[发明专利]一种有源屏蔽梯度线圈及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核磁共振成像系统中的部件，具体涉及核磁共振成像系统中的有源屏蔽梯度线圈部件。本发明还涉及设计有源屏蔽梯度线圈的方法。本发明属于核磁共振成像系统部件设计领域。

背景技术

梯度线圈是核磁共振系统的关键部件之一，其主要作用是为核磁共振成像系统在三个正交方向提供交变的梯度磁场，从而实现被成像物体的空间定位。梯度线圈的基本部件包括X/Y/Z三个正交方向的梯度线圈，分别在三个方向生成梯度磁场。对于超导核磁共振系统上使用的梯度线圈，每个方向的梯度线圈由主线圈与屏蔽线圈两部分构成，二者共同在成像区域形成梯度场，并使屏蔽线圈外部的磁场最小。在工作时，三个方向的梯度线圈分别与梯度放大器相连接，其内部的交变电流可达数百安培。

目前梯度线圈有金属板切割式线圈和导线绕线式线圈两种。金属板切割式线圈的制作工艺采用铜板切割式。导线绕线式线圈的制作工艺采用绕线式。

这两种工艺各有优缺点。铜板切割式制作工艺的优点是铜板的厚度薄，同时线圈的平均横截面积大，因此电阻较小，切换率高。但是采用铜板切割具有较大的涡流效应。特别是屏蔽线圈由于铜板面积宽，因此涡流效应更明显。另外铜板切割式的价格比绕线式要贵许多。这部分多出来的费用包括材料费以及加工制作费。绕线方法工艺简单，线圈自身产生的涡流效应可以忽略，而且造价比较便宜。一般来说，对于同一台梯度线圈采用绕线法与铜板切割法制作的成本相差两万以上，这是一个很大的数字。如何设计一种工艺，实现梯度线圈整体的性能非常接近主线圈与屏蔽线圈均采用铜板切割法制作的梯度线圈的性能，但是制作成本能够明显的下降，而且不存在屏蔽线圈自身的涡流问题，且使得整体重量更轻，就成为亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有源屏蔽梯度线圈及其设计方法，以解决现有技术中主线圈与屏蔽线圈均采用铜板切割法制作的梯度线圈时，制作成本高，涡流效应大的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种有源屏蔽梯度线圈，包括横向梯度线圈，每个横向梯度线圈包括主线圈与屏蔽线圈，其特征在于，至少一层横向梯度线圈的主线圈为金属板切割式线圈，至少一层横向梯度线圈的屏蔽线圈为导线绕线式线圈；相邻两层梯度线圈之间间隔内填充绝缘材料。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈，还包含纵向梯度线圈，其特征在于，纵向梯度线圈的主线圈与屏蔽线圈均采用导线绕线式线圈。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈，其特征在于，所述绝缘材料为GFRP，梯度线圈采用的金属材料为纯铜。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈，其特征在于，导线绕线式线圈均采用多根导线并联的绕线方式。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈，其特征在于，所述横向梯度线圈的每层导线绕线式屏蔽线圈中并联导线数目为2-4根。

前述一种有源屏蔽梯度线圈的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：确定每层梯度线圈的制作工艺：至少一层横向梯度线圈的主线圈采用金属板切割的工艺制作，至少一层横向梯度线圈的屏蔽线圈采用导线绕线的工艺制作；

步骤二：确定每层梯度线圈在空间的相对位置分布；

步骤三：确定制作每层梯度线圈的材料及其厚度以及相邻两层梯度线圈之间间隔距离；

步骤四：确定每层梯度线圈骨架的位置以及每层骨架上的线圈纵向长度；

步骤五：针对每个方向的梯度线圈，设计梯度线圈形状。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述步骤五中，针对每个方向的梯度线圈，依据梯度场强度、线性度、成像区域范围，设计梯度线圈形状。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述步骤五中，采用流函数法设计梯度线圈的形状。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈的设计方法，其特征在于，定义流函数为f，f的最大值为f_max，f的最小值为f_min，则绕线式线圈中导线的中心线为由f＝n+0.5描述的所有曲线，n为[f_min-0.5,f_max-0.5]内的任意整数。

前述的一种有源屏蔽梯度线圈的设计方法，其特征在于，定义流函数为f，f的最大值为f_max，f的最小值为f_min，则金属板上刻刀走线的路径为由f＝n描述的所有曲线，n为[f_min-0.5,f_max+0.5]内的任意整数。