产生随时间变化磁场的磁场发生器和带有它的磁共振仪器

摘要

本发明涉及一种在磁共振仪器中用于产生随时间变化磁场的磁场发生器以及一种带有这种磁场发生器的磁共振仪器，该磁共振仪器具有一用于容纳待检查对象的至少一个待检区域的检查腔室，该磁场发生器包括下述特征：该磁场发生器的梯度线圈装置的导线确定了一个至少局部围绕该检查腔室的区域；该区域包括至少一个分区域，该分区域中没有所述梯度线圈装置的导线，而包含有该磁场发生器的高频天线的导线；从所述分区域出发向着离开检查腔室的方向延伸着一个另外还供所述高频天线磁场用的磁力线回流腔室，且该磁力线回流腔室以一高频屏蔽件为边界。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在磁共振仪器中用于产生随时间变化磁场的磁场发生器和一种带有该磁场发生器的磁共振仪器。

背景技术

所述磁共振技术是一种用来获取待检查对象体内图象的公知技术。在此，在一个磁共振仪器中，在由一基本场磁铁产生的一静态基本磁场上叠加有由一梯度线圈系统产生的快速切换的梯度磁场。此外，所述磁共振仪器包括一高频天线，该高频天线将高频信号发射到所述检查对象中以释放磁共振信号，并接收该释放出的磁共振信号；以所接收的磁共振信号为基础生成磁共振图象。

德国专利申请公开说明书DE 44 14 371 A1公开了一种磁共振仪器，其中，在该仪器的一高频天线和一梯度线圈系统之间设有一高频屏蔽件，该高频屏蔽件构造成可让由所述梯度线圈系统产生的低频电磁场穿透，而对于由高频天线产生的高频电磁场则不让其穿透。在此，所述高频屏蔽件包括一个第一导电层装置和一个与之对置、且由一种电介质与之隔开的第二导电层装置，这两个导电层装置具有相邻设置的、并由电绝缘缝隙相互分隔开的印制导线，其中第一导电层装置中的缝隙相对于第二导电层装置中的缝隙错开设置，且在至少一个导电层装置中相邻的印制导线通过为导引高频电流而专门设置的带有例如电容器的电桥相互连接。

高频屏蔽件的可能实施形式例如已由德国专利申请公开说明书DE 3445 724 A1公开，其中例如在所述磁共振仪器的梯度线圈系统的两侧设有屏蔽层。

磁共振仪器的高频天线例如设计成一个所谓的笼形天线。在此，该笼形天线为在其包绕的空间内产生一均匀的高频磁场通常这样构造：在一个圆柱外壳上设置一些相互平行的并具有相同间隔的导线，这些导线通过端环相互连接。在此，通过在每根导线或导线之间的端环内置入电容来实现高通滤波和低通滤波范围内的调谐，进而在共振时形成一均匀的高频磁场。这种笼形天线的实施形式例如在美国专利文献US 4,680,548中有记载。

此外，从德国专利申请公开说明书DE 42 32 884 A1中已知，在一个带有一极板式基本磁场磁铁的磁共振仪器中，在附设在所述一些极板上的基本为平面结构式的梯度线圈系统和天线系统之间设有一高频屏蔽件，该高频屏蔽件设计成带有电容式跨接的缝隙。另外，从这篇德国专利申请公开说明书DE 42 32 884 A1中还已知，就所述极板式基本磁场磁铁，人们致力于保持尽可能小的极板间距，以便保持该基本磁场磁铁有小的重量并实现一更好的基本磁场磁铁均匀性。因此，在所述这些极板之间的所有内置件，诸如梯度线圈系统、高频屏蔽件和天线系统都尽可能保持平坦。但另一方面，为实现所述天线系统的高效率，尤其是当其作为磁共振信号的接收天线时，使该天线系统与所述高频屏蔽件之间的间距尽可能大是比较有利的。

美国专利说明书US 4,864,241 A公开了一种要补偿平衡涡流的磁共振仪器。这要借助分成两半的、但通常构成一空心圆柱形单元的梯度线圈来实现。为产生高频磁场，将一同样为空心圆柱形的带有较小半径的高频天线置入所述梯度线圈单元中。这样一种结构的缺点是，它需要很大的空间并且该磁共振仪器的检查腔室由所述高频天线的直径来确定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在磁共振仪器中用于产生随时间变化磁场的磁场发生器和一种带有该磁场发生器的磁共振仪器，使该磁场发生器在具有高效率的同时尽可能紧凑。

上述第一个技术问题通过一种在一磁共振仪器中用于产生随时间变化磁场的磁场发生器来解决，该磁共振仪器具有一用于容纳待检查对象的至少一个待检区域的检查腔室，该磁场发生器具有如下特征：

-该磁场发生器的梯度线圈装置的导线确定了一个至少局部围绕该检查腔室的区域；

-该区域包括至少一个分区域，该分区域中没有所述梯度线圈装置的导线，而包含有该磁场发生器的高频天线的导线；

-从所述分区域出发向着离开检查腔室的方向延伸着一个另外供所述高频天线磁场用的磁力线回流腔室，且该磁力线回流腔室以一高频屏蔽件为边界。

本发明所要解决的第二个技术问题自然可通过一种具有上述磁场发生器的磁共振仪器来解决。

在传统的技术解决方案中，已在一未被有源屏蔽的梯度线圈系统的梯度线圈与所述基本磁场磁铁之间，或者在所述梯度线圈和一被有源屏蔽的梯度线圈系统的附属屏蔽线圈之间设有足够的空腔供由所述梯度线圈产生的梯度磁场的磁力线闭合用。而按照本发明，这个迄今并不供一个可由高频天线接收的高频磁场的磁力线回流用的空腔得到开发，由此可以说被双重利用，从而使得所述梯度线圈系统和高频天线的这一种组合方式与具有相近效率的传统技术解决方案相比具有更小的结构高度。这样，在磁共振仪器的病人容纳腔室没有改变的第一种情形下，该仪器中的基本磁场磁铁可设计得更小，并因此明显有更低的成本。在不改变基本磁场磁铁的第二种情形下，则可使病人容纳腔室更大，这还会提高病人的舒适感。

按照本发明磁场发生器的一种优选方式，所述磁力线回流腔室被构造成相对于所述分区域有一侧凹咬边。

按照本发明磁场发生器的另一种优选方式，所述磁场发生器沿着远离所述检查腔室的方向在所述磁力线回流腔室的对侧包括一属于所述梯度线圈装置的屏蔽线圈装置的导线。

按照本发明磁场发生器的又一种优选方式，所述磁场发生器具有至少另一个分区域，该分区域带有属于它的另一磁力线回流腔室。尤其是所述各分区域由所述梯度线圈装置的导线相互分隔开。更优选的是所述各个磁力线回流腔室由所述磁场发生器在结构上相互分隔开。

作为本发明磁场发生器的进一步改进，所述区域、所述至少一个分区域和/或所述至少一个磁力线回流腔室基本上是空心圆柱形。所述高频天线的导线优选包括一些纵向跨接所述分区域的杆。而所述杆更优选至少被一个连接在它们之间的电容器断开。

作为本发明磁场发生器的更进一步改进，所述磁场发生器包括至少一个可供装入填隙片装置的空腔。其中，该空腔优选至少局部在至少一个磁力线回流腔室中延伸。更优选所述填隙片装置包括一承载装置以及可设置在该承载装置上的、由一种磁性材料制成的填隙片元件。

按照本发明的又一种改进，所述至少一个磁力线回流腔室至少局部充有空气。

按照本发明的再一种改进，在至少一个磁力线回流腔室的至少一部分区域中设有加固装置。该加固装置优选小部分由一些纤维增强板组成，大部分则由一种泡沫材料组成。

附图说明

下面借助附图所示的本发明实施方式对本发明的其他优点、特征及细节予以详细说明：

图1是一台磁共振仪器上半部的纵向剖示图，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室和一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器，该磁场发生器包含有一个带有加固装置的磁力线回流腔室；

图2是一台磁共振仪器上半部的纵向剖示图，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室和一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器，该磁场发生器包含有一个磁力线回流腔室和一个设置在该磁力线回流腔室外的填隙片装置；

图3是一台磁共振仪器上半部的纵向剖示图，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室和一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器，该磁场发生器包含有一个磁力线回流腔室和一个穿过该磁力线回流腔室的填隙片装置；

图4是一台磁共振仪器上半部的纵向剖示图，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室和一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器，该磁场发生器包含有两个磁力线回流腔室。

具体实施方式

图1示出作为本发明的一种实施方式的磁共振仪器上半部的纵剖面，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室115。为在该病人容纳腔室115中产生一尽可能均匀的静态基本磁场，该磁共振仪器包括一个基本上为空心圆柱形的超导基本磁场磁铁110。在该基本磁场磁铁110的空腔中设有一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器120，该磁场发生器120包括一个被有源屏蔽的梯度线圈系统和一个高频天线。

该磁场发生器120在此包括两个空心圆柱形的区域121和122，在这两个区域中设有一第一横向梯度线圈和一第二横向梯度线圈及一纵向梯度线圈的导线，以产生一些可快速切换的梯度磁场。在这两个区域121和122之间延伸有一空心圆柱形的空腔131，该空腔131起到一个位于其后并形成一侧凹咬边的空心圆柱形磁力线回流腔室132的开口的作用。此外，在该磁场发生器120面向所述病人容纳腔室115的表面连同与所述空腔131和磁力线回流腔室132的界面上均敷设有一高频屏蔽层140。该高频屏蔽层140在此以公知的方式包括例如多层导电薄膜并被构造成带有一些被电容式跨接的缝隙。

所述空心圆柱形的空腔131为构成所述高频天线被一些导电杆151跨接。这些导电杆151与所述高频屏蔽层140高频导电地连接。在此，一部分高频屏蔽层140也成为所述高频天线电流路径的一部分。这些导电杆151大约在其中部被中断以在其间连接谐振电容器152，从而构成一低通笼式高频天线。

在此，一可由高频天线产生的或可被其接收的高频磁场的磁力线可穿过所述空心圆柱形的空腔131而在所述磁力线回流腔室132中接通闭合。该磁力线回流腔室132在这种情况下可以说被双重利用，因为它既允许所述高频磁场的磁力线又允许由所述梯度线圈产生的梯度磁场的磁力线在其中接通闭合。在此，所述磁力线回流腔室132被设计得纵向尺寸越大，所述高频天线的效率就越高。所述磁力线回流腔室132的纵向尺寸仅仅受到这样的限制：该纵向尺寸不能是半个谐振波长的整数倍。

所述磁场发生器120另外还包括一个空心圆柱形的区域123，其中设有属于所述梯度线圈的一些屏蔽线圈的导线。所述磁场发生器120的其他区域可另外用于容纳该磁场发生器120的一填隙片系统和/或一冷却系统的一些部件。尤其是该其余区域中的两个空心圆柱形区域124和125被用于将所述梯度线圈与所属的屏蔽线圈连接起来。

为减小在磁共振仪器运行时所产生的机械振动和由此引起的噪音，在所述磁力线回流腔室132中设有一加固装置。在这种情况下，该加固装置设计成其介电特性对所述高频天线的功能有尽可能少的影响，在此比较理想的是空气的介电特性。所述加固装置一小部分由一些用于强化的玻璃纤维增强板161组成，大部分则由一种高频介电损失很小的泡沫材料162(例如Rohacell系列泡沫芯材)组成。当在所述磁力线回流腔室132中基本上只产生仅仅沿径向的力时，所述磁场发生器120可有利地通过占据所述磁力线回流腔室132大约15-20％容积的玻璃纤维增强板161被足够地加固。通过用介电损失小的泡沫材料162充填剩余的容积，可保持很小的介电损失。

图2示出作为本发明另一实施方式的磁共振仪器上半部的纵剖面，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室215。为在该病人容纳腔室215中产生一尽可能均匀的静态基本磁场，该磁共振仪器包括一个基本上空心圆柱形的超导基本磁场磁铁210。在该基本磁场磁铁210的圆柱形空腔中设有一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器220，该磁场发生器220包括一个被有源屏蔽的梯度线圈系统和一个高频天线。

该磁场发生器220在此包括两个空心圆柱形的区域221和222，在这两个区域中设有所述梯度线圈系统的一些梯度线圈的导线。在这两个区域221和222之间延伸有一空心圆柱形的空腔231。该空腔231起到一个位于其后并形成一侧凹咬边的空心圆柱形磁力线回流腔室232的开口的作用。此外，该磁场发生器220包括一高频屏蔽层240。所述空心圆柱形的空腔231为构成所述高频天线被一些导电杆251跨接。这些导电杆251与所述高频屏蔽层240高频导电地连接。这些导电杆251大约在其中部被中断以在其间连接谐振电容器252。

所述磁场发生器220另外还包括一个空心圆柱形的区域223，其中设有属于所述梯度线圈的一些屏蔽线圈的导线。所述磁场发生器220的其他区域可另外用于容纳该磁场发生器220的一填隙片系统和/或一冷却系统的一些部件。尤其是该其余区域中的两个空心圆柱形区域224和225被用于将所述梯度线圈与所属的屏蔽线圈连接起来。

为容纳一无源的填隙片装置，所述磁场发生器220包括一些沿环周方向分布的并沿轴向贯穿的空腔271。在图2的纵剖面图中以纵剖方式示出了其中一个空腔271，其内部插有所述填隙片装置。在此，所述填隙片装置具有一承载装置275，该承载装置275配备有一些由一种磁性材料制成的填隙片元件277。在另一种实施方式中，所述填隙片装置自然也可包括一有源的填隙片。通过将所述填隙片装置设置在所述磁力线回流腔室232之外，就可有利地使所述高频天线和填隙片元件277相互不受影响。与图1相比，图2中的所述磁力线回流腔室232不是由一个加固装置而是由空气充填。对图1所作的其他描述也相应地适用于图2。

图3示出作为本发明又一种实施方式的磁共振仪器上半部的纵剖面，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室315。为在该病人容纳腔室315中产生一尽可能均匀的静态基本磁场，该磁共振仪器包括一个基本上空心圆柱形的超导基本磁场磁铁310。在该基本磁场磁铁310的圆柱形空腔中设有一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器320，该磁场发生器320包括一个被有源屏蔽的梯度线圈系统和一个高频天线。

该磁场发生器320在此包括两个空心圆柱形的区域321和322，在这两个区域中设有所述梯度线圈系统的一些梯度线圈的导线。在这两个区域321和322之间延伸有一空心圆柱形的空腔331。该空腔331起到一个位于其后并形成一侧凹咬边的空心圆柱形磁力线回流腔室332的开口的作用。此外，该磁场发生器320包括一高频屏蔽层340。所述空心圆柱形的空腔331为构成所述高频天线被一些导电杆351跨接。这些导电杆351与所述高频屏蔽层340高频导电地连接。这些导电杆351大约在其中部被中断以在其间连接谐振电容器352。

所述磁场发生器320另外还包括一个空心圆柱形的区域323，其中设有属于所述梯度线圈的一些屏蔽线圈的导线。所述磁场发生器320的其他区域可另外用于容纳该磁场发生器320的一填隙片系统和/或一冷却系统的一些部件。尤其是该其余区域中的两个空心圆柱形区域324和325被用于将所述梯度线圈与所属的屏蔽线圈连接起来。

为容纳一无源的填隙片装置，所述磁场发生器320包括一些沿环周方向分布的并沿轴向贯穿的空腔371。在图3的纵剖面图中以纵剖方式示出了其中一个空腔371，其内部插有所述填隙片装置。在此，所述填隙片装置具有一承载装置375，该承载装置375配备有一些由一种磁性材料制成的填隙片元件377。在另一种实施方式中，所述填隙片装置自然也可包括一有源的填隙片。通过使所述填隙片装置贯穿所述高频屏蔽层340并局部设置在所述磁力线回流腔室332之内，虽然高频天线的特性、尤其是其调谐特性和效率受到影响，但只要所述填隙片元件377越靠近所述高频屏蔽层340地在其上延伸设置，这一影响就越小。为此，在图2所示磁场发生器220与图3所示磁场发生器320的其余外部尺寸相同的情况下，图3所示磁力线回流腔室332就有利地具有比图2所示磁力线回流腔室232更大的容积，这是因为所述填隙片装置仅仅设置在一些分布在环周的位置上，从而位于这些填隙片装置之间的空腔可供磁通回流。与图1相比，图3中的所述磁力线回流腔室332也不是由一个加固装置而是由空气充填。对图1所作的其他描述也相应地适用于图3。

最后，图4示出作为本发明又一种实施方式的磁共振仪器上半部的纵剖面，该磁共振仪器具有一隧道式病人容纳腔室415。为在该病人容纳腔室415中产生一尽可能均匀的静态基本磁场，该磁共振仪器包括一个基本上空心圆柱形的超导基本磁场磁铁410。在该基本磁场磁铁410的圆柱形空腔中设有一个用于产生随时间变化磁场的磁场发生器420，该磁场发生器420包括一个被有源屏蔽的梯度线圈系统和一个高频天线。

该磁场发生器420在此包括三个空心圆柱形的区域421、422和423，在这三个区域中设有所述梯度线圈系统的一些梯度线圈的导线。在这三个区域421、422和423之间延伸有两个空心圆柱形的空腔431和433。这两个空腔431和433起到两个位于它们之后并形成侧凹咬边的空心圆柱形磁力线回流腔室432和434的开口的作用。此外，在该磁场发生器420面向所述病人容纳腔室415的表面连同与所述空腔431和433以及磁力线回流腔室432和434的界面上均敷设有一高频屏蔽层440。所述空心圆柱形的空腔431和433为构成所述高频天线被一些导电杆451跨接。这些导电杆451与所述高频屏蔽层440高频导电地连接。在此，一部分高频屏蔽层440也构成所述高频天线电流路径的一部分。在此，一可由高频天线产生的或可被其接收的高频磁场的磁力线可穿过所述空心圆柱形的空腔431和433而在所述磁力线回流腔室432和434中接通闭合。所述磁力线回流腔室432和434在此可以说被双重利用，因为它们既允许所述高频磁场的磁力线又允许由所述梯度线圈产生的梯度磁场的磁力线在其中接通闭合。

所述磁场发生器420另外还包括一个空心圆柱形的区域424，其中设有属于所述梯度线圈的一些屏蔽线圈的导线。所述磁场发生器420的其他区域可另外用于容纳该磁场发生器420的一填隙片系统和/或一冷却系统的一些部件。

在其他的实施方式中，尤其是可将在一磁力线回流腔室之内或之外延伸地设置一些填隙片装置的设计以及带有除空气以外充填物的磁力线回流腔室的设计与前面所述的任一种实施方式结合。

另外，为详细描述上述这样一个梯度线圈系统(即，它具有两个彼此相间隔的、供设置梯度线圈导线用的区域并在这两个区域之间设有一高频天线)相对于传统的技术解决方案所具有的一些优点，以及关于所述梯度线圈导线在所述区域内的分布情况请参阅本申请人的另一个在后公开的申请文件DE 103 13 229。