专利名称：高强度磁场开式磁共振成像隔磁系统及方法
技术领域：
本发明一般涉及一种磁共振成像(MRI)系统，更准确地说，涉及一种带有隔振系统的开式磁共振成像磁体系统。
已知的有阻抗且超导的磁共振成像磁体结构包括闭合式磁共振成像磁体和开式磁共振成像磁体。闭合式磁共振成像磁体典型地有一单个的、管形的、带孔的有阻抗或超导的线圈组件。该线圈组件包括几个径向对准的且纵向隔开的、有阻抗的或超导的主线圈，各个载有方向相同、恒等的大电流。于是，主线圈设计成能产生高均匀度的磁场，其中，一般为球形的成像区域集中在欲被成像的目标放置的磁共振成像磁体的孔里面。
开式磁共振成像磁体，包括“C”形和支撑柱磁共振成像磁体，典型地运用两个隔开的线圈组件，该组件之间的空间包括成像区域并为外科手术的医务人员和磁共振成像过程中的其它医疗程序创造了接近的条件。病人可以被安放在那个空间内，还可以被安放在圆环形的线圈组件的孔中。该开式空间帮助病人克服可能在闭合式磁共振成像磁体结构中感受到的任何幽闭恐怖感。
人们还已经知道，在开式磁共振成像磁体结构中，把一个铁磁极构件放置在有阻抗或超导的线圈组件的孔中。该铁磁极构件提高了磁场的强度并且，通过使该磁极构件的表面具有某种形状，用垫片磁性地调整磁体，改善该磁场的均匀性。不可磁化的支撑柱被连接到该磁极构件的面上。人们另外还知道，在水平对准的开式磁共振成像磁体中，用两个附着在各个组件上、隔开的底脚板来支撑地板上的磁体，这种底脚板把组件抬起来，以便为必需的电线、管道、等等提供组件之下的空间。
磁共振成像的清晰度，部分地，取决于不随时间改变且很均匀的成像区域中的磁场。然而，现有技术系统中的磁场遭受了由于环境干扰的振动而引起的时间和空间的变形。任何磁性元件之间的较小的相对运动定将带来相当大的磁场干扰，像这样就降低了成像质量。
根据本发明的另一个优选方面，提供了一个包括第一和第二组件的开式磁共振成像系统。每个组件包括一纵向延伸的和一般垂直对准的轴，至少一个超导主线圈，被围绕着该轴定位并载有沿第一方向的主电流，和一围绕着所述的至少一个超导主线圈的真空外壳。该系统还包括至少一个在真空外壳外部的支撑梁，带有附着到所述的第一组件上的第一端并带有附着到所述的第二组件上的第二端。该系统还包括一隔振系统。
根据本发明的再一个优选方面，提供了一种安装开式磁共振成像系统的方法，包括在第一现场测量环境的干扰和振动，并提供了包括隔振系统和开式磁体系统的开式磁共振成像系统。该方法还包括选择以测量步骤为基准的隔振系统，和在第一现场安装该磁共振成像系统。
根据本发明的又一个优选方面，提供了一种改进现有的开式磁共振成像系统的方法，其包括把隔振系统附着到该现有的磁共振成像系统的磁体系统上。


图1-6是根据本发明的优选实施例的一个磁共振成像系统的诸部分的侧截面示意图。在这些附图中，同一的数码自始至终代表同一的元件。
本发明人还决定，通过使用可调谐的隔振系统代替惯常的底脚板或其它在水平对准的开式磁共振成像磁体上所见到的刚性支撑构架，使该磁共振成像磁体的自然频率能被变换到现场规定的数值。这就使磁共振成像磁体的自然频率可被调定在某个数值上，在此数值上磁体对因环境干扰在主频率上传给磁体的振动的敏感性被降低或减至最小了。如果需要的话，可以使用与隔振系统结合起来的任选可调节的平衡体，以便在使用气动隔离器时改进该隔振系统的重力稳定性。
如果该隔振系统被用在设置成“哈斗式”结构的垂直对准的开式磁共振成像磁体系统中就特别有益。这种磁共振成像系统的磁体组件的超导线圈尤其易遭受来自环境的振动，因为该磁体组件仅由两个支撑部件连接，特别是当这两个支撑部件并没有相对地与磁体组件的直径线对准时。这种哈斗式支撑是一种很开式的支撑，为病人工作台接近成像区域提供了方便，也为病人在这个成像区域内的定位提供了方便。工程分析表明，隔振系统在垂直对准的“哈斗式”结构的开式磁共振成像磁体中降低了磁体振动。然而，该隔振系统，如果需要的话，也可用于非“哈斗式”结构的磁共振成像系统。
由于该隔振系统相当低廉，所以，它也是有利的。此隔离系统可运用市场上买得到的隔离器，其设计得足以支持新的磁共振成像磁体系统或被对现有磁共振成像磁体系统进行改进。
图1概念上示出了磁共振成像磁体系统1的隔离系统的元件，其根据本发明的优选方面设置成“哈斗式”结构。此隔离系统由隔振系统2和一个任选、可调节的平衡体3组成。此隔振系统2包括概念上的可变弹簧构件4和概念上的可变阻尼器构件5。此弹簧构件4和阻尼构件5可被结合入同一个装置，或得它们可能包括不同的装置(亦即，在这种情况下，系统2包括两个分离的装置)。应该注意，任何或全部这些概念上的构件3、4和5应该被大致地解释并包括许多具有类似的性能特征的构件。例如，弹簧构件4包括机械弹簧、空气隔离器、压电致动器隔离器、有弹性的带状织物或其它提供频率隔离的装置。
图2示出了如本发明的第一个实施例的磁共振成像系统的一部分。该磁共振成像系统包括开式磁共振成像磁体系统10，其包含第一磁体组件12、第二磁体组件14和至少一个支撑部件(比如，图2中示出的两个支撑梁16和18)，和隔振系统20。然而，还可以提供两个以上的支撑梁或其它类型的支撑部件(亦即，“C”形的支撑)。磁共振成像系统的附加部件，比如，控制电子器件和冷却液供给管道，为了清晰的缘故，图2中未示出。
第一组件12有纵向延伸且一般垂直对准的第一轴22、至少一个超导主线圈24和第一真空外壳26。所谓的“一般垂直对准的”意指正的或负的20度的垂直对准。第一组件12的至少一个超导主线圈24一般被与第一轴22共轴对准并载有沿第一方向的第一主电流。第一方向被规定或是围绕第一轴22的顺时针周向方向，或是围绕第一轴22的逆时针方向，任何微小的电流方向的纵向分量均忽略不计。第一真空外壳26包围第一组件12的至少一个超导主线圈且最好围绕第一孔70。第一磁体磁极构件68一般被与第一轴22共轴对准，被安置在第一孔70的里面和第一真空外壳26的外面，且被附着到第一真空外壳26上。
第二组件14、纵向地与第一组件12间隔开并通常垂直地被安置在其下方。第二组件14有纵向延伸的第二轴28、至少一个超导主线圈30和第二真空外壳32。第二轴28一般被共轴地与第一轴22成一直线。第二组件14的至少一个超导主线圈30一般被共轴地与第二轴28对准并载有沿前述第一方向的第二主电流。第二真空外壳32包围第二组件14的至少一个超导主线圈30并最好围绕第二孔74。第二磁体磁极构件72通常被共轴地与第二轴28对准，被安置在第二孔74的里面和第二真空外壳32的外面，并被附着到第二真空外壳32上。此真空外壳32包括一般水平对准的环形壁60和62，及周向延伸的壁64和66。壁60、62、64和66包围线圈30。
至少一个支撑部件，比如支撑梁16和18，有附着到第一组件12上的第一端34，并有附着到第二组件14上的第二端36。每个支撑梁或部件最好由不可磁化的材料制成，或包括至少一个不可磁化的材料部分，那些单元端的之间有一可磁化的通道。这种不可磁化的材料一般有单一的相对磁导率。不可磁化材料的示例包括铝、铜、非磁性不锈钢、塑料、木材，等等。
图2的诸实施例的隔振系统20包括定位于第二(亦即，较低的)组件14之下方的一个以上的隔离器120。在这个实施例中，隔离器120可以或是被动的或是主动的隔离器。举例而言，被动气动隔离器，比如，Gimbal Piston或MaxDamp，或主动隔离器，比如，STACIS2000或3000主动压电振动控制系统单元可以被使用。这些隔离器是由马萨诸塞州.Peabady城的技术制造公司制造的(见WWW.techmfg.com)。
气动隔离器靠一个对活塞区域作用的压力工作，以在重力下支持载荷。一个加强的滚轧橡胶隔膜在空气箱和活塞之间形成了密封。隔离器中的压力由感应有效负载之高度的高度控制阀来控制，并给该隔离器加压直至有效负载“浮动”起来。因此，在这种情况下，隔离器组件120起着弹簧构件和阻尼器的作用。
在主动隔离器120中，主动控制的压电致动器被用来消除有效负载(亦即，磁共振成像磁体系统)上面的振动。这个系统包含“内环”阻尼功能，其中振动传感器测定地板噪音，它被制约并用来消除振动，还包含“外环”阻尼功能，其中安装在该系统的有效载荷上的振动传感器测定有效载荷上的残余振动，在反馈环中，其被用来进一步减少振动。应该注意，只要任何其它市场上流行的或常规制造的隔离器能提供适当的隔振，它们就可以被用来作为替代物。
在图2的实施例中，隔离器120为第二组件14(且最好为整个磁体系统10)提供唯一的负重支撑。隔离器120以第二轴28为基准以这样的方式被定位，即各个隔离器承受所期的载荷。举例而言，4-20个，最好是10个隔离器120可以被设置在第二组件14的范围里面以支撑磁体系统10。隔离器120被附着在一座建筑物的地板42上或其它磁共振成像系统的支撑上。
隔离系统20可以是露出的(亦即，在磁体系统10的下方是可见的)，或者它可以是封闭的。由于美学、清洁和声学的原因，该隔离系统最好由外壳封闭起来(为了清晰的缘故，图2中未示出)。最理想的是把隔离系统20包含在磁共振成像磁体系统10的范围里面，不管它是封闭的还是不封闭的。
隔振系统20最好提供可调节的阻尼和弹簧常数。这就使磁共振成像磁体系统10的自然频率可以调节到现场所规定的范围。这种调节在制造厂商的工厂和磁共振成像系统安装现场均可进行。隔离系统20最好被选择成致使其阻尼功能把磁体系统品质因数减至最小，并在主导的激励频率上控制振动响应的带宽。此外，该隔离系统还最好提供足够高的阻尼，以改进该磁体系统的重力稳定性。因而，隔离器120选择成使它们可提供上面的功能。
在第二个优选实施例中，隔振系统20被用于一个现有(亦即，现有技术中)磁共振成像系统的改进，如图3所示。一个现有技术磁共振成像系统往往被牢牢地附着(亦即，用螺栓、用夹具或焊接)到一个建筑物的地板上，通过U.S.专利No.6,198,371中所述的支撑装置，比如，通过支架或曲面罩裙，此处引入作参考。在改进磁共振成像系统中，为了降低改进成本，在该磁共振成像系统被从地板上卸下来之后(亦即，卸掉螺栓的，松开夹具，等等)，支撑支架或罩裙124不从磁共振成像系统上拆下来。因而，该隔振系统20可以与诸支撑被安放在同一地点，而不是拆掉支撑。所必需的只是提高磁共振成像磁体组件10的高度，从而现有的支撑装置的底部不接触该建筑物的地板42。如图3中所示，柱122或其它承载物件被放置在隔离器120之下，以把磁共振成像磁体组件10举起到足以避免支撑支架或罩裙接触该建筑物地板42的高度。
在本发明的第三个优选实施例中，一个任选的构架的夹具被置于隔离器120和磁体系统10的低组件14之间，如图4所示。此夹具126可能是一块以上的金属或被放置在隔离器120和低组件14之间的其它板。夹具最好是轻型的、尺寸小巧的，并为隔离器120提供水准面。如果第二组件14的下表面不够平或不是所需的形状或者材料以使隔离器120能被直接连接到第二组件上，那么，夹具126是有益的。因而，夹具126对改进现有的磁共振成像系统是特别有利的，其中第二组件14没有被设计成被直接与隔离器120相连。
在本发明的第四个优选实施例中，如图5所示，平衡体128被加到隔离系统20上。在这个实施例中，该平衡体128由连接到此构架夹具上的平衡体支撑支持。或者，平衡体128被直接连接到构架夹具128上，或者如果夹具126被略去的话，平衡体128则可被直接连接到磁体系统的下组件14上。平衡体128可以是任何重型物件，比如，金属或陶瓷棒或重物。任选柱122最好也与平衡体128结合起来使用，以把隔离器抬离地板42，为该平衡体的放置提供足够的空隙，如图5所示。
平衡体128最好是可调节的，以使磁体组件10的重心可以被变换，从而改进重力稳定性。平衡体128可以磁体系统10为基准通过把它抬高或降低来调节。举例而言，调节可以手动进行(亦即，用一个起重螺旋或类似的构件)，电气或液压地抬高或降低支撑130。可选地，调节也可以通过增加或去除平衡体128的质量来解决。例如，为了进行调节，一个或多个提供板的重物可以加到该平衡体上或从其去除。最理想的是，这个现场的环境振动已被测定之后，平衡体128即可在现场调节(亦即，在将存放该磁共振成像系统的建筑物中)。
支撑在其质量中心下方的构架本来就不稳固，因为当该构架倾斜时，其质量中心则会水平地移动，乃至会进一步加大这个斜度。磁体系统质量中心的最大所许可的高度随着隔离器120的平方及隔离器120的刚性而增进。平衡体128降低了该构架的质量中心，以改进该结构的重心稳定性。在更接近其质量中心的地方支撑磁体系统10会减少磁体系统10的摆动，因而改进了磁共振成像，平衡体128可以这样的方式被成形，以与隔离器一起工作来变更该系统自然频率并减少由磁体系统10经受的振动量。
本发明的第五个实施例在图6中被图示出。其中平衡体12g与气动(亦即，空气)隔离器120一起被使用。隔离器120通过管线134由气源132提供空气(或另一种气体)。还提供了高度控制阀136以控制穿过管线134的气流，从而控制隔离器120中的压力。阀136可以手动或计算机控制。图6还示出了隔离系统20的替代的构造形式，其中任选的平衡体128被直接连接到构架夹具126上，且该平衡体支撑被略去了。
该磁共振成像系统可安装在如下所述的特殊现场中。在一个特殊现场中的环境干扰和振动被测量出来。最好在磁共振成像系统被安装到一个特殊的现场之前就进行测定。
然后，以此测定为基础，选择隔离器以使磁共振成像磁体系统的自然频率和隔离器的阻尼会使地面振动对整个频率带的传输率大大地降低。如果在该特殊现场低频激励(亦即，振动或干扰)是重要的，那么，则最好选择一个高阻尼隔离器系统。如果该特殊现场仅存在着高频干扰或振动，那么，则最好选择一个低阻尼隔离器系统。
此外，隔离器的阻尼被调节成以使该磁体系统品质因数减至最低，并控制在主激励频率时该磁体系统的振动响应的带宽。如果有平衡体128的话，那么，该平衡体则被调节，以便该系统的重量中心和磁共振成像磁体的自然频率最佳化。因而，频率和阻尼是可以现场调谐和，因为它们经调节，以对于一个特殊的现场是最佳化的。在该磁共振成像系统被安装在一个特殊的现场的前或后(亦即，被附着到存放该磁共振成像系统的建筑物的地板42上)，均可进行调节。
应该注意，附加的超导主线圈、超导屏蔽线圈、超导校正线圈和可磁化环可以出现，这些对技工是熟知的，但为了清晰的缘故，这类线圈和环已被从图上略去了。同样地，支持超导主线圈的线圈架(如果需要的话)和以冷冻剂罐为基准为热屏蔽定位的、以及真空外壳为基准为热屏蔽定位的垫层，为了清晰的缘故，也被从图上略去了，但其为那些精于此技术的人们所熟知。
为了图解的目的，此处已陈述了诸优选实施例。然而，这个陈述不应该被认为是对本发明之范围的限定。因此，那些精于此技术的人们可能会想到各种各样的改型、配合件和替代物，但却不偏离该所要求的有创造性的概念。
权利要求
1.一种开式磁共振成像系统，其包括一开式磁共振成像磁体系统(1，10)；和一适合于支持该磁共振成像磁体系统的隔振系统(2，20)。
2.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中弹簧常数和隔振系统(2，20)的阻尼是可以调节的。
3.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)包括多个气动隔离器(120)。
4.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)包括许多灵敏振动控制隔离器(120)。
5.权利要求1的开式磁共振成像系统，还包括一个平衡体(3，128)。
6.权利要求5的开式磁共振成像系统，其中该平衡体(3，128)是可以调节的。
7.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)被紧固在地板上，而磁共振成像磁体系统(1，10)被附着在隔振系统之上。
8.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)在磁共振成像磁体系统(1，10)范围内被成形。
9.权利要求1的开式磁共振成像系统，还包括定位在隔振系统(20)和磁共振成像磁体系统(10)之间的构架夹具(126)。
10.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)是对现有的磁共振成像磁体系统(10)的改进。
11.权利要求10的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)被安装在柱(122)的上面，使得磁共振成像磁体系统(10)支撑(124)不接触磁共振成像磁体系统被安置于其中的现场的地板(42)。
12.权利要求1的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)可在现场调谐。
13.权利要求11的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(2，20)被调谐，以使磁体系统品质因数降至最小，并控制在主磁共振成像磁体激励频率时该磁共振成像磁体系统振动响应的带宽。
14.一种开式磁共振成像系统，其包括(a)一第一组件(12)，其包括(1)一纵向延伸且一般垂直对准的第一轴(22)；(2)至少一个围绕所述的第一轴定位的超导主线圈(24)，其载有沿第一方向的第一主电流；及(3)一包围所述的至少一个所述的第一组件的超导主线圈的第一真空外壳(26)；(b)一纵向地与所述的第一组件(12)隔开的且被配置在其下方的第二组件(14)，其包括(1)一般与所述的第一轴共轴成一直线的纵向延伸的第二轴(28)；(2)至少一个围绕所述的第二轴定位的超导主线圈(30)，载有沿所述的第一方向的第二主电流；及(3)一包围着所述的至少一个第二组件的超导主线圈的第二真空外壳；(c)至少一个具有附着到所述的第一组件上的第一端(34)且具有附着到所述的第二组件上的第二端(36)的、在所述的第一和第二真空外壳外部的支撑梁(16，18)；及(d)一隔振系统(20)。
15.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中弹簧常数和隔振系统(20)的阻尼是可以调节的。
16.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)包括许多气动隔离器(120)。
17.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)包括许多灵敏振动控制隔离器(120)。
18.权利要求14的开式磁共振成像系统，还包括一个可调节的平衡体(128)。
19.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)被紧固到地板(42)上，且磁共振成像磁体系统(10)被附着到该隔振系统(20)之上。
20.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)在磁共振成像磁体系统(1，10)的范围内被成形。
21.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)是对现有磁共振成像磁体系统(16)的改进；及隔振系统被安装在柱(122)之上，使得磁共振成像磁体系统支撑(124)不接触磁共振成像磁体系统在其中被安置的现场的地板(42)。
22.权利要求14的开式磁共振成像系统，其中隔振系统(20)在现场被调谐，以使磁体系统品质因数降至最小并控制在主磁共振成像磁体激励频率时磁共振成像磁体系统振动响应的带宽。
23.安装开式磁共振成像系统的方法，其包括提供包含隔振系统和开式磁体系统的开式磁共振成像系统；测定第一现场的环境干扰和振动；选择基于测量步骤的隔振系统；及在第一现场安装磁共振成像系统。
24.权利要求23的方法，其中选择的步骤包括如果在第一现场测出的频率振动或干扰主要是低频，那么，则选择高阻尼隔离系统；或者如果在第一现场测出的频率干扰或振动仅是高频，那么，则选择低阻尼隔离系统。
25.权利要求24的方法，还包括把平衡体调节到使该磁体系统的重力中心最佳化。
26.权利要求25的方法，其中调节步骤在安装步骤之前或之后进行。
27.权利要求23的方法，其中测量步骤在安装步骤之前进行。
28.权利要求23的方法，其中测量和选择步骤在安装步骤之前进行。
29.权利要求23的方法，还包括调节隔振系统的阻尼，以使磁体系统品质因数减至最小并控制在主激励频率时振动响应的带宽。
30.权利要求23的方法，其中隔振系统包括许多气动隔离器。
31.权利要求23的方法，其中隔振系统包括许多灵敏振动控制隔离器。
32.权利要求23的方法，其中安装步骤包括把隔振系统紧固到地板上，使得该磁共振成像磁体系统被安置在隔振系统之上。
33.权利要求23的方法，还包括把磁共振成像系统从地板上卸下来；和在第一现场安装该磁共振成像系统的步骤之前，把隔振系统针对该磁共振成像系统的磁体系统进行改进。
34.一种改进现有的磁共振成像系统的方法，其包括隔振系统附着到现有的磁共振成像系统的磁体系统的开式磁共振成像系统。
35.权利要求34的方法，还包括在连接隔振系统的步骤之前，把磁体系统从地板上卸下来。
36.权利要求34的方法，其中隔振系统包括许多气动隔离器。
37.权利要求34的方法，其中隔振系统包括许多灵敏振动控制隔离器。
38.权利要求34的方法，还包括把许多柱紧固到地板上并把隔振系统紧固到这些柱上，从而磁共振成像磁体系统被安置在隔振系统之上且现有的磁共振成像系统的支撑不会接触该地板。
全文摘要
一种垂直对准的开式磁共振成像磁体系统(10)包括第一和第二(亦即，顶部和底部)(12，14)组件，各自拥有纵向延伸且垂直对准的轴(22，28)，超导主线圈(24，30)，及包围着该主线圈的真空外壳(26，32)。至少一个支撑梁(16，18)具有附着到该第一组件(12)上的第一端(34)和附着到该第二组件(14)上的第二端(36)。隔振系统(20)支持着该磁体系统。
文档编号G01R33/389GK1406555SQ02142970
公开日2003年4月2日 申请日期2002年9月13日 优先权日2001年9月13日
发明者Y·王, E·T·拉斯卡里斯, R·A·兰策 申请人:通用电气公司