一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層置于外層之內(nèi)，包含橫向主線圈、縱向主線圈、橫向屏蔽線圈、縱向屏蔽線圈、內(nèi)層冷卻水管和外層冷卻水管，所述內(nèi)層從里至外依次包含橫向主線圈、內(nèi)層冷卻水管和縱向主線圈，所述外層從里至外依次包含外層冷卻水管、縱向屏蔽線圈和橫向屏蔽線圈，相鄰的線圈之間采用絕緣材料相互隔離，所述橫向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)橫向屏蔽線圈，縱向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)縱向屏蔽線圈。本實(shí)用新型提高了梯度線圈的散熱能力和整體性能。
【專利說(shuō)明】一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于核磁共振領(lǐng)域，特別涉及了一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振(MRI)儀器的核心部件包括磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)三大部分。梯度系統(tǒng)主要作用是在成像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)近似線性的、可快速開(kāi)關(guān)的梯度磁場(chǎng)。梯度線圈的結(jié)構(gòu)形狀主要有圓柱式與平面開(kāi)放式兩種，無(wú)論是哪一種類型的梯度線圈，其基本部件都是包括GX、GY、GZ三個(gè)梯度線圈，分別在X、Y、Z三個(gè)正交方向生成梯度磁場(chǎng)。其中GX與GY稱為橫向線圈，二者設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)形狀相同，GZ稱為縱向線圈。對(duì)于超導(dǎo)MRI上使用的梯度線圈，因?yàn)樾枰紤]渦流效應(yīng)，往往在主線圈之外附加一層屏蔽線圈，將外部的磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，因此每個(gè)方向的梯度線圈又分為主線圈(Primary Coil)與屏蔽線圈(ShieldCoil)，分別用P與S表示。圖1所示是一種傳統(tǒng)的有源屏蔽梯度線圈與冷卻水管的布線方案的剖面結(jié)構(gòu)圖，對(duì)于圓柱形或橢圓形有源屏蔽梯度線圈，該圖所示為包含Z軸與徑向的剖面，對(duì)于平面有源屏蔽梯度線圈，該圖所示為YZ或者XZ剖面。在該方案中，內(nèi)層順序?yàn)闄M向主線圈、縱向主線圈、冷卻水管，外層順序?yàn)槔鋮s水管、橫向屏蔽線圈、縱向屏蔽線圈。
[0003]梯度線圈主要關(guān)心的指標(biāo)為梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度B、線性度E、切換率S等指標(biāo)。對(duì)于有源屏蔽梯度線圈來(lái)說(shuō)，當(dāng)采用圖1中所示的布線方案時(shí)，在梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度B與線性度E相同時(shí)，GZ線圈的切換率指標(biāo)一般會(huì)大于橫向梯度線圈GX與GY的值，線圈整體性能較低，GX與GY線圈達(dá)不到最優(yōu)性能。該方案的另外一個(gè)缺點(diǎn)是內(nèi)層的幾個(gè)主線圈集中在一起不利于散熱，因此對(duì)冷卻系統(tǒng)以及樹(shù)脂提出了較高的要求。
[0004]另一種布線方案是采用GZ線圈作為冷卻水管，其做法是GZ線圈采用空心的導(dǎo)線，其內(nèi)部流通冷卻水，其布線方案的軸向剖面示意圖如圖2所示。該方案中橫向線圈同樣達(dá)不到最優(yōu)性能。同時(shí)GZ線圈作為冷卻水管時(shí)需要考慮渦流效應(yīng)的影響，因此口徑不能太大，從而影響了散熱效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，提高梯度線圈的散熱能力和整體性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0007]—種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層置于外層之內(nèi)，包含橫向主線圈、縱向主線圈、橫向屏蔽線圈、縱向屏蔽線圈、內(nèi)層冷卻水管和外層冷卻水管，所述內(nèi)層從里至外依次包含橫向主線圈、內(nèi)層冷卻水管和縱向主線圈，所述外層從里至外依次包含外層冷卻水管、縱向屏蔽線圈和橫向屏蔽線圈，相鄰的線圈之間采用絕緣材料相互隔離，所述橫向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)橫向屏蔽線圈，縱向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)縱向屏蔽線圈，所述橫向主線圈和橫向屏蔽線圈由厚度小于等于10毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成，縱向主線圈和縱向屏蔽線圈由厚度小于等于12毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成。
[0008]其中，上述內(nèi)、外層冷卻水管采用塑料管。
[0009]其中，上述內(nèi)、外層冷卻水管的直徑大于等于6毫米。
[0010]其中，上述內(nèi)、外層冷卻水管相互串聯(lián)。
[0011]其中，上述內(nèi)、外層冷卻水管均是由數(shù)根水管并聯(lián)而成的，水管呈螺旋形繞在骨架上，并且相鄰水管的水流方向相反。
[0012]其中，上述用以制成橫向主線圈和橫向屏蔽線圈的金屬導(dǎo)線或金屬板的厚度小于等于4.8毫米，用以制成縱向主線圈和縱向屏蔽線圈的金屬導(dǎo)線或金屬板的厚度小于等于6毫米。
[0013]其中，相鄰兩層線圈之間的間隙厚度大于等于0.2毫米，且小于等于0.9毫米。
[0014]其中，各線圈采用數(shù)根導(dǎo)線并聯(lián)的繞線方式，橫、縱向主線圈與其對(duì)應(yīng)的橫、縱向屏蔽線圈之間可以采用不同的并聯(lián)導(dǎo)線數(shù)，且橫、縱向主線圈為2-3根并聯(lián)導(dǎo)線，橫、縱向屏蔽線圈為2-6根并聯(lián)導(dǎo)線。
[0015]采用上述技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0016]本實(shí)用新型采用的梯度線圈與冷卻水管的結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上犧牲了縱向梯度線圈的性能，但是提高了兩個(gè)橫向線圈的性能，并且能夠顯著的改善梯度線圈的散熱性倉(cāng)泛。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)的有源屏蔽梯度線圈與冷卻水管布線示意圖。
[0018]圖2是縱向線圈作為冷卻水管時(shí)的布線示意圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型的有源梯度線圈與冷卻水管布線示意圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型的橫向梯度線圈平面展開(kāi)結(jié)構(gòu)圖，包含(a)、(b)兩幅圖，(a)為主線圈的平面展開(kāi)圖，(b)為屏蔽線圈的平面展開(kāi)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]本實(shí)施例以圓柱形有源屏蔽梯度線圈為例說(shuō)明。
[0023]圖3所示是本實(shí)用新型的一種有源屏蔽梯度線圈在徑向方向的結(jié)構(gòu)示意圖，其中最內(nèi)層的圓形區(qū)域?yàn)槌上駞^(qū)域DSV ;分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層之內(nèi)的圓形區(qū)域?yàn)槌上駞^(qū)域DSV，內(nèi)層置于外層之內(nèi)，所述內(nèi)層從里至外依次包含橫向主線圈、內(nèi)層冷卻水管和縱向主線圈，所述外層從里至外依次包含外層冷卻水管、縱向屏蔽線圈和橫向屏蔽線圈，各層線圈之間采用絕緣材料相互隔離，所述橫向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)橫向屏蔽線圈，縱向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)縱向屏蔽線圈，所述橫向主線圈和橫向屏蔽線圈由厚度小于等于10毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成，縱向主線圈和縱向屏蔽線圈由厚度小于等于12毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成。
[0024]在本實(shí)用新型所示方案中，縱向線圈與冷卻水管采用不同的管道。為了增加散熱效果，內(nèi)層冷卻水管置于縱向主線圈的內(nèi)側(cè)，這樣能夠同時(shí)靠近橫向線圈與縱向線圈，有利于主線圈的散熱。由于外層屏蔽線圈的平均電流密度遠(yuǎn)比內(nèi)層主線圈的平均電流密度小，因此外層產(chǎn)生的熱量也遠(yuǎn)小于內(nèi)層。圖4是橫向梯度線圈的主線圈與屏蔽線圈的導(dǎo)線分布圖，包含(a)、(b)兩幅圖，(a)為主線圈的平面展開(kāi)圖，(b)為屏蔽線圈的平面展開(kāi)圖。從圖中可以看出，屏蔽線圈的導(dǎo)線密度約為主線圈的60%左右。在導(dǎo)線合理布置下，外層產(chǎn)生的熱量不到內(nèi)層的一半。因此外層冷卻水管放置于縱向屏蔽線圈的內(nèi)側(cè)，從而有利于提升縱向線圈的性能。
[0025]在該方案中，犧牲了一部分縱向線圈的性能。但是在大多數(shù)情況下，采用該種布線方案縱向線圈的性能仍然比橫向線圈的性能要好，同時(shí)大大改善了散熱性能。
[0026]在該方案中，冷卻水管既可采用金屬材料，也可采用非金屬材料。采用金屬材料的導(dǎo)熱性能比較好，但是需要考慮水管產(chǎn)生的渦流的影響，同時(shí)會(huì)增加梯度線圈的重量與成本。一種本實(shí)用新型的優(yōu)選方案是采用塑料水管。采用塑料水管的好處是水管不存在渦流效應(yīng)、重量輕、造價(jià)便宜，而且布管時(shí)容易繞線。由于塑料管不存在渦流效應(yīng)，因此在保證GZ線圈性能的條件下，塑料水管可以采用非常大的口徑。為了充分保證線圈的散熱，作為本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選方案，推薦采用外徑大于等于6_的塑料冷卻水管。
[0027]作為一種優(yōu)選的冷卻水管排布方式，內(nèi)層水管與外層冷卻水管相互串聯(lián)連接，這樣有利于整個(gè)梯度線圈的散熱均勻。冷卻水管優(yōu)選采用多根水管并聯(lián)的方式，這樣能夠顯著的提高散熱效率，保證梯度線圈整體散熱均衡。進(jìn)一步的，水管呈螺旋形繞在所在的骨架上，并且進(jìn)水管與出水管交錯(cuò)分布，這樣一個(gè)水管進(jìn)水端位置是另一個(gè)水管的出水端，從而使得整個(gè)管道上的溫度分布相差不大。
[0028]為了保證梯度線圈的性能，作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，橫向線圈厚度小于等于
4.8mm,縱向線圈厚度小于等于6mm,同時(shí)最佳絕緣層厚度在之間,從而保證了絕緣效果，又盡可能不影響梯度線圈性能。
[0029]目前梯度線圈的制作方法主要有兩類:繞線式與銅板切割式，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，每層梯度線圈采用多根導(dǎo)線并聯(lián)的繞線方式，這樣能夠降低梯度線圈的電感，并且使每層散熱均勻。為了提高性能，主線圈與屏蔽線圈可采用不同的并聯(lián)導(dǎo)線數(shù)。一般主線圈可采用2-3根導(dǎo)線并聯(lián)，屏蔽線圈可采用2-6根導(dǎo)線并聯(lián)。在繞線時(shí)，首先將每層上面的并聯(lián)導(dǎo)線在末端進(jìn)行連接，然后將主線圈與對(duì)應(yīng)的屏蔽線圈進(jìn)行串聯(lián)。
[0030]可以理解的是，本實(shí)用新型適用于大范圍的幾何圖形，包括但不限于平面梯度線圈、非對(duì)稱梯度線圈等。
[0031]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層置于外層之內(nèi)，包含橫向主線圈、縱向主線圈、橫向屏蔽線圈、縱向屏蔽線圈、內(nèi)層冷卻水管和外層冷卻水管，其特征在于:所述內(nèi)層從里至外依次包含橫向主線圈、內(nèi)層冷卻水管和縱向主線圈，所述外層從里至外依次包含外層冷卻水管、縱向屏蔽線圈和橫向屏蔽線圈，相鄰的線圈之間采用絕緣材料相互隔離，所述橫向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)橫向屏蔽線圈，縱向主線圈以導(dǎo)線串聯(lián)縱向屏蔽線圈，所述橫向主線圈和橫向屏蔽線圈由厚度小于等于10毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成，縱向主線圈和縱向屏蔽線圈由厚度小于等于12毫米的金屬導(dǎo)線或金屬板制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)、外層冷卻水管采用塑料管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)、外層冷卻水管的直徑大于等于6毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)、外層冷卻水管相互串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)、外層冷卻水管均是由數(shù)根水管并聯(lián)而成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水管呈螺旋形繞在骨架上，且相鄰水管的水流方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述用以制成橫向主線圈和橫向屏蔽線圈的金屬導(dǎo)線或金屬板的厚度小于等于4.8毫米，用以制成縱向主線圈和縱向屏蔽線圈的金屬導(dǎo)線或金屬板的厚度小于等于6毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:相鄰兩層線圈之間的間隙厚度大于等于0.2毫米，且小于等于0.9毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:各線圈采用數(shù)根導(dǎo)線并聯(lián)的繞線方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種有源屏蔽梯度線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:橫、縱向主線圈與其對(duì)應(yīng)的橫、縱向屏蔽線圈之間采用不同的并聯(lián)導(dǎo)線數(shù)，且橫、縱向主線圈為2-3根并聯(lián)導(dǎo)線，橫、縱向屏蔽線圈為2-6根并聯(lián)導(dǎo)線。
【文檔編號(hào)】G01R33/385GK204009031SQ201420289868
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】邊彩霞, 田永偉, 陳磐 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院