专利名称：用于在梯度线圈组合件中提供互连的系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁共振成像(MRI)系统，并且具体地说，涉及用于在屏蔽梯度线圈组合件(shielded gradient coil assembly)中的内部与外部梯度线圈之间提供互连的系统和设备。
背景技术：
磁共振成像(MRI)是能够不使用X射线或其它电离辐射而创建人体内部的图片的医学成像模式。MRI使用强大的磁体来创建强的均匀静态磁场(B卩，“主磁场”)。人体或部分人体处于主磁场中时，与组织水中的氢核相关联的核自旋成为极化的。这意味着与这些自旋相关联的磁矩成为沿主磁场方向优先对齐，导致沿该轴(按惯例为“z轴”)的小的净组织磁化(net tissue magnetization)。MRI系统还包括称为梯度线圈的部件,在电流施加到这些梯度线圈时它们产生更小幅度、在空间上改变的磁场。典型地，梯度线圈设计为产生沿z轴对齐并且沿x、y或z轴之一幅度随位置线性变化的磁场分量。梯度线圈的效应是创建沿单个轴在磁场强度上以及伴随地在核自旋的共振频率上的小斜坡(ramp :线性变化)。具有正交轴的三个梯度线圈用于通过在体内的各个位置创建特征共振频率来对MR信号“空间编码”。射频(RF)线圈用于在氢核的共振频率或附近创建RF能量的脉冲。RF线圈用于以受控方式将能量添加到核自旋系统。由于核自旋随后弛豫回到其静能状态(rest energystate)，它们以RF信号的形式放出能量。此信号由MRI系统检测并使用计算机和已知的重新构建算法变换成图像。在MRI系统中使用的梯度线圈组合件可以是屏蔽梯度线圈组合件，由使用诸如环氧树脂等材料接合在一起的内部和外部梯度线圈组合件构成。典型地，内部梯度线圈组合件包括X、Y和Z梯度线圈对或组的内部(或主要)线圈，并且外部梯度线圈组合件包括X、Y和Z梯度线圈对或组的相应外部(或屏蔽)线圈。Z梯度线圈典型地为圆柱形，其中导体呈螺旋状缠绕圆柱表面。横向X和Y梯度线圈通常由具有绝缘衬层的铜板形成。导体匝图案(例如指纹图案)可在梯度线圈的铜层中切割。相应内部和外部梯度线圈使用互连或连接器耦合在一起以提供电气和信号连接。典型地，梯度线圈互连由诸如平板形式的铜等固态、刚性的传导材料形成。在梯度线圈组合件的操作期间，内部和外部梯度线圈受到相反的电磁力，电磁力在内部和外部梯度线圈组合件以及内部与外部梯度线圈之间的互连上造成机械应力。在梯度线圈组合件的操作期间的力和应力能够造成固态、刚性互连断裂。期望提供能够承受在梯度线圈组合件的操作期间发生的力和应力的互连以获得改进的性能和增大的可靠性。
发明内容
根据一实施例，一种用于磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈设备，梯度线圈设备包含内部梯度线圈组合件，包含至少一个内部梯度线圈；外部梯度线圈组合件，包含至少一个外部梯度线圈；以及至少一个梯度线圈互连，耦合到内部梯度线圈和外部梯度线圈，梯度线圈互连包含导线组合件，包含多个导体，并具有电耦合到外部梯度线圈组合件的第一端和电耦合到内部梯度线圈的第二端；以及加强材料，围绕导线组合件的一部分设置。根据另一实施例，一种用于提供磁共振成像(MRI)系统中的梯度线圈之间的电连接的梯度线圈互连，梯度线圈互连包含导线组合件，包含多个导体，并电耦合在梯度线圈之间；以及加强材料，围绕导线组合件的一部分设置。
从结合附图进行的以下详细描述中，将更全面地理解本发明，其中类似的参考标号表示类似的部分，其中 图I是根据一实施例的示范磁共振成像(MRI)系统的示意框 图2是根据一实施例的磁体组合件的示意侧视 图3是根据一实施例的屏蔽梯度线圈组合件的示意横截面 图4是根据一实施例、沿图3的线条4-4所取的图3的梯度线圈组合件的横截面视图的不意 图5是根据一实施例、具有梯度线圈互连的梯度线圈设备的示意横截面 图6是根据一实施例的示范梯度线圈互连的顶部透视图；以及 图7是根据一实施例的另一示范梯度线圈互连的顶部透视图。
具体实施例方式图I是根据一实施例的示范磁共振成像(MRI)系统的示意框图。MRI系统10的操作从包括键盘或其它输入装置13、控制面板14及显示器16的操作员控制台12控制。控制台12通过链路18与计算机系统20进行通信，并且为操作员提供规定MRI扫描、显示结果图像、执行对图像的图像处理以及存档数据和图像的接口。计算机系统20包括通过电气和/或数据连接来相互通信的多个模块，例如通过使用背板20a而提供的连接。数据连接可以是直接有线链路，或可以是光纤连接或无线通信链路或诸如此类。计算机系统20的模块包括图像处理器模块22、CPU模块24可包括用于存储图像数据阵列的帧缓冲器的存储器模块26。在一备选实施例中，图像处理器模块22可由CPU模块24上的图像处理功能性替代。计算机系统20链接到存档介质装置、永久性或备份存储装置或网络。计算机系统20也可通过链路34与单独的系统控制计算机32通信。输入装置13能包括鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球、触摸激活屏、光棒(light wand)、语音控制或任何类似或等效输入装置，并且可用于交互式几何形状规定。系统控制计算机32包括经由电气和/或数据连接32a相互通信的模块集。数据连接32a可以是直接有线链路，或可以是光纤连接或无线通信链路或诸如此类。在备选实施例中，计算机系统20和系统控制计算机32的模块可在同一计算机系统或多个计算机系统上实现。系统控制计算机32的模块包括CPU模块36和通过通信链路40连接到操作员控制台12的脉冲生成器模块38。脉冲生成器模块38可备选集成到扫描仪设备(例如，共振组合件52)中。系统控制计算机32正是通过链路40从操作员接收命令以指示要执行的扫描序列。通过发送描述要产生的RF脉冲和脉冲序列的定时、强度和形状及数据采集窗口的定时与长度的指令、命令和/或请求，脉冲生成器模块38操作放出(即，执行)所需脉冲序列的系统部件。脉冲生成器模块38连接到梯度放大器系统42，并产生控制在扫描期间要使用的梯度脉冲的定时和形状的称为梯度波形的数据。脉冲生成器模块38也可从生理采集控制器44接收患者数据，该控制器从连接到患者的多个不同传感器接收信号，如来自附连到患者的电极的ECG信号。脉冲生成器模块38连接到扫描室接口电路46，该电路从与患者的状况和磁体系统相关联的各种传感器接收信号。患者定位系统48正是通过扫描室接口电路46接收命令以将患者平台移动到扫描的所需位置。脉冲生成器模块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统42。各个梯度放大器激励概括地表示为50的梯度线圈组合件中的对应的实际的梯度线圈以产生用于将所采集的信号空间编码的磁场梯度脉冲。梯度线圈组合件50形成包括 具有超导主线圈54的极化超导磁体的共振组合件52的一部分。共振组合件52可包括整体RF线圈56、表面或平行成像线圈76或两者。RF线圈组合件的线圈56、76可配置用于传送和接收或用于只传送或只接收。患者或成像物体70可位于共振组合件52的圆柱形患者成像容积72内。系统控制计算机32中的收发器模块58产生由RF放大器60放大并由传送/接收开关62耦合到RF线圈56、76的脉冲。患者中被激励核发射的结果信号可由相同RF线圈56感测到并通过传送/接收开关62耦合到前置放大器64。备选地，被激励核发射的信号可由诸如平行线圈或表面线圈76等单独的接收线圈感测到。放大的MR信号在收发器58的接收器部分中进行解调、滤波和数字化。传送/接收开关62由来自脉冲生成器模块38的信号控制以便在传送模式期间将RF放大器60电连接到RF线圈56，并在接收模式期间将前置放大器64连接到RF线圈56。传送/接收开关62也能够允许在传送或接收模式中使用单独的RF线圈(例如，平行或表面线圈76)。由RF线圈56或平行或表面线圈76感测到的MR信号由收发器模块58数字化，并传送到在系统控制计算机32中的存储器模块66。典型地，对应于MR信号的数据的帧暂时存储在存储器模块66中，直至它们随后被变换以创建图像。阵列处理器68使用已知的变换方法(最常用的是傅立叶变换)从MR信号创建图像。这些图像通过链路34传递到计算机系统20，在系统中它存储在存储器中。响应从操作员控制台12收到的命令，此图像数据可以长期存储方式存档，或者它可由图像处理器22进一步处理并输送到操作员控制台12并在显示器16上显示。图2是根据一实施例的共振组合件的示意侧视图。共振组合件100可在MRI系统中使用，如图I所示的MRI系统10。共振组合件100为圆柱形，并且除其它元件外，还包括超导磁体102、梯度线圈组合件104及RF线圈106。为清晰起见，从图2中忽略了诸如盖板、支撑、悬吊构件、端盖、支架等各种其它元件。圆柱形患者容积或腔108环绕有患者腔管110。RF线圈106为圆柱形，并且围绕患者腔管110的外表面设置并安装在圆柱形梯度线圈组合件104内侧。梯度线圈组合件104围绕RF线圈106设置，是间隔的同轴关系，并且梯度线圈组合件104沿圆周环绕RF线圈106。梯度线圈组合件104安装在磁体102内侧，并且由磁体102沿圆周环绕。患者或成像物体112可在患者平台或摇篮床116沿中心轴114 (例如，Z轴)插入共振组合件100。患者平台或摇篮床116在共振组合件的“患者端” 142插入共振组合件，并且圆柱形共振组合件的相反端是“服务端” 140。中心轴114沿与磁体102生成的主磁场BO的方向平行的共振组合件100的管轴对齐。如MR成像领域熟知的一样，RF线圈106可用于施加射频脉冲(或多个脉冲)到患者或物体112，并且可用于接收从物体112返回的MR信息。梯度线圈组合件104生成用于以已知方式将成像容积中的点空间编码的时间相关梯度磁脉冲。超导磁体102例如可包括几个径向对齐而纵向间隔的超导线圈118，各个超导线圈能够携带大电流。超导线圈118设计为在患者容积108内创建磁场B0。超导线圈118密封在低温封套122内的低温环境中。低温环境设计为保持超导线圈118的温度低于适当的临界温度，以便超导线圈118处于具有零电阻的超导状态。低温封套122例如可包括用于以已知方式容纳和冷却磁体绕组的氦容器(未示出)和热或冷屏蔽(未示出)。超导磁体102 由例如低温保持器容器等磁体容器120密封。磁体容器120配置成保持真空并且防止热传送到低温封套122。梯度线圈组合件104是自屏蔽梯度线圈组合件。梯度线圈组合件104包括关于公共轴114以同轴式布置设置的圆柱形内部梯度线圈组合件或绕组124和圆柱形外部梯度线圈组合件或绕组126。内部梯度线圈组合件124包括内部(或主要)X、Y和Z梯度线圈，并且外部梯度线圈组合件126包括相应的外部(或屏蔽)X、Y和Z梯度线圈。梯度线圈组合件104的线圈可借助于使电流通过线圈来激活，以生成如MR成像中所需的在患者容积108中的梯度场。在内部梯度线圈组合件124与外部梯度线圈组合件126之间的容积138或空间可填充有接合材料，例如环氧树脂、粘弹性树脂、聚氨酯等。备选地，具有诸如玻璃珠、硅和铝等填充材料的环氧树脂可用作接合材料。应理解的是，可使用除如上关于图I和2所述圆柱形组合件外的其它磁体和梯度拓扑。例如,在对合开放式(split-open) MRI系统中的平缓梯度几何形状也可利用如下所述本发明的实施例。使用如图3所示的互连，将内部梯度线圈组合件124中的X、Y和Z梯度线圈耦合到外部梯度线圈组合件126中的对应X、Y或Z梯度线圈。图3是根据一实施例的屏蔽梯度线圈组合件的示意横截面图。为清晰起见，从图3中忽略了诸如盖板、支撑、悬吊构件、端盖、支架等各种元件。梯度线圈组合件204可插入MRI系统的共振组合件中，如图2示出的共振组合件100。外部梯度线圈组合件226和内部梯度线圈组合件224使用容积238中的接合材料(例如，环氧树脂、粘弹性树脂、聚氨酯等)接合在一起。梯度线圈互连或连接器250用于将内部梯度线圈组合件224中的线圈耦合到外部梯度线圈组合件226中的相应线圈。互连250用于允许在内部与外部梯度线圈之间的电气和信号连接性。互连250可用于将内部X梯度线圈连接到外部X梯度线圈。互连250可用于将内部Y梯度线圈连接到外部Y梯度线圈。互连250可用于将内部Z梯度线圈连接到外部Z梯度线圈。一个或多个梯度线圈互连可位于图3所示梯度线圈组合件204的服务端240。在备选实施例中，一个或多个梯度线圈互连250可位于患者端242或者位于服务端240和患者端242。在一实施例中，一个或多个梯度线圈互连250可位于围绕如图4所示圆柱形梯度线圈组合件的末端的不同位置。图4是根据一实施例、沿图3的线条4-4所取的图3的梯度线圈组合件的横截面视图的示意图。在图4所示实施例中，三个梯度线圈互连350位于围绕梯度线圈组合件的末端的周长的各种位置。每个梯度线圈连接器350将内部梯度线圈组合件324中的线圈耦合到外部梯度线圈组合件326中的相应线圈。如上所述，内部梯度线圈组合件324和外部梯度线圈组合件326通过容积338中的接合材料接合在一起。回到图3，梯度线圈互连250包括如图5更详细示出的导线组合件和加强材料。图5是根据一实施例、具有梯度线圈互连的梯度线圈设备的示意横截面图。梯度线圈互连450耦合成连接内部梯度线圈462和外部梯度线圈460。梯度线圈互连450包括具有第一端456和第二端458的导线组合件452。导线组合件452的第一端456耦合到外部梯度线圈460，并且导线组合件452的第二端458耦合到内部梯度线圈462。导线组合件452的第一端456和第二端458可使用例如焊接或诸如压接的机械紧固的各种方法，分别连接到外部梯度线圈260和内部梯度线圈462。一部分导线组合件452环绕有配置成提供刚度和绝缘的加强材料454。加强材料优选是具有刚性属性的非金属材料。加强材料454可根据希望或需要调整大小和形状，以便例如基于连接要求具有不同形状的横截面。未环绕有加强 材料454的导线组合件452的部分(例如，第一端456和第二端458)为应变或应力消除提供柔性。导线组合件452包括多条导线。图6是根据一实施例的示范梯度线圈互连的顶部透视图。梯度线圈互连550可在诸如上面关于图2-5所述的梯度线圈组合件中使用。梯度线圈互连550包括多个单独的导线导体572，各具有圆形横截面，并且各具有大致相同长度。基于连接的要求，可使用不同数量的导线。每个导线导体572通过在导线导体572的外部表面围绕设置并环绕该外部表面的电绝缘材料574而单独绝缘。导线导体572由诸如铜或银等高导电材料形成。另外，选择绝缘材料574以承受高击穿电压。在此实施例中，导线导体572配置为并联布置，使得导体572沿梯度线圈互连550的长度相互平行延伸。梯度线圈互连550还包括加强材料576，加强材料配置成包起多个被绝缘的导线导体572以使导线导体572关于彼此保持在相对固定的位置。加强材料576优选是具有刚性属性的非金属材料，并且可根据希望或需要调整大小和形状，以便例如基于连接要求而具有不同形状的横截面。图7是根据一实施例的另一示范梯度线圈互连的顶部透视图。梯度线圈互连650可在诸如上面关于图2-5所述的梯度线圈组合件中使用。梯度线圈互连650包括多个单独的导线导体682，各具有圆形横截面，并且各具有大致相同长度。基于连接的要求，可使用不同数量的导线。每个导线导体682通过在导线导体682的外部表面围绕设置并环绕该外部表面的电绝缘材料684而单独绝缘。导线导体682由诸如铜或银等高导电材料形成。另夕卜,选择绝缘材料684以承受高击穿电压。在此实施例中，导线导体682还纺织、扭绞或编织在一起以形成梯度线圈互连650的导线组合件。具体而言，弯曲或形成多个单独的导线导体682，使得每个导线导体的形状形成螺旋。另外，将单独的螺旋相互交织或编织在一起，以形成梯度线圈互连650的导线组合件。梯度线圈互连650也包括加强材料686，加强材料686配置成使导线导体682相对于彼此保持在相对固定的位置。加强材料686优选是具有刚性属性的非金属材料，并且可根据希望或需要调整大小和形状，以便例如基于连接要求而具有不同形状的横截面。此书面描述使用示例公开了本发明，包括最佳模式，并且也允许本领域的任何技术人员制造和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求书面语言不同的结构要素， 或者包括具有与权利要求书面语言非实质不同的等效结构要素，则它们预计在权利要求范围内。任何过程或方法步骤的次序和顺序可根据备选实施例进行改变或重新定序。在不背离本发明的精神的情况下，可对本发明进行许多其它更改和修改。从随附权利要求将明白这些和其它变化的范围。附图标记说明
权利要求
1.一种用于磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈设备(204)，所述梯度线圈设备包括 内部梯度线圈组合件，包括至少一个内部梯度线圈(462); 外部梯度线圈组合件，包括至少一个外部梯度线圈(460);以及 至少一个梯度线圈互连(450)，耦合到所述内部梯度线圈和所述外部梯度线圈，所述梯度线圈互连包括 导线组合件(452)，包括多个导体并具有电耦合到所述外部梯度线圈组合件的第一端(456 )和电耦合到所述内部梯度线圈的第二端(458 );以及 加强材料(454)，围绕所述导线组合件的一部分设置。
2.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述多个导体(572、682)的每个包括围绕所述导体的外表面设置的绝缘材料(574、584)。
3.如权利要求2所述的梯度线圈设备，其中所述多个导体(572、682)的每个具有圆形横截面。
4.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述多个导体(682)编织在一起。
5.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述至少一个内部梯度线圈(462)是内部X梯度线圈，以及所述至少一个外部梯度线圈(460)是外部X梯度线圈。
6.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述至少一个内部梯度线圈(462)是内部Y梯度线圈，以及所述至少一个外部梯度线圈(460)是外部Y梯度线圈。
7.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述至少一个内部梯度线圈(462)是内部Z梯度线圈，以及所述至少一个外部梯度线圈(460)是外部Z梯度线圈。
8.如权利要求I所述的梯度线圈设备，其中所述内部梯度线圈组合件(224)包括内部X梯度线圈、内部Y梯度线圈和内部Z梯度线圈，所述外部梯度线圈组合件(226)包括外部X梯度线圈、外部Y梯度线圈和外部Z梯度线圈，并且所述梯度线圈设备还包括电耦合到所述内部X梯度线圈和所述外部X梯度线圈的第一梯度线圈互连(250、350)、电耦合到所述内部Y梯度线圈和所述外部Y梯度线圈的第二梯度线圈互连(250、350)及耦合到所述内部Z梯度线圈和所述外部Z梯度线圈的第三梯度线圈互连(250、350)。
9.一种用于在磁共振成像(MRI)系统中的梯度线圈之间提供电连接的梯度线圈互连(250、450)，所述梯度线圈互连包括 导线组合件(452)，包括多个导体并电耦合在所述梯度线圈之间；以及 加强材料(454)，围绕所述导线组合件的一部分设置。
10.如权利要求9所述的梯度线圈互连，其中所述多个导体(572、582)的每个包括围绕所述导体的外表面设置的绝缘材料(574、584)。
11.如权利要求10所述的梯度线圈互连，其中所述多个导体(572、582)的每个具有圆形横截面。
12.如权利要求9所述的梯度线圈互连，其中所述多个导体(572、582)的每个包含铜。
13.如权利要求9所述的梯度线圈互连，其中所述多个导体(572、582)编织在一起。
14.如权利要求9所述的梯度线圈互连，其中所述加强材料(454)是非金属材料。
全文摘要
一种用于磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈设备(204)包含包括至少一个内部梯度线圈(462)的内部梯度线圈组合件和包括至少一个外部梯度线圈(460)的外部梯度线圈组合件。至少一个梯度线圈互连(450)耦合到内部梯度线圈和外部梯度线圈。梯度线圈互连包含包括多个导体的导线组合件(452)。导线组合件具有电耦合到外部梯度线圈组合件的第一端(456)和电耦合到内部梯度线圈的第二端(458)。梯度线圈互连还包括围绕导线组合件的一部分设置的加强材料(454)。
文档编号G01R33/385GK102809736SQ20121017505
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者江隆植, T.J.黑文斯, J.小斯卡图罗, W.L.埃恩齐格, T.K.基丹 申请人:通用电气公司