專(zhuān)利名稱(chēng)：用于mri的寂靜梯度線圈設(shè)計(jì)中的主動(dòng)聲學(xué)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在磁共振成像(MRI)中的聲寂靜梯度線圈設(shè)計(jì)。
磁性梯度線圈是用于NMR成像(P.Mansfield P.和P.G.Morris，生物醫(yī)學(xué)中的NMR成象。Academic Press，NY.(1982))以及用于包括擴(kuò)散分析與流動(dòng)的一系列應(yīng)用場(chǎng)合的前提。在NMR成象中，與結(jié)合較高靜磁場(chǎng)強(qiáng)度的迅速梯度轉(zhuǎn)移相關(guān)聯(lián)的聲噪在最好的情況下是一種刺激因素，而在最壞的情況下會(huì)傷害病人。借助護(hù)耳器可為成人和兒童提供某種程度的保護(hù)，不過(guò)，對(duì)于胚胎掃描和在各種獸醫(yī)應(yīng)用場(chǎng)合之中，聲學(xué)防護(hù)如果不是不可能，也是很困難的。
曾經(jīng)作過(guò)一些嘗試以改善聲噪問(wèn)題。比如，通過(guò)在橡膠軟墊上輕巧地安裝線圈、通過(guò)增大總的梯度組件的質(zhì)量(mass)和通過(guò)使用吸聲泡沫以消除聲音的吸收技術(shù)等。還提出過(guò)依靠在耳機(jī)中注入反相噪音以產(chǎn)生一局部化零域的聲噪消除技術(shù)。這些方法都與頻率和位置有關(guān)和有可能導(dǎo)致一些事故，那時(shí)不是消除噪音，而是倍增了噪音幅值。
本發(fā)明涉及一種新穎的方法，用于寂靜磁性梯度線圈設(shè)計(jì)中聲學(xué)輸出的主動(dòng)控制-今后簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為磁性線圈和磁性梯度線圈中的主動(dòng)聲學(xué)控制，這一方法變更了在非控制性主動(dòng)聲學(xué)屏蔽中所獲得的關(guān)于音噪問(wèn)題的原因(P.Marsfield，B.Chapman，P.Glover和R.Bowtell，國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)，No.PCT/GB94/01187；優(yōu)先權(quán)文件第9311321.5號(hào)，優(yōu)先權(quán)日1993年6月2日；P.Mansfield，P.Glover和R.Bowtell，“主動(dòng)聲學(xué)屏蔽MRI中寂靜梯度線圈的設(shè)計(jì)原理”，Meas.Sci.Technol.5，1021-1025(1994)；P.Mansfield，B.L.WChapman，R.Bowtell，P.Glover，R.Coxon和P.R.Harvey，“主動(dòng)聲學(xué)屏蔽通過(guò)平衡洛侖茲力以減小梯度線圈中的噪音”，Magn.Reson.Med.33，276-281(1995))并在噪音抑制方面作了相當(dāng)大的改進(jìn)。
本發(fā)明提供一種主動(dòng)聲控的磁性線圈裝置，適合于置放在一靜磁場(chǎng)之中，此線圈包括多條第一導(dǎo)線和多條至少第二導(dǎo)線，第一和至少第二導(dǎo)線借助于具有預(yù)定聲傳輸特征的至少一個(gè)材料板塊以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)，并且其中第一和至少第二導(dǎo)線以預(yù)定距離間隔開(kāi)來(lái)，第一電流供給裝置，用于向所述第一導(dǎo)線供給一第一交變電流；至少一第二電流供給裝置，用于向所述至少第二導(dǎo)線供給至少一第二交變電流，所述第一和至少第二電流的特征在于，它們具有不同的和變化的幅值以及不同的和變化的相對(duì)相位，這些特點(diǎn)都由材料的聲學(xué)特征并由其幾何狀況和該預(yù)定距離來(lái)確定。
第一和第二電流供給裝置可以包括用于供給具有可控形狀的各電流波形的裝置，所述各電流波形被定形以適合機(jī)械聯(lián)接材料波傳播性質(zhì)特征。各電流可以是矩形或梯形波形，而在這些情況下，第二電流波形將相對(duì)于第一電流波形滯后?！敖蛔儭币辉~因而延伸到包括矩形和梯形波形，而“可變的相對(duì)相位”一語(yǔ)延伸到包括一滯后的第二波形。
第二波形的前沿和尾沿將在時(shí)間上滯后并相應(yīng)地予以成形，以便依靠使波形匹配于到達(dá)聲波運(yùn)行所通過(guò)的材料板塊遠(yuǎn)端上的波形，來(lái)適配機(jī)械聯(lián)接的材料的波傳播性質(zhì)特征。
最好的是，第二電流的幅值計(jì)算出來(lái)是第一電流幅值的某一確定的比值，此確定的比值是第一和第二導(dǎo)線間隔距離和聯(lián)接材料的聲傳輸特性二者的函數(shù)。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，第一導(dǎo)線構(gòu)成一外部環(huán)路，而第二導(dǎo)線構(gòu)成一內(nèi)部重入環(huán)路。
最好的是，內(nèi)部重入環(huán)路包括由一較短接頭部分連接起來(lái)的第一和第二基本上平行的路徑部分，該第一和第二部分埋置在第一和第二隔離材料板塊之中，各板塊是以機(jī)械方式聯(lián)接在一起的。
最好的是，聯(lián)接部分可以包括一帶有按等間距設(shè)置以隔開(kāi)第一和第二板塊的各間隔器的氣隙。
另外，機(jī)械聯(lián)接部分可采用一種適當(dāng)?shù)鸟詈喜牧稀?br> 最好的是，耦合材料是一種聚合物材料或橡膠，可以是不同于和軟于那種用以支承第一導(dǎo)線或外部環(huán)路的材料的材料。
本發(fā)明還提供一種設(shè)計(jì)主動(dòng)聲控磁性線圈裝置的方法，包括以下各步驟a)確定第一和第二基本上平行的導(dǎo)線路徑；b)確定一種具定預(yù)定特征的聲傳輸材料以封裹離開(kāi)一預(yù)定距離的第一和第二平行的導(dǎo)線；
c)確定第一交變電流，具有第一幅值與相位，流動(dòng)于第一平行導(dǎo)線路徑之中；d)確定第二交變電流，具有不同于所述第一幅值和相位的第二幅值和相位，流動(dòng)于第二平行導(dǎo)線路徑之中。
第二電流的幅值和相對(duì)相位是由該材料的聲學(xué)特性和其幾何狀況和該預(yù)定距離確定的。
在本發(fā)明中，基本上平行的各路徑可以是弧形的，比如在各矩形環(huán)路變形為封閉的各弧段環(huán)路的時(shí)。“基本上平行”這一用語(yǔ)在本發(fā)明中定義為包括等距間隔開(kāi)來(lái)的各弧形路徑。
本發(fā)明還提供一種線圈結(jié)構(gòu)，包括在一含有第一和第二外部導(dǎo)線以及第一和第二內(nèi)部導(dǎo)線的、以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)的系統(tǒng)之中的、四條基本上平行的導(dǎo)線，每一第一和第二外部導(dǎo)線由帶有確定的聲傳輸特性的材料的第一和第二板塊以機(jī)械方法聯(lián)接于相應(yīng)的第一和第二內(nèi)部導(dǎo)線，且其中第一和第二板塊由一第三聲傳輸材料連接起來(lái)。
第一和第二板塊的材料可以等同于第三聲傳輸材料或可以具有不同的聲傳輸特性。
第三聲傳輸材料可以是空氣。
本發(fā)明還提供用于向第一和第二外部導(dǎo)線供以具有一第一確定幅值和相位的第一交變電流的裝置以及用于向第一和第二內(nèi)部導(dǎo)線供以具有一不同于第一交變電流的第二確定幅值和相位的第二交變電流的裝置。
本發(fā)明還提供用于為各主動(dòng)聲控磁性線圈供給致動(dòng)電流的設(shè)備，包括用于向磁性線圈供給一具有一第一相位的第一電流之第一線圈電流供給裝置，以及向該磁性線圈供給一具有一與第一電流不同的和可變的幅值、并具有一不同于第一電流的第二可變化相位的第二電流之第二線圈電流供給裝置。
此設(shè)備可以另外提供具有類(lèi)似波形但被一可變延時(shí)器延遲的脈中致動(dòng)電流。
最好的是，設(shè)置一分相器以控制第一和第二電流的各自相位。
最好的是，設(shè)置聲學(xué)反饋以監(jiān)測(cè)從線圈發(fā)出的聲音。
最好的是，線圈裝置還包括各主動(dòng)磁屏蔽線圈。
現(xiàn)在參照附圖通過(guò)范例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例，附圖中

圖1是一代表兩個(gè)耦合導(dǎo)體線素d1的簡(jiǎn)圖，兩線素的質(zhì)量m相等，攜帶的電流相等而相反。如果彈簧常數(shù)κ相等，則系統(tǒng)的質(zhì)心保持固定。此系統(tǒng)置于一可生成導(dǎo)致位移的作用力F的磁場(chǎng)B之中；圖2是一置于磁場(chǎng)B之中的攜帶電流I的矩形導(dǎo)體環(huán)路，致使環(huán)路平面正交于B，所有作用力F和F′是平衡的；圖3是(a)一處于同一平面中攜帶電流I1和I2的兩條平行的平直導(dǎo)線的簡(jiǎn)圖。導(dǎo)線以機(jī)械方式聯(lián)接于一剛性塊狀材料。導(dǎo)線平面安排得正交于與z軸一致的磁場(chǎng)B；(b)示于上圖(a)中的導(dǎo)線對(duì)的平面視圖。洛侖茲力F和F′擠壓材料板塊，使之變形，見(jiàn)虛線所示，以致聲音S從封裹固體的表面沿著±z軸發(fā)出；圖4是一包括兩個(gè)寬度為a、長(zhǎng)度為b(也見(jiàn)圖2)的矩形環(huán)路的測(cè)試線圈的平面視圖。各線圈間隔距離為x。各線圈的平面平行于B。陰影區(qū)表明由于圍封在樹(shù)脂中而造成的各線圈之間的機(jī)械聯(lián)接。每一線圈中的電流I1和I2一般是不等而相反的。注意，在與B平行的導(dǎo)體中的電流是不產(chǎn)生作用力的。兩個(gè)線圈沿y軸的長(zhǎng)度是b(未畫(huà)出)；圖5A是一測(cè)試線圈實(shí)驗(yàn)裝置的草圖，此裝置是從一種惠普(HewlettPackard)網(wǎng)絡(luò)分析器，經(jīng)由一分相器和分別提供電流I1和I2(相對(duì)相角為φ)的各獨(dú)立的Techron放大器，直至兩個(gè)線圈而被驅(qū)動(dòng)的。出自測(cè)試線圈的聲輸出由一拾音器檢測(cè)并回饋到網(wǎng)絡(luò)分析器中去；圖5B是一在以一種脈沖梯度模式操作時(shí)所需的輔助電子設(shè)備的方框圖；此裝置可以另外形成具有變動(dòng)波形的并由一變動(dòng)延時(shí)器予以延時(shí)的各脈中式驅(qū)動(dòng)電流；圖6是(a)圖5中測(cè)試線圈裝置的聲壓輸出大小Is(dB)與f的關(guān)系圖。接收拾音器置放在離開(kāi)線圈裝置的一個(gè)端面大約1米處。圖線是方程[12]在α＝θ＝0，而20log10A1＝80dB時(shí)的理論曲線。進(jìn)一步的詳情請(qǐng)見(jiàn)后文。各方塊表明當(dāng)I1＝-I2時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。各圓圈表明當(dāng)相位自180°情況變動(dòng)時(shí)Is的稍低數(shù)值。各三角塊表明Is的進(jìn)一步減少。Δ1對(duì)應(yīng)于電流I1自其初始值20A的增大，而Δ2對(duì)應(yīng)于電流I2自其初始值20A的減小。各Δ2點(diǎn)一般表明人們以理論上所能期望的在噪聲輸出方面的較大減少，(b)各圓形數(shù)據(jù)點(diǎn)的相角φ與f的關(guān)系圖。一旦此相位找盡，它在隨后I1和I2幅值的變動(dòng)中是保持不變的。直線是方程[12]的理論相位。更多的細(xì)節(jié)請(qǐng)見(jiàn)后文；圖7是一簡(jiǎn)圖，表明第n個(gè)各矩形電流環(huán)路四件體的平面視圖，此四件體出于一組安排得可以沿著x軸產(chǎn)生一磁場(chǎng)梯度的四件體。注意，在第n個(gè)四件體的各中心導(dǎo)線中的所有電流都具有同一方向。各線圈沿著y軸的長(zhǎng)度是bn(未畫(huà)出)；圖8表明(a)一攜帶電流I1的矩形導(dǎo)線環(huán)路和攜帶電流I2的第二重入環(huán)路的簡(jiǎn)圖。外和內(nèi)環(huán)路均支承在一聚合物基體之內(nèi)。環(huán)路平面配置得正交于磁場(chǎng)B，(b)以上圖8(a)的導(dǎo)線環(huán)路配置的平面視圖。每半部環(huán)路配置被固定在聚合物樹(shù)脂之中，而各半部之間的部分間隙填以同一材料使中間留有氣隙，或者整個(gè)間隙填以另一種材料，形成環(huán)路組件各半部的機(jī)械聯(lián)接。如圖所示，在此組件各半部之中的電流I1和I2是反相的，(c)極板兩半部的另一種機(jī)械聯(lián)接配置，容許拉伸以及壓縮網(wǎng)間作用力跨過(guò)間隙；圖9表明圖8中所示一類(lèi)雙矩形環(huán)路組件的平面視圖，兩環(huán)路配置得在區(qū)域O處形成一橫交于靜磁場(chǎng)B的磁場(chǎng)梯度。每一象限中的各外環(huán)路攜帶電流I1，而每一象限中的各重入內(nèi)環(huán)路攜帶電流I2。各導(dǎo)線固定于一種適當(dāng)?shù)木酆衔飿?shù)脂之中，各半部之間的間隙填以或是同一材料而留有中間氣隙，或是整個(gè)間隙填以另一種材料以隔開(kāi)每一象限的各半部；圖10表明圖4中所示一類(lèi)如圖所示攜帶電流I1和I2的以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)的各環(huán)路組件的平面視圖。此組件配置得可在區(qū)域O處產(chǎn)生一橫交于靜磁場(chǎng)B的磁場(chǎng)梯度；圖11表明(a)圖9中所示一類(lèi)梯度組中單一象限的立面?zhèn)纫晥D，但其中各矩形環(huán)路變形為如圖所示的各封閉弧線環(huán)路。外弧線環(huán)路攜帶電流I1而重入內(nèi)弧線環(huán)路攜帶電流I2。由于外環(huán)路是封閉的，所以I3＝I1。各導(dǎo)線固定在一種適當(dāng)?shù)木酆衔飿?shù)脂之中，在隔開(kāi)每一象限的各半部的間隙中具有或是同一材料而留有中間間隙，或是另一種材料，(b)一同心圓筒狀橫向線圈的端視圖，線圈帶有構(gòu)成一開(kāi)式環(huán)路結(jié)構(gòu)的指紋狀外觀的各分布開(kāi)來(lái)的繞線。設(shè)定線圈累積厚度t＜＜a，則平均圓筒半徑、電流I1和I2以及相對(duì)相角φ可以按照方程[26]予以確定。線圈支承在聚合物基體之中。導(dǎo)線細(xì)節(jié)，與填以或是同一材料而留有中間間隙或是另一種材料的間隙一起，以插圖方式畫(huà)出；圖12中各草圖表明用于取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種幾何形狀導(dǎo)線布局。(a)矩形屏板布局。(b)封閉弧線環(huán)路屏板布局。屏板尺寸示于簡(jiǎn)圖之中。每一屏板開(kāi)有2毫米的氣隙狹槽；圖13(a)包括許多帶有各間隔器(畫(huà)陰影者)的板的一梯度組的草圖。全部組件處于張力桿的壓緊之下。間隔材料是一種消聲材料，諸如橡膠、硫化橡膠或類(lèi)似材料。(b)一表明埋置的反繞冷卻管的間隔器的草圖。(c)一Y-梯度線圈板塊的草圖；圖14(a)對(duì)著在點(diǎn)O處的不同弧角的一開(kāi)式環(huán)路聲控線圈段的各電流路徑的草圖。(b)一帶有形成重入環(huán)路的聲屏的封閉弧線環(huán)路線圈段的導(dǎo)線路徑。沿著虛線AB開(kāi)有狹槽。
圖15是一攜帶電流、形成部分z-梯度組、半徑為a的聲控環(huán)帶的各電流路徑的草圖。此聲學(xué)屏蔽在一與初次環(huán)帶同軸共面的半徑為b的次級(jí)環(huán)帶中攜帶電流I2。所有導(dǎo)線或是嵌入或者模塑在由一種適當(dāng)聚合物樹(shù)脂制成的板塊里面。虛線表明在板塊上配裝導(dǎo)線。
圖16是一攜帶電流I1、半徑為a的導(dǎo)電環(huán)帶的另一種聲控裝置的草圖。包括在半徑b、b′處的導(dǎo)線的聲屏蔽具有各導(dǎo)線(虛線表示)之間的狹槽，帶有圖示的三個(gè)支承段以保持導(dǎo)線內(nèi)環(huán)路的整體性。電流下I2分別在半徑b、b′處流過(guò)導(dǎo)線。第三電流-I3流過(guò)半徑為c的外環(huán)帶。所有導(dǎo)線或是嵌入或者模塑到由一種適當(dāng)聚合物樹(shù)脂制成的板塊里面。內(nèi)、外虛線圓圈表示板塊支座尺寸。
圖17(a)表明攜帶電流I1半徑為a的一初級(jí)環(huán)帶的整體式磁性屏蔽和聲學(xué)屏蔽裝置的草圖。磁性屏蔽處于一半徑為c的圓筒上。聲學(xué)屏蔽置于初級(jí)線圈與磁性屏蔽之間，在半徑b、b′上的電流是±I2。在各聲學(xué)屏蔽導(dǎo)線之間是一連續(xù)的細(xì)槽。兩種不同的支承材料用以形成兩個(gè)分別具有特性v1、α1和v2、α2以及半徑和厚度為a、x1和b′、x2的同心環(huán)形圓筒。
(b)具有指紋狀(未畫(huà)出)外觀的一初級(jí)橫展式梯度線圈的整體式磁性屏蔽和聲學(xué)屏蔽裝置。初級(jí)線圈和聲學(xué)屏蔽的一半裝在一內(nèi)部圓筒形環(huán)形套筒之中。磁性屏蔽和聲學(xué)屏蔽的另一半裝在一外部圓筒形環(huán)形套筒之中，環(huán)形套筒的材料與內(nèi)部環(huán)形套筒的材料不同。兩個(gè)套筒是松動(dòng)聯(lián)接的。
所有導(dǎo)線或是嵌入各環(huán)形圓筒的各機(jī)加工狹槽之中，或是模塑到使用適當(dāng)聚合物樹(shù)脂的各圓筒里面；圖18是一表明圖12a中矩形板塊配置的聲輸出強(qiáng)度Is與f關(guān)系的圖線。各小方塊對(duì)應(yīng)于當(dāng)I1＝-I2時(shí)的數(shù)據(jù)。曲線是方程[14]在θ＝α＝0的情況下的理論表達(dá)曲線。各三角形表明當(dāng)聲學(xué)屏蔽調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí)輸出降低很多。注腳1對(duì)應(yīng)于I1＝10安培而I2是變動(dòng)的。注腳2對(duì)應(yīng)于I2＝10安培而I1是變動(dòng)的。這些數(shù)據(jù)表明在某些頻率下優(yōu)于-10分貝的剩余衰減。見(jiàn)方程[31和32]；圖19表明按照?qǐng)D18的數(shù)據(jù)相角φ隨f變化的圖線；圖20表明圖12b中弧段配置的聲輸出強(qiáng)度Is與f關(guān)系的圖線。各小方塊對(duì)應(yīng)于當(dāng)I1＝-I2時(shí)的數(shù)據(jù)。曲線是方程[14]在θ＝α＝0的情況下的理論表達(dá)曲線。注腳a和b分別指的是屏板材料，聚苯乙烯(polystyrene)或聚合的α-甲基丙烯酸甲酯(Perspex)。各三角形表明當(dāng)聲學(xué)屏蔽調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí)輸出減少很多。注腳1對(duì)應(yīng)于I1＝10安培而I2是變動(dòng)的。注腳2對(duì)應(yīng)于I2＝10安培而I1是變動(dòng)的。這些數(shù)據(jù)表明在某些頻率下大約是0分貝的剩余衰減，見(jiàn)方程[50和61]；圖21表明按照?qǐng)D20的數(shù)據(jù)相角φ隨f變化的圖線；圖22表明一具有初級(jí)半徑a和磁性屏蔽半徑b的以磁性方式屏蔽的主動(dòng)線圈的立面?zhèn)纫?實(shí)線)草圖。各聲學(xué)屏蔽的位置也以虛線畫(huà)出。初級(jí)線圈聲學(xué)屏蔽具有半徑f，而用于磁性屏蔽的聲學(xué)屏蔽具有半徑F。
本發(fā)明現(xiàn)在參照附圖予以說(shuō)明?；驹硪粩y帶電流I的導(dǎo)體線素1＝1η，置于均勻磁場(chǎng)B＝Bk，將承受單位長(zhǎng)度的洛侖茲力F＝Fζ，此力由下式給出F＝I1×B＝ζBIsinδ [1]其中δ是導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向之間的夾角，而η、 ζ和k分別是沿著導(dǎo)體方向、力方向和磁場(chǎng)方向的各和矢量。當(dāng)δ＝0時(shí)，F(xiàn)＝0，而當(dāng)δ＝90°時(shí)，F(xiàn)為最大。假如導(dǎo)體真能牢固地固定于一靜止不動(dòng)的線圈架，以致在被供電后它不會(huì)移動(dòng)或撓曲，則不會(huì)產(chǎn)生任何聲音。
在一實(shí)際的線圈裝置中，線圈架的質(zhì)量可以增大以期使其有效地靜止不動(dòng)。但在高速成像技術(shù)中目前用來(lái)生成各種梯度的很強(qiáng)靜磁場(chǎng)和很大電流的情況下，各種磁性力是如此之大，以致不可能造成一種有效地靜止不動(dòng)的質(zhì)量。
在最簡(jiǎn)單的形式下，主動(dòng)力平衡法采用一對(duì)以機(jī)械方式聯(lián)接的攜帶相等而相反的電流的平直平行導(dǎo)線。此種配置為一對(duì)導(dǎo)線線素示于圖1，每一線素的質(zhì)量為m，由耦合常數(shù)為κ的各彈簧聯(lián)接起來(lái)。通過(guò)各導(dǎo)線的平面設(shè)置得正交于磁場(chǎng)B。由主動(dòng)力平衡的各線圈利用以上主動(dòng)力平衡原理，考查一下圖2中一攜帶電流I并置于磁場(chǎng)B之中的矩形導(dǎo)體環(huán)路。假定線圈環(huán)路的平面正交于B磁場(chǎng)方向，各導(dǎo)線上的作用力F、F對(duì)于電流I的任何方向都是相等而相反的。如果這些力經(jīng)由一些無(wú)壓縮性的短柱和系桿聯(lián)系起來(lái)，所有的凈作用力是平衡的。此外，一切力矩，力偶以及因而轉(zhuǎn)矩都被消除了。
顯然，如果采用無(wú)壓縮性材料，各導(dǎo)線本身是不能移動(dòng)的。在這種情況下，在這樣一種線圈配置中將不會(huì)生成任何聲音。當(dāng)然，整個(gè)線圈結(jié)構(gòu)可以浸入或裝進(jìn)一種適當(dāng)?shù)乃苄詷?shù)脂或者開(kāi)槽置入一塊物料之中以便有效地以一短柱與系桿的連續(xù)體來(lái)代替各個(gè)短柱和系桿。壓縮性短柱一切固體材料都具有粘-彈性質(zhì)。這意味著，上述的噪音消除將具有某些局限，因?yàn)榭倳?huì)有各導(dǎo)體的某種殘余運(yùn)動(dòng)。各導(dǎo)體的突然運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)送一種穿過(guò)材料的帶有逐步衰減的振幅的壓縮波。這樣一種波的速度由下式給出v=(E/ρ)---[2]]]>其中E是楊氏模量，而ρ是材料的密度。
速度和波長(zhǎng)λ的關(guān)系是v＝fλ [3]
其中f是波的傳播頻率。聲學(xué)控制理論為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，考查圖3a中間隔距離為x并且由一段長(zhǎng)度b的塊料以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)的兩條平直的平行導(dǎo)線?？疾樵趦蓷l導(dǎo)線的位置處的此料塊的廣義壓縮/伸展位移?？疾楫?dāng)各導(dǎo)線由具有幅值I1、I2和相差φ的電流致動(dòng)時(shí)的情況。每一導(dǎo)線在固體中發(fā)出一平面聲波。這些波在各導(dǎo)線位置處引起一凈橫向聲源幅值A(chǔ)s，由下式給出AS＝A1eiωteikxe-αx＋A2ei(ωt＋φ)[4]其中A1和A2分別是每一導(dǎo)線位置處的初始波幅，分別正比于I1和I2，ω＝2πf，其中，f是線圈中所施加的致動(dòng)電流的頻率，k是聚合物塊料中的波傳播常數(shù)，由下式給出k＝2πf/V [5]而α是單位長(zhǎng)度波衰減量。假定這一橫向運(yùn)動(dòng)通過(guò)畫(huà)在圖3b中的塊料的傳導(dǎo)作用引起沿著z軸的與方程[4]相關(guān)形式的波傳播S。聲學(xué)測(cè)量可以使用或者一條或者兩條通電的導(dǎo)線作出。對(duì)于只有一條導(dǎo)線，未經(jīng)屏蔽的聲源幅值A(chǔ)s1由下式給出AS1＝A1′e2iπft[6]其中由于塊料潛在的宏觀平移，一般A1′≠A1。讓相角φ分解為兩個(gè)分量，由下式給出φ＝π＋θ [7]現(xiàn)在寫(xiě)出幅值A(chǔ)2為A2＝A1e-β[8]其中β是實(shí)數(shù)，從而因子eβ是一衰減項(xiàng)。因?yàn)锳1∝I1和A2∝I2，所以可以寫(xiě)出電流I2為I2＝I1e-β[9]由于I2處于實(shí)驗(yàn)控制之下，I2的變動(dòng)有效地引入一非零的β值。利用方程[7]和[9]，重寫(xiě)方程[4]為AS＝A1eiωt(eikxe-αx－eiθe-β)[10]當(dāng)β＝αx和改變相角，使θ＝kx時(shí)，可能使As＝0。θ和β二者都是以實(shí)驗(yàn)方式可以取得的量。以上各種可使方程[10]變?yōu)榱愕臈l件構(gòu)成了新穎的主動(dòng)聲學(xué)控制原理。在只是β＝αx的特定情況下，方程[10]給出AS＝A1eiωte-αxei(kx＋θ)/2[ei(kx-θ)/2－ei(kx-θ)/2]＝A1eiωte-αxei(kx＋θ)/22isin[(kx－θ)/2] [11]以分貝計(jì)的聲發(fā)射強(qiáng)度Is，對(duì)于這種配置因而正比于IS＝20log10{2A1e-αxsin[(kx－θ)/2]} [12]以分貝計(jì)的聲發(fā)射強(qiáng)度ISo，對(duì)于單根導(dǎo)線是ISo＝20log10[A1′][13]以分貝計(jì)的聲發(fā)射強(qiáng)度的相對(duì)衰減A，因而由下式給出A＝IS0－IS＝-20log10([2A1/A1′]e-αxsin[(2πfx/v－θ)/2]) [14]因而對(duì)于一給定的v和f，可以選擇θ以給出聲發(fā)射強(qiáng)度的相對(duì)噪音衰減的極值。這里指出，除了方程[14]中的θ以外，有許多其他會(huì)滿足無(wú)限衰減條件的數(shù)值。比如θ±nπ也會(huì)滿足此條件。當(dāng)然，如果α本身是頻率的一個(gè)函數(shù)，那就必需為f的每個(gè)值調(diào)整β。理論相角如果在固態(tài)物質(zhì)中的聲音傳播速度v，與頻率無(wú)關(guān)，在固體一側(cè)上觸發(fā)的一個(gè)聲音脈沖到達(dá)距離x處所耽誤的時(shí)間間隔τ由下式給出τ＝x/v [15]對(duì)于使方程[14]變?yōu)榱愕念l率f，裝置的相應(yīng)相角滯后因而是θ＝+ωτ±nπ＝+2πfτ±nπ[16]因此θ正比于f并且在f＝0時(shí)為零。代入總相角中的方程[7]，得出φ＝π(1±n)+2πfτ [17]在我們的情況下，由于硬件局限，n只能采取n＝0，±1各值，給出描述相角隨頻率變動(dòng)的三個(gè)方程式。
這種新穎的主動(dòng)聲學(xué)控制原理的簡(jiǎn)介意味著，聚合物樹(shù)脂或支承材料的選擇是無(wú)關(guān)緊要的。波傳播相角和波衰減的完全補(bǔ)償現(xiàn)在則是可能的。實(shí)驗(yàn)裝置為了試驗(yàn)以上在§5中形成的理論，制作了一種測(cè)試線圈裝置，包括兩只平行的平直矩形線圈，各自能夠由其具有電流I1和I2的本身電流源獨(dú)立地予以致動(dòng)。此裝置示于圖4的平面視圖之中。圖4中的各陰影區(qū)域封裝在固態(tài)聚苯乙烯之中，以便封圍攜帶主動(dòng)電流的各條導(dǎo)線。每一端部中的各導(dǎo)線因而表現(xiàn)為符合圖3a的平行的一對(duì)。第二對(duì)封裝起來(lái)的導(dǎo)線是每一單獨(dú)線圈的電流返回路徑的一部分。由于這一幾何配置，沿著B(niǎo)的方向流動(dòng)的各電流不承受任何勞倫茨力。如圖所示，聲音S沿著正交于每一塊料表面的方向發(fā)出。
各線圈每只由10圈導(dǎo)線制成，線圈尺寸是a＝40厘米和b＝40厘米。這兩只線圈共軸地安裝，其平面平行于B，隔開(kāi)7.5厘米。
圖5a的框圖電路表明實(shí)驗(yàn)裝置。它包括一部惠普網(wǎng)絡(luò)分析器(HP8751A)，它可提供AF源和接收到的訊號(hào)顯示。AF輸出經(jīng)由一分相器饋送給兩個(gè)Techron放大器。分相器提供兩個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)幅值和相對(duì)相角，即V1、φ1和V2、φ2的低壓AF訊號(hào)。各Techron輸出分別饋給測(cè)試裝置的每一線圈，測(cè)試裝置置放在一磁場(chǎng)之中，磁場(chǎng)沿著圖4中所示的方向。
從測(cè)試線圈發(fā)出的聲音由一駐極體拾音器(RS 250-485型)檢拾，此拾音器設(shè)置在正中(圖4的點(diǎn)P)、離開(kāi)發(fā)聲表面大約1米處。拾音器輸出通過(guò)一20分貝增益預(yù)放大器反饋給網(wǎng)絡(luò)分析器輸入R。網(wǎng)絡(luò)分析器也經(jīng)由其A和B輸入端用以以監(jiān)測(cè)電流幅值和相位。
為在脈沖模式中操作，圖5b的電路插進(jìn)圖5的電路的P、P′和Q、Q′各點(diǎn)之間。在這一配置中，開(kāi)關(guān)S1和S2關(guān)斷分相器輸入并開(kāi)通脈沖發(fā)生器PG1和PG2，它們對(duì)于各種非波散性導(dǎo)線支承材料可產(chǎn)生具有獨(dú)立地變化的幅值和形狀的成形輸出脈沖。這些脈沖此時(shí)可形成給予各梯度致動(dòng)放大器的一些輸入訊號(hào)。每一脈沖發(fā)生器經(jīng)由相對(duì)于一共同觸發(fā)輸入T可調(diào)節(jié)的延遲器D1和D2予以觸發(fā)-圖5(a)和(b)。一般地，D1可以調(diào)節(jié)到0而D2與PG2的脈沖幅值一起變動(dòng)以使聲噪輸出最少。對(duì)于聲學(xué)上波散的耦合材料，必需監(jiān)測(cè)到達(dá)支承塊料遠(yuǎn)側(cè)的波形。這一波形然后用于生成PG2輸出波形的幅值和形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖6(a)表明當(dāng)兩只線圈在一定條件下被供以正弦電流時(shí)實(shí)驗(yàn)的聲噪輸出數(shù)據(jù)。各方形數(shù)據(jù)點(diǎn)是在I1＝-I2＝20安培時(shí)得到的。理論曲線，方程[12]，也畫(huà)了出來(lái)，針對(duì)的情況是α＝0和θ＝0，而20Log10A1＝80dB，v＝0.975×103米/秒和x＝0.075米。v值選來(lái)作最佳擬合。對(duì)于聚苯乙烯，v的計(jì)算值處于(1.15－2.02)×103米/秒的范圍之內(nèi)。各□a點(diǎn)是由于Chladni共振或結(jié)構(gòu)屈曲模式所造成的虛假數(shù)據(jù)。為完整起見(jiàn)，它們被包含在內(nèi)，但均與壓縮波理論無(wú)關(guān)。
各圓形數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過(guò)從180°條件改變相角θ以得出一最少噪音輸出而獲得的。實(shí)驗(yàn)相角示于圖6(b)。直線是理論相角，即方程[17]，而τ＝83微秒，對(duì)應(yīng)于塊料中的聲速v＝0.9千米/秒。噪音輸出的進(jìn)一步降低是通過(guò)改變或是I1或是I2的幅值而獲得的。這一點(diǎn)與在方程[9]和[10]中引入一β的非零值是等效的。這些結(jié)果對(duì)應(yīng)于各三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)。參見(jiàn)方程[9和10]，可以看到，當(dāng)θ＝kx時(shí)，或是可以降低I2或是增大I1以使AS＝0。這就是說(shuō)，對(duì)于固定的β值，比值I2/I1＝eβ可以以兩種方式取得。注腳1是指對(duì)于I2＝20安培而增大I1，而注腳2是指當(dāng)I1＝20安培時(shí)降低I2。雖然所有的三角形只表明相當(dāng)大的噪音降低，但如所預(yù)期，各Δ2點(diǎn)給出最佳結(jié)果。
此實(shí)驗(yàn)過(guò)程是，首先設(shè)定相角，而后調(diào)節(jié)幅值。一種更好的方法，在這節(jié)中未予遵循，但隨后要用的是，重復(fù)這一過(guò)程以便優(yōu)化整個(gè)噪音衰減性能。數(shù)據(jù)的一種驚人的特點(diǎn)是，在大約5.5千赫處，噪音劇降達(dá)40分貝。這一頻率大致對(duì)應(yīng)于塊料的半波長(zhǎng)共振，此時(shí)聲音輸出通常為最大。聲輸出方向的巨大變化支持了方程[14]的理論預(yù)測(cè)并證實(shí)了我們的方法的根本上的正確性。我們提請(qǐng)注意，對(duì)于某種低損失材料，A會(huì)在較高各頻率處周期性地出現(xiàn)峰值。這一性能在我們使用聚苯乙烯作為封裝材料的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有觀察出來(lái)，因?yàn)棣痢?。其實(shí)，從利用方程[9]所測(cè)定的各β值中，我們發(fā)現(xiàn)了α隨以下頻率的微小變化f＝2.0千赫，β＝0.28，α＝3.76m-1；f＝3.0千赫，β＝0.47，α＝6.26m-1；f＝5.5千赫，β＝0.21，α＝2.76m-1。各梯度線圈一般原理為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將考查由基本上示于圖3中的幾對(duì)有限長(zhǎng)度的平直導(dǎo)線段所構(gòu)成的各梯度線圈。構(gòu)成一橫展梯度線圈的導(dǎo)線對(duì)的最小數(shù)量是4。在一組n個(gè)四件體之中的第一個(gè)成對(duì)四件體示于圖7之中。在四根內(nèi)部導(dǎo)線中的電流對(duì)于或是Gx(畫(huà)出)或是Gy配置都必須具有相同的方向。梯度場(chǎng)是出自所有8根導(dǎo)線的磁場(chǎng)的總和。我們將考查攜帶電流I1的四件體的一個(gè)象限的一根導(dǎo)線。對(duì)于這根導(dǎo)線的主動(dòng)聲學(xué)屏蔽，我們需要攜帶電流I2并以機(jī)械方式聯(lián)接于第一根的第二根導(dǎo)線，見(jiàn)圖3。在一遠(yuǎn)點(diǎn)p(x，y，z)處的磁場(chǎng)ZB，(x、y、z)的z分量由下式(V.Bangert and P.Mansfield，Magnitic field gradientcoils for NMR imaging.J.Phy.E.Sci.Instrum.，15，235-239(1982))給出Bp＝-(μ0/4π)((x－D1)g1I1－(x－D2)g2I1e-βeiθ)eiωt[18]其中D1,2＝A1,2＋tan∈1,2[19]以及g1,2=∫-y1y1dyw[(y-yw)2+(x-A1,2)2+(z-D1,2)]-3/2---[20]]]>其中yw是沿導(dǎo)線的距離，而A1，2是各導(dǎo)線至y軸的垂直距離(見(jiàn)圖3)。各角度∈1，2定義于圖3之中。當(dāng)方程[18]中θ＝0時(shí)，出自第一根導(dǎo)線在p處的磁場(chǎng)因來(lái)自第二根的負(fù)磁場(chǎng)而減少。不過(guò)，在一高得足以造成這種連系的頻率下，塊料在λ/2，θ＝π的情況下共振。在此情況下，兩電流成為同相的，而每一導(dǎo)線的磁場(chǎng)此時(shí)可以相加。這在某些寂靜梯度線圈設(shè)計(jì)中因提高其效率而將具有重要的意義。實(shí)用的梯度裝置主動(dòng)聲學(xué)控制原理可以立即應(yīng)用于各梯形線圈的設(shè)計(jì)(P.Mansfield，B.Chapman，P.Glover和R.Bowtell，國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/GB 94/01187；優(yōu)先權(quán)號(hào)9351321.5，優(yōu)先權(quán)日1993年6月2日)，(P.Mansfield，P.Glover和R.Bowtell，主動(dòng)聲學(xué)屏蔽MRI中寂靜梯形線圈的設(shè)計(jì)原理，Meas.Sci.Technol.5，1021-1025(1994))，(P.Mansfield，B.L.W.Chapman，R.Bowteel，P.Glover，R.Coxon和P.R.Harvey，主動(dòng)聲學(xué)屏蔽通過(guò)平衡洛侖茲力降低梯形線圈中的噪音，Magn.Reson.Med.33，276-281(1995))。如上所述，我們可以設(shè)計(jì)一種如圖7的平面視圖中所示那樣的由四個(gè)或更多環(huán)路構(gòu)成的橫展梯度線圈，以產(chǎn)生x梯度Gx。在這種裝置中，每一環(huán)路四件體具有寬度an、長(zhǎng)度bn和包括Nn圈導(dǎo)線。在各接續(xù)的環(huán)路四件體中的電流等于In。第n個(gè)四件體的平面間隔是2zn和共面環(huán)路位移是an＋xn。在這樣的一種線圈中，各種作用力和轉(zhuǎn)矩都抵消了。一種在空間上更為均勻的磁場(chǎng)在n＞1的情況下可以獲得。
因?yàn)榇蠖鄶?shù)整體式成象系統(tǒng)采用圓筒形靜磁場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性，圖7中所述的各矩形環(huán)路當(dāng)然可以變形成為各弧段。假若各弧段形成各封閉的環(huán)路，環(huán)路的平面則正交于磁場(chǎng)B，而假若各線圈導(dǎo)線由各短柱或者通過(guò)封裝在樹(shù)脂中而以機(jī)械方式耦合起來(lái)，所有的轉(zhuǎn)矩和作用力都會(huì)象在一矩形環(huán)路情況中一樣相互平衡。這種結(jié)果對(duì)于任一攜帶電流I而限定于平面中并在方程[1]中δ＝90°的封閉環(huán)路，都是確定的，因?yàn)閲@環(huán)路的洛侖茲力線積分∮dF＝0 [21]這一結(jié)果也可以推廣到環(huán)路中的電流發(fā)生變化的各種線積分，即Σi∫idF1=-Σi∫iB×Iidl=0---[22]]]>其中Ii是流動(dòng)在外廓的第i分段中的電流。力的平衡在各開(kāi)式電流環(huán)路情況下是可以以這種形式取得的。圖4的測(cè)試線圈裝置是一開(kāi)式電流環(huán)路的實(shí)例-方程[22]，其中各返回電流在x-y平面中都是零。不過(guò)，我們要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于主動(dòng)聲學(xué)控制，線積分方程[22]是不會(huì)等于零的，這是本發(fā)明區(qū)別于先前技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)。新型梯度線圈裝置依據(jù)采用電流幅值和相角調(diào)節(jié)的主動(dòng)聲學(xué)控制新理論，我們制作了一種平直矩形線圈裝置，它包括一攜帶電流I1的封閉外環(huán)路和一攜帶電流I2的較窄的重入內(nèi)環(huán)路，如圖8a所示。在第一實(shí)施例中，兩個(gè)環(huán)路都由一種聚合物基底支承，如圖8b所示。支承基底材料由中間剖分開(kāi)來(lái)，而間隙予以填充，如圖8b所示。間隙中的材料最好是另一種聚合物或橡膠。為了保持板組件兩半部的整體性，各板的另一種聯(lián)接方式示于圖8c。這種裝置可確保處于拉伸和壓縮力的作用之下的聯(lián)接。在圖8b的平面視圖中可見(jiàn)，板的每一半看來(lái)象是一只單獨(dú)的線圈。不過(guò)，區(qū)別于先前技術(shù)的特點(diǎn)是I1≠-I2，既由于相角也由于幅值。這種情況的最終效果是，板每一半之內(nèi)的總體洛侖茲力不平衡。不過(guò)，組件的兩半部的作用力確實(shí)平衡。組件的每一半部之內(nèi)的波傳播可以得到弱化，只要適當(dāng)?shù)剡x擇|I1/I2|和相對(duì)相角。組件板的每一半部諧調(diào)地運(yùn)動(dòng)，壓縮或拉伸耦合材料。由于間隙安排得較窄，所以對(duì)于大多數(shù)耦合材料來(lái)說(shuō)，跨越間隙時(shí)對(duì)波傳播相位的影響實(shí)際上是可以忽略不計(jì)的。
在如圖8A所示的第二實(shí)施例中，兩塊材料BL1和BL2用來(lái)保持線圈組件兩半部的整體性。這兩個(gè)塊料可以與支承材料相同。余下的間隙可以是未經(jīng)填充的氣隙。
新的矩形板式單元可以組裝起來(lái)以構(gòu)成如圖9中所示的各橫向梯度裝置。這就是說(shuō)，示于圖7中的矩形線圈四件體的每一象限此時(shí)由示于圖8中的封閉環(huán)路裝置予以代替。
圖4的基本測(cè)試線圈裝置也可以用來(lái)制成示于圖10中的梯度裝置。不過(guò)，在此裝置每一象限之內(nèi)的凈洛侖茲力不是零值。這種裝置因而一般地會(huì)生成較大的彎曲力矩。
最后，新的主動(dòng)聲學(xué)控制理論可以應(yīng)用于圓筒形的線圈幾何形狀。比如，各矩形線圈可以變形成為各弧形單元，其中之一示于圖11a。這些單元本身可以用作橫向梯度線圈組件的基本構(gòu)成部件。其他圓筒形幾何形狀包括分布的橫向梯度設(shè)計(jì)，指紋狀線圈是一項(xiàng)實(shí)例。在這種裝置中，兩對(duì)線圈配置得如圖11b所示。
平直線圈變形成為弧段意味著，方程[10]不再成立，因?yàn)?，?duì)于一共同的角位移，在不同弧段半徑上的導(dǎo)線長(zhǎng)度是不相等的。內(nèi)部導(dǎo)線弧段的半徑是a并攜帶電流I1。中間一對(duì)導(dǎo)線的半徑是b和b′并攜帶電流±I2，而外部導(dǎo)線的半徑是c并攜帶電流-I3。重要的特點(diǎn)是，在各圓筒之間的洛侖茲力是平衡的。各洛侖茲力都正比于電流與弧長(zhǎng)的乘積。設(shè)在圖11(b)弧段半徑處的各洛侖茲力是Fa、Fb、Fb和Fc。如果內(nèi)部一對(duì)線圈靠得很近，可以取Fb等于Fb，而不帶可覺(jué)查到的誤差。
倘若線圈裝置的徑向厚度t＜＜a，a為線圈組件的平均半徑，我們可以假定各圓筒之間的聲波是平面波傳播。在這種情況下，對(duì)于兩個(gè)開(kāi)式環(huán)路部分，方程[4]可以重寫(xiě)為As=eiωt[(Aaeikr1e-ar1+Abeiφ)+](Ab,eiφ+Aceikr2e-ar2)---[23]]]>其中Aa、Ab、 Ab′和Ac是在每一導(dǎo)線位置處的初始波幅。每一弧段上的各洛侖茲力由下式給出Fa＝aψaI1；Fb＝Fb′＝±bψbI2；Fc＝-cψcI3；[24]其中ψa′等是各弧段的角位移。下面，我們?cè)O(shè)這些角位移全都等于方位角ψ。方程[23]中各波幅全都正比于它們各自的各洛侖茲力，即Aa＝∧Fa′etc.， [25]其∧是一常數(shù)。在方程[23]中作出這些代換，我們獲得As=ΛΨeiωt[aI,(eikr1e-ar1+bI2aI1eiφ)-cI3(eikr2e-ar1+bI2cI3eiφ)].---[26]]]>如果現(xiàn)在取r1＝r2＝r，并令φ＝π＋θ－方程[7]，則方程[26]成為As=Λψ[aI1(eikre-αr-e-β1eiθ)-cI3(eikre-αr-e-β2eiθ)].---[27]]]>其中作了代換bI2/aI1＝exp(-β1)和bI2/cI3＝exp(-β2)。選擇kr＝θ，則使相角一項(xiàng)可被提出作為公因子。還要指出，由于|Fa|＝|Fc|，對(duì)于常量弧角，aI1＝cI3。這意味著β1＝β2＝β。最后，通過(guò)選擇β＝αr，整個(gè)表達(dá)式，方程[27]，可以使之為零。
在圖11b的裝置中，在半徑b、b′處的內(nèi)部一對(duì)線圈起著與一組垂直的洛侖茲力平衡式導(dǎo)線中的窄狹重入環(huán)路同樣的作用。內(nèi)部一對(duì)線圈之間的間隙填以一種耦合材料，它最好是有別于一般的支承用聚合物封裝材料。同樣的原理可以用以構(gòu)成聲控單一弧段和分布弧段式鞍狀橫向梯度線圈。
在所有上述的導(dǎo)線布置中，各弧段環(huán)路可以或是以串聯(lián)或是以并聯(lián)配置或是以二者組合方式連接起來(lái)。在一切情況下，連接于各弧段必須以下述方式作出，即在最終布線時(shí)饋電和連接導(dǎo)線都要成對(duì)地平行于主磁場(chǎng)B而走線，并最好是固定于一種塑性樹(shù)脂之中。具有主動(dòng)聲學(xué)控制的磁性屏蔽各聲控線圈也可以予以磁性屏蔽處理，以使采用由Mansfield和Chapman首先提出的主動(dòng)磁性屏蔽原理來(lái)防止發(fā)生渦流問(wèn)題((P.Mansfield和B.Chapman，在NMK成象中梯度線圈的主動(dòng)磁性屏蔽，J.Mag.Res.66，573-576(1986)，(P.Mansfield和B.Chapman，NMR成象中生成靜態(tài)和依時(shí)磁場(chǎng)的線圈之主動(dòng)磁性屏蔽處理，J.Phys.E.19，540-545(1986))。通過(guò)在裝置上增添額外的各磁性屏蔽線圈，可以有好幾種方式能做到這一點(diǎn)。一般的細(xì)節(jié)在其他地方有所描述((P.Mansfield，B.Chapman，P.Glover和R.Bowtell，國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)，No.PCT/GB 94/01187；優(yōu)先權(quán)號(hào)9311321.5，優(yōu)先權(quán)日1993年6月2日)，(P.Manifield，P.Glover和B.Bowtell，主動(dòng)聲學(xué)屏蔽MRI中寂靜梯度線圈的設(shè)計(jì)原理，Meas.Sci.Technol.5，1021-1025(1994))，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員會(huì)是明顯易見(jiàn)的。脈沖此前我們討論了梯度采取連續(xù)的已調(diào)制正弦波形式的情景。不過(guò)，在成象中有許多應(yīng)用場(chǎng)合需要各脈沖梯度?？疾橐幌乱环N應(yīng)用于測(cè)試線圈帶有修斜的前沿的方形脈沖。對(duì)于一種聲學(xué)上非波散支承塊料來(lái)說(shuō)，施加的I1會(huì)發(fā)出在時(shí)刻t通過(guò)材料并在時(shí)刻t＋τ到達(dá)塊料另一側(cè)的波。I2的施加因而應(yīng)當(dāng)相對(duì)于I1滯后τ，以便平衡各洛侖茲力。一種用于達(dá)到這一目的的實(shí)驗(yàn)裝置示于圖5a和b。
如果各脈沖形狀為一等距序列的梯形，I1(t)的梯形波形可以由一以下形式的富里哀序列表示(P.Mansfield，P.R.Hartel和R.J.Coxon，超高速NMR成象的多模態(tài)共振梯度線圈電路。Meas.Sci.Techno1.2，1051-1058(I991))。
I1(t)＝Io∑ansin nωt， [28]其中an是第n級(jí)傳里葉級(jí)數(shù)分量的幅值，n是諧振級(jí)數(shù)，而ω是基本模態(tài)的角頻率。在此情況下n的各值將是奇數(shù)，即n＝1，3，5...。為了正確地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)聲學(xué)控制，I2(t)應(yīng)當(dāng)具有以下形式I2(t)＝Io∑ansin(nωt+θn)，[29]其中θn是第n個(gè)模態(tài)的相角滯后?？梢钥闯觯萵也可加以選擇以保持脈沖的升降時(shí)間，從而保持其形狀。
對(duì)于一種波散性介質(zhì)，第二波形的前沿和尾沿將在時(shí)間上被滯后并因而通過(guò)使波形匹配于到達(dá)聲波穿之而行的料塊之遠(yuǎn)側(cè)上的波形而予以成形，以便適配機(jī)械耦合材料所特具的波傳播特性。討論在梯度線圈設(shè)計(jì)中開(kāi)展主動(dòng)聲學(xué)控制的一項(xiàng)重要考慮是聲學(xué)屏蔽效能。所達(dá)到的聲衰減愈大，在增大線圈電流以構(gòu)成由于主動(dòng)聲學(xué)控制而造成的梯度幅值不足時(shí)，整個(gè)概念無(wú)效的可能性就愈小。
在早期試圖設(shè)計(jì)寂靜線圈時(shí)，總結(jié)出梯度線圈導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)由其中壓縮波速度x較高的材料支承。還認(rèn)為最好是單位長(zhǎng)度的波衰減α理想地為零。
在本發(fā)明中，這兩種約束都通過(guò)把每一封閉環(huán)路剖分成為兩個(gè)或者由一微小氣隙或者由一種一般不同于并軟于板本身材料的材料而聯(lián)接起來(lái)的微小間隙所分離開(kāi)來(lái)的環(huán)路，而有效地排除了。在一項(xiàng)實(shí)施例中，攜帶電流I2的各內(nèi)部導(dǎo)線在攜帶電流I1的較大環(huán)路里面形成一狹窄的重入環(huán)路。各內(nèi)部環(huán)路導(dǎo)線相接近意味著，它們?cè)谕獠凯h(huán)路以外的磁場(chǎng)影響實(shí)際上是零。在新裝置中，I1和I2的幅值和相角二者都是可變的，以提高優(yōu)化的噪音降低。
除了基于封閉弧段環(huán)路、重入環(huán)路、矩形環(huán)路和矩形重入環(huán)路等的梯度線圈設(shè)計(jì)以外，新的主動(dòng)聲學(xué)控制理論可以應(yīng)用于具有指紋類(lèi)型的同心圓筒形橫向梯度設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用于分布式z-梯度裝置。
在所有以上新的線圈裝置中，有意義的是，在回聲平面成象(EPI)和回聲空間成象(EVI)的通常所用頻率范圍(1.0-3.0千赫)之內(nèi)(P.R.Harvey和P.Mansfield，在O.ST處的回聲空間成象第一全身感觀者研究。Magn.Res.Med.35，80-88(1996))，10-25分貝之間的附加聲衰減是容易獲得的，使總衰減可達(dá)到30-50分貝之間。其他各項(xiàng)實(shí)施例致動(dòng)導(dǎo)線的效應(yīng)以上分析假定，電流致動(dòng)電路不增添任何噪音。如果真是如此，A的各測(cè)定值就會(huì)是無(wú)限的。正象我們將從實(shí)驗(yàn)部分看到的那樣，情況并非如此?？梢赃_(dá)到的衰減是受由引向線圈的供給電流所生成的外加聲音限制的。
令外加聲音的幅值A(chǔ)es是Aes＝eiωtAe[30]這應(yīng)當(dāng)加在方程[11]上。結(jié)果是，方程[11]此時(shí)成為A＝Iso－Is=-20log10([2Al/Al]e-αxsin[(2nfxv-θ)/2]+Ae/A1).---[31]]]>當(dāng)正弦項(xiàng)變?yōu)榱銜r(shí)，衰減成為A＝-20log10(Ae/A1′) [32]因而方程[32]表明，是致動(dòng)母線裝置而非線圈決定了可以達(dá)到的最大衰減。致動(dòng)母線的仔細(xì)制作和幾何設(shè)置可以減小Ae，以致剩余衰減具有50-60分貝的量級(jí)。開(kāi)槽的板塊此前我們一直考慮以一種一般不同于板塊材料的材料填充機(jī)加工狹槽的可能性。現(xiàn)在我們考察一下只是簡(jiǎn)單地留以氣隙的可能性。這樣作的優(yōu)點(diǎn)在于，板塊裝置的兩半部都可以獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)，而特別是，每一半部可以采取一種反相于另一半部的振動(dòng)模態(tài)。將一種硬質(zhì)材料嵌進(jìn)狹槽會(huì)抑制這種模態(tài)。倘若板塊的每一半部可以保持其位置上的整體性，就可以留下氣隙。圖12a和12b表明兩種這類(lèi)裝置，一個(gè)是一矩形的重入線圈裝置，另一個(gè)是封閉的重入弧段環(huán)路裝置。線圈組件我們考查過(guò)構(gòu)成一線圈組件的各弧段環(huán)路的長(zhǎng)度變化。但此前我們沒(méi)有討論過(guò)這種組件的疊置結(jié)構(gòu)。遍及這一文章，總是假定聲噪是從支承弧段環(huán)路或矩形環(huán)路的板塊之平直表面發(fā)出的，這些表面都置于一個(gè)正交于磁場(chǎng)的平面之中。當(dāng)然，在各板塊的一種理想配置中，沿著磁場(chǎng)軸線不會(huì)發(fā)出任何聲音。不過(guò)，可能有各級(jí)剩余聲音發(fā)出，并且為了吸收它們，一些線圈板塊用橡膠或適當(dāng)?shù)乃苄晕讲牧祥g隔開(kāi)來(lái)，這種材料夾裝在各板塊之間，如圖13(a)和(c)所示，具有必要的變動(dòng)間隔，以產(chǎn)生最佳磁場(chǎng)梯度。在同樣很好地吸收任何從各板塊表面發(fā)出的剩余聲音的情況下，假定板塊垛用螺栓固緊在一起，這樣一種配置會(huì)大為減少發(fā)生各屈曲模態(tài)或各Chladni共振的可能性。板塊間隔器和線圈冷卻各間隔板134需要用來(lái)維持一剛性結(jié)構(gòu)。這些板可以是模制橡膠或塑料，因具有良好的吸音能力而被選用。各間隔板一般包括一些扁平餅狀冷卻管138以消散來(lái)自各相鄰線圈的熱量。整個(gè)裝置可以用非金屬長(zhǎng)螺栓柱拽在一起。裝置示于圖13a和13b。在一扁平圓環(huán)或在一圓環(huán)弧段中的聲音傳播在以上所給出的所有分析中，我們隱含地假定在一圓環(huán)中的波傳播可以用為矩形板導(dǎo)出的平面波表達(dá)式來(lái)予以近似。
在一種具有體模量MB和密度ρ的固體中，聲音傳播在Cartesian坐標(biāo)系中的波傳播方程由下式給出▿2A(x,y,z,t)=1v2∂2A(x,y,z,t)∂t2---[33]]]>其中A(x，y，z，t)是通過(guò)材料的聲波幅值，而其中波速y等于√MB/ρ。NB對(duì)于一扁平薄片材料，可以用楊氏模量E代替MB。波動(dòng)方程的解可以利用分離變量法滿意地得到，在此情況下，通解由下式給出A(x，y，z，t)＝Aoeikrteiωt[34]其中k2=(pπLx)2+(gπLy)2+(sπLz)2---[35]]]>描述了材料塊體的各種允許的振動(dòng)模態(tài)，服從的邊界條件是，在塊體各表面處的幅值為零，而其中p、q、s是整數(shù)，Lx、Ly、和Lz是材料塊體的各個(gè)尺寸，k＝ikx+jky+kkz[36]以及r＝ix+jy+kz[37]對(duì)于一維傳播，方程[34]簡(jiǎn)化為前已引用的結(jié)果。對(duì)于其中沿著z軸的波幅為常量的一塊三維厚板式材料，我們有A(x,y,t)=Aoeikxxeikyyeiωt---[38]]]>由于各個(gè)波函數(shù)解的正交性，沿著x軸和v軸的傳播與各個(gè)類(lèi)似于以前所使用的那些波函數(shù)解無(wú)關(guān)。那時(shí)我們假定沿著y軸的波幅是常量。如果厚板式材料沿著y軸的尺寸比x方向尺寸大得多，就會(huì)得到這種情況。
選定厚板式材料為矩形，就可以實(shí)際上抑止沿著長(zhǎng)軸的傳播，從而集中驗(yàn)實(shí)沿著短軸或x方向的傳播。這就是我們?cè)诮忉尵匦伟宀膶?shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)已經(jīng)隱含地假定的情況。
現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)向以圓柱極坐標(biāo)表示的波動(dòng)方程的一般解。我們選擇圓柱極坐標(biāo)是因?yàn)樵S多普通梯度線圈結(jié)構(gòu)的總體形狀具有沿著目前用于醫(yī)學(xué)成象的一般超導(dǎo)磁鐵之磁場(chǎng)軸線的圓柱對(duì)稱(chēng)性。
在圓柱極坐標(biāo)中，波動(dòng)方程是▿2A(r,ψ,z,t)=1v2∂2A(r,ψ,z,t)∂t2---[39]]]>除了坐標(biāo)變換之外，符號(hào)A和v具有與以前一樣的含義。在此方程中，r是在正交于圓柱軸線的方向上量取的半徑，Ψ是方位角，而z是沿著圓柱軸線的位置坐標(biāo)。方程[39]也可以用分離變量法求解。我們選擇對(duì)于方程[39]的三個(gè)正交解為Z(r)、(w)、F(z)。因而方程[39]的一般解是A(r，Ψ，z，t)＝zl(r)e(Ψ)F(z)eiωt[40]代入方程39]并除以A(r，Ψ， z，t)，得到Z′′Z+(lr)Z′Z+(lr2)[Θ′′Θ+F′′F]=-ω2v2.---[41]]]>由于各函數(shù)是相互獨(dú)立的，所以我們可以分別求解此方程的每一部分。這樣作時(shí)，方程[41]變?yōu)閞2z′′z+rz′z[(m2-k2)r2+l2]=0---[42]]]>其中我們已讓F′′F=-m2---[43]]]>以及θ′′θ=-l2---[44]]]>而
在此情況下，Z1(Kr)包括一類(lèi)圓柱函數(shù)Θ(ψ)＝e±ilψ和F(z)＝e±imz，以致全解由下式給出A(r，ψ，z，t)＝Aoz1(Kr)e±ilψe±imzeiωt[45]常數(shù)l、m是整數(shù)，就是說(shuō)，l＝0，±1，±2...和m＝0，±1，±2...。下面我們將會(huì)看到，我們是涉及l(fā)＝0，±1的各值。m＝0的值對(duì)應(yīng)于一種沿著z軸具有常量幅值的徑向聲波。在本發(fā)明中，我們要考查徑向波在一薄片材料中的傳播，以致我們可以對(duì)于以下大多數(shù)情況取m＝0。
由于大多數(shù)實(shí)際梯度線圈裝置對(duì)應(yīng)于在一適當(dāng)材料的圓環(huán)上或一段圓環(huán)上形成的各導(dǎo)線，我們將只涉及l(fā)的三個(gè)值，即對(duì)于一完整圓環(huán)，l＝0，而對(duì)于一段圓環(huán)l＝±1。
關(guān)于l＝0時(shí)的角度解對(duì)應(yīng)于一無(wú)極角變化的徑向波。在考查z梯度線圈或麥克斯韋(Maxwell)線圈時(shí)，這種情況成立。方程[42]徑向部分的通解Z1(kr)包括一類(lèi)貝塞爾(Bessel)函數(shù)B1(kr)、二類(lèi)貝塞爾函數(shù)Y1(kr)-也稱(chēng)作鈕曼(Neumanm)函數(shù)N1(kr)-和三類(lèi)貝塞爾函數(shù)H1(n)(kr)-或者一類(lèi)和二類(lèi)漢克爾(Hankel)函數(shù)，其中n分別等于1，2。對(duì)于大的kr值，漢克爾函數(shù)具有很方便的特性，即它們可轉(zhuǎn)變成加權(quán)指數(shù)函數(shù)，也就是
以及
注意，l＝0與l＝±1在各漢克爾解之中的區(qū)別只在于相位移動(dòng)。還要注意，各波幅簡(jiǎn)化為
。在其他各方面，這些解類(lèi)似于在一矩形材料板片之中的各平面波動(dòng)解。我們還要指出，各近似漢克爾解的應(yīng)用條件是kr很大，以致我們可以處理或是較低頻率時(shí)大結(jié)構(gòu)或是高頻率時(shí)的小結(jié)構(gòu)。對(duì)于不滿足這些條件的情況，就必需返回到一類(lèi)和/或二類(lèi)貝塞爾函數(shù)，或者精確的漢克爾函數(shù)。這都由以下等式給出Hl+,-(kr)=Jl(kr)±iYl(kr)]]>其+和-分別指的是一類(lèi)和二類(lèi)漢克爾函數(shù)。方程[48]可以寫(xiě)作Hl±(kr)=Rl(kr)e±iθl(kr)--[49]]]>其中θ1≠kr，但可由下式算出tanθ1(kr)＝Y(jié)1(kr)/J1(1r) [49a]而其中Rl2(kr)=Jl2(kr)+Yl2(kr)---[49b]]]>因此，當(dāng)kr很小時(shí)，相位隨頻率的變化不一定是線性的，而要按照方程[49a]予以修正。
以類(lèi)似于前所使用的方式，我們可以把方程[49]中的幅值項(xiàng)寫(xiě)作Rl(kr)=e-vl(kr)---[49c]]]>其中γ1(kr)逕直等于-1nR1(kr)。這里注意，精確漢克爾函數(shù)通過(guò)紐曼函數(shù)的發(fā)散而在原點(diǎn)后發(fā)散。不過(guò)，由于我們要處理一圓環(huán)或一圓環(huán)段，所以解將不包括原點(diǎn)。因此我們可隨意使用漢克爾函數(shù)或其近似形式-方程[46，47]。在本文中，不過(guò)，所使用的各尺寸和各頻率允許以上提及的近似漢克爾解。修正平面波抵消以包括圓柱解使用上述理論，我們現(xiàn)在所處地位是，修正我們針對(duì)矩形板塊的先前結(jié)果以給出在各導(dǎo)線形狀為弧段或一圓圈時(shí)的近似解。利用近似的漢克爾解，可以把方程[23]重寫(xiě)作As=-eiωte-iπ(2l-1)/42π{I1ψ1akd(eikxe-αx+πkb/2bψ2I2aψ1I1ei(φ-π(2l-1)/4))]]>-I3ψ3ckb(eikxe-αx+πkb/2bψ2I2cψ3I3ei(φ+π(2l·1)/4))}---[50]]]>其中注意，對(duì)于各弧段，l＝1。在此表達(dá)式中，我們把弧角ψ1、ψ2和ψ3包括進(jìn)去了。有兩情況要考慮。第一是，所有的角度都是相等的。導(dǎo)線配置示于圖14a。在此情況下，方程[50]的兩半部分可以使之同時(shí)為零，此時(shí)需要各相位項(xiàng)配為相等，即kx＝θ，而且對(duì)于φ=π4+θ±nπ---[51]]]>n＝0，1，還有幅值由下式給出πkb/2bI2aI1=e-αx---[52]]]>以及πkb/2bI2c3I3=e-αx---[53]]]>為了同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，要求I1a＝-I3c [54]在此情況下，各電流的比值可予以調(diào)節(jié)，以致I2I1bπkb/2a=e-β=e-αx---[55]]]>使得最后ln(I2/I1)=-(β+lnba+lnπkb/2)---[56]]]>注意，此解需要三種電流I1、I2和I3＝(a/c)I1。
第二種情況針對(duì)如圖14b所示的一封閉弧段環(huán)路。為了保持此裝置的整體性，狹槽AB(虛線)必須在每端留有某些材料。這樣會(huì)使波傳播型式復(fù)雜化并抑制在狹槽每端的各徑向振動(dòng)模態(tài)。因此我們可忽略兩楔形端部，假定它們的任何一些徑向振動(dòng)模態(tài)都將處于顯著不同的頻率。在此情況下，弧角ψ1、ψ2和ψ3全都不同。方程[50]的兩半部分將同時(shí)在以下情況下具有零解，即各相位項(xiàng)取為相等，而πkb/2bΨ2I2aψ1I1-e-αx---[57]]]>以及πkb/2bψ2I2cψ3I3=e-αx---[58]]]>如果我們?nèi)ψ1＝bψ2＝cψ3，并設(shè)定I1＝-I3＝I，則方程[57和58]二者都可以在作出以下給定后得到滿足，即πkb/2I2I=e-αx---[59]]]>如果現(xiàn)在我們令πkb/2I2I=e-β---[60]]]>則可最終獲得ln(I2/I)=-(β+lnπkb/2)---[61]]]>作為關(guān)于狹槽AB位置的一般說(shuō)明，在圖14b中它必須沿著當(dāng)狹槽切出之前以基本模態(tài)作共振時(shí)的一條波腹直線(anti-nodal line)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向z-線圈的設(shè)計(jì)。圓柱形z-線圈包括一些導(dǎo)線環(huán)帶沿著z軸的分布，環(huán)帶所在的各平面均正交于z軸。因而，我們將考查單獨(dú)一條環(huán)帶的聲學(xué)屏蔽。事實(shí)上，有三種情況應(yīng)當(dāng)考慮。類(lèi)型1示于圖15，其中我們有兩條攜帶電流I1和I2的同心環(huán)帶151、152。因?yàn)閮蓚€(gè)弧段所對(duì)的角度是相等的，即ψa＝ψb＝2π，所以在l＝0的情況下，我們從實(shí)際上方程[50]一半可以得出As=-eiωtaI1πkb/2(eikxe-αx-πkb/2bI2aI1eiφ)---[62]]]>對(duì)于kx＝θ，且當(dāng)φ＝πτ－θ±nπ [63]而n＝0，1時(shí)，方程[62]在πkb/2bI2aI3=e-αx=e-β---[64]]]>時(shí)可以使之為零，這給出lnI2I1=-(β+lnba+lnπkb/2)---[65]]]>類(lèi)型1配置的問(wèn)題是，在經(jīng)過(guò)屏蔽的環(huán)帶中心處的磁場(chǎng)包括不具有與I1相同相位的I2的影響。這可以看作是一種不良特性，但可以采用如圖16所示的類(lèi)型2配置來(lái)予以克服。此處我們具有一帶槽的配置，帶有三種電流I1、I2和I3。如果各狹槽153、154、155圍繞環(huán)帶不是連續(xù)的，則對(duì)于每一片段ψ1≠ψ2≠ψ3。在此情況下可以設(shè)定I3＝-I1，倘若ψn選得致使對(duì)于三個(gè)片段，2πa＝3ψ2b＝3ψ3c。在此情況下，聲輸出消失的條件類(lèi)似于對(duì)于各封閉弧環(huán)路的條件。
在類(lèi)型3的配置中，我們考查所有弧角相等的情況。在此情況下，圖16中的線圈沒(méi)有支承。對(duì)于這種情況，方程[50]的兩半部分都消失為零的條件要求三種電流I1、I2和I3與aI1＝-cI3一起給出與以上方程[65]一樣的條件。在一種實(shí)際裝置中，我們確實(shí)當(dāng)然需要支承。在某種材料留下來(lái)作為狹槽附近3或4個(gè)地方處的支承段的情況下，方程[65]將在某種程度上被違反。聲學(xué)控制的和磁性屏蔽的梯度線圈此前我們一直是主要涉及聲學(xué)控制的但并不存在內(nèi)在的主動(dòng)磁性屏蔽的梯度線圈的設(shè)計(jì)。在關(guān)于帶有主動(dòng)聲學(xué)控制的磁性屏蔽的一節(jié)中，我們?cè)?jiǎn)略提及把主動(dòng)磁性屏蔽加于主要設(shè)計(jì)得可以減小聲噪的現(xiàn)存梯度線圈上的可能性。這種作法的難處是圍繞這樣一種線圈組件添加磁性屏蔽，其本身就會(huì)需要一種聲學(xué)力屏蔽，以使由它所生成的潛在噪音也可能予以衰減。此外，會(huì)需要更大的空間或一較大的徑向縫隙以適應(yīng)這種梯度線圈裝置的附加特性。在這一節(jié)中，因而，我們回到從一開(kāi)頭把主動(dòng)磁性屏蔽與主動(dòng)聲學(xué)控制組合起來(lái)的問(wèn)題。
為了我們的目的，現(xiàn)在考查標(biāo)準(zhǔn)的磁性屏蔽的指紋型圓筒形梯度線圈裝置的結(jié)構(gòu)。提出的問(wèn)題是能否在基本的梯度線圈裝置中包含一種可降低聲噪而不會(huì)損害或者以任何方式危及線圈的磁性屏蔽特性的裝置。磁性屏蔽線圈的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)主要要求兩個(gè)圓筒形線圈；一在一半徑為a的圓筒上的主線圈171和一繞在與主線圈共軸的半徑為c的圓筒上的磁性屏蔽172。這一裝置的草圖在圖17a上。在此圖中，我們還插入一具有在半徑b、b′處的導(dǎo)線的聲學(xué)屏蔽裝置173、174，它處在a與c之間，離主線圈的距離為x1。主線圈與磁性屏蔽之間的距離是x。在此新裝置中，我們將假定主線圈與磁性屏蔽之間的空間填以兩種不同的材料，形成兩個(gè)單獨(dú)的厚度為x1和x2的圓筒形環(huán)圈，分別具有聲傳播速度v1和v2，以及衰減率α1和α2。我們現(xiàn)在可以應(yīng)用此前建立的圓柱波動(dòng)理論。
為了找到一種聲學(xué)屏蔽的最佳位置，我們需要從半徑a的表面發(fā)出而到達(dá)半徑b的表面之波的相位和幅值相等，并與從半徑c的表面處發(fā)出而到達(dá)半徑b′的表面之圓柱波相反。根據(jù)我們先前的分析，可以直接寫(xiě)出當(dāng)b＝b′時(shí)的條件如下I1aπk1b/2eik1x1eα1x1--I3cπk2b/2eik2x2eα2x2---[66]]]>其中I1和I3是主線圈和磁性屏蔽線圈中的電流。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，我們應(yīng)當(dāng)始終注視作用在主線圈和磁性屏蔽表面上的力。作為一項(xiàng)實(shí)例，我們考查一包括一組圓筒形環(huán)帶的z-梯度線圈，兩種電流之間的關(guān)系由下式給出ncI3=-naIl(ac)2---[67]]]>其中na和nc分別是主線圈和磁性屏蔽上的圈數(shù)。對(duì)于na＝nb，方程[67]可以代入方程[66]以便給出eik1x1e-α1x1=k1k2(ac)eik2x2e-α2x2---[68]]]>方程[68]兩邊恒等的條件是對(duì)于相角k1x1＝k2X2[69]對(duì)于幾何約束；x1+x2＝c－a＝Δ[70]以及最后對(duì)于幅值模數(shù)
為了獲得以上三個(gè)方程的全面聯(lián)立解，我們?cè)谝阎猭1和k2的情況下求解方程[69]和[70]。這樣固定了x1和x2。這些數(shù)值然后與已知值α1和α2一起代入方程[71]，使方程[71]得解而產(chǎn)生一為支持方程[68]聯(lián)立求解所必需的主半徑a的值。另外一種方法是，選擇比值a/c并通過(guò)忽略各衰減項(xiàng)而近似求解方程[71]以得出k1/k2。使用這一比值，x1和x2可以以迭代k1/k2以及x1和x2的辦法求得。
當(dāng)然，可以是在某些材料中所具有的速度和衰減率將不會(huì)允許得到具有所需a值的解。在各普通材料中，事實(shí)上，有相當(dāng)多的備選傳播速度供從中選擇。一般，我們的經(jīng)驗(yàn)是，對(duì)于具有高傳播速度的一些材料，單位長(zhǎng)度的衰減往往小于具有低傳播速度的一些材料。為了求解各方程時(shí)作精細(xì)調(diào)整，而尤其是，如果需要主半徑a的某一特定值，具有厚度x1和x2的兩個(gè)環(huán)圈本身就可能是一由各同心圓筒制成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，材料和厚度予以選擇以產(chǎn)生所需的平均速度和所需的衰減。另外，可以把填充材料添加于塑料，以便把它們的固有波速改變?yōu)樗璧牟ㄋ佟１热?，添加玻璃珠或纖維將會(huì)提高速度，添加氧化鋁晶體也會(huì)如此。圖17b是一橫向指紋型磁性屏蔽的梯度線圈171(未畫(huà)出)安裝在帶屏蔽172的內(nèi)表面上的草圖，圖中還畫(huà)出一個(gè)形成部分聲學(xué)屏蔽的表面176。在兩圓筒172、178的每一個(gè)上面的各線圈封裝在兩種不同的材料里面。
重要的是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單事實(shí)對(duì)于聲學(xué)問(wèn)題的這樣一種解法原則上是可能的，而且，在這樣一種解法的情況下，在線圈裝置的中心處損失磁性屏蔽或者損失或改變磁場(chǎng)強(qiáng)度方面并不作出額外的代價(jià)。后一情況是因?yàn)槁晫W(xué)屏蔽包括兩個(gè)線圈裝置和一種在線圈裝置中心產(chǎn)生零磁場(chǎng)的電流分布。在兩個(gè)線圈裝置之間會(huì)是一個(gè)很窄的氣隙或者對(duì)于內(nèi)和外圓筒的柔軟支承物。
如果
，那么包括聲學(xué)屏蔽的兩個(gè)線圈的導(dǎo)線型式基本上一樣。橫向指紋狀線圈每一象限的型式細(xì)節(jié)大多是隨意的，并可以是一種或是半徑為a的內(nèi)部或主磁性線圈或是在半徑c處的外部磁性屏蔽線圈的沿徑向顯示的型式。如果b≠b′，我們甚至可以當(dāng)半徑b處的半個(gè)聲學(xué)屏蔽沿徑向顯示主線圈而半徑b′處的第二個(gè)一半聲學(xué)屏蔽沿徑向顯示外部磁性屏蔽時(shí)尋求適當(dāng)?shù)慕?。無(wú)論選擇哪種方法，方位對(duì)稱(chēng)性必須服從梯度線圈對(duì)稱(chēng)性，以被防止激勵(lì)會(huì)把支承環(huán)圈從圓形畸變?yōu)闄E圓形的圓筒撓曲模態(tài)。我們還假定沿著z軸沒(méi)有波的傳播，因?yàn)槲覀円呀?jīng)假定m＝0。請(qǐng)見(jiàn)后面一節(jié)-“帶有磁性屏蔽的聲學(xué)控制”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在本節(jié)中，我們提出一種帶有重入環(huán)路的矩形線圈和一種帶有重入環(huán)路的封閉弧形環(huán)段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表明兩種環(huán)路裝置的實(shí)驗(yàn)裝置和尺寸的草圖示于圖12。利用早先示于圖5的實(shí)驗(yàn)裝置，我們已經(jīng)測(cè)定了一個(gè)矩形線圈的聲學(xué)響應(yīng)。典型的結(jié)果畫(huà)在圖18之中。各方塊表明在內(nèi)和外環(huán)路攜帶反相的同樣電流時(shí)的聲學(xué)響應(yīng)。各圓點(diǎn)表明在只是相角予以優(yōu)化以減小聲學(xué)輸出時(shí)的聲學(xué)響應(yīng)。當(dāng)內(nèi)環(huán)路或外環(huán)路的相位和幅值予以改變以盡量減少聲學(xué)輸出時(shí)，得到由各三角形表示的結(jié)果。注腳1和2意味著電流1保持不變而電流2予以改變以獲得最小值，或者電流2保持不變而電流1予以改變以獲得一最小的聲學(xué)輸出。在兩種情況下，一種迭代法用以構(gòu)成相角φ和電流比值的最佳組合。連續(xù)線條對(duì)應(yīng)于θ＝α＝0時(shí)方程[31]的理論曲線。注意，在最佳情況下，可以直接獲得40-50分貝的噪音輸出衰減。
剩余噪音輸出水平據(jù)認(rèn)為是由電流致動(dòng)電路和從致動(dòng)電路至線圈支承板塊的聯(lián)接造成的。矩形環(huán)路的一般性質(zhì)由方程[14和31]作了很好的描述。圖19表明針對(duì)示于圖18的數(shù)據(jù)的一條相角φ與頻率f的關(guān)系圖線。顯然，相角并不必然遵循單獨(dú)一條曲線，而是可以象預(yù)料的那樣從一條曲線跳到另一條。根據(jù)板塊的尺寸、圖18的數(shù)據(jù)和方程[3]，我們推演出τ＝111.11微秒，得出傳播速度v＝0.9千米/秒。板塊材料是未作填充的固態(tài)聚苯乙烯，而板塊厚度是12毫米。內(nèi)和外導(dǎo)線環(huán)路包括3圈16s.w.g(1.6毫米)銅線。接收拾音器大約離開(kāi)板塊1米，板塊設(shè)置在一塊磁鐵里面，以使其平面正交于磁鐵軸線和因而是磁場(chǎng)方向。獲得的最好結(jié)果是關(guān)于一形成氣隙的未作填充的中心狹槽，盡管也嘗試過(guò)其中狹槽填以或者玻璃填料環(huán)氧樹(shù)脂或者橡膠的其他一些裝置。
關(guān)于裝在固態(tài)聚苯乙烯(a)和聚合的α甲基丙烯酸甲酯(b)上面、帶有重入線圈的封閉弧形環(huán)段，作了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。在這些裝置中，中心狹槽留下來(lái)未作填充。圖20表明測(cè)出的聲學(xué)響應(yīng)。而圖21表明相應(yīng)的相位變化。根據(jù)各弧段的尺寸、圖20的數(shù)據(jù)和方程[3]，我們推演出對(duì)于兩種材料并在實(shí)驗(yàn)誤差τ＝83.33微秒之內(nèi)，得出一共同傳播速度v＝0.84千米/秒。
在這一裝置上得到相對(duì)很少的數(shù)據(jù)，但是所有的那點(diǎn)都證實(shí)了一種矩形裝置變形為一種封閉弧形環(huán)段不會(huì)使聲學(xué)控制原理失效，并證實(shí)了我們的理論結(jié)果-方程[51和61]，即在這種弧段中聲學(xué)輸出的幾乎完全趨零是可能的。相位數(shù)據(jù)也證實(shí)了由方程[51]所預(yù)測(cè)的一般性質(zhì)。就象矩形線圈結(jié)果一樣，在外部環(huán)路和內(nèi)部重入環(huán)路中被給予三圈16s.w.g的銅線。
這些結(jié)果證實(shí)了此前確定的理論，但要強(qiáng)調(diào)它們始終是依照會(huì)構(gòu)成一組合板塊以形成橫向梯度線圈裝置的各隔絕的扁平線圈而獲得的。其他需要從實(shí)驗(yàn)上了解的是，是否一完整的梯度裝置會(huì)具有與在一隔絕的線圈部分之中所取得的同樣程度的聲學(xué)輸出衰減。帶有磁性屏蔽的聲學(xué)控制我們以上已經(jīng)考查了當(dāng)一種包括具有半徑b、b′的圓筒線圈的聲學(xué)屏蔽嵌進(jìn)一標(biāo)準(zhǔn)的磁性屏蔽的梯度線圈時(shí)的情況。在那樣的處理中，忽略了兩個(gè)因素，即(i)我們不計(jì)由磁場(chǎng)在中心處所生成的剩余磁場(chǎng)梯度和(ii)對(duì)于聲學(xué)屏蔽的每一半部我們使用了任意的導(dǎo)線型式?，F(xiàn)在我們通過(guò)考查關(guān)于一完全屏蔽的、完全強(qiáng)制屏蔽的圓筒形梯度組件的數(shù)學(xué)處理來(lái)論及這兩個(gè)方面，在組件中，主線圈和磁性屏蔽二者，半徑分別為a、b，與構(gòu)成聲學(xué)屏蔽的半徑為f、E的附加圓筒形線圈相匹配。不過(guò)，在說(shuō)明這一點(diǎn)之前，我們簡(jiǎn)略地重述一下用于圓筒形分布或?qū)Ь€線圈的傅里葉空間設(shè)計(jì)法(R.Turner和RBowley，已變換的磁場(chǎng)梯度的被動(dòng)屏蔽，J.Phys.E.19，826-879(1986)；R.Turner，優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)中的一種目標(biāo)磁場(chǎng)法，J.Phys.DAppl.Phys.19，L147-L151(1986)；P.Mansfield和B.Chapman，NMR中梯度線圈的多屏蔽式主動(dòng)磁性屏蔽。J.Mag.Res.72，211-223(1987))。
令具有圓筒半徑a的x梯度主線圈用表面電流流函數(shù)Sa(ψ，z)來(lái)表征。導(dǎo)線路徑由Sa的等值線給出。電流分布由下式描述J＝-Sa×n [72]其中n是在任一點(diǎn)正交于圓筒表面的單位向量。J具有以下各組成部分Jz=la∂S∂ψ---[73]]]>以及JΨ=-∂S∂z---[74]]]>方程[74]的傅里葉變換中的第m分量是JΨm(k)=iksam(k)---[75]]]>其中JΨm(k)=FT(JΨ(Ψ,z))=12π∫-∞∞dz∫-ππdψe-imφe-ikzJΨ(ψ,z)----[76]]]>和Sam(k)=F(Sa(ψ,z))---[77]]]>我們強(qiáng)調(diào)在此和以下所用的符號(hào)k現(xiàn)在表示磁學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中的倒易空間。自此聲波傳播常數(shù)用q表示。對(duì)于一x梯度線圈，只是Sa1和Sa1是非零值。
內(nèi)部磁場(chǎng)由下式給出Bz=-μ0π∫-∞∞dkik2aeikzcosΨSal(k)Kl′(ka)I1(kr).---[78]]]>外部磁場(chǎng)由下式給出Bz=-μ0π∫-∞∞dkik2aeikzcosψSa1(k)I1′(ka)k1(kr)---[79]]]>其中r是徑向極坐標(biāo)。主動(dòng)聲學(xué)屏蔽現(xiàn)在我們添加一個(gè)第二線圈以構(gòu)成一聲學(xué)屏蔽，它也由一類(lèi)似于已得屏蔽者的表面電流流函數(shù)Sf(ψ，z)來(lái)表征，安置于一具有半徑f的圓筒上。為了聲學(xué)控制，我們要求Sfl(ψ,z)=-aAfSal(Ψ,z)---[80]]]>這樣可確保導(dǎo)線路徑是沿徑向顯示的，這就是說(shuō)，它們?cè)诿恳痪€圈上有同樣的z、ψ值，而各電流的正確比值由1∶aA/f給出。聲學(xué)屏蔽和主動(dòng)磁性屏蔽現(xiàn)在我們考查四個(gè)繞在各圓筒表面上的線圈，主線圈和磁性屏蔽分別在半徑a和b上，而主線圈聲學(xué)屏蔽和磁性屏蔽聲學(xué)屏蔽分別在半徑f、F上。總的線圈組件布局見(jiàn)圖22。這種裝置的有關(guān)流函數(shù)列表如下。
半徑流函數(shù) 功 能a Sa主線圈f Sf主線圈的聲學(xué)屏蔽b Sb主動(dòng)磁性屏蔽F SF磁性屏蔽的聲學(xué)屏蔽為了進(jìn)行聲學(xué)控制，我們要求Sfl=-aAfSal---[81]]]>還有SFl=-bBFSbl---[82]]]>從而產(chǎn)生兩個(gè)沿徑向顯示的線圈對(duì)。常數(shù)A、B取決于支承介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)。由于引入聲學(xué)屏蔽中去的電流相位錯(cuò)移，對(duì)于r＞b，我們不能造成總磁場(chǎng)消除。因而我們只把這一條件限定于出自主線圈和磁性屏蔽的磁場(chǎng)。對(duì)于在半徑r＞b處的磁場(chǎng)消除，我們需要aIl′(ka)Sal(k)+bIl′(kb)Sbl(k)=0---[83]]]>聲學(xué)屏蔽的內(nèi)部磁場(chǎng)只在半徑r＜a處由以下的函數(shù)(kernel)控制T1=fKl′(kf)Sfl(k)+FKl′(kF)SFl(k)----[84]]]>重整方程[12]，得到Sbl(k)=-aIl′(ka)bIl′(kb)Sal(k)---[85]]]>聲學(xué)屏蔽除外的外部磁場(chǎng)由下式給出Bz=-μ0π∫-∞∞dkik2eikzcosΨIl(kr)Ti---[86]]]>其中內(nèi)部影響零位線函數(shù)是Ti=ΣllSl1(k)Kl′(kl)---[87]]]>而其中d＝a、b。利用方程[81]和[82]，我們得到Tl=aSa1(k)K1′(ka)]]>+bSbl(k)Kl′(kb)---[88]]]>利用方程[84]和[85]，給出Ti=Sal(k)Tj′---[89]]]>其中次影響函數(shù)Ti’是Ti′-a{[K1(ka)-K1′(kb)]×Il′(ka)]Il′(kb)).---[90]]]>現(xiàn)在可以使用目標(biāo)磁場(chǎng)法(10)，其中我們規(guī)定一定向磁場(chǎng)Bz(c，ψ，z)在一半徑為c的圓筒區(qū)域里面。傅里葉變換隨后在半徑c處可給出Bx1(c，k)。使方程[46]的組成部分等于Bz1(c，k)并加以反演，我們可得到Sa(k)的表達(dá)式Sal(k)=-πμ0k2I1(kc)T′Bzl(c,k)---[91]]]>根據(jù)我們?cè)缦鹊墓ぷ?，以上常?shù)A和B是A=aπqlf/2eiqlxle-αlxl---[92]]]>和B=bπq2F/2eiq2x2e-α2x2---[93]]]>其中，引入角頻率ω，對(duì)于兩種介質(zhì)把波傳播常數(shù)表示成q1＝ω/v1和q2＝ω/v2以區(qū)別于在此用來(lái)表明磁學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中的倒易空間的k。根據(jù)方程[81，82]和[84]，我們得到聲屏蔽的內(nèi)部次零位線函數(shù)Ti′=-a(AKl′(kf)-BKl′(kF)Il′(ka)Il′(kb))---[94]]]>這一方程必須通過(guò)起初略去波衰減和相位以及通過(guò)變化各獨(dú)立變量f、F、v1和v2而對(duì)于a、b的特定值予以最小化。相位和幾何約束-方程[69和70]隨后在一包含以衰減項(xiàng)的迭代過(guò)程中要予以考慮。
概括起來(lái)，此方法因而是確定Bz(c，ψ，z)；利用方程[91]以計(jì)算Sa(k)；然后利用方程[85]以計(jì)算Sb(k)。聲屏蔽的最小內(nèi)部磁場(chǎng)由方程[94]確定。
根據(jù)方程[81]和[82]，各聲學(xué)屏蔽中的電流總是小于相鄰的受到聲學(xué)屏蔽的線圈中的電流。因?yàn)槁晫W(xué)屏蔽是由其自身發(fā)生源以適當(dāng)?shù)姆岛拖嘟羌?lì)的，所以電流平衡方面不存在問(wèn)題。對(duì)于磁性屏蔽，方程[85]規(guī)定了主線圈與磁性屏蔽之間的一個(gè)電流比值。象在通常未經(jīng)聲學(xué)屏蔽的線圈中一樣，方程[85]可以通過(guò)變化主/屏蔽圈數(shù)的比值而予以滿足。同樣的過(guò)程將用于聲學(xué)屏蔽。
雖然我們已經(jīng)確保此種屏蔽可對(duì)所需的梯度給予最小程度的磁場(chǎng)影響，但要強(qiáng)調(diào)的是，還會(huì)存在一個(gè)在磁性屏蔽以外的，即對(duì)于r＞b，由各屏蔽所生成的微小磁場(chǎng)。這由下式給出Bz=-μ0π∫-∞∞dkik2eikzcosψkl(kr)To---[95]]]>其中To=Sal(k)To′---[96]]]>以及其中Ti’由下式給To′=-aAIl′(kf)+aBIl′(kF)Il′(ka)Il′(kb)---[97]]]>外部磁場(chǎng)可以期望是比較微小的。因而，我們作出結(jié)論聲學(xué)控制裝置，采用帶有相應(yīng)的相鄰主線圈和磁性屏蔽的聲學(xué)屏蔽兩個(gè)半部的徑向顯示，將總會(huì)在梯度線圈中心給出不需要的磁場(chǎng)分量，以及損害磁場(chǎng)屏蔽效力。
可以證明，較為重要的是通過(guò)使線圈中心處的聲學(xué)屏蔽磁性影響為零而保持磁性梯度的純粹性。在方程[94]中設(shè)定Ti＝0就可以做到這一點(diǎn)。我們還可以強(qiáng)制至少一個(gè)屏蔽線圈沿徑向顯示為梯度線圈。令半徑a和f處的線圈是沿徑向?qū)?zhǔn)的。則方程[84]可以寫(xiě)作SFl(k)=aAKl′(kf)FKl′(kF)Sal(k)---[98]]]>出自聲學(xué)屏蔽的外部磁場(chǎng)由零位線函數(shù)的控制，Ta由下式給出To=-aAIl′(kf)Sal(k)+FIl′(kF)SFl(k)---[99]]]>根據(jù)方程[98]代換Sf1(K)，最后得到次零位線函數(shù)Ta1To′=aA{Il′(kf)-Il′(kF)Kl′(kf)Kl′(kF)}---[100]]]>從方程[100]看到，隨著f→F，To′→0。對(duì)于上述的兩個(gè)間隔很近的聲學(xué)屏蔽線圈，線圈裝置的磁性屏蔽不會(huì)是完善的，但是相當(dāng)可以接受的。這一方法還在選擇f和F方面允許某種靈活性，從而使聲學(xué)匹配比較易于達(dá)到。
權(quán)利要求
1.一種適合于置放在一靜磁場(chǎng)之中的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，線圈包括多條第一導(dǎo)線和多條至少第二導(dǎo)線，各第一和至少第二導(dǎo)線借助于至少一塊具有預(yù)定的聲傳輸特征的材料以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)，并在其中各第一和至少第二導(dǎo)線間隔開(kāi)一預(yù)定距離；第一電流供給裝置，用于把一第一交變電流供給所述多條第一導(dǎo)線；至少一第二電流供給裝置，用于把至少一第二交變電流供給所述多條至少第二導(dǎo)線，所述第一和各至少第二電流的特征在于，它們具有不同的和變化的幅值以及不同的和變化的相對(duì)相位，這兩個(gè)特性都由該材料的聲學(xué)特征，并由材料的幾何狀況和該預(yù)定距離來(lái)確定。
2.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中第一和第二電流供給裝置包括用于供給具有可控制形狀的各電流波形的裝置，所述各電流波形被定形以適合機(jī)械聯(lián)接材料的傳播性質(zhì)特征。
3.如權(quán)利要求2所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，包括用于調(diào)節(jié)第二電流幅值成為第一電流幅值的一確定比值，該確定的比值是第一和第二導(dǎo)線間隔距離和聯(lián)接材料的聲傳輸特征二者的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中第一導(dǎo)線構(gòu)成一外部環(huán)路，而第二導(dǎo)線線成一內(nèi)部重入環(huán)路。
5.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中內(nèi)部重入環(huán)路包括由一較短接頭部分連接起來(lái)的第一和第二基本上平行的路徑部分，第一和第二部分埋置在第一和第二隔離材料板塊之中，各板塊是以機(jī)械方式聯(lián)接在一起的。
6.如權(quán)利要求5所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中機(jī)械聯(lián)接部分是一種適當(dāng)?shù)鸟詈喜牧稀?br> 7.如權(quán)利要求6所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中耦合材料是一種固態(tài)聚合物材料，不同于用以支承第一導(dǎo)線或外部環(huán)路的材料的材料。
8.如權(quán)利要求6所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中機(jī)械聯(lián)接部分包括一帶有按等間距設(shè)置以隔開(kāi)第一和第二板塊的各間隔器的氣隙。
9.如權(quán)利要求4至8中任何一項(xiàng)所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中線圈是一梯度線圈，以及其中各線圈所處的平面離開(kāi)一基準(zhǔn)的距離是z，以便優(yōu)化該梯度線圈。
10.一種設(shè)計(jì)主動(dòng)聲控磁性線圈裝置的方法，包括以下步驟a)確定第一和第二基本上平行的導(dǎo)線路徑；b)確定一種具有預(yù)定特征的聲傳輸材料以封裹離開(kāi)一預(yù)定距離的第一和第二平行的導(dǎo)線；c)確定一第一交變電流，具有一第一幅值與相位，流動(dòng)于第一平行導(dǎo)線路徑之中；d)確定一第二交變電流，具有不同于所述第一幅值和相位的第二可變幅值和可變相對(duì)相位，流動(dòng)于第二平行導(dǎo)線路徑之中。第二電流的幅值和相對(duì)相位是由該材料的聲學(xué)特征和其幾何狀況及該預(yù)定距離確定的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中各基本上平行的路徑當(dāng)各矩形環(huán)路變形成為各封閉弧形環(huán)路時(shí)是弧形的。
12.一種主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，包括一線圈結(jié)構(gòu)，該線圈結(jié)構(gòu)包括在一以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)的系統(tǒng)之中的四條基本平行的導(dǎo)線，該系統(tǒng)含有第一和第二外部導(dǎo)線以及第一和第二內(nèi)部導(dǎo)線，每一第一和第二外部導(dǎo)線由帶有確定的聲傳輸特征的第一和第二材料板塊以機(jī)械方式聯(lián)接于相應(yīng)的第一和第二內(nèi)部導(dǎo)線，并且其中第一和第二材料板塊由一第三聲傳輸材料連接起來(lái)。
13.如權(quán)利要求12所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中第一和第二板塊的材料與耦合塊的材料一致，或者可以具有不同的聲傳輸特征。
14.如權(quán)利要求11所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中第三聲傳輸材料是空氣，第一和第二板塊只在確定的各區(qū)域處以機(jī)械方式固定在一起。
15.如權(quán)利要求2所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中第三聲傳輸材料是一聲傳輸材料的耦合板塊。
16.如權(quán)利要求13至15中任何一項(xiàng)所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中各導(dǎo)線設(shè)置在各弧段之中。
17.如權(quán)利要求1至9或12至16中任何一項(xiàng)所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中線圈裝置還包括磁屏蔽線圈裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中磁屏蔽線圈裝置在聲學(xué)上用定義于權(quán)利要求1至9或12至16之中的一線圈予以屏蔽。
19.如權(quán)利要求16、17或18所述的主動(dòng)聲控磁性線圈裝置，其中各線圈構(gòu)成MRI設(shè)備的一種梯度線圈裝置。
全文摘要
聲控磁性線圈包括包括第一和第二導(dǎo)線，它們由一具有確定的聲傳輸特征的、把各導(dǎo)線保持隔開(kāi)某一預(yù)定距離的材料板塊以機(jī)械方式聯(lián)接起來(lái)。各導(dǎo)線被供給具有不同和變化的幅值和不同和變化的相位的電流，兩種特性均由聲學(xué)特征和由幾何狀況和預(yù)定距離來(lái)確定。
文檔編號(hào)G01R33/385GK1154743SQ9619056
公開(kāi)日1997年7月16日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月1日
發(fā)明者彼得·曼斯菲爾德 申請(qǐng)人:彼得·曼斯菲爾德