专利名称：带有有源屏蔽设备的磁共振成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振成像设备，该磁共振成像设备至少包括用于在磁共振成像设备的测量空间中产生稳定磁场的主磁体系统，包括用于在所述测量空间中产生梯度磁场的梯度线圈的梯度系统，以及分配给所述主磁体系统的至少一个有源屏蔽设备。
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。主磁体系统也常常被称为低温恒温器。主磁体系统包括限定测量空间并允许将由MRI设备分析的对象进入的镗孔(bore hole)。主磁体系统产生强均匀静态场以用于极化待分析的对象中的核自旋。梯度系统被设计成产生受控空间非均匀的时变磁场。梯度系统是MRI设备的关键部分，因为梯度场对于信号定位是必不可少的。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励自旋系统的磁场，以及其中接收线圈将处理磁化转换成电信号。信号处理系统基于所述电信号而产生图像。
从现有技术已知的磁共振成像(MRI)设备通常产生相对较高的声学噪声级，该声学噪声级必须被最小化。一方面，声学噪声由梯度系统的振动导致，另一方面，声学噪声由主磁体系统(低温恒温器)的振动导致。
可以借助于真空室来有效地减少由梯度系统振动所产生的声学噪声。例如参见US 6,404,200和US 5,793,210。
为了进一步减少MRI设备的声学噪声，需要减少由振动主磁体系统产生的声学噪声。主磁体系统的振动由三种激励机制导致，第一种是通过梯度线圈架从梯度系统到主磁体系统的结构传输，第二种是由于变化梯度磁场导致主磁体系统壁中的涡流引起的主磁体系统的磁激励，以及第三种是主磁体系统的声激励。第三种激励机制对于大多数MRI设备不是主要的。
可以通过使用用于梯度系统的梯度线圈的顺应式支座来有效地减少导致主磁体系统的振动的第一种激励机制。例如参见EP-A-1193507。
本发明涉及由第二种激励机制、即由于变化梯度磁场导致主磁体系统壁中的涡流引起的主磁体系统的磁激励所导致的振动和声学噪声的减少。
从US 6,326,788可知，可以借助于固定安装在梯度系统上的涡流屏蔽系统来有效地减少主磁体系统的磁激励。然而，难以借助于安装在梯度系统上的涡流屏蔽系统来减少主磁体系统的凸缘中的涡流。
从EP-A-1193507可知，可以通过使用不导电主磁体系统来有效地减少主磁体系统的磁激励。然而这在汽化(boil off)方面具有缺陷，因为由于主磁体系统是不导电的事实导致在主磁体系统内部产生热。
本发明的目的是揭示一种备选方式以减少主磁体系统的磁激励，并且另外减少主磁体系统内部的磁场穿透。
为了实现所述目的，根据本发明的一种磁共振成像设备的特征在于，所述或每个有源屏蔽设备由电流驱动，以便减少主磁体系统内部的磁场穿透并减少在主磁体系统中引起的机械力。
优选地，梯度线圈由梯度线圈电流驱动，用于驱动所述或每个有源屏蔽设备的电流和梯度线圈电流具有相同的频谱，其中用于驱动所述或每个有源屏蔽设备的电流和梯度线圈电流由不同的幅度和相移来表征，并且其中所述幅度和所述相移被确定以减少主磁体系统内部的磁场穿透并减少在主磁体系统中引起的机械力。
根据本发明的改进实施例，所述或每个有源屏蔽设备由与梯度系统串联或并联连接的电路所产生的电流来驱动，其中所述电路包括误差校正单元，其中主磁体系统的振动被测量，并且其中误差校正单元采用用于驱动所述或每个有源屏蔽设备的电流以便最小化主磁体系统的振动。
下面将参考附图来详细描述根据本发明的磁共振成像设备的实施例，其中
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设备的横向凸缘上的视图；图3示出沿图2中的横断线III-III通过根据本发明第一实施例的MRI设备的横截面图；图4示出沿图2中的横断线IV-IV通过根据本发明第一实施例的MRI设备的横截面图；图5示出根据本发明第二实施例的MRI设备的横向凸缘上的视图；以及图6示出与本发明优选实施例结合使用的误差校正单元的框图。
图1示出从现有技术已知的磁共振成像(MRI)设备1，其包括用于产生稳定磁场的主磁体系统2，以及还有提供梯度系统3的若干梯度线圈，所述梯度系统用于产生在X、Y、Z方向上具有梯度的附加磁场。按照惯例，所示的坐标系的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的镗孔的轴线共轴的一个轴，X轴是从磁场的中心延伸的垂直轴，以及Y轴是与Z轴和X轴正交的相应水平轴。
梯度系统3的梯度线圈由电源单元4供电。RF发射线圈5用来产生RF磁场，并且被连接到RF发射器和调制器6。
接收线圈用于接收由待检查对象7(例如人或动物体)中的RF场产生的磁共振信号。该线圈可以是与RF发射线圈5相同的线圈。此外，主磁体系统2封闭检查空间，该检查空间大得足以容纳待检查的身体7的一部分。RF线圈5被布置在该检查空间中将被检查的身体7的一部分周围或之上。RF发射线圈5通过发射/接收电路9被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脉冲和梯度的特殊脉冲序列。从解调单元10中获得的相位和幅度被施加给处理单元12。处理单元12处理所提供的信号值以便通过变换形成图像。例如可以借助于监视器8来可视化该图像。
根据本发明，所述磁共振成像设备包括被分配给主磁体系统的至少一个有源屏蔽设备，其中所述或每个有源屏蔽设备由电流驱动，以便减少主磁体系统内部的磁场穿透并减少在主磁体系统中引起的机械力。
将参考图2-4描述本发明的第一优选实施例。根据本发明的该优选实施例，两个有源屏蔽设备13、14被分配给主磁体系统2的每个横向凸缘15。在每个横向凸缘15的区域中，第一有源屏蔽设备13被分配给主磁体系统2的上部，第二有源屏蔽设备14被分配给主磁体系统2的下部。在图2所示的实施例中，两个有源屏蔽设备13、14中的每个包括五个电线圈16。每个有源屏蔽设备13、14的电线圈16以同心的方式放置。如图2中所示，每个有源屏蔽设备13、14的每个所述电线圈16包括单独接线端17，以使每个电线圈16可以独立地由单独电流来驱动。
图2中的虚线表示单独电线圈16的电连接，并且说明了电线圈16延伸到主磁体系统2的镗孔26的内部。这也可以从图3中获得。
在图2-4中所示的实施例中，有源屏蔽设备13、14的电线圈16被不动地(固定地)连接到主磁体系统2的横向凸缘15。从图4中可以得到，电绝缘体18被夹在主磁体系统2的横向凸缘15与有源屏蔽设备13、14的电线圈16之间。
图5示出磁共振成像设备1的备选实施例，其包括主磁体系统2和不动地(固定地)连接到主磁体系统2的横向凸缘15的有源屏蔽设备19、20。在每个横向凸缘15的区域中，第一有源屏蔽设备19被分配给主磁体系统2的上部，以及第二有源屏蔽设备20被分配给主磁体系统2的下部。有源屏蔽设备19、20的每个包括五个电线圈21，其中每个有源屏蔽设备19、20的所述电线圈21彼此串联连接。这产生螺旋线圈布置，该螺旋线圈布置带有用于每个有源屏蔽设备19和20的仅仅两个接线端22。这意味着相同的电流流过每个所述有源屏蔽设备19、20的五个电线圈21。由图5中的虚线示出线圈21的电连接。
在参考图2-5所述的实施例中，电线圈16/21被不动地(固定地)连接到主磁体系统2的横向凸缘15。应当注意，也有可能例如通过使用由粘性或粘弹性材料制成的电绝缘体将电线圈挠性地连接到主磁体系统。此外，有效屏蔽设备有可能根本不被连接到主磁体系统的横向凸缘，而是仅仅放置在横向凸缘的区域中。
如上所述，有源屏蔽设备13、14、19、20由电流驱动，以便减少主磁体系统2内部的磁场穿透并减少在主磁体系统2中引起的机械力。用于驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的有源电线圈16、21的电流具有与用于驱动梯度系统3的梯度线圈的电流相同的频谱。电路被串联或并联连接到梯度系统3，从而提供电流以驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电线圈16、21。
应当注意，通过用电流驱动有源屏蔽设备13、14、19、20可以实现两种效果。一方面，有可能最小化在主磁体系统2中引起的机械力。另一方面，有可能减少主磁体系统2内部的磁场穿透。应当注意，这两种效果彼此抵消。为此，必须以下述方式调整用于驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电流，即在机械力的最小化和磁场穿透的最小化之间实现良好折衷。为了实现该目的，用于驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电流和用于操作梯度系统3的梯度线圈的电流具有相同的频谱，然而，这两个电流由不同的幅度和相移来表征。通过采用幅度和/或相移，有可能在主磁体系统2的磁场穿透的最小化和在主磁体系统2中引起的机械力的最小化之间实现良好折衷。
根据本发明的第一目的，以这样一种方式驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电线圈16、21，即使得由于在主磁体系统壁中流动的涡流产生的磁感应力(磁压力)被抵消。磁感应力主要是主磁体系统2的涡流和静态磁场的结果。通过借助于所述电线圈16、21复制或模拟在主磁体系统2中流动的涡流来实现抵消主磁体系统2上的磁感应力。消除主磁体系统2上的磁压力的优点是显而易见的。第一，解决了在源处的声学噪声问题，这非常有效。第二，磁压力幅度和分布主要与频率无关。为此，电线圈16、21可以由电流驱动，该电流具有与用于驱动梯度系统3的梯度线圈的电流相同的频谱。根据本发明的第二目的，以这样一种方式驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电线圈16、21，即使得主磁体系统2中的磁场穿透被减少。所述磁场穿透的最小化防止所谓的氦汽化效应。
本发明可以具有的效果是，流过电线圈16、21的电流可能扰乱主磁体系统2的镗孔中的磁场。然而，该效果并不很严重，因为磁场畸变与梯度场同步。另外，电线圈16、21相对远离镗孔的等角点。
根据本发明的改进实施例，用于产生电流以驱动有源屏蔽设备13、14、19和20的电线圈16、21的电路包括误差校正单元。图6示出这样的误差校正单元的框图以说明所述单元的功能。
根据图6的框图的框23说明了导致主磁体系统2的振动y1的梯度系统3的转移函数P1。用梯度线圈电流Fd来驱动梯度系统3的梯度线圈。图6中所示的框24示出导致主磁体系统2的振动y2的有源屏蔽设备13、14、19、20的转移函数P2，其中振动y2以下述方式抵消振动y1，即使得在理想情况下振动y1和y2之间的差应当为零。然而，由于所述差将不为零的事实，所以误差校正单元用于最小化误差e。
误差e将导致主磁体系统2的振动。这些振动将由连接到主磁体系统2的传感器来离线测量。这些传感器可以是应变传感器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器等等，并且在执行测量之后将从MRI设备中除去所述传感器。为了最小化误差e，测量可以用于建立作为误差校正器的前馈滤波器，其由图6中的框25说明。
利用适当设计的前馈滤波器(误差校正器)，将以这样一种方式对电流Fd进行滤波，即使得误差振动e被减少。电流Fd将由C滤波，其中C＝-INV(P2)*P1。误差校正单元，即根据框25的前馈滤波器，以下述方式采用用于驱动有源屏蔽设备13、14、19、20的电线圈16、21的电流Fc，即比较梯度线圈电流Fd来修改幅度和/或相移。
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中产生稳定磁场的主磁体系统(2)；b)包括用于在所述测量空间中产生梯度磁场的梯度线圈的梯度系统(3)；以及c)分配给所述主磁体系统(2)的至少一个有源屏蔽设备(13，14；19，20)；其特征在于，所述或每个有源屏蔽设备由电流驱动，以便减少主磁体系统(2)内部的磁场穿透并减少在主磁体系统(2)中引起的机械力。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，梯度线圈由梯度线圈电流来驱动，用于驱动所述或每个有源屏蔽设备(13，14；19，20)的电流和梯度线圈电流具有相同的频谱。
3.根据权利要求2所述的磁共振成像设备，其特征在于，用于驱动所述或每个有源屏蔽设备的电流和梯度线圈电流由不同的幅度和相移来表征，所述幅度和所述相移被确定以减少主磁体系统内部的磁场穿透并减少在主磁体系统(2)中引起的机械力。
4.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个有源屏蔽设备包括至少一个电线圈(16；21)。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个电线圈(16；21)被不动地或挠性地连接到主磁体系统(2)，其中电绝缘体(18)被夹在所述或每个电线圈(16，21)和主磁体系统(2)之间。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个电线圈(16，21)被不动地或挠性地连接到主磁体系统(2)的横向凸缘(15)。
7.根据权利要求6所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个电线圈(16；21)另外被不动地或挠性地连接到镗孔(26)的区域中的主磁体系统(2)。
8.根据权利要求5所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个电线圈(16，21)被不动地或挠性地连接到主磁体系统(2)的镗孔(26)。
9.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，在主磁体系统(2)的每个横向凸缘(15)处放置了包括至少一个电线圈(16；21)的至少一个有源屏蔽设备(13，14；19，20)。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像设备，每个有源设备(19，20)包括建立螺旋线圈的串联连接的一组线圈(21)，其中所述螺旋线圈的所有线圈(21)由相同的电流来驱动。
11.根据权利要求9所述的磁共振成像设备，其特征在于，每个有源屏蔽设备(13，14)包括一组同心线圈(16)，其中每个所述同心线圈(16)由单独电流独立地驱动。
12.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述或每个有源屏蔽设备(13，14；19，20)由与梯度系统(3)串联或并联连接的电路产生的电流来驱动。
13.根据权利要求12所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述电路被设计为线性电路。
14.根据权利要求12所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述电路包括误差校正单元，其中误差校正单元采用用于驱动所述或每个有源屏蔽设备(13，14；19，20)的电流以便最小化主磁体系统(2)的振动。
15.根据权利要求14所述的磁共振成像设备，其特征在于，误差校正单元被设计为前馈滤波器(25)。
16.根据权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，在主磁体系统(2)的振动测量的基础上设计前馈滤波器(25)，其中离线执行这些振动测量。
17.根据权利要求14或15所述的磁共振成像设备，其特征在于，误差校正单元以下述方式采用用于驱动所述或每个有源屏蔽设备(13，14；19，20)的电流，即比较用于驱动梯度线圈的电流来修改幅度和/或相移。
全文摘要
本发明涉及一种磁共振成像(MRI)设备。MRI设备的基本部件是主磁体系统、梯度系统、RF系统和信号处理系统。根据本发明，磁共振成像设备包括被分配给主磁体系统(2)的至少一个有源屏蔽设备(19，20)，其中所述或每个有源屏蔽设备(19，20)由电流驱动，以便减少主磁体系统内部的磁场穿透并减少在主磁体系统中引起的机械力。
文档编号G01R33/421GK1934456SQ200580008464
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月16日
发明者N·B·鲁曾, A·托马, G·Z·安格利斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司