具体实施方式

在这些附图中，相似编号的元件是等效元件或执行相同功能。如果功能等效，则将不一定在后面的附图中讨论先前已经讨论的元件。

图1示出了具有磁体104的磁共振成像系统100的示例。磁体104是具有穿过其的膛106的超导圆柱型磁体。使用不同类型的磁体也是可能的；例如也可能使用分裂式圆柱形磁体和所谓的开放磁体两者。分裂圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，除了低温恒温器已经分裂成两部分，以允许进入所述磁体的等平面，这样的磁体可以例如与带电粒子束治疗相结合地使用。开放磁体有两个磁体部分，一个在另一个之上，中间的空间足够大以容纳对象：两个部分区的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是流行的，因为对象较少地受限。在圆柱形磁体的低温恒温器内部有超导线圈的集合。在圆柱形磁体104的膛106内，存在成像区108，在成像区108中，磁场足够强和均匀以执行磁共振成像。示出了成像区108内的感兴趣区域109。磁共振数据通常针对感兴趣区域来进行采集。对象118被示出为由对象支撑件120支撑，使得对象118的至少部分在成像区108和感兴趣区域109内。

磁体的膛106内还有一组磁场梯度线圈110，其用于采集初步磁共振数据，以在磁体104的成像区108内对磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈110连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110旨在是代表性的。通常磁场梯度线圈110包含用于在三个正交空间方向上空间地编码的三个独立的线圈组。磁场梯度电源将电流供应到所述磁场梯度线圈。供应给磁场梯度线圈110的电流根据时间来进行控制并且可以是斜变的或脉冲的。

在成像区108内，磁共振成像天线114是可见的。磁共振成像天线114包括一个或多个线圈元件115、射频系统116和发电机117。射频系统116耦合到线圈元件115并且在不同的示例中可以充当接收器和/或发射器。磁共振成像天线114经由光纤连接125或通信系统连接到计算机126。光纤连接125可被用于在计算机126与磁共振成像天线114之间交换数字信息。光纤连接125可以例如以无线连接替换，诸如Wi-Fi网络或蓝牙连接。

该磁共振成像天线可以是发射线圈和/或接收线圈。

在磁体104外部存在加压气体系统122。在加压气体系统122与发电机117之间存在气体线124。加压气体向发电机117提供气体压力，发电机117将该气体压力转换成用于向射频系统116供电的电能。磁共振成像天线114还可以具有能够在单独的信道上发送和/或接收的多个接收/发射元件。用于这些信道中的每个信道的子天线在本文中被称为线圈元件。

磁共振成像天线114、磁场梯度线圈电源和加压气体系统122被示出为连接到计算机系统126的硬件接口128。该计算机系统还包括与硬件系统128、存储器134和用户接口132通信的处理器130。存储器134可以是处理器130可访问的存储器的任何组合。这可以包括诸如主存储器、高速缓冲存储器的事物，而且包括非易失性存储器，诸如闪速RAM、硬盘驱动器或其他存储设备。在一些示例中，存储器134可以被认为是非瞬态计算机可读介质。

存储器134被示出为包含机器可执行指令140。机器可执行指令140使得处理器130能够执行磁共振成像系统100的各种控制任务并且执行各种数值和图像处理任务。存储器134还被示出为包含脉冲序列命令142。该脉冲序列命令可以是命令或被转换成这样的命令的数据，其使得处理器130能够控制磁共振成像系统100以采集磁共振成像数据。存储器134还被示出为包含已通过用脉冲序列命令142控制磁共振成像系统100所采集的磁共振成像数据144。存储器134还被示出为包含已从磁共振成像数据144重建的磁共振图像146。

图2示出了存在于图1中的磁共振成像天线114的更详细视图。磁共振成像天线114被示出为包括多个线圈元件115。这些线圈元件115耦合到射频系统116。取决于特定的示例，射频系统116可以是发射器和/或接收器。射频系统116被示出为具有任选的通信系统206。通信系统206可以例如是用于光纤或用于诸如Wi-Fi的无线通信系统的连接。这可以使得磁共振成像天线114能够被控制而不使用有线连接。

发电机117在射频系统116的顶部上。发电机117具有气体入口200和气体出口202。加压气体进入气体入口200并通过气体出口202离开。由此执行的机械功由发电机117转换成电能。在该示例中存在任选的消声器204，该消声器被附接到气体出口202。这例如在减少从发电机117可听见的声学噪声量中可能是有用的。

图3示出了图示操作图1的磁共振成像系统100的方法的流程图。首先在步骤300中通过用脉冲序列命令142控制磁共振成像系统100来采集磁共振成像数据144。接下来在步骤302中通过在采集磁共振成像数据144期间控制加压气体系统122以供应加压气体来向磁共振成像线圈114供电。

图4图示了发电机117的示例。在该示例中，发电机117包括带有转子401的涡轮400。在入口处进入且在气体出口202处离开的加压气体引起涡轮400旋转。它围绕旋转轴404旋转。涡轮400包括多个桨状物402。在两个相对的桨状物402内存在导电环路406。随着桨状物402的旋转，存在生成到导电环路406中的电流。在图4所示的示例中，例如可以使用电刷来完成与导电环路406的电连接并向射频系统提供电能。

图5示出了备选发电机117。图5中的示例与图4中的示例类似，除了图4中的版本不需要电刷。在该示例中，导电环路406连接到开关电路500，开关电路500被配置用于电连接和断开环路406。这引起可以使用固定式拾取线圈502拾取的振荡电磁场。固定式拾取线圈502被示出为嵌入在发电机117的壳体中。

导电环路406向开关电路500供电。这例如可以是有益的，因为其不仅实现无刷通信，而且可以通过将开关电路500设置为以预定频率切换来任意选择由发电机117生成的电磁能。可以选择诸如1MHz或10MHz的频率，使得其有效地传输电功率并且避免用于磁共振成像的频带中的噪声。

图6示出发电机117的另外的备选。图6中的视图没有示出涡轮，然而所示的结构被连接到涡轮。在该示例中，涡轮引起导电板600围绕旋转轴404旋转。在存在磁场的情况下，这引起涡电流，然后该涡电流产生电磁场，然后该电磁场可以由固定式拾取线圈502拾取。图6所示的示例具有一缺点，即电磁辐射的频率由涡轮的旋转速度设置。然而，图6所示的示例具有其机械简单性的巨大优势。该设计非常鲁棒，并且不需要转子中的任何额外电学部件。

任选的或补充的MRI线圈(诸如表面线圈、头部线圈或其他专用线圈)几乎总是用于磁共振成像中。尽管线圈的处理很简单，但连接线缆很笨重。这样做的原因是需要高频势阱来使线缆对患者安全。

为了避免笨重的线缆，已经提出了纯无线技术。用电池供电是可行的，但使线圈重和/或危险。拉莫尔频率或更高频率下的无线功率传输似乎不可行，而在较低频率下，其使线圈重和僵硬。还存在使用高频信号通过细线缆供电的概念。这些概念遭受低效率和因此非期望的线圈加热的影响。

实施例可以提供使用压缩空气或其他加压气体将功率传输到磁共振成像线圈(即MRI接收线圈)的手段。可以使用一些种类的涡轮使空气在线圈处膨胀。利用主磁场作为定子场的发电机可以附接(或集成)到涡轮。因此，可能不需要铁磁材料，并且针对16元件线圈，预期涡轮/发电机单元具有低于2克的质量和1cm³的体积。在大气压下，空气流预期约为0.5l/s。这意味着10个大气压下的压缩空气流仅为50ml/s。该质量流能够非常接近人类的呼吸动作，因此将噪声发射抑制到非常低的水平是可行的。该气体流可以提供一种有效的冷却方式，以使线圈始终准确地保持在环境温度处。

由双原子气体的绝热膨胀生成的能量为：

(n：分子的摩尔量；R：通用气体常数；T：绝对温度；P：压力)。

在10的压力比的情况下，为了在室温下生成50W的功率，需要大约0.02mol/s的通量，即大约0.5l/s的排气流(类似于人类呼吸动作)。甚至考虑到效率，50W能够足够为16元件线圈供电。在膨胀期间，气体流显著冷却。从大约300K开始到大致150K结束温度。但是当考虑到所有损失时，应该存在足够的可用功率使气体返回到300K。对患者来说可能没有风险，并且线圈加热的问题也被解决。然而，仅使用充分干燥的空气以避免涡轮阻塞可能是有益的。

常用工程材料的典型材料强度允许100m/s的涡轮叶片尖端速度，同时仍具有足够的安全裕度。在1cm的涡轮直径的情况下，这转化为3.1kHz的频率。安装在涡轮上的面积为1cm²的单个环路线圈可以在1.5T的外场中生成2.9V的峰值电压。假设1mm²的铜面积，则线圈电阻可以为约5mΩ，并且因此短路功率为约800W。这可以比来自涡轮的可用功率更多。因此，通过降低电流，以非常高的效率和使用非常低的铜质量(<400mg)来提取能量可以是可能的。铜可以分布在更多的绕组和/或线圈上，以调节电压并使波形平滑。

可以使用高效的快速旋转涡轮设计。一个廉价的示例是简单的特斯拉涡轮，其相对于多级轴向涡轮具有相当低的效率。带叶片的轴向设计可以在效率和简单性之间提供良好的折衷。在这样的设计中，(一个或多个)线圈(导电环路)可以很容易地缠绕在转子上或转子的叶片上。

预期这种类型的电源不会负面地影响MR成像。转子和涡轮壳体可以由非磁性材料(如高强度塑料和陶瓷)制成。线圈中的电流能够不高于经典电源中的通常馈送电流。因此，图像可能不比在当前设计中失真更多。

发电机可以被构造为使得该设计中生成的声学噪声具有非常高的频率。可以使用纤维/布或使用消声器相当好地吸收高频声学噪声。涡轮可以被包装在纤维材料中，并且所有的排出空气可以穿过致密纤维材料。通过材料有一些压降并且仍然生成足够的功率是可行的。

可能有很多可用的快速锁定加压空气连接器(例如，来自Festo)。软管的外径可以在3mm和6mm之间某处。信号可以通过玻璃纤维来传输，并且纤维在软管的端部处穿透软管并进入单独的标准连接器。如果尝试拔掉插头以避免生成声响，则可以使用传感器系统为软管减压。

排气可以通过使器从覆盖分布在磁共振成像线圈的表面上的孔的多块布逸出来处理。

有一种朝向更灵活和更高信道数的MRI线圈的趋势。然而，如上所述，具有RF阱的连接缆线仍然笨重且坚硬，并且需要针对RF安全的仔细布线。涡轮能够在音频频段中操作，从而直接在患者处产生不期望的噪声。此处，利用加压空气以超声频率操作的汽笛和类似的振荡器(声学共振器)被提议作为备选发电机。电压可以在声学腔中振荡的导电膜中由B₀场感应出，该振荡由空气流激励，例如类似于在草叶上吹口哨。除了听不见之外，这样的设备可以避免任何宏观移动的部分、轴承和涡轮概念的严格公差。这使它们更便宜且更鲁棒。提供与由所有负载在局部耗散电能量完全一样多的局部冷却功率的有利冷却概念被维持，从而解决了MR线圈中的冷却问题。

磁共振成像天线的供电和冷却的问题随着信道数量(线圈元件的数量)而增加，因为每个预放大/数字化/失谐单元增加了耗散的能量。上面的空气涡轮提议很好地解决了该问题，因为能量守恒要求由热力学发动机在绝热膨胀期间生成的所有能量降低了空气的内能。因此，忽略小的焦耳-汤姆逊效应，空气提供的冷却“能量”与在能量转换期间由所有连接的电学负载(涡轮轴承、发电机)耗散的热完全一样多。

涡轮解决方案的主要问题是，除非其非常小(转子直径小于2mm)，否则其被限制到音频频段，从而产生不期望的高声调单调噪声。常用工程材料中的典型材料强度允许100m/s的涡轮叶片尖端速度。在1cm的涡轮直径处，这转化为3.1kHz的频率。涡轮直径仍然可以减少三分之二，导致接近10kHz，但很难达到25kHz并仍然实现高效的能量转换。然而，这样的频率是有益的，因为其能够是听不见的并且对于人类听觉系统也是安全的。

在磁共振成像天线中，来自每个线圈元件(或信道)的MR信号被预放大，数字化，并在许多电流MR线圈中转换为光学信号，但这和线圈失谐能够使用电学地提供的相当大的功率。相应的电学线圈连接造成RF安全问题，并且因此能够小心地布线(不太靠近患者或体线圈导线，最好平行于B0场)并装备有厚绝缘层和RF阱，从而使其笨重且不灵活。

通常，一个示例发电机包括由空气流激励的声学共振器，以及在该共振器内振荡的导电元件，具有借助于外部磁场而感应出电压的效应。

特别地，用加压空气以超声频率操作的汽笛被建议为此类发电机。超声操作使它们听不见，并且这种概念避免了任何旋转或宏观移动部分、相应的轴承以及涡轮概念的严格公差。这使它们更便宜且更鲁棒。提供与由所有负载在局部耗散电能量完全一样多的局部冷却功率的有利冷却概念被维持。

如上所述，上面给出了由双原子气体(如具有79％的N₂、20％的O₂的空气)的绝热膨胀所生成的能量。在10的压力比的情况下，为了在室温下生成50W的热力学功率，需要大约0.02mol/s的通量，即大约0.5l/s的排气流(类似于人类呼吸动作)。具有RXE的16信道线圈阵列的总功耗能够为约16W，使得50W能够足以为此类线圈供电，也考虑典型的转换损耗。

可以构造使用共振腔的若干不同类型的发电机。它们也可以具有响应于共振腔中的共振而机械地移动的不同类型的机械构件。

1、第一类型的发电机是“草叶型(blade of grass)”或簧片型共振器。

在第一示例中，提出了一种类似于由草叶表示的哨子的发电机，如下面的图7所示。此处，叶片(机械构件702)由高抗拉强度、高屈服强度、导电、非铁磁性的材料(例如，如用于导电弹簧的铜-铍或铜-钴-铍)制成。其长轴被取向为垂直于由MR系统提供的静磁场。空气流被取向为平行于该磁场并激励叶片的横向振动。这沿着叶片的长轴引起电压，该电压被用于驱动AC电流。该叶片被设计为在大约f₀＝25kHz处具有其基本共振。为了限制声学损失，其可以位于具有匹配声学共振的腔中。该腔的宽度l可以是：

其中，c＝声速，这得到约7mm的宽度，这对于用在MR线圈中是相当小的。

叶片本身的共振频率可以通过类似于吉他弦适当选择其长度、厚度和材料性质来控制。基本共振频率由下式给出：

在叶片长度和横截面d＝1cm并且A＝1cm*50μm、叶片中的拉力F、铜-铍的密度和弹性模量ρ＝8250kg/m³且E＝130GPa的情况下，25kHz下的共振将使用以下应变

为仅1.6％，而CuBe和CuCoBe中的弹性范围根据所使用的合金在范围上高达20％。最有利的似乎是选择CuCo0.5Be，因为其高屈服应力和高导电性的组合。

叶片的横截面可以类似于飞行器机翼轮廓进行成形以使湍流最小化。叶片也可以被设计为使得一端(迎风端或背风端)比另一端更厚，或者由具有甚至更高弹性模量的钢加强，使相应的一侧如此坚硬以使其不明显振荡。这能够导致叶片的额外扭转和更高的共振频率。

图7示出了发电机117的另外的示例。在该示例中再次存在用于加压气体的入口200和出口202。在该示例中存在共振腔700。加压气体的通过导致引起机械构件702振荡的共振。机械构件702的这种机械振动被用于生成电能。机械构件702类似于草叶或簧片。振荡叶片702在腔的顶部和底部处被固定并被设计为具有与腔室的共振相匹配的共振。空气流激励该共振并且借助于主场B₀引起电压U_ind。

备选地，发电机可以被设计为如下面的图8中的管或汽笛或其变体。图8示出了针对共振腔700的备选结构。在该结构中，发电机117类似于风琴管进行构造。在该设计中，加压引起管中的空气柱的共振振荡，这可以被转移到位于最大空气运动幅度的位置处的膜的移动。外场导致引起电压U_ind。该发电机还可以被设计为使得膜被定位于其内的其他位置，例如更朝向其上端或在其上端处。

功率生成：

对于草叶型，叶片当以其基本模式振荡时的振幅为：

这得到引起的电压：

从而得到最大电压为对于d＝1cm的叶片长度、频率f₀＝25kHz、场B₀＝1.5T和a₀＝1mm的预期横向振荡幅度，这总计为1.5V的峰值电压。

叶片的电阻可以用下式估计：

并且在d＝1cm、A＝1cm*50μm、对于CuBe2的ρ＝8.5E-8Ωm的情况下，为R＝1.7mΩ，从而得到超过660W的理论短路功率。这远大于合理的空气流的可用热力学功率并且远小于在电学上所需的功率。为了得到16W的电功率，需要通过叶片的约I＝16W/1.5V*sqrt2＝16A的AC电流，从而得到0.45W的热耗散，这容易通过冷空气流来冷却。

在绝热膨胀期间，空气显著冷却。如果在大约300K下提供有10的压力比，则其冷却到大致150K。但是当考虑到所有损耗时，完全有足够的可用功率将空气带回到300K。因此，在MR线圈的情况下，因为空气是在环境温度下释放的，因此对患者没有风险。

通常，建议将发电机定位在需要最多冷却的那些部件处(在MR线圈的情况下为CPU、GPU或RXE)，并提供与电导线共同突起的空气管来对局部相邻部件供电和冷却。

这种类型的功率可以是MR成像兼容的。假定是1cm大小的正方形环路，通过叶片环路的大约I＝16A的所需要的AC电流能够产生在其中心具有以下强度的交变双极磁场：

可以用约2mm(＝5倍的皮肤深度)的厚度的铜壳体将其屏蔽到其原始值的0.7％。此外，在MR成像期间的相邻自旋的残留积累相位可以被重新定相到1/f₀＝40μs内，即通常在几个采样点内。该残留正弦相位调制跨个体k空间线不被锁相，从而导致局部虚拟增加的噪声水平。

可以移除馈送空气中的痕量水和CO₂，以避免由水冰或干冰对发电机中的部件的任何结冰。本领域已知的方法，例如，工业液态空气生产中使用的技术可用于此目的。

备选地或额外地，可以用低压空气定期冲洗发电机短时段以移除任何冰。

图9示出了图7中描绘的样式的发电机117的另外的示例。在该示例中，存在在共振腔700的侧的部分上并且也沿着机械构件702的导电路径900。随着声学共振在共振腔700中积聚，机械构件702可以来回振荡，并且由导电路径900包围的区能够改变。这可以导致导电路径900中的电流。在该示例中，存在用于向射频系统供应电功率的整流电路902。整流电路902未在所有示例中示出，但应理解，如果由在发电机内或射频电路内的发电机117供应交流电流，则可能存在整流电路902。

图10示出发电机117的另外的示例。图10中的示例与图9中描绘的示例相似，只是将导电路径900连接到开关电路500。该示例中的机械构件包括具有导电路径900的导电部分1000，导电路径900完全位于机械构件702上。导电部分1000通过弹性元件1002附接到共振腔700。这种设计例如可以通过将机械构件702形成为可由具有高耐久性的弹性材料(弹性元件1002)悬挂的金属的或大部分金属的叶片(导电部分1000)来实现。共振腔700中的声学共振可以导致机械构件702振动。对于一些设计，弹性元件1002可以使得导电部分1000能够利用旋转和/或扭转部件来振动。这可以促进电能的生成。

导电路径为开关电路500供应功率，并且然后开关电路打开和关闭该电路。这可以以预定频率完成，并且这可能导致相同频率的电磁辐射。固定式拾取线圈502被用于耦合到该射频能量，并且然后被用于向射频系统提供电能。该示例可能是有益的，其中，在一些情况下，机械构件702可能磨损。通过具有开关电路500，固定式拾取线圈502可以位于与机械构件702不同的机械部件上。这意味着机械构件702可以例如被替换而无需对射频系统的电子器件进行任何修改。图11示出发电机117的另外的示例。在该示例中，机械构件702’至少部分由导电材料制成。机械构件702’可以例如由导电材料或部分导电材料制成。随着声学共振在共振腔700中积聚，机械构件702’来回振动导致机械构件702’的导电部分内的涡电流。这导致可以由固定式拾取线圈502拾取的电磁场。在这种情况下固定式拾取线圈是导电路径900。图11的示例在机械构件702’具有旋转或扭转移动时起作用。为了获得这种扭转移动，机械构件702’在顶部处连接并且在底部1100处仅连接在一点处。这使得机械构件702’的部分能够以旋转或准旋转或扭转移动的方式来回摆动。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、说明书和权利要求书，在实践要求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定元件，但是这并不指示不能有利地使用这些元件的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统分布。权利要求书中的任何附图标记都不得被解释为对范围的限制。