[发明专利]超导磁体及其操作方法

说明书

一种超导磁体包括：超导磁体线圈(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、S₁、S₂)，其被设置在磁体低温恒温器(12)内部。当电流在超导磁体线圈中流动时，超导磁体线圈生成静态(B₀)磁场。超导B₀补偿电路(30、60、70)也被设置在磁体低温恒温器内部，并且与超导磁体线圈耦合以被动地减少由超导磁体线圈生成的B₀磁场中的时间变化。电流传感器(40)也被设置在磁体低温恒温器内部并且被连接以测量在超导B₀补偿电路中流动的电流。主动B₀补偿部件(50)与电流传感器可操作地连接以接收在超导B₀补偿电路中流动的电流的测量结果，并且基于所测量的电流来提供主动B₀磁场补偿。

技术领域

下文总体上涉及超导磁体技术，以及采用该超导磁体技术的磁共振成像和光谱学技术。

背景技术

磁共振(MR)成像受益于随时间稳定的静磁场。MRI扫描器的主(或静态)磁场通常被表示为B₀磁场，并且具有高值以对准核自旋(在统计意义上)。在用于医学成像的一些MR扫描器中，B₀在0.2特斯拉到3.0特斯拉的范围内，并且甚至更高的值，例如，B₀＝7特斯拉，用于研究应用中。超导磁体通常用于实现这些高磁场。用于制造超导磁体绕组的一些合适的超导材料包括铌-钛、铌-锡等，其临界温度(T_C)通常低于20K。因此，超导磁体绕组浸入包含在真空夹套LHe杜瓦瓶中的液氦(LHe)中或者被设置在一些其他类型的低温恒温器中以将绕组维持在适当的低温下。在采用具有较高T_C的超导材料的磁体中，磁体低温恒温器可以采用其他形式，例如浸入在液氮(LN₂)或真空中。

然而，仅几nT量级的小的时间B₀变化会降低MR图像质量。在典型的医学成像应用中可以容忍的nT变化量取决于频率，并且在0.01至100Hz下范围为约1至100nT。因此，可容忍的变化在十亿分之一(ppb)范围内。大于此的B₀变化很容易由MR扫描器周围的外部源引起，例如电力线或移动的磁性对象，如扫描器附近的火车、汽车、电梯。因此，通常提供MR磁体以补偿外部场变化，以便具有良好的图像质量。这种规定在本文中称为B₀补偿系统。B₀补偿系统的设计目标通常是将外部B₀磁场干扰减少因子10到100。B₀磁场干扰减少因子在本文中称为屏蔽因子—越高的屏蔽因子对应于越好的B₀补偿。(“外部”B₀场是指磁体本身外部的B₀场，并且通常是指成像视场(FOV)中的B₀场，例如在水平膛类型的MR扫描器的膛的等中心处)。

已经开发了各种类型的B₀补偿系统。在主动补偿方法中，磁场传感器安装在成像FOV中或附近，并且测量到的磁场用于反馈控制以主动抵消B₀磁场干扰。主动补偿B₀变化的一种方法是主动施加补偿磁场。例如，控制电子器件可以驱动一个或多个线圈以在磁体处生成补偿场。备选地，由于磁共振频率与磁场成比例(旋磁比用作比例常数)，所以主动补偿可以是(例如，在软件中)对测量到的MR信号执行的频率调节。