CN110622021A - 冷却磁共振成像系统的梯度线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁共振成像系统(1)的冷却梯度线圈(2)。根据本发明提供了一种用于磁共振成像系统(1)的梯度线圈组件，所述梯度线圈组件包括至少一个梯度线圈(2)和用于冷却梯度线圈(2)的冷却装置，其中，梯度线圈(2)包括形成一条导体线(21)或彼此直接接触的多条导体线(21、31、41)的固体电导体材料，冷却装置包括用于引导冷却流体(10)的冷却通道(22、32、42)，并且冷却通道(22、32、42)沿着一条或多条导体线(21、31、41)以这样的方式布置在外部：在截面视图中在冷却通道(22、32、42)与一条或多条导体线(21、31、41)之间的一条单一连续界面线被形成。以这种方式，可以实现梯度线圈(2)的有效冷却。

Description

冷却磁共振成像系统的梯度线圈

技术领域

本发明涉及共振成像系统领域，并且尤其涉及用于磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈组件，所述梯度线圈组件包括至少一个梯度线圈和用于冷却所述梯度线圈的冷却装置，本发明涉及具有这样的梯度线圈组件的磁共振成像系统，涉及用于制造这样的梯度线圈组件的方法，并且涉及用于冷却磁共振成像系统的梯度线圈的方法。

背景技术

梯度线圈通常由电线或薄导电片的回路构成，所述回路被提供在恰好位于MRI系统的膛内部的圆柱壳体上。当电流经过这些线圈时，产生次级磁场。该次级磁场构成叠加于主磁场的梯度场，由此使质子的共振频率根据位置而变化。以这种方式，磁共振信号的空间编码成为可能。此外，梯度线圈也用于不同的生理技术，例如磁共振血管造影、扩散和灌注成像。

当检查对象被检查时，沿着MRI系统的内膛的壁通常变热。该加热主要是当电流经过梯度线圈时由涡流和电阻性加热引起的。这样的梯度线圈通常由强大的脉冲宽度调制放大器驱动，其中，峰值线圈将电压驱动达到2000V，并且电流超过600A。因此，产生强烈的梯度热，最大内部线圈温度达到55至60℃。操作梯度线圈所需的功率以其半径的五次幂来缩放，这意味着对于现代宽膛系统而言梯度线圈设计和梯度线圈的冷却甚至更加困难。

在这种情况下，对于MRI系统中的所有梯度线圈，通常使用流体冷却以便降低加热效应。通常，将来自热交换泵的水或水-乙二醇溶液用作冷却流体，所述冷却流体循环通过MRI系统的冷却装置的冷却通道，冷却通道与梯度线圈热传导接触。

在US 7741152B1中，示出了具有梯度线圈的梯度线圈组件，所述梯度线圈包括四条电导体线和用于通过在冷却通道中引导的冷却流体来冷却这些电导体线的冷却通道。电导体线以距彼此的一距离布置，而电导体线中的两条被布置在冷却通道的一侧，并且另外两条电导体线被布置在冷却通道的相对侧。然而，这种装置关于相对较的涡流和低效冷却具有缺点。

英国专利申请GB 2342986涉及一种直接冷却磁体线圈，其包括包围冷却管的多个分段导体。冷却管的壁将冷却剂与分段导体分开。

发明内容

本发明的目的是提供用于MRI系统的梯度线圈的有效冷却。

该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中描述了优选实施例。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于磁共振成像系统的梯度线圈组件，所述梯度线圈组件包括至少一个梯度线圈和用于冷却梯度线圈的冷却装置，其中，

梯度线圈包括形成一条导体线或彼此直接接触的多条导体线的固体电导体材料，

冷却装置包括用于引导冷却流体的冷却通道，并且

冷却通道沿着一条或多条导体线以这种方式布置在外部：在截面视图中在冷却通道与一条或多条导体线之间的一条单一连续界面线被形成。

根据本发明的截面视图是在垂直于一条或多条导体线的相应纵向方向的平面中的视图。由于梯度线圈的绕组的弯曲，纵向方向沿着一条或多条导体线的路线改变。

因此，根据本发明，冷却通道被布置在一条或多条导体线外部并沿着一条或多条导体线。以这种方式，一条或多条导体线的截面可以保持很小，从而减小了涡流的效应。此外，在截面视图中，在冷却通道与一条或多条导体线之间仅存在一条单一界面线，这提供了非常紧凑的设计，其增加了冷却效率并且还降低了涡流。

优选地，冷却通道具有在一侧开放的横向截面，特别是具有U形或C形的截面，并且开放侧由在冷却通道与毗邻冷却通道的一条或多条导体线之间的界面覆盖。横向方向横向于，优选垂直于通道的长轴。U形在U形的基部与腿之间能够具有圆形角或尖角。

通常，冷却通道可以由不同的材料制成，其可以是非导电材料，或者具有比一条或多条导体线低得多的导电性和/或具有比一条或多条导体线的尺度小得多的厚度的导电材料。然而，根据本发明的优选实施例，冷却通道由塑料材料或不锈钢制成，其固定(优选地模制或结合)到一条或多条导体线。

根据本发明优选的，在冷却通道与一条或多条导体线之间的界面包括内壁。以这种方式，可以保证设计的足够稳定性。

备选地，根据本发明的优选实施例，冷却通道在其与一条或多条导体线的界面的至少部分处开放，由此允许在冷却通道中流动的冷却流体与一条或多条导体线的表面的至少部分直接接触。与在冷却流体与一条或多条导体线之间提供壁相比，这允许一条或多条导体线的甚至更有效冷却。

梯度线圈可以由不同的材料制成。然而，优选地，梯度线圈的固体电导体材料是铜或铝。

本发明还涉及一种具有如上所述的梯度线圈组件的磁共振成像系统。

此外，本发明还涉及一种用于制造如上所述的梯度线圈组件的方法，其中，一条或多条导体线和所述冷却通道通过共挤出制成或首先分别挤出并且然后彼此固定(优选通过模制或结合)。以这种方式，可以接收长的集成导体冷却通道布置，然后可以将其用于缠绕梯度线圈的X、Y或Z线圈。这可以在保持架板上或通过使用工具来完成。

本发明还涉及一种用于冷却磁共振成像系统的梯度线圈的方法，其中，

梯度线圈包括形成一条导体线或彼此直接接触的多条导体线的固体电导体材料，并且

冷却流体沿着一条或多条导体线以这种方式在外部被引导：在截面视图中在冷却流体与一条或多条导体线之间存在一条单一连续界面线。

根据本发明的实施例，界面线可以包括壁。甚至更优选地，冷却流体与一条或多条导体线的表面的部分直接接触，这进一步提高了冷却效率。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐述。然而，这样的实施例不一定表示本发明的全部范围，并且因此参考权利要求书和本文以解释本发明的范围。

在附图中：

图1是根据本发明实施例的MRI系统1的示意性纵向截面视图；

图2是根据本发明的梯度线圈组件的实施例的示意性截面视图；

图3是根据本发明的梯度线圈组件的另一实施例的示意性截面视图；并且

图4是根据本发明的梯度线圈组件的又一实施例的示意性截面视图。

附图标记列表

1 MRI系统

2 梯度线圈

3 磁体

4 RF发射线圈

5 RF接收线圈

6 检查对象

7 患者支撑件

8 检查区域

10 冷却流体

20 梯度线圈组件

21 导体线

22 冷却通道

23 外壁

30 梯度线圈组件

31 导体线

32 冷却通道

33 外壁

34 内壁

40 梯度线圈组件

41 导体线

42 冷却通道

43 外壁

具体实施方式

在图1中，描绘了根据本发明的实施例的MRI系统1的示意性纵向截面视图。该MRI系统1包括梯度线圈2、磁体3、RF发射线圈4以及RF接收线圈5。可以将检查对象6(例如，患者)定位在患者支撑件7上。利用该患者支撑件7，可以将检查对象6设置在MRI系统1的检查区域8中，检查区域8由磁体3、梯度线圈2、RF发射线圈4和RF接收线圈5围绕以用于MRI检查。

根据本发明，已经发现，当需要将梯度线圈2中的AC耗散限制为能够增加AC rms梯度强度时，减小梯度线圈2的导体的截面并且缠绕稀疏的线圈图案是有益的。为了在这种情况下维持良好的冷却效率，使冷却流体在导体的外部与导体热接触，如下面更详细描述的。以这种方式，本发明提供了非常小的固体导体截面，同时利用与导体紧密热接触的冷却剂将直接冷却保持为可能。通过将导体的截面保持为小，将涡流损耗最小化。同时，冷却流体沿着导体被引导，从而与导体共享热接触。这导致直接有效的冷却，并且因为冷却通道具有低电导率，因此冷却通道中的涡流损耗很小。

在图2中，描绘了根据本发明的用于磁共振成像系统1(如图1所示的一个)的梯度线圈组件20的实施例的示意性截面视图。根据图2的梯度线圈组件20包括固体电导体材料，即铜，其形成包括正方形截面的单一导体线11。此外，根据图2的冷却装置20包括冷却通道22，冷却通道22具有用于引导冷却流体10的外壁23。根据本实施例，冷却通道22的外壁23由塑料材料制成。

该冷却通道22具有半圆形的截面，并且因此在一侧是开放的。为了形成用于引导冷却流体14的冷却通道22，冷却通道22的外壁23结合到导体线21。以这种方式，冷却流体10可以与导体线21的外表面直接接触。避开冷却通道22的内壁有助于有效地从导体线21移除热。

根据图2，可以理解，冷却通道22沿导体线21以这种方式布置在外部：在截面视图中，在冷却通道22与导体线21之间的一条单一连续界面线被形成。在当前截面视图中，该界面线由位于右侧的导体线21的外表面给出，其中，冷却通道22被布置，并且其中，冷却流体10与导体线21的外表面直接接触。

图3所示的实施例与图2所示的实施例相似。然而，与图2所示的实施例相比，图3的实施例包括具有矩形截面的两条导体线31，它们彼此直接接触。包括具有较小截面的两条导体线31而不是具有较大截面的单一导体21，如图2所示，使得更容易缠绕具有小弯曲的梯度线圈2的线圈图案。

此外，根据图3所示的实施例的不同之处在于，提供了与导体线31直接接触的内壁34。因此，冷却通道32包括管，其由半圆形外壁33和具有直线形式的内壁34制成。该内壁34使冷却通道32的制造更容易，而来自导体线31的热传递可能与在图2的实施例中一样有效。

最后，在图4中，描绘了如图2的实施例中那样省略内壁的实施例，唯一的差异在于冷却通道23的截面是矩形的。

对于图2、3和4所示的实施例，长的导体冷却通道可以通过挤出立即制成，或者以两步方法制成，其中，导体和冷却通道分别通过挤出制成，并且粘合或结合在一起。然后，可以使用这些长的集成导体冷却通道来缠绕梯度线圈的X、Y或Z线圈。这可以在保持架板上或使用工具完成。

尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于磁共振成像系统(1)的梯度线圈组件，所述梯度线圈组件包括至少一个梯度线圈(2)和用于冷却所述梯度线圈(2)的冷却装置，其中，

所述梯度线圈(2)包括固体电导体材料，所述固体电导体材料形成一条导体线(21、41)或彼此直接接触的多条导体线(31)，

所述冷却装置包括用于引导冷却流体(10)的冷却通道(22、32、42)，并且

所述冷却通道(22、32、42)沿着所述一条或多条导体线(21、31、41)以这样的方式被布置在外部：在截面视图中，所述冷却通道(22、32、42)与所述一条或多条导体线(21、31、41)之间的一条单一连续界面线被形成，并且

允许所述冷却流体与所述一条或多条导体线的表面的部分的直接接触。

2.根据权利要求1所述的梯度线圈组件，其中，所述冷却通道具有在一侧开放的横向截面，具体地是具有U形或C形的截面，并且所述开放侧由在所述冷却通道与毗邻所述冷却通道的所述一条或多条导体线之间的所述界面覆盖。

3.根据权利要求1或2所述的梯度线圈组件，其中，所述冷却通道(32)与所述一条或多条导体线(31)之间的所述界面包括所述冷却通道(32)的内壁(34)。

4.根据权利要求1或2所述的梯度线圈组件，其中，所述冷却通道(22、42)在其与所述一条或多条导体线(21、41)的界面的至少部分处是开放的，从而允许在所述冷却通道(22、42)中引导的冷却流体(10)与所述一条或多条导体线(21、41)的外表面的至少部分直接接触。

5.根据前述权利要求中任一项所述的梯度线圈组件，其中，所述固体电导体材料是铜或铝。

6.根据前述权利要求中任一项所述的梯度线圈组件，其中，所述冷却通道(22、32、42)与所述一条或多条导体线(21、31、41)之间的所述界面不是沿着所述一条或多条导体线(21、31、41)的整个外周形成的。

7.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的梯度线圈组件(20、30、40)的磁共振成像系统。

8.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的梯度线圈组件(20、30、40)的方法，其中，所述一条或多条导体线(21、31、41)和所述冷却通道(22、32、42)通过共挤出制成，或者首先分别挤出并且然后彼此固定。

9.一种用于冷却用于磁共振成像系统(1)的梯度线圈(2)的方法，其中，

所述梯度线圈(2)包括固体电导体材料，所述固体电导体材料形成一条导体线(21、41)或彼此直接接触的多条导体线(31)，并且

冷却流体(10)沿着所述一条或多条导体线(21、31、41)以这样的方式在外部被引导：在截面视图中，在所述冷却流体(10)与所述一条或多条导体线(21、31、41)之间存在仅一条单一连续界面线，并且所述冷却流体与所述一条或多条导体线的表面的部分直接接触。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述界面线包括内壁(34)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述冷却流体(10)与所述一条或多条导体线(21、41)的外表面的至少部分直接接触。

12.根据权利要求9或11中任一项所述的方法，其中，所述冷却流体(10)不沿着所述一条或多条导体线(21、31、41)的整个外周覆盖所述一条或多条导体线(21、31、41)。

13.根据权利要求1所述的梯度线圈组件，其中，所述冷却通道(22、32、42)由塑料材料或不锈钢制成，所述冷却通道被固定到所述一条或多条导体线(21、31、41)。