涡电流场补偿装置以及磁共振成像装置的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种磁共振成像装置以及对梯度线圈所引入的涡电流场进行抵消或补偿的装置。


背景技术：

2.磁共振成像(magnetic resonance imaging,mri)是一种在一定磁场条件下利用天线将射频脉冲信号对对象进行照射，并基于从该物体接收经调制的射频信号成像的医学影像技术。可以利用磁共振成像技术对该对象内部结构、物质组成、生理过程等进行研究。具有拉莫频率(larmor frequency)的射频脉冲使被照射物体中自旋核子，如氢核(即 h+)发生具有偏角的进动，激励后产生磁共振射频信号，并通过接收线圈/天线进行接收，经计算机处理而成像。通过该方法所绘制的物体内部的图像可以反映构成对象的自旋核子空间分布、种类等信息。
3.借助梯度磁场对这些施加于物体进行照射的射频脉冲信号进行位置编码，位置编码允许接收到的信号能够与体积元素相关联。然后，对接收到的信号进行分析，并且提供检查对象的立体成像。
4.在医用磁共振成像领域中，对梯度线圈生成的梯度磁场的快速切换是信号定位的必要的。然而，用于在视野区域(fov
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field of view)或成像区域产生的梯度磁场的梯度线圈，即使具有良好的电磁自屏蔽设计的梯度线圈，仍然会在梯度线圈外产生杂散磁场。根据法拉第感应定律，在时变的杂散磁场条件下梯度线圈周围的导体结构会引入涡电流。在视野区域，由导体结构周围的涡电流产生的涡电流场会对成像产生影响，包括伪影。例如，平面回波成像序列十分容易被涡电流场影响，包括奈奎斯特n/2伪影。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开一方面提出了一种涡电流场补偿装置，用于补偿磁共振成像装置的梯度线圈诱导产生的涡电流场，以抵消由杂散磁场在梯度线圈周侧或外侧的导体结构引入的涡电流所引起的涡电流场，有效减少涡电流场所造成的伪影。该涡电流场补偿装置包括：涡电流场补偿体托盘，设置有多个容纳数量不等的涡电流场补偿体的腔室，所述涡电流场补偿体托盘通过布置在所述梯度线圈向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场的外周侧以抵消所述梯度线圈诱导产生的涡电流场，其中，所述涡电流场补偿体由导电性体构成。
6.可选地，该涡电流场补偿装置的所述涡电流场补偿体由铜、铝或其他导电性材料构成构成，且所述导电性体不具有磁性。
7.可选地，该涡电流场补偿装置在相互叠合的涡电流场补偿体之间还设置有绝缘垫片。
8.可选地，该涡电流场补偿装置还包括：在单个所述腔室中容纳的相互叠合的所述涡电流场补偿体之间设置有绝缘垫片。
9.可选地，该涡电流场补偿装置的所述涡电流场补偿体托盘包括沿其长轴部分排列的多个所述腔室，并且通过在所述腔室叠合数量不等或表面积不等的涡电流场补偿体，调节所述涡电流场补偿体的总体厚度或表面积，抵消所述梯度线圈诱导产生的涡电流场。
10.可选地，该涡电流场补偿装置的所述涡电流场补偿体托盘由非导电性体构成。
11.本公开的另一个方面还提供了一种磁共振成像装置。该磁共振成像装置包括：磁体，用于在所述磁体形成的内孔产生静态磁场；梯度线圈，向处于所述静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场；以及如前所述的涡电流场补偿装置。
12.可选地，该磁共振成像装置的多个涡电流场补偿体托盘能够沿所述梯度线圈向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场的外周侧等间隔布置，并且所述涡电流场补偿体托盘的长轴部分平行于所述内孔的纵轴方向布置。
13.可选地，该磁共振成像装置在多个涡电流场补偿体托盘的腔室内分别布置数量不等或表面积不等的涡电流场补偿体，以调节所述涡电流场补偿体的总体厚度或表面积，以根据所述梯度线圈诱导产生的涡电流场的分布抵消所述涡电流场。
14.可选地，该磁共振成像装置还包括：用于容纳匀场体的匀场体托盘，由磁性体构成的所述匀场体用于对成像区域中的静态磁场进行调整，多个所述匀场体托盘能够沿所述梯度线圈向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场的外周侧等间隔布置，所述匀场体托盘的长轴部分平行于所述内孔的纵轴方向布置，并且多个涡电流场补偿体托盘与所述匀场体托盘对应设置且相互叠合布置。
15.可选地，该磁共振成像装置的所述涡电流场补偿装置被设置于所述梯度线圈与所述磁体之间的空间内，或设置于所述梯度线圈的主梯度线圈与副梯度线圈之间。
16.本公开所提供的涡电流场补偿装置和磁共振成像装置的一个优势在于，通过涡电流场补偿装置的多个涡电流场补偿体可以对由梯度线圈产生的杂散磁场和该杂散磁场与周围导体结构的作用下引入的涡电流场进行抵消或补偿，特别是对二阶以上的涡电流场的抵消或补偿，从而消除了在成像区域下的静态磁场下的涡电流场所引入的伪影，改善了磁共振成像装置的成像质量。
17.另一个优势在于，涡电流场补偿装置对二阶以上的涡电流场的抵消或补偿是基于被动机制的，对工装或装配中的公差的容差提供较大的冗余。
18.另一个优势在于，多个涡电流场补偿装置所包括的涡电流场补偿体托盘可以等间距或间隔的沿磁体所围的内孔周侧布置，且多个涡电流场补偿体托盘可以分别构建有沿托盘的长轴排列的腔室，能够根据梯度线圈所引入的涡电流场的分布，依照腔室所在位置布置数量不等的具有一定规格，例如调节涡电流场补偿体的厚度以更优化其表面积的方式补偿或抵消该涡电流场，并且涡电流场补偿装置的机制使基于被动涡电流场补偿，无需引入电子控制元件。
附图说明
19.下面将通过参照附图详细描述本公开的实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：
20.图1为示出根据一个示例性实施例的包含涡电流场补偿装置的磁共振成像装置100 的简要结构示意图；
21.图2为示出根据一个示例性实施例的涡电流场补偿装置的结构示意图；
22.图3为示出根据一个示例性实施例的涡电流场补偿装置装配于梯度线圈的结构示意图；
23.图4为示出根据一个示例性实施例的涡电流场补偿流程图；
24.图5为示出根据一个示例性实施例的基于原始测得的涡电流场的分布计算在对应于该涡电流场的强度分布的各腔室需要布置的关于涡电流场补偿体数量的表格示意图；
25.图6为示出根据一个示例性实施例的基于迭代测得的涡电流场的分布计算在对应于该涡电流场的强度分布的各腔室需要布置的关于涡电流场补偿体数量的表格示意图；
26.其中，附图标记如下：
27.100磁共振成像装置
28.110磁体
29.120梯度线圈
30.121主梯度线圈
31.122副梯度线圈
32.123槽体
33.130射频(rf)线圈
34.140床台
35.150涡电流场补偿装置
36.151涡电流场补偿体托盘
37.152腔室
38.153绝缘垫片
39.154涡电流场补偿体
40.155盖体
41.160内孔
42.170匀场体托盘
43.p被检测体
具体实施方式
44.为了对本公开的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本公开的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
45.在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
46.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
47.在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和 b，单独存在b这三种
情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
48.为了减少在梯度线圈周围的导体结构诱导产生的涡电流，在磁共振成像装置中广泛使用主动自屏蔽的梯度线圈。在此类梯度线圈包括一个用于在视野区域产生梯度磁场的一级线圈和一个屏蔽线圈产生用以降低梯度线圈外侧的杂散磁场的屏蔽磁场。在理论上而言，一个具有优良的电磁波自屏蔽设计的梯度线圈可以很好的控制涡电流。但在实际应用中，在梯度线圈的制造过程中由于装配的公差会毁坏场屏蔽，从而导致杂散磁场的增加，导致产生更多的涡电流。
49.考虑零阶的涡电流场可以通过射频发射频率补偿或抵消，而一阶的涡电流场可以通过动态调节在梯度线圈的负载以补偿或抵消。而二阶的或更高阶的涡电流场很难通过补偿或抵消的方式处理，而只能通过控制梯度线圈的工装、安装或装配中的公差以降低涡电流场的影响。然而，控制工装或安装的公差需要更多的工时和增加安装的复杂度。
50.以下结合附图对本公开所提供的涡电流场补偿装置和磁共振成像装置进行说明。
51.图1为示出根据一个示例性实施例的包含涡电流场补偿装置的磁共振成像装置100 的简要结构示意图。
52.如图1所示，磁共振成像装置(mri)100可以包括：静态磁场发生部和床台140。静态磁场发生部可以包括磁体110、梯度线圈120、射频线圈130以及用于对成像区域的静态磁场提供涡电流场补偿的涡电流场补偿装置150，其中，磁体110可以使内孔(bore)160内部产生静态磁场。
53.磁体110，例如超导磁体，用于提供静态磁场。磁体110大体呈圆筒形，且磁110体内侧所形成的空间即为内孔160，以对处于内孔160的成像区域产生静态磁场。在此，磁体110 可以具有低温容器、以及在低温容器的冷却液中浸润的超导线圈，该冷却液例如液氦。
54.梯度线圈120大致形成为圆筒形，配置于磁体110的内周侧，根据一示出的实施例，梯度线圈120可以具有主梯度线圈121及副梯度线圈122，其中副梯度线圈122可以是例如屏蔽线圈。主梯度线圈121可以利用由电源所提供的电流向被测体p施加交变的梯度磁场，例如强度沿x轴、y轴和z轴方向变化的梯度磁场。在梯度线圈120周围的导体结构在交变的磁场条件下引入涡电流以及相应的涡电流场，而副梯度线圈122可以使主梯度线圈121的外侧产生磁场，从而对主梯度线圈121所产生的梯度磁场进行屏蔽。但是如前所讨论，屏蔽线圈有赖于梯度线圈121的制造过程中的工装的公差的控制，因而一些工装的公差会不利于场屏蔽。
55.射频(rf)线圈130大致形成圆筒形，可以配置于梯度线圈120的内周侧，使内孔160 处于rf线圈130所围的区域内，且可以配合于梯度线圈的内周侧。rf线圈130基于rf(radiofrequency：射频)脉冲向被检测体p施加rf磁场。另外，rf线圈接130收通过例如氢原子核的激励从而被检测体p释放出的核磁共振信号。
56.图2为示出根据一个示例性实施例的涡电流场补偿装置的结构示意图。
57.根据一些实施例，如图2所示，涡电流场补偿装置150包括：涡电流场补偿体托盘 151，设置有多个容纳数量不等的涡电流场补偿体154的腔室152，涡电流场补偿体托盘 151通过布置在梯度线圈120向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场的外周侧，以抵消梯度线圈120诱导产生的涡电流场，其中，涡电流场补偿体154由导电性体构成。在此，在涡电流场补偿体154的表面可以诱导产生另一个涡电流场，该涡电流场的磁场通量
能够沿梯度线圈120向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的外周侧等间隔布置或大致等间距布置，并且涡电流场补偿体托盘151的长轴部分平行于内孔160的纵轴方向y布置，使多个涡电流场补偿装置150通过上述方式布置于磁共振成像装置100的梯度线圈120外周侧，例如布置于主梯度线圈121的外周侧。涡电流场补偿体托盘151的长轴部分可以和梯度线圈120的纵轴部分大致等长，使得在涡电流场补偿体托盘151上开设的多个腔室152能够覆盖以及分布对应于梯度线圈120的各个位置。在此，为了将涡电流场补偿装置150安装于磁共振成像装置的静态磁场发生部的位置，如图3所示，例如示出把多个涡电流场补偿装置150安装于梯度线圈120的主梯度线圈121与副梯度线圈122(即屏蔽线圈)之间的位置，为此，可以在主梯度线圈121与副梯度线圈122 之间的区域等间距开设多个允许容纳涡电流场补偿体托盘151的槽体123。
68.根据一些实施例，磁共振成像装置100在多个涡电流场补偿体托盘151的腔室内分别布置数量不等或表面积不等的涡电流场补偿体154，以调节涡电流场补偿体154总体的厚度或表面积，以关联梯度线圈诱120导产生的涡电流场的分布抵消涡电流场。
69.根据一些实施例，如图3所示，磁共振成像装置100还包括：用于容纳匀场体(未示出)的匀场体托盘170，由磁性体构成的匀场体用于对成像区域中的静态磁场进行调整，多个匀场体托盘170能够沿内孔160的周侧等间隔布置，即满足沿磁体110的内周侧区域进行布置以对磁体110施加于成像区域的静态磁场进行匀场，匀场体托盘170的长轴部分平行于内孔160的纵轴方向y布置，并且多个涡电流场补偿体托盘151可以与匀场体托盘170对应设置且相互叠合布置以进一步节约空间，如图3所示出的实施例，匀场体托盘170与涡电流场补偿装置150均设置在主梯度线圈121与副梯度线圈122之间的区域。在此，对在磁共振成像装置100中构造匀场体托盘170和涡电流场补偿装置 150的方式可以包括：例如在主梯度线圈121与副梯度线圈122之间，在匀场体托盘170 和/或涡电流场补偿体托盘151中可以混合布置数量不等的匀场体或涡电流场补偿体154，以提供关联的匀场和涡电流场补偿，或在梯度线圈120与磁体110之间布置匀场体托盘 170和/或涡电流场补偿装置150，并可以混合布置数量不等的匀场体和涡电流场补偿体 154，或仅布置涡电流场补偿体154以进一步抵消或补偿副梯度线圈122，即屏蔽梯度线圈与主梯度线圈121之间因装配公差所残留的涡电流场。
70.根据一些实施例的磁共振成像装置100，涡电流场补偿装置150被设置于梯度线圈 120与磁体110之间的空间内，或设置于梯度线圈的主梯度线圈121与副梯度线圈122 之间，即如图3所示出的实施例，以满足涡电流场补偿装置150沿梯度线圈120向静态磁场下的成像区域施加强度沿空间交变的梯度磁场的外周侧对应布置。
71.以下利用流程图，对使用了磁共振成像装置用的涡电流场补偿装置的抵消或补偿由梯度线圈和周围导体结构所诱导的涡电流场。
72.图4为示出根据一个示例性实施例的涡电流场补偿流程图。
73.如图4所示，在步骤s101中，测量静态磁场下的成像区域的涡电流场的分布。
74.在此，初始情况下的涡电流场补偿体托盘151中可以未置入涡电流场补偿体154。容易理解的是，在测量成像区域的涡电流场的分布时，梯度线圈120处于励磁状态。
75.在步骤s102中，根据测得的涡电流场的分布，计算在对应于该涡电流场的强度分布的各腔室152需要布置的涡电流场补偿体154的数量。
76.在此，涡电流场补偿体154具有一定的尺寸，例如厚度、表面积等，可以影响在涡电流场补偿体154上产生的涡电流场的磁场通量的大小，通过在特定腔室152内叠加或放置数量不等的涡电流场补偿体154调节其厚度或表面积，用以补偿的涡电流场的大小。比如，在测得的涡电流场的分布强度对应于该位置腔室布置的涡电流场补偿体154的数量。在另一些实施例中，可以计算涡电流场补偿体154所需的表面积，以布置尺寸规格不同的涡电流场补偿体154，在此不做赘述。
77.图5为示出根据一个示例性实施例的基于原始测得的涡电流场的分布计算在对应于该涡电流场的强度分布的各腔室需要布置的关于涡电流场补偿体数量的表格示意图。
78.如图5所示，具体地在磁共振成像装置100中布置了16个具有15个腔室154的涡电流场补偿装置150，组成一16
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15的表格以表示各腔室152对应于梯度线圈120所形成的圆筒形的位置以及需要布置的涡电流场补偿体154的数量，例如以表格的第四列作为示意：即第四涡电流场补偿装置150的涡电流场补偿体托盘151的第四排腔室152布置有9块规格相同的涡电流场补偿体154，例如9块涡电流场补偿铜片或铝片，在第八列涡电流场补偿装置150的涡电流场补偿体托盘151的第四排腔室152布置有8块涡电流场补偿体154以及第十四列涡电流场补偿装置150的涡电流场补偿体托盘151的第四排腔室布置有21块涡电流场补偿体154等，其余涡电流场补偿装置150的第四排的腔室 152中不存放入涡电流场补偿体154，余下该表格的含义依此类推，在本实施例中不作赘述。
79.在步骤s103中，在多个涡电流场补偿体托盘151的各与该分布相关对应位置上的腔室152内放置数量不等的涡电流场补偿体154。在此，通过在与涡电流场强度分布相关位置上的腔室152上布置数量不等的涡电流场补偿体154以优化补偿涡电流场，减小在成像区域的二阶或更高阶的涡电流场。
80.在步骤s104中，测量优化涡电流场分布后的静态磁场下的成像区域的涡电流场的分布。
81.在步骤s105中，判断该涡电流场是否被充分抵消或补偿，若根据测量的涡电流场的分布确认该涡电流场被充分抵消或补偿则结束该涡电流场补偿或抵消的步骤，若判断该涡电流场未被充分补充或抵消，则回到步骤102进行迭代优化，即在此计算对应于该涡电流场的强度分布的各腔室152需要布置的涡电流场补偿体154的数量。
82.图6为示出根据一个示例性实施例的基于迭代测得的涡电流场的分布计算在对应于该涡电流场的强度分布的各腔室需要布置的关于涡电流场补偿体数量的表格示意图。
83.如图6所示，在进行了涡电流场优化补偿后，在该16
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15表示需要在对应的各腔室 152中布置的涡电流场补偿体154的数量的表格，只需在若干散在的个别腔室152内布置1至2个涡电流场补偿体154做进一步涡电流场的优化补偿或抵消，减小在成像区域的二阶或更高阶的涡电流场。
84.虽然已经参照附图描述了本公开的实施例或示例，但应理解，上述的装置、装置仅仅是示例性的实施例或示例，本实用新型的范围并不由这些实施例或示例限制，而是仅由授权后的权利要求书及其等同范围来限定。实施例或示例中的各种要素可以被省略或者可由其等同要素替代。此外，可以通过不同于本公开中描述的次序来执行各步骤。进一步地，可以以各种方式组合实施例或示例中的各种要素。重要的是随着技术的演进，在此描述的很多要素可以由本公开之后出现的等同要素进行替换。