[发明专利]用于磁场匀场的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁场匀场的装置和方法。在诸如磁共振成像(MRI)的应用中，有必要提供非常均匀的背景磁场。比如，在一个例如直径50cm的球的成像体积内，磁通密度为0.1T或更大的磁场必须具有峰到峰值为百万分之40或更小的不均匀性。

背景技术

常规地，在本领域技术人员所知的“无源匀场”的过程中，小片状的铁磁性材料，如片状低碳钢，被策略地安排在成像体积周围适当的位置，用于补偿磁体造成的磁场不均匀性。比如，一种典型的MRI磁体可为圆柱形形状，由超导电线线圈形成并封装在一个圆柱形冷冻剂导管中，其自身封装在一个与环境温度热隔离的中空圆柱形的外真空室(OVC)内。在外真空室的孔内安置了一个圆柱形梯度线圈组件。这是一个典型的在陶制材料如环氧树脂内包含电阻线圈的模制品，用于产生正交磁场梯度。电阻线圈包括梯度线圈本身，并且在梯度线圈的径向外侧，梯度屏蔽线圈可选择地设置为用于减少从梯度线圈到达外真空室(OVC)的磁场强度。模制品内提供了匀场槽。这些是孔，典型地为矩形截面，且典型地设置在梯度线圈和梯度屏蔽线圈之间。具有相似矩形截面的匀场盘位于匀场槽内。每个匀场盘包括沿着其长度的许多匀场室。成片的铁磁材料，被称作匀场板，典型地，诸如那些用于变压器叠片中的、具有可再生磁性的低碳钢，被置于匀场盘的匀场室内。匀场盘装入梯度线圈组件内。成片的铁磁材料影响磁体产生的磁场，可用于提高生成的磁场的均匀性。一种匀场算法被用于计算需要将成像体积内磁场不均匀性减小到所需水平的匀场板的数量和分布。匀场盘也可或可选地置于梯度线圈组件的径向外表面和OVC的孔之间，或在梯度线圈组件的径向内表面和梯度线圈组件的孔内的体(RF)线圈之间。

匀场常规地进行如下。首先将磁体带入磁场中，典型地使用核磁共振(NMR)探针阵列，测量成像体积内的磁场变化。将磁体带入磁场中导致流过超导线圈的电流逐渐增加，一个被称为坡升的过程。由于加热发生在冷冻导管内，坡升过程花费时间，并消耗冷冻剂。除此坡升花费的时间之外，其中该坡升花费的时间典型地至少为半小时，可能为数小时，必须允许磁体达到平衡，这还要花费1-2小时。

一旦测量到磁场变化，这可使用NMR场相机绘制球面表面流量密度并将它分解为球谐函数之和以描述不均匀性来实现，已知算法可用于计算匀场板合适的分布从而提高成像体积内磁场的均匀性。然后移除超导磁体中的电流。与上述坡升过程相似，该“坡降”步骤消耗时间和制冷剂。当磁体已经完成坡降时，匀场盘从梯度线圈组件中移出。匀场板被放置在匀场盘内匀场室中适当的位置。然后匀场盘被放回梯度线圈组件中。

由于安全的原因匀场板不能在场被加载或移出：在圆柱形磁体孔的开口端，当匀场板移动通过陡磁场梯度，要经历上百牛顿的相当大的力。已经对取出并用“在场”磁体替换匀场盘做了一些实验，但已证明不够令人满意。

然后重复坡升和测量磁场均匀性的过程。由于各匀场板设置精度的小误差，因此在一次反复操作中这种匀场不大可能实现足够均匀的磁场。典型地，需要二或三次匀场反复操作，这需要三或四个坡升和二或三个坡降过程。这样费时并浪费制冷剂。

发明内容

本发明的目的是提供一些方法和设备，用于使由磁体特别是超导磁体产生的磁场有效匀场，而不需要在匀场操作之间坡降磁体。避免重复坡循环节约了安装或重新启用超导磁体的时间，并减少了冷冻剂的消耗。当随着热量进入冷冻剂而超导磁体恢复到电阻状态并失去储存的能量时，淬火典型地仅发生在坡期间。通过减少对坡循环的需求，本发明减少了淬火的可能性。本发明的方法和装置可适用于圆柱形超导磁体。

本发明相应地提供附属权利要求中限定的方法和装置。特别地，本发明提供装置和方法，用于通过在位于待匀场的磁场周围的匀场通道内移动匀场件使磁场匀场。在匀场操作时，匀场通道内没有加入或移出匀场件。由于匀场件不需要横穿圆柱形磁体孔的开口端处的陡磁场梯度，因此匀场操作可在磁体在场的情况下实施。根据本发明的方法，匀场时根本不必将磁体坡降。

附图说明

在考虑以下仅通过非限制性的例子给出的特定实施例的描述后，本发明的以上以及进一步的目标、特点和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的实施例修改的超导磁体组件的示意性端视图；

图2A和2B分别示出了根据本发明实施例修改的梯度线圈组件的示意性的部分的径向截面图；

图3示出了根据本发明实施例的穿过超导磁体和梯度线圈组件的轴向截面的部分放大视图；

图4-5示出了在本发明的一些实施例中有用的保持或夹紧装置的例子；