CN104267359B - 一种用于磁共振成像中的梯度线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于磁共振成像中的梯度线圈，其特征在于：它包括第一和第二主线圈，第一和第二主线圈均包括第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz、主动匀场线圈Cs和绝缘层，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs在同一竖直平面内依次间隔平行设置，第一线圈Cx与第二线圈Cy之间、第二线圈Cy与第三线圈Cz之间以及第三线圈Cz与主动匀场线圈Cs之间均设置绝缘层；第一和第二主线圈配合安装在磁体上时，第一和第二主线圈中相同线圈串联，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的形状均设置为椭圆形，第一和第二主线圈配合获得椭球形的成像区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯度线圈，特别是关于一种用于磁共振成像中的梯度线圈。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)设备是上世纪最伟大的发明之一，几乎能用于人体各个部位的扫描，对人体没有电离辐射损伤，软组织结构显示清晰，可用于全身各部位疾病诊断。梯度线圈是MRI设备一个重要的组成部分，主要用来产生三个方向的线性梯度磁场，对MRI信号进行选层、相位编码以及频率编码，为图像重建提供定位依据。MRI技术的发展对梯度线圈的性能提出了更高的要求，因此对梯度线圈的设计、结构进行优化是非常有意义的。
如图1所示，由于人体类似于长圆柱体结构，因此在使用体线圈对体部和椎体进行成像时，对Y轴方向成像范围的需求要比X轴方向和Z轴方向大一些。现有MRI系统的成像区设计成圆形，这样虽然能够满足Y方向上成像范围的需求，但在X方向上有一部分空间被浪费掉，增加了制造成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效适应人体结构特点、产生椭圆形成像区域的用于磁共振成像中的梯度线圈。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于磁共振成像中的梯度线圈，其特征在于：它包括第一主线圈和第二主线圈，所述第一主线圈和第二主线圈均包括第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz、主动匀场线圈Cs和绝缘层，所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs在同一竖直平面内依次间隔平行设置，所述第一线圈Cx与第二线圈Cy之间、所述第二线圈Cy与第三线圈Cz之间以及所述第三线圈Cz与主动匀场线圈Cs之间均设置绝缘层；所述第一主线圈和第二主线圈配合安装在磁体上时，所述第一主线圈中的所述第一线圈Cx与所述第二主线圈中的所述第一线圈Cx串联，所述第一主线圈中的所述第二线圈Cy与所述第二主线圈中的所述第二线圈Cy串联，所述第一主线圈中的所述第三线圈Cz与所述第二主线圈中的所述第三线圈Cz串联，所述第一主线圈中的所述主动匀场线圈Cs与所述第二主线圈中的所述主动匀场线圈Cs串联；所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的形状均设置为椭圆形，所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz分别用于产生X方向、Y方向和Z方向的梯度场，所述第一主线圈和第二主线圈配合获得椭球形的成像区域。
所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs均采用铜线绕制或铜板加工而成，铜线或铜板的两端分别安装一接线端子。
对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly均大于其X方向的长度Lx。
对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值范围设置为1<Ly/Lx≤1.3。
对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值为1.14。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于包括第一和第二主线圈，第一和第二主线圈均包括第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz、主动匀场线圈Cs和绝缘层，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的形状均设置为椭圆形，且各线圈Y方向的长度Ly均大于其X方向的长度Lx，第一和第二主线圈配合安装在磁体中时，第一和第二主线圈中的相同线圈串联，因此本发明能够获得椭球形的成像区域，适应人体结构特点，从而能够有效地防止成像区域外的梯度信号被叠加进图像形成压缩伪影。2、本发明由于将第一和第二主线圈中的各线圈Y方向的长度与其X方向的长度Lx的比值范围设置为1<Ly/Lx≤1.3，因此本发明在有效满足人体扫描需求的同时，能够最大程度的降低制造成本，并为磁共振成像设备应用范围的拓展奠定基础。基于以上优点，本发明可以广泛应用于磁共振成像系统中。
附图说明
图1是采用磁共振系统扫描的状态示意图
图2是本发明梯度线圈的结构示意图
图3是本发明梯度线圈在磁体中的位置结构示意图
图4是本发明梯度线圈中各线圈的形状示意图
图5是第二线圈Cy的拉伸示意图
图6是第二线圈Cy的结构示意图
图7是第一线圈Cx的结构示意图
图8是第三线圈Cz的结构示意图
图9是实施例中第一线圈Cx的测试结果曲线
图10是实施例中第二线圈Cy的测试结果曲线
图11是实施例中第三线圈Cz的测试结果曲线
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图2所示，本发明用于磁共振成像中的梯度线圈包括第一主线圈1和第二主线圈2，其中，第一主线圈1和第二主线圈2均包括第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz、主动匀场线圈Cs和绝缘层，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs在同一竖直平面内依次间隔平行设置，第一线圈Cx与第二线圈Cy之间、第二线圈Cy与第三线圈Cz之间以及第三线圈Cz与主动匀场线圈Cs均设置绝缘层。
如图2和图3所示，第一主线圈1和第二主线圈2配合安装在磁体上，获得椭球形的成像区域。第一主线圈1和第二主线圈2配合使用时，第一主线圈1中的第一线圈Cx与第二主线圈2中的第一线圈Cx串联，第一主线圈1中的第二线圈Cy与第二主线圈2中的第二线圈Cy串联，第一主线圈1中的第三线圈Cz与第二主线圈2中的第三线圈Cz串联，第一主线圈1中的主动匀场线圈Cs与第二主线圈2中的主动匀场线圈Cs串联。第一线圈Cx、第二线圈Cy和第三线圈Cz分别用于产生X方向、Y方向和Z方向的梯度场。
如图4所示，根据人体结构的特点，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的形状均设置为椭圆形，各线圈Y方向的长度Ly均大于其X方向的长度Lx，从而使第一线圈Cx、第二线圈Cy和第三线圈Cz形成的成像范围均呈椭圆形。
上述实施例中，第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs均采用铜线绕制或铜板加工而成，铜线或铜板的两端分别安装一接线端子。
上述实施例中，对于第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，根据人体结构、与该梯度线圈配合的磁体的结构以及梯度线圈的效率等因素，基于实用性和经济性，各线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值范围设置为1<Ly/Lx≤1.3。
实施例：首先，采用电流密度法设计得到一传统梯度线圈，其成像区域Y方向的长度等于X方向的长度。其次，以第一主线圈1和第二主线圈2中第二线圈Cy为例，如图5所示，将第二线圈Cy的长度均沿其Y方向进行拉伸，该线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值为1.14。最后，利用分离导线法计算第二线圈Cy拉伸后梯度场的变化情况，根据梯度场的变化情况对第二线圈Cy进行微调，得到如图6所示的线圈。对于第一线圈Cx、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，均采用与第二线圈Cy相同的方法进行处理。其中，第一线圈Cx、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的线圈尺寸均与第二线圈Cy的尺寸相同。线圈Y方向的长度为1018mm，X方向的长度为890mm，Z方向的长度为20mm。第一线圈Cx与第二线圈Cy之间、第二线圈Cy与第三线圈Cz之间以及第三线圈Cz与主动匀场线圈Cs之间均设置一0.5mm的绝缘层。
如图7所示，第一线圈Cx的匝数为40，电感为954μH，电阻157.85mΩ；如图6所示，第二线圈Cy的匝数为40，电感为955μH，电阻为140.82mΩ；如图8所示，第三线圈Cz的匝数为36，电感为595.4μH，电阻为77.43mΩ。对第一主线圈1和第二主线圈2构成的梯度线圈进行测试，第一线圈Cx在Y＝0、Z＝0时X方向上磁感应强度的测试结果如图9所示，其中横轴表示测试点到第一线圈Cx中心的距离，纵轴表示第一线圈Cx加电时测试点的磁感应强度；第二线圈Cy在X＝0、Z＝0时Y方向上磁感应强度的测试结果如图10所示，其中横轴表示测试点到第二线圈Cy中心的距离，纵轴表示第二线圈Cy加电时测试点的磁感应强度；第三线圈Cz在X＝0、Y＝0时Z方向上磁感应强度的测试结果如图11所示，其中横轴表示测试点到第三线圈Cz中心的距离，纵轴表示第三线圈Cz加电时测试点的磁感应强度。图9～图11所示的三条曲线线性区域的尺寸表示该梯度线圈成像区域的尺寸。从测试结果可以看出，该梯度线圈成像区域的范围Lx×Ly×Lz大于400mm×500mm×320mm,因此该梯度线圈的各项指标符合要求，且Y方向的成像范围明显扩大，从而能够有效地防止成像区域外的梯度信号被叠加进图像形成压缩伪影。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (3)
1.一种用于磁共振成像中的梯度线圈，其特征在于：它包括第一主线圈和第二主线圈，所述第一主线圈和第二主线圈均包括第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz、主动匀场线圈Cs和绝缘层，所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs在同一竖直平面内依次间隔平行设置，所述第一线圈Cx与第二线圈Cy之间、所述第二线圈Cy与第三线圈Cz之间以及所述第三线圈Cz与主动匀场线圈Cs之间均设置绝缘层；所述第一主线圈和第二主线圈配合安装在磁体上时，所述第一主线圈中的所述第一线圈Cx与所述第二主线圈中的所述第一线圈Cx串联，所述第一主线圈中的所述第二线圈Cy与所述第二主线圈中的所述第二线圈Cy串联，所述第一主线圈中的所述第三线圈Cz与所述第二主线圈中的所述第三线圈Cz串联，所述第一主线圈中的所述主动匀场线圈Cs与所述第二主线圈中的所述主动匀场线圈Cs串联；所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs的形状均设置为椭圆形，所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz分别用于产生X方向、Y方向和Z方向的梯度场，所述第一主线圈和第二主线圈配合获得椭球形的成像区域；
对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly均大于其X方向的长度Lx；
对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值范围设置为1<Ly/Lx≤1.3。
2.如权利要求1所述的一种用于磁共振成像中的梯度线圈，其特征在于：所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs均采用铜线绕制或铜板加工而成，铜线或铜板的两端分别安装一接线端子。
3.如权利要求1所述的一种用于磁共振成像中的梯度线圈，其特征在于：对于所述第一线圈Cx、第二线圈Cy、第三线圈Cz和主动匀场线圈Cs，各线圈Y方向的长度Ly与其X方向的长度Lx的比值为1.14。
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