CN1183873C - 全开放磁共振成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全开放磁共振成像仪技术。本发明的主要内容是使用特殊设计的永磁磁体，它在磁体外侧产生一薄片形均匀磁场区。通过射频线圈使处于该薄片区域内的人体组织受到核磁共振激发；再通过特殊设计的梯度线圈和适当的脉冲序列，即可完成对样品区内的核自旋进行空间编码和磁共振成像完整信息的提取；通过与常规磁共振成像仪一样的信息处理过程，即可获得薄片内人体组织的核共振图像。此后，通过病床的移动可使人体组织的另一部分处于薄片均匀磁场的区域之中，重复上述过程，即可获得另一幅核磁共振图像。上述成像仪具有全开放、体积小、重量轻等优点，故本发明可用于介入治疗，以及制成轻便型提供给社区医疗单位。

Description

全开放磁共振成像仪

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像仪(以下简称MRI)。

背景技术

已有技术的MRI，其磁体环绕病人身体，医生和护士不能靠近病人，因此，不能用于介入治疗；同时，已有技术的MRI都要求磁体样品区为直径30～50cm的球形域，并允许病人身体自由进出该样品区，因此磁体庞大而笨重，不能制成普及轻便型MRI。

已有技术的MRI所固有的上述两大缺点来源于它的成像方法。根据该方法，被检查病人的受检查部位(以下有时简称为样品)，例如头颅、胸腔、腹腔等等首先必须全部置于一个高度均匀的(不均匀度一般不允许超过10^-5左右)恒定磁场样品区中，样品区一般为直径30～50cm的球域。然后，在选片方向上加上人工梯度场，使原本全体处于磁场高度均匀的样品区中的人体受检查部位，沿梯度场方向其不同组织层面分别处于场强不同的磁场控制之下。根据核磁共振原理，这时使用不同频率的射频场即可激发相对应的各不同人体组织层面，亦即使用和指定的某需要激发的目的层面所处位置处的场强相对应的受检核的拉摩尔频率的射频场，即可将该目标层面激发，这一过程称为由梯度场进行成像层面选择，简称层面选择。受激发层面称目的层面。目的层面受激发后，再通过合适的脉冲序列进行对梯度线圈、射频源和谱仪的一系列操作，即可得出受激发层面的磁共振信息，并最后用这些信息形成磁共振图像。此后，再改变射频频率重复上述过程，将使另一被选中层面被激发，通过和上述过程相同的步骤，即可得出该层面的磁共振图像。当所有受检组织予定的目的层面的磁共振图像都得出后，检查工作便告完成。

按照上述成像方法，营造直径30～50CM的球形样品区，且其中场的空间小均匀性不得超过10^-5左右，成为不可或缺的条件。为达到此目标，在现有技术条件下，样品区只能设计在磁体中心部位，而且磁体不可避免地庞大而笨重。样品区在磁体中心部位，必然形成磁体环绕病人的格局，使介入治疗成为不可能；而庞大笨重的磁体则使MRI不能制成普及轻便型。

发明内容

本发明的目的即在于克服上述已有技术的缺点。为达此目的，本发明提出一种磁共振成像方法和实现该方法所必须的磁体系统构成技术。

按照本发明提出的一种全开放式磁共振成像方法，包括以下步骤：(1)用磁体在其自身外侧营造一薄片形均匀磁场样品区(以下常简称为样品区)；(2)通过伺服控制系统使受检查组织的一个目的层面与所述样品区重合；(3)用射频线圈发射射频场激活上述目的层面；(4)通过梯度线圈在样品区内非层厚方向的两个正交方向上产生的梯度场对目的层面内的核自旋进行空间编码；(5)对所述目的层面进行磁共振成像；(6)通过伺服控制系统移动病床，选择另一目的层面并使之进入样品区；(7)重复步骤(3)-步骤(6)，获得另一目的层面的磁共振图像；(8)重复步骤(6)-(7)，直至获得希望得到的全部目的层面的磁共振图像为止。

为实现上述成像方法，本发明提出一种磁体系统的构成技术，按照此技术构成的磁体，可在其自身外侧营造一薄片形均匀磁场样品区，并能在此样品区非层厚的两个正交方向上产生梯度场。所述磁体系统包括磁轭、磁垛、第一梯度线圈、第二梯度线圈，其特征在于：所述磁垛包括左侧磁垛和右侧磁垛，二者左右对称地放置在铁质磁轭上，左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间存在一夹角，在左侧磁垛和右侧磁垛之间装有一场形调整铁，第一梯度线圈和第二梯度线圈分别固定在左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面上。

采用本发明的全开放式磁共振成像仪包括磁体系统(磁体和梯度线圈)、病床、主控制器、射频控制器、射频放大器、射频线圈、梯度控制器、前置放大器、接收器、图像形成部分、计算机，还包括一个移动病床的伺服控制系统，其用于移动所述病床，使受检组织目标层面与磁体样品区重合。

进一步，所用磁体中左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角优选地为0＜θ＜π，所述磁垛由多种永磁材料分层叠放，形成楔形，楔形侧面之一贴在磁轭上，另一面面向样品区，磁性材料磁化方向采取始自楔形一表面，终至楔形另一表面的方向，不同层的永磁材料选自永磁铁氧体，或铝镍钴合金，或钐钴合金，或烧结钕铁硼。

进一步，所用磁体中左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角优选地为0，所述磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛均为长条形。

进一步，所用磁体中左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角优选地为π，所述磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛均为长条形。

而且，本发明全开放式磁共振成像仪中，所述场形调整铁为长条状，其横断面可取为正方形、矩形、梯形、半圆形或圆形中之一种，场形调整铁用胶接方法或机械连接方法固定在左侧磁垛和右侧磁垛的交会处，当两磁垛之间有距离而不直接交会时，则固定在两磁垛中正中间的磁轭上。

本发明全开放式磁共振成像仪中，所述第一梯度线圈和第二梯度线圈分别固定在磁体的左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面上，在样品区非层厚的两个正交方向上产生线性梯度场，二者形状、匝数相同，第一梯度线圈、第二梯度线圈各部份在磁垛表面上可以重叠放置。

本发明全开放式磁共振成像仪中，所述病床由非导电、非铁磁材料制成，安置在样品区下方，病床床面与薄片形样品区平行，并低于样品区，床面后部有可升降支座，可由所述伺服控制系统使其升降。

本发明所提供的上述技术由于样品区位于磁体的一侧，所以医生和护士可以临近病人，因此本发明的MRI可以用于介入治疗；又由于本发明只要求磁体在磁体外侧形成一个片状样品区而不必形成宽大的球形样品区，所以磁体可以作得既轻且小，能够制成普及型轻便MRI。

本发明具有以下优点：

1、使用一种取消了层面选择过程，直接将受检查组织的目的层面放置到非球形而是呈片状的样品区中去直接成像的成像方法；

2、本发明的MRI系统构成中加入了位置伺服控制系统。它用于拖动病床，逐次将受检组织的不同目的层面移动到与磁场样品区重合。

3、使用一种符合上述成像方法要求的磁体系统，它包括磁体、梯度线圈，其特点是：

(1)可在磁体外侧空间中产生包含一薄片形均匀磁场样品区；

(2)两套梯度线圈置于磁体的左侧磁垛和右侧磁垛面向病床一侧的表面上，能在样品区非层厚方向的两个正交方向上产生梯度场。

以下参照图1～图6对本发明的内容作详细描述。

附图说明

图1、示出了本发明MRI的系统构成框图

图2、示出了本发明磁体系统的构成

图3、示出了0＜θ＜π时的磁体构成

图4、示出了θ＝π时的磁体构成

图5、示出了θ＝0时的磁体构成

图6、示出了应用本发明进行头部成像的具体实施例

具体实施方式

如图1所示，本发明MRI包括磁体系统(磁体和梯度线圈)、移动病床的伺服控制系统、主控制器、射频控制器、射频放大器、射频线圈、梯度控制器、前置放大器、接收器、图像形成部分和计算机。本发明MRI与已有技术的MRI相比较，磁体系统部份是特殊的，后文将要详述。伺服控制部份也是特有的，它用于按要求移动病床相对于磁体系统的位置，使样品目的层面与磁体样品区重合。病床由非导电、非铁磁的材料制成，安置在样品区下方，床面与薄片形样品区平行，床面底部有可升降支座，工作时由伺服控制系统使其升降，并可按要求停在所需位置。

图2示出了本发明的磁体系统的构成情况。如图所示，作为磁轭的铁质平板21，其左右两侧对称地布置有左侧磁垛22和右侧磁垛23，左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面间有一夹角θ。磁通由右侧磁垛23发出，越过两磁垛之间的空间，穿入左侧磁垛22，再由铁质平板21中返回右侧磁垛，形成闭合磁回路。磁垛可以由单一一种永磁材料构成，也可以使用一种以上的永磁材料。在本发明的最佳实施中，当磁垛设计为由一种以上永磁材料构成时，各种水磁材料应按图3所示方式分层叠放，形成楔形，楔形两侧面之一贴在磁轭上，另一面面向样品区。磁性材料的磁化方向总体上应采取始自楔形一表面，终至楔形另一表面的方向。磁垛所用永磁材料可从永磁铁氧体、铝镍钴合金、钐钴合金、烧结钕铁硼等等中选择。从图3还可见两磁垛面向病床的表面间夹角θ的变化范围为0＜θ＜π。在两磁垛之间的中部，有场形调整铁24，它吸引越过两磁垛之间的空间的磁通，使两磁垛之间的空间中的某部份的磁通走向平直，分布均匀，形成如图所示的样品区20。场形调整铁为长条状，其横断面可取为正方形、矩形、梯形、半圆形或圆形中之一种，调整铁用胶接或机械连接方法固定在两磁垛的交会处的磁垛表面上。当两磁垛之间有距离而不直接交会时，则固定在两磁垛正中间的磁轭上。梯度线圈包括第一梯度线圈和第二梯度线圈，分别在样品区20中非层厚方向的两个正交方向上产生梯度磁场。第一梯度线圈25和第二梯度线圈26各由构造相同的两部份组成，用胶接或机械连接方式对称地布置在两磁垛的面向病床表面上。第一、第二梯度线圈设计为平板状，两组梯度线圈在磁垛表面上重叠安放。

图4示出了夹角θ＝π时的情况，这里磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛为长条形，磁场调整铁在两磁垛中间，固定在磁轭的表面上。图5示出了θ＝0时的情况，这里磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛为长条形，磁场调整铁在两磁垛中间，固定在磁轭的表面上。

图6给出了进行头部成像时磁体及线圈的一个实施实例。

按照本发明，对病人头部进行磁共振成像时系将受检查部位的待成像组织层面(每一层这种层面称为一个目的层面)逐次用移动病床的方法使其与磁体所产生的薄片状样品区重合。当一个目的层面与样品区重合后，即用射频线圈发射射频场将目的层面激活，射频频率应与处在样品区场强下的样品的拉摩尔频率一致。然后使用与已有技术类似的方法完成信息提取和形成层面磁共振图像，例如可以使用已有技术的MRI中惯常使用的多回波自旋回波编码序列去操作梯度线圈、射频源和谱仪，取得目的层面的磁共振信息和完成层面磁共振图像，一个目的层面的成像过程完成后，再通过移动病床使后续目的层面一一完成上述过程，从而结束整个成像过程。

在一个实施例中，磁体系统的左侧和右侧磁垛相互交会，夹角θ为120°，场形调整铁为长条形，其横断面为矩形，置于两磁垛交会处，样品区尺寸：0.2×0.2×0.005m³，样品区场强：0.15T，样品区场不均匀度：≤10^-4，中心频率：6.62MHz，带宽：100KHz，梯度场灵敏度：2mT/m。磁垛使用两种永磁材料：永磁铁氧体、烧结钕铁硼。

Claims (9)

1、一种全开放式磁共振成像方法，包括以下步骤：

(1)用磁体在其自身外侧营造一薄片形均匀磁场样品区，磁体的构成特征是：作为铁轭的铁质平板其左右两侧对称地布置有左侧磁垛和右侧磁垛，左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面间有一夹角θ，磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的空间，穿入左磁垛，再由铁质平板中返回右磁垛，形成闭合回路，在两磁垛之间的中部，有场形调整铁；

(2)通过伺服控制系统移动样品使受检查组织的一个目的层面与所述样品区重合；

(3)用射频线圈发射射频场激活上述目的层面；

(4)通过梯度线圈在样品区内非层厚方向的两个正交方向上产生的梯度场对目的层面内的核自旋进行空间编码；

(5)对所述目的层面进行磁共振成像；

(6)通过伺服控制系统移动样品，选择另一目的层面并使之进入样品区；

(7)多次重复步骤(3)-步骤(6)，获得希望得到的全部目标层面的磁共振图像。

2、一种根据权利要求1所述磁共振成像方法设计的磁共振成像仪，其改进包括：所用磁体为能在其自身外侧营造一薄片形均匀磁场样品区的磁体，磁体的构成特征是作为铁轭的铁质平板其左右两侧对称地布置有左侧磁垛和右侧磁垛，左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面间有一夹角0，磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的空间，穿入左磁垛，再由铁质平板中返回右磁垛，形成闭合回路，在两磁垛之间的中部，有场形调整铁；

在上述磁体的左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面上布置有第一和第二梯度线圈；

包括一张由伺服控制系统移动的病床，病床由非导电、非铁磁材料制成，安置在样品区下方，病床床面与薄片形样品区平行，床面后部有可升降的支座，可由所述伺服控制系统实施升降；

包括安放在场形调整铁与样品区之间靠近病床的地方的射频线圈，该线圈通过不导电的非铁磁材料支架固结在两磁垛面向病床的表面上。

3、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角θ为0＜θ＜π，所述磁垛由多种永磁材料分层叠放，形成楔形，楔形侧面之一贴在磁轭上，另一面面向样品区，磁性材料磁化方向采取始自楔形一表面，终至楔形另一表面的方向，不同层的永磁材料选自永磁铁氧体，或铝镍钴合金，或钐钴合金，或烧结钕铁硼。

4、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角θ为0，所述磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛均为长条形。

5、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面之间的夹角θ为π，所述磁垛由单一一种永磁材料构成，左侧磁垛、右侧磁垛均为长条形。

6、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体的场形调整铁为长条状，其横断面可取为正方形、矩形、梯形、半圆形或圆形中之一种。

7、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体的左侧磁垛和右侧磁垛相互交会，场形调整铁固定在左侧磁垛和右侧磁垛交会处。

8、如权利2所述的磁共振成像仪，其特征在于所用磁体的左侧磁垛和右侧磁垛间保持一定距离而不直接交会，场形调整铁固定在两磁垛中间的磁轭上。

9、如权利要求2所述的磁共振成像仪，其特征在于所述第一梯度线圈和第二梯度线圈分别固定在磁体的左侧磁垛和右侧磁垛面向病床的表面上，在样品区非层厚方向的两个正交方向上产生线性梯度场，二者形状、匝数相同，第一梯度线圈、第二梯度线圈各部分在磁垛表面上可以重叠放置。

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