CN1791805B - 具有声音吸收装置的磁共振成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁共振成像(MRI)设备(21)，包括诊断空间(25)、用于在所述诊断空间中产生主磁场的主磁***(22)、包括用于产生主磁场的至少一个梯度的梯度磁线圈***(23)、以及用于减少梯度线圈的振动所产生的噪声的噪声减少装置(29，32)。噪声减少装置包括布置在梯度线圈和诊断空间之间的声音吸收板(29)。所述声音吸收板(29)包括具有开口端和封闭端的通道。

Description

具有声音吸收装置的磁共振成像设备

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像(MRI)设备，该设备包括：诊断空间；主磁***，用于在所述诊断空间中产生主磁场；梯度磁线圈***，包括用于产生主磁场的至少一个梯度的梯度线圈；以及噪声减少装置，用于减少梯度线圈的振动所产生的噪声。

背景技术

在开始段落中提到的那种磁共振成像(MRI)设备在其基本圆柱形的实施例中已知，基本圆柱形的实施例也称为封闭型。在US专利6,043,653中公开了一个这样的例子。例如，在封闭型MRI设备的情况中，可使用不对称排列(从旋转方向看去)，所述装置具有非常平坦的底面或椭圆形横截面。

除此之外，近来我们见证了开放式形式受到越来越多的关注，开放式形式包括两个基本盘形外壳，每一个容纳部分主磁***和部分梯度磁***。诊断空间定位于盘形外壳之间，在这里产生垂直取向的磁场。开放型MRI***与封闭型MRI***相比具有几个显著的优势，这些优势与下述事实相关联：诊断空间中患者周围可获得更多的自由空间。一方面这有助于减轻患者可能有的任何幽闭恐怖感，而另一方面更大的空间使医疗工作者可能或更容易对诊断空间中的患者执行医疗动作。

在实际中遇到的一个重要问题是由MRI***产生的声振动。所述的声振动产生噪声，这种噪声使在诊断空间中被检查的患者感到不舒服。所述声振动由下述事实引起：由于以高达约4000Hz的频率通过梯度线圈的电绕组的交流电与由主磁体产生的强磁场之间的电磁相互作用，相对高的洛伦兹力作用在梯度线圈的电绕组上。所述相互作用在MRI***的结构中，尤其在MRI***的梯度线圈中引起机械振动，这种机械振动会导致在诊断空间和MRI***外发生所述声振动，所述声振动刚好在人的听觉最敏锐的、高达4000Hz的频率范围内。

前述US专利6,043,653提出了噪声问题的解决方法，按照该方法梯度线圈的绕组作为整体安装在真空室中。这使得对被讨论的MRI设备有重的结构上的要求，而这导致其***格的显著增加。

发明内容

本发明的一个目的是提供在开始段落中提到的那种磁共振成像(MRI)设备，该设备以相对简单和因此相对便宜的方式具有降低的噪声水平。

为了实现这个目的，按照本发明的磁共振成像(MRI)设备的特征在于噪声减少装置包括设置在梯度线圈和诊断空间之间的声音吸收板。因此，可以以结构简单的方式实现大量的噪声减少，不像前述US专利6,043,653提出的解决方法那样试图防止声音产生，而是通过吸收所述声音防止声音被反射，这借助于在其效果最大的位置精确设置声音吸收板实现。

如果对于20Hz-4000Hz的频率范围的至少部分，声音吸收板具有大约至少0.5，更优选具有大约至少0.75的吸收系数，就可获得显著的噪声减少。声音吸收系数表示被吸收的声音(以dB为单位)和进入的声音(以dB为单位)之间的比例。如果吸收系数是1，因此这意味着，声音吸收板吸收所有进入的声音。0.5的声音吸收系数值将导致1.3dB的噪声减少。通常，下述公式适于声音压SPL(以Pa为单位)与时间t的函数关系：

SPL(t)＝A*[sin(2π*f*t)+√(1-α)*sin(2π*f*t)]

其中A是声音波的幅值(以Pa为单位)，f是频率，α是吸收系数。

如果声音吸收板包括具有开口端和封闭端的通道，可获得按照本发明的磁共振成像设备的非常适合的实施例，所述通道优选至少基本沿平行于诊断空间和梯度线圈之间的方向延伸。通道的功能是通过板实现一定程度的声音吸收。使用通道的一个重要的优势在于对所述通道大小的适当选择使得可能在听觉范围内对梯度线圈的特定本征频率优化声音吸收效果。

根据所需通道和其所需长度的可用空间，有利的是通道至少在它们的封闭端侧至少基本垂直于诊断空间和梯度线圈之间的方向延伸。

至少一些通道的开口端优选位于相关通道的面向诊断空间的那侧。因此，来自诊断空间的声音将被吸收。

或者，但特别与上面提到的优选实施例相结合，在本发明的框架内，至少一些通道的开口端也非常可能位于相关通道的面向梯度线圈的那侧。因此，开口端指向噪声源，由此可获得非常有益的噪声减少效果。如果使用开口端在面向诊断空间一侧的通道和开口端在面向梯度线圈一侧的通道，当然可以调整这些通道之间的比例以适合与特定的MRI设备相关的噪声产生。

正如已经提到的，通道的适当尺寸使得它们的声音吸收效果对存在的本征频率最佳适应成为可能。然而，通常可以说声音吸收的程度随在相关的开口端侧的通道的横断面尺寸的减小而增加。所以，在相关的开口端侧的通道的至少一部分的横断面尺寸优选最大为15mm，更优选的最大为10mm。在通道为圆柱形孔的形式时，术语横断面尺寸当然指直径。尽管在本发明的框架内通道不是必须为基本圆柱形，从制造的观点来说圆柱形状是最有利的形状。

按照非常有利的优选实施例，其相关封闭端一侧上的通道部分的横断面尺寸不同于相关开口端一侧上的通道部分的横断面尺寸。因此，相关通道的相对短的长度提供了相对大的声音吸收效果。尤其在MRI设备中这是一个主要的优势，因为通常不能获得空间，或仅以较多成本才能获得空间。

优选地，相关封闭端一侧上的通道部分的横断面尺寸大于相关开口端一侧上的通道部分的横断面尺寸。以这种方式构造的通道，声音从相对小的通路传播到所述通道末端的更宽的空间，所述通道在吸收声音方面显得非常有效而不需要很长的通道。

为了实现声音吸收效果的最大利用，相关封闭端侧上的通道部分的横断面尺寸和相关开口端侧上的通道部分的横断面尺寸之间的比例优选为约2.5，更优选地至少约为4.0。

通过实现高密度的声音吸收通道可进一步增强声音吸收效果。在该框架内，在相邻通道的相关最大横断面尺寸的位置处相邻通道之间的最小间隔优选最大为相关最大横断面尺寸之和的50％，更优选最大为相关最大横断面尺寸之和的35％。这意味着，例如，最大直径分别为100mm和60mm的两个相邻通道之间的间距优选最大为80mm，更优选最大为56mm。

上述示例优选地举例说明了在本发明的框架内声音吸收板的通道不需要具有互相相应的尺寸。正相反，通道使用相互不同的大小通常是有益的，因为这使得最佳地调整通道的声音吸收效果使之适应梯度线圈的听觉范围内的各本征频率成为可能。所以，本发明非常有益的实施例特征在于声音吸收板的通道的大小相互不同。

为了限制由于使用包括尽可能多的通道的声音吸收板占用的额外的空间量，或者甚至为了完全防止这一点，还非常优选为声音吸收板提供射频发射线圈***，所述射频发射线圈***用于在诊断空间中产生和/或接收射频信号。在MRI设备中射频发射线圈***的功能和必要性对本领域技术人员来说是已知的，因此在这里不需要更多的解释。说明射频发射线圈***通常位于梯度线圈和诊断空间之间就足够了。射频发射线圈***的确切的实施例不是本发明目前优选实施例的框架内的主要兴趣。射频发射线圈***的射频线圈可以是对称的或非对称的，例如，它可以具有或不具有肩部凹进，或者例如它可仅存在于MRI设备的一侧。

优选地，射频发射线圈***包括至少部分地在至少一些通道之间延伸的导电绕组。更优选地，这种导电绕组全部在至少一些通道之间延伸。实际上，该优选实施例将尤其用于封闭型MRI设备，其中射频发射线圈***包括导电绕组。

在开放型MRI设备中，射频发射线圈***通常包括排列在树脂材料的板形载体上的导电层。这样的载体可有利地设有声音吸收通道，以使所述载体可看作是本发明结构内的声音吸收板。优选地，射频发射线圈***因此包括至少一个导电层，在诊断空间一侧声音吸收板被涂敷该至少一个导电层，在该至少一个导电层中开口位于可能出现在诊断空间侧的通道的任何开口端的位置处。在导电层内的所述开口确保通道一端的开口特性。当然，所使用的通道的开口端可均位于梯度线圈侧，因此在这种情况中不需要提供具有开口的导电层。

尤其如果决定通道的横断面尺寸跳跃改变(从通道的纵向方向看)，出于制造原因优选建造由许多邻接的、优选粘接在一起的于板构成的声音吸收板。

可获得关于声音吸收或噪声减少效果的进一步的改进，按照优选实施例，声音吸收板在开口端之间涂有声音吸收材料，所述声音吸收材料对于20Hz-4000Hz的频率范围的至少部分频率具有至少0.5的吸收系数。

在声音吸收板的可选实施例中，所述板包括玻璃棉。在2000Hz-10.000Hz的频率范围使用玻璃棉尤其有益。

附图说明

通过描述本发明的许多优选实施例，将在下文中更详细地解释本发明。在说明书中将参考下列附图，其中：

图1是按照本发明的(封闭型)MRI设备的第一实施例的示意性垂直横截面图；

图2是按照本发明的(封闭型)MRI设备的第二实施例的示意性垂直横截面图；

图3a是按照本发明的(封闭型)MRI设备的第三实施例的示意性垂直横截面图；

图3b是按照图3a的MRI设备中使用的射频发射线圈单元的正视图；

图3c详细地显示了图3a中的IIIc；以及

图4a-4c显示了可在本发明的优选实施例中使用的声音吸收通道的三个可选实施例。

具体实施方式

图1示意性地显示了按照本发明的MRI设备的结构的垂直横截面视图。所显示的圆柱形主磁***2形成最外壳。所述圆柱形主磁***2包括超导磁体，使用低温恒温器将所述超导磁体保持在低温下，以使所述磁体显示它们的超导特性。位于主磁***2内的是圆柱形梯度线圈***3。圆柱形射频发射线圈***4依次位于梯度线圈***3内，在图1中示意性显示了它的一些细节。最后，诊断空间5位于基本圆柱形的射频发射线圈***中，在诊断空间中患者躺在支持物上(未示出)。封闭型MRI设备这样的结构对本领域技术人员来说是已知的。一个对此举例说明的例子是例如前述的美国专利6,043,653。因此，在本发明的框架中对MRI设备1的结构的简短的解释是足够的。

主磁***2在诊断空间5中产生主磁场。在本发明的框架中足以提及使用主磁***2、梯度线圈***3和射频发射线圈***4可产生位于诊断空间5内的患者内部的图像。所述图像的产生可能涉及非常大的电磁力，所述电磁力使得梯度线圈***3振动。所述振动的频率在人类听觉范围内，尤其在20Hz到4000Hz的频率范围内，至少在原理上，它们对位于诊断空间5内的患者构成了大量令人相当不愉快的听觉负担。

圆柱形射频发射线圈***4基本由固体树脂材料6形成的管状壳制成。嵌入在所述树脂材料中的是导电绕组7。绕组7基本沿轴向方向延伸。位于绕组7之间的是径向延伸的圆柱形孔8，所述孔8在面向圆柱形梯度线圈***3的一端开口而在相对端封闭。孔8的长度小于射频发射线圈***4的树脂材料6的壁厚度。所述孔在开口端一侧具有相对小的约20mm的直径，而在封闭端一侧的直径约为100mm。在孔8的具有不同直径的两个部分之间存在突然的直径跳跃。

已由实验确定孔8对来自梯度线圈***3的声音具有吸收效果。孔8的大小决定了尤其对哪些频率发生声音吸收效果，使得可以通过最适当地选择孔8的大小(直径和具有特定直径的部件的各个长度)，对于落入听觉范围内的梯度线圈***3的本征频率优化声音吸收效果。

图2显示了类似于图1的横截面图，区别在于图2显示的MRI设备11与MRI设备1的唯一区别涉及射频发射线圈***14的实施例。更具体地，两个实施例相互区别于射频发射线圈14的孔18的取向，孔18的开口端不唯一地位于圆柱形梯度线圈***3一侧，而是可选择位于圆柱形线圈***3一侧和诊断空间5一侧。孔18具有相同的大小，尽管这在本发明的框架内不是必须的。由于开口端可位于射频发射线圈***14的任一侧(从径向方向看去)，因此对来自圆柱形梯度线圈***3的方向的声音以及来自诊断空间5的方向的声音有声音吸收效果。

图3a示意性以横截面视图的形式显示了按照本发明的MRI设备21。MRI设备21是开放型的。尽管它与封闭型MRI设备具有不同的设计，但开放型MRI设备21包括与封闭型MRI设备相同的主要部件，即，主磁***22、梯度线圈***23和射频发射线圈***24。所述***22、23、24主要由设置在诊断空间25两侧的两个部分组成。位于诊断空间25底侧的***22、23、24的部分容纳在基本为盘形的下部外壳(未示出)中，而位于诊断空间上侧的***22、23、24的部分容纳在基本为盘形的上部外壳(未示出)中。下部外壳和上部外壳由立柱26相互连接。这里对开放型MRI设备的更详细的描述不是必须的，首先因为开放型MRI设备对本领域技术人员来说通常是已知的，其次因为对于理解发明不需要更多的解释。

射频发射线圈***24包括两个基本盘形的、由树脂材料制成的差不多为固体的盘29，所述盘设置在诊断空间25的任一侧。在本发明的框架内，对于在射频发射线圈***中形成声音吸收孔的优选实施例来说，所述盘是固体的还是由树脂材料制成并不重要。或者，例如可以使用不必须是固体的聚碳酸酯。按照图1和2分别用在MRI设备1和11中的绕组7已被替代为诊断空间25侧的导电盘27。在远离诊断空间25的射频发射线圈***24的***部件侧也存在导电盘28，然而导电盘28比导电盘27薄得多。

位于两个导电盘27、28之间的是树脂材料制成的载体盘29，载体盘由两个粘合在一起的子盘30、31构成。孔32在诊断空间25一侧具有开口端，且相对的封闭端形成在载体盘29中。因此，在子盘31的厚度内延伸的孔32的直径比在子盘30的厚度内延伸的孔32的直径要小。在子盘30和31之间过渡位置处的孔32的长度内产生直径的跳跃，这对于可以理解的制造原因是有利的。在孔32的开口端的位置处，导电盘27类似地设有开口，所述开口的直径与在子盘31内延伸的孔32的直径相对应。

如上所述，在这种情况下，孔32的存在对来自诊断空间25的声音提供了声音吸收效果。或者，正如本领域技术人员将理解的那样，孔32的开口端可指向梯度线圈***23的相关部分，或可选地指向梯度线圈***23的相关部分和并指向诊断空间25，这或多或少地与按照图2的MRI设备11的情形类似。

图3b是清楚的按照图示的视图如下方式的示意图，在这种方式中孔分布在射频线圈***24的***部件的区域上。在各孔30之间选择了使用恒定的中心到中心的距离，当然这对本发明不是必要的。因注意在其说明中在孔30的封闭端一侧的大的直径(未示出)在图3中以虚线示出。如附图所示，就在开口端和封闭端位置处直径的大小而言，孔30是彼此不同的。因此，孔及其声音吸收效果可最佳地适应于存在于梯度线圈***23中的各本征频率。除各部件的直径以外，所述部件的长度也可改变。

图4a-4c显示了声音吸收通道的可选实施例，所述可选实施例可用于形成按照本发明的MRI设备的部分的声音吸收板中。在图4a中显示的通道40在具有自由表面44的声音吸收板43内的开口端41和封闭端42之间延伸。具有圆形横截面的通道40包括在两端41和42之间的直角，从而在平行于自由平面44的方向产生通道40的具有必要长度的部分，这部分在声音吸收板43内沿垂直于自由表面44的方向上是不能获得的。

如图4b所示的具有自由表面51的包括声音吸收通道52，声音吸收通道52具有开口端53和两个封闭端54、55。在开口端53侧，通道52包括单圆柱形空间56，其分支为分别在封闭端54和55一侧上、具有相互不同直径的圆柱形空间57、58。通过改变空间56、57、58的大小可将声音吸收通道52调整成衰减特定频率。

按照图4c的声音吸收通道60的直径从开口端61到其封闭端62逐步增加，以形成具有不同直径的三个部分63、64、65。

尽管上文已经基于使用用于获得声音吸收效果的孔说明了本发明，在本发明的框架内也可以使用声音吸收材料、例如玻璃棉。也可以如下组合，围绕各孔的开口端提供像玻璃棉这样的声音吸收材料。

Claims (18)

1.一种磁共振成像设备，包括：诊断空间；主磁***，用于在所述诊断空间中产生主磁场；梯度磁线圈***，包括用于产生主磁场的至少一个梯度的梯度线圈；以及噪声减少装置，用于减少由于梯度线圈的振动产生的噪声，其中噪声减少装置包括设置在梯度线圈和诊断空间之间的声音吸收板，其特征在于声音吸收板包括具有开口端和封闭端的通道。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于声音吸收板对于20Hz-4000Hz的频率范围的至少一部分具有至少0.5的吸收系数。

3.根据权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于所述通道至少沿平行于诊断空间和梯度线圈之间的方向延伸。

4.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于至少在所述通道的封闭端一侧，所述通道至少垂直于诊断空间和梯度线圈之间的方向延伸。

5.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于至少一些通道的开口端位于面向诊断空间的相关通道的一侧。

6.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于至少一些通道的开口端位于面向梯度线圈的相关通道的一侧。

7.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于在相关开口端一侧的通道的至少一部分的横断面尺寸最大为15mm。

8.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于在通道的相关封闭端一侧的通道的至少一部分的横断面尺寸不同于相关开口端一侧的通道部分的横断面尺寸。

9.根据权利要求8所述的磁共振成像设备，其特征在于相关封闭端一侧的通道部分的横断面尺寸大于相关开口端一侧的通道部分的横断面尺寸。

10.根据权利要求9所述的磁共振成像设备，其特征在于相关封闭端一侧的通道部分的横断面尺寸与相关开口端一侧的通道部分的横断面尺寸之间的比例至少为2.5。

11.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于在相邻通道的相关最大横断面尺寸位置处的相邻通道之间的最小间隔最大为相关的最大横断面尺寸之和的50％。

12.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于声音吸收板的通道的尺寸相互不同。

13.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于声音吸收板设有产生和/或接收诊断空间中的射频信号的射频发射线圈***。

14.根据权利要求13所述的磁共振成像设备，其特征在于射频发射线圈***包括至少部分地在至少一些通道之间延伸的导电绕组。

15.根据权利要求13所述的磁共振成像设备，其特征在于射频发射线圈***包括至少一个导电层，在诊断空间一侧声音吸收板被涂敷该导电层，在该导电层中开口位于可能出现在诊断空间一侧的通道的任何开口端位置处。

16.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于声音吸收板由许多邻接的子板构成。

17.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于声音吸收板在开口端之间被涂敷有声音吸收材料，所述声音吸收材料对于20HzH-4000Hz的频率范围的至少一部分具有至少0.5的吸收系数。

18.根据权利要求1或3所述的磁共振成像设备，其特征在于所述声音吸收板包括玻璃棉。

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