Градиентная катушка магнитно-резонансной визуализации

Градиентная катушка магнитно-резонансной визуализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к магнитно-резонансной визуализации, в частности, к проектированию и конструированию магнитных градиентных катушек.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Магнитное поле используется при Магнитно-Резонансной визуализации для выравнивания ядерных спинов, как часть процедуры создания изображений, внутри тела пациента. Это магнитное поле называется полем B0. При МРИ-сканировании, Радиочастотные (РЧ) импульсы, создаваемые передатчиком или усилителем и антенной, вызывают возмущения в локальном магнитном поле и могут быть использованы для управления ориентацией ядерных спинов относительно поля B0. Пространственное декодирование магнитных спинов может быть осуществлено, используя так называемые градиентные катушки, которые используются для наложения поля магнитного градиента на магнитное поле B0. РЧ сигналы, испускаемые ядерными спинами, обнаруживаются катушкой приемником, и эти РЧ сигналы используются для создания МРИ-изображений.

Магниты, используемые для создания поля B0, типично используют сверхпроводящие катушки. Магнитное поле, создаваемое градиентными катушками, может вызывать вихревые токи в сверхпроводящих катушках. Этих вихревых токов можно избежать или уменьшить, используя градиентные катушки с активным экранированием. Патент США US 4,733,189 раскрывает активный экран вокруг формирующих градиент составляющих системы магнитно-резонансной визуализации.

Градиентная катушка магнитного поля с активным экранированием, известная из JP2008-229360, имеет распределение поля, расширяющееся радиально и имеющее три продольные области, в которых расширяется градиентное поле рассеяния. Эта градиентная катушка с экранированием имеет, соответственно, соседние с областями поля рассеяния маленькие области, где поле рассеяния относительно мало.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предусматривает магнитную градиентную катушку, магнитный узел, систему магнитно-резонансной визуализации и способ и проект магнитной градиентной катушки в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Как будет приниматься во внимание специалистом в данной области техники, аспекты настоящего изобретения могут быть воплощены как устройство, способ, или компьютерный программный продукт. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму полностью аппаратного варианта осуществления, полностью программно реализованного варианта осуществления (включающего в себя микропрограммное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод, и т. п.) или варианта осуществления, объединяющего программные и аппаратные аспекты, которые, в целом, все могут указываются ссылкой в материалах настоящей заявки как «схема», «модуль» или «система». Более того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, реализованного в одном или более машинно-читаемом носителе(ях), имеющего выполняемый компьютером код, сохраненных на нем.

Любая комбинация одного ли более машинно-читаемых носителей может быть использована. Машинно-читаемым носителем может быть машинно-читаемый сигнальный носитель или машинно-читаемым носитель данных. "Машинно-читаемым носитель данных", в контексте материалов настоящей заявки, охватывает любой материальный носитель данных, который может хранить команды, которые могут исполняться процессором вычислительного устройства. Машинно-читаемым носитель данных может называться машинно-читаемым постоянным носителем данных. Машинно-читаемый носитель данных может также называться постоянным машинно-читаемым носителем. В некоторых вариантах осуществления, машинно-читаемый носитель данных может также хранить данные, которые могут быть доступны для процессора вычислительного устройства. Примеры машинно-читаемого носителя данных включают, но не в качестве ограничения: магнитный диск, магнитный накопитель на жестком диске, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB флэш-накопитель, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оптический диск, магнитно-оптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают компакт-диск (CD) и цифровой многофункциональный диск (DVD), например, CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R диски. Термин машинно-читаемый носитель данных также относится к различным типам записывающих носителей, которые могут быть доступны для компьютерного устройства через сеть или по линии связи. Например, данные могут быть возвращены через модем, через интернет или через локальную сеть. Выполняемый компьютером код, воплощенный на машинно-читаемом носителе, может быть передан с использованием любого подходящего носителя, включая, но не в качестве ограничения, беспроводные, проводную линию, оптоволоконный кабель, РЧ, и т. д., или любую подходящую комбинацию вышеизложенных.

Машинно-читаемый сигнальный носитель может включать распространяемый сигнал данных с выполняемым компьютером кодом, воплощенном на нем, например, в основной полосе частот или как часть несущей волны. Такой распространяемый сигнал может принимать любую из многообразия форм, включая, но не в качестве ограничения, электромагнитную, оптическую или любую подходящую их комбинацию. Машинно-читаемый сигнальный носитель может быть любым машинно-читаемым носителем, который не является машинно-читаемым носителем данных, и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования посредством или в связи с системой, устройством или прибором выполнения команд.

"Компьютерная память" или "память" является примером машинно-читаемого носителя данных. Компьютерной память - это любая память, которая напрямую доступна процессору. "Компьютерное запоминающее устройство" или "запоминающее устройство" является дополнительным примером машинно-читаемого носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство - это любой энергонезависимый машинно-читаемый носитель данных. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может также быть компьютерной памятью или наоборот.

"Процессор", в контексте материалов настоящей заявки, охватывает электронные компоненты, которые способны выполнять программы, или машинно-выполняемые команды или выполняемый компьютером код. Ссылки на вычислительные устройства, содержащие "процессор", следует интерпретировать как возможно содержащие более чем один процессор или вычислительное ядро. Процессор может, например, быть многоядерным процессором. Процессор может также ссылаться на совокупность процессоров внутри одной компьютерной системы или распределенную между нескольких компьютерных систем. Термин вычислительное устройство следует также интерпретировать как, возможно, ссылающийся на совокупность или сеть вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Выполняемый компьютером код может быть выполнен несколькими процессорами, которые могут быть внутри одного вычислительного устройства, или которые могут даже быть распределены между несколькими вычислительными устройствами.

Выполняемый компьютером код может содержать машинно-исполняемые команды или программу, которая заставляет процессор выполнять аспект настоящего изобретения. Выполняемый компьютером код для проведения операций для аспектов настоящего изобретения может быть написан на любой комбинации одного или более языков программирования, включая объектно-ориентированный язык программирования, такие как Java, Smalltalk, C++ или подобные, и традиционные языки процедурного программирования, такие как язык программирования "C" или похожие языки программирования, и скомпилирован в машинно-исполняемые команды. В некоторых случаях, выполняемый компьютером код может быть в форме языка высокого уровня или в предкомпилированной форме, и может быть использован во взаимосвязи с интерпретатором, который создает машинно-исполняемые команды на лету.

Выполняемый компьютером код может полностью выполняться на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, в качестве автономного пакета программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере, либо полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии, удаленный компьютер может быть присоединен к компьютеру пользователя через любой тип сети, включая локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), либо может быть создано присоединение к внешнему компьютеру (например, через сеть Интернет, с использованием поставщика услуг Интернет).

Аспекты настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на иллюстрации блок-схем последовательностей операций и/или структурных схем способов, устройств (систем) и компьютерных программных продуктов согласно вариантам осуществления изобретения. Будет понятно, что каждый блок или часть блоков блок-схемы последовательностей операций, иллюстраций и/или структурные схемы могут быть реализованы, когда приемлемо, командами компьютерной программы в форме выполняемого компьютером кода. Также понятно, что, если не взаимно исключающие, комбинации блоков в различных блок-схемах последовательностей операций, иллюстрациях и/или структурных схемах могут быть объединены. Эти команды компьютерной программы могут выдаваться в процессор компьютера общего применения, компьютера специального назначения или другого программируемого устройства обработки данных, чтобы порождать машину, из условия, чтобы команды, которые выполняются посредством процессора компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, создавали средство для реализации функций/действий, заданных в структурном элементе или структурных элементах блок-схемы последовательности операций способа и/или структурной схемы.

Эти команды компьютерной программы также могут храниться на машинно-читаемом носителе, который может управлять компьютером, другим программируемым устройством обработки данных или другими устройствами, чтобы функционировали конкретным образом, из условия, чтобы команды, хранимые на машинно-читаемом носителе, создавали продукт, включающий команды, которые реализуют функцию/действие, заданные в структурном элементе или структурных элементах блок-схемы последовательности операций способа и/или структурной схемы.

Команды компьютерной программы также могут загружаться в компьютер или другое программируемое устройство обработки данных, другие устройства, чтобы заставлять последовательность операционных этапов выполняться на компьютере, другом программируемом устройстве или другом устройстве для создания реализуемой компьютером последовательности операций, из условия, чтобы команды, которые выполняются на компьютере или другом программируемом устройстве, предусматривали процессы для реализации функций/действий, заданных в структурном элементе или структурных элементах блок-схемы последовательности операций способа или структурной схемы.

"Пользовательский интерфейс", в контексте материалов настоящей заявки, - это интерфейс, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. "Пользовательский интерфейс" может также называться "устройство с человеческим интерфейсом". Пользовательский интерфейс может предоставлять информацию или данные оператору и/или получать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может позволять получать ввод от оператора с помощью компьютера или может предоставлять вывод пользователю от компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволять оператору контролировать и управлять компьютером, и интерфейс может позволять компьютеру показывать эффект от контроля и управления оператором. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе - это пример предоставления информации оператору. Прием данных через клавиатуру, мышь, трекбол, сенсорную панель, координатно-указательное устройство, графический планшет, джойстик, веб-камеру, гарнитуру, рычаг переключения передач, рулевое колесо, педали, перчатку с проводом, танцевальную платформу, пульт дистанционного управления и акселерометр - это все примеры компонентов пользовательского интерфейса, которые позволяют получать информацию или данные от оператора.

"Аппаратный интерфейс", в контексте материалов настоящей заявки, охватывает интерфейс, который дает возможность процессору компьютерной системы взаимодействовать с и/или контролировать внешнее вычислительное устройство и/или аппарат. Аппаратный интерфейс может позволять процессору отправлять управляющие сигналы или команды внешнему вычислительному устройству и/или аппарату. Аппаратный интерфейс может также давать возможность процессору обмениваться данными с внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Примеры аппаратного интерфейса включают, но не в качестве ограничения: универсальную последовательную шину, порт стандарта IEEE 1394, параллельный порт, порт стандарта IEEE 1284, последовательный порт, порт стандарта RS-232, порт стандарта IEEE-488, Bluetooth соединение, беспроводное соединение через локальную сеть, соединение TCP/IP, соединение сети Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, интерфейс MIDI, интерфейс аналогового ввода и интерфейс цифрового ввода.

"Дисплей" или "устройство отображения", в контексте материалов настоящей заявки, охватывает устройство вывода или пользовательский интерфейс, приспособленный для отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, аудио и/или тактильные данные. Примеры дисплеев включают, но не в качестве ограничения: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, Электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), Запоминающую трубку, Бистабильный дисплей, Электронную бумагу, Векторный дисплей, Дисплей с плоским экраном, Вакуумный флюоресцентный дисплей (ВФ), Дисплеи со светоизлучающим диодом (LED), Электролюминесцентный дисплей (ELD), Плазменный дисплей (PDP), Жидкокристаллический дисплей (LCD), Дисплей на органических светоизлучающих диодах (OLED), проектор и Дисплей, устанавливаемый на голове.

Данные Магнитного Резонанса (МР) определены в материалах настоящей заявки как записанные измерения радиочастотных сигналов, испускаемых атомными спинами антенны Магнитно-резонансного устройства во время сканирования способом магнитно-резонансной визуализации. Данные магнитного резонанса - это пример данных о медицинском изображении. Изображение магнитно-резонансной визуализации (МРИ) определено в материалах настоящей заявки как восстановленная двух- или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащаяся в данных магнитно-резонансной визуализации. Визуализация может быть выполнена с использованием компьютера.

В одном аспекте изобретение предусматривает магнитную градиентную катушку для системы магнитно-резонансной визуализации. Магнитная градиентная катушка активно экранируется. Магнитная градиентная катушка с активным экранированием содержит несколько слоев с обмотками, которые используются для адаптации магнитного поля, созданного градиентной катушкой. Вообще, желательно создавать магнитные градиентные катушки в областях, где визуализация выполняется на субъектах. Внешнее магнитное поле от градиентных катушек может создавать помехи для сверхпроводящих магнитов, используемых для создания основного или так называемого магнитного поля B0, используемого для магнитно-резонансной визуализации. Такое магнитное взаимодействие может привести к индуцированным токам (которые создают нежелательные магнитные поля), нагреванию и, в экстремальном случае, даже к постепенной или внезапной потере поля магнитом основного поля.

Экранирующие обмотки магнитных градиентных катушек с активным экранированием используются для уменьшения или устранения магнитного поля, созданного магнитной градиентной катушкой за своими пределами. Магнитная градиентная катушка выполнена с возможностью создания магнитного поля. Магнит основного поля имеет цилиндрическую ось симметрии. Основное поле (B0) направлено вдоль этой оси симметрии. Градиентные катушки спроектированы так, чтобы создавать заданные градиенты в составляющей поля, направленной вдоль цилиндрической оси симметрии; исходя из соображений сохранения магнитного потока, другие составляющие поля также будут присутствовать. В некоторых случаях, может быть так, что ось симметрии также является механической осью симметрии относительно корпуса или коробки магнитной градиентной катушки; однако так не обязательно должно быть. Например, внутренняя граница узла градиентной катушки не обязательно должна быть цилиндрической. Она может быть эллиптической, призматической или может быть асимметрична в направлении вверх или вниз. Градиентная катушка имеет длину параллельную цилиндрической оси симметрии. Длина, в контексте материалов настоящей заявки, - это просто направление или траектория в пространстве. Магнитная градиентная катушка имеет внешнюю поверхность. Магнитное поле содержит внешнее магнитное поле снаружи от внешней поверхности. Внешнее поле имеет по меньшей мере четыре области ослабленного поля вдоль длины, где модуль магнитного поля меньше среднего модуля магнитного поля вдоль длины. Другими словами, если выйти за пределы магнитной градиентной катушки на наружную поверхность градиентной катушки и измерить магнитное поле вдоль направленной траектории, которая параллельна цилиндрической оси симметрии, то получится по меньшей мере четыре области вдоль длины, где модуль магнитного поля меньше среднего модуля магнитного поля вдоль длины.

Традиционные магнитные градиентные катушки спроектированы так, что магнитное поле за пределами магнитной градиентной катушки уменьшается по всему объему, непосредственно окружающему внешнюю границу градиентной катушки. Варианты осуществления изобретения сконструированы так, что области ослабленного поля есть только в отдельных местоположениях. Они могут быть выстроены в линию или быть сориентированы на катушки в основном магните. Осматривая магнитное поле снаружи магнитной градиентной катушки, становится ясно, что необходимо отличать магнитную градиентную катушку согласно варианту осуществления N1, который 0. Такая магнитная градиентная катушка, как описано в материалах настоящей заявки, может иметь несколько различных преимуществ. Прежде всего, магнитному полю по существу разрешено распространяться между местами, где катушки в основном магните могли бы быть расположены. Это делает магнитную градиентную катушку более эффективной, при этом по-прежнему уменьшая нежелательное магнитное взаимодействие с основным магнитом. Это также дает возможность использования источника питания с уменьшенными требованиями к мощности. Уменьшение требований к мощности также дает возможность использования источника питания магнитной градиентной катушки с уменьшенными требованиями к мощности и/или потреблением мощности.

Магнитная градиентная катушка, в контексте материалов настоящей заявки, охватывает одну или катушку для наложения так называемого градиента магнитного поля на зону визуализации или область, где выполняется магнитно-резонансная визуализация. Магнитная градиентная катушка используется для пространственного декодирования ядерных спинов так, что пространственно разложенные изображения могут быть восстановлены. Ссылки на "градиентную катушку" или "одну градиентную катушку" следует интерпретировать как одна или более или набор градиентных катушек. Несколько градиентных катушек используются в системе магнитно-резонансной визуализации для выполнения пространственного декодирования в трех измерениях. Для цилиндрического магнита, ось симметрии называется осью z. Z-градиентная катушка выполняет декодирование вдоль оси z. Две другие градиентные катушки типично используются для создания градиентов вдоль оси x и оси y. Эти другие две оси типично выбираются так, что они ортогональны друг другу и оси z. Градиентные катушки, соответствующие оси x и оси y, типично называются x-градиентная катушка и y-градиентная катушка, соответственно. Варианты осуществления включают замену одной или более традиционных градиентных катушек на градиентную катушку, описанную в материалах настоящей заявки. Каждая x-градиентная катушка, y-градиентная катушка и z-градиентная катушка имела бы свои отдельные слои в градиентной катушке или узле градиентных катушек.

В одном примере, x-градиентная катушка, y-градиентная катушка и z-градиентная катушка сконструированы согласно варианту осуществления. В другом примере, x-градиентная катушка и y-градиентная катушка сконструированы согласно варианту осуществления и z-градиентная катушка является традиционной градиентной катушкой с активным экранированием.

В другом варианте осуществления, линейный размер каждой области ослабленного поля, при измерении вдоль длины, составляет по меньшей мере 10% от расстояния между двумя соседними областями ослабленного поля. Это полезно, потому что область ослабленного поля фактически имеет большой объем, а не просто являются отдельной точкой, где напряженность поля уменьшается.

В другом варианте осуществления, модуль внешнего поля внутри любой области ослабленного поля по меньшей мере в 2,5 раза меньше, чем средний модуль магнитного поля вдоль длины. Этот вариант осуществления может быть полезен из-за ослабления поля, уменьшающего взаимодействие между магнитными градиентными катушками и катушками в основном магните.

В другом варианте осуществления, модуль внешнего магнитного поля внутри любой области ослабленного поля по меньшей мере в 5 раз меньше, чем средний модуль магнитного поля вдоль длины.

В другом варианте осуществления, модуль внешнего поля внутри любой области ослабленного поля по меньшей мере в 10 раз меньше, чем средний модуль магнитного поля вдоль длины.

В другом варианте осуществления, модуль внешнего поля внутри любой области ослабленного поля по меньшей мере в 20 раз меньше, чем средний модуль магнитного поля вдоль длины.

В альтернативных вариантах осуществления, модуль внешнего поля внутри всех областей ослабленного поля по меньшей мере в 20, 10, 5 или 2,5 раза меньше, чем средний модуль магнитного поля вдоль длины.

В другом варианте осуществления, градиентная катушка имеет внутренний проводящий слой и внешний проводящий слой. Внутренний проводящий слой и внешний проводящий слой сформированы катушками. Внутренний проводящий слой содержит первый набор отдельных токовых контуров, соединенных последовательно, внешний проводящий слой содержит второй набор отдельных токовых контуров, соединенных последовательно. Первый набор соединен последовательно со вторым набором.

В другом варианте осуществления, магнитная градиентная катушка содержит три отдельные градиентные катушки, выполняющие трехмерное пространственное декодирование. Зоны ослабленного поля всех трех градиентных катушек совпадают и соответствуют типичным положениям первичных катушек сверхпроводящего магнита. Ими, например, могут быть первичные катушки сверхпроводящего магнита для всего тела, используемого при магнитно-резонансной визуализации.

В другом аспекте изобретение предусматривает магнитный узел для системы магнитно-резонансной визуализации, содержащей градиентную катушку с активным экранированием согласно варианту осуществления изобретения или магнита. Магнит - это сверхпроводящий магнит с несколькими сверхпроводящими катушками. Магнит - это бескриогенный магнит (это означает, что секции магнита не погружены в большой объем жидкого гелия, но охлаждаются тепловым контактом с активным холодильник, и пространство между секциями основного магнита не содержит большого количества электропроводящего материала, такого как бак, содержащего гелий, охлаждаемого ванной магнита).

Бескриогенные магниты могут считаться магнитами, которые не используют большого количества жидкого криогенного вещества.

Бескриогенные магниты используют систему криогенной изоляции для того, чтобы иметь возможность охлаждать магнит до температуры около 4 Кельвинов, если используются традиционные низкотемпературные сверхпроводники, и может быть 30-50 К, в случае использования высокотемпературных сверхпроводников. Криогенная изоляция содержит внешний вакуумный контейнер, полностью закрывающий магнит, реализующий изолирующий вакуум вокруг холодной массы с очень низким давлением. Изоляция также имеет по меньшей мере один радиозащитный экран внутри вакуумного пространства, который имеет функцию перехвата теплоты излучения, исходящего от теплой поверхности вакуумного контейнера. Термически соединяя этот радиозащитный экран с холодильником, почти вся эта теплота излучения убирается из системы. Экран, затем, предоставляет холодную поверхность, обращенную к холодным внутренним частям магнита, которая излучает гораздо меньше тепла, чем стена при комнатной температуре. Традиционный (охлаждаемый ванной) магнит типично содержит 1000-2000 литров жидкого гелия в баке, окружающем магнитные катушки. Бескриогенный магнит может работать с гелиевым оборудованием в несколько литров.

Есть сверхпроводящая катушка, выбранная из нескольких сверхпроводящих катушек, центрированных соосно около каждой области ослабленного поля. Другими словами, катушки сверхпроводящих катушек ориентированы или расположены в областях ослабленного поля. Это полезно, потому что магнитное поле способно распространяться между сверхпроводящими катушками магнита при том, что даже в этом случае присутствует уменьшенное взаимодействие между магнитной градиентной катушкой и несколькими катушками сверхпроводящего магнита.

Если магнит магнитно-резонансной визуализации, для которого магнитная градиентная катушка спроектирована, имеет зеркальную симметрию, схема областей ослабленного поля также содержит зеркальную симметрию или антисимметрию относительно плоскости Z0, где Z - это ось симметрии магнитного поля магнита.

В другом варианте осуществления магнит содержит трубу теплого туннеля и радиозащитный экран. Радиозащитный экран содержит внутренний цилиндр радиозащитного экрана между трубой теплого тоннеля и несколькими сверхпроводящими катушками.

В другом варианте осуществления труба теплого тоннеля и внутренний цилиндр радиозащитного экрана не проводят электричество или имеют значительно большее электрическое сопротивление в азимутальном направлении, чем в направлении оси цилиндра. Этот вариант осуществления может быть полезен, потому что он дал бы возможность магнитному полю проникать в трубу теплого тоннеля и внутренний цилиндр радиозащитного экрана.

В другом варианте осуществления, внутренний цилиндр сформирован из диэлектрика.

В другом варианте осуществления внутренний цилиндр радиозащитного экрана сформирован из проводящего материала с щелями, выполненными так, чтобы блокировать вихревые токи, создаваемые внешним магнитным полем магнитной градиентной катушки. Это полезно, потому что радиозащитный экран может быть сделан из высоко-теплопроводящего материала такого как метал, однако, это по прежнему позволило бы магнитному полю проходить сквозь него. Например, последовательность щелей, вырезанных параллельно центру оси магнита или градиентной катушки, позволила бы это.

В другом варианте осуществления внутренний цилиндр радиозащитного экрана сформирован из диэлектрика.

В другом варианте осуществления, труба теплого тоннеля содержит магнитную градиентную катушку. Этот вариант осуществления может быть полезен, потому что градиентная катушка используется для формирования трубы теплого тоннеля. Это исключает компонент.

В другом варианте осуществления магнит является бескриогенным магнитом. Бескриогенный магнит - это магнит без жидкого гелия. Сверхпроводящие обмотки магнита МРИ не закрыты в электропроводящем баке с гелием, но окружены вакуумом. Катушки магнита охлаждаются посредством теплопроводности или циркулирующего газа и/или жидкости в охлаждающих трубках. Эти охлаждающие трубки могут быть присоединены к холодильнику. В другом случае, магнит может охлаждаться посредством гелиевой ванны, но бак с гелием может иметь не проводящий электричество внутренний цилиндр, отделяющий жидкий гелий от изолирующего вакуума, в одном случае.

В другом варианте осуществления градиентная катушка выполнена так, чтобы создавать внешнее магнитное поле такое, что оно расширяется между каждой сверхпроводящей катушкой. Это полезно, потому что уменьшается количество энергии, необходимое для питания магнитной градиентной катушки.

В другом аспекте изобретение предусматривает систему магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнитный узел согласно варианту осуществления изобретения.

В другом аспекте изобретение предусматривает способ проектирования магнитной градиентной катушки для системы магнитно-резонансной визуализации, использующей программное обеспечение магнитного проектирования. Программное обеспечение магнитного проектирования, в контексте материалов настоящей заявки, охватывает программное обеспечение, которое принимает в качестве входа ограничения на проектируемое магнитное поле и использует информацию для вычисления положения обмоток для того, чтобы создать проект магнитной градиентной катушки. Использование такого программного обеспечения магнитного проектирования типично используется конструкторами систем магнитно-резонансной визуализации. В силу этого, способ проектирования магнитной градиентной катушки по существу отличается от известных способов заданием ограничений иначе, чем это делается обычно.

Способ содержит этап задания цилиндрических поверхностей или контуров, соответствующих внутреннему проводящему слою и внешнему проводящему слою градиентной катушки. По выбору, этот этап может включать задание проводящих выступающих областей, соединяющих внутренний проводящий слой и внешний проводящий слой. Способ дополнительно содержит задание ограничений и вытеснение поля магнитного градиента с предопределенной линейностью в объем визуализации внутри градиентной катушки. Магнитная градиентная катушка имеет внешнюю поверхность. Способ дополнительно содержит задание ограничивающих пределов для внешнего магнитного поля, окружающее внешнюю поверхность, так, что есть по меньшей мере четыре области ослабленного поля, соответствующие расположению сверхпроводящих катушек сверхпроводящего магнита.

Альтернативно или включительно этот этап может также включать задание поверхностей, действующих как пассивные проводящие кольца в месторасположениях областей ослабленного поля, задавая ограничения на ток, индуцированный в этих кольцах, или рассеяние, вызванное этими ослабленными токами. Предыдущие три этапа задают задачу оптимизации при нахождении распределения тока во внутренней и внешней сформированных полем поверхностях, удовлетворяющего всем ограничениям и имеющего минимальную накопленную магнитную энергию и/или рассеяние магнитной накопленной энергии. Способ дополнительно содержит решение задачи оптимизации. Это, например, выполнялось бы автоматически с помощью программного обеспечения магнитного проектирования.

Способ дополнительно сдержит преобразование функции непрерывного потока, полученное как результат оптимизации в схеме отдельных токовых контуров. Функция потока - это скалярная величина на поверхности со свойством, что разница в значении функции потока между любыми двумя точкам равна величине тока, проходящего между этими двумя точками. Изоконтурная линия диаграммы функции потока с определенным постоянным размером шага дает формы отдельных обмоток, каждая из которых пропускает ток равный этому размеру шага. Теория функций потока описана в докторской диссертации: G.N. Peeren, Stream Function Approach For Determining Optimal Surface Currents, Ph.D. Thesis, Technische Universiteit Eindhoven, 2003.

Эти функции непрерывного потока могут быть аппроксимированы шаблоном отдельных токовых контуров. Этот этап также содержит соединение этих отдельных токовых контуров последовательно для задания проекта градиентной катушки.

В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап производства градиентной катушки согласно проекту градиентной катушки. Это в сочетании с другими этапами способа может считаться способом создания магнитной градиентной катушки.

Шаблоны токовых контуров могут, например, быть созданы как проволочная обмотка, печатная плата или вырезанные из листа меди части катушки.

Понятно, что один или более вышеупомянутых вариантов осуществления изобретения могут быть объединены при условии, что объединяемые варианты осуществления не являются взаимно исключающими.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В последующем предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны в качестве только примера и со ссылкой на чертежи, из которых:

Фиг. 1 показывает пример вида в поперечном разрезе и функционального вида системы магнитно-резонансной визуализации;

Фиг. 2 показывает дополнительный пример вида в поперечном разрезе и функционального вида системы магнитно-резонансной визуализации;

Фиг. 3 показывает блок-схему, которая иллюстрирует способ проектирования магнитной градиентной катушки;

Фиг. 4 показывает контур, который задает магнитную градиентную катушку с двумя слоями, и меньшие помеченные цилиндры представляют контуры, заданные для катушек сверхпроводящего магнита;

Фиг. 5 показывает пример типичного примера решения ослабленных внешних полей;

Фиг. 6 показывает график накопленной энергии в зависимости от внешнего радиуса катушки;

Фиг. 7 показывает такую же диаграмму для условий Фиг. 6, за исключением того, что рассеяние энергии показано вместо накопленной энергии;

Фиг. 8 показывает контуры магнитного поля в модели магнита, заданные сверхпроводящими катушками;

Фиг. 9 - накопленная энергия частично и полностью экранированной градиентной катушки в зависимости от внутреннего радиуса, для внешних радиусов 415 и 425 мм;

Фиг. 10 показывает рассеяние энергии в зависимости от внутреннего радиуса;

Фиг. 11 показывает визуализацию геометрии катушки, как было показанного на Фиг. 5;

Фиг. 12 показывает схему проводников внутреннего проводящего слоя; и

Фиг. 13 показывает схему проводников внешнего проводящего слоя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Одинаково пронумерованные элементы на этих фигурах либо эквивалентные элементы, либо выполняют такую же функцию. Элементы, которые были обсуждены ранее, не обязательно будут обсуждаться на более поздних фигурах, если функция эквивалентна.

Фиг. 1 показывает вид в поперечном разрезе и функциональный вид системы магнитно-резонансной визуализации 100. Система магнитно-резонансной визуализации 100 показана как содержащая магнит 102. Магнит 102, показанный на Фиг. 1, является сверхпроводящим магнитом цилиндрического типа. Магнит 102 содержит в своем центре тоннель 104. Однако, другие магниты также применимы для вариантов осуществления изобретения. Магнит 102 содержит криостат 106. Внутри криостата 106 находится совокупность сверхпроводящих катушек 108. Сверхпроводящие катушки 108 не закрыты в электропроводящем баке с гелием. Либо бак с гелием содержит внутренний, не проводящий электричество цилиндр, отделяющий жидкий гелий от вакуумной изоляции, либо катушки магнита охлаждаются посредством теплопроводности или циркулирующего газа. В качестве альтернативного или дополнительного признака небольшое количество газообразного или жидкого гелия в охлаждающих трубках может быть использовано для охлаждения сверхпроводящих катушек, при этом охлаждающие трубки присоединены к холодильнику. Не все детали магнита показаны на Фиг. 1.

В туннеле магнита находится градиентная катушка магнитного поля 110, которая используется для получения данных магнитного резонанса дл