包含超导主磁体、超导梯度场线圈和冷却rf线圈的mri系统的制作方法
【专利说明】包含超导主磁体、超导梯度场线圈和冷却RF线圈的MRI系统
[0001]本申请是申请日为2010年3月10日的中国发明专利申请“包含超导主磁体、超导梯度场线圈和冷却RF线圈的MRI系统”(申请号:201080020230.4)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明总体涉及磁共振成像和光谱技术，更具体地，涉及采用超导体组件的磁共振成像和光谱设备以及用于制造这种设备的方法。
【背景技术】
[0003]磁共振成像(MRI)技术现今用于全世界较大的医疗机构，并且在医疗实践中已经带来了显著和独特的益处。MRI已经被发展为一种用于对结构和解剖进行成像的完善的诊断工具，同时MRI也被发展用于对功能性活动和其他生物物理和生物化学特性或过程(例如血液流、代谢物/新陈代谢、扩散)进行成像，这些磁共振(MR)成像技术中的一些被称为功能性MR1、光谱MRI或磁共振光谱成像(MRSI)、扩散加权成像(DWI)和扩散张量成像(DTI)。这些磁共振成像技术，除了其用于标识和评估病理和确定所检查的组织的健康状态的医疗诊断价值之外，还具有广阔的临床和研宄应用。
[0004]在典型的MRI检查中，患者的身体(或样本对象)被放置在检查区域内，并由MRI扫描器中的患者支撑件支撑，其中，主要(主)磁体提供实质上恒定和均匀的主要(主)磁场。磁场将进动原子(如身体中的氢(质子))的核磁化对齐。磁体内的梯度线圈组件造成给定位置的磁场的小变化，从而提供成像区域中的共振频率编码。在计算机控制下，根据脉冲序列选择性驱动射频(RF)线圈，以在患者中产生临时振荡的横向磁化信号，该信号由RF线圈检测，并可以通过计算机处理被映射至患者的空间上局部化的区域，从而提供所检查的感兴趣区域的图像。
[0005]在通常的MRI配置中，典型地由螺线管磁体设备来产生静态主磁场，患者平台置于由螺线管绕组(即主磁孔)缠绕的圆柱形空间中。主磁场的绕组典型地实现为低温超导体(LTS)材料，并且利用液氦来进行超冷却，以减小电阻，从而最小化所产生的热量以及创建和维持主场所需的功率的量。现有LTS超导MRI磁体主要由铌-钛(NbTi)和/或Nb3Sn材料制成，利用低温恒温器将该材料冷却至4.2K的温度。
[0006]如本领域技术人员所知，磁场梯度线圈一般被配置为沿空间中的三个主要笛卡尔轴中的每一个选择性地提供线性磁场梯度(这些轴之一是主磁场的方向)，使得磁场的幅度随检查区域内的位置而变化，根据在区域内的位置对来自感兴趣的区域内的不同位置的磁共振信号的特性(如信号的频率和相位)进行编码(从而提供空间局部化)。典型地，利用穿过线圈缠绕的鞍座或螺线管绕组(附着至与包含主磁场的绕组在内的较大圆柱体同心并安装于其内的圆柱体)的电流来创建梯度场。与主磁场不同，用于创建梯度场的线圈典型地是通常的室温铜绕组。梯度强度和场线性对于所产生图像的细节的精度以及对于关于组织化学的信息(例如在MRSI中)都至关重要。
[0007]自从MRI出现起，对改进MRI质量和能力的追求从未停止，例如通过提供更高的空间分辨率，更高的频谱分辨率(例如对于MRSI)、更高的对比度和更快的获取速度。例如，提高的成像(获取)速度有利于最小化由于图像获取期间成像区域中的时间变化(如患者移动造成的变化、自然解剖和/或功能性移动(例如心跳、呼吸、血液流动)和/或自然生物化学变化(例如由于MRSI期间的新陈代谢导致))而导致的成像模糊。类似地，例如，由于在光谱MRI中，用于获取数据的脉冲序列对空间信息和频谱信息进行编码，为了改进临床实用性和光谱MRI的效用，最小化获取充分的频谱和空间信息以提供期望频谱分辨率和空间局部化尤为重要。
[0008]在高对比度、分辨率和获取速度方面，多种因素有助于更好的MRI图像质量。影响图像质量和获取速度的重要参数是信噪比(SNR)。通过在MRI系统的预放大器之前增大信号来增大SNR对于提高图像质量而言很重要。改进SNR的一种方式是增大磁体的磁场强度，因为SNR与磁场的幅度成比例。然而，在临床应用中，MRI具有磁体场强的上线(US FDA的当前上限为3T (特斯拉))。改进SNR的其他方式包括在合适时:通过减小视野(在合适时)来减小样本噪声、减小样本与RF线圈之间的距离、和/或减小RF线圈噪声。
[0009]尽管为了改进MRI做出了不懈努力和许多进步，然而仍需要不断改进MRI，例如以提供更大对比度、改进的SNR、更高获取速度、更高空间和时间分辨率和/或更高频谱分辨率。
[0010]此外，影响MRI技术的进一步使用的重要因素是与高磁场系统相关联的高成本，对于购买和维护而言均是如此。因此，提供能够以合理成本制造和/或维护的高质量MRI成像系统，允许MRI技术更广泛地使用，将是有利的。
【发明内容】
[0011]本发明的各个实施例提供了用于磁共振成像(MRI)和/或磁共振光谱的方法和设备，包括:超导主磁体，用于在检查区域中产生均匀磁场；至少一个超导梯度场线圈，用于在检查区域内施加相应至少一个磁场梯度；以及至少一个RF线圈，用于向检查区域发送和从检查区域接收射频信号，并被配置用于冷却，并包括以下至少一项:(i)非超导材料，当冷却至室温以下的温度时，具有与在所述温度处铜的电导率相比更高的电导率；以及(ii)超导材料。
[0012]根据本发明的一些实施例，主磁体、梯度线圈和RF线圈均被实现为使用高温超导材料的超导体。在备选实施例中，超导主磁体、和/或所述至少一个超导梯度场线圈中的一个或多个、和/或RF线圈均由低温超导材料制成。
[0013]根据本发明的一些方面，所述至少一个梯度线圈和所述至少一个RF线圈置于至少一个真空室内，所述真空室具有置于检查区域与梯度线圈和所述至少一个RF线圈之间的至少一个非磁性非金属壁。此外，所述至少一个梯度线圈和所述至少一个RF线圈可以置于包括所述至少一个非磁性非金属壁的公共真空室中。另一真空室可以置于所述公共真空室和检查区域之间，其中，所述另一真空室包括:(i)第一壁，由所述公共真空室的所述至少一个非磁性非金属壁形成；以及(ii)与所述第一壁分开的第二非磁性非金属壁。
[0014]根据本发明的一些方面，主磁体可以置于第一真空室中，所述至少一个RF线圈和所述至少一个梯度线圈可以置于第二真空室中。备选地，在一些实施例中，主磁体、所述至少一个RF线圈和所述至少一个梯度线圈置于相应真空室中。
[0015]根据本发明的各个方面，所述至少一个RF线圈可以实现为二维电子气结构和/或碳纳米管结构。在一些实施例中，所述至少一个RF线圈可以包括线圈阵列。
[0016]根据各个实施例，一个或多个冷却系统可以用于冷却主磁体、所述至少一个梯度线圈和所述至少一个RF线圈。在一些实施例中，超导主磁体被配置用于利用第一低温冷却系统进行冷却，所述至少一个RF线圈被配置用于利用第二低温冷却系统进行冷却，所述至少一个梯度线圈被配置用于利用第三低温冷却系统进行冷却。在一些实施例中，超导主磁体被配置用于利用第一低温冷却系统进行冷却，所述至少一个RF线圈和所述至少一个梯度线圈被配置用于利用第二低温冷却系统进行冷却。在一些实施例中，超导主磁体、所述至少一个RF线圈和所述至少一个梯度线圈被配置用于利用公共低温冷却系统进行冷却。
[0017]根据本发明的一些方面，所述至少一个超导梯度场线圈包括:三个超导梯度场线圈，被配置为沿三个相应正交方向提供磁场梯度，所述方向之一沿检查区域中的均匀磁场的方向。
[0018]根据本发明的各个方面，一种用于磁共振成像的方法，包括:使用超导主磁体在检查区域中施加均勾磁场；使用至少一个响应超导梯度场线圈在检查区域内施加至少一个磁场梯度；以及使用至少一个RF线圈向检查区域发送和从检查区域接收射频信号，所述至少一个RF线圈被配置用于冷却，并包括以下至少一项:(i)非超导材料，当冷却至室温以下的温度时，具有与在所述温度处铜的电导率相比更高的电导率；以及(ii)超导材料。超导主磁体、所述至少一个超导梯度场线圈中的每一个以及所述至少一个超导RF线圈中的每一个可以均由HTS材料形成。所述至少一个超导梯度场线圈可以包括:三个超导梯度场线圈，被配置为沿三个正交方向提供磁场梯度，所述方向之一沿检查区域中的均匀磁场的方向。
[0019]本领域技术人员可以认识到，以上简要描述和以下详细描述是本发明的示例和解释，但是不应限制本发明或限制本发明可以实现的优点。此外，可以理解，以上
【发明内容】
表示本发明的一些实施例，而不表示或包括本发明范围内的所有实质内容和实施例。因此，这里引用并构成其一部分的附图示意了本发明的实施例，并与详细描述一起用于解释本发明的原理。
【附图说明】
[0020]通过结合附图进行的以下描述来考虑本发明，本发明实施例的方面、特征和优点将在结构和操作上得以理解并变得更加显而易见，其中，贯穿各个附图，相似的参考标号指示相同或相似的部分，附图中:
[0021]图1A示意性示出了根据本发明实施例的示意性超导体MRI系统的示意截面视图；
[0022]图1B更详细地示意性示出了根据本发明实施例的图1A中所示的主磁体系统的上截面部分；
[0023]图2A更详细地示意性示出了根据本发明实施例的图1A的示意性超导体MRI系统的梯度线圈