专利名称：用于磁共振成像的梯度线圈结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁线圈结构，特别涉及一种用于磁共振成像和分光镜检查中的梯度线圈结构。
背景技术：
在磁共振成像和分光镜检查(MRIS)系统中通常包括多个位于可安置患者区域周围的同心线圈。这些线圈包括一的用来提供一恒定强磁场的最外层DC线圈、一同心设置在DC线圈内的内层RF线圈以及一位于内层RF线圈与外层DC线圈之间的梯度线圈组件。设置梯度线圈组件用来产生时变音频磁场，该磁场导致患者体内核子的反应频率依赖于核子在磁场中的位置。
梯度线圈组件通常包括一组三个线圈，被称为X、Y和Z梯度线圈。可将导体图案绕制在一圆柱体表面来形成未屏蔽的梯度。但是通常，每个线圈都将被沿围绕梯度线圈的另一圆柱体缠绕的导体图案所屏蔽。在这种情况下，称第一个圆柱体上的线圈为内部线圈或初级线圈，称第二个圆柱体上的线圈为外部线圈、次级线圈或屏蔽线圈。
传统的圆柱几何磁体中X和Y内部梯度线圈通常包括四个鞍形绕组，每个绕组的角度延伸略微小于180°。它们被成对地对称安装在圆柱体的每边，如附图1中所示。将鞍形绕组按一定方式连接，这样在电流流过它们时，会在圆柱体的中心、磁场的轴向分量上产生一横向梯度场。附图1示出了每个鞍形绕组中的相对电流方向。
屏蔽线圈组可包括另一组四个鞍形线圈，它们被设置在大一些的圆柱体上，并沿内层梯度线圈的周围对称地放置。屏蔽线圈将梯度线圈对周围金属结构的磁场泄漏降为最小。这可将对金属结构中的涡流感应降为最小。这样的梯度被认为是有效屏蔽的梯度。
这里有一些实际条件限制X和Y梯度线圈组的设计。为提高患者的可接受形，或在小尺寸头梯度的情况下，设计的长度会有限制，从而适应患者的肩部。对线圈周围部分中线圈结构的总厚度也会限制。例如，当将线圈设计成满足长度限制时，所生成的鞍形线圈会在其末端大于大约90°扇形区内产生非常大的电流密度。线圈的性能(即可获得的峰值和RMS梯度强度)受到可用径向空间内安装导体数量的限制，也受所使用冷却方式效率的限制。
一众所周知且经常使用的提高线圈性能的方法是叠加几乎相同绕组的附加层，以形成一多层结构。但是，如果线圈的径向厚度在任一点都受到限制，那么超过一定厚度时就不能采用该方法了。
这里有实例证明，在MRIS装置中线圈周边一些位置上的径向可用空间要比其它位置的大。头部梯度线圈就是一个例子，由于存在用于支撑物体的工具，梯度线圈在物体下方有有限的空间。这意味着要包括一床支撑梁和其它部件。在其它位置，包围患者的圆柱体是唯一的限制。本发明提出了一种线圈结构，它通过在一定区域增加更多导体，利用这些区域中的可用额外空间，从而提高线圈的性能。
发明内容
根据本发明，提供一种用于MRIS装置中X或Y梯度线圈的线圈结构，包括两个或更多个连接绕组，每一绕组被安排用来产生所选择的电流分布，至少电流分布的一部分相互邻接且基本上不同，所述电流分布在叠加时形成所需的线圈电流分布。
线圈组可以包括一组鞍形线圈。一线圈的延伸角度要比其它线圈或线圈组的延伸角度大。
线圈结构可以包括MRIS装置中的X或Y梯度线圈。另外，线圈结构可以包括MRIS装置中的屏蔽线圈。
本发明中的线圈结构允许一梯度线圈由两个或更多不同线圈组成，根据可用的能容纳它们的空间来设计该梯度线圈。
下面结合附图的详细内容，以实施例的方式描述本发明。
图1是MRIS装置中一传统的X或Y梯度结构的示意图；图2是MRIS装置中使用的同心线圈示意图；
图3a至3c是依据本发明的线圈结构视图。
具体实施例方式
要描述的实施例中引用了圆柱形梯度线圈，可以理解地是，本发明适用大范围的可选择几何形，包括(但不仅限于)横向磁场磁共振成像系统中的平面梯度线圈。
参考图2，MRIS装置包括一在其中安置被检查患者的腔室(10)，该腔室由许多同心线圈结构环绕。它们包括一外层DC线圈(12)，其通常为超导体并用来提供主静态磁场。位于主线圈内部的是梯度线圈(14)，梯度线圈里面安装RF线圈(16)。激化线圈来完成MRIS的方法是本领域技术人员所公知的，而且由于它对理解本发明没有必要，这里将不再叙述。
本实施例与梯度线圈结构有关。不使用一组鞍形线圈电流分布，本实施例提供了一由两组或更多基本不同或非常不同的鞍形线圈组组成的结构，当被叠加时它们产生所需的梯度电流分布。如图3所示，图3a示出所需的电流分布，由图可看出在一定区域内有非常高的电流密度。这利用现有的鞍形线圈是难于实现的。但本发明通过多层或多绕组鞍形线圈实现，线圈中的一个线圈(20)的跨度大约为180°，如图3b所示，其它线圈(22)所跨角度小一些(图3c)，可通常为120°左右。按这样地方式构造线圈，从而只要径向有多余的空间就可以安置如图3所示的线圈之一，同时其它处，比如180°鞍形的边缘，厚度没有增加。可以理解，图3只示出了四个鞍形线圈中的两个，线圈被展开、平铺地示出。可注意到，图3b和3c中的电流密度峰值都比图3a中的小，这意味着不需要增加180°鞍形线圈的边缘厚度就能使用到多余的径向空间。
参考图3所描述的设置，由于角度范围不同，多层或多个绕组线圈之间基本上是不同的。可以想到，通过其它空间设置也可实现基本不同性的情况。
可以理解，电流在不同鞍形线圈中如何分配的可选择自由相当大。如果由不同层的不同半径引起的小作用可以忽略，则电流分布可由电压函数V(φ，z)的流线(streamline)表示。片电流密度Jz，Jφ可由下式的V(φ，z)获得；Jz=∂V∂φ;]]>Jφ=-∂V∂z]]>对于X梯度线圈，容易想到V(φ，z)的表示公式
V(φ，z)＝f(z)×sin(φ)[f(-z)＝-f(z)](其它表示也是可能的；sin(φ)调整的选择将梯度中不希望有的不纯性降为最小)。本发明的一种实施方法是用两个电压V1(φ，z)和V2(φ，z)来代替V(φ，z)，且两电压在范围-π≤φ≤π内满足下述条件V1(φ,z)=f(z)2×(2.0×sin(φ)-sin(1.5×φ)).....[|φ|<π/3]]]>V1(φ，z)＝f(z)×sin(φ) [|φ|≥π/3]V2(φ,z)=f(z)2×sin(1.5×φ).......[|φ|<π/3]]]>V2(φ，z)＝0 [|φ|≥π/3]通过V1(φ，z)和V2(φ，z)的相加，原电压V(φ，z)可被重新构造。
但是，这里有无数种层间分配电流的方法，选择的方法依据具体执行。
可以理解，如果第二个鞍形线圈设计的跨度为90°或更小，那么当只使用三层，而不象其它情况中使用四层时，本发明将对X和Y梯度线圈都适用，且能提高两者性能。
本发明可以将重要区域内的(通常是沿线圈的两相反主轴)梯度线圈做得很薄，并相对于其它位置做得同样薄的线圈产生更大的峰值强度和r.m.s电流输送能力。
权利要求
1.一种用于MRIS装置中X或Y梯度线圈的线圈结构，包括两个或更多的连接绕组，每个绕组安排用来产生一选择的电流分布，至少电流分布的一部分相邻接且基本不同，所述电流分布在叠加时产生所需的线圈电流分布。
2.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于，所述线圈是一组鞍形线圈。
3.如权利要求1或2所述的线圈结构，其特征在于，一个线圈的角度范围大于其它线圈或线圈组的角度范围。
4.根据权利要求1至3中所述的梯度线圈结构，其特征在于，该结构包括MRIS装置中的X或Y初级线圈。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的梯度线圈结构，其特征在于，该结构包括MRIS装置中的X或Y屏蔽线圈。
6.一MRIS装置，其中的X和Y初级梯度线圈之一或全部包括一如权利要求1至3中任一项中所述的线圈结构。
7.如权利要求6所述的MRIS装置，其特征在于，X和Y屏蔽梯度线圈之一或全部包括一如权利要求1至3任一项中所述的线圈结构。
全文摘要
一种用于MRIS装置中X或Y梯度线圈的线圈结构。该线圈结构包括两个或更多的连接绕组(20，22)，每个绕组安排用来产生一所选择的电流分布。绕组电流分布的至少一部分相邻接且基本不同，这些电流分布在叠加时形成所需的电流分布。
文档编号G01R33/385GK1439890SQ03120089
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月20日 优先权日2002年2月20日
发明者F·T·D·戈尔黛 申请人:特斯拉工程有限公司