專利名稱：一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及磁共振成像領(lǐng)域，尤其是一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)掃描儀普遍的應(yīng)用于臨床研究和醫(yī)學(xué)診斷中。常見的高達3特斯拉的磁場強度，允許使用快速掃描序列進行高分辨率成像。然而，隨著磁場強度的增加，掃描時所產(chǎn)生的聲學(xué)噪音也在增加。掃描序列的電流快速切換使梯度線圈產(chǎn)生振動，可能會導(dǎo)致糟糕的圖像質(zhì)量和高分貝噪聲。Price等[1]給出了商用MRI系統(tǒng)磁場強度從0.2特斯拉到3特斯拉變化時，聲學(xué)噪聲的概述。在使用快速掃描序列時，噪聲級別因場強而變化，由0.2 - 0.5特斯拉系統(tǒng)的85分貝到3T系統(tǒng)的115分貝，他們指出如果增加梯度強度和梯度爬升速率，噪音級別會更高，甚至3特斯拉磁體系統(tǒng)可以達到130分貝。毫無疑問，必須降低噪聲，以避免醫(yī)療工作人員和病人的不適。Mannsfield等[2]提出了一個革命性的梯度線圈設(shè)計、使用額外的線圈來抵消梯度線圈載體的振動。這個技術(shù)在一個較窄的頻帶范圍內(nèi)，在給定的線圈載體材料下，降低噪音的最大值達到了 50分貝[3]。該技術(shù)申請了美國專利，專利號為US2003155174A1。Katsunuma等[4]提出了一個振動隔絕的梯度線圈設(shè)計方案,將梯度線圈密封于一個真空腔中，噪音減少值超過10分貝，如果梯度線圈獨立支撐，噪音減少值達到23分貝。該技術(shù)申請了美國專利，專利號為US2005156595。Mechefske等[5]在4特斯拉磁體系統(tǒng)的梯度線圈內(nèi)表面安裝優(yōu)化設(shè)計后的吸聲襯墊，降低噪聲最大值達17分貝。磁共振成像(MRI)掃描儀在醫(yī)學(xué)成像中廣泛應(yīng)用。梯度掃描序列電流的快速切換使梯度線圈產(chǎn)生振動，會導(dǎo)致圖像質(zhì)量不夠清晰并且產(chǎn)生高分貝噪聲。本文用有限元方法模擬了多種工況下的梯度線圈的振動和噪聲，分析結(jié)果認(rèn)為阻尼特性是影響梯度線圈振動噪聲性能的關(guān)鍵特性，并在此基礎(chǔ)上提出了一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備。參考文獻:[I] Price, DeWildej Papadakij Curran, and Kitneyj “Investigationof acoustic noise on 15 mri scanners from 0.2t to 3t，” Journal of magneticresonance imaging, vol.13，pp.288 - 293，2001.[0010][2] P.Mansfield, P.Glover, and R.Bowtellj “Active acousticscreening: design principles for quiet gradient coils in mri, ” Meas Sc1.Technol.，vol.5，pp.1021 - 1025，1994.[0011][3] B.L W.Chapman, B.Haywood, and P.Mansfield, “Optimized gradientpulse for use with epi employing active acoustic control, ” Magnetic Resonancein Medicine, vol.50，p.931935，2003.[0012][4] A.Katsunumaj H.Takamorij Y.Sakakuraj Y.Hamamurej Y.0goj and R.Katayamaj “Quiet mri with novel acoustic noise reduction, ” Magnetic ResonanceMaterials in Physics, iology and Medicine, vol.13，pp.139 - 144，2002.[0013][5] Chris K.Mechefske ；Ryan Geris ；Joseph S.Gati ；Brian K.Rutt ；Magnetic resonance materials in physics, biology, and medicine ； 1352—8661 ；2002 ； vol.13 ； n0.3 ； p.172-176[6] E.L Kinsler.et.al..Fundamentals of Acoustics.John Wiley andSons.New York.pp.98-123.1982.[0015][7] 0.C.Zienkiewicz.R.E.Newton.〃Coupled Vibrations of a StructureSubmerged in a Compressible Fluid".Proceedings of the Symposium on FiniteElement Techniques.University of Stuttgart.Germany.June 1969.[0016][8] A.Craggs.〃A Finite Element Model for Acoustically Lined SmallRooms' Journal of Sound and Vibration.Vol.108，N0.2.pp.327-337.發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，可有效降低梯度線圈的振動噪聲。本實用新型的技術(shù)方案是:一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，包括超導(dǎo)磁體組件I和梯度線圈組件2，還包括阻尼層3，所述阻尼層3設(shè)置在超導(dǎo)磁體組件I和梯度線圈組件2之間。所述阻尼層3為圓筒形。所述阻尼層3由多根阻尼管4組成。所述阻尼層3至少包括一根呈螺紋裝排部的阻尼管4組成。所述阻尼管4為空心管。所述阻尼管4的材質(zhì)為硅膠。所述阻尼管4內(nèi)密封有壓縮空氣。所述阻尼管4內(nèi)密封有壓力液體。本實用新型的有益效果是:本實用新型的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備超導(dǎo)磁體與梯度線圈中間介質(zhì)的阻尼增大，可以顯著降低梯度線圈造成的噪音。具體優(yōu)點是可以降低磁共振成像設(shè)備掃描成像時的噪音，減輕噪音對掃描對象的影響，舒緩掃描對象的緊張感。可以降低磁共振成像設(shè)備掃描成像時的振動，減少振動對成像質(zhì)量的影響。應(yīng)用優(yōu)點有本發(fā)明施成本低，簡單易行。

圖1是本實用新型的簡單分析模型中電流載荷曲線圖。圖2是本實用新型的簡單分析模型中最大位移響應(yīng)曲線圖。圖3是本實用新型的梯度線圈NF8501的瞬態(tài)分析中最大位移響應(yīng)曲線圖。[0033]圖4是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中不同幅值激勵力掃頻計算時最大噪聲與掃頻頻率的對應(yīng)曲線圖。圖5是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中不同幅值激勵力掃頻計算時位移比較圖。圖6是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中不同阻尼掃頻計算時噪聲比較圖。圖7是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中增加阻尼后的噪聲比較圖。圖8是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中增加阻尼后梯度線圈的最大位移圖。圖9是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中約束面積變化時的位移關(guān)系圖。圖10是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中約束面積和噪聲差值關(guān)系圖。圖11是本實用新型的梯度線圈NF8501的諧響應(yīng)分析中約束位置和噪聲關(guān)系圖。圖12是本實用新型的加載線圈洛倫茲力的諧響應(yīng)分析中60A電流下最大振動位移和噪聲與頻率對應(yīng)曲線圖。圖13是本實用新型的用加載線圈洛倫茲力的諧響應(yīng)分析結(jié)果預(yù)測得到的60A電流脈沖激勵的最大噪聲圖。圖14是本實用新型的加載線圈60A時域電流的傅立葉變換后的頻域圖。圖15是本實用新型的線圈加載60A電流時預(yù)測的噪聲值圖。圖16是本實用新型的加載線圈洛倫茲力的諧響應(yīng)分析中220A電流時頻域電流曲線和預(yù)測的噪聲值圖。圖17是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是圖17中I的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1為超導(dǎo)磁體組件、2為梯度線圈組件、3為阻尼層、4為阻尼管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述:如圖17、圖18，一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，包括超導(dǎo)磁體組件I和梯度線圈組件2，還包括阻尼層3，所述阻尼層3設(shè)置在超導(dǎo)磁體組件I和梯度線圈組件2之間。阻尼層3為圓筒形。阻尼層3由多根阻尼管4組成。阻尼層3至少包括一根呈螺紋裝排部的阻尼管4組成。阻尼管4為空心管。阻尼管4的材質(zhì)為硅膠。阻尼管4內(nèi)密封有壓縮空氣?；蛘咦枘峁?內(nèi)密封有壓力液體。本實用新型的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，包括:一超導(dǎo)磁體組件1、一梯度線圈組件2和一阻尼層4。阻尼層4是本實用新型的主要內(nèi)容，位于超導(dǎo)磁體組件I和梯度線圈組件2之間，以阻尼材料填充，可以顯著降低梯度線圈振動和噪聲。其實施的案例之一，是用硅膠材料的空心軟管，填入梯度線圈組件和磁體組件之間，充入壓力空氣后密封。其實施的案例之二，是用硅膠材料的空心軟管，填入梯度線圈組件和磁體組件之間，充入壓力液體后密封。所述的硅膠詳情:別名:硅橡膠；氧化硅膠或硅酸凝膠英文名稱=Silicagel ； Silica ;分子式:xSi02.yH20 ;分子量:60.08 ；CAS 登錄號:CAS# 112926-00-8 ；EINECS 登錄號:231-545_4。不本文用有限元分析方法來模擬梯度線圈的振動和噪聲，以獲得方法降低梯度線圈振動值和噪聲級別。梯度線圈振動和噪聲計算是聲學(xué)流固耦合問題，本文第二部分推導(dǎo)了該問題的有限元離散方程。第三部分用一個簡單模型加載集中力，瞬態(tài)模擬了梯度線圈的振動，發(fā)現(xiàn)梯度線圈支撐材料的阻尼是影響梯度線圈振動的關(guān)鍵材料特性，并計算得出了結(jié)構(gòu)的臨界阻尼值。第四部分采用臨界阻尼為模型的材料阻尼特性，對梯度線圈瞬態(tài)加載了按線圈分布的電磁力，根據(jù)分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)的安裝型式進行了優(yōu)化。第五部分用簡諧振動力施加到梯度系統(tǒng)上，得出了激勵電流幅值變化時，振動位移和噪聲變化的規(guī)律。結(jié)合傅立葉變換，預(yù)測了梯度系統(tǒng)在周期電流激勵時的振動和噪聲，并與實驗結(jié)果進行了對比。然后，提出了一種降低梯度線圈振動噪聲的方法，并進行了實驗驗證。所述五個部分系統(tǒng)地闡述了本實用新型的理論基礎(chǔ)和推導(dǎo)過程。1.聲學(xué)流固耦合問題有限元離散方程的推導(dǎo)在聲學(xué)流固耦合問題中，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程，流體動量方程和流體連續(xù)方程。結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程離散后用于結(jié)構(gòu)單元，可用公式1表示:
權(quán)利要求1.一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，包括超導(dǎo)磁體組件(I)和梯度線圈組件(2)，其特征是還包括阻尼層(3)，所述阻尼層(3)設(shè)置在超導(dǎo)磁體組件(I)和梯度線圈組件(2)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼層(3)為圓筒形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼層(3)由多根阻尼管(4)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼層(3)至少包括一根呈螺紋裝排部的阻尼管(4)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼管(4)為空心管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼管(4)的材質(zhì)為硅膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼管(4)內(nèi)密封有壓縮空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，其特征在于所述阻尼管(4)內(nèi)密封有壓力液體。
專利摘要一種降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備，包括超導(dǎo)磁體組件(1)和梯度線圈組件(2)，其特征是還包括阻尼層(3)，所述阻尼層(3)設(shè)置在超導(dǎo)磁體組件(1)和梯度線圈組件(2)之間。 本實用新型的降低梯度線圈振動噪聲的磁共振成像設(shè)備超導(dǎo)磁體與梯度線圈中間介質(zhì)的阻尼增大，可以顯著降低梯度線圈造成的噪音。具體優(yōu)點是可以降低磁共振成像設(shè)備掃描成像時的噪音，減輕噪音對掃描對象的影響，舒緩掃描對象的緊張感?？梢越档痛殴舱癯上裨O(shè)備掃描成像時的振動，減少振動對成像質(zhì)量的影響。應(yīng)用優(yōu)點有本實用新型實施成本低，簡單易行。
文檔編號G01R33/385GK203012120SQ201220582160
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者趙華煒, 史永凌, 馮斌, 黃廷慶, 田洪君 申請人:南京豐盛超導(dǎo)技術(shù)有限公司