一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈的制作方法

本发明涉及磁共振成像领域，具体涉及一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈。

背景技术：

磁共振成像系统中梯度线圈用来产生梯度磁场，梯度磁场用于实现层面选择、空间编码、扩散增强等功能。梯度线圈从梯度磁场的分布来看，分为纵向梯度线圈和横向梯度线圈，其中，纵向梯度线圈所产生的磁场沿主磁场方向呈线性梯度变化。

一般来讲，水平磁场的主磁体中，纵向梯度线圈都是由多个同心圆的绕组构成，这些绕组的直径相同，沿主磁场方向有序排列，所产生的梯度磁场在中间的某个垂直于主磁场方向的平面是零，称该平面为零平面，梯度线圈产生的梯度磁场在零平面的两侧是反对称线性分布的。而磁体的成像中心都与梯度线圈磁场零平面重合，而梯度磁场零平面一般又是与梯度线圈绕组分布的几何对称中心是重合的。由于梯度线圈一般都较长，为了使人体能够进入成像中心，梯度线圈直径的大小必须能够容纳人体进入。

另外一方面，对于磁共振成像系统，由于梯度线圈是插入到主磁体中，在梯度线圈的外侧是磁体的金属结构，梯度线圈所产生的磁场一般是脉冲磁场，这一脉冲磁场将会在磁体的金属结构中感应出涡流，涡流所产生的磁场将叠加在梯度线圈所产生的磁场上，从而破坏了梯度线圈所产生梯度磁场的纯净，对成像有负面的影响，因此，在构成梯度线圈时，一般有内外两层绕组，所通过的电流方向相反，外层的线圈为屏蔽线圈，屏蔽线圈外部的区域称屏蔽区，内层线圈为主线圈，主线圈内以零平面为中心，两侧一定区域的梯度磁场是线性变化的，称为成像区。

随着技术的进步和应用的需求，现代梯度线圈要求梯度磁场强度越来越高，在很多情况下，大直径的梯度线圈其梯度磁场强度不能满足要求，则需要缩小梯度线圈的直径，导致人体无法全部进入，人体仅仅可将部分进入到梯度线圈中，导致梯度线圈的零平面偏离到了接近于梯度线圈几何结构的一端，这种情况下，梯度线圈绕组的几何分布一般不再是与梯度磁场零平面呈对称的分布，构成了所谓的非对称线圈。

现有的非对称纵向梯度线圈，由于其主线圈都是沿着水平方向分布，所产生的主要问题是，在靠近人体进入的这一端，由于布线空间十分有限，导致梯度线圈绕组的排列非常紧密，使得在磁场零平面在人体进入这一侧的梯度磁场分布上，其线性范围比较小，并且也很难扩大线性范围，导致成像时这一侧的图像变形较大，并且影响一些高级的扫描方式的实现；另一方面，现有的方案都没有考虑涡流的对称性，所谓涡流的对称性是指在屏蔽区存在的梯度磁场，其形态分布关于零平面是反对称的，其产生的涡流磁场也是反对称分布的，在进行涡流补偿时可以精确校正。对于传统的对称式梯度线圈，涡流的对称性与线圈的设计和绕组的分布无关，只需要在工程上保证各个子线圈在几何位置上的对称安装，就可自动保证涡流磁场的对称性。在非对称线圈中，零平面两侧的涡流磁场的对称性与线圈的安装不再有关，而是与线圈的绕组分布相关，非对称纵向梯度线圈的绕组分布，不再是在零平面两侧对称。涡流磁场的对称性非常重要，不对称的涡流磁场分布，会导致在后期的涡流预加重补偿时，无法获得理想的补偿结果，也就是说，磁场零平面一侧的涡流补偿到理想状态则另一侧会偏离理想状态，反之亦然。

技术实现要素：

对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈，可以优化梯度磁场线性分布，扩展梯度磁场线性范围，并且使得涡流磁场的分布更为理想，更容易达到理想的涡流补偿效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈，包括主线圈、垂直绕组和屏蔽线圈，其中，所述主线圈用于生成梯度磁场；所述垂直绕组设于所述主线圈靠近人体进入的一端的外部以优化所述梯度磁场线性分布，垂直绕组使得梯度磁场有更好的线性分布；所述屏蔽线圈位于所述主线圈的外部使得所述主线圈产生的涡流磁场反对称分布。

作为一种优选的技术方案，所述主线圈由多匝直径相同圆心共轴的环形绕组构成，所述环形绕组相对于零平面呈非对称分布，用于生成梯度磁场。

作为一种优选的技术方案，所述非对称梯度线圈包括一组或多组所述垂直绕组，每一组所述垂直绕组均由一匝或多匝环形绕组构成，垂直绕组用于改善主线圈的成像区域的梯度磁场分布的线性度。

作为一种优选的技术方案，当所述垂直绕组包括多组时，每一组所述垂直绕组沿所有的所述垂直绕组的圆心的共轴依次分布，该种方式为最优的分布方式。

作为一种优选的技术方案，当一组所述垂直绕组包含多匝环形绕组时，所述多匝环形绕组在同一平面内呈同心圆状分布，该种分布方式对于改善主线圈的成像区域的一端磁场分布的线性度有着最优的效果。

作为一种优选的技术方案，所述非对称梯度线圈包括多组所述屏蔽线圈，每一组所述屏蔽线圈均由一匝或多匝环形绕组构成，构成屏蔽线圈的环形绕组均为涡流平衡补偿绕组，屏蔽线圈用于使屏蔽区内存在的梯度磁场产生的涡流磁场在成像区内相对于零平面反对称。

作为一种优选的技术方案，每一组所述屏蔽线圈沿所有的所述屏蔽线圈的圆心的共轴依次分布，当一组所述屏蔽线圈包含多匝环形绕组时，所述多匝环形绕组以直径相同圆心共轴的方式平行分布，该种方式为最优的分布方式。

作为一种优选的技术方案，不同组的所述屏蔽线圈的电流方向相同或相反；当一组所述屏蔽线圈由多匝环形绕组构成时，同一组内的所述多匝环形绕组的电流方向相同。

作为一种优选的技术方案，所有的所述环形绕组的圆心均共轴。

作为一种优选的技术方案，所述主线圈与所述垂直绕组间设有间隙，该间隙中用于插入横向梯度线圈的绕组，从而在不影响横向梯度线圈的分布的前提下，提高横向梯度磁场的线性水平。

本发明的有益效果表现在：

1、本发明通过垂直绕组特别是当一组垂直绕组包含多匝同一平面内同心圆分布的环形绕组时，可以极大的改善主线圈的成像区域的梯度磁场分布的线性度，扩大了线性范围，并且垂直绕组与主线圈的间隙中插入横向梯度线圈的绕组，从而不影响横向梯度线圈的分布，提高横向梯度磁场的线性水平。

2、本发明通过屏蔽线圈使得屏蔽区存在的梯度磁场产生的涡流磁场在成像区域相对于零平面反对称，使得后期进行涡流补偿时可以精确校正，更容易达到理想的补偿效果。

附图说明

图1为本发明一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈的剖视图；

图2为本发明一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈实施例一的整体结构示意图；

图3为本发明一种用于磁共振成像的非对称梯度线圈实施例二的整体结构示意图；

图中：1-屏蔽线圈、2-垂直绕组、3-主线圈、4-成像区域、5-零平面。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的剖视图，包括主线圈3、垂直绕组2和屏蔽线圈1，其中，主线圈3用于生成梯度磁场，使得成像区域4位于主线圈3的一侧，梯度磁场关于零平面5对称；垂直绕组2位于主线圈3的成像区域4的一端的外部优化梯度磁场的线性分布；屏蔽线圈1位于主线圈3的外部使得主线圈3产生的涡流磁场关于零平面5对称分布。

其中，主线圈3由多匝直径相同圆心共轴的环形绕组构成，环形绕组呈非对称分布，从而生成梯度磁场；本发明包括一组或多组垂直绕组2，每一组垂直绕组2均由一匝或多匝环形绕组构成，当垂直绕组2包括多组时，每一组垂直绕组2沿所有的垂直绕组2的圆心的共轴依次分布，当一组垂直绕组2包含有多匝环形绕组时，该多匝环形绕组在同一平面内呈同心圆状分布；本发明包括多组屏蔽线圈1，每一组屏蔽线圈1均由一匝或多匝环形绕组构成，构成屏蔽线圈1的环形绕组均为涡流平衡补偿绕组，每一组屏蔽线圈1沿所有的屏蔽线圈的圆心的共轴依次分布，当一组屏蔽线圈1包含多匝环形绕组时，多匝环形绕组以直径相同圆心共轴的方式平行分布，同时，不同组的屏蔽线圈1的电流方向相同或相反，当一组屏蔽线圈1由多匝环形绕组构成时，同一组屏蔽线圈1内的多匝环形绕组的电流方向相同；构成主线圈3、垂直绕组2和屏蔽线圈1的所有的环形绕组的圆心均共轴；主线圈3与垂直绕组2间设有间隙，该间隙用于插入横向梯度线圈的绕组，从而在不影响横向梯度线圈的分布的前提下，提高横向梯度磁场的线性水平。

实施例一

图2为本发明实施例一的整体结构示意图，主线圈3的内径为400mm，屏蔽线圈1的半径为280mm。在主线圈3的靠近成像区域4的端部设置有一组垂直绕组2，垂直绕组2共三匝环形绕组组成；屏蔽线圈1共包括四组，其中，按照图2中从左至右的方向，依次包括3匝、4匝、2匝和3匝环形绕组，构成屏蔽线圈1的环形绕组均为涡流平衡补偿绕组。该线圈结构在半径11cm的成像区域4内产生的梯度磁场的线性度为+3.6％/-2.5％。在成像区域4垂直对称线两侧8cm处，10khz电流所产生的涡流不对称小于5.3％。

实施例二

图3为本发明实施例二的整体结构示意图，主线圈3的内径为640mm，屏蔽线圈1的半径为390mm。在主线圈3的靠近成像区域4的端部设置有两组垂直绕组2，其中，一组垂直绕组由4匝环形绕组组成，另一组垂直绕组由2匝环形绕组组成；屏蔽线圈1共包括七组，其中，按照图3中从左至右的方向，依次包括4匝、3匝、4匝、5匝、2匝、3匝和3匝环形绕组，构成屏蔽线圈1的环形绕组均为涡流平衡补偿绕组。该线圈结构在半径20cm的成像区域4内产生的梯度磁场的线性度为+5.6％/-2.0％。在成像区域4垂直对称线两侧11cm处，10khz电流所产生的涡流不对称小于3％。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。