專利名稱：：三維非對稱橫向梯度線圈的制作方法
技術領域：
：本申請涉及磁場梯度線圈。它在磁共振成像中得到示例性的應用，并將參照實例對其進行描述。然而，本申請在包括成像和光譜學等的磁共振掃描應用領域以及使用磁場梯度的其他應用領域具有更普遍的應用。
背景技術：
：用于醫(yī)學成像的磁共振掃描儀通常使用設置在掃描儀殼體內的全身磁場梯度線圈。磁場梯度線圈通常由彼此正交的一個軸向/縱向梯度線圈和兩組橫向梯度線圈組成。這樣的全身橫向磁場梯度線圈能夠有利地產生大體積范圍內的磁場梯度。然而，與更小尺寸的梯度線圈相比，全身橫向磁場梯度線圈具有相對更大的電感并且使用相對更大的電流，而這將導致與這樣更小的梯度線圈相比，產生各種缺陷，諸如更低的梯度強度、更低的轉換速率(slewrate)以及改變梯度時實質的機械應力和噪聲。當對感興趣的相對較小的體積，諸如頭部或肢體成像時，全身橫向磁場梯度線圈的大體積優(yōu)點并非必要的。因此，已知有使用局部磁場梯度線圈替代全身線圈。與全身梯度線圈相比，更小體積的梯度線圈只需更低的電感并可實現(xiàn)以更低的電流工作。因此，局部磁場梯度線圈可獲得更高的梯度強度、更快的轉換速率、以及更小的機械應力和噪聲。然而，由于較小的線圈尺寸，上述優(yōu)點是以減小磁場梯度的均勻性為代價的。另外，局部梯度線圈定位于相對更接近患者的位置，這可導致線圈-患者的干擾，并且減少了用于激勵和接受磁共振信號的射頻線圈的空間。例如，在局部梯度頭部線圈的情況下，患者的肩部可能阻礙或干擾線圈的患者端并限制進入梯度線圈的成像區(qū)域。為了考慮到肩部，梯度線圈可被制造得較短(例如，僅延伸到頸部)，但這限制了均勻性，或者，線圈可被制造得足夠大以環(huán)繞肩部。如果線圈被制造得更大以環(huán)繞肩部，則會減少局部梯度的一個優(yōu)點，即在操作過程中將患者更小的部位暴露于可產生神經刺激的磁場。7通過使用非對稱線圈，部分解決了這些問題，在非對稱線圈中，具有最高磁場梯度均勻性的區(qū)域(g卩，成像區(qū)域)不對稱地設置在周部梯度線圈的患者端，但基本上集中在磁場成像區(qū)域。這使得與患者端相對的服務端進一步向外延伸，提供了更大的線圈來改善梯度均勻性和可制造性，同時具有到線圈的患者端的較短距離以避免碰撞患者的肩部。然而，非對稱局部線圈的更大的線圈體積導致相對更高的電感、更高的工作電流以及隨之減少的梯度強度和轉換速率、增大的機械應力和噪聲。由于增加的尺寸和重量，線圈服務端的延伸對于打算選擇性地插入或去除的局部線圈，或者打算安裝在患者沙發(fā)上的局部線圈等來說都不太方便。因此，現(xiàn)有的非對稱梯度線圈在線圈尺寸和磁場梯度均勻性之間的折衷上存在局限性。
發(fā)明內容本申請公開了一種新的且改進的非對稱磁場梯度線圈，其克服了上述的問題和其他缺陷。根據(jù)一個方面，公開了一種橫向磁場梯度線圈。一組初級線圈回路限定有線圈工作端和線圈遠端。所述一組初級線圈回路被配置為在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域非對稱地設置為相對較靠近所述線圈工作端且相對較遠離所述線圈遠端。一組屏蔽線圈回路設置在所述一組初級線圈回路的外部并且配置為基本上屏蔽所述一組初級線圈回路。兩個或更多的電流跳線設置在所述遠端。每個電流跳線將所述一組初級線圈回路的不完整回路與所述一組屏蔽線圈回路的不完整回路電連接。根據(jù)另一方面，公開了一種磁共振掃描儀。靜態(tài)磁鐵在所選區(qū)域中產生靜態(tài)磁場。上述段落中描述的橫向磁場梯度線圈相對于所述所選區(qū)域非對稱地設置并用于在所選區(qū)域中產生磁場梯度。射頻激勵系統(tǒng)配置為在所選區(qū)域中激發(fā)磁共振。根據(jù)另一方面，公開了一種產生橫向磁場梯度的方法。產生環(huán)繞限定有軸的圓柱形線圈體積的初級電流密度空間分布。所述初級電流密度空間分布在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域在所述圓柱形線圈體積中非對稱地定位為相對較靠近所述圓柱形線圈體積的工作端且相對較遠離所述圓柱形線圈體積的遠端。在所產生的初級電流密度空間分布的外部產生屏蔽電流密度空間分布，所述屏蔽電流密度空間分布基本上屏蔽所述初級電流密度空間分布。在多個間隔分開的點處或者在所述圓柱形線圈體積的所述遠端處空間延伸的區(qū)域內連接所述初級和屏蔽電流密度空間分布。所述連接使得所產生的初級電流密度空間分布的軸向電流密度分量在所述圓柱形線圈體積的所述遠端處非零。在一些實施例中，所述產生操作包括使驅動電流流過設置在所述圓柱形線圈體積周圍的初級線圈回路和屏蔽線圈回路，并且所述連接包括通過設置在所述圓柱形線圈體積的所述遠端處的間隔分開的跳線導體連接所選的初級線圈回路和所選的屏蔽線圈回路。一個優(yōu)點在于具有改進的梯度均勻性的非對稱橫向磁場梯度線圈。另一優(yōu)點在于提供了具有更大磁場梯度強度的非對稱橫向磁場梯度線圈，或實現(xiàn)了更低存儲磁能和更高效或改進的線性/均勻性之間的設計折衷。另一優(yōu)點在于提供了具有由于更低的存儲磁能/電感而導致的更大轉換速率的非對稱橫向磁場梯度線圈。另一優(yōu)點在于提供了產生更小梯度線圈彎曲力的非對稱橫向磁場梯度線圈。另一優(yōu)點在于提供了產生更緊湊的非對稱橫向磁場梯度線圈。在閱讀并理解以下詳細描述基礎上，本領域普通技術人員將理解本發(fā)明進一步的優(yōu)點。本發(fā)明可采用各種部件和部件設置，以及各種步驟以及步驟設置的形式。附圖僅僅用于圖釋優(yōu)選實施例的目的，而不應被解釋為限制本發(fā)明。圖1圖解地示出磁共振掃描儀。該掃描儀以局部剖面示出，從而顯示出設置在內膛中的磁場梯度線圈組件，該內膛包括至少一個三維(3D)橫向磁場梯度線圈組。磁場梯度線圈組件以局部剖面圖示出，從而顯示出設置在磁場梯度線圈組件中的射頻線圈。圖2圖解地示出圖1中3D磁場梯度線圈組件更詳細的局部剖面圖，包括初級線圈回路的一個指紋以及初級和屏蔽線圈回路組之間的電流跳線。圖3圖解地示出圖1和圖2中3D磁場梯度線圈組件的兩組指紋其中之一的展開的初級和屏蔽電流回路。設置在圓柱形表面的相對側的兩個這樣的組形成了完整的橫向梯度線圈。相對的橫向線圈對沒有示出。在遠端示出了初級和屏蔽電流回路之間的電流跳線，遠端在圖3的中心附近示出。圖4描繪了圖1至圖3中的3D磁場梯度線圈組件的連續(xù)電流密度的仿真的z分量。圖5描繪了圖1至圖3中的3D磁場梯度線圈組件的仿真的梯度強度的非均勻性。圖5中的曲線的中心位于梯度線圈的成像區(qū)域的中點(z'=0，z=-158.78mm)0圖6描繪了圖1至圖3中的3D磁場梯度線圈組件的仿真的梯度強度的非線性。圖6中的x軸正交于z軸，且對準于0)=0度。x軸為左-右軸(肩部方向)。圖7描繪了圖1至圖3中的3D磁場梯度線圈組件的冠狀(x-z')平面中的網(wǎng)格畸變。圖7中的畸變網(wǎng)格的中心位于梯度線圈的成像區(qū)域的中點(z'=0，z=-158.78mm)。圖8描繪了圖1至圖3中的3D磁場梯度線圈組件的殘余渦流效應(RECE)，其中渦流在環(huán)繞的圓柱冷屏的表面上產生。具體實施例方式參照圖1，磁共振掃描儀IO包括掃描儀殼體12(在圖1中以剖面圖示出)，患者16或其他對象至少部分地放置在該掃描儀殼體12中。盡管參照內膛型(bore-type)掃描儀進行描述，但可理解，該掃描儀也可以是開放式磁體掃描儀或其他類型的磁共振掃描儀。掃描儀殼體12的保護性絕緣內膛襯里18可選地裝襯掃描儀殼體12的基本上圓柱形的內膛或開口，在掃描儀殼體12中放置有對象16。設置在掃描儀殼體12內的主磁鐵20由主磁鐵控制器22控制，以至少在包括對象16的至少一部分的掃描區(qū)域內產生靜態(tài)磁場(Bo)。通常，主磁鐵20為由冷凍外罩(cryoshrouding)24包圍的持久超導磁鐵。在一些實施例中，主磁鐵20產生至少大約0.2特斯拉(Tesla)的主磁場，諸如0.23特斯拉、l.O特斯拉、1.5特斯拉、3特斯拉、7特斯拉等。磁場梯度線圈組件30(在圖1和圖2中以剖面圖示出)被設置在由殼體12限定出的內膛中，以至少在所選區(qū)域中的主磁場上疊加所選的磁場梯度，10所選的區(qū)域諸如，成像區(qū)域或其中將進行磁共振光譜的區(qū)域。在圖1中，所選區(qū)域為其中放置有對象16的頭部16H的成像區(qū)域。通常，局部磁場梯度線圈組件30包括多組線圈回路或繞組，用于產生諸如x梯度和y梯度的兩個橫向磁場梯度，以及諸如z梯度的一個縱向梯度?？蛇x地，一組或多組這些線圈回路或繞組，諸如一組縱向磁場梯度回路或繞組可放置在其他位置，諸如設置在掃描儀殼體12內或上的圓柱形線圈架上。射頻線圈32與對象16的頭部電磁耦合。射頻線圈32是發(fā)射/接收(T/R)線圈，其被可選地配置以受到外部激勵，從而在對象16的頭部激發(fā)磁共振，并用作接收器以接收由激發(fā)產生的磁共振信號。在其他實施例中，可使用分離的發(fā)送和接受射頻(RF)線圈?？稍O想將射頻線圈集成在磁場梯度線圈組件30內。也可設想在磁場梯度線圈組件30內使用獨立的局部和/或體積RF線圈。在示例的圖1中示出的頭部成像應用實例中，掃描儀控制器34使得經由發(fā)射/接收切換電路40與T/R射頻線圈32耦合的射頻發(fā)射器36工作以激發(fā)磁共振。發(fā)射器36以磁共振頻率將射頻脈沖或脈沖包施加給線圈32，該線圈32至少在患者16頭部的所選區(qū)域中以磁共振頻率產生Bi磁場?？蛇x地，在射頻激發(fā)期間，通過由磁場梯度控制器38操作的磁場梯度線圈組件30來施加可選的切片(slice)或切板(slab)的磁場梯度，以便將激發(fā)的區(qū)域限制到所選的切片或切板。在磁共振成像序列的接收相位期間，掃描儀控制器34使得發(fā)射/接收切換電路40切換到接收模式，并且從對象16頭部發(fā)射出的磁共振信號由T/R射頻線圈32探測，并由射頻接收器42處理以產生磁共振樣本，該磁共振樣本存儲在數(shù)據(jù)緩沖器14或其他存儲器?？蛇x地，掃描儀控制器34使得梯度控制器38和磁場梯度線圈組件30施加空間編碼磁場梯度，諸如，在磁共振激發(fā)和讀取之間的間隔中施加的一個或多個相位編碼的磁場梯度，或者在讀取期間施加的一個或多個頻率編碼的磁場梯度等。重構處理器46采用傅立葉變換重構算法，濾波逆投影重構算法或與由磁場梯度線圈組件30實施的空間編碼符合的其他重構算法，以將存儲在數(shù)據(jù)緩沖器44中的磁共振樣本重構為頭部或所選切片或其其他部分的重構圖像。重構圖像存儲在重構圖像存儲器50，由用戶接口52顯示，并經由醫(yī)院網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦ぷ髡?、臺式計算機或其他設備，由打印設備ii打印，或其他應用。在圖1示出的實例中，用戶接口52也可讓放射科醫(yī)生、內科醫(yī)生或其他操作人員與掃描儀控制器34接口，以控制掃描儀10進行所選的成像、光譜學或其他有用的后續(xù)操作；在其他的實施例中，可以提供了單獨的控制和圖像顯示計算機或設備。參照圖2和圖3，更詳細地描述局部磁場梯度線圈組件30。圖2示出了磁場梯度線圈組件30的放大剖面圖，包括一半初級線圈回路或繞組的示意圖，并且圖3圖解地示出一半電流回路或繞組的展開示意圖。接下來，將描述相對的一組橫向線圈回路或繞組，使用相對的一對，其適于產生x梯度或y梯度；然而，可理解的是，磁場梯度線圈組件30通常包括兩組這樣的線圈回路或繞組，它們彼此之間由電介質層或其他絕緣體隔開，并彼此旋轉90°，以可選地產生x和y梯度；可進一步理解的是，磁場梯度線圈組件30可選擇性地包括其他元件，諸如一組縱向線圈回路或繞組，積分射頻線圈和/或射頻屏蔽等。所示的磁場梯度線圈組件30包括基本上圓柱形的電介質線圈架60,其沿著該圓柱形的線圈架60的長度方向具有恒定截面的圓形截面。也可設想具有橢圓形、矩形或其他形狀截面的線圈架。還可設想以其他方式偏離圓柱形的線圈架，諸如圓錐形。在一些實施例中，線圈架60具有足夠大的直徑以容納患者肩部的上部。一組初級線圈回路或繞組62設置在圓柱形線圈架60的內表面上或附近。圖2和圖3各示出了橫跨大約180°方位角范圍的指紋。這組初級線圈回路包括在圖2和圖3中不可見的第二對稱指紋，其設置在圓柱形線圈架線圈架60內表面之上或附近，基本上橫跨其余大約180°的方位角范圍。也就是說，一組完整的初級線圈回路或繞組包括兩個面對面的指紋，每個指紋包括多個回路或繞組。一組屏蔽線圈回路或繞組64(在圖2中隱藏，但在圖3中示出)設置在電介質線圈架60的外表面之上或附近，重疊和屏蔽該組初級線圈回路或繞組62。在圖2和圖3的實例中，該組初級線圈回路或繞組62的兩個指紋具有對應的該組屏蔽線圈回路或繞組64的兩個指紋，但僅有一個屏蔽繞組指紋在圖3中可見。因此，一組完整的屏蔽線圈回路包括兩個指紋，每個指紋包括多個回路或繞組。感興趣的對象，即圖1和圖2中的頭部16H與基本上均勻的梯度場的12區(qū)域，即成像區(qū)域對準，該梯度場區(qū)域非對稱地設置為相對靠近患者或線圈工作端66且相對遠離線圈遠端68。即，磁場梯度線圈組件30是非對稱線圈組件。初級和屏蔽繞組62、64的指紋電流圖案的"眼睛(eye)"大致對應于最大Z方向電流密度和基本上零方位角方向電流密度的區(qū)域。成像區(qū)域的等中心(isocenter)在圖2中標記為z'，并且位于相對于指紋電流圖像的"眼睛"Z--158.78mm的位置。艮卩，該z'坐標系統(tǒng)是相對于成像區(qū)域中心，并偏離繞組62、64的z坐標系統(tǒng)，使得z'~z+l58.78mm。成像區(qū)域的中心(2'=0)非對稱地放置為相對靠近患者或線圈工作端66且相對遠離線圈遠端68，通常位于線圈的物理操作端和初級指紋電流圖案的眼睛之間。該非對稱設置在諸如頭部成像的應用中是有利的，在該應用中，進行成像、光譜學或其他檢查的感興趣的所選區(qū)域靠近在空間上的障礙物(即，在頭部成像情況下的肩部)。該組初級線圈回路或繞組62的所選回路通過設置在線圈遠端68的電流跳線70與該組屏蔽線圈回路或繞組64的所選回路連接。每個電流跳線70將該組初級線圈回路62的不完整(g卩，非閉合)的回路與該組屏蔽線圈回路64的不完整的回路電連接。跳線70不同于線圈組62、64在其處連接到梯度控制器或放大器38的電流饋接(currentfeed)位置。在跳線70的情況下，電流流過該組初級線圈回路62的回路(其通常少于完全閉合的回路)，跨過一個跳線70，流過該組屏蔽線圈回路64的回路(其通常也少于完全閉合的回路)，并返向通過第二個跳線70以返回到初級線圈組(或反之亦然)。如將討論的，跳線70例如通過使得線圈遠端68處的電流的軸向或z分量非零，實質上影響了電流分布和最終產生的磁場梯度，并且減少總體線圈的電感等。相反的，電流饋接位置將線圈組62、64與相對的線圈組，以及與梯度控制器或放大器38連接。電流饋接通常與其他完整或閉合線圈回路圖案相關。在某些情況中，電流饋接也可提供作為整體的該組初級線圈62和作為整體該組屏蔽線圈64的串聯(lián)。這樣的串聯(lián)電流饋接或互連不會實質上改變電流分布和最終產生的磁場梯度，而僅提供串聯(lián)地使用單個驅動電流來驅動初級和屏蔽線圈組62、64的方便結構。通常，在以相對方向載流的電流饋接緊挨著放置在磁場抵消對中，或放置在線圈的相對端，以實質上抵消或減少流入電流饋接中的電流的影響。相反的，電流跳線70通常并不緊挨著放置以至于抵消。在所示的磁場梯度線圈組件30中，該組屏蔽線圈回路或繞組64的面積略微大于該組初級線圈回路或繞組62的面積，并且該面積差部分由線圈遠端68處喇叭形或錐形的表面72(在圖2中標記并示出)所容納。喇叭形或錐形的表面72從圓柱狀線圈架60的內徑向外展開至圓柱狀線圈架60的外表面，并且跳線70通常為位于喇叭形表面72上或與其平行的喇叭形跳線。然而，在其他實施例中，平直或直角表面可連接線圈架的內表面和外表面，并且跳線是位于該平直或直角表面上的合適的徑向跳線。也可設想使用結合喇叭形連接表面72的徑向跳線，例如通過使得跳線穿過在電介質線圈架上鉆通的徑向通孔或在初級線圈位于初級電介質線圈架外部之上時，使得跳線穿過內嵌在環(huán)氧樹脂灌封合成物中的徑向通孔。通常在方位角上不必彼此分離的一對跳線將該組初級線圈回路62的相同回路與該組屏蔽線圈回路64的相同回路連接，以便限定出通過初級回路、第一跳線、屏蔽回路以及第二跳線的導電路徑以返回到線圈架60的初級側。跳線70提供了某些優(yōu)點。繞組62、64的總體電感減少。例如，該組初級線圈回路62和該組屏蔽線圈回路64通常配置為由單一驅動電流驅動，這可例如通過在羅盤位置(compassposition)串聯(lián)連接初級和屏蔽回路組62、64來實現(xiàn)。在這樣的串聯(lián)連接設置中，電流跳線70實質上減少驅動電流滿足的橫向磁場梯度線圈的電感，這減少了存儲能量。而且，電流跳線70也允許在線圈組件30的遠端68的電流密度的軸向或z分量非零。這減少了在遠端68處回路的存儲密度和相關聯(lián)的熱沉積。換言之，通過對電流密度提供非零軸向或z分量，可減少遠端68處的總體電流密度和線圈熱量，且同時維持所需的線圈操作特性，諸如非對稱成像體積尺寸和均勻性。這些優(yōu)點將使用以下實例進一步闡明。下文中，所示的磁場梯度線圈組件30設計為在以7特斯拉的靜態(tài)磁場(B。)工作的磁共振掃描儀中使用。線圈繞組和跳線62、64、70限定出三維(3D)梯度線圈設計，其允許初級和屏蔽線圈組62、64的回路之間的多個連接，即跳線70，因而，一些電流路徑跳過或跨過初級和屏蔽線圈組62、64之間。觀察跳線70的效果的一個方式是在線圈組件30的遠端68處，一些外部回路部分地位于由初級回路組62限定的數(shù)學上的初級表面上(例如，當初級線圈回路62設置的內表面時，數(shù)學上的初級表面對應于線圈架60的內表面)，部分地位于由屏蔽回路組64定義的數(shù)學上的屏蔽表面上(例如，當屏蔽線圈回路64設置在外表面時，數(shù)學上的屏蔽表面對應于線圈架60的外表面)，以及部分地位于連接初級和屏蔽表面的數(shù)學上的連接表面上(例如，當跳線70設置在所述表面上時，數(shù)學上的連接表面對應于在遠端68處的喇叭形表面72)。在所示的實施例中，數(shù)學上的初級和屏蔽表面是線圈架60的同軸的內和外圓柱形表面；然而，數(shù)學上的表面可以是非圓柱形的(例如，如果支撐的電介質線圈架是非圓柱形時)，并且可不同于線圈架的物理表面(例如，如果繞組內嵌在電介質線圈架內，或通過支座偏離線圈架的表面，或如果存在用于初級和屏蔽的兩個單獨的線圈架等)。沒有電流跳線70的屏蔽線圈組上的3D線圈的優(yōu)點是，每安培電流更有效地產生磁場。在7特斯拉磁場的實例中，線圈架60的內表面(在該實施例中，對應于初級線圈組62的數(shù)學上的初級表面)半徑是Rp=0.191米，線圈架60的外表面(在該實施例中，對應于屏蔽線圈組64的數(shù)學上的屏蔽表面)半徑R^0.269米，且總長為0.77米。視場(FoV)或有用的成像體積是半徑為125mm和直徑為250mm的球形。定義為從患者16肩部到FoV等中心的距離的患者通道少于約175mm。在FoV的等中心處所期望達到的梯度強度為至少60mT/m。圖4示出了對于設計為以7特斯拉工作的實例的非對稱梯度線圈而言，作為軸向或z位置的函數(shù)的連續(xù)電流密度的z分量的曲線。電流路徑62、64、70的布局(對于如圖3中所示的實例而示出的)可使用多種技術來確定，諸如，使用參數(shù)電磁仿真器。跳線70對電流密度的z分量的影響可通過用于連續(xù)電流密度的連續(xù)性方程來恰當描述，其給出遠端68處的以下邊界條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(1)，其中，/r②和/"(z)分別是作為初級和屏蔽線圈組6264的軸向或z位置的函數(shù)的連續(xù)電流密度的z分量，并且^和i^分別是線圈組件30的遠端68處，初級和屏蔽線圈組62、64的軸向或z坐標端部位置。在圖4中標記的丄2/)和丄2,是在工作或患者線圈端66處的初級和屏蔽線圈組62、64的各自的端部位置。如圖4所示，由于在患者端66處初級和屏蔽線圈之間沒有電流跳線，所以初級和屏蔽線圈的連續(xù)電流密度的z分量在患者端66處(即，在；和i^處)為零。另一方面，進一步如圖4所示，在遠端68處(即，在；和^處)的連續(xù)電流密度的z分量/"(;)和/"(i^)非零，這可通過電流跳線70導通的電流來實現(xiàn)。在設計跳線70的合適方法中，在優(yōu)化電流密度過程中優(yōu)化遠端68處的連續(xù)電流密度的z分量/"(A》和/f乂^)以最小化存儲能量，進一步滿足式(l)的條件。一旦電流密度已優(yōu)化，包括/"(~)和/,)(~)的最優(yōu)值時，電流密度可離散為包括適當數(shù)目的跳線70的有限數(shù)目的電流路徑或回路，以在；和A,處提供合適的z分量電流。在圖3示出的該組離散電流路徑中，初級線圈組62上有14個回路，在屏蔽線圈組64上有8個回路，外部的兩個初級和屏蔽回路由跳線70共享。在該實例的設計中，喇叭形表面72的角度(也是該實施例中在喇叭形表面上的電流跳線70的角度)相對于z軸為75.62°。在該實例中線圈組件30的患者通道為171mm，其限定出從最長線圈邊緣(在該情況下為屏蔽線圈組64)到FoV等中心的距離。在FoV等中心產生60mT/m梯度強度所需的電流為578安培。成像的中心位于相對于為電流密度分布而定義的z-0位置Zs產-158.78mm(z'-0)處。通常，成像體積的中心選擇為與主磁鐵20的"最佳點(sweetspot)"—致，即最高靜態(tài)磁場(Bo)均勻性的區(qū)域。參照圖5和圖6，分別示出移位線圈(shiftedcoil)的25cm的FoV范圍內梯度強度非均勻性和梯度強度非線性。注意，圖5和圖6參照成像中心的z'坐標系統(tǒng)，其中，z'=z+158.78mm。艮卩，在z'=0處的成像中心偏離圖2至圖4中標記的z=0的等中心158.78mm。參照圖7，示出了中心冠狀平面中像素網(wǎng)格的梯度畸變。每個沒有畸變的像素尺寸為5mmX5mm。在圖7中，實線表示25cm的FoV的環(huán)形邊界，而虛線表示小于20cm的FoV的環(huán)形邊界。圖7在x-z'坐標系統(tǒng)中繪出，使得圖7的梯度畸變曲線的中心與z'=0處的成像中心一致。參照圖8，示出了在如前所述25cm的FoV表面上的估計的殘余渦流效應(RECE)。該RECE是對產生在半徑RcS=0.475m的圓柱形冷屏周圍表面上的渦流的估計。所估計的殘余渦流小于或約為0.07%。更一般地，對于各種定量設計，與使用初級和屏蔽線圈組但沒有電流跳線的類似線圈相比，具有包含屏蔽繞組64和遠端處的電流跳線70的幾何結構的非對稱磁場梯度線圈應該能夠將該組初級線圈回路62的殘余渦流效應(RECE)減少到少于或大約1%，并且應該能夠進一步將存儲能量或電感減少15-20%。參照圖2至圖8描述的線圈組件30包括每組初級/屏蔽指紋4個電流跳線(如圖3所示)，或者總共8個電流跳線，因為在該非對稱線圈中具有兩組相對的初級/屏蔽指紋。如圖3所示，一對跳線連接初級線圈回路和相應的屏蔽線圈回路。通常，屏蔽線圈回路少于初級線圈回路。在一些實施例中，可以設想，具有足夠多的跳線以將所有屏蔽線圈回路連接到初級線圈回路，同時一些內部初級線圈回路不與任何屏蔽線圈回路連接。更典型地，也存在一些內部屏蔽線圈回路不與任何初級線圈回路連接。在圖3中給出的情況中，該組初級線圈回路62包括14個回路，其中12個回路沒有與任何屏蔽線圈回路連接，該組屏蔽線圈回路64包括8個回路，其中6個沒有與任何初級線圈回路連接。作為另一實例，表I示出了與在初級和屏蔽回路之間沒有跳線的等效的優(yōu)化7特斯拉的二維(2D)布局相比，用于每個指紋具有6個跳線(由于存在兩個相對的指紋，所以共有12個跳線)的優(yōu)化7特斯拉的三維(3D)的非對稱橫向磁場梯度線圈的仿真參數(shù)。表I:具有6個跳線/指紋的橫向梯度線圈的特性屬性3D布局2D布局i尸[mm]191.0191.0及s[mm]269.0269.0一半初級線圈的回路數(shù)目1414一半屏蔽線圈的回路數(shù)目98一半線圈的跳線數(shù)目60電長度[mm](初級展蔽)709.34/745.88706.03/741.55患者通道[mm]171.1172.217視場FoV[cm〗25.025.0導體厚度[mm]5.05.0導體寬帶[mm](初級/屏蔽)14.0/10.013.0/9.0電感[JxH]94.87103.57G=60mT/m的存儲能量[J]15.8319.5電阻[mQ]18.1919,89梯度強度[mT/m]60.060.0靈敏度^T/m/A]103.8597.7525cm的FoV上的RECE范圍0.1110.24725cm的FoV上的梯度強度非均勻性zp-0.125m和x:0z=+0,125m禾口x=0-38.52%-35.67%-38.28%-36.81%在x=0.125m和z=0的梯度非線性+2.83%+2.66%60mT/m所需電流[A]57861460mT/m的功率[kW]6.17.5600V的轉換速率[T/m/s]60558060mT/m下3D設計對2D設計的存儲能量是15.83J對19.5J，由于跳線減少了19%的能量。當初級線圈和屏蔽線圈之間的電流跳線的數(shù)目增加時(離散化初級和屏蔽線圈的回路數(shù)目增加)，3D布局和2D布局的屬性差異變得更加顯著。因此，對于具有許多靈敏度最大的匝/回路的屏蔽梯度線圈使用跳線是有益的。在表I中的3D線圈中，6個跳線中的兩個(即，一對跳線)彼此之間充分接近(即，具有較小的方位角間隔)，使得由這兩個跳線導通的電流的z分量實質上相抵消。因此，盡管表I中的3D線圈被認為是6跳線線圈，但只具有4跳線線圈的屬性。更一般地，跳線優(yōu)選在方位角上彼此間隔分開或分離，使得跳線中的電流的z分量不會相互抵消。換言之，在方位角上間隔分開的電流跳線70定義了在該組初級線圈62和該組屏蔽線圈64之間的遠端處的電流密度轉18移的方位角分布。一般地，跳線僅設置在遠端68處，并且沒有跳線設置在工作或患者端66?？梢灶A料，將跳線定位在患者端66存在一定缺陷，諸如，與患者肩部耦合(在頭部線圈的情況下)，每單位安培減少的梯度強度，或FoV中減少的均勻性，該FoV非對稱地設置為相對靠近患者端66而相對遠離遠端68的位置。然而，也可設想，例如在患者端處包括較小數(shù)目的跳線來緩解當在特定梯度線圈設計中這樣的電流密度問題出現(xiàn)時在患者端處電流回路的過度堆積或擁擠。在這種情況下，每端處的電流跳線的數(shù)目可以不相同。每對電流跳線將該組初級線圈回路62的初級線圈回路與該組屏蔽線圈回路64的屏蔽線圈回路連接。每一對這樣的電流跳線通常連接不同對的初級和屏蔽線圈回路。因此，使用兩個電流跳線來連接單對指紋圖案的一對初級和屏蔽回路(通常是最外部的)；使用四個電流跳線來連接指紋圖案的兩對初級和屏蔽回路(通常是最外部的)(如圖3實例中所示的結構)；使用六個電流跳線來連接指紋圖案的三對初級和屏蔽回路(通常是最外部的)等等。由于磁場在線圈范圍內的相當均勻，在G=60mT/m下施加在7特斯拉整塊大磁鐵的梯度線圈上的凈力可忽略不計。表I中的3D和2D布局也是如此。沒有特殊考慮時，對于3D和2D布局而言，在G=60mT/m下施加在7T整塊大磁鐵的梯度線圈上的凈轉矩(線圈的質心附近)非零。通過稍微調整沒有與初級線圈回路連接的屏蔽線圈上最里面的回路，可以使凈轉矩很小，或實際上為零。這種調整對線圈特性不會產生顯著影響。表II中給出了具有10個跳線/指紋(共20個跳線)和更大非線性的另一實例設計的仿真參數(shù)。在這種情況下，電流分布在初級線圈上離散為16個回路，在屏蔽線圈上離散為IO個回路，以及每個指紋5個共享回路(受到每個指紋5對跳線的影響，即每個指紋總共10個跳線)。表n:具有5個跳線/指紋的橫向梯度線圈的特性屬性3D布局2D布局i尸[mm]191.0191.0is[mm]269.0269.019<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>比較表i和表n,可以看到，回路數(shù)目的增加提高了靈敏度，相比于2D布局，3D布局減少了電感并且也減少了耗散功率。在60mT/m下3D設計對2D設計的存儲能量是11.47J對13.84J，能量減少了17%。本發(fā)明已參照優(yōu)選實施例進行了描述。在閱讀和理解前述詳細說明后他人可設想本發(fā)明的修改和替代。應該認為，本發(fā)明應視為包括所有這些修改和替代，只要這些修改和替代落入所附權利要求和其等效物的范圍之內。權利要求因此，已經描述了優(yōu)選實施例，現(xiàn)請求保護的本發(fā)明為1、一種橫向磁場梯度線圈，包括限定有線圈工作端(66)和線圈遠端(68)的一組初級線圈回路(62)，所述一組初級線圈回路被配置為在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域非對稱地設置為相對較靠近所述線圈工作端且相對較遠離所述線圈遠端；一組屏蔽線圈回路(64)，其設置在所述一組初級線圈回路的外部并且配置為基本上屏蔽所述一組初級線圈回路；以及設置在所述遠端的兩個或更多的電流跳線(70)，每個電流跳線將所述一組初級線圈回路的不完整回路與所述一組屏蔽線圈回路的不完整回路電連接。1、一種橫向磁場梯度線圈，包括限定有線圈工作端(66)和線圈遠端(68)的一組初級線圈回路(62)，所述一組初級線圈回路被配置為在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域非對稱地設置為相對較靠近所述線圈工作端且相對較遠離所述線圈遠端；一組屏蔽線圈回路(64)，其設置在所述一組初級線圈回路的外部并且配置為基本上屏蔽所述一組初級線圈回路；以及設置在所述遠端的兩個或更多的電流跳線(70)，每個電流跳線將所述一組初級線圈回路的不完整回路與所述一組屏蔽線圈回路的不完整回路電連接。2、如權利要求l所述的橫向磁場梯度線圈，其中沒有電流跳線設置在所述一組初級線圈回路(62)的所述工作端(66)。3、如權利要求l所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述兩個或更多的跳線(70)包括至少4個電流跳線。4、如權利要求l所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)和所述一組屏蔽線圈回路(64)限定有分別的同軸的數(shù)學上的初級和屏蔽圓柱形表面。5、如權利要求4所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述分別的同軸的數(shù)學上的初級和屏蔽圓柱形表面具有以各自的初級和屏蔽線圈半徑(Rp，Rs)為半徑的基本上圓形的截面，所述屏蔽線圈半徑(Rs)大于所述初級線圈半徑(Rp)。6、如權利要求4所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述兩個或更多的電流跳線(70)包括兩對或更多對電流跳線，每對電流跳線的所述電流跳線連接所述一組初級線圈回路(62)和所述一組屏蔽線圈回路(64)的對應的不完整回路，使得電流通過跳線從所述對應的回路中的一個直接流至另一個。7、如權利要求4所述的橫向磁場梯度線圈，還包括-基本上圓柱形的電介質線圈架(60)，其具有在所述數(shù)學上的初級圓柱形表面附近的內表面以及在所述數(shù)學上的屏蔽圓柱形表面附近的外圓柱形表面，所述電介質線圈架支撐所述一組初級線圈回路(62)和所述一組屏蔽線圈回路(64)。8、如權利要求7所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述基本上圓柱形的電介質線圈架(60)具有設置在所述遠端(68)的連接所述外和內圓柱形表面的喇叭形連接表面(72)，并且所述電流跳線(70)設置在所述喇叭形連接表面上。9、如權利要求4所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)限定有設置在所述數(shù)學上的初級圓柱形表面的相對側上的兩個指紋圖案，所述一組屏蔽線圈回路(64)限定有屏蔽各自兩個初級線圈指紋圖案的兩個指紋圖案。10、如權利要求4所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組屏蔽線圈回路(64)與所述電流跳線(70)—起用于將所述一組初級線圈回路(62)的殘余渦流效應減小到低于或大約1%。11、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述兩個或更多的電流跳線(70)包括兩對或更多對的電流跳線，每對電流跳線連接所述一組初級線圈回路(62)的不完整的初級線圈回路和所述一組屏蔽線圈回路(64)的不完整的屏蔽線圈回路，每對電流跳線連接不同對的不完整的初級和屏蔽線圈回路。12、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)限定有設置在所述所選區(qū)域的相對側上的兩個指紋圖案，并且所述一組屏蔽線圈回路(64)限定有屏蔽各自兩個初級線圈指紋圖案的兩個指紋圖案。13、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)包括至少一個未通過電流跳線與所述一組屏蔽線圈回路(64)中的任何回路電連接的回路。14、如權利要求13所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組屏蔽線圈回路(64)包括至少一個未通過電流跳線與所述一組初級線圈回路(62)中的任何回路電連接的回路。15、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組屏蔽線圈回路(64)與所述電流跳線(70)—起用于將所述一組初級線圈回路的殘余渦流效應減小到低于或大約1°/。。16、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)和所述一組屏蔽線圈回路(64)配置為通過單個驅動電流串聯(lián)地驅動，并且所述兩個或更多的電流跳線(70庫本上減小了由所述驅動電流引起的所述橫向磁場梯度線圈的電感。17、如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)包括至少一些完整的初級回路和至少一個不完整的初級回路，并且所述一組屏蔽線圈回路(64)包括與所述至少一個不完整的初級回路相對應的至少一個不完整的屏蔽回路，并且所述兩個或更多的電流跳線(70)包括連接每對相對應的不完整的初級和不完整的屏蔽回路的端部的一對電流跳線。18、如權利要求17所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組屏蔽線圈回路(64)還包括至少一個完整的屏蔽回路。19、如權利要求17所述的橫向磁場梯度線圈，其中所述一組初級線圈回路(62)包括至少兩個不完整的初級回路，所述一組屏蔽線圈回路(64)包括至少兩個不完整的屏蔽回路，并且設置在所述遠端(68)的所述兩個或更多的電流跳線(70)包括設置在所述遠端(68)的四個或更多的電流跳線(70)。20、一種磁共振掃描儀，包括在所選區(qū)域內產生靜態(tài)磁場的靜態(tài)磁鐵(20);如權利要求1所述的橫向磁場梯度線圈(30)，其相對于所述所選區(qū)域非對稱地設置并用于在所述所選區(qū)域中產生磁場梯度；以及射頻激勵系統(tǒng)(32，36)，其配置為在所述所選區(qū)域中激發(fā)磁共振。21、一種產生橫向磁場梯度的方法，所述方法包括-產生環(huán)繞限定有軸的圓柱形線圈體積的初級電流密度空間分布，所述初級電流密度空間分布在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域在所述圓柱形線圈體積中非對稱地定位為相對較靠近所述圓柱形線圈體積的工作端(66)且相對較遠離所述圓柱形線圈體積的遠端(68);在所產生的初級電流密度空間分布的外部產生屏蔽電流密度空間分布，所述屏蔽電流密度空間分布基本上屏蔽所述初級電流密度空間分布；以及在多個間隔分開的點(70)處或者在所述圓柱形線圈體積的所述遠端(68)處空間延伸的區(qū)域內連接所述初級和屏蔽電流密度空間分布，所述連接使得所產生的初級電流密度空間分布的軸向電流密度分量在所述圓柱形線圈體積的所述遠端(68)處非零。22、如權利要求21所述的方法，其中所述產生操作包括使驅動電流流過設置在所述圓柱形線圈體積周圍的初級線圈回路(62)和屏蔽線圈回路(64)，并且所述連接包括通過設置在所述圓柱形線圈體積的所述遠端(68)處的間隔分開的跳線導體(70)連接所選的初級線圈回路和所選的屏蔽線圈回路，使得電流通過一個所述跳線從一個所述初級回路流入一個所述屏蔽回路，并通過第二個所述跳線從該一個所述屏蔽回路流入另一初級回路。全文摘要一種橫向磁場梯度線圈包括限定有線圈工作端(66)和線圈遠端(68)的一組初級線圈回路(62)。所述一組初級線圈回路被配置為在所選區(qū)域中產生磁場梯度，所述所選區(qū)域非對稱地設置為相對較靠近所述線圈工作端且相對較遠離所述線圈遠端。一組屏蔽線圈回路(64)設置在所述一組初級線圈回路的外部并且配置為基本上屏蔽所述一組初級線圈回路。兩個或更多的電流跳線(70)設置在所述遠端。每個電流跳線將所述一組初級線圈回路的不完整回路與所述一組屏蔽線圈回路的不完整回路電連接。文檔編號G01R33/385GK101454686SQ200780018924公開日2009年6月10日申請日期2007年5月9日優(yōu)先權日2006年5月25日發(fā)明者G·D·德梅斯泰,M·A·莫里希,S·M·施瓦茨曼申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司