CN106199471B - 部分折叠的梯度线圈单元及装置 - Google Patents

Abstract

一种梯度线圈单元具有外周面和中面，其中，所述外周面围绕所述梯度线圈单元的磁梯度轴，所述中面位于所述梯度线圈单元的中部并与所述磁梯度轴大体上垂直。所述梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈，所述折叠线圈包括第一弯曲导体组、第二导体组和连接导体组，其中，所述第一弯曲导体组设置于第一曲面上，所述第二弯曲导体组设置在位于所述第一曲面外侧的第二曲面上，并且与所述第一弯曲导体组大体上重叠。所述连接导体组将所述第一弯曲导体组中选定的弯曲导体与所述第二弯曲导体组中选定的弯曲导体相连接，且所述连接导体组位于所述中面的第一侧。此外，本发明的实施例还涉及一种包括两个上述梯度线圈单元的装置。

Description

部分折叠的梯度线圈单元及装置

技术领域

本发明公开的实施方式涉及梯度线圈单元及装置，特别是一种部分折叠的梯度线圈单元及装置。

背景技术

核磁共振成像(MRI)是一种医学影像技术，用于检测机体的解剖和生理结构。MRI系统可能导致病人出现烦躁、焦虑等情况，这是因为病人在接受检测时必须安静地躺在一个狭窄管状结构内，特别是长度较长的MRI系统可能会加重幽闭恐惧症患者的不适感。

传统上，可以通过折叠MRI系统两端的线圈来缩短MRI系统的长度，但是这样做会大大压缩MRI系统的内部空间，从而增加了设计和制造的复杂度；特别是对于MRI系统的服务端来说，因为其通常需要更多空间来容纳冷却管道、热传感器等元器件。

此外，当折叠线圈工作时，可能会产生较多的热量，从而导致MRI系统过热。

因此，有必要提供一种新型梯度线圈单元及装置以解决如上所述的问题。

发明内容

以下概述将对本发明内容进行简要概述，其目的在于对于本文所述系统和/或方法提供一些基本理解。本概述并不对本文所述系统和/或方法进行详细描述。本概述并不旨在确定所述系统和/或方法的重要/关键元素，也不旨在描绘所述系统和/或方法的范围。其目的仅在于以简单的形式示出一些概念，为其后更加详细的描述的准备。

本发明的一个方面在于提供一种梯度线圈单元，其具有外周面和中面。其中，所述外周面围绕磁梯度轴，所述中面位于所述梯度线圈单元的中部并与所述磁梯度轴大体上垂直。所述梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈，其包括第一弯曲导体组，第二导体组和连接导体组，其中，所述第一弯曲导体组设置于第一曲面上，所述第二弯曲导体组设置在位于所述第一曲面外侧的第二曲面上，且与所述第一弯曲导体组大体上重叠。所述连接导体组将所述第一弯曲导体组中选定的弯曲导体与所述第二弯曲导体组中选定的弯曲导体相连接，且所述连接导体组位于所述中面的第一侧。

本发明的另一个方面在于提供一种装置，其具有外周面和中面。其中，所述外周面围绕磁梯度轴，所述中面位于所述梯度线圈单元的中部并与所述磁梯度轴大体上垂直。所述装置包括X梯度线圈单元和Y梯度线圈单元。所述Y梯度线圈单元与所述X梯度线圈单元大体上同轴，并且所述Y梯度线圈单元至少有一部分被套设于所述X梯度线圈单元之内。每个所述X和Y梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈，其包括第一弯曲导体组、第二弯曲导体组和连接导体组。所述第一弯曲导体组设置在第一曲面上，所述第二弯曲导体组设置在位于所述第一曲面外侧的第二曲面上，且与所述第一弯曲导体组大体上重叠。所述连接导体组将所述第一弯曲导体组中选定的弯曲导体与所述第二弯曲导体组中选定的弯曲导体相连，且所述连接导体组位于所述中面的第一侧。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明一具体实施例的梯度线圈单元的示意图，其包括折叠线圈；

图2为根据本发明另一具体实施例的梯度线圈单元的示意图，其包括折叠线圈；

图3为根据本发明一具体实施例的梯度线圈单元中的折叠线圈的未折叠状态示意图；

图4为根据本发明另一具体实施例的梯度线圈单元中的折叠线圈的未折叠状态示意图；

图5为根据本发明又一具体实施例的梯度线圈单元中的折叠线圈的未折叠状态示意图；

图6为根据本发明又一具体实施例的梯度线圈单元中的折叠线圈的未折叠状态示意图；

图7为包括X梯度线圈单元和Y梯度线圈单元的装置的示意图，其中，为了更清楚地说明本发明的内容，部分结构被省略；

图8为根据本发明一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图9为根据本发明另一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图10为根据本发明又一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图11为根据本发明又一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图12为根据本发明又一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图13为根据本发明又一具体实施例的X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图；

图14为根据图9或图11中所示的具体实施例的装置的左视图；

图15为根据图9或图11中所示的具体实施例的装置的左视图；

图16为根据本发明一具体实施例的装置的第一端面的结构示意图；及

图17为根据本发明另一具体实施例的装置的第一端面的结构示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。

本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性；拥有一种特定属性、特征或功能；和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。相应地，“可能”的使用表明：被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的；同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能；而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。

本发明的具体实施方式涉及用于核磁共振成像(MRI)系统中的梯度线圈单元。梯度线圈单元是MRI系统中重要的元件之一，其用于生成预定义的磁场。梯度线圈单元的结构在很大程度上决定了MRI系统的性能和制造的复杂性。

MRI系统通常包括三种梯度线圈单元，即X、Y和Z梯度线圈单元，这三种梯度线圈单元分别用于在三个不同方向上产生磁梯度。本文所述梯度线圈单元通常被用作X和Y梯度线圈单元，两者在结构上相似。

参照图1和图3，梯度线圈单元1具有外周面14和中面12。其中，外周面14围绕磁梯度轴11，所述中面12位于所述梯度线圈单元1的中部且与所述磁梯度轴11大体上垂直，其将梯度线圈单元1分为两个部分，即第一侧171和第二侧172。梯度线圈单元1包括至少一个折叠线圈13，其靠近外周面14设置。所述折叠线圈13包括第一弯曲导体组131、第二弯曲导体组132和连接导体组133，其用于将第一弯曲导体组131中选定的弯曲导体与第二弯曲导体组132中选定的弯曲导体相连接。如图1所示，第一弯曲导体组131设置在第一曲面141上。第二弯曲导体组132设置在位于所述第一曲面141外侧的第二曲面上142，且与第一弯曲导体组131大体上重叠。梯度线圈单元1仅在第一侧171折叠，不在第二侧172折叠，从而为第二侧172的其他元件留出了空间，因此，在第一曲面141和第二曲面142之间延伸的连接导体组133位于第一侧171，而非第二侧172。这样的设计不但在一定程度上缩短了梯度线圈单元1的长度，而且降低了制造的复杂性。在一些具体实施方式中，梯度线圈单元1可以包括多个折叠线圈13，这些折叠线圈13的连接导体组133均位于第一侧171。

在一些具体实施方式中，梯度线圈单元1为圆柱体结构，因此外周面14为圆柱面。第一曲面141和第二曲面142均为圆柱面，且均以磁梯度轴11为中心轴。第二曲面142可以与外周面14一体设置。

参照图1，梯度线圈单元1包括两个相对于磁梯度轴11对称设置的折叠线圈13。每一个折叠线圈13从第一侧171穿过中面12，延伸至第二侧172。具体来说，第一弯曲导体组131和第二弯曲导体组132均延伸穿过中面12。两个折叠线圈13的连接导体组133均位于梯度线圈单元1的第一端面151上。

图2是另一个示例性的梯度线圈单元的示意图，为了清楚地对梯度线圈单元进行描述，将其分为两部分进行绘制。如图2所示，梯度线圈单元1包括至少一个折叠线圈13和至少一个非折叠线圈16，其中，折叠线圈13位于第一侧171，而非折叠线圈16位于第二侧172。具体地，梯度线圈单元1关于磁梯度轴11对称，其包括两个位于第一侧171的折叠线圈13和四个位于第二侧172的非折叠线圈16，其中，有两个非折叠线圈并未在图2中示出。每个非折叠线圈16包括呈指纹状的螺旋状导体，其设置在第一曲面141或第二曲面142上。在所述具体实施方式中，有两个非折叠线圈16设置在第二曲面142上，另外两个设置在第一曲面141上，并未在图2中示出。

在一些具体实施方式中，本发明的具体实施方式中的折叠线圈可能部分由空心导线制成。图4示出了一个部分由空心导线制成的示例性折叠线圈30。为了能够更加清楚地显示整个折叠线圈30，图4示出了折叠线圈30的未折叠状态。参照图4，折叠线圈30包括第一弯曲导体组31、第二弯曲导体组32和连接导体组33，其中，折叠线圈30的一部分39由空心导线制成。由于空心导线相较于实心导线具有更好的散热性能，从而可以提高了整个梯度线圈单元的散热性能。然而，空心导线的焊接过程较为复杂，特别是在折叠线圈的弯曲部分。如果连接导体组由空心导线制成，梯度线圈单元的制造复杂度会大大增加。因此，在一些具体实施方式中，第一或第二弯曲导体组31、32的至少一部分由空心导线制成，且连接导体组33则由实心导线制成。在图4所示的具体实施方式中，第一弯曲导体组31的一部分由空心导线制成。

具体来说，第一和第二弯曲导体组两者中的任意一个包括至少一个完整的导体环，其由空心导线制成，除了所述至少一个完整的导体环之外的折叠线圈的其他部分由实心导线制成，其中，一个完整的导体环是指360度围绕一螺旋中心的一段连续的弯曲导体。

如图5所示，折叠线圈40包括第一弯曲导体组41、第二弯曲导体组42和连接导体组43，其中第一弯曲导体组41包括多个由空心导线制成的完整的导体环49，折叠线圈40的其他部分由实心导线制成。通过这样的方式，空心导线并不会折叠，并且在空心导线和实心导线之间只有一个焊接点47，这样不但提高了散热性能，而且降低了制造的复杂性。一般可通过向空心导线内通入冷却剂的方式来带走更多的热量。因此，在一些具体实施方式中，折叠线圈40还包括与空心导线连接的第一供给管线441，用于为空心导线提供冷却剂。

在一些具体实施方式中，折叠线圈40还包括冷却管道48，其与实心导线并排设置，用于冷却实心导线，从而提高实心导线部分的散热性能。一般可将冷却剂通入冷却管道48以带走更多的热量。因此，折叠线圈40还可包括与冷却管道48连接的第二供给管线442，用于为冷却管道48提供冷却剂。

在图5所述的具体实施方式中，空心导线与冷却管道的供给管线单独设置，在一些其他的具体实施方式中，空心导线和冷却管道可能共用相同的供给管线。参照图6，折叠线圈50中的一部分59由空心导线制成的，折叠线圈50的其他部分由实心导线制成。冷却管道58与实心导线并排设置。折叠线圈50还包括第三供给管线54，其与冷却管道58和空心导线制成的部分59连接，用于提供冷却剂。

综上，所述折叠线圈可包括与所述空心导线和/或所述冷却管道相连接的供给管线，其用于为所述空心导线和/或所述冷却管道提供冷却剂。

本发明的具体实施方式还涉及包括两个如上所述的梯度线圈单元的装置，其用于产生两个梯度磁场。图7是根据本发明一具体实施方式的所述装置的示意图，其中，为了清楚起见，部分结构被省略。参照图7，装置2具有外周面24和中面22，其中，所述外周面24围绕磁梯度轴21，中面22在装置2的中部与磁梯度轴21大体上垂直，其将装置2分为第一侧271和第二侧272两侧部分。装置2包括两个线圈单元，即X梯度线圈单元60和Y梯度线圈单元70。需要指出的是，在图7中，为了清楚起见，每个梯度线圈单元都被省略了一半的结构。Y梯度线圈单元70与X梯度线圈单元60大体上同轴，并且Y梯度线圈单元70的至少一部分被套设于X轴梯度线圈单元60之内，其中，每个X和Y梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈13，折叠线圈13的连接导体组133位于第一侧271。

在一些具体实施方式中，装置2包括多个折叠线圈13，该多个折叠线圈13的连接导体组133均位于第一侧271。因此，装置2仅在第一侧折叠，不在第二侧272折叠。这样的设计不但在一定程度上缩短了装置2的长度，并且有效降低了制造的复杂性。

图8-13为根据本发明不同的具体实施例中X和Y梯度线圈单元之间的关系示意图。因为装置2具有关于磁梯度轴21对称的结构，出于简化的目的，仅在示意图中示出了装置的一半结构。

参照图7-8，X梯度线圈单元60套设于Y梯度线圈单元70之上。X梯度线圈单元60包括两个X折叠线圈63，其从第一侧271穿过中面22，延伸至第二侧272，其中，为了清楚起见，图8仅示出一个X折叠线圈63。Y梯度线圈单元70包括两个Y折叠线圈73，其从第一侧271穿过中面22，延伸至第二侧272，其中，为了清楚起见，图2仅示出一个Y折叠线圈73。X折叠线圈63包括第一X弯曲导体组631、第二X弯曲导体组632和X连接导体组633。Y折叠线圈73包括第一Y弯曲导体组731、第二Y弯曲导体组732和Y连接导体组733。第一X弯曲导体组631与第一Y弯曲导体组731相比更接近于磁梯度轴21。第二Y弯曲导体组732与第二X弯曲导体组632相比更接近于磁梯度轴21。所有的X和Y连接导体组633和733都靠近装置2的第一端250。

在一些具体实施方式中，参照图9和图14，X和Y连接导体组633和733被设置在靠近装置第一端250的同一环形表面26上，从而进一步缩短了装置的长度。

参照图7和图10，X梯度线圈单元60套设于Y梯度线圈单元70之上。X梯度线圈单元60包括两个位于第一侧271的X折叠线圈63和四个位于第二侧272的X非折叠线圈66。Y梯度线圈单元70包括两个位于第一侧271的Y折叠线圈73和四个位于第二侧272的Y非折叠线圈76。第一X弯曲导体组631与第一Y弯曲导体组731相比更接近于磁梯度轴21。第二Y弯曲导体组732与第二X弯曲导体组632相比更接近于磁梯度轴21。所有的X和Y连接导体组633和733都靠近装置2的第一端250。

在一些具体实施方式中，参照图11和图14，X和Y连接导体组633和733被设置在靠近装置第一端250的同一环形表面26，从而进一步缩短了装置的长度。

在一些具体实施方式中，参照图12，X连接导体组633靠近第一端250，Y连接导体组733靠近中面22。

参照图7和图13，X梯度线圈单元60包括两个位于第一侧271的X折叠线圈63和四个位于第二侧272的X非折叠线圈66。Y梯度线圈单元70包括两个位于第一侧271的Y折叠线圈73和四个位于第二侧272的Y非折叠线圈76。第一Y弯曲导体组731与第一X弯曲导体组631相比更接近于磁梯度轴21。第二Y弯曲导体组732与第二X弯曲导体组632相比更接近于磁梯度轴21。X连接导体组633靠近装置2的第一端250，Y连接导体组733靠近中面22。

图14和图15是根据图9和图11中示例性具体实施方式的装置的左视图。在这些具体实施方式中，连接导体组633和733位于相同的环形表面26上，但连接导体之间不允许相交。参照图14，X和Y连接导体663和733的分布区域不相互重叠。参照图15，X和Y连接导体663和733的分布区域部分重叠，但是连接导体之间并不相交。

在一些具体实施方式中，病人从第一侧271进入MRI系统，第一侧的长度较短、开放性较高，因而在实践中可被作为病人侧使用。相较于传统MRI系统，根据本发明具体实施方式中的MRI系统的视野区(FOV)更加靠近第一端，通过这样的设计，病人需要检测的目标部位可以更加容易地到达视野区。相应地，第二侧272可被作为服务侧使用，因为其具有更多的空间，可以用来容纳冷却管道等其他元件。

在一些具体实施方式中，进一步改进了位于病人侧的第一端面的结构，从而进一步提高病人侧开放性。图16-17根据本发明两个具体实施例的装置的第一端面的结构示意图。参照图16，第一端面251和中面22之间的轴向距离沿靠近磁梯度轴21的方向逐渐减小，这样提高了MRI系统的开放性，从而可以减轻幽闭恐惧症患者的焦虑症状，提高他们的舒适度。X和Y折叠线圈63、73的形状与第一端面251相匹配。

参照图17，第一端面包括第一环形表面252和第二环形表面254，第二环形表面254与第一环形表面252同心，且相比于第一环形表面252更靠近所述磁梯度轴21。第一环形表面252和中面22之间的轴向距离大于第二环形表面254和中面22之间的轴向距离。X和Y梯度折叠线圈63、73的形状与第一端面相匹配。这样的设计可被应用于头部MRI系统中。图17中所示区域8可以用于容纳病人的肩膀，这样病人的头部可以更加容易地到达视野区，而不用增加MRI系统的直径，从而可以从很大程度上节省材料、降低制造成本。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种梯度线圈单元，其具有外周面和中面，其中，所述外周面围绕所述梯度线圈单元的磁梯度轴，所述中面位于所述梯度线圈单元的中部并与所述磁梯度轴大体上垂直，所述梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈，所述折叠线圈包括：

第一弯曲导体组，其设置在第一曲面上；

第二弯曲导体组，其设置在位于所述第一曲面外侧的第二曲面上，并且与所述第一弯曲导体组大体上重叠；及

连接导体组，其将所述第一弯曲导体组中选定的弯曲导体与所述第二弯曲导体组中选定的弯曲导体相连接；

其中，所述连接导体组仅位于所述中面的第一侧。

2.如权利要求1所述的梯度线圈单元，其中，所述至少一个折叠线圈从所述第一侧穿过所述中面，延伸至与所述第一侧相对的所述中面的第二侧。

3.如权利要求1所述的梯度线圈单元，还包括至少一个非折叠线圈，其包括设置在所述第一曲面或第二曲面上的螺旋状导体。

4.如权利要求3所述的梯度线圈单元，其中，所述至少一个折叠线圈位于所述第一侧，且所述至少一个非折叠线圈位于与所述第一侧相对的所述中面的第二侧。

5.如权利要求1所述的梯度线圈单元，其中，所述第一或第二弯曲导体组的至少一部分由空心导线制成，且所述连接导体组由实心导线制成。

6.如权利要求1所述的梯度线圈单元，其中，所述第一和第二弯曲导体组两者中的任意一个包括至少一个完整的导体环，其由空心导线制成，除了所述至少一个完整的导体环之外的所述折叠线圈的其他部分由实心导线制成。

7.一种装置，其具有外周面和中面，其中，所述外周面围绕磁梯度轴，所述中面位于所述装置的中部且与所述磁梯度轴大体上垂直，所述装置包括X梯度线圈单元和Y梯度线圈单元，所述Y梯度线圈单元与所述X梯度线圈单元大体上同轴，且所述Y梯度线圈单元至少有一部分被套设于所述X梯度线圈单元之内，其中，每个所述X和Y梯度线圈单元包括至少一个折叠线圈，所述折叠线圈包括：

第一弯曲导体组，其设置在第一曲面上；

第二弯曲导体组，其设置在位于所述第一曲面外侧的第二曲面上，且与所述第一弯曲导体组大体上重叠；及

连接导体组，其将所述第一弯曲导体组中选定的弯曲导体与所述第二弯曲导体组中选定的弯曲导体相连；

其中，所述连接导体组仅位于所述中面的第一侧。

8.如权利要求7所述的装置，包括多个折叠线圈，其中，所述多个折叠线圈的连接导体组均位于所述中面的第一侧。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述连接导体组均位于靠近所述装置第一端的同一环形表面上。

10.如权利要求7所述的装置，其中，所述装置的第一端面与所述中面之间的轴向距离沿靠近所述磁梯度轴的方向减小。