国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

專利名稱：制造梯度線圈的方法、梯度線圈單元、梯度線圈和磁共振成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造梯度線圈的方法、梯度線圈單元、梯度線圈和MRI(磁共振成像)裝置，并且尤其涉及可提供不降低磁場產(chǎn)生效率的良好的線性的制造梯度線圈的方法、梯度單元、梯度線圈和MRI(磁共振成像)裝置。
在公開號為No．6-14900的日本公開專利中公開的“制造梯度線圈的方法、梯度線圈單元和梯度線圈”中，梯度線圈的繞線模式基本上如下來確定(1)假設(shè)繞線模式具有大量弓形螺旋線，如

圖1所示，并且它在r方向上的電流分布以下面的等式(2)表示，在φ方向的電流分布以等式(3)表示
其中r是徑向位置、φ是角度方向的位置，R0是最大半徑，Sn，n，Cm和m是為優(yōu)化而控制的參數(shù)。
(2)對于Sn，n，Cm和m的優(yōu)化值在φ=0處獲得。特別是，對于Sn，n，Cm和m的適當(dāng)?shù)闹当患僭O(shè)來計算要求的區(qū)域中的磁場的線性誤差，并且控制Sn，n，Cm和m來使得線性誤差落入允許值的范圍內(nèi)，以得到優(yōu)化值。
(3)在φ=0線上的電流分布輪廓從等式(3)用結(jié)果得到的Sn，n，Cm和m替代而得到。作為線Jφ=0和由線Jφ=0得到的電流分布輪廓的正的部分包圍的小區(qū)域的區(qū)域之和的Ap被位置數(shù)目N分割，在這些位置處梯度線圈的繞線截斷線φ=0，并且結(jié)果得到的值被定義為ΔAp。
(4)線Jφ=0和線Jφ=0的電流分布輪廓的正的部分包圍的整個區(qū)域被ΔAp分割為子區(qū)域。各個子區(qū)域中間的r位置被定義為各個繞線把線φ=0截斷的位置。
(5)步驟(3)-(4)被反復(fù)進行，同時依次在第一象限內(nèi)變化φ值以獲得第一象限內(nèi)的繞線模式，如圖2所示。
(6)結(jié)果得到的第一象限內(nèi)的繞線模式相對于X軸(線φ=0)被對稱復(fù)制以用反向的電流方向獲得第四象限內(nèi)的繞線模式。而且，考慮電流方向，增加連接第一和第四象限內(nèi)的繞線模式的模式，從而一個線圈可作為一個整體被形成。這樣得到一側(cè)上的繞線模式。
(7)一側(cè)上的繞線模式相對于Y軸(與X軸正交的軸)被對稱復(fù)制。從而得到梯度線圈單元的繞線模式。
(8)把大量梯度線圈單元組合在一起。
在上述的傳統(tǒng)的梯度線圈的繞線模式中(參見圖1和2)，一些相鄰的路徑在一些位置(在圖2中在4個位置上)上承載相反方向的電流流動。
為了這一原因，盡管可得到良好的線性，產(chǎn)生磁場的效率被降低。
因此本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種可提供不降低磁場產(chǎn)生效率的良好的線性的制造梯度線圈的方法、梯度線圈單元、梯度線圈和MRI裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種制造梯度線圈的方法，包括步驟(1)假設(shè)一個半圓螺旋線的繞線模式，并且以下面的電流分布等式來表達(dá)它的X軸電流分布Jx(x)=ΣnAn·sin(π2nxR0)+ΣmBm·sin(π2mxR0)]]>這里X軸是把半圓螺旋線分為兩個相等的部分的軸，R0是最大半徑，An，n，Bm和m是為優(yōu)化而控制的參數(shù)。
(2)假設(shè)An，n，Bm和m的適當(dāng)值，從而用An，n，Bm和m值替代的以電流分布等式表達(dá)的X軸電流分布輪廓不位于正負(fù)兩極，在多個磁場測量點計算磁場的線性誤差，并且控制An，n，Bm和m使得線性誤差落入允許值的范圍內(nèi)，以得到對An，n，Bm和m的優(yōu)化值。
(3)把電流分布輪廓和線Jx=0包圍的區(qū)域用位置數(shù)目N去分割，在這些位置處構(gòu)成半圓螺旋線的直線部分的直線段截斷X軸，并且定義結(jié)果得到的值為ΔAp；(4)把電流分布輪廓和線Jx=0包圍的整個區(qū)域通過ΔAp分割為子區(qū)域，定義各個子區(qū)域中間的X位置為半圓螺旋線的直線部分的各個直線段截斷X軸的位置；(5)形成半圓螺旋線的弧形部分，以成為具有半徑R0的半圓，從而產(chǎn)生一側(cè)上的繞線模式；(6)相對于彼此相鄰的直線部分對稱復(fù)制一側(cè)上的繞線模式，從而產(chǎn)生梯度線圈單元的繞線模式；和(7)把大量梯度線圈單元組合在一起。
在第一方面的制造梯度線圈的方法中，假設(shè)了一個半圓螺旋線的繞線模式；它的電流分布以連續(xù)的函數(shù)來表達(dá)，從而X軸電流分布輪廓不都位于正負(fù)兩極；連續(xù)函數(shù)的參數(shù)被優(yōu)化從而可獲得要求的線性；并且確定構(gòu)成半圓螺旋線的直線部分的各個直線段的位置，使得實現(xiàn)了由優(yōu)化的連續(xù)函數(shù)給出的電流分布輪廓。然后，結(jié)果得到的模式被對稱地復(fù)制來產(chǎn)生梯度線圈單元，并且多個梯度線圈單元被組合來形成梯度線圈。由于使用半圓螺旋線的繞線模式僅提供兩個相鄰路徑承載相反方向的電流流動的位置，并且該路徑是彼此遠(yuǎn)離的，從而它提供了良好的線性，并且避免了磁場產(chǎn)生效率的降低。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制造與第一方面相關(guān)的梯度線圈的方法，其中多個磁場測量點是不包含電流成分的球面上的點。
在第二方面的制造梯度線圈的方法中，選擇不包含電流成分的球面上的點作為磁場測量點，檢查線性，從而在球內(nèi)部也確保線性。因此，由于僅需要球面上的很小數(shù)目的磁場測量點用于計算，計算時間可被減少。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種具有通常結(jié)構(gòu)的梯度線圈單元，從而其中每個形成一個半圓螺旋線的一對繞線模式被對稱地設(shè)置為使它們各自的直線部分彼此相鄰，其中，當(dāng)將把半圓螺旋線分為兩個相等的部分的軸被定義為X軸時，經(jīng)半圓螺旋線之一由通過電流產(chǎn)生的X軸電流分布基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)。
在根據(jù)本發(fā)明的第三方面的梯度線圈單元中，由于使用具有基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)的電流分布的半圓螺旋線的繞線模式，僅提供兩個相鄰路徑承載相反方向的電流流動的位置，并且該路徑是彼此遠(yuǎn)離的，從而可避免磁場產(chǎn)生效率的降低。而且通過優(yōu)化連續(xù)函數(shù)的參數(shù)可獲得良好的線性，因此能得到要求的線性。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種與上述第三方面相關(guān)的梯度線圈單元，其中連續(xù)函數(shù)由正交函數(shù)的組合構(gòu)成。
在第四方面的梯度線圈單元中，由于使用正交函數(shù)的組合構(gòu)成的連續(xù)函數(shù)，計算可作為分離的過程來執(zhí)行，從而使計算過程簡單。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種包括上面第三或第四方面所述的多個梯度線圈單元的組合的梯度線圈。
在第五方面的梯度線圈中，由于使用具有基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)的電流分布的半圓螺旋線的繞線模式，僅提供兩個相鄰路徑承載相反方向的電流流動的位置，并且該路徑是彼此遠(yuǎn)離的，從而可避免磁場產(chǎn)生效率的降低。而且通過優(yōu)化連續(xù)函數(shù)的參數(shù)可獲得良好的線性，因此能得到要求的線性。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種包括上面第五方面所述的梯度線圈的MRI裝置。
在第六方面的MRI裝置中，由于使用具有半圓螺旋線的繞線模式和具有基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)的電流分布的梯度線圈，僅提供兩個相鄰路徑承載相反方向的電流流動的位置，并且該路徑是彼此遠(yuǎn)離的，從而可避免磁場產(chǎn)生效率的降低，從而降低耗電量。而且由于通過優(yōu)化連續(xù)函數(shù)的參數(shù)可獲得良好的線性，因此能得到要求的線性，提高圖像質(zhì)量。
從而，根據(jù)本發(fā)明的制造梯度線圈的方法、梯度單元、梯度線圈和MRI裝置，可不降低磁場產(chǎn)生效率而獲得良好線性。
本發(fā)明的另外的目標(biāo)和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖的對優(yōu)選實施例的描述中將變得更明顯。
圖1是解釋傳統(tǒng)的梯度線圈單元的圖；圖2是解釋被優(yōu)化后的傳統(tǒng)的梯度線圈單元的圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MRI裝置的配置框圖；圖4是表示圖3的MRI裝置中的磁體組件的主要部分的簡圖；圖5是X軸梯度線圈的透視圖；圖6圖示出梯度線圈單元中的電流分布；圖7是表示梯度線圈設(shè)計過程的流程圖；圖8是一個半圓螺旋線的簡圖；圖9是例示的電流分布輪廓；
圖10圖示從優(yōu)化的電流分布獲得的繞線位置；圖11圖示被優(yōu)化后的梯度線圈單元；圖12是優(yōu)化過程的流程圖。
本發(fā)明將參考在附圖中示出的幾個實施例進行具體描述。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MRI裝置的配置框圖。
在MRI裝置100中，磁體組件1內(nèi)具有一個受測體可插入其中的內(nèi)腔(空的部分)，并且圍繞著內(nèi)腔，磁體組件1包括用于產(chǎn)生X軸梯度磁場的X軸梯度線圈1X、用于產(chǎn)生Y軸梯度磁場的Y梯度線圈1Y、用于產(chǎn)生Z軸梯度磁場的Z軸梯度線圈1Z、用于應(yīng)用RF脈沖來激活受測體內(nèi)部原子核的自旋的發(fā)射線圈1T、用于檢測來自受測體的NMR信號的接收線圈1R以及用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場的永磁體對1M。
應(yīng)注意超導(dǎo)磁體可被用來替代永磁體對1M。
X軸梯度線圈1X被連接于X軸梯度線圈驅(qū)動電路3X。Y軸梯度線圈1Y被連接于Y軸梯度線圈驅(qū)動電路3Y。Z軸梯度線圈1Z被連接于Z軸梯度線圈驅(qū)動電路3Z。發(fā)射線圈1T被連接于RF功率放大器4。接收線圈1R被連接于前置放大器5。
序列存儲器電路8根據(jù)來自計算機7的指令基于自旋回轉(zhuǎn)技術(shù)等的脈沖序列操作X、Y、Z軸梯度線圈驅(qū)動電路3X、3Y和3Z，以分另從X軸梯度線圈1X、Y軸梯度線圈1Y和Z軸梯度線圈1Z產(chǎn)生X軸梯度磁場、Y軸梯度磁場和Z軸梯度磁場。序列存儲器電路8還操作門調(diào)制電路9來把來自RF振蕩電路10的高頻輸出信號調(diào)制為具有預(yù)定時序和預(yù)定包絡(luò)線的脈沖信號，并把脈沖信號應(yīng)用于RF功率放大器4作為激活脈沖。在RF功率放大器4中被功率放大后，信號被應(yīng)用于磁體組件1中的發(fā)射線圈1T以選擇地激活目標(biāo)片區(qū)。
前置放大器5放大來自受測體的由磁體組件1中的接收線圈1R檢測的NMR信號，并把該信號輸入到相位檢測器12。相位檢測器12用來自RF振蕩電路10的輸出作為參考信號檢測來自前置放大器5的NMR信號的相位，并把檢測過相位的信號提供給A／D轉(zhuǎn)換器11。A／D轉(zhuǎn)換器11把檢測過相位的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字MR信號數(shù)據(jù)并把它輸入到計算機7。
計算機7在MR數(shù)據(jù)上執(zhí)行圖像重構(gòu)計算以產(chǎn)生目標(biāo)片區(qū)的圖像。圖像被顯示在顯示裝置6上。計算機7也負(fù)責(zé)總體控制，例如接受從操作臺13輸入的信息。
圖4是表示磁鐵組件1的主要部分(與本發(fā)明相關(guān)的)的簡圖。
磁體組件1包括磁軛20、一對用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場的附接于磁軛20的相互面對的永磁體1Mt和1Mb，分別設(shè)置在永磁體1Mt和1Mb的相互面對的表面上的用于改善靜態(tài)磁場的均勻性的磁場調(diào)節(jié)板24和25和分別設(shè)置在磁場調(diào)節(jié)板24和25的相對的表面上的用于產(chǎn)生X軸梯度磁場的上下X軸梯度線圈單元1Xt和1Xb。
具有在Z方向上彼此面對的上下X軸梯度線圈單元1Xt和1Xb的組合的結(jié)構(gòu)構(gòu)成X軸梯度線圈1X。
盡管在圖中省略了，Y和Z軸的梯度線圈1Y和1Z也被設(shè)置在磁場調(diào)節(jié)板24和25的相對的表面上。
如圖5所示，上層X軸梯度線圈單元1Xt具有一般的結(jié)構(gòu)，使得具有直線部分1Xt1L和弧形部分1Xt1C的一個半圓螺旋線1Xt1和具有直線部分1Xt2L和弧形部分1Xt2C的另一個半圓螺旋線1Xt2被對稱地設(shè)置成使它們的各自的直線部分1Xt1L與1Xt2L相鄰。
下層X軸梯度線圈單元1Xb具有與上層X軸梯度線圈單元1Xt相同的結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，在經(jīng)上層X軸梯度線圈單元1Xt通過梯度電流I中產(chǎn)生的X軸電流分布Jx基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)的函數(shù)表達(dá)。(X軸是把半圓螺旋線1Xt1和1Xt2分為兩個相等部分的軸。)換言之，直線部分1Xt1L與1Xt2L的繞線的分布(或位置)要被確定來使得可得到X軸電流分布Jx。
圖7是表示制造X軸梯度線圈1X的梯度線圈設(shè)計過程的流程圖。
在步驟S1，假設(shè)如圖8所示的一個半圓螺旋線的繞線模式，并且它的X軸電流分布以下面的電流分布等式表達(dá)Jx(x)=ΣnAn·sin(π2nxR0)+ΣmBm·sin(π2mxR0)]]>其中X軸是把半圓螺旋線分為兩個相等的部分的軸，R0是最大半徑，An，n，Bm和m是為優(yōu)化而控制的參數(shù)。
在步驟S2，假設(shè)An，n，Bm和m的適當(dāng)值(假設(shè)以電流分布等式表達(dá)的用假設(shè)的An，n，Bm和m的值來替代的X軸電流分布輪廓不位于正負(fù)兩極)；在大量磁場測量點計算磁場的線性誤差，并且控制An，n，Bm和m使得線性誤差落入允許值的范圍內(nèi)，以得到對An，n，Bm和m的優(yōu)化值。
上述的優(yōu)化過程后面將參考圖12來描述。
在步驟S3，如圖9所示，計算以電流分布輪廓Jx(x)和線Jx=0包圍的區(qū)域面積Ap，電流分布輪廓Jx(x)以代入An，n，Bm和m的優(yōu)化值的電流分布方程表示，且面積Ap的值用位置數(shù)目N分隔，在直線部分的繞線截斷X軸的位置被定義為ΔAp(即繞線數(shù)目)；在步驟S4，如圖10所示，電流分布輪廓Jx(x)和線Jx=0包圍的區(qū)域被ΔAp分開為子區(qū)域，并且定義各個子區(qū)域中間的X位置為直線部分的各個繞線截斷X軸的位置(即各個繞線位置)。
在步驟S5，如圖10所示，形成半圓螺旋線的弧形部分，以成為具有半徑R0的半圓，從而獲得一側(cè)上的半圓螺旋線的繞線模式。
在步驟S6，如圖11所示，用彼此相鄰的直線部分對稱復(fù)制一側(cè)上的半圓螺旋線以產(chǎn)生上層X軸梯度線圈單元1Xt的繞線模式。下層X軸梯度線圈單元1Xb用相同的繞線模式形成。
在步驟S7，如圖5所示，把上下X軸梯度線圈單元1Xt與1Xb在Z方向上面對面地組合在一起以形成X軸梯度線圈1X。
圖12是步驟S2中的優(yōu)化過程的流程圖。
在步驟V1，確定線性誤差的允許值。
在步驟V2，假設(shè)An，n，Bm和m的適當(dāng)值。但是，施加適當(dāng)?shù)南拗?例如，限制n和m的值)，從而用假設(shè)的An，n，Bm和m的值來代入的由電流分布等式表達(dá)的X軸電流分布輪廓不位于正負(fù)兩極。
在步驟V3，在多個磁場測量點計算由半圓螺旋線產(chǎn)生的Z方向的磁場Bzt。
此時，該多個磁場測量點被選擇為不包含電流成分的球面上的點。
Z方向的磁場Bzt由下面的等式計算Bzt=z-分量{Bs+Ba}(4)
其中t(1，2，....，T)是磁場測量點的數(shù)目。
等式(5)表示從Bio-Savart定則得到的在磁場測量點t處的直線部分的磁場矢量。符號r表示磁場測量點t的位置矢量。
等式(6)表示從Bio-Savart定則得到的在磁場測量點t處的弧形部分的磁場矢量。符號Ja表示電流密度并且是常數(shù)。
在步驟V4，在各個磁場測量點t計算理想的Z方向的磁場Bt=α·x(α代表梯度斜率)。
在步驟V5，得到An和Bm的值，從而通過最小平方的方法或線性或非線性規(guī)劃(programming)使下面的值E被最小化E=Σ1T[Bt-B2t(An,Bm)]2]]>在步驟V6，用在步驟V5得到的An和Bm值代入的電流分布等式Jx(x)被用來計算適當(dāng)?shù)木€上的在檢查點處的磁場，并得到線性誤差。
在步驟V7，確定是否線性誤差落入允許值范圍內(nèi)，并且如果是的，以當(dāng)前的An，n，Bm和m返回值終止過程；否則過程進行到步驟V8。
在步驟V8，確定是否當(dāng)前線性誤差可被接受，如果是的(線性誤差被視為落入允許值范圍內(nèi))，以當(dāng)前的An，n，Bm和m返回值終止過程；否則過程進行到步驟V9。
在步驟V9，確定是否磁場測量點的數(shù)目被降低，并且如果是的，過程進行到步驟V10；否則過程進行到步驟V11。
在步驟V10，磁場測量點的數(shù)目被降低，并且過程返回步驟V5。
在步驟V11，確定是否n和m的值是否被增加，如果是的，過程進行到步驟V12；否則過程進行到步驟V13。
在步驟V12，n和m的值被增加，并且過程返回步驟V2。
在步驟V13，作出不能得到解決方案的通知。然后，過程終止。
根據(jù)MRI裝置100，由于使用具有半圓螺旋線的繞線模式并具有基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)的電流分布的梯度線圈1X和1Y，僅提供兩個相鄰路徑承載相反方向的電流流動的位置，并且該路徑是彼此遠(yuǎn)離的，磁場產(chǎn)生效率的降低可被避免，從而降低電消耗量。而且由于執(zhí)行優(yōu)化來得到要求的線性，和獲得良好的線性，并且圖象質(zhì)量可被改善。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可構(gòu)造出本發(fā)明的許多十分不同的實施例。應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于說明書中描述的特定實施例，而是在后面的權(quán)利要求中來限定。
權(quán)利要求
1．一種制造梯度線圈的方法，包括步驟(1)假設(shè)一個半圓螺旋線的繞線模式，并且以下面的電流分布等式來表達(dá)它的X軸電流分布Jx(x)=ΣnAn·sin(π2nxR0)+ΣmBm·sin(π2mxR0)]]>這里X軸是把半圓螺旋線分為兩個相等部分的軸，R0是最大半徑，An，n，Bm和m是為優(yōu)化而控制的參數(shù)；(2)假設(shè)An，n，Bm和m的適當(dāng)值，從而用An，n，Bm和m值代入的電流分布等式表達(dá)的X軸電流分布輪廓不位于正負(fù)兩極，在多個磁場測量點計算磁場的線性誤差，并且控制An，n，Bm和m使得線性誤差落入允許值的范圍內(nèi)，以得到對An，n，Bm和m的優(yōu)化值；(3)把電流分布輪廓和線Jx=0包圍的區(qū)域用位置數(shù)目N去分割，在這些位置處構(gòu)成半圓螺旋線的直線部分的直線段截斷X軸，并且定義結(jié)果得到的值為ΔAp；(4)把電流分布輪廓和線Jx=0包圍的整個區(qū)域通過ΔAp分割為子區(qū)域，定義各個子區(qū)域中間的X位置為半圓螺旋線的直線部分的各個直線段截斷X軸的位置；(5)形成半圓螺旋線的弧形部分，以成為具有半徑R0的半圓，從而產(chǎn)生一側(cè)上的繞線模式；(6)相對于彼此相鄰的直線部分對稱復(fù)制一側(cè)上的繞線模式，從而產(chǎn)生梯度線圈單元的繞線模式；(7)把大量梯度線圈單元組合在一起。
2．如權(quán)利要求1的制造梯度線圈的方法，其特征在于所述多個磁場測量點是不包含電流成分的球面上的點。
3．一種具有通常結(jié)構(gòu)的梯度線圈單元，從而其中每個形成一個半圓螺旋線的一對繞線模式被對稱地設(shè)置為使它們各自的直線部分彼此相鄰，其中，當(dāng)把半圓螺旋線分為兩個相等部分的軸被定義為X軸時，由經(jīng)半圓螺旋線之一的通過電流產(chǎn)生的X軸電流分布基本上以不位于正負(fù)兩極的連續(xù)函數(shù)表達(dá)。
4．如權(quán)利要求3的梯度線圈單元，其特征在于連續(xù)函數(shù)由正交函數(shù)的細(xì)合構(gòu)成。
5．一種包括多個權(quán)利要求3或4所述的梯度線圈單元的組合的梯度線圈。
6．一種包括權(quán)利要求5所述的梯度線圈的MRI裝置。
全文摘要
為得到良好的線性而不降低磁場產(chǎn)生效率,假設(shè)半圓螺旋線的繞線模式;電流分布以連續(xù)函數(shù)J
文檔編號G01R33/38GK1278422SQ0011884
公開日2001年1月3日 申請日期2000年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者后藤隆男, 井上勇二 申請人:通用電器橫河醫(yī)療系統(tǒng)株式會社