专利名称：磁共振成像设备的主磁体带孔涡流屏蔽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振成像设备，其包括在磁共振成像设备的测量空间内产生稳定磁场的至少一个主磁体系统、在所述测量空间内产生梯度磁场的梯度系统和涡流屏蔽系统。
磁共振成像(MRI)设备的基本部件是主磁体系统、梯度系统、RF系统和信号处理系统。主磁体系统还经常被称为低温恒温器(cryostat)。主磁体系统包括限定测量空间且使待由MRI设备分析的对象能够进入的膛孔。主磁体系统产生使待分析对象中的核自旋极化的强均匀静磁场。梯度系统设计成产生具有受控空间非均匀性的随时间变化的磁场。梯度系统是MRI设备的关键部分，因为梯度场对于信号的定位是必不可少的。RF系统主要由发射线圈和接收线圈组成，其中发射线圈能够产生用于激发自旋系统的磁场，且其中接收线圈将进动的磁化强度转换成电信号。信号处理系统基于电信号产生图像。
现有技术中已知的磁共振成像(MRI)通常会产生较高声学噪声水平，必须使该声学噪声水平最小化。一方面，声学噪声是由梯度系统的振动引起的，另一方面，声学噪声是由主磁体(低温恒温器)的振动引起的。
由梯度系统振动产生的声学噪声可通过真空室来有效地降低。参见例如US 6,404,200和US 5,793,210。
为进一步减少MRI设备的声学噪声，需要减少由主磁体系统振动产生的声学噪声。主磁体系统振动是由三个激励机理导致的，首先是由从梯度系统通过梯度线圈底座到主磁体系统的振动的结构传输导致的；其次是由归因于变化梯度磁场的主磁体系统的磁激励导致的，所述变化梯度磁场在主磁体系统壁内引起涡流；以及第三是由主磁体系统的声学激励导致的。第三个激励机制对于大多数MRI设备不占主导地位。
可通过对梯度系统的梯度线圈采用柔顺支承来有效减少导致主磁体系统振动的第一激励机制。例如参见EP-A-1 193 507。
由US6,326,788可知，通过刚性安装在梯度系统上的涡流屏蔽系统可有效减少主磁体系统的磁激励。然而，很难通过安装在梯度系统上的涡流屏蔽系统减少主磁体系统凸缘中的涡流。
由EP-A-1 193 507可知，通过采用非导电主磁体系统可有效减少主磁体系统的磁激励。然而，就蒸发效应而言，这样是有缺点的，因为主磁体系统不导电这一事实导致在主磁体系统内部产生热量。
本发明的一个目的是提供一种磁共振成像设备，其中以替代方式减少由所述第二激励机制导致的振动和声学噪声，即由引起主磁体系统壁内涡流的变化梯度磁场所导致的主磁体系统的磁激励导致的振动和声学噪声。
为实现所述目的，根据本发明的磁共振成像装置的特征在于该涡流屏蔽系统包括至少一个带孔涡流屏蔽，其中该或每个带孔涡流屏蔽被指定给，优选柔性连接于主磁体系统。
优选地，该或每个带孔涡流屏蔽设计成穿孔的程度为0.1％至95％，最优选地为10％至50％。
根据本发明的优选实施例，该或每个带孔涡流屏蔽设计成约束层结构，其中该约束层结构优选包括两个特别是由铜制成的带孔板状层，以及一个由粘弹性材料制成的带孔粘弹性层。该粘弹性层夹在两个板状层之间。
根据本发明的磁共振成像设备的实施例在此后将参照附图进行详细描述，附图中
图1示出根据现有技术的MRI设备；图2示出根据本发明第一实施例的MRI设备侧面凸缘(lateralflange)上的视图；图3示出沿图2中横断线III-III截取的穿过根据本发明第一实施例的MRI设备的横截面视图；图4示出根据图3的细节IV；图5示出根据图2的细节V；图6示出穿过根据本发明第二实施例的MRI设备的部分横截面视图；和图7示出穿过根据本发明第三实施例的MRI设备的部分横截面视图。
图1示出现有技术已知的磁共振成像(MRI)设备，其包括用于产生稳定磁场的主磁体系统2，以及提供梯度系统3的几个梯度线圈，梯度系统3用于产生在X、Y、Z方向具有梯度的额外磁场。按常规，所示出的坐标系的Z方向对应于主磁体系统2中稳定磁场的方向。Z轴是与主磁体系统2的膛孔轴同轴的轴，其中X轴是从磁场中心伸出的垂直轴，且其中Y轴是与Z轴和X轴垂直的相应水平轴。
梯度系统3的梯度线圈由电源单元4供电。RF发射线圈5用于产生RF磁场并连接到RF发射器和调制器6。接收线圈用于接收由待检查对象(例如人体或动物体)内的RF场产生的磁共振信号。该线圈是与RF发射线圈5相同的线圈。此外，主磁体系统2围绕检查空间，该检查空间大得足以容纳待检查的身体部分7。RF线圈5布置在待在该检查空间进行检查的身体部分7周围或其上。RF发射线圈5经由发射/接收电路9连接到信号放大器和解调单元10。
控制单元11控制RF发射器和调制器6以及电源单元4，以便产生包含RF脉冲和梯度的特定脉冲序列。从解调单元10获得的相位和幅度施加到处理单元12。处理单元12处理所提供的信号值以通过变换形成图像。该图像可以例如通过监视器8可视化。
本发明提供一种无源屏蔽以减少由于主磁体系统的磁激励而导致的由磁共振成像设备产生的声学噪声水平，所述主磁体系统的磁激励归因于在主磁体系统壁内引起涡流的变化梯度磁场。根据本发明，磁共振成像设备包括涡流屏蔽系统，其中该涡流屏蔽系统包括至少一个带孔涡流屏蔽，且其中该或每个带孔涡流屏蔽优选柔性地连接到主磁体系统。
在图2和3所示出的实施例中，磁共振成像设备1包括两个涡流屏蔽13、14，其中在主磁体系统2的每个侧面凸缘15、16处放置所述涡流屏蔽13、14中的一个。
如上面已提到的，涡流屏蔽13、14设计成带孔涡流屏蔽。为提供良好的涡流屏蔽13、14的屏蔽特性，穿孔程度应当尽可能低。然而，为提供良好的声学特性，穿孔程度度应当尽可能高。高的穿孔程度减少了振动涡流屏蔽13、14的声学辐射。应当注意，涡流屏蔽13、14的振动是由导致洛伦兹力作用在涡流屏蔽13、14上的涡流屏蔽13、14中的涡流引起的。
根据本发明，带孔涡流屏蔽13、14设计成穿孔程度为0.1％至95％，优选为10％至50％。尤其是10％至50％的范围在涡流屏蔽13、14的所需屏蔽特性和声学特性之间提供了良好的折衷。
图5示出根据图2的放大的细节V并示出涡流屏蔽13、14的带孔结构。涡流屏蔽13、14设计成板状元件，在涡流屏蔽13、14的板状元件中形成多个孔17。在最优选的实施例中，穿孔程度约为30％。这意味着涡流屏蔽13、14的孔面积约为涡流屏蔽13、14总面积的30％。
涡流屏蔽13、14的特征在于厚度足够薄或足够小以使声学噪声辐射最小化，并且足够厚以有效屏蔽梯度系统3的梯度线圈辐射的磁场。为最小化涡流屏蔽13、14的声学噪声辐射，涡流屏蔽13、14的临界频率fc应当大于磁成像设备1产生的声学噪声的频率。磁共振成像设备通常产生频率主要在1000Hz左右、范围为500Hz至2000Hz的声学噪声。临界步骤fc可由以下公式计算fc=(ca)2πh3ρE]]>其中ca是声音在空气中的速度，ρ是涡流屏蔽13、14的材料的密度，E是涡流屏蔽13、14的材料的杨氏模量，以及h是涡流屏蔽13、14的厚度。
为提供良好的涡流屏蔽13、14的磁屏蔽特性，涡流屏蔽13、14的趋肤深度应当在能够充分屏蔽500Hz和更高频率磁场的范围内。趋肤深度可用以下公式计算δ=2μμ0σ2πf]]>其中δ是透入深度，μ是相对磁导率，μ0是制造涡流屏蔽13、14的材料的磁导率，σ是制造涡流屏蔽13、14的材料的电导率，以及f是要屏蔽的磁场的频率。涡流屏蔽13、14的厚度应当在趋肤深度的范围或更大，以提供足够的磁屏蔽。
考虑上述标准，带孔涡流屏蔽13、14优选由密度ρ＝8960kg/m3，杨氏模量E＝123×109N/m2，电导率σ＝5.8×1071/Ω×m的铜制成。也可提供由铝制成的涡流屏蔽13、14。
由铜制成的带孔涡流屏蔽13、14的厚度的特征在于厚度为0.01mm至10mm，优选为1mm至5mm。最优选地，涡流屏蔽13、14具有3mm的厚度。
如图4所示，涡流屏蔽13、14的厚度在涡流屏蔽13、14安装到主磁体系统2的区域中增加。在这些位置，涡流屏蔽13、14优选具有约8mm的厚度。由于涡流屏蔽13、14在安装位置处的厚度增加，可能改善涡流屏蔽13、14与主磁体系统2的隔离。改善该隔离的一个替换方式是在安装位置的区域中在涡流屏蔽13、14上采用额外的质量。
应当注意，涡流屏蔽13、14通过弹性安装装置18柔性连接到主磁体系统2。该弹性安装装置18优选设计成柔性橡胶装置。
根据本发明进一步改进的实施例，涡流屏蔽13、14设计成约束层结构。图4示出涡流屏蔽13的约束层结构包括两个优选由铜制成的板状层19、20和一个夹在两个板状层19、20之间的粘弹性层21。应当注意，根据本发明，两个板状层19、20和粘弹性层21都是带孔的。这种约束层结构提供了大量的结构阻尼，从而降低了带孔涡流屏蔽的振动水平。
在图2和3所示的实施例中，涡流屏蔽13、14位于主磁体系统2的两个侧面凸缘15、16的区域内。这种布置能够减少主磁体系统2的凸缘15、16中的涡流。
图6示出本发明的一种变型，其中涡流屏蔽13、14伸进主磁体系统2的膛孔内。在图6的实施例中，涡流屏蔽13、14屏蔽主磁体系统2的侧面凸缘15、16以及膛孔的外端。
在图7所示实施例中，涡流屏蔽13、14屏蔽主磁体系统2的两个侧面凸缘15、16和整个膛孔。在图7的实施例中，涡流屏蔽13、14放置在主磁体系统2的两个侧面凸缘15、16的区域内以及膛孔区域内，在膛孔内，涡流屏蔽放置在主磁体系统2和梯度系统3之间。
涡流屏蔽也可仅位于主磁体系统的膛孔区域内。
本发明提供了一种具有涡流屏蔽系统的磁共振成像设备，该涡流屏蔽系统包括至少一个带孔涡流屏蔽。借助于这种带孔涡流屏蔽，可有效屏蔽主磁体系统的磁激励导致的声学噪声，所述主磁体系统的磁激励是由于变化的梯度磁场引起。带孔涡流屏蔽提供了无源屏蔽机制。
权利要求
1.一种磁共振成像设备，至少包括a)用于在磁共振成像设备的测量空间内产生稳定磁场的主磁体系统(2)；b)用于在所述测量空间内产生梯度磁场的梯度系统(3)；和c)涡流屏蔽系统；其特征在于该涡流屏蔽系统包括至少一个带孔涡流屏蔽(13，14)，其中该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)被指定给主磁体系统(2)。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)柔性连接到主磁体系统(2)。
3.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)设计成穿孔程度为0.1％至95％。
4.根据权利要求3所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)设计成穿孔程度为10％至50％。
5.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)设计成约束层结构，其中该约束层结构包括至少一个带孔板状层(19，20)和至少一个带孔粘弹性层(21)。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像设备，其特征在于该约束层结构包括两个带孔板状层(19，20)和一个带孔粘弹性层(21)，其中该粘弹性层(21)夹在所述两个板状层(19，20)之间。
7.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)的厚度薄得足以使声学噪声辐射最小化且厚得足以使对由梯度系统(3)辐射的磁场的屏蔽最大化。
8.根据权利要求7所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)的厚度为0.01mm至10mm。
9.根据权利要求8所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)的厚度为1mm至5mm。
10.根据权利要求7所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)在涡流屏蔽(13，14)安装到主磁体系统(2)的区域内具有增加的厚度。
11.根据权利要求2所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)通过弹性安装装置(8)，特别是通过柔性橡胶装置柔性附着到主磁体系统(2)。
12.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)至少放置在主磁体系统(2)两个侧面凸缘(15，16)区域内。
13.根据权利要求12所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)放置在主磁体系统(2)侧面凸缘(15，16)区域内并且还放置在主磁体系统(2)和梯度系统(3)之间的膛孔区域内。
14.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)至少放置在主磁体系统(2)和梯度系统(3)之间的膛孔区域内。
15.根据权利要求14所述的磁共振成像设备，其特征在于该或每个涡流屏蔽(13，14)放置在膛孔区域内并且还放置在主磁体系统(2)侧面凸缘(15，16)区域内。
全文摘要
本发明涉及一种磁共振成像(MRI)设备。MRI设备的基本部件为主磁体系统(2)、梯度系统(3)、RF系统和信号处理系统。根据本发明，该磁共振成像(MRI)设备具有涡流屏蔽系统，其中该涡流屏蔽系统包括至少一个带孔涡流屏蔽(13，14)，且其中该或每个带孔涡流屏蔽(13，14)被指定给主磁体系统(2)。
文档编号G01R33/421GK1930484SQ200580008215
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月8日 优先权日2004年3月15日
发明者N·B·鲁曾, M·R·拉格兰格, D·比洛恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司