具有无源屏蔽梯度线圈的磁共振扫描仪的制作方法

本公开内容涉及磁共振扫描仪。具体地，本公开内容涉及为以其他方式非屏蔽(或至少非有源屏蔽)的梯度线圈提供无源磁屏蔽。

背景技术：

1、磁共振(mr)扫描仪/成像器利用梯度线圈来提供从其可以形成mr图像的磁场梯度。不利的是，由梯度线圈产生的场可以通过涡流耦合至扫描仪的超导磁体，这会由于所导致的超导体磁场中缺乏均匀性而对图像质量产生负面影响。为了解决这个问题，磁体的辐射屏蔽件可以提供一些基本的电磁屏蔽，但是这仍然可能影响成像质量。

2、由快速切换的磁梯度线圈生成的涡流的影响在历史上已经通过有源屏蔽梯度线圈来解决。辐射屏蔽件中不需要的涡流的生成通过引入次级磁梯度线圈组来减少，次级磁梯度线圈组在初级磁梯度线圈组外部产生相反的场梯度(当电流被施加至两个线圈时)。完整的梯度线圈结构(即，包括第一线圈组和第二线圈组)被设计成使得在成像体积内生成期望的磁场梯度，同时使梯度线圈外部的磁场(通常在静态场生成磁体结构的体积内)最小化。这样的系统的示例如图1所示。

3、在一些系统中，由扫描仪中的不完全磁场抵消生成的任何剩余的低幅度涡流通过涡流补偿机制来解决，其中，来自梯度线圈的所施加的磁场梯度的接通/关断脉冲的形状被修改，以提供对感应涡流的有限的上升时间和衰减时间的补偿。该过程通常被称为预加重(pre-emphasis)，并且也被施加至非屏蔽梯度线圈，以减少影响期望的磁场的不需要的涡流生成的影响。

4、然而，以这种方式减轻涡流导致设备大，并且对扫描仪的最大患者口径施加限制。因此，现在非常期望开发出不会遭受这些或类似缺点的改进的磁共振扫描仪。

技术实现思路

1、根据独立权利要求限定本发明。根据从属权利要求和本文的描述将理解附加的特征。所描述的但是不落入权利要求的范围内的任何实施方式仅被解释为有助于更好地理解本发明的示例。

2、已经提供了示例实施方式，以解决当前mr扫描仪遇到的至少一些困难，无论这些困难已经在上面具体提到还是将从本文的讨论以其他方式理解。

3、具体地，示例实施方式解决了来自不需要的涡流的不需要的污染物磁场梯度的问题，并且同时寻求控制涡流衰减时间以减少图像采集期间不对称涡流生成和抵消的影响。示例实施方式表示mr扫描仪可以被磁屏蔽的方式的范式转变，以避免由于生成的磁场中缺乏磁均匀性而对图像质量产生负面影响。

4、因此，在本发明的一个方面，提供了一种磁共振“mr”扫描仪，该磁共振“mr”扫描仪包括感应耦合至受管理的涡流结构的梯度线圈。受管理的涡流控制结构被配置成作为感应耦合的结果为梯度线圈提供无源磁屏蔽。因此，本发明允许在mr扫描仪中使用非屏蔽梯度线圈，从而减少磁体孔内的空间需求并且降低梯度线圈本身的成本。此外，这样的结构可以不可见地结合至磁体低温恒温器中，并且还可以有利地被布置为扫描仪的低温热传输系统的一部分，以同时提供涡流控制和低温热传输的益处。

5、受管理的涡流结构是控制生成的涡流流动的方向的结构；不言而喻，受管理的涡流结构因此是导电的。受管理的涡流结构可以由导电控制表面形成，所述导电控制表面被配置成引导涡流的流动。优选地，受管理的涡流结构被集成至机械支承结构中，该机械支承结构被配置成保持受管理的涡流结构在磁体组件内的位置。在一个实施方式中，受管理的涡流结构位于mr扫描仪的冷冻剂容器内。然而，受管理的涡流结构还可以位于冷冻剂容器外部，即冷冻剂容器的外面。还可以想到，在没有冷冻剂容器的“干式系统”中实现受管理的涡流结构。这样的“干式系统”的特征可能在于与磁体线圈直接接触的冷冻剂非常少或没有。

6、受管理的涡流结构可以由导电控制表面形成，所述导电控制表面引导涡流的流动。优选地，结合(以其他方式非屏蔽的)梯度线圈的设计来设计控制表面，使得涡流出现在优先位置，以提供对mr扫描仪的导电表面外部的磁场的抵消。例如，受管理的涡流结构的形状对应于梯度线圈的形状，使得在结构中激发的涡流产生磁场，以抵消通过向梯度线圈提供电力(电流)而产生的磁场。

7、在受管理的涡流结构中生成的涡流与由梯度线圈生成的ac场相反流动，这具有减少ac磁场在受管理的涡流结构外面的穿透的效果，而同时该结构抑制了涡流在不对抗由梯度线圈生成的场的非期望方向上流动的能力。

8、为了有助于解释，涡流结构最初可以被认为仅仅是圆柱体，然而，均匀的圆柱体将具有涡流可能产生额外的磁场贡献的缺点，这在mr扫描仪的各个位置是不利的。来自纯圆柱体的这样的磁场贡献类似于来自(未管理的)涡流的场贡献，所述涡流出现在现有技术扫描仪的导电表面中，并且通过有源屏蔽的梯度线圈来减轻。

9、适当地，代替连续的圆柱体，受管理的涡流结构可以包括多个隔离的导电回路(构成圆柱体表面)，以通过在磁体线圈附近生成屏蔽涡流来保护超导磁体线圈免受ac杂散场的影响。这些回路是针对由(优选为单独的)梯度线圈生成的ac磁场的形状而优化的导电表面；即，回路控制涡流的流动方向。将控制表面细分成一系列隔离的回路进一步提高了本技术的特异性，改进了外部ac场屏蔽效果和内部场细化效果。

10、换句话说，导电回路可以在圆柱体的表面上形成适当的闭合形状。导电回路被适当地成形，以通过产生与梯度线圈产生的极性相反的极性的ac磁场，在超导磁体线圈的位置中产生磁屏蔽效应(减小由来自梯度线圈的ac磁场产生的磁通量的变化率的大小)，从而通过磁场的叠加减小整体效应，并且同时在mr扫描仪的成像体积中产生有益的磁场。回路优选地由高导电性材料制造，其优选的截面面积在约1mm2至约1cm2之间(尽管也可以使用更大或更小的截面面积)。每个回路周围的截面面积可以是恒定的，或者优选地，截面面积可以在回路周围变化，以通过感应生成适当的电流密度，并且提供必要的设计自由度，以实现外部ac场最小化和内部场细化的期望目标。导电回路(作为提示，其控制涡流的流动方向)优选地形成多个隔离的回路，多个隔离的回路在圆柱体的表面上形成许多同心回路结构。同心回路特征的数目通过考虑梯度线圈本身的设计和由此生成的磁场的合适的设计算法来确定。

11、适当地，在本发明的对应方面，还提供了一种通过下述中的一种或组合来制造前述受管理的涡流结构(110)的方法：在高导电性材料的片中切割定向涡流路径，以及随后将高导电性材料的片操纵成适合mr扫描仪中的期望位置的形状；或者将导线弯曲成闭合回路，以及通过软焊(soldering)、硬焊(brazing)或熔焊(welding)中的一种闭合该回路。

技术特征：

1.一种磁共振mr扫描仪(100)，包括感应耦合至受管理的涡流结构(110)的梯度线圈(108)，所述受管理的涡流结构(110)被配置成作为感应耦合的结果为所述梯度线圈(108)提供磁屏蔽。

2.根据权利要求1所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)被布置在所述mr扫描仪的低温恒温器(104)内。

3.根据权利要求1或2所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)被布置为用于所述mr扫描仪的低温热传输系统的一部分。

4.根据权利要求3所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)被布置为用于所述mr扫描仪的超导磁体的辐射屏蔽件(106)的一部分。

5.根据任一前述权利要求所述的mr扫描仪(100)，其中，受管理的涡流结构(110)由高电导性材料形成。

6.根据权利要求5所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)包括铝。

7.根据权利要求5所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)包括铜。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)包括超导材料。

9.根据任一前述权利要求所述的mr扫描仪(100)，其中，所述受管理的涡流结构(110)包括多个隔离的导电回路(112)。

10.根据任一前述权利要求所述的mr扫描仪(100)，其中，所述多个隔离的导电回路(112)中的第一回路和第二回路由一个或更多个无源电气部件连接。

11.根据任一前述权利要求所述的mr扫描仪(100)，其中，所述多个隔离的导电回路(112)中的第三回路和第四回路由一个或更多个有源电气部件连接。

12.根据任一前述权利要求所述的mr扫描仪(100)，其中，所述梯度线圈(108)是被配置成沿着所述扫描仪的正交成像轴生成磁场梯度的多个梯度线圈中的一个，并且所述受管理的涡流结构(110)被配置成组合地为所述多个梯度线圈提供磁屏蔽。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的mr扫描仪(100)，其中，所述梯度线圈(108)是被配置成沿着所述扫描仪的正交成像轴生成磁场梯度的多个梯度线圈中的一个，并且所述受管理的涡流结构(110)包括单独地与所述多个梯度线圈中的每一个对应的涡流控制表面。

14.一种制造用于在根据权利要求1至13中任一项所述的mr扫描仪(100)中使用的受管理的涡流结构(110)的方法，所述方法包括：在高导电性材料的片中切割定向涡流路径；以及随后将所述高导电性材料的片操纵成适合所述mr扫描仪中的期望位置的形状。

15.一种制造用于在根据权利要求1至13中任一项所述的mr扫描仪(100)中使用的受管理的涡流结构(110)的方法，所述方法包括：将导线弯曲成闭合回路；以及通过软焊、硬焊或熔焊中的一种闭合所述回路。

技术总结
本发明涉及具有无源屏蔽梯度线圈的磁共振扫描仪。本公开内容涉及利用无源磁屏蔽技术的磁共振MR扫描仪(100)。扫描仪(100)包括感应耦合至受管理的涡流结构(110)的梯度线圈(108)，受管理的涡流结构(110)作为感应耦合的结果为梯度线圈(108)建立无源磁屏蔽。本公开内容表示MR扫描仪可以被磁屏蔽的方式的范式转变。

技术研发人员：迈克尔·马利特,彼得·迪茨
受保护的技术使用者：英国西门子医疗系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5