具有包括铝的外层线圈的梯度线圈组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于磁共振成像系统的梯度线圈组件领域，以及包括这样的梯度线圈组件的磁共振成像系统。
【背景技术】
[0002]在磁共振(MR)成像系统中，梯度线圈组件被用于生成梯度磁场。这些梯度磁场是在三个轴向上生成的，即在梯度线圈组件的x、y和z方向上生成的。因此，梯度线圈组件包括X-线圈、y_线圈和z-线圈。z-线圈及各自的z-方向对应于梯度线圈组件的纵向。
[0003]现有技术的梯度线圈组件包括内层线圈的集合和外层线圈的集合，针对每个方向一个线圈，其中，所述外层线圈的集合和所述内层线圈的集合被提供在间隔开的同中心的圆柱体中。所述外层线圈的集合一般提供对所述内层线圈的集合的屏蔽，以避免因梯度线圈组件的变化的磁场造成的涡电流的生成。当提及线圈时，通常也提及导体，这是因为它们负责传导电流并生成梯度场。其他部件，例如支撑结构等等，未被明确提到。
[0004]这样的现有技术的梯度线圈组件，例如根据US 5426845A已知的，包括一般由铜制成的线圈，以使其中的耗散最小化。耗散包括因铜的电和磁性质造成的损耗。而且，铜是在电流和热方面具有优异传导性质的材料。使用铜的缺点在于，铜是昂贵并且重的材料，使得梯度线圈组件以及包括这样的梯度线圈组件的MR成像系统难以搬运和安装，并且涉及高的制作成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于磁共振成像系统的梯度线圈组件，以及包括这样的梯度线圈组件的磁共振(MR)成像系统，它们易于搬运、具有成本效率，并且使得能够在MR成像过程期间可靠地生成磁共振信息。
[0006]该目标通过这样的一种用于磁共振成像系统的梯度线圈组件得以实现，所述梯度线圈组件包括内层线圈的集合和外层线圈的集合，它们关于所述内层线圈的集合和所述外层线圈的集合的共同旋转轴同中心地布置，其中，所述内层线圈的集合和所述外层线圈的集合能够被控制为在所述梯度线圈组件的内层空间内生成梯度磁场，并且所述外层线圈的集合中的至少一个线圈至少部分地由铝制成。
[0007]该目标进一步通过一种磁共振(MR)成像系统得以实现，所述磁共振(MR)成像系统包括:用于在检查空间内生成静磁场的主磁体，用于生成被叠加到所述静磁场的梯度磁场的磁梯度线圈组件，以及用于向所述检查空间施加RF场以激励感兴趣对象的原子核的射频天线设备。
[0008]梯度线圈被设计为能够处理尽可能高的Grms，所述Grms为梯度场的rms值。因此，Irms (其为电流的rms值)应尽可能地高。然而，Irms受梯度线圈中的热点(即许多导体彼此接近导致高电流密度的区域)限制。在梯度线圈中相对冷的区域(即具有低电流密度的区域)中，耗散的增加不会导致新的热点，所述新的热点为允许的Irms设置更低的边界。相比于所述内层线圈的集合，所述外层线圈的集合为相对的区域。因此，通过用铝代替所述外层线圈的集合中的一个线圈的至少一部分，梯度线圈能够在成本和重量方面得到显著改善，而不降低在基于磁共振信息对诊断图像的生成方面的准确度。换言之，MR扫描的结果未被减少。尤其地，所述外层线圈被提供用于屏蔽的目的，使得在所述外层线圈中的耗散并非关键性的，即使是针对高性能线圈而言。由于所述外层线圈通常包含现有技术的梯度线圈组件中使用的铜的重量的约一半，能够通过用铝至少部分地代替来自至少一个外层线圈的铜来实现的重量和价格上的减少是高的。
[0009]要指出，这里使用的术语“线圈”仅指导电部件，即用于传导电流的导体。这里不考虑例如出于机械完整性的其他目的可能需要的另外的部件。
[0010]根据优选的实施例，所述外层线圈的集合中的Z-线圈包括平行导电环的集合，其中，所述导电环的第一子集由铝制成。所述导电环的所述平行布置指所述导电环的空间平行的布置。在电学上，所述导电环串联连接。所述平行导电环的集合方便对所述部分地由铝制成的线圈的提供，这是因为能够容易地用为铝的导电环来代替例如为铜的个体导电环。
[0011]根据优选的实施例，所述外层线圈的集合中的至少一个线圈完全由铝制成。能够容易地提供完整的线圈，从而不需要在所述线圈内的不同材料之间的连接。在铝与其他材料之间的连接可能由于不同材料的不同性质而难以创建，并且可能引起腐蚀，腐蚀会降低所述连接的耐久性。在针对铝与铜之间的连接时尤其如此。单种材料的线圈的制作因此是易于实现的。能够通过用铝代替来自整个外层线圈的铜实现的在重量和价格上的减少比仅在线圈中部分地代替铜要更高。
[0012]根据优选的实施例，所述外层线圈的集合由铝制成。这提供了在所述梯度线圈组件的重量和价格上的良好减少，这能够在不减少使用该梯度线圈执行的MR扫描的结果的情况下得以实现。而且，所述外层线圈的集合能够以均匀特性并且无需不同材料之间的连接来提供。铝与其他材料之间的连接可能因不同材料的不同性质而难以创建，并且可能引起腐蚀，腐蚀会降低所述连接的耐久性。在针对铝与铜之间的连接时尤其如此。所述外层线圈中的耗散并非关键性的，即使是对于高性能线圈而言。由于所述外层线圈通常包含现有技术的梯度线圈组件中使用的铜的重量的约一半，能够通过用铝代替来自所述外层线圈的集合的铜来实现的重量和价格上的减少是高的。
[0013]根据优选的实施例，所述内层线圈的集合由铜制成。通过提供为铜的所述内层线圈的集合，所述内层线圈适用于高质量MR扫描。耗散在所述内层线圈中是最关键的，这是因为电流密度比在所述外层线圈中更高。梯度线圈组件的性能因所述内层线圈中的热点而受限，所述内层线圈中的热点能够通过提供由铜制成的所述内层线圈的集合而减少。
[0014]根据优选的实施例，所述内层线圈的集合中的至少一个线圈至少部分地由铝制成。取决于所述梯度线圈组件的设计，所述内层线圈的集合中的至少一个线圈的至少一部分能够由铝提供，而不减少所述MR扫描的结果。优选地，所述至少一个线圈中经受低发热的部分由铝制成。进一步优选地，至少部分地对所述内层线圈的集合施加冷却，使得因铝的使用造成的耗散的则更加得以减少或者甚至平衡，并且铝能够被至少部分地用于至少一个线圈而不减少所述MR扫描的结果。进一步优选地，所述内层线圈的集合被提供有冷却装置，用于冷却所述内层线圈的集合中的所述至少一个线圈的所述部分。
[0015]根据优选的实施例，所述内层线圈的集合中的z-线圈包括平行导电环的集合，其中，所述导电环的第一子集由铝制成。所述导电环的所述平行布置指所述导电环的空间平行的布置。在电学上，所述导电环串联连接。所述平行导电环的集合方便对所述部分地由铝制成的线圈的提供，这是因为能够容易地用为铝的导电环代替例如为铜的个体导电环。
[0016]根据优选的实施例，所述内层线圈的集合中的至少一个线圈由铝制成。所述内层线圈的集合中使用越多的铝，所述梯度线圈组件以及所述使用该梯度线圈组件的MR成像系统的成本和重量上的减少越高。
[0017]根据优选的实施例，所述内层线圈的集合由铝制成。即使因铝的使用造成热点的生成被增加，所述内层线圈的集合仍适用于提供适用于MR图像生成的MR信息。取决于使用实例，所述MR扫描的结果仍足以提供低性能的MR扫描。然而，如果对所述内层线圈的集合施加足够的冷却，则整体MR成像系统的性能能够得到改善为高的。高性能的MR成像系统能够大致上以至少40mT/m的梯度和至少200T/ms的转换速率为特征。
[0018]根据优选的实施例，所述平行导电环的集合包括由铜制成的导电环的第二子集，并且所述导电环的第一子集和第二子集中的所述导电环沿z-线圈的纵轴交替布置。取决于由铝制成的导电环的数目，耗散的增加能够被控制并限制到适于执行高质量MR扫描的水平。优选地，所述导电环的第二子集中的所述导电环被提供为由铜制成的固体导电环，以进一步改善耗散。
[0019]根据优选的实施例，至少一个线圈至少部分地装备有用于循环冷却剂的空心导体。所述空心导体实现了在所述线圈中生成的热的源处的有效冷却。因此，所述冷却减少了热点在所述导体自身中以及还在其附近的形成，所述附近被循环在所述空心导体中的所述冷却剂间接冷却。所述冷却改善了所述梯度线圈组件的以及包括所述梯度线圈组件的所述MR成像系统的性能，这是因为其减少了所述梯度线圈组件中的耗散。因此，热点得以减少，并且所述Irms以及因此所述Grms能够相比于没有冷却的梯度线圈组件而得以增大。优选地，所述冷却剂为液体，这是因为液体一般具有高的热容。进一步优选的冷却剂为水，其容易获得并且具有好的热容。此外，水在大多数地方都是容易获得的。优选地，所述内层和/或外层线圈的集合中的所述z-线圈的导电环被提供为空心导体，用于循环所述冷却剂。由于所述z-线圈的所述布置，能