CN1695067A - 梯度线圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生MR装置的梯度磁场的梯度线圈装置，其具有被设置在具有基本上圆形横断面的圆柱体表面上的至少两个梯度线圈。为了使梯度场的调节能够尽可能线性地在待检对象区域中延伸，而不必修改MR装置的整个机械结构并且不必增加馈给梯度线圈装置所需要的功率，建议根据本发明配置这样的梯度线圈，以便于相对于穿过圆柱体纵轴水平展现的中央平面是非对称的。

Description

梯度线圈装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生MR装置的梯度磁场的梯度线圈装置，其带有被设置在具有基本上为圆形横断面的圆柱体表面上的至少两个梯度线圈。本发明还涉及一种用于MR装置的线圈装置及MR装置本身。

发明背景

这个类型的梯度线圈装置被用在所有的磁共振设置(MR装置)中以在x，y和z方向上将梯度磁场叠加到静态磁场上。然后梯度线圈被设置在具有圆形横断面的圆柱体表面上的主场磁体内的几个层上，患者被设置在其内用于检查。

为了更快速扫描患者且更快速地获得所需要的图像，梯度线圈必须被更快速地切换，为此必要的梯度磁场必须由梯度线圈更快速地产生。然而，与此同时被分配给梯度线圈的梯度放大器的功率不可以进一步有任何增加，其结果将是显著的成本增加。为了改善梯度线圈的效率，因此优选地它们的设计应该加以改善。

从EP 1 099 952 A2中可知地是用于MR设备的梯度线圈装置，其中所需要的馈给梯度线圈装置的功率被降低，由于位于患者台下方的高频线圈装置中的导体较位于患者台上方的导体距圆柱体的对称轴具有较短的距离，并且梯度线圈装置的横断面与高频线圈装置的横断面相匹配。因此，梯度线圈装置相对于穿过圆柱体纵轴水平设置的中央平面被非对称地加以设计。然而，这个方案具有这样的缺陷，即这种类型的非对称，即不再具有圆形横断面的梯度线圈装置更沉重，并且因此较具有圆形横断面的梯度线圈装置生产起来更为昂贵。此外，对于这个方案，在圆柱体内存在相当少的空间用于插入患者台、实际的患者及其它电子设备。此外，在这种情况下非常难以取得与真空绝缘的组合。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种梯度线圈装置，借此所需要的馈给到梯度线圈装置的功率得到降低，但是其并不要求对已知的梯度线圈装置进行广泛的机械修改。根据本发明，借助于如权利要求1中所要求的梯度线圈装置获得这个目的，其中梯度线圈相对于穿过圆柱体纵轴水平位置的中央平面被非对称地加以设计。

因此，不像从EP 1 099 952 A2中所知的方案，在根据本发明方案中的梯度线圈保留圆形横断面，以便于梯度线圈装置总体上具有圆柱体形状且就梯度线圈装置的设置总体上不需要对MR装置进行机械修改。仅实际的梯度线圈，且这尤其涉及梯度线圈中绕组的设置和数量，相对于所述中央平面具有非对称的形状，即在被设置在中央平面上方的梯度线圈或部分梯度线圈中绕组的设置和数量不同于被设置在中央平面下方的梯度线圈或部分梯度线圈中绕组的形状和设置。

因此，对于根据本发明的梯度线圈装置，在圆柱体内产生非对称的梯度磁场，其中在中央平面下方所产生的梯度磁场应该具有尽可能最小的场强度且还可具有非线性。线性场区域的中心并不与圆柱体的中心重合。梯度线圈装置还具有适当的尺度以使患者能够被完全地设置在圆柱体内。因此，虽然梯度线圈并不具有顶底对称，但是在两个水平方向上，即在前后方向上和左右方向上存在对称性。通过这种方式在梯度线圈中所存储的能量被总体降低以便于较低功率的放大器可以被使用，而在成像区域中系统功率没有得到降低。

根据本发明梯度线圈装置的有利实施例可以从从属权利要求中发现。本发明还涉及用于MR装置的带有x梯度线圈装置、y梯度线圈装置及z梯度线圈装置的线圈装置，所述梯度线圈装置按照权利要求1或相联系的从属权利要求中所说明的那样被实施。此外，本发明还涉及带有这种类型线圈装置的MR装置。

为了以尽可能最小的能量在中央平面上方产生尽可能线性的梯度场，梯度线圈装置的有利实施例提供：中央平面上方的梯度线圈中的线匝数大于中央平面下方的线匝数。被存储的能量应该尽可能地低以使放大器能够以尽可能最低的能量量建立梯度场。

作为另外选择地或附加地，可提供：中央平面下方的梯度线圈中相邻线匝之间的距离可小于中央平面上方相邻线匝之间的距离。这还使梯度场的线性以及其中在中央平面上方产生线性梯度场的区域大小能够得到增加。

从属权利要求5至8包含根据本发明的如优选地用于x，y和z梯度线圈的梯度线圈装置优选实施例。所有实施例所共有的事实是：单独的梯度线圈相对于中央平面是非对称的且它们以这样的方式被实施，以便于尤其在中央平面上方即将被检查的区域中，由线圈所存储的尽可能低的能量产生足够线性的梯度磁场。

在用于MR装置的大多数线圈装置中，y梯度线圈装置被如此实施：两个y梯度线圈被设置在中央平面上方且两个y梯度线圈被完全设置在中央平面下方且x梯度线圈沿着圆柱体的纵轴被旋转90°，这样四个x梯度线圈中的每个被设置成一半在中央平面上方且一半在其下方。因而，对于这种类型的实施例，根据本发明的x和y梯度线圈被不同地加以实施，因为在每种情况下它们相对于中央平面是非对称的。

然而，同最常用的且已经说明的设置相比较，x和y梯度线圈装置还可绕圆柱体的纵轴被旋转45°，以便于x和y梯度线圈被相等地构建。这类实施例在权利要求9中被加以说明。然而，再次对于这个实施例，x和y梯度线圈装置绕圆柱体的纵轴被彼此旋转90°。

附图说明

参考附图中所示实施例的实例，本发明将被进一步加以说明，然而本发明并不被限制于所述实例。

在此：

图1示出穿过根据本发明的MR装置第一实施例的横断面，

图2示出在展开的根据本发明的x梯度线圈装置中线匝的路线，

图3示出在展开的根据本发明的y梯度线圈装置中绕组的空间路线，

图4示出在展开的根据本发明的z梯度线圈装置中线匝的空间路线，以及

图5示出穿过根据本发明MR装置的另外实施例的横断面。

具体实施方式

在图1中横断面所示的MR装置中，参考1表示在待检对象2，例如患者的台上的定位。所述对象被设置在以圆柱体形状环绕对象2的几个线圈装置的等角点(isocenter)3上。为了激励即将被检查的区域且/或从即将被检查的区域接收MR信号，物体2首先由例如被实施为鸟笼形状的高频线圈装置10所环绕，并且如实例中所示，其具有垂直于图1中投影平面伸展的八个导体。为了在笛卡尔坐标系统的三个空间方向x，y和z中产生梯度磁场，提供不同的梯度线圈装置，所述设置也以环形形状环绕对象2且其每个被设置在圆柱体表面上。

为了产生在x方向上伸展的梯度磁场，提供这样的x梯度线圈装置，其包括每个两个梯度线圈的两组41，42，即总计四个鞍形线圈，每个在圆柱体表面上以圆弧形式绕z对称轴3的几乎180°的角范围内围起对象2。在这个x梯度线圈装置中单独绕组绕z对称轴3沿着角α的展开，沿着z轴被绘制，被更详细地示于图2中。这示出四个鞍形线圈411，412，421，422，使两个鞍形线圈411，412大约以0°至180°的角范围环绕对象2，而同时鞍形线圈421，422大约以180°至0°的角范围环绕对象2。鞍形线圈411和412或421和422的每个均被实施成对称于对称平面13，所述对称平面13垂直于图2中的投影平面伸展。

根据本发明提供：x梯度线圈相对于中央平面M，即图1中穿过x对称轴12且垂直于y对称轴11的水平展现的平面被非对称地实施。这意味着在考虑当中的鞍形线圈411，412，421，422的眼孔413，414，423，424并不正好被设置在这个中央平面M内，而是略微在这个平面上方，正如容易地从图2中所演绎。此外，在相邻于对称平面13的区域中单独的鞍形线圈中的线匝相对于中央平面M是非对称的。例如，对于处在相邻于对称平面13中的鞍形线圈421，线匝425在270°和0°之间的角范围中较在180°至270°之间的角范围中覆盖了较大区域。优选地，所有的线匝可以如此方式被实施，即由每个单独的线匝所覆盖的中央平面M上方的面积大于由相同线匝所覆盖的中央平面M下方的面积。

图1还示出y梯度线圈装置的设置，其包括每个在圆柱体表面上绕对称轴3的两个梯度线圈的两组51，52。在图3中再次更详细地示出y梯度线圈装置中绕组的展开。这个设置包括以鞍形线圈形式的总计四个y梯度线圈511，512，521，522，鞍形线圈511，512被放置在270°至90°之间的角范围内，即在中央平面M上方，且鞍形线圈521，522被设置在90°至270°的角范围内，即在中央平面M下方。在每种情况下，两个鞍形线圈再次几乎相对于对称平面13是对称的。经提供：被设置在中央平面M上方的鞍形线圈511，512较被设置在中央平面M下方的鞍形线圈521，522显著地具有多的线匝，正如从图3中可清楚看到的那样。

此外，如图1中所示，为了产生z梯度场，提供有z梯度线圈装置6，其也被设置在围绕对象2的具有圆形横断面的圆柱体表面上。这种类型的z梯度线圈装置在图4中以展开的形式被更详细地示出。这个设置具有对称于对称平面13伸展且以环形形状环绕对象2的两个z梯度线圈61，62以及一个或更多个闭合的线匝回路63。根据本发明提供有：z梯度线圈61，62中的线匝并不平行于对称平面13伸展，即并不位于垂直于z平面伸展的平面上，但是具有部分曲线的或弯曲的路线。此外，每个z梯度线圈61，62中的线匝在许多角范围中具有收缩，即较其中单独线匝距彼此间的距离较大的许多其它角范围中更靠近地处在一起。例如，在约0°的角范围中，z梯度线圈61，62中单独绕组之间的距离较在约180°角范围中单独绕组的距离要大。

根据本发明的另外特殊特征是：在z梯度线圈61，62之间沿着对称平面13的闭合线匝回路63，其仅被设置在中央平面M上方且优选地位于约0°的角范围中。

借助于根据本发明单独梯度线圈的数量和构造，显著地取得：在中央平面M上方的区域中，可产生线性梯度磁场，所述线性梯度磁场可被更快速地加以切换而不必以任何明显的程度修改整个MR装置的具体设备。此外，根据本发明，获得具有圆形横断面的梯度线圈的圆柱体对称构造，以便于在梯度线圈的内部存在足够空间用于载有患者的患者台及附加的其它电子设备。根据本发明的梯度线圈产生相对于中央平面的非对称梯度场这一事实并不是缺陷，因为患者通常基本上被设置在中央平面上方。

对于图1中MR装置的实施例，除了已经提到的元件以外，还示出了与对称z轴3同心的塑料管7，其环绕梯度线圈且在其外部提供有梯度线圈的主动屏蔽8。这个屏蔽8被用来补偿由梯度线圈在外部区域中所产生的磁场，这样在致冷器9的金属外壳中没有涡电流产生。致冷器9包含超导磁体，其并未以任何更详细的细节被示出，它产生垂直于投影平面的静态磁场。所述元件7至9总体上是已知的，且因此将不被以任何更详细的细节加以说明。在根据本发明的梯度线圈的实施例中，屏蔽线圈元件具有与初级线圈的特征可比拟的特征。

根据本发明的MR装置的可供选择实施例被示于图5。这个实施例与图1中所示实施例的不同在于：在x梯度线圈装置以及y梯度线圈装置中单独的梯度线圈41′，42′，51′，52′的不同设置。虽然被示于图1中的x及y梯度线圈装置中的单独的梯度线圈的实施例相对于在y方向上伸展的y对称轴11及在x方向上伸展的x对称轴12是对称的，但是在图5中所示的实施例中，在所述设置中的这些对称在α方向上被移置45°。这意味着在每种情况下在x和y梯度线圈装置中的两个梯度线圈，即在两个组42′和51′中的梯度线圈，被设置成四分之三在中央平面M上方且四分之一在中央平面M下方，而在这些梯度线圈装置中其它两个组41′，52′中的每个梯度线圈被设置成四分之三在中央平面M下方且四分之一在中央平面M上方。与图1中所示的实施例相比较，这具有这样的优点，即在x和y梯度线圈装置中的梯度线圈并不必被不同地加以实施，如图2和3所示，但是在每种情况下所要求的总计八个梯度线圈中的四个，即每次在每个梯度线圈装置中的两个梯度线圈，可被同样地加以实施。因此，只必须地是设计用于x和y梯度线圈装置的总计两种不同的线圈。尽管如此，各个线圈的实施例仍然使能获得基本上在中央平面上方线性伸展的梯度场。

Claims (11)

1.一种用于产生MR装置的梯度磁场的梯度线圈装置，具有被设置在具有基本上圆形横断面的圆柱体表面(41，42，51，52，61，62)上的至少两个梯度线圈，其特征在于所述梯度线圈(41，42，51，52，61，62)相对于通过圆柱体纵轴(3)的水平位置的中央平面(M)被非对称地实施。

2.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于所述梯度线圈(41，42，51，52，61，62)被实施用于产生仅在中央平面(M)上方的线性梯度场。

3.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于在中央平面(M)上方的梯度线圈(41，42，51，52，61，62)的线匝数大于在中央平面(M)下方的线匝数。

4.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于在中央平面(M)下方的梯度线圈(41，42，51，52，61，62)的相邻线匝之间的距离小于在中央平面(M)上方的相邻线匝之间的距离。

5.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于梯度线圈装置具有两个z梯度线圈(61，62)，其在中央平面(M)下方的线匝较在中央平面(M)上方的线匝每次被放置得更加靠近在一起，以及在中央平面(M)上方的z梯度线圈(61，62)之间设置一闭合的线匝回路(63)。

6.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于所述梯度线圈装置具有鞍形线圈形式的四个y梯度线圈(511，512，521，522)，被设置在中央平面(M)上方的两个鞍形线圈(511，512)比被设置在中央平面(M)下方的鞍形线圈(521，522)具有更多的线匝。

7.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于所述梯度线圈装置具有鞍形线圈形式的四个x梯度线圈(411，412，421，422)，每个鞍形线圈被设置成大约一半在中央平面(M)上方且一半在下方并且中央平面(M)上方鞍形线圈的单独线匝的覆盖面积大于中央平面(M)下方相同线匝的覆盖面积。

8.根据权利要求7的梯度线圈装置，其特征在于鞍形线圈(421)眼孔(423)的中心被设置成略微在中央平面(M)上方。

9.根据权利要求1的梯度线圈装置，其特征在于梯度线圈装置具有鞍形线圈形式的四个x和/或y梯度线圈(41′，42′，51′，52′)，两个鞍形线圈(42′，51′)被设置成每个鞍形线圈的大约四分之三被设置在中央平面(M)上方且四分之一在下方以及两个鞍形线圈(41′，52′)被设置成四分之一在中央平面(M)上方且四分之三在下方。

10.一种用于MR装置的具有x梯度线圈装置、y梯度线圈装置及z梯度线圈装置的线圈装置，所述线圈装置如上述权利要求之一所公开的那样被实施。

11.一种具有如权利要求10所述的线圈装置的MR装置。

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