单侧快速MRI梯度场线圈及其应用的制作方法

单侧快速mri梯度场线圈及其应用


背景技术：

1.磁共振成像(mri)系统主要集中于利用封闭的外形。这种外形包括使用产生电磁场的材料和成像系统部件围绕成像区域。典型的mri系统包括圆柱形孔磁体，其中患者被置于磁体的管内进行成像。然后将诸如射频(rf)发送(tx)、rf接收(rx)线圈和电磁梯度生成线圈的部件置于患者的多侧来有效地围绕患者以执行成像。
2.通常，电磁梯度生成线圈巨大并且完全围绕视场(即，成像区域)以在整个视场中创建线性和单调的磁场梯度。在大多数当前mri系统中，部件的放置实际上围绕着患者，严重限制了患者的移动，而有时能够在将患者定位或移向和移出成像区域期间引起额外的负担。因此，需要在下一代mri系统中提供现代成像配置，以进一步缓解上述关于患者舒适度和繁重限制的问题。


技术实现要素：

3.本公开的至少一个方面涉及一种磁成像装置。该装置包括：电源，用于提供电流；以及连接到电源的单侧梯度线圈组。根据各种实施方式，线圈组包括孔隙。根据各种实施方式，线圈组还包括在相对于孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈。根据各种实施方式，第一位置相对于孔隙而与第二位置相对。在该装置的一些实现方案中，线圈组被配置为接收通过一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈的电流，以生成电磁场梯度，该电磁场梯度被配置为远离线圈组投射并进入磁成像装置的成像区域。
4.根据各种实施方式，线圈组是非平面的并且被定向为部分地围绕成像区域。根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈相对于孔隙是非平面的并且相对于孔隙彼此镜像。
5.根据各种实施方式，电磁场梯度在成像区域中是基本均匀的。根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。根据各种实施方式，电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。
6.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第一螺旋线圈。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第二螺旋线圈。
7.在该装置的一些实现方案中，电流以交变方向流过一个或更多个第一螺旋线圈以最小化电磁场梯度的上升时间。
8.根据各种实施方式，电流以交变方向流过一个或更多个第二螺旋线圈以最小化电磁场梯度的上升时间。
9.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈被配置为创建第一大初级电磁场梯度，并且一个或更多个第一螺旋线圈中的次级第一螺旋线圈被配置为创建第一小次级电磁场梯度以提供对第一大初级电磁场梯度的调整。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈创建第二大初级电磁场梯度，并且一个或更多个第二螺旋线圈中的次级第二螺旋线圈创建第二小次级电磁场梯度以提供对
第二大初级电磁场梯度的调整。
10.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和一个或更多个第一螺旋线圈中的与初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈使电流以相反的方向流过它们。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈中的与初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈使电流以相反的方向流过它们。
11.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和一个或更多个第一螺旋线圈中的与初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第一电磁场梯度。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈中的与初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第二电磁场梯度。
12.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈连接以形成单个电流回路。根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈包括不同的材料。
13.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈的直径在约10μm至约10m之间。
14.根据各种实施方式，线圈组还包括用于调整电磁场梯度的一个或更多个电子部件。根据各种实施方式，一个或更多个电子部件包括至少一个pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关。根据各种实施方式，用于调谐的一个或更多个电子部件包括导电金属、超材料或磁性金属中的至少之一。根据各种实施方式，调谐电磁场梯度包括改变电流或改变一个或更多个电子部件的物理位置。
15.根据各种实施方式，线圈组被低温冷却以降低电阻并提高效率。
16.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
17.本公开的至少一个方面涉及一种使用磁成像装置的方法。该方法包括提供电源和提供连接到电源的单侧梯度线圈组。根据各种实施方式，线圈组包括孔隙。根据各种实施方式，线圈组包括在相对于孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈。根据各种实施方式，第一位置相对于孔隙而与第二位置相对。
18.根据各种实施方式，该方法包括接通电源以使电流流过一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈，以生成电磁场梯度，电磁场梯度远离线圈组投射并进入磁场成像装置的成像区域。
19.根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。根据各种实施方式，电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。
20.根据各种实施方式，线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中之一的一个或更多个电子部件。根据各种实施方式，该方法还包括通过改变电流或通过改变一个或更多个电子部件的物理特性或位置中之一来调谐电磁场梯度。
21.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
22.本公开的至少一个方面涉及一种磁成像装置。该装置包括：电源，用于提供电流；以及连接到电源的单侧梯度线圈组，其中线圈组被配置为生成具有小于约10μs的上升时间的电磁场梯度，并且电磁场梯度被配置为远离线圈组投射并进入磁成像装置的成像区域。
23.根据各种实施方式，线圈组还包括：孔隙，以及在相对于孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈，第一位置相对于孔隙而与第二位置相对。
24.根据各种实施方式，线圈组是非平面的并且被定向为部分地围绕成像区域。根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈相对于孔隙是非平面的并且相对于孔隙彼此镜像。
25.根据各种实施方式，电磁场梯度在成像区域中是基本均匀的。根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。
26.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第一螺旋线圈。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第二螺旋线圈。
27.在该装置的一些实现方案中，电流以交变方向流过一个或更多个第一螺旋线圈以最小化电磁场梯度的上升时间。
28.根据各种实施方式，电流以交变方向流过一个或更多个第二螺旋线圈以最小化电磁场梯度的上升时间。
29.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈被配置为创建第一大初级电磁场梯度，并且一个或更多个第一螺旋线圈中的次级第一螺旋线圈被配置为创建第一小次级电磁场梯度以提供对第一大初级电磁场梯度的调整。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈创建第二大初级电磁场梯度，并且一个或更多个第二螺旋线圈中的次级第二螺旋线圈创建第二小次级电磁场梯度以提供对第二大初级电磁场梯度的调整。
30.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和一个或更多个第一螺旋线圈中的与初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈使电流以相反的方向流过它们。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈中的与初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈使电流以相反的方向流过它们。
31.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和一个或更多个第一螺旋线圈中的与初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第一电磁场梯度。根据各种实施方式，一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈中的与初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第二电磁场梯度。
32.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈连接以形成单个电流回路。根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈包括不同的材料。
33.根据各种实施方式，一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈的直径在约10μm至约10m之间。
34.根据各种实施方式，线圈组还包括用于调节电磁场梯度的一个或更多个电子部件。根据各种实施方式，一个或更多个电子部件包括至少一个pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关。根据各种实施方式，用于调谐的一个或更多个电子部件包括导电金属、超材料或磁性金属中的至少之一。根据各种实施方式，调谐电磁场梯度包括改变电流或改变一个或更多个电子部件的物理位置。
35.根据各种实施方式，线圈组被低温冷却以降低电阻并提高效率。
36.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
37.本公开的至少一个方面涉及一种使用磁成像装置的方法。该方法包括提供电源和提供连接到电源的单侧梯度线圈组。该方法包括接通电源以使电流流过线圈组。该方法包括生成上升时间小于约10μs的电磁场梯度。该方法包括将电磁场梯度远离线圈组投射并进入磁成像装置的成像区域。
38.根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。
39.根据各种实施方式，线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中之一的一个或更多个电子部件。根据各种实施方式，该方法还包括通过改变电流或通过改变一个或更多个电子部件的物理特性或位置中之一来调谐电磁场梯度。
40.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
41.这些和其他方面和实现方案在下面详细讨论。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实现方案的说明性示例，并提供用于理解要求保护的方面和实现方案的性质和特征的概述或框架。附图提供了对各个方面和实现方案的说明和进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。
附图说明
42.附图并非旨在依比例绘制。各图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。为清楚起见，并非每个部件都在每张图中标出。在附图中：
43.图1是根据各种实施方式的磁成像装置的实现方案的示意图；
44.图2是根据各种实施方式的单侧梯度线圈组的实现方案的示意图；
45.图3是根据各种实施方式的单侧梯度线圈组的实现方案的示意图；
46.图4是根据各种实施方式的单侧梯度线圈组的实现方案的示意图。
47.图5是根据各种实施方式的用于使用磁成像装置的方法的流程图。
48.图6是根据各种实施方式的用于使用磁成像装置的另一种方法的流程图。
具体实施方式
49.mri系统的典型电磁梯度线圈配置巨大并且通常围绕视场，即成像区域。特别地，用于在磁成像期间生成用于空间编码的梯度磁场的线圈典型地巨大并且通常置于患者的多侧。梯度磁场线圈典型地以弯曲的指纹配置构造，该配置形成圆柱形外形。梯度磁场线圈被设计成使得生成的磁场在感兴趣区域(即成像区域)上呈线性，以便创建mri图像的直接数学重建。对于典型的mri系统，成像区域中的梯度磁场越线性，围绕患者的线圈越多。因
此，梯度磁场线圈专门设计成包围患者。然而，当外观现代化为其中围绕患者不再是选项的单侧mri系统时，梯度磁场线圈的这种配置失效。
50.为了进一步提高患者的舒适度并减少当前mri系统的繁重移动限制，已经开发了单侧mri系统。在此描述的公开内容总体上涉及单侧mri系统的磁成像装置及其应用。特别地，所描述的技术涉及具有单侧梯度线圈组的磁成像装置，该单侧梯度线圈组包括被配置为在单侧mri系统中工作的多个梯度磁场螺旋线圈。如本文所述，所公开的单侧mri系统可被配置为使得患者在一侧被电磁场产生材料和成像系统部件覆盖，但不完全被包围。在此描述的配置提供对患者移动的较少限制，同时在将患者定位和/或从mri系统移开期间减少不必要的负担。换句话说，通过仅在患者一侧放置单侧梯度线圈组，患者不会感到被困在mri系统中。
51.本文公开的技术包括单侧梯度线圈组的新配置，以及在向外远离单侧梯度线圈组一定距离处的成像区域(即，感兴趣区域)内生成空间变化的梯度磁场的方法。如本文所述的单侧梯度线圈组包括生成远离线圈组本身的近线性场的一个或更多个线圈配置。对于在单侧mri系统中成像，因为线圈能够不再围绕患者，所以所公开的配置旨在生成向外和在线圈组之间投射的近线性梯度场。换句话说，对于在单侧mri系统中工作的梯度线圈组，必须远离线圈组本身生成用于成像的梯度磁场。为了将场投射出并远离单侧梯度线圈组，所公开的线圈配置包括成组布置或以不同布置方式布置的不同尺寸的线圈。
52.在如本文所述的各种实现方案中，单侧梯度线圈组可被配置为具有在不同螺旋线圈或不同螺旋线圈组中以交变方向流动的电流，以最小化梯度磁场的上升时间并在远距离投影的感兴趣区域内生成空间变化的磁场。在如本文所公开的各种实现方案中，磁梯度场的线性对于梯度磁场系统的单侧性质是足够的。此外，如本文所公开的线圈组配置旨在生成能够快速上升的梯度磁场，以改进扫描时间、空间分辨率并减少所得到的图像中的生物效应。可能的生物效应包括来自快速变化的电磁场的外周神经刺激或在操作期间线圈温度升高引起的加热。
53.图1示出了根据各种实施方式的磁成像装置100的示例实现方案的示意图。如图1所示，装置100包括单侧梯度线圈组120，其被配置为向外远离线圈组120并在视场130内投射梯度磁场。在各种实现方案中，视场130是其中患者驻留的用于磁共振成像的感兴趣区域(即，成像区域)。由于患者驻留在远离线圈组120的视场130中，所以装置100适于用在单侧mri系统中。
54.如图所示，线圈组120包括各组螺旋线圈140a、140b、140c和140d(统称为“螺旋线圈140”)中的各种尺寸的螺旋线圈。每组螺旋线圈140包括至少一个螺旋线圈，而图1示出为包括3个螺旋线圈。根据各种实施方式，螺旋线圈140中的每个螺旋线圈在其中心处具有电接触并且在螺旋线圈的外边缘具有电接触输出，以形成导电材料的从中心到外边缘向外旋出的单个运行回路，反之亦然。根据各种实施方式，螺旋线圈140中的每个螺旋线圈具有在螺旋线圈的第一位置处的第一电接触以及在螺旋线圈的第二位置处的第二电接触以形成导电材料的从第一位置到第二位置的单个运行回路，反之亦然。
55.根据各种实施方式，线圈组120具有在约0.001mm至约15m之间的横向尺寸。在各种实现方案中，线圈组120的横向尺寸介于约0.001m和约10m之间、约0.01m和约8m之间、约0.03m和约6m之间、约0.05m和约5m之间、约0.1m和约3m之间、约0.2m和约2m之间、约0.3m和
约1.5m之间、约0.5m和约1m之间、或约0.01m和约3m之间，包括它们之间的任何横向尺寸。
56.如图1所示，线圈组120还包括其中心处的孔隙125，其中螺旋线圈140围绕孔隙125设置。孔隙125本身在其内不包含用于生成磁性材料的任何线圈材料。线圈组120还包括在线圈组120的外边缘上的开口127，螺旋线圈140可以设置到该开口127。换句话说，孔隙125和开口127限定了线圈组120的边界，螺旋线圈140可以设置在该边界内。根据各种实施方式，线圈组120形成在中心具有孔的碗状。
57.根据各种实施方式，螺旋线圈140跨过孔隙125形成。例如，螺旋线圈140a被设置成相对于孔隙125而与螺旋线圈140c相对。类似地，螺旋线圈140b被设置成相对于孔隙125而与螺旋线圈140d相对。根据各种实施方式，螺旋线圈140a和140c形成为彼此相对。根据各种实施方式，螺旋线圈140b和140d形成为彼此相对。根据各种实施方式，图1所示的线圈组120中的螺旋线圈140被配置为在视场130内的磁梯度场中创建空间编码。
58.如图1所示，通过将电接触152和154附接到螺旋线圈140中的一个或更多个，线圈组120也经由电接触152和154连接到电源150。在各种实现方案中，电接触152连接到螺旋线圈140中的一个，然后该一个螺旋线圈140串联和/或并联连接到其他螺旋线圈140，并且然后另一个螺旋线圈140连接到电接触154以形成电流回路。在各种实现方案中，螺旋线圈140全部串联电连接。在各种实现方案中，螺旋线圈140全部并联电连接。在各种实现方案中，一些螺旋线圈140串联电连接而其他螺旋线圈140并联电连接。在各种实现方案，螺旋线圈140a串联电连接而螺旋线圈140b并联电连接。在各种实现方案中，螺旋线圈140c串联电连接而螺旋线圈140d并联电连接。螺旋线圈140或每组螺旋线圈140中的每个螺旋线圈之间的电连接可以根据需要进行配置以在视场130中生成磁场。
59.在各种实现方案中，线圈组120包括如图1所示展开的螺旋线圈140。根据各种实施方式，每组螺旋线圈140a、140b、140c和140d从孔隙125到开口127成行配置，使得每组螺旋线圈被设置成以90
°
的角度彼此分开。根据各种实施方式，140a和140b彼此成45
°
设置，140c和140d彼此成45
°
设置，而140c在140b的另一侧成135
°
设置，并且140d在140a的另一侧成135
°
设置。实质上，任何螺旋线圈140的组可以用于任何数量“n”组的螺旋线圈140以任何布置配置。
60.在各种实现方案中，螺旋线圈140具有相同的直径。根据各种实施方式，每组螺旋线圈140a、140b、140c和140d具有相同的直径。根据各种实施方式，螺旋线圈140具有不同的直径。根据各种实施方式，每组螺旋线圈140a、140b、140c和140d具有不同的直径。根据各种实施方式，每组螺旋线圈140a、140b、140c和140d中的螺旋线圈具有不同的直径。根据各种实施方式，140a和140b具有相同的第一直径并且140c和140d具有相同的第二直径，但是第一直径和第二直径不同。
61.根据各种实施方式，螺旋线圈140中的每个螺旋线圈具有在约10μm和约10m之间的直径。根据各种实施方式，螺旋线圈140中的每个螺旋线圈的直径介于约0.001m和约9m之间、约0.005m和约8m之间、约0.01m和约6m之间、约0.05m和约5m之间、约0.1m和约3m之间、约0.2m和约2m之间、约0.3m和约1.5m之间、约0.5m和约1m之间、或约0.01m和约3m之间，包括它们之间的任何直径。
62.根据各种实施方式，螺旋线圈140被连接以形成单个电路回路(或单个电流回路)。如图1所示，例如，螺旋线圈140中的一个螺旋线圈连接到电源150的电接触152，而另一个螺
旋线圈连接到电接触154，使得螺旋线圈140完成电路。
63.根据各种实施方式，线圈组120生成介于约1μt和约10t之间的电磁场强度(本文中也称为“电磁场梯度”或“梯度磁场”)。根据各种实施方式，线圈组120可以生成约100μt和约1t之间、约1mt和约500mt之间、或约10mt和约100mt之间的电磁场强度，包括它们之间的任何磁场强度。根据各种实施方式，线圈组120可以生成大于约1μt、约10μt、约100μt、约1mt、约5mt、约10mt、约20mt、约50mt、约100mt，或约500mt的电磁场强度。
64.根据各种实施方式，线圈组120生成以上升时间小于约100μs的速率脉动的电磁场。根据各种实施方式，线圈组120生成以上升时间小于约1μs、约5μs、约10μs、约20μs、约30μs、约40μs、约50μs、约100μs、约200μs、约500μs、约1ms、约2ms、约5ms或约10ms的速率脉动的电磁场。
65.根据各种实施方式，线圈组120被定向为部分地围绕感兴趣区域130。根据各种实施方式，螺旋线圈140彼此是非平面的。根据各种实施方式，各组螺旋线圈140a、140b、140c和140d彼此是非平面的。换言之，螺旋线圈140和每组螺旋线圈140a、140b、140c和140d形成围绕其中患者驻留的感兴趣区域130的三维结构。
66.根据各种实施方式，螺旋线圈140包括相同的材料。根据各种实施方式，螺旋线圈140包括不同的材料。根据各种实施方式，组140a中的螺旋线圈包括相同的第一材料，组140b中的螺旋线圈包括相同的第二材料，组140c中的螺旋线圈包括相同的第三材料，组140d中的螺旋线圈包括相同的第四材料，但第一、第二、第三和第四材料是不同的材料。根据各种实施方式，第一和第二材料是相同的材料，但是该相同的材料不同于相同的第三和第四材料。实质上，根据线圈组120的配置，任何螺旋线圈140可以具有相同材料或不同材料。
67.根据各种实施方式，螺旋线圈140包括空心管或实心管。根据各种实施方式，螺旋线圈140包括一个或更多个绕组。根据各种实施方式，绕组包括绞合线或任何电导线。根据各种实施方式，螺旋线圈140包括铜、铝、银、银浆或任何高导电材料，任何高导电材料包括金属、合金或超导金属、合金或非金属。根据各种实施方式，螺旋线圈140包括超材料。
68.根据各种实施方式，线圈组120包括用于调谐磁场的一个或更多个电子部件。一个或更多个电子部件可包括pin二极管、机械继电器、固态继电器或开关，开关包括微机电系统(mems)开关。根据各种实施方式，线圈可以被配置为包括沿着电路的一个或更多个电子部件中的任何电子部件。根据各种实施方式，一个或更多个部件可以包括不主动导电并且可以调谐线圈的高导磁率合金(mu metal)、电介质、磁性或金属部件。根据各种实施方式，用于调谐的一个或更多个电子部件包括导电金属、超材料或磁性金属中的至少之一。根据各种实施方式，调谐电磁场包括改变电流或通过改变一个或更多个电子部件的物理位置。根据各种实施方式，线圈被低温冷却以降低电阻并提高效率。
69.图2是单侧梯度线圈组200的实现方案的示意图。如图所示，线圈组200包括彼此横向相邻以隔开的距离布置的螺旋线圈240a、240b和240c。尽管图2中仅示出了3个螺旋线圈用于说明目的以传达线圈组200中的螺旋线圈的一般概念，但该图示不应限制如本文所述的技术。电流源(未示出)连接到每个螺旋线圈240a、240b和240c以如图2所示提供沿方向250a、250b和250c的电流。流过螺旋线圈240a、240b和240c的电流方向250a、250b和250c生成各自的磁场260a、260b和260c。如图所示，由相应的螺旋线圈240a、240b和240c生成的磁
场260a、260b和260c中的每一个磁场的方向、幅度、以及均匀性等可以被具体配置以获得期望的总体电磁场或梯度场分布。
70.图2中所示的配置可用于例如通过使中间螺旋线圈240b以两个其他螺旋线圈240a和240c的相反方向流动电流来减小磁场谐波的影响。根据各种实施方式，螺旋线圈240b可以被配置为生成大部分磁场，而螺旋线圈240a和240c被配置为校正由螺旋线圈240b生成的磁场的谐波和非线性。本质上，可以使用本文描述的技术来实现任何可能的配置以成形和形成期望的电磁场或场梯度以帮助mri成像。
71.根据各种实施方式，螺旋线圈240a、240b和240c中相反的电流方向可以帮助减少电磁梯度线圈电流上升时间。根据各种实施方式，电磁场梯度具有小于约1μs、约5μs、约10μs、约20μs、约30μs、约40μs、约50μs、约100μs、约200μs、约500μs、约1ms、约2ms、约5ms或约10ms的上升时间。
72.根据各种实施方式，相反的电流方向有助于降低螺旋线圈240a、240b和240c之间的耦合电感。根据各种实施方式，螺旋线圈240a、240b和240c之间的耦合电感降低约1％和约80％之间、约5％和约60％之间、约10％和约40％之间、约15％和约30％之间、或约1％和约10％之间，包括它们之间的任何范围。
73.图3是单侧梯度线圈组300的实现方案的示意图。如图所示，线圈组300包括彼此横向相邻布置使得螺旋线圈接触的螺旋线圈340a、340b和340c。电流源(未示出)连接到每个螺旋线圈340a、340b和340c以如图3所示提供沿方向350a、350b和350c的电流。流过螺旋线圈340a、340b和340c的电流方向350a、350b和350c生成各自的磁场360a、360b和360c。类似于图2的线圈组200，由相应的螺旋线圈340a、340b和340c生成的磁场360a、360b和360c中的每一个磁场的幅度、均匀性等可以被具体配置以获得期望的整体电磁场或梯度场分布。
74.图3中所示的配置还可用于减少关于图2所讨论的磁场谐波的效果。根据各种实施方式，螺旋线圈340a、340b和340c中相反的电流方向可以有助于减少电磁梯度线圈电流上升时间。由于与螺旋线圈240a、240b和240c相比，螺旋线圈340a、340b和340c彼此更接近，因此在梯度线圈电流上升时间的减小方面，减少效果增强更多。根据各种实施方式，由螺旋线圈340a、340b和340c生成的电磁场梯度的上升时间小于约0.1μs、约0.5μs、约1μs、约5μs、约10μs、约20μs、约30μs、约40μs、约50μs、约100μs、约200μs、约500μs、约1ms、约2ms、约5ms或约10ms。
75.根据各种实施方式，相反的电流方向有助于降低螺旋线圈340a、340b和340c之间的耦合电感。本质上，与螺旋线圈240a、240b和240c相比，更靠近的螺旋线圈的相反电流方向可以帮助进一步降低螺旋线圈340a、340b和340c之间的耦合电感。根据各种实施方式，螺旋线圈340a、340b和340c之间的耦合电感降低约1％和约90％之间、约5％和约60％之间、约10％和约40％之间、约15％和约30％之间、或约1％和约10％之间，包括它们之间的任何范围。
76.图4是单侧梯度线圈组400的实现方案的示意图。如图所示，线圈组400包括彼此交叠的螺旋线圈440a、440b和440c。电流源(未示出)连接到每个螺旋线圈440a、440b和440c以如图4所示提供沿相同方向450a、450b和450c的电流。流过螺旋线圈440a、440b和440c的相同的电流方向450a、450b和450c生成相同方向的磁场460a、460b和460c。类似于图2的线圈组200和图3的线圈组300，由相应的螺旋线圈440a、440b和440c生成的磁场460a、460b和
460c中的每一个磁场的幅度、均匀性等可以被具体配置以获得期望的整体电磁场或梯度场分布。然而，交叠的螺旋线圈440a、440b和440c的相同方向使螺旋线圈440a、440b和440c磁性去耦。螺旋线圈440a、440b和44的交叠允许一个线圈(例如，螺旋线圈440b)内的磁场使交叠的线圈(例如，螺旋线圈440a和440c)内的磁场增大，反之亦然。
77.图5是根据各种实施方式的用于使用磁成像装置的方法s100的流程图。根据各种实施方式，方法s100包括在步骤s110提供电源。
78.根据各种实施方式，方法s100包括在步骤s120提供连接到电源的单侧梯度线圈组。根据各种实施方式，线圈组包括孔隙和在相对于孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈以及在相对于孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈。根据各种实施方式，第一位置相对于孔隙而在第二位置对面。
79.如图5所示，方法s100包括，在步骤s130，接通电源以使电流流过一个或更多个第一螺旋线圈和一个或更多个第二螺旋线圈。根据各种实施方式，电流流动生成电磁场梯度，该电磁场梯度远离线圈组投射并进入磁成像装置的成像区域。
80.根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。根据各种实施方式，电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。根据各种实施方式，线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关之一的一个或更多个电子部件。
81.根据各种实施方式，方法s100可选地包括，在步骤s140，通过改变电流或通过改变一个或更多个电子部件的物理特性或位置之一来调谐电磁场梯度。
82.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
83.图6是根据各种实施方式的用于使用磁成像装置的方法s200的流程图。根据各种实施方式，方法s200包括在步骤s210提供电源。
84.根据各种实施方式，方法s200包括在步骤s220提供连接到电源的单侧梯度线圈组。
85.如图6所示，方法s200包括在步骤s230接通电源以使电流流过线圈组。
86.根据各种实施方式，方法s200包括在步骤s240生成具有小于约10μs的上升时间的电磁场梯度。
87.根据各种实施方式，方法s200包括在步骤s250投射电磁场梯度远离线圈组并进入磁成像装置的成像区域。
88.根据各种实施方式，电磁场梯度大于约5mt。根据各种实施方式，电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。根据各种实施方式，线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关之一的一个或更多个电子部件。
89.根据各种实施方式，方法s200可选地包括，在步骤s260，通过改变电流或通过改变一个或更多个电子部件的物理特性或位置之一来调整电磁场梯度。
90.根据各种实施方式，线圈组还包括孔隙和在相对于孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈以及在相对于孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈。根据各种实施方式，第一位置相对于孔隙而与第二位置相对。
91.根据各种实施方式，线圈组还包括与孔隙相对的开口，其中孔隙和开口之间的区域限定线圈组区域，并且其中成像区域至少部分地设置在线圈组区域之外。
92.实施方式的记载
93.1.一种磁成像装置，包括：电源，用于提供电流；以及连接到所述电源的单侧梯度线圈组，所述线圈组具有孔隙，其中，所述线圈组包括在相对于所述孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于所述孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈，所述第一位置相对于所述孔隙而与所述第二位置相对，以及其中，所述线圈组被配置为接收通过所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈的电流，从而生成电磁场梯度，所述电磁场梯度被配置为远离所述线圈组投射并进入所述磁成像装置的成像区域。
94.2.根据实施方式1所述的装置，其中，所述线圈组是非平面的并且被定向为部分地围绕所述成像区域。
95.3.根据实施方式1至2中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈相对于所述孔隙是非平面的并且相对于所述孔隙彼此镜像。
96.4.根据实施方式1至3中任一项所述的装置，其中，所述电磁场梯度在所述成像区域中是基本均匀的。
97.5.根据实施方式1至4中任一项所述的装置，其中，所述电磁场梯度大于约5mt。
98.6.根据实施方式1至5中任一项所述的装置，其中，所述电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。
99.7.根据实施方式1至6中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第一螺旋线圈。
100.8.根据实施方式7所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第二螺旋线圈。
101.9.根据实施方式1至8中任一项所述的装置，其中，所述电流被配置为以交变方向流过所述一个或更多个第一螺旋线圈。
102.10.根据实施方式9所述的装置，其中，所述电流被配置为以交变方向流过所述一个或更多个第二螺旋线圈以最小化所述电磁场梯度的上升时间。
103.11.根据实施方式1至10中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈被配置为创建第一大初级电磁场梯度，并且所述一个或更多个第一螺旋线圈中的次级第一螺旋线圈被配置为创建第一小次级电磁场梯度以提供对所述第一大初级电磁场梯度的调整。
104.12.根据实施方式11所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈创建第二大初级电磁场梯度，并且所述一个或更多个第二螺旋线圈中的次级第二螺旋线圈被配置为创建第二小次级电磁场梯度以提供对第二大初级电磁场梯度的调整。
105.13.根据实施方式1至12中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和所述一个或更多个第一螺旋线圈中的与所述初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈使所述电流以相反的方向流过它们。
106.14.根据实施方式13所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈中的与所述初级第二螺旋线圈相邻的次
级第二螺旋线圈使所述电流以相反的方向流过它们。
107.15.根据实施方式1至14中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和所述一个或更多个第一螺旋线圈中的与所述初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第一电磁场梯度。
108.16.根据实施方式15所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈中的与所述初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第二电磁场梯度。
109.17.根据实施方式1至16中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈连接以形成单个电流回路。
110.18.根据实施方式1至17中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈包括不同的材料。
111.19.根据实施方式1至18中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈的直径在约10μm至约10m之间。
112.20.根据实施方式1至19中任一项所述的装置，其中，所述线圈组还包括用于调谐所述电磁场梯度的一个或更多个电子部件。
113.21.根据实施方式20所述的装置，其中，所述一个或更多个电子部件包括pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中的至少之一。
114.22.根据实施方式1至21中任一项所述的装置，其中，用于调谐的所述一个或更多个电子部件包括电介质、导电金属、超材料或磁性金属中的至少之一。
115.23.根据实施方式22所述的装置，其中，调谐所述电磁场梯度包括改变所述电流或改变所述一个或更多个电子部件的物理位置。
116.24.根据实施方式1至23中任一项所述的装置，其中，所述线圈组被低温冷却以降低电阻并提高效率。
117.25.根据实施方式1至24中任一项所述的装置，其中，所述线圈组还包括与所述孔隙相对的开口，其中，所述孔隙和所述开口之间的区域限定线圈组区域，以及其中，所述成像区域至少部分地设置在所述线圈组区域之外。
118.26.一种使用磁成像装置的方法，包括：提供电源；提供连接到所述电源的单侧梯度线圈组，所述线圈组具有孔隙，其中，所述线圈组包括在相对于所述孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于所述孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈，所述第一位置相对于所述孔隙而与所述第二位置相对；以及接通所述电源以使电流流过所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈，从而生成电磁场梯度，所述电磁场梯度远离所述线圈组投射并进入所述磁场成像装置的成像区域。
119.27.根据实施方式26所述的方法，其中，所述电磁场梯度大于约5mt。
120.28.根据实施方式26至27中任一项所述的方法，其中，所述电磁场梯度具有小于约10μs的上升时间。
121.29.根据实施方式26至28中任一项所述的方法，其中，所述线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中之一的一个或更多个电子部件。
122.30.根据实施方式29所述的方法，还包括：通过改变所述电流或通过改变所述一个或更多个电子部件的物理特性或位置中之一来调谐所述电磁场梯度。
123.31.根据实施方式26至30中任一项所述的方法，其中，所述线圈组还包括与所述孔隙相对的开口，其中，所述孔隙和所述开口之间的区域限定线圈组区域，以及其中，所述成像区域至少部分地设置在所述线圈组区域之外。
124.32.一种磁成像装置，包括：电源，用于提供电流；以及连接到所述电源的单侧梯度线圈组，其中，所述线圈组被配置为生成具有小于约10μs的上升时间的电磁场梯度，并且所述电磁场梯度被配置为远离所述线圈组投射并进入所述磁成像装置的成像区域。
125.33.根据实施方式32所述的装置，其中，所述线圈组还包括：孔隙，以及在相对于所述孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于所述孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈，所述第一位置相对于所述孔隙而与所述第二位置相对。
126.34.根据实施方式32至33中任一项所述的装置，其中，所述线圈组是非平面的并且被定向为部分地围绕所述成像区域。
127.35.根据实施方式33至34中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈相对于所述孔隙是非平面的并且相对于所述孔隙彼此镜像。
128.36.根据实施方式32至35中任一项所述的装置，其中，所述电磁场梯度在所述成像区域中是基本均匀的。
129.37.根据实施方式32至36中任一项所述的装置，其中，所述电磁场梯度大于约5mt。
130.38.根据实施方式33至37中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第一螺旋线圈。
131.39.根据实施方式38所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈包括具有至少两个不同直径的至少两个第二螺旋线圈。
132.40.根据实施方式33至39中任一项所述的装置，其中，所述电流被配置为以交变方向流过所述一个或更多个第一螺旋线圈。
133.41.根据实施方式40所述的装置，其中，所述电流被配置为以交变方向流过所述一个或更多个第二螺旋线圈以最小化所述电磁场梯度的上升时间。
134.42.根据实施方式33至41中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈被配置为创建第一大初级电磁场梯度，并且所述一个或更多个第一螺旋线圈中的次级第一螺旋线圈被配置为创建第一小次级电磁场梯度以提供对所述第一大初级电磁场梯度的调整。
135.43.根据实施方式42所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈创建第二大初级电磁场梯度，并且所述一个或更多个第二螺旋线圈中的次级第二螺旋线圈被配置为创建第二小次级电磁场梯度以提供对所述第二大初级电磁场梯度的调整。
136.44.根据实施方式33至43中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和所述一个或更多个第一螺旋线圈中的与所述初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈使所述电流以相反的方向流过它们。
137.45.根据实施方式44所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈中的与所述初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈使所述电流以相反的方向流过它们。
138.46.根据实施方式33至45中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈中的初级第一螺旋线圈和所述一个或更多个第一螺旋线圈中的与所述初级第一螺旋线圈相邻的次级第一螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第一电磁场梯度。
139.47.根据实施方式46所述的装置，其中，所述一个或更多个第二螺旋线圈中的初级第二螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈中的与所述初级第二螺旋线圈相邻的次级第二螺旋线圈交叠高达各自线圈的50％以生成更平行的第二电磁场梯度。
140.48.根据实施方式33至47中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈连接以形成单个电流回路。
141.49.根据实施方式33至48中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈包括不同的材料。
142.50.根据实施方式33至49中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个第一螺旋线圈和所述一个或更多个第二螺旋线圈的直径在约10μm至约10m之间。
143.51.根据实施方式32至50中任一项所述的装置，其中，所述线圈组还包括用于调谐所述电磁场梯度的一个或更多个电子部件。
144.52.根据实施方式51所述的装置，其中，所述一个或更多个电子部件包括pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中的至少之一。
145.53.根据实施方式32至52中任一项所述的装置，其中，用于调谐的所述一个或更多个电子部件包括电介质、导电金属、超材料或磁性金属中的至少之一。
146.54.根据实施方式32至53中任一项所述的装置，其中，调谐所述电磁场梯度包括改变所述电流或改变所述一个或更多个电子部件的物理位置。
147.55.根据实施方式32至54中任一项所述的装置，其中，所述线圈组被低温冷却以降低电阻并提高效率。
148.56.根据实施方式33至55中任一项所述的装置，其中，所述线圈组还包括与所述孔隙相对的开口，其中，所述孔隙和所述开口之间的区域限定线圈组区域，以及其中，所述成像区域至少部分地设置在所述线圈组区域之外。
149.57.一种使用磁成像装置的方法，包括：提供电源；提供连接到所述电源的单侧梯度线圈组；接通所述电源以使电流流过所述线圈组；生成上升时间小于约10μs的电磁场梯度；以及将所述电磁场梯度远离所述线圈组投射并进入所述磁成像装置的成像区域。
150.58.根据实施方式57所述的方法，其中，所述电磁场梯度大于约5mt。
151.59.根据实施方式57至58中任一项所述的方法，其中，所述线圈组还包括来自pin二极管、机械继电器、固态继电器或mems开关中之一的一个或更多个电子部件。
152.60.根据实施方式59所述的方法，还包括：通过改变所述电流或通过改变所述一个或更多个电子部件的物理特性或位置中之一来调谐所述电磁场梯度。
153.61.根据实施方式57至60中任一项所述的方法，其中，所述线圈组还包括：孔隙，以及在相对于所述孔隙的第一位置处的一个或更多个第一螺旋线圈和在相对于所述孔隙的第二位置处的一个或更多个第二螺旋线圈，所述第一位置相对于所述孔隙而与所述第二位置相对。
154.62.根据实施方式61所述的方法，其中，所述线圈组还包括与所述孔隙相对的开口，其中，所述孔隙和所述开口之间的区域限定线圈组区域，以及其中，所述成像区域至少
部分地设置在所述线圈组区域之外。
155.尽管本说明书包含许多具体的实施细节，但这些不应被解释为对任何发明的范围或可能要求保护的范围的限制，而是对特定发明的特定实现方案特有的特征的描述。本说明书中在分立的实现方案的情况中描述的某些特征也可以在单个实现方案中组合实现。相反，在单个实现方案的情况中描述的各种特征也可以分立地或以任何合适的子组合在多个实现方案中实现。此外，尽管特征可能在上文被描述为在某些组合中起作用，甚至最初这样要求保护，但在某些情况下，可以从要求保护的组合中删除来自该组合的一个或更多个特征，并且要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
156.类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但这不应被理解为要求以所示出的特定顺序或顺次的顺序执行这些操作，或者执行所有图示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实现方案中各个系统部件的分离不应被理解为在所有实现方案中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以集成到单个软件产品中或打包成多个软件产品。
157.对“或”的引用可被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可指示所描述的术语中的单个、多于一个和所有术语中的任何一者。标识“第一”、“第二”、“第三”等不一定意指排序，通常仅用于区分相同或相似的项目或元件。
158.对本公开中描述的实现方案的各种修改对于本领域技术人员来说是明显的，并且在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，这里限定的一般原理可以应用于其他实现方案。因此，权利要求不旨在限于本文所示的实现方案，而是符合与本公开、本文公开的原理和新特征一致的最宽范围。