CN211653114U - 一种梯度线圈及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于磁共振技术领域，公开了一种梯度线圈及磁共振设备。该梯度线圈包括至少两组径向排列的线圈层；冷却层，其设置于相邻两个线圈层之间，冷却层内容纳有冷却介质；冷却腔，其设置于线圈层的轴向端部或其径向侧面，冷却腔连通于冷却层。该梯度线圈通过在线圈层的端部设置有冷却腔，冷却腔与冷却层相连通，形成完整的冷却回路，可以有效地冷却线圈层。冷却腔起到了冷却散热的作用，在梯度线圈整体厚度不变的条件下，可以相应的减少冷却层的厚度，提高梯度线圈的冷却效率。同时，在冷却层和冷却腔的相互配合下，上述线圈层不仅由冷却层包围，还被冷却腔包围，增加了冷却面积。在使用同样的制冷设备的前提下，使梯度线圈的冷却效果更好。

Description

一种梯度线圈及磁共振设备

技术领域

本实用新型涉及磁共振技术领域，尤其涉及一种梯度线圈及磁共振设备。

背景技术

磁共振设备的梯度线圈在工作时会通入较大的交变电流，在梯度线圈上会产生大量的热量，该热量会导致梯度线圈整体温度迅速上升，使得线圈或匀场铁片等部件的磁导率变化，从而影响系统的性能。

为了解决这个问题，现有技术通常在梯度线圈中布置水冷管或水冷垫作为冷却层，并与梯度线圈层整体封装成一体。该冷却层可将线圈层在运行过程中产生的热量排出，从而将梯度线圈的温度维持在临界温度以下。

通常冷却管为塑料或金属管，其沿梯度线圈的轴向按螺旋缠绕或呈Z形缠绕，为了达到所需的冷却效率，冷却软管通常有数百米长，但是由于塑料导热较差，上述冷却层与线圈之间的换热效果并不理想；同时上述冷却管的管径不能太小，一般冷却层的最小厚度超过5mm，设计梯度线圈时，在整体厚度不变的条件下想要提高冷却效率，只能减小线圈层厚度，这在一定程度上降低了梯度线圈的性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种梯度线圈及磁共振设备，导热效果好，提高冷却效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种梯度线圈，包括至少两组径向排列的线圈层；

冷却层，其设置于相邻两个所述线圈层之间或其径向侧面，所述冷却层内容纳有冷却介质；

冷却腔，其设置于所述线圈层的轴向端部，所述冷却腔连通于所述冷却层。

作为优选，所述冷却层沿所述线圈层的周向设置并沿所述线圈层的轴向方向延伸。

作为优选，在所述线圈层的端部设置有端盖，在所述端盖内开设有环形通道，形成所述冷却腔，且在所述端盖靠近所述冷却层的一侧设置有接头，使所述冷却腔通过所述接头连接于所述冷却层。

作为优选，所述冷却腔的数量为两个，两个所述冷却腔分别设置于所述线圈层的两端，且两个所述冷却腔中至少其中一个设置有进口，另一个至少设置有出口。

作为优选，所述冷却层由若干冷却管沿所述线圈层的轴向方向延伸而形成，并连接两个所述冷却腔，所述冷却层的冷却管的截面形状为扁平状结构。

作为优选，每个所述冷却层包括互不连通的第一段和第二段，所述第一段连通于与其相邻的其中一个所述冷却腔，所述第二段连通于与其相邻的另一个所述冷却腔。

作为优选，多个所述冷却层之间设置匀场槽，所述匀场槽用于容纳匀场铁片；

在所述冷却层在靠近与其相邻的所述线圈层的方向设置有散热翅片，且所述散热翅片的一端靠近所述匀场槽，所述散热翅片的另一端与所述冷却层热耦合。

作为优选，至少一个所述线圈层沿其轴向方向为分体式结构，分体式结构的所述线圈层包括第一线圈段和第二线圈段；

在所述第一线圈段和所述第二线圈段之间设置有环形冷却腔体，所述环形冷却腔体连通于所述冷却层。

作为优选，在所述冷却层上设置有绝缘段，所述冷却层和所述绝缘段之间采用粘结、钎焊方式相连接。

为达上述目的，本实用新型还提供了一种磁共振设备，包括上述的梯度线圈。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的梯度线圈包括冷却腔，冷却腔设置于线圈层的轴向端部，冷却腔连通于冷却层。通过在线圈层的端部设置有冷却腔，冷却腔与冷却层相连通，形成完整的冷却回路，可以有效地冷却线圈层。冷却腔起到了冷却散热的作用，在梯度线圈整体厚度不变的条件下，可以相应的减少冷却层的厚度，提高梯度线圈的冷却效率。同时，在冷却层和冷却腔的相互配合下，上述线圈层不仅由冷却层包围，还被冷却腔包围，增加了冷却面积。在使用同样的制冷设备的前提下，使得梯度线圈的冷却效果更好。

本实用新型提供的磁共振设备，包括上述的梯度线圈。通过设置梯度线圈，导热和散热效果好，提高冷却效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的梯度线圈具有两组线圈层的剖视图；

图2是本实用新型实施例一提供的梯度线圈具有三组线圈层在一个视角下的剖视图；

图3是本实用新型实施例一提供的梯度线圈具有三组线圈层在另一个视角下的剖视图；

图4是本实用新型实施例二提供的梯度线圈的剖视图；

图5是本实用新型实施例三提供的梯度线圈的剖视图；

图6是本实用新型实施例四提供的梯度线圈的剖视图。

图中：

1、线圈层；2、冷却层；3、冷却腔；4、端盖；5、进口；6、出口；7、散热翅片；8、匀场槽；9、环形冷却腔体。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例一

本实施例提供了一种梯度线圈，适用于磁共振设备技术领域中。如图1所示，该梯度线圈包括线圈层1和冷却层2，至少两组线圈层1沿其径向方向排列，线圈层1为一组或多组用于产生X、Y及Z三个方向的梯度磁场的线圈，且该线圈层1具体包括主线圈层和屏蔽线圈层，主线圈层通常布置在梯度线圈的径向内侧(靠近扫描孔径)，屏蔽线圈层则布置在径向外侧(远离扫描孔径)。在相邻两个线圈层1之间或其径向侧面设置有冷却层2，冷却层2内容纳有冷却介质，其中冷却介质可以为冷却水、氮气或者其他冷却气体等，冷却层2可将线圈层1在运行过程中产生的热量排出，从而将梯度线圈的温度维持在临界温度以下。

由于受到冷却层2厚度的影响，冷却层2与线圈层1之间的换热效果不理想，为了解决这个问题，本实施例提供的梯度线圈还包括冷却腔3，冷却腔3设置于线圈层1的轴向端部，冷却腔3连通于冷却层2。通过在线圈层1的端部设置有冷却腔3，冷却腔3与冷却层2相连通，形成完整的冷却回路，可以有效地冷却线圈层1。冷却腔3起到了冷却散热的作用，在梯度线圈整体厚度不变的条件下，可以相应的减少冷却层2的厚度，提高梯度线圈的冷却效率。同时，在冷却层2和冷却腔3的相互配合下，上述线圈层1不仅由冷却层2包围，还被冷却腔3包围，增加了冷却面积。在使用同样的制冷设备的前提下，使得梯度线圈的冷却效果更好。

本实施例提供的梯度线圈可以具有多层线圈层1，如图2所示，线圈层1的层数以三层为例。为了方便描述，沿径向方向由内侧向外侧分别为第一线圈层、第二线圈层和第三线圈层，在相邻两层线圈层1之布置有冷却层2，即在相邻的第一线圈层和第二线圈层之间设置有第一冷却层，在相邻的第二线圈层和第三线圈层之间设置有第二冷却层。

其中，冷却层2沿线圈层1的周向设置并沿线圈层1的轴向方向延伸，相邻两个冷却层2平行设置。具体地，单个冷却层2为若干冷却管沿线圈层1的轴向方向延伸而形成，冷却管的外壁相互抵接，紧密排布。

为了进一步提高冷却效果，在线圈层1的端部设置有端盖4，在端盖4内开设有环形通道，形成冷却腔3。端盖4和线圈层1优选为一体成型结构，节省组装环节，生产成本较低。由于冷却腔3设置在线圈层1的端部，不占用梯度线圈的径向空间，而只是延长了梯度线圈的轴向长度，而大多数磁共振设备在此轴向长度上都有一定的裕量，故此设计不会给磁共振设备的系统带来负面影响，同时该结构也不会影响梯度线圈的整体制造工艺和结构强度，有较强的适用性。

可选地，端盖4的数量为两个，两个端盖4分别设置于线圈层1的两端，每个端盖4内设置有一个冷却腔3，使得在线圈层1的两端分别设置有两个冷却腔3。两个冷却腔3中至少其中一个设置有进口5，另一个至少设置有出口6。同时在每一组冷却层2的冷却管，至少设置有一个入液口和一个出液口，这些入液口和出液口分别至少有一组与冷却腔3的进口5和出口6外接，未外接的相邻的入液口和出液口则相互形成内接。这样即通过冷却层2将两端部的冷却腔3连接起来。

为了便于描述，两个端盖4分别为第一端盖和第二端盖，在第一端盖内的冷却腔3为第一冷却腔，在第二端盖内的冷却腔3为第二冷却腔，在第一冷却腔上开设有进口5，在第二冷却腔上开设有出口6。采用这种方式，从进口5通入的冷却介质进入第一冷却腔内，然后从第一冷却腔分成两条平行的支路，其中一条支路进入第一冷却层，另外一条支路进入第二冷却层，第一冷却层和第二冷却层共同流入位于另一端的第二冷却腔内，并最终从出口6回流至水冷机等制冷设备中，从而形成一条首尾连接的密闭冷却回路。

可选地，在冷却层2的冷却管数量不小于十个，即第一冷却层和第二冷却层的至少有10组冷却管沿圆周布置，以保证冷却效果。与现有梯度线圈冷却结构仅有一个或数个单一的连通路径相比，本实施例提供的梯度线圈，从进口5到出口6之间布置的第一冷却层和第二冷却层的冷却管不少于10组，大大增加了平行设置的流通路径，使得冷却管总的通径比较大，从而提高了冷却介质的流量，提高了冷却效率。

可以理解的是，由于上述第一冷却层和第二冷却层的流通路径短，总体通径大，可以在保证一定的冷却效率的前提下，可减小第一冷却层和第二冷却层中单个冷却管的直径和厚度，从而减小了冷却层2的厚度，以获得更大的线圈层1布置空间。与传统梯度线圈相比，采用这种方式，线圈层1具有更大的空间，可进一步提高梯度线圈的电磁效率和性能。

冷却层2采用冷却管，冷却管的截面为圆形、矩形等，优选但不限于圆管，在某些情况下，可采用扁平的矩形或其他异形截面的冷却管路，以达到获得更薄的冷却层2的目的，从而有利于增大扫描孔径的尺寸。进一步地，冷却腔3和冷却层2采用复合材料或金属制成，例如塑料、金属铜等。由于铜管的导热远好于塑料管，本实施例优选铜管，提高了冷却层2与线圈层1之间的换热效果。

在某些情况下，上述冷却层2的冷却管，还可以在同一圆柱面上异形布置，如布置为多个鞍形冷却回路，每个冷却回路均具有入液口和出液口，这些入液口和出液口分别至少有一组与冷却腔3的进口5和出口6外接，未外接的相邻的入液口和出液口则相互形成内接。这样也可通过冷却层2将两端部的冷却腔3连接起来，但可减少冷却层2与冷却腔3的接口数量，同时保证足够的流通面积。

在另一种情况下，上述冷却管还可以沿径向多层布置。

为了实现冷却腔3和冷却层2的固定，冷却腔3和冷却层2之间采用螺纹、卡箍、粘结和焊接方式连接，或与线圈层1采用灌注树脂胶一体成型，从而保证其较好的机械性能和密封性能。可选地，在端盖4靠近冷却层2的一侧设置有接头，使冷却腔3通过接头连接于冷却层2。通过设置接头，从而实现与第一冷却层和第二冷却层的冷却管之间的快速插接，便于安装和拆卸，使用方便。

进一步地，请参考附图3，该梯度线圈内设置有匀场槽8，示例性地，相邻的两个冷却层2之间设置匀场槽8。匀场槽8也可称之为匀场通道，其为沿轴向贯通槽，匀场槽8用于容纳匀场铁片。在某些情况下，为了避让匀场槽8等，在第一冷却层和第二冷却层沿其轴向延伸的若干冷却管中，可以部分相互连通，再与第一冷却腔和第二冷却腔连通，同样能形成整体的冷却回路，从而保证冷却效率。

实施例二

本实施例提供的梯度线圈与实施例一结构类似，本实施例提供的梯度线圈区别在于线圈层1的具体结构。

本实施例提供的梯度线圈，如图4所示，至少一个线圈层1沿其轴向方向为分体式结构，分体式结构的线圈层1包括第一线圈段和第二线圈段，通常第一线圈段和第二线圈段相对于垂直于线圈层1轴线的中面呈对称布置。

在第一线圈段和第二线圈段之间设置有环形冷却腔体9，环形冷却腔体9连通于冷却层2，使得环形冷却腔体9分别与第一冷却层和第二冷却的冷却管相连通。

从进口5通入的冷却介质进入第一冷却腔内，然后从第一冷却腔分成两条平行的支路，其中一条支路进入第一冷却层，另外一条支路进入第二冷却层，通过第一冷却层和第二冷却层的冷却管流经环形冷却腔体9，环形冷却腔体9作为中间回流腔体，实现与线圈层1的换热，再经第一冷却层和第二冷却层的冷却管流入另一端的第二冷却腔内，后通过出口6回流。采用这种布置方式，在梯度线圈内部的环形冷却腔体9，可进一步加大冷却回路与线圈层1的冷却面积，从而提高冷却效率。

实施例三

本实施例提供的梯度线圈与实施例一结构类似。如图5所示，本实施例提供的梯度线圈区别在于在冷却层2的冷却管上设置有散热翅片7。利用散热翅片7可增大换热面积，提高换热效率。可选地，该冷却层2和散热翅片7还可选用热管等结构进一步提高换热效率。考虑到匀场槽8内设置的匀场铁片在匀场操作过程中难免会产生热量，而热量的不断累积会影响梯度线圈和磁场的均匀性。散热翅片7可从冷却管延伸至匀场槽8的附近，在此实施例中，散热翅片7的一端靠近匀场槽8以实现两者热耦合，散热翅片7的另一端与冷却层2热耦合，如此设置可实现温度相对较低的散热翅片7与温度相对较高的匀场铁片进行热量交换，带走匀场铁片匀场操作过程中产生的热量，保持磁场和梯度场的稳定性。

实施例四

本实施例提供的梯度线圈与实施例一结构类似，本实施例提供的梯度线圈区别在于冷却层2的具体结构。如图6所示，本实施例提供的梯度线圈至少一个冷却层2沿其轴向方向为整体式结构或分体式结构，其中冷却层2的冷却管路具体为具有散热功能的散热器，散热器优选为热管或热管散热片。

当冷却层2为分体式结构时，每个冷却层2的冷却热管均具有分别与两端冷却腔3连接的第一段和第二段，每个冷却腔3上至少设置一个进口5和出口6，优选在第一冷却腔上和第二冷却腔均设置有一个进口5和一个出口6。

具体地，从第一冷却腔的进口5流入的冷却介质进入第一冷却腔，之后通过第一冷却热管与线圈换热，最后从第一冷却腔的出口6流出；从第二冷却腔的进口5流入的冷却介质进入第二冷却腔，之后通过第二冷却热管与线圈的另一侧换热，并最后从第二冷却腔的出口6流出。采用这种结构，可使冷却层2具有较薄的厚度，从而提高了冷却效率。

另外，由于金属导体在交变磁场下会产生涡流，在极端情况下会产生大量热量，同时涡流场还可能影响磁共振设备的磁场均匀性，如果冷却层2采用金属材质的冷却管，优选地，冷却层2和绝缘段之间采用粘结、钎焊方式相连接。在冷却层2上设置有绝缘段，避免出现导电回路，从而减小涡流的影响。

实施例四

本实施例提供了一种磁共振设备，包括上述的梯度线圈。通过设置梯度线圈，导热和散热效果好，提高冷却效率。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种梯度线圈，包括至少两组径向排列的线圈层(1)，其特征在于，还包括：

冷却层(2)，所述冷却层(2)设置于相邻两个所述线圈层(1)之间或其径向侧面，所述冷却层(2)内容纳有冷却介质；

冷却腔(3)，其设置于所述线圈层(1)的轴向端部，所述冷却腔(3)连通于所述冷却层(2)。

2.根据权利要求1所述的梯度线圈，其特征在于，所述冷却层(2)沿所述线圈层(1)的周向设置并沿所述线圈层(1)的轴向方向延伸。

3.根据权利要求1所述的梯度线圈，其特征在于，在所述线圈层(1)的端部设置有端盖(4)，在所述端盖(4)内开设有环形通道，形成所述冷却腔(3)，且在所述端盖(4)靠近所述冷却层(2)的一侧设置有接头，使所述冷却腔(3)通过所述接头连接于所述冷却层(2)。

4.根据权利要求3所述的梯度线圈，其特征在于，所述冷却腔(3)的数量为两个，两个所述冷却腔(3)分别设置于所述线圈层(1)的两端，且两个所述冷却腔(3)中至少其中一个设置有进口(5)，另一个至少设置有出口(6)。

5.根据权利要求4所述的梯度线圈，其特征在于，所述冷却层(2)由若干冷却管沿所述线圈层(1)的轴向方向延伸而形成，并连接两个所述冷却腔(3)，所述冷却层(2)的冷却管的截面形状为扁平状结构。

6.根据权利要求4所述的梯度线圈，其特征在于，每个所述冷却层(2)包括互不连通的第一段和第二段，所述第一段连通于与其相邻的其中一个所述冷却腔(3)，所述第二段连通于与其相邻的另一个所述冷却腔(3)。

7.根据权利要求1所述的梯度线圈，其特征在于，多个所述冷却层(2)之间设置匀场槽(8)，所述匀场槽(8)用于容纳匀场铁片；

在所述冷却层(2)在靠近与其相邻的所述线圈层(1)的方向设置有散热翅片(7)，且所述散热翅片(7)的一端靠近所述匀场槽(8)，所述散热翅片(7)的另一端与所述冷却层(2)热耦合。

8.根据权利要求4所述的梯度线圈，其特征在于，至少一个所述线圈层(1)沿其轴向方向为分体式结构，分体式结构的所述线圈层(1)包括第一线圈段和第二线圈段；

在所述第一线圈段和所述第二线圈段之间设置有环形冷却腔体(9)，所述环形冷却腔体(9)连通于所述冷却层(2)。

9.根据权利要求1所述的梯度线圈，其特征在于，在所述冷却层(2)上设置有绝缘段，所述冷却层(2)和所述绝缘段之间采用粘结、钎焊方式相连接。

10.一种磁共振设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的梯度线圈。

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