磁共振成像设备及其匀场方法与流程

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种磁共振成像设备及其匀场方法。

背景技术：

在传统的磁共振成像(mri)设备中，梯度线圈位于主磁场内。由于梯度线圈中通有交变电流，根据电磁学的左手定律，梯度线圈中的通电金属丝受洛伦兹力的作用。当电流急剧变化时，梯度线圈中的金属丝受力也相应变化，从而产生剧烈的震动，这就是梯度切换产生噪声的原因。在磁共振系统中，噪声主要有两种传播途径：通过空气传播和通过结构件传播。在空气传播途径中，与梯度线圈相邻的空气将产生振动，并将振动传播到邻近的部件，例如外壳。在通过结构件传播途径中，在梯度线圈中产生的振动通过与梯度线圈直接接触的固态结构件，传递到邻近的其它部件。上述固态结构件包括与梯度线圈接触的各种部件，例如磁体和固定在磁体上的体发射线圈、外壳等。

为解决磁共振系统的噪声问题，传统的磁共振系统有采用将振动源(梯度线圈)密封在真空环境中的技术方案。

但是，传统的磁共振系统，由于梯度线圈封闭在一个真空环境中，使得磁共振系统无法按照传统方式进行匀场。因此，只能是现场先使梯度线圈在非真空环境下完成匀场后，再进行抽真空操作。如此一来，磁共振系统在首次安装时需要在现场配备额外的抽真空设备，且即使配备了相应设备，安装工程师在现场也较难独立完成抽真空操作，此外还增加了设备维护的需求，每次匀场维护时都需要进行抽真空操作，浪费了人力物力。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的磁共振设备无法在真空状态下进行匀场的问题，提供一种能够在不破坏真空环境的情况下进行现场匀场的磁共振成像设备，同时还提供了一种磁共振成像设备的匀场方法。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种磁共振成像设备，包括主磁体和梯度线圈，以及真空外罩；主磁体设有沿主磁体轴向延伸的收容腔，梯度线圈安装于主磁体的收容腔中；

真空外罩用于罩设在梯度线圈外；真空外罩内设有用于放置匀场条的匀场管道，匀场管道的一端开口或者两端均开口，真空外罩对应开口设有避让口，以使匀场管道的内部与外界大气相通；真空外罩内除匀场管道的内部以外的空间能够被密封。

在其中一个实施例中，梯度线圈周向设置有多个平行于主磁体轴向的匀场孔，匀场管道设置在匀场孔内；

或者，匀场孔形成匀场管道的一部分。

在其中一个实施例中，匀场孔通过连接管道连通至真空外罩的外部，连接管道与匀场孔形成匀场管道。

在其中一个实施例中，连接管道为柔性连接管道。

在其中一个实施例中，梯度线圈的远离主磁体一侧的侧壁与相对的真空外罩之间具有第一间隙，匀场管道沿梯度线圈的周向间隔分布在第一间隙中。

在其中一个实施例中，梯度线圈的靠近主磁体一侧的侧壁与相对的真空外罩之间，或梯度线圈的靠近主磁体一侧的侧壁与主磁体之间具有第二间隙，匀场管道沿梯度线圈的周向间隔分布在第二间隙中。

在其中一个实施例中，磁共振成像设备还包括体线圈，体线圈位于梯度线圈远离主磁体的一侧；

体线圈的两端分别通过一个连接端盖与主磁体两端密封连接，体线圈与其两端的连接端盖形成真空外罩。

一种磁共振成像设备的匀场方法，磁共振成像设备为如上任一项的磁共振成像设备；匀场方法包括以下步骤：

将匀场条放置在匀场管道内，以进行匀场。

在其中一个实施例中，在将匀场条放置在匀场管道内，以进行匀场的步骤之前，还包括以下步骤：对真空外罩内部空间进行抽真空。

在其中一个实施例中，在将匀场条放置在匀场管道内，以进行匀场的步骤之后，还包括以下步骤：利用密封板封闭匀场管道的开口。

上述磁共振成像设备，梯度线圈完全封闭在真空外罩的真空环境中，解决了梯度振动产生的噪声传播的问题。同时，真空外罩内设置有用于放置匀场条的匀场管道，匀场管道的内部用于与外界大气相通，真空外罩内除匀场通道的内部以外的空间能够被密封。这样，在磁共振成像设备发客户前，可将真空外罩内除匀场管道的内部以外的空间抽成真空，保证梯度线圈处于真空环境。并且在磁共振成像设备发客户后，可直接通过匀场管道将匀场条放入磁共振成像设备的磁场中，以进行匀场而不破坏真空环境。从而本发明的磁共振成像设备能够实现在不破坏真空环境的前提下随时进行匀场操作，使磁共振成像设备使用更方便。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的磁共振成像设备垂直于主磁体轴向的剖视图；

图2为图1中的a-a剖视示意图一；

图3为图1中的a-a剖视示意图二；

图4为本发明另一实施例提供的磁共振成像设备垂直于主磁体轴向的剖视图；

图5为图4中的b-b剖视示意图一；

图6为图4中的b-b剖视示意图二；

图7为本发明又一实施例提供的磁共振成像设备垂直于主磁体轴向的剖视图；

图8为图7中的c-c剖视示意图一；

图9为图7中的c-c剖视示意图二；

图10为本发明一实施例提供的磁共振成像设备的真空罩的隔音筒部分的结构示意图；

图11为本发明一实施例提供的磁共振成像设备垂直于主磁体轴向的剖视图；

图12为本发明一实施例提供的磁共振成像设备的匀场方法的流程图；

图13为本发明实施例提供的磁共振成像设备的原理示意图。

其中：

001-磁共振成像设备；

100-主磁体；

110-收容腔；

105-成像区域；111-脉冲控制单元；112-梯度信号产生单元；

113、114、115-梯度放大器；116-射频脉冲产生单元；117-开关控制单元；

118-射频接收单元；121-图像重建单元；122-处理器；123-显示单元；

124-输入/输出设备；125-存储单元；126-通信端口；127-通信总线；

200-梯度线圈；

210-匀场孔；220-连接管道；

230-第一间隙；240-第二间隙；

300-真空外罩；

310-避让口；320-隔音筒；

321-法兰；330-端盖；

400-匀场管道；

500-体线圈；

600-成像对象；

700-扫描床；

800-局部线圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的磁共振成像设备及其匀场方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

磁共振系统利用超导磁体产生磁场，进而利用该磁场进行磁共振成像。所述超导磁体通常为环形筒状结构。由于距离超导磁体中心远近不同等原因，不同区域的磁场强度通常是不同的，因此，需要采取一定的措施，来对不同区域的磁场均匀性进行校正，以便获得成像质量更好的磁共振图像。

通常利用匀场条来对磁场的均匀性进行校正，具体实现包括：通过计算等方式确定为使得磁场在空间上分布均匀，匀场条应该安放的位置以及所用匀场条的数量，然后，将相应数量的匀场片或匀场条安放到相应的位置。

一般地，磁共振系统中的磁场包括由主磁体产生的主磁场，以及由梯度线圈产生的梯度磁场。当采用将梯度线圈密封在真空环境中以解决磁共振系统的噪声问题时，如何在不破坏真空环境的情况下将匀场条安放在磁场中的预设位置，是本发明所主要解决的技术问题。

如图1所示，本发明一实施例提供的磁共振成像设备001，包括主磁体100和梯度线圈200，以及真空外罩300。环形筒状结构的主磁体100内侧部分形成沿主磁体100轴向延伸的收容腔110。梯度线圈200安装于主磁体100的收容腔110中。其中，主磁体100可以为超导型磁体，其包括线圈架(未图示)，绕制于线圈架上的若干超导线圈，以及包围在外面的壳体(未图示)。主磁体100大致呈圆筒状，其中心区域设有沿轴向延伸的收容腔110。

梯度线圈200包括三组子梯度线圈组，其分别记为gx梯度线圈、gy梯度线圈和gz梯度线圈。上述三组子梯度线圈组各自产生的梯度方向在空间中相互正交，通常与空间坐标系中垂直于磁共振设备扫描床头脚方向的水平方向、铅垂方向和扫描床头脚方向一致，也与脉冲序列中三个逻辑轴的梯度方向一致。可以理解，三组子梯度线圈可以单独运行，也可任意两组线圈同时运行，也可三组线圈同时运行，即按需求合成任意方向的梯度磁场。可以理解，梯度线圈200的三组子梯度线圈被用树脂材料或其他绝缘材料注塑成型后成为一个整体式结构，其大致呈圆筒状，从而适于安装于主磁体100的收容腔110中。梯度线圈200的外周壁可以由绝缘材料形成，并且密闭、不透气。梯度线圈200的内侧具有轴向延伸的孔，可定义出用于供扫描床移动的患者通道。

请一并参见图1和图2，真空外罩300用于罩设在梯度线圈200外，即能够将梯度线圈200密封于真空外罩300所限定的真空环境中，以防止梯度切换产生的噪声向外传播。真空外罩300内设有用于放置匀场条的匀场管道400。匀场管道400的延伸方向可以是沿平行于主磁体100的轴向的方向。匀场管道400的一端开口或者两端均开口，真空外罩300对应匀场管道400的开口设有避让口310，以使匀场管道400的内部与外界大气相通。真空外罩300内除匀场管道400的内部以外的空间能够被密封。

其中，真空外罩300可以是单独将梯度线圈200密封起来，真空外罩300内部空间能够被抽成真空，真空外罩300将梯度线圈200密封之后，真空外罩300与主磁体100连接。或者真空外罩300罩在主磁体100和梯度线圈200外，主磁体100和梯度线圈200位于真空外罩300的密封空间内。

这样，在磁共振成像设备001发客户前，可将真空外罩300内除匀场管道400的内部以外的空间抽成真空，保证梯度线圈200处于真空环境。并且在磁共振成像设备001发客户后，直接通过匀场管道400将匀场条放入磁共振成像设备001的磁场中，以进行匀场。由于真空外罩300除匀场管道400的内部以外的空间被封闭，客户在进行匀场时，不会破坏真空外罩300内的真空环境。需要说明的是，匀场管道400采用绝缘材料制成，以防止匀场管道400本身对磁场产生影响。

根据实际需要，匀场条被安放在磁场中的预设位置，例如匀场条可安放于梯度线圈200本体上。具体地，梯度线圈200可以由梯度主线圈和梯度次级线圈构成，匀场条可以安放于梯度主线圈和梯度次级线圈之间。或者匀场条可安放于梯度线圈200与主磁体100之间，又或者匀场条安放于梯度线圈200远离主磁体100一侧的间隙内(例如梯度线圈200与体线圈之间的间隙，或者体线圈与患者通道之间的间隙，只要保证处于真空外罩300之内即可)。而因为梯度线圈200被密封在真空外罩300所限定的真空环境中，以及主磁体100也位于该真空环境内，因此，用于放置匀场条的匀场管道400在真空外罩300内的位置也可以有多种变化。

请一并参见图2和图3，作为一种可实施的方式，梯度线圈200周向设置有多个平行于主磁体100轴向的匀场孔210。匀场管道400设置在匀场孔210内。这样，可将匀场条安放于梯度线圈200本体上，待安放好匀场条后，再利用密封板密封匀场管道400的开口(可以是真空外罩300的避让口310)。

或者，匀场孔210也可以形成匀场管道400的一部分。可选择地，匀场孔210通过连接管道220连通至真空外罩300的外部，连接管道220与匀场孔210形成用于放置匀场条的匀场管道400。

其中，连接管道220为柔性连接管道，即非刚性的管道，例如波纹管等，实现将梯度线圈200与真空外罩300软连接以达到减小梯度线圈200振动传递到真空外罩300的目的。制作时，可在生产梯度线圈200的时候，将波纹管灌胶固定在梯度线圈200上与匀场孔210对应的位置，使波纹管与梯度线圈200形成一个整体，则波纹管的内部与匀场孔210形成用于放置匀场条的匀场管道400。需要注意的是，一般波纹管为金属材料，其嵌入梯度线圈200的深度不宜过长，防止产生涡流。

其中，图2与图3分别示出了匀场管道400为两端均开口和匀场管道400的一端开口的情况。可选择地，通过将两端均开口的匀场管道400的其中一端开口，利用硅胶、树脂等进行密封，即可形成一端开口的匀场管道400。

本实施例中，适于将匀场条安放于梯度线圈200的本体上，且通过柔性的连接管道220连接梯度线圈200和真空外罩300，一方面使梯度线圈200得到良好支撑，另一方面避免梯度线圈200的振动传递到真空外罩300。

参见图4至图6，作为一种可实施的方式，梯度线圈200的远离主磁体100一侧的侧壁与相对的真空外罩300之间具有第一间隙230。匀场管道400沿梯度线圈200的周向间隔分布在第一间隙230中。

可以理解，梯度线圈200的远离主磁体100一侧的侧壁，是指梯度线圈200的内周壁。其中，图5与图6分别示出了匀场管道400为两端均开口和匀场管道400的一端开口的情况。本实施例中，适于将匀场条安放于梯度线圈200的内周壁侧的间隙内，从而使得匀场条的安放方式更加灵活多样。

参见图7至图9，作为一种可实施的方式，梯度线圈200的靠近主磁体100一侧的侧壁与相对的真空外罩300之间，或梯度线圈200的靠近主磁体100一侧的侧壁与主磁体100之间具有第二间隙240。匀场管道400沿梯度线圈200的周向间隔分布在第二间隙240中。

可以理解，梯度线圈200的靠近主磁体100一侧的侧壁，是指梯度线圈200的外周壁。当真空外罩300作为一个能够单独被密封的空间将梯度线圈200密封时，梯度线圈200的外周壁与该侧壁相对的真空外罩300之间具有上述第二间隙240，匀场条可安放在该间隙中。

当真空外罩300罩设在主磁体100和梯度线圈200外，主磁体100和梯度线圈200位于真空外罩300的密封空间内时，梯度线圈200的外周壁与主磁体100之间形成上述第二间隙240，而匀场条可以安放在该间隙中。其中，图8与图9分别示出了匀场管道400为两端均开口和匀场管道400的一端开口的情况。本实施例中，适于将匀场条安放于梯度线圈200的外周壁侧的间隙内，从而使得匀场条的安放方式更加灵活多样。

可选择地，真空外罩300可直接与主磁体100密封连接，梯度线圈200位于真空外罩300与主磁体100之间。真空外罩300直接与主磁体100密封连接，则无需利用额外的连接部件连接真空外罩300和主磁体100。

另外，需要说明的是，真空外罩300位于磁场中的部分为绝缘材料，以避免梯度磁场切换时真空外罩300产生涡流。

参见图2和图10，作为一种可实施的方式，真空外罩300包括非金属的隔音筒320，以及连接隔音筒320和主磁体100的端盖330。隔音筒320位于梯度线圈200远离主磁体100的一侧。隔音筒320的两端分别与一个端盖330密封连接。每个端盖330均与主磁体100密封连接。

隔音筒320可采用玻璃钢、亚克力、abs等非金属绝缘材料，而端盖330可采用不锈钢等金属材料，以便于与主磁体100连接。例如，端盖330可与主磁体100采用焊接或者铆接的方式形成连接。

而非金属的隔音筒320与端盖330的连接方式，可采用多种形式。可选择地，隔音筒320的两端端面上均固定嵌入有一个法兰321。隔音筒320通过法兰321与端盖330密封连接。其中，法兰321可采用金属材质。隔音筒320通过法兰321与端盖330密封连接，例如法兰321与端盖330可采用焊接或者铆接的方式，有效保证连接的可靠性。且通过法兰321嵌入隔音筒320端面的方式，有效地保证了密封性。

参见图11，作为一种可实施的方式，磁共振成像设备001还包括体线圈500。体线圈500位于梯度线圈200远离主磁体100的一侧。体线圈500的两端分别通过一个连接端盖与主磁体100两端密封连接。体线圈500与其两端的连接端盖形成真空外罩300。其中，连接端盖可采用金属材质制成，例如不锈钢等。

在本实施例中，真空外罩300由体线圈500和其两端的连接端盖共同形成，以将梯度线圈200密封在真空环境中。则前述匀场管道400不仅可设置在梯度线圈200本体上，还可设置在梯度线圈200与主磁体100之间，或者设置在梯度线圈200和体线圈500之间。

当然，在其他实施例中，匀场条除了安放在上述各个位置，其还有可能被安放在体线圈500远离梯度线圈200一侧的侧壁上。这样，匀场条可安放的位置更加灵活多样，且当匀场条安放于真空外罩300的真空环境中时，通过上述各实施方式，匀场条的安放不会破坏真空环境。

参见图12，本发明一实施例还提供了一种磁共振成像设备的匀场方法，该磁共振成像设备为上述任一实施例所述的磁共振成像设备001。该匀场方法包括：

s200：将匀场条放置在匀场管道400内，以进行匀场。

在步骤s200之前，还可包括步骤s100：对真空外罩300内部空间进行抽真空。

其中，需要说明的是，该被抽真空的内部空间，是除了匀场管道400的内部之外的真空外罩300的内部空间，而梯度线圈200处于该被抽真空的密封真空环境内。

进一步地，在步骤s200之后，还可包括步骤s300：利用密封板封闭匀场管道400的开口。在放入匀场条进行匀场之后，利用密封板封闭匀场管道400的开口，以防止匀场条从匀场管道400中脱出。

这样，本发明实施例的磁共振成像设备001的匀场，可以在不破坏真空环境的情况下随时随地进行，使磁共振成像设备001的使用和维护更加方便。

本发明实施例提供的磁共振设备001应用时，如图13所示，磁共振成像设备001通常还包括磁共振机架。磁共振机架内有主磁体100。主磁体100可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场。可以理解，在一些情况下主磁体100也可以采用永磁体。主磁体100可以用来产生0.2特斯拉、0.5特斯拉、1.0特斯拉、1.5特斯拉、3.0特斯拉或者更高的主磁场强度。在磁共振成像时，成像对象600会由扫描床700进行承载，随着床板的移动，将成像对象600移入主磁场磁场分布较为均匀的成像区域105内。通常对于磁共振成像设备001，如图13所示，空间坐标系(即设备的坐标系)的z方向设置为与机架的轴向相同，通常将患者的身长方向与z方向保持一致进行成像，磁共振设备的水平平面设置为xz平面，x方向与z方向垂直，y方向与x和z方向均垂直。

在磁共振成像时，脉冲控制单元111控制射频脉冲产生单元116产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元117，最终由体线圈500或者局部线圈800发出，对成像对象600进行射频激发。成像对象600根据射频激发，会由共振产生相应的射频信号。在接收成像对象600根据激发产生的射频信号时，可以是由体线圈500或者局部线圈800进行接收，射频接收链路可以有很多条，射频信号发送到射频接收单元118后，进一步发送到图像重建单元121进行图像重建，形成磁共振图像。

磁共振成像设备001还包括梯度线圈200。梯度线圈200可以用来在磁共振成像时对射频信号进行空间编码。脉冲控制单元111控制梯度信号产生单元112产生梯度信号。梯度信号通常会分为三个相互正交方向的信号：x方向、y方向和z方向，不同方向的梯度信号经过梯度放大器(113、114、115)放大后，由梯度线圈200发出，在成像区域105内产生梯度磁场。

脉冲控制单元111、图像重建单元121与处理器122、显示单元123、输入/输出设备124、存储单元125、通信端口126之间可以通过通信总线127进行数据传输，从而实现对磁共振成像过程的控制。其中，处理器122可以由一个或多个处理器组成。显示单元123可以是提供给用户用来显示图像的显示器。输入/输出设备124可以是键盘、鼠标、控制盒等相关设备，支持输入/输出相应数据流。存储单元125可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘等，存储单元125可以用来存储需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器所执行的可能的程序指令。通信端口126可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。