专利名称：一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及磁共振成像领域，尤其是一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备。
背景技术：
磁共振成像(MRI)扫描仪普遍的应用于临床研究和医学诊断中。常见的高达3特斯拉的磁场强度，允许使用快速扫描序列进行高分辨率成像。然而，随着磁场强度的增加，扫描时所产生的声学噪音也在增加。扫描序列的电流快速切换使梯度线圈产生振动，可能会导致糟糕的图像质量和高分贝噪声。Price等[1]给出了商用MRI系统磁场强度从0.2特斯拉到3特斯拉变化时，声学噪声的概述。在使用快速扫描序列时，噪声级别因场强而变化，由0.2 - 0.5特斯拉系统的85分贝到3T系统的115分贝，他们指出如果增加梯度强度和梯度爬升速率，噪音级别会更高，甚至3特斯拉磁体系统可以达到130分贝。毫无疑问，必须降低噪声，以避免医疗工作人员和病人的不适。Mannsfield等[2]提出了一个革命性的梯度线圈设计、使用额外的线圈来抵消梯度线圈载体的振动。这个技术在一个较窄的频带范围内，在给定的线圈载体材料下，降低噪音的最大值达到了 50分贝[3]。该技术申请了美国专利，专利号为US2003155174A1。Katsunuma等[4]提出了一个振动隔绝的梯度线圈设计方案,将梯度线圈密封于一个真空腔中，噪音减少值超过10分贝，如果梯度线圈独立支撑，噪音减少值达到23分贝。该技术申请了美国专利，专利号为US2005156595。Mechefske等[5]在4特斯拉磁体系统的梯度线圈内表面安装优化设计后的吸声衬垫，降低噪声最大值达17分贝。磁共振成像(MRI)扫描仪在医学成像中广泛应用。梯度扫描序列电流的快速切换使梯度线圈产生振动，会导致图像质量不够清晰并且产生高分贝噪声。本文用有限元方法模拟了多种工况下的梯度线圈的振动和噪声，分析结果认为阻尼特性是影响梯度线圈振动噪声性能的关键特性，并在此基础上提出了一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备。参考文献:[I] Price, DeWildej Papadakij Curran, and Kitneyj “Investigationof acoustic noise on 15 mri scanners from 0.2t to 3t，” Journal of magneticresonance imaging, vol.13，pp.288 - 293，2001.[0010][2] P.Mansfield, P.Glover, and R.Bowtellj “Active acousticscreening: design principles for quiet gradient coils in mri, ” Meas Sc1.Technol.，vol.5，pp.1021 - 1025，1994.[0011][3] B.L W.Chapman, B.Haywood, and P.Mansfield, “Optimized gradientpulse for use with epi employing active acoustic control, ” Magnetic Resonancein Medicine, vol.50，p.931935，2003.[0012][4] A.Katsunumaj H.Takamorij Y.Sakakuraj Y.Hamamurej Y.0goj and R.Katayamaj “Quiet mri with novel acoustic noise reduction, ” Magnetic ResonanceMaterials in Physics, iology and Medicine, vol.13，pp.139 - 144，2002.[0013][5] Chris K.Mechefske ；Ryan Geris ；Joseph S.Gati ；Brian K.Rutt ；Magnetic resonance materials in physics, biology, and medicine ； 1352—8661 ；2002 ； vol.13 ； n0.3 ； p.172-176[6] E.L Kinsler.et.al..Fundamentals of Acoustics.John Wiley andSons.New York.pp.98-123.1982.[0015][7] 0.C.Zienkiewicz.R.E.Newton.〃Coupled Vibrations of a StructureSubmerged in a Compressible Fluid".Proceedings of the Symposium on FiniteElement Techniques.University of Stuttgart.Germany.June 1969.[0016][8] A.Craggs.〃A Finite Element Model for Acoustically Lined SmallRooms' Journal of Sound and Vibration.Vol.108，N0.2.pp.327-337.发明内容本实用新型的目的在于提供一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，可有效降低梯度线圈的振动噪声。本实用新型的技术方案是:一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件I和梯度线圈组件2，还包括阻尼层3，所述阻尼层3设置在超导磁体组件I和梯度线圈组件2之间。所述阻尼层3为圆筒形。所述阻尼层3由多根阻尼管4组成。所述阻尼层3至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管4组成。所述阻尼管4为空心管。所述阻尼管4的材质为硅胶。所述阻尼管4内密封有压缩空气。所述阻尼管4内密封有压力液体。本实用新型的有益效果是:本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备超导磁体与梯度线圈中间介质的阻尼增大，可以显著降低梯度线圈造成的噪音。具体优点是可以降低磁共振成像设备扫描成像时的噪音，减轻噪音对扫描对象的影响，舒缓扫描对象的紧张感。可以降低磁共振成像设备扫描成像时的振动，减少振动对成像质量的影响。应用优点有本发明施成本低，简单易行。
图1是本实用新型的简单分析模型中电流载荷曲线图。图2是本实用新型的简单分析模型中最大位移响应曲线图。图3是本实用新型的梯度线圈NF8501的瞬态分析中最大位移响应曲线图。[0033]图4是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同幅值激励力扫频计算时最大噪声与扫频频率的对应曲线图。图5是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同幅值激励力扫频计算时位移比较图。图6是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中不同阻尼扫频计算时噪声比较图。图7是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中增加阻尼后的噪声比较图。图8是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中增加阻尼后梯度线圈的最大位移图。图9是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束面积变化时的位移关系图。图10是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束面积和噪声差值关系图。图11是本实用新型的梯度线圈NF8501的谐响应分析中约束位置和噪声关系图。图12是本实用新型的加载线圈洛伦兹力的谐响应分析中60A电流下最大振动位移和噪声与频率对应曲线图。图13是本实用新型的用加载线圈洛伦兹力的谐响应分析结果预测得到的60A电流脉冲激励的最大噪声图。图14是本实用新型的加载线圈60A时域电流的傅立叶变换后的频域图。图15是本实用新型的线圈加载60A电流时预测的噪声值图。图16是本实用新型的加载线圈洛伦兹力的谐响应分析中220A电流时频域电流曲线和预测的噪声值图。图17是本实用新型的结构示意图。图18是图17中I的局部放大结构示意图。图中:1为超导磁体组件、2为梯度线圈组件、3为阻尼层、4为阻尼管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述:如图17、图18，一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件I和梯度线圈组件2，还包括阻尼层3，所述阻尼层3设置在超导磁体组件I和梯度线圈组件2之间。阻尼层3为圆筒形。阻尼层3由多根阻尼管4组成。阻尼层3至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管4组成。阻尼管4为空心管。阻尼管4的材质为硅胶。阻尼管4内密封有压缩空气。或者阻尼管4内密封有压力液体。本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括:一超导磁体组件1、一梯度线圈组件2和一阻尼层4。阻尼层4是本实用新型的主要内容，位于超导磁体组件I和梯度线圈组件2之间，以阻尼材料填充，可以显著降低梯度线圈振动和噪声。其实施的案例之一，是用硅胶材料的空心软管，填入梯度线圈组件和磁体组件之间，充入压力空气后密封。其实施的案例之二，是用硅胶材料的空心软管，填入梯度线圈组件和磁体组件之间，充入压力液体后密封。所述的硅胶详情:别名:硅橡胶；氧化硅胶或硅酸凝胶英文名称=Silicagel ； Silica ;分子式:xSi02.yH20 ;分子量:60.08 ；CAS 登录号:CAS# 112926-00-8 ；EINECS 登录号:231-545_4。不本文用有限元分析方法来模拟梯度线圈的振动和噪声，以获得方法降低梯度线圈振动值和噪声级别。梯度线圈振动和噪声计算是声学流固耦合问题，本文第二部分推导了该问题的有限元离散方程。第三部分用一个简单模型加载集中力，瞬态模拟了梯度线圈的振动，发现梯度线圈支撑材料的阻尼是影响梯度线圈振动的关键材料特性，并计算得出了结构的临界阻尼值。第四部分采用临界阻尼为模型的材料阻尼特性，对梯度线圈瞬态加载了按线圈分布的电磁力，根据分析结果对结构的安装型式进行了优化。第五部分用简谐振动力施加到梯度系统上，得出了激励电流幅值变化时，振动位移和噪声变化的规律。结合傅立叶变换，预测了梯度系统在周期电流激励时的振动和噪声，并与实验结果进行了对比。然后，提出了一种降低梯度线圈振动噪声的方法，并进行了实验验证。所述五个部分系统地阐述了本实用新型的理论基础和推导过程。1.声学流固耦合问题有限元离散方程的推导在声学流固耦合问题中，需要综合考虑结构动力学方程，流体动量方程和流体连续方程。结构动力学方程离散后用于结构单元，可用公式1表示:
权利要求1.一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件(I)和梯度线圈组件(2)，其特征是还包括阻尼层(3)，所述阻尼层(3)设置在超导磁体组件(I)和梯度线圈组件(2)之间。
2.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层(3)为圆筒形。
3.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层(3)由多根阻尼管(4)组成。
4.根据权利要求1所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼层(3)至少包括一根呈螺纹装排部的阻尼管(4)组成。
5.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管(4)为空心管。
6.根据权利要求5所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管(4)的材质为硅胶。
7.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管(4)内密封有压缩空气。
8.根据权利要求3或4所述的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，其特征在于所述阻尼管(4)内密封有压力液体。
专利摘要一种降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备，包括超导磁体组件(1)和梯度线圈组件(2)，其特征是还包括阻尼层(3)，所述阻尼层(3)设置在超导磁体组件(1)和梯度线圈组件(2)之间。 本实用新型的降低梯度线圈振动噪声的磁共振成像设备超导磁体与梯度线圈中间介质的阻尼增大，可以显著降低梯度线圈造成的噪音。具体优点是可以降低磁共振成像设备扫描成像时的噪音，减轻噪音对扫描对象的影响，舒缓扫描对象的紧张感。可以降低磁共振成像设备扫描成像时的振动，减少振动对成像质量的影响。应用优点有本实用新型实施成本低，简单易行。
文档编号G01R33/385GK203012120SQ201220582160
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者赵华炜, 史永凌, 冯斌, 黄廷庆, 田洪君 申请人:南京丰盛超导技术有限公司