁设计分析例程的输出，其中所述输出包括要制造的磁线圈结构中的多个线圈中的每个磁线圈的相应几何形状。基于所述多个线圈中的每个磁线圈的所述相应几何形状，确定要在所述多个线圈中的一个或多个磁线圈内形成的一个或多个径向间隙的几何形状，以便在操作期间保持所述磁线圈结构的磁场均匀性。
根据另一个实施方案，提供了一种用于缠绕磁线圈结构的方法。根据所述实施方案，对于所述磁线圈结构的第一磁线圈，第一线圈段被缠绕成具有第一内径和第一外径。测量所述第一线圈段的厚度或所述第一线圈段的所述第一外径中的一者或两者。基于所述厚度或所述第一外径，确定要在所述第一线圈段中形成的径向间隙的厚度，所述厚度将改善整个线圈组的场均匀性。径向间隔件形成在所述径向间隙中。所述径向间隔件的厚度对应于所述径向间隙厚度。第二线圈段缠绕在所述径向间隔件上方。所述第二线圈段具有第二内径和第二外径。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：
图1示出了根据本公开的实施方案的具有扫描器和图像重建单元的磁共振成像(MRI)系统；以及
图2示出了根据本公开的实施方案的MRI磁体的横截面草图；以及
图3示出了根据本公开的实施方案的MRI磁体的横截面草图，其中单对主超导线圈在内部区段和外部区段之间被径向间隔件分段；以及
图4示出了根据本公开的实施方案的MRI磁体的横截面草图，其中一对主超导线圈和一对反磁线圈在内部区段和外部区段之间被径向间隔件分段；并且
图5是根据本公开的实施方案的MRI磁体的横截面，其中一对主超导线圈在内部区段和外部区段之间被两个径向间隔件分段；以及
图6是根据本公开的实施方案的MRI磁体的剖视图，其中主超导线圈在内部区段和外部区段之间被径向间隔件分段；以及
图7是根据本公开的实施方案的MRI磁体的横截面，其中主超导线圈在主超导线圈的内部区段和外部区段之间被两个径向间隔件分段；以及
图8是根据本公开的实施方案的MRI磁体设计工作流程的流程图；以及
图9是根据本公开的实施方案的超导线圈绕组工作流程的流程图。
具体实施方式
在下文将描述本发明的一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，并非实际具体实施的所有特征都要在说明书中进行描述。应当理解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能因具体实施而不同的系统相关和业务相关约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本公开的各种实施方案的元件时，词语“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在这些元件中的一个或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外还可存在附加元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。
提供了一些广义信息以用于关于本公开的各方面的一般情况，并且有利于理解和解释本文所述的某些技术概念。
一般来讲，磁共振成像(MRI)基于主磁场、时变梯度磁场和射频(RF)场与在感兴趣的受检者(例如，患者)体内的旋磁材料的交互作用。某些旋磁材料(诸如水分子中的氢核)具有响应于外部电磁(EM)场(例如，恒定的或时变的电场、磁场或它们的组合)的特征性能。这些核的自旋的进动能够通过操纵场以产生能够被检测、处理并且用于重构有用图像的RF信号来影响。
随着MRI磁体的强度增加，重要的是，MRI磁体的主磁场是均匀的。在成像环境中，不均匀的磁场可能降低使用MRI系统生成的图像的分辨率。在这种情况下，修复或修改MRI系统以在操作条件下产生适当均匀的场可能是困难且昂贵的。如本文所述，描述了用于增加MRI磁体在磁体的设计和绕组过程中的均匀性，从而解决这些问题中的某些问题的方法和系统。
以举例的方式，在某些实施方案中，校正或以其他方式解决由线圈绕组积聚错误引起的潜在磁场不均匀性。在一个这种示例中，在磁体设计阶段期间，径向间隔元件包括在MRI超导线圈(诸如主场生成线圈和/或反磁线圈)的内部径向区段和外部径向区段之间的设计中。在制造期间的线圈绕组期间，可基于观察到的或所测量的内部线圈的厚度将径向间隔件厚度调整为更厚或更薄(假设在径向方向上从向内到向外进行缠绕)，从而考虑到先前绕组段的实际积聚或厚度。因此，如果内部线圈比设计指定的厚，则可减小内部/外部区段之间的径向间隙以保持组合的内部线圈和外部线圈的径向EM中心。另选地，如果内部线圈比设计的薄，则可增大径向间隙以根据EM分析和设计保持EM中心。这样，可以制造MRI磁体，该MRI磁体可以可靠地在操作期间提供更均匀的磁场，而不必利用垫片或其他事后结构调整解决方案。具体地，本文所述的技术在高场磁线圈结构诸如7T MRI磁体的制造中可能是特别有益的。
考虑到前述内容并且如本文所述，根据某些具体实施，超导线圈(例如，主线圈或反磁线圈)中的至少一个超导线圈被径向地划分成内部线圈区段和外部线圈区段。一个或多个径向间隔件定位在内部线圈区段和外部线圈区段之间。每个径向间隔件基于磁体设计分析(诸如使用每个设计的内部线圈节段和外部线圈节段的标称厚度)来配置(例如，设计、设定尺寸、取向等)。在线圈绕组过程期间，可根据绕组的内部线圈的实际(例如，所测量的或以其他方式确定为观察到的)厚度来调整实际径向间隔件厚度，以便按照所设计的那样保持组合的内部线圈和外部线圈的电磁中心。可在线圈绕组之前准备查找表，使得可容易地确定径向间隔件厚度，这可有助于减少总绕组时间。
如上所述，本文所述的实施方案可实现为MRI系统的一部分，其中特定成像例程由用户(例如，放射科医生)发起。因此，系统可执行数据采集、数据重建，并且在某些情况下，执行图像合成。因此，参考图1，成像系统10被示意性地示出为包括扫描器12、扫描器控制电路14和系统控制电路16。
该成像系统10还包括：远程访问和存储系统18和/或设备，诸如图像存档和通信系统(PACS)；或其它设备，诸如远程放射设备，使得能够现场访问或异地访问由成像系统10采集的数据。这样，可采集MRI数据，然后进行现场或异地处理和评估。虽然成像系统10可包括任何合适的扫描器或检测器，但在例示的实施方案中，成像系统10包括具有外壳20的全身扫描器12，穿过该外壳形成开口(例如，环形开口)以容纳孔管22。孔管22可由任何合适的材料(诸如非金属和/或非磁性材料)制成。诊断台24能够移入孔管22中，以允许患者26定位在其中，从而对患者体内的所选解剖结构进行成像。在一些实施方案中，孔管22可环绕整个受检者或仅环绕其一部分(例如，患者的头部、胸腔或四肢)。在一些实施方案中，孔管22可支撑诊断台24和/或关节运动部件(例如，马达、滑轮和/或滑块)。
扫描器12可包括用于产生受控电磁场的一系列相关联导电线圈，该受控电磁场用于激发受检者待成像的解剖结构内的旋磁材料。具体地，提供了主磁体线圈28，以用于生成与孔管22大致对准的主磁场。主磁线圈28和屏蔽线圈32可由超导体制成，该超导体在操作期间可生成强度大于1特斯拉的主磁场。为了保持用于线圈28、32的超导特性的温度以使其适当地发挥功能，在一些实施方案中，热屏蔽罩34和真空容器36包封线圈28、32。真空容器36可包封热屏蔽罩34以减少进入线圈28、32和外壳20中需要保持在低温温度下的其他结构中的对流热。热屏蔽罩34(例如，辐射屏蔽罩)保持低温温度(例如，40K至60K)并用于减少到线圈28、32和外壳20中需要低温以进行操作的其他结构的辐射热负荷。另外，在一些MR磁体诸如氦气浴冷却磁体中，冷冻剂(例如，氦气)容器30可有助于线圈保持低温(例如，4.2K)。在MRI磁体的其他实施方案中，诸如在传导冷却或热虹吸冷却磁体中，氦气容器30可能不是维持低温温度所必需的。
一系列梯度线圈(共同称为38)允许在检查序列期间生成受控梯度磁场，以用于对患者26体内的某些旋磁核进行位置编码。另外，RF线圈40可生成射频脉冲，以激发患者26体内的某些旋磁核。除了可位于扫描器12本地的线圈之外，成像系统10还可包括放置在患者26(例如，抵靠患者)近侧的一组接收线圈42(例如，线圈阵列)。例如，接收线圈42可包括颈椎/胸椎/腰椎(CTL)线圈、头部线圈、单面脊线圈等。一般来讲，接收线圈42被放置成靠近患者26或位于患者顶部，以便接收在患者26体内的某些旋磁核返回到其松弛状态时由该旋磁核生成的弱RF信号(例如，弱是相对于由扫描器线圈生成的传输脉冲而言)。在一些实施方案中，RF线圈40可传输和接收RF信号，从而实现接收线圈42的作用。在其他实施方案中，接收线圈42可能够将RF信号传输到RF线圈40。
成像系统10的各种线圈可位于扫描器12的外壳20内并且由外部电路控制，以生成所需的场和脉冲并且以受控方式读取来自旋磁材料的发射。在例示的实施方案中，主电源44向主磁线圈28提供电力以生成主磁场。驱动电路50可包括放大和控制电路，以用于按照由扫描器控制电路14输出的数字化脉冲序列的限定向线圈供应电流。
提供了RF控制电路52，以用于调节RF线圈40的操作。RF控制电路52包括用于在有源操作模式和无源操作模式之间交替的切换设备，RF线圈40在这两种操作模式下分别传输信号和不传输信号。RF控制电路52还可包括放大电路以生成RF脉冲。类似地，接收线圈42或RF线圈40(在没有实现单独的接收线圈42的情况下)连接到切换装置54，该切换装置能够使接收线圈42在接收模式和非接收模式之间切换。因此，在接收模式下，接收线圈42可与通过释放患者26体内的旋磁核而产生的RF信号谐振，而在非接收模式下，避免与RF信号谐振。另外，接收电路56可接收由接收线圈42检测到的数据，并且可包括一个或多个多路复用和/或放大电路。
应当指出的是，虽然上述扫描器12和控制/放大电路被示出为由单根线连接，但可根据具体实施使用一根或多根缆线或连接器。例如，可使用单独的线进行控制、数据通信、电力传输等。此外，可沿每种类型的线设置合适的硬件，用于正确处理数据和电流/电压。实际上，可在扫描器12与扫描器控制电路14和/或系统控制电路16之间设置各种滤波器、数字转换器和处理器。
如图所示，扫描器控制电路14包括接口电路58，该接口电路输出用于驱动梯度场线圈38和RF线圈40以及用于接收表示在检查序列中产生的磁共振信号的数据的信号。接口电路58可连接至控制和分析电路60。基于经由系统控制电路16选择的限定协议，控制和分析电路60执行用于驱动电路50和RF控制电路52的命令。
控制和分析电路60还可用于接收磁共振信号，以及在将数据传输至系统控制电路16之前执行后续处理。扫描器控制电路14还可包括一个或多个存储器电路62，该一个或多个存储器电路在操作期间存储配置参数、脉冲序列描述、检查结果等。
第二接口电路64可将控制和分析电路60连接到系统控制电路66，以用于在扫描器控制电路14与系统控制电路16之间交换数据。系统控制电路16可包括第三接口电路68，该第三接口电路从扫描器控制电路14接收数据并且将数据和命令传输回扫描器控制电路14。与控制和分析电路60一样，系统控制电路66可包括在多用途或专用计算机或工作站中的计算机处理单元(CPU)。系统控制电路66可包括或连接到第二存储器电路70，以存储用于操作成像系统10的编程代码，以及存储经处理的线圈数据以供稍后重建、显示和传输。编程代码可执行一个或多个算法，该算法被构造成在由处理器执行时执行采集数据的重建。
可提供另外的输入输出(I/O)接口72，以用于与外部系统部件(诸如远程访问和存储系统18)交换线圈数据、配置参数等。最后，系统控制电路66可通信地耦接到各种外围设备，以促进操作员界面并且产生重建图像的硬拷贝。在例示的实施方案中，这些外围设备包括打印机74、显示器76和用户界面78，该用户界面例如包括诸如键盘、鼠标、触摸屏(例如，与显示器76集成在一起)等设备。
在一些实施方案中，可实现重建模块80以将线圈数据重建为可视图像。此外，重建模块80可被实现为将由计算机系统的一个或多个处理器执行的软件。除此之外或另选地，重建模块可包括计算机，该计算机包括存储器和一个或多个处理器，软件模块可在该一个或多个处理器上运行。重建图像可被发送到例如存储系统18和/或监视器76以供查看。
考虑到前面对关于MRI系统10的方面的一般性讨论，图2显示了典型MRI磁线圈结构200的简化横截面类型表示，如在穿过圆柱形线圈结构的壁截取的纵向切片时可看到的。在该示例中，所描绘的MRI磁线圈结构200包括六个主超导线圈204以及径向偏移的反磁(即，屏蔽)线圈202。反磁线圈202可用于将MR磁体的磁系统与环境磁影响(例如，地球的磁场)隔离开，或者相反地，为环境屏蔽由主超导线圈204生成的磁场。此外，主超导线圈204被表征为位于从磁等中心206或孔的其他轴线测量的基本上类似的径向距离处。然而，如图所示，主超导线圈204的不同线圈结构可沿着孔在其纵向位置上变化，如图2所示地通过将不同线圈204沿着由磁等中心206限定的方向不同地定位而变化，该磁等中心通常基本上延伸穿过成像孔的中心。
在操作期间，主超导线圈204生成磁场，该磁场根据设计旨在MR磁体200的孔内具有一致的磁等中心206，这旨在使用时保持磁场的均匀。然而，在实践中，可能难以制造在使用时具有均匀磁场(即，一致的磁等中心206)的MR磁体，这是由于在线圈绕组过程中引入的线圈直径和厚度的变化以及由于线圈绕组和总体结构的波动，该波动可响应于在操作期间流过线圈结构的电流的热收缩或膨胀或其他影响而出现。具体地，超导线圈中的每个超导线圈的宽度、厚度和电磁中心都对MRI磁体200的磁场均匀性有贡献，并且在使用时这些因素可改变或以其他方式变化，尤其是在磁线圈结构用于生成高磁场的情况下。例如，主磁场(例如，7T)越高，超导线圈变得越厚，并且在使用期间较厚线圈的径向厚度可变化或者波动较大，从而导致差的B0场均匀性。
考虑到这一点，图3示出了如图2所示的典型MRI磁线圈结构300的简化横截面类型表示，其包括一对主超导线圈204中的径向间隔件303。在该示例中，主线圈204中的一个主线圈被径向分开，以便在其内部线圈区段301和对应的外部线圈区段305之间具有间隙。径向间隔件303形成在或以其他方式定位在内部线圈区段301和外部线圈区段305之间的间隙内。该间隔件303可用于帮助防止在线圈的操作期间由于线圈在操作期间尺寸或配置的变化(这在磁体设计和/或线圈绕组过程期间是可预见的)而引起磁不均匀性。内部线圈区段301和外部线圈区段305是电连接的，诸如通过单个导电元件或跨接导电元件形成电连接，或者通过具有连接线圈区段301和305的单独导电元件形成电连接。
此外，还可在反磁线圈202中设置间隙和对应间隔件，以在操作期间保持与反磁(即，屏蔽)线圈202的操作相关联的磁场的均匀性。图4示出了磁线圈结构400，其在一对反磁线圈内具有径向间隔件403。间隔件403可将反磁线圈的内部节段401与反磁线圈的外部节段405隔开。反磁线圈中的间隔件403可有助于改善主磁场的均匀性或与反磁线圈相关联的另一个磁场的均匀性。因此，如本文所设想的，径向间隔件可位于主超导线圈中和/或反磁线圈中。反磁线圈中的径向间隔件可由与在主线圈中使用的径向间隔件相同或不同的物质构成。
考虑到前述内容，在一个具体实施中，间隔件303形成在或以其他方式设置在径向间隙中，该径向间隙被确定为或以其他方式被计划为用于电磁体设计，以便适应由于绕组过程和/或由于操作条件(例如，热、电流等)而在线圈中发生的变化。在制造过程中，可通过在完成内部线圈绕组之后测量内部线圈外径和径向厚度来调整或确定径向间隔件定位在其中的径向间隙，该径向间隙为内部线圈和外部线圈之间的径向距离。基于内部线圈的外径和径向厚度的测量结果，可确定径向间隙和对应间隔件303的尺寸。基于超导线圈的类型(例如，环氧树脂浸渍的超导线圈、湿绕的超导线圈、干绕低温稳定的超导线圈)，可确定径向间隔件303的组成。例如，环氧树脂浸渍的或湿绕的超导线圈可受益于或适合与径向间隔件303一起使用，该径向间隔件由浸渍有环氧树脂的玻璃纤维或结合有环氧树脂的多孔玻璃纤维增强的塑料片材或另一种物质制成。相反，干绕低温稳定的超导线圈可受益于或适合与由聚酯薄膜片材的叠堆或其他电绝缘且机械强度高的材料制成的径向间隔件303一起使用。
在另一个示例中，图5显示了如图2所示的典型MRI磁线圈结构500的简化横截面类型表示，该MRI磁线圈结构在主超导线圈204中的两个主超导线圈中具有两个径向偏移的分开区域。在该示例中，内部径向间隔件303A在径向上更靠近轴向中心(例如，磁等中心206)，并且位于主超导线圈204的内部线圈区段301和中间线圈区段304之间。类似地，在该示例中，外部径向间隔件303B在径向上更远离轴向中心(例如，磁等中心206)，并且位于所讨论的主超导线圈204的中间线圈区段503和外部线圈区段305之间。如在前述示例中，内部线圈区段301、中间线圈区段503和外部线圈区段305通过形成为形成一体绕组的单个或有限数量的导电元件或者通过由一个或多个导电元件或连接器连接而电连接。同样，径向间隔件303A、303B的组成可以是根据先前的示例性讨论的那样。
此外，如在前述示例中，间隔件303A、303B的尺寸(例如，厚度)和间隔件定位在其中的对应径向间隙可在磁体设计阶段和/或作为绕组或制造阶段的一部分来确定，在这两种情况下，目标都是在操作期间保持主磁场的磁场均匀性。在本示例中，在电磁设计和/或线圈绕组过程期间包括多于一个径向间隔件303A、303B可改善该方法的可调节性和灵活性，并且允许该过程更精细程度的控制或可配置性，并且因此可改善操作期间的最终场均匀性。此外，应当理解，尽管前述一对示例仅描绘了在该结构内具有径向间隙和间隔件的单对线圈结构，但在其他示例中并且如下所示，间隙和间隔件可存在于整个磁线圈结构中和/或存在于与前述示例中所示不同的线圈结构中(例如，在外部或中间线圈结构中)。此外，并非每个其中存在一个或多个间隙和对应间隔件的线圈结构都需要被配置为相同的。例如，线圈结构中的某些线圈结构可具有与其他线圈结构不同的厚度或数量的间隙和间隔件，其中磁体设计和制造阶段的总体目标是在操作期间保持磁场均匀性。
考虑到前述内容，图6和图7显示如图3和图4所示的典型MRI磁线圈结构600、700的简化横截面类型表示的附加示例，但是其中径向间隔元件(图6中的参考标号303，图7中的参考标号303A、303B)延伸穿过成对主超导线圈中的每个主超导线圈。如图所示，在图6中，单个径向间隔件303设置在每个单独的线圈叠堆内(类似于图3)，而在图7中，一对径向间隔件303A、303B存在于主超导线圈的每个单独的线圈叠堆中。虽然为了方便起见，不同成对超导元件中的每个径向间隔件被示出为具有相同厚度和相同径向偏移，但在实践中，即使在同一个总体磁线圈结构内，不同间隔件也可具有不同厚度和/或径向高度或偏移。此外，尽管出于说明的目的，对单个间隔件和成对间隔件的描绘是单独进行的，但在某些具体实施中，成对间隔件和单个间隔件两者均可存在于同一个总体磁线圈结构中，诸如存在于不同成对线圈元件中。
现在转到图8，描绘了示出磁体设计工作流程800的步骤的流程图。在框801中，提供期望的MRI磁体特性(例如，被设计的磁体的性能特性)作为输入。在框802处，基于设计或性能特性，执行磁体设计分析，诸如使用一个或多个自动化的和过程实现的例程来分析，该例程适用于确定能够呈现在步骤801处所指定的性能特性的磁体线圈和绕组参数。在框803处，基于磁体设计分析，获得要包括在MRI磁体线圈结构中的每个超导线圈的几何形状(例如，长度、宽度、厚度等)。在框804中，基于每个超导线圈的几何形状，可确定保持MRI磁体的磁等中心所需的径向间隔件的几何形状(例如，厚度、径向位置等)。在所描绘的示例中，可针对不同的磁体设计输入重复步骤801至804，以在框805处基于EM分析生成对应于径向间隔件厚度的标称内部线圈厚度的值的查找表。如将在下文示出的，在框805中输出的该表可用于相应MRI磁体的线圈绕组过程中，以便确定用于给定绕组操作的径向间隔件厚度、位置等。
转到图9，示出了流程图，该流程图示出了可用于制造磁线圈的线圈绕组工作流程900的步骤，该磁线圈可用于系统诸如MR成像系统中。在框901处，启动线圈绕组设置。线圈绕组设置可包括：启动或参数化将用于缠绕MRI磁体的超导线圈的机器，并且将必要的输入(例如，线圈材料)提供到机器中以使其开始线圈绕组过程。线圈绕组工作流程可从径向向内位置开始到径向向外位置缠绕MRI磁体的各区段。也就是说，线圈绕组可首先缠绕一个或多个径向向内区段，然后继续缠绕一个或多个径向向外区段。在框902处，缠绕下部超导线圈区段。下部超导线圈区段可指MRI磁体的在径向上更靠近MRI磁体的磁等中心的区段。在框903处，测量或以其他方式确定下部线圈厚度和外径。由于可在线圈绕组过程中引入的内部线圈的几何形状的变化，因此可测量内部线圈的外径和径向厚度，以便确定内部线圈的几何形状是否如根据计划的设计特性所预期的那样。如果内部线圈的厚度比在其设计中所预期的厚度更厚，则可减小根据磁体设计工作流程800所确定的径向间隙，以便保持整个线圈的磁等中心。相反地，如果所测量的内部线圈的厚度比在其设计中所预期的厚度更薄，则可增大根据磁体设计工作流程800所确定的径向间隙，以保持整个线圈的EM中心。即，在测量内部线圈厚度和外径之后，可基于测量结果与所设计的结果的比较方式来减小或增大径向间隙。考虑到这一点并且如在图9中以举例的方式所示，在框904处，可搜索映射到在图8的框805中输出的最佳径向间隔件厚度值的标称内部线圈厚度值的表，以获得期望的径向间隔件厚度。在框905处，在确定了优选的径向间隔件厚度之后，可缠绕或组装径向间隔件。在框906处，在缠绕径向间隔件之后，可缠绕外部线圈区段。
应当理解，出于说明的目的，简化了图8所示的工艺流程以描述单个径向间隔件的结合。如本文所述，可在给定磁线圈叠堆中设置多个间隔件。在这种情况下，可重复或循环图8的某些步骤，以便测量给定径向绕组厚度，确定径向间隔件厚度或几何形状，在径向堆叠内形成间隔件，并且继续进行绕组过程。即，图8所示的步骤不限于单个可调式间隔件工作流程。磁设计工作流程800或其衍生版本可用于缠绕具有多个可调式径向间隔件的MRI磁体。此外，如本文所述，可在主超导线圈或屏蔽/反磁线圈中的一者或多者中或者在主超导线圈和屏蔽/反磁线圈两者的组合中设计具有确定的合适几何形状的径向间隙和对应间隔件。另外，在某些方面，可能适于在小的和中等的(在轴向上最内部的)主超导线圈内设计和/或形成径向间隔件。此外，在某些具体实施中，径向间隔件可定位在大于或等于从内部线圈的内部表面测量的径向厚度位置的百分之五十的位置处。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种磁共振(MR)成像系统(10)，包括：
MR扫描器(12)，所述MR扫描器通信地耦接到控制和分析电路(14)，其中所述MR扫描器(12)包括：
多个主线圈绕组(204)，所述多个主线圈绕组被配置为沿着所述MR扫描器(12)的磁等中心(206)生成主磁场；
一个或多个屏蔽线圈绕组(202)，所述一个或多个屏蔽线圈绕组被配置为生成相对于所述主磁场的屏蔽磁场；
其中所述主线圈绕组(204)或所述屏蔽线圈绕组(202)中的一者或两者中的至少一个线圈绕组包括一个或多个径向间隙，所述一个或多个径向间隙将所述相应线圈绕组划分成至少内部线圈绕组段(301)和外部线圈绕组段(305)；以及
径向间隔件(303)，所述径向间隔件位于每个径向间隙中，其中所述相应径向间隔件(303)的尺寸、几何形状或组成中的一者或多者被选择用于在操作期间保持沿着所述磁等中心(206)的所述磁场的均匀性。
2.根据权利要求1所述的MR成像系统(10)，其中所述主线圈绕组(204)中的至少第一线圈绕组包括径向间隙和对应径向间隔件(303)。
3.根据权利要求1所述的MR成像系统(10)，其中所述主线圈绕组(204)中的至少第一线圈绕组包括两个或更多个径向偏移的径向间隙和在每个径向间隙内的对应径向间隔件(303A,303B)。
4.根据权利要求1所述的MR成像系统(10)，其中所述主线圈绕组(204)中的每个线圈绕组包括至少一个径向间隙和对应径向间隔件(303)。
5.根据权利要求1所述的MR成像系统(10)，其中所述主线圈绕组(204)中的每个线圈绕组包括两个或更多个径向偏移的径向间隙和对应径向间隔件(303A,303B)。
6.根据权利要求1所述的MR成像系统(10)，其中所述径向间隔件(303)由浸渍有环氧树脂的玻璃纤维或结合有环氧树脂的多孔玻璃纤维增强板(FRP)片材构成。
7.一种用于缠绕磁线圈结构(300)的方法(900)，所述方法(900)包括：
对于所述磁线圈结构(300)的第一磁线圈，缠绕(步骤902)具有第一内径和第一外径的第一线圈段(301)；
测量(步骤903)所述第一线圈段(301)的厚度或所述第一线圈段(301)的所述第一外径中的一者或两者；
基于所述厚度或所述第一外径，确定(步骤904)要在所述第一线圈段(301)中形成的径向间隙的厚度；
在所述径向间隙中形成(步骤905)径向间隔件(303)，其中所述径向间隔件(303)的厚度对应于所述径向间隙厚度；
在所述径向间隔件(303)上方缠绕(步骤906)第二线圈段(305)，其中所述第二线圈段(305)具有第二内径和第二外径。
8.根据权利要求7所述的方法(900)，还包括使用所述第一线圈段(301)的所述厚度或所述第一线圈段(301)的所述第一外径来查询径向间隙几何形状的查找表，以确定要在所述相应线圈段(301)中形成的所述径向间隙的所述厚度。
9.根据权利要求7所述的方法(900)，还包括基于所测量的所述第一线圈段(301)的厚度将所述径向间隙的所述厚度调整为更厚或更薄，以在操作期间保持所述磁线圈结构(300)的磁场均匀性。
10.根据权利要求7所述的方法(900)，还包括在所述磁线圈结构(500,700)中的一对或多对线圈中形成多于一个径向间隙和对应径向间隔件(303A,303B)，以在操作期间保持所述磁线圈结构(500,700)的磁场均匀性。
11.根据权利要求7所述的方法(900)，还包括在所述第一线圈段(301)和所述第二线圈段(305)之间形成一个或多个超导接头，以电连接由所述径向间隔件(303)划分的所述第一线圈段(301)和所述第二线圈段(305)。
12.根据权利要求7所述的方法(900)，其中形成所述径向间隔件(303)包括由浸渍有环氧树脂的玻璃纤维或结合有环氧树脂的多孔玻璃纤维增强板(FRP)片材中的一者形成所述径向间隔件(303)。
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