使用以超声方式固结以制造磁共振成像线圈的系统和方法

使用以超声方式固结以制造磁共振成像线圈的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种使用以超声方式固结以制造磁共振成像线圈的系统和方法，并且更明确来说，涉及用于磁共振成像(MRI)系统的梯度线圈组件的制造。例如，在一个实施例中，一种方法包括以超声方式固结多个导电材料片材以形成固结结构，以及将一个或多个导电通道加工到所述固结结构中形成电感器。
【专利说明】使用以超声方式固结以制造磁共振成像线圈的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用以超声方式固结(consolidation)以制造磁共振成像线圈的系统和方法。
【背景技术】
[0002]本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或提出权利要求的本发明的各个方面有关的各个技术方面。相信这样的讨论有助于向读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面。因此，应理解这些陈述都需要从这个角度来解读，而不是承认这些陈述是现有技术。
[0003]磁共振成像(MRI)系统能够基于主磁场、射频(RF)脉冲和与物体中的特定核成分(如水分子中的氢核)相互作用的随时间变化的磁梯度场而进行成像。这类核成分的磁矩可以大体上与所述主磁场对齐，但随后以称为拉莫尔频率(Larmor frequency)的特征频率绕总体磁场方向旋进。在这类核成分的拉莫尔频率处或拉莫尔频率附近的RF脉冲可以引起所述成分的磁矩旋转。当所述RF脉冲已经结束时，所述磁矩弛豫并且大体上与所述主磁场对齐，从而发出可检测信号。
[0004]MRI中的磁梯度场中的一些场是通过一系列的梯度线圈以产生。具体来说，所述梯度线圈沿各种成像平面产生不同强度的磁场以便沿着每个平面产生一个梯度。所关注的核(例如，氢)根据所述梯度使所述核的自旋对齐。这就产生了空间编码，这种情况下可以在采集期间获得有关受激发氢核的位置的空间信息。强的放大器为梯度线圈提供电力，从而允许所述线圈迅速并且精确地调整磁场梯度。
[0005]一般来说，可以使用具有恒定截面的空心铜线以制造梯度线圈，从而得到具有限定的内部几何形状和外部几何形状的梯度线圈。此外，梯度线圈形成的方式可以影响其耐久性。例如，梯度线圈的耐久性和从一个线圈到另一个线圈的可重复性可能由于将所述线圈绕线或以其他方式弯曲成所需形状所产生的应力而降低。另外，其他梯度线圈特征(例如，焊盘、连接引线、跳线和倒钩)被钎焊到MRI梯度板上。这一种工艺可能有损这些特征的可靠性，因为钎焊接头可能随着时间而损坏，从而导致欠佳的梯度和冷却效率。因此，需要开发出一种制造MRI梯度线圈的较低成本的、可靠的高通量方法。

【发明内容】

[0006]下文概述了与最初提出权利要求的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而这些实施例的目的仅在于概述本发明的可能的形式。实际上，本发明可涵盖可以与下述实施例类似或不同的各种形式。
[0007]在一个实施例中，提供了一种制造MRI梯度线圈的方法。所述方法大体涉及以超声方式将多个导电材料片材固结起以形成固结结构，以及将一个或多个导电通道加工到所述固结结构中以形成电感器。
[0008]在另一个实施例中，提供了一种超声固结系统。一般来说，所述超声固结系统包括:多个可配置元件，所述可配置元件将多个金属层片材以超声方式相互固结；固结平台，所述固结平台可以在固结所述多个金属层片材时支撑所述金属层片材；和控制系统，所述控制系统通信地耦合到所述超声固结系统、所述固结平台或其组合。所述控制系统可以控制所述超声固结系统、所述固结平台或其组合，以使得所述系统产生具有一个或多个内部流体路径的电感器。
[0009]在另一个实施例中，提供了一种电感器。一般来说，所述电感器包括限定曲面几何形状的多个超声固结导电层，和设置在所述曲面几何形状内并可以使冷却流体流动的一个或多个内部流体路径。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相同的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0011]图1是利用一个或多个梯度线圈的MRI系统的一个实施例的图解；
[0012]图2是用于制造具有冷却通道的MRI梯度线圈的方法的一个实施例的工艺流程图；
[0013]图3是由图2的方法的各个步骤得到的结构的一个实施例的概略图解；
[0014]图4是具有冷却通道的MRI梯度线圈的一个实施例的概略图解；
[0015]图5是根据本发明的一个实施例所产生的具有梯度线圈的MRI梯度板的一个实施例的图解，所述MRI梯度板具有可变转角间隔；
[0016]图6是曲面上的MRI梯度线圈的一个实施例的图解；
[0017]图7是根据本发明的一个实施例所产生的具有电感器通道和分散与会聚冷却通道的MRI梯度线圈的一个实施例的图解；
[0018]图8是用于将电连接器和冷却剂管道(plumbing)沉积到MRI梯度线圈上的方法的一个实施例的工艺流程图；
[0019]图9是根据本发明的一个实施例所产生的具有电连接器和冷却剂管道的MRI梯度线圈板的一个实施例的图解；
[0020]图10是根据本发明的一个实施例所产生的冷却通道连接器的一个实施例的图解；并且
[0021]图11是用于制造MRI梯度线圈的超声固结系统的一个实施例的概略图解。
【具体实施方式】
[0022]以下将描述一个或多个特定实施例。为了简要描述这些实施例，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何对受益于本发明的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
[0023]在介绍本发明各种实施例的元件时，“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”和“具有”旨在表示包括性含义，并且意指除了所列元件外，可能还有其他元件。另外，以下讨论中的任何数值实例的目的都是非限制性的，并且因此其他数值、范围和百分比均在所披露的实施例的范围之内。
[0024]如上所述，用于产生梯度线圈的典型方法通常得到具有不变截面的梯度线圈几何形状。因为梯度线圈的3D几何形状对所产生图像的分辨率具有显著的影响，所以可能需要潜在梯度线圈设计的较大挠性。事实上，尤其是例如梯度与切换效率、屏蔽和冷却有效性的多种参数可能取决于梯度线圈的结构和几何形状。
[0025]为了克服现有方法的这些和其他缺点，本发明的实施例利用超声固结(UC)来产生具有各种各样几何形状的梯度线圈。一般来说，UC使固体金属片材能够逐地层沉积到所需的表面上，从而提供非多孔的3D结构。在某些实施方案中，UC使用高频超声振动(例如，约20kHz，并且振幅介于10 μ m与50 μ m之间)和力来接合金属层，并且借助于计算机数控(CNC)轮廓铣削将精确和复杂的型样和/或通道加工到线圈中。例如，本发明的实施例包括使用逐层组装以产生梯度线圈，所述逐层组装用于改变线圈几何形状、并入复杂的内部冷却通道型样并且将所有电连接器和跳线沉积到不具有钎焊和/或焊接接头的平面或圆柱形衬底上。
[0026]可能需要以这种方式来制造MRI梯度线圈以将内部冷却通道整合到线圈中，同时与使用其他技术(如手工/自动绕线等)构建的线圈相比还具有更紧凑的径向厚度。在某些实施例中，这可以使用适当编程的控制器以自动方式来实现，所述控制器控制加工型样而不需要利用工具修整，同时允许梯度线圈板特征(例如，焊盘、连接引线、跳线、倒钩等)的3D沉积并且避免钎焊接头，从而减少劳动力并得到更为可靠的梯度线圈。此外，梯度线圈结构的型样制作可以直接在圆柱形表面上进行；因此，减轻了由滚动所引起的应力并且减少了对强接口的需要。
[0027]现在转向附图，并且首先参照图1，概略地示出了 MRI系统10的一个实施例，其包括扫描仪12、扫描仪控制电路14和系统控制电路16。虽然MRI系统10可以包括任何合适的MRI扫描仪或检测器，但是在所示的实施例中，所述系统包括全身扫描仪，该全身扫描仪具有定位以将患者22放置在用于进行扫描的所需位置中的台面20。
[0028]扫描仪12可以包括一系列相关联的线圈，所述线圈用于产生受控磁场、用于生成射频(RF)激励脉冲并且用于响应于这类脉冲而检测来自所述患者体内的旋磁材料的放射。在图1的概略视图中，提供了用于产生主磁场的主磁体24。一系列的梯度线圈26、28和30编组成一个或多个梯度线圈组件，以用于在检验序列期间产生受控的磁梯度场。提供RF线圈32以产生用于激发旋磁材料的RF脉冲。可以任何适当的方式向扫描仪12供给电力，大体如参考数字44所指示。在图1中所示的实施例中，RF线圈32也可以用作接收线圈。因此，可以将RF线圈32以无源模式和有源模式与驱动电路和接收电路进行耦合，分别用于接收来自旋磁材料的放射和用于施加RF激励脉冲。或者，可以提供与RF线圈32分开的各种构造的接收线圈34。这类线圈可以包括特别适于目标解剖学的结构，如头部线圈组件。此外，可以将接收线圈提供成任何合适的物理构造，包括相控阵列线圈。
[0029]根据一个实施例，可以使用导电线、棒、板或片材来形成各个梯度线圈26、28和30以便形成线圈结构，所述线圈结构在施加控制脉冲后产生梯度场。梯度线圈组件内的梯度线圈26、28和30的放置可以若干不同的次序和不同的构造来进行，并且扫描仪12可以进一步包括互补梯度线圈以屏蔽梯度线圈26、28和30。在一些实施例中，与梯度线圈28和30相比，梯度线圈26可以是定位在最外侧位置处的z梯度。梯度线圈28和30可以分别是X轴线圈和I轴线圈。
[0030]扫描仪12的梯度线圈26、28和30可以由外部电路控制以产生所需的场和脉冲，并且以受控方式读取来自旋磁材料的信号。梯度线圈26、28和30还可以用于产生精确受控的磁场，所述磁场的强度随预定义的视场而变化，所述磁场通常具有正极性和负极性。当用已知的电流来励磁每个梯度线圈26、28或30时，所产生的磁场梯度叠加在主磁场上，并且横越视场范围产生磁场强度的轴向分量的所需线性变化。所述场可以在一个方向上线性变化，但在其他两个方向上可以是均匀的。三个梯度线圈26、28和30的变化方向可以具有相互正交的轴，从而允许以三个梯度线圈26、28和30的适当组合在任意方向上施加线性场梯度。
[0031]脉冲梯度场可以执行成像过程所不可或缺的各种功能。这些功能中的一些功能是剖切面选择、频率编码和/或相位编码。这些功能可以沿着原始坐标系的X轴、y轴以及Z轴或沿着由施加到单独场线圈的脉冲电流的组合所确定的其他轴来应用。
[0032]扫描仪12的线圈由扫描仪控制电路14控制以产生所需的磁场和射频脉冲。在图1的实施例中，控制电路14因而包括控制电路36，所述控制电路36用于在检验期间对所使用的脉冲序列进行指令控制，并且用于处理所接收到的信号。控制电路36可以包括任何合适的可编程逻辑装置，如通用或专用计算机的CPU或数字信号处理器。另外，控制电路36可以包括存储器电路38，如易失性和/或非易失性存储器装置，所述存储器电路38用于存储在由扫描仪12所实施的检验序列期间使用的物理和逻辑轴配置参数、检验脉冲序列描述、所采集的图像数据、编程例行程序等。
[0033]控制电路36与扫描仪12的线圈之间的接口可以由放大和控制电路40并由发射与接收接口电路42来管理。放大和控制电路40包括用于每个梯度场线圈26、28和30的放大器，所述放大器响应于来自控制电路36的控制信号而供给驱动电流。接收接口电路42包括用于驱动RF线圈32的额外放大电路。此外，在RF线圈32既用于发出RF激励脉冲又接收MR信号的情况下，接收接口电路42可以包括切换装置，所述切换装置用于将所述RF线圈在有源或发射模式与无源或接收模式之间进行转换。提供电源以励磁主磁铁24，所述电源在图1中大体由参考数字44表示。最后，扫描仪控制电路14包括接口部件46，所述接口部件46用于与系统控制电路16交换配置和图像数据。
[0034]系统控制电路16可以包括范围广泛的装置以用于促进操作员或放射科医师经由扫描仪控制电路14与扫描仪12之间的交互。例如，在所示的实施例中，以使用通用或专用计算机的计算机工作站的形式提供了操作员工作站48。操作员工作站46通常还包括存储器电路，所述存储器电路用于存储检验脉冲序列描述、检验协议、未经处理和已处理的用户和患者数据、图像数据等等。操作员工作站48可以进一步包括各种接口和外围驱动器以用于接收数据和与本地和远程装置交换数据。在所示的实施例中，这类装置包括监视器50、常用的计算机键盘52和例如鼠标54的替代输入装置。提供了打印机56以产生根据所采集的数据重建的文件和图像的硬拷贝输出。此外，系统10可以包括各种本地和远程图像存取和检验控制装置，所述装置在图1中大体由参考数字58表示。这类装置可以包括图片存档和通信系统、远程放射学系统等。
[0035]如上所述，本发明尤其提供了可以用于以允许线圈具有各种各样的几何形状的方式来构建梯度线圈(如梯度线圈26、28和30)的技术。图2中描绘一种这样的方法，该图示出了用于构建在图1的MRI系统10中使用的梯度线圈26、28和30的方法60的一个实施例。此外，为了便于讨论方法60的各个方面，参考了图3中的由方法60的各个动作得到的对应结构。
[0036]方法60包括提供背衬材料(例如，衬底)，所述背衬材料可以包括玻璃纤维增强聚合物或任何其他的非导电性耐用材料，以及线圈材料，如铝、铜、其各自的合金或任何其他合适的导电材料(方框62)。方法60还包括将第一多个线圈材料片材沉积到所述背衬材料上，并且将所述第一多个线圈材料片材以超声方式固结在一起以便形成一个结构(方框64)。例如，参照图3，描绘了由方框64的动作得到的构造。从左往右看，图3中的图示出根据方框64的动作沉积到衬底68上的第一多个金属片材66，所述第一多个金属片材66具有所需厚度第一多个金属片材66的厚度T1可以是任何合适的大小，如介于0.02英寸与
0.001英寸之间、介于0.012英寸与0.003英寸之间、介于0.009英寸与0.005英寸之间或约0.006英寸。所述金属片材可以包括适用于以超声方式固结以产生梯度线圈的任何导电材料。举例来说，这类材料可以尤其包括如1010FHC铜、铝的高导电金属和其各自的合金。通过对每一金属层施加合适量的力和超声振动(例如，约20kHz的频率和10 μ m至50 μ m的振幅)，所述第一多个金属片材66得以固结,从而形成具有约Imm至IOmm的厚度T2的第一固结结构70。
[0037]回到图2的方法60，在所述第一多个金属片材的固结之后，将冷却通道加工到所述固结结构中(方框72)。根据方框72，如图3中的中间结构所描绘，将空腔74加工到第一固结结构70中。空腔74可以用于大体上限定形成于由方法60得到的线圈中的一个或多个内部冷却通道的大小(例如，截面面积)。因此，空腔74的大小将大体上对应于冷却通道的大小。虽然本发明涵盖任何相对的大小，但是以非限制性实例来说明，空腔74的厚度可以是第一固结结构70的厚度的至少约IO %，如介于所述厚度的约IO %与90 %之间、介于所述厚度的约20%与80%之间或介于第一固结结构70的厚度的约30%与60%之间。
[0038]再回到图2的方法60，在根据方框72进行加工之后，方法60包括通过将第二多个线圈材料片材以超声方式固结到所述第一多个线圈材料片材上而密封加工的冷却通道(方框76)。再次参照图3，参照右侧的结构，根据方框76，将第二多个金属片材78固结到第一多个金属片材66上，从而形成具有厚度T3和冷却通道82的第二固结结构80。第二固结结构80可以具有恒定的或变化的截面，并具有所需的长度L1和厚度T3。
[0039]回到图2，方法60还包括将导电通道加工到密封的固结结构中以产生线圈(方框84)。例如，根据方框84所执行的加工可以产生一个或多个所需的线圈几何形状，如曲面、弯曲、不同角度和回转半径等。以下就图4至图7、图9和图10来详细讨论这类线圈的各种实施例。
[0040]在形成所需的线圈几何形状之前、期间或之后，可以将电连接器、跳线和冷却流体连接器(或冷却接线)沉积到所述线圈上(方框86)。例如，使用超声固结，可以将一个或多个连接器特征固结到现有结构上，从而避免使用焊料或其他类似的接合机构。以下就图8来详细描述可以形成这类连接特征的方式的一个实施例。
[0041]如上所述，根据图2的方法60可以产生具有简单几何形状(例如，实质上笔直或具有相对简单的弯曲或转角)或较复杂几何形状(例如，具有不同方向或几何形状的多个转角)的线圈。例如，在一个实施例中，图2的方法60可以用于产生具有圆形截面几何形状的线圈，如图4所描绘。明确来说，图4示出具有可变截面和圆形外部几何形状的梯度线圈90的一个实施例。如以上所提及的，用力和超声振动(例如，超声焊机)将多层金属片材沉积到衬底上并加以固结。在所示的实施例中，将具有不同宽度的多个层固结以形成所述圆形几何形状。可以通过重复地固结具有渐增宽度的第一多个金属片材92，然后固结宽度相对固定的第二多个金属片材94，并且最后固结宽度减小的第三多个金属片材96以构建梯度线圈90。在其他实施例中，所述多个金属片材可以具有固定的宽度。因此，在固结所述多个金属片材的每个层后，加工出的宽度使得可以实现所需的线圈几何结构。在生产过程中，将一系列的冷却通道98、100和102加工到固结的第一多个金属片材92和第二多个金属片材94中。
[0042]冷却通道98、100和102的几何形状可以是相等的，这意味着每个通道都具有相同的尺寸；或者它们可以具有可变的尺寸，其中每个通道都具有不同的尺寸；或其组合。因此，可以通过沿梯度线圈90优化金属/冷却通道比率以产生具有多个冷却通道的低剖面中空横向梯度板。此外，加工具有可变尺寸的冷却通道98、100和102容纳了梯度板104的可变转角间隔106，如图5中所描绘。换句话说，随着梯度线圈90到达梯度板104上的转角间隔106，冷却通道98、100和102可以变得更宽。虽然图5将梯度线圈90以平行构造示出，但是所述梯度线圈并不限于这种构造并且可以采用更复杂的型样。
[0043]通过以类似于如以上就图3所描述的用于产生梯度线圈90的方式将第三多个金属片材96固结到第二多个金属片材94上以密封冷却通道98、100和102。在第三多个金属片材96的情况下，来自第三多个金属片材96的第一金属片材的宽度等于来自第二多个金属片材94的最后一个金属片材的宽度，并且第三多个金属片材96的最后一个金属片材的宽度等于来自第一多个金属片材92的第一金属片材的宽度。要了解的是，具有圆形几何形状的梯度线圈将减小局部电场振幅，从而提高梯度线圈90的介电性能和局部放电起始电压。
[0044]在另一个实施例中，冷却通道98、100和102可以在梯度板104的转角间隔处分散或会聚。这样的构造可以提高所述冷却通道的暴露于所述转角间隔处的冷却剂的表面积的量，从而允许较多的冷却剂能够在反而较窄的冷却通道中流动。因此，冷却通道98、100和102可以维持冷却剂的恒定流动。此外，整个梯度板的冷却效益可以得到提高。
[0045]以上就图2所描述的方法也可以用于在圆柱形表面上产生梯度线圈。例如，图6描绘梯度板104的一个实施例，其中具有冷却通道108的梯度线圈90已经直接沉积并加工到梯度板104上。换句话说，已经将两个或更多导电片材固结到三维衬底上，从而允许线圈90的几何形状达到一个总曲率。事实上，以这种方式的直接沉积和加工可以提供梯度线圈90和冷却通道108的几何形状的挠性，从而得到更为紧凑的线圈。此外，线圈90的总曲率可以更合适地符合可以使用线圈90的特定类型的机器。梯度板104可以包括任何合适的金属包层材料，如GlO材料、如玻璃纤维增强的环氧树脂层压板、或带有导电金属(例如，铜或铝)的包层。为了产生图6中所示的构造，将所需的线圈和冷却通道型样加工到梯度板104中，接着相对于梯度板104上的加工型样沉积和固结多个金属片材层，从而得到梯度线圈90和冷却通道108。
[0046]图7是梯度板104的梯度线圈90和冷却通道108的平面视图。在一个实施例中，将冷却通道108构造来会聚和分散以便与梯度板104的较窄区域相符合。冷却通道108可以是任何合适的大小,如宽度介于约3mm与20mm之间。冷却通道108可以是以这样一种方式来构建的单一冷却通道或一系列冷却通道，所述方式允许冷却流体穿过所述通道的所需流动并允许所述冷却流体与梯度线圈90的表面之间的合适的接触。此外，冷却通道108可以包括致使冷却剂的流动成为湍流的湍流器110，所述湍流器可以提供所述梯度线圈的更好冷却。
[0047]如以上就图2所述，可以使用超声固结来形成跳线、冷却接线和其他类似连接器。现在参照图8，示出了一种制造向梯度线圈提供电流和/或冷却剂的连接器的方法112。由于方法112可以作为以上就图2所讨论的方法60的动作的一部分或后继于所述动作来执行，所以将使用相似的语言以方便讨论。例如，在图2的方法60中，至少将第一多个导电片材和第二多个导电片材进行固结来形成线圈几何形状。因此，在图8的本发明方法110中，可以使用第三多个导电片材、第四多个导电片材等来执行额外固结。
[0048]如所描绘，方法112包括将第三多个金属片材以超声方式固结到第二多个金属片材78上(图3)(方框114)。方法112还包括将额外的冷却通道加工到固结的第二多个金属片材和第三多个金属片材中(方框116)，以供冷却源(例如，水、压缩气体、冷冻剂)进入和退出冷却通道82 (图3)、108 (图6、图7)。此外，方法112还包括通过将第四多个金属片材以超声方式固结到第三多个金属片材上来密封所述额外的冷却通道(方框118)。最后，方法112包括将连接器几何形状加工到所述多个固结的金属片材中(方框120)来形成冷却和/或电连接器，如以下所述的图9和图10中所描绘。
[0049]如图9中所描绘，这种方法允许将各个特征(如电连接器124、入口连接器126以及出口连接器128) 3D沉积到梯度线圈板104上而无需焊接和/或钎焊所述连接器，从而可以增强耐久性。关于电连接器124，可以在电导体124的沉积之前将介电隔离片设置到梯度线圈90上，以便防止线圈90的不希望的部分之间的短路并且允许电流穿过线圈90的限定流动。因此，所述介电隔离片将梯度线圈90与电导体124电隔离，而向线圈90提供电流并从线圈90流出电流的点除外。
[0050]可以将连接器126和128进行加工来包括内部流体路径，以便允许冷却剂能够流入冷却通道104中。此外，连接器126和128可以在终止端上具有经过加工的型样(方框120)，所述型样(例如，圆形边缘)更有助于与外部冷却源和/或电源进行固定。例如，图10概略地示出具有内部冷却路径130的连接器126和128，所述内部冷却路径130具有圆形终止端132，以便有助于与来自所述冷却源的管路进行连接。终止端132可以是平滑的或具有内部或外部螺纹或其组合，以使得可以使用管配件来将来自冷却源的管路固定到连接器126和128上。
[0051]如上所述，本说明书中所描述的实施例允许使用UC来制造用于MRI系统中的梯度线圈。图11中描绘能够产生这些线圈的一个系统。图11是执行图2和图8的方法的超声固结系统140的一个实施例。超声固结系统140包括超声固结壳体142、固结平台144、加工工具146和系统控制器148。超声固结壳体142进一步包括进给机构150、定位装置152和超声固结器154。进给机构150配置用于向定位装置152和/或超声固结器154供给用于建立固结结构以便形成电感器的多个导电片材。所述多个导电片材可以是任何导电材料，包括但不限于如铝、铜的金属和/或其合金、导电复合材料，或其组合。所述片材的形式可以是带材、条带、线材或其任意组合。定位装置152根据从系统控制器148所接收到的信息来将超声固结器154(例如，超声焊头)定位到由固结平台144所支撑的衬底板82上的一个点。超声固结器154将由进给机构150所供给的所述多个导电片材沉积到衬底82上。超声固结器154将力(约1000N至3000N)和超声振动(例如，约20kHz的频率、介于10 μ m与50 μ m之间的振幅)施加到所述多个导电片材上来固结所述多个导电片材的每个层并形成电感器。
[0052]固结平台144耦合到由系统控制器148所控制的电机156上，所述电机旋转并平移固结平台144，从而允许根据本发明而在曲面上构建电感器和冷却通道。加工工具146根据从系统控制器148所接收到的信息来将所需的电感器和冷却通道型样通过超声固结器154加工到多个固结的金属片材中。在一个实施例中，MRI绕线机可以配置用于包括超声固结系统140的所述特征。这种配置允许在圆柱形衬底上直接构建电感器和冷却通道。此夕卜，电感器和冷却通道的加工与沉积可以在两个板上同时进行。在电感器和冷却通道完成之后，介电材料分配器158在沉积所述电导体之前沉积所述介电隔离片。介电材料分配器158从进给机构150接收介电材料，所述介电材料例如但不限于陶瓷、陶瓷/环氧复合材料或任何其他合适的介电材料。
[0053]系统控制器148对超声固结系统140的操作进行指令控制，以便构建具有合适的冷却通道和连接器的电感器。例如，系统控制器148可以包括使用通用或专用计算机的装置，这两种计算机通常都可以包括用于存储梯度线圈参数和图像(例如，所需导体构造的图像)的存储器电路，所述梯度线圈参数如电感器、冷却通道、连接器几何形状与型样。系统控制器148还可以包括计算机数控器(CNC)，其用于梯度线圈板的自动化制造。所述CNC允许电感器和冷却通道的准确、自动且可重复的构建(例如，每次都可以制造出相同类型的电感器和/或冷却通道)，从而改进了所述梯度板的质量控制和总效益。系统控制器148可以包括范围广泛的装置以用于促进操作员与超声固结系统140之间的交互。例如，在所示的实施例中，所述装置包括监视器160、常用的计算机键盘162和例如鼠标164的替代输入装置。提供了打印机166以产生电感器、冷却通道和/或梯度线圈板设计的连接器参数、几何形状以及图像的硬拷贝输出。另外，系统控制器148可以从内联质量检查模块168接收指示所述电感器和所述冷却通道的质量的信息。例如，内联质量检查模块168可以向控制系统148提供关于所述导体、线圈通道以及连接器几何形状的信息，因而控制系统148可以将所接收到的信息与存储在所述存储器电路中的技术规范范围相比较，并相应地调整梯度线圈参数。
[0054]本说明书使用了各种实例来披露本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。还应当理解的是，本说明书所披露的各种实例可以具有能够与本说明书所披露的其他实例或实施例的那些特征相结合的特征。也就是说，本发明的实例是以便于简化阐释的这样一种方式来呈现，但还是可以相互结合。本发明的可准专利的范围是由权利要求书所限定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其他实例。如果此类其他实例具有的结构要素不异于权利要求书的字面语义，或者如果此类其他实例包括与权利要求书的字面语义无实质差别的等效结构要素，那么此类其他实例都意图在权利要求书的范围之内。
【权利要求】
1.一种制造方法，其包括: 以超声方式固结多个导电材料片材以形成固结结构；以及 将一个或多个导电通道加工到所述固结结构中形成电感器。
2.如权利要求1所述的方法，其中以超声方式将多个导电材料片材固结起来形成所述固结结构包括: 以超声方式固结第一多个导电材料片材以产生第一固结结构； 将一个或多个第一冷却通道加工到所述第一固结结构中以产生加工成形的第一固结结构；以及 将第二多个导电材料片材以超声方式固结到所述加工成形的第一固结结构上以形成所述固结结构。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一多个片材、所述第二多个片材或其组合的至少一部分具有不同的宽度，使得所述电感器具有圆形截面几何形状。
4.如权利要求2 所述的方法，其包括: 将第三多个片材以超声方式固结到所述电感器的一个或多个部分上以产生第二固结结构； 将一个或多个第二冷却通道加工到所述第二固结结构中，使得所述一个或多个第二冷却通道与所述一个或多个第一冷却通道相交； 将第四多个片材以超声方式固结到所述第二固结结构上以密封所述一个或多个第二冷却通道，从而产生第三固结结构。
5.如权利要求4所述的方法，其包括加工所述第三固结结构以在所述电感器上形成一个或多个冷却连接器。
6.如权利要求4所述的方法，其包括: 将介电隔离片设置在所述电感器上以防止所述第三多个片材的一部分接触所述电感器；以及 将所述第三多个片材以超声方式固结到额外电感器的一个或多个部分以将所述电感器与所述额外电感器进行电桥接。
7.如权利要求1所述的方法，其包括至少将第一导电材料片材设置在介电衬底层上，并且其中以超声方式固结所述多个导电材料片材包括将一个或多个额外的导电材料片材以超声方式固结到所述第一片材上。
8.如权利要求4所述的方法，其中所述介电衬底层设置在曲面上以使得所述固结结构成曲面。
9.如权利要求5所述的方法，其中将一个或多个导电通道加工到所述固结结构中是沿着所述介电衬底层的曲面的方向上绕所述电感器进行的。
10.一种系统,其包括: 超声固结系统，其包括多个可配置元件，所述可配置元件将多个金属层片材以超声方式相互固结起来； 固结平台，其配置用于在固结所述多个金属层片材时支撑所述多个金属层片材，以及 控制系统，其可通信地耦合到所述超声固结系统、所述固结平台或其组合，其中所述控制系统配置用于控制所述超声固结系统、所述固结平台或其组合，以使得所述系统产生具有一个或多个内部流体路径的电感器。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述固结平台包括曲面，并且所述固结平台能够平移和旋转。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述固结平台耦合到电机上，所述电机能够平移所述固结平台、旋转所述固结平台或其组合。
13.如权利要求10的系统，其中所述可配置元件包括超声固结头，所述超声固结头配置用于向所述多个金属层片材中的任何一个或组合供给超声能量，以便将至少一个金属层片材固结到至少一个其他金属层片材上。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述可配置元件包括定位装置，所述定位装置耦合到所述超声固结头，并且所述定位装置能够沿着所述固结平台定位所述超声固结头。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述可配置元件包括进给机构，所述进给机构配置用于向所述超声固结头供给所述多个金属层片材。
16.如权利要求 15所述的系统，其中所述定位装置包括所述进给机构。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述可配置元件包括加工工具，所述加工工具能够将型样加工到以超声方式固结的金属层片材中以产生所述内部流体路径。
18.如权利要求14所述的系统，其中所述系统配置用于产生用于磁共振成像中的、具有所述一个或多个内部流体路径的梯度线圈。
19.一种电感器,其包括: 多个以超声方式固结的导电层，所述导电层限定曲面几何形状；以及 一个或多个内部流体路径，所述流体路径设置在所述曲面几何形状内并且配置用于使冷却流体流动。
20.如权利要求19所述的电感器，其中所述流体路径具有可变截面。
21.如权利要求19所述的电感器，其中所述电感器没有钎焊或焊接接头。
22.如权利要求19所述的电感器，其中所述电感器是通过一种包括以下工序的工艺形成的: 以超声方式固结第一组多个导电层以产生第一固结结构； 将所述一个或多个内部流体路径加工到所述第一固结结构中以产生加工成形的第一固结结构； 将第二组多个导电层以超声方式固结到所述加工成形的第一固结结构上以产生第二固结结构；以及 将所述曲面几何形状加工到所述第二固结结构中。
【文档编号】G01R33/385GK103913712SQ201310741096
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】J-B.马蒂厄, Y.杨, B.C.C.安姆, S.M.勒赫纳-格雷特 申请人:通用电气公司