专利名称：包括作为屏蔽材料的传导性涂层的用于mri 的rf 屏蔽的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括RF屏蔽的磁共振成像系统，所述RF屏蔽包括作为屏蔽材料的传导性涂层，本发明还涉及制造磁共振成像系统的方法。
背景技术：
当前，利用磁场和核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像的成像MR方法被广泛使用，特别是在医学诊断领域，因为对于软组织的成像，它们在很多方面优于其他成像方法，它们不需要电离辐射并且通常是无创的。根据一般的MR方法，将患者的身体或者一般意义上的检查对象布置于强的均匀磁场BO中，该磁场的方向同时定义了测量所基于的坐标系的轴，通常是z轴。磁场产生各核自旋的不同能级，所述能级依赖于所施加的磁场的强度，通过施加所定义的频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的交变电磁场(RF场)，可以激励所述自旋(自旋共振)。从宏观的角度来看，各核自旋的分布产生整体磁化，通过在使得磁场垂直于z轴延伸的同时施加适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)可以使所述整体磁化偏离平衡态，这使得磁化进行关于z轴的进动。可以借助于接收RF天线探测磁化的任何变化，所述接收RF天线在MR设备的检查体积内以一种方式布置和取向，即在垂直于z轴的方向测量所述磁化的变化。为实现身体内的空间分辨率，将沿三个主轴延伸的切换的磁场梯度叠加到所述均匀磁场上，这导致了自旋共振频率的线性空间相关性。于是接收天线拾取的信号包含了不同频率的分量，所述分量与身体内的不同位置相关联。经由接收天线获得的信号数据对应于空间频率域并且被称为k空间数据。所述k空间数据通常包括用不同相位编码采集的多条线。通过收集若干样本将每条线数字化。将k空间数据样本的集合转换为MR图像，例如，借助于傅立叶变换。磁共振成像的一个重要方面是使用RF (射频)屏蔽(或RF屏挡)的有效屏蔽，用于屏挡朝向梯度线圈的以上所提及的RF场。关于RF屏挡的设计有两个主要要求第一个要求是，RF屏挡必须有良好的传导性以用作针对由MR系统的RF天线生成的MHz范围内的射频场的屏蔽。然而，有效地阻挡RF天线的RF信号的良好的高传导性的RF屏蔽同时充当介质，在该介质中可以感生由kHZ范围内内的切换的磁场梯度导致的涡电流，其中，这些涡电流在所述RF屏挡内带来大量的散热。因而，第二要求是所述RF屏挡能够有效地抑制涡电流的产生。然而，好的RF屏挡需要高传导性的材料，而高传导性的材料造成不希望的涡电流的产生。为解决这一矛盾，通常使用裂缝式RF屏挡，其中，所述RF屏挡的裂缝用电容器桥接以针对RF将它们“闭合”。这些电容器可以是分立部件或者它们也可以是分布式电容器。例如，US7230427B2公开了一种具有RF天线单元和梯度线圈单元的磁共振装置，其中，所述MR装置包括设置于所述RF天线单元和所述梯度线圈单元之间的RF屏蔽。
尽管裂缝式RF屏挡和用电容器桥接所得到的裂缝带来了用于RF屏蔽的高传导和涡电流抑制之间的良好折衷，但是以这种方式制造的RF屏挡由于制造裂缝和桥接的程序而是昂贵的。从前述内容容易理解需要一种改进的RF屏蔽。因此本发明的一个目的是提供一种包括改进的RF屏蔽的改进的磁共振成像系统。
发明内容
根据本发明，提供一种磁共振成像系统，所述系统包括用于在检查体积内生成均匀、稳定的磁场的主磁体，以及用于向所述检查体积发射用于磁共振自旋激励的RF脉冲的至少一个RF天线。此外，所述系统包括梯度线圈单元，所述梯度线圈单元包括用于在所述检查体积内生成梯度磁场的梯度线圈。所述系统还包括设置于所述RF天线和所述梯度线圈之间的RF屏蔽，所述RF屏蔽包括屏蔽材料，所述屏蔽材料适于抑制由所述梯度磁场在所述屏蔽中感生的涡电流以及适于屏挡朝向所述梯度线圈的RF场，所述RF场由所述RF天线生成，其中，所述RF屏蔽包括作为屏蔽材料的传导性涂层。
包括RF屏蔽(所述RF屏蔽包括作为屏蔽材料的传导性涂层)的磁共振成像系统具有如下优点其可以用一种简单并且因而便宜的方式制造。由于不再需要在RF屏挡中的狭缝，故不需要通过电容器的桥接，这因而简化了相应的RF屏蔽的制造并且降低了生产成本。传导性涂层作为屏蔽材料的优秀表现是由于它的颗粒状结构，这种结构具有所述涂层中所包含的金属颗粒之间的欧姆接触以及它们之间的电容性耦合。因而可以通过关于所述涂层中所包括的金属颗粒的尺度、形状、电学特性和密度而改变其组成，从而改变传导性涂层的特性。优选地，所述传导性涂层的厚度在7μπι到25μπι之间。此外，在优选的实施例中，所述传导性涂层的薄层电阻在O. 01到O. 75 Ω /方形/25 μ m之间。有了这样的仔细选择的传导性涂层的薄层电阻，同时满足对朝向梯度线圈的RF场的良好的RF屏蔽和涡电流的良好的抑制这两个要求是可能的。根据本发明的实施例，传导性涂层包括作为传导性材料的银和/或铜。根据本发明的又一实施例，在空间上朝向检查体积的梯度线圈单元的部分使用传导性涂层来涂覆以形成RF屏蔽。换言之，在该实施例中，不需要承载传导性涂层的额外的基底，而是传导性涂层直接施加到梯度线圈单元。这具有几个优点第一个优点是在所述MR系统中不需要用于RF屏蔽的额外的部件，所述额外的部件需要作为额外的RF屏蔽附接到所述MR系统。第二个优点是由于涡电流的产生而在传导性涂层中生成的特定的热直接向梯度线圈单元散发，所述梯度线圈单元通常包括梯度线圈冷却系统。因此，可以使用该梯度线圈冷却系统同时冷却梯度线圈和RF屏蔽。额外的RF屏蔽的冷却不是必要的，这进一步降低了磁共振成像系统的生产成本。本实施例的又一优点是，在所述RF屏蔽和所述梯度线圈之间没有空隙，因为不需要额外的RF屏蔽。例如，这可以针对更高效率的RF线圈(例如身体线圈)或者针对更大的患者膛(即，更大的检查体积)而使用。根据本发明的实施例，梯度线圈单元的包括传导性涂层的部分直接与所述冷却系统热接触。这使得热量能够非常大量地从所述RF屏蔽向所述梯度线圈冷却系统散发，这继而允许提供具有更高传导性的传导性涂层作为屏蔽材料，并且因而允许朝向梯度线圈的RF场的更好的RF屏蔽特性。更多的涡电流的产生以及因而造成的更多的散热经由RF屏蔽和梯度线圈冷却系统的直接热接触所补偿。根据本发明的替代性实施例，RF屏蔽包括电绝缘基底，其中，使用传导性涂层来涂覆所述基底。例如，可以使用可装配到RF天线附近的梯度线圈单元的聚碳酸酯板。这具有如下的优势可以以简单和廉价的方式替换RF屏蔽。例如，由于RF屏蔽的耗损，传导性涂层可能部分地脱落。这里，可以通过简单地用新的RF屏蔽替换包括承载传导性涂层的基底的RF屏蔽容易地修复所述RF屏蔽。根据本发明的实施例，所述基底可以直接附接到梯度线圈单元。在实施例中，所述基底是电绝缘材料的，所述电绝缘材料同时具有高的导热特性。这样的材料的一个范例可以例如是氮化铝或氮化硼。这样的电绝缘但是导热的基底的优点是其能够将在传导性涂层中生成的热向梯度线圈单元散发。因而，再次，梯度线圈单元中己经包括的冷却系统可以用于传导性涂层中的有效散热。替代地，为所述RF屏蔽提供空气冷却系统也许是可能的，其中，所述空气冷却系统与所述基底直接热接触。在优选的实施例中，独立于基底的导热特性，RF屏蔽可能以其涂层面向梯度线圈。这允许增加到RF线圈自身的距离，增大到RF线圈的距离对RF线圈的灵敏度和效率是有利的。因此，降低了对涂层的高传导性的需求。本实施例的RF屏蔽可能通过或者空气或者流体类型的材料(例如，凝胶)朝向梯度线圈冷却，在将RF屏蔽附接到所述梯度线圈后可以施加所述空气或者流体类型的材料。然而，通常，像空气或者凝胶的冷却介质可以施加在RF屏蔽和梯度线圈单元之间，独立于涂层的空间取向(朝向或是背离梯度线圈单元)并且独立于基底材料。在另一个方面中，本发明涉及一种制造如上所述的磁共振成像系统的方法，其中，所述方法包括通过喷镀技术或者电镀技术提供所述传导性涂层。在两种情况下，可以以简单和可靠的方式控制相应的制造过程，因而提供制造磁共振成像系统的可能。在电镀的情况下，这当然需要传导性涂层被施加于其上的基底的电绝缘表面上的初始特殊电镀沉积。然而，这样的技术在现有技术中是众所周知的。
附图公开了本发明的优选实施例。然而，应该理解，附图仅出于图示的目的而非限定本发明的限度。在附图中图1图示了根据本发明的MR设备的示意图；图2图示了通过包括RF线圈、梯度线圈单元和RF屏蔽的MR系统的横截面；图3图示了根据本发明的又一 MR系统；图4图示了用作RF屏蔽的传导性涂层中的涡电流的模拟图。
具体实施例方式参考图1，示出了 MR成像系统I。该系统包括超导的或电阻的主磁体线圈2，使得沿Z轴通过检查体积创建大体均匀的、时不变的主磁场BO。该磁共振系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度以反转或激励原子核的磁自旋、诱发磁共振、重新聚焦磁共振、操纵磁共振、空间地或者以其他形式对磁共振编码、使自旋饱合等以执行MR成像。更具体而言，梯度脉冲放大器3沿检查体积的x、y和z轴向全身梯度线圈4、5和6中选定的一个施加电流脉冲。RF发射器7经由发送/接收开关8向RF天线9发射脉冲或脉冲包以向检查体积内发射RF序列。典型的MR成像序列包括短持续时间的RF脉冲序列的包，所述脉冲序列彼此和任何所施加的磁场梯度一起采用以实现核磁共振的选定操纵。所述RF脉冲用于饱合、激励共振、反转磁化、重新聚焦共振、或操纵共振以及选择定位于检查体积中的身体10的部分。也可通过RF天线9拾取MR信号。为生成身体的有限区域的或者通常对象10的MR图像，例如通过并行成像的方式，将一组局部阵列RF线圈11、12和13置于邻近所选择的用于成像的区域。阵列线圈11、12和13可用于接收由经由RF天线实施的RF发射所感生的MR信号。然而,使用阵列线圈11、12和13来向检查体积发射RF信号也是可能的。所得到的MR信号由RF天线9和/或由RF线圈阵列11、12、13拾取并且通过优选地包括前置放大器(未示出)的接收器14解调。接收器14经由发送/接收开关8连接到RF 线圈 9、11、12 和 13。主计算机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7来生成多个成像序列中的任意一个，例如，回波平面成像(EPI)，回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。对于选定的序列，接收器14在每个RF激励脉冲之后快速地连续接收单条或多条MR数据线。数据采集系统16执行所接收到的信号的模数转换并且将每个MR数据线转换为适于进一步处理的数字格式。在现代MR设备中，数据采集系统16是单独的计算机，其专用于采集原始图像数据。最终，数字原始图像数据由重建处理器17重建为图像表示，所述重建处理器17实施傅立叶变换或其他适当的重建算法。MR图像可能表示通过患者的平面切片、平行的平面切片的阵列、三维体积图像等。然后将图像存储在图像存储器中，可以在所述存储器中访问所述图像以将图像表示的切片或其他部分转换为用于可视化的适当的格式，例如，经由提供所得到的MR图像的人类可读显示的视频监视器18。在图1中没有示出的是设置于RF天线9和梯度线圈4、5和6之间的RF屏蔽。现在将关于图2和图3更加详细地描述该RF屏蔽。图2图示了包括梯度线圈6 (例如图1中的MR系统I的z轴梯度线圈)的梯度线圈单元、RF屏蔽104和用于向由附图标记100表示的检查体积发射RF脉冲的至少一个RF天线9的布置。由附图标记10表示将要被成像的对象。在图2中所示出的实施例中，梯度线圈6包括冷却系统102，例如液体冷却系统，其中，在图2中所示出的横截面中，由附图标记102表示的元件图示了冷却通道的横截面，冷却介质可以通过所述冷却通道流动。RF屏蔽104设置于RF天线9和梯度线圈6之间，其中，RF屏蔽包括屏蔽材料，所述屏蔽材料适于抑制由梯度线圈6的切换的梯度磁场在屏蔽中感生的涡电流并且适于屏挡朝向梯度线圈6的RF场，所述RF场由RF天线9生成。RF屏蔽104由梯度线圈6朝向检查体积100的表面的传导性涂层构成。因而，天线9和RF屏挡104之间不再需要间隔物。在图3的替代性实施例中，RF屏蔽104包括非传导性的基底106，所述基底106承载作为屏蔽材料的传导性涂层110。因而，在图2的实施例中，RF屏蔽直接由传导性涂层构成，其中，所述传导性涂层直接施加到梯度线圈6，而作为对比，在图3的实施例中，RF屏蔽由基底106和施加到基底106上的涂层110的组合构成。然而，如上所述，在替代性实施例中，RF屏蔽可以使其涂层110朝向梯度线圈6。为提供涂层110的充分散热，在图3中可以提供额外的冷却系统108，其中，由附图标记108表示的元件可以(例如)图示管的横截面，出于散热的目的空气可以通过该管流动。然而，如上所述，在电绝缘材料106具有良好的导热特性的情况下，也可以从涂层110经由基底106向梯度线圈6的冷却系统102执行散热——在这种情况下，优选地基底106直接施加到梯度线圈6。尽管图2和图3中仅示出了梯度线圈6，但是也可以使用梯度线圈的其他部分来承载作为屏蔽材料的传导性涂层，或者承载传导性涂层施加到其上的基底。而术语“梯度线圈”仅表示梯度线圈其本身，术语“梯度线圈单元”表示物理地承载各梯度线圈的设备以及为控制和驱动各梯度线圈所必需的相应的电子部件。图4是根据本发明的RF屏蔽的传导性涂层中的涡电流的模拟图。图4中的模拟是针对X梯度线圈执行的。RF屏挡中所感生的电流图样与梯度线圈本身的电流图样相类似但是强度要更低。假定RF屏挡中的涡电流由于lOOT/m/s的X梯度而产生。在将传导性涂层铺开成平板中将电流图样绘制为流函数。本发明的重要方面是选择涂层的合适的厚度和类型以确保RF屏挡对在kHz的范围内切换的梯度场足够透明，并 且RF屏挡对在MHz范围内切换的RF场足够封闭。
在没有狭缝的RF屏挡的传导性涂层中的散热可以以如下的方式计算首先，应该考虑传导层的电阻率。电阻率可以指定为以欧姆/方形/25 μ m表示的薄层电阻，其为厚度为25 μ m的方形表面的两个相对的侧之间的电阻。电阻率和薄层电阻之间的关系为
权利要求
1.一种磁共振成像系统(I),包括 -主磁体(2 ),其用于在检查体积内生成均勻稳定的磁场， -至少一个RF天线(9)，其用于向所述检查体积发射RF脉冲用于磁共振自旋激励， -包括梯度线圈(4，5，6 )的梯度线圈单元，其用于在所述检查体积(100 )内生成梯度磁场， -设置于所述RF天线(9 )和所述梯度线圈(4，5，6 )之间的RF屏蔽(104 )，所述RF屏蔽(104)包括屏蔽材料，所述屏蔽材料适于抑制由所述梯度磁场在所述屏蔽中感生的涡电流并且适于屏挡朝向所述梯度线圈(4，5，6)的RF场，所述RF场由所述RF天线(9)生成，其中，所述RF屏蔽包括作为屏蔽材料的传导性涂层(104，110)。
2.如权利要求1所述的系统(I)，其中，所述传导性涂层(104，110)的厚度在7 μ m到25 μ m之间。
3.如权利要求1所述的系统(1)，其中，所述传导性涂层(104，110)的薄层电阻在O.01到O. 75 Ω/方形/25 μ m之间。
4.如权利要求1所述的系统(I)，其中，所述传导性涂层(104，110)包括作为传导性材料的银和/或铜。
5.如权利要求1所述的系统(1)，其中，所述梯度线圈单元的空间上面向所述检查体积(100)的部分用所述传导性涂层(104，110)涂覆，用于形成所述RF屏蔽(104)。
6.如权利要求5所述的系统(1)，其中，所述梯度线圈单元包括梯度线圈冷却系统(102)，其中，所述梯度线圈单元的包括所述传导性涂层(104，110)的部分与所述冷却系统(102)直接热接触。
7.如权利要求1所述的系统(1)，其中，所述RF屏蔽(104)包括电绝缘的基底(106)，其中，所述基底(106)用所述传导性涂层(110)涂覆。
8.如权利要求7所述的系统(1)，其中，所述基底(106)直接附接到所述梯度线圈单元。
9.如权利要求7所述的系统(I)，还包括冷却系统(108)，所述冷却系统(108)包括用于冷却所述涂层的冷却介质。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述冷却介质与所述基底(106)直接热接触。
11.如权利要求9所述的系统，其中，所述冷却介质是空气。
12.如权利要求9所述的系统，其中，所述冷却介质是凝胶。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述凝胶空间上位于所述RF屏蔽(104)和所述梯度线圈单元之间。
14.如权利要求7所述的系统，其中，所述传导性涂层面向所述梯度线圈单元。
15.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统(I)的方法，所述方法包括通过喷镀技术和/或通过电镀提供所述传导性涂层(104，110)。
全文摘要
本发明涉及磁共振成像系统(1)，包括主磁体(2)，其用于在检查体积内生成均匀稳定的磁场；至少一个RF天线(9)，其用于将RF脉冲发射至所述检查体积，用于磁共振自旋激励；包括梯度线圈的(4，5，6)的梯度线圈单元，其用于在所述检查体积(100)内生成梯度磁场；设置于所述RF天线(9)和所述梯度线圈(4，5，6)之间的RF屏蔽(104)，所述RF屏蔽(104)包括屏蔽材料，所述屏蔽材料适于抑制由所述梯度磁场在所述屏蔽中感生的涡电流并且适于屏蔽朝向所述梯度线圈(4，5，6)的RF场，所述RF场由所述RF天线(9)生成，其中，所述RF屏蔽包括作为屏蔽材料的传导性涂层(104，110)。
文档编号G01R33/422GK103069295SQ201180041003
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年8月25日
发明者C·L·G·哈姆, G·B·J·米尔德, F·乌勒曼, O·利普斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司