用于nmr设备的带有无源rf屏蔽的有源屏蔽圆柱形梯度线圈系统的制作方法

用于nmr设备的带有无源rf屏蔽的有源屏蔽圆柱形梯度线圈系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及用于NMR设备的带有无源RF屏蔽的有源屏蔽圆柱形梯度线圈系统。主梯度线圈从至少两个部分线圈系统构成，至少两个部分线圈系统与z轴共线性，从围绕z轴以最大外半径R1gradientoutmax缠绕的电导体区段构成，有源屏蔽线圈从围绕z轴在最小内半径R1shieldinmin处的电导体构成，其中R1shieldinmin>R1gradientOutmax。没有梯度线圈系统的电导体元件存在于沿轴向长度L1、在主梯度线圈最小内半径R1gradientinmin和R1shieldinmin之间的半径范围内相对于中心对称的空心圆柱区段中，提供无源RF屏蔽，无源RF屏蔽从至少三个电互连的部分区段构建，两个部分区段以最大外半径R1hfoutmax围绕z轴安置，两者中，具有轴向长度L2和最小内半径R2hfinmin和最大外半径R2hfOutmax的第三部分区段围绕所述z轴安置，其中下列适用：R1hfOutmax<R1gradientinmin并且R1gradientoutmax<R2hfinmin<R2hfoutmax并且L2<L1。
【专利说明】[0001] 用于NMR设备的带有无源RF屏蔽的有源屏蔽圆柱形梯度线 圈系统

【技术领域】
[0002] 本发明涉及用于带有生成在z轴的方向对齐的主磁场的主场磁体的MR( =磁共振） 波谱仪中的有源屏蔽圆柱形梯度线圈系统，其中当电流在z轴穿过的测量容积之一中流动 时，梯度线圈系统生成Z梯度场，其零通过点位于测量容积的中心，并且其中梯度线圈系统 具有至少一个主梯度线圈和至少一个有源屏蔽线圈，其中主梯度线圈是用至少两个圆柱形 部分线圈系统构成的，所述至少两个圆柱形部分线圈系统在z方向沿着轴方向彼此分隔长 度L1并相对于测量容积的中心对称，所述圆柱形部分线圈系统的轴与z轴共线性地延伸， 其中圆柱形部分线圈系统至少部分地由围绕z轴以最大外半径Rlgradient^^缠绕的电 导体区段构成，其中有源屏蔽线圈中的至少一个是由围绕z轴在最小内半径Rlshield inmin 处的电导体构成的，其中Rlshieldinmin > Rlgradient^t1?。用于成像NMR设备的这种梯 度线圈系统，例如，由US-A5, 296, 810公开。

【背景技术】
[0003] 现代的核磁共振（NMR)波谱仪由用于生成强的静磁场的电磁体，用于均匀化静磁 场的勻磁系统（shim system)以及NMR探头构成，包括至少一个用于发射RF脉冲和接收信 号的发射和/或接收线圈系统，测量样本，以及用于生成脉冲式场梯度的梯度线圈系统。此 夕卜，NMR波谱仪包括用于生成和检测电信号的必要设备，所述电信号是在前述组件中生成和 /或检测的。
[0004] 大多数现代NMR探头都包含用于生成Z梯度场的有源屏蔽的梯度线圈系统，其偶 尔还用于生成X、Y和Z梯度场。有源屏蔽是必要的，因为许多NMR脉冲序列都要求梯度 场的快速切换，这种快速切换，在未屏蔽的梯度线圈系统的情况下，会在周围的金属结构 (具体而言，在探头的外套中、匀磁系统的线圈架（former)以及超导磁体系统的各种金属元 件，其中一些是低温冷却的，以及低温匀磁系统）中导致涡电流的感应。有源屏蔽（active shielding)的目标是将涡电流降低到最低，减少由测量容积中剩余涡电流所引起的测量伪 像（artifact)。这些测量伪像归类在梯度线圈系统的术语"恢复特性"下，包括要被接收的 NMR线的相位和振幅错误。
[0005] 在现有技术中，有源屏蔽的梯度线圈系统通常这样制造，以便梯度线圈和相关联 的屏蔽线圈的匝（turn)对于每一个梯度位于两个不同的半径。内半径的匝用于生成梯度 场，而外半径负责屏蔽朝向外面的梯度场。在一些情况下，可以由外直径的匝执行特定的线 性化任务，屏蔽的一部分位于内圆柱体的最外面的轴区。
[0006] 此设计原理在制造和计算梯度线圈时具有较大的优点。具体而言，制造被简化， 因为当从切割的导电管、箔、金属片、PCB材料构建梯度线圈，或在圆柱形衬底上涂布和构建 时，在每种情况下，只有两个管状的对象必须彼此对齐。在多层梯度线圈的情况下，必须执 行额外的径向和轴向定位，这通常会降低制造过程中的产量。
[0007] 具体而言，在Z梯度系统中，可以为梯度选择这样的设计，其中主梯度线圈的电导 体的分布表现出轴向分隔，相对于测量容积的中心对称。取决于概念设计，这也可以应用于 有源的梯度屏蔽。这种梯度的分配的示例例如在US-A4, 733, 189中提供。
[0008] 梯度的匝通常是串行连接的，以便能够确保恒定电流通过所有导体。并行连接将 导致由于不同的部分线圈的电流的变化而导致的梯度场的波动，具体而言，当单个导体的 温度由于不均匀的冷却、不同导体长度以及所产生的电阻等等而在操作过程中变化时。然 而，在实践中也使用并行连接，这要求在生成和调节梯度电流时花更多的努力。
[0009] 在主梯度线圈和有源屏蔽线圈的对称两半之间进行电连接的通常方式是将它们 布线在其中它们被隔开的中间区域中，其中用于连接的导体可以与圆柱轴同轴地或者沿 着任何曲线延伸。在US7, 109,712B2中或在US6,456,076B1中提供了弯曲轮廓的示例。 [0010] 例如在在引言中引用的US-A5, 296, 810或在作为现有技术引用的文档 US7, 109, 712B2或US6, 456, 076B1中给出直的轮廓的示例。
[0011] 除管状梯度线圈系统之外，现有技术还包括其他几何形状，其中主和/或屏蔽梯 度线圈的匝位于更复杂的表面上：
[0012] US-A5, 512, 828公开了包括一个主梯度线圈和一个有源屏蔽线圈的梯度，其中两 个线圈之间的距离在远离中心的区域比在中心附近的区域更大。
[0013] US-A5, 939, 882公开了其中梯度线圈不占用整个空间的梯度线圈系统。然而，这是 弯曲表面上的双平面梯度线圈系统(而不是圆柱形梯度线圈系统）的修改。在RF线圈的区 域，至少对于部分xy平面提供了由梯度线圈对空间的占用。
[0014] US6, 933, 723B2公开了其中主梯度线圈在RF线圈的区域中重新定位的梯度线圈 系统。此处，218/221代表对称轴X和z，211代表用于生成静磁场的磁体，212代表梯度线 圈系统的有源屏蔽线圈，213/213'代表梯度线圈系统的主梯度线圈，而219代表RF线圈。 由于说明书和附图都没有描述用于限制可以被RF系统访问的容积的RF屏蔽，因此，必须假 定在此配置中没有RF屏蔽。
[0015] 在US7, 852, 083B2中公开了同样的内容；但是这里明确地描述了 RF屏蔽，该RF屏 蔽由于主梯度线圈的后移部分而给RF线圈系统提供了较大的容积，因此提高了 RF线圈系 统的性能(或允许在梯度线圈和位于中间区域外面的区域中梯度的屏蔽线圈之间有更大的 距离，从而与常规梯度线圈系统相比，提高梯度线圈的效率)。以主梯度线圈的形式提供了 RF屏蔽，该主梯度线圈在RF线圈的区域中，比在有源RF区域外面具有更大的半径r2>rl。
[0016] 对两个文档US7, 852, 083B2和US6, 933, 723B2通用的事实是：每个梯度线圈都沿 着z轴的全长延伸，或者甚至具有其中梯度线圈的匝存在于两个半径上的重叠区域。没有 其中主梯度线圈没有匝的轴向区域。
[0017] US7,057,391B1公开了带有集成的梯度（3)和RF线圈（4)的磁体系统，其中梯度 和线圈被置于磁体中的凹陷中。这里，目标是使用"未使用的"空间，用于有效率地生成静 磁场。梯度，RF线圈，以及可能还有RF屏蔽，看起来似乎被制造为圆柱形。
[0018] US-A6, 154, 110公开了开放的MR1磁体的梯度线圈系统，其中梯度线圈和屏蔽线 圈在中间区域中断。RF屏蔽不能安装在该同一区域，因为否则开放系统将被RF屏蔽闭合。 原则上，这是双平面梯度线圈系统的修改。
[0019] US-A5, 600, 245公开了围绕RF线圈并在RF线圈的区域保留一开口的局部梯度线 圈系统。然而，这些梯度线圈不是有源地屏蔽的线圈，只能和主梯度线圈一起运转，只用于 局部地加强梯度场。
[0020] US-A5, 406, 204公开了包含RF屏蔽的梯度线圈系统，在某些实施例中，其被设置 在不同的半径处。一个实施例中的Z梯度线圈的匝安装在线圈架的槽沟中。RF屏蔽安装在 线圈架的表面上和凹槽中，Z梯度线圈外面，或者在凹槽中并且在Z梯度线圈外面。
[0021] 凹槽的深度或多或少与Z梯度匝的厚度相对应。应该指出，RF屏蔽的外表面，以 及Z梯度匝的外表面，应该构成基本上平坦的表面，以便接纳X和Y梯度匝。
[0022] 与梯度线圈系统的大直径（60_90mm)相比，梯度匝的厚度可以被视为可忽略。这 特别是可以在US-A5, 406, 204的图1到3中看出：所示出的Z梯度匝的凹槽中的RF屏蔽的 分级只在其半径的大约0. 5到1%的范围之内延伸。由于半径的这种轻微变化，明确说明凹 槽与本发明的功能不相干，Z梯度可以被层叠到恒定半径的连续RF屏蔽中，而不会有任何 大的性能损失。RF屏蔽似乎是出于制造原因而并非性能原因而遵从凹槽的形状。
[0023] 文档没有清楚地陈述如何实现Z梯度线圈的单个匝之间的电连接。然而，其陈述 了优选根据专利申请No. 07/942521来设计X、Y和Z梯度线圈。这是在引言中引用的公开 的申请US-A5,296,810所基于的申请，其中还示出了 Ζ梯度的匝的串行连接穿过中间区 域。因此，可以假设，在US-A5, 406, 204中，电导体在X、Y、Z梯度线圈的主线圈和屏蔽线圈 的半径上、跨梯度线圈系统的整个长度存在。由于X和Υ梯度线圈被结合到Ζ梯度线圈中， 因此，可以假设在带有凹槽的实施例中，还必须存在同轴凹槽，该同轴凹槽在主梯度线圈的 两个半部之间形成电连接。
[0024] 现代NMR探头通常制造成带有用于生成脉冲场梯度的有源屏蔽梯度线圈系统。与 用于磁共振成像方法（=MRI)的传感器不同，大部分这种梯度线圈系统只是单轴梯度线圈系 统，特别是Z梯度，其中沿着ζ轴方向施加磁场的可能的最均匀的梯度，其中ζ方向由静磁 场的方向所定义。此梯度场对自旋I的影响是围绕ζ轴旋转角度 yiGz，其中G是梯度振幅， yi是自旋I的回转磁比。通过施加场梯度，可以感应沿着梯度轴编码的磁化的相位因数。在 罕见情况下，还使用用于生成多个梯度场的梯度线圈系统，特别是X、Y、Z梯度场，如通常用 于MRI的。
[0025] 在核磁共振谱法中，通常制造带有集成的脉冲场梯度线圈的探头。通常，探头和 梯度线圈系统两者都具有圆柱形和/或中空圆柱状，其中特别是使用圆的圆柱形变体。这 些梯度线圈系统通常安装在（圆的）圆柱形衬底上，它们的导体基本上占用柱体的整个侧表 面。在更罕见情况的情况下，特别地，对于要求液体冷却的非常强的梯度系统，梯度系统与 探头分离。
[0026] 对于梯度线圈系统，有各种制造方法：它们要么是用电线缠绕的，其中电线通常固 定在线圈架上的凹槽内部，要么是从通常是金属、管、箔，或导电地涂布的线圈架切割的，要 么在柔软的印制电路板或金属片或箔上制造并随后安装在线圈架上。
[0027] 梯度匝可以通过两种不同的方法来制造：通过所谓的"车道变换缠绕"或"螺旋式 缠绕"方法。为省事，下面的讨论将仅限于Z梯度线圈系统，但是，在最广泛的意义上也应用 于所有其他梯度线圈系统。
[0028] 在Z梯度线圈系统的情况下，在"车道变换"中，E始终位于ζ位置，一小部分除 夕卜。在该一小部分中，执行从一个Z位置到下一 Z位置的过渡。在"螺旋式缠绕"中，Z位置 被连续地占用。特别是，电线梯度通常作为"车道变换缠绕"来执行，因为螺旋形凹槽不能 以高精度制造，或者只能困难地以高精度制造。然而，由于梯度设计的比较简单的计算，以 不同的方式制造的梯度类型通常也作为"车道变换缠绕"来制造。
[0029] 为了制造Z梯度场，要求通常与\平面对称的主梯度线圈。然而，为生成梯度场， 电流的旋转方向在两个半空间中必须是相反的。通常，两个梯度半部分通过中心借助电连 接串行连接，其中此连接与实际梯度匝处于相同半径。
[0030] 对于大多数NMR应用，使用有源屏蔽的Z梯度线圈系统，其中由于一定要短的梯度 恢复时间，必须特别注意使梯度与外界以及它们与磁体和匀磁系统，以及与内部的RF线圈 系统的交互屏蔽。有源屏蔽的梯度线圈系统通常每个包括至少一个主梯度线圈和一个屏蔽 线圈，其中屏蔽线圈沿圆周方向完全围绕主梯度线圈。特别地，屏蔽线圈通常长于主梯度线 圈。由于技术原因，主要只有柱体的侧表面而不是梯度线圈的柱体端面被占用，因此，可以 通过延伸屏蔽线圈来部分地补偿丢失的端面。此外，轴向屏蔽的一些部分通常被设计为位 于主梯度线圈的侧向柱体表面。
[0031] 类似于MRI，在核磁共振谱学中，要求可能的最强并且最有效率的场梯度。特别是， 第二点使得主梯度线圈和屏蔽线圈之间的径向距离尽可能地大成为必需。然而，由于外尺 寸是由磁体系统的内径（bore)确定的，这只能通过相对于屏蔽线圈的固定外半径而缩小主 梯度线圈的半径来实现。
[0032] NMR探头不是主要以它包含的梯度线圈系统为特征，因为特别地，它被设计为传输 与接收RF信号。这是利用RF线圈或谐振器系统执行的，RF线圈或谐振系统被调谐到核自 旋的共振频率，以便在给定的静磁场中测量。因此，存在用于缩小主梯度线圈的半径的下 限，这是由RF线圈系统的有效操作所需的内部体积定义的。
[0033] 基本上有两种可能的在NMR探头中组合RF线圈和梯度线圈系统的方式：要么两 个系统共享同一个空间，即，它们不在电磁方面彼此分离，要么将可用空间分成梯度线圈系 统的区域(梯度区域）和RF系统的区域（RF区域)。在后一种情况下，在线圈和梯度线圈系 统之间放置了 RF屏蔽。
[0034] 两个概念的优点和缺点如下：与没有梯度线圈系统的NMR探头相比，对RF系统可 用的容积完全没有或者只少量地被非屏蔽的梯度线圈系统限制。插入的RF屏蔽在某些情 况下显著地降低RF系统的性能，因为屏蔽电流必须在RF屏蔽上流动，其一方面具有耗散效 应，因而损害RF系统的Q因素，另一方面，生成与RF磁场相反的场，因而缩小在测量容积中 每单位电流生成的磁场振幅。如此，与没有RF屏蔽的探头相比，降低了带有RF屏蔽的NMR 探头的灵敏度。
[0035] 然而，由于射频范围中的非RF屏蔽的梯度线圈系统具有宽的本征谐振的范围，特 别是在三轴梯度的情况下，其可以在某些情况下大规模与RF线圈系统耦合，没有RF屏蔽地 使用梯度线圈系统通常是非常复杂的，或者甚至不可能的。在某些情况下，梯度和RF线圈 系统的本征模之间的耦合会导致与对应的RF屏蔽将生成的相比显著高的每单位电流的磁 场振幅和Q因素的损失。
[0036] 为避免这种困境，为梯度线圈系统选择可能的最大半径，以使由RF屏蔽产生的损 失尽可能低。然而，这会导致梯度线圈系统的效率降低，这必须在操作过程中通过较高的电 流和/或较高的电感和较高的耗散来补偿。


【发明内容】

[0037] 因此，本发明的目标是通过可能的最简单的技术手段来改善在引言中所描述的类 型的有源屏蔽梯度线圈系统，以便在NMR探头中可用的空间可借助RF屏蔽被分成RF区域 和梯度区域，其中RF区域的容积（volume)被最大化，而不会损失梯度线圈系统的性能。
[0038] 根据本发明，此目标以惊人地简单但是非常有效的方式得以完全实现，因为没 有梯度线圈系统的电导体元件存在于沿着轴向长度L1、在主梯度线圈的最小内半径 Rlgradient inmin和Rlshieldinmin之间的半径范围内相对于测量容积的所述中心对称的空心 圆柱区段（section)，提供了无源RF屏蔽，所述无源RF屏蔽是从至少三个电互连的部分区 段构建的，其中两个部分区段以最大外半径Rlhf wtmax围绕所述z轴安置，而在这两个部分 区段之间，带有轴向长度L2以及最小内半径R2hf inmin以及最大外半径R2hf；utmax的第三部分 区段围绕所述z轴安置，其中下列适用：Rlhf Qutmax〈Rlgradientinmin并且RlgradieCXl^ 并且 L2〈L1。
[0039] 具体而言，当使用有源地屏蔽的Z梯度线圈系统时，不绝对必须跨整个z范围在各 种半径上占用完整的柱体侧表面，如对于现有技术的梯度线圈系统常见的。必须在梯度场 的反向点的区域中产生最高电流密度，该区域，根据经验，必须位于RF线圈系统的范围外 面，以便能够确保跨NMR系统的有效范围有梯度场的足够长度。在RF线圈系统所在的轴向 区域可能需要额外的匝，以便沿着z轴实现Z梯度场的更好线性，其中可以利用梯度屏蔽线 圈的匝实现一部分线性化，但对屏蔽效应不利。此外，可以在除主梯度线圈的半径以外的半 径上放置线性化所需的额外匝。
[0040] 此外，核自旋共振光谱学的剩余尺寸向主梯度线圈对添加单对梯度线圈就足够 了，以便在测量容积内为Z梯度实现足够的线性。
[0041] 除为最小电感、最高效率、跨特定容积的线性、朝向外界的屏蔽，以及定义的内外 直径的恢复特性而优化梯度线圈系统的常见目标之外，还规定了必须是无导体的容积。为 使中间区域无电导体，主梯度线圈可被构造为两个或更多分离的部分线圈系统。到每个部 分线圈系统的传入的电源电缆在主梯度线圈和屏蔽线圈之间的中间部位沿着轴方向引导 到梯度的较近末端，而不跨过中心区。现在，包括屏蔽线圈在内的梯度的所有部分线圈系统 可以是串行连接的。
[0042] 如此，发明的梯度线圈系统在中间区域具有圆柱区段，该圆柱区段不包含梯度线 圈系统的导体元件，并具有大于主梯度线圈的导体元件的最小内半径的最大外半径。除实 际梯度匝之外，它还在梯度线圈的单个匝之间包含传入的供电以及连接电线。具体而言，此 圆柱区段的外半径只不明显地小于或等于此轴向范围中的屏蔽线圈的最小内半径。
[0043] 梯度线圈系统的中心处的此自由空间现在可以被用来插入无源RF屏蔽，在长度 L2上其在中间区域中的半径R2变得大于其在外部区域(具体而言，在主要梯度部分线圈系 统的最高电流密度的区域）中的半径R1。为实现此目标，RF屏蔽是从电互连的至少三个部 分区段构建的。在此上下文中，电连接意味着导电连接或者电磁连接。如果两个导体元件 是基本上电磁耦合的(具体而言，是从电容性或电感耦合所产生的)，则它们被视为电磁连 接的。这可以通过具有电容性和/或电感性效应的分离的或分布式元件来实现。分布式电 容性元件可以例如作为通过用于绝缘的介电层隔开的重叠电导体来实现。
[0044] 由于至少一个发射和/或接收线圈系统安装在NMR探头的中间区域，因此，与现有 技术相比，可用于后者的容积较少地被发明的RF屏蔽限制。为获得梯度线圈系统的可比的 性能，与根据现有技术的NMR探头相比，这将导致发射和/或接收线圈系统的较高性能。
[0045] 具体而言，可以在传输过程中以低脉冲功率实现所需的脉冲角度，这会降低热效 应。此外，可以在接收过程中改善灵敏度，因而改善探头的信噪比。
[0046] 下面将描述本发明的优选实施例和更进一步的实施例以及它们的工作原理和特 殊优点：
[0047] 发明的梯度线圈系统的特别优选实施例的特征在于，下列适用：
[0048] R2hf0Utmax<Rlshieldinmin
[0049] 这意味着，梯度线圈系统的屏蔽线圈可以由单构件制成，例如，在单一线圈架上。 这在制造过程中简化了带有屏蔽线圈的主梯度线圈的部分线圈系统的安装和校准。
[0050] 发明的梯度线圈系统的实施例还提供特殊的优点，其中：
[0051] R2hfinmin 彡 1. 1 · Rlgradient-·^ 并且 R2hfQUtmax 彡 0· 8 · Rlshieldinmin。利用这些 尺寸，可以实现发射和/或接收线圈系统的性能的显著提高。
[0052] 在又一个优选实施例中，下列适用：
[0053] R2hfin_ > RlgradientQUtmax+3mm 并且 R2hfQUtmax > Rlshieidinmm_3 mm。对于 R2 大 致在范围33mm〈R2〈40mm而R1大致在范围18mm〈Rl〈25mm的NMR探头的梯度线圈系统的常 见尺寸，与根据现有技术的NMR探头相比，这些尺寸可带来发射和/或接收线圈系统的性能 的显者提商。
[0054] 发明的梯度线圈系统的一类实施例的特征在于，围绕z轴缠绕的电导体区段是从 带有优选为圆形的断面的电线构建的。这制造起来特别简单，例如，通过在其中缠绕了电线 的衬底中提供凹槽。带有圆形断面的电线比带有任何断面(具体而言，方形断面）的电线更 加容易安装。与圆形电线相比，带有矩形断面的电线优化了设计中的每单位容积的电流密 度。
[0055] 在实施例的替换类别中，围绕z轴缠绕的电导体区段是从带状导体构建的。带状 导体电线的意思指，其断面具有显著偏离1的宽度-高度比，具体而言，具有大于1.5的高 度-宽度或宽度-高度比。带有大于2的宽度-高度比的导体是特别首选的。对于给定径 向尺寸的带状导体可以最小化梯度系统的电阻，或对于给定电阻，允许在轴向方向有较小 的导线间隙。
[0056] 实施例的更进一步的替换类别的特征在于，围绕z轴缠绕的电导体区段是从涂布 的电介质衬底的导电层构建的。通过涂有导电层的衬底的构建(例如，激光构建、化学湿选 法)，梯度线圈系统的精确并且低成本的制造是可能的。如此，可以最小化人力，最大化可再 现性。陶瓷材料、塑料，各种玻璃以及研磨的单晶是合适的衬底。如果使用带有高热导率的 衬底材料(例如，硝酸铝、氧化铝、陶瓷或单晶形式的硅或碳化硅)，则除执行电导体的机械 定位和稳定的功能之外，衬底还可以实现热传递以冷却它们。这对于低温冷却的梯度线圈 系统特别有利。
[0057] 发明的梯度线圈系统的各实施例也是首选的，其中主梯度线圈的沿着轴方 向分开的圆柱形部分线圈系统中的至少两对具有不同的最小内半径Rlgradientinmm， R2gradientinmm，R3gradientinmm。利用这些实施例，例如，可以插入线圈以线性化梯度，如果 RF屏蔽符合梯度线圈系统的导体的轮廓，则只最低限度地缩小RF区域的可用空间。
[0058] 在进一步的有利实施例中，无源RF屏蔽的至少两个部分区段具有不同的最小内 半径Rlhf inmin，R2hfinmin，R3hfin min，R4hfinmin。如果使用具有不同最小内半径的沿着轴方向 分开的圆柱形部分线圈系统中的至少两对的梯度，这使得最大化RF区域成为可能。此外， 这也使得只在主梯度线圈的部分线圈系统的导体区域中实现RF屏蔽的"凹陷"成为可能。 这最大化RF区域，因而最大化NMR发射和/或接收线圈系统的性能。
[0059] 此外，其中圆柱形部分线圈系统的至少一个是从在径向方向彼此缠绕的多个电导 体区段构建的各实施例也是首选的。彼此缠绕的导体意味着在大致相同z位置处安装在 多个半径处的导体。这使得对于恒定导体宽度在一个z位置设计较高电流密度成为可能。 因而，与使用局部地缩小的导体宽度的设计相比，可以减小梯度线圈的电阻，并且设计被简 化。与导体的"分布式"占用相比，主梯度线圈的导体占用的空间（不再可用于RF区域）也 被最小化。
[0060] 同样有利的还有一类实施例，它们的特征在于，主梯度线圈的圆柱形部分线圈系 统以及至少一个有源屏蔽线圈，除传入的输电线开口外，被无源RF屏蔽完全封闭。因而，一 方面，梯度线圈和发射和/或接收线圈系统之间的电磁耦合可以被最小化或降低到零，另 一方面，来自梯度的材料的任何可检测的NMR信号(例如，来自电导体、粘接剂、衬底材料等 的绝缘的 1Η或13C)可以被最小化或降低到零。
[0061] 通过利用无源RF屏蔽来封闭主梯度线圈的圆柱形部分线圈系统的径向内表面和 轴向端面以及至少一个有源屏蔽线圈的径向外表面和轴向端面，可以进一步发展发明的梯 度线圈系统的此实施例。因而，梯度线圈系统完全由RF屏蔽包围，以便能够减小或排除耦 合和背景信号。
[0062] 实施例的一个替换类别的特征在于，无源RF屏蔽被成形，以便它包围RF辐射不能 从其中穿透到外界的RF密封空间区域。在此实施例中，RF区域被严格地划界，以便与外部 空间的耦合可以被有效地最小化，并且无法从外部空间接收NMR背景信号。
[0063] 上文所描述的两类实施例可以有利地进一步发展，以便可以利用无源RF屏蔽的 元件的电容性重叠和/或通过焊接和/或通过加压（compression)和/或通过与导电性胶 粘剂粘结，实现无源RF屏蔽的RF不可穿透性。这能够低成本地从多个部分制造RF不能穿 透的成梯状（stepped)的无源RF屏蔽。
[0064] 根据前面权利要求中任何一个所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述无源RF屏 蔽（3)安装在衬底上，特别是，通过真空沉积和/或溅射和/或CVD和/或通过电镀和/或 印刷和/或喷漆和/或粘结。这使得在一个制造步骤中有效地将RF屏蔽引入到衬底材料 的内侧和/或外侧上成为可能。此外，以此方式安装的导电层可以在进一步的步骤中以一 模式简单地并且准确地构建，这最小化了梯度切换过程中的屏蔽电流。
[0065] 进一步的优选实施例的特征在于，至少两个电互连的部分区段以最大外半径 Rlhfwt_围绕所述z轴以圆柱地对称的方式安置，其中在这两个部分区段之间，带有轴向长 度L2以及最小内半径R2hf inmin以及最大外半径R2hf；utmax的第三部分区段围绕所述z轴安 置，并且在第三部分区段和两个其他部分区段之间，在每种情况下，安置了过渡区段(特别 是，以圆锥形元件的形式)，所述过渡区段互连了沿着轴向长度L8以不同的半径安置的所述 部分区段。如果无源RF屏蔽使用涂布法安装在衬底上，则此实施例特别合适，因为没有垂 直于圆柱轴或锐边的表面必须被涂布或构建。
[0066] 本发明的范围最后还包括带有具有上述创造性修改的梯度线圈系统的MR频谱 仪，该频谱仪的特征在于，提供了 RF发射和/或接收线圈系统，该RF发射和/或接收线圈 系统沿着相对于测量容积的中心对称的沿着轴向长度L3〈L2被安置在半径R2hfinmin内部。 如果带有无源RF屏蔽的放大半径的切口具有比RF发射和/或接收线圈系统更长的长度， 则可以进一步改善后者的性能。
[0067] 通过说明书和附图，可以发现进一步的优点。附图不一定按比例示出了各种特征。 此外，根据本发明，上述以及下述的特征可以单独地使用或以任何组合一起使用。所示出并 描述的各实施例不是详细清单，而是说明本发明的示例。

【专利附图】

【附图说明】
[0068]图1是本发明的有源屏蔽的圆柱形梯度线圈系统的第一、特别简单地构建的实施 例的截面示意图；
[0069]图2是包含发射和/或接收线圈系统的本发明的梯度线圈系统的实施例；
[0070] 图3是带有主梯度线圈的实施例，其包括在不同半径上的三对部分线圈系统以及 带有在不同半径上的三个部分区段的无源RF屏蔽；
[0071] 图4是本发明的再一个的度线圈系统，其中主梯度线圈的部分线圈系统分别由多 层导体制成，RF屏蔽在导体的区域中限定凹陷；
[0072] 图5是完全由无源RF屏蔽包围的本发明的梯度线圈系统的实施例，
[0073] 图6是完全由无源RF屏蔽包围的本发明的梯度线圈系统，其中梯度屏蔽线圈在中 间区域包括两个分开的部分线圈系统；
[0074] 图7是带有RF无法穿透地密封的RF区域的实施例；
[0075] 图8a是安装在衬底的外侧的本发明的梯度线圈系统的RF屏蔽；以及
[0076] 图8b是安装在衬底的外侧的RF屏蔽，其中RF屏蔽的两个半径之间的过渡是作为 锥体构建的。

【具体实施方式】
[0077] 下列详细描述呈现了公开了具体细节并旨在说明，而不是限制，以便提供对当前 教导的更深入理解的示例。然而，对于阅读了本发明的所属【技术领域】的专业人员，显而易见 的是，偏离在本文中所公开的具体细节的根据当前教导的其他示例也受所附的权利要求的 保护。此外，为清楚起见，省略了从现有技术已知的设备和方法的描述。这样的方法和设备 显然属于当前教导的保护的范围内。
[0078] 此处所使用的术语排他地用于描述某些示例的目的，而不旨在进行限制。所定义 的表达是对于所定义的表达在本教导的【技术领域】中通常被理解和接受的技术和科学含义 的补充。
[0079] 表达"一个"涵盖单数和复数形式，除非上下文清楚地相反声明。因而，例如，"一 个设备"涵盖一个设备和/或多个设备。
[0080] 说明书中以及所附的权利要求中使用的表达"基本上"表示"在可接受的限制和程 度内"。
[0081] 表达"大致"或"大约"是指"在本领域普通技术人员理解的可接受的极限值或量 内"。例如，"大致相等"意味着本领域普通技术人员将正在比较的元件视为相同。
[0082] 表达"特别是"只强调集合的子集，而不明确地限制该集合的总体。例如，集合"柱 体，特别是，圆柱体"包括任何截面形状的所有柱体的集合，只是强调具有圆形的截面形状 的那些是特别合适的。
[0083] 用于带有一个主场磁体(生成在z轴方向对齐的主磁体场）的MR频谱仪中的本 发明的有源屏蔽梯度线圈系统围绕z轴圆柱地安置，并包括从至少两个圆柱形部分线圈系 统、至少一个圆柱形屏蔽线圈至少一个无源RF屏蔽构建的一个主梯度线圈，其中主梯度线 圈的至少两个部分线圈系统是从半径Rlgradient的电导体构建的，沿着轴向长度L1在z 轴方向分开，而至少一个屏蔽线圈是从半径R1 shie 1 d的电导体构建的。
[0084] 在许多实施例中，特别是那些带有由电线制成的电导体元件的实施例，主梯度 线圈和屏蔽线圈的径向范围如此大，以至于最小内直径和最大外直径之间的差不再能被 视为大致相等。因此，特别是对于带有非可忽略的径向尺寸的实施例，在每种情况下，分 别指定最小内半径Rlgradient inmm和Rlshieldinmm以及最大外半径Rlgradient^t 1?和 Rlshielct/'在圆的圆柱形梯度线圈系统的情况下，特别地，最小内半径等于内半径，最 大外半径等于外半径。对于带有部分线圈的大致相同的内外半径的实施例，特别是圆的圆 柱形那些，Rlgradient inmm=RlgradientQutmax=Rlgradient。
[0085] 这里，下列条件适用：
[0086] RlgradientOTtmax〈Rlshield inmm，即，主梯度线圈可以在屏蔽线圈内部构成。对于屏 蔽线圈和梯度线圈，这促进了制造过程中的简单安装以及单一线圈架上的制造，其中导体 元件安装在内侧和外侧。技术上，此条件是将功能分离为内部空间(特别是，在测量容积中） 中的场生成以及外部空间(特别是在NMR探头外部）中梯度场的有源屏蔽所必需的。
[0087] 此外，RlshielC"由仍可以安装在NMR探头中或在MR频谱仪的匀磁系统中的梯 度线圈系统的最大可能的尺寸来确定。Rlgradient inmm是由梯度线圈系统的性能以及发射 和/或接收线圈系统的尺寸和性能的要求确定的。
[0088] 梯度线圈系统还包括至少一个无源RF屏蔽系统，其断面是圆柱形的，其导电 元件位于至少两个最小内半径Rihf inmin和两个最大外半径Rihf；utmax内，其中i是大于 或等于2的自然数。与梯度线圈的半径类似，如果内外半径大致相等，则后者将被视为 Rihf inmin=Rihfwtmax=Rihf，这特别是由薄的、圆的圆柱形RF屏蔽实现的。
[0089] RF屏蔽由至少三个部分区段构成，其中这些部分区段中的两个具有半径Rlhf，在 此两者之间，带有轴向长度L2的第三部分区段沿着半径R2hf相对于测量容积的中心对称 地插入。
[0090] 下列条件适用于无源1^屏蔽的半径：1?11^。11广〈1?21^广，1?11^。： !￡〈1?1^(^叫广 并且1^四(如1^。：!￡〈1?21^广。此外，轴向尺寸1^2〈1^1。这导致带有无源1^屏蔽的有源屏 蔽梯度线圈系统，其在中间区域具有向外延伸的凹陷。由于至少一个发射和/或接收线圈 系统位于NMR探头的此中间区域，因此，与带有半径Rlhf处的圆柱形RF屏蔽的现有技术的 NMR探头相比，通过可用容积的增大的大小来提高后者的性能。
[0091] 这样的实施例是优选的：包括一个主梯度线圈（包括正好两个部分线圈系统和一 个屏蔽线圈)，其中无源RF屏蔽具有尽可能小的到中心区中的屏蔽线圈的径向距离，尽可能 小的到边缘区域中的梯度线圈的径向距离。
[0092] 对于此实施例，除上述的条件之外，条件R2hfwtmax〈RlShi eldinmin适用。此实施例 可以在技术上非常轻松地实现，并且使得在不限制屏蔽线圈的导体元件的定位的情况下， 为RF线圈系统提供大容积成为可能。因而，可以确保梯度场对外界的有效屏蔽。如果屏蔽 线圈安装在线圈架上并且后者具有小的壁厚度，则在此实施例中，发射和/或接收线圈系 统的性能只有轻微损失。这在图1中作为断面示意地示出。
[0093] 具体而言，这样的梯度线圈系统可以优选地由下列组件制成：
[0094] 1.四个组件，包括衬底上的RF屏蔽，主梯度线圈的两个部分线圈系统，每个都在 管状衬底上，以及另一个管状衬底上的一个屏蔽线圈。此制造方法可以用于制造梯度系统 的所有常见方法。具体而言，它适用于从电线缠绕的梯度，但也适用于导电地涂布的线圈 架。如果梯度线圈由切割的金属管制成，则可以至少对于一部分元件，省略线圈架。
[0095] 2.三个组件，每个包括内侧的主梯度线圈的一个或多个部分线圈系统，外侧的屏 蔽线圈的一半(通过xy平面切割)，以及衬底上的RF屏蔽。这里，应该注意，从两个半部制 造屏蔽线圈可以被视为基本上与在单个圆柱形衬底上制造相同，如果两个半部在中间区段 中在很大程度上接触。此制造方法降低了组件的定位的自由度，因而可以最小化浪费，如果 制造技术可以确保导体元件在两个衬底上的正确的定位。
[0096] 3.梯度线圈系统可以在向其中插入了 RF屏蔽的单个衬底的内侧和外侧制造。在 此情况下，RF屏蔽通常从单个部件组装或安装在梯度线圈内部的绝缘层上。此制造方法特 别适于导电地涂布的线圈架，并且通过机器制造，导致梯度的高产量，而无需主梯度线圈相 对于屏蔽线圈的复杂定位。
[0097] 4.另一种可能性是在沿着纵向轴切割的"半个贝壳形状的"衬底的内侧和外侧制 造梯度线圈系统。这里，梯度系统的设计可以，特别地，被以这样的方式设计为，在"半贝壳" 之间不要求或只要求非常少的导电连接。例如，这可以通过跨切割边在主梯度线圈和屏蔽 线圈之间具有多次交换电流来实现。RF屏蔽可以在被插入到两个半贝壳中或安装在半贝壳 内部的绝缘层上的第三衬底上制造。
[0098] 包括更多元件的其他制造方法，特别是，对于RF屏蔽，也可以在特定情况下具有 优点，特别是，如果RF屏蔽不是由连续的、薄的导电层制成，而是由带有在相邻元件之间的 电容耦合的区段制成。
[0099] 在另一个优选实施例中，RF屏蔽的外半径也可以在长度L2的中间部分大于有 源屏蔽线圈的内半径，即，R2hf；utmax彡Rlshieidin min。如果梯度的设计不包括长度L6的中 间区域，则这是可能的，其中主梯度线圈以及屏蔽线圈都没有导体元件。在此情况下，用 于发射和/或接收线圈系统的容积最大化。然而，通常，有源梯度屏蔽的效率稍微降低， 以便当快速地切换梯度场时，在具有大于Rlshield^B的半径的导电结构中产生更多涡 电流。这必须通过在梯度线圈系统附近使用带有高电阻的合适材料和/或非导电材料或 通过适应梯度的设计(生成较少地影响测量容积的涡电流）来抵消。通常，下列仍适用： R2hf 0Utmax=Rlshield0Utmax〇
[0100] 此外，这样的实施例是首选的：其中长度L2大于至少一个发射和/或接收线圈系 统的长度L3。这允许通过RF屏蔽实现尽可能最低的性能损失，而同时实现梯度线圈系统 的良好效率。图2示意地示出了其最简单形式的这种梯度线圈系统。NMR探头通常包括一 个以上的发射和/或接收线圈系统。在此情况下，长度L3是指这些线圈系统之一的磁性长 度。发射和/或接收线圈系统的磁性长度有各种定义，然而，在本发明的范围内，这些磁性 长度可以解释为大致相同的值。对于磁性长度的这些定义中的一个是z轴上的RF磁场的 半值长度。
[0101] 在另一个实施例中，主梯度线圈的部分线圈系统在一个以上的半径制造，RF屏蔽 在两个以上的半径制造。这具有下列优点：提供梯度的设计的更大灵活性，改善梯度的线性 和屏蔽，同时进一步增大对于梯度线圈系统的给定规格的可用于RF区域的容积。
[0102] 图3示意地示出了这样的梯度线圈系统：RF屏蔽具有在长度L2上的内半 径R2hfin min。沿着与测量容积的中心对称的两个区段L2/2彡|z|彡L4/2,它具有半径 R3hf，其中R3hf； utmax〈R2hfinmin。沿着剩余长度，RF屏蔽具有半径Rlhf，其中在此示例中， Rlhf wtmax〈R3hfinmin适用。原则上，RF屏蔽的更进一步分级也是可以的。这些也不需要相对 于探头的磁性中心对称地安置。
[0103] 在又一个优选实施例中，主梯度线圈的部分线圈系统占用较小的区域。这更进一 步最大化RF区域的容积。如果多层导体径向地彼此层叠在另一导体上方，则可以实现区域 的这种缩小的占用。这对于从电线缠绕的梯度特别有利，因为通过在衬底中制造用于接纳 梯度电线的凹槽，在技术上解决起来简单，并且梯度密集地缠绕，被封包在这些凹槽中。可 选地，这可以使用多层PCB或通过嵌套管的多个层来实现。在此情况下，由导体占用的每一 半径都必须视为半径Rigradient上的独立梯度线圈，其中i是自然数（正整数)。因此，不 同的部分线圈系统的z位置也可以重叠。
[0104] 在图4中，这样的梯度线圈系统以断面示意地表示，其中在此特定实施例中，RF屏 蔽在区间-L2/2彡z彡L2/2内具有半径R2hf，在两个进一步的区间L2/2〈|z|〈L4/2内具 有半径R3hf，在区间L4/2 < | z | < L5/2内具有半径R4hf，以及在剩余长度之外具有半径 Rlhf。在图4中，R2hf=R4hf。这不一定必须适用，只用于示出特别优选的变体。一般而言， 所有半径都可以不同。此外，在图4中，大致相同的z位置处的各梯度线圈的轴向范围被示 为一样大小。一般而言，这不必确保，但是例如当电线缠绕在凹槽中时这对于电线梯度很容 易实现。实现电线梯度的另一种简单方式是，将电线缠绕为"球粒堆积"(sphere packing)， 以便每一层都比前一层少包含一个电线，并在z方向被电线直径的一半抵销。
[0105] 对于NMR的特定应用，不仅发射和/或接收线圈系统和梯度线圈系统之间的耦合 的减小相关，而且对由于梯度中的电线或导体绝缘，粘接剂或衬底材料导致的NMR背景信 号的抑制也是相关的。此背景信号是由NMR信号的激发和接收生成的。在最好的情况下， 它会导致可以数值校正的NMR范围的可再现地改变的基准。这特别在背景信号弱而对应的 NMR线非常宽的情况下成立。然而，在最坏的情况下，背景信号包含不能被校正的相对强的 窄NMR线。为尽可能完全避免此背景信号，最好完全从RF区域断开梯度线圈系统。为实现 此目标，可能需要使用RF屏蔽封闭内侧、外侧以及端面处的梯度。也可以在梯度输电线的 区域实现RF屏蔽，以防止此区域中背景信号的耦合或接收。在此上下文中，值得注意的是， 通常只有带有基本上相同静磁场的组件可以对NMR背景信号做贡献，因为否则，背景的核 的拉莫尔频率相对于要被测量的频谱移位到这样的程度，以致于它落在测量频率外，因为 主磁体的静态场表现出一个平台，该平台相对于测量范围基本上是对称的并具有在该范围 外急剧下降的振幅。
[0106] 图5示意地示出了此实施例的其中梯度线圈系统被RF屏蔽完全封闭的变体。这 里，RF屏蔽包括位于梯度线圈系统的内侧的元件3a，位于端面的元件3b，以及位于梯度线 圈系统的外侧的元件3c，以及梯度输电线的外壳6。RF屏蔽形成密封的梯度区域7,只要RF 屏蔽实现RF辐射的足够衰减级别，没有RF辐射能穿透该区域7。如果导体厚度在相关频率 和温度时大于几个皮肤深度，这可以通过电闭合的RF屏蔽来很好地实现。可选地，构建的 RF屏蔽也可以被设计为，以便它针对相关频率具有足够的RF不可穿透性。然而，构建的屏 蔽通常对RF是不充分地不能穿透，以致于不能完全防止由背景信号所产生的伪像。
[0107] 端面元件和符合横向柱体表面的形状的元件可以，例如，通过电容性重叠、焊接、 加压，利用导电粘接剂粘结等等来连接，以使RF屏蔽的RF不可穿透性保持为所需的级别。
[0108] 图6示出了这样的实施例：其中以这样的方式实现RF屏蔽，以便对于RF屏蔽（3d) 的中间区域，> RlShielcLtmax适用。结果，与发射和/或接收线圈系统的性能相 关的RF区域的容积可以进一步增大。为实现此目标，屏蔽线圈必须在长度L6的中心处具 有对称区域，其不包含导体。在此情况下，半径R2hf； utmax与没有集成的梯度线圈系统或带有 梯度线圈系统而没有RF屏蔽的NMR探头的RF屏蔽的半径相同。
[0109] 在上面所提及的RF屏蔽的变体中，生成背景信号的材料被RF屏蔽"封住"。作为 一种替代方案，可以通过使RF区域与外界密封，
[0110] 在梯度系统内部实现RF不能穿透的RF屏蔽。这防止，例如，由实际RF区域外的 材料产生的NMR背景信号被接收。即，RF区域被以这样的方式封闭，以便在此区域外无法 接收到信号。因此，RF区域的端面必须尽可能地使RF不能穿透。然而，由于测量样本通常 必须被插入到探头中，因此，这只能在一侧完全实现。插入口可以是密闭的，例如，使用在其 截止频率以下操作的并如此表现出对于RF波的指数衰减的波导。这在图7中示意地示出。 此外，必须以这样的方式通过RF屏蔽插入RF输电线，以便它们不能在外部空间发出任何辐 射。
[0111] 在特别优选的实施例中，RF屏蔽安装在线圈架上(例如，通过真空沉积、溅射、CVD、 电镀、粘结、卡箍、印刷，或喷漆)。这具有下列优点：不必执行内部涂布，RF屏蔽只安装在外 侦k这在技术上很容易实现。另外，在外横向柱体表面构建RF屏蔽在技术上也比较简单。 构建可以改善梯度线圈系统的"恢复行为"，因为由于RF屏蔽中的电气中断，在RF屏蔽中产 生的涡电流减少。在文献中提及了可以适用于本发明几何形状的图案化的RF屏蔽的许多 不同变体。RF屏蔽的本发明的执行明确地涵盖了从用于实现无源RF屏蔽的现有技术已知 的所有概念。
[0112] 由于NMR应用中的典型尺寸，RF屏蔽的单个区段之间的电连接在衬底的外侧比在 内侧显著容易实现。例如，这对于当安装在衬底的外侧时借助焊接进行的其导电连接特别 如此。同样，在软性印刷电路板（PCB)上构建的RF屏蔽可以简单地从外部安装到线圈架中， 例如，通过粘结或卡箍。
[0113] 此外，线圈架可以由带有高热导率的材料(氧化铝、氮化铝、氮化硅，或陶瓷中的碳 化硅，多晶形式，或作为单晶体，例如，蓝宝石）制成，使得能够有效地冷却RF屏蔽。这是必 需的，特别是，对于带有低温冷却的RF线圈系统的探头，以便使RF屏蔽的噪声成分尽可能 地小。此外，这对于必须以高电流操作的梯度也是优点，因为冷却可以在操作过程中执行， 例如，通过嵌套在线圈架中或安装在它上面的冷却剂管。这样，发明的梯度系统的占空比和 可允许的最大电流可以增大。
[0114] 如果RF屏蔽的各半径之间的过渡是斜面的（beveled)，则特别容易在衬底上制造 RF屏蔽。在技术上在此类型的线圈架上施加导电涂层相当容易。斜面可以是圆锥形；然而， 它也可以包含更复杂的几何形状。
[0115] 在本发明的范围内呈现的无源RF屏蔽的设计可以与根据现有技术的用于减少RF 屏蔽上的涡电流的各种实现选项组合。然而，具有极少槽口或没有槽口的薄的金属层是特 别优选的。"薄的"意味着这样的金属层，其中层d的厚度与相关频率范围内的电气穿透深 度(皮肤深度）s是相同量级，g卩，0〈(1〈10δ，但是，特别是，〇〈d彡3δ。
[0116] 对于切槽的屏蔽，单个导电元件之间的电容性连接优选地实现为跨槽口的电容性 重叠。这最小化了径向尺寸。此外，带有小介电层厚度的电容性重叠是首选的，因为通过剩 余缝隙的剩余磁通量小于用于导电元件之间的带有相同电容值但是较大距离的电容性连 接。在较大RF屏蔽的情况下，也可以使用分离的电容器来执行电容性连接，这使得在选择 元件时有更大的灵活性。
[0117] 参考符号列表
[0118] la-lf 主梯度线圈的部分线圈系统的电导体区段
[0119] 2;2a-2c 有源屏蔽线圈
[0120] 3 无源RF屏蔽
[0121] 3a-3e 无源RF屏蔽的部分区段
[0122] 4 RF发射和/或接收线圈系统
[0123] z z 轴
[0124] 变量列表
[0125] L1 主梯度线圈的部分线圈系统之间的轴向间隔的长度，其中在 Rlgradientinmin 和 Rlshieldinmin 之间没有导体元件
[0126] L2 RF屏蔽的第三部分区段的轴向长度
[0127] L3 RF发射和/或接收线圈系统的轴向长度
[0128] L4, 5 RF屏蔽的各区域的轴向长度
[0129] L6屏蔽线圈的两个部分线圈系统之间的轴向间隔
[0130] Rlgradientinmm 主梯度线圈的最小内半径
[0131] Rlgradient^^ 主梯度线圈的最大外半径
[0132] Rlshieldinmm 屏蔽线圈的最小内半径
[0133] Rlhf^B RF屏蔽的至少两个部分区段的最大外半径
[0134] R2hfinmin RF屏蔽的第三（中央）部分区段的最小内半径
[0135] Raif；utmax RF屏蔽的第三（中央）部分区段的最大外半径
[0136] R2gradientinmm 主梯度线圈的第二部分线圈系统的最小内半径
[0137] R3gradientinmm 主梯度线圈的第三部分线圈系统的最小内半径
[0138] Rihfinmim (i e N) RF屏蔽的各部分区段的最小内半径
[0139] 参考资料列表
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[0151] [12] US-A 5, 406, 204
【权利要求】
1. 一种有源屏蔽圆柱形梯度线圈系统，用于带有生成在Z轴方向对齐的主磁体场的主 场磁体的MR( =磁共振)频谱仪中，其中当电流流动时，梯度线圈系统在所述Z轴穿过的测量 容积中生成Z梯度场，所述Z梯度场的零交叉位于所述测量容积的中心，其中所述梯度线圈 系统具有至少一个主梯度线圈（la, lb ;la，lb, lc，Id, le，If )和至少一个有源屏蔽线圈（2 ; 2a，2b，2c)，其中所述主梯度线圈（la, lb ; la, lb, lc，Id, le，If )是用至少两个圆柱形部分 线圈系统（la和lb ;la，lb, lc和Id, le，If ;1，lb和lc，Id)构成的，所述至少两个圆柱形部 分线圈系统在所述z轴方向彼此沿着轴方向隔开长度L1并相对于所述测量容积的中心对 称，所述圆柱形部分线圈系统的所述轴与所述z轴共线，其中所述圆柱形部分线圈系统（la 和 lb ;la，lb, lc 和 Id, le，If ;la，lb 和 lc，Id)至少部分地由以最大外半径 RlgradientQUtmax 围绕所述z轴缠绕的电导体区段构成，其中至少一个所述有源屏蔽线圈（2 ;2a)由在最小内 半径Rlshieldinmin上围绕所述z轴的电导体构成，其中Rlshield inmin > Rlgradient。：％ 其特征在于 在沿着轴向长度L1、在主梯度线圈（la, lb ;la，lb, lc，Id, le，If)的最小内半径 Rlgradientinmin和Rlshieldinmin之间的半径范围内相对于所述测量容积的中心对称的空心 圆柱区段中，不存在梯度线圈系统的电导体元件， 提供无源RF屏蔽（3)，所述无源RF屏蔽（3)是从至少三个电互连的部分区段（3a，3b， 3c)构建的，其中两个部分区段（3a，3c)以最大外半径Rlhf；utmax围绕所述z轴安置，而在这 两个部分区段（3a，3c)之间，具有轴向长度L2、最小内半径R2hf inmin和最大外半径R2hfwtmax 的第三部分区段（3b)围绕所述z轴安置，其中下列适用：Rlhf^^RlgradientJ'Rlgrad 并且 L2〈L1。
2. 根据权利要求1所述的梯度线圈系统，其特征在于，下列适用： R2hf0Utmax<Rlshield inmin〇
3. 根据权利要求1或2中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，下列适用： 彡 1. 1 · Rlgradient-·并且 R2hfout眶彡 0· 8 · RlshieldJ'
4. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，下列适用： R2hfinmm > RlgradientQUtmax+3mm 并且 R2hfQUtmax > Rlshieldinmm-3rnrn。
5. 根据权利要求1到4中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，围绕所述z轴 缠绕的所述电导体区段（la, lb; la, lc，Id, If; la, Id)优选地是从带有圆形断面的电线构建 的。
6. 根据权利要求1到4中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，围绕所述z轴缠 绕的所述电导体区段（la, lb; la, lc, Id, If; la, Id)是从带状导体构建的。
7. 根据权利要求1到4中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，围绕所述z轴缠 绕的所述电导体区段（la, lb; la, lc，Id, If; la, Id)是从在电介质线圈架上涂布的导电层构 建的。
8. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述主梯度线圈 的沿着轴向隔开的圆柱形部分线圈系统中的至少两对（la和If，lb和le，lc和Id)具有不 同的最小内半径（Rl gradientinmm，R2gradientin mm，R3gradientinmm)。
9. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述无源RF屏 蔽（3)的至少两个部分区段（3&，31 5,3(3,3(1)具有不同的最小内半径（1?11^1：'1?21^1；' RShfi/n，
10. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，至少一个所述圆 柱形部分线圈系统（la和lb ;la，lb，lc和ld，le，If ;la，lb和lc，Id)是从在径向方向（la， lb ;la，lc，ld，If ;la，Id)层叠的多个电导体区段构建的。
11. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述主梯度线圈 的所述圆柱形部分线圈系统（la和If, lb和le，lc和Id)和至少一个有源屏蔽线圈（2 ;2a， 2b，2c )完全被所述无源RF屏蔽（3 )封闭，传入的输电线开口除外。
12. 根据权利要求11所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述主梯度线圈的所述圆柱 形部分线圈系统（la和If, lb和le，lc和Id)的径向内表面和轴向端面以及所述至少一个 有源屏蔽线圈（2 ;2a，2b，2c)的所述径向外表面和所述轴向端面被所述无源RF屏蔽（3)封 闭。
13. 根据权利要求1到10中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述无源RF 屏蔽（3)的形状使得它封闭RF辐射不能穿透且RF辐射不能从中泄漏的空间的区域。
14. 根据权利要求11到13中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述无源RF 屏蔽（3)的RF不可穿透性是通过所述无源RF屏蔽（3)的电容性重叠元件和/或通过焊接 和/或通过加压和/或通过利用导电性胶粘剂粘结来实现的。
15. 根据前述权利要求中任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，所述无源RF屏 蔽（3)特别是通过真空沉积和/或溅射和/或CVD和/或通过电镀和/或印刷和/或喷漆 和/或粘结，安装在衬底上。
16. 根据前述权利要求中的任何一项所述的梯度线圈系统，其特征在于，至少两个所述 电互连的部分区段（3a，3c)以最大外半径虹1^。 11^￡围绕所述z轴圆柱对称地安置，其中在 这两个部分区段（3a，3c)之间，具有轴向长度L2和最小内半径R2hf inmin#及最大外半径 R2hfwtmax的第三部分区段（3b)围绕所述z轴安置，在所述第三部分区段（3b)和所述两个其 他部分区段（3a，3c)中的每一个之间，安置了过渡区段（3d，3e)，特别采取圆锥形元件的形 式，所述过渡区段（3d，3e)互连沿着轴向长度L8以不同的半径安置的所述部分区段（3a，3b 和 / 或 3c，3b)。
17. 带有根据前述权利要求之一所述的梯度线圈系统的MR频谱仪，其特征在于，提供 RF发射和/或接收线圈系统（4)，所述RF发射和/或接收线圈系统（4)沿着轴向长度L3〈L2 被安置在所述半径R2hf inmin内部，并相对于所述测量容积的中心对称。
【文档编号】G01R33/385GK104062612SQ201410105226
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2013年3月20日
【发明者】N·弗里塔格 申请人:布鲁克碧奥斯平股份公司