CN1763558B - 在磁共振成像设备中提供射频屏蔽件的梯度孔冷却 - Google Patents
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Abstract
一种用于成像一体积(20)的磁共振成像(MRI)设备(200)包括用于产生磁场的主磁体，被形成在沿轴延伸的管中的绝缘体片(140)，被放置在限定该管的外表面，用于操作由该主磁场产生的磁场以成像该体积(20)的梯度线圈(50)，以及被放置在该梯度线圈(50)和RF线圈(72)之间的冷却回路(302)。该冷却回路(302)被放置在限定该管的相对内表面，其中该冷却回路(302)屏蔽该梯度线圈(50)免受该RF线圈(72)的影响同时冷却该梯度线圈(50)。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求依据35U.S.C.119于2004年10月20日向英国提出的专利申请第0423325.7号的优先权的权益，该全文因此被参考结合。
技术领域
本发明总的涉及用于磁共振(MR)成像系统或扫描仪的射频(RF)和梯度线圈布置。更具体地，本发明涉及在其中MR扫描仪的RF线圈相对于该扫描仪的其他部件可选择地被安装的布置，以通过最大化其间的间隔同时充分冷却梯度初级线圈来充分增加RF线圈性能。
背景技术
众所周知，MR成像系统或扫描仪通常包括低温恒温器(cryostat)，该低温恒温器包括围绕主磁体孔定位的强大的超导体主磁体。该超导体磁体被保持在非常冷的温度中并在孔中产生强大的静磁场或B0场，该B0场沿孔轴被定向。MR系统的其他必要部件包括RF线圈或RF天线和梯度线圈组件，该梯度线圈组件包括中空圆柱形结构。RF线圈可工作在发射模式以在成像对象中产生MR信号，或可工作在接收模式以探测MR信号。梯度线圈组件包括一个或多个圆柱形线圈形式，还有从而被支撑的一套梯度线圈，以产生X、Y和Z梯度磁场。这些场被要求在空间上编码MR数据。一般地，梯度线圈组件被定位在主磁体孔内。
在过去，通常使用的是，通过将RF线圈连接至包括内部圆柱框架的另一必要MR系统部件来将RF线圈支撑在主磁体孔内。该内部框架包括贯穿插入梯度线圈组件的管状件，它们之间成共轴关系。内管状件的内部区域通常包括病人孔或与MR系统相关的成像体积，即设置该体积以容纳病人，且在其中MR信号被产生和被探测。内部管状件的末端被连接至低温恒温器，通过末端杯(endcup)或类似物，以使管状件被因此支撑。通常，RF线圈被围绕内部管状件的外直径布置，呈靠近邻接的关系，并因此被支撑或支承。管状件由非导电材料制造，以便不影响在成像体积内的RF性能。
众所周知，MR系统需要RF线圈产生B1场，必须产生MR数据，同时该套三个梯度线圈被要求在空间上对MR数据进行编码。两个RF和梯度线圈被围绕MR磁体孔布置，该MR磁体孔容纳病人或其它成像对象。梯度线圈一般被放置在RF线圈的外面，以使梯度线圈产生的场必须延伸过RF线圈以达到磁体孔。
在一般的线圈组件中，射频线圈被定位在梯度线圈内，在其间具有相对小的间隔。因为对梯度磁场线圈结构的冲击(impingement)，这些不同线圈的实际靠近使得由RF激励场中产生的大量能量被损耗。这些损耗显示为包含的射频线圈的品质因数(Q)的衰减，该衰减接下来使正常可达到的成像设备的信噪比变差。因此某些类型RF屏蔽件通常被放置在射频和梯度线圈之间，以保持射频线圈的Q，从而保持该系统的信噪比。
假如在RF和梯度线圈之间发生耦合，该梯度线圈将吸收或“耗散(suckaway)”RF线圈能量。这引起RF线圈的Q或品质因数、还有其信噪比被明显地降低。为防止这种RF线圈功率或能量的吸收，一般作法是，在RF和梯度线圈之间放置RF屏蔽件。根据防止RF线圈能量吸收的理论，理想的屏蔽件应当是被放置在RF和梯度线圈之间的实心铜的圆筒、或类似导电材料。RF场将在实心铜圆筒中感应出镜像电流，该电流足以反射RF场以使RF场不能与梯度线圈相互作用。然而，这种实心屏蔽件还将严重地消弱延伸进MR磁体孔内的梯度场。
在现有技术布置中，RF线圈和RF屏蔽件被定位在病人罩(enclosure)和梯度初级线圈之间。为了增加RF线圈性能，RF线圈和RF屏蔽件之间的间隔应当被增加，同时保持RF屏蔽件被放置在梯度线圈内。为了增加梯度线圈性能，梯度初级线圈应当尽可能被放置接近病人罩。梯度初级线圈的内表面需要被冷却以防止线圈过热且维持病人罩温度在规定限度之内。然而，这种冷却层占据RF屏蔽件和初级梯度线圈之间的空间。因为冷却层和梯度线圈之间的间隙被增加，将RF屏蔽件放置在冷却层和梯度初级线圈之间降低了冷却性能。
因此，存在使冷却层和梯度线圈之间的间隙最小来最大化冷却、同时将RF屏蔽件邻近在梯度初级线圈设置的愿望。
发明内容
依据这里披露的具体实施例中的梯度线圈组件和用于制造细件的方法，前面问题和缺点被克服。
依据示范性实施例，一种用于成像一体积的磁共振成像(MRI)设备包括用于产生磁场的主磁体，被形成在沿轴延伸的管中的绝缘体片，被放置在限定该管的外表面，用于操作由该主磁场产生的磁场以成像该体积的梯度线圈，以及被放置在该梯度线圈和RF线圈之间的冷却回路。该冷却回路被放置在限定该管的相对内表面，其中该冷却回路屏蔽该梯度线圈免受该RF线圈的影响同时冷却该梯度线圈。
依据另一示范性实施例，一种用于成像一体积的磁共振成像(MRI)设备包括用于产生主磁场的装置，用于操作主磁场以成像该体积的装置，用于冷却该操作主磁场以成像该体积的装置的装置，以及被形成在沿轴向延伸的管中的绝缘体片。该绝缘体片位于该用于操作主磁场以成像该体积的装置和该冷却装置之间。RF线圈与该冷却装置隔开且从该冷却装置径向向内延伸。该冷却装置被放置在限定该管的相对内侧表面，其中该冷却装置屏蔽该用于操作主磁场以成像该体积的装置免受该RF线圈的影响，同时冷却该用于操作主磁场以成像该体积的装置。
在另一示范性实施例中，一种磁共振成像(MRI)系统包括产生用于成像一体积的磁场的超导磁体，用于操作该磁场的未屏蔽梯度线圈和包括热连接至该超导磁体的冷却回路的冷却系统。该冷却回路屏蔽该梯度线圈免受RF线圈的影响，同时冷却该梯度线圈。
在又一示范性实施例中，一种用于成像一体积的磁共振成像(MRI)设备包括工作在低温温度用于产生磁场的至少一个超导线圈，用于操作由至少一个主磁体产生的磁场以成像该体积的至少一个梯度线圈，以及冷却的散热器，其具有邻近梯度线圈层且提供免受RF线圈影响的RF屏蔽的至少一个冷却管。该至少一个冷却管被连接至低温冷却热交换器。
在又一示范性实施例中，一种用于成像一体积的磁共振成像(MRI)设备包括用于产生磁场的至少一个主磁体，用于控制由至少一个主磁体产生的磁场以成像该体积的至少一个梯度线圈和至少一个冷却的散热器。该至少一个冷却的散热器包括冷却的热屏蔽件和冷却的线圈架，梯度线圈缠绕在该冷却的线圈架上。
在又一示范性实施例中，披露一种将用于成像一体积的磁共振成像(MRI)设备的冷却回路和RF屏蔽件组合的方法。该方法包括将用于操作由主磁体产生的磁场以成像该体积的梯度线圈放置在绝缘体片的外表面，并将冷却回路放置在该绝缘体片的相对内表面。该冷却回路被放置在梯度线圈和RF线圈之间，其中该冷却回路屏蔽该梯度线圈免受该RF线圈的影响同时冷却该梯度线圈。
对于本领域技术人员纵览下面附图和详细的说明，依据实施例的其他系统和/或方法将是或变为清楚的。其目的在于，所有这种添加的系统、方法和/或计算机程序产品均在本发明的范围内，并且由伴随的权利要求保护。
附图说明
图1是已知MRI设备的横截面图。
图2是依据本发明实施例的MRI设备的放大局部横截面图。
图3是依据本发明实施例的歧管(manifold)示意图，该歧管可操作地在冷却板/RF屏蔽件的任一端处连接至冷却管。
图4是依据本发明实施例的MRI设备的内孔壁的视图，说明来自所示的各个冷却回路部分的一个连接器被接地。
图5是图4中MRI设备的端视图，说明被接地的八个冷却回路中的六个。
图6是相对于梯度线圈的前边沿测量的磁体孔中感应的梯度电场的图示说明，该梯度线圈具有没有接地的冷却回路和八个接地冷却回路中的六个，如在图5中。
具体实施方式
参考目前本发明的优选实施例，现在详细作出说明。在各种可能的情况下，在整个附图中，相同参考数字将被用于表示相同或类似部件。
如图1所示，已知的超导(SC)MRI设备10一般使用用于在成像体积20中产生均匀磁场的线圈30，线圈30工作在液氦中以维持大约4°K的温度。液氦池需要一个真空密闭的且符合美国机械工程师协会(ASME)压力容器标准的容器40；这种容器40一般由焊接的铝合金圆筒和凸缘制造。其中两个被一般使用的热辐射屏蔽件(未显示)也由焊接的铝片制造且包括氦容器40。
当MRI设备10的孔中的梯度线圈50受电脉冲作用时，得到的随时间变化磁通量在围绕梯度线圈的任意导电圆筒中感应涡电流。这些涡电流依次产生它们自己的磁场，该磁场使想要的梯度场的质量在时间和空间方面下降。在磁体孔中的第二套梯度线圈60(即，屏蔽梯度线圈)补偿侵入的脉冲序列，该脉冲序列现今被通常用在MR成像中。这些屏蔽梯度线圈60在屏蔽线圈60的外侧区域建立抵消主梯度线圈50场的场，从而极大地降低与导体部件的相互感应，譬如热屏蔽，并且使得到的涡电流最小化。
管状RF屏蔽件70被围绕RF线圈72共轴定位，该RF线圈72在病人罩74的周围。RF屏蔽件70一般由传导材料的薄片制造，该材料譬如是被卷成与RF线圈72的形状相对应的圆筒形状的铜。
如上所述，RF线圈72和RF屏蔽件70被定位在病人罩74和梯度初级线圈50之间。再者，梯度初级线圈50的内表面需要使用冷却层80来冷却，以防止线圈过热级从而保持病人罩温度在规定限度之内。这个冷却层80占据RF屏蔽件70和初级梯度线圈50之间的空间。将RF屏蔽件70定位在冷却层80和梯度初级线圈50之间降低了冷却性能，因为冷却层80和梯度线圈50之间的间隙被增大。
现参考图2，在MRI设备的具体实施例200中，冷却层和RF屏蔽件组合设备100被放置在梯度线圈50和RF线圈72之间。因此，单独的RF屏蔽件没有如图1中一样被放置在梯度线圈50和冷却层80之间。通过将RF屏蔽件和正在冷却的梯度初级线圈孔组合进一个部件中，得到在RF线圈72和梯度线圈50之间的优化接口，同时保持先前说明的梯度设计标准。具体地，符合的设计标准包括：1)RF屏蔽件被放置得距离RF线圈尽可能地远而仍在梯度初级线圈内部，以及2)尽可能接近梯度初级线圈放置梯度孔冷却回路。
依据这个实施例，组合的冷却层和RF屏蔽件的冷却回路包括散热器(heatspreader)110，该散热器被配置为散热片(fin)的传导冷却圆筒阵列，该散热片具有用于热屏蔽的初级梯度线圈50和/或冷却初级梯度线圈50。优选地，线圈架或散热器110由非磁性、导热且导电材料制造，譬如铜；然而，譬如使用铝代替铜的其它材料也可被使用。因此，应当清楚的是散热器110被分开成适当厚度的阵列，以提供低热阻抗，并且在梯度线圈50工作期间在其中基本上不产生涡电流。病人罩74的孔也可基本上由无涡电流材料制造。
如图2所示，一个或多个冷却管或槽120被使用导热且导电连接件安装至散热器110。冷却管或槽120被在散热器110以缝隙的布局被安置，以使传导涡电流不能被形成。
冷却管120被配置成通过围绕散热器110的冷却媒质(譬如，冷冻水等)，从而冷却梯度初级线圈50。应当理解的是，冷却管120的管大小和数量依赖于许多传热设计细节，该设计细节包括但不限于整个尺寸、流速和阻抗、材料、以及梯度线圈的热负载。
通过在梯度线圈中循环冷却媒质来提供冷却，在梯度线圈中冷却的冷却媒质与线圈架110经冷却管120进行热交换，并且在较高温度处返回至重复循环冷却器。
再次参考图2，组合的冷却层/RF屏蔽件100优选由多段散热片式的冷却管120制造。换言之，散热器110被使用多个间隔开的管120形成散热片，该管120从散热器110延伸且在相邻管120之间具有一般以130指示的电绝缘。MRI设备200包括限定在初级梯度线圈50和散热器110之间的最小的电绝缘间隙的绝缘片140。因此，绝缘片140提供初级梯度线圈50和冷却层100之间的最小热阻并改善梯度线圈热性能。
在具体实施例且参考图3中，冷却管120的每段在限定冷却管的一端的第一末端(譬如出口)处被使用导电连接件连接至电接地歧管122。然后，相对的冷却管的第二端(譬如出口)被使用由电绝缘体126指示的非导电连接件连接至另一歧管124。以这种方式，可对图像质量产生影响的冷却回路中的涡电流损耗被阻止。这种歧管布置还使通过冷却回路使冷却剂流动速度最大化。除了冷却管120被电连接至公共歧管的各个冷却回路的第一端之外，散热片式的冷却管120中的每段被与相邻段电绝缘以防止经电绝缘130的梯度线圈涡电流损耗。散热片110的冷却管大小、厚度、宽度和长度被选择成符合冷却要求，同时在关注的成像区域中不引起显著的梯度线圈涡电流损耗。
应注意，上述散热片式冷却布置提供大约90％的均匀表面覆盖，来防止温度热区同时提供RF屏蔽。例如通过软焊接或导热粘结剂，每个冷却管120被热连接至散热片式薄片110。冷却管120和散热片110是非磁性、导热和导电的。同样地，可想到例如铜用于冷却管120和散热片式110，但不限于此。
现参考图4，图示的内孔壁或磁体孔300显示八个(8)冷却回路302中的三个(3)。每个冷却回路302被可操作地连接至相应的冷却管120，以经冷却管304馈送和返回冷却媒质。如图所示，每个冷却回路302包括三个(3)冷却馈送管304和三个(3)冷却返回管304。24规格接地线(未显示)被围绕冷却回路302的暴露部分缠绕。该暴露部分与铜软管倒钩接头(hose barb)306相对应，该铜软管倒钩接头306与管304的末端衔接以可操作的连接相应的冷却管120。在线被围绕软管倒钩接头306缠绕后，铜带被用于固定电连接。从相应软管倒钩接头306延伸的各个接地线的相对端被一起电连接在磁体端凸缘310的单点(single point)(图5)处或电接地歧管处(未显示)。
图5说明被接地的总共八个(8)冷却回路302中的六个(6)。剩余的两个(2)冷却回路对于这个具体实施例而言是不可用的，从而是不接地的。图6示出磁体孔300中的测量的感应梯度电场的图表400，它是关于具有未接地冷却回路的梯度线圈的前沿与如图5中的八个接地冷却线圈302中的六个。梯度线圈的前沿对应于X轴的零点(0)。X轴对应于与梯度线圈的前面或零点的距离(以厘米(cm)测量)相关的相对探针位置。该图表的Y轴表示在孔300中测量的电场，以毫伏表示(mV)。参考图5和6可以认识到，例如，孔壁梯度线圈冷却管304经软管倒钩接头306的接地明显降低了孔300中的电场。磁体孔300中的感应梯度电场先前被显示与RF子系统部件相互作用，具体与无源二极管相互作用，从而导致信号损失和假象。在孔壁的内径(ID)上提供接地屏蔽层(譬如单独的RF屏蔽件)动态地降低孔内电场和相关的成像结果(issue)。然而，在某些当前MRI设备中，没有屏蔽件来提供这个接地板。因此，在具有整体冷却管和散热器的MRI设备中，使冷却管的至少一部分接地提供了一定程度的屏蔽。具体地，在梯度线圈中将接地线连接至内孔壁冷却回路对降低参考图6的孔内电场是有效的。尽管上述方法要求接地线至冷却回路的机械/电连接，从而要求工程努力，但是得到的屏蔽是值得努力的，因为上述的孔内电场的显著降低和相关的成像结果(issue)。
尽管本发明参考示范实施例被说明，但是本领域技术人员可理解的是，不脱离本发明的范围，可代替示范实施例中部件的等效物的各种改变可以被作出。另外，不脱离本发明的范围，对于本发明的教导可以作出许多更改以适于具体情形。因此，其目的在于本发明不限于用于实施该发明的披露的实施例，而是本发明包括落入想要的权利要求的范围内的所有实施例。再者，术语第一、第二等的使用不表示任何重要的次序，而是术语第一、第二等被用于一个部件与另一个部件的区分。
部件列表
| 10 | MRI设备 |
| 20 | 成像体积 |
| 30 | 线圈 |
| 10 | MRI设备 |
| 40 | 容器 |
| 50 | 梯度线圈 |
| 60 | 屏蔽梯度线圈 |
| 70 | 管状RF屏蔽件 |
| 72 | RF线圈 |
| 74 | 病人罩 |
| 80 | 冷却层 |
| 100 | RF屏蔽组合设备 |
| 110 | 散热器 |
| 120 | 冷却管或槽 |
| 122 | 电接地歧管 |
| 124 | 歧管 |
| 126 | 电绝缘体 |
| 130 | 电绝缘 |
| 140 | 绝缘片 |
| 200 | MRI设备 |
| 300 | 内孔壁或磁体孔 |
| 302 | 冷却回路 |
| 304 | 冷却管 |
| 306 | 软管倒钩接头 |
| 310 | 磁体末端凸缘 |
| 400 | 表 |
Claims (7)
1.一种用于成像一体积(20)的磁共振成像设备(200)，其包括：用于产生磁场的主磁体；
用于操作由所述主磁体产生的磁场以成像所述体积(20)的梯度线圈(50)；
RF线圈(72)；以及
冷却回路(302)，所述磁共振成像设备(200)的特征在于：
绝缘体片(140)形成为沿轴线延伸的管，所述管由内表面和外表面限定，
其中，所述梯度线圈(50)形成在所述管的外表面上；
所述冷却回路(302)被放置在所述梯度线圈(50)和所述RF线圈(72)之间，
所述冷却回路(302)被放置在所述管的内表面上，且
所述冷却回路(302)屏蔽所述梯度线圈(50)免受所述RF线圈(72)的影响，同时冷却所述梯度线圈(50)。
2.依据权利要求1的磁共振成像设备(200)，其中所述冷却回路(302)包括：
散热器(110)，其具有放置在限定所述管的所述内表面上的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；和
多个冷却管(120)，其用导热且导电连接件安装至所述散热器(110)的所述第二表面。
3.依据权利要求2的磁共振成像设备(200)，其中所述多个冷却管(120)是相邻的且被互相电绝缘，从而防止梯度线圈(50)涡电流损耗。
4.依据权利要求2的磁共振成像设备(200)，其中所述散热器(110)和所述多个冷却管(120)由非磁性、导热且导电材料制造。
5.依据权利要求2的磁共振成像设备(200)，其中每个所述多个冷却管(120)的一端被电连接至电接地歧管(122)，且相对第二端非电连接至另一歧管(124)。
6.依据权利要求1的磁共振成像设备(200)，其中：
多个接地线的每个的第一端分别被电连接至所述冷却回路(302)的多个暴露的软管倒钩接头(306)的每个；和
来自所述多个软管倒钩接头(306)的每个的所述多个接地线的每个的第二端被连接在一起且在单个点接地。
7.依据权利要求1的磁共振成像设备(200)，其中所述冷却回路(302)被接地以减少由所述梯度线圈(50)产生的磁场感应的涡电流。
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