专利名称：至少具有扩散部分横向梯度线圈的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种核自旋的断层造影技术(也称作磁共振断层造影，即MRT)，如它对病人进行医疗诊断。由此，本发明涉及一种具有至少一个扩散部分的非圆柱形横向梯度线圈以及这种梯度线圈的制造方法。
现有技术MRT以核自旋共振的物理现象作为基础并作为图像方法成功用于医学和生物学已经在15年以上。在这种诊断方法中，受检对象承受强恒定磁场作用。由此，事先无规则定向的原子核自旋在对象中定向。高频波可以激活这种“有序的”的核自旋，使其成为确定的振动。这种振动在MRT中形成真正的测量信号，该信号借助适合的接收线圈接收。通过由梯度线圈产生的非均匀磁场的作用，测量对象在所有三维方向被空间编码。该方法使得自由选择成像层成为可能，由此可以在各方向拍摄人体的断面图像。MRT作为在医疗诊断中的断面图像方法主要作为“非侵入”检查方法，它的特点是可以多方面对比。MRT采用了当今高梯度能力的用途，它可以在测量时间为秒和分的数量级上获得高质量的图像。MRT设备部件在技术上的不断发展以及顺序快速成像的改进开辟了MRT在医学领域的应用。用于微创外科的实时成像、神经病学的功能成像和心脏病学中的灌注测量的例子是很少的。
图1示出了现有技术MRT设备的示意断面图。该断面图示出了在被一原场磁铁1围住的内腔21中的其它部件。原场磁铁1包括超导磁线圈，它处于液态氦中并由两半壳容器式的磁外壳12围住。在由磁外壳12(也称作磁容器)围住的内腔中，通过安装件7对中地挂置梯度线圈2。梯度线圈2包括在内腔21中产生三个正交梯度磁场的三个线圈部分在患者纵向轴线(z轴)产生圆柱形梯度磁场的麦克斯韦线圈且称作轴向(梯度)线圈、以及两个彼此呈90度旋转的马鞍形线圈对，它们设置在梯度线圈2的圆柱外表面上且称作圆柱形横向(梯度)线圈。在梯度线圈2的内部同样对中安装支承管，它具有在其上安装的高频天线。支承管和高频天线在下面称作高频谐振器或“体线圈”(英语Body Coil；BC)13。梯度线圈2和体线圈13形成彼此移动的圆柱筒，它们或者形成配合或者彼此具有最大的径向间隔，其径向间隔形式为约3cm的空气缝隙。高频天线的作用是将由功率振荡器发出的脉冲转换成激活患者18原子核的交变磁场并接着接收核共振信号，即将由精确的核矩产生的交变磁场转换成在接收支路产生的电压。体线圈13的上部分通过以设计技术作为基础的斗形挡板29与磁外壳12机械连接。在内腔21的下部分中安装所谓的挡板30。在患者躺板19上的患者18通过导轨17导入系统的敞口或内部。患者躺板支承在垂直可调的支架16上。
在MRT的可能结构中，对于新型IFG设计(集成磁场发生器，英语Integrated Field Generator，IFG)，其横向马鞍形线圈对由两半部分即两短管组成，它们包括相应的梯度线圈部分并通过错接实现一单个梯度线圈的功能。
这种新型梯度线圈结构的设计明显的优点体现在MR梯度系统的效率(系统性能)上。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于使得横向马鞍形线圈与较复杂的结构匹配，即提供一种线圈设计，通过它使得横向马鞍形线圈与简单的一体圆柱形结构不同。另外，本发明所要解决的技术问题还在于提供一种这种新型梯度线圈的制造方法。
上述有关制造方法的技术问题首先可通过一种制造用于核自旋断层造影设备的带有沿轴向锥形结构的非圆柱形横向梯度线圈或梯度线圈部分的方法来解决，其包括以下步骤-制造一平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分；-将该平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分安置并固定在一支承板上；-通过将支承板滚压出锥形面，形成一锥形的马鞍形线圈或锥形的马鞍形线圈部分。
对此，通过公知的成型方法如冲压、铣削、铸造或通过将导体嵌入一平面的弯边模中制造一平面的指纹形线圈或平面指纹形线圈部分。
上述技术问题也可通过一种制造用于核自旋断层造影设备的带有沿轴向锥形结构的非圆柱形横向梯度线圈或梯度线圈部分的方法来解决，其包括以下步骤-制造一锥形的马鞍形线圈或锥形马鞍形线圈部分；-将该锥形的马鞍形线圈或锥形马鞍形线圈部分固定在一支承件的外表面上。
优选的是通过公知的成型方法如冲压、铣削、铸造或通过将导体嵌入一锥形的弯边模中或通过将导体安装在一锥形的绕卷心轴上或一锥形的支承板上来制造一锥形的马鞍形线圈或锥形马鞍形线圈部分。
上述技术问题还可通过一种制造用于核自旋断层造影设备的具有锥形端部的非圆柱形梯度线圈的方法来解决，其包括以下步骤-根据上述任一方法先制造一锥形的马鞍形线圈；-然后制造一圆柱形的马鞍形线圈部分；-最后将这两个马鞍形线圈部分的相应开环端连接起来。
本发明另外还提供一种制造用于核自旋断层造影设备的具有至少一个垂直部分和/或锥形部分的非圆柱形梯度线圈的方法，其包括以下步骤-制造不同半径的两个圆柱形马鞍形线圈部分；-将这两个圆柱形马鞍形线圈部分固定到一支承件的外表面上；-利用连接导体将这两个马鞍形线圈部分相应的开环端连接。
上述方法的一项优选设计在于，所述连接导体所在的表面形成一截锥表面或者一平坦的环形表面。
此外，所述连接导体优选是一个或两个马鞍形线圈部分的一部分并相应弯曲，以与相应的马鞍形线圈部分的对应端连接。所述连接可通过熔焊、钎焊或压扁连接实现。
另外，本发明要求保护一种用于磁共振断层造影设备的横向梯度线圈，其中，所述马鞍形线圈具有至少一个扩散部分。所述扩散部分可形成一个与轴向轴线垂直的台阶或呈锥形延伸。所述扩散部分优选在所述梯度线圈的一端部上延伸或在所述梯度线圈的整个长度上延伸。
下面参照附图描述的优选实施例进一步描述本发明的其它优点、特征和观点。其中图1示出了现有技术的具有圆柱形的一体式梯度线圈的MRT设备的示意断面图；图2A示出了具有两个不同圆柱半径的横向马鞍形线圈上半部分的俯视图；图2B示出了马鞍形线圈有关垂直过渡部分的横截面图；图2C示出了图2A所示横向马鞍形线圈上半部分的透视图；细节部分A示出了两个马鞍形线圈部分过渡部分的放大图；图3A示出了具有两个不同圆柱半径呈锥形过渡的横向马鞍形线圈上半部分的俯视图；图3B示出了图3A所示具有锥形过渡部分的横向马鞍形线圈的横截面图；图3C示出了图3A所示横向马鞍形线圈上半部分的透视图；细节部分B示出了锥形过渡部分的放大图；图4A示出了具有圆柱形部分和锥形过渡部分的横向马鞍形线圈上半部分的俯视图；图4B示出了马鞍形线圈有关呈钝角过渡部分的横截面图；图4C示出了图4A所示横向马鞍形线圈上半部分的透视图；细节部分C示出了钝角过渡部分的放大图；图5A示出了具有锥形分布的横向马鞍形线圈上半部分的俯视图；图5B示出了图5A所示锥形横向马鞍形线圈上半部分的横截面图；图5C示出了锥形横向马鞍形线圈上半部分的透视图。
具体实施例方式
图2A、2B和2C示出了根据EFG设计简单改进的梯度线圈结构的上部分(带有至少一个扩散部分的非一体式圆柱形)。在此，两个马鞍形的线圈部分31、32设置在相应两个半壳体33、34上，这两个半壳体33、34分别具有不同的圆柱半径，并且在这两个半壳体33、34之间以及进而在这两个马鞍形线圈31、32之间有一直角过渡部分36。其直角过渡部分形成梯度线圈的扩散部分，通过该扩散部分整个梯度线圈不成为圆柱形状。图2A示出了该线圈的俯视图。直角过渡部分36借助图2B可以清楚地看到通过具有不同半径的两个彼此相接的上半壳体33、34形成与圆柱轴线垂直的阶梯状扩散部分36，通过该扩散部分36的作用，两(开环的)马鞍形致偏线圈部分31、32可彼此不直接连接。这样，马鞍形(指纹形)线圈31、32形式的马鞍形线圈部分可以分开制造，亦即在垂直于圆柱轴线的平面36处分开。两个独立制造的马鞍形线圈部分31、32的连接按照细节部分A完成，即通过钎焊、熔焊、压扁连接或其它夹接使得连接导体35(或连接导体部分)与马鞍形线圈31、32开环的相应导体端连接。
可以根据通常的现有技术制造马鞍形线圈部分，即将电导体例如嵌入卷绕模件中或在卷绕装置上卷绕，接着与支承材料(通常是1mm的玻璃纤维加强的环氧树脂板)粘接并以相应的半径弯曲或成形。其支承材料形成可以机械(位置)固定其马鞍形线圈部分31、32的相应半壳体33、34。根据本发明，其马鞍形线圈部分31、32的位置固定在一装配型芯上进行，其装配型芯的几何尺寸确定了以后的梯度线圈的形状。在梯度线圈制造的最后阶段，马鞍形线圈部分31、32的相应开环的导体端通过钎焊、熔焊、压扁连接等与连接导体35(导体段)这样电连接，即通过两半壳体或马鞍形线圈部分形成贯通连续的横向线圈绕组。图2C示意性示出了非圆柱形横向梯度线圈的上半部分。两个彼此连接的半壳体33、34(作为规定形状的支座)具有相应的马鞍形线圈部分31、32，它们在扩散部分36区域通过径向设置的连接导体35连接成一个贯通连续的上部横向线圈绕组。
为了在确定的横向(X或Y)方向产生梯度磁场，整个横向梯度线圈(未示出)通过图2B所示的线圈31、32和半壳体33、34的组合与互补的下部结构一起形成。
在本发明的非圆柱形横向梯度线圈的另一结构中，通过连接导体42相对于线圈轴线(即相对于对称轴线)呈锥形延伸布置，在两半壳体40、41之间的扩散部分37被有效用于产生磁场。在图3A中示出了这种线圈的俯视图。其截锥形过渡部分37从图3B和3C可以清楚地看出。根据细节部分B.1，连接导体42呈直线地在相应马鞍形线圈部分38、39的开环导体端之间被敷设在所述装配型芯的相同锥形部分37(支座)上。根据所述的方法(钎焊、熔焊、压扁连接等)对连接部分43进行连接后，连接导体42同时定位。
连接导体42可以嵌入一平整的卷绕模件中或固定到一平整的支承板上并在这两种情况下滚压成锥形(圆锥体外表面)，以替代连接导体42在装配型芯圆锥部分上的准确定位。在另一步骤中，在两半壳体40、41之间并最后在两个马鞍形线圈部分38、39的开环导体端之间完成连接。
同样，根据本发明可以在制造马鞍形线圈部分时，通过延长这样形成第一马鞍形线圈部分39的或第二马鞍形线圈部分38的开环导体端，即单独通过延长部分的弯曲形成两个马鞍形线圈部分锥形分布的连接并只在各开环端进行焊接-焊料-卷边连接43(参见局部示图B.2，B.3)。这样，就可以省去单独制造较长的连接导体件42。另外，这种方法也适应于马鞍形线圈部分之间的直角扩散部分(参见细节部分A.2，A.3)。
在本发明的横向梯度线圈的另一结构中，线圈的扩散部分在线圈的整个端部段46上延伸，例如，图4所示梯度线圈的左侧马鞍形线圈部分44分布在圆柱形半壳体47上，而右侧马鞍形线圈部分45呈锥形分布或压印在锥形半壳体46上。这样，也省去了扩散的连接导体。左右马鞍形线圈部分44、45在相应的位置48通过上述的方法连接(细节部分C的连接部分49)。
在本发明的横向梯度线圈的又一结构中，线圈的扩散部分在线圈的整个长度上延伸，例如，图5A、5B、5C示出了梯度线圈51的上部分，它由单独的指纹马鞍形线圈构成并根据本发明压印到截锥形半壳体50上。在这种情况下，不存在马鞍形线圈部分的连接，从而不需要上述的连接技术或省去了连接导体。
为了将线圈绕组和连接导体特别是图3A-5C的马鞍形线圈或马鞍形线圈部分压印成锥形面(圆锥外表面)或呈轴向锥形分布，根据本发明采用锥形绕卷心轴、锥形(嵌入)卷绕模件或成形支承板，根据本发明它们与公知的成型方法组合(冲压、铣削、铸造等)。例如，也可以由导体表面冲压出或铣削出或通过使用相应的铸模铸造出马鞍形线圈部分或连接导体。其锥形成型可以在制造过程中或在所述方法之后进行。
另外，值得注意的是，本发明的构思包括横向梯度线圈较复杂的分布形状。例如，可以想到，梯度线圈由任意轴向结构形状的不同马鞍形线圈部分与多个扩散部分组合构成(例如呈抛物线形和/或水果布丁形)。
此外，上述的线圈设计不只局限于梯度线圈，根据本发明也可以扩展到次级线圈(补偿线圈)。
权利要求
1.一种制造用于核自旋断层造影设备的带有沿轴向锥形结构的非圆柱形横向梯度线圈或梯度线圈部分的方法，其包括以下步骤-制造一平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分；-将该平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分安置并固定在一支承板上；-通过将支承板滚压出锥形面(50，46)，形成一锥形的马鞍形线圈(51)或锥形的马鞍形线圈部分(45)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过成型方法如冲压、铣削、铸造或通过将导体嵌入一平面的弯边模中制造一平面的指纹形线圈或平面指纹形线圈部分。
3.一种制造用于核自旋断层造影设备的带有沿轴向锥形结构的非圆柱形横向梯度线圈或梯度线圈部分的方法，其包括以下步骤-制造一锥形的马鞍形线圈(51)或锥形马鞍形线圈部分(45)；-将该锥形的马鞍形线圈(51)或锥形马鞍形线圈部分(45)固定在一支承件(46、50)的外表面上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过成型方法如冲压、铣削、铸造或通过将导体嵌入一锥形的弯边模中或通过将导体安装在一锥形的绕卷心轴上或一锥形的支承板上来制造一锥形的马鞍形线圈(51)或锥形马鞍形线圈部分(45)。
5.一种制造用于核自旋断层造影设备的具有锥形端部的非圆柱形梯度线圈的方法，其包括以下步骤-根据权利要求1-4之一所述制造一锥形的马鞍形线圈(45)；-制造一圆柱形的马鞍形线圈部分(44)；-将这两个马鞍形线圈部分(44，45)的相应开环端连接起来。
6.一种制造用于核自旋断层造影设备的具有至少一个垂直部分(36)和/或锥形部分(37)的非圆柱形梯度线圈的方法，其包括以下步骤-制造不同半径的两个圆柱形马鞍形线圈部分(38、39)；-将这两个圆柱形马鞍形线圈部分固定到一支承件(40，41)的外表面上；-利用连接导体(35、42)将这两个马鞍形线圈部分(38、39)相应的开环端连接。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述连接导体(42)所在的表面形成一截锥表面。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述连接导体(35)所在表面形成一平坦的环形表面。
9.如权利要求6至8之一所述的方法，其特征在于所述连接导体(35、42)是一个或两个马鞍形线圈部分(31、32或38、39)的一部分并相应弯曲，以与相应的马鞍形线圈部分的对应端连接。
10.如权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于 所述连接通过熔焊、钎焊或压扁连接实现。
11.一种用于磁共振断层造影设备的横向梯度线圈，其特征在于所述马鞍形线圈具有至少一个扩散部分(36、37)。
12.如权利要求11所述的梯度线圈，其特征在于所述扩散部分(36)形成一个与轴向轴线垂直的台阶。
13.如权利要求11所述的梯度线圈，其特征在于所述扩散部分(37)呈锥形延伸。
14.如权利要求11至13之一所述的梯度线圈，其特征在于所述扩散部分在所述梯度线圈的一端部(46)上延伸。
15.如权利要求11至13之一所述的梯度线圈，其特征在于所述扩散部分(50)在所述梯度线圈的整个长度上延伸。
全文摘要
本发明涉及一种具有至少一个扩散部分的非圆柱形横向梯度线圈以及这种类型梯度线圈的制造方法，其方法包括以下步骤－制造一平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分；－将该平面的指纹形线圈或平面的指纹形线圈部分安置并固定在一支承板上；－通过将支承板滚压出锥形面(50，46)，形成一锥形的马鞍形线圈(51)或锥形的马鞍形线圈部分(45)。
文档编号H01F7/20GK1672634SQ20051007161
公开日2005年9月28日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月3日
发明者约翰·舒斯特, 斯蒂芬·斯托克 申请人:西门子公司