CN203789929U - 一种复合型2t全身磁共振成像装置 - Google Patents

一种复合型2t全身磁共振成像装置 Download PDF

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马启元
高而震
陈继禹
赵大庆
张翔
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Abstract

本实用新型涉及到一种全身磁共振成像装置,包括磁共振成像仪、滤波板、控制装置、软件系统和显示系统,所述高温超导线圈和制冷系统与病员支持系统设为一体化结构,线圈接近成像区,所述高温超导线圈与病员支持系统呈活动连接状态,所述磁共振成像仪外围包覆有至少两层密封高真空罩,所述密封高真空罩位于病员支持系统一端,所述高温超导线圈与制冷系统连接,至少有部分制冷系统与病员支持系统联动。利用超导作为射频线圈可减少线圈噪音,高温超导在液氮温度60K-80K具有较低电阻率,使得磁共振图像质量显著改善,信噪比提高一到三倍,2T超导磁体复合高温超导线圈可将图像质量提高到3T机器的水平。

Description

一种复合型2T全身磁共振成像装置
技术领域
本实用新型涉及到一种新型的磁共振成像设备,尤其涉及到一种利用高温超导射频线圈提高图像质量的磁共振成像装置。 
背景技术
目前,磁共振成像是诊断人体疾病的重要手段,通过扫描能够提供清晰的人体组织的图像,相对于其他诊断手段来说,其磁共振成像系统不仅无电离辐射而且清晰度高,能为医生提供更加准确的疾病信息。另外,磁共振成像在现今众多非侵入性的医学影像中,因其不具辐射性,有很高的空间解析度,能提供较佳的影像数据资料,以及高组织识别度,因此在医学诊断上有相当高的依赖性,在各地医院都已经或即将配备超过1.5T甚至3T磁共振成像系统。 
磁共振成像系统主磁场强度的单位是特斯拉(T)。它是衡量磁体性能的主要指标。由于场强的提高要以更高的技术与制造价格支持为前提,高场强系统往往其整体性能普遍提高,所以习惯上常以主磁场强度作为整个磁共振系统最具代表性的性能参数。在一定范围内主磁场强度增加可以提高图像的信噪比(SNR)。一般情况下,主磁场强度的高低可以反映图像信噪比情况。目前临床用的超导磁共振成像系统以1.5T为主,大医院都配置了3T的磁共振系统。一般磁共振设备的场强越高越好。当然也不能无限增加,因为超高的磁场强度对人体的生物作用尚不能肯定,目前规定的最高临床用场强为3T,价格昂贵;并且3T设备产生的腹部器官影像缺乏对比,且有较多的化学位移伪影。同时将临床用磁共振最高射频频率控制在100MHz以内更加安全,换算过来,即控制主磁场在2T为安全阈值。 
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种图像质量不再仅仅依赖磁场强度的设备,针对临床用磁场强度控制在2T以内,通过复合型磁共振对高温超导线圈技术的引进,可达到超过2T甚至达到3T的图像质量。本实用新型磁共振成像装置成本底,场强适中,磁场均匀,扫描环境安全。 
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种全身磁共振成像装置,包括磁共振成像仪、滤波板、控制装置、软件系统和显示系统。所述磁共振成像仪由超导磁体、射频系统、梯度系统和病员支持系统、高温超导线圈组成,所述超导磁体包括超导磁场线圈、主动和被动匀场系统和制冷系统,超导磁场线圈内设有主磁体线圈和屏蔽线圈,屏蔽线圈位于主磁体线圈外部,超导磁场线圈、主动和被动匀场系统和梯度系统内壁的直径依顺序由大到小排列;所述高温超导线圈和制冷系统与病员支持系统设为一体化结构,线圈接近成像区,所述高温超导线圈与病员支持系统呈活动连接状态,所述磁共振成像仪外围包覆有至少两层密封高真空罩,所述密封高真空罩位于病员支持系统一端,所述高温超导线圈与制冷系统连接,至少有部分制冷系统与病员支持系统联动。 
所述制冷系统为分级制冷循环系统,二级制冷系统为第一级低温制冷系统和第二级制冷系统,所述第一级低温制冷系统由冷头和氦气压缩机组成,第二级制冷系统由热交换器和水冷机组组成。 
作为本实用新型的进一步改进,所述射频系统为集发射与接收为一体的射频系统,所述射频系统中设有的射频线圈为高温超导射频线圈线圈,全部或部分射频系统也适用于铜线圈。所述控制装置由电力供应系统、射频控制系统、计算机控制系统、梯度控制系统和操作员控制台构成。显示系统由计算机显示器和打印装置组成,软件系统包括操作界面和适用于全身扫描的序列。 
采用上述结构,本实用新型的优点在于以下几个方面。 
1、超导磁体场强为2T,比3T场强设计的超导磁体成本降低,大小尺寸适合于成人全身部位进行磁共振检查。超导磁体包括超导磁场线圈、主动和被动匀场系统和制冷系统,所述超导磁场线圈内设有主磁体线圈和屏蔽线圈,屏蔽线圈位于主磁体线圈外部,屏蔽线圈和主磁体线圈通以不同方向的电流,各线圈共同作用产生中心磁场和可利用的均匀区域,使得磁场均匀。另外,梯度系统对扫描病人进行空间定位,利用超导作为射频线圈可减少线圈噪音,高温超导在液氮温度60K-80K ,优选为77K下具有较低电阻率,使得磁共振图像质量显著改善,信噪比提高一到三倍,2T超导磁体复合高温超导线圈可将图像质量提高到3T机器的水平。 
2、所述高温超导线圈和制冷系统与病员支持系统设为一体化结构,线圈接近成像区,所述高温超导线圈与病员支持系统呈活动连接状态,线圈与病员支持系统设为一体,整个系统设计紧凑,从而有利于线圈接近成像区,提高信噪比,提供更好的图像质量;所述磁共振成像仪外围包覆有至少两层密封高真空罩,所述密封高真空罩位于病员支持系统一端,所述高温超导线圈与制冷系统连接,真空具有有效绝热功能,至少有部分制冷系统与病员支持系统联动,所述制冷系统为分级制冷循环系统,分级制冷循环系统为二级制冷系统,第一级低温制冷系统由冷头和氦气压缩机组成,第二级制冷系统由热交换器和水冷机组组成。低温制冷机产生的热量由水冷机组冷却,低温制冷机有二级冷头,一级冷头冷却磁共振成像仪超导磁体冷屏,并将冷屏温度保持在40K-70K,二级冷头冷却磁共振成像仪中的液氦容器和超导磁场线圈,并将其温度维持在4.2K或4.2K以下,即时将液氦容器接受到的辐射热、导线传热和磁体产生的热量及时排出,冷屏是为降低杜瓦外壁的热辐射直接到达冷屏内部的液氦容器,从而降低液氦消耗,实现液氦零挥发,同时保证超导磁场线圈处于超导状态,使得磁体内温度变化平缓,环境稳定。 
3、所述射频系统为集发射与接收为一体的射频线圈,所述射频系统中设有的射频线圈为高温超导射频线圈,全部或部分射频系统也可适用于铜线圈。当射频系统发射激发射频信号时,建立的信号通路阻抗小,使得线圈成为发射天线,当射频系统接收时,建立的信号通路阻抗大,线圈成为接收天线,不仅根据扫描序列的要求发射各种翻转角的射频波,还可接收成像区域内氢质子的共振信号,从而达到发射信号和接收信号的双重目的。 
附图说明
图1为本实用新型的一种复合型2T全身磁共振成像装置结构示意图。 
图2为本实用新型一种复合型2T全身磁共振成像装置中制冷系统的结构示意图。 
图3为本实用新型一种复合型2T全身磁共振成像装置中磁场分布图。 
图4为本实用新型一种复合型2T全身磁共振成像装置中射频线圈发射和接收流程图。 
图5为本实用新型一种复合型2T全身磁共振成像装置中超导磁体结构示意图。 
图6为本实用新型一种复合型2T全身磁共振成像装置中超导磁场线圈结构示意图。 
其中:1-超导磁体,2-射频系统,3-病员支持系统,4-制冷系统,5-超导磁 
场线圈,6-主动和被动匀场系统,7-梯度系统,8-主磁体线圈,9-屏蔽线圈,
10-水冷机组、11-冷头、12-氦气压缩机,13-电力供应系统,14-射频控制系统,15-计算机控制系统,16-梯度控制系统,17-操作员控制台,18-计算机显示器,19-打印装置,20-滤波板,21-热交换器,22-密封高真空罩。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。 
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,一种复合型2T全身磁共振成像装置,包括磁共振成像仪、滤波板20、控制装置、软件系统和显示系统。所述磁共振成像仪由超导磁体1、射频系统2、梯度系统7和病员支持系统3组成,所述超导磁体1包括超导磁场线圈5、主动和被动匀场系统6和制冷系统4,所述超导磁场线圈5内设有主磁体线圈8和屏蔽线圈9,屏蔽线圈9位于主磁体线圈8外部,超导磁场线圈5、主动和被动匀场系统6和梯度系统7内壁的直径依顺序由大到小排列,主动和被动匀场系统线圈6位于超导磁场线圈5外层,超导磁场线圈5位于梯度系统7外层,所述高温超导线圈和制冷系统与病员支持系统设为一体化结构,线圈接近成像区,所述高温超导线圈与病员支持系统呈活动连接状态,所述磁共振成像仪外围包覆有至少两层密封高真空罩22,所述密封高真空罩22位于病员支持系统一端,所述高温超导线圈与制冷系统4连接,至少有部分制冷系统与病员支持系统联动。 
所述射频系统2为集发射与接收为一体的射频系统,所述制冷系统4为分级制冷循环系统,分级制冷循环系统为二级制冷系统,二级制冷系统为第一级低温制冷系统和第二级制冷系统,所述第一级低温制冷系统由冷头11和氦气压缩机12组成,第二级制冷系统由热交换器21和水冷机组10组成,所述射频系统2中设有的射频线圈为高温超导射频线圈,全部或部分射频系统2也适用于铜线圈,所述控制装置由电力供应系统13、射频控制系统14、计算机控制系统15、梯度控制系统16和操作员控制台17构成,所述显示系统由计算机显示器18和打印装置19组成,软件系统包括操作界面和适用于成人全身扫描的序列。     
磁共振成像装置的操作由操作员控制台17操作控制,首先启动电力供应系统13,启动计算机的控制系统15,再启动软件系统,磁共振成像仪包括一个成像区,一个移动病床区,超导磁体在成像区产生磁场强度范围为从0.1特斯拉至2特斯拉之间的一个均匀稳定的磁场,将患者置入病床系统中,通过传输装置将患者推入超导磁体1内,开始扫描,此时患者被置于由超导磁体1产生的磁场中,由梯度系统7和梯度控制系统16对患者的各组织进行定位,将定位信息送入计算机,由射频系统2和射频控制系统14得到患者各组织信号送入计算机,射频系统2为集发射与接收为一体的射频系统,实施射频激励并接收射频信号,计算机对得到的梯度信息和射频信息进行处理并且成像,扫描完毕。为了防止低温制冷压缩机温度过高,低温制冷压缩机必须由制冷系统4冷却,制冷系统4为分级制冷循环系统,所述制冷系统4为分级制冷循环系统,分级制冷循环系统为二级制冷系统,低温制冷机产生的热量由水冷机组冷却,低温制冷机有二级冷头,一级冷头冷却磁共振成像仪超导磁体冷屏,并将冷屏温度保持在40K-70K,二级冷头冷却磁共振成像仪中的液氦容器和超导磁场线圈,并将其温度维持在4.2K或4.2K以下,即时将液氦容器接受到的辐射热、导线传热和磁体产生的热量及时排出,从而达到降温效果;计算机显示器13显示扫描图像,通过打印装置19将扫描图像打印出来。

Claims (8)

1.一种复合型2T全身磁共振成像装置,包括磁共振成像仪、滤波板(20)、控制装置、软件系统和显示系统,所述磁共振成像仪由超导磁体(1)、射频系统(2)、梯度系统(7)、病员支持系统(3)组成,所述超导磁体(1)包括超导磁场线圈(5)、主动和被动匀场系统(6)和制冷系统(4),所述超导磁场线圈(5)内设有主磁体线圈(8)和屏蔽线圈(9),屏蔽线圈(9)位于主磁体线圈(8)外部,所述射频系统(2)为集发射与接收为一体的射频系统,所述射频系统(2)中设有的射频线圈为高温超导射频线圈,所述高温超导线圈和制冷系统与病员支持系统设为一体化结构,线圈接近成像区,所述高温超导线圈与病员支持系统呈活动连接状态,所述磁共振成像仪外围包覆有至少两层密封高真空罩(22),所述密封高真空罩(22)位于病员支持系统一端,所述高温超导线圈与制冷系统(4)连接,至少有部分制冷系统与病员支持系统联动。
2.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:所述制冷系统(4)为分级制冷循环系统,所述分级制冷循环系统为二级制冷系统,所述二级制冷系统为第一级低温制冷系统和第二级制冷系统,所述第一级低温制冷系统由冷头(11)和氦气压缩机(12)组成,第二级制冷系统由热交换器(21)和水冷机组(10)组成。
3.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:超导磁场线圈(5)、主动和被动匀场系统(6)和梯度系统(7)内壁的直径依顺序由大到小排列。
4.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:所述射频系统(2)全部或部分射频系统(2)也适用于铜线圈。
5.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:所述控制装置由电力供应系统(13)、射频控制系统(14)、计算机控制系统(15)、梯度控制系统(16)和操作员控制台(17)构成。
6.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:所述显示系统由计算机显示器(18)和打印装置(19)组成。
7.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:软件系统包括操作界面和适用于成人全身的序列。
8.根据权利要求1所述的复合型2T全身磁共振成像装置,其特征在于:高温超导射频线圈同时得到冷却,并成为低噪声的信号探测器。
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