CN1269453C - 运行磁共振设备的方法和磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运行包括一梯度线圈系统和一填隙片系统的磁共振设备的方法，该填隙片系统包括多个分别带有相应加热部件的填隙铁片，在所述方法中至少测取或使用一个表示该梯度线圈系统形状和/或位置变化的信息信号，依据该信号实现对加热部件的调节并由此实现对填隙铁片温度的调节。

Description

运行磁共振设备的方法和磁共振设备

技术领域

本发明涉及一种运行磁共振设备的方法。

背景技术

磁共振断层造影以核自旋共振的物理现象为基础，并作为产生图像的方法多年来成功地应用在医学和生物物理中。在这种检查方法中，待查物体被施加一个恒定的强磁场，一个所谓的基本磁场。这样，物体中原来没有规则方向的原子自旋将被对齐。高频波此时能够将“有序的”原子自旋激励成特定的振荡。该振荡在断层造影中产生实际的测量信号，该信号借助于适当的接收线圈接收。为了能够在所有三个空间方向上空间编码拍摄，设计了通常包括三个单独的梯度线圈(x线圈、y线圈和z线圈)的梯度线圈系统，通过单独的梯度线圈能够产生分别与位置相关的磁场。

在磁共振断层造影的主要物理现象就是磁场。磁场也是影响拍摄图像的质量以及由此影响最终确定的诊断质量的原因。但是，在磁共振断层造影中有一系列依赖温度而磁化的部件，如永久磁铁、填隙铁片(Shimeisen)等。这些部件温度波动时将影响基本磁场的均匀性。因为这种通用大面积部件对基本磁场的影响从软件角度进行补偿仅仅是有条件的，而磁场变化的结果可能造成拍摄的图像无法使用，因此必须保持这些部件的温度恒定。

例如，一个动态的热输入通过室温或冷却水温度的波动、通过梯度线圈中与时间相关的有功损耗或部件自身的涡流损失而形成。在目前的设计应用中，例如在一MR系统中，部件温度仅仅允许以小于0.5K/10分钟的方式波动，而另一方面目前200至300W/m²的功率输入已经能实现。

公知的是，为使基本磁场均匀化，使用通常配置在梯度线圈系统中的、包括多个填隙铁片的填隙片系统。但是填隙铁片本身是温度敏感元件，即其在工作时变热。由于变热的原因，填隙铁片的磁特性发生变化，这对基本磁场产生负面影响。还有可能由于定位与温度有关而通过机械变形使填隙铁片位置变化，特别是通过使其它与填隙铁片机械连接的部件变热而造成填隙铁片的位置变化。

众所周知，通过对填隙铁片的主动加热来保持填隙铁片的温度恒定，从而在很大程度上补偿了所谓的、以温度变化为条件的影响。

即使由此实现了在时间和空间上磁场均匀性的明显改善，图像序列仍然显示，在填隙铁片温度恒定条件下运行设备时出现磁场变化，而且图像质量恶化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种进一步改善磁共振设备运行时基本磁场均匀性的方法，使其在空间和时间上满足稳定性要求。

为解决上述技术问题，采用了一种运行包括一梯度线圈系统和一填隙片系统的磁共振设备的方法，该填隙片系统包括多个分别带有相应加热部件的填隙铁片，在所述方法中，至少获取或使用一个表示梯度线圈系统形状和/或位置变化的信息信号，依据该信号实现对加热部件的调节并由此实现对填隙铁片温度的调节。

根据本发明，依据一个表示该梯度线圈系统形状和/或位置变化的量度的信息信号来调节加热部件以及填隙铁片温度。已经指出，由于梯度线圈系统工作时的变热使填隙铁片的位置变化，这导致基本磁场均匀性变差。即它引起对图像序列起负面影响的磁场漂移。通过测取这种形状和/或位置变化并进行温度调节，可以通过填隙铁片在磁场均匀化的范围中考虑这种磁场漂移，因为相应于调节填隙铁片温度，有可能影响填隙铁片板的饱和电感，填隙铁片板又允许对磁场漂移进行补偿。同时，这里使填隙铁片板温度稳定自然也是加热的目的，也就是说，既要稳定温度，又要这样来选择稳定温度，使得能够由此补偿磁场可能的几何条件的变化。通过分别调节单个的填隙铁片，能够实现足够的时间和位置上的补偿。

按照本发明的第一个实施方式，能够通过使用一个或多个测量元件确定一个或多个信息信号。这个或这些测量元件能够在此测取由该梯度线圈系统产生的磁场，即直接测取在当地可能产生的磁场变化，例如在MR一图像生成中的标记。作为一种替换或补充，这个或这些测量元件也可以测取该梯度线圈系统的温度，即将相应的温度传感器安装在梯度线圈系统(其通常包括线圈和一个支承件，该支承件通常是一个将线圈注入其上的GFK管或GFK板)中，由此来获取温度。另外一种替换方式是，使用安装在梯度线圈系统(例如GFK管)中、提供信息信号的应变传感器作为测量元件。其中，这些应变传感器(优选其中的多个应变传感器)这样安装和排列，使得能够测取不同类型的变形，即拉伸、压缩和长度变化。当然也有可能测取多个不同的信息信号并在调节范围中处理。

这些多个测量元件优先均匀分布配置在梯度线圈系统中，从而能获取就近产生的信息信号，以便有可能在时间和位置上进行精确调节。

本发明一种特别合适的方案是，将多个测量元件优先均匀分布配置在梯度线圈系统的外侧和内侧，以便能够获取外侧和内侧就近位置信息信号。梯度线圈系统的线圈至少在断面上彼此重叠设置，即它们离待测物体的中心距离不同。在梯度线圈系统的两侧进行测取使得有可能获知精确的参数和信号，并由此精确获知可能的变化，因为这样实现了在尽可能靠近该系统所有线圈处测取参数和信号。当在外侧和内侧同样设有填隙铁片时，这将特别适用，这样例如当位于外侧的z线圈出现困难，则能够相应地调节外侧最临近的填隙铁片板。

另外，一种通过合适的测量元件测取信息信号的可替换的方案是，使用至少一个梯度线圈系统的工作参数作为信息信号。因为梯度线圈系统的形状和/或位置变化主要由其自身运行造成，所以能够根据重要的工作参数(特别是工作电流)推断出线圈温度和系统温度，并由此推断出可能的形状和/或位置变化，并将这些推断结果应用到调节中。如所述，一个合适的参数是工作电流，即实现了对线圈电流序列的考虑。

作为其它的工作参数，可以使用一个表示梯度线圈系统冷却量度的工作参数。梯度线圈系统尽管有主动辅助加热，仍然还通过一个冷却装置冷却，该冷却装置的运行参数必须同样对梯度线圈系统温度情况有影响。这里可以使用任何一个以任何形式描述冷却或冷却功率的参数作为工作参数。

另外一种适合的发明选择方案是，通过分析由磁共振设备接收的一个或多个激励应答来确定信息信号。所产生的磁场不均匀性非常迅速地反映在拍摄的图像序列中，从而通过图像分析几乎当场就获知磁场变化，确定其质量和形式，给出相应的信息信号。

此外，在温度调节的范围内还考虑填隙铁片的调节装置的能量消耗也是合适的。调节装置同样消耗能量并发热。它们提供的热量同样可以在总调节范围中予以考虑。

在调节方法的一个具体的、有特点的方案中，依据至少一条信息信号来选择一个温度额定值，依据该温度额定值来调节填隙铁片的实际温度。为此可以例如使用一个查阅表，依据现有的一个或多个信息信号从该查阅表中选择出合适的额定值。将该额定值送到调节装置，调节装置相应地控制加热部件。

除所述方法外，本发明还涉及一种包括一梯度线圈系统和一填隙片系统的磁共振设备，该填隙片系统包括多个分别带有相应加热部件的填隙铁片，其中，依据至少一个表示该梯度线圈系统形状和/或位置变化的信息信号可调节该加热部件的工作，并由此调节填隙铁片的温度。

按照本发明实施方式的调节装置设计成以一个依据信息信号确定的、表示一温度额定值量度的额定值信号为基础进行调节，即将一个额定值信号送至调节装置，依据该额定值信号实现对加热部件的调节。为了确定该额定值信号，合适的方案是设置一控制装置，将信息信号送至该控制装置，且该控制装置与调节装置通信连接。一种适宜的方案是在该控制装置中存有一个查阅表，依据信息信号从该查阅表中选择出温度额定值，并以额定值信号的形式送至调节装置。

鉴于梯度线圈与有关待检测对象的距离远近不同，为每个填隙铁片配置两个可调节的加热部件是合适的，这两个可调节的加热部件被设置在填隙铁片相对的两侧，并可通过共用的调节装置单独调节。因为特别是在开式系统中填隙铁片设置在两个梯度线圈之间，即分别有一个加热部件相对靠近一个梯度线圈，因此有可能进行尽可能直接的加热。

为了测取一个或多个信息信号可以设置一个或多个必要时与控制装置通信连接的测量元件。这些测量元件可以设计成用来测取由梯度线圈系统产生的磁场、测取梯度线圈系统的温度或者测取梯度线圈系统可能的拉伸或压缩等。将这些测量元件合适地均匀分布配置在梯度线圈系统中，这样可以获取就近信息信号。最后，可以将这些多个测量元件优先均匀分布配置在梯度线圈系统的外侧和内侧，从而能够获取两侧就近位置信息信号。

一种可替换或补充的方案是，使用至少一个工作参数、尤其是梯度线圈系统的工作参数作为信息信号，此外表示梯度线圈系统冷却量度的工作参数也可以作为信息信号来处理。

最后，在本发明的磁共振设备中可以设有通过分析由磁共振设备拍摄的一幅或多幅图像来确定信息信号的装置，该装置必要时与控制装置通信连接。

加热部件可以设计成将加热导体敷设在支承薄膜上的膜式加热件、将加热导体敷设在支承薄板上的板式加热件或者将加热导体敷设在优先为陶瓷、特别是Al₂O₃基板上的基板加热件。这些非常平的加热部件使得填隙铁片尽管集成了加热件仍可以构造得相当小。加热导体本身为抑制其工作时可能产生的磁场，以合适的双绕线形式设置，即分别有一引入导线和一引出导线，以便互相补偿电流形成的磁场。

附图说明

下面结合附图以及所描述的实施方式对本发明的其它优点、特征和细节作详细说明：

图1为磁共振设备中产生磁场的重要部件的原理简图，

图2为填隙铁片温度调节的原理简图，

图3为填隙铁片的断面图。

具体实施方式

图1示出了本发明的磁共振设备1，在此仅仅示出了产生磁场的重要部件。图中示出一基本磁场磁铁2(例如，一个具有主动泄漏磁场屏蔽的轴向超导空心线圈磁铁)，该磁铁在一个内部空间产生一个均匀的基本磁场。超导基本磁场磁铁2内部由位于液氦中的超导线圈构成。基本磁场磁铁2被通常由优质钢构成的双壳容器所环绕。此盛放液氦且部分作为磁铁线圈的线圈架的内部容器通过低导热的GFK棒悬挂在具有室温的外部容器上。内外容器之间是真空。借助于支承件8，将基本磁场磁铁2内部空间的圆柱形梯度线圈系统3，同轴地安装在一支承管的内部。该支承管向外和向内由两个内壳9分隔开来。

梯度线圈系统3具有三个分绕组，它们产生一个与各自施加的电流成比例、且在空间上分别相互垂直的梯度磁场。如图1所示，梯度线圈系统3包括一个x-线圈4、一个y-线圈5和一个z-线圈6，它们各自缠绕在一线圈铁心7(例如GFK管)上，并由此适当地沿着笛卡尔坐标的x、y和z方向产生基本磁场。这些线圈的每一个都具有各自的供电，以便在幅度和时间上精确地产生对应于脉冲序列控制中编程顺序的独立电流脉冲。所需电流介于约250至450A。因为梯度开关时间应该尽量短，所以电流上升率需要在250kA/s的数量级。

因为梯度线圈总是被导电结构所围绕，例如优质钢制成的磁铁容器，在该结构中由脉冲磁场产生涡流，这种涡流又同基本磁铁磁场产生相互作用并改变基本磁铁磁场。在磁共振断层造影中这一点由于测量空间里基本磁场的均匀性而具有基本意义。为了使基本磁场均匀设置了填隙片系统10，图2示出其断面图。该填隙片系统包括多个以同轴包围梯度线圈方式设置的填隙片装置11，图2示出其中之一。填隙片装置包括一个不导热和不导电的支承条12，尤其是一个例如由GFK材料制成的压铸部件，其上具有多个室状接纳件13，每个接纳件中设置有一个填隙铁片14。每个填隙铁片(图3放大示出其中之一)由各自对应的填隙铁片14组成。在图3示出的例子中，填隙铁片14的每一侧都有一个调节装置16和一个由该调节装置调节的加热部件17。在填隙铁片14和加热部件之间，可以有一个在图3中没有详细示出的非磁性导热板。加热部件可以是膜式加热件、板式加热件或基板式加热件，其中加热导体(例如蛇曲形加热导体)分别敷设在膜、板或基板上。在线圈的同一侧有一个图中未示出的温度传感器，它直接或间接地(通过中间板)测取填隙铁片温度。温度传感器与调节加热部件工作的调节装置16连接，以便将填隙铁片的温度调节到一个预定的额定温度值上，下面将对此详细介绍。

在为每个填隙铁片14设置各自的加热部件17之后，就有可能对每个填隙铁片实现单独的温度控制。通过这种方式一方面可以实现基本磁场均匀化所要求的填隙铁片温度保持恒定。此外，通过单独控制的可能性，也能对梯度线圈及由线圈4、5和6以及线圈铁芯7组成的梯度线圈系统可能出现的形状和/或位置变化作出反应。在工作时梯度线圈承受高电流，它造成很强的发热并由此造成形状和/或长度变化。这对基本磁铁磁场的均匀性有负面的影响。

为了对此起作用，如图2所示测得各种可能的信息信号I、I′、I″和I，它们提供梯度线圈系统是否出现了形状和/或位置变化的信息。这些信息信号(其中一个可能就已经足够了)例如通过优先均匀分布设置在梯度线圈系统(尤其是在线圈铁芯7)中的传感器获得。作为传感器例如可以使用温度传感器、磁场传感器(测量梯度线圈产生的磁场)或者应变传感器。同样还可以利用以梯度线圈运行参数形式出现的信息信号。作为举例在此提及线圈的工作电流，要考虑线圈的电流序列或脉冲序列。作为一种选择或补充还有可能从磁共振设备1拍摄的图像在图像分析的范畴内对反映在图像变化中的、可能的形状和/或位置变化进行分析。为此使用合适的分析算法。

一个或多个信息信号I，....，I被送到控制装置18，该控制装置配有一个处理这个或多个信息信号的处理装置19。该处理装置19此时根据信息信号的质量从查阅表20中选择一个用于保持温度恒定并同时补偿由梯度线圈系统形状和/或位置变化引起的磁场漂移的温度额定值S_{1， 2....n}。此选择出的温度额定值送到每一个调节装置16(图2示例性地分别示出了其中之一)。在调节装置16中此时将给定的温度额定值与在填隙铁片14中的温度传感器测得的实际温度进行比较，并相应地调节加热部件17(在图2中同样为每个填隙铁片14只示出了一个加热部件)的工作。加热部件与一个适当的电源21连接，由该电源实现用于加热目的的供电。也就是说，依据至少一个表示梯度线圈系统形状和/或位置变化的信息信号来完成加热部件的调节，并由此实现填隙铁片的温度调节，从而能够补偿由于形状和/或位置变化造成的基本磁铁磁场的不均匀性。只要有必要，同时通过直接加热填隙铁片14实现充分地保持温度恒定。

Claims (28)

1.一种运行包括一梯度线圈系统和一填隙片系统的磁共振设备的方法，其中，该填隙片系统包括多个填隙铁片，每个填隙铁片分别配置有两个可调节的加热部件，它们设置在该填隙铁片相对的两侧，并可以通过一个公用的或单独的调节装置单独调节，在所述方法中至少测取或使用一个表示该梯度线圈系统形状和/或位置变化的信息信号，依据该信号实现对加热部件的调节并由此实现对填隙铁片温度的调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信息信号是通过使用一个或多个测量元件而取得的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测量元件测取由所述梯度线圈系统产生的磁场。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测量元件测取所述梯度线圈系统的温度。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，作为测量元件采用了设置在所述梯度线圈系统中的、提供所述输出信息信号的应变传感器。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个测量元件均匀地分布配置在梯度线圈系统上，从而测取就近的信息信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个测量元件均匀地分布配置在梯度线圈系统的外侧和内侧，从而测取在外侧和内侧就近位置信息信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，采用所述梯度线圈系统的工作电流作为所述信息信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，采用表示所述梯度线圈系统冷却量度的工作参数作为其它信息信号。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述信息信号是通过分析一个或多个由磁共振设备接收的激励应答而取得的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，依据至少一个信息信号来选择一个温度额定值，依据该温度额定值调节填隙铁片的实际温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述额定值从一个查阅表中选择。

13.一种包括一梯度线圈系统(22)和一填隙片系统(10)的磁共振设备，该填隙片系统包括多个填隙铁片(14)，每个填隙铁片(14)分别配置有两个可调节的加热部件(17)，它们设置在该填隙铁片(14)相对的两侧，并可以通过一个公用的或单独的调节装置(16)单独调节，其中，依据至少一个表示该梯度线圈系统(22)的形状和/或位置变化的信息信号(I、I′、I″和I)可调节该加热部件(17)的工作并由此调节填隙铁片(14)的温度。

14.根据权利要求13所述的磁共振设备，其特征在于，所述调节装置(16)设计成以一个依据所述信息信号(I、I′、I″和I)确定的、表示温度额定值(S₁，S₂....S_n)的量度的额定值信号为基础进行调节。

15.根据权利要求14所述的磁共振设备，其特征在于，设有一个用来确定所述温度额定值(S₁，S₂....S_n)以及由此确定所述额定值信号的控制装置(18)，该控制装置(18)接收所述信息信号(I、I′、I″和I)，并与所述调节装置(16)通信连接。

16.根据权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，在所述控制装置(18)中存有一个查阅表(20)，依据所述信息信号(I、I′、I″和I)从该查阅表(20)中选择所述温度额定值(S₁，S₂....S_n)，并以额定值信号的形式送至所述调节装置(16)。

17.根据权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，设有一个或多个用来测取所述信息信号(I、I′、I″和I)并与所述控制装置(18)通信连接的测量元件。

18.根据权利要求17所述的磁共振设备，其特征在于，所述测量元件设计成用于测取由所述梯度线圈系统(22)产生的磁场。

19.根据权利要求17所述的磁共振设备，其特征在于，所述测量元件设计成用于测取所述梯度线圈系统(22)的温度。

20.根据权利要求17所述的磁共振设备，其特征在于，所述测量元件为设置在所述梯度线圈系统(22)上的应变传感器。

21.根据权利要求17所述的磁共振设备，其特征在于，所述多个测量元件均匀地分布配置在所述梯度线圈系统(22)上，从而测取就近的信息信号。

22.根据权利要求21所述的磁共振设备，其特征在于，所述多个测量元件均匀地分布配置在所述梯度线圈系统(22)的外侧和内侧，从而测取在外侧和内侧就近位置信息信号。

23.根据权利要求13所述的磁共振设备，其特征在于，将所述梯度线圈系统的工作电流用作所述信息信号。

24.根据权利要求23所述的磁共振设备，其特征在于，将表示所述梯度线圈系统(22)的冷却量度的工作参数用作其它信息信号。

25.根据权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，设有用于通过分析一幅或多幅由磁共振设备(1)拍摄的图像来测取所述信息信号的装置，该装置与所述控制装置(18)通信连接。

26.根据权利要求13所述的磁共振设备，其特征在于，所述加热部件(17)为将加热导体敷设在支承薄膜上的膜式加热件、将加热导体敷设在支承薄板上的板式加热件、或者基板加热件或者它们的混合形式，直接置于所述填隙铁片(14)上。

27.根据权利要求26所述的磁共振设备，其特征在于，所述基板加热件包括具有敷设的加热导体的陶瓷Al₂O₃基板。

28.根据权利要求26所述的磁共振设备，其特征在于，所述加热导体以双绕线形式设置以抑制在其工作时可能产生的磁场。

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