ГРАДИЕНТНАЯ КАТУШКА, МАГНИТНЫЙ УЗЕЛ И СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК G01R33/385 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системам формирования магнитно-резонансных изображений, в частности к конструкции градиентных катушек для таких систем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Статическое магнитное поле используют в системе формирования магнитно-резонансных изображений (MRI) для выравнивания ядерных спинов атомов в качестве части процедуры получения изображений внутри субъекта. Это статическое магнитное поле обозначают как поле B₀ или основное поле.

Градиентные катушки магнитного поля используют для генерации меняющихся в пространстве и во времени магнитных полей, которые используют для пространственного кодирования отображаемых ядерных спинов. Это пространственное кодирование представляет собой часть того, что делает возможным реконструирование изображений по сигналам магнитного резонанса.

Однако формирование магнитно-резонансных изображений типично осуществляют в большом магнитном поле. Когда ток течет через градиентную катушку магнитного поля, сила Лоренца на катушке может быть огромной. Градиентные катушки типично устанавливают на или вставляют внутрь жесткого носителя, на который переносят эти силы. Во время работы большие силы, прикладываемые силой Лоренца, могут вызывать акустические вибрации в градиентной катушке и жестком носителе. Эти акустические вибрации могут звучать как громкий звук стука, удара или щелчка во время использования системы формирования магнитно-резонансных изображений.

Общеизвестно, что увеличение напряженности поля B₀, используемого для осуществления сканирования методом магнитного резонанса, дает возможность увеличения пространственного разрешения и контрастного разрешения диагностических изображений. Это увеличение разрешения и контраста дает врачам, использующим магнитно-резонансные изображения, преимущество в диагностировании пациента. Однако с увеличением напряженности поля B₀ то же самое происходит с силой Лоренца, действующей на градиентную катушку во время использования. С увеличением поля B₀ то же самое происходит с шумом, генерируемым градиентными катушками во время работы.

В журнальной статье Michael Poole, Richard Bowtell, Concepts in Magnetic Resonance Part B, Vol. 31B(3), стр.162-175, 2007 раскрыт способ конструирования градиентных катушек с использованием граничного элемента. Раскрыта минимизация функционала во время процесса конструирования, который накладывает равновесие вращающих моментов градиентной катушки.

В патенте США 5764059 раскрыта магнитная катушка с акустическим экранированием, которую адаптируют для того, чтобы размещать в статическом магнитном поле. По существу, раскрыта комбинация активного и магнитного экранирования для градиентных катушек. Замкнутый контур градиентной катушки, несущий ток, располагают так, что две различные части контура соединяют механически, придают им размеры и располагают так, что силы Лоренца, испытываемые магнитным оборудованием, по существу снижены и предпочтительно устранены. В патентной заявке СЩА US2004/0113618 представлена система градиентной катушки, которая имеет две структурно независимые подкатушки. Эти подкатушки прикрепляют отдельно друг от друга с тем, чтобы (РЧ) антенную систему можно было расположить между ними.

В патентной заявке США US 2004/0113619 A1 раскрыто магнитно-резонансное устройство с системой градиентных катушек, расположенных в полости, которая имеет более низкую механическую жесткость, чем краевые области. Это позволяет надежно и бесшумно прикреплять градиентную катушку к системе формирования магнитно-резонансных изображений.

В публикации патентной заявки PCT WO 01/16616 A2 раскрыта активная акустическая система управления для катушек MRI для снижения шума, создаваемого на поверхностях опорных структур, в которые устанавливают катушки.

В публикации патентной заявки PCT WO 96/31785 раскрыты акустически управляемые магнитные катушки. Первый и второй электрические проводники механически связаны с материалом предварительно определяемой акустической передачи. Фазу и амплитуду тока, подаваемого на катушки, используют для управления акустическим шумом.

В публикации патентной заявки PCT WO 97/35214 раскрыта раздельная компоновка катушек, разделенных пропуском для системы формирования магнитно-резонансных изображений.

В реферате японского патента JP 59216045 A раскрыта катушка для наклонного магнитного поля, которая не генерирует шум от ударов посредством изменения пространств эластичного наполнителя в пространстве, сформированном из каркаса катушки для генерации наклонного магнитного поля, используемого для устройства ядерного магнитного резонанса, фиксирующего катушку устройства и катушки.

В патенте США 5331281 раскрыта компоновка генерирующей градиентное магнитное поле катушки устройства формирования магнитно-резонансных изображений с элементом цилиндрического сердечника для того, чтобы нести обмотки катушек, которые разделены по меньшей мере на два сердечника в центральной части туннеля магнита. Естественную частоту вибрации сердечника можно отклонить от частоты возбуждающей силы и можно вызвать интерференцию между звуком, преобладающим снаружи от сердечника, и звуком внутри, чтобы подавить вибрации сердечников в центральной части туннеля магнита и снизить шум.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к магнитному узлу для формирования магнитно-резонансных изображений, системе формирования магнитно-резонансных изображений и градиентной катушке, раскрытых в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Магнитно-резонансные градиентные катушки демонстрируют механические резонансные моды. Это ведет к увеличенному акустическому шуму при конкретных рабочих частотах. Как правило, градиентные катушки не демонстрируют значительного механического демпфирования, что ведет к увеличенным амплитудам вибрации при резонансе. Следовательно, существует необходимость демпфировать такой резонанс. Попытки демпфировать резонанс были в значительной степени неуспешными, поскольку всю структуру оптимизируют для того, чтобы выдерживать большую силу Лоренца без механического отказа. Например, в патенте США 5764059, колонке 10, стр. 20-21, указано: «Таким образом, вопреки интуиции, необходима легкая соединительная структура с высокой напряженностью». Конструкция, изложенная в US 5764059, предусматривает способ уравновешивания сил между катушками, но не рассматривает проблемы, связанные с акустическим резонансом в механической структуре.

Использование легкой соединительной структуры в US 5764059 уводит от решения, используемого в вариантах осуществления изобретения для демпфирования резонанса: согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, механическую демпфирующую структуру можно вводить в область катушки, где не передаются большие силы и где возникает значительное относительное движение для демпфирующего материала, чтобы быть эффективным. Предпочтительно, если демпфирующие слои не соединены посредством проводников, поскольку их механическая жесткость будет отменять эффект демпфирующего материала. Для цилиндрической градиентной катушки естественное местоположение для демпфирующего слоя представляет собой срединную плоскость z=0 катушки, но стандартные градиентные катушки испытывают большие изгибающие силы, действующие в срединной плоскости. Направление z определяют как совмещенное с осью симметрии цилиндрического магнита.

В некоторых вариантах осуществления испускание акустического шума градиентными катушками можно снизить посредством встраивания механического демпфирующего материала или эластичного материала, который снижает механический коэффициент качества структуры. В некоторых вариантах осуществления цилиндрическую градиентную катушку разделяют механически в срединной плоскости z=0, и две половины соединяют с использованием эластичного материала или материала с потерями. Предпосылка для такого механического разделения состоит в том, что каждая половина градиентных катушек не испытывает результирующих магнитных поступательных или вращательных усилий в поле магнита основного поля. Это требование можно удовлетворить посредством подходящей магнитной конструкции систем катушек.

Градиентные катушки, построенные в соответствии с изобретением, могут обладать следующими признаками:

1. При разделении катушки по плоскости z=0 каждая половина катушки будет иметь равновесие сил и вращающих моментов при работе в поле магнита, к которому подбирают катушку.

2. Две половины катушки соединяют с использованием материала с механическими потерями или эластичного материала, например, чтобы демпфировать механические резонансные моды катушки. Этот материал с потерями или эластичный материал может быть встроен в форме относительно тонкого слоя резины.

Уравновешивания результирующих поступательных сил на градиентных катушках можно достичь посредством введения подходящих конструктивных ограничений в программном обеспечении для конструирования градиентов. Схожим образом результирующие вращательные усилия можно ограничивать, если катушку моделируют в виде двух независимых половин. Решения, демонстрирующие нулевой вращающий момент, можно найти, если длина катушки типично равна или превышает длину сверхпроводящего магнита основного поля. Спектр решений расширяется, если предоставить возможность размещать проводники на кромках конца и срединной плоскости градиентной катушки. Решения с нулевым вращающим моментом можно найти даже для катушек, имеющих асимметричное поперечное сечение. Демпфирующий слой в сочленении между двумя катушками может представлять собой слой резиноподобного материала. Предварительное натяжение или сжатие может усилить эффект демпфирующего слоя. Альтернативно, две половины катушки можно соединять посредством тонкостенного короткого цилиндра, размещенного или снаружи, или внутри структуры катушки, используя материал с потерями или материал для соединения внахлест между катушкой и соединительным цилиндром.

Процессор представляет собой электронный компонент, который способен исполнять программу или исполняемые машиной инструкции. Ссылки на вычислительное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как возможно содержащее более чем один процессор. Термин «вычислительное устройство» также следует интерпретировать как возможно ссылающийся на совокупность или сеть вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор. Многие программы имеют свои инструкции, осуществляемые посредством множества процессоров, которые могут быть внутри одного и того же вычислительного устройства или которые даже могут быть распределены по множеству вычислительных устройств.

Машиночитаемая запоминающая среда, упоминаемая в настоящем документе, представляет собой любую запоминающую среду, которая может хранить инструкции, которые можно исполнять посредством процессора компьютера или вычислительного устройства. Машиночитаемая запоминающая среда может представлять собой машиночитаемую постоянную запоминающую среду. Машиночитаемая запоминающая среда также может представлять собой материальный машиночитаемый носитель. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемая запоминающая среда также может быть способна хранить данные, к которым можно получить доступ посредством процессора вычислительного устройства. Пример машиночитаемой запоминающей среды включает в себя, но без ограничения: гибкий диск, привод магнитного жесткого диска, твердотельный диск, флэш-память, USB-накопитель, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), оптический диск, магнитно-оптический диск и файл регистров процессора. Примеры оптических дисков включают компакт-диски (CD) и универсальные цифровые диски (DVD), например диски CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R. Термин машиночитаемая запоминающая среда также относится к различным типам записывающих сред, к которым можно получать доступ посредством компьютерного устройства через сеть или канал связи. Например, данные можно извлекать через модем, через Интернет или через локальную сеть.

Память компьютера представляет собой пример машиночитаемой запоминающей среды. Память компьютера представляет собой любую память, к которой процессор может получить непосредственный доступ. Примеры памяти компьютера включают в себя, но без ограничения: память RAM, регистры и файлы регистров.

Накопитель компьютера представляет собой пример машиночитаемой запоминающей среды. Накопитель компьютера представляет собой любую энергонезависимую машиночитаемую запоминающую среду. Примеры накопителя компьютера включают в себя, но без ограничения: привод жесткого диска, USB-накопитель, гибкий диск, интеллектуальную карту, DVD, CD-ROM и твердотельный жесткий диск. В некоторых вариантах осуществления накопитель компьютера также может представлять собой память компьютера или наоборот.

В одном из аспектов изобретение относится к магниту для формирования магнитно-резонансных изображений. Магнит адаптируют для генерации основного магнитного поля для выравнивания магнитных спинов ядер субъекта, расположенного внутри зоны формирования магнитно-резонансных изображений. Магнит может представлять собой сверхпроводящий магнит, постоянный магнит или резистивный электромагнит или комбинацию любых из трех упомянутых магнитов. Магнитный узел дополнительно содержит градиентную катушку для генерации магнитного поля для пространственного кодирования магнитно-резонансного сигнала спинов ядер внутри зоны формирования магнитно-резонансных изображений. Градиентная катушка выполнена с возможностью установки в магнит. Градиентная катушка содержит первую секцию градиентной катушки. Градиентная катушка дополнительно содержит вторую секцию градиентной катушки. Первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент, и вторая секция градиентной катушки содержит второй жесткий элемент. Для градиентной катушки цилиндрической формы первый и второй жесткие элементы могут представлять собой жесткие трубы.

Градиентная катушка дополнительно содержит соединительный элемент для соединения двух половин градиентных катушек. Соединительный элемент содержит эластичный материал. Эластичный материал находится в контакте как с первым, так и со вторым элементом. Примером эластичного материала является резина. Градиентная катушка может содержать три отдельных набора катушек. Каждый набор катушек генерирует градиентное магнитное поле в одном из трех направлений пространства. Они могут быть ортогональными и могут совпадать с геометрическими осями x, y и z.

Каждая из первой и второй секций градиентной катушки может содержать обмотки катушек каждой из по меньшей мере трех систем градиентных катушек. Этот вариант осуществления может быть полезным, поскольку разделение катушки на две секции меняет резонансные свойства градиентной катушки. Это может вести к снижению акустического шума во время работы магнитного узла для формирования магнитно-резонансных изображений. Например, во время использования слышно серию громких звуков ударов или щелчков, когда данные получают с использованием системы формирования магнитно-резонансных изображений. Варианты осуществления изобретения могут снижать этот акустический шум и делать его более комфортным для пациента, подлежащего исследованию в системе формирования магнитно-резонансных изображений.

В другом варианте осуществления как первая, так и вторая секция градиентной катушки содержит обмотки катушек. Первая и вторая секции градиентной катушки содержат внутренние и внешние обмотки. Внутренние обмотки обеспечивают магнитное поле для создания градиентных магнитных полей во время работы. Внешние обмотки могут представлять собой экранирующие обмотки, которые устраняют индукцию вихревых токов магнитным полем от градиентной катушки в других частях магнитного узла для формирования магнитно-резонансных изображений. Такая градиентная катушка известна в данной области в качестве активной экранирующей градиентной катушки. Обмотки катушек содержат проводники на кромке. Проводники на кромке представляют собой части обмоток катушек, которые идут между внутренними и внешними обмотками. Проводники на кромке конструируют так, что они были выполнены с возможностью уравновешивания вращающего момента, прикладываемого к градиентной катушке посредством основного магнитного поля во время работы градиентной катушки. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку каждая из первой и второй секций градиентной катушки уравновешена по каждому вращающему моменту. Это будет вести к меньшему механическому движению первой и второй секций градиентной катушки. Это может вести к снижению шума во время работы системы формирования магнитно-резонансных изображений.

В другом варианте осуществления обмотки катушек первой секции градиентной катушки жестко прикреплены к первому жесткому элементу, а обмотки катушек второй секции градиентной катушки жестко прикреплены ко второму жесткому элементу. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку, когда ток проходит через градиентную катушку и градиентная катушка находится в большом магнитном поле, имеют место силы Лоренца, прикладываемые к обмотке катушки. Имея обмотки катушек, жестко прикрепленные к жесткому материалу, силы на обмотке катушки переносят на жесткий материал. В некоторых вариантах осуществления обмотки катушек фиксируют на поверхности жестких элементов, и в других вариантах осуществления обмотку катушки полностью или частично внедряют в жесткие элементы.

В другом варианте осуществления первый и второй жесткие элементы устанавливают на магните эластично. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку использование эластичного материала для соединения первой и второй секций градиентной катушки с магнитом снижает перенос механических вибраций между секциями градиентной катушки и магнитом. Это может вести к сниженному акустическому шуму во время работы магнита для формирования магнитно-резонансных изображений.

В другом варианте осуществления соединительный элемент содержит вязкий элемент, который соединяет первый и второй жесткие элементы. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку вязкий элемент может рассеивать акустические вибрации между первой и второй секциями градиентной катушки. Это может оказывать эффект снижения акустического шума, генерируемого магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений во время использования. Вязкий элемент может являться материалом, который представляет собой эластичный материал и материал с потерями. Вязкий элемент также может представлять собой механический элемент, сконструированный для того, чтобы рассеивать энергию. Например, маленькие гасители колебаний могут быть расположены между первой и второй градиентными катушками для того, чтобы рассеивать энергию.

В другом варианте осуществления соединительный элемент содержит соединение внахлест. Соединение внахлест, упоминаемое в настоящем документе, представляет собой перекрывающееся соединение, которое соединяет два элемента. Например, два элемента могут совпадать или иметь выемку, которые подходят друг к другу. В одном варианте первая и вторая секции градиентной катушки являются цилиндрическими. Больший цилиндр перекрывает как первую, так и вторую секции градиентной катушки, и этот перекрывающийся цилиндр формирует соединение внахлест.

В другом варианте осуществления эластичный материал соединительного элемента прижат. Например, систему кромок с болтами или резьбовыми стержнями можно использовать для того, чтобы сжимать эластичный или, например, резиновый элемент между первой и второй секциями градиентной катушки. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку он формирует соединение, которое изменяет акустический резонанс градиентной катушки, а также может рассеивать акустическую энергию, передаваемую между первой и второй секциями градиентной катушки.

В другом варианте осуществления первая и вторая секции градиентной катушки электрически изолированы. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку предотвращает передачу механической энергии посредством соединений между первой и второй секциями градиентной катушки.

В другом варианте осуществления первую и вторую секции градиентной катушки соединяют электрически с использованием шин. Шины устанавливают эластично на первый и второй жесткие элементы. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку первая и вторая градиентные катушки можно соединять электрически, не связывая их акустически. Это может снижать акустический шум, генерируемый магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений во время работы.

В другом варианте осуществления первая и вторая секции градиентной катушки имеют отдельные соединения для охлаждающей воды и соединения для электрической мощности. То есть те катушки, которые составляют каждую из первой и второй секций градиентной катушки, питаются отдельно. Например, катушку z в первой секции градиентной катушки можно соединять с источником питания градиентной катушки, а катушку z второй секции градиентной катушки также можно соединять отдельно с тем же или другим источником питания. Имея отдельные соединения для охлаждающей воды и соединения для электрической мощности, акустическую связь между первой и второй секциями градиентной катушки можно уменьшить. Это может иметь эффект снижения акустического шума, генерируемого магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений во время работы.

В другом варианте осуществления в первой секции градиентной катушки и второй секции градиентной катушки уравновешивают вращающий момент по силам Лоренца в магнитном поле магнита. В первой секции градиентной катушки и второй секции градиентной катушки уравновешивают поступательную силу по силам Лоренца в магнитном поле магнита. Это является полезным, поскольку во время использования магниты не прикладывают силу друг к другу и это может оказывать эффект снижения шума, генерируемого магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений.

В другом варианте осуществления эластичный материал связывает вибрации между первой секцией градиентной катушки и второй секцией градиентной катушки. Это оказывает эффект снижения акустического шума, генерируемого магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений во время работы. Это обусловлено тем, что, поступая так, изменяют резонансную частоту градиентной катушки.

В другом варианте осуществления эластичный материал представляет собой вязкоупругий материал. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку эластичный материал представляет собой материал с потерями. То есть внутри эластичного материала происходит рассеивание акустической энергии, подлежащей передаче между двумя секциями градиентной катушки. Это может оказывать эффект снижения акустического шума, генерируемого магнитным узлом для формирования магнитно-резонансных изображений во время работы.

В другом аспекте изобретение относится к системе формирования магнитно-резонансных изображений. Система формирования магнитно-резонансных изображений содержит магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Система формирования магнитно-резонансных изображений дополнительно содержит радиочастотную систему для получения данных магнитного резонанса. Данные магнитного резонанса определяют в настоящем документе в качестве регистрируемых измерений радиочастотных сигналов, испускаемых спинами атомов с помощью антенны устройства магнитного резонанса во время сканирования методом магнитного резонанса. Изображение магнитного резонанса (MRI) определяют в настоящем документе в качестве реконструируемой двух- или трехмерной визуализации анатомических данных, содержащихся внутри данных магнитного резонанса. Эту визуализацию можно осуществлять с использованием компьютера.

Радиочастотную систему адаптируют для соединения с радиочастотной антенной. Радиочастотная система может представлять собой комбинацию передатчика и приемника или она может представлять собой приемопередатчик. Соответственно, радиочастотная антенна может представлять собой одну антенну, которую используют для того, чтобы отправлять и принимать радиосигналы, или она может представлять собой раздельную передающую и принимающую антенну. Система формирования магнитно-резонансных изображений дополнительно содержит источник питания градиентной катушки магнитного поля для того, чтобы подавать ток на градиентную катушку магнитного поля. Система формирования магнитно-резонансных изображений дополнительно содержит компьютерную систему, адаптированную для конструирования изображений по данным магнитного резонанса. Компьютерную систему адаптируют для генерации магнитно-резонансных изображений субъекта с использованием данных магнитного резонанса. Преимущества этого варианта осуществления рассмотрены ранее.

В другом аспекте изобретение относится к градиентной катушке для генерации магнитного поля для пространственного кодирования магнитных спинов ядер внутри зоны формирования магнитно-резонансных изображений системы формирования магнитно-резонансных изображений. Градиентная катушка выполнена с возможностью установки в магнит системы формирования магнитно-резонансных изображений. Градиентная катушка содержит первую секцию градиентной катушки. Первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент. Градиентная катушка содержит вторую секцию градиентной катушки. Вторая секция градиентной катушки также содержит второй жесткий элемент. Градиентная катушка дополнительно содержит соединительный элемент для соединения первой и второй секций градиентной катушки. Соединительный элемент содержит эластичный материал. Эластичный материал находится в контакте с первым и вторым жесткими элементами. Преимущества этой градиентной катушки рассмотрены ранее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения только в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:

На фиг.1 представлен вид в поперечном разрезе магнитного узла для формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.2 представлен перспективный вид в поперечном разрезе обмоток варианта осуществления магнитного узла в соответствии с изобретением;

на фиг.3a представлен пример соединений внахлест согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.3b представлен дополнительный пример соединений внахлест согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.3c представлен дополнительный пример соединений внахлест согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.4 представлен пример сжимающего соединения, которое сжимает соединительный элемент согласно одному из вариантов осуществления изобретения; и

на фиг.5 представлена функциональная блочная диаграмма системы формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Элементы со сходными ссылочными позициями на чертежах представляют собой или эквивалентные элементы или осуществляют одну и ту же функцию. Если функция эквивалентна, для последующих чертежей нет необходимости обсуждать элементы, которые рассмотрены ранее.

На Фиг.1 представлен вид в поперечном разрезе магнитного узла 100 для формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Магнитный узел 100 содержит магнит 102 и градиентную катушку 103. Магнит 102, представленный на этом чертеже, представляет собой магнит с цилиндрической симметрией. Показана ось симметрии 104 магнита 102. Магнит 102 содержит криостат 106. Криостат 106 окружен изолирующей системой, которая может содержать вакуум 108. Изолирующая система также может содержать резервуар или сосуд с жидким азотом. Внутри криостата 106 расположены сверхпроводящие катушки 110.

Градиентная катушка 103 содержит первую секцию градиентной катушки 112 и вторую секцию градиентной катушки 114. Первую секцию градиентной катушки 112 и вторую секцию градиентной катушки 114 соединяют посредством соединительного элемента 116. Первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент 113. Вторая секция градиентной катушки содержит второй жесткий элемент 115. Соединительный элемент соединяет жесткие элементы 113, 115 первой и второй секций градиентной катушки 112, 114. Обе секции градиентной катушки 112, 114 показаны имеющими как внешние обмотки 118, так и внутренние обмотки 120. Все внешние обмотки 118 и внутренние обмотки 120 жестко соединены с жесткими элементами 113 и 115. Шины 122 используют для того, чтобы соединять внешние обмотки 118 первой и второй секций градиентной катушки 112, 114. Аналогичным образом, шины 122 также используют для соединения внутренних обмоток 120 первой и второй секций градиентной катушки 112, 114. Градиентная катушка 103 показана установленной на магнит 102 с использованием эластичных креплений 126.

Эластичные крепления 126 могут являться эластичными или они также могут являться вязкоупругими, и в этом случае рассеивание акустической энергии происходит в эластичных креплениях. Аналогичным образом, соединительный элемент может представлять собой эластичный или вязкий элемент. Он может представлять собой эластичный элемент или он может представлять собой вязкоупругий элемент. Соединительный элемент 116 служит во время работы для изменения резонансных свойств градиентной катушки 103. Это может оказывать эффект снижения акустического шума, генерируемого внутри магнитного узла 100.

На Фиг.2 показан вид в поперечном разрезе обмоток 200 варианта осуществления магнитного узла в соответствии с изобретением. Внутренние катушки магнита помечены 110'. Внешние катушки магнита помечены 110″. Области 208 показывают местоположения, где должен быть жесткий элемент. Внутренняя 120 и внешняя 118 обмотки показаны внутри и снаружи области 208. Внутренняя обмотка 120 представляет собой основной слой обмотки градиентной катушки и внешняя обмотка 118 представляет собой экранирующий слой обмотки градиентной катушки.

Ось 210 представляет собой ось симметрии вращения для магнитного узла. Эта ось расположена на плоскости, которая делит градиентную катушку на первую секцию градиентной катушки 112 и вторую секцию градиентной катушки 114. Магнит обладает зеркальной и вращательной симметрией. Плоскость симметрии магнита совпадает со срединной плоскостью градиентной катушки.

Элемент 202 представляет собой проводник на кромке. В этом варианте осуществления проводник 202 на кромке конца градиентной катушки расположен внутри зоны, охватываемой внутренней катушкой магнита 110' дальше от срединной плоскости магнита. Без проводников на кромке конца градиентную катушку потребовалось бы делать более длинной, чтобы добиться уравновешивания вращающего момента. Чем дальше от срединной плоскости магнита, тем менее однородным становится магнитное поле. Неоднородность магнитного поля можно использовать для конструирования градиентной катушки, которая уравновешена по вращающему моменту.

Элемент 204 также представляет собой проводник на кромке. Очевидно, проводник 204 на кромке не проходит радиально наружу. Проводник 204 на кромке начинается и заканчивается на обмотке экранирующей катушки 118.

Элемент 206 представляет собой проводник на кромке вблизи срединной плоскости градиентной катушки.

Проводник на кромке, обозначенный как 206, находится рядом со срединной плоскостью градиентной катушки. Срединная плоскость градиентной катушки находится там, где градиентная катушка разделена на первую и вторую секции градиентной катушки. Градиентная катушка также отличается секцией с выемкой основной обмотки градиентной катушки рядом со щелью между первой 112 и второй 114 секциями градиентной катушки.

На фиг.3a, 3b и 3c представлены примеры соединений 300, 302, 304 внахлест, которые соединяют первую секцию градиентной катушки 112 со второй секцией градиентной катушки 114. На Фиг.3a представлена секция цилиндрической градиентной катушки. Первая секция градиентной катушки 112 соединена со второй секцией градиентной катушки 114 посредством перекрывающегося соединения 300 внахлест. Соединительный элемент 116 показан как соединяющий первую секцию градиентной катушки 112 со второй секцией градиентной катушки 114.

Фиг.3b сходна с фиг.3a, за исключением того, что вместо использования соединения внахлест используется шпунтовое соединение 302. Затем соединительный элемент 116 соединяет первую секцию градиентной катушки 112 со второй секцией градиентной катушки 114.

На фиг.3c представлен другой стиль соединения 304 внахлест. В варианте осуществления, представленном на Фиг.3c, соединительный цилиндр 306 используется для соединения первой секции градиентной катушки 112 со второй секцией градиентной катушки 114. Соединительный элемент 116 соединяет первую секцию градиентной катушки 112 с соединительным цилиндром 306. Затем соединительный цилиндр 306 соединяется через другую секцию 116 со второй секцией градиентной катушки 114. В этом варианте осуществления соединительный элемент 116 представлен в виде двух отдельных частей. Однако в некоторых вариантах осуществления можно использовать одну часть соединительного элемента. Также представлен соединительный элемент 116', который находится между первой секцией градиентной катушки 112 и второй секцией градиентной катушки 114. Этот соединительный элемент 116' является опциональным. Вдобавок вариант осуществления по фиг.3c можно комбинировать с вариантами осуществления, представленными на фиг.3a или 3b.

На фиг.4 представлен пример сжимающего соединения 400, которое соединяет первую секцию градиентной катушки 112 со второй секцией градиентной катушки 114. В этом варианте осуществления соединительный элемент 116 сжат. Как первая секция градиентной катушки 112, так и вторая секция градиентной катушки 114 имеют кромки 408. По окружности градиентной катушки может иметься множество болтов 402, которые затянуты с использованием гаек 404. Комбинацию болта 402 и гайки 404 используют для того, чтобы сжать соединительный элемент 116. Болты 402 и гайки 404 вибрационно изолированы от первой и второй секций градиентной катушки 112, 114 посредством изолирующих вибрацию элементов 406. В этом примере изолирующие вибрацию элементы 406 могут просто представлять собой большие резиновые шайбы, которые предотвращают вхождение болта 402 и гайки 404 в непосредственный контакт с первой секцией градиентной катушки 112 или второй секцией градиентной катушки 114.

На фиг.5 представлена функциональная блочная диаграмма системы 500 формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Система формирования магнитно-резонансных изображений содержит магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Магнитный узел содержит магнит 102 и градиентную катушку 103. Как изложено ранее, градиентная катушка содержит первую секцию градиентной катушки 112 и вторую секцию градиентной катушки 114, которые соединены посредством соединительного элемента 116. Градиентная катушка 103 установлена в магните 102 с использованием эластичных креплений 126. В других вариантах осуществления концы градиентной катушки 103 могут быть установлены на магните 102 с использованием жестких креплений. Однако эластичные крепления 126 обладают преимуществом в том отношении, что они обеспечивают вибрационную изоляцию между градиентной катушкой 103 и магнитом 102.

Магнит 102 имеет зону 504 формирования магнитно-резонансных изображений. Внутри зоны 504 формирования магнитно-резонансных изображений система 500 формирования магнитно-резонансных изображений может получать данные 536 магнитного резонанса. Субъект 502 представлен частично внутри зоны 504 для формирования магнитно-резонансных изображений, и субъекта 502 поддерживает опора субъекта 506. Градиентная катушка 103 соединена с источником питания градиентной катушки 508, который подает ток на градиентную катушку 103. В этом примере первая секция градиентной катушки 112 и вторая секция градиентной катушки 114 соединены с источником питания градиентной катушки 508 по отдельности. В первую и вторую секции градиентной катушки также можно независимо подавать охлаждающее текучее вещество, такое как вода. Альтернативно первую и вторую секции градиентной катушки может снабжать одна хорошая охладительная система.

Система 500 формирования магнитно-резонансных изображений также содержит радиочастотный приемопередатчик 510, который соединен с антенной 512. Комбинация радиочастотного приемопередатчика 510 и антенны 512 дает возможность манипулировать или ориентировать магнитные спины внутри зоны 504 формирования магнитно-резонансных изображений. Радиочастотный приемопередатчик 510 и антенна 512 также дают возможность приема магнитно-резонансных сигналов изнутри зоны 504 формирования магнитно-резонансных изображений.

Источник 508 питания градиентной катушки и радиочастотный приемопередатчик 510 соединены с интерфейсом 516 аппаратного обеспечения компьютерной системы 514. Через интерфейс 516 аппаратного обеспечения компьютерная система 514 способна регистрировать магнитно-резонансные символы в качестве данных 536 магнитного резонанса. Компьютерная система дополнительно содержит микропроцессор 520, который соединен с интерфейсом 516 аппаратного обеспечения, накопителем 518 компьютера, памятью 522 компьютера и пользовательским интерфейсом 524. Накопитель может представлять собой, например, жесткий диск. Память 522 может представлять собой оперативное запоминающее устройство. Пользовательский интерфейс 524 представляет собой интерфейс, который пользователь использует для того, чтобы взаимодействовать с компьютерной системой 514. Этот интерфейс может содержать такие элементы, как блок отображения, такой как дисплей компьютера. Он также может содержать устройства ввода, такие как мышь, клавиатура или сенсорная панель.

Накопитель 518 компьютера содержит программу для исполнения программного обеспечения для управления системой 500 формирования магнитно-резонансных изображений. Накопитель 518, кроме того, содержит магнитно-резонансное изображение 534. Это изображение 534 может быть представлено на дисплее пользовательского интерфейса 524. Также внутри накопителя 518 находятся данные 536 магнитного резонанса, которые получены посредством системы 500 формирования магнитно-резонансных изображений. Память 522 содержит копию программы 532. Программа 532 в памяти помечена как 526. Программа 526 содержит модуль 528 для управления работой системы формирования магнитно-резонансных изображений. Программа 526 также содержит модуль 530 для осуществления реконструирования изображения. Это представляет собой реконструирование магнитно-резонансного изображения 534 по данным 536 магнитного резонанса. Несмотря на то что изобретение проиллюстрировано и описано в подробностях на чертежах и в указанном выше описании, такие иллюстрации и описание следует толковать как иллюстративные или образцовые, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Специалисты в данной области могут понять и осуществить другие вариации раскрытых вариантов осуществления при применении описываемого в заявке изобретения на практике, изучив чертежи, раскрытие и приложенную формулу изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или стадии, а формы единственного числа не исключают множественности. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с пользой. Компьютерную программу можно хранить/распространять в подходящей среде, такой как оптическая запоминающая среда или твердотельная среда, поставляемая вместе или в качестве части другого аппаратного обеспечения, а также можно распространять в других формах, например через интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничения объема.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений

102 магнит

103 градиентная катушка

104 ось симметрии

106 криостат

108 вакуум

110 сверхпроводящие катушки

110' внутренние катушки магнита

110'' внешние катушки магнита

112 первая секция градиентной катушки

113 первый жесткий элемент

114 вторая секция градиентной катушки

115 второй жесткий элемент

116 соединительный элемент

116' соединительный элемент

118 внешние обмотки

120 внутренние обмотки

122 шина

124 проводник на кромке

126 эластичное крепление

200 обмотки магнитного узла

202 проводник на кромке

204 проводник на кромке

206 проводник на кромке

208 местоположение жесткого элемента

210 ось симметрии вращения

300 перекрывающееся соединение внахлест

302 шпунтовое соединение

304 соединение внахлест

306 соединительный цилиндр

400 сжимающее соединение

402 болт

404 гайка

406 изолирующие вибрацию элементы

500 система формирования магнитно-резонансных изображений

502 субъект

504 зона для формирования магнитно-резонансных изображений

506 опора субъекта

508 источник питания градиентной катушки

510 радиочастотный приемопередатчик

512 антенна

514 компьютерная система

516 интерфейс аппаратного обеспечения

518 накопитель

520 процессор

522 память

524 пользовательский интерфейс

526 программа

528 модуль управления

530 модуль реконструирования изображения

532 программа

534 магнитно-резонансное изображение

536 данные магнитного резонанса

Изобретение относится к системам формирования магнитно-резонансных изображений, в частности к конструкции градиентных катушек для таких систем. Магнитный узел (100) для формирования магнитно-резонансных изображений содержит магнит (102), выполненный с возможностью генерации основного магнитного поля для выравнивания магнитных спинов ядер субъекта (502), расположенного внутри зоны (504) формирования изображений, и градиентную катушку (103) для генерации градиентного магнитного поля для пространственного кодирования магнитно-резонансного сигнала спинов ядер внутри зоны формирования изображений, причем градиентная катушка выполнена с возможностью установки в магнит, при этом градиентная катушка содержит первую секцию (112) градиентной катушки, причем первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент (113), вторую секцию (114) градиентной катушки, причем вторая секция градиентной катушки также содержит второй жесткий элемент (115), соединительный элемент (116, 300, 302, 304, 400) для соединения двух половин градиентных катушек, причем соединительный элемент содержит эластичный материал (116), при этом эластичный материал находится в контакте с первым жестким элементом и вторым жестким элементом. Технический результат - снижение акустического шума градиентных катушек. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Магнитный узел (100) для формирования магнитно-резонансных изображений, содержащий:
магнит (102), выполненный с возможностью генерации основного магнитного поля для выравнивания магнитных спинов ядер субъекта (502), расположенного внутри зоны (504) формирования изображений; и
градиентную катушку (103) для генерации градиентного магнитного поля для пространственного кодирования магнитно-резонансного сигнала спинов ядер внутри зоны формирования изображений, причем градиентная катушка выполнена с возможностью установки в магнит, при этом градиентная катушка является цилиндрической и содержит:
первую секцию (112) градиентной катушки, причем первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент (113),
вторую секцию (114) градиентной катушки, причем вторая секция градиентной катушки также содержит второй жесткий элемент (115),
соединительный элемент (116, 300, 302, 304, 400) для соединения первой и второй секций градиентной катушки, причем градиентная катушка разделена на первую секцию градиентной катушки и вторую градиентную катушку посредством срединной плоскости градиентной катушки, перпендикулярной к оси симметрии градиентной катушки, при этом соединительный элемент содержит эластичный материал (116), причем эластичный материал находится в контакте с первым жестким элементом и вторым жестким элементом, при этом как первая, так и вторая секции градиентной катушки содержат обмотки (118, 120) катушек, первая и вторая секции градиентной катушки содержат внутренние (120) и внешние (118) обмотки, причем обмотки катушек содержат проводники (124, 202, 204, 206) на кромке, при этом проводники на кромке представляют собой части обмоток катушек, которые выполнены с возможностью проведения тока между внутренними и внешними обмотками, и проводники на кромке выполнены с возможностью уравновешивания вращающего момента, прикладываемого к градиентной катушке посредством основного магнитного поля во время работы градиентной катушки.

2. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.1, в котором обмотки катушек первой секции градиентной катушки жестко прикреплены к первому жесткому элементу, а обмотка катушки второй секции градиентной катушки жестко прикреплена ко второму жесткому элементу.

3. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.2, в котором как первый, так и второй жесткие элементы эластично установлены (126) на магните.

4. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.1, в котором соединительный элемент содержит вязкий элемент (116), который соединяет первый и второй жесткие элементы.

5. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по любому из пп.1-4, в котором соединительный элемент содержит соединение (300, 302, 304) внахлест.

6. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по любому из пп.1-4, в котором эластичный материал соединительного элемента прижат (400).

7. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по любому из пп.1-4, в котором первая и вторая секции градиентной катушки электрически изолированы.

8. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.7, в котором первая и вторая секции градиентной катушки соединены электрически с использованием шин (122), при этом шины установлены эластично на первый и второй жесткие элементы.

9. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.7, в котором первая и вторая секции градиентной катушки имеют отдельные соединения для охлаждающей воды и соединения для электрической мощности.

10. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по любому из пп.1-4, в котором первая секция градиентной катушки и вторая секция градиентной катушки уравновешивают вращающий момент по силам Лоренца в магнитном поле магнита, при этом первая секция градиентной катушки и вторая секция градиентной катушки уравновешивают поступательную силу по силам Лоренца в магнитном поле магнита.

11. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.10, в котором эластичный материал связывает вибрации между первой секцией градиентной катушки и второй секцией градиентной катушки.

12. Магнитный узел для формирования магнитно-резонансных изображений по п.11, в котором эластичный материал представляет собой вязкоупругий материал.

13. Система формирования магнитно-резонансных изображений, содержащая:
магнитный узел (100) для формирования магнитно-резонансных изображений по любому из предыдущих пунктов;
радиочастотную систему (510) для получения данных (536) магнитного резонанса, причем радиочастотная система выполнена с возможностью соединения с радиочастотной антенной (512);
источник (508) питания градиентной катушки магнитного поля для подачи тока на градиентную катушку магнитного поля; и
компьютерную систему (514), выполненную с возможностью конструирования изображений по данным магнитного резонанса и управления работой системы формирования магнитно-резонансных изображений, причем компьютерная система выполнена с возможностью (530) генерации магнитно-резонансных изображений (534) субъекта (502) с использованием данных магнитного резонанса.

14. Градиентная катушка (503) для генерации магнитного поля для пространственного кодирования магнитных спинов ядер внутри зоны (504) формирования изображений, причем градиентная катушка выполнена с возможностью установки в магнит (102) системы (500) формирования магнитно-резонансных изображений, при этом градиентная катушка является цилиндрической и содержит:
первую секцию (112) градиентной катушки, причем первая секция градиентной катушки содержит первый жесткий элемент (113);
вторую секцию (114) градиентной катушки, причем вторая секция градиентной катушки также содержит второй жесткий элемент (115); и
соединительный элемент (116, 300, 302, 304, 400) для соединения первой и второй секций градиентной катушки, причем градиентная катушка разделена на первую секцию градиентной катушки и вторую секцию градиентной катушки посредством срединной плоскости градиентной катушки, перпендикулярной к оси симметрии градиентной катушки, при этом соединительный элемент содержит эластичный материал (116), причем эластичный материал находится в контакте с первым жестким элементом и вторым жестким элементом, при этом как первая, так и вторая секции градиентной катушки содержат обмотки (118, 120) катушек, первая и вторая секции градиентной катушки содержат внутреннюю (120) и внешнюю (118) обмотки, причем обмотки катушек содержат проводники (124, 202, 204, 206) на кромке, при этом проводники на кромке представляют собой части обмоток катушек, которые выполнены с возможностью проведения тока между внутренними и внешними обмотками, и проводники на кромке выполнены с возможностью уравновешивания вращающего момента, прикладываемого к градиентной катушке посредством основного магнитного поля во время работы градиентной катушки.