專(zhuān)利名稱(chēng)：提高mri系統(tǒng)中磁體穩(wěn)定性的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般關(guān)于MR成像系統(tǒng)，且更加具體地，關(guān)于調(diào)整磁體組件的超導(dǎo) 主線(xiàn)圈和超導(dǎo)屏蔽線(xiàn)圈的對(duì)準(zhǔn)以防止由于錯(cuò)位造成的磁體不均勻和/或結(jié)構(gòu)失效的一種 設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
MR成像系統(tǒng)已知地在各種應(yīng)用中、最顯著地在醫(yī)療診斷及其程序中使用超導(dǎo)磁 體。已知的超導(dǎo)MRI磁體設(shè)計(jì)包括那些具有多個(gè)超導(dǎo)主線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)，其中大部分超導(dǎo)主線(xiàn) 圈各載有同方向的相同電流。在某些實(shí)現(xiàn)中，主線(xiàn)圈組件里的各個(gè)線(xiàn)圈可能載有與主組件 的大多數(shù)的相反方向的電流。這些超導(dǎo)主線(xiàn)圈在MRI成像體積內(nèi)產(chǎn)生靜磁場(chǎng)，該MRI成像 體積通常具有居中位于磁體膛內(nèi)的球形，其中可放置被成像的對(duì)象(例如，人)。由于在只有超導(dǎo)主線(xiàn)圈存在時(shí)雜散磁場(chǎng)總會(huì)從磁體產(chǎn)生，一些類(lèi)型的屏蔽一般被 用于防止由超導(dǎo)主線(xiàn)圈產(chǎn)生且圍繞其的高磁場(chǎng)對(duì)磁體附近的電子設(shè)備和其他對(duì)象產(chǎn)生不 利影響。一種類(lèi)型的屏蔽，已知為無(wú)源屏蔽(passive shielding)，使用位于徑向地圍繞超 導(dǎo)主線(xiàn)圈外圍的圓柱形的鐵屏蔽來(lái)防止雜散磁場(chǎng)泄露到機(jī)器外部。然而，這種無(wú)源屏蔽對(duì) 很多MR系統(tǒng)應(yīng)用不適用，因?yàn)樗鼧O大地增加了機(jī)器的尺寸和重量，使其建造、運(yùn)輸和在某 些醫(yī)療設(shè)施中實(shí)現(xiàn)變得困難。另外類(lèi)型的屏蔽，已知為有源屏蔽(active shielding)，已經(jīng) 被發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代MRI系統(tǒng)中有著更大的適用性。有源屏蔽使用載有的電流大致等于超導(dǎo)主線(xiàn) 圈載有的電流但方向相反的多個(gè)超導(dǎo)屏蔽線(xiàn)圈。這些超導(dǎo)屏蔽線(xiàn)圈繞超導(dǎo)主線(xiàn)圈的外圍徑 向地被放置，從而抵消由超導(dǎo)主線(xiàn)圈產(chǎn)生并圍繞其的高磁場(chǎng)以防止雜散磁場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備或 其他對(duì)象的不利相互作用。在MR系統(tǒng)里，已知帶有有源屏蔽的超導(dǎo)磁體典型地圍繞帶有患者膛，且多個(gè)主線(xiàn) 圈和多個(gè)屏蔽線(xiàn)圈固定于單個(gè)線(xiàn)圈架元件(former member)上。該單個(gè)線(xiàn)圈架元件被配置 包含在用于維持相應(yīng)線(xiàn)圈溫度在可接受的水平的氦容器或者其他低溫液體容器的界限內(nèi)。 然而不幸地，建造結(jié)構(gòu)上能夠支撐固定在其上的屏蔽線(xiàn)圈和主線(xiàn)圈的強(qiáng)反作用力的單個(gè)線(xiàn) 圈架元件的需要，導(dǎo)致了昂貴和勞力密集的磁體建造過(guò)程。為盡力減少材料和建造成本，且增加制造效率，具有兩種不同線(xiàn)圈架以保持相應(yīng) 的主線(xiàn)圈和屏蔽線(xiàn)圈的磁體已被構(gòu)想出。然而，由于在建造和裝配在磁體組件內(nèi)兩種不同 線(xiàn)圈架期間的可能的缺陷，在屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架間的一定數(shù)量的縱向錯(cuò)位成 為可能，盡管這種錯(cuò)位僅大約幾個(gè)毫米。這樣的錯(cuò)位，不管多小，都可在軸向方向引起不可 恢復(fù)的電磁力，從而在屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架間引起剪切效應(yīng)。該電磁力隨著錯(cuò) 位線(xiàn)性增長(zhǎng)，其進(jìn)而產(chǎn)生自放大的正反饋。隨著錯(cuò)位增加，該力持續(xù)增長(zhǎng)。除了由錯(cuò)位引起 的牽連力(force implication)，主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架之間的相當(dāng)大的最終錯(cuò) 位還可導(dǎo)致很大的磁體不均勻性。因此希望有一種系統(tǒng)和方法，其在主線(xiàn)圈和屏蔽線(xiàn)圈在超導(dǎo)磁組件中被保持在分 離的相應(yīng)線(xiàn)圈架上時(shí)能夠減少主線(xiàn)圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件間的錯(cuò)位和不均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種MRI設(shè)備，其包括具有多個(gè)圍繞磁體膛放置的梯度線(xiàn) 圈，和由脈沖模塊控制以傳送RF信號(hào)到RF線(xiàn)圈組件以獲得MR圖像的RF開(kāi)關(guān)以及RF收 發(fā)器系統(tǒng)的MRI系統(tǒng)。該磁體包括圍繞磁體膛徑向布置的主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，和圍繞磁體膛徑 向布置的屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，其中屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的半徑大于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的半徑。該磁體 還包括至少一個(gè)固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的主線(xiàn)圈，至少一個(gè)固定于屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的屏蔽線(xiàn) 圈，及至少一個(gè)固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架以提供結(jié)構(gòu)支撐且實(shí)現(xiàn)主線(xiàn)圈線(xiàn)圈 架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架之間縱向?qū)?zhǔn)調(diào)整的結(jié)構(gòu)元件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，構(gòu)造用于MRI設(shè)備的超導(dǎo)磁體的方法，其中該方法包括 形成具有第一半徑的主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，以及形成具有第二半徑的屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，第二半徑 大于第一半徑。該方法進(jìn)一步包括固定至少一個(gè)主線(xiàn)圈于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，固定至少一個(gè)屏 蔽線(xiàn)圈于屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，并且連接至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈 架，其中該至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件配置成允許在主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架間的橫向?qū)?zhǔn) 調(diào)整。此外，該方法包括在氦容器內(nèi)安置主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，超導(dǎo)磁體包括氦容器，具有第一半徑的主線(xiàn)圈組件，其中 主線(xiàn)圈組件包括至少一個(gè)保持于其上的主線(xiàn)圈，和具有大于第一半徑的第二半徑的屏蔽線(xiàn) 圈組件，其中屏蔽線(xiàn)圈組件包括至少一個(gè)保持于其上的屏蔽線(xiàn)圈。該超導(dǎo)磁體還包括至少 一個(gè)耦合于主線(xiàn)圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件的支撐元件，該至少一個(gè)支撐元件配置成用于結(jié)構(gòu) 上支撐主線(xiàn)圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件且允許主線(xiàn)圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件之間的線(xiàn)性調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的又另一方面，公開(kāi)了超導(dǎo)磁體，該超導(dǎo)磁體包括至少一個(gè)被配置用 于在預(yù)先確定的區(qū)域產(chǎn)生主磁場(chǎng)的主線(xiàn)圈，其中該至少一個(gè)主線(xiàn)圈被安置在主結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架 上，及至少一個(gè)被配置用于消除雜散磁場(chǎng)的屏蔽線(xiàn)圈，其中該至少一個(gè)屏蔽線(xiàn)圈被安置在 屏蔽結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架上。該超導(dǎo)電磁體還包括至少一個(gè)固定于主結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架和屏蔽結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架 以提供結(jié)構(gòu)支撐且實(shí)現(xiàn)主結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架和屏蔽結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架之間縱向?qū)?zhǔn)調(diào)整的結(jié)構(gòu)元件，其 中該至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件被配置具有預(yù)先確定的機(jī)械剛度，以抑制由于主結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架和屏蔽 結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架之間的錯(cuò)位而在主結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架和屏蔽結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈架之間產(chǎn)生的電磁力所造成的 不穩(wěn)定性。各種其他的特征和優(yōu)點(diǎn)從接下來(lái)的詳細(xì)的描述和附圖將變得清楚。


附示了目前為實(shí)施本發(fā)明的所預(yù)想的實(shí)施例。在附圖中圖1是用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的MR成像系統(tǒng)的示意框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MR磁體組件的橫截面示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例描述力與錯(cuò)位的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的MR磁體組件的橫截面示意圖
具體實(shí)施例方式示出了使用至少一個(gè)結(jié)構(gòu)支撐元件以控制主線(xiàn)圈組件和不同的屏蔽線(xiàn)圈組件之間的錯(cuò)位的系統(tǒng)和方法，其中該結(jié)構(gòu)支撐元件在超導(dǎo)磁體組件制造期間能實(shí)現(xiàn)主線(xiàn)圈組件 和屏蔽線(xiàn)圈組件之間的對(duì)準(zhǔn)調(diào)整。參考圖1，示出了結(jié)合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)10的主 要部件。該系統(tǒng)的操作通過(guò)包括鍵盤(pán)或者其他輸入設(shè)備13，控制面板14及顯示屏16的操 作者控制臺(tái)12控制。控制臺(tái)12通過(guò)鏈路18與分開(kāi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通信，其能夠使操作 者控制在顯示屏16上的圖像的產(chǎn)生及顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括許多通過(guò)背板20a互相通 信的模塊。這些包括圖像處理模塊22，CPU模塊M以及可包括用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列的幀 緩沖器的存儲(chǔ)模塊26。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通過(guò)高速串行鏈路34與獨(dú)立的系統(tǒng)控制32通信。 輸入設(shè)備13可包括鼠標(biāo)，操縱桿，鍵盤(pán)，跟蹤球，觸摸屏，光書(shū)寫(xiě)筆(light wand)，語(yǔ)音控 制，或者任何類(lèi)似或等同的輸入設(shè)備，并且被用于交互式幾何指示(interactive geometry prescription)0系統(tǒng)控制32包括一組通過(guò)背板3 連接在一起的模塊。這些包括CPU模塊36以 及通過(guò)串行鏈路40與操作者控制臺(tái)12連接的脈沖發(fā)生模塊38。通過(guò)鏈路40使得系統(tǒng)控 制32接收來(lái)自操作者的命令以指示將要實(shí)施的掃描序列。脈沖發(fā)生模塊38操作系統(tǒng)部件 以實(shí)施所期望的掃描序列，并產(chǎn)生指示產(chǎn)生的RF脈沖的定時(shí)、強(qiáng)度和形狀，及數(shù)據(jù)采集窗 口的定時(shí)和長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。脈沖發(fā)生模塊38與一組梯度放大器42相連，以指示在掃描期間 產(chǎn)生的梯度脈沖的定時(shí)和形狀。脈沖發(fā)生模塊38還能從生理采集控制器44處接收患者數(shù) 據(jù)，該生理采集控制器44接收來(lái)自連在患者上的很多個(gè)不同的傳感器的信號(hào)(例如來(lái)自貼 附在患者上的電極的ECG信號(hào))。并且最終，脈沖發(fā)生模塊38連接至從與患者狀況和磁體 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的多個(gè)傳感器處接收信號(hào)的掃描室接口電路46。還通過(guò)掃描室接口電路46，使得 患者定位系統(tǒng)48接收命令以移動(dòng)患者到所期望的掃描位置。由脈沖發(fā)生模塊38產(chǎn)生的梯度波形被應(yīng)用于具有foc，Gy和( 放大器的梯度放大 系統(tǒng)42。每個(gè)梯度放大器激勵(lì)在梯度線(xiàn)圈組件(一般指定50)內(nèi)的相應(yīng)的物理梯度線(xiàn)圈， 以產(chǎn)生用于空間編碼所采集信號(hào)的磁場(chǎng)梯度。梯度線(xiàn)圈組件50組成包括極化磁體M和全 身RF線(xiàn)圈56的共振組件(resonance assembly) 52的一部分。在系統(tǒng)控制32中的收發(fā)器 模塊58產(chǎn)生脈沖，其被RF放大器60放大且通過(guò)發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)62耦合至RF線(xiàn)圈56。在 患者體內(nèi)的受激核發(fā)射的結(jié)果信號(hào)可被相同的RF線(xiàn)圈56檢測(cè)出，且通過(guò)接收/發(fā)送開(kāi)關(guān) 62耦合至前置放大器64。被放大的MR信號(hào)在收發(fā)器58的接收部分內(nèi)被解調(diào)、濾波和數(shù)字 化。發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)62被來(lái)自脈沖發(fā)生模塊38的信號(hào)所控制，以在發(fā)送模式期間電接通 RF放大器60和線(xiàn)圈56，及在接收模式期間電接通前置放大器64和線(xiàn)圈56。發(fā)送/接收開(kāi) 關(guān)62還可以使單獨(dú)的RF線(xiàn)圈(例如，表面線(xiàn)圈)被用于發(fā)送或接收模式。由RF線(xiàn)圈56拾取的MR信號(hào)被收發(fā)器模塊58數(shù)字化，且被傳送至在系統(tǒng)控制32 內(nèi)的存儲(chǔ)模塊66。當(dāng)原始的k空間數(shù)據(jù)陣列在存儲(chǔ)模塊66中采集以后，掃描完成。這個(gè)原 始k空間數(shù)據(jù)被重新整理成用于每個(gè)待重建圖像的單獨(dú)的k空間數(shù)據(jù)陣列，并且這些中的 每一個(gè)被輸入到操作以將該數(shù)據(jù)傅里葉變換為圖像數(shù)據(jù)陣列的陣列處理器68中。該圖像 數(shù)據(jù)通過(guò)串行鏈路34傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器中。響應(yīng)接收自操作者控 制臺(tái)12的命令，該圖像數(shù)據(jù)可在長(zhǎng)期存儲(chǔ)裝置中存檔，或者其可進(jìn)一步被圖像處理器22處 理，并且被傳送至操作者控制臺(tái)12且在顯示器16上呈現(xiàn)?，F(xiàn)參考圖2，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超導(dǎo)磁體組件被示出。圖示在圖2中的構(gòu)成磁體組件100的元件的橫截面原理圖。可以理解的是，電磁體組件100通常是圓柱形狀使 得圍繞共振組件的患者膛。然而，本發(fā)明并不限制于這樣的構(gòu)造。如圖所示，磁體組件100 包括主線(xiàn)圈112，114，116，118，120，122，及屏蔽線(xiàn)圈124，126。盡管六個(gè)主線(xiàn)圈和兩個(gè)屏蔽 線(xiàn)圈示出在圖2中，磁體組件100可包括更多或者更少的主線(xiàn)圈和/或屏蔽線(xiàn)圈。主線(xiàn)圈 112，114，116，118，120，122被保持在單個(gè)主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架128內(nèi)，而屏蔽線(xiàn)圈124，1 被保持 在單個(gè)屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130內(nèi)，其中屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130完全不同于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架128，且 其具有的半徑大于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架128的半徑。主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130各 自被置于具有各自的側(cè)壁134和法蘭136的圓柱低溫流體容器132的界限內(nèi)。低溫流體容 器132其中含有液態(tài)氦或者其他低溫流體以有效地維持主線(xiàn)圈112，114，116，118，120，122 和屏蔽線(xiàn)圈124，1 在運(yùn)行期間處于適宜的溫度水平。熱屏蔽135圍繞低溫流體容器132。 熱屏蔽135作為屏障以阻止熱從較高的環(huán)境溫度(例如，300K)向被具有低溫(例如，4. 2K) 的低溫流體填充的低溫流體容器132輻射。如在圖2中看到的，主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架128通過(guò)支架137與低溫流體容器132機(jī)械耦 合。然而，任何適宜的機(jī)械耦合裝置可被用于在低溫流體容器132內(nèi)固定主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架 128。屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130也被機(jī)械耦合至低溫流體容器132，但是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例 性的實(shí)施例，屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130優(yōu)選地簡(jiǎn)單地經(jīng)由結(jié)構(gòu)支撐元件138在低溫流體容器132 內(nèi)被保持。結(jié)構(gòu)支撐元件138是非鐵、非磁性(例如，玻璃環(huán)氧樹(shù)脂)結(jié)構(gòu)，其用螺絲，螺帽 或者任何其他適宜的機(jī)械連接件固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130。結(jié)構(gòu)支 撐元件138可以是沿著主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130的整個(gè)圓周表面形成不斷 開(kāi)的連接的連續(xù)結(jié)構(gòu)，例如環(huán)形或者圓錐形結(jié)構(gòu)?？蛇x擇地，結(jié)構(gòu)支撐元件138可包括沿主 線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130的圓周表面間隔固定的多個(gè)分立的圓錐形結(jié)構(gòu)。不 管結(jié)構(gòu)支撐元件138是連續(xù)元件還是多個(gè)分立元件，結(jié)構(gòu)支撐元件138操作成不僅維持主 線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130之間的固定連接，而且允許屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130保 持在低溫流體容器132內(nèi)，且具有屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130和低溫流體容器132之間最小的物 理連接。當(dāng)制造兩種不同的線(xiàn)圈架(主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130)確實(shí)減少 成本且提高生產(chǎn)磁體組件100的效率時(shí)，在縱向上充分地對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的線(xiàn)圈架以避免由錯(cuò)位 造成的剪切力和磁體不均勻可能是困難的。也就是，如果屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130關(guān)于共同的 等中心線(xiàn)(isOCenter)142與主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 不是基本上縱向?qū)?zhǔn)，則在軸向方向上的不 可恢復(fù)的電磁力會(huì)由于主線(xiàn)圈112，114，116，118，120，122和屏蔽線(xiàn)圈124，126的反作用力 而產(chǎn)生。由這些力造成的剪切效應(yīng)可能基本上足以造成磁體組件100的部件的結(jié)構(gòu)失效， 并且還可導(dǎo)致大的磁體不均勻。然而，本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)被設(shè)想成允許主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架128 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130之間的對(duì)準(zhǔn)調(diào)整，從而基本上消除由于錯(cuò)位而造成的結(jié)構(gòu)失效和/ 或磁體不均勻的威脅。特別地，仍參考圖2，結(jié)構(gòu)支撐元件138被配置于使主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和/或屏蔽 線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130能相對(duì)于彼此進(jìn)行縱向調(diào)整。允許的縱向調(diào)整的量非常小(大約幾個(gè)毫 米)，但是其已足夠大使得主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130被定位在最大容許錯(cuò)位 (Smax)的區(qū)域內(nèi)，因而由于錯(cuò)位造成的任何反向電磁力都不會(huì)極大地影響系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)支撐 元件138使用鎖定機(jī)構(gòu)140使得主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130在適當(dāng)?shù)奈恢帽绘i定，因而錯(cuò)位不會(huì)超過(guò)最大容許錯(cuò)位δ Μχ，從而確保存在的任何剪切力都不會(huì)隨著進(jìn)一 步的錯(cuò)位而增加以造成結(jié)構(gòu)失效、磁體不均勻，和/或相當(dāng)大不同的溫度的元件之間的接 觸(例如，法蘭136和熱屏蔽135)。如果低溫流體容器132的任何部分、例如法蘭132，與 熱屏蔽135接觸，可能發(fā)生不希望的向低溫流體容器132中的熱傳遞，其進(jìn)而可造成在低溫 流體容器132內(nèi)的不希望的高壓和/或低溫流體的煮沸。根據(jù)本發(fā)明，結(jié)構(gòu)支撐元件138關(guān)于已知的最大容許錯(cuò)位Smax來(lái)設(shè)計(jì).那就是， 結(jié)構(gòu)支撐元件138預(yù)先確定的剛度值1 與磁剛度值kEM相比較，這里kEM取決于磁體組件 100具體的磁特性(例如供給主線(xiàn)圈112，114，116，118，120，122和屏蔽線(xiàn)圈124，126中每 一個(gè)的電流水平)。結(jié)構(gòu)支撐元件138被設(shè)計(jì)成使得其機(jī)械剛度值1 大于系統(tǒng)的磁剛度值 kEM(例如，kME/kEM的比值大于1)。使用這些已知的值kME和Kem，能夠確定結(jié)構(gòu)支撐元件138 是否能夠維持主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130之間的充分的對(duì)準(zhǔn)(如將進(jìn)一步詳 細(xì)在下文闡述)。在制造磁體組件100期間，結(jié)構(gòu)支撐元件138被附連于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽 線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130，且主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130沿等中心線(xiàn)142相對(duì)于彼此基 本上對(duì)準(zhǔn)。初始可控錯(cuò)位δ i然后可通過(guò)供應(yīng)給主線(xiàn)圈112，114，116，118，120，122和屏蔽 線(xiàn)圈124，126的每個(gè)線(xiàn)圈電流且由此產(chǎn)生的磁地圖(magnetic map)來(lái)確定。由測(cè)得的初 始可控錯(cuò)位S1，最終錯(cuò)位δ F能夠使用以下公式被確定δρ= δ 乂(1- (kME/kME)) = S1 . (1+(1/( (kME/kME) -1)))(公式 1)如果結(jié)構(gòu)支撐元件138的預(yù)先確定的剛度值Kme是足夠的，則放大后的最終錯(cuò)位 δ F將不會(huì)超過(guò)最大容許錯(cuò)位δ mx。因此，基于上面的公式，主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn) 圈架130的相對(duì)位置關(guān)于彼此被縱向調(diào)整，使得他們的錯(cuò)位不會(huì)超過(guò)最大容許錯(cuò)位δΜχ。 主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130然后使用結(jié)構(gòu)支撐元件138的鎖定機(jī)制140被鎖 定在適當(dāng)?shù)奈恢?。這樣，在運(yùn)行磁體100期間在主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架1 和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架130 之間的錯(cuò)位能被控制，使得結(jié)構(gòu)失效和/或磁體不均勻被避免?，F(xiàn)參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的圖形表示被示出。曲線(xiàn)圖200圖示了在具有結(jié)構(gòu)支撐元 件(類(lèi)似于關(guān)于圖2上述的)的磁體組件中力與錯(cuò)位(δ)的關(guān)系，直線(xiàn)202代表隨著主線(xiàn) 圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件間的相對(duì)錯(cuò)位δ增加而增加的電磁力Fem。特別地，電磁力Fem由以 下公式確定Fem = kEM · δ(公式 2)類(lèi)似地，直線(xiàn)204代表反作用的機(jī)械力_Fme，其中反作用力-Fme也隨著主線(xiàn)圈組件 和屏蔽線(xiàn)圈組件間的相對(duì)錯(cuò)位δ增加而增加。機(jī)械力-Fme用以下公式確定-Fme = kME - ( δ - δ 皿TIAL)(公式 3)由公式3可看到，反作用機(jī)械力-Fme的值取決于被選用于給定磁體組件的結(jié)構(gòu)支 撐元件的機(jī)械剛度值kME。由于主線(xiàn)圈組件和屏蔽線(xiàn)圈組件之間的初始錯(cuò)位δ INITIAL,反作用機(jī)械力-Fme的測(cè) 量在關(guān)于初始錯(cuò)位δ INITIAL的點(diǎn)206開(kāi)始，而不是在開(kāi)始電磁力Fem的測(cè)量的原點(diǎn)處開(kāi)始。 因此，電磁力Fem最初大于反作用機(jī)械力-Fme，從而即便在系統(tǒng)里存在反作用機(jī)械結(jié)構(gòu)(例 如，結(jié)構(gòu)支撐元件)的情況下仍導(dǎo)致錯(cuò)位增加。然而，因?yàn)闄C(jī)械剛度值kME理論上大于系統(tǒng) 的磁剛度值kEM，直線(xiàn)202和直線(xiàn)204將最終在平衡點(diǎn)208相交。該平衡點(diǎn)208與最終錯(cuò)位
7點(diǎn)δη·210的點(diǎn)重合，該處反作用機(jī)械力-Fme等于電磁力Fem。只要最終錯(cuò)位Sfi■不大于 最大容許錯(cuò)位Smax，具有機(jī)械剛度值kME的結(jié)構(gòu)支撐元件就足以維持磁體組件內(nèi)的穩(wěn)定性。 然而，如果機(jī)械剛度值1%少于磁剛度值kEM，沒(méi)有平衡點(diǎn)將被達(dá)到，且系統(tǒng)將不能穩(wěn)定。圖3 中的直線(xiàn)212圖示了其中機(jī)械剛度值kME少于磁剛度值kEM的實(shí)例。很容易看到，錯(cuò)位在這 樣的配置下將持續(xù)增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致“失控的不穩(wěn)定性”，伴隨導(dǎo)致可能的結(jié)構(gòu)失效、磁體不均 勻，和/或相當(dāng)大地不同的溫度的兩個(gè)元件之間接觸的過(guò)度錯(cuò)位，從而造成如上所公開(kāi)的 不希望的熱傳導(dǎo)進(jìn)入低溫容器。盡管上述例子涉及最大容許錯(cuò)位，對(duì)于磁體組件的結(jié)構(gòu)支撐元件，勻場(chǎng) (shimming)前考慮MRI磁體的最大容許不均勻來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)也很重要。特別地，系統(tǒng)的放大 因子amp使用以下公式確定
權(quán)利要求
1.一種MRI設(shè)備，包括磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，其具有多個(gè)繞磁體(54，100)的膛放置的梯度線(xiàn)圈(50)，和由 脈沖模塊(38)控制以傳送RF信號(hào)到RF線(xiàn)圈(56)組件以采集MR圖像的RF開(kāi)關(guān)(62)和 RF收發(fā)器系統(tǒng)(58)，其中所述磁體(54，100)包括圍繞磁體(100)的膛徑向地布置的主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)；圍繞磁體(100)的膛徑向地布置的屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(138)，其中屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(138) 的半徑大于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)的半徑；至少一個(gè)固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)的主線(xiàn)圈(112，114，116，118，120，122)至少一個(gè)固定于屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)的屏蔽線(xiàn)圈(1 ，1 )，以及至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件(138，338)，其固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130) 以提供結(jié)構(gòu)支撐且實(shí)現(xiàn)主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)之間縱向?qū)?zhǔn)調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1中所述的MRI設(shè)備，其中所述的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件(138，338)包括徑 向安置在主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)之間結(jié)構(gòu)上連續(xù)的元件。
3.如權(quán)利要求2中所述的MRI設(shè)備，其中所述連續(xù)元件包括環(huán)形結(jié)構(gòu)和圓錐形結(jié)構(gòu)其 中之一。
4.如權(quán)利要求1中所述的MRI設(shè)備，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件(138，338)包括徑向 安置在主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)之間的多個(gè)分立的元件。
5.如權(quán)利要求4中所述的MRI成像設(shè)備，其中所述多個(gè)分立元件包括在多個(gè)不同位置 固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)的多個(gè)桁架結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1中所述的MRI設(shè)備，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)件(138，338)包括配置于 當(dāng)主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)被縱向?qū)?zhǔn)時(shí)防止主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(128)關(guān) 于屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)的縱向移動(dòng)的鎖定機(jī)構(gòu)(140)。
7.如權(quán)利要求1中所述的MRI成像設(shè)備，其中所述的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)件(138，338)的機(jī) 械剛度值基于具有至少一個(gè)主線(xiàn)圈(112，114，116，118，120，122)固定在其上的主線(xiàn)圈線(xiàn) 圈架(128)和具有至少一個(gè)屏蔽線(xiàn)圈(124，126)固定在其上的屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)之間 的磁剛度值來(lái)確定。
8.如權(quán)利要求1中所述的MRI設(shè)備，進(jìn)一步包括低溫流體容器(132)，其中所述主線(xiàn)圈 線(xiàn)圈架(128)被固定于低溫流體容器(132)以在低溫流體容器(132)內(nèi)支撐所述至少一個(gè) 結(jié)構(gòu)件(138，338)和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架(130)。
9.如權(quán)利要求8中所述的MRI設(shè)備，其中所述低溫流體容器(13 是配置成在其中包 含液態(tài)氦的容器。
10.如權(quán)利要求1中的MRI設(shè)備，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件(138，338)由非鐵非磁的 材料形成。
全文摘要
一種MRI設(shè)備和方法，包括MRI系統(tǒng)，其具有多個(gè)圍繞磁體膛放置的梯度線(xiàn)圈，和由脈沖模塊控制以傳送RF信號(hào)到RF線(xiàn)圈組件以采集MR圖像的RF開(kāi)關(guān)和RF收發(fā)器系統(tǒng)。該磁體包括圍繞磁體膛徑向布置的主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架，其中屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的半徑大于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的半徑。該磁體還包括至少一個(gè)固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的主線(xiàn)圈，至少一個(gè)固定于屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架的屏蔽線(xiàn)圈，及至少一個(gè)固定于主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架以提供結(jié)構(gòu)支撐且實(shí)現(xiàn)主線(xiàn)圈線(xiàn)圈架和屏蔽線(xiàn)圈線(xiàn)圈架之間縱向?qū)?zhǔn)調(diào)整的結(jié)構(gòu)元件。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102100556SQ201010620820
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者J.小斯卡圖羅, L.蔣, R.麥唐納, W.埃恩奇格, X.刁, Y.洛夫斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司