CN1754501A - 用在磁共振成像系统内维持永磁体热稳定性的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用在磁共振成像系统内维持永磁体热稳定性的方法和设备简要地根据一个方面，本技术提供了用于加热在磁共振成像系统(10)内永磁体(18)的方法。用于加热永磁体(18)的方法包括使用表面加热器(69)直接加热永磁体(18)的表面。本技术也提供了用于加热在磁共振成像系统内的永磁体的系统(68)。系统(68)包括成形为直接加热永磁体(18)表面的表面加热器(69)。

Description

用在磁共振成像系统内维持永磁体热稳定性的方法和设备

技术领域

本发明大体上涉及磁共振成像(MRI)系统，并且具体上涉及使用永磁体的MRI系统。

背景技术

作为用于使患者的组织和器官结构成像的诊断工具，在医疗行业内广泛地使用了磁共振成像(MRI)系统。MRI系统建立主磁场和一系列影响在要成像的受试体内的旋磁材料的梯度场。在成像期间，根据预定的成像协议脉冲发射梯度场，并且射频场使得旋磁材料的分子运动起来。然后，探测由分子重排引起的信号，并且处理这些信号，以重建有用的受试体的影像。MRI磁体设计包括闭合式磁体和开放式磁体。

闭合式磁体典型地具有可以将受试体定位在其中用于成像的单一的、管形的膛。开放式磁体设计，包括“C”或“U”形的磁体，典型地使用两个由彼此间的空间隔开的磁体组件，伴有在磁体组件之间的空间限定了成像体积。为了成像，将像患者那样的要成像的受试体定位在成像体积内。在开放式MRI系统内，在磁体组件之间的空间有助于使某些患者在检验期间是舒适的，并且也允许医疗人员在磁共振成像期间接近用于外科手术或任何其它医疗过程。

在MRI系统内的成像质量有赖于主磁场的稳定性。在像开放式MRI系统那样的使用永磁体的MRI系统内，响应于在永磁体内的温度变化主磁场可能发生波动。因此，在这些MRI系统内的主磁场的稳定性有赖于永磁体热稳定性的维持。为了维持热稳定性，通常将永磁体维持在设定的温度，该设定的温度典型地高于周围的室温。例如，当周围的室温大约是摄氏22度的时候，可以将永磁体维持在摄氏30度的温度。

因为像电阻加热器那样的电加热器产生可以影响主磁场稳定性的磁场，所以使用电技术直接加热这样的开放式系统的永磁体通常是不可行的。取而代之的是，典型地通过控制已知为保持永磁体的轭那样的支撑结构的温度，实现了在永磁体MRI系统内的永磁体的温度控制。

然而，由于多种原因，这样的间接温度控制可能是不想要的。例如，轭的质量可能需要大量的热以在所接附的永磁体内实现想要的温度升高。而且，这样的间接控制可能使精确控制永磁体温度是困难的。特别地是，在将热应用到轭后在永磁体内在温度变化之间的延迟可能导致不想要的滞后时间，在该滞后时间期间主磁场不是稳定的。

而且，如在上面所讨论的那样，MRI系统也包括梯度线圈以产生梯度场。在开放式MRI系统内，梯度线圈典型地是接近永磁体的。在成像期间，通过梯度线圈的梯度电流可以使在上面的永磁体的温度升高，引起额外的热不稳定性，并且由此引起主磁场的不稳定性。在这些条件的作用下，由于永磁体已经较想要的热了，所以为了维持热稳定性而使用在上面讨论的电阻加热器是无效的。

这样，需要有效的方法和系统，用于在MRI系统内维持永磁体的热稳定性。

发明内容

根据本技术的一个方面，提供了用于冷却邻近磁共振成像系统的永磁体的梯度线圈的方法。方法包括在梯度线圈和永磁体之间形成空气压力梯度。

根据另一个方面，本技术提供了用于加热在磁共振成像系统内的永磁体的方法。用于加热永磁体的方法包括使用表面加热器直接加热永磁体的表面。

根据一个实施例，本技术提供了用于冷却在磁共振成像系统内邻近永磁体的梯度线圈的系统。用于冷却梯度线圈的系统包括空气管。空气管还包括带有开口的第一端并且从邻近永磁体中心的位置延伸。用于冷却梯度线圈的系统也包括抽真空系统，将该抽真空系统联结到空气管的第二端并且使该抽真空系统成形为在空气管的第一端形成空气压力梯度。

根据另一个实施例，本技术提供了用于加热在磁共振成像系统内的永磁体的系统。系统包括成形为直接加热永磁体表面的表面加热器。

附图说明

当参考附图阅读接下来的详细描述的时候，将更好地理解本发明的这些和其它特点、方面和好处，在该附图中对于所有附图，类似的符号代表类似的部件，在其中：

图1是根据本技术的方面的带有冷却系统和加热系统的开放式MRI系统的实施例的透视图；

图2是图1的底部永磁体的局部截面图；

图3用曲线图表示了根据本技术的方面的空气温度对空气管的直径和气流速率的特征；

图4是根据本技术的方面的加热器的实施例的透视图；

图5是根据本技术的方面的加热器的实施例的平面图；和

图6是根据本技术的方面的带有热联结的加热器的另一个实施例的平面图。

具体实施方式

本技术大体上是有关用于在MRI系统内维持永磁体热稳定性的方法和设备。本技术具体上是有关维持永磁体的热稳定性。

现在翻到附图，并且参考图1，概略地显示了根据本技术成形为维持热稳定性的开放式MRI系统10的实施例。MRI系统10包括轭12、腿14、顶部永磁体16和底部永磁体18。如在图1中就底部永磁体18所描绘的那样，梯度线圈20也处在每个永磁体16和18附近。

图2描绘了图1的底部永磁体组件18的局部截面图22。轭12支撑底部永磁体18。如可以看到的那样，参考数字24是假想的中心轴线，并且底部永磁体18和它的表面围绕中心轴线24是对称的。参考数字26是永磁体调节组件，可以使用该永磁体调节组件用于调节MRI系统10的主磁场B0。参考数字28是一组由柔软的磁材料制造的薄片层。参考数字30、32、34和36是垫片。垫片可以由像铁和其它适宜的金属和合金那样的非永磁材料制造。如可以看到的那样，参考数字20指示了梯度线圈。

根据本技术的一个方面，如在图1和2中所描绘的那样，提供了冷却系统38。出于简化的原因，在其中就在图2中所描绘的底部永磁体18讨论了冷却系统，然而要理解的是，冷却系统也可以与顶部永磁体16一起使用。如本领域的那些普通技术人员所理解的那样，关于在底部永磁体18附近的梯度线圈20的冷却的本讨论同样适用于在顶部永磁体16附近的梯度线圈的冷却。

现在参考图2，冷却系统38包括至少部分地设置在梯度线圈20和底部永磁体18之间的空气管40。将空气管40的第一端42设置在底部永磁体18和梯度线圈20之间。如所描绘的那样，空气管40也可以包括在空气管的侧壁46上的孔洞44。空气管40的第二端48延伸到底部永磁体18的直径的外侧。空气管40可以由像玻璃纤维、环氧树脂浸渍的玻璃纤维、塑料或陶瓷等一些可能的材料那样的绝热材料制造。空气管40的截面形状可以是圆形、多边形、其它等一些可能的形状。

可以将空气管40的第二端48联结到抽气系统，例如联结到鼓风机50的进口或出口，以在空气管40的第一端42周围形成空气压力梯度。空气压力梯度是在MRI系统10的环境中的周围空气压力和邻近空气管40的第一端42的空气压力之间的差别。空气压力梯度可以是正的，即邻近空气管40的第一端42的空气压力可以是高于周围空气压力的。通过从环境抽气经由空气管40在第一端42排出，例如通过将空气管40的第二端48连接到鼓风机50的出口，可以实现这个正的空气压力梯度。可选择地是，空气压力梯度可以是负的，即邻近空气管40的第一端42的空气压力可以是低于周围空气压力的。通过经由空气管40的第一端42从底部永磁体18和梯度线圈20之间吸气，例如通过将空气管40的第二端48连接到鼓风机50的进口，可以实现这个负的空气压力梯度。

一旦建立了空气压力梯度，空气压力梯度就使得周围空气在底部永磁体18和梯度线圈20之间流动。具体地，如果建立了高压力梯度，那么周围空气将从空气管40的第一端42向外流动。相反地是，如果建立了低压力梯度，那么周围空气将从环境朝向空气管40的第一端42向内流动。因为周围空气的温度是低于梯度线圈的温度的，所以通过周围空气朝向或远离空气管40的第一端42的循环，冷却了梯度线圈20。尽管在其它实施例中，可以将第一端42设置在底部永磁体18和梯度线圈20之间的其它位置，但在一个示范性的实施例中，将空气管40的第一端42定位在底部永磁体18的中心附近或定位在底部永磁体18的中心。另外，尽管为了简化本讨论已经讨论了单一的空气管40，但冷却系统38可以包括多个空气管40，其中，将每个空气管40各自的第一端42设置在底部永磁体18和梯度线圈20之间(或就MRI系统10的顶部对称的一半设置在顶部永磁体16和梯度线圈20之间)。而且，如本领域的那些普通技术人员所理解的那样，在一个实施例中，当冷却系统38使得周围空气在梯度线圈20和各自的永磁体之间循环的时候，可以加热或预加热轭12以使底部永磁体18(或顶部永磁体

16)维持恒定的温度。

暂时地翻到图3，根据本技术的方面，提供了描绘空气温度作为空气管的直径和气流速率的函数的曲线图52。X轴54以米表示了空气管截面的半径。Y轴56以摄氏度表示了空气温度。曲线58表示了在0.020千克每秒的气流速率的条件下对应各种各样的空气管截面半径的空气温度。曲线60表示了在0.015千克每秒的气流速率的条件下对应各种各样的空气管截面半径的空气温度。相似地是，曲线62表示了在0.010千克每秒的气流速率的条件下对应各种各样的空气管截面半径的空气温度。如本领域的一个普通技术人员所理解的那样，在基于想要的冷却和/或气流的量确定想要的像半径那样的管特性时，可以使用这个数据和类似数据或相关数据。这样，通过选择最适宜的空气管半径并且维持所需要的气流速率，可以将空气温度维持在低于所提高的永磁体的恒定温度的水平。

再次参考图2，冷却系统38也包括抽气系统。抽气系统可以包括鼓风机50或真空泵等一些系统。将鼓风机50联结到可以由控制电路66控制的电源单元64。在成像操作期间控制电路66可以起动鼓风机50。

在上面所讨论的冷却系统38解决了维持顶部永磁体16、底部永磁体18和梯度线圈20的热稳定性的一个方面。另外，维持热稳定性可能牵涉加热顶部永磁体16和底部永磁体18中的一个或两个。例如，再次参考图1和图2，提供了包括磁体表面加热器69的加热系统68。如在下面就图4所讨论的那样，在一个示范性的实施例中，表面加热器69是双线加热器。在这个实施例中，表面加热器69是非常薄的几个毫米量级厚的层，并且可以将表面加热器69联结到顶部永磁体16和底部永磁体18中的任一个或两个的表面上。

表面加热器69可以包括成形为直接或间接接附到像底部永磁体18那样的永磁体的外部表面72的外部表面加热器70。相似地是，表面加热器69可以包括许多相似地接附到底部永磁体18的顶部表面76的顶部表面加热器74。另外，表面加热器69可以包括许多成形为直接或间接接附到像底部永磁体18那样的永磁体的一个或多个内部表面80的内部表面加热器78，表面加热器69可以串联或并联电连接。

可以在底部永磁体18(或顶部永磁体16)的一些或所有永磁体表面上提供表面加热器，用于直接加热永磁体。在一个示范性的实施例中，为了维持底部永磁体18统一的热环境，通过热传导元件82将表面加热器热联接起来。热传导元件82可以是几个毫米厚的量级、由铝、奥氏体不锈钢或黄铜等一些材料制造的薄的层。选择热传导元件并且使热传导元件成形为使梯度感应的涡电流最小化。

将表面加热器69连接到电源单元86。在一个实施例中，将像电阻温度探测器(RTD)那样的温度传感器88接附到外部表面70，以探测像底部永磁体18那样的永磁体的表面温度。还将温度传感器88联结到控制电源单元86的温控单元(TCU)90。基于通过温度传感器88探测到的温度，将来自电源单元86的电力提供给表面加热器69，以将永磁体的温度升高到典型地是高于周围(环境)温度的想要的温度T0。例如，如果将周围温度维持在大约22摄氏度，那么想要的表面温度可以是大约30摄氏度。如在上面所描述的那样，TCU 90接收来自温度传感器88的温度数据。如果底部永磁体18的表面温度处在想要的磁体表面温度T0或略高于想要的磁体表面温度T0，那么TCU 90通过控制电源单元86切断对表面加热器69的供电。此外，当表面温度低于想要的表面温度T0的时候，TCU 90也可以接通对表面加热器69的供电。为了允许表面加热器69维持恒定的磁体温度，可以使用冷却系统以确保周围的气温低于想要的磁体表面温度T0，允许通过RTD和TCU控制的加热系统可以将底部永磁体的温度维持在想要的水平。在一个实施例中，可以使TCU 90成形为在操作表面加热器69时考虑梯度线圈20对永磁体的加热和/或冷却系统38对永磁体的冷却。例如，基于梯度线圈20的行为或成形的成像协议的选择，TCU 90可以将电力提供给表面加热器69以避免永磁体温度的波动。

现在参考图4，根据本技术的一个实施例，提供了电阻表面加热器69的透视图。在这个实施例中，表面加热器69是包括第一导电层94、第二导电层96和像聚酰亚胺片那样的电绝缘介质98的双线加热器92。如可以看到的那样，将电绝缘介质98设置在第一导电层94和第二导电层96之间。将第一导电层94和第二导电层96串联电连接。尖头100指示了通过第一导电层94的电流的流动。如方向箭头102所指示的那样，电流还流过第二导电层96。由于对电流流动的电阻，双线加热器92产热。在这个实施例中，流过第一导电层94和第二导电层96的电流是大小相同的但是方向相反的。由于如在上面所描述的那样电流流动的方向是相反的，所以由于通过表面加热器的电流流动的净磁场大致上是零。这样，在这个实施例中，通过表面加热器的电流流动不会干扰MRI系统10的主磁场B0。

记住图2，图5是根据本技术的一个实施例的一组表面加热器69的平面图。如可以看到的那样，将表面加热器69对称地围绕由参考数字106标示的假想的X轴线和由参考数字108标示的假想的Y轴线布置。如就图1和2所讨论的那样，表面加热器包括外部表面加热器70，顶部表面加热器74和内部表面加热器78。

记住图5，图6是包括一组表面加热器69和热传导元件82的示范性实施例110的平面图。如就图5所讨论的那样，表面加热器69可以包括外部表面加热器70、顶部表面加热器74和内部表面加热器78。另外，如在图1和2中所描绘的那样，热传导元件82处在这个实施例中，以在永磁体的表面之上维持统一的温度。如本领域的那些技术人员所理解的那样，如所需要的那样，可以使用更多的热传导元件以提供永磁体统一的表面温度。如在上面所描述的那样，热传导元件82可以是由铝、奥氏体不锈钢和黄铜制造的层。

如本领域的那些技术人员所理解的那样，通过使用在其中所描述的一些或所有技术，可以将永磁体的温度维持在想要的水平。而且，可以使用大致上类似于就底部永磁体18所解释的那些系统的冷却和加热系统，以按所描述的方式维持顶部永磁体16的温度。事实上，如本领域的一个普通技术人员所理解的那样，应该想到的是，在其中适合底部永磁体18的任何讨论同样适用于顶部永磁体16，伴有将讨论严格地限制到底部永磁体18以简化讨论。如本领域的那些普通技术人员所理解的那样，尽管可以使用在其中所披露的技术以冷却开放式MRI系统的顶部和底部半个中的任一个或两个，但在一些实施例中，可以单独控制顶部和底部磁体的温度以允许自然的对流冷却。

尽管在其中仅显示并且描述了本发明的某些特点，但对于本领域的那些技术人员，许多变化和改变可以发生。因此，应该想到的是，附加的权利要求书旨在覆盖所有在本发明的真正精神内的这样的变化和改变。

                                元件列表

10.开放式永磁共振成像系统(MRI)

12.轭

14.腿

16.顶部永磁体

18.底部永磁体

20.梯度线圈

22.底部磁体组件的截面图

24.假想轴线

26.移动磁体组件(B₀调节)

28.薄片层

30.垫片

32.垫片

34.垫片

36.垫片

38.冷却系统

40.空气管

42.空气管的第一端

44.在空气管内的孔洞

46.空气管的侧壁

48.空气管的第二端

50.鼓风机

52.图表：对应不同的流速，空气管的半径对空气温度

54.以米为单位的空气管的半径(X轴)

56.以摄氏度为单位的空气温度(Y轴)

58.对应空气流速为0.020kg/sec的曲线

60.对应空气流速为0.015kg/sec的曲线

62.对应空气流速为0.010kg/sec的曲线

64.电源单元-鼓风机

66.控制电路-鼓风机

68.加热系统

69.表面加热器组

70.外部表面

72.表面加热器(外部表面)

74.表面加热器(顶部表面)

76.顶部表面

78.表面加热器(内部表面)

80.内部表面

82.热传导元件

86.电源单元-加热系统

88.温度传感器(RTD)

90.温控单元(TCU)

92.表面加热器

94.表面加热器的第一层

96.表面加热器的第二层

98.电绝缘介质

100.在第一层内的电流流动

102.在第二层内的电流流动

106.假想的X轴线

108.假想的X轴线

110.表面加热器+热传导元件

Claims (10)

1.一种用于冷却邻近磁共振成像系统(10)的永磁体(18)的梯度线圈(20)的方法，该方法包括在永磁体(18)和梯度线圈(20)之间形成空气压力梯度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，空气压力梯度包括在永磁体(18)和梯度线圈(20)之间的、邻近永磁体(18)的中心的正的空气压力梯度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，空气压力梯度包括在永磁体(18)和梯度线圈(20)之间的、邻近永磁体(18)的中心的负的空气压力梯度。

4.一种用于冷却(38)在磁共振成像系统(10)内邻近永磁体(18)的梯度线圈(20)的系统，该系统包括：

包括设置在永磁体(18)和梯度线圈(20)之间的第一端的空气管(40)；和

联结到空气管的第二端(48)、成形为在空气管(40)的第一端形成空气压力梯度的抽气系统。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括多个设置在永磁体(18)附近、具有第一端和第二端的空气管(40)，在其中将多个空气管的第二端(48)联结到抽气系统。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括多个成形为在多个空气管(40)的第一端形成空气压力梯度的抽气系统。

7.一种用于加热在磁共振成像系统(10)内的永磁体(18)的方法，该方法包括使用表面加热器(69)直接加热永磁体(18)的表面。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，表面加热器(69)包括行进通过第一层和第二层的传导元件，在其中传导元件在第一层和第二层内沿相同的路径行进。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以电流的传送大致上不产生磁场的方式，使电流传送通过表面加热器的第一层和第二层。

10.一种用于加热在磁共振成像系统(10)内的永磁体(18)的系统，该系统包括成形为直接加热永磁体(18)表面的表面加热器(69)。

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