CN105044635A

CN105044635A - 用于关节磁共振成像的梯度线圈

Info

Publication number: CN105044635A
Application number: CN201510320703.7A
Authority: CN
Inventors: 林海洋
Original assignee: Beijing Spec Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Spec Technology Development Co Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明提供了一种用于关节磁共振成像的梯度线圈，由主梯度线圈层和屏蔽线圈层组成，主梯度线圈层和屏蔽线圈层均包括X、Y、Z三个方向的梯度线圈，每个方向的主线圈和屏蔽线圈都由两层铜皮切割而成，上、下叠放，便于电流回路和增加梯度值。主线圈层和梯度线圈层之间预留间隔，用于布置匀场槽和水冷通道。上述的梯度线圈具有长度短(不大于480mm)、梯度场强高(能达到70mT/m)、梯度线性度好(优于-2％～+2％)的优点，相对于全身成像系统的梯度线圈，能够大大提高成像的对比度，特别适合于关节成像。

Description

用于关节磁共振成像的梯度线圈

技术领域

本发明属于磁共振成像领域，特别涉及一种用于关节磁共振成像的梯度线圈。

背景技术

磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)系统包括磁体系统、梯度系统、射频系统和计算机成像系统，是当今医学界的一种重要的影像检测手段。其中，梯度系统的作用是在成像区域内提供线性的可快速切换的梯度磁场，为磁共振射频扫描提供空间编码信息。早期（上世纪80年代）的梯度线圈产品长度较长，切换率低，梯度线性度较低，产生的梯度也比较弱（小于20mT/m）。经过近40年的发展，梯度线圈向短腔、高梯度场、高切换率、高效率的方向发展。

关节磁共振成像设备是针对关节组织（如腕关节、踝关节、膝关节等）的特点，专门用于关节诊断的磁共振设备。相对于全身成像设备而言，成像对比度高，诊断效果好。究其原因，主要是由于关节成像设备的梯度线圈远远优于全身成像设备。相对于全身成像设备的梯度线圈，由于关节成像的梯度线圈孔径小，一般在200mm～220mm之间（全身成像梯度线圈孔径：约680～700mm），因此可以实现更高梯度场强。如全身成像设备的梯度线圈一般在20～30mT/m，而关节成像的梯度线圈可以实现60mT/m，甚至更高；梯度线圈孔径小带来的另一个优点是电感量小，从而梯度切换率高，因此适应快速扫描序列中梯度脉冲快速上升和翻转的需要。

目前，仅有美国通用电气（GE）公司推出了关节成像的磁共振设备。本发明提出的关节成像磁共振梯度线圈具备高性能，可以用于关节成像设备。

发明内容

本发明提出一种用于关节磁共振成像的梯度线圈，实现指标为：梯度线圈长度不大于480mm；梯度场强达到70mT/m；成像区域为160mm的球域；梯度线性度优于-2%～+2%。

本发明采用的技术方案如下：

用于关节磁共振成像的梯度线圈，由主梯度线圈层和屏蔽线圈层组成，主梯度线圈层和屏蔽线圈层均包括X、Y、Z三个方向的梯度线圈。其中，X线圈和Y线圈形状相同，Y线圈半径大于X线圈。安装时，Y线圈相对于X线圈绕z轴旋转90度。X线圈位于最内层，Y线圈位于中间层，Z线圈位于最外层。主线圈层的长度小于屏蔽线圈层，以便更好地屏蔽杂散磁场。

各方向的主线圈和屏蔽线圈都由两层铜皮切割而成，上、下叠放，各圈铜皮布线连接处上层和下层是相反的，保证上、下层对应位置的导线流过同方向的电流，从而产生同方向的磁场。这样的布线方式便于电流回路和增加梯度值。

主线圈层和梯度线圈层之间预留间隔，用于布置匀场槽和水冷通道。

附图说明

图1用于关节磁共振成像的梯度线圈结构示意图；

图2aX或Y线圈主线圈布线图；

图2bX或Y线圈屏蔽线圈布线图；

图2cX或Y线圈三维视图；

图3X/Y线圈双层铜皮布线示意图；

图4在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，X线圈产生磁场分布图；

图5aZ线圈主线圈布线图；

图5bZ线圈屏蔽线圈布线图；

图5cZ线圈三维视图；

图6在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，Z线圈产生磁场分布图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

图1是用于关节磁共振成像的梯度线圈结构示意图。外层为屏蔽线圈层，本发明的一个实施例长度为480mm，从外到内为Z、Y和X线圈屏蔽层，直径分别为Zs、Ys和Xs。内层为主线圈层，本发明的一个实施例长度为440mm，按照直径由大到小顺序分别为Zm、Ym和Xm。主线圈层和屏蔽线圈层之间为匀场槽和水冷通道，间隔大于15mm。成像区域为半径为80mm的球域。

下面列出了实施例中线圈布线位置：

X线圈：主层Xm=206mm；屏蔽层Xs=256mm；

Y线圈：主层Ym=212mm；屏蔽层Ys=262mm；

Z线圈：主层Zm=218mm；屏蔽层Zs=268mm；

图2a为X或Y线圈主线圈布线图，图2b为X或Y线圈屏蔽线圈布线图。坐标定义为：纵坐标为轴向坐标Z，以米（m）为单位，横坐标为圆周面上的角度Theta，以弧度（rad）为单位，下面的图3a、图3b坐标定义与此相同。图2a中，左上、右下线圈通正电流；右上、左下线圈通负电流。图2b中，左上、右下线圈通负电流；右上、左下线圈通正电流。图2c为X或Y线圈的三维视图，外层为屏蔽线圈，内层为主线圈。Y线圈的布线形状与X线圈相同，但柱面半径略大于X线圈，安装时与X线圈沿Z轴方向旋转90度。

图3为X/Y线圈双层铜皮布线示意图。X/Y主线圈和屏蔽线圈均包括四个绕组，示意图仅取一个线圈绕组进行说明。从上方的布线铜皮最外一圈导线流入电流，电流沿布线到线圈中心，然后从中心A点流出，到下层中心B点流入，最后从下层最外一圈流出。各圈铜皮布线连接处上层和下层是相反的，保证上、下层对应位置的导线流过同方向的电流，从而产生同方向的磁场。

图4为在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，X线圈产生磁场分布图。在本发明实施例的计算中发现，对于160mm的球域，在Y=0平面内梯度磁场线性度最差，取区域X=-0.08m～0.08m，Z=-0.08m～0.08m，得到理论线性度：-1.84%～+1.84%。通过计算，当双层布线，工作电流为69.12A时，梯度场强达到了70.2mT/m，梯度效率达到了1.0mT/m/A。

图5a为Z线圈主线圈布线图，可以看作是沿z轴分布的圆环电流。远离中心的绕线电流为正，中心区域绕线的电流为负。图5b是Z线圈屏蔽线圈布线图，电流方向与主线圈相反，远离中心的绕线电流为负，中心区域绕线的电流为正。图5c为Z梯度线圈三维视图，外层为屏蔽线圈，内层为主线圈。

图6为在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，Z线圈产生磁场分布图。在本发明实施例的计算中发现，对于160mm的球域，在Y=0平面，取区域X=-0.08m～0.08m，Z=-0.08m～0.08m，得到理论线性度：-1.60%～+1.60%。通过计算，当双层布线，工作电流为50.04A时，梯度场强达到了70.4mT/m，梯度效率达到了1.4mT/m/A。

Claims

1.一种用于关节磁共振成像的梯度线圈，由主梯度线圈层和屏蔽线圈层组成，主梯度线圈层和屏蔽线圈层均包括X、Y、Z三个方向的梯度线圈。

2.其中，X线圈和Y线圈形状相同，Y线圈半径大于X线圈。

3.安装时，Y线圈相对于X线圈绕z轴旋转90度。

4.X线圈位于最内层，Y线圈位于中间层，Z线圈位于最外层。

5.每个方向的主线圈和屏蔽线圈都由两层铜皮切割而成，上、下叠放。

6.主线圈层和梯度线圈层之间预留间隔，用于布置匀场槽和水冷通道。

7.按照权利要求1所述的用于关节磁共振成像的梯度线圈，每个方向的主线圈和屏蔽线圈都由两层铜皮上、下叠放而成。

8.从上方的布线铜皮最外一圈导线流入电流，电流沿布线到线圈中心，然后从下层中心点流入，最后从下层最外一圈流出。

9.各圈铜皮布线连接处上层和下层是相反的，保证上、下层对应位置的导线流过同方向的电流，从而产生同方向的磁场。

10.按照权利要求1所述的用于关节磁共振成像的梯度线圈，参数指标为：梯度线圈长度不大于480mm；梯度场强达到70mT/m；成像区域为160mm的球域；梯度线性度优于-2%～+2%。