包含超導(dǎo)主磁體、超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈和冷卻rf線圈的mri系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】包含超導(dǎo)主磁體、超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈和冷卻RF線圈的MRI系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年3月10日的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)“包含超導(dǎo)主磁體、超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈和冷卻RF線圈的MRI系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)?201080020230.4)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及磁共振成像和光譜技術(shù)，更具體地，涉及采用超導(dǎo)體組件的磁共振成像和光譜設(shè)備以及用于制造這種設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]磁共振成像(MRI)技術(shù)現(xiàn)今用于全世界較大的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，并且在醫(yī)療實(shí)踐中已經(jīng)帶來了顯著和獨(dú)特的益處。MRI已經(jīng)被發(fā)展為一種用于對(duì)結(jié)構(gòu)和解剖進(jìn)行成像的完善的診斷工具，同時(shí)MRI也被發(fā)展用于對(duì)功能性活動(dòng)和其他生物物理和生物化學(xué)特性或過程(例如血液流、代謝物/新陳代謝、擴(kuò)散)進(jìn)行成像，這些磁共振(MR)成像技術(shù)中的一些被稱為功能性MR1、光譜MRI或磁共振光譜成像(MRSI)、擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)和擴(kuò)散張量成像(DTI)。這些磁共振成像技術(shù)，除了其用于標(biāo)識(shí)和評(píng)估病理和確定所檢查的組織的健康狀態(tài)的醫(yī)療診斷價(jià)值之外，還具有廣闊的臨床和研宄應(yīng)用。
[0004]在典型的MRI檢查中，患者的身體(或樣本對(duì)象)被放置在檢查區(qū)域內(nèi)，并由MRI掃描器中的患者支撐件支撐，其中，主要(主)磁體提供實(shí)質(zhì)上恒定和均勻的主要(主)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)將進(jìn)動(dòng)原子(如身體中的氫(質(zhì)子))的核磁化對(duì)齊。磁體內(nèi)的梯度線圈組件造成給定位置的磁場(chǎng)的小變化，從而提供成像區(qū)域中的共振頻率編碼。在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)脈沖序列選擇性驅(qū)動(dòng)射頻(RF)線圈，以在患者中產(chǎn)生臨時(shí)振蕩的橫向磁化信號(hào)，該信號(hào)由RF線圈檢測(cè)，并可以通過計(jì)算機(jī)處理被映射至患者的空間上局部化的區(qū)域，從而提供所檢查的感興趣區(qū)域的圖像。
[0005]在通常的MRI配置中，典型地由螺線管磁體設(shè)備來產(chǎn)生靜態(tài)主磁場(chǎng)，患者平臺(tái)置于由螺線管繞組(即主磁孔)纏繞的圓柱形空間中。主磁場(chǎng)的繞組典型地實(shí)現(xiàn)為低溫超導(dǎo)體(LTS)材料，并且利用液氦來進(jìn)行超冷卻，以減小電阻，從而最小化所產(chǎn)生的熱量以及創(chuàng)建和維持主場(chǎng)所需的功率的量。現(xiàn)有LTS超導(dǎo)MRI磁體主要由鈮-鈦(NbTi)和/或Nb3Sn材料制成，利用低溫恒溫器將該材料冷卻至4.2K的溫度。
[0006]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，磁場(chǎng)梯度線圈一般被配置為沿空間中的三個(gè)主要笛卡爾軸中的每一個(gè)選擇性地提供線性磁場(chǎng)梯度(這些軸之一是主磁場(chǎng)的方向)，使得磁場(chǎng)的幅度隨檢查區(qū)域內(nèi)的位置而變化，根據(jù)在區(qū)域內(nèi)的位置對(duì)來自感興趣的區(qū)域內(nèi)的不同位置的磁共振信號(hào)的特性(如信號(hào)的頻率和相位)進(jìn)行編碼(從而提供空間局部化)。典型地，利用穿過線圈纏繞的鞍座或螺線管繞組(附著至與包含主磁場(chǎng)的繞組在內(nèi)的較大圓柱體同心并安裝于其內(nèi)的圓柱體)的電流來創(chuàng)建梯度場(chǎng)。與主磁場(chǎng)不同，用于創(chuàng)建梯度場(chǎng)的線圈典型地是通常的室溫銅繞組。梯度強(qiáng)度和場(chǎng)線性對(duì)于所產(chǎn)生圖像的細(xì)節(jié)的精度以及對(duì)于關(guān)于組織化學(xué)的信息(例如在MRSI中)都至關(guān)重要。
[0007]自從MRI出現(xiàn)起，對(duì)改進(jìn)MRI質(zhì)量和能力的追求從未停止，例如通過提供更高的空間分辨率，更高的頻譜分辨率(例如對(duì)于MRSI)、更高的對(duì)比度和更快的獲取速度。例如，提高的成像(獲取)速度有利于最小化由于圖像獲取期間成像區(qū)域中的時(shí)間變化(如患者移動(dòng)造成的變化、自然解剖和/或功能性移動(dòng)(例如心跳、呼吸、血液流動(dòng))和/或自然生物化學(xué)變化(例如由于MRSI期間的新陳代謝導(dǎo)致))而導(dǎo)致的成像模糊。類似地，例如，由于在光譜MRI中，用于獲取數(shù)據(jù)的脈沖序列對(duì)空間信息和頻譜信息進(jìn)行編碼，為了改進(jìn)臨床實(shí)用性和光譜MRI的效用，最小化獲取充分的頻譜和空間信息以提供期望頻譜分辨率和空間局部化尤為重要。
[0008]在高對(duì)比度、分辨率和獲取速度方面，多種因素有助于更好的MRI圖像質(zhì)量。影響圖像質(zhì)量和獲取速度的重要參數(shù)是信噪比(SNR)。通過在MRI系統(tǒng)的預(yù)放大器之前增大信號(hào)來增大SNR對(duì)于提高圖像質(zhì)量而言很重要。改進(jìn)SNR的一種方式是增大磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度，因?yàn)镾NR與磁場(chǎng)的幅度成比例。然而，在臨床應(yīng)用中，MRI具有磁體場(chǎng)強(qiáng)的上線(US FDA的當(dāng)前上限為3T (特斯拉))。改進(jìn)SNR的其他方式包括在合適時(shí):通過減小視野(在合適時(shí))來減小樣本噪聲、減小樣本與RF線圈之間的距離、和/或減小RF線圈噪聲。
[0009]盡管為了改進(jìn)MRI做出了不懈努力和許多進(jìn)步，然而仍需要不斷改進(jìn)MRI，例如以提供更大對(duì)比度、改進(jìn)的SNR、更高獲取速度、更高空間和時(shí)間分辨率和/或更高頻譜分辨率。
[0010]此外，影響MRI技術(shù)的進(jìn)一步使用的重要因素是與高磁場(chǎng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的高成本，對(duì)于購(gòu)買和維護(hù)而言均是如此。因此，提供能夠以合理成本制造和/或維護(hù)的高質(zhì)量MRI成像系統(tǒng)，允許MRI技術(shù)更廣泛地使用，將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例提供了用于磁共振成像(MRI)和/或磁共振光譜的方法和設(shè)備，包括:超導(dǎo)主磁體，用于在檢查區(qū)域中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)；至少一個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈，用于在檢查區(qū)域內(nèi)施加相應(yīng)至少一個(gè)磁場(chǎng)梯度；以及至少一個(gè)RF線圈，用于向檢查區(qū)域發(fā)送和從檢查區(qū)域接收射頻信號(hào)，并被配置用于冷卻，并包括以下至少一項(xiàng):(i)非超導(dǎo)材料，當(dāng)冷卻至室溫以下的溫度時(shí)，具有與在所述溫度處銅的電導(dǎo)率相比更高的電導(dǎo)率；以及(ii)超導(dǎo)材料。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，主磁體、梯度線圈和RF線圈均被實(shí)現(xiàn)為使用高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)體。在備選實(shí)施例中，超導(dǎo)主磁體、和/或所述至少一個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈中的一個(gè)或多個(gè)、和/或RF線圈均由低溫超導(dǎo)材料制成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一些方面，所述至少一個(gè)梯度線圈和所述至少一個(gè)RF線圈置于至少一個(gè)真空室內(nèi)，所述真空室具有置于檢查區(qū)域與梯度線圈和所述至少一個(gè)RF線圈之間的至少一個(gè)非磁性非金屬壁。此外，所述至少一個(gè)梯度線圈和所述至少一個(gè)RF線圈可以置于包括所述至少一個(gè)非磁性非金屬壁的公共真空室中。另一真空室可以置于所述公共真空室和檢查區(qū)域之間，其中，所述另一真空室包括:(i)第一壁，由所述公共真空室的所述至少一個(gè)非磁性非金屬壁形成；以及(ii)與所述第一壁分開的第二非磁性非金屬壁。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一些方面，主磁體可以置于第一真空室中，所述至少一個(gè)RF線圈和所述至少一個(gè)梯度線圈可以置于第二真空室中。備選地，在一些實(shí)施例中，主磁體、所述至少一個(gè)RF線圈和所述至少一個(gè)梯度線圈置于相應(yīng)真空室中。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，所述至少一個(gè)RF線圈可以實(shí)現(xiàn)為二維電子氣結(jié)構(gòu)和/或碳納米管結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)RF線圈可以包括線圈陣列。
[0016]根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)冷卻系統(tǒng)可以用于冷卻主磁體、所述至少一個(gè)梯度線圈和所述至少一個(gè)RF線圈。在一些實(shí)施例中，超導(dǎo)主磁體被配置用于利用第一低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，所述至少一個(gè)RF線圈被配置用于利用第二低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，所述至少一個(gè)梯度線圈被配置用于利用第三低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。在一些實(shí)施例中，超導(dǎo)主磁體被配置用于利用第一低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，所述至少一個(gè)RF線圈和所述至少一個(gè)梯度線圈被配置用于利用第二低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。在一些實(shí)施例中，超導(dǎo)主磁體、所述至少一個(gè)RF線圈和所述至少一個(gè)梯度線圈被配置用于利用公共低溫冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一些方面，所述至少一個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈包括:三個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈，被配置為沿三個(gè)相應(yīng)正交方向提供磁場(chǎng)梯度，所述方向之一沿檢查區(qū)域中的均勻磁場(chǎng)的方向。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，一種用于磁共振成像的方法，包括:使用超導(dǎo)主磁體在檢查區(qū)域中施加均勾磁場(chǎng)；使用至少一個(gè)響應(yīng)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈在檢查區(qū)域內(nèi)施加至少一個(gè)磁場(chǎng)梯度；以及使用至少一個(gè)RF線圈向檢查區(qū)域發(fā)送和從檢查區(qū)域接收射頻信號(hào)，所述至少一個(gè)RF線圈被配置用于冷卻，并包括以下至少一項(xiàng):(i)非超導(dǎo)材料，當(dāng)冷卻至室溫以下的溫度時(shí)，具有與在所述溫度處銅的電導(dǎo)率相比更高的電導(dǎo)率；以及(ii)超導(dǎo)材料。超導(dǎo)主磁體、所述至少一個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈中的每一個(gè)以及所述至少一個(gè)超導(dǎo)RF線圈中的每一個(gè)可以均由HTS材料形成。所述至少一個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈可以包括:三個(gè)超導(dǎo)梯度場(chǎng)線圈，被配置為沿三個(gè)正交方向提供磁場(chǎng)梯度，所述方向之一沿檢查區(qū)域中的均勻磁場(chǎng)的方向。
[0019]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，以上簡(jiǎn)要描述和以下詳細(xì)描述是本發(fā)明的示例和解釋，但是不應(yīng)限制本發(fā)明或限制本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。此外，可以理解，以上
【發(fā)明內(nèi)容】
表示本發(fā)明的一些實(shí)施例，而不表示或包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)質(zhì)內(nèi)容和實(shí)施例。因此，這里引用并構(gòu)成其一部分的附圖示意了本發(fā)明的實(shí)施例，并與詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0020]通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述來考慮本發(fā)明，本發(fā)明實(shí)施例的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)構(gòu)和操作上得以理解并變得更加顯而易見，其中，貫穿各個(gè)附圖，相似的參考標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部分，附圖中:
[0021]圖1A示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示意性超導(dǎo)體MRI系統(tǒng)的示意截面視圖；
[0022]圖1B更詳細(xì)地示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1A中所示的主磁體系統(tǒng)的上截面部分；
[0023]圖2A更詳細(xì)地示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1A的示意性超導(dǎo)體MRI系統(tǒng)的梯度線圈