冷却射频体线圈的冷却剂 【技术领域】
本发明主要涉及一种磁共振成像系统，尤其涉及一种磁共振成像系统中使用的冷却射频线圈的冷却剂。
背景技术
磁共振成像(MRI)是应用核磁共振(NMR)方法获得详细的一维、二维和三维患者影像的众所周知的医疗方法。MRI非常适合于软组织的显像，并且主要用于分析疾病病理和内部损伤。
典型的MRI系统包括能够在患者或者患者的身体部分的周围产生强的同质磁场的超导磁体；包括射频发射机和接收器系统，具有环绕和冲击患者身体的一部分的发射机和接收器线圈；还包括环绕患者身体一部分的磁性梯度线圈系统；还包括计算机处理/成像系统，接收来自于接收器线圈的信号并将这些信号处理成可解释的数据，例如可视图象。
超导磁体与磁性梯度线圈组件一同使用，其在MRI数据收集程序期间在主磁场中瞬时脉动的产生可控梯度序列。由于主超导磁体产生同质磁场，所以在由这样磁场充斥的空间中空间特性不会随位置的不同而改变；因此不能从中提取出特别是关于图象的空间信息，除非引入导致场强空间(和时间的)变化的辅助装置。上述地梯度线圈组件实现了这种功能；并且是通过操纵梯度磁场来对空间信息进行典型的编码。
实际的图象数据包括射频信号，其由在扫描容积中辐射患者的共振射频线圈系统激发并接收。这种线圈典型的分成两类：容积共振器和表面共振器。
磁共振装置具有多个设置在(超导)磁体上的梯度线圈，例如低温恒温器。这些磁场线圈中的每一个产生对于产生图象信号必要的具有线性梯度的磁场。通常提供了三个梯度线圈，其分别在磁共振装置运转期间产生方向互相之间垂直的线性磁场梯度。这些梯度的方向通常表示为笛卡儿坐标系统的x，y和z轴。
上述通常类型的诊断核磁共振装置可以从美国专利US4,954,781中了解到。在其中公开的核磁共振装置具有容纳待检测患者的圆筒检查腔。检查腔由超导磁体环绕，该超导磁体在检查腔中产生沿轴向，例如z方向延伸的同质主磁场。在超导磁体和检查腔之间设置有圆筒载体桶，附加在其上的梯度线圈产生方向互相垂直的梯度场，并且这些方向中的一个与z反向的主磁场方向相同。高频天线也同样的固定在载体桶上，通过这种方式激发检查患者内的核自转，并接收作为结果的核磁共振信号。
为了产生剖视图象在核磁共振装置的操作中，必须开关梯度场。这通过提供给梯度线圈不同振幅以及不同开关频率的开关电流来实现，并且还额外改变流过梯度线圈的电流方向。这样做的后果是梯度线圈的导线和载体桶变热。此外，导线暴露于产生讨厌噪声的振荡力(oscillating forces)下。在现代成像程序中，特别在快速成像时，梯度线圈能够达到高温并且能够发出高能级的声噪。
【发明内容】
本发明表达了这种关注，这是通过在患者腔与每一个梯度线圈组件和RF体线圈之间提供一种热屏障来使患者腔内的温度保持在最高运行温度以下来实现的。这使得RF体线圈更凉爽的运转并且给梯度线圈提供了屏障。
在一个优选的实施例中，在梯度线圈和患者腔桶之间的RF体线圈中引入了一种中空导线结构。引入到中空导线结构中的冷却水或者其他冷却剂收集在MRI扫描期间由梯度线圈和RF体线圈产生的热量，这阻止了热量进入到患者腔中。
在另一个优选实施例中，中空导线结构取代了现有技术中的平的铜片并且其本身起到了与RF体线圈相同的作用。而且，象在其他优选实施例中一样，引入到中空导线结构中的冷却水收集在MRI扫描期间由梯度线圈和RF体线圈产生的热量，这阻止了热量进入到患者腔中。
本发明因此使得RF体线圈更凉爽的运转，并且提供了对在MRI扫描期间由梯度线圈发出的热量的热屏障。因此，系统中的患者腔在扫描期间将更凉爽。这允许更长时间的扫描并且不会不利的影响患者。另一个潜在的好处是中空导线将提供更硬的RF体线圈，这可以降低在扫描操作期间产生的声噪。
基于下述的详细描述、附加的权利要求以及附图，本发明的其他目的和优点将变得更加明显。
【附图说明】
图1是磁共振成像系统的方块图。
图2是依据现有技术的一个实施例的具有RF体线圈的磁共振成像系统的部分剖面图。
图3是依据现有技术的另一个实施例的具有RF体线圈的磁共振成像系统的部分剖面图。
图4是依据本发明的一个实施例的具有水冷却RF体线圈组件的磁共振成像系统的部分剖面图。
图5是图4的侧视图。
图6是依据本发明的另一个优选实施例的具有水冷却RF体线圈组件的磁共振成像系统的部分剖面图。
图7是图6的侧视图。
【具体实施方式】
在下面描述中，对于构造的一个实施例描述了各种运行参数和部件。这些作为例子引入的特殊的参数和部件，并不构成限制。
并且在下面的描述中，MRI系统部件可以包括下述部件中的任何一个：超导磁体，超导磁体支撑结构，梯度磁体组件，或者在现有技术中已知的任何其他MRI系统部件。
参考图1，示出了MRI系统的方块轮廓图。系统包括实质上圆筒形部件，其定义了扫描躺在平台9上的患者4的扫描腔6。扫描腔6包括安装在其上的RF体线圈部件8。图2和3中描述了依据现有技术的RF体线圈组件8的两个剖面图。
MRI系统还包括静态磁体结构12，其包括具有多个超导磁场线圈的有屏蔽隔离的超导磁体，这些超导磁场线圈沿扫描腔6的纵向z轴产生瞬间恒定磁场。超导磁场线圈典型的由线圈支撑结构支撑，并且容纳在低温恒温器中。
低温恒温器46包括限定扫描腔6、并沿与纵轴平行延伸的圆筒形部件。具有多个梯度线圈的主要磁梯度线圈组件52是在纵向面离扫描腔6的中心30最远的圆筒形部件的第一外表面上。圆筒形电介质线圈架是位于主要磁梯度线圈组件52的第二外表面上。射频屏蔽应用于该圆筒形电介质线圈架上。
计算机67控制所有的MRI系统2的组件。射频源63以及脉冲程序装置66是在计算机67控制下的RF部件。射频源63产生预定频率的正弦波。脉冲程序装置66使RF脉冲形成切趾正弦脉冲。RF放大器64使脉冲能量从毫瓦增加到千瓦来驱动包含在RF体线圈组件8之内的RF线圈。计算机67还控制设置三个梯度场中任何一个的形状和幅度的梯度脉冲程序装置70。梯度放大器68使梯度脉冲的能量增加到足够驱动包含在梯度线圈组件52内的梯度线圈的水平。
MRI系统2的操作者通过控制台78对于计算机67进行输入。从控制台78选择和定制成像程序。患者4安置在平台9上，并在扫描腔6内定位。计算机67还控制平台9的移动，其具有预期的定位准确性(通常大约1mm)。当患者4准确的定位时，采集图象，操作者可以在位于控制台78的视频显示监视器79看到图象或者可以在胶片印刷机80上制作图象的硬拷贝。
图象重建装置，或者数字转换器74将接受到的由RF检测器72接收的磁共振信号重建为存储在计算机67的图象存储器76电子图象表示。图象重建装置，例如视频处理器77，将存储的电子图象转换为适当的格式显示在视频显示器79上。扫描的图象也可以从计算机67以胶片形式印刷80。
图2和3示出了RF体线圈组件8的两个现有技术实施例。参考图2，示出的RF体线圈组件8具有粘结或者其他方式连接到复合材料背衬27上的蚀刻铜的多个(这里如24所示)棍子(rungs)，或者RF天线线圈25。每个天线25厚度通常小于0.5mm。复合材料背衬27粘结到载体桶29上。载体桶由具有大约5mm厚的复合材料制成。
可选择的，如图3所示，可以敷设两层天线25，其中外层天线33的底面31连接到复合材料背衬结构41上。复合材料背衬结构41还连接到与载体桶29粘结的内层天线37的上表面35上。在这个实施例中，底面33覆盖了每对相邻内层天线37的大约50％的上表面35。
图2和3中的RF天线25的一个问题是他们在运转期间会发出少量的热量。此外，梯度线圈组件52的梯度线圈也会在辐射扫描腔6的运转期间发出热量，因此正如患者4感受到的提高了扫描腔6的温度。这给在患者MRI扫描中可利用的运转周期的持续时间带来了限制。
本发明表达了这些关注，这是通过在患者腔6与每个梯度线圈组件12和RF体线圈组件8之间提供一种热屏障来使患者腔6内的温度保持在最高运行温度以下。这使得RF体线圈更凉爽的运转。这也在梯度线圈和患者腔之间提供了一种热障。
下面在图4-7中描述了可以整合到如图1中描述的大多数传统MRI系统的本发明的两个优选的实施例。在图4和5中，中空导线结构的长度引入RF天线25附近，先前由载体桶29占据的区域内。这些中空结构在每个端头都与冷却剂源和导管相连。非传导冷却剂流过中空结构。冷却剂带走在运行期间来自于RF线圈和梯度线圈的热量，因此阻止热量进入患者腔6。
在图6和7中，环绕患者腔6环向隔布置的起RF天线功能的中空传导结构完全取代了RF天线。非传导冷却剂流过中空结构。冷却剂带走在运行期间来自于RF线圈和梯度线圈的热量，因此阻止热量进入患者腔6。
参考图4，中空传导结构43固定在复合材料55内的多个RF天线25的每一个的底面51上。优选的，中空传导结构43由铜构成，并且通过焊接固定在各个铜RF天线25上。中空传导结构最好具有3-4毫米厚。设计RF天线25的数量和间隔使得各个RF天线25之间的间隔49达到提供合格的性能。因此，可以改变RF天线25的数量和间隔49的尺寸来提供合格的MRI扫描性能，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
在复合材料55中加入玻璃纤维53(例如，玻璃纤维充满复合材料55)来加固RF体线圈组件8。使用时，在MRI扫描期间通过中空结构43引入去离子水或者其他非传导冷却液体冷却RF天线25。由于中空结构43与RF天线25接触，因此这是必须的。
此外，在使用期间，中空传导结构43为由包含在梯度线圈组件52内的敷设的梯度线圈发出的任何辐射热量提供冷却。这样，可以在MRI扫描期间将扫描腔6保持在低于最高预期温度以下。这个最高温度与在整个MRI扫描过程中使患者舒适的温度一致。优选的，最高温度大约24摄氏度。
如在图5中看出的，在RF体线圈组件8的端头，用铜将中空结构43的每个端点与连接件，这里所示的铜短管59焊接。铜短管59又与垂直插入冷却剂源63来提供单一供给和回流连接的非传导集管，这里的橡胶集管61连接。从冷却剂源63引入中空传导结构43的去离子水或者其他非传导冷却液体保持在大约15摄氏度和24摄氏度之间，确保患者腔6在MRI扫描期间保持低于24摄氏度。
可选择的，如图6和7所示，中空传导结构43包含在不具有相关RF天线的复合材料55中。在这个优选的实施例中，由于结构43的传导特性，结构43本身起到RF天线的作用。
与图4和5的实施例相似，玻璃纤维53引入到复合材料55中(例如，玻璃纤维充满复合材料来补充加固RF体线圈组件8。在MRI扫描期间将去离子水或者其他非传导液体引入到中空结构43，给使用器件的中空传导结构43的铜部分提供冷却。此外，中空结构43给在使用期间由包含在梯度线圈组件52内的敷设的梯度线圈发出的辐射热量提供冷却。这样，腔6能够在MRI扫描期间保持在低于大约24摄氏度的温度，一个对于患者舒适的温度。
如在图7中可以看出的，在RF体线圈组件8的端头，用铜将中空结构43与连接件，这里所示的铜短管59焊接。中空结构43还与铜焊铜塞63插接。铜短管59又与垂直插入冷却源，这里示出的水源67来提供单一供给和回流连接的非传导集管，这里的橡胶集管61连接。从水源67引入到中空传导结构43中的水保持在15和24摄氏度之间，确保患者腔6在MRI扫描期间保持在24摄氏度以下。此外，也可以控制中空传导结构43中水的流速使患者腔6保持在预期的最高可容许温度以下。
为形成上面所述的，如最好在图4和6中示出的，任何一个RF体线圈组件8，在一对钢芯轴71，73之间浇铸中空结构43(具有或不具有可选RF天线25)和玻璃纤维53。闭合芯轴使得结构43和玻璃纤维53容纳在芯轴71，73建立的空腔75中。一些复合材料55在真空压力下注入空腔75内。复合材料55注入玻璃纤维55并且充分填充空腔75，同时避免结构43和可选RF天线25内的层叠。复合材料55在空腔75内硬化(固化)。去掉芯轴71，73，其中形成了RF体线圈组件8。复合材料55具有其所替代的载体桶29相同的厚度。体线圈组件8以现有技术中通常引入RF天线和载体桶29相似的方式引入到MRI系统2。
复合材料55优选的是耐久的，硬的并且有些热抗性的非传导材料，这种材料容易作为液体引入空腔，并且随后固化成硬的支持结构。双酚A型环氧树脂和酐的反应产物可以形成一种优选的复合材料55。通过使用适当的催化剂或者加速剂可以加速这种反应。通常加入矿物油可塑剂，或者增韧剂来使固化化合物变强韧并且防止裂纹扩展。
优选的在低压(低于10托)以低速引入复合材料55来避免在结构43和RF天线25上的“层叠”(cascading)。层叠表现为在填充期间反应产物向后折叠到其本身上，导致空隙或者低压气囊。反应物在通常高于100摄氏度的高温下固化。
如图4-7所表述的本发明的优选的实施例提供了优于现有技术中的典型MRI系统的实质性的改进。
例如，附加中空导体结构43将使得RF线圈比现有技术中的更凉爽。这使得MRI扫描具有更高的运行周期，而在腔6内没有伴生的更高的温度读数，增加了患者在其中的舒适度。
而且，中空导体结构43在MRI扫描期间提供了对于由梯度线圈发出的热量的热屏障。这也容许了更高的运行周期。
此外，中空导体结构43和复合材料55提供了比现有技术更硬的RF体线圈组件8。这又可以在MRI扫描期间降低了由MRI设备产生的声噪。
尽管图示并描述了本发明两个特别的实施例，但是本领域技术人员能想到大量的改进和替换的实施例。例如，就温度和流速来说，流过中空导体结构的水温的控制可以由基于控制系统的计算机从外部控制。可选择的，水温和流速可由操作员手动控制。因此，本发明仅由附加的权利要求限制。