CN104502872A - 磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁共振成像技术领域，具体为一种磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统。本发明由一种多组互相绝缘的线圈和多路小电流驱动电路构成的梯度线圈系统，取代原先一路的大电流梯度功放和线圈，把一组大电流的梯度线圈按梯度分解成多组互相绝缘的小电流线圈；每组线圈由独立的电流驱动电路驱动，并且各个电流驱动同时同步。从而提高梯度线圈的线性度、响应时间、涡流等，同时降低元器件的要求。
Description
技术领域
本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种多路互相绝缘的线圈组成的梯度线圈系统。
背景技术
目前磁共振成像系统的发展方向是提高成像速度，以最短的时间获得具有优良分辨率、信噪比和所需特征对比度的图像。在MRI系统中，对样品空间定位的过程是通过在成像序列中施加频率编码和相位编码的梯度磁场来实现的。理论上为了使空间位置与频率和相位之间有良好的对应关系，这要求高速大电流梯度线圈产生高精度高速的梯度磁场，并且要求系统的涡流要小。涡流消除最有效的是采用自屏蔽线圈结构，但自屏蔽结构会带来电感过大响应时间下降，导线本身的涡流也存在影响。目前国际上为解决以上问题最终最终采用大电流600A晶体管驱动600V-1200V高压提升响应时间的方案达到的时间响应为120us。但是高速大电流的晶体管元器件价格非常昂贵，大电流晶体管的速度比小电流晶体管慢几十倍，大电流的铜线同时还有趋肤效应。所以综合以上问题采用本发明采用多路快速小电流场效应管取代一路大电流晶体管可以将进一步提高性能同时成本大幅度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、性能好的磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统。
整个磁共振系统如图1所示，其中，最外围是磁轭1，中间是磁钢2，磁钢内部是磁极3，磁极内部是梯度线圈4，线圈内部是样品5。梯度线圈4就是本发明所要改进的。
本发明所提供的磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统，是由一种多组互相绝缘的线圈和多路小电流驱动电路（包括场效应管梯度功放等）构成的梯度线圈系统，取代原先一路的大电流梯度功放和线圈，把一组大电流的梯度线圈按梯度（在X、Y或Z方向）分解成多组互相绝缘的小电流线圈；每组线圈由独立的电流驱动电路驱动；并且，各个电流驱动完全同时同步的。
本发明中，电流驱动采用小电流驱动方式。
本发明中，线圈组数大于2组。
本发明可提高梯度线圈的线性度、响应时间、涡流消除趋肤效应等，同时降低元器件的要求。
附图说明
图1为整体系统的结构图。
图2为本发明的梯度线圈具体实例结构（横截面）图示。其中， a）扁铜线阵列式；b）圆铜线绞合式；c）一字平排式； d) 多层叠合式。
图3为驱动电路图。
图4为本发明的系统连接图。
图中标号：1为磁轭，2为磁钢，3为磁极，4为梯度线圈，5为样品，6为扁铜线，7为绝缘漆，8为圆铜线，9为绝缘薄膜，10为铜箔，11为绝缘基板，12为负电源，13为N沟道场效应管，14为P沟道场效应管，15为D类放大器及场效应管驱动集成电路，16为正电源，17为正端放大器，18为梯度线圈，19为负端放大器，20为差分信号输入，21为线圈接线端，22为电流感应器。
具体实施方式
本发明设计的多路绝缘的梯度线圈系统，包括梯度线圈、驱动电路；
所述梯度线圈具有多种结构，见图2所示，分别介绍如下：
（1）扁铜线阵列式：由多根扁型铜线6阵列排布，压制成型，各扁铜线外部均涂有绝缘漆7；排布方式可以是2X2、2 X 3、3 X 3、3 X 4阵列，…，等等；如图2（a）所示；
（2）圆铜线绞合式：由多股圆形导线8绞合绕制而成，每股圆形导线8外部涂有绝缘漆7；圆铜线的股数可以是3、5、6、7股，…，等等；如图2（b）所示；
（3）一字平排式：在绝缘基板11上敷铜光刻成多路互相绝缘的铜箔10，制作成线圈，在铜箔上涂敷有绝缘漆7，使线圈间互相绝缘。绝缘基板11宜采用较硬的材料；如图2（c）所示；
（4）多层叠合式：冲压或腐蚀、线切割成型制作多层铜箔10，在各层铜箔之间用绝缘薄膜9隔开，叠压成完整线圈。铜箔的层数可以是2、3、4、5层，…，等等；如图2（d）所示。
其中绝缘漆或绝缘膜必须要高保证各线圈互相绝缘。
所述驱动电路采用桥路场效应管对称驱动，如图3所示。控制电路采用D类放大器，可以获得较高的效率，恒流控制由电流感应器22检测输入D类放大器进行调整。驱动电路包括N沟道场效应管13、P沟道场效应管14、运放输入级15、电流检测器22；其中，差分信号输入20接运放输入级15，运放采用D类放大器，以开关方式驱动N沟道场效应管13和P沟道场效应管14，N沟道场效应管13源极推动线圈漏极接正电源16，P沟道场效应管13源极推动线圈漏极接负电源12，线圈电流通过电流检测器22反馈至运放15，由输出接头21连接线圈。
系统整体接线如图4所示。电流控制差分信号20分两部分：正端连接正向运放放大器和驱动电路17输入端，负端连接负向运放放大器和驱动电路19输入端。驱动电路的的输出端21接线圈18。
本发明采用60组20A 最高电压300V 达到50us响应时间。
Claims (3)
1. 一种磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统，其特征在于由一种多组互相绝缘的线圈和多路小电流驱动电路构成的梯度线圈系统，取代原先一路的大电流梯度功放和线圈，把一组大电流的梯度线圈按梯度分解成多组互相绝缘的小电流线圈；每组线圈由独立的电流驱动电路驱动；并且，各个电流驱动同时同步。
2. 根据权利要求1所述的磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统，其特征在于所述梯度线圈具有多种结构，分别如下：
（1）扁铜线阵列式：由多根扁型铜线阵列排布，压制成型，各扁铜线外部均涂有绝缘漆；
（2）圆铜线绞合式：由多股圆形导线绞合绕制而成，每股圆形导线外部涂有绝缘漆；
（3）一字平排式：在绝缘基板上敷铜光刻成多路互相绝缘的铜箔，制作成线圈，在铜箔上涂敷有绝缘漆，使线圈间互相绝缘；
（4）多层叠合式：冲压或腐蚀、线切割成型制作多层铜箔，在各层铜箔之间用绝缘薄膜隔开，叠压成完整线圈。
3. 根据权利要求2所述的磁共振成像用的自屏蔽梯度线圈系统，其特征在于所述驱动电路采用桥路场效应管对称驱动，包括 N沟道场效应管、P沟道场效应管、运放输入级、电流检测器；其中，差分信号输入接运放输入级，运放采用D类放大器，以开关方式驱动N沟道场效应管和P沟道场效应管，N沟道场效应管源极推动线圈漏极接正电源，P沟道场效应管源极推动线圈漏极接负电源，线圈电流通过电流检测器反馈至运放，由输出接头连接线圈。
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