一种平板式梯度线圈的制作方法

本实用新型涉及磁共振成像（MRI）系统的梯度线圈领域，特别涉及。

背景技术：

梯度线圈是MRI系统的主要部件之一，主要作用是产生三个正交方向的梯度磁场对MRI信号进行空间定位、相位编码及频率编码，性能指标主要包括梯度场强、磁场线性度、有效容积、梯度场切换率和涡流问题，其性能的好坏直接影响到MRI的成像速度和质量。

现有平板梯度线圈的制作主要有两种方式：矩形铜线绕制和铜板切割。平板梯度线圈形状的不规则，不宜用矩形铜线绕制。这两种方式都存在梯度线圈的外接线问题，外接导线需要进行焊接，不仅制作复杂，而且焊接处电阻变大，容易发热，影响梯度线圈性能。铜板切割技术还需考虑最外圈线圈的处理，切割后的线圈影响梯度场的线性度，从而减小了有效容积。平板线圈的制作及外接导线的连接成为难题。

技术实现要素：

为解决上述背景技术存在的问题，本实用新型提供一种平板式梯度线圈，解决了现有技术平板线圈外接导线制作复杂、影响线圈性能和产热高的问题，同时增大了梯度线圈有效容积。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种平板式梯度线圈，由一对上下对称的子线圈组成，每个子线圈由内至外依次为X线圈、Z线圈、Y线圈和屏蔽线圈，和设置在X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈周围的绝缘层。

作为优选，所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈均为螺旋分布的变宽铜环状结构；所述的绝缘层填充在X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈的自身间隙，以及X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈之间的间隙内，使得所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈之间保持固定的相对距离，所述的绝缘层在Z线圈所在的平面设有供X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈导入和引出的通孔，所述的绝缘层为环氧树脂材料。

作为优选，所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈均分别延伸出一个外接导线接头、一个梯度放大器接头和内部导线，所述的外接导线接头和梯度放大器接头均为扁平铜环状结构，均通过内部导线与X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈连接；所述的Z线圈设有为X、Y线圈的内部导线放置的中心通孔；所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈通过外接导线接头连接外部导线，实现与上下对称的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈的电气连接，所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈通过的梯度放大器接头与梯度放大器连接。

作为优选，所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈，所述的外接导线接头，所述的梯度放大器接头，以及所述的内部导线均分别为形状不同的一次成型的整体铜组件；所述的X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈的外接导线接头和梯度放大器接头，以及所述的内部导线均为金属3D打印专用的紫铜材料。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本实用新型通过直接采用3D打印技术，直接3D打印一次成型整体的导电线圈和其外接导线，避免了线圈与外接导线之间、外接导线与外接导线之间和外接导线与梯度放大器之间接头的制作过程中制作复杂、焊点发热的问题，节省了制作时间，提高了梯度磁场的线性度。

本实用新型采用3D打印技术，梯度线圈制作的可重复性好，性能稳定，适用于批量制作，进而提高了制作效率。

本实用新型通过合理的结构设计，去掉外接导线层，减小了梯度线圈的厚度，从而增大了竖直开放空间，增大了有效容积。

附图说明

图1 为本实用新型一种平板式梯度线圈结构示意图。

图2 为本实用新型一种平板式梯度线圈的局部放大图。

图3 为本实用新型一个具体实施方式的X线圈平面展开图。

图4 为本实用新型一个具体实施方式的Y线圈平面展开图。

图5 为本实用新型一个具体实施方式的Y线圈示意图。

图6 为图5中Ⅰ的局部放大图。

图7 为图5中Ⅱ的局部放大图。

图8 为图5中Ⅲ的局部放大图。

图9 为本实用新型一个具体实施方式的Z线圈平面展开图。

图10 为本实用新型一个具体实施方式的屏蔽线圈平面展开图。

图11 为本实用新型一个具体实施方式的屏蔽线圈示意图。

图12 为图11中Ⅰ的局部放大图。

图13 为图11中Ⅱ的局部放大图。

图14 为本实用新型一种平板式梯度线圈的子线圈径向切面剖视图。

图15 为图14中Ⅰ的局部放大图。

图16 为图14中Ⅱ的局部放大图。

图17 为图14中Ⅲ的局部放大图。

图中：1、X线圈；2、Y线圈；3、Z线圈；4、屏蔽线圈；5、绝缘层；6、外部导线；7、子线圈；8、开放式磁体；11、X线圈的外接导线接头；12、X线圈的梯度放大器接头；13、X线圈的内部导线；21、Y线圈的外接导线接头；22、Y线圈的梯度放大器接头；23、Y线圈的内部导线；31、Z线圈的外接导线接头；32、Z线圈的梯度放大器接头；33、Z线圈的内部导线；34、Z线圈中心通孔；41、屏蔽线圈的外接导线接头；42、屏蔽线圈的梯度放大器接头；43、屏蔽线圈的内部导线。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和优点有更加清晰地认识，以下参阅附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型一种平板式梯度线圈，所述的平板式梯度线圈设置在一个开放式磁体8内，中间为成像区域（DSV），包括沿开放式磁体中心线上下对称的一对子线圈7，所述的一对子线圈7通过外部导线6相互连接，所述的子线圈7包括由内至外依次设置的X线圈1、Z线圈3、Y线圈2和屏蔽线圈4，和设置在X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4周围的绝缘层5。

如图2所示，本实用新型一种平板式梯度线圈，所述的绝缘层5填充在X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈的自身间隙，以及X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈之间的间隙内，使得所述的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4之间保持固定的相对距离，所述的绝缘层5在Z线圈所在的平面设有供X线圈、Y线圈、Z线圈和屏蔽线圈导入和引出的通孔，所述的绝缘层5为环氧树脂材料。

如图3所示，本实用新型一种平板式梯度线圈的X线圈1为螺旋分布的变宽铜环状结构，X线圈1自身留有填充绝缘层5的间隙，用于导电线圈之间的绝缘和固定；X线圈1延伸出一个外接导线接头11和一个梯度放大器接头12；导线13为X线圈的内部导线。

如图4和图5所示，本实用新型一种平板式梯度线圈的Y线圈2为螺旋分布的变宽铜环状结构，Y线圈2自身留有填充绝缘层5的间隙，用于导电线圈之间的绝缘和固定；Y线圈2延伸出一个外接导线接头21和一个梯度放大器接头22；导线23为Y线圈的内部导线。

如图5和图14所示，Y线圈2的电流由在Z线圈层面的梯度放大器接头22开始进入，由预留的孔流入X线圈所在层面，经过X线圈所在层面的属于Y线圈2的内部导线23，由预留的孔流入进入Z线圈所在层面，再由预留的孔流入X线圈所在层面，经过X线圈所在层面的属于Y线圈2的内部导线23，由预留的孔流入Y线圈2层面，经过Y线圈2后，由预留的孔流入在Z线圈层面的外接导线接头21导出。

另外，其他线圈的电流流向类似，在此不再赘述。

如图9所示，本实用新型一种平板式梯度线圈的Z线圈3为螺旋分布的变宽铜环状结构，Z线圈3自身留有填充绝缘层5的间隙，用于导电线圈之间的绝缘和固定；Z线圈3延伸出一个外接导线接头31和一个梯度放大器接头32；导线33为Z线圈的内部导线，Z线圈3的中心通孔34为X、Y线圈内部导线31、32的预留空隙。

如图10和图11所示，本实用新型一种平板式梯度线圈的屏蔽线圈4为螺旋分布的变宽铜环状结构，屏蔽线圈4自身留有填充绝缘层5的间隙，用于导电线圈之间的绝缘和固定；屏蔽线圈4延伸出一个外接导线接头41和一个梯度放大器接头42；导线43为屏蔽线圈的内部导线。

如图3、图4、图9和图10所示，所述的外接导线接头11、21、31、41和梯度放大器接头12、22、32、42均为扁平铜环状结构，所述的外接导线接头11、21、31、41和梯度放大器接头12、22、32、42与X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4均通过内部导线13、23、33、43连接。所述的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4，所述的外接导线接头11、21、31、41，所述的梯度放大器接头12、22、32、42，以及所述的内部导线13、23、33、43均分别为形状不同的一次成型的整体铜组件，所述的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4，所述的外接导线接头11、21、31、41和梯度放大器接头12、22、32、42，以及所述的内部导线13、23、33、43均为金属3D打印专用的紫铜材料。

如图1所示，所述的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4通过外接导线接头11、21、31、41连接外部导线7，实现与上下对称的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4的电气连接，所述的X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4通过的梯度放大器接头12、22、32、42与梯度放大器连接。

本实用新型一种平板式梯度线圈的制作方法，包括以下步骤：

步骤一，根据X线圈1，X线圈1的外接导线接头11和梯度放大器接头12，以及与X线圈1相连的内部导线13预设模型，如图3所示的结构作为预设模型，存为STL格式文件，输入3D打印机，在平板支撑结构上，采用金属材料3D打印技术一次成型，所采用的3D打印技术包括选择性激光烧结（SLS）、电子束熔融（EBM）等适用于金属的3D打印技术；

再根据X线圈1的自身间隙预设模型，以原平板支撑结构和X线圈1为新的支撑结构，采用环氧树脂材料3D打印技术一次成型绝缘层5，所采用的3D打印技术包括选择性激光烧结（SLS）和立体光固化成型（SLA）等；

步骤二，根据Y线圈2，Y线圈2的外接导线接头21和梯度放大器接头22，以及与Y线圈2相连的内部导线23预设模型，如图5所示的结构作为预设模型，存为STL格式文件，输入3D打印机，在平板支撑结构上，采用金属材料3D打印一次成型；

再根据Y线圈2的自身间隙预设模型，以原平板支撑结构和Y线圈2为新的支撑结构，采用环氧树脂材料3D打印技术一次成型绝缘层5；

步骤三，根据Z线圈3，Z线圈3的外接导线接头31和梯度放大器接头32，以及与Z线圈3相连的内部导线33预设模型，如图9所示的结构作为预设模型，存为STL格式文件，输入3D打印机，在平板支撑结构上，采用金属材料3D打印一次成型；

再根据Z线圈3的自身间隙预设模型，以原平板支撑结构和Z线圈3为新的支撑结构，采用环氧树脂材料3D打印技术一次成型绝缘层5；

步骤四，根据屏蔽线圈4，屏蔽线圈4的外接导线接头41和梯度放大器接头42，以及与屏蔽线圈4相连的内部导线43预设模型，如图11所示的结构作为预设模型，存为STL格式文件，输入3D打印机，在平板支撑结构上，采用金属材料3D打印一次成型；

再根据屏蔽线圈4的自身间隙预设模型，以原平板支撑结构和屏蔽线圈4为新的支撑结构，采用环氧树脂材料3D打印技术一次成型绝缘层5；

步骤五，由上述的步骤将梯度线圈所有组件通过3D打印制作完成后，将所有组件组装成型为一个子线圈7，并在X线圈1、Y线圈2、Z线圈3和屏蔽线圈4的之间间隙灌注绝缘材料环氧树脂，具体的组装和灌胶工艺流程，可采用现有的工艺流程，具体不再赘述；

步骤六，类似的流程，制作另一个子线圈7，具体不再赘述；

步骤七，通过外部导线6将一对子线圈7连接，一对子线圈7安装在开放式磁体8上，且沿开放式磁体8中心线上下对称。

以上上述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。