專利名稱：帶有有源屏蔽設(shè)備的磁共振成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振成像設(shè)備，該磁共振成像設(shè)備至少包括用于在磁共振成像設(shè)備的測量空間中產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的主磁體系統(tǒng)，包括用于在所述測量空間中產(chǎn)生梯度磁場的梯度線圈的梯度系統(tǒng)，以及分配給所述主磁體系統(tǒng)的至少一個(gè)有源屏蔽設(shè)備。
磁共振成像(MRI)設(shè)備的基本部件是主磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。主磁體系統(tǒng)也常常被稱為低溫恒溫器。主磁體系統(tǒng)包括限定測量空間并允許將由MRI設(shè)備分析的對象進(jìn)入的鏜孔(bore hole)。主磁體系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)均勻靜態(tài)場以用于極化待分析的對象中的核自旋。梯度系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生受控空間非均勻的時(shí)變磁場。梯度系統(tǒng)是MRI設(shè)備的關(guān)鍵部分，因?yàn)樘荻葓鰧τ谛盘?hào)定位是必不可少的。RF系統(tǒng)主要由發(fā)射線圈和接收線圈組成，其中發(fā)射線圈能夠產(chǎn)生用于激勵(lì)自旋系統(tǒng)的磁場，以及其中接收線圈將處理磁化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。信號(hào)處理系統(tǒng)基于所述電信號(hào)而產(chǎn)生圖像。
從現(xiàn)有技術(shù)已知的磁共振成像(MRI)設(shè)備通常產(chǎn)生相對較高的聲學(xué)噪聲級，該聲學(xué)噪聲級必須被最小化。一方面，聲學(xué)噪聲由梯度系統(tǒng)的振動(dòng)導(dǎo)致，另一方面，聲學(xué)噪聲由主磁體系統(tǒng)(低溫恒溫器)的振動(dòng)導(dǎo)致。
可以借助于真空室來有效地減少由梯度系統(tǒng)振動(dòng)所產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲。例如參見US 6,404,200和US 5,793,210。
為了進(jìn)一步減少M(fèi)RI設(shè)備的聲學(xué)噪聲，需要減少由振動(dòng)主磁體系統(tǒng)產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲。主磁體系統(tǒng)的振動(dòng)由三種激勵(lì)機(jī)制導(dǎo)致，第一種是通過梯度線圈架從梯度系統(tǒng)到主磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)傳輸，第二種是由于變化梯度磁場導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)壁中的渦流引起的主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)，以及第三種是主磁體系統(tǒng)的聲激勵(lì)。第三種激勵(lì)機(jī)制對于大多數(shù)MRI設(shè)備不是主要的。
可以通過使用用于梯度系統(tǒng)的梯度線圈的順應(yīng)式支座來有效地減少導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)的振動(dòng)的第一種激勵(lì)機(jī)制。例如參見EP-A-1193507。
本發(fā)明涉及由第二種激勵(lì)機(jī)制、即由于變化梯度磁場導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)壁中的渦流引起的主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)所導(dǎo)致的振動(dòng)和聲學(xué)噪聲的減少。
從US 6,326,788可知，可以借助于固定安裝在梯度系統(tǒng)上的渦流屏蔽系統(tǒng)來有效地減少主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)。然而，難以借助于安裝在梯度系統(tǒng)上的渦流屏蔽系統(tǒng)來減少主磁體系統(tǒng)的凸緣中的渦流。
從EP-A-1193507可知，可以通過使用不導(dǎo)電主磁體系統(tǒng)來有效地減少主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)。然而這在汽化(boil off)方面具有缺陷，因?yàn)橛捎谥鞔朋w系統(tǒng)是不導(dǎo)電的事實(shí)導(dǎo)致在主磁體系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生熱。
本發(fā)明的目的是揭示一種備選方式以減少主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)，并且另外減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種磁共振成像設(shè)備的特征在于，所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備由電流驅(qū)動(dòng)，以便減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)中引起的機(jī)械力。
優(yōu)選地，梯度線圈由梯度線圈電流驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備的電流和梯度線圈電流具有相同的頻譜，其中用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備的電流和梯度線圈電流由不同的幅度和相移來表征，并且其中所述幅度和所述相移被確定以減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)中引起的機(jī)械力。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)實(shí)施例，所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備由與梯度系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)連接的電路所產(chǎn)生的電流來驅(qū)動(dòng)，其中所述電路包括誤差校正單元，其中主磁體系統(tǒng)的振動(dòng)被測量，并且其中誤差校正單元采用用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備的電流以便最小化主磁體系統(tǒng)的振動(dòng)。
下面將參考附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像設(shè)備的實(shí)施例，其中

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MRI設(shè)備；圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRI設(shè)備的橫向凸緣上的視圖；圖3示出沿圖2中的橫斷線III-III通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRI設(shè)備的橫截面圖；圖4示出沿圖2中的橫斷線IV-IV通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRI設(shè)備的橫截面圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的MRI設(shè)備的橫向凸緣上的視圖；以及圖6示出與本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合使用的誤差校正單元的框圖。
圖1示出從現(xiàn)有技術(shù)已知的磁共振成像(MRI)設(shè)備1，其包括用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的主磁體系統(tǒng)2，以及還有提供梯度系統(tǒng)3的若干梯度線圈，所述梯度系統(tǒng)用于產(chǎn)生在X、Y、Z方向上具有梯度的附加磁場。按照慣例，所示的坐標(biāo)系的Z方向?qū)?yīng)于主磁體系統(tǒng)2中穩(wěn)定磁場的方向。Z軸是與主磁體系統(tǒng)2的鏜孔的軸線共軸的一個(gè)軸，X軸是從磁場的中心延伸的垂直軸，以及Y軸是與Z軸和X軸正交的相應(yīng)水平軸。
梯度系統(tǒng)3的梯度線圈由電源單元4供電。RF發(fā)射線圈5用來產(chǎn)生RF磁場，并且被連接到RF發(fā)射器和調(diào)制器6。
接收線圈用于接收由待檢查對象7(例如人或動(dòng)物體)中的RF場產(chǎn)生的磁共振信號(hào)。該線圈可以是與RF發(fā)射線圈5相同的線圈。此外，主磁體系統(tǒng)2封閉檢查空間，該檢查空間大得足以容納待檢查的身體7的一部分。RF線圈5被布置在該檢查空間中將被檢查的身體7的一部分周圍或之上。RF發(fā)射線圈5通過發(fā)射/接收電路9被連接到信號(hào)放大器和解調(diào)單元10。
控制單元11控制RF發(fā)射器和調(diào)制器6以及電源單元4，以便產(chǎn)生包含RF脈沖和梯度的特殊脈沖序列。從解調(diào)單元10中獲得的相位和幅度被施加給處理單元12。處理單元12處理所提供的信號(hào)值以便通過變換形成圖像。例如可以借助于監(jiān)視器8來可視化該圖像。
根據(jù)本發(fā)明，所述磁共振成像設(shè)備包括被分配給主磁體系統(tǒng)的至少一個(gè)有源屏蔽設(shè)備，其中所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備由電流驅(qū)動(dòng)，以便減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)中引起的機(jī)械力。
將參考圖2-4描述本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例，兩個(gè)有源屏蔽設(shè)備13、14被分配給主磁體系統(tǒng)2的每個(gè)橫向凸緣15。在每個(gè)橫向凸緣15的區(qū)域中，第一有源屏蔽設(shè)備13被分配給主磁體系統(tǒng)2的上部，第二有源屏蔽設(shè)備14被分配給主磁體系統(tǒng)2的下部。在圖2所示的實(shí)施例中，兩個(gè)有源屏蔽設(shè)備13、14中的每個(gè)包括五個(gè)電線圈16。每個(gè)有源屏蔽設(shè)備13、14的電線圈16以同心的方式放置。如圖2中所示，每個(gè)有源屏蔽設(shè)備13、14的每個(gè)所述電線圈16包括單獨(dú)接線端17，以使每個(gè)電線圈16可以獨(dú)立地由單獨(dú)電流來驅(qū)動(dòng)。
圖2中的虛線表示單獨(dú)電線圈16的電連接，并且說明了電線圈16延伸到主磁體系統(tǒng)2的鏜孔26的內(nèi)部。這也可以從圖3中獲得。
在圖2-4中所示的實(shí)施例中，有源屏蔽設(shè)備13、14的電線圈16被不動(dòng)地(固定地)連接到主磁體系統(tǒng)2的橫向凸緣15。從圖4中可以得到，電絕緣體18被夾在主磁體系統(tǒng)2的橫向凸緣15與有源屏蔽設(shè)備13、14的電線圈16之間。
圖5示出磁共振成像設(shè)備1的備選實(shí)施例，其包括主磁體系統(tǒng)2和不動(dòng)地(固定地)連接到主磁體系統(tǒng)2的橫向凸緣15的有源屏蔽設(shè)備19、20。在每個(gè)橫向凸緣15的區(qū)域中，第一有源屏蔽設(shè)備19被分配給主磁體系統(tǒng)2的上部，以及第二有源屏蔽設(shè)備20被分配給主磁體系統(tǒng)2的下部。有源屏蔽設(shè)備19、20的每個(gè)包括五個(gè)電線圈21，其中每個(gè)有源屏蔽設(shè)備19、20的所述電線圈21彼此串聯(lián)連接。這產(chǎn)生螺旋線圈布置，該螺旋線圈布置帶有用于每個(gè)有源屏蔽設(shè)備19和20的僅僅兩個(gè)接線端22。這意味著相同的電流流過每個(gè)所述有源屏蔽設(shè)備19、20的五個(gè)電線圈21。由圖5中的虛線示出線圈21的電連接。
在參考圖2-5所述的實(shí)施例中，電線圈16/21被不動(dòng)地(固定地)連接到主磁體系統(tǒng)2的橫向凸緣15。應(yīng)當(dāng)注意，也有可能例如通過使用由粘性或粘彈性材料制成的電絕緣體將電線圈撓性地連接到主磁體系統(tǒng)。此外，有效屏蔽設(shè)備有可能根本不被連接到主磁體系統(tǒng)的橫向凸緣，而是僅僅放置在橫向凸緣的區(qū)域中。
如上所述，有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20由電流驅(qū)動(dòng)，以便減少主磁體系統(tǒng)2內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)2中引起的機(jī)械力。用于驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的有源電線圈16、21的電流具有與用于驅(qū)動(dòng)梯度系統(tǒng)3的梯度線圈的電流相同的頻譜。電路被串聯(lián)或并聯(lián)連接到梯度系統(tǒng)3，從而提供電流以驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電線圈16、21。
應(yīng)當(dāng)注意，通過用電流驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20可以實(shí)現(xiàn)兩種效果。一方面，有可能最小化在主磁體系統(tǒng)2中引起的機(jī)械力。另一方面，有可能減少主磁體系統(tǒng)2內(nèi)部的磁場穿透。應(yīng)當(dāng)注意，這兩種效果彼此抵消。為此，必須以下述方式調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電流，即在機(jī)械力的最小化和磁場穿透的最小化之間實(shí)現(xiàn)良好折衷。為了實(shí)現(xiàn)該目的，用于驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電流和用于操作梯度系統(tǒng)3的梯度線圈的電流具有相同的頻譜，然而，這兩個(gè)電流由不同的幅度和相移來表征。通過采用幅度和/或相移，有可能在主磁體系統(tǒng)2的磁場穿透的最小化和在主磁體系統(tǒng)2中引起的機(jī)械力的最小化之間實(shí)現(xiàn)良好折衷。
根據(jù)本發(fā)明的第一目的，以這樣一種方式驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電線圈16、21，即使得由于在主磁體系統(tǒng)壁中流動(dòng)的渦流產(chǎn)生的磁感應(yīng)力(磁壓力)被抵消。磁感應(yīng)力主要是主磁體系統(tǒng)2的渦流和靜態(tài)磁場的結(jié)果。通過借助于所述電線圈16、21復(fù)制或模擬在主磁體系統(tǒng)2中流動(dòng)的渦流來實(shí)現(xiàn)抵消主磁體系統(tǒng)2上的磁感應(yīng)力。消除主磁體系統(tǒng)2上的磁壓力的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。第一，解決了在源處的聲學(xué)噪聲問題，這非常有效。第二，磁壓力幅度和分布主要與頻率無關(guān)。為此，電線圈16、21可以由電流驅(qū)動(dòng)，該電流具有與用于驅(qū)動(dòng)梯度系統(tǒng)3的梯度線圈的電流相同的頻譜。根據(jù)本發(fā)明的第二目的，以這樣一種方式驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電線圈16、21，即使得主磁體系統(tǒng)2中的磁場穿透被減少。所述磁場穿透的最小化防止所謂的氦汽化效應(yīng)。
本發(fā)明可以具有的效果是，流過電線圈16、21的電流可能擾亂主磁體系統(tǒng)2的鏜孔中的磁場。然而，該效果并不很嚴(yán)重，因?yàn)榇艌龌兣c梯度場同步。另外，電線圈16、21相對遠(yuǎn)離鏜孔的等角點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)實(shí)施例，用于產(chǎn)生電流以驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19和20的電線圈16、21的電路包括誤差校正單元。圖6示出這樣的誤差校正單元的框圖以說明所述單元的功能。
根據(jù)圖6的框圖的框23說明了導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)2的振動(dòng)y1的梯度系統(tǒng)3的轉(zhuǎn)移函數(shù)P1。用梯度線圈電流Fd來驅(qū)動(dòng)梯度系統(tǒng)3的梯度線圈。圖6中所示的框24示出導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)2的振動(dòng)y2的有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的轉(zhuǎn)移函數(shù)P2，其中振動(dòng)y2以下述方式抵消振動(dòng)y1，即使得在理想情況下振動(dòng)y1和y2之間的差應(yīng)當(dāng)為零。然而，由于所述差將不為零的事實(shí)，所以誤差校正單元用于最小化誤差e。
誤差e將導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)2的振動(dòng)。這些振動(dòng)將由連接到主磁體系統(tǒng)2的傳感器來離線測量。這些傳感器可以是應(yīng)變傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等等，并且在執(zhí)行測量之后將從MRI設(shè)備中除去所述傳感器。為了最小化誤差e，測量可以用于建立作為誤差校正器的前饋濾波器，其由圖6中的框25說明。
利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的前饋濾波器(誤差校正器)，將以這樣一種方式對電流Fd進(jìn)行濾波，即使得誤差振動(dòng)e被減少。電流Fd將由C濾波，其中C＝-INV(P2)*P1。誤差校正單元，即根據(jù)框25的前饋濾波器，以下述方式采用用于驅(qū)動(dòng)有源屏蔽設(shè)備13、14、19、20的電線圈16、21的電流Fc，即比較梯度線圈電流Fd來修改幅度和/或相移。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像設(shè)備，至少包括a)用于在磁共振成像設(shè)備的測量空間中產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的主磁體系統(tǒng)(2)；b)包括用于在所述測量空間中產(chǎn)生梯度磁場的梯度線圈的梯度系統(tǒng)(3)；以及c)分配給所述主磁體系統(tǒng)(2)的至少一個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)；其特征在于，所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備由電流驅(qū)動(dòng)，以便減少主磁體系統(tǒng)(2)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)(2)中引起的機(jī)械力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，梯度線圈由梯度線圈電流來驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)的電流和梯度線圈電流具有相同的頻譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備的電流和梯度線圈電流由不同的幅度和相移來表征，所述幅度和所述相移被確定以減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)(2)中引起的機(jī)械力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備包括至少一個(gè)電線圈(16；21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)電線圈(16；21)被不動(dòng)地或撓性地連接到主磁體系統(tǒng)(2)，其中電絕緣體(18)被夾在所述或每個(gè)電線圈(16，21)和主磁體系統(tǒng)(2)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)電線圈(16，21)被不動(dòng)地或撓性地連接到主磁體系統(tǒng)(2)的橫向凸緣(15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)電線圈(16；21)另外被不動(dòng)地或撓性地連接到鏜孔(26)的區(qū)域中的主磁體系統(tǒng)(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)電線圈(16，21)被不動(dòng)地或撓性地連接到主磁體系統(tǒng)(2)的鏜孔(26)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，在主磁體系統(tǒng)(2)的每個(gè)橫向凸緣(15)處放置了包括至少一個(gè)電線圈(16；21)的至少一個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像設(shè)備，每個(gè)有源設(shè)備(19，20)包括建立螺旋線圈的串聯(lián)連接的一組線圈(21)，其中所述螺旋線圈的所有線圈(21)由相同的電流來驅(qū)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14)包括一組同心線圈(16)，其中每個(gè)所述同心線圈(16)由單獨(dú)電流獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)由與梯度系統(tǒng)(3)串聯(lián)或并聯(lián)連接的電路產(chǎn)生的電流來驅(qū)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述電路被設(shè)計(jì)為線性電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，所述電路包括誤差校正單元，其中誤差校正單元采用用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)的電流以便最小化主磁體系統(tǒng)(2)的振動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，誤差校正單元被設(shè)計(jì)為前饋濾波器(25)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，在主磁體系統(tǒng)(2)的振動(dòng)測量的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)前饋濾波器(25)，其中離線執(zhí)行這些振動(dòng)測量。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于，誤差校正單元以下述方式采用用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(13，14；19，20)的電流，即比較用于驅(qū)動(dòng)梯度線圈的電流來修改幅度和/或相移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁共振成像(MRI)設(shè)備。MRI設(shè)備的基本部件是主磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，磁共振成像設(shè)備包括被分配給主磁體系統(tǒng)(2)的至少一個(gè)有源屏蔽設(shè)備(19，20)，其中所述或每個(gè)有源屏蔽設(shè)備(19，20)由電流驅(qū)動(dòng)，以便減少主磁體系統(tǒng)內(nèi)部的磁場穿透并減少在主磁體系統(tǒng)中引起的機(jī)械力。
文檔編號(hào)G01R33/421GK1934456SQ200580008464
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者N·B·魯曾, A·托馬, G·Z·安格利斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司