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專利名稱：磁共振成像設(shè)備的主磁體帶孔渦流屏蔽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振成像設(shè)備，其包括在磁共振成像設(shè)備的測(cè)量空間內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)的至少一個(gè)主磁體系統(tǒng)、在所述測(cè)量空間內(nèi)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的梯度系統(tǒng)和渦流屏蔽系統(tǒng)。
磁共振成像(MRI)設(shè)備的基本部件是主磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。主磁體系統(tǒng)還經(jīng)常被稱為低溫恒溫器(cryostat)。主磁體系統(tǒng)包括限定測(cè)量空間且使待由MRI設(shè)備分析的對(duì)象能夠進(jìn)入的膛孔。主磁體系統(tǒng)產(chǎn)生使待分析對(duì)象中的核自旋極化的強(qiáng)均勻靜磁場(chǎng)。梯度系統(tǒng)設(shè)計(jì)成產(chǎn)生具有受控空間非均勻性的隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。梯度系統(tǒng)是MRI設(shè)備的關(guān)鍵部分，因?yàn)樘荻葓?chǎng)對(duì)于信號(hào)的定位是必不可少的。RF系統(tǒng)主要由發(fā)射線圈和接收線圈組成，其中發(fā)射線圈能夠產(chǎn)生用于激發(fā)自旋系統(tǒng)的磁場(chǎng)，且其中接收線圈將進(jìn)動(dòng)的磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。信號(hào)處理系統(tǒng)基于電信號(hào)產(chǎn)生圖像。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的磁共振成像(MRI)通常會(huì)產(chǎn)生較高聲學(xué)噪聲水平，必須使該聲學(xué)噪聲水平最小化。一方面，聲學(xué)噪聲是由梯度系統(tǒng)的振動(dòng)引起的，另一方面，聲學(xué)噪聲是由主磁體(低溫恒溫器)的振動(dòng)引起的。
由梯度系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲可通過(guò)真空室來(lái)有效地降低。參見(jiàn)例如US 6,404,200和US 5,793,210。
為進(jìn)一步減少M(fèi)RI設(shè)備的聲學(xué)噪聲，需要減少由主磁體系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲。主磁體系統(tǒng)振動(dòng)是由三個(gè)激勵(lì)機(jī)理導(dǎo)致的，首先是由從梯度系統(tǒng)通過(guò)梯度線圈底座到主磁體系統(tǒng)的振動(dòng)的結(jié)構(gòu)傳輸導(dǎo)致的；其次是由歸因于變化梯度磁場(chǎng)的主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)導(dǎo)致的，所述變化梯度磁場(chǎng)在主磁體系統(tǒng)壁內(nèi)引起渦流；以及第三是由主磁體系統(tǒng)的聲學(xué)激勵(lì)導(dǎo)致的。第三個(gè)激勵(lì)機(jī)制對(duì)于大多數(shù)MRI設(shè)備不占主導(dǎo)地位。
可通過(guò)對(duì)梯度系統(tǒng)的梯度線圈采用柔順支承來(lái)有效減少導(dǎo)致主磁體系統(tǒng)振動(dòng)的第一激勵(lì)機(jī)制。例如參見(jiàn)EP-A-1 193 507。
由US6,326,788可知，通過(guò)剛性安裝在梯度系統(tǒng)上的渦流屏蔽系統(tǒng)可有效減少主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)。然而，很難通過(guò)安裝在梯度系統(tǒng)上的渦流屏蔽系統(tǒng)減少主磁體系統(tǒng)凸緣中的渦流。
由EP-A-1 193 507可知，通過(guò)采用非導(dǎo)電主磁體系統(tǒng)可有效減少主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)。然而，就蒸發(fā)效應(yīng)而言，這樣是有缺點(diǎn)的，因?yàn)橹鞔朋w系統(tǒng)不導(dǎo)電這一事實(shí)導(dǎo)致在主磁體系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生熱量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁共振成像設(shè)備，其中以替代方式減少由所述第二激勵(lì)機(jī)制導(dǎo)致的振動(dòng)和聲學(xué)噪聲，即由引起主磁體系統(tǒng)壁內(nèi)渦流的變化梯度磁場(chǎng)所導(dǎo)致的主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)導(dǎo)致的振動(dòng)和聲學(xué)噪聲。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像裝置的特征在于該渦流屏蔽系統(tǒng)包括至少一個(gè)帶孔渦流屏蔽，其中該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽被指定給，優(yōu)選柔性連接于主磁體系統(tǒng)。
優(yōu)選地，該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽設(shè)計(jì)成穿孔的程度為0.1％至95％，最優(yōu)選地為10％至50％。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽設(shè)計(jì)成約束層結(jié)構(gòu)，其中該約束層結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括兩個(gè)特別是由銅制成的帶孔板狀層，以及一個(gè)由粘彈性材料制成的帶孔粘彈性層。該粘彈性層夾在兩個(gè)板狀層之間。
根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像設(shè)備的實(shí)施例在此后將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MRI設(shè)備；圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRI設(shè)備側(cè)面凸緣(lateralflange)上的視圖；圖3示出沿圖2中橫斷線III-III截取的穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRI設(shè)備的橫截面視圖；圖4示出根據(jù)圖3的細(xì)節(jié)IV；圖5示出根據(jù)圖2的細(xì)節(jié)V；圖6示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的MRI設(shè)備的部分橫截面視圖；和圖7示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的MRI設(shè)備的部分橫截面視圖。
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)已知的磁共振成像(MRI)設(shè)備，其包括用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)的主磁體系統(tǒng)2，以及提供梯度系統(tǒng)3的幾個(gè)梯度線圈，梯度系統(tǒng)3用于產(chǎn)生在X、Y、Z方向具有梯度的額外磁場(chǎng)。按常規(guī)，所示出的坐標(biāo)系的Z方向?qū)?yīng)于主磁體系統(tǒng)2中穩(wěn)定磁場(chǎng)的方向。Z軸是與主磁體系統(tǒng)2的膛孔軸同軸的軸，其中X軸是從磁場(chǎng)中心伸出的垂直軸，且其中Y軸是與Z軸和X軸垂直的相應(yīng)水平軸。
梯度系統(tǒng)3的梯度線圈由電源單元4供電。RF發(fā)射線圈5用于產(chǎn)生RF磁場(chǎng)并連接到RF發(fā)射器和調(diào)制器6。接收線圈用于接收由待檢查對(duì)象(例如人體或動(dòng)物體)內(nèi)的RF場(chǎng)產(chǎn)生的磁共振信號(hào)。該線圈是與RF發(fā)射線圈5相同的線圈。此外，主磁體系統(tǒng)2圍繞檢查空間，該檢查空間大得足以容納待檢查的身體部分7。RF線圈5布置在待在該檢查空間進(jìn)行檢查的身體部分7周圍或其上。RF發(fā)射線圈5經(jīng)由發(fā)射/接收電路9連接到信號(hào)放大器和解調(diào)單元10。
控制單元11控制RF發(fā)射器和調(diào)制器6以及電源單元4，以便產(chǎn)生包含RF脈沖和梯度的特定脈沖序列。從解調(diào)單元10獲得的相位和幅度施加到處理單元12。處理單元12處理所提供的信號(hào)值以通過(guò)變換形成圖像。該圖像可以例如通過(guò)監(jiān)視器8可視化。
本發(fā)明提供一種無(wú)源屏蔽以減少由于主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)而導(dǎo)致的由磁共振成像設(shè)備產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲水平，所述主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)歸因于在主磁體系統(tǒng)壁內(nèi)引起渦流的變化梯度磁場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明，磁共振成像設(shè)備包括渦流屏蔽系統(tǒng)，其中該渦流屏蔽系統(tǒng)包括至少一個(gè)帶孔渦流屏蔽，且其中該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽優(yōu)選柔性地連接到主磁體系統(tǒng)。
在圖2和3所示出的實(shí)施例中，磁共振成像設(shè)備1包括兩個(gè)渦流屏蔽13、14，其中在主磁體系統(tǒng)2的每個(gè)側(cè)面凸緣15、16處放置所述渦流屏蔽13、14中的一個(gè)。
如上面已提到的，渦流屏蔽13、14設(shè)計(jì)成帶孔渦流屏蔽。為提供良好的渦流屏蔽13、14的屏蔽特性，穿孔程度應(yīng)當(dāng)盡可能低。然而，為提供良好的聲學(xué)特性，穿孔程度度應(yīng)當(dāng)盡可能高。高的穿孔程度減少了振動(dòng)渦流屏蔽13、14的聲學(xué)輻射。應(yīng)當(dāng)注意，渦流屏蔽13、14的振動(dòng)是由導(dǎo)致洛倫茲力作用在渦流屏蔽13、14上的渦流屏蔽13、14中的渦流引起的。
根據(jù)本發(fā)明，帶孔渦流屏蔽13、14設(shè)計(jì)成穿孔程度為0.1％至95％，優(yōu)選為10％至50％。尤其是10％至50％的范圍在渦流屏蔽13、14的所需屏蔽特性和聲學(xué)特性之間提供了良好的折衷。
圖5示出根據(jù)圖2的放大的細(xì)節(jié)V并示出渦流屏蔽13、14的帶孔結(jié)構(gòu)。渦流屏蔽13、14設(shè)計(jì)成板狀元件，在渦流屏蔽13、14的板狀元件中形成多個(gè)孔17。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，穿孔程度約為30％。這意味著渦流屏蔽13、14的孔面積約為渦流屏蔽13、14總面積的30％。
渦流屏蔽13、14的特征在于厚度足夠薄或足夠小以使聲學(xué)噪聲輻射最小化，并且足夠厚以有效屏蔽梯度系統(tǒng)3的梯度線圈輻射的磁場(chǎng)。為最小化渦流屏蔽13、14的聲學(xué)噪聲輻射，渦流屏蔽13、14的臨界頻率fc應(yīng)當(dāng)大于磁成像設(shè)備1產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲的頻率。磁共振成像設(shè)備通常產(chǎn)生頻率主要在1000Hz左右、范圍為500Hz至2000Hz的聲學(xué)噪聲。臨界步驟fc可由以下公式計(jì)算fc=(ca)2πh3ρE]]>其中ca是聲音在空氣中的速度，ρ是渦流屏蔽13、14的材料的密度，E是渦流屏蔽13、14的材料的楊氏模量，以及h是渦流屏蔽13、14的厚度。
為提供良好的渦流屏蔽13、14的磁屏蔽特性，渦流屏蔽13、14的趨膚深度應(yīng)當(dāng)在能夠充分屏蔽500Hz和更高頻率磁場(chǎng)的范圍內(nèi)。趨膚深度可用以下公式計(jì)算δ=2μμ0σ2πf]]>其中δ是透入深度，μ是相對(duì)磁導(dǎo)率，μ0是制造渦流屏蔽13、14的材料的磁導(dǎo)率，σ是制造渦流屏蔽13、14的材料的電導(dǎo)率，以及f是要屏蔽的磁場(chǎng)的頻率。渦流屏蔽13、14的厚度應(yīng)當(dāng)在趨膚深度的范圍或更大，以提供足夠的磁屏蔽。
考慮上述標(biāo)準(zhǔn)，帶孔渦流屏蔽13、14優(yōu)選由密度ρ＝8960kg/m3，楊氏模量E＝123×109N/m2，電導(dǎo)率σ＝5.8×1071/Ω×m的銅制成。也可提供由鋁制成的渦流屏蔽13、14。
由銅制成的帶孔渦流屏蔽13、14的厚度的特征在于厚度為0.01mm至10mm，優(yōu)選為1mm至5mm。最優(yōu)選地，渦流屏蔽13、14具有3mm的厚度。
如圖4所示，渦流屏蔽13、14的厚度在渦流屏蔽13、14安裝到主磁體系統(tǒng)2的區(qū)域中增加。在這些位置，渦流屏蔽13、14優(yōu)選具有約8mm的厚度。由于渦流屏蔽13、14在安裝位置處的厚度增加，可能改善渦流屏蔽13、14與主磁體系統(tǒng)2的隔離。改善該隔離的一個(gè)替換方式是在安裝位置的區(qū)域中在渦流屏蔽13、14上采用額外的質(zhì)量。
應(yīng)當(dāng)注意，渦流屏蔽13、14通過(guò)彈性安裝裝置18柔性連接到主磁體系統(tǒng)2。該彈性安裝裝置18優(yōu)選設(shè)計(jì)成柔性橡膠裝置。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施例，渦流屏蔽13、14設(shè)計(jì)成約束層結(jié)構(gòu)。圖4示出渦流屏蔽13的約束層結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)優(yōu)選由銅制成的板狀層19、20和一個(gè)夾在兩個(gè)板狀層19、20之間的粘彈性層21。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)板狀層19、20和粘彈性層21都是帶孔的。這種約束層結(jié)構(gòu)提供了大量的結(jié)構(gòu)阻尼，從而降低了帶孔渦流屏蔽的振動(dòng)水平。
在圖2和3所示的實(shí)施例中，渦流屏蔽13、14位于主磁體系統(tǒng)2的兩個(gè)側(cè)面凸緣15、16的區(qū)域內(nèi)。這種布置能夠減少主磁體系統(tǒng)2的凸緣15、16中的渦流。
圖6示出本發(fā)明的一種變型，其中渦流屏蔽13、14伸進(jìn)主磁體系統(tǒng)2的膛孔內(nèi)。在圖6的實(shí)施例中，渦流屏蔽13、14屏蔽主磁體系統(tǒng)2的側(cè)面凸緣15、16以及膛孔的外端。
在圖7所示實(shí)施例中，渦流屏蔽13、14屏蔽主磁體系統(tǒng)2的兩個(gè)側(cè)面凸緣15、16和整個(gè)膛孔。在圖7的實(shí)施例中，渦流屏蔽13、14放置在主磁體系統(tǒng)2的兩個(gè)側(cè)面凸緣15、16的區(qū)域內(nèi)以及膛孔區(qū)域內(nèi)，在膛孔內(nèi)，渦流屏蔽放置在主磁體系統(tǒng)2和梯度系統(tǒng)3之間。
渦流屏蔽也可僅位于主磁體系統(tǒng)的膛孔區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明提供了一種具有渦流屏蔽系統(tǒng)的磁共振成像設(shè)備，該渦流屏蔽系統(tǒng)包括至少一個(gè)帶孔渦流屏蔽。借助于這種帶孔渦流屏蔽，可有效屏蔽主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)導(dǎo)致的聲學(xué)噪聲，所述主磁體系統(tǒng)的磁激勵(lì)是由于變化的梯度磁場(chǎng)引起。帶孔渦流屏蔽提供了無(wú)源屏蔽機(jī)制。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像設(shè)備，至少包括a)用于在磁共振成像設(shè)備的測(cè)量空間內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)的主磁體系統(tǒng)(2)；b)用于在所述測(cè)量空間內(nèi)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的梯度系統(tǒng)(3)；和c)渦流屏蔽系統(tǒng)；其特征在于該渦流屏蔽系統(tǒng)包括至少一個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)，其中該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)被指定給主磁體系統(tǒng)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)柔性連接到主磁體系統(tǒng)(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)設(shè)計(jì)成穿孔程度為0.1％至95％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)設(shè)計(jì)成穿孔程度為10％至50％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)設(shè)計(jì)成約束層結(jié)構(gòu)，其中該約束層結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)帶孔板狀層(19，20)和至少一個(gè)帶孔粘彈性層(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該約束層結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)帶孔板狀層(19，20)和一個(gè)帶孔粘彈性層(21)，其中該粘彈性層(21)夾在所述兩個(gè)板狀層(19，20)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)的厚度薄得足以使聲學(xué)噪聲輻射最小化且厚得足以使對(duì)由梯度系統(tǒng)(3)輻射的磁場(chǎng)的屏蔽最大化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)的厚度為0.01mm至10mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)的厚度為1mm至5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)在渦流屏蔽(13，14)安裝到主磁體系統(tǒng)(2)的區(qū)域內(nèi)具有增加的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)通過(guò)彈性安裝裝置(8)，特別是通過(guò)柔性橡膠裝置柔性附著到主磁體系統(tǒng)(2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)至少放置在主磁體系統(tǒng)(2)兩個(gè)側(cè)面凸緣(15，16)區(qū)域內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)放置在主磁體系統(tǒng)(2)側(cè)面凸緣(15，16)區(qū)域內(nèi)并且還放置在主磁體系統(tǒng)(2)和梯度系統(tǒng)(3)之間的膛孔區(qū)域內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)至少放置在主磁體系統(tǒng)(2)和梯度系統(tǒng)(3)之間的膛孔區(qū)域內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁共振成像設(shè)備，其特征在于該或每個(gè)渦流屏蔽(13，14)放置在膛孔區(qū)域內(nèi)并且還放置在主磁體系統(tǒng)(2)側(cè)面凸緣(15，16)區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁共振成像(MRI)設(shè)備。MRI設(shè)備的基本部件為主磁體系統(tǒng)(2)、梯度系統(tǒng)(3)、RF系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，該磁共振成像(MRI)設(shè)備具有渦流屏蔽系統(tǒng)，其中該渦流屏蔽系統(tǒng)包括至少一個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)，且其中該或每個(gè)帶孔渦流屏蔽(13，14)被指定給主磁體系統(tǒng)(2)。
文檔編號(hào)G01R33/421GK1930484SQ200580008215
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者N·B·魯曾, M·R·拉格蘭格, D·比洛恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司