CN109696645A - 一种非平面梯度线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种非平面梯度线圈，其包括上、下对称的上梯度线圈和下梯度线圈，所述上、下梯度线圈之间为扫描空间；其中上、下梯度线圈分别由若干子线圈组成，各子线圈之间由绝缘层隔开，所述上、下梯度线圈的子线圈中，至少一个子线圈是曲面线圈，所述曲面边缘向扫描空间弯曲。本发明的非平面梯度线圈在同等条件下，比传统的平板梯度线圈具有更高的梯度磁场强度，更小的涡流，且对磁体的热稳定性影响更小。

Description

一种非平面梯度线圈
技术领域
本发明涉及磁共振技术领域，具体而言，涉及一种用于磁共振成像中的非平面梯度线圈。
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设备的核心部件之一，它的主要作用是将电能转化为磁能，用来产生磁共振成像用的三维线性梯度磁场，对MRI信号进行选层、相位编码以及频率编码。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。
目前，开放式磁共振所用的梯度线圈均为平板设计，梯度线圈中包含若干个平行排布的X/Y/Z子线圈，同时还可以包含若干个匀场子线圈以及散热装置，所有层从上至下的排布顺序是多种多样的。
使用平板梯度线圈的磁共振系统涡流很大，图像质量受影响，梯度线圈效率低，成像速度慢，发热量巨大，磁共振系统的热稳定性不好。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种非平面梯度线圈，旨在解决现有的问题。
本发明提出了一种非平面梯度线圈，该非平面梯度线圈，包括上、下对称的上梯度线圈和下梯度线圈，所述上、下梯度线圈之间为扫描空间；其中上、下梯度线圈分别由若干子线圈组成，各子线圈之间由绝缘层隔开，其特征在于：所述上、下梯度线圈的子线圈中，至少一个子线圈是曲面线圈，所述曲面边缘向扫描空间弯曲。
进一步地，上述曲面线圈的纵截面形状为圆弧形。
进一步地，上述非平面梯度线圈还包括有散热装置。
进一步地，上述散热装置为液冷散热装置。
进一步地，上述散热装置为水冷管。
进一步地，上述散热装置位于所述若干子线圈之间。
进一步地，上述子线圈包括X主线圈、Y主线圈及Z主线圈。
进一步地，上述子线圈还包括主动匀场线圈、X屏蔽线圈、Y屏蔽线圈、Z屏蔽线圈中的任意一个或多个。
进一步地，所述下梯度线圈自上而下依次包括：X主线圈 、Y主线圈、Z主线圈 、主动匀场线圈 、X屏蔽线圈、Y屏蔽线圈、Z屏蔽线圈 ，其中X主线圈、Y主线圈、Z主线圈 、主动匀场线圈为互相平行的曲面线圈，剩余为平面线圈。更进一步地，散热装置设置在主动匀场线圈与X屏蔽线圈之间。
本发明提供的非平面梯度线圈，该非平面梯度线圈的子线圈中至少一个是曲面线圈，且曲面边缘向扫描对象弯曲。使线圈各个位置距离扫描对象的距离更一致，线圈离扫描对象更近，从而提高线圈效率，提高成像速度，减少发热，提高热稳定性。同时，线圈整体离磁体更远，可以减小涡流，提高图像质量。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有的平板梯度线圈结构示意图；
图2为具有本发明实施例的非平面梯度线圈的磁体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的非平面梯度线圈的结构示意图；
图4为图2中提供的非平面梯度线圈的高度、投影长度示意图；
图5为现有的平板梯度线圈模拟结果；
图6为本发明实施例提供的非平面梯度线圈模拟结果；
图7为本发明实施例提供的又一非平面梯度线圈的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，其中图1（a）为立体结构图，图1（b）为纵截面图，现有的梯度线圈为一平板结构，由若干层子线圈组成，各子线圈之间彼此绝缘，这些子线圈也是由若干单一线圈组成，一般包括X/Y/Z三组线圈，每组线圈均有主线圈(Primary)和屏蔽线圈(Shield)组成。由上到下依次为X主线圈6’ 、Y主线圈7’、Z主线圈8’、X屏蔽线圈10’、Y屏蔽线圈11’、Z屏蔽线圈12’，这些线圈又分别是由若干匝单一线圈构成的。
下面参照图2-6结合具体实施例对本发明的非平面梯度线圈进行详细阐述。
图2为一具有本发明实施例的非平面梯度线圈的磁体结构示意图，上、下对称的上梯度线圈1和下梯度线圈2，位于上磁体4和下磁体5之间，上梯度线圈1和下梯度线圈2之间为扫描空间3。上梯度线圈1和下梯度线圈2分别由若干子线圈组成，各子线圈之间由1mm厚绝缘层14隔开。
图3示出了该磁体的下梯度线圈2的结构示意图，该线圈自上而下依次包括X主线圈6 、Y主线圈7、Z主线圈 8、X屏蔽线圈10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈12，其中X主线圈层6 、Y主线圈7、Z主线圈8为平行的曲面线圈，曲面线圈边缘向扫描空间3弯曲。X屏蔽线圈10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈12仍为一平面线圈。
曲面线圈边缘向扫描空间3弯曲，使得梯度线圈整体离扫描对象更近，从而提高线圈效率，扫描效果更好，提高成像速度，减少发热，提高热稳定性。同时，梯度线圈整体离上、下磁体更远，可以减小涡流，提高图像质量。
因此，优选的，曲面线圈的截面呈圆弧状，可以使线圈中心及边缘各区间到扫描对象的距离更一致。本实施例中，线圈平板厚度18为100mm，其曲面边缘抬高100mm，弯曲成一个圆弧面，圆弧向下投影的长度17为900mm，圆弧高度16为100mm，具体参考图4。
X屏蔽线圈10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈 12为平板线圈，线圈长度17为900mm。
假设所有单一一匝线圈均采用线径2mm方铜线，最小线间距4mm(线中心距)，梯度线圈外直径800mm。X主线圈位于距离成像中心250mm处，X屏蔽线圈位于距离成像中心280mm处。成像区域要求为400mm直径球体。
以X梯度为例，则图1中的传统的平板梯度线圈经计算后：
每100A电流所产生的梯度场强度为0.67Gs/cm；
中心线在400mm范围内最大失真25%；
中心梯度强度1Gs/mm的条件下，400mm球范围内最大梯度场偏差5.78Gs；
上下X主线圈总线长176米，电阻0.75欧姆。
X主线圈层6’平铺后由两个24圈的半圆单一线圈组成，X屏蔽线圈层10’由两个16圈的半圆单一线圈组成，参照图5。
而图3中的非平面梯度线圈，经计算：
每100A电流所产生的梯度场强度为1.23Gs/cm，线圈效率比传统平板梯度线圈高84%；
中心线在400mm范围内最大失真12%，仅为传统平板梯度线圈的一半；
中心梯度强度1Gs/mm的条件下，400mm球范围内最大梯度场偏差4.11Gs；
上下X主线圈总线长137米，电阻0.59欧姆，等梯度强度发热量比传统平板梯度线圈少76%。
X主线圈层6平铺后由两个21圈的半圆线圈组成，X屏蔽线圈层10由两个9圈的半圆线圈组成，参照图6。
Y梯度与Z梯度与X梯度相同，在各方面均比传统平板梯度线圈有优势，在此不再详述。
由此可见，本实施例提供的非平面梯度线圈与长度相同，平板厚度也相同的平板梯度线圈具有更高的梯度磁场强度，更小的涡流，发热量少，对磁体的热稳定性影响更小。
参考图7，又给出了一实施例的下梯度线圈2结构示意图。该下梯度线圈2由若干子线圈组成，各子线圈之间由绝缘层14隔开；具体地，自上而下依次包括X主线圈 6、Y主线圈7、Z主线圈 8、主动匀场线圈Cs 9、X屏蔽线圈 10、Y屏蔽线圈 11、Z屏蔽线圈12。
其中，X主线圈6、Y主线圈 7、Z主线圈 8和主动匀场线圈 9为互相平行的曲面线圈，曲面线圈的边缘向扫描对象弯曲，且纵截面呈圆弧状。这样X主线圈6、Y主线圈 7、Z主线圈 8 距离人体平均距离更近；同时，X主线圈6、Y主线圈 7、Z主线圈 8 与X屏蔽线圈 10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈12的平均间距更大。这样得到的非平板梯度线圈的梯度磁场强度高。同时由于X主线圈6、Y主线圈 7、Z主线圈 8为曲面线圈，距离磁体的平均距离更远，梯度线圈所产生的涡流更小。同时也使得X屏蔽线圈 10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈12的屏蔽效率更高，所述X屏蔽线圈 10、Y屏蔽线圈11、Z屏蔽线圈12所需要的线圈圈数少，降低线圈电阻，减小发热量。
进一步地，在主动匀场线圈 9与X屏蔽线圈 10之间还设置有散热装置13/15，其中散热装置13由水冷管组成，铺满一整层；散热装置15由水冷管组成，仅在两侧主动匀场线圈9与X屏蔽线圈10之间的间隙中放置。相对于普通的平板梯度线圈，本实施例的梯度线圈，散热装置的放置空间增大，即增加了散热装置15，这样可以增加梯度线圈的散热能力，从而进一步地降低X主线圈6、Y主线圈 7、Z主线圈 8产生的热量向磁体传热的速度，降低非平板梯度线圈对上、下磁体的热稳定性影响。
散热装置13 /15可以是风冷、液冷等散热装置，液冷的冷却介质也不局限于水，也可以是醇类等散热介质。
综上，本发明的非平面梯度线圈，使线圈各个位置距离扫描对象的距离更一致，线圈离扫描对象更近，从而提高线圈效率，提高成像速度，减少发热，提高热稳定性。同时，线圈整体离磁体更远，可以减小涡流，提高图像质量。本发明的非平面梯度线圈在线圈效率，梯度场失真，线圈发热均有明显优势。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种非平面梯度线圈，包括上、下对称的上梯度线圈和下梯度线圈，所述上、下梯度线圈之间为扫描空间；其中上、下梯度线圈分别由若干子线圈组成，各子线圈之间由绝缘层隔开，其特征在于：所述上、下梯度线圈的子线圈中，至少一个子线圈是曲面线圈，所述曲面边缘向扫描空间弯曲。
2.根据权利要求1所述的非平面梯度线圈，其特征在于：所述曲面线圈的纵截面为圆弧形。
3.根据权利要求1所述的非平面梯度线圈，其特征在于，所述非平面梯度线圈还包括有散热装置。
4.根据权利要求3所述的非平面梯度线圈，其特征在于：所述散热装置为液冷散热装置。
5.根据权利要求4所述的非平面梯度线圈，其特征在于：所述散热装置为水冷管。
6.根据权利要求3所述的非平面梯度线圈，其特征在于，所述散热装置位于所述若干子线圈之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的非平面梯度线圈，其特征在于：所述子线圈包括X主线圈、Y主线圈和Z主线圈。
8.根据权利要求7所述的非平面梯度线圈，其特征在于，所述子线圈还包括主动匀场线圈、X屏蔽线圈、Y屏蔽线圈、Z屏蔽线圈中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的非平面梯度线圈，其特征在于，所述下梯度线圈自上而下依次包括：X主线圈 、Y主线圈、Z主线圈 、主动匀场线圈 、X屏蔽线圈、Y屏蔽线圈、Z屏蔽线圈 ，其中X主线圈、Y主线圈、Z主线圈 、主动匀场线圈为互相平行的曲面线圈，剩余为平面线圈。
10.根据权利要求9所述的非平面梯度线圈，其特征在于，所述主动匀场线圈与X屏蔽线圈之间设有散热装置。
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