CN111289925B - 一种mri梯度线圈组件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的MRI梯度线圈组件加工方法中，MRI梯度线圈组件的支撑组件置于主线圈和屏蔽线圈之间，其具有固定无源匀场条及其他功能性模块作用，由于采用了具有导向功能的工装夹具来向主线圈上安装支撑组件，从而保证支撑组件的安装精度，同时也保证多个产品之间质量和性能的一致性。

Description

一种MRI梯度线圈组件加工方法

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，特别涉及用于设置在磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈组件的主线圈和屏蔽线圈之间的支撑结构以及准确定位的安装方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种主要的医学成像技术。MRI能产生各软组织的详细图像，如脑、肌肉、及肾脏。利用组织中含有的化合物，如水分和脂肪，其特有的性质来生成图像。在一个强力磁场影响之下，大量拥有核自旋角动量的原子，如水分、脂肪中所含之氢质子，此氢质子的总核磁矩矢量和会产生一个与上述磁场成一直线对准的净磁矩。净磁矩会进一步进动于一个与磁场正比的确定频率。经由无线射频冲脉激励之后，弛豫时间可提供一个可检测之信号。一般来讲，MRI检查基于主磁场、射频RF磁场和时变梯度场之间的相互作用，其中旋磁材料在感兴趣的对象(诸如患者)内具有核自旋。某些旋磁材料(诸如水分子中的氢核)具有响应于外部磁场的特征行为。可通过射频磁场来产生可被检测、处理并用于重建可用图像的RF信号来影响这些核的自旋的进动。

主磁场是MRI使用磁体产生的强大、均匀的静磁场。梯度线圈组件包括x、y和z三个方向梯度线圈的主线圈。梯度线圈组件在电流施加到各个线圈时产生较小幅度的空间上变化的磁场。为了防止涡流，梯度线圈组件还包括有源屏蔽件以防止涡流，还包括用于实现均匀磁性主场的无源匀场元件设置在梯度线圈和屏蔽线圈之间。

目前，现有技术中，梯度线圈组件制造包括三个步骤，1)制造包括x、y和z梯度线圈的内圆柱形模具，2)制造模制半径比内圆柱形模具大、包括有源屏蔽线圈的外圆柱形模具，3)将外圆柱形模具施加在内圆柱形模具上，并且将用于给无源匀场条提供托槽的无源匀场条工具设置在内圆柱形模具和外圆柱形模具之间的环形空间中后，铸造内圆柱形模具和外圆柱形模具之间的环形空间。

无源匀场条是保证MRI梯度磁场的重要结构，目前对无源匀场条安装的研究主要集中在提供支撑结构置，其置于内圆柱形模具和外圆柱形模具之间的环形空间内提供初步的安装定位及其他的结构的安装基准。该环形空间非常狭窄，支撑结构在置入环形空间内很难保证置入的位置无源匀场条均匀性，这就使得MRI设备在生产过程中质量的波动，产品性能的一致性无法得到保证，如果提高MRI线圈组件磁场均匀性和产品性能一致性是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提高MRI梯度线圈组件产品性能一致性。

一种提高MRI梯度线圈组件产品性能的加工方法，

固定圆柱形芯棒作为内壳，将主线圈设置在芯棒的外侧壳表面上；

芯棒具有中心轴线，将多个支撑组件预定位后再以沿所述轴线方向引入并设置在主线圈外侧；

每个支撑组件的支架上下表面之间设有沿内壳轴向方向延伸的第一槽，将无源匀场条推入第一槽，

将屏蔽线圈设置在支撑组件外侧，屏蔽线圈外侧设置圆柱形的外壳。

预定位为将支撑组件设置在导向单元上，由导向单元将支撑组件沿所述轴线方式引入并设置在主线圈外侧。

支撑组件包括支架，支架上表面和下表面之间设有容纳无源匀场条的第一槽，支架上表面设有用于容纳间距板的第二槽，支架下表面为支撑底板的底面，支撑底板为圆弧形并与主线圈外侧形状相适应。

导向单元包括可动件、支座和导轨，可动件通过至少一个支座与导轨接触并沿导轨运动，导轨沿芯棒轴线方向架设，可动件的上表面与支撑底板弧形相适应并与主线圈外侧平齐。

可动件包括上板、中板、下板组成的“工”字形主体，中板两侧的槽空间容纳导轨，上板底面和下板顶面均装有支座，并通过支座与相应侧的导轨接触并被导轨导向。

支座包括用于附着固定的固定座，固定座包括固定座底板及固定于固定座底板上并左右布置的两块侧板，转动板通过第一球铰可转动的连接到两块侧板之间的轴上，第一球铰包括依次套在轴的球体块和第一结合套，转动板远离固定座一端设有顶平面，转动板上靠近顶平面还通过第二球铰设有侧平面，第二球铰包括固定在转动板上的球面块，及球面块外的第二结合套，侧平面和顶平面用于实施在导轨上互相垂直的两个导向面之间的滑动摩擦运动。

可动件在上板底面依中板对称设置有第一支座和第二支座，第一支座、第二支座能够在导轨上滑动，可动件的上板为圆弧形并与芯棒共轴线，上板底面受到的第一支座和第二支座的支撑力与上板的圆弧形半径共线；可动件在下板顶面对称设置有第三支座和第四支座，第三支座和第四支座能够在导轨上滑动，下板顶面为平直平面并与上板的圆弧形半径垂直设置。

有益效果：

1)在发明中，由于采用了具有导向功能的工装夹具来安装支撑组件，从而保证支撑组件的安装精度，在该方法中先固定芯棒，再用工装夹具将支撑组件定位完毕，由芯棒或主线圈一侧引入支撑组件，这能够保证支撑组件在芯棒周向上的安装位置和安装精度，特别是在批量生产时可以保证芯棒上安装支撑组件的质量一致性，进一步保证性能的一致性。

2)作为工装夹具，本发明使用了导向单元，其包括可动件、支座和导轨，用可动件通过支座与导轨接触并沿导轨运动，可以稳定的向芯棒或主线圈从一侧引入支撑组件。

3)可动件结构包括上板、中板、下板组成的“工”字形主体，其中上板和下板均会被导轨支撑和导向，进一步提高可动件的稳定性，上板底面受到的第一支座和第二支座的支撑力与上板的圆弧形半径共线，这样设置的有益之处在于，由于支撑力存在水平分力，因此能够更稳定的支撑上板底面。

4)本发明提供了一种适用于导向单元需要的支座，支座采用了平面的滑动摩擦来分散可动件对导轨的压力，采用两个球铰来调整支座与导轨的接触或调整支座的支撑姿态。

附图说明

参考下文描述具体实施方式，本发明的这些和其它方面将变得明显并被阐明。

图1为本发明中MRI梯度线圈组件示意图；

图2为本发明中多组导向单元截面示意图；

图3为本发明中多组导向单元承载支撑组件的截面示意图；

图4为本发明中导向单元承载支撑组件放大示意图；

图5为本发明中导向单元承载支撑组件侧视示意图；

图6为本发明中支座结构示意图；

图7为本发明中支座结构另一支撑状态示意图。

在图中：100-梯度线圈组件,2-支撑组件，21-间距板，22-无源匀场条，23-支架，24-支架间距，25-支撑底板，26-底面，27-管间隙，3-芯棒，4-外壳，5-可动件，50-止挡端，51-上板，52-中板，53-下板，54-走线空间，55-上板底面，56-下板顶面，6-支座，601-固定座，602-侧板，603-轴，604-侧板通孔，605-螺纹，606-安装孔，607-侧平面，608-第二结合套，609-顶块，610-端板，611-顶平面，612-球面块，613-侧块，614-第一结合套，615-球体块，616-固定座底板，617-转动板，6a-第一支座，6b-第二支座，6c-第三支座，6d-第四支座，7-导轨，71-上顶导面，72-上侧导面，73-上轨，74-下轨，75-下侧导面，76-下底导面。

具体实施方式

图1为本发明中MRI梯度线圈组件示意图，其中现有技术的主线圈和屏蔽线圈等结构并没有在图中明确示出，支撑组件2置于主线圈和屏蔽线圈之间，其具有固定无源匀场条及其他功能性模块作用。发明人发现支撑组件2在安装时，其作为基础承载元件，对之后的无源匀场条安装均匀性和功能性模块的安装定位起到决定性作用，而上述这些结构的安装将直接影响MRI梯度线圈磁场均匀性。

因此，在本具体实施例中，采用了具有导向功能的工装夹具来安装支撑组件，从而保证支撑组件的安装精度，同时也保证多个产品之间质量和性能的一致性。具体的，给出一种提高MRI梯度线圈组件磁场均匀性的加工方法：

步骤S1)固定圆柱形芯棒3作为内壳，将主线圈设置在芯棒3的外侧壳表面上。

步骤S2)芯棒3具有中心轴线，将多个支撑组件2预定位后再以沿所述轴线方向引入并设置在主线圈外侧。

步骤S3)每个支撑组件2的支架23上下表面之间设有沿内壳轴向方向延伸的第一槽，将无源匀场条推入第一槽。

步骤S4)将屏蔽线圈设置在支撑组件2外侧，屏蔽线圈外侧设置圆柱形的外壳4。

现有技术中尚没有对MRI梯度线圈组件产品一致性的讨论，对于芯棒3来说，其为圆周对称结构，但支撑组件2将因为安装功能模块的需要，不同的支撑组件2之间经常会有结构的差异，在圆周对称结构芯棒3上安装会因为缺少必要的定位限位将进一步增大安装误差。在该方法中，先固定芯棒3，再用工装夹具将支撑组件定位完毕，由芯棒3一侧引入支撑组件，这能够保证支撑组件在芯棒3周向上的安装位置和安装精度，在批量生产时，可以保证芯棒3/主线圈上安装支撑组件2的质量一致性，进一步保证性能的一致性。

工装夹具可以为导向单元，支撑组件2将在导向单元作用下被引入，所述步骤S2)中预定位将支撑组件2设置在导向单元上，由导向单元将支撑组件2沿所述轴线方式引入并设置在主线圈外侧。

支撑组件2包括支架23，支架23上表面和下表面之间设有容纳无源匀场条22的第一槽，支架23上表面设有用于容纳间距板21的第二槽，间距板之间的管间隙用于安装其他冷却管路或屏蔽结构，支架23下表面为支撑底板25的底面26，支撑底板25为圆弧形并与主线圈外侧形状相适应。需要说明的是，支撑组件2本身的结构是现有技术，其上安装其他功能模块也非发明所关注，支撑组件2及其上的无源匀场条22、间距板等结构已被现有技术披露。本发明更关注的是如何精确的安装支撑组件2从而提高MRI梯度线圈组件磁场均匀性。

作为工装夹具，导向单元包括可动件5、支座6和导轨7，可动件5通过支座6与导轨7接触并沿导轨7运动，导轨7沿芯棒3轴线方向架设，可动件5的上表面与支撑底板25弧形相适应并与主线圈外侧平齐。从图5上可示意性的看出可动件5、支座6和导轨7配合作用，一种优先的方案，可动件5上设有止挡端50用来提供支撑组件2端部的限位及推力作用。可动件5沿着导轨7滑动，并将支撑组件2送至指定或预定位置。

一种优选的可动件5结构包括上板51、中板52、下板53组成的“工”字形主体，中板52两侧的槽空间容纳导轨7，上板底面55和下板顶面56均装有支座6，并通过支座6与相应侧的导轨7接触并被导轨导向。

具体的，支座6包括用于附着固定的固定座601，固定座601包括固定座底板616及固定于固定座底板616上并左右布置的两块侧板602，转动板617通过第一球铰可转动的连接到两块侧板602之间的轴603上，第一球铰包括依次套在轴603的球体块615和第一结合套614，转动板617远离固定座601一端设有顶平面611，转动板617上靠近顶平面611还通过第二球铰设有侧平面607，第二球铰包括固定在转动板617上的球面块612，及球面块612外的第二结合套608，侧平面607和顶平面611用于实施在导轨7上互相垂直的两个导向面之间的滑动摩擦运动，如图中上顶导面71与上侧导面72之间，或下侧导面75与下底导面76之间的滑动摩擦运动。

第一球铰和第二球铰用于调整支座6与导轨7之间的接触，与现有技术不同，支座6与导轨7之间为平面的滑动摩擦而不是现有技术中的滚轮与导轨的滚动摩擦，滚动摩擦将受力集中在导轨平面的接触点，给导轨带来不必要的或不能承受的负担，但平面之间的滑动摩擦分散了作用力。平面之间的滑动摩擦运动较滚轮的滚动摩擦更难控制，因此本实施例中，使用第二球铰来微调支座6与导轨7之间的平面接触。作为实验得到的优选数据，侧平面607和顶平面611在运动方向上有2-5厘米的长度可以实现平面之间的分散作用力效果，如果平面太长，可能加大平面间贴合性控制的难度。

可动件5在上板底面55依中板52对称设置有第一支座6a和第二支座6b，第一支座6a、第二支座6b能够在导轨7上滑动，可动件5的上板51为圆弧形并与芯棒3共轴线，图7中上板底面55受到的第一支座6a和第二支座6b的支撑力F与上板51的圆弧形半径共线，这样设置的有益之处在于，由于存在水平分力，因此在水平和竖直方向上都能够更稳定的支撑上板底面55。

上述结构中，轴603的结构为公知结构，其与侧板通孔604的配合或螺纹605紧固作用是机械领域的公知常识。球铰本身也为公知常识。但其在本实施例中在整体中发挥了稳定可动件5的作用，即第一球铰的一个作用为可以根据被支撑物的形状和结构来调整支撑的姿态。在本实施例中，由于上板底面55是圆弧面，第一支座6a和第二支座6b做出相应的调整，在第一球铰处，固定座底板616和转动板617发生相对扭转并适应了该位置的支撑。

可动件5在下板顶面56对称设置有第三支座6c和第四支座6d，第三支座6c和第四支座6d能够在导轨7上滑动，下板顶面56为平直平面并与上板51的圆弧形半径垂直设置。第三支座6c和第四支座6d实际起到的是辅助导向作用，增加可动件5运行中的稳定性。

采用了本实施例中的安装方法，支撑组件2被可靠的安装在主线圈外侧，成为精确的可靠的安装基础，为之后的功能性模块的安装打下基础，提高了MRI梯度线圈磁场均匀性。

以上对本发明所提供的提高MRI线圈组件磁场均匀性的加工方法详细介绍，该介绍中应用了具体优选实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的原理及核心思想，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计思想的前提下，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或替换，可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种MRI梯度线圈组件加工方法，

S1)固定圆柱形芯棒(3)作为内壳，将主线圈设置在芯棒(3)的外侧壳表面上；

S2)芯棒(3)具有中心轴线，将多个支撑组件(2)预定位后再以沿所述轴线方向引入并设置在主线圈外侧；

S3)每个支撑组件(2)的支架(23)上下表面之间设有沿内壳轴向方向延伸的第一槽，将无源匀场条推入第一槽，

S4)将屏蔽线圈设置在支撑组件(2)外侧，屏蔽线圈外侧设置圆柱形的外壳(4)；

所述步骤S2)中预定位为，将支撑组件(2)设置在导向单元上，由导向单元将支撑组件(2)沿所述轴线方式引入并设置在主线圈外侧；支撑组件(2)包括支架(23)，支架(23)上表面和下表面之间设有容纳无源匀场条(22)的第一槽，支架(23)上表面设有用于容纳间距板(21)的第二槽，支架(23)下表面为支撑底板(25)的底面(26)，支撑底板(25)为圆弧形并与主线圈外侧形状相适应，导向单元包括可动件(5)、支座(6)和导轨(7)，可动件(5)通过至少一个支座(6)与导轨(7)接触并沿导轨运动，导轨(7)沿芯棒(3)轴线方向架设，可动件(5)的上表面与支撑底板(25)弧形相适应并与主线圈外侧平齐。

2.根据权利要求1所述的MRI梯度线圈组件加工方法，其特征在于：可动件(5)包括上板(51)、中板(52)、下板(53)组成的“工”字形主体，中板(52)两侧的槽空间容纳导轨(7)，上板底面(55)和下板顶面(56)均装有支座(6)，并通过支座(6)与相应侧的导轨(7)接触并被导轨导向。

3.根据权利要求2所述的MRI梯度线圈组件加工方法，其特征在于：支座(6)包括用于附着固定的固定座(601)，固定座(601)包括固定座底板(616)及固定于固定座底板(616)上并左右布置的两块侧板(602)，转动板(617)通过第一球铰可转动的连接到两块侧板(602)之间的轴(603)上，第一球铰包括依次套在轴(603)的球体块(615)和第一结合套(614)，转动板(617)远离固定座(601)一端设有顶平面(611)，转动板(617)上靠近顶平面(611)还通过第二球铰设有侧平面(607)，第二球铰包括固定在转动板(617)上的球面块(612)，及球面块(612)外的第二结合套(608)，侧平面(607)和顶平面(611)用于实施在导轨(7)上互相垂直的两个导向面之间的滑动摩擦运动。

4.根据权利要求3所述的MRI梯度线圈组件加工方法，其特征在于：可动件(5)在上板底面(55)依中板(52)对称设置有第一支座(6a)和第二支座(6b)，第一支座(6a)、第二支座(6b)能够在导轨(7)上滑动，可动件(5)的上板(51)为圆弧形并与芯棒(3)共轴线，上板底面(55)受到的第一支座(6a)和第二支座(6b)的支撑力与上板(51)的圆弧形半径共线；可动件(5)在下板顶面(56)对称设置有第三支座(6c)和第四支座(6d)，第三支座(6c)和第四支座(6d)能够在导轨(7)上滑动，下板顶面(56)为平直平面并与上板(51)的圆弧形半径垂直设置。

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