CN1179540A - 低噪声磁共振成像扫描设备 - Google Patents

Abstract

一种磁共振成像(MRI)扫描设备装置。在一个装置中,最好呈环筒形的屏蔽罩含有第一真空,MRI梯度线圈安置在屏蔽罩内第一真空中。最好,还包括一个环筒形的机箱,与屏蔽罩同轴对准,含有是一个压强低于第一真空的低压真空的第二真空,MRI超导主线圈安置在机箱内第二真空中。在另一个装置中,MRI梯度线圈组合有一个门限激励频率,有一个隔离垫组件支持着MRI梯度线圈组合。

Description

低噪声磁共振成像扫描设备

本发明与磁共振成像(MRI)扫描设备有关，具体地说，与MRI扫描设备的低噪声装置有关。

在诸如医疗诊断之类各种领域中所用的MRI扫描设备通常用一个计算机根据磁铁、梯度线圈组合和射频线圈的操作情况来形成图像。磁铁建立一个均匀的主磁场，使原子(例如氢原子)对射频激励作业响应。梯度线圈组合在主磁场上施加一个脉冲的空间梯度磁场，以给成像区域中的每个点一个与它的单值磁场相应的空间标志。射频线圈产生激励频率的脉冲，暂时提高原子的能级，而所得到的能量的衰减情况由射频线圈测量后由计算机用来形成图像。通常，射频线圈、梯度线圈组合和磁铁都是大致环筒形的，基本上同轴：梯度线圈组合围在射频线圈外周，而磁铁围在梯度线圈组合的外周。

MRI扫描设备的磁铁包括超导线圈磁铁、电阻性线圈磁铁和永久磁铁。已知的超导磁铁包括液态氦致冷和低温冷却器致冷的超导磁铁。通常，对于液氦致冷磁铁来说，超导线圈组合包括一个至少部分浸在氦杜瓦瓶中的液态氦中的超导主线圈。氦杜瓦瓶外围有一个双重隔热层，再外面围有一个真空室。在常用的低温冷却器致冷磁铁中，超导主线圈外围有一个隔热层，再外面围有一个真空室。低温冷却器的致冷头在外部安装到真空室上，使得致冷头的第一级与隔热层热接触，而致冷头的第二级与超导主线圈热接触。Nb-Ti超导线圈典型工作温度为4°K左右，而Nb-Sn超导线圈典型工作温度为10°K左右。真空室内的真空必需保持非常低的压强，以避免可能引起磁“熄”(即超导损耗)的不希望有的热传导。典型的真空大致在10^-7至10^-7torr之间。应指出的是，标准大气压规定为760torr，而真空定义为具有低于大气压的压强。

已知的超导磁铁类型有封闭型磁铁和敞开型磁铁。封闭型磁铁通常具有一个唯一的管状超导线圈组合，有一个内腔。超导线圈组合包括几个径向对准而轴向分开的超导主线圈，每个主线圈都承载方向相同、完全一致的大电流。通常，这些超导主线圈设计成在一个球形的成像区域(中心位于安置需成像物体的磁铁的内膛内)内建立一个高度均匀的磁场。

敞开型磁铁通常用两个分开的超导线圈组合，这两个组合之间的空间可由医疗人员在MRI成像期间进行外科手术或其他治疗处理使用。患者可以安置在这个空间内，也可以安置在这两个环形线圈组合的内膛内。敞开的空间有助于克服患者可能在封闭型磁铁结构中会出现的幽闭恐怖情绪。

MRI扫描设备的梯度线圈组合产生很响的噪声，往往令许多就诊患者反感。已经采用了一些有源噪声控制技术来降低梯度线圈组合的噪声，其中包括让患者戴上噪声对消耳机。已知的无源噪声控制技术包括将梯度线圈组合安置在含有超导主线圈的真空室内。

在机械技术领域中已经知道通过设计和使用隔离垫可以使振动不从隔离垫支持的机器传到支持隔离垫的周围结构，常用的隔离垫有弹性型的和弹簧型的。技术人员将这样的隔离垫设计成使得隔离垫和机器合在一起的自然振动频率小于机器的优势激励频率除以2的平方根，以有效地隔离振动。

因此，需要开发一种低噪声的MRI扫描设备。

在第一实施例中，本发明的磁共振成像扫描设备装置包括一个含有大致在1和250torr之间的第一真空的屏蔽罩，还包括一个安置在屏蔽罩内第一真空中而基本上与屏蔽罩隔离的MRI梯度线圈组合。

在本发明的第二实施例中，MRI扫描设备装置包括一个屏蔽罩、一个机箱、一个MRI梯度线圈组合和一个MRI超导主线圈。屏蔽罩大体是环筒形的，具有一根基本上纵向延伸的轴线，含有一个第一真空。机箱也大体是环筒形的，基本上与屏蔽罩轴线同轴对准，含有是一个压强比第一真空低的低压真空的第二真空。MRI梯度线圈组合安置在屏蔽罩内第一真空中而基本上与屏蔽罩隔离。MRI超导主线圈基本上与轴线同轴对准，安置在机箱内第二真空中。

在本发明的第三实施例中，MRI扫描设备装置包括一个由具有一定电功率的预定多频率电脉冲列激励的MRI梯度线圈组合，其中所述电脉冲列的所述功率的百分之五左右来自一些不高于一个门限激励频率的频率，而所述电脉冲列的所述功率的百分之九十五左右来自一些高于所述门限激励频率的频率。所述装置还包括一个支持MRI梯度线圈组合的隔离垫组件。隔离垫组件和MRI梯度线圈组合合在一起的自然振动频率小于门限激励频率除以2的平方根。

从可以用来改进现有的MRI扫描设备或设计新的MRL扫描设备的本发明可以得到如下一些好处和优点。由于将MRI梯度线圈组合安置在真空中，因此减小了声音的传输。将MRI梯度线圈组合安置在与安置超导主线圈的低压真空隔开的较高压强的真空中可以降低成本。利用隔离垫支持MRI梯度线圈组合减小了梯度线圈组合的噪声通过梯度线圈组合的支柱的传输。

在例示本发明优选实施例的这些附图中：

图1为MRI扫描设备装置的侧剖示意图；以及

图2为图1的MRI扫描设备装置沿图1的线2-2切剖的剖视示意图。

现在参见这两个附图，图中相同的标号表示相同的器件。图1-2示出了本发明的磁共振成像(MRI)扫描设备装置10的优选实施例。在本发明的第一优选实施例中，MRI扫描设备装置10包括一个含有大约在1和250torr之间的第一真空的屏蔽罩12。再次要指出的是，标准大气压规定为760torr，而真空定义为具有低于大气压的压强。MRI扫描设备装置10还包括一个MRI梯度线圈组合14，安置在屏蔽罩12内第一真空中，基本上与屏蔽罩12隔离。典型的MRI梯度线圈组合14包括三个具有互相正交的磁场方向的梯度线圈(未示出)。在本发明的这个第一实施例中，MRI梯度线圈组合14可以通过任何措施得到屏蔽罩12的支持但又基本上与屏蔽罩12隔离，而MRI扫描设备可以包括任何类型的能在成像区域建立均匀磁场的磁铁，正如熟悉该技术领域的人员所理解的那样。例如(但并不限于)，MRI扫描设备可以具有封闭型或敞开型的磁铁结构，可以包括一个永久磁铁、电阻性线圈磁铁或超导线圈磁铁。需要指出的是，敞开型磁铁结构的各磁组合应有相应的各自屏蔽罩和各自MRI梯度线圈组合，这是熟悉该技术领域的人员所能理解的。还要指出的是，电阻型线圈磁铁或永久磁铁最好是暴露在环境气压下(通常是760torr)，甚至可以不用机箱。

在本发明的第二实施例中，MRI扫描设备装置10包括一个屏蔽罩12、一个MRI梯度线圈组合14、一个机箱16和一个MRI超导主线圈18。屏蔽罩12是一个基本呈环筒形的罩12，具有一根基本上是纵向延伸的轴线20，含有一个第一真空。MRI梯度线圈组合14安置在屏蔽罩12内第一真空中，基本上与屏蔽罩12隔离。机箱16是一个基本呈环筒形的箱，与轴线20基本同轴对准，具有一个第二真空，这个第二真空是一个压强比第一真空低的低压真空。MRI超导主线圈18安置在机箱16内第二真空中，与轴线20同轴对准。MRI超导主线圈18由机箱16支持。为了清晰起见，图中略去了诸如常用的线圈形状和定位支柱，以及任何必需的热屏蔽、液氦杜瓦瓶、低温冷却器致冷头之类。注意，MRI扫描设备的超导线圈磁铁由一个或多个超导主线圈18(图1中示出其中四个)构成，产生一个静磁场。

MRI超导主线圈18径向包围MRI梯度线圈组合14，而机箱16径向包围屏幕罩12，最好屏蔽罩12的外周壁22和机箱16的内周壁24是两个基本紧贴的壁(如图所示)或者就是同一个壁(未示出)。要注意的是，MRI扫描设备应该还包括一个MRI射频(RF)线圈组合(未示出)，它通常是个单线圈，或者包括两个子线圈，被径向围在MRI梯度线圈组合14内，最好(虽然图中未示出)与屏蔽罩12的内周壁26紧贴。

第二真空最好是在大约10^-7和10^-3torr之间，而第一真空最好是在大约1和250torr之间。在第一个典型的实施例中，第二真空大约为10^-6torr。第一真空可以称为声真空，用来减小否则会通过周围空气传送的MRI梯度线圈组合14所产生的声音。第一真空的优选范围可以根据对压强需要低于一个压强上限才能开始为MRI患者带来减小声音的好处的认识和对于压强低于一个压强下限时并不能再带来多少减小声音的好处(因为MRI梯度线圈组合14发出的声音会通过它的支持件传送)的认识选取。250torr的真空通常会使梯度线圈组合的噪声比在大气压下减小一半。第二真空可以称为磁铁真空，其范围根据热隔离要求选择，如该技术领域人员所熟知的那样，用来防止MRI超导主线圈发生磁熄。在一种优选结构中，MRI扫描设备装置10还包括吸声材料28，安置在屏蔽罩12内MRI梯度线圈组合14的周围，其本上包住这组合的所有表面，以便进一步衰减第一真空内残留的声音。一种优选的吸声材料28是稀松的玻璃纤维绝缘材料。

在本发明的这个第二优选实施例中，MRI梯度线圈组合14可以通过任何措施得到屏蔽罩12的支持但又基本上与屏蔽罩12隔离，正如熟悉该技术的人员所能理解的那样，而MRI扫描设备可以具有，例如(但并不限于)，封闭型或敞开型的磁铁结构。需要指出的是，敞开型磁铁结构的各磁组合应有相应的各自屏蔽罩和各自MRI梯度线圈组合，这是熟悉该技术领域的人员所能理解的。

由于将MRI梯度线圈组合安置在与含有主磁场绕组的低压真空区分开的中等程度的真空中，因此可以在梯度线圈组合中使用廉价的具有良好声学性质而汽压较高的材料(如：像胶塑料、环氧树脂)来支持线圈导线，从而大大降低了成本和提高了性能。如果将这些材料置于主磁铁绕组区域，那么由于它们的汽压较高，就可能不能获得主磁铁绕组所需要的低压真空。虽然这些材料在室温下具有值得注意的汽压，但应该能将它们所在的真空区域抽到例如1torr。

在本发明的第三优选实施例中，MRI扫描设备装置10包括一个由具有一定电功率的预定多频率电脉冲列激励的MRI梯度线圈组合14，其中所述电脉冲列的所述功率的百分之五左右来自一些不高于一个门限激励频率的频率，而所述电脉冲列的所述功率的百分之九十五左右来自一些高于所述门限激励频率的频率。MRI梯度线圈组合14的典型门限激励频率在大致70至2,000Hz的范围内。MRI扫描设备装置10还包括一个支持MRI梯度线圈组合14的隔离垫组件30，其中隔离垫组件30和MRI梯度线圈组合14合在一起的自然振动频率小于MRI梯度线圈组合14的门限激励频率除以2的平方根。可以通过调整隔离垫组件30的质量、刚性和阻尼来设计这种自然振动频率，正如熟悉该技术领域的人员所知晓的那样。最好，将这自然振动频率设计在门限激励频率的大致百分之二十至百分之七十之间。应该注意的是，如果自然振动频率接近门限激励频率，所得出的隔离垫组件30就起不到有效地滤除MRI梯度线圈组合14所产生的振动的作用，而如果自然振动频率太低，所得出的隔离垫组件30将不能适当地支持MRI梯度线圈组合14。

最好，隔离垫组件30包括多个分开的弹性隔离垫32。在一种优选结构中，有多个刚性支持件34固定在屏蔽罩12内，或者就是屏蔽罩12的一部分。每个支持件34支持相应一个弹性隔离垫32。图1和2的隔离垫组件30还包括一些分开的弹簧隔离垫36，每个弹簧隔离垫30的一端接在MRI梯度线圈组合14上，而另一端接在一个相应支柱38上。这些支柱38与屏蔽罩12的外周壁22的内表面刚性连接，或者就是屏蔽罩12的一部分。

在本发明的这个第三优选实施例中，MRI扫描设备可以包括任何类型的能在成像区域内建立均匀磁场的磁铁，正如熟悉该技术领域的人员所能理解的那样。例如(但并不限于)，MRI可以具有封闭型或敞开型的磁铁结构，可以包括一个永久磁铁、电阻性线圈磁铁或超导线圈磁铁。需要指出的是，敞开型磁铁结构的各磁组合应有相应的各自屏蔽罩和各自MRI梯度线圈组合，正如熟悉该技术领域的人员所能理解的那样。还需指出的是，电阻性线圈磁铁或永久磁铁最好暴露在环境大气压(760torr左右)下，甚至可以不用机箱。

对于具体应用而言，可以将本发明的第一和第二或者第一和第三优选实施例的一些特点结合起来。结合了这些特点的MRI扫描设备装置10由于利用在屏蔽罩12内的第一真空减小了从MRI梯度线圈组合14通过空气的声传输，而利用隔离垫组件30减小了从MRI梯度线圈组合14通过固体的声传输，从而能降低MRI梯度线圈组合14引起的噪声。这里，应指出的是，MRI梯度线圈组合14和隔离垫组件30都是安置在屏蔽罩12内第一真空中，而隔离垫组件30是由屏蔽罩12通过刚性的支持件34和支柱38支持的。

以上对本发明的几个优选实施例作了示例性的说明。这并不是说本发明就局限于与这里所揭示的完全相同的形式。显然，按照本发明的指导思想可以对这些实施例作种种修改和变化。因此，所附权利要求旨在规定属于本发明的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种磁共振成像(MRI)扫描设备装置，所述装置包括：

(a)一个含有一个在大致1和250torr之间的第一真空的屏蔽罩；以及

(b)一个安置在所述屏蔽罩内所述第一真空中而基本上与所述屏蔽罩隔离的MRI梯度线圈组合。

2.一种磁共振成像(MRI)扫描设备装置，所述装置包括：

(a)一个基本上呈圆环形、具有一根基本纵向延伸的轴线和含有一个第一真空的屏蔽罩；

(b)一个安置在所述屏蔽罩内所述第一真空中而基本上与所述屏蔽罩隔离的MRI梯度线圈组合；

(c)一个基本上呈圆环形的机箱，与所述轴线基本同轴对准，含有一个第二真空，所述第二真空是一个压强比所述第一真空低的低压真空；以及

(d)一个与所述轴线基本同轴对准、安置在所述机箱内所述第二真空中的MRI超导主线圈。

3.权利要求2所提出的MRI扫描设备装置，其中所述第二真空在大致10^-7和10^-3torr之间，而所述第一真空在大致1和250torr之间。

4.权利要求3所提出的MRI扫描设备装置，所述装置还包括安置在所述屏幕罩内、基本上包围所述MRI梯度线圈组合的吸声材料。

5.一种磁共振成像(MRI)扫描设备装置，所述装置包括：

(a)一个由一个具有一定电功率的预定多频率电脉冲列激励的MRI梯度线圈组合，其中所述电脉冲列的所述电功率的百分之五左右来自一些不高于一个门限激励频率的频率，而所述电脉冲列的所述电功率的百分之九十五左右来自一些高于所述门限激励频率的频率；以及

(b)一个支持所述MRI梯度线圈组合的隔离垫组件，其中所述隔离垫组件和所述MRI梯度线圈组合合在一起的自然振动频率小于所述门限激励频率除以2的平方根。

6.根据权利要求5所提出的MRI扫描设备装置，其中所述隔离垫组件包括多个分开的弹性隔离垫。

7.权利要求6所提出的MRI扫描设备装置，所述装置还包括一个含有一个第一真空的屏蔽罩，其中所述MRI梯度线圈组合和所述隔离垫组件安置在所述屏蔽罩内所述第一真空中，而所述隔离垫组件由所述屏蔽罩支持。

8.权利要求7所提出的MRI扫描设备装置，其中所述屏蔽罩基本上呈环筒形，具有一根基本上纵向延伸的轴线；而所述装置还包括一个基本上呈环筒形的机箱，与所述轴线基本上同轴对准，含有一个第二真空，所述第二真空是一个压强比所述第一真空低的低压真空；所述装置还包括一个与所述轴线基本上同轴对准的MRI超导主线圈，安置在所述机箱内所述第二真空中。

9.权利要求8所提出的MRI扫描设备装置，其中所述第二真空在大致10^-7和10⁰³torr之间，而所述第一真空在大致1和250torr之间。

10.权利要求9所提出的MRI扫描设备装置，所述装置还包括安置在所述屏蔽罩内、基本上包围所述MRI梯度线圈组合的吸声材料。

11.权利要求5所提出的MRI扫描设备装置，其中所述MRI梯度线圈组合包括一种从由像胶、塑料和环氧树脂所构成的组中选出的材料。

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