[发明专利]一种高场磁共振梯度控制器在审

专利信息
申请号: 202110555516.2 申请日: 2021-05-21
公开(公告)号: CN113296037A 公开(公告)日: 2021-08-24
发明(设计)人: 秦云;吴林;张涛 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G01R33/385 分类号: G01R33/385;G01R33/48;A61B5/00;A61B5/055
代理公司: 成都虹盛汇泉专利代理有限公司 51268 代理人: 王伟
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 磁共振 梯度 控制器
【说明书】:

发明公开一种高场磁共振梯度控制器,应用于电子信息技术领域,针对现有技术存在的缺陷,本发明通过高速光纤链路与谱仪主控单元进行通信,谱仪主控单元将梯度控制器所需参数下发给梯度控制器,梯度控制器的取指译码模块输出梯度波形参数、梯度预加重参数、一阶匀场参数、高阶匀场参数和B0主频补偿参数等;梯度波形参数输入梯度波形生成模块,经该模块输出数字梯度波形信号,数字梯度波形信号经数模转换器转换成模拟梯度波形信号;梯度预加重参数在梯度预加重模块中计算得到预加重补偿量;一阶匀场参数在一阶匀场模块中计算得到一阶匀场补偿量。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域,特别涉及一种磁共振梯度控制器技术。

背景技术

作为磁共振成像设备的重要组成部分,主磁体负责在给定的空间范围内产生一个高均匀度的静磁场,而该区域磁场的均匀度直接影响成像质量的好坏,由于在主磁体加工制造和装配过程中存在误差,同时不可避免地会受到周围的铁磁材料的干扰,使得主磁场的均匀性受到严重影响,降低图像空间分辨率。因此,磁共振系统经常采用主动匀场的技术手段,对成像区域主磁场进行校正,以达到满足高空间分辨率成像所需的磁场均匀度。主动匀场大体又分为两种:一阶主动匀场和高阶主动匀场,以下简称一阶匀场和高阶匀场。一阶主动匀场就是在原有主磁场上叠加一个线性磁场用来补偿磁场的不均匀,可以直接用梯度线圈实现此功能,方法就是在X、Y、Z轴梯度线圈上施加适当的电流。高阶匀场需要配置专用高阶匀场线圈,产生空间上呈二阶或更高阶分布的局部磁场,可抵消主磁场中的高阶分量,高阶匀场线圈与一阶匀场的梯度场共同作用,使得主磁场更加均匀。而在一些低场磁共振设备上,一般不提供高阶匀场线圈,因此只能由X、Y、Z轴梯度线圈实现一阶匀场。

磁共振领域一般将3T及以上场强的磁共振统称为高场磁共振。在高场磁共振运行时,扫描物体内部的磁场不均匀性会引起显著的频率位移和散相,成像空间分辨率会受到更严重的磁敏感效应影响而降低。除此之外,扫描对象运动和磁体指标自身波动会造成扫描对象内部空间磁场分布的不均匀变化,这种二次磁场变化将在成像数据里引入复杂的生理噪声,降低成像图像空间分辨率。只有实时地补偿磁场的偏移,才能从根本上解决这个问题。精细脑科学研究与重大脑疾病早期诊断对脑成像的空间分辨率提出了越来越高的要求。在基础脑神经科学领域,经常需要对大脑进行磁共振高空间分辨率成像,由于梯度匀场线圈离脑部距离较远,静态匀场效率非常有限,使用动态匀场可以更好地提高匀场效率。一般通过B0场主频动态补偿和一阶片层匀场等技术手段来实时补偿磁场变化,进而提升磁场均匀度。

由于频率位移在超高场下的放大,局部磁场不均匀性更加严重,一阶匀场变得难以弥补愈加显著的局部不均匀磁场,对体型更小的动物如猕猴,尺寸远小于人,因而需要更高空间阶数的磁场分量来实现更有效的匀场,一般通过二阶和二阶以上的多组高阶梯度匀场线圈共同作用,以达到更佳的匀场效果。

由于在磁共振系统中存在金属介质,由法拉第电磁感应定律可知,当磁场中的梯度发生变化时,在磁场中的金属表面会产生电流以抵抗磁场的变化,这些电流会产生附加磁场。在这个过程中感应出的电流也就是涡流,它表现为一种随时间指数衰减的形式。这些涡流所产生的磁场对原磁场的变化起到减弱的作用,使得磁共振信号的选层、相位和频率梯度都发生偏移,这三个梯度磁场共同完成图像在空间中的定位,在磁共振系统中发挥着重要的作用。磁场的偏移会导致最后得到的回波信号产生失真,进而影响最终的成像结果,使其产生伪影畸变,一般对三轴梯度波形信号进行涡流效应的预补偿(下文统称梯度预加重),以消除涡流效应对成像质量的影响,因此梯度预加重技术对磁共振成像具有重要意义。

综上所述,在高场磁共振系统中,B0场主频动态补偿、一阶片层匀场、高阶动态匀场和梯度预加重等技术对改善成像质量特别是提升图像空间分辨率有非常重要的影响。

传统的高场梯度控制器结构如图1所示,一般从低场简单升级而来,没有针对高场磁共振梯度系统的需求做定制化的研制。从公开的文献得知,现有的高场梯度控制器通常存在以下短板:

不支持一阶片层匀场和高阶动态匀场功能;

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