用于nmr設備的帶有無源rf屏蔽的有源屏蔽圓柱形梯度線圈系統的制作方法
【專利摘要】本公開涉及用于NMR設備的帶有無源RF屏蔽的有源屏蔽圓柱形梯度線圈系統。主梯度線圈從至少兩個部分線圈系統構成，至少兩個部分線圈系統與z軸共線性，從圍繞z軸以最大外半徑R1gradientoutmax纏繞的電導體區段構成，有源屏蔽線圈從圍繞z軸在最小內半徑R1shieldinmin處的電導體構成，其中R1shieldinmin>R1gradientOutmax。沒有梯度線圈系統的電導體元件存在于沿軸向長度L1、在主梯度線圈最小內半徑R1gradientinmin和R1shieldinmin之間的半徑范圍內相對于中心對稱的空心圓柱區段中，提供無源RF屏蔽，無源RF屏蔽從至少三個電互連的部分區段構建，兩個部分區段以最大外半徑R1hfoutmax圍繞z軸安置，兩者中，具有軸向長度L2和最小內半徑R2hfinmin和最大外半徑R2hfOutmax的第三部分區段圍繞所述z軸安置，其中下列適用：R1hfOutmax<R1gradientinmin并且R1gradientoutmax<R2hfinmin<R2hfoutmax并且L2<L1。
【專利說明】[0001] 用于NMR設備的帶有無源RF屏蔽的有源屏蔽圓柱形梯度線 圈系統
【技術領域】
[0002] 本發明涉及用于帶有生成在z軸的方向對齊的主磁場的主場磁體的MR( =磁共振） 波譜儀中的有源屏蔽圓柱形梯度線圈系統，其中當電流在z軸穿過的測量容積之一中流動 時，梯度線圈系統生成Z梯度場，其零通過點位于測量容積的中心，并且其中梯度線圈系統 具有至少一個主梯度線圈和至少一個有源屏蔽線圈，其中主梯度線圈是用至少兩個圓柱形 部分線圈系統構成的，所述至少兩個圓柱形部分線圈系統在z方向沿著軸方向彼此分隔長 度L1并相對于測量容積的中心對稱，所述圓柱形部分線圈系統的軸與z軸共線性地延伸， 其中圓柱形部分線圈系統至少部分地由圍繞z軸以最大外半徑Rlgradient^^纏繞的電 導體區段構成，其中有源屏蔽線圈中的至少一個是由圍繞z軸在最小內半徑Rlshield inmin 處的電導體構成的，其中Rlshieldinmin > Rlgradient^t1?。用于成像NMR設備的這種梯 度線圈系統，例如，由US-A5, 296, 810公開。
【背景技術】
[0003] 現代的核磁共振（NMR)波譜儀由用于生成強的靜磁場的電磁體，用于均勻化靜磁 場的勻磁系統（shim system)以及NMR探頭構成，包括至少一個用于發射RF脈沖和接收信 號的發射和/或接收線圈系統，測量樣本，以及用于生成脈沖式場梯度的梯度線圈系統。此 夕卜，NMR波譜儀包括用于生成和檢測電信號的必要設備，所述電信號是在前述組件中生成和 /或檢測的。
[0004] 大多數現代NMR探頭都包含用于生成Z梯度場的有源屏蔽的梯度線圈系統，其偶 爾還用于生成X、Y和Z梯度場。有源屏蔽是必要的，因為許多NMR脈沖序列都要求梯度 場的快速切換，這種快速切換，在未屏蔽的梯度線圈系統的情況下，會在周圍的金屬結構 (具體而言，在探頭的外套中、勻磁系統的線圈架（former)以及超導磁體系統的各種金屬元 件，其中一些是低溫冷卻的，以及低溫勻磁系統）中導致渦電流的感應。有源屏蔽（active shielding)的目標是將渦電流降低到最低，減少由測量容積中剩余渦電流所引起的測量偽 像（artifact)。這些測量偽像歸類在梯度線圈系統的術語"恢復特性"下，包括要被接收的 NMR線的相位和振幅錯誤。
[0005] 在現有技術中，有源屏蔽的梯度線圈系統通常這樣制造，以便梯度線圈和相關聯 的屏蔽線圈的匝（turn)對于每一個梯度位于兩個不同的半徑。內半徑的匝用于生成梯度 場，而外半徑負責屏蔽朝向外面的梯度場。在一些情況下，可以由外直徑的匝執行特定的線 性化任務，屏蔽的一部分位于內圓柱體的最外面的軸區。
[0006] 此設計原理在制造和計算梯度線圈時具有較大的優點。具體而言，制造被簡化， 因為當從切割的導電管、箔、金屬片、PCB材料構建梯度線圈，或在圓柱形襯底上涂布和構建 時，在每種情況下，只有兩個管狀的對象必須彼此對齊。在多層梯度線圈的情況下，必須執 行額外的徑向和軸向定位，這通常會降低制造過程中的產量。
[0007] 具體而言，在Z梯度系統中，可以為梯度選擇這樣的設計，其中主梯度線圈的電導 體的分布表現出軸向分隔，相對于測量容積的中心對稱。取決于概念設計，這也可以應用于 有源的梯度屏蔽。這種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連接的，以便能夠確保恒定電流通過所有導體。并行連接將 導致由于不同的部分線圈的電流的變化而導致的梯度場的波動，具體而言，當單個導體的 溫度由于不均勻的冷卻、不同導體長度以及所產生的電阻等等而在操作過程中變化時。然 而，在實踐中也使用并行連接，這要求在生成和調節梯度電流時花更多的努力。
[0009] 在主梯度線圈和有源屏蔽線圈的對稱兩半之間進行電連接的通常方式是將它們 布線在其中它們被隔開的中間區域中，其中用于連接的導體可以與圓柱軸同軸地或者沿 著任何曲線延伸。在US7, 109,712B2中或在US6,456,076B1中提供了彎曲輪廓的示例。 [0010] 例如在在引言中引用的US-A5, 296, 810或在作為現有技術引用的文檔 US7, 109, 712B2或US6, 456, 076B1中給出直的輪廓的示例。
[0011] 除管狀梯度線圈系統之外，現有技術還包括其他幾何形狀，其中主和/或屏蔽梯 度線圈的匝位于更復雜的表面上：
[0012] US-A5, 512, 828公開了包括一個主梯度線圈和一個有源屏蔽線圈的梯度，其中兩 個線圈之間的距離在遠離中心的區域比在中心附近的區域更大。
[0013] US-A5, 939, 882公開了其中梯度線圈不占用整個空間的梯度線圈系統。然而，這是 彎曲表面上的雙平面梯度線圈系統(而不是圓柱形梯度線圈系統）的修改。在RF線圈的區 域，至少對于部分xy平面提供了由梯度線圈對空間的占用。
[0014] US6, 933, 723B2公開了其中主梯度線圈在RF線圈的區域中重新定位的梯度線圈 系統。此處，218/221代表對稱軸X和z，211代表用于生成靜磁場的磁體，212代表梯度線 圈系統的有源屏蔽線圈，213/213'代表梯度線圈系統的主梯度線圈，而219代表RF線圈。 由于說明書和附圖都沒有描述用于限制可以被RF系統訪問的容積的RF屏蔽，因此，必須假 定在此配置中沒有RF屏蔽。
[0015] 在US7, 852, 083B2中公開了同樣的內容；但是這里明確地描述了 RF屏蔽，該RF屏 蔽由于主梯度線圈的后移部分而給RF線圈系統提供了較大的容積，因此提高了 RF線圈系 統的性能(或允許在梯度線圈和位于中間區域外面的區域中梯度的屏蔽線圈之間有更大的 距離，從而與常規梯度線圈系統相比，提高梯度線圈的效率)。以主梯度線圈的形式提供了 RF屏蔽，該主梯度線圈在RF線圈的區域中，比在有源RF區域外面具有更大的半徑r2>rl。
[0016] 對兩個文檔US7, 852, 083B2和US6, 933, 723B2通用的事實是：每個梯度線圈都沿 著z軸的全長延伸，或者甚至具有其中梯度線圈的匝存在于兩個半徑上的重疊區域。沒有 其中主梯度線圈沒有匝的軸向區域。
[0017] US7,057,391B1公開了帶有集成的梯度（3)和RF線圈（4)的磁體系統，其中梯度 和線圈被置于磁體中的凹陷中。這里，目標是使用"未使用的"空間，用于有效率地生成靜 磁場。梯度，RF線圈，以及可能還有RF屏蔽，看起來似乎被制造為圓柱形。
[0018] US-A6, 154, 110公開了開放的MR1磁體的梯度線圈系統，其中梯度線圈和屏蔽線 圈在中間區域中斷。RF屏蔽不能安裝在該同一區域，因為否則開放系統將被RF屏蔽閉合。 原則上，這是雙平面梯度線圈系統的修改。
[0019] US-A5, 600, 245公開了圍繞RF線圈并在RF線圈的區域保留一開口的局部梯度線 圈系統。然而，這些梯度線圈不是有源地屏蔽的線圈，只能和主梯度線圈一起運轉，只用于 局部地加強梯度場。
[0020] US-A5, 406, 204公開了包含RF屏蔽的梯度線圈系統，在某些實施例中，其被設置 在不同的半徑處。一個實施例中的Z梯度線圈的匝安裝在線圈架的槽溝中。RF屏蔽安裝在 線圈架的表面上和凹槽中，Z梯度線圈外面，或者在凹槽中并且在Z梯度線圈外面。
[0021] 凹槽的深度或多或少與Z梯度匝的厚度相對應。應該指出，RF屏蔽的外表面，以 及Z梯度匝的外表面，應該構成基本上平坦的表面，以便接納X和Y梯度匝。
[0022] 與梯度線圈系統的大直徑（60_90mm)相比，梯度匝的厚度可以被視為可忽略。這 特別是可以在US-A5, 406, 204的圖1到3中看出：所示出的Z梯度匝的凹槽中的RF屏蔽的 分級只在其半徑的大約0. 5到1%的范圍之內延伸。由于半徑的這種輕微變化，明確說明凹 槽與本發明的功能不相干，Z梯度可以被層疊到恒定半徑的連續RF屏蔽中，而不會有任何 大的性能損失。RF屏蔽似乎是出于制造原因而并非性能原因而遵從凹槽的形狀。
[0023] 文檔沒有清楚地陳述如何實現Z梯度線圈的單個匝之間的電連接。然而，其陳述 了優選根據專利申請No. 07/942521來設計X、Y和Z梯度線圈。這是在引言中引用的公開 的申請US-A5,296,810所基于的申請，其中還示出了 Ζ梯度的匝的串行連接穿過中間區 域。因此，可以假設，在US-A5, 406, 204中，電導體在X、Y、Z梯度線圈的主線圈和屏蔽線圈 的半徑上、跨梯度線圈系統的整個長度存在。由于X和Υ梯度線圈被結合到Ζ梯度線圈中， 因此，可以假設在帶有凹槽的實施例中，還必須存在同軸凹槽，該同軸凹槽在主梯度線圈的 兩個半部之間形成電連接。
[0024] 現代NMR探頭通常制造成帶有用于生成脈沖場梯度的有源屏蔽梯度線圈系統。與 用于磁共振成像方法（=MRI)的傳感器不同，大部分這種梯度線圈系統只是單軸梯度線圈系 統，特別是Z梯度，其中沿著ζ軸方向施加磁場的可能的最均勻的梯度，其中ζ方向由靜磁 場的方向所定義。此梯度場對自旋I的影響是圍繞ζ軸旋轉角度 yiGz，其中G是梯度振幅， yi是自旋I的回轉磁比。通過施加場梯度，可以感應沿著梯度軸編碼的磁化的相位因數。在 罕見情況下，還使用用于生成多個梯度場的梯度線圈系統，特別是X、Y、Z梯度場，如通常用 于MRI的。
[0025] 在核磁共振譜法中，通常制造帶有集成的脈沖場梯度線圈的探頭。通常，探頭和 梯度線圈系統兩者都具有圓柱形和/或中空圓柱狀，其中特別是使用圓的圓柱形變體。這 些梯度線圈系統通常安裝在（圓的）圓柱形襯底上，它們的導體基本上占用柱體的整個側表 面。在更罕見情況的情況下，特別地，對于要求液體冷卻的非常強的梯度系統，梯度系統與 探頭分離。
[0026] 對于梯度線圈系統，有各種制造方法：它們要么是用電線纏繞的，其中電線通常固 定在線圈架上的凹槽內部，要么是從通常是金屬、管、箔，或導電地涂布的線圈架切割的，要 么在柔軟的印制電路板或金屬片或箔上制造并隨后安裝在線圈架上。
[0027] 梯度匝可以通過兩種不同的方法來制造：通過所謂的"車道變換纏繞"或"螺旋式 纏繞"方法。為省事，下面的討論將僅限于Z梯度線圈系統，但是，在最廣泛的意義上也應用 于所有其他梯度線圈系統。
[0028] 在Z梯度線圈系統的情況下，在"車道變換"中，E始終位于ζ位置，一小部分除 夕卜。在該一小部分中，執行從一個Z位置到下一 Z位置的過渡。在"螺旋式纏繞"中，Z位置 被連續地占用。特別是，電線梯度通常作為"車道變換纏繞"來執行，因為螺旋形凹槽不能 以高精度制造，或者只能困難地以高精度制造。然而，由于梯度設計的比較簡單的計算，以 不同的方式制造的梯度類型通常也作為"車道變換纏繞"來制造。
[0029] 為了制造Z梯度場，要求通常與\平面對稱的主梯度線圈。然而，為生成梯度場， 電流的旋轉方向在兩個半空間中必須是相反的。通常，兩個梯度半部分通過中心借助電連 接串行連接，其中此連接與實際梯度匝處于相同半徑。
[0030] 對于大多數NMR應用，使用有源屏蔽的Z梯度線圈系統，其中由于一定要短的梯度 恢復時間，必須特別注意使梯度與外界以及它們與磁體和勻磁系統，以及與內部的RF線圈 系統的交互屏蔽。有源屏蔽的梯度線圈系統通常每個包括至少一個主梯度線圈和一個屏蔽 線圈，其中屏蔽線圈沿圓周方向完全圍繞主梯度線圈。特別地，屏蔽線圈通常長于主梯度線 圈。由于技術原因，主要只有柱體的側表面而不是梯度線圈的柱體端面被占用，因此，可以 通過延伸屏蔽線圈來部分地補償丟失的端面。此外，軸向屏蔽的一些部分通常被設計為位 于主梯度線圈的側向柱體表面。
[0031] 類似于MRI，在核磁共振譜學中，要求可能的最強并且最有效率的場梯度。特別是， 第二點使得主梯度線圈和屏蔽線圈之間的徑向距離盡可能地大成為必需。然而，由于外尺 寸是由磁體系統的內徑（bore)確定的，這只能通過相對于屏蔽線圈的固定外半徑而縮小主 梯度線圈的半徑來實現。
[0032] NMR探頭不是主要以它包含的梯度線圈系統為特征，因為特別地，它被設計為傳輸 與接收RF信號。這是利用RF線圈或諧振器系統執行的，RF線圈或諧振系統被調諧到核自 旋的共振頻率，以便在給定的靜磁場中測量。因此，存在用于縮小主梯度線圈的半徑的下 限，這是由RF線圈系統的有效操作所需的內部體積定義的。
[0033] 基本上有兩種可能的在NMR探頭中組合RF線圈和梯度線圈系統的方式：要么兩 個系統共享同一個空間，即，它們不在電磁方面彼此分離，要么將可用空間分成梯度線圈系 統的區域(梯度區域）和RF系統的區域（RF區域)。在后一種情況下，在線圈和梯度線圈系 統之間放置了 RF屏蔽。
[0034] 兩個概念的優點和缺點如下：與沒有梯度線圈系統的NMR探頭相比，對RF系統可 用的容積完全沒有或者只少量地被非屏蔽的梯度線圈系統限制。插入的RF屏蔽在某些情 況下顯著地降低RF系統的性能，因為屏蔽電流必須在RF屏蔽上流動，其一方面具有耗散效 應，因而損害RF系統的Q因素，另一方面，生成與RF磁場相反的場，因而縮小在測量容積中 每單位電流生成的磁場振幅。如此，與沒有RF屏蔽的探頭相比，降低了帶有RF屏蔽的NMR 探頭的靈敏度。
[0035] 然而，由于射頻范圍中的非RF屏蔽的梯度線圈系統具有寬的本征諧振的范圍，特 別是在三軸梯度的情況下，其可以在某些情況下大規模與RF線圈系統耦合，沒有RF屏蔽地 使用梯度線圈系統通常是非常復雜的，或者甚至不可能的。在某些情況下，梯度和RF線圈 系統的本征模之間的耦合會導致與對應的RF屏蔽將生成的相比顯著高的每單位電流的磁 場振幅和Q因素的損失。
[0036] 為避免這種困境，為梯度線圈系統選擇可能的最大半徑，以使由RF屏蔽產生的損 失盡可能低。然而，這會導致梯度線圈系統的效率降低，這必須在操作過程中通過較高的電 流和/或較高的電感和較高的耗散來補償。
【發明內容】
[0037] 因此，本發明的目標是通過可能的最簡單的技術手段來改善在引言中所描述的類 型的有源屏蔽梯度線圈系統，以便在NMR探頭中可用的空間可借助RF屏蔽被分成RF區域 和梯度區域，其中RF區域的容積（volume)被最大化，而不會損失梯度線圈系統的性能。
[0038] 根據本發明，此目標以驚人地簡單但是非常有效的方式得以完全實現，因為沒 有梯度線圈系統的電導體元件存在于沿著軸向長度L1、在主梯度線圈的最小內半徑 Rlgradient inmin和Rlshieldinmin之間的半徑范圍內相對于測量容積的所述中心對稱的空心 圓柱區段（section)，提供了無源RF屏蔽，所述無源RF屏蔽是從至少三個電互連的部分區 段構建的，其中兩個部分區段以最大外半徑Rlhf wtmax圍繞所述z軸安置，而在這兩個部分 區段之間，帶有軸向長度L2以及最小內半徑R2hf inmin以及最大外半徑R2hf；utmax的第三部分 區段圍繞所述z軸安置，其中下列適用：Rlhf Qutmax〈Rlgradientinmin并且RlgradieCXl^ 并且 L2〈L1。
[0039] 具體而言，當使用有源地屏蔽的Z梯度線圈系統時，不絕對必須跨整個z范圍在各 種半徑上占用完整的柱體側表面，如對于現有技術的梯度線圈系統常見的。必須在梯度場 的反向點的區域中產生最高電流密度，該區域，根據經驗，必須位于RF線圈系統的范圍外 面，以便能夠確?？鏝MR系統的有效范圍有梯度場的足夠長度。在RF線圈系統所在的軸向 區域可能需要額外的匝，以便沿著z軸實現Z梯度場的更好線性，其中可以利用梯度屏蔽線 圈的匝實現一部分線性化，但對屏蔽效應不利。此外，可以在除主梯度線圈的半徑以外的半 徑上放置線性化所需的額外匝。
[0040] 此外，核自旋共振光譜學的剩余尺寸向主梯度線圈對添加單對梯度線圈就足夠 了，以便在測量容積內為Z梯度實現足夠的線性。
[0041] 除為最小電感、最高效率、跨特定容積的線性、朝向外界的屏蔽，以及定義的內外 直徑的恢復特性而優化梯度線圈系統的常見目標之外，還規定了必須是無導體的容積。為 使中間區域無電導體，主梯度線圈可被構造為兩個或更多分離的部分線圈系統。到每個部 分線圈系統的傳入的電源電纜在主梯度線圈和屏蔽線圈之間的中間部位沿著軸方向引導 到梯度的較近末端，而不跨過中心區?，F在，包括屏蔽線圈在內的梯度的所有部分線圈系統 可以是串行連接的。
[0042] 如此，發明的梯度線圈系統在中間區域具有圓柱區段，該圓柱區段不包含梯度線 圈系統的導體元件，并具有大于主梯度線圈的導體元件的最小內半徑的最大外半徑。除實 際梯度匝之外，它還在梯度線圈的單個匝之間包含傳入的供電以及連接電線。具體而言，此 圓柱區段的外半徑只不明顯地小于或等于此軸向范圍中的屏蔽線圈的最小內半徑。
[0043] 梯度線圈系統的中心處的此自由空間現在可以被用來插入無源RF屏蔽，在長度 L2上其在中間區域中的半徑R2變得大于其在外部區域(具體而言，在主要梯度部分線圈系 統的最高電流密度的區域）中的半徑R1。為實現此目標，RF屏蔽是從電互連的至少三個部 分區段構建的。在此上下文中，電連接意味著導電連接或者電磁連接。如果兩個導體元件 是基本上電磁耦合的(具體而言，是從電容性或電感耦合所產生的)，則它們被視為電磁連 接的。這可以通過具有電容性和/或電感性效應的分離的或分布式元件來實現。分布式電 容性元件可以例如作為通過用于絕緣的介電層隔開的重疊電導體來實現。
[0044] 由于至少一個發射和/或接收線圈系統安裝在NMR探頭的中間區域，因此，與現有 技術相比，可用于后者的容積較少地被發明的RF屏蔽限制。為獲得梯度線圈系統的可比的 性能，與根據現有技術的NMR探頭相比，這將導致發射和/或接收線圈系統的較高性能。
[0045] 具體而言，可以在傳輸過程中以低脈沖功率實現所需的脈沖角度，這會降低熱效 應。此外，可以在接收過程中改善靈敏度，因而改善探頭的信噪比。
[0046] 下面將描述本發明的優選實施例和更進一步的實施例以及它們的工作原理和特 殊優點：
[0047] 發明的梯度線圈系統的特別優選實施例的特征在于，下列適用：
[0048] R2hf0Utmax<Rlshieldinmin
[0049] 這意味著，梯度線圈系統的屏蔽線圈可以由單構件制成，例如，在單一線圈架上。 這在制造過程中簡化了帶有屏蔽線圈的主梯度線圈的部分線圈系統的安裝和校準。
[0050] 發明的梯度線圈系統的實施例還提供特殊的優點，其中：
[0051] R2hfinmin 彡 1. 1 · Rlgradient-·^ 并且 R2hfQUtmax 彡 0· 8 · Rlshieldinmin。利用這些 尺寸，可以實現發射和/或接收線圈系統的性能的顯著提高。
[0052] 在又一個優選實施例中，下列適用：
[0053] R2hfin_ > RlgradientQUtmax+3mm 并且 R2hfQUtmax > Rlshieidinmm_3 mm。對于 R2 大 致在范圍33mm〈R2〈40mm而R1大致在范圍18mm〈Rl〈25mm的NMR探頭的梯度線圈系統的常 見尺寸，與根據現有技術的NMR探頭相比，這些尺寸可帶來發射和/或接收線圈系統的性能 的顯者提商。
[0054] 發明的梯度線圈系統的一類實施例的特征在于，圍繞z軸纏繞的電導體區段是從 帶有優選為圓形的斷面的電線構建的。這制造起來特別簡單，例如，通過在其中纏繞了電線 的襯底中提供凹槽。帶有圓形斷面的電線比帶有任何斷面(具體而言，方形斷面）的電線更 加容易安裝。與圓形電線相比，帶有矩形斷面的電線優化了設計中的每單位容積的電流密 度。
[0055] 在實施例的替換類別中，圍繞z軸纏繞的電導體區段是從帶狀導體構建的。帶狀 導體電線的意思指，其斷面具有顯著偏離1的寬度-高度比，具體而言，具有大于1.5的高 度-寬度或寬度-高度比。帶有大于2的寬度-高度比的導體是特別首選的。對于給定徑 向尺寸的帶狀導體可以最小化梯度系統的電阻，或對于給定電阻，允許在軸向方向有較小 的導線間隙。
[0056] 實施例的更進一步的替換類別的特征在于，圍繞z軸纏繞的電導體區段是從涂布 的電介質襯底的導電層構建的。通過涂有導電層的襯底的構建(例如，激光構建、化學濕選 法)，梯度線圈系統的精確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 現性。陶瓷材料、塑料，各種玻璃以及研磨的單晶是合適的襯底。如果使用帶有高熱導率的 襯底材料(例如，硝酸鋁、氧化鋁、陶瓷或單晶形式的硅或碳化硅)，則除執行電導體的機械 定位和穩定的功能之外，襯底還可以實現熱傳遞以冷卻它們。這對于低溫冷卻的梯度線圈 系統特別有利。
[0057] 發明的梯度線圈系統的各實施例也是首選的，其中主梯度線圈的沿著軸方 向分開的圓柱形部分線圈系統中的至少兩對具有不同的最小內半徑Rlgradientinmm， R2gradientinmm，R3gradientinmm。利用這些實施例，例如，可以插入線圈以線性化梯度，如果 RF屏蔽符合梯度線圈系統的導體的輪廓，則只最低限度地縮小RF區域的可用空間。
[0058] 在進一步的有利實施例中，無源RF屏蔽的至少兩個部分區段具有不同的最小內 半徑Rlhf inmin，R2hfinmin，R3hfin min，R4hfinmin。如果使用具有不同最小內半徑的沿著軸方向 分開的圓柱形部分線圈系統中的至少兩對的梯度，這使得最大化RF區域成為可能。此外， 這也使得只在主梯度線圈的部分線圈系統的導體區域中實現RF屏蔽的"凹陷"成為可能。 這最大化RF區域，因而最大化NMR發射和/或接收線圈系統的性能。
[0059] 此外，其中圓柱形部分線圈系統的至少一個是從在徑向方向彼此纏繞的多個電導 體區段構建的各實施例也是首選的。彼此纏繞的導體意味著在大致相同z位置處安裝在 多個半徑處的導體。這使得對于恒定導體寬度在一個z位置設計較高電流密度成為可能。 因而，與使用局部地縮小的導體寬度的設計相比，可以減小梯度線圈的電阻，并且設計被簡 化。與導體的"分布式"占用相比，主梯度線圈的導體占用的空間（不再可用于RF區域）也 被最小化。
[0060] 同樣有利的還有一類實施例，它們的特征在于，主梯度線圈的圓柱形部分線圈系 統以及至少一個有源屏蔽線圈，除傳入的輸電線開口外，被無源RF屏蔽完全封閉。因而，一 方面，梯度線圈和發射和/或接收線圈系統之間的電磁耦合可以被最小化或降低到零，另 一方面，來自梯度的材料的任何可檢測的NMR信號(例如，來自電導體、粘接劑、襯底材料等 的絕緣的 1Η或13C)可以被最小化或降低到零。
[0061] 通過利用無源RF屏蔽來封閉主梯度線圈的圓柱形部分線圈系統的徑向內表面和 軸向端面以及至少一個有源屏蔽線圈的徑向外表面和軸向端面，可以進一步發展發明的梯 度線圈系統的此實施例。因而，梯度線圈系統完全由RF屏蔽包圍，以便能夠減小或排除耦 合和背景信號。
[0062] 實施例的一個替換類別的特征在于，無源RF屏蔽被成形，以便它包圍RF輻射不能 從其中穿透到外界的RF密封空間區域。在此實施例中，RF區域被嚴格地劃界，以便與外部 空間的耦合可以被有效地最小化，并且無法從外部空間接收NMR背景信號。
[0063] 上文所描述的兩類實施例可以有利地進一步發展，以便可以利用無源RF屏蔽的 元件的電容性重疊和/或通過焊接和/或通過加壓（compression)和/或通過與導電性膠 粘劑粘結，實現無源RF屏蔽的RF不可穿透性。這能夠低成本地從多個部分制造RF不能穿 透的成梯狀（stepped)的無源RF屏蔽。
[0064] 根據前面權利要求中任何一個所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述無源RF屏 蔽（3)安裝在襯底上，特別是，通過真空沉積和/或濺射和/或CVD和/或通過電鍍和/或 印刷和/或噴漆和/或粘結。這使得在一個制造步驟中有效地將RF屏蔽引入到襯底材料 的內側和/或外側上成為可能。此外，以此方式安裝的導電層可以在進一步的步驟中以一 模式簡單地并且準確地構建，這最小化了梯度切換過程中的屏蔽電流。
[0065] 進一步的優選實施例的特征在于，至少兩個電互連的部分區段以最大外半徑 Rlhfwt_圍繞所述z軸以圓柱地對稱的方式安置，其中在這兩個部分區段之間，帶有軸向長 度L2以及最小內半徑R2hf inmin以及最大外半徑R2hf；utmax的第三部分區段圍繞所述z軸安 置，并且在第三部分區段和兩個其他部分區段之間，在每種情況下，安置了過渡區段(特別 是，以圓錐形元件的形式)，所述過渡區段互連了沿著軸向長度L8以不同的半徑安置的所述 部分區段。如果無源RF屏蔽使用涂布法安裝在襯底上，則此實施例特別合適，因為沒有垂 直于圓柱軸或銳邊的表面必須被涂布或構建。
[0066] 本發明的范圍最后還包括帶有具有上述創造性修改的梯度線圈系統的MR頻譜 儀，該頻譜儀的特征在于，提供了 RF發射和/或接收線圈系統，該RF發射和/或接收線圈 系統沿著相對于測量容積的中心對稱的沿著軸向長度L3〈L2被安置在半徑R2hfinmin內部。 如果帶有無源RF屏蔽的放大半徑的切口具有比RF發射和/或接收線圈系統更長的長度， 則可以進一步改善后者的性能。
[0067] 通過說明書和附圖，可以發現進一步的優點。附圖不一定按比例示出了各種特征。 此外，根據本發明，上述以及下述的特征可以單獨地使用或以任何組合一起使用。所示出并 描述的各實施例不是詳細清單，而是說明本發明的示例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0068]圖1是本發明的有源屏蔽的圓柱形梯度線圈系統的第一、特別簡單地構建的實施 例的截面示意圖；
[0069]圖2是包含發射和/或接收線圈系統的本發明的梯度線圈系統的實施例；
[0070] 圖3是帶有主梯度線圈的實施例，其包括在不同半徑上的三對部分線圈系統以及 帶有在不同半徑上的三個部分區段的無源RF屏蔽；
[0071] 圖4是本發明的再一個的度線圈系統，其中主梯度線圈的部分線圈系統分別由多 層導體制成，RF屏蔽在導體的區域中限定凹陷；
[0072] 圖5是完全由無源RF屏蔽包圍的本發明的梯度線圈系統的實施例，
[0073] 圖6是完全由無源RF屏蔽包圍的本發明的梯度線圈系統，其中梯度屏蔽線圈在中 間區域包括兩個分開的部分線圈系統；
[0074] 圖7是帶有RF無法穿透地密封的RF區域的實施例；
[0075] 圖8a是安裝在襯底的外側的本發明的梯度線圈系統的RF屏蔽；以及
[0076] 圖8b是安裝在襯底的外側的RF屏蔽，其中RF屏蔽的兩個半徑之間的過渡是作為 錐體構建的。
【具體實施方式】
[0077] 下列詳細描述呈現了公開了具體細節并旨在說明，而不是限制，以便提供對當前 教導的更深入理解的示例。然而，對于閱讀了本發明的所屬【技術領域】的專業人員，顯而易見 的是，偏離在本文中所公開的具體細節的根據當前教導的其他示例也受所附的權利要求的 保護。此外，為清楚起見，省略了從現有技術已知的設備和方法的描述。這樣的方法和設備 顯然屬于當前教導的保護的范圍內。
[0078] 此處所使用的術語排他地用于描述某些示例的目的，而不旨在進行限制。所定義 的表達是對于所定義的表達在本教導的【技術領域】中通常被理解和接受的技術和科學含義 的補充。
[0079] 表達"一個"涵蓋單數和復數形式，除非上下文清楚地相反聲明。因而，例如，"一 個設備"涵蓋一個設備和/或多個設備。
[0080] 說明書中以及所附的權利要求中使用的表達"基本上"表示"在可接受的限制和程 度內"。
[0081] 表達"大致"或"大約"是指"在本領域普通技術人員理解的可接受的極限值或量 內"。例如，"大致相等"意味著本領域普通技術人員將正在比較的元件視為相同。
[0082] 表達"特別是"只強調集合的子集，而不明確地限制該集合的總體。例如，集合"柱 體，特別是，圓柱體"包括任何截面形狀的所有柱體的集合，只是強調具有圓形的截面形狀 的那些是特別合適的。
[0083] 用于帶有一個主場磁體(生成在z軸方向對齊的主磁體場）的MR頻譜儀中的本 發明的有源屏蔽梯度線圈系統圍繞z軸圓柱地安置，并包括從至少兩個圓柱形部分線圈系 統、至少一個圓柱形屏蔽線圈至少一個無源RF屏蔽構建的一個主梯度線圈，其中主梯度線 圈的至少兩個部分線圈系統是從半徑Rlgradient的電導體構建的，沿著軸向長度L1在z 軸方向分開，而至少一個屏蔽線圈是從半徑R1 shie 1 d的電導體構建的。
[0084] 在許多實施例中，特別是那些帶有由電線制成的電導體元件的實施例，主梯度 線圈和屏蔽線圈的徑向范圍如此大，以至于最小內直徑和最大外直徑之間的差不再能被 視為大致相等。因此，特別是對于帶有非可忽略的徑向尺寸的實施例，在每種情況下，分 別指定最小內半徑Rlgradient inmm和Rlshieldinmm以及最大外半徑Rlgradient^t 1?和 Rlshielct/'在圓的圓柱形梯度線圈系統的情況下，特別地，最小內半徑等于內半徑，最 大外半徑等于外半徑。對于帶有部分線圈的大致相同的內外半徑的實施例，特別是圓的圓 柱形那些，Rlgradient inmm=RlgradientQutmax=Rlgradient。
[0085] 這里，下列條件適用：
[0086] RlgradientOTtmax〈Rlshield inmm，即，主梯度線圈可以在屏蔽線圈內部構成。對于屏 蔽線圈和梯度線圈，這促進了制造過程中的簡單安裝以及單一線圈架上的制造，其中導體 元件安裝在內側和外側。技術上，此條件是將功能分離為內部空間(特別是，在測量容積中） 中的場生成以及外部空間(特別是在NMR探頭外部）中梯度場的有源屏蔽所必需的。
[0087] 此外，RlshielC"由仍可以安裝在NMR探頭中或在MR頻譜儀的勻磁系統中的梯 度線圈系統的最大可能的尺寸來確定。Rlgradient inmm是由梯度線圈系統的性能以及發射 和/或接收線圈系統的尺寸和性能的要求確定的。
[0088] 梯度線圈系統還包括至少一個無源RF屏蔽系統，其斷面是圓柱形的，其導電 元件位于至少兩個最小內半徑Rihf inmin和兩個最大外半徑Rihf；utmax內，其中i是大于 或等于2的自然數。與梯度線圈的半徑類似，如果內外半徑大致相等，則后者將被視為 Rihf inmin=Rihfwtmax=Rihf，這特別是由薄的、圓的圓柱形RF屏蔽實現的。
[0089] RF屏蔽由至少三個部分區段構成，其中這些部分區段中的兩個具有半徑Rlhf，在 此兩者之間，帶有軸向長度L2的第三部分區段沿著半徑R2hf相對于測量容積的中心對稱 地插入。
[0090] 下列條件適用于無源1^屏蔽的半徑：1?11^。11廣〈1?21^廣，1?11^。： !￡〈1?1^(^叫廣 并且1^四(如1^。：!￡〈1?21^廣。此外，軸向尺寸1^2〈1^1。這導致帶有無源1^屏蔽的有源屏 蔽梯度線圈系統，其在中間區域具有向外延伸的凹陷。由于至少一個發射和/或接收線圈 系統位于NMR探頭的此中間區域，因此，與帶有半徑Rlhf處的圓柱形RF屏蔽的現有技術的 NMR探頭相比，通過可用容積的增大的大小來提高后者的性能。
[0091] 這樣的實施例是優選的：包括一個主梯度線圈（包括正好兩個部分線圈系統和一 個屏蔽線圈)，其中無源RF屏蔽具有盡可能小的到中心區中的屏蔽線圈的徑向距離，盡可能 小的到邊緣區域中的梯度線圈的徑向距離。
[0092] 對于此實施例，除上述的條件之外，條件R2hfwtmax〈RlShi eldinmin適用。此實施例 可以在技術上非常輕松地實現，并且使得在不限制屏蔽線圈的導體元件的定位的情況下， 為RF線圈系統提供大容積成為可能。因而，可以確保梯度場對外界的有效屏蔽。如果屏蔽 線圈安裝在線圈架上并且后者具有小的壁厚度，則在此實施例中，發射和/或接收線圈系 統的性能只有輕微損失。這在圖1中作為斷面示意地示出。
[0093] 具體而言，這樣的梯度線圈系統可以優選地由下列組件制成：
[0094] 1.四個組件，包括襯底上的RF屏蔽，主梯度線圈的兩個部分線圈系統，每個都在 管狀襯底上，以及另一個管狀襯底上的一個屏蔽線圈。此制造方法可以用于制造梯度系統 的所有常見方法。具體而言，它適用于從電線纏繞的梯度，但也適用于導電地涂布的線圈 架。如果梯度線圈由切割的金屬管制成，則可以至少對于一部分元件，省略線圈架。
[0095] 2.三個組件，每個包括內側的主梯度線圈的一個或多個部分線圈系統，外側的屏 蔽線圈的一半(通過xy平面切割)，以及襯底上的RF屏蔽。這里，應該注意，從兩個半部制 造屏蔽線圈可以被視為基本上與在單個圓柱形襯底上制造相同，如果兩個半部在中間區段 中在很大程度上接觸。此制造方法降低了組件的定位的自由度，因而可以最小化浪費，如果 制造技術可以確保導體元件在兩個襯底上的正確的定位。
[0096] 3.梯度線圈系統可以在向其中插入了 RF屏蔽的單個襯底的內側和外側制造。在 此情況下，RF屏蔽通常從單個部件組裝或安裝在梯度線圈內部的絕緣層上。此制造方法特 別適于導電地涂布的線圈架，并且通過機器制造，導致梯度的高產量，而無需主梯度線圈相 對于屏蔽線圈的復雜定位。
[0097] 4.另一種可能性是在沿著縱向軸切割的"半個貝殼形狀的"襯底的內側和外側制 造梯度線圈系統。這里，梯度系統的設計可以，特別地，被以這樣的方式設計為，在"半貝殼" 之間不要求或只要求非常少的導電連接。例如，這可以通過跨切割邊在主梯度線圈和屏蔽 線圈之間具有多次交換電流來實現。RF屏蔽可以在被插入到兩個半貝殼中或安裝在半貝殼 內部的絕緣層上的第三襯底上制造。
[0098] 包括更多元件的其他制造方法，特別是，對于RF屏蔽，也可以在特定情況下具有 優點，特別是，如果RF屏蔽不是由連續的、薄的導電層制成，而是由帶有在相鄰元件之間的 電容耦合的區段制成。
[0099] 在另一個優選實施例中，RF屏蔽的外半徑也可以在長度L2的中間部分大于有 源屏蔽線圈的內半徑，即，R2hf；utmax彡Rlshieidin min。如果梯度的設計不包括長度L6的中 間區域，則這是可能的，其中主梯度線圈以及屏蔽線圈都沒有導體元件。在此情況下，用 于發射和/或接收線圈系統的容積最大化。然而，通常，有源梯度屏蔽的效率稍微降低， 以便當快速地切換梯度場時，在具有大于Rlshield^B的半徑的導電結構中產生更多渦 電流。這必須通過在梯度線圈系統附近使用帶有高電阻的合適材料和/或非導電材料或 通過適應梯度的設計(生成較少地影響測量容積的渦電流）來抵消。通常，下列仍適用： R2hf 0Utmax=Rlshield0Utmax〇
[0100] 此外，這樣的實施例是首選的：其中長度L2大于至少一個發射和/或接收線圈系 統的長度L3。這允許通過RF屏蔽實現盡可能最低的性能損失，而同時實現梯度線圈系統 的良好效率。圖2示意地示出了其最簡單形式的這種梯度線圈系統。NMR探頭通常包括一 個以上的發射和/或接收線圈系統。在此情況下，長度L3是指這些線圈系統之一的磁性長 度。發射和/或接收線圈系統的磁性長度有各種定義，然而，在本發明的范圍內，這些磁性 長度可以解釋為大致相同的值。對于磁性長度的這些定義中的一個是z軸上的RF磁場的 半值長度。
[0101] 在另一個實施例中，主梯度線圈的部分線圈系統在一個以上的半徑制造，RF屏蔽 在兩個以上的半徑制造。這具有下列優點：提供梯度的設計的更大靈活性，改善梯度的線性 和屏蔽，同時進一步增大對于梯度線圈系統的給定規格的可用于RF區域的容積。
[0102] 圖3示意地示出了這樣的梯度線圈系統：RF屏蔽具有在長度L2上的內半 徑R2hfin min。沿著與測量容積的中心對稱的兩個區段L2/2彡|z|彡L4/2,它具有半徑 R3hf，其中R3hf； utmax〈R2hfinmin。沿著剩余長度，RF屏蔽具有半徑Rlhf，其中在此示例中， Rlhf wtmax〈R3hfinmin適用。原則上，RF屏蔽的更進一步分級也是可以的。這些也不需要相對 于探頭的磁性中心對稱地安置。
[0103] 在又一個優選實施例中，主梯度線圈的部分線圈系統占用較小的區域。這更進一 步最大化RF區域的容積。如果多層導體徑向地彼此層疊在另一導體上方，則可以實現區域 的這種縮小的占用。這對于從電線纏繞的梯度特別有利，因為通過在襯底中制造用于接納 梯度電線的凹槽，在技術上解決起來簡單，并且梯度密集地纏繞，被封包在這些凹槽中?？?選地，這可以使用多層PCB或通過嵌套管的多個層來實現。在此情況下，由導體占用的每一 半徑都必須視為半徑Rigradient上的獨立梯度線圈，其中i是自然數（正整數)。因此，不 同的部分線圈系統的z位置也可以重疊。
[0104] 在圖4中，這樣的梯度線圈系統以斷面示意地表示，其中在此特定實施例中，RF屏 蔽在區間-L2/2彡z彡L2/2內具有半徑R2hf，在兩個進一步的區間L2/2〈|z|〈L4/2內具 有半徑R3hf，在區間L4/2 < | z | < L5/2內具有半徑R4hf，以及在剩余長度之外具有半徑 Rlhf。在圖4中，R2hf=R4hf。這不一定必須適用，只用于示出特別優選的變體。一般而言， 所有半徑都可以不同。此外，在圖4中，大致相同的z位置處的各梯度線圈的軸向范圍被示 為一樣大小。一般而言，這不必確保，但是例如當電線纏繞在凹槽中時這對于電線梯度很容 易實現。實現電線梯度的另一種簡單方式是，將電線纏繞為"球粒堆積"(sphere packing)， 以便每一層都比前一層少包含一個電線，并在z方向被電線直徑的一半抵銷。
[0105] 對于NMR的特定應用，不僅發射和/或接收線圈系統和梯度線圈系統之間的耦合 的減小相關，而且對由于梯度中的電線或導體絕緣，粘接劑或襯底材料導致的NMR背景信 號的抑制也是相關的。此背景信號是由NMR信號的激發和接收生成的。在最好的情況下， 它會導致可以數值校正的NMR范圍的可再現地改變的基準。這特別在背景信號弱而對應的 NMR線非常寬的情況下成立。然而，在最壞的情況下，背景信號包含不能被校正的相對強的 窄NMR線。為盡可能完全避免此背景信號，最好完全從RF區域斷開梯度線圈系統。為實現 此目標，可能需要使用RF屏蔽封閉內側、外側以及端面處的梯度。也可以在梯度輸電線的 區域實現RF屏蔽，以防止此區域中背景信號的耦合或接收。在此上下文中，值得注意的是， 通常只有帶有基本上相同靜磁場的組件可以對NMR背景信號做貢獻，因為否則，背景的核 的拉莫爾頻率相對于要被測量的頻譜移位到這樣的程度，以致于它落在測量頻率外，因為 主磁體的靜態場表現出一個平臺，該平臺相對于測量范圍基本上是對稱的并具有在該范圍 外急劇下降的振幅。
[0106] 圖5示意地示出了此實施例的其中梯度線圈系統被RF屏蔽完全封閉的變體。這 里，RF屏蔽包括位于梯度線圈系統的內側的元件3a，位于端面的元件3b，以及位于梯度線 圈系統的外側的元件3c，以及梯度輸電線的外殼6。RF屏蔽形成密封的梯度區域7,只要RF 屏蔽實現RF輻射的足夠衰減級別，沒有RF輻射能穿透該區域7。如果導體厚度在相關頻率 和溫度時大于幾個皮膚深度，這可以通過電閉合的RF屏蔽來很好地實現。可選地，構建的 RF屏蔽也可以被設計為，以便它針對相關頻率具有足夠的RF不可穿透性。然而，構建的屏 蔽通常對RF是不充分地不能穿透，以致于不能完全防止由背景信號所產生的偽像。
[0107] 端面元件和符合橫向柱體表面的形狀的元件可以，例如，通過電容性重疊、焊接、 加壓，利用導電粘接劑粘結等等來連接，以使RF屏蔽的RF不可穿透性保持為所需的級別。
[0108] 圖6示出了這樣的實施例：其中以這樣的方式實現RF屏蔽，以便對于RF屏蔽（3d) 的中間區域，> RlShielcLtmax適用。結果，與發射和/或接收線圈系統的性能相 關的RF區域的容積可以進一步增大。為實現此目標，屏蔽線圈必須在長度L6的中心處具 有對稱區域，其不包含導體。在此情況下，半徑R2hf； utmax與沒有集成的梯度線圈系統或帶有 梯度線圈系統而沒有RF屏蔽的NMR探頭的RF屏蔽的半徑相同。
[0109] 在上面所提及的RF屏蔽的變體中，生成背景信號的材料被RF屏蔽"封住"。作為 一種替代方案，可以通過使RF區域與外界密封，
[0110] 在梯度系統內部實現RF不能穿透的RF屏蔽。這防止，例如，由實際RF區域外的 材料產生的NMR背景信號被接收。即，RF區域被以這樣的方式封閉，以便在此區域外無法 接收到信號。因此，RF區域的端面必須盡可能地使RF不能穿透。然而，由于測量樣本通常 必須被插入到探頭中，因此，這只能在一側完全實現。插入口可以是密閉的，例如，使用在其 截止頻率以下操作的并如此表現出對于RF波的指數衰減的波導。這在圖7中示意地示出。 此外，必須以這樣的方式通過RF屏蔽插入RF輸電線，以便它們不能在外部空間發出任何輻 射。
[0111] 在特別優選的實施例中，RF屏蔽安裝在線圈架上(例如，通過真空沉積、濺射、CVD、 電鍍、粘結、卡箍、印刷，或噴漆)。這具有下列優點：不必執行內部涂布，RF屏蔽只安裝在外 偵k這在技術上很容易實現。另外，在外橫向柱體表面構建RF屏蔽在技術上也比較簡單。 構建可以改善梯度線圈系統的"恢復行為"，因為由于RF屏蔽中的電氣中斷，在RF屏蔽中產 生的渦電流減少。在文獻中提及了可以適用于本發明幾何形狀的圖案化的RF屏蔽的許多 不同變體。RF屏蔽的本發明的執行明確地涵蓋了從用于實現無源RF屏蔽的現有技術已知 的所有概念。
[0112] 由于NMR應用中的典型尺寸，RF屏蔽的單個區段之間的電連接在襯底的外側比在 內側顯著容易實現。例如，這對于當安裝在襯底的外側時借助焊接進行的其導電連接特別 如此。同樣，在軟性印刷電路板（PCB)上構建的RF屏蔽可以簡單地從外部安裝到線圈架中， 例如，通過粘結或卡箍。
[0113] 此外，線圈架可以由帶有高熱導率的材料(氧化鋁、氮化鋁、氮化硅，或陶瓷中的碳 化硅，多晶形式，或作為單晶體，例如，藍寶石）制成，使得能夠有效地冷卻RF屏蔽。這是必 需的，特別是，對于帶有低溫冷卻的RF線圈系統的探頭，以便使RF屏蔽的噪聲成分盡可能 地小。此外，這對于必須以高電流操作的梯度也是優點，因為冷卻可以在操作過程中執行， 例如，通過嵌套在線圈架中或安裝在它上面的冷卻劑管。這樣，發明的梯度系統的占空比和 可允許的最大電流可以增大。
[0114] 如果RF屏蔽的各半徑之間的過渡是斜面的（beveled)，則特別容易在襯底上制造 RF屏蔽。在技術上在此類型的線圈架上施加導電涂層相當容易。斜面可以是圓錐形；然而， 它也可以包含更復雜的幾何形狀。
[0115] 在本發明的范圍內呈現的無源RF屏蔽的設計可以與根據現有技術的用于減少RF 屏蔽上的渦電流的各種實現選項組合。然而，具有極少槽口或沒有槽口的薄的金屬層是特 別優選的。"薄的"意味著這樣的金屬層，其中層d的厚度與相關頻率范圍內的電氣穿透深 度(皮膚深度）s是相同量級，g卩，0〈(1〈10δ，但是，特別是，〇〈d彡3δ。
[0116] 對于切槽的屏蔽，單個導電元件之間的電容性連接優選地實現為跨槽口的電容性 重疊。這最小化了徑向尺寸。此外，帶有小介電層厚度的電容性重疊是首選的，因為通過剩 余縫隙的剩余磁通量小于用于導電元件之間的帶有相同電容值但是較大距離的電容性連 接。在較大RF屏蔽的情況下，也可以使用分離的電容器來執行電容性連接，這使得在選擇 元件時有更大的靈活性。
[0117] 參考符號列表
[0118] la-lf 主梯度線圈的部分線圈系統的電導體區段
[0119] 2;2a-2c 有源屏蔽線圈
[0120] 3 無源RF屏蔽
[0121] 3a-3e 無源RF屏蔽的部分區段
[0122] 4 RF發射和/或接收線圈系統
[0123] z z 軸
[0124] 變量列表
[0125] L1 主梯度線圈的部分線圈系統之間的軸向間隔的長度，其中在 Rlgradientinmin 和 Rlshieldinmin 之間沒有導體元件
[0126] L2 RF屏蔽的第三部分區段的軸向長度
[0127] L3 RF發射和/或接收線圈系統的軸向長度
[0128] L4, 5 RF屏蔽的各區域的軸向長度
[0129] L6屏蔽線圈的兩個部分線圈系統之間的軸向間隔
[0130] Rlgradientinmm 主梯度線圈的最小內半徑
[0131] Rlgradient^^ 主梯度線圈的最大外半徑
[0132] Rlshieldinmm 屏蔽線圈的最小內半徑
[0133] Rlhf^B RF屏蔽的至少兩個部分區段的最大外半徑
[0134] R2hfinmin RF屏蔽的第三（中央）部分區段的最小內半徑
[0135] Raif；utmax RF屏蔽的第三（中央）部分區段的最大外半徑
[0136] R2gradientinmm 主梯度線圈的第二部分線圈系統的最小內半徑
[0137] R3gradientinmm 主梯度線圈的第三部分線圈系統的最小內半徑
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【權利要求】
1. 一種有源屏蔽圓柱形梯度線圈系統，用于帶有生成在Z軸方向對齊的主磁體場的主 場磁體的MR( =磁共振)頻譜儀中，其中當電流流動時，梯度線圈系統在所述Z軸穿過的測量 容積中生成Z梯度場，所述Z梯度場的零交叉位于所述測量容積的中心，其中所述梯度線圈 系統具有至少一個主梯度線圈（la, lb ;la，lb, lc，Id, le，If )和至少一個有源屏蔽線圈（2 ; 2a，2b，2c)，其中所述主梯度線圈（la, lb ; la, lb, lc，Id, le，If )是用至少兩個圓柱形部分 線圈系統（la和lb ;la，lb, lc和Id, le，If ;1，lb和lc，Id)構成的，所述至少兩個圓柱形部 分線圈系統在所述z軸方向彼此沿著軸方向隔開長度L1并相對于所述測量容積的中心對 稱，所述圓柱形部分線圈系統的所述軸與所述z軸共線，其中所述圓柱形部分線圈系統（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徑 RlgradientQUtmax 圍繞所述z軸纏繞的電導體區段構成，其中至少一個所述有源屏蔽線圈（2 ;2a)由在最小內 半徑Rlshieldinmin上圍繞所述z軸的電導體構成，其中Rlshield inmin > Rlgradient。：％ 其特征在于 在沿著軸向長度L1、在主梯度線圈（la, lb ;la，lb, lc，Id, le，If)的最小內半徑 Rlgradientinmin和Rlshieldinmin之間的半徑范圍內相對于所述測量容積的中心對稱的空心 圓柱區段中，不存在梯度線圈系統的電導體元件， 提供無源RF屏蔽（3)，所述無源RF屏蔽（3)是從至少三個電互連的部分區段（3a，3b， 3c)構建的，其中兩個部分區段（3a，3c)以最大外半徑Rlhf；utmax圍繞所述z軸安置，而在這 兩個部分區段（3a，3c)之間，具有軸向長度L2、最小內半徑R2hf inmin和最大外半徑R2hfwtmax 的第三部分區段（3b)圍繞所述z軸安置，其中下列適用：Rlhf^^RlgradientJ'Rlgrad 并且 L2〈L1。
2. 根據權利要求1所述的梯度線圈系統，其特征在于，下列適用： R2hf0Utmax<Rlshield inmin〇
3. 根據權利要求1或2中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，下列適用： 彡 1. 1 · Rlgradient-·并且 R2hfout眶彡 0· 8 · RlshieldJ'
4. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，下列適用： R2hfinmm > RlgradientQUtmax+3mm 并且 R2hfQUtmax > Rlshieldinmm-3rnrn。
5. 根據權利要求1到4中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，圍繞所述z軸 纏繞的所述電導體區段（la, lb; la, lc，Id, If; la, Id)優選地是從帶有圓形斷面的電線構建 的。
6. 根據權利要求1到4中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，圍繞所述z軸纏 繞的所述電導體區段（la, lb; la, lc, Id, If; la, Id)是從帶狀導體構建的。
7. 根據權利要求1到4中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，圍繞所述z軸纏 繞的所述電導體區段（la, lb; la, lc，Id, If; la, Id)是從在電介質線圈架上涂布的導電層構 建的。
8. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述主梯度線圈 的沿著軸向隔開的圓柱形部分線圈系統中的至少兩對（la和If，lb和le，lc和Id)具有不 同的最小內半徑（Rl gradientinmm，R2gradientin mm，R3gradientinmm)。
9. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述無源RF屏 蔽（3)的至少兩個部分區段（3&，31 5,3(3,3(1)具有不同的最小內半徑（1?11^1：'1?21^1；' RShfi/n，
10. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，至少一個所述圓 柱形部分線圈系統（la和lb ;la，lb，lc和ld，le，If ;la，lb和lc，Id)是從在徑向方向（la， lb ;la，lc，ld，If ;la，Id)層疊的多個電導體區段構建的。
11. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述主梯度線圈 的所述圓柱形部分線圈系統（la和If, lb和le，lc和Id)和至少一個有源屏蔽線圈（2 ;2a， 2b，2c )完全被所述無源RF屏蔽（3 )封閉，傳入的輸電線開口除外。
12. 根據權利要求11所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述主梯度線圈的所述圓柱 形部分線圈系統（la和If, lb和le，lc和Id)的徑向內表面和軸向端面以及所述至少一個 有源屏蔽線圈（2 ;2a，2b，2c)的所述徑向外表面和所述軸向端面被所述無源RF屏蔽（3)封 閉。
13. 根據權利要求1到10中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述無源RF 屏蔽（3)的形狀使得它封閉RF輻射不能穿透且RF輻射不能從中泄漏的空間的區域。
14. 根據權利要求11到13中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述無源RF 屏蔽（3)的RF不可穿透性是通過所述無源RF屏蔽（3)的電容性重疊元件和/或通過焊接 和/或通過加壓和/或通過利用導電性膠粘劑粘結來實現的。
15. 根據前述權利要求中任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，所述無源RF屏 蔽（3)特別是通過真空沉積和/或濺射和/或CVD和/或通過電鍍和/或印刷和/或噴漆 和/或粘結，安裝在襯底上。
16. 根據前述權利要求中的任何一項所述的梯度線圈系統，其特征在于，至少兩個所述 電互連的部分區段（3a，3c)以最大外半徑虹1^。 11^￡圍繞所述z軸圓柱對稱地安置，其中在 這兩個部分區段（3a，3c)之間，具有軸向長度L2和最小內半徑R2hf inmin#及最大外半徑 R2hfwtmax的第三部分區段（3b)圍繞所述z軸安置，在所述第三部分區段（3b)和所述兩個其 他部分區段（3a，3c)中的每一個之間，安置了過渡區段（3d，3e)，特別采取圓錐形元件的形 式，所述過渡區段（3d，3e)互連沿著軸向長度L8以不同的半徑安置的所述部分區段（3a，3b 和 / 或 3c，3b)。
17. 帶有根據前述權利要求之一所述的梯度線圈系統的MR頻譜儀，其特征在于，提供 RF發射和/或接收線圈系統（4)，所述RF發射和/或接收線圈系統（4)沿著軸向長度L3〈L2 被安置在所述半徑R2hf inmin內部，并相對于所述測量容積的中心對稱。
【文檔編號】G01R33/385GK104062612SQ201410105226
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2013年3月20日
【發明者】N·弗里塔格 申請人:布魯克碧奧斯平股份公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
