專利名稱：帶有有源屏蔽設備的磁共振成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁共振成像設備，該磁共振成像設備至少包括用于在磁共振成像設備的測量空間中產生穩定磁場的主磁體系統，包括用于在所述測量空間中產生梯度磁場的梯度線圈的梯度系統，以及分配給所述主磁體系統的至少一個有源屏蔽設備。
磁共振成像(MRI)設備的基本部件是主磁體系統、梯度系統、RF系統和信號處理系統。主磁體系統也常常被稱為低溫恒溫器。主磁體系統包括限定測量空間并允許將由MRI設備分析的對象進入的鏜孔(bore hole)。主磁體系統產生強均勻靜態場以用于極化待分析的對象中的核自旋。梯度系統被設計成產生受控空間非均勻的時變磁場。梯度系統是MRI設備的關鍵部分，因為梯度場對于信號定位是必不可少的。RF系統主要由發射線圈和接收線圈組成，其中發射線圈能夠產生用于激勵自旋系統的磁場，以及其中接收線圈將處理磁化轉換成電信號。信號處理系統基于所述電信號而產生圖像。
從現有技術已知的磁共振成像(MRI)設備通常產生相對較高的聲學噪聲級，該聲學噪聲級必須被最小化。一方面，聲學噪聲由梯度系統的振動導致，另一方面，聲學噪聲由主磁體系統(低溫恒溫器)的振動導致。
可以借助于真空室來有效地減少由梯度系統振動所產生的聲學噪聲。例如參見US 6,404,200和US 5,793,210。
為了進一步減少MRI設備的聲學噪聲，需要減少由振動主磁體系統產生的聲學噪聲。主磁體系統的振動由三種激勵機制導致，第一種是通過梯度線圈架從梯度系統到主磁體系統的結構傳輸，第二種是由于變化梯度磁場導致主磁體系統壁中的渦流引起的主磁體系統的磁激勵，以及第三種是主磁體系統的聲激勵。第三種激勵機制對于大多數MRI設備不是主要的。
可以通過使用用于梯度系統的梯度線圈的順應式支座來有效地減少導致主磁體系統的振動的第一種激勵機制。例如參見EP-A-1193507。
本發明涉及由第二種激勵機制、即由于變化梯度磁場導致主磁體系統壁中的渦流引起的主磁體系統的磁激勵所導致的振動和聲學噪聲的減少。
從US 6,326,788可知，可以借助于固定安裝在梯度系統上的渦流屏蔽系統來有效地減少主磁體系統的磁激勵。然而，難以借助于安裝在梯度系統上的渦流屏蔽系統來減少主磁體系統的凸緣中的渦流。
從EP-A-1193507可知，可以通過使用不導電主磁體系統來有效地減少主磁體系統的磁激勵。然而這在汽化(boil off)方面具有缺陷，因為由于主磁體系統是不導電的事實導致在主磁體系統內部產生熱。
本發明的目的是揭示一種備選方式以減少主磁體系統的磁激勵，并且另外減少主磁體系統內部的磁場穿透。
為了實現所述目的，根據本發明的一種磁共振成像設備的特征在于，所述或每個有源屏蔽設備由電流驅動，以便減少主磁體系統內部的磁場穿透并減少在主磁體系統中引起的機械力。
優選地，梯度線圈由梯度線圈電流驅動，用于驅動所述或每個有源屏蔽設備的電流和梯度線圈電流具有相同的頻譜，其中用于驅動所述或每個有源屏蔽設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內部的磁場穿透并減少在主磁體系統中引起的機械力。
根據本發明的改進實施例，所述或每個有源屏蔽設備由與梯度系統串聯或并聯連接的電路所產生的電流來驅動，其中所述電路包括誤差校正單元，其中主磁體系統的振動被測量，并且其中誤差校正單元采用用于驅動所述或每個有源屏蔽設備的電流以便最小化主磁體系統的振動。
下面將參考附圖來詳細描述根據本發明的磁共振成像設備的實施例，其中
圖1示出根據現有技術的MRI設備；圖2示出根據本發明第一實施例的MRI設備的橫向凸緣上的視圖；圖3示出沿圖2中的橫斷線III-III通過根據本發明第一實施例的MRI設備的橫截面圖；圖4示出沿圖2中的橫斷線IV-IV通過根據本發明第一實施例的MRI設備的橫截面圖；圖5示出根據本發明第二實施例的MRI設備的橫向凸緣上的視圖；以及圖6示出與本發明優選實施例結合使用的誤差校正單元的框圖。
圖1示出從現有技術已知的磁共振成像(MRI)設備1，其包括用于產生穩定磁場的主磁體系統2，以及還有提供梯度系統3的若干梯度線圈，所述梯度系統用于產生在X、Y、Z方向上具有梯度的附加磁場。按照慣例，所示的坐標系的Z方向對應于主磁體系統2中穩定磁場的方向。Z軸是與主磁體系統2的鏜孔的軸線共軸的一個軸，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軸正交的相應水平軸。
梯度系統3的梯度線圈由電源單元4供電。RF發射線圈5用來產生RF磁場，并且被連接到RF發射器和調制器6。
接收線圈用于接收由待檢查對象7(例如人或動物體)中的RF場產生的磁共振信號。該線圈可以是與RF發射線圈5相同的線圈。此外，主磁體系統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發射線圈5通過發射/接收電路9被連接到信號放大器和解調單元10。
控制單元11控制RF發射器和調制器6以及電源單元4，以便產生包含RF脈沖和梯度的特殊脈沖序列。從解調單元10中獲得的相位和幅度被施加給處理單元12。處理單元12處理所提供的信號值以便通過變換形成圖像。例如可以借助于監視器8來可視化該圖像。
根據本發明，所述磁共振成像設備包括被分配給主磁體系統的至少一個有源屏蔽設備，其中所述或每個有源屏蔽設備由電流驅動，以便減少主磁體系統內部的磁場穿透并減少在主磁體系統中引起的機械力。
將參考圖2-4描述本發明的第一優選實施例。根據本發明的該優選實施例，兩個有源屏蔽設備13、14被分配給主磁體系統2的每個橫向凸緣15。在每個橫向凸緣15的區域中，第一有源屏蔽設備13被分配給主磁體系統2的上部，第二有源屏蔽設備14被分配給主磁體系統2的下部。在圖2所示的實施例中，兩個有源屏蔽設備13、14中的每個包括五個電線圈16。每個有源屏蔽設備13、14的電線圈16以同心的方式放置。如圖2中所示，每個有源屏蔽設備13、14的每個所述電線圈16包括單獨接線端17，以使每個電線圈16可以獨立地由單獨電流來驅動。
圖2中的虛線表示單獨電線圈16的電連接，并且說明了電線圈16延伸到主磁體系統2的鏜孔26的內部。這也可以從圖3中獲得。
在圖2-4中所示的實施例中，有源屏蔽設備13、14的電線圈16被不動地(固定地)連接到主磁體系統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2的橫向凸緣15與有源屏蔽設備13、14的電線圈16之間。
圖5示出磁共振成像設備1的備選實施例，其包括主磁體系統2和不動地(固定地)連接到主磁體系統2的橫向凸緣15的有源屏蔽設備19、20。在每個橫向凸緣15的區域中，第一有源屏蔽設備19被分配給主磁體系統2的上部，以及第二有源屏蔽設備20被分配給主磁體系統2的下部。有源屏蔽設備19、20的每個包括五個電線圈21，其中每個有源屏蔽設備19、20的所述電線圈21彼此串聯連接。這產生螺旋線圈布置，該螺旋線圈布置帶有用于每個有源屏蔽設備19和20的僅僅兩個接線端22。這意味著相同的電流流過每個所述有源屏蔽設備19、20的五個電線圈21。由圖5中的虛線示出線圈21的電連接。
在參考圖2-5所述的實施例中，電線圈16/21被不動地(固定地)連接到主磁體系統2的橫向凸緣15。應當注意，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。此外，有效屏蔽設備有可能根本不被連接到主磁體系統的橫向凸緣，而是僅僅放置在橫向凸緣的區域中。
如上所述，有源屏蔽設備13、14、19、20由電流驅動，以便減少主磁體系統2內部的磁場穿透并減少在主磁體系統2中引起的機械力。用于驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的有源電線圈16、21的電流具有與用于驅動梯度系統3的梯度線圈的電流相同的頻譜。電路被串聯或并聯連接到梯度系統3，從而提供電流以驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的電線圈16、21。
應當注意，通過用電流驅動有源屏蔽設備13、14、19、20可以實現兩種效果。一方面，有可能最小化在主磁體系統2中引起的機械力。另一方面，有可能減少主磁體系統2內部的磁場穿透。應當注意，這兩種效果彼此抵消。為此，必須以下述方式調整用于驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的電流，即在機械力的最小化和磁場穿透的最小化之間實現良好折衷。為了實現該目的，用于驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的電流和用于操作梯度系統3的梯度線圈的電流具有相同的頻譜，然而，這兩個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2的磁場穿透的最小化和在主磁體系統2中引起的機械力的最小化之間實現良好折衷。
根據本發明的第一目的，以這樣一種方式驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的電線圈16、21，即使得由于在主磁體系統壁中流動的渦流產生的磁感應力(磁壓力)被抵消。磁感應力主要是主磁體系統2的渦流和靜態磁場的結果。通過借助于所述電線圈16、21復制或模擬在主磁體系統2中流動的渦流來實現抵消主磁體系統2上的磁感應力。消除主磁體系統2上的磁壓力的優點是顯而易見的。第一，解決了在源處的聲學噪聲問題，這非常有效。第二，磁壓力幅度和分布主要與頻率無關。為此，電線圈16、21可以由電流驅動，該電流具有與用于驅動梯度系統3的梯度線圈的電流相同的頻譜。根據本發明的第二目的，以這樣一種方式驅動有源屏蔽設備13、14、19、20的電線圈16、21，即使得主磁體系統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。
本發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2的鏜孔中的磁場。然而，該效果并不很嚴重，因為磁場畸變與梯度場同步。另外，電線圈16、21相對遠離鏜孔的等角點。
根據本發明的改進實施例，用于產生電流以驅動有源屏蔽設備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。
根據圖6的框圖的框23說明了導致主磁體系統2的振動y1的梯度系統3的轉移函數P1。用梯度線圈電流Fd來驅動梯度系統3的梯度線圈。圖6中所示的框24示出導致主磁體系統2的振動y2的有源屏蔽設備13、14、19、20的轉移函數P2，其中振動y2以下述方式抵消振動y1，即使得在理想情況下振動y1和y2之間的差應當為零。然而，由于所述差將不為零的事實，所以誤差校正單元用于最小化誤差e。
誤差e將導致主磁體系統2的振動。這些振動將由連接到主磁體系統2的傳感器來離線測量。這些傳感器可以是應變傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等等，并且在執行測量之后將從MRI設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。
利用適當設計的前饋濾波器(誤差校正器)，將以這樣一種方式對電流Fd進行濾波，即使得誤差振動e被減少。電流Fd將由C濾波，其中C＝-INV(P2)*P1。誤差校正單元，即根據框25的前饋濾波器，以下述方式采用用于驅動有源屏蔽設備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。
權利要求
1.一種磁共振成像設備，至少包括a)用于在磁共振成像設備的測量空間中產生穩定磁場的主磁體系統(2)；b)包括用于在所述測量空間中產生梯度磁場的梯度線圈的梯度系統(3)；以及c)分配給所述主磁體系統(2)的至少一個有源屏蔽設備(13，14；19，20)；其特征在于，所述或每個有源屏蔽設備由電流驅動，以便減少主磁體系統(2)內部的磁場穿透并減少在主磁體系統(2)中引起的機械力。
2.根據權利要求1所述的磁共振成像設備，其特征在于，梯度線圈由梯度線圈電流來驅動，用于驅動所述或每個有源屏蔽設備(13，14；19，20)的電流和梯度線圈電流具有相同的頻譜。
3.根據權利要求2所述的磁共振成像設備，其特征在于，用于驅動所述或每個有源屏蔽設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內部的磁場穿透并減少在主磁體系統(2)中引起的機械力。
4.根據權利要求1所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個有源屏蔽設備包括至少一個電線圈(16；21)。
5.根據權利要求4所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個電線圈(16；21)被不動地或撓性地連接到主磁體系統(2)，其中電絕緣體(18)被夾在所述或每個電線圈(16，21)和主磁體系統(2)之間。
6.根據權利要求5所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個電線圈(16，21)被不動地或撓性地連接到主磁體系統(2)的橫向凸緣(15)。
7.根據權利要求6所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個電線圈(16；21)另外被不動地或撓性地連接到鏜孔(26)的區域中的主磁體系統(2)。
8.根據權利要求5所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個電線圈(16，21)被不動地或撓性地連接到主磁體系統(2)的鏜孔(26)。
9.根據權利要求1所述的磁共振成像設備，其特征在于，在主磁體系統(2)的每個橫向凸緣(15)處放置了包括至少一個電線圈(16；21)的至少一個有源屏蔽設備(13，14；19，20)。
10.根據權利要求9所述的磁共振成像設備，每個有源設備(19，20)包括建立螺旋線圈的串聯連接的一組線圈(21)，其中所述螺旋線圈的所有線圈(21)由相同的電流來驅動。
11.根據權利要求9所述的磁共振成像設備，其特征在于，每個有源屏蔽設備(13，14)包括一組同心線圈(16)，其中每個所述同心線圈(16)由單獨電流獨立地驅動。
12.根據權利要求1所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述或每個有源屏蔽設備(13，14；19，20)由與梯度系統(3)串聯或并聯連接的電路產生的電流來驅動。
13.根據權利要求12所述的磁共振成像設備，其特征在于，所述電路被設計為線性電路。
14.根據權利要求12所述的磁共振成像設備，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動所述或每個有源屏蔽設備(13，14；19，20)的電流以便最小化主磁體系統(2)的振動。
15.根據權利要求14所述的磁共振成像設備，其特征在于，誤差校正單元被設計為前饋濾波器(25)。
16.根據權利要求15所述的磁共振成像設備，其特征在于，在主磁體系統(2)的振動測量的基礎上設計前饋濾波器(25)，其中離線執行這些振動測量。
17.根據權利要求14或15所述的磁共振成像設備，其特征在于，誤差校正單元以下述方式采用用于驅動所述或每個有源屏蔽設備(13，14；19，20)的電流，即比較用于驅動梯度線圈的電流來修改幅度和/或相移。
全文摘要
本發明涉及一種磁共振成像(MRI)設備。MRI設備的基本部件是主磁體系統、梯度系統、RF系統和信號處理系統。根據本發明，磁共振成像設備包括被分配給主磁體系統(2)的至少一個有源屏蔽設備(19，20)，其中所述或每個有源屏蔽設備(19，20)由電流驅動，以便減少主磁體系統內部的磁場穿透并減少在主磁體系統中引起的機械力。
文檔編號G01R33/421GK1934456SQ200580008464
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月11日 優先權日2004年3月16日
發明者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