调整磁体产生的磁场的设备和方法

专利名称：调整磁体产生的磁场的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于改进由在磁共振成像(MRI)系统中所利用的磁体装置产生的磁场的均匀性的设备和改进由在磁共振成像(MRI)系统中所利用的磁体装置产生的磁场的均匀性的方法，并且虽然不是专有地，本发明仍特别是涉及用于开放式磁体MRI系统的这种设备和方法。本发明也包括提供被并入这种设备中和在这种方法中所利用的垫片。
背景技术：
众所周知的是，为了在MRI系统的视场(FOV)上实现所采用的强大磁场需要的高度场均匀性，需要采用校正措施，因为如由磁体所产生的场趋于在不可接受的程度上不均匀。
常见和有效的校正措施包括测量场特性，以显示该场的空间均匀性的程度；在规定的程度上校正不均匀性所必需的场畸变的计算；以及在相对于磁体结构和MRI系统的FOV的便利位置处，提供具有不同的铁磁特性的单片铁磁材料(诸如钢板或铁皮)的分布阵列，以便提供所需的场畸变。这些成片的铁磁材料被称为“垫片”，并且这些成片的铁磁材料的不同的铁磁特性可以例如由使用厚度变化的垫片引起。在任何情况下，选择具有用于实现期望的空间场畸变的适当的铁磁特性的垫片，并将这种垫片放置，以便在某种意义上使所产生的磁场变形，从而改进跨越FOV的磁场的均匀性；校正过程作为整体被称为“调整”。
通常在实践中，如上面所述地那样(并且根据期望的校正过程)选择的垫片被放置在盘中的相应凹处内，该盘被称为“垫片盘”，该盘滑入接收槽，直至如所期望的那样被定位，并且在相应接收槽中通常配置若干个盘，以便围绕FOR。例如在WO 2005/114242 A2中公开了这种装置，该专利申请引起读者的注意，并且在此将该专利申请的公开内容并入作为参考。
调整过程遇到的通常的困难是确保将具有合适的铁磁特性的垫片装载到垫片盘中的合适的凹处位置中，并且本发明的一个目标是减小或消除这种困难。
然而，本发明的主要目标是解决在开放式磁体MRI系统中是特别有问题的困难，该开放式磁体MRI系统与在前面提到的国际专利申请中所描述的种类的MRI系统中所利用的闭合的、螺线管磁体系统相反。在这方面中，闭合磁体系统为垫片盘提供相对直接的接入接收槽，因为可以方便地布置接收槽，并且使这些接收槽出现在MRI系统的前部或后部。在图1中示意性地示出这种系统，其中超导磁体和低温恒温器组件1围绕一组梯度线圈2，并且在3处示出垫片盘的位置。
然而，在利用开放式磁体结构的MRI系统中实现这种调整过程中出现特定的困难，其中所使用的磁体是非螺线管形的并且具有基本上平坦的极片。图2、3和4以横截面图并且以总平面图示出了各种开放式磁体系统。特别地，图2示意性示出利用“C”磁体的系统11，该系统具有电阻性线圈装置12作为场发生器；在3a处示出垫片盘位置。
图3示出了一种系统，其中通过永磁材料的圆盘13产生场，如在3b处示出的那样布置垫片盘，而图4示出了一种系统，其中通过诸如被支撑在适当的线圈架上的14的超导线圈产生磁场；在3c处示出垫片盘位置。
所有这些开放式磁体系统利用所谓的“玫瑰环(Rose Ring)”15，或者用以控制磁体系统的外围处的场均匀性的可替换特征，环或特征禁止(或至少提供困难和消耗时间)径向接入垫片盘3a、3b或3c。
在系统的梯度线圈与相应的极面之间通常定位垫片盘3a、3b、3c，所以开放式磁体MRI系统中的调整过程需要去除梯度线圈组；该梯度线圈组的显著重量产生处理困难，并且此外需要采取额外措施来确保能实现梯度线圈的准确和可重复重新定位。
在图5中示出穿过典型的平面梯度线圈组的横截面。梯度线圈由所谓的初级线圈组51组成，该初级线圈组51包括一个X方向梯度线圈组、一个Y方向梯度线圈和一个Z方向梯度线圈组。这个初级梯度线圈组的杂散场将与极面或低温恒温器中的传导表面交互作用。为了限制这些场，可以针对X方向、Y方向或Z方向中的一些方向或所有方向包括所谓的次级梯度线圈组52，该次级梯度线圈组52包括针对具有最混乱的(perturbing)初级梯度线圈的梯度线圈的至少次级线圈组。优选地，为了限制相对运动和便于装配，初级和次级梯度线圈组51、52被浸渍和密封在树脂密封剂53内。
在初级与次级梯度线圈之间需要某个空间54，以便使被屏蔽的梯度线圈在可接受的功率电平处工作，因为除非提供足够的空间，线圈开始以高耗散为代价而相互竞争功率。在线圈浸渍过程期间，这个空间通常充满固态密封剂的区域。
在被密封的梯度线圈的FOV侧上通常设置垫片组55，其中在垫片组的FOV侧上放置相对应的RF线圈56。在FOV的方向上，在玫瑰环15之外通常放置垫片组和RF线圈，以允许接入垫片组。虽然在功能上优选地在初级与次级梯度线圈组之间的空间54内定位垫片组，但是这通常不能完成，因为为了进行调整而接入垫片组会要求机械移动玫瑰环和至少初级梯度线圈。

发明内容
因此，本发明的目标是提供解决了上述困难的用于调整开放式磁体磁共振成像(MRI)系统的设备和方法，并且另一目标是提供用于该设备和方法中的垫片，以及利用这种垫片的MRI系统。
根据本发明，一方面提供用于调整由MRI系统的磁体装置所产生的磁场的设备，该设备包括截面尺寸基本上类似的多个垫片装置；一些至少所述垫片装置展示不同的铁磁特性，被确定截面尺寸的细长的、管状通道，以便以预定顺序连续接收所述垫片装置，从而相对于所述磁场提供所述铁磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述预定顺序连续容纳所述垫片装置的长度。该设备进一步包括用于以所述预定顺序连续地将所述垫片装置插入所述接收通道的装置，所述装置包括在压力下朝向入口将流体(或者气体或者液体)引导到所述接收通道的推动装置；以及用于以所述预定顺序在所述入口处连续呈现所述垫片装置的装置，从而所述流体压力连续将所述垫片装置用力推入所述通道。
在特别优选的设备中，提供用于在所述入口处以所述预定顺序自动呈现所述垫片装置的装置。
磁共振成像(MRI)系统有利地可以是开放式磁体磁共振成像(MRI)系统。
管状接收通道可以被确定截面尺寸，以便接收任何预定形状的垫片装置，诸如接收球形、圆柱形、矩形、三角形或六边形的垫片装置。
优选地，垫片装置包括所选尺寸的相应铁磁芯部分，每个部分单独被密封在非磁性和非导电性外壳中。这样，各个垫片装置一旦被连续地装载到接收通道中，就能在那里通过相邻外壳之间的接触可靠地被保持在适当的位置。如果期望，则可以使用稍微较大尺寸的端部垫片装置，以便紧密封闭接收通道的端部。可替换地，能利用适当形状的闭合，优选地利用并入的弹性垫(或者其他适当的弹性装置)，以便将端压施加到所装配的垫片装置。
由于如被密封的各个垫片装置趋于困难地关于其铁磁特性而彼此区别，所以优选的是，这些装置关于被并入其中的铁磁材料的尺寸和/或其他铁磁特性而承担视觉指示。例如通过彩色编码(例如可使用与被用来指示电阻器的值的类似种类的有色环)、通过数值和/或字母指示符、通过表面处理、通过条形编码或以任何其他方便的方式，可以提供这种视觉指示。如果期望，则可以使用这些指示的组合。
如果期望，则可以在单个接收通道中利用形成不同形状的垫片装置的混合物；例如球形装置可以与类似半径的圆柱形装置混合，并且圆柱形装置可以具有常见长度或长度的阵列。这种成形可被用作识别系统的部分或全部，以帮助区分不同铁磁特性的垫片装置。
接收通道可被设置为独立的实体，在安装到MRI磁体系统之前或之后，可以将垫片装置装载到这些实体中。可替换地，通道可以包括在磁体系统或其密封剂内被模压或以其他方式产生的通路，并将垫片装置装载到这些通路中。
不管接收通道是独立的实体还是在原处被形成，这些接收通道可以是直的，或者这些接收通道可以在一个或多个平面中弯曲，以便提供延伸的包围。
垫片装置被布置得更靠近FOV，垫片盘的有效性快速增加。对于诸如在图4中所示出的那些磁体，这是特别重要的，这些磁体趋于利用高有心力场，该高有心力场通常超过0.6T。在这种情况下，期望使垫片盘尽可能靠近FOV。然而，在当前的结构中，梯度线圈占据距FOV最近的空间，因为应尽可能远离传导表面(诸如极尖)地定位梯度线圈。


为了清楚地理解本发明，并且容易实现本发明，参照附图，仅举例说明，现在描述本发明的一个实施例，其中图1示意性地示出其中超导磁体和低温恒温器组件1围绕一组梯度线圈2的系统；图2示意性示出利用“C”磁体的系统11；图3示出了一种系统，其中通过永磁材料的圆盘13产生场；图4示出了一种系统，其中通过诸如被支撑在适当的线圈架上的14的超导线圈产生磁场；图5示出了典型的梯度线圈布局并且图解说明了在此针对本发明的垫片装置的接收通道的位置；图6A和6B示出了根据本发明的实施例的接收通道的装置和用于形成该接收通道的方法；图7以部分剖视图示出了用于根据本发明的一个实施例的设备中的垫片装置的一个例子；图8示出了用于根据本发明的实施例的设备中的垫片装置的另一个例子；图9示出了用于根据本发明的另一实施例的设备中的垫片装置的又一例子；以及图10示出了梯度线圈布局，并且图解说明了在此针对本发明的垫片装置的接收通道的位置，以及用于将垫片装置引入接收通道的垫片提供装置的装置。
具体实施例方式
下面将在开放式磁体磁共振成像(MRI)系统的环境中描述本发明，并且可以理解的是，这种系统中的梯度线圈组件在形状上通常是平面的。在图5中示出穿过典型的平面梯度线圈组的横截面。
如较早讨论的那样，梯度线圈由所谓的初级线圈组51组成，该初级线圈组51包括一个X方向梯度线圈组、一个Y方向梯度线圈组和一个Z方向梯度线圈组。该初级梯度线圈组的杂散场将与极面或低温恒温器中的传导表面进行交互作用。为了限制这些场，可以针对X方向、Y方向或Z方向中的一些方向或所有方向包括所谓的次级梯度线圈组52，该次级梯度线圈组52包括针对具有最混乱的初级梯度线圈的梯度线圈的至少次级线圈组。优选地，为了限制相对运动和便于装配，初级和次级梯度线圈组51、52被浸渍和密封在树脂密封剂53内。
在初级与次级梯度线圈之间需要某个空间54，以使被屏蔽的梯度线圈在可接受的功率电平处工作，因为除非提供充分的空间，否则线圈开始以高耗散为代价而相互竞争功率。在线圈浸渍过程期间，该空间通常充满固态密封剂的区域。
在本发明的优选实施例中，为了将调整装置插入初级梯度线圈与次级梯度线圈之间的空间54中而设置通道。优选地，在磁体组件的结构内形成调整装置的接收通道。该接收通道具有稍微大于要被插入到其中的垫片装置的直径的截面直径，如下所述。
在图6A和6B中示出的例子实施例中，在填满空间54的密封剂53内可以形成针对垫片装置的接收通道61。如图6A中所示，可以S形曲线形状在梯度线圈的区域周围分段重复地布置这种接收通道61。接收通道的多种可替换结构当然是可能的，诸如螺旋结构、直径向结构或直的或弯曲的、平行的接收通道装置。
如图6B中所示，在形成适当形状的模具中，通过独立密封初级梯度线圈和次级梯度线圈可以方便地形成接收通道。独立的密封线圈然后可被结合在一起，以便限定接收通道。可替换地，当线圈被浸渍和密封时，诸如石蜡的形成适当形状的成片的牺牲不稳定的材料(sacrificial fugitive material)可被包括在空间54内。当完成密封时，将合成结构加热到不稳定材料的熔点之上，该不稳定材料排出，以便留下期望结构的接收通道。
对于合适结构的接收通道，能通过机压过程在密封剂的实体块中产生这些接收通道。
然而在例如其中不能产生具有足够精度的通道的环境中，垫片装置可被预先装载到非铁磁材料的细长的、管状封套中，并且整个组件被推进磁体系统中的地方。
至于垫片装置自身的特性，第一和优选实施例提供铁磁球形式的垫片装置20，诸如如图7中所示的涂覆有绝缘体22的滚珠轴承21，该图7示出具有出于说明目的而部分去除地被示出的绝缘体22的球形的绝缘垫片装置。根据本发明的一方面，诸如20的垫片被插入一个或多个细长的、管状的、接收通道，该接收通道优选地位于初级与次级线圈组之间，如上所述。
管状接收通道具有稍微大于诸如20的绝缘垫片装置的直径的截面直径。接收通道的入口具有等于或大于通道的通常截面直径的直径。通道的另一端可以是‘盲的(blind)’(也就是完全被封闭)，或者该另一端可以配备有对周围空气的开口；通道的开口具有小于诸如20的垫片装置的直径的直径。通道也可以是直通通道，该通道开放来在两端接收调整装置。这种装置可以特别适用于被形成为平行的直通道的接收通道。
垫片接收通道的入口可以穿过玫瑰环和/或与垫片接收通道的主体成90度。这允许通道入口被放置在其中没有导体的位置处的梯度线圈的面中。
根据MRI磁体系统的整体结构，一个或多个接收通道具有一个或多个弯曲，从而使得该接收通道在一个或多个平面中弯曲。此外，任何给出的垫片体积可以并入一个或多个垫片接收通道。
图10图解说明了本发明的实施例中的接收通道61的可能装置。如果通过本发明设置垫片，则这种装置的优点是可以被布置在玫瑰环内的两个梯度线圈之间的平面中，而不需要机械去除任何设备。垫片装置可如需要的那样简单地被驱动到通道中，以便逐渐静止在相应需要的位置处。在将垫片装置20引入接收通道61的过程中，在65处示意性地示出垫片装置提供装置。
诸如20的垫片装置可以展示一系列不同的铁磁特性(例如强度)，这尤其是取决于内部铁磁球21的直径和/或材料。铁磁球的直径可以是零，在这种情况下，垫片装置构成纯绝缘体，从而在自身中不提供调整效应，而是能将其他垫片装置正确定位在接收通道内。
根据上述内容应理解，调整过程由以下步骤组成1)场映射步骤；2)其中计算垫片材料的所要求的分布的过程；以及3)在通过前两个步骤确定的预定分布中插入垫片材料。在一些情况下，上面的步骤1)、2)和3)需要被重复一次或多次，以便迭代地逼近满足所有要求的均匀性校正设置。
在优选实施例中，通过连续地将诸如20的球状垫片装置推入接收通道，并且以预定的顺序，借助压力下的压缩空气或一些其他适当的流体，垫片装置可被插入接收通道。在这种装置中，以与上面概括的过程的步骤2)中所计算的材料的所要求的分布一致的预先选择的顺序，在通道的入口处连续地呈现球状装置20，并且利用压缩空气源的喷嘴来将装置20吹入通道中。每个球状装置20将移动，直至该球状装置20到达通道的末端，或直至该球状装置20击中所插入的前一垫片装置。这(和垫片接收通道的边界)准确地限制了垫片布局的位置。
在另一实施例中，通过在保持管中以正确的、预定的顺序布置诸如20的球状垫片装置的阵列能加速装载过程。在垫片接收通道的入口处放置该保持管的一个开口，并将压缩空气(或其他流体)或机械压力施加到保持管的另一端，以致将球状垫片装置20的整个序列从保持管转移到垫片接收通道中。
在另一实施例中，借助由多个料斗组成的设备来实施将垫片装置装载到垫片接收通道中，每个料斗充满具有相应常见铁电特性、计算机控制的开关和压缩空气源的球状垫片装置。当被激励时，该设备以正确的顺序将适当铁电特性的球状垫片装置释放到垫片接收通道中。基于实测原图的结果，通过计算机计算装载的顺序。这具有重要的优点不需要手动处理垫片，因此避免了对开放式磁体和封闭式磁体的磁共振成像(MRI)系统通用的当前垫片装载程序中的常见误差源。
以健康和安全规定为依据，当然能取代压缩空气而使用任何其他压缩气体，以将垫片装置推进垫片接收通道中。可替换地，倘若能够建立适当的流体流动电路，则例如通过将距离插入点最远的垫片接收通道的端部耦合到较低压的贮液器可以使用某些液体。
在另一实施例中，诸如在图8中的23处示出的垫片装置能由被圆柱形绝缘体25包围的圆柱形铁磁调整芯24组成或包括被圆柱形绝缘体25包围的圆柱形铁磁调整芯24。如果管状、垫片接收通道的截面是圆形的，具有稍微大于圆柱形垫片23的外部直径的内部直径，则这种垫片能仅被插入相对直的通道，而没有明显的弯曲。
垫片接收通道可被给出矩形截面，在这种情况下，90度的弯曲是可能的。可以轴向地呈现这些垫片，一个圆形端部首先进入圆形截面的接收通道。可替换地。可以径向地呈现这些垫片，以便沿着矩形截面的接收通道滚动。
这些垫片能可替换地或另外具有如在图9中的26处示出的棱柱形状。
可以理解，铁磁调整芯的形状不需要对应于整个垫片装置的形状。因此，球状芯可例如被密封到圆柱形外壳内，或反之亦然。此外，在展示一系列铁电特性的垫片装置中，可以是仅包括铁磁芯的至少一个装置，也就是不具有密封外壳的至少一个装置。
在通过本发明所展示的优点中有对于其中限制接入的垫片材料的插入的能力；以及与完全自动调整过程的兼容性。本发明进一步允许使用初级平面梯度线圈51与次级平面梯度线圈52之间的空间54，因此实现比现有技术的情况更接近FOV地来定位的垫片。本发明另外允许能在以非平面方式弯曲的通道中进行调整。
权利要求
1.用于调整由磁共振成像(MRI)系统的磁体装置所产生的磁场的设备，该设备包括截面尺寸基本上类似的多个垫片装置(20)；一些至少所述垫片装置展示不同的铁磁特性，细长的、管状通道(61)被确定截面尺寸，以便以预定顺序连续接收所述垫片装置，从而提供相对于所述磁场的所述铁磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述预定顺序连续容纳所述垫片装置的长度，其中，该设备进一步包括用于以所述预定顺序将所述垫片装置连续插入所述接收通道的装置，所述装置包括在压力下朝向入口将流体引导到所述接收通道的推动装置，以及该设备进一步包括用于以所述预定顺序在所述入口处连续呈现所述垫片装置的装置，从而使所述流体压力将所述垫片装置连续推入所述通道。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于在所述入口处以所述预定顺序自动呈现所述垫片装置的装置。
3.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁共振成像(MRI)系统包括开放式磁体磁共振成像(MRI)系统。
4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，至少一个所述垫片装置包括所选尺寸的相应铁磁芯部分(21)，所述铁磁芯部分(21)单独地被密封在非磁性和非导电性外壳(22)中。
5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述序列的最后垫片装置具有比所述装置中的其他装置的尺寸大的尺寸并被配置来封闭所述接收通道的端部。
6.根据权利要求1至5中的任何一个所述的设备，进一步包括针对所述通道的封闭装置；所述封闭装置能够将弹性端压施加到所装配的垫片装置。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述垫片装置承担表示被并入其中的铁磁材料的至少一个铁磁特性的视觉指示。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述视觉指示包括从包括彩色编码、数值和/或字母指示符、表面处理和条形编码的组中所选择的一个或多个指示。
9.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，多个不同形状的垫片装置被插入公共接收通道中。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，至少一个接收通道包括在所述MRI磁体系统的磁体装置内被模压或以其他方式产生的通路。
11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，至少一个接收通道被构造为一体，与MRI磁体系统分离，或者在安装到所述MRI磁体系统的磁体装置之前或之后，所述垫片装置被装载到该通道中。
12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，至少一个接收通道被配置来在一个或多个平面中弯曲。
13.用于调整由磁共振成像(MRI)系统的磁体装置所产生的磁场的设备，所述设备基本上如在此参考附图中的图5至10所述的那样或如由此在附图中的图5至10中所示的那样。
14.调整由磁共振成像(MRI)系统的磁体装置所产生的磁场的方法，所述方法包括-提供截面尺寸基本上类似的多个垫片装置(20)；一些至少所述垫片装置展示不同的铁磁特性，-提供被确定截面尺寸的细长的、管状通道(61)，以便连续接收所述垫片装置；以及-以预定顺序将所述垫片装置连续地插入所述通道，以便相对于所述磁场提供所述铁磁特性的所要求的分布，其中，通过以下其他步骤实现将所述垫片装置连续插入所述接收通道中的所述步骤-在压力下朝向入口将流体引导到所述接收通道，以及-以所述预定顺序在所述入口处连续呈现所述垫片装置，以便在所述被加压流体的影响下推进所述通道中。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在所述入口处以所述预定顺序自动呈现所述垫片装置的步骤。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，进一步包括在所述磁共振成像(MRI)系统的所述磁体装置中形成所述接收通道的步骤。
17.并入根据权利要求1至13中的任何一个所述的设备的MRI系统。
18.MRI系统，通过根据权利要求14和15中的任何一个所述的方法来调整所述MRI系统的磁场。
全文摘要
用于调整由磁共振成像(MRI)系统的磁体装置所产生的磁场的设备，该设备包括截面尺寸基本上类似的多个垫片装置；一些至少所述垫片装置展示不同的铁磁特性，细长的、管状通道被确定截面尺寸，以便以预定顺序连续接收所述垫片装置，从而相对于所述磁场提供所述铁磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述预定顺序连续容纳所述垫片装置的长度。
文档编号G01R33/28GK101063711SQ20071008818
公开日2007年10月31日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年3月21日
发明者S·P·费尔塔姆, M·霍布斯, M·J·M·K·克瑞普 申请人:西门子磁体技术有限公司