用於在梯度線圈組合件中提供互連的系統和設備的製作方法
2023-05-12 16:21:16
專利名稱：用於在梯度線圈組合件中提供互連的系統和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及磁共振成像(MRI)系統，並且具體地說，涉及用於在屏蔽梯度線圈組合件(shielded gradient coil assembly)中的內部與外部梯度線圈之間提供互連的系統和設備。
背景技術：
磁共振成像(MRI)是能夠不使用X射線或其它電離輻射而創建人體內部的圖片的醫學成像模式。MRI使用強大的磁體來創建強的均勻靜態磁場(B卩，「主磁場」)。人體或部分人體處於主磁場中時，與組織水中的氫核相關聯的核自旋成為極化的。這意味著與這些自旋相關聯的磁矩成為沿主磁場方向優先對齊，導致沿該軸(按慣例為「z軸」)的小的淨組織磁化(net tissue magnetization)。MRI系統還包括稱為梯度線圈的部件,在電流施加到這些梯度線圈時它們產生更小幅度、在空間上改變的磁場。典型地，梯度線圈設計為產生沿z軸對齊並且沿x、y或z軸之一幅度隨位置線性變化的磁場分量。梯度線圈的效應是創建沿單個軸在磁場強度上以及伴隨地在核自旋的共振頻率上的小斜坡(ramp :線性變化)。具有正交軸的三個梯度線圈用於通過在體內的各個位置創建特徵共振頻率來對MR信號「空間編碼」。射頻(RF)線圈用於在氫核的共振頻率或附近創建RF能量的脈衝。RF線圈用於以受控方式將能量添加到核自旋系統。由於核自旋隨後弛豫回到其靜能狀態(rest energystate)，它們以RF信號的形式放出能量。此信號由MRI系統檢測並使用計算機和已知的重新構建算法變換成圖像。在MRI系統中使用的梯度線圈組合件可以是屏蔽梯度線圈組合件，由使用諸如環氧樹脂等材料接合在一起的內部和外部梯度線圈組合件構成。典型地，內部梯度線圈組合件包括X、Y和Z梯度線圈對或組的內部(或主要)線圈，並且外部梯度線圈組合件包括X、Y和Z梯度線圈對或組的相應外部(或屏蔽)線圈。Z梯度線圈典型地為圓柱形，其中導體呈螺旋狀纏繞圓柱表面。橫向X和Y梯度線圈通常由具有絕緣襯層的銅板形成。導體匝圖案(例如指紋圖案)可在梯度線圈的銅層中切割。相應內部和外部梯度線圈使用互連或連接器耦合在一起以提供電氣和信號連接。典型地，梯度線圈互連由諸如平板形式的銅等固態、剛性的傳導材料形成。在梯度線圈組合件的操作期間，內部和外部梯度線圈受到相反的電磁力，電磁力在內部和外部梯度線圈組合件以及內部與外部梯度線圈之間的互連上造成機械應力。在梯度線圈組合件的操作期間的力和應力能夠造成固態、剛性互連斷裂。期望提供能夠承受在梯度線圈組合件的操作期間發生的力和應力的互連以獲得改進的性能和增大的可靠性。
發明內容
根據一實施例，一種用於磁共振成像(MRI)系統的梯度線圈設備，梯度線圈設備包含內部梯度線圈組合件，包含至少一個內部梯度線圈；外部梯度線圈組合件，包含至少一個外部梯度線圈；以及至少一個梯度線圈互連，耦合到內部梯度線圈和外部梯度線圈，梯度線圈互連包含導線組合件，包含多個導體，並具有電耦合到外部梯度線圈組合件的第一端和電耦合到內部梯度線圈的第二端；以及加強材料，圍繞導線組合件的一部分設置。根據另一實施例，一種用於提供磁共振成像(MRI)系統中的梯度線圈之間的電連接的梯度線圈互連，梯度線圈互連包含導線組合件，包含多個導體，並電耦合在梯度線圈之間；以及加強材料，圍繞導線組合件的一部分設置。
從結合附圖進行的以下詳細描述中，將更全面地理解本發明，其中類似的參考標號表示類似的部分，其中 圖I是根據一實施例的示範磁共振成像(MRI)系統的示意框 圖2是根據一實施例的磁體組合件的示意側視 圖3是根據一實施例的屏蔽梯度線圈組合件的示意橫截面 圖4是根據一實施例、沿圖3的線條4-4所取的圖3的梯度線圈組合件的橫截面視圖的不意 圖5是根據一實施例、具有梯度線圈互連的梯度線圈設備的示意橫截面 圖6是根據一實施例的示範梯度線圈互連的頂部透視圖；以及 圖7是根據一實施例的另一示範梯度線圈互連的頂部透視圖。
具體實施例方式圖I是根據一實施例的示範磁共振成像(MRI)系統的示意框圖。MRI系統10的操作從包括鍵盤或其它輸入裝置13、控制面板14及顯示器16的操作員控制臺12控制。控制臺12通過鏈路18與計算機系統20進行通信，並且為操作員提供規定MRI掃描、顯示結果圖像、執行對圖像的圖像處理以及存檔數據和圖像的接口。計算機系統20包括通過電氣和/或數據連接來相互通信的多個模塊，例如通過使用背板20a而提供的連接。數據連接可以是直接有線鏈路，或可以是光纖連接或無線通信鏈路或諸如此類。計算機系統20的模塊包括圖像處理器模塊22、CPU模塊24可包括用於存儲圖像數據陣列的幀緩衝器的存儲器模塊26。在一備選實施例中，圖像處理器模塊22可由CPU模塊24上的圖像處理功能性替代。計算機系統20連結到存檔介質裝置、永久性或備份存儲裝置或網絡。計算機系統20也可通過鏈路34與單獨的系統控制計算機32通信。輸入裝置13能包括滑鼠、操縱杆、鍵盤、軌跡球、觸摸激活屏、光棒(light wand)、語音控制或任何類似或等效輸入裝置，並且可用於交互式幾何形狀規定。系統控制計算機32包括經由電氣和/或數據連接32a相互通信的模塊集。數據連接32a可以是直接有線鏈路，或可以是光纖連接或無線通信鏈路或諸如此類。在備選實施例中，計算機系統20和系統控制計算機32的模塊可在同一計算機系統或多個計算機系統上實現。系統控制計算機32的模塊包括CPU模塊36和通過通信鏈路40連接到操作員控制臺12的脈衝生成器模塊38。脈衝生成器模塊38可備選集成到掃描儀設備(例如，共振組合件52)中。系統控制計算機32正是通過鏈路40從操作員接收命令以指示要執行的掃描序列。通過發送描述要產生的RF脈衝和脈衝序列的定時、強度和形狀及數據採集窗口的定時與長度的指令、命令和/或請求，脈衝生成器模塊38操作放出(即，執行)所需脈衝序列的系統部件。脈衝生成器模塊38連接到梯度放大器系統42，並產生控制在掃描期間要使用的梯度脈衝的定時和形狀的稱為梯度波形的數據。脈衝生成器模塊38也可從生理採集控制器44接收患者數據，該控制器從連接到患者的多個不同傳感器接收信號，如來自附連到患者的電極的ECG信號。脈衝生成器模塊38連接到掃描室接口電路46，該電路從與患者的狀況和磁體系統相關聯的各種傳感器接收信號。患者定位系統48正是通過掃描室接口電路46接收命令以將患者平臺移動到掃描的所需位置。脈衝生成器模塊38生成的梯度波形施加到包括Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系統42。各個梯度放大器激勵概括地表示為50的梯度線圈組合件中的對應的實際的梯度線圈以產生用於將所採集的信號空間編碼的磁場梯度脈衝。梯度線圈組合件50形成包括 具有超導主線圈54的極化超導磁體的共振組合件52的一部分。共振組合件52可包括整體RF線圈56、表面或平行成像線圈76或兩者。RF線圈組合件的線圈56、76可配置用於傳送和接收或用於只傳送或只接收。患者或成像物體70可位於共振組合件52的圓柱形患者成像容積72內。系統控制計算機32中的收發器模塊58產生由RF放大器60放大並由傳送/接收開關62耦合到RF線圈56、76的脈衝。患者中被激勵核發射的結果信號可由相同RF線圈56感測到並通過傳送/接收開關62耦合到前置放大器64。備選地，被激勵核發射的信號可由諸如平行線圈或表面線圈76等單獨的接收線圈感測到。放大的MR信號在收發器58的接收器部分中進行解調、濾波和數位化。傳送/接收開關62由來自脈衝生成器模塊38的信號控制以便在傳送模式期間將RF放大器60電連接到RF線圈56，並在接收模式期間將前置放大器64連接到RF線圈56。傳送/接收開關62也能夠允許在傳送或接收模式中使用單獨的RF線圈(例如，平行或表面線圈76)。由RF線圈56或平行或表面線圈76感測到的MR信號由收發器模塊58數位化，並傳送到在系統控制計算機32中的存儲器模塊66。典型地，對應於MR信號的數據的幀暫時存儲在存儲器模塊66中，直至它們隨後被變換以創建圖像。陣列處理器68使用已知的變換方法(最常用的是傅立葉變換)從MR信號創建圖像。這些圖像通過鏈路34傳遞到計算機系統20，在系統中它存儲在存儲器中。響應從操作員控制臺12收到的命令，此圖像數據可以長期存儲方式存檔，或者它可由圖像處理器22進一步處理並輸送到操作員控制臺12並在顯示器16上顯示。圖2是根據一實施例的共振組合件的示意側視圖。共振組合件100可在MRI系統中使用，如圖I所示的MRI系統10。共振組合件100為圓柱形，並且除其它元件外，還包括超導磁體102、梯度線圈組合件104及RF線圈106。為清晰起見，從圖2中忽略了諸如蓋板、支撐、懸吊構件、端蓋、支架等各種其它元件。圓柱形患者容積或腔108環繞有患者腔管110。RF線圈106為圓柱形，並且圍繞患者腔管110的外表面設置並安裝在圓柱形梯度線圈組合件104內側。梯度線圈組合件104圍繞RF線圈106設置，是間隔的同軸關係，並且梯度線圈組合件104沿圓周環繞RF線圈106。梯度線圈組合件104安裝在磁體102內側，並且由磁體102沿圓周環繞。患者或成像物體112可在患者平臺或搖籃床116沿中心軸114 (例如，Z軸)插入共振組合件100。患者平臺或搖籃床116在共振組合件的「患者端」 142插入共振組合件，並且圓柱形共振組合件的相反端是「服務端」 140。中心軸114沿與磁體102生成的主磁場BO的方向平行的共振組合件100的管軸對齊。如MR成像領域熟知的一樣，RF線圈106可用於施加射頻脈衝(或多個脈衝)到患者或物體112，並且可用於接收從物體112返回的MR信息。梯度線圈組合件104生成用於以已知方式將成像容積中的點空間編碼的時間相關梯度磁脈衝。超導磁體102例如可包括幾個徑向對齊而縱向間隔的超導線圈118，各個超導線圈能夠攜帶大電流。超導線圈118設計為在患者容積108內創建磁場B0。超導線圈118密封在低溫封套122內的低溫環境中。低溫環境設計為保持超導線圈118的溫度低於適當的臨界溫度，以便超導線圈118處於具有零電阻的超導狀態。低溫封套122例如可包括用於以已知方式容納和冷卻磁體繞組的氦容器(未示出)和熱或冷屏蔽(未示出)。超導磁體102 由例如低溫保持器容器等磁體容器120密封。磁體容器120配置成保持真空並且防止熱傳送到低溫封套122。梯度線圈組合件104是自屏蔽梯度線圈組合件。梯度線圈組合件104包括關於公共軸114以同軸式布置設置的圓柱形內部梯度線圈組合件或繞組124和圓柱形外部梯度線圈組合件或繞組126。內部梯度線圈組合件124包括內部(或主要)X、Y和Z梯度線圈，並且外部梯度線圈組合件126包括相應的外部(或屏蔽)X、Y和Z梯度線圈。梯度線圈組合件104的線圈可藉助於使電流通過線圈來激活，以生成如MR成像中所需的在患者容積108中的梯度場。在內部梯度線圈組合件124與外部梯度線圈組合件126之間的容積138或空間可填充有接合材料，例如環氧樹脂、粘彈性樹脂、聚氨酯等。備選地，具有諸如玻璃珠、矽和鋁等填充材料的環氧樹脂可用作接合材料。應理解的是，可使用除如上關於圖I和2所述圓柱形組合件外的其它磁體和梯度拓撲。例如,在對合開放式(split-open) MRI系統中的平緩梯度幾何形狀也可利用如下所述本發明的實施例。使用如圖3所示的互連，將內部梯度線圈組合件124中的X、Y和Z梯度線圈耦合到外部梯度線圈組合件126中的對應X、Y或Z梯度線圈。圖3是根據一實施例的屏蔽梯度線圈組合件的示意橫截面圖。為清晰起見，從圖3中忽略了諸如蓋板、支撐、懸吊構件、端蓋、支架等各種元件。梯度線圈組合件204可插入MRI系統的共振組合件中，如圖2示出的共振組合件100。外部梯度線圈組合件226和內部梯度線圈組合件224使用容積238中的接合材料(例如，環氧樹脂、粘彈性樹脂、聚氨酯等)接合在一起。梯度線圈互連或連接器250用於將內部梯度線圈組合件224中的線圈耦合到外部梯度線圈組合件226中的相應線圈。互連250用於允許在內部與外部梯度線圈之間的電氣和信號連接性。互連250可用於將內部X梯度線圈連接到外部X梯度線圈。互連250可用於將內部Y梯度線圈連接到外部Y梯度線圈。互連250可用於將內部Z梯度線圈連接到外部Z梯度線圈。一個或多個梯度線圈互連可位於圖3所示梯度線圈組合件204的服務端240。在備選實施例中，一個或多個梯度線圈互連250可位於患者端242或者位於服務端240和患者端242。在一實施例中，一個或多個梯度線圈互連250可位於圍繞如圖4所示圓柱形梯度線圈組合件的末端的不同位置。圖4是根據一實施例、沿圖3的線條4-4所取的圖3的梯度線圈組合件的橫截面視圖的示意圖。在圖4所示實施例中，三個梯度線圈互連350位於圍繞梯度線圈組合件的末端的周長的各種位置。每個梯度線圈連接器350將內部梯度線圈組合件324中的線圈耦合到外部梯度線圈組合件326中的相應線圈。如上所述，內部梯度線圈組合件324和外部梯度線圈組合件326通過容積338中的接合材料接合在一起。回到圖3，梯度線圈互連250包括如圖5更詳細示出的導線組合件和加強材料。圖5是根據一實施例、具有梯度線圈互連的梯度線圈設備的示意橫截面圖。梯度線圈互連450耦合成連接內部梯度線圈462和外部梯度線圈460。梯度線圈互連450包括具有第一端456和第二端458的導線組合件452。導線組合件452的第一端456耦合到外部梯度線圈460，並且導線組合件452的第二端458耦合到內部梯度線圈462。導線組合件452的第一端456和第二端458可使用例如焊接或諸如壓接的機械緊固的各種方法，分別連接到外部梯度線圈260和內部梯度線圈462。一部分導線組合件452環繞有配置成提供剛度和絕緣的加強材料454。加強材料優選是具有剛性屬性的非金屬材料。加強材料454可根據希望或需要調整大小和形狀，以便例如基於連接要求具有不同形狀的橫截面。未環繞有加強 材料454的導線組合件452的部分(例如，第一端456和第二端458)為應變或應力消除提供柔性。導線組合件452包括多條導線。圖6是根據一實施例的示範梯度線圈互連的頂部透視圖。梯度線圈互連550可在諸如上面關於圖2-5所述的梯度線圈組合件中使用。梯度線圈互連550包括多個單獨的導線導體572，各具有圓形橫截面，並且各具有大致相同長度。基於連接的要求，可使用不同數量的導線。每個導線導體572通過在導線導體572的外部表面圍繞設置並環繞該外部表面的電絕緣材料574而單獨絕緣。導線導體572由諸如銅或銀等高導電材料形成。另外，選擇絕緣材料574以承受高擊穿電壓。在此實施例中，導線導體572配置為並聯布置，使得導體572沿梯度線圈互連550的長度相互平行延伸。梯度線圈互連550還包括加強材料576，加強材料配置成包起多個被絕緣的導線導體572以使導線導體572關於彼此保持在相對固定的位置。加強材料576優選是具有剛性屬性的非金屬材料，並且可根據希望或需要調整大小和形狀，以便例如基於連接要求而具有不同形狀的橫截面。圖7是根據一實施例的另一示範梯度線圈互連的頂部透視圖。梯度線圈互連650可在諸如上面關於圖2-5所述的梯度線圈組合件中使用。梯度線圈互連650包括多個單獨的導線導體682，各具有圓形橫截面，並且各具有大致相同長度。基於連接的要求，可使用不同數量的導線。每個導線導體682通過在導線導體682的外部表面圍繞設置並環繞該外部表面的電絕緣材料684而單獨絕緣。導線導體682由諸如銅或銀等高導電材料形成。另夕卜,選擇絕緣材料684以承受高擊穿電壓。在此實施例中，導線導體682還紡織、扭絞或編織在一起以形成梯度線圈互連650的導線組合件。具體而言，彎曲或形成多個單獨的導線導體682，使得每個導線導體的形狀形成螺旋。另外，將單獨的螺旋相互交織或編織在一起，以形成梯度線圈互連650的導線組合件。梯度線圈互連650也包括加強材料686，加強材料686配置成使導線導體682相對於彼此保持在相對固定的位置。加強材料686優選是具有剛性屬性的非金屬材料，並且可根據希望或需要調整大小和形狀，以便例如基於連接要求而具有不同形狀的橫截面。此書面描述使用示例公開了本發明，包括最佳模式，並且也允許本領域的任何技術人員製造和使用本發明。本發明可取得專利的範圍由權利要求定義，並且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求書面語言不同的結構要素， 或者包括具有與權利要求書面語言非實質不同的等效結構要素，則它們預計在權利要求範圍內。任何過程或方法步驟的次序和順序可根據備選實施例進行改變或重新定序。在不背離本發明的精神的情況下，可對本發明進行許多其它更改和修改。從隨附權利要求將明白這些和其它變化的範圍。附圖標記說明
權利要求
1.一種用於磁共振成像(MRI)系統的梯度線圈設備(204)，所述梯度線圈設備包括 內部梯度線圈組合件，包括至少一個內部梯度線圈(462); 外部梯度線圈組合件，包括至少一個外部梯度線圈(460);以及 至少一個梯度線圈互連(450)，耦合到所述內部梯度線圈和所述外部梯度線圈，所述梯度線圈互連包括 導線組合件(452)，包括多個導體並具有電耦合到所述外部梯度線圈組合件的第一端(456 )和電耦合到所述內部梯度線圈的第二端(458 );以及 加強材料(454)，圍繞所述導線組合件的一部分設置。
2.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述多個導體(572、682)的每個包括圍繞所述導體的外表面設置的絕緣材料(574、584)。
3.如權利要求2所述的梯度線圈設備，其中所述多個導體(572、682)的每個具有圓形橫截面。
4.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述多個導體(682)編織在一起。
5.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述至少一個內部梯度線圈(462)是內部X梯度線圈，以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部X梯度線圈。
6.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述至少一個內部梯度線圈(462)是內部Y梯度線圈，以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部Y梯度線圈。
7.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述至少一個內部梯度線圈(462)是內部Z梯度線圈，以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部Z梯度線圈。
8.如權利要求I所述的梯度線圈設備，其中所述內部梯度線圈組合件(224)包括內部X梯度線圈、內部Y梯度線圈和內部Z梯度線圈，所述外部梯度線圈組合件(226)包括外部X梯度線圈、外部Y梯度線圈和外部Z梯度線圈，並且所述梯度線圈設備還包括電耦合到所述內部X梯度線圈和所述外部X梯度線圈的第一梯度線圈互連(250、350)、電耦合到所述內部Y梯度線圈和所述外部Y梯度線圈的第二梯度線圈互連(250、350)及耦合到所述內部Z梯度線圈和所述外部Z梯度線圈的第三梯度線圈互連(250、350)。
9.一種用於在磁共振成像(MRI)系統中的梯度線圈之間提供電連接的梯度線圈互連(250、450)，所述梯度線圈互連包括 導線組合件(452)，包括多個導體並電耦合在所述梯度線圈之間；以及 加強材料(454)，圍繞所述導線組合件的一部分設置。
10.如權利要求9所述的梯度線圈互連，其中所述多個導體(572、582)的每個包括圍繞所述導體的外表面設置的絕緣材料(574、584)。
11.如權利要求10所述的梯度線圈互連，其中所述多個導體(572、582)的每個具有圓形橫截面。
12.如權利要求9所述的梯度線圈互連，其中所述多個導體(572、582)的每個包含銅。
13.如權利要求9所述的梯度線圈互連，其中所述多個導體(572、582)編織在一起。
14.如權利要求9所述的梯度線圈互連，其中所述加強材料(454)是非金屬材料。
全文摘要
一種用於磁共振成像(MRI)系統的梯度線圈設備(204)包含包括至少一個內部梯度線圈(462)的內部梯度線圈組合件和包括至少一個外部梯度線圈(460)的外部梯度線圈組合件。至少一個梯度線圈互連(450)耦合到內部梯度線圈和外部梯度線圈。梯度線圈互連包含包括多個導體的導線組合件(452)。導線組合件具有電耦合到外部梯度線圈組合件的第一端(456)和電耦合到內部梯度線圈的第二端(458)。梯度線圈互連還包括圍繞導線組合件的一部分設置的加強材料(454)。
文檔編號G01R33/385GK102809736SQ20121017505
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者江隆植, T.J.黑文斯, J.小斯卡圖羅, W.L.埃恩齊格, T.K.基丹 申請人:通用電氣公司