[发明专利]磁共振成像梯度线圈、磁体组件以及系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统，具体而言，涉及对用于该系统的梯度线圈的设计。

背景技术

作为产生对象内图像的程序的一部分，磁共振成像（MRI）系统使用静态磁场对准原子核自旋。该静态磁场被称为B₀场或主场。

磁场梯度线圈用于产生时空变化的磁场，其用于对被成像核自旋进行空间编码。这种空间编码是允许从磁共振成像信号重建图像的一部分。

但是，磁共振成像通常在大磁场中执行。当电流流过磁场梯度线圈时，线圈上的洛伦兹力可能是巨大的。梯度线圈通常安装在刚性载体上或嵌入其中，上述这些力被转移给刚性载体。在操作期间，由洛伦兹力施加的大的力可在梯度线圈和刚性载体中引起声振动。在磁共振成像系统的使用期间，这些声振动听起来如同大的敲击声、重击声或点击声。

普遍公知增强用于执行磁共振成像扫描的B₀场的强度提供使诊断图像的空间分辨率和对比分辨率增强的机会。这种分辨率和对比度的增强令使用磁共振图像诊断患者的医师受益。但是，随着B₀场强度的增强，在使用期间作用在梯度线圈上的洛伦兹力同样随之增强。随着B₀场的增强，在操作期间由梯度线圈产生的噪声同样随之增强。

Michael Poole、Richard Bowtell在期刊文章Concepts in Magnetic Resonance Part B（31B(3)卷，第162-175页，2007年）中公开了一种使用边界元设计梯度线圈的方法。公开了设计过程中强加梯度线圈的扭矩平衡的函数的最小化。

在美国专利US 5764059中公开了一种适于安置在静态磁场中的声学屏蔽的磁性线圈。本质上公开了一种用于梯度线圈的主动磁性屏蔽的组合。载有电流的梯度线圈的闭合回路被布置成使得该回路的两个不同部分被机械耦合、尺寸设计并被布置成使得使磁器材经受的洛伦兹力充分降低并优选被消除。

美国专利US 2004/0113618示出了具有两个结构独立的子线圈的梯度线圈系统。这些子线圈相互分立附接，从而能够在其间布置（RF）天线系统。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了一种磁共振成像磁体组件、一种磁共振成像系统以及一种梯度线圈。从属权利要求给出了实施例。

磁共振梯度线圈展示出机械共振模式。这导致在特定操作频率下声噪声增加。通常，梯度线圈并不展示出很多的机械阻尼，从而提高了共振时的振动幅度。因此需要抑制这种共振。抑制共振的尝试大部分不成功，因为整体结构被优化成承受大的洛伦兹力而不出现机械故障。例如，在美国专利US 5764059的第10栏第20到21行中写到“因而与直觉相反，需要高强度的轻耦合结构。”US5764059中所述的设计教导了一种平衡线圈之间的力的方法，但是并未解决与机械结构中的声共振相关联的问题。

US 5764059中的轻耦合结构的使用教导了与本发明的实施例用以抑制共振的方案不同的解决方案：根据本发明的一些实施例，可将机械阻尼结构引入线圈中的不传递大的力并且发生显著相对运动的区域，以使阻尼材料有效。优选阻尼层不由导体桥联，因为阻尼层的机械刚度将消除阻尼材料的效果。对于圆柱形梯度线圈，阻尼层的自然位置是线圈的z=0中平面，但是常规梯度线圈经受施加在该中平面上的大的弯曲力。Z方向被定义为与圆柱形磁体的对称轴对准。

在一些实施例中，能够通过合并机械阻尼材料或弹性材料降低梯度线圈的声噪声发射，所述机械阻尼材料或弹性材料降低结构的机械质量因子。在一些实施例中，圆柱形梯度线圈在z=0的中平面中被机械分开并且两个半部分使用弹性或有损耗材料联接。这种机械分开的先决条件是梯度线圈的每个半部分在主磁场磁体的场中不经受净磁平移力或旋转力。此要求能够通过线圈系统的适当磁设计来满足。

根据本发明构建的梯度线圈具有如下特征：

1、当将线圈在约z=0平面分开时，每个半线圈在线圈匹配的磁体的场中操作时应当是力平衡并且扭矩平衡的，

2、使用机械有损耗或弹性材料联接线圈的两半部分，以抑制线圈的机械共振模式。这种有损耗或弹性材料可以相对薄的橡胶层的形式合并。