[發明專利]一種有源屏蔽梯度線圈及其設計方法

有效

• 申請號: 201410264633.3
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104062613B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 平學偉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R33/385
• 分類號: G01R33/385
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種核磁共振成像系統中的部件，具體涉及核磁共振成像系統中的有源屏蔽梯度線圈部件。本發明還涉及設計有源屏蔽梯度線圈的方法。本發明屬于核磁共振成像系統部件設計領域。

背景技術

梯度線圈是核磁共振系統的關鍵部件之一，其主要作用是為核磁共振成像系統在三個正交方向提供交變的梯度磁場，從而實現被成像物體的空間定位。梯度線圈的基本部件包括X/Y/Z三個正交方向的梯度線圈，分別在三個方向生成梯度磁場。對于超導核磁共振系統上使用的梯度線圈，每個方向的梯度線圈由主線圈與屏蔽線圈兩部分構成，二者共同在成像區域形成梯度場，并使屏蔽線圈外部的磁場最小。在工作時，三個方向的梯度線圈分別與梯度放大器相連接，其內部的交變電流可達數百安培。

目前梯度線圈有金屬板切割式線圈和導線繞線式線圈兩種。金屬板切割式線圈的制作工藝采用銅板切割式。導線繞線式線圈的制作工藝采用繞線式。

這兩種工藝各有優缺點。銅板切割式制作工藝的優點是銅板的厚度薄，同時線圈的平均橫截面積大，因此電阻較小，切換率高。但是采用銅板切割具有較大的渦流效應。特別是屏蔽線圈由于銅板面積寬，因此渦流效應更明顯。另外銅板切割式的價格比繞線式要貴許多。這部分多出來的費用包括材料費以及加工制作費。繞線方法工藝簡單，線圈自身產生的渦流效應可以忽略，而且造價比較便宜。一般來說，對于同一臺梯度線圈采用繞線法與銅板切割法制作的成本相差兩萬以上，這是一個很大的數字。如何設計一種工藝，實現梯度線圈整體的性能非常接近主線圈與屏蔽線圈均采用銅板切割法制作的梯度線圈的性能，但是制作成本能夠明顯的下降，而且不存在屏蔽線圈自身的渦流問題，且使得整體重量更輕，就成為亟需解決的技術問題。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種有源屏蔽梯度線圈及其設計方法，以解決現有技術中主線圈與屏蔽線圈均采用銅板切割法制作的梯度線圈時，制作成本高，渦流效應大的技術問題。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種有源屏蔽梯度線圈，包括橫向梯度線圈，每個橫向梯度線圈包括主線圈與屏蔽線圈，其特征在于，至少一層橫向梯度線圈的主線圈為金屬板切割式線圈，至少一層橫向梯度線圈的屏蔽線圈為導線繞線式線圈；相鄰兩層梯度線圈之間間隔內填充絕緣材料。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈，還包含縱向梯度線圈，其特征在于，縱向梯度線圈的主線圈與屏蔽線圈均采用導線繞線式線圈。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈，其特征在于，所述絕緣材料為GFRP，梯度線圈采用的金屬材料為純銅。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈，其特征在于，導線繞線式線圈均采用多根導線并聯的繞線方式。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈，其特征在于，所述橫向梯度線圈的每層導線繞線式屏蔽線圈中并聯導線數目為2-4根。

前述一種有源屏蔽梯度線圈的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：確定每層梯度線圈的制作工藝：至少一層橫向梯度線圈的主線圈采用金屬板切割的工藝制作，至少一層橫向梯度線圈的屏蔽線圈采用導線繞線的工藝制作；

步驟二：確定每層梯度線圈在空間的相對位置分布；

步驟三：確定制作每層梯度線圈的材料及其厚度以及相鄰兩層梯度線圈之間間隔距離；

步驟四：確定每層梯度線圈骨架的位置以及每層骨架上的線圈縱向長度；

步驟五：針對每個方向的梯度線圈，設計梯度線圈形狀。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈的設計方法，其特征在于，所述步驟五中，針對每個方向的梯度線圈，依據梯度場強度、線性度、成像區域范圍，設計梯度線圈形狀。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈的設計方法，其特征在于，所述步驟五中，采用流函數法設計梯度線圈的形狀。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈的設計方法，其特征在于，定義流函數為f，f的最大值為f_max，f的最小值為f_min，則繞線式線圈中導線的中心線為由f＝n+0.5描述的所有曲線，n為[f_min-0.5,f_max-0.5]內的任意整數。

前述的一種有源屏蔽梯度線圈的設計方法，其特征在于，定義流函數為f，f的最大值為f_max，f的最小值為f_min，則金屬板上刻刀走線的路徑為由f＝n描述的所有曲線，n為[f_min-0.5,f_max+0.5]內的任意整數。