[发明专利]磁共振成像系统的阵列梯度线圈

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像系统的梯度线圈。

背景技术

磁共振成像系统工作时，将人体置于一个强的静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号由天线接收。当在这一过程中加入梯度磁场后，便可以通过射频信号获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。

磁共振成像系统工作时，通常如图1所示，将人体放入磁体101中，梯度线圈(包含匀场线圈)102产生一个线性度良好的梯度磁场，该梯度磁场叠加在主磁场上，对信号进行空间编码。同时，该梯度线圈还对主磁场的不均匀性进行校正。射频线圈103对人体照射，激发人体成像区域的原子核，谱仪系统106运行脉冲序列，控制各子系统的工作，并采集磁共振信号进行图像重建。其中，匀场电源105用于向匀场线圈提供驱动电流，控制匀场线圈所产生磁场的幅度。

现代磁共振成像要求梯度系统的性能非常高，目前梯度系统中梯度磁场的强度可以达到40—60mT/m，梯度磁场的切换率达到150—200T/m/s。由于对成像回波时间的要求，扩散成像的要求，以及多核成像的要求等，对未来梯度磁场强度和切换率要求越来越大，然而现有的梯度磁场产生方法对于提高梯度磁场强度和切换率存在很大的问题，目前的梯度系统中，梯度线圈多采用线圈对产生三个方向的梯度磁场，线圈的结构均为多绕组线圈，如图2所示的一种现有梯度线圈的结构图案，就是采用“指纹”图案的多绕组线圈；为容纳人体的进入，这种线圈均具有较大的尺寸，储能很高。若为了增大梯度磁场，有效的方法是增加梯度线圈的匝数，或者是增加梯度线圈的电流。增大匝数会增加线圈的感抗，从而与提高切换率矛盾。为克服感抗的影响，一般都采用提高梯度功率放大器输出电压的手段来增大梯度磁场的切换率，目前，梯度功率放大器的输出电压和电流达到了3000V/900A的水平，增大线圈的电流会带来严重的发热问题，提高梯度功率放大器的输出电压使得线圈的绝缘问题的解决更加困难，因为绝缘和散热是相互矛盾的工艺问题。更严重的问题是，在现有技术下，若增大梯度磁场的强度和切换率，可能会使局部梯度磁场的变化率(dB/dt)超出标准，引起对人的刺激等不良反应。为此，人们采用了其他一些办法，比如增加一个小的梯度线圈，插入到标准梯度线圈中，可以有效解决这个问题，不过小的梯度线圈的使用受到一定的限制，比如只能进行局部的成像，使用也不方便。

现有的梯度磁场产生方法，其线圈一旦制造完成，所产生的磁场分布既已确定，无法改变，限制了系统的性能。比如为进行全身成像，梯度线圈所产生的磁场一般都是对称的，其中，成像区的梯度磁场较弱，而梯度线圈在成像区两侧所产生的磁场反而较强，这种磁场分布有可能使得人体心脏所在的区域的磁场变化率(dB/dt)超出标准，局部的非对称线圈，可以使人体所处的非成像区的梯度磁场的变化率(dB/dt)变得很小，从而允许成像区采用较大的梯度强度和切换率，然而在现有技术下，这两种梯度磁场无法用同一个梯度线圈产生。

中国发明专利CN201510746871.2公开了一种梯度磁场产生的方法和装置，采用线圈阵列构成梯度线圈，可实现梯度磁场的重构，但是该专利所述的纵向梯度线圈，是由多个平行放置的圆形线圈构成，该方法虽然可形成梯度磁场，但是线圈之间的耦合过于强烈，解耦上存在困难。在构成横向梯度磁场方面，采用排列成单列多行的结构，由于每个阵列梯度线圈的面积较大，电感不容易减小，又因为该结构只能采用多层排列，在实现的工艺上具有较大的局限性。

图2所示这种梯度线圈采用“指纹”式分布的图案结构，各绕组之间串联，用一个梯度功率放大器驱动，可在成像空间产生所需要的梯度磁场。这种梯度线圈的磁场分布形态不可改变，并且由于电感很大，需要高压大电流的梯度功率放大器才能达到较高的梯度切换率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有磁共振成像系统中梯度磁场产生的上述问题，提出一种磁共振成像系统的阵列梯度线圈，本发明能够使梯度磁场系统的性能和梯度线圈的结构变得灵活，提高磁共振成像系统的水平。

本发明磁共振成像系统的阵列梯度线圈，由多个线圈构成，多个线圈并列分布在梯度线圈的电流面上，构成线圈阵列。线圈阵列可以是单层布置，也可以是多层布置或者是部分线圈重叠。本发明阵列梯度线圈既可以产生纵向梯度磁场，也可以产生横向梯度磁场。由于线圈之间是并列分布在梯度线圈的电流面上，线圈之间的耦合较弱，并且，若将相邻线圈之间有部分重叠，可消除线圈之间的耦合。