[发明专利]超导磁共振成像仪及其制造方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种综合的磁共振成像(MRI)仪器，特别是涉及一种超导磁共振成像装置(或称“超导磁共振成像仪”)。本发明还涉及所述超导磁共振成像仪的制造方法和应用。

背景技术

磁共振成像是一种无创医疗成像技术，被广泛应用于医疗临床和脑功能研究。由于磁共振成像仪能够对各种组织结构进行成像，特别是对软组织由于水分含量的差异而具有的分辨能力，给医生诊断提供了有益的信息。几乎所有的人体部位都适合成像，如神经系统，肌肉骨骼系统，心血管系统，消化系统和泌尿生殖系统。这项技术对早期发现和治疗中风，实时观察心血管功能，诊断肿瘤和癌症是特别有利的。此外，它是一种独特的用于人类和动物骨科损伤的诊断和治疗工具；它也可以通过波谱分析来进行活体化学分析。

在对病人进行检查时，病人需要躺在病床上，身体的待检部位被置于主要磁铁所提供的测试区(即成像区)。磁场将身体水分子中的氢原子核(质子)进行取向。通常情况下，磁铁内装有一个室温铜材制成的射频(RF)线圈和三个梯度线圈。该射频线圈产生的高频脉冲激发信号在人体内产生一个迅时横向振荡磁化，射频检测线圈将检测到的无线信号送至电脑系统进行成像。

磁场梯度的应用，使强大的磁场在检查区域内不同位置的磁场强度有微小的差别，从而来自不同地点的磁共振信号的频率有所不同，可以通过信号的频率决定该信号来自的部位。

自从1977年发明磁共振成像技术以来，人们一直在追求更高质量的磁共振成像。同样，为了尽量减少由于病人运动或体内运动体(如血流)造成的影像模糊，改善成像速度也是必要的。从对比度和分辨率的角度看，有几个因素有助于改善磁共振图像质量。其中，一个至关重要的参数，信号的信噪比(SNR)决定了图像质量。提高前置放大器前信号的信噪比是提高磁共振成像系统成像质量的关键。信噪比的定义是功率比的信号和噪音，即：

信噪比SNR＝P_signal/P_noise(公式1)

其中，P_signal和P_noise分别是信号和噪音的功率。

在磁共振成像系统中，射频线圈发射脉冲磁场激发氢原子核(质子)磁自旋。与此同时，接收线圈接收微弱的自由感应信号。对于实现良好的图像质量，发射线圈的设计远没有接收线圈重要。在某些情况下，同一线圈既作为发射线圈又作为接收线圈，然而理想的发射线圈是和接收线圈有冲突的。因此，在大多数情况下，发射线圈和接收线圈是分开的。

由于信噪比和磁场强度成正比，所以，改善信噪比的一个途径是提高磁体的磁场强度。衡量磁场大小的单位通常是特斯拉(T)，其中1特斯拉等于10000高斯。美国FDA(食品和药物管理局)规定用于医疗成像MRI的磁场不得高于4特斯拉(FDA Guidelines for Magnetic ResonanceEquipment Safety，Center for Devices and Radiological Health，FDA，2002)。

另一种改善信噪比的方式是减少噪声。由于用于人体的磁共振磁场强度存在上限，所以减少噪音是一个更明智的选择。

噪声可分为病人的身体所造成的样品噪音和接收线圈所造成的线圈噪音。

P_noise＝P_signal-noise+P_coil-noise(公式2)

其中，P_signal-noise和P_coil-noise分别为样品和线圈的噪声。由公式1和公式2，可以得到信噪比

SNR＝P_signal/(P_signal-noise+P_coil-noise)(公式3)

在公式3中，信号的大小和接收线圈到样品之间的距离平方成反比，样品噪声与样品的体积或视场成正比。较大的样品有较高的噪音。另一方面，线圈的噪声是线圈电导的函数，它取决于接收线圈的材料和温度(NeilAlford：“Superconducting Receive Coils for a Compact Low Field MRISystem”，in：Physical Electronics and Materials，http://eccel.lsbu.ac.uk/research/pem/MRI.html)。