CN105823997B - 磁场发生器及具有该磁场发生器的磁共振设备 - Google Patents
磁场发生器及具有该磁场发生器的磁共振设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磁场发生器及具有该磁场发生器的磁共振设备，包括梯度磁场发生器和高频谐振腔天线，高频谐振腔天线包括电容、分别与电容各自对应端电连接的第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层以及第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内的填充介质层，梯度磁场发生器为嵌入式梯度磁场发生器，第二高频屏蔽层屏蔽梯度磁场发生器嵌入部分和未嵌入部分。磁场发生器采用去涡流设计，能有效减少涡流损耗，提高效率；梯度磁场发生器嵌入到高频谐振腔天线的谐振腔内，可以在相同的厚度下提升发射线圈的效率，且梯度线圈的性能没有任何影响，有利于成像质量；在相同效率下，节省了空间，节省了成本，或相同成本制造的磁体的给病人的空间可以更大。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁场发生器及具有该磁场发生器的磁共振设备。
背景技术
在现代医疗技术中，磁共振成像设备是一种常用的医疗设备，其原理是利用磁共振现象来检测被测的人体或样品希望检查的部分的密度分布、松弛时间分布等，并由测得的数据以图像形式显示出被检查的人体或样品部分的断面图像或三维图像。
在这种磁共振设备中，由一基本磁场磁体产生的静态基本磁场B0，与由一梯度线圈***产生的快速切换的梯度磁场⊿B0重叠。而产生梯度磁场的梯度线圈***通常会在周边的闭合导体中感应出涡流，消弱梯度磁场，并且使它的随时间变化的曲线失真，这将损害磁共振图像的品质。因此，磁场发生器的设计中相应的抗涡流的设计是重要和必要的。
通常在梯度线圈和高频天线之间有高频屏蔽层，起到隔离及消除二者耦合的作用；由于梯度磁场⊿B0本质上是按特定的梯度分布的静磁场，高频屏蔽层对静磁场没有屏蔽作用，只对高频天线产生的高频磁场B1起到屏蔽的作用；因而这种高频屏蔽层的特点是让梯度线圈***产生的梯度磁场⊿B0可以穿过高频天线，无阻碍的作用于磁体中心区域的成像空间；而高频天线所产生的射频磁场B1却被阻止泄漏到梯度线圈去,高频电磁场能量不会耗散在梯度线圈中,有助于保持高频天线的效率及高频磁场分布。
在永磁磁体的磁共振***中，常用的高频发射天线通常需要40-50mm的空间，梯度线圈通常需要40-80mm的空间，对于带有主动屏蔽的梯度线圈，总厚度通常会接近80mm。按照传统的设计要求，梯度线圈和高频天线各自独立的安装在磁体中间，即便忽略二者之间的间隙，总厚度也在80-130mm之间。
基本磁场磁体的设计原则通常是致力于使得磁体尺寸尽可能小，因此达到基本磁场磁体的重量保持较小且更好地使基本磁场均匀化；但是，现有高频发射天线和梯度线圈的总厚度较大，所占用的磁体空间较大，不利于磁体成本降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于产生随时间变化磁场的磁场发生器和具有该磁场发生器的磁共振设备；使得磁场发生器在具有高效率的同时结构尽可能紧凑；减小磁体的尺寸、降低磁体重量、降低磁体成本；或相同成本的磁体下，给患者的成像空间更大、开放性更好更舒适。
本发明的技术解决方案是：一种磁共振设备的磁场发生器，包括梯度磁场发生器和高频谐振腔天线，所述高频谐振腔天线包括电容、分别与电容各自对应端电连接的第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层以及所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内的填充介质层；所述梯度磁场发生器为嵌入式梯度磁场发生器，所述第二高频屏蔽层屏蔽所述梯度磁场发生器的嵌入部分和未嵌入部分。
作为优选：所述梯度磁场发生器包括X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈，所述梯度磁场发生器完全嵌入所述高频谐振腔天线；所述梯度磁场发生器设置于所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
作为优选：所述梯度磁场发生器包括X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈，所述梯度磁场发生器部分嵌入所述高频谐振腔天线，且所述第一高频屏蔽层设置于磁场发生器的中部。
作为优选：所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层所在平面平行，所述梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
作为优选：所述第二高频屏蔽层中部呈凹陷设置，且所述第二高频屏蔽层的中部与外周分别与第一高频屏蔽层平行设置；所述梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内，且所述第二高频屏蔽层的外周位于所述Z梯度线圈上端面。
作为优选：所述梯度磁场发生器还包括Z屏蔽-梯度线圈；所述第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置；所述梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
作为优选：所述第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置，且所述第二高频屏蔽层中部凹陷设置，所述X梯度线圈和Y梯度线圈中至少一个梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
作为优选：所述梯度磁场发生器还包括X屏蔽-梯度线圈、Y屏蔽-梯度线圈和Z屏蔽-梯度线圈；所述第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置；所述梯度磁场发生器的X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈中至少一个嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
作为优选：所述第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置，且所述第二高频屏蔽层中部凹陷设置，所述Z屏蔽-梯度线圈和Y屏蔽-梯度线圈中至少一个的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
一种磁共振设备，包含有上述的磁场发生器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
⑴磁场发生器采用去涡流设计，能有效减少涡流损耗，提高效率；设置第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层既起到很好的屏蔽作用，又是高频谐振腔天线的一部分，节省空间；当其他条件不变时，高频天线的效率受第一高频屏蔽层与第二高频屏蔽层的间距影响，距离越大效率越高；梯度磁场发生器嵌入到高频谐振腔天线的谐振腔内，梯度磁场发生器所占用的空间和高频谐振腔天线共用，更大限度地利用了可利用的空间，结构上最为紧凑；在总厚度相同的情况下,比传统方案增大了第一高频屏蔽层与第二高频屏蔽层的间距，从而提升了高频天线的效率，且梯度线圈的性能没有任何影响，有利于成像质量；如果高频天线的效率保持相等，则第一高频屏蔽层与第二高频屏蔽层的间距可以减小，也即是磁场发生器的总厚度可以更小；更为紧凑的结构节省了空间、降低了磁体重量、节省了成本、使得匀场更好，有利于成像质量；或者相同成本制造的磁体的给病人的空间可以更大更舒适。
⑵梯度磁场发生器部分嵌入高频谐振腔天线，且第一高频屏蔽层设置于磁场发生器的中部，第二高频屏蔽层介于梯度磁场发生器的Z梯度线圈和X、Y梯度线圈之间；这样的结构一方面便于结构设计和加工工艺，另一方面，高频谐振腔中填充的导体会导致相对于非金属介质更多的能量损耗和效率降低；某些场合下，X，Y轴梯度线圈的导线密度较大，它们与高频谐振腔的耦合给谐振腔带来的损耗和将X、Y轴梯度线圈所占的空间共用给高频谐振腔带来的效率提高相抵消。
⑶梯度磁场发生器对高频天线及其产生的射频磁场的影响主要体现在射频磁场的分布及高频天线的效率。梯度磁场发生器的对称的设计基本消除了对高频磁场的分布的影响；尽可能地消除梯度线圈对高频天线的耦合将有助于提高高频天线的效率。第二高频屏蔽层中部呈凹陷设置，梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内，且第二高频屏蔽层的外周位于Z梯度线圈上端面。此结构可以尽可能的屏蔽掉梯度线圈对高频谐振腔天线的影响较大的高密度导体的部分，而把梯度线圈中导体较少的空间共用给高频谐振腔天线，较大限度的扩大谐振腔的空间，从而提高高频谐振腔天线的品质因数及效率。
⑷磁场发生器结构的对称设计，使得多点激励容易实现，激励通道之间的耦合能自动抵消大部分，剩余的小部分，可以简便的方法去除。
⑸磁场发生器能够在高频谐振腔天线附近的区域产生线性的梯度场及均匀射频场，并且节省空间，品质因数高。
附图说明
图1是本发明磁共振设备的磁场发生器的梯度线圈的示意图；
图2是本发明磁共振设备的磁场发生器的第一实施例的结构示意图；
图3是图2高频谐振腔天线中金属箔示意图；
图4是本发明磁共振设备的磁场发生器的第二实施例的结构示意图；
图5是本发明磁共振设备的磁场发生器的第三实施例的结构示意图；
图6是本发明磁共振设备的磁场发生器的第三实施例的立体结构示意图；
图7是本发明磁共振设备的磁场发生器的第四实施例的结构示意图；
图8是本发明磁共振设备的磁场发生器的第五实施例的结构示意图。
主要组件符号说明：
梯度磁场发生器10，高频谐振腔天线20，电容22，第一高频屏蔽层24，第二高频屏蔽层26，填充介质层28。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述：
图1、图2、图3示出了本发明的第一个实施例。
请参阅图1至图3所示，该磁共振设备的磁场发生器，包括梯度磁场发生器10和高频谐振腔天线20，高频谐振腔天线20包括电容22、分别与电容22各自对应端电连接的第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26以及第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内的填充介质层28，梯度磁场发生器10为嵌入在高频谐振腔天线20的谐振腔中，第二高频屏蔽层26以梯度磁场发生器10中心为中心向外周延伸，第二高频屏蔽层26屏蔽梯度磁场发生器10。
磁场发生器采用去涡流设计，能有效减少涡流损耗，提高效率；设置第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26既起到很好的屏蔽作用，又是形成高频谐振腔天线20的组成部分，节省空间；当其他条件不变时，高频谐振腔天线20的效率受第一高频屏蔽层24与第二高频屏蔽层26的间距影响，距离越大效率越高；梯度磁场发生器10由分别产生基于迪卡尔坐标系下的三个轴X，Y，Z方向的梯度磁场的梯度线圈组成，分别称为X轴梯度线圈，Y轴梯度线圈，Z轴梯度线圈；梯度磁场发生器10嵌入到高频谐振腔天线20的谐振腔内，由高斯定律可知，通过任意闭合曲面的净磁通总是0，磁力线总是闭合的；于是，梯度磁场发生器10所占用的空间和高频谐振腔天线20共用，更大限度地利用了可利用的空间，结构上最为紧凑；在总厚度相同的情况下,比传统方案增大了第一高频屏蔽层24与第二高频屏蔽层26的间距，从而提升了高频天线的效率，且梯度线圈的性能没有任何影响，有利于成像质量；如果高频谐振腔天线20的效率保持相等，则第一高频屏蔽层24与第二高频屏蔽层26的间距可以减小，也即是磁场发生器的总厚度可以更小；更为紧凑的结构节省了空间、降低了磁体重量、节省了成本、使得匀场更好，有利于成像质量；或相同成本制造的磁体的给病人的空间可以更大、开放性更好更舒适。
同时，因梯度磁场发生器10嵌入高频谐振腔天线20，梯度磁场发生器10与高频谐振腔天线20共用谐振腔空间，第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26可有效屏蔽磁场对梯度磁场发生器10和高频谐振腔天线20的影响；而磁场发生器采用去涡流设计，能有效减少涡流损耗，提高效率；梯度磁场发生器10与高频谐振腔天线20共用谐振腔空间的设计，可减小磁体的尺寸，降低磁体重量，从而降低磁体成本，使得匀场更好，有利于成像质量。
本实施例中，梯度磁场发生器10完全嵌入高频谐振腔天线20；梯度磁场发生器10设置于第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内。
本实施例中，第一高频屏蔽层24为圆形或正八边形及以上的中心对称正多边形。
本实施例中，第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26均可以为金属箔面。
本实施例中，第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26可选择开设有细槽，且多个细槽呈放射状分布。细槽未将金属箔完全割断，分隔开的多块第一高频屏蔽层24在中央区域依然连接在一起，并且接地，防止金属箔上积聚电荷，产生放电现象；辐射状的细槽，可以任意的角度，且同一金属箔板材的两面的细槽不重合，在减少涡流损耗同时保持好的屏蔽效果。在相应的细槽的两边焊接有电容22使得细槽两边在高频段的电连接，和第一高频屏蔽层24、第二高频屏蔽层26及两层屏蔽层之间的电容22一起形成高频谐振腔，产生高频谐振磁场。
图4示出了本发明的第二个实施例。
请参阅图4所示，该实施例与第一实施例的区别是：
梯度磁场发生器10部分嵌入高频谐振腔天线20，且第一高频屏蔽层24设置于磁场发生器的中部；第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26所在平面平行，第二高频屏蔽层26介于梯度磁场发生器10的Z梯度线圈和X、Y梯度线圈之间。在两层高频屏蔽层之间分布着电容22元件，电容22元件的两端分别与第一高频屏蔽层24及第二高频屏蔽层26电连接；第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26及它们之间的电容22元件形成了谐振腔。梯度磁场发生器10的Z梯度线圈嵌入在第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内。其它部分的结构与前述实施例相同，此处省略。
这样的结构一方面便于结构设计和加工工艺，另一方面，高频谐振腔中填充的导体会导致相对于非金属介质更多的能量损耗和效率降低；某些场合下，X，Y轴梯度线圈的导线密度较大，它们与高频谐振腔的耦合给谐振腔带来的损耗和将X、Y轴梯度线圈所占的空间共用给高频谐振腔带来的效率提高相抵消。
图5、图6示出了本发明的第三个实施例。
请参阅图5、图6所示，该实施例与第二实施例的区别是：第二高频屏蔽层26中部呈凹陷设置，且第二高频屏蔽层26的中部与外周分别与第一高频屏蔽层24平行设置；梯度磁场发生器10的Z梯度线圈的中部嵌入第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内，且第二高频屏蔽层26的外周位于Z梯度线圈上端面。其它部分的结构与前述实施例相同，此处省略。
在磁共振设备工作的时候，高频谐振腔天线20对梯度磁场发生器10的影响可忽略不计，通常采用对称设计及防涡流设计来保证。梯度线圈所产生的梯度磁场是穿透包括高频磁场覆盖的区域的整个成像空间的，然而它并不妨碍高频发射天线的正常工作。而梯度磁场发生器10对高频天线及其产生的射频磁场的影响主要体现在射频磁场的分布及高频天线的效率。梯度磁场发生器10的对称的设计基本消除了对高频磁场的分布的影响；尽可能地消除梯度线圈对高频天线的耦合将有助于提高高频天线的效率及保护高频磁场的分布。此结构可尽可能的屏蔽掉梯度线圈对高频谐振腔天线20的影响较大的高密度导体的部分，而把梯度线圈中导体较少的空间共用给高频谐振腔天线20，较最大限度的扩大谐振腔的空间，从而提高高频谐振腔天线20的品质因数及效率。
图7示出了本发明的第四个实施例。
请参阅图7所示，该实施例与第二实施例的区别是：梯度磁场发生器10还包括Z屏蔽-梯度线圈；第二高频屏蔽层26与第一高频屏蔽层24平行设置；梯度磁场发生器10的Z梯度线圈的中部嵌入第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内，此时的第二高频屏蔽层26为平面设计。当然，X梯度线圈、Y梯度线圈中至少一个梯度线圈的中部也可嵌入谐振腔内，此时第二高频屏蔽层26的中部凹陷设计。在某些应用的场合，增加Z轴梯度的主动屏蔽线圈可更好地消除梯度线圈产生的涡流。其它部分的结构与前述实施例相同，此处省略。
图8示出了本发明的第五个实施例。
请参阅图8所示，该实施例与第二实施例的区别是：梯度磁场发生器10还包括X屏蔽-梯度线圈、Y屏蔽-梯度线圈和Z屏蔽-梯度线圈；第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置；梯度磁场发生器10的X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈中至少一个嵌入第一高频屏蔽层24和第二高频屏蔽层26之间的谐振腔内，此时的第二高频屏蔽层26为平面设计。当然，Z-屏蔽梯度线圈和Y屏蔽-梯度线圈中至少一个的中部也可嵌入谐振腔，此时第二高频屏蔽层26的中部凹陷设计。其它部分的结构与前述实施例相同，此处省略。
一种磁共振设备，使用上述磁场发生器进行医疗检查；通常可以采用两片磁场发生器相对于磁体中心相对放置；在围绕的空间中，二者叠加产生磁共振成像所需的梯度磁场和高频磁场。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种磁场发生器，包括梯度磁场发生器和高频谐振腔天线，所述梯度磁场发生器包括X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈，其特征在于，所述高频谐振腔天线包括电容、分别与电容各自对应端电连接的第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层以及所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内的填充介质层；所述梯度磁场发生器为嵌入式梯度磁场发生器，所述第二高频屏蔽层屏蔽所述梯度磁场发生器的嵌入部分和未嵌入部分；所述梯度磁场发生器部分嵌入所述高频谐振腔天线，且所述第一高频屏蔽层设置于磁场发生器的中部；所述梯度磁场发生器还包括X屏蔽-梯度线圈、Y屏蔽-梯度线圈和Z屏蔽-梯度线圈；所述第二高频屏蔽层与第一高频屏蔽层平行设置；所述梯度磁场发生器的X梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈中至少一个嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
2.根据权利要求1所述的磁场发生器，其特征在于，所述梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
3.根据权利要求1所述的磁场发生器，其特征在于，所述第二高频屏蔽层中部呈凹陷设置，且所述第二高频屏蔽层的中部与外周分别与第一高频屏蔽层平行设置；所述梯度磁场发生器的Z梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内，且所述第二高频屏蔽层的外周位于所述Z梯度线圈上端面。
4.根据权利要求1所述的磁场发生器，其特征在于，所述第二高频屏蔽层中部凹陷设置，且所述第二高频屏蔽层的中部与外周分别与第一高频屏蔽层平行设置；所述X梯度线圈和Y梯度线圈中至少一个梯度线圈的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
5.根据权利要求1所述的磁场发生器，其特征在于，所述第二高频屏蔽层中部凹陷设置，且所述第二高频屏蔽层的中部与外周分别与第一高频屏蔽层平行设置；所述Z屏蔽-梯度线圈和Y屏蔽-梯度线圈和X屏蔽-梯度线圈中至少一个的中部嵌入所述第一高频屏蔽层和第二高频屏蔽层之间的谐振腔内。
6.一种磁共振设备，其特征在于，所述磁共振设备包含有权利要求1至权利要求5任意一项所述的磁场发生器。
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