磁共振成像装置
阅读：264发布：2020-05-11
专利汇可以提供磁共振成像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 磁共振成像 装置以及RF线圈。在磁共振成像装置中，在RF线圈具备多个导电部件和与这些多个导电部件连接的 电路 元件的情况下，将各导电部件的至少一部分形成为分散从电路元件发生的热的厚度。另外，在磁共振成像装置中，构成为具备使冷却空气在RF线圈中具备的电路元件的表面上流通的冷却单元。，下面是磁共振成像装置专利的具体信息内容。
1.一种磁共振成像装置，具备：
RF线圈，该RF线圈具有多个导电部件和与上述多个导电部件连接的电路元件，该RF线圈至少进行针对设置于静磁场中的被检体的高频磁场的发送，该磁共振成像装置的特征在于，还具备：
冷却部，沿着多个上述电路元件使冷却空气在上述电路元件的表面上流通。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于，还具有：
引导部，该引导部在上述RF线圈的表面上形成上述冷却空气的流路，以使得上述冷却空气沿着上述电路元件流动。
3.根据权利要求1或者2所述的磁共振成像装置，其特征在于，
上述冷却部通过向上述RF线圈的表面送入空气，使得上述冷却空气流通。
4.根据权利要求1或者2所述的磁共振成像装置，其特征在于，
上述冷却部通过吸出上述RF线圈的表面的空气，使得上述冷却空气流通。
5.根据权利要求2所述的磁共振成像装置，其特征在于，
上述引导部形成使上述冷却空气沿着上述RF线圈的环状部具有的多个电路元件流通的流路、以及使上述冷却空气沿着上述RF线圈的横档部具有的多个电路元件流通的流路，上述冷却部以通过沿着上述环状部具有的多个电路元件使上述冷却空气流通的流路后再通过沿着上述横档部具有的多个电路元件使上述冷却空气流通的流路的方式使上述冷却气体流通。
6.根据权利要求2所述的磁共振成像装置，其特征在于，
上述引导部形成使上述冷却空气沿着上述RF线圈的环状部具有的多个电路元件流通的流路、以及使上述冷却空气沿着上述RF线圈的横档部具有的多个电路元件流通的流路，上述冷却部以通过沿着上述横档部具有的多个电路元件使上述冷却空气流通的流路后再通过沿着上述环状部具有的多个电路元件使上述冷却空气流通的流路的方式使上述冷却气体流通。
7.根据权利要求1或者2所述的磁共振成像装置，其特征在于，
上述RF线圈具备：
环状部，是被形成为环状的导电部件；
横档部，是被形成为矩形状的金属导电部件，该横档部与上述环状部连接；以及线圈支撑部，被形成为圆筒状，支撑上述环状部和上述横档部，
以跨过在上述环状部和上述横档部中形成的间隙的方式连接上述电路元件。
磁共振成像装置
[0002] 本发明享有2007年11月22日申请的日本专利申请号2007－303003、以及2008年10月22日申请的日本专利申请号2008－272463的优先权的利益，并在本申请中引用这些日本专利申请的全部内容。
技术领域
[0003] 本发明涉及磁共振成像（imaging）装置以及RF（Radio Frequency，射频）线圈，特别涉及可以抑制在RF线圈的周边产生的热的磁共振成像装置以及RF线圈。
背景技术
[0004] 磁共振成像装置是对设置于静磁场中的被检体施加高频磁场，并检测由于该高频磁场而从被检体发生的磁共振信号来对图像进行重构的装置。这样的磁共振成像装置具有向被检体施加高频磁场，进而检测从被检体发生的磁共振信号的RF线圈。该RF线圈中，有使用单一的线圈来进行高频磁场的施加和磁共振信号的检测的发送接收兼用的线圈、以及使用不同的发送用和接收用的线圈进行各自的动作的线圈。
[0005] 一般来讲，RF线圈是使用铜箔等薄的导电部件形成的，在该导电部件上，连接有用于对RF线圈的动作进行控制的规定的电路元件。例如，在RF线圈上，连接有用于使高频磁场的频率与共振频率调谐的共振电路中包含的电容器（capacitor）、和在RF线圈为发送接收兼用的情况下成为用于在发送/接收这两个模式间切换动作模式（mode）的开关（switch）的PIN（P－Intrinsic－N）二极管等。
[0006] 这些电路元件如果被供给电流则发热，所以在使磁共振成像装置工作时，在RF线圈的周边产生热。该热有可能传递至被检体。因此，在磁共振成像装置的工作中，需要恰当地冷却RF线圈周边的热。因此，提出了如下的技术：通过在磁共振成像装置中设置冷却装置，并使用该冷却装置向RF线圈周边等有可能发热的位置送入冷却空气，而冷却在磁共振成像装置内发生的热（例如参照日本特开平8－322815号公报）。
[0007] 但是，在RF线圈的周边，由于各种电路元件的发热而局部性地发生热，所以仅通过如以往那样简单地对RF线圈送入冷却空气，有时无法高效地抑制发热。在对体重较重的被检体进行摄影的情况等需要向RF线圈供给大的电流的情况下，常常发生该现象。
发明内容
[0008] 本发明的一个方式的磁共振成像装置具备向设置于静磁场中的被检体施加高频磁场的RF线圈，上述RF线圈具有多个导电部件和与上述多个导电部件连接的电路元件，上述导电部件的至少一部分被形成为满足分散从上述电路元件发生的热的厚度、分散从上述电路元件发生的热的形状、和分散从上述电路元件发生的热的材质中的任意一个或多个条件。
[0009] 另外，本发明的其它方式的RF线圈具备于磁共振成像装置，该RF线圈向设置于静磁场中的被检体施加高频磁场，具有多个导电部件和与上述多个导电部件连接的电路元件，上述导电部件的至少一部分被形成为满足分散从上述电路元件发生的热的厚度、分散从上述电路元件发生的热的形状、和分散从上述电路元件发生的热的材质中的任意一个或多个条件。附图说明
[0010] 图1是用于说明本实施例的MRI装置的整体结构的图。
[0011] 图2是示出本实施例的RF线圈的结构的图。
[0012] 图3是示出梯级（rung）部与电路元件的连接位置的图。
[0013] 图4是示出环状（ring）部与电路元件的连接位置的图。
[0014] 图5是示出由导流（guide）部形成的流路以及冷却空气流的图（1）。
[0015] 图6是示出由引导部形成的流路以及冷却空气流的图（2）。
具体实施方式
[0017] 以下参照附图，对本发明的磁共振成像装置以及RF线圈的优选的实施例进行详细说明。另外，以下，将磁共振成像装置称为“MRI（Magnetic Resonance Imaging）装置”。
[0018] 首先，对本实施例的MRI装置的整体结构进行说明。图1是用于说明本实施例的MRI装置的整体结构的图。如图1所示，该MRI装置100具有静磁场磁铁110、倾斜磁场线圈120、RF线圈130、倾斜磁场电源141、发送部142、接收部143、时序（sequence）控制装置150、床装置160和计算机（computer）170。
[0019] 静磁场磁铁110是形成为筒状的磁铁，利用从静磁场电源（未图示）供给的电流，在配置有被检体P的筒内部的空间发生静磁场。
[0020] 倾斜磁场线圈120是配设在静磁场磁铁110的内侧的线圈，利用从倾斜磁场电源141供给的电流，在静磁场磁铁110的内侧发生沿着相互正交的x、y、z这3个方向强度变化的倾斜磁场。
[0021] RF线圈130是在静磁场磁铁110的开口部内被配设成与被检体P对向的发送接收兼用的线圈，从发送部142接收高频脉冲的供给而对被检体P施加高频磁场，并且接收由于励磁而从被检体P的氢原子核释放的磁共振信号。将在后面详细说明这样的RF线圈130的结构。
[0022] 另外，上述静磁场磁铁110、倾斜磁场线圈120以及RF线圈130分别搭载于未图示的架台装置上。
[0023] 倾斜磁场电源141是根据来自时序控制装置150的指示，向倾斜磁场线圈120供给电流的电源。
[0024] 发送部142是根据来自时序控制装置150的指示，向RF线圈130发送RF脉冲（pulse）的装置。
[0025] 接收部143对时序控制装置150发送通过检测由RF线圈130接收到的磁共振信号并对所检测出的磁共振信号进行数字（digital）化而得到的原始数据（data）。
[0026] 时序控制装置150是通过在计算机170的控制下对倾斜磁场电源141、发送部142以及接收部143分别进行驱动而进行被检体P的扫描（scan）的装置，如果进行了扫描的结果，从接收部143发送了原始数据，则向计算机170发送该原始数据。
[0027] 床装置160具备载置有被检体P的顶板161，将顶板161与被检体P一起向处于设置在架台装置上的开口部内的摄像区域移动。
[0028] 计算机170是控制MRI装置100整体的装置，具有：输入部，从操作者接收各种输入；时序控制部，根据从操作者输入的摄像条件使时序控制装置150执行扫描；图像重构部，根据从时序控制装置150发送的原始数据重构图像；存储部，存储所重构的图像等；显示部，显示所重构的图像等各种信息；以及根据来自操作者的指示对各功能部的动作进行控制的主控制部等。
[0029] 另外，虽然在图1中省略了图示，但MRI装置100具有管道（duct）以及风扇（fan），作为用于使冷却空气在RF线圈130所具有的电路元件的表面流通的冷却部。将在后面详细说明这样的冷却部。
[0030] 接下来，对本实施例的RF线圈130的结构进行说明。另外。此处，对将圆拱（birdcage）型的线圈用作RF线圈130的情况进行说明。图2是示出本实施例的RF线圈130的结构的图。如图2所示，该RF线圈130具有线圈支撑部131、两个环状部132、多个横档部133以及二个引导部134。
[0031] 线圈支撑部131是形成为圆筒状的支撑部件（绕线筒（bobbin）），支撑后述的环状部132、横档部133、引导部134等，以使它们分别保持于规定的位置。
[0032] 二个环状部132分别是使用铜箔132a形成为环状的导电部件。各环状部132被分别被设置成环的中心轴一致、并且其间离开规定的距离。
[0033] 多个横档部133分别是使用铜箔133a形成为矩形形状的导电部件。各横档部133分别隔开规定的间隔而设置，以连接二个环状部132之间。
[0034] 在这些环状部132以及横档部133上，分别连接有用于对RF线圈130的动作进行控制的规定的电路元件。作为该电路元件，例如有PIN二极管和电容器等，向环状部132连接电容器、向横档部133连接PIN二极管，或者与此相反地，向环状部132连接PIN二极管、向横档部133连接电容器。以下，将这些PIN二极管和电容器总称为“电路元件”而进行说明。
[0035] 图3是示出横档部133与电路元件的连接位置的图。如图3所示，例如在横档部133上形成有裂缝状的间隙（gap），以在长度方向的大致中心处分离铜箔133a，以跨过各间隙的方式连接有多个电路元件133b。
[0036] 此处，如图3右侧的放大图所示，横档部133的铜箔133a被形成为电路元件133b的周边部厚。具体而言，铜箔133a被形成为具有比根据与对RF线圈130供给的高频电流的频率对应的表皮深度而决定厚度大的厚度。在实用上，导电部件的厚度一般被设为大于等于表皮深度的5倍。因此，例如，以厚度再为其3倍左右（表皮深度的15倍左右）的方式，形成铜箔133a。
[0037] 人们知道，一般来讲如果使用了铜箔等金属的导电部件的厚度变大，则在导电部件内积蓄的热容量变大。因此，通过如上述说明的那样增大铜箔133a的厚度，从电路元件发生的热更多地向导电部件内分散，由此可以抑制RF线圈130的局部性地发生的热。
[0038] 另外，此处所称的“表皮深度”是指，在导电部件内流过高频电流时高频电流所流过的深度。人们知道，在高频电流流过导体的情况下，所流过的电流集中于导体的表面。该现象被称为“表皮效应（skin effect）”，在高频电流由于表皮效果而集中于表面的情况下，该电流所流过的深度被称为“表皮深度（skin depth）”。该表皮深度是根据导体的材质和高频的频率等而决定的，频率越高，该表皮深度越浅。因此，RF线圈中的导电部件的厚度是根据表皮深度决定的（例如，大于等于表皮深度的5倍）。
[0039] 图4是示出环状部132与电路元件的连接位置的图。如图4所示，例如，在环状部132上以规定的间隔形成有多个间隙，以跨过各间隙的方式连接有多个电路元件132b。
[0040] 因此，如图4右侧的放大图所示，环状部132的铜箔132a被形成为与电路元件132b连接的连接位置的周围部分与其它部分相比局部地变厚。具体而言，铜箔132a被形成为与电路元件132b连接的连接位置的周围部分并非一样，而局部地具有比根据与对RF线圈130供给的高频电流的频率对应的表皮深度决定的厚度更大的厚度。
[0041] 一般来讲，在RF线圈中，如果增大导电部件的厚度，则由于倾斜磁场而在RF线圈中产生的涡流（Eddy－Current）的影响变大。因此，优选尽可能减小导电部件的厚度。因此，如图4右侧的放大图所示，通过与其它部分相比局部性地增大与电路元件连接的连接位置的周围部分的厚度，可以抑制涡流的影响，并且可以高效地抑制从电路元件发散的热。
[0042] 另外，近年来，在临床应用中使用3特斯拉（tesla）MRI装置，而在其它用途中使用发生更高的静磁场的MRI装置。在这些MRI装置中，伴随静磁场强度的增加，还需要提高对被检体施加的高频磁场的频率、即对RF线圈供给的高频电流的频率。如上所述，如果频率变高，则高频电流所流过的表皮深度变浅，所以可以减小导电部件的厚度。
[0043] 但是，另一方面，如果高频电流的频率变高，则一般来讲电流元件的发热量变大，所以为了分散热而需要增大导电部件的厚度。因此，在静磁场强度高的MRI装置中，RF线圈使用被形成为与电路元件连接的连接部分的厚度与除此以外的部分的厚度之差变大的导电部件而构成。
[0044] 另外，无需一定要使横档部133的铜箔133a的厚度与环状部132的铜箔132a的厚度一致。通常，由电路元件发生的热量根据电路元件的种类和结构等而不同，所以也可以根据所连接的电路元件的种类来改变各自的铜箔的厚度。
[0045] 由此，如果针对电路元件的每个种类调整导电部件中的电路元件周边部的厚度，则可以大致均匀地使RF线圈130所具备的多个电路元件的温度上升的速度一致。因此，例如，在为了检测RF线圈130的温度上升而需要测量各电路元件的温度上升的情况下，可以仅通过测量一部分电路元件的温度上升而还推测出其它电路元件的温度上升，可以高效地测量各电路元件的温度。
[0046] 另外，此处，对在横档部133的铜箔133a和环状部132的铜箔132a等中，局部性地增大连接有电路元件的位置的周边部的厚度的情况进行了说明，但还可以根据电路元件的种类改变增大了厚度的部分的材质、形状、表面积的大小。在改变材质的情况下，例如，使用其它金属膜覆盖铜箔表面。另外，在改变形状的情况下，例如将增大了厚度的部分的表面形成为波型，或者在表面形成槽。这样，通过改变导电部件的材质、形状、表面积的大小，可以与改变厚度的情况同样地，调整电路元件的温度上升等。
[0047] 这样，通过将导电部件的至少一部分形成为满足分散从上述电路元件发生的热的厚度、分散从上述电路元件发生的热的形状、分散从上述电路元件发生的热的材质、和分散从上述电路元件发生的热的表面积的大小中的任意一个或多个条件，可以抑制由于各种电路元件的发热而在RF线圈130的周边局部地发生的热。
[0048] 另外，上述厚度、形状、材质、表面积的大小可以根据电路元件的种类而决定。
[0049] 返回到图2，引导部134是在RF线圈130的表面上形成冷却空气的流路的环状的部件。具体而言，如图2所示，在一个环状部132与横档部133的中央部之间、以及另一个环状部132与横档部133的中央部之间，分别沿着RF线圈130的圆周方向设置该引导部134。另外，在这些引导部134的一部分中，分别设置有规定宽度的切口部134a。
[0050] 另外，虽然在此处省略了图示，但在RF线圈130的外侧，以覆盖RF线圈130的方式形成有圆筒状的孔管（bore tube）。因此，通过设置引导部134，在RF线圈130的表面上形成由线圈支撑部131和孔管夹住、并且由引导部134隔开的空间。该空间成为冷却空气在RF线圈130的表面流过时的流路。通过这样形成流路，在RF线圈130的表面上，沿着各电路元件流过冷却空气。
[0051] 图5以及图6是示出由引导部134形成的流路以及冷却空气流的图。具体而言，如图5所示，由各引导部134分别形成沿着一个环状部132所具有的多个电路元件132b流过的第一流路（参照图5所示的（1））、沿着另一个环状部132所具有的多个电路元件132b流过的第二流路（参照图5所示的（2））、以及沿着多个电路元件133b流过的第三流路（参照图5所示的（3））。
[0052] 另外，在图5中，管道181以及风扇182是用于使冷却空气在RF线圈130中具备的电路元件的表面流通的冷却部。管道181是在RF线圈130的附近设置的排气口183与风扇182之间安装的排气管。例如，在RF线圈130内的下方设置的顶板轨道部（将顶板161支撑成可以沿着水平方向移动的支撑部）的下侧，沿着该顶板轨道部安装该管道181。
[0053] 另外，风扇182是经由管道181吸引空气的吸引装置。在放置了MRI装置100的屏蔽室之外设置有该风扇182。这样，通过在屏蔽室外设置风扇182，可以防止由于风扇182的电气系统的影响而在RF线圈130所接收的信号中混入噪声（noise）的现象。
[0054] 此处，当例如如图5所示，在第三流路的附近设置有排气口183的情况下，如果驱动风扇182，则经由管道181吸出RF线圈130表面的空气，而发生流过第三流路的冷却空气的风。由此，冷却空气沿着各横档部133所具有的电路元件133b流过。进而，经由设置于各引导部134的切口部134a，空气从第一以及第二流路流向第三流路。由此，冷却空气沿着各环状部132所具有的电路元件132b流过。
[0055] 这样，利用引导部134在RF线圈130的表面上形成冷却空气的流路，以使通过管道181以及风扇182流通的冷却空气沿着电路元件的表面流过，所以可以高效地冷却由各电路元件发生的热。
[0056] 另外，一般来讲，在RF线圈130中，在环状部132中设置有多个电容器，在横档部133中设置有多个PIN二极管。或者，与此相反地，在环状部132中设置有多个PIN二极管，在横档部133中设置有多个电容器。或者，在环状部132、横档部133的任意一方或两方中，设置有电容器以及PIN二极管。
[0057] 由于这样的结构，例如在设置于环状部132的电路元件132b与设置于横档部133的电路元件133b之间存在发热量之差。在该情况下，上述的冷却空气以冷却了发热量大的电路之后冷却发热量小的电路的表面的方式流过，从而作为RF线圈130整体，冷却效率进一步变高。
[0058] 因此，例如，在设置于环状部132的电路元件132b的发热量大于设置于横档部133的电路元件133b的发热量的情况下，如图5所示使冷却空气流通。即，冷却空气在沿着设置于环状部132的电路元件132b流过之后（参照图5所示的（1）以及（2）），沿着设置于横档部133的电路元件133b流过（参照图5所示的（3））。
[0059] 另一方面，在设置于横档部133的电路元件133b的发热量大于设置于环状部132的电路元件132b的发热量的情况下，如图6所示，在环状部132的附近分别设置排气口283。由此，冷却空气在沿着设置于横档部133的电路元件133b流过之后（参照图6所示的（1）），沿着设置于环状部132的电路元件132b流过（参照图6所示的（2）以及（3））。
[0060] 这样，在RF线圈130具备第一电路元件和发热性高于第一电路元件的第二电路元件的情况下，冷却部以在通过了第二电路元件的表面之后通过第一电路元件的表面的方式使冷却空气流通，从而可以高效地冷却RF线圈130整体。
[0061] 另外，此处，对在设置于环状部132的电路元件132b与设置于横档部133的电路元件133b之间存在发热量之差的情况进行了说明，但即使在两个电路元件之间存在所容许的发热温度的上限值之差的情况下，也可以通过与上述同样地改变冷却空气的流路，而高效地冷却RF线圈130整体。
[0062] 另外，此处，作为用于使冷却空气流通的方法，对使用吸引装置（风扇182）吸引空气的情况进行了说明，但也可以相反地通过送入空气而使冷却空气流通。在该情况下，使用经由管道181送入空气的送气装置。作为用于使冷却空气流通的装置，也可以使用吸引装置和送气装置中的任意一个，但在考虑到空气的流通效率的情况下，优选使用吸引装置。
[0063] 如上所述，在本实施例中，RF线圈130具备多个导电部件和与各个这些多个导电部件连接的电路元件，各导电部件将其至少一部分形成为分散从电路元件发生的热的厚度，所以可以向导电部件内分散从电路元件发生的热，可以抑制由于各种电路元件的发热而在RF线圈130的周边局部性地发生的热。
[0064] 另外，在本实施例中，MRI装置100构成为具备使冷却空气在RF线圈130中具备的电路元件的表面流通的冷却部，所以无需如以往那样将冷却空气吹到RF线圈130整体，而可以直接冷却发热的电路元件，可以抑制由于各种电路元件的发热而在RF线圈130的周边局部性地发生的热。
[0065] 以上，以本实施例的MRI装置100的结构为中心进行了说明，最后，根据实验结果示出该MRI装置100的有效性。图7是示出RF线圈中的铜箔的厚度、有无送风以及电路元件周边的温度变化的关系的曲线图。
[0066] 在该图中，示出了在WB（整体（whole body））线圈的表面上设置了引导部的MRI装置中，在将铜箔的厚度减小的情况/增大的情况下，在有送风/无送风的条件下测量的电路元件周边的温度变化，具体而言，示出分别测量将铜箔的厚度设为0.03mm时的PIN二极管周边的铜箔的温度变化、将铜箔的厚度设为0.3mm时的PIN二极管周边的铜箔的温度变化、以及放置了MRI装置的屏蔽室（shield room）内的温度变化而得到的结果。
[0067] 如该图所示，通过将铜箔的厚度从0.03mm变更成0.3mm，PIN二极管周边的温度降低了8.2度。另外，在驱动风扇而进行了空气的吸引的情况下，PIN二极管周边的温度进一步降低11.1度。从该结果也可知，本实施例的MRI装置实际上可以抑制由于电路元件的发热而在RF线圈的周边局部性地发生的热。
[0068] 另外，在本实施例中，对MRI装置具备增大了厚度的导电部件（铜箔）和冷却部这2方的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以仅具备其中的任一方。在仅具备任一方的情况下，根据上述的实验结果可知，也可以得到作为目的的效果。
[0069] 另外，在本实施例中，对圆拱型的RF线圈进行了说明，但本发明不限于此，同样也可以应用于鞍型、螺旋（solenoid）型、槽型谐振器（slot resonator）型等其它形状的RF线圈。
[0070] 另外，在本实施例中，对RF线圈所具有的导电部件为铜箔的情况进行了说明，但本发明不限于此，还可以同样地应用于导电部件为金、银等其它金属的情况。
[0071] 如上所述，本发明的磁共振成像装置以及RF线圈当抑制在RF线圈的周边发生的热的情况下是有用的，特别适用于抑制由于RF线圈所具有的电路元件而局部性地发生的热的情况。
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