磁共振成像磁体系统的无源匀场技术方案

本发明专利技术提供一种用于圆柱形磁体系统的无源匀场的布置，其包括位于所述圆柱形磁体的开口孔径内的梯度线圈组件（２０），所述梯度线圈组件包括在平行于所述圆柱形磁体的轴线的方向上定向的复数个管（２２），所述管用于容纳匀场体材料片（１０）。所述匀场体１０材料片（１０）为大致平面的，且堆叠到所述管（２２）中，使得这些匀场体材料片大致垂直于所述圆柱形磁体的轴线而放置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁共振成像i兹体系统的无源匀场例如磁共振成像(MRI )或核磁共振(丽R)成像等应用需要具有高强度 和非常高均匀性的磁场。此类磁场通常由包括布置成固定布置的许多超导或电阻性线圈的电磁体提供。如此项技术中众所周知的，对磁体系统的设计投入了大量精力以使得其 能够产生高强度均匀场。然而，仍无法设计出一种将在实际应用中产生其所 设计均匀性的磁体。制造公差不可避免地使线圈从其设计位置偏移，且所使 用的电线的特性可能不同于设计过程中所假定的特性。此外，当磁体安装在 操作场所时，其可产生的磁场将受到周围环境的影响。举例来说，在医院环 境中，建筑物的结构将通常含有结构钢，且附近的其它设备将影响磁体系统 最终产生的场。出于这些原因，使用匀场(shimming)来校正实际场与设计 场的偏差，改进实际场，以便实际场更紧密接近设计场。已知两种类型的匀 场有源匀场涉及控制穿过出于此目的而添加到i兹体系统中的匀场体线圈 (shim coil)的电流。穿过每一线圈的电流经调节以4吏得其产生整体上影响 磁体系统的场的磁场。另一方面，无源匀场涉及在磁场内放置多片磁性材料 (通常是钢)以使实际磁场变形，使得其更紧密类似于所设计的磁场。 本专利技术致力于用于成像的磁体系统中的无源匀场布置。 在用于成像的磁体系统中，许多线圈携载电流以产生高强度且相对均匀 的磁场。此场可称为主场或背景场。另外，需要梯度场。梯度场沿着主场的 轴线强度有所变化，而并非是均匀的。在中空圆柱形^兹体系统中，产生主场 的线圏轴向对准。通常，梯度线圈布置在主场线圈的径向内部的管状空间中。 在典型的布置中，梯度线圈包括嵌入在铸封材料(例如树脂)中的电阻性电 线。已知的无源匀场布置采用匀场体盘(shim tray),通常是具有矩形横截面的长方体盘，其在使用中在平行于磁体轴线的方向上容置于梯度线圈的铸封材料中所形成的狭槽中。勻场体盘沿着其长度包括许多凹穴(pocket )。匀场体片通常为扁平正方形或矩形钢片，其放置在所述凹穴内，且接着将匀 场体盘引入梯度线圈中。通过提供布置在梯度线圈周围的许多匀场体盘，在多种径向和圆周位置中提供许多匀场体凹穴。举例来说，可采用12个盘， 其每一者具有15个凹穴，从而给出总共180个匀场体凹穴。每一匀场体凹 穴可含有许多匀场体片；每一匀场体片可具有多种厚度中的一种。通常使用 计算机模拟来计算应放置在每一匀场体凹穴中的匀场体片的数目。每一凹穴中的匀场体材料量可通过添加恰当量的相同匀场体片来调节，或可使用具有 不同厚度的匀场体片。当前的匀场计算技术由在经布置穿过^f兹体开口孔径的凹穴阵列中布置 正方形匀场体构成。匀场体经"堆叠"以使得对于任何给定的匀场体凹穴， 堆叠高度在磁场的径向上，同时匀场体的晶粒取向(易磁化轴线)与轴向磁 场对准。实际上，这导致凹穴内匀场体的厚度与对^兹体系统体积的影响之间 的近似线性关系。这允许使用多种优化技术来解决^f兹场污染的可测设置。当前布置通常使用正方形或矩形的晶粒取向硅铁板作为匀场体材料。这 些板具有经布置为平行于主磁体轴线的易磁化轴线，且其在径向方向上堆叠 在所述凹穴中。由于匀场体物质与B。漂移(因此而得的图像质量)及安装时 间两者之间的直接关系，所以减少所使用的匀场体物质的量的匀场方案对于 减小匀场布置的大小、减小B。漂移以及改进用以在;兹体中加载匀场体材料的 准确度和时间方面将是有利的。第2003/0206018号美国专利申请案描述用于在磁共振设备中定位匀场 体材料的布置，以及可装配有匀场体元件的载体装置(例如勻场体盘)。如 所引用的美国专利申请案中所描述，图5展示放置在梯度线圈110的矩形截 面狭槽120中的匀场体片160的实例。本专利技术解决此类用于磁体系统的无源匀场的常规布置所具有的若干技术问题，所述磁体系统例如为用于核磁共振或磁共振成像系统的超导电磁体 或7JC久;兹体。明确地说，本专利技术解决以下问题中的一者或一者以上。现有匀场体盘导致匀场材料在用于匀场的梯度线圈中所留出的空间中 占有较低体积分数。这部分是由于需要在所有凹穴中提供充足空间以用于某 一最大数目的匀场体，且部分是由于需要容纳匀场体盘本身。已作出估计， 在通常经匀场的;兹体系统中，实际上在留出用于匀场的体积中仅约35 %由匀场材料占据。剩余65%实际上是浪费的空间。由于此类磁体系统的设计者设 法优化空间使用，以便缩短或加宽中空圓柱形》兹体的开口孔径，所以需要避 免此类空间浪费。为了最小化所浪费空间，可限制匀场体盘的每一凹穴的容 量。然而，这又不仅限制了可加载的匀场体材料的体积，而且还意味着最敏 感区附近(通常朝向磁体中心)的匀场体凹穴被快速填满，从而迫使将任何 另外需要的匀场体材料填入欠敏感区中，因而增加实现所需匀场效应所需要 的匀场体材料的质量。 '现有匀场体盘和梯度线圈中的相应狭槽具有矩形横截面。这导致应力集 中于狭槽的角隅处，这往往会削弱梯度线圈的结构完整性。放置在梯度线圈中狭槽内的勻场体材料往往会在向磁体供能时变热。此 温度变化导致匀场体材料的磁性性质的变化。虽然匀场体材料可有效地在特 定温度下提供特定等级的^兹场均匀性，但匀场体材料的温度变化将造成所得 磁场的均匀性发生变化。此效应是众所周知的，且通常称为B。漂移。以已知布置提供勻场体通常涉及在磁体不起作用时在每一匀场体盘的 恰当凹穴中手动放置匀场体片以及手动放置和取出匀场体盘。此工艺是耗时 的、劳动密集型的，且容易出错。已发现该工艺难以自动化。现有匀场软件(即，计算待放置勻场体材料的量和位置的软件)假设匀 场体材料(例如铁)的磁化方向平行于主场的方向；不允许具有磁化向量的 任何径向分量，但此类径向分量实际上可能存在于所使用的匀场体材料中。本专利技术因此提供如所附权利要求书中所陈述的方法和设备。 通过结合附图考虑以下对某些实施例的描述，将更容易明白本专利技术的以上和另外目的、特性和优点，其中图2说明根据本专利技术实施例特征的位于梯度线圈组件中的管的布置，其 经布置以容纳匀场体材料；图3A到3B说明用于模拟匀场体材料的径向和轴向磁效应的方法的各方面；图4说明本专利技术所提供的匀场体优化方法的概述；且 图5说明现有技术的匀场体布置的横截面。根据本专利技术的一方面，免除了匀场体盘。此外，复数个大致平面的匀场 体片经布置为垂直于中空圆柱形》兹体的轴线。优选地，匀场体片为平面的， 且更优选为圆形的，并且梯度线圈组件具备许多圆柱形匀场体管以用于容纳 匀场体片。优选地，提供用于现场冷却匀场体片的布置。仅以实例方式，在附图说明图1和图2中示意性展示本专利技术的某些实施例的几何 形状。图l展示根据本专利技术的一方面的匀场体布置的细节。根据本专利技术的此实 施例，匀场材料盘IO布置在为此目的而提供的梯度线圈组件20 (图2)内， 梯度线圈组件20位于具有互补;f黄截面的管(tube) 22中。在所说明的实施 例中，盘10是圓形的，且管22具有圓形横截面。在替代实施例中.，盘10 可为椭圓形的，且管22可具有椭圆形横截面。在这些实施例中，有可能将 匀场体片布置为整体上相对于梯度线圈组件具有一个确定的定向，这将难以用圆形盘10进行布置。在另外替代性布置中，盘10可为三角形、正方形、 矩形、六边形或几乎任何平面形状。实施例可甚至提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于圆柱形磁体系统无源匀场的布置，所述布置包括一个位于所述圆柱形磁体的开口孔径内的梯度线圈组件（２０），所述梯度线圈组件包括在平行于所述圆柱形磁体轴线的方向上定向的复数个管（２２），所述管（２２）用于容纳复数个匀场体材料片（１０），　 　其特征在于，所述匀场体材料片（１０）为大致平面的，且堆叠到所述管（２２）中，使得这些匀场体材料片大致垂直于所述圆柱形磁体的轴线放置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明J凯特马尔，蒂莫西巴尼斯，伊恩威尔金森，约翰H托耶，
申请(专利权)人：西门子磁体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]