用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁共振成像領(lǐng)域，特別涉及一種用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)系統(tǒng)包括磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)，是當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的一種重要的影像檢測手段。其中，梯度系統(tǒng)的作用是在成像區(qū)域內(nèi)提供線性的可快速切換的梯度磁場，為磁共振射頻掃描提供空間編碼信息。早期(上世紀(jì)80年代)的梯度線圈產(chǎn)品長度較長，切換率低，梯度線性度較低，產(chǎn)生的梯度也比較弱(小于20mT/m)。經(jīng)過近40年的發(fā)展，梯度線圈向短腔、高梯度場、高切換率、高效率的方向發(fā)展。
[0003]關(guān)節(jié)磁共振成像設(shè)備是針對關(guān)節(jié)組織(如腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等)的特點(diǎn)，專門用于關(guān)節(jié)診斷的磁共振設(shè)備。相對于全身成像設(shè)備而言，成像對比度高，診斷效果好。究其原因，主要是由于關(guān)節(jié)成像設(shè)備的梯度線圈遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于全身成像設(shè)備。相對于全身成像設(shè)備的梯度線圈，由于關(guān)節(jié)成像的梯度線圈孔徑小，一般在200mm?220mm之間(全身成像梯度線圈孔徑:約680?700mm)，因此可以實(shí)現(xiàn)更高梯度場強(qiáng)。如全身成像設(shè)備的梯度線圈一般在20?30mT/m，而關(guān)節(jié)成像的梯度線圈可以實(shí)現(xiàn)60mT/m，甚至更高;梯度線圈孔徑小帶來的另一個優(yōu)點(diǎn)是電感量小，從而梯度切換率高，因此適應(yīng)快速掃描序列中梯度脈沖快速上升和翻轉(zhuǎn)的需要。
[0004]目前，僅有美國通用電氣(GE)公司推出了關(guān)節(jié)成像的磁共振設(shè)備。本發(fā)明提出的關(guān)節(jié)成像磁共振梯度線圈具備高性能，可以用于關(guān)節(jié)成像設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)為:梯度線圈長度不大于480mm;梯度場強(qiáng)達(dá)到70mT/m;成像區(qū)域?yàn)?60mm的球域;梯度線性度優(yōu)于-2%?+2%。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，由主梯度線圈層和屏蔽線圈層組成，主梯度線圈層和屏蔽線圈層均包括X、Y、Z三個方向的梯度線圈。其中，X線圈和Y線圈形狀相同，Y線圈半徑大于X線圈。安裝時(shí)，Υ線圈相對于X線圈繞ζ軸旋轉(zhuǎn)90度。X線圈位于最內(nèi)層，Υ線圈位于中間層，Ζ線圈位于最外層。主線圈層的長度小于屏蔽線圈層，以便更好地屏蔽雜散磁場。
[0008]每方向的主線圈和屏蔽線圈都由兩層銅皮切割而成，上、下疊放，各圈銅皮布線連接處上層和下層是相反的，保證上、下層對應(yīng)位置的導(dǎo)線流過同方向的電流，從而產(chǎn)生同方向的磁場。這樣的布線方式便于電流回路和增加梯度值。
[0009]主線圈層和屏蔽線圈層之間預(yù)留間隔，用于布置勻場槽和水冷通道。
[0010]【附圖說明】
[0004]
[0011 ]圖1，為用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖3為X或Y線圈主線圈布線圖；
[0014]圖4為X或Υ線圈屏蔽線圈布線圖；
[0015]圖5為X或Υ線圈三維視圖；
[0016]圖6為Χ/Υ線圈雙層銅皮布線示意圖；
[0017]圖7為在Υ=0的平面內(nèi)，xe(-0.08m，+0.08m)，ze(-0.08m，+0.08m)的區(qū)域內(nèi)，X線圈產(chǎn)生磁場分布圖；
[0018]圖8為Z線圈主線圈布線圖；
[0019]圖9為Z線圈屏蔽線圈布線圖；
[0020]圖10為Z線圈三維視圖；
[0021 ]圖 11 為在Y=0的平面內(nèi)，xe(-0.08m，+0.08m)，ze(-0.08m，+0.08m)的區(qū)域內(nèi)，Z線圈產(chǎn)生磁場分布圖。
[0022]【具體實(shí)施方式】
[0005]
[0023]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0024]圖1是用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈結(jié)構(gòu)示意圖。外層為屏蔽線圈層，本發(fā)明的一個實(shí)施例長度為480mm，從外到內(nèi)為Z、Y和X線圈屏蔽層，直徑分別為Zs、Ys和Xs。內(nèi)層為主線圈層，本發(fā)明的一個實(shí)施例長度為440mm，按照直徑徑由大到小順序分別為Zm、Ym和Xm。主線圈層和屏蔽線圈層之間為勻場槽和水冷通道，間隔大于15mm。成像區(qū)域?yàn)榘霃綖?0mm的球域。
[0025]下面列出了實(shí)施例中線圈布線位置:
[0026]X線圈:主層 Xm=206mm;屏蔽層 Xs=256mm;
[0027]Y線圈:主層 Ym=212mm;屏蔽層 Ys=262mm;
[0028]Z線圈:主層 Zm=218mm;屏蔽層 Zs=268mm;
[0029]圖3為X或Y線圈主線圈布線圖，圖4為X或Y線圈屏蔽線圈布線圖。坐標(biāo)定義為:縱坐標(biāo)為軸向坐標(biāo)Z，以米(m)為單位，橫坐標(biāo)為圓周面上的角度Theta，以弧度(rad)為單位，下面的圖4、圖5坐標(biāo)定義與此相同。圖3中，左上、右下線圈通正電流；右上、左下線圈通負(fù)電流。圖4中，左上、右下線圈通負(fù)電流;右上、左下線圈通正電流。圖5為X或Y線圈的三維視圖，外層為屏蔽線圈，內(nèi)層為主線圈。Y線圈的布線形狀與X線圈相同，但柱面半徑略大于X線圈，安裝時(shí)與X線圈沿Z軸方向旋轉(zhuǎn)90度。
[0030]圖6為X/Y線圈雙層銅皮布線示意圖。X/Y主線圈和屏蔽線圈均包括四個繞組，示意圖僅取一個線圈繞組進(jìn)行說明。從上方的布線銅皮最外一圈導(dǎo)線流入電流，電流沿布線到線圈中心，然后從中心A點(diǎn)流出，到下層中心B點(diǎn)流入，最后從下層最外一圈流出。各圈銅皮布線連接處上層和下層是相反的，保證上、下層對應(yīng)位置的導(dǎo)線流過同方向的電流，產(chǎn)生同方向的磁場，兩層的布置進(jìn)而可以使場強(qiáng)加倍。
[0031 ]圖7為在Y=0的平面內(nèi)，xe(-0.08m，+0.08m)，ze(-0.08m，+0.08m)的區(qū)域內(nèi)，X線圈產(chǎn)生磁場分布圖。在本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，對于160mm的球域，在Y=0平面內(nèi)梯度磁場線性度最差，取區(qū)域X = -0.08m?0.08m,Z=-0.08m?0.08m，得到理論線性度:-1.84%?+1.84%。通過計(jì)算，當(dāng)雙層布線，工作電流為69.12A時(shí)，梯度場強(qiáng)達(dá)到了 70.2 mT/m，梯度效率達(dá)到了1.0 mT/m/A。
[0032]圖8為Z線圈主線圈布線圖，可以看作是沿ζ軸分布的圓環(huán)電流。遠(yuǎn)離中心的繞線電流為正，中心區(qū)域繞線的電流為負(fù)。圖9是Z線圈屏蔽線圈布線圖，電流方向與主線圈相反，遠(yuǎn)離中心的繞線電流為負(fù)，中心區(qū)域繞線的電流為正。圖10為Ζ梯度線圈三維視圖，外層為屏蔽線圈，內(nèi)層為主線圈。
[0033]圖 11 為在Υ=0的平面內(nèi)，xe(-0.08m，+0.08m)，ze(-0.08m，+0.08m)的區(qū)域內(nèi)圈產(chǎn)生磁場分布圖。在本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，對于160_的球域，在Y=0平面，取區(qū)域X=-0.08m?0.08m,Z=-0.08m?0.08m，得到理論線性度:-1.60%?+1.60%。通過計(jì)算，當(dāng)雙層布線，工作電流為50.04A時(shí)，梯度場強(qiáng)達(dá)到了70.4 mT/m，梯度效率達(dá)到了 1.4 mT/m/A。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，由主梯度線圈層和屏蔽線圈層組成，主梯度線圈層和屏蔽線圈層均包括Χ、γ、ζ三個方向的梯度線圈。每個方向的主線圈和屏蔽線圈都由兩層銅皮上、下疊放而成，整個梯度線圈的構(gòu)造由12層銅皮線圈組成，由上方的布線銅皮最外一圈導(dǎo)線流入電流，電流沿布線到線圈中心，然后從下層中心點(diǎn)流入，最后從下層最外一圈流出，各圈銅皮布線連接處上層和下層是相反的，保證上、下層對應(yīng)位置的導(dǎo)線流過同方向的電流，從而產(chǎn)生同方向的磁場，兩層銅皮線圈相對于單層而言，場強(qiáng)加倍。2.按照權(quán)利要求1所述的用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，其特征在于:為了方便的容納關(guān)節(jié)，要求梯度線圈長度不大480mm。3.按照權(quán)利要求1所述的用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，其特征在于:主線圈層和屏蔽線圈層之間預(yù)留間隔，用于布置勻場槽和水冷通道。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于關(guān)節(jié)磁共振成像的梯度線圈，由主梯度線圈層和屏蔽線圈層組成，主梯度線圈層和屏蔽線圈層均包括X、Y、Z三個方向的梯度線圈，每個方向的主線圈和屏蔽線圈都由兩層銅皮切割而成，上、下疊放，便于電流回路和增加梯度值。主線圈層和梯度線圈層之間預(yù)留間隔，用于布置勻場槽和水冷通道。上述的梯度線圈具有長度短(不大于480mm)、梯度場強(qiáng)高(能達(dá)到70mT/m)、梯度線性度好(優(yōu)于-2％～+2％)的優(yōu)點(diǎn)，相對于全身成像系統(tǒng)的梯度線圈，能夠大大提高成像的對比度，特別適合于關(guān)節(jié)成像。
【IPC分類】G01R33/385
【公開號】CN205120949
【申請?zhí)枴緾N201520403024
【發(fā)明人】林海洋
【申請人】北京斯派克科技發(fā)展有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年6月12日