專利名稱：梯度線圈裝置及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磁體的線圈和制造用于磁體的線圈的方法。具體而言，本發(fā)明涉及梯度線圈和制造該梯度線圈的方法，尤其涉及用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的梯度線圈。
背景技術(shù)：
參考相關(guān)申請本申請依據(jù)35 U.S.C 119要求2004年10月20日提交的英國專利申請No.0423322.7的優(yōu)先權(quán)，在此結(jié)合其全部內(nèi)容作為參考。
MRI系統(tǒng)如今用于檢查各身體部分。這些系統(tǒng)基于由具有非零磁矩(或“自旋”)的原子核所顯示的核現(xiàn)象。當(dāng)這種核子放置在靜止、均勻的磁場中時，核子自旋通過磁場取向，從而與靜磁場同向或者反向。核子自旋不是固定的，而是圍繞由磁場限定的軸旋進(jìn)。自旋旋進(jìn)的頻率被稱為“Larmor頻率”ω0。Larmor頻如下得出ω0＝γB0其中γ是核子的旋磁比，B0是施加的磁場。例如，對于氫核子來說，γ＝42.57MHz/T。
當(dāng)核子自旋在靜磁場B0中取向時，可以通過施加交變磁場B1來“翻轉(zhuǎn)(flip)”自旋。為此，交變磁場必須與該靜磁場成90°，而且它必須基本上以Larmor頻率交變。當(dāng)施加這種交變場B1時，自旋趨向于平行于B1排列，而且，當(dāng)除去交變場時，自旋將弛豫回它們與靜磁場B0同向的狀態(tài)。用交變場調(diào)整自旋會降低在縱向(平行于B0)上的磁化并提高橫向面(即，垂至于B0的面)上的磁化，而且隨后在除去交變場時的自旋弛豫產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。在MRI過程中檢測磁化的這些改變，而且對其進(jìn)行處理以提供核子的可視顯示。
圖1以方塊圖的形式顯示典型的MRI系統(tǒng)。磁體12提供靜磁場B0。原則上，磁體12可以是超導(dǎo)磁體、電磁體或者永磁體。但是，通常使用超導(dǎo)磁體，因?yàn)槌瑢?dǎo)磁體容易提供大而均勻的靜磁場。磁體12包含可以讓病人進(jìn)入靜磁場的孔13。利用床裝置16將14所示的患者送入到孔13中，從而在靜磁場內(nèi)。
射頻(rf)脈沖由發(fā)射器22產(chǎn)生，并通過多路復(fù)用器23施加，而且射頻線圈裝置24用于傾斜取向的自旋，從而例如在X-Z平面、X-Y平面或Y-Z平面上具有投影。X、Y和Z的命名是指在說明MRI系統(tǒng)時用21表示的假想的正交軸，其中Z軸是和孔洞的軸同軸的軸。Y軸是從磁場中心延伸的垂直軸，X軸是與其它軸垂直的相應(yīng)水平軸。
在除去射頻脈沖后重新取向時自旋產(chǎn)生自由感應(yīng)衰減(FID)信號，該自由感應(yīng)衰減信號，所述信號被射頻線圈裝置24接收，并通過多路復(fù)用器23傳送給接收電路26。接收的信號從接收電路通過控制器25到達(dá)圖像處理器27。圖像處理器與顯示存儲器28聯(lián)合工作，從而提供在顯示器29上顯示的圖像。請注意，射頻線圈裝置24可以包括分開的用于發(fā)射和接收的線圈，或者同樣的線圈裝置24既可以用于發(fā)射射頻脈沖又可以用于接收射頻脈沖。
為了空間分解MRI信號，由梯度線圈(在圖1中沒有顯示)提供在靜磁場內(nèi)的編碼信號。通常存在三組梯度線圈。X梯度線圈沿著X軸改變靜磁場的Z分量強(qiáng)度，Y梯度線圈沿著Y軸改變靜磁場的Z分量強(qiáng)度，Z梯度線圈沿著Z軸改變靜磁場的Z分量強(qiáng)度。在其它方向(例如X和Z軸以外的方向)上的靜磁場的Z分量強(qiáng)度可以利用這些梯度線圈中兩個或者三個的組合來改變。
X、Y和Z梯度線圈分別由X梯度驅(qū)動器17、Y梯度驅(qū)動器18和Z梯度驅(qū)動器19驅(qū)動。可以用梯度線圈調(diào)整空間中特定點(diǎn)的局部的靜磁場B0，使得只有在患者的小體素內(nèi)的核子才具有等于射頻場B1的頻率的Larmor頻率。這意味著F.D.I信號僅僅來自于在患者的該體素內(nèi)的核子。實(shí)際上，從電源(例如功率放大器)給梯度線圈提供隨時間改變的電流，使得其中核子的Larmor頻率等于施加的射頻場頻率的體素在患者上被掃描，從而建立患者的2-D或3-D圖像。
例如在Z.H.Cho等(由Wiley International出版)的“Foundations of MedicalImaging”中公開了典型現(xiàn)有技術(shù)的梯度線圈組，如圖2所示。圖2(a)示出X梯度線圈。圖2(b)和2(c)分別示出Y梯度線圈和Z梯度線圈。
提供有源屏蔽(actively screened)梯度線圈是常用技術(shù)，該梯度線圈包括內(nèi)部圓柱形組件和相對于內(nèi)部圓柱形組件同軸和同心地設(shè)置的外部組件。該外部組件與內(nèi)部組件串聯(lián)連接，而且選擇組合設(shè)計(jì)以減少該整體所產(chǎn)生的外部磁場，外部磁場會在磁體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不希望的渦流效應(yīng)。通常外部組件中比內(nèi)部組件中的匝數(shù)少。
請注意，圖2(a)和2(b)所示的X梯度線圈和Y梯度線圈是鞍形線圈。在每種情況下，兩個鞍形線圈放置在X-Y平面的每一側(cè)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，梯度線圈在管狀基底上構(gòu)造。在一種可能的布置中，X梯度線圈設(shè)置在管狀基底上，Z梯度線圈放置在X梯度線圈上，最后，Y梯度線圈放置在Z梯度線圈上(但是梯度線圈設(shè)置在前者上的順序不局限于這種特定的順序)。
可以通過利用在第一圓柱上具有適當(dāng)?shù)碾娏鞲袘?yīng)的一組至少四個X梯度線圈A、B、C、D來產(chǎn)生X梯度場(參見附圖中的圖3)。四個梯度線圈可以是如上所述的鞍形線圈。它們具有一個或多個對稱面(在X或者Y梯度線圈的情況下是三個)。這四個梯度線圈(鞍形)可以串聯(lián)連接。Y梯度線圈類似于X梯度線圈，繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°。X和Y梯度線圈可以通過在導(dǎo)電材料片中切割或蝕刻復(fù)雜的軌跡來制造。為了使散熱最小化，希望在所述片中剩余盡可能多的導(dǎo)電材料，從而得到具有不同寬度導(dǎo)電軌跡的圖案。
現(xiàn)在可以獲得的X和Y梯度線圈是由平銅板30制成的(如圖4所示，通常2mm厚)，在該銅板30中有單“螺旋”切口或軌跡32以形成電路。四個這種板在圓柱形34的表面布置成四分之一(例如A、B、C、D)，從而產(chǎn)生例如如圖3所示的整個“X”梯度。為了與可獲得的電源匹配，得到的軌跡32較寬并且數(shù)量相對較少。這導(dǎo)致幾個不利的影響。匝數(shù)少導(dǎo)致量子化效果，其中只能通過單個整匝來改變設(shè)計(jì)。但是，當(dāng)N小時，N和N+1匝之間的相對差別會很大。因此，線性、屏蔽或者強(qiáng)度不能全部同時匹配到一定的精確度。另外的缺點(diǎn)就是每個四分之一之間的連接需要額外的連接導(dǎo)體，該連接導(dǎo)體設(shè)置在銅板的頂部或者底部，這花費(fèi)有用的結(jié)構(gòu)空間。第三個缺點(diǎn)是寬軌跡在快速脈沖期間導(dǎo)致不確定的電流路徑。具體而言，渦流效應(yīng)導(dǎo)致電流在軌跡的末端流動，其實(shí)際上呈現(xiàn)為與施加的交流電流的頻率有關(guān)的非常數(shù)電阻。產(chǎn)生的圖像具有隨時間而變的失真，這種失真必須被校正。
在一些現(xiàn)有技術(shù)的梯度組件中，嘗試過用分開的電源來驅(qū)動電路的不同部分。例如，圖2a的線圈A和D用一個電源來驅(qū)動，而線圈B和C用第二個電源來驅(qū)動，或者，線圈A和B用一個電源來驅(qū)動，而線圈C和D用另一個來驅(qū)動。因此，每個電源只需要提供更小的輸出功率來實(shí)現(xiàn)同樣的梯度強(qiáng)度，和/或?qū)τ谙嗤姆逯惦妷海梢愿斓仳?qū)動梯度線圈。因此，電源將更小、更便宜、更穩(wěn)定。這種布置的一個嚴(yán)重缺陷是為了使梯度場精確地線性，正如成像設(shè)備所要求的，在脈沖序列過程中的所有時間內(nèi)來自各個電源的電流必須精確地相等。這導(dǎo)致在所有時間內(nèi)電源/梯度線圈組合都保持具有相同相位的精確一致的電流這種無法實(shí)現(xiàn)的要求，這種嘗試已經(jīng)被很大程度地放棄。

發(fā)明內(nèi)容
通過根據(jù)這里公開的典型實(shí)施例的梯度線圈組件和制造該組件的方法克服上述問題和缺陷。
根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的梯度線圈組件包括形成為沿軸延伸的管的絕緣體片。該組件還包括第一導(dǎo)電片，設(shè)置在該絕緣體片的第一表面上，包括多個第一導(dǎo)電路徑；以及第二導(dǎo)電片，設(shè)置在該絕緣體片的第二表面上，包括多個第二導(dǎo)電路徑。最后，該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接，且該多個第二導(dǎo)電路徑的匝數(shù)不需要和該多個第一導(dǎo)電路徑的相同。
根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實(shí)施例的梯度線圈組件包括形成為沿軸延伸的管的絕緣體片；第一導(dǎo)電片，結(jié)合到該絕緣體片的第一表面，包括多個第一導(dǎo)電路徑；和第二導(dǎo)電片，結(jié)合到該絕緣體片的第二表面，包括多個第二導(dǎo)電路徑，其中該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接，其中第一和第二導(dǎo)電路徑由第一端和相對的第二端來限定，每個第一導(dǎo)電路徑的第一端穿過絕緣體片與第二導(dǎo)電路徑的相應(yīng)第一端緊密配合，每個的第二端可操作地耦接到電源和另一個梯度線圈組件之一。
提供了組裝根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例用于MRI設(shè)備中的梯度線圈組件的方法。該方法包括大致同心地關(guān)于第二導(dǎo)電片設(shè)置第一導(dǎo)電片，它們之間有絕緣體片；在第一導(dǎo)電片上形成多個第一導(dǎo)電路徑；在第二導(dǎo)電片上形成多個第二導(dǎo)電路徑；以及使該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接。
通過閱讀下面的附圖和詳細(xì)說明，根據(jù)本發(fā)明的其它系統(tǒng)和/或方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得更加顯而易見。所有的這些另外的系統(tǒng)、方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的范圍，而且將通過所附權(quán)利要求得到保護(hù)。


圖1是MRI系統(tǒng)的示意圖；圖2(a)、2(b)和2(c)分別是傳統(tǒng)X、Y和Z梯度線圈組的示意圖；
圖3示出傳統(tǒng)X或Y梯度線圈，以及相關(guān)的電流感應(yīng)；圖4是圖3的傳統(tǒng)X或Y梯度線圈的一個四分之一的橫截面圖，示出了單層銅板設(shè)置在絕緣管上；圖5是根據(jù)本發(fā)明典型性實(shí)施例的X或Y梯度線圈的一個四分之一的橫截面圖，示出了雙層銅板，在銅板之間設(shè)置有絕緣片；圖6是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖5的雙側(cè)板的俯視圖，示出了A側(cè)的三個軌跡結(jié)構(gòu)；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖5的雙側(cè)板的仰視圖，示出了與A側(cè)相對的B側(cè)的三個軌跡結(jié)構(gòu)；圖8是每個都具有圖6和7的雙側(cè)板結(jié)構(gòu)的X梯度線圈的四個四分之一的雙側(cè)板結(jié)構(gòu)第一側(cè)板的示意性布局，示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的四分之一之間的互連；圖9A是如圖6和7中的X梯度線圈的四個四分之一的雙側(cè)板結(jié)構(gòu)的第一側(cè)板的示意性布局，示出了根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的每個軌跡的電流起始路徑；圖9B是與圖9A的第一側(cè)板相對的雙側(cè)板結(jié)構(gòu)的第二側(cè)板或者下層的示意性布局，示出了每個軌跡的電流終止路徑；圖10示出與圖8相應(yīng)的電路；和圖11是每個都具有類似于圖6和7的雙側(cè)板結(jié)構(gòu)的X梯度線圈的四個四分之一的示意性布局，示出了根據(jù)本發(fā)明可選擇實(shí)施例的四分之一之間的互連。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，在各幅圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。參考圖5，根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例示出“X”或“Y”型梯度線圈的一個四分之一的鞍形線圈100的橫截面圖。鞍形線圈組件100由夾著絕緣片104的雙層導(dǎo)電片或板102限定。具體而言，每個板106和108包括絕緣片104，它們之間包括梯度線圈的一個四分之一(例如A、B、C或D)。在示例性實(shí)施例中，線圈組件100是夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)具有兩個薄銅板106和108，每個薄銅板106和108的厚度是大約1mm，但是，除了銅之外也可以使用其它的導(dǎo)電材料。薄銅板106和108結(jié)合到絕緣體104以形成“雙側(cè)”銅板102。在組件100的兩側(cè)(A和B側(cè))都形成螺旋切口132，在每個銅板106和108上都形成軌跡。切口132的布置使得形成多個平行軌跡(例如1、2、3)，最好參照圖6和7觀察。盡管示出了三個軌跡，但是可以形成兩個或者兩個以上的平行軌跡。
在一個例子中，本公開文本提供了由兩個導(dǎo)電片構(gòu)成的各個鞍形，但是每個片具有多個互相卷繞(inter-wound)的螺旋，而不是一個螺旋。通常，這些螺旋不是規(guī)則或者相同的。在鞍A(圖6和7)的第一側(cè)和第二側(cè)上可識別的螺旋或者軌跡分別是T11、T12、T13和T21、T22、T23。
現(xiàn)在參考圖5、6和7，在第一側(cè)上的軌跡T11、T12、T13延伸到板106的第一中心區(qū)域110并且延伸穿過絕緣體104，到達(dá)板108的第二中心區(qū)域112，并且和第二側(cè)上的軌跡T23、T22、T21連接。在板106和108每側(cè)上的螺旋的方向是這樣的，來自第一側(cè)114邊緣端部的電流向內(nèi)圍繞第一側(cè)(圖6)上的螺旋流動，產(chǎn)生梯度場，然后向外圍繞第二側(cè)(圖7)上的螺旋流動，產(chǎn)生梯度場，該梯度場添加到由第一側(cè)上的電流路徑產(chǎn)生的梯度場。
在軌跡在第一中心區(qū)域110從第一側(cè)連接到第二中心區(qū)域112處的第二側(cè)并與其對齊的地方，軌跡T11、T12、T13和軌跡T21、T22、T23互換位置。更具體而言，在第一側(cè)上向外輻射的軌跡(例如T11)將連接到在第二側(cè)Y上向內(nèi)輻射的軌跡(例如T23)。這樣，每個軌跡表現(xiàn)出電學(xué)性能相同并且實(shí)現(xiàn)相等的電流共享。
參考圖6和7，第一側(cè)上各個軌跡(T11、T12、T13)的起點(diǎn)起始于限定板106的第一邊緣120的特定徑向位置，例如，圖6中所示的180度的徑向位置。由于每個軌跡(T11、T12、T13)在中心區(qū)域110、112與第二側(cè)上的各個軌跡(T23、T22、T21)連接，每個軌跡(T21、T22、T23)向外盤旋，在不同于第一側(cè)的徑向位置的徑向位置處終止，例如，如圖7所示在接近限定板108的第二邊緣122的零度徑向位置處終止。因?yàn)樵诜謩e對應(yīng)于板106、108的中心區(qū)域110、112發(fā)生軌跡T11、T12、T13、T21、T22、T23之間的連接，所以不會產(chǎn)生丟失的匝或者部分匝。
還是參考圖6和7，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，板106和108都具有相同的螺旋結(jié)構(gòu)。更具體而言，如果板106圍繞上述限定零和180度徑向位置的軸130旋轉(zhuǎn)180度，然后圍繞限定板106的中心的中心133或者圍繞中心部分110旋轉(zhuǎn)180度，就得到圖7所示板108的螺旋結(jié)構(gòu)。同樣，如果板106僅僅圍繞橫跨軸130的軸134旋轉(zhuǎn)180度，就得到圖7所示板108的螺旋結(jié)構(gòu)。因此，在第一和第二側(cè)上相同的螺旋結(jié)構(gòu)有助于制造雙側(cè)板結(jié)構(gòu)。
當(dāng)前者(即絕緣體104)上的鞍A、B、C、D互連時，各個螺旋保持分開，而且形成大量電學(xué)上截然不同的復(fù)合電路?，F(xiàn)在參考圖8，四個四分之一鞍形線圈A、B、C、D示為200，包括圖6和7所示的鞍形線圈A。每個鞍形線圈A、B、C、D包括在限定各個雙側(cè)板100的邊緣出現(xiàn)的任何四分之一的每個軌跡1、2和3的端部202。通過重疊接頭片204容易形成A和B四分之一與C和D四分之一之間的連接，其中一個接頭片來自于上層或者第一板106的一個四分之一，緊密配合的接頭片來自于緊密配合的四分之一的下層或者第二板108。
圖8以“展開”的形式示出這個例子。每個得到的復(fù)合電路包含每種類型的螺旋，例如，如果有四個鞍A、B、C和D(即四個子單元)，每個鞍都包含兩層，在每層上具有與三個單獨(dú)的軌跡(圖5)對應(yīng)的三個相應(yīng)的螺旋1、2和3即，三個不同、可區(qū)別的導(dǎo)電路徑或軌跡，那么三個復(fù)合電路可以是(A1Upper+A3Lower+B1Upper+B3Lower+C1Upper+C3Lower+D1Upper+D3Lower)(A2Upper+A2Lower+B2Upper+B2Lower+C2Upper+C2Lower+D2Upper+D2Lower)(A3Upper+A1Lower+B3Upper+B1Lower+C3Upper+C1Lower+D3Upper+D1Lower)圖9A和9B分別是具有類似于圖8所示螺旋軌跡的雙側(cè)銅板的另一個實(shí)施例的放大頂部和底部平面圖。圖9A和9B還以“展開”的形式示出每側(cè)，并且最清楚地示出四分之一之間和各側(cè)之間的連接。例如，如果圖9A和9B背對背地放置，圖9A的角A和C與圖9B相應(yīng)的角A和C對齊，將顯示出每一個復(fù)合軌跡(示出三個)的電流路徑。每個復(fù)合軌跡(例如1、2、3)的電流路徑在圖9A的左下端開始，向內(nèi)行進(jìn)到鞍D的中心。然后，電流在其中心(例如黑點(diǎn))換位到設(shè)置在圖9B下面的梯度線圈(圖9B的鞍D)。然后，電流從一個四分之一通過接頭片202、204到達(dá)另一個四分之一，而且還在這些連接的交界處從內(nèi)部換位到外部或者從外部換位到內(nèi)部。
具體而言，當(dāng)電流從左邊一對四分之一如圖所示地流動到右邊一對四分之一時，或者反過來，則電流同樣換位。結(jié)果，設(shè)置在圖9A右上部的互連或者接頭片202穿過絕緣層直接連接到圖9B所示的相應(yīng)接頭片202。這樣，上層的水平軌跡(1、2、3)分別與下層上的水平軌跡(3、2、1)相遇，如圖9A和9B所示。更具體而言，在圖9A的軌跡1上的接頭片202處示出的黑點(diǎn)與在圖9B的軌跡3上的接頭片202處示出的黑點(diǎn)電連接。最后，電流從圖9B所示的四分之一C處的下層流出。
圖10示出一個互連方案的示意性表示。許多不同排列方案都是可能的。對于上面具有三個軌跡(即1、2、3)的情況，存在6種不同的方案。但是，上面所示的僅僅是這樣的方案其中沒有軌跡需要跨越另一個軌跡從而進(jìn)行連接，而且每個得到的復(fù)合電路與其它復(fù)合電路在電學(xué)上相同。圖10所示情況容易實(shí)施。這些復(fù)合電路可以保持分開或者僅在一點(diǎn)連接，而且可以通過獨(dú)立的電源來驅(qū)動。各種復(fù)合電路可以在兩端并聯(lián)連接，但并不在別處形成其中各個復(fù)合電路之間平等地共享快速變化的電流的單個的電學(xué)實(shí)體或者子實(shí)體。不同的復(fù)合電路可以由分開的電源并行驅(qū)動。這里所述的示例性實(shí)施例沒有前面所述的各個電路提供線性梯度場的缺陷，因?yàn)槊總€電路提供線性梯度場，由此一個電路和另一個電路之間電流的微小差別將不會表現(xiàn)為所產(chǎn)生的復(fù)合梯度場中的非線性。
當(dāng)磁性梯度線圈打開或者關(guān)閉時，一種優(yōu)選是避免不同復(fù)合電路中的不均勻電流分布。這種不均勻分布可被分解為一組相等的外部電流，加上內(nèi)部循環(huán)電流的組合。當(dāng)磁性梯度線圈打開或者關(guān)閉時，本發(fā)明優(yōu)選減小凈電動勢(EMF)的效應(yīng)，因此減小這種內(nèi)部循環(huán)電流的感應(yīng)。
關(guān)于寬的銅軌跡，主要問題是軌跡區(qū)域中場的變化率的效應(yīng)迫使電流不均勻地在軌跡的整個寬度上流動。因此，電流不利用導(dǎo)體的整個橫截面，而且表觀電阻增大。頻率越高，該效果變得越強(qiáng)并被稱為“交流電阻”。因此，示例性實(shí)施例使用與現(xiàn)有技術(shù)的寬軌跡相比相對窄的軌跡。而且，使用更窄軌跡的有效匝數(shù)更大，減少量子化影響的設(shè)計(jì)的靈活性也更大。
考慮整個結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合電路在電學(xué)上和磁學(xué)上等效。電流不會表現(xiàn)出比一個路徑更加優(yōu)選另一個路徑，而且在高頻下，更多的導(dǎo)體將在運(yùn)送電流中起作用，而且損耗將比傳統(tǒng)的梯度線圈設(shè)計(jì)更低。
可以用導(dǎo)線而不是片來實(shí)現(xiàn)等效的互連方案，例如多個包括Litz導(dǎo)線的電絕緣導(dǎo)線的相互卷繞電路。單個梯度軸繞組可以結(jié)合一個或者多個串聯(lián)連接的這種梯度繞組，以構(gòu)成整個梯度繞組。還可以是其它的變化。在一些情況下，采用其中子實(shí)體構(gòu)成兩個鞍的雙重螺旋是適當(dāng)?shù)摹?br> 用軟件來確定螺旋的確切形狀，從而產(chǎn)生所需的梯度線性，確定匝數(shù)以提供所需的梯度強(qiáng)度和電流/電壓以匹配電源。
設(shè)置在導(dǎo)電片106和108之間的絕緣體片或者管104可以由包括一層或者多層的纖維復(fù)合材料來構(gòu)成，其中每層包括多種纖維，例如涂覆有例如環(huán)氧樹脂的玻璃纖維、碳纖維、Kevlar纖維和氧化鋁纖維。管104還可以包括由設(shè)置在限定管104的兩個外表面上的兩個銅片構(gòu)成的鞍形線圈A、B、C、D。提供鞍形線圈A、B、C、D以產(chǎn)生磁場并將它們電耦接在一起。鞍形線圈A、B、C、D可以用粘結(jié)劑(例如環(huán)氧樹脂)粘附到管104。如圖2和3所示，鞍形線圈A、B、C、D圍繞Z軸設(shè)置。
現(xiàn)在參考圖10，以300處示出圖8的四個四分之一鞍形線圈A、B、C、D的可選擇的實(shí)施例，300示出了各四分之一之間的互連。圖10顯示每個線圈具有一對軌跡(0、1)。線圈A和B之間以及C和D之間的互連如參考圖8所示(例如以幻影示出的接頭片304)。而且，任何線圈的第一和第二板106和108之間的連接是在參考圖6-8所述的中心部分。在本實(shí)施例中，軌跡(0、1)的出口點(diǎn)302附近允許從一個線圈到另一個線圈的簡單連接。具體而言，鞍形線圈B和C用形成在每個板內(nèi)部的接頭片(例如凸片和凹片(未顯示))連接。當(dāng)折疊絕緣體片104時，每個線圈B和C的出口點(diǎn)302相遇從而有助于它們之間的連接。但是，將認(rèn)識到，在這個可以選擇的實(shí)施例中，需要兩種類型或者結(jié)構(gòu)的板306和308。線圈A和B表示左側(cè)結(jié)構(gòu)，而線圈C和D表示右側(cè)結(jié)構(gòu)。左側(cè)結(jié)構(gòu)與從限定線圈B的左側(cè)邊緣延伸的出口點(diǎn)302相對應(yīng)，而右側(cè)結(jié)構(gòu)與從限定線圈C的右側(cè)邊緣延伸的出口點(diǎn)302相對應(yīng)。更具體而言，當(dāng)線圈A圍繞其中心旋轉(zhuǎn)180度時，得到線圈B的結(jié)構(gòu)。同樣，當(dāng)線圈D圍繞其中心旋轉(zhuǎn)180度時，得到線圈C的結(jié)構(gòu)。因此，盡管這種可選擇的實(shí)施例為它們之間的連接使出口點(diǎn)302靠近，但是需要兩種不同結(jié)構(gòu)的板。
本發(fā)明的梯度線圈組件和用于制造該組件的方法提供了顯著優(yōu)于其它組件和方法的優(yōu)點(diǎn)。具體而言，本發(fā)明的梯度線圈組件與其它梯度線圈組件相比，允許每個軌跡的寬度窄，從而得到更限定的電流路徑。尤其是，多個平行的軌跡產(chǎn)生更多的匝，與匝數(shù)更小且軌跡更寬的其它組件相比，使得設(shè)計(jì)者更能微調(diào)線圈的磁特性。而且，通過上面公開的用于本發(fā)明的梯度線圈組件的裝置和方法，放大器和梯度之間能更好地匹配。而且，本發(fā)明梯度線圈組件包括四分之一之間的連接或者互連，這些連接或互連在每個板邊緣并且不需要占用結(jié)構(gòu)深度的額外的連接導(dǎo)線就容易制成的。還有優(yōu)點(diǎn)就是本發(fā)明有助于用分開的電源驅(qū)動平行軌跡的能力，對電路之間的電流精確匹配的需要減少了很多。而且，這里公開的本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)可以同等地應(yīng)用于內(nèi)部和外部組件。
盡管參考典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行各種變化，可以用等效物替代其元件。而且，可以對本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行很多調(diào)整以適應(yīng)特定的條件，而不脫離其范圍。因此，本發(fā)明將不局限于為了執(zhí)行本發(fā)明而公開的實(shí)施例，本發(fā)明包括屬于附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。而且，術(shù)語第一、第二等的使用并不表示其重要性的順序，而是使用術(shù)語第一、第二等將一個元件與另一個元件進(jìn)行區(qū)分。
部件列表100鞍形線圈組件102導(dǎo)電片或板104絕緣板或管、或絕緣體106板108板110第一中心區(qū)域112第二中心區(qū)域114第一側(cè)120第一邊緣122第二邊緣130軸132螺旋切口133中心134軸200四個四分之一鞍形線圈202端部或接頭片204交疊的接頭片300可供選擇的四個四分之一鞍形線圈302出口點(diǎn)304接頭片
權(quán)利要求
1.一種用于MRI設(shè)備的梯度線圈組件，包括絕緣體(104)片，形成為沿軸(130)延伸的管(104)；第一導(dǎo)電片(102)，設(shè)置在該絕緣體(104)片的第一表面上，包括多個第一導(dǎo)電路徑；和第二導(dǎo)電片(102)，設(shè)置在該絕緣體(104)片的第二表面上，包括多個第二導(dǎo)電路徑，其中，該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接。
2.權(quán)利要求1的梯度線圈組件，其中該多個第二導(dǎo)電路徑相對于該多個第一導(dǎo)電路徑大致同心地設(shè)置。
3.權(quán)利要求1的梯度線圈組件，其中所述第一和第二導(dǎo)電路徑由第一端(204)和相對的第二端(202)限定，每個第一導(dǎo)電路徑的第一端(204)穿過絕緣體(104)片與第二導(dǎo)電路徑的相應(yīng)的第一端(204)緊密配合，每個的第二端(202)可操作地耦接到電源和另一個梯度線圈組件之一。
4.權(quán)利要求1的梯度線圈組件，其中該第一和第二導(dǎo)電片(102)每個都是銅板(106、108)，在各自的銅板中具有為螺旋切口(132)多個第一和第二導(dǎo)電路徑。
5.一種梯度線圈組件，包括絕緣體(104)片，形成為沿軸(130)延伸的管(104)；第一導(dǎo)電片(102)，結(jié)合到該絕緣體(104)片的第一表面上，包括多個第一導(dǎo)電路徑；和第二導(dǎo)電片(102)，結(jié)合到該絕緣體(104)片的第二表面上，包括多個第二導(dǎo)電路徑，其中該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接，其中該第一和第二導(dǎo)電路徑由第一端(204)和相對的第二端(202)來限定，每個第一導(dǎo)電路徑的第一端(204)穿過絕緣體(104)片與第二導(dǎo)電路徑的相應(yīng)第一端(204)緊密配合，每個的第二端(202)可操作地耦接到電源和另一個梯度線圈組件之一。
6.權(quán)利要求5的梯度線圈組件，其中該第一和第二導(dǎo)電片(102)每個都是銅板(106、108)，在各自的銅板(106、108)中具有為螺旋切口(132)的多個第一和第二導(dǎo)電路徑；并且每個銅板(106、108)上的螺旋切口(132)的方向允許電流從限定產(chǎn)生第一梯度場的一個銅板(106、108)的邊緣(120、122)向內(nèi)盤旋，通過絕緣體(104)片，并且在產(chǎn)生第二梯度場的另一個銅板(106、108)上向外盤旋，該第二梯度場疊加到該一個銅板(106、108)上的第一梯度場。
7.權(quán)利要求5的梯度線圈組件，其中該第一和第二導(dǎo)電片(102)每個都是銅板(106、108)，在各自的銅板(106、108)中具有為螺旋切口(132)的多個第一和第二導(dǎo)電路徑；并且每個板(106、108)上的螺旋切口(132)都相同。
8.一種用于組裝MRI設(shè)備中使用的梯度線圈組件的方法，包括大致同心地關(guān)于第二導(dǎo)電片(102)設(shè)置第一導(dǎo)電片(102)，它們之間有絕緣體(104)片；在第一導(dǎo)電片(102)上形成多個第一導(dǎo)電路徑；在第二導(dǎo)電片(102)上形成多個第二導(dǎo)電路徑；和使該多個第二導(dǎo)電路徑與該多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接。
9.權(quán)利要求8的方法，其中該多個第二導(dǎo)電路徑大致同心地相對于該多個第一導(dǎo)電路徑設(shè)置；該第一和第二導(dǎo)電路徑由第一端(204)和相對的第二端(202)來限定，每個第一導(dǎo)電路徑的第一端(204)在限定該第一和第二導(dǎo)電片(102)的每一個的中心部分穿過絕緣體(104)片與第二導(dǎo)電路徑的相應(yīng)第一端(204)緊密配合，每個的第二端(202)可操作地耦接到電源和另一個梯度線圈組件之一；而且還包括當(dāng)與第二導(dǎo)電路徑的相應(yīng)的第一端(204)緊密配合時，第一導(dǎo)電路徑的第一端(204)變換位置。
10.權(quán)利要求8的方法，其中該多個第二導(dǎo)電路徑大致同心地相對于該多個第一導(dǎo)電路徑設(shè)置；并且該第一和第二導(dǎo)電片(102)每個都是銅板(106、108)，在各自的銅板(106、108)中具有為螺旋切口(132)的多個第一和第二導(dǎo)電路徑；該多個第一和第二導(dǎo)電路徑中的每一個都基本上電學(xué)等同地在其間實(shí)現(xiàn)等同的電流共享；而且還包括用軟件確定所述螺旋切口(132)的結(jié)構(gòu)，該軟件設(shè)置成確定匝數(shù)以提供適當(dāng)梯度強(qiáng)度、梯度線性以及相對于給定電源的電流和電壓匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種梯度線圈組件和制造該梯度線圈組件的方法。該梯度線圈組件包括形成為沿軸(130)延伸的管(104)的絕緣體(104)片。該組件還包括第一導(dǎo)電片(102)和第二導(dǎo)電片(102)，該第一導(dǎo)電片(102)設(shè)置在該絕緣體(104)片的第一表面上，包括多個第一導(dǎo)電路徑；該第二導(dǎo)電片(102)設(shè)置在絕緣體(104)片的第二表面上，包括多個第二導(dǎo)電路徑。最后，多個第二導(dǎo)電路徑與多個第一導(dǎo)電路徑的相應(yīng)路徑電耦接。
文檔編號G01R33/38GK1766669SQ200510128330
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者P·J·費(fèi)南 申請人:通用電氣公司