專利名稱:用于在梯度線圈組合件中提供互連的系統(tǒng)和設備的制作方法
技術領域:
本發(fā)明一般涉及磁共振成像(MRI)系統(tǒng),并且具體地說,涉及用于在屏蔽梯度線圈組合件(shielded gradient coil assembly)中的內(nèi)部與外部梯度線圈之間提供互連的系統(tǒng)和設備。
背景技術:
磁共振成像(MRI)是能夠不使用X射線或其它電離輻射而創(chuàng)建人體內(nèi)部的圖片的醫(yī)學成像模式。MRI使用強大的磁體來創(chuàng)建強的均勻靜態(tài)磁場(B卩,“主磁場”)。人體或部分人體處于主磁場中時,與組織水中的氫核相關聯(lián)的核自旋成為極化的。這意味著與這些自旋相關聯(lián)的磁矩成為沿主磁場方向優(yōu)先對齊,導致沿該軸(按慣例為“z軸”)的小的凈組織磁化(net tissue magnetization)。MRI系統(tǒng)還包括稱為梯度線圈的部件,在電流施加到這些梯度線圈時它們產(chǎn)生更小幅度、在空間上改變的磁場。典型地,梯度線圈設計為產(chǎn)生沿z軸對齊并且沿x、y或z軸之一幅度隨位置線性變化的磁場分量。梯度線圈的效應是創(chuàng)建沿單個軸在磁場強度上以及伴隨地在核自旋的共振頻率上的小斜坡(ramp :線性變化)。具有正交軸的三個梯度線圈用于通過在體內(nèi)的各個位置創(chuàng)建特征共振頻率來對MR信號“空間編碼”。射頻(RF)線圈用于在氫核的共振頻率或附近創(chuàng)建RF能量的脈沖。RF線圈用于以受控方式將能量添加到核自旋系統(tǒng)。由于核自旋隨后弛豫回到其靜能狀態(tài)(rest energystate),它們以RF信號的形式放出能量。此信號由MRI系統(tǒng)檢測并使用計算機和已知的重新構建算法變換成圖像。在MRI系統(tǒng)中使用的梯度線圈組合件可以是屏蔽梯度線圈組合件,由使用諸如環(huán)氧樹脂等材料接合在一起的內(nèi)部和外部梯度線圈組合件構成。典型地,內(nèi)部梯度線圈組合件包括X、Y和Z梯度線圈對或組的內(nèi)部(或主要)線圈,并且外部梯度線圈組合件包括X、Y和Z梯度線圈對或組的相應外部(或屏蔽)線圈。Z梯度線圈典型地為圓柱形,其中導體呈螺旋狀纏繞圓柱表面。橫向X和Y梯度線圈通常由具有絕緣襯層的銅板形成。導體匝圖案(例如指紋圖案)可在梯度線圈的銅層中切割。相應內(nèi)部和外部梯度線圈使用互連或連接器耦合在一起以提供電氣和信號連接。典型地,梯度線圈互連由諸如平板形式的銅等固態(tài)、剛性的傳導材料形成。在梯度線圈組合件的操作期間,內(nèi)部和外部梯度線圈受到相反的電磁力,電磁力在內(nèi)部和外部梯度線圈組合件以及內(nèi)部與外部梯度線圈之間的互連上造成機械應力。在梯度線圈組合件的操作期間的力和應力能夠造成固態(tài)、剛性互連斷裂。期望提供能夠承受在梯度線圈組合件的操作期間發(fā)生的力和應力的互連以獲得改進的性能和增大的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一實施例,一種用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的梯度線圈設備,梯度線圈設備包含內(nèi)部梯度線圈組合件,包含至少一個內(nèi)部梯度線圈;外部梯度線圈組合件,包含至少一個外部梯度線圈;以及至少一個梯度線圈互連,耦合到內(nèi)部梯度線圈和外部梯度線圈,梯度線圈互連包含導線組合件,包含多個導體,并具有電耦合到外部梯度線圈組合件的第一端和電耦合到內(nèi)部梯度線圈的第二端;以及加強材料,圍繞導線組合件的一部分設置。根據(jù)另一實施例,一種用于提供磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的梯度線圈之間的電連接的梯度線圈互連,梯度線圈互連包含導線組合件,包含多個導體,并電耦合在梯度線圈之間;以及加強材料,圍繞導線組合件的一部分設置。
從結合附圖進行的以下詳細描述中,將更全面地理解本發(fā)明,其中類似的參考標號表示類似的部分,其中 圖I是根據(jù)一實施例的示范磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的示意框 圖2是根據(jù)一實施例的磁體組合件的示意側視 圖3是根據(jù)一實施例的屏蔽梯度線圈組合件的示意橫截面 圖4是根據(jù)一實施例、沿圖3的線條4-4所取的圖3的梯度線圈組合件的橫截面視圖的不意 圖5是根據(jù)一實施例、具有梯度線圈互連的梯度線圈設備的示意橫截面 圖6是根據(jù)一實施例的示范梯度線圈互連的頂部透視圖;以及 圖7是根據(jù)一實施例的另一示范梯度線圈互連的頂部透視圖。
具體實施例方式圖I是根據(jù)一實施例的示范磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的示意框圖。MRI系統(tǒng)10的操作從包括鍵盤或其它輸入裝置13、控制面板14及顯示器16的操作員控制臺12控制。控制臺12通過鏈路18與計算機系統(tǒng)20進行通信,并且為操作員提供規(guī)定MRI掃描、顯示結果圖像、執(zhí)行對圖像的圖像處理以及存檔數(shù)據(jù)和圖像的接口。計算機系統(tǒng)20包括通過電氣和/或數(shù)據(jù)連接來相互通信的多個模塊,例如通過使用背板20a而提供的連接。數(shù)據(jù)連接可以是直接有線鏈路,或可以是光纖連接或無線通信鏈路或諸如此類。計算機系統(tǒng)20的模塊包括圖像處理器模塊22、CPU模塊24可包括用于存儲圖像數(shù)據(jù)陣列的幀緩沖器的存儲器模塊26。在一備選實施例中,圖像處理器模塊22可由CPU模塊24上的圖像處理功能性替代。計算機系統(tǒng)20鏈接到存檔介質裝置、永久性或備份存儲裝置或網(wǎng)絡。計算機系統(tǒng)20也可通過鏈路34與單獨的系統(tǒng)控制計算機32通信。輸入裝置13能包括鼠標、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸激活屏、光棒(light wand)、語音控制或任何類似或等效輸入裝置,并且可用于交互式幾何形狀規(guī)定。系統(tǒng)控制計算機32包括經(jīng)由電氣和/或數(shù)據(jù)連接32a相互通信的模塊集。數(shù)據(jù)連接32a可以是直接有線鏈路,或可以是光纖連接或無線通信鏈路或諸如此類。在備選實施例中,計算機系統(tǒng)20和系統(tǒng)控制計算機32的模塊可在同一計算機系統(tǒng)或多個計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)。系統(tǒng)控制計算機32的模塊包括CPU模塊36和通過通信鏈路40連接到操作員控制臺12的脈沖生成器模塊38。脈沖生成器模塊38可備選集成到掃描儀設備(例如,共振組合件52)中。系統(tǒng)控制計算機32正是通過鏈路40從操作員接收命令以指示要執(zhí)行的掃描序列。通過發(fā)送描述要產(chǎn)生的RF脈沖和脈沖序列的定時、強度和形狀及數(shù)據(jù)采集窗口的定時與長度的指令、命令和/或請求,脈沖生成器模塊38操作放出(即,執(zhí)行)所需脈沖序列的系統(tǒng)部件。脈沖生成器模塊38連接到梯度放大器系統(tǒng)42,并產(chǎn)生控制在掃描期間要使用的梯度脈沖的定時和形狀的稱為梯度波形的數(shù)據(jù)。脈沖生成器模塊38也可從生理采集控制器44接收患者數(shù)據(jù),該控制器從連接到患者的多個不同傳感器接收信號,如來自附連到患者的電極的ECG信號。脈沖生成器模塊38連接到掃描室接口電路46,該電路從與患者的狀況和磁體系統(tǒng)相關聯(lián)的各種傳感器接收信號?;颊叨ㄎ幌到y(tǒng)48正是通過掃描室接口電路46接收命令以將患者平臺移動到掃描的所需位置。脈沖生成器模塊38生成的梯度波形施加到包括Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系統(tǒng)42。各個梯度放大器激勵概括地表示為50的梯度線圈組合件中的對應的實際的梯度線圈以產(chǎn)生用于將所采集的信號空間編碼的磁場梯度脈沖。梯度線圈組合件50形成包括 具有超導主線圈54的極化超導磁體的共振組合件52的一部分。共振組合件52可包括整體RF線圈56、表面或平行成像線圈76或兩者。RF線圈組合件的線圈56、76可配置用于傳送和接收或用于只傳送或只接收?;颊呋虺上裎矬w70可位于共振組合件52的圓柱形患者成像容積72內(nèi)。系統(tǒng)控制計算機32中的收發(fā)器模塊58產(chǎn)生由RF放大器60放大并由傳送/接收開關62耦合到RF線圈56、76的脈沖?;颊咧斜患詈税l(fā)射的結果信號可由相同RF線圈56感測到并通過傳送/接收開關62耦合到前置放大器64。備選地,被激勵核發(fā)射的信號可由諸如平行線圈或表面線圈76等單獨的接收線圈感測到。放大的MR信號在收發(fā)器58的接收器部分中進行解調(diào)、濾波和數(shù)字化。傳送/接收開關62由來自脈沖生成器模塊38的信號控制以便在傳送模式期間將RF放大器60電連接到RF線圈56,并在接收模式期間將前置放大器64連接到RF線圈56。傳送/接收開關62也能夠允許在傳送或接收模式中使用單獨的RF線圈(例如,平行或表面線圈76)。由RF線圈56或平行或表面線圈76感測到的MR信號由收發(fā)器模塊58數(shù)字化,并傳送到在系統(tǒng)控制計算機32中的存儲器模塊66。典型地,對應于MR信號的數(shù)據(jù)的幀暫時存儲在存儲器模塊66中,直至它們隨后被變換以創(chuàng)建圖像。陣列處理器68使用已知的變換方法(最常用的是傅立葉變換)從MR信號創(chuàng)建圖像。這些圖像通過鏈路34傳遞到計算機系統(tǒng)20,在系統(tǒng)中它存儲在存儲器中。響應從操作員控制臺12收到的命令,此圖像數(shù)據(jù)可以長期存儲方式存檔,或者它可由圖像處理器22進一步處理并輸送到操作員控制臺12并在顯示器16上顯示。圖2是根據(jù)一實施例的共振組合件的示意側視圖。共振組合件100可在MRI系統(tǒng)中使用,如圖I所示的MRI系統(tǒng)10。共振組合件100為圓柱形,并且除其它元件外,還包括超導磁體102、梯度線圈組合件104及RF線圈106。為清晰起見,從圖2中忽略了諸如蓋板、支撐、懸吊構件、端蓋、支架等各種其它元件。圓柱形患者容積或腔108環(huán)繞有患者腔管110。RF線圈106為圓柱形,并且圍繞患者腔管110的外表面設置并安裝在圓柱形梯度線圈組合件104內(nèi)側。梯度線圈組合件104圍繞RF線圈106設置,是間隔的同軸關系,并且梯度線圈組合件104沿圓周環(huán)繞RF線圈106。梯度線圈組合件104安裝在磁體102內(nèi)側,并且由磁體102沿圓周環(huán)繞?;颊呋虺上裎矬w112可在患者平臺或搖籃床116沿中心軸114 (例如,Z軸)插入共振組合件100?;颊咂脚_或搖籃床116在共振組合件的“患者端” 142插入共振組合件,并且圓柱形共振組合件的相反端是“服務端” 140。中心軸114沿與磁體102生成的主磁場BO的方向平行的共振組合件100的管軸對齊。如MR成像領域熟知的一樣,RF線圈106可用于施加射頻脈沖(或多個脈沖)到患者或物體112,并且可用于接收從物體112返回的MR信息。梯度線圈組合件104生成用于以已知方式將成像容積中的點空間編碼的時間相關梯度磁脈沖。超導磁體102例如可包括幾個徑向對齊而縱向間隔的超導線圈118,各個超導線圈能夠攜帶大電流。超導線圈118設計為在患者容積108內(nèi)創(chuàng)建磁場B0。超導線圈118密封在低溫封套122內(nèi)的低溫環(huán)境中。低溫環(huán)境設計為保持超導線圈118的溫度低于適當?shù)呐R界溫度,以便超導線圈118處于具有零電阻的超導狀態(tài)。低溫封套122例如可包括用于以已知方式容納和冷卻磁體繞組的氦容器(未示出)和熱或冷屏蔽(未示出)。超導磁體102 由例如低溫保持器容器等磁體容器120密封。磁體容器120配置成保持真空并且防止熱傳送到低溫封套122。梯度線圈組合件104是自屏蔽梯度線圈組合件。梯度線圈組合件104包括關于公共軸114以同軸式布置設置的圓柱形內(nèi)部梯度線圈組合件或繞組124和圓柱形外部梯度線圈組合件或繞組126。內(nèi)部梯度線圈組合件124包括內(nèi)部(或主要)X、Y和Z梯度線圈,并且外部梯度線圈組合件126包括相應的外部(或屏蔽)X、Y和Z梯度線圈。梯度線圈組合件104的線圈可借助于使電流通過線圈來激活,以生成如MR成像中所需的在患者容積108中的梯度場。在內(nèi)部梯度線圈組合件124與外部梯度線圈組合件126之間的容積138或空間可填充有接合材料,例如環(huán)氧樹脂、粘彈性樹脂、聚氨酯等。備選地,具有諸如玻璃珠、硅和鋁等填充材料的環(huán)氧樹脂可用作接合材料。應理解的是,可使用除如上關于圖I和2所述圓柱形組合件外的其它磁體和梯度拓撲。例如,在對合開放式(split-open) MRI系統(tǒng)中的平緩梯度幾何形狀也可利用如下所述本發(fā)明的實施例。使用如圖3所示的互連,將內(nèi)部梯度線圈組合件124中的X、Y和Z梯度線圈耦合到外部梯度線圈組合件126中的對應X、Y或Z梯度線圈。圖3是根據(jù)一實施例的屏蔽梯度線圈組合件的示意橫截面圖。為清晰起見,從圖3中忽略了諸如蓋板、支撐、懸吊構件、端蓋、支架等各種元件。梯度線圈組合件204可插入MRI系統(tǒng)的共振組合件中,如圖2示出的共振組合件100。外部梯度線圈組合件226和內(nèi)部梯度線圈組合件224使用容積238中的接合材料(例如,環(huán)氧樹脂、粘彈性樹脂、聚氨酯等)接合在一起。梯度線圈互連或連接器250用于將內(nèi)部梯度線圈組合件224中的線圈耦合到外部梯度線圈組合件226中的相應線圈。互連250用于允許在內(nèi)部與外部梯度線圈之間的電氣和信號連接性。互連250可用于將內(nèi)部X梯度線圈連接到外部X梯度線圈?;ミB250可用于將內(nèi)部Y梯度線圈連接到外部Y梯度線圈?;ミB250可用于將內(nèi)部Z梯度線圈連接到外部Z梯度線圈。一個或多個梯度線圈互連可位于圖3所示梯度線圈組合件204的服務端240。在備選實施例中,一個或多個梯度線圈互連250可位于患者端242或者位于服務端240和患者端242。在一實施例中,一個或多個梯度線圈互連250可位于圍繞如圖4所示圓柱形梯度線圈組合件的末端的不同位置。圖4是根據(jù)一實施例、沿圖3的線條4-4所取的圖3的梯度線圈組合件的橫截面視圖的示意圖。在圖4所示實施例中,三個梯度線圈互連350位于圍繞梯度線圈組合件的末端的周長的各種位置。每個梯度線圈連接器350將內(nèi)部梯度線圈組合件324中的線圈耦合到外部梯度線圈組合件326中的相應線圈。如上所述,內(nèi)部梯度線圈組合件324和外部梯度線圈組合件326通過容積338中的接合材料接合在一起。回到圖3,梯度線圈互連250包括如圖5更詳細示出的導線組合件和加強材料。圖5是根據(jù)一實施例、具有梯度線圈互連的梯度線圈設備的示意橫截面圖。梯度線圈互連450耦合成連接內(nèi)部梯度線圈462和外部梯度線圈460。梯度線圈互連450包括具有第一端456和第二端458的導線組合件452。導線組合件452的第一端456耦合到外部梯度線圈460,并且導線組合件452的第二端458耦合到內(nèi)部梯度線圈462。導線組合件452的第一端456和第二端458可使用例如焊接或諸如壓接的機械緊固的各種方法,分別連接到外部梯度線圈260和內(nèi)部梯度線圈462。一部分導線組合件452環(huán)繞有配置成提供剛度和絕緣的加強材料454。加強材料優(yōu)選是具有剛性屬性的非金屬材料。加強材料454可根據(jù)希望或需要調(diào)整大小和形狀,以便例如基于連接要求具有不同形狀的橫截面。未環(huán)繞有加強 材料454的導線組合件452的部分(例如,第一端456和第二端458)為應變或應力消除提供柔性。導線組合件452包括多條導線。圖6是根據(jù)一實施例的示范梯度線圈互連的頂部透視圖。梯度線圈互連550可在諸如上面關于圖2-5所述的梯度線圈組合件中使用。梯度線圈互連550包括多個單獨的導線導體572,各具有圓形橫截面,并且各具有大致相同長度?;谶B接的要求,可使用不同數(shù)量的導線。每個導線導體572通過在導線導體572的外部表面圍繞設置并環(huán)繞該外部表面的電絕緣材料574而單獨絕緣。導線導體572由諸如銅或銀等高導電材料形成。另外,選擇絕緣材料574以承受高擊穿電壓。在此實施例中,導線導體572配置為并聯(lián)布置,使得導體572沿梯度線圈互連550的長度相互平行延伸。梯度線圈互連550還包括加強材料576,加強材料配置成包起多個被絕緣的導線導體572以使導線導體572關于彼此保持在相對固定的位置。加強材料576優(yōu)選是具有剛性屬性的非金屬材料,并且可根據(jù)希望或需要調(diào)整大小和形狀,以便例如基于連接要求而具有不同形狀的橫截面。圖7是根據(jù)一實施例的另一示范梯度線圈互連的頂部透視圖。梯度線圈互連650可在諸如上面關于圖2-5所述的梯度線圈組合件中使用。梯度線圈互連650包括多個單獨的導線導體682,各具有圓形橫截面,并且各具有大致相同長度?;谶B接的要求,可使用不同數(shù)量的導線。每個導線導體682通過在導線導體682的外部表面圍繞設置并環(huán)繞該外部表面的電絕緣材料684而單獨絕緣。導線導體682由諸如銅或銀等高導電材料形成。另夕卜,選擇絕緣材料684以承受高擊穿電壓。在此實施例中,導線導體682還紡織、扭絞或編織在一起以形成梯度線圈互連650的導線組合件。具體而言,彎曲或形成多個單獨的導線導體682,使得每個導線導體的形狀形成螺旋。另外,將單獨的螺旋相互交織或編織在一起,以形成梯度線圈互連650的導線組合件。梯度線圈互連650也包括加強材料686,加強材料686配置成使導線導體682相對于彼此保持在相對固定的位置。加強材料686優(yōu)選是具有剛性屬性的非金屬材料,并且可根據(jù)希望或需要調(diào)整大小和形狀,以便例如基于連接要求而具有不同形狀的橫截面。此書面描述使用示例公開了本發(fā)明,包括最佳模式,并且也允許本領域的任何技術人員制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明可取得專利的范圍由權利要求定義,并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求書面語言不同的結構要素, 或者包括具有與權利要求書面語言非實質不同的等效結構要素,則它們預計在權利要求范圍內(nèi)。任何過程或方法步驟的次序和順序可根據(jù)備選實施例進行改變或重新定序。在不背離本發(fā)明的精神的情況下,可對本發(fā)明進行許多其它更改和修改。從隨附權利要求將明白這些和其它變化的范圍。附圖標記說明
權利要求
1.一種用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的梯度線圈設備(204),所述梯度線圈設備包括 內(nèi)部梯度線圈組合件,包括至少一個內(nèi)部梯度線圈(462); 外部梯度線圈組合件,包括至少一個外部梯度線圈(460);以及 至少一個梯度線圈互連(450),耦合到所述內(nèi)部梯度線圈和所述外部梯度線圈,所述梯度線圈互連包括 導線組合件(452),包括多個導體并具有電耦合到所述外部梯度線圈組合件的第一端(456 )和電耦合到所述內(nèi)部梯度線圈的第二端(458 );以及 加強材料(454),圍繞所述導線組合件的一部分設置。
2.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述多個導體(572、682)的每個包括圍繞所述導體的外表面設置的絕緣材料(574、584)。
3.如權利要求2所述的梯度線圈設備,其中所述多個導體(572、682)的每個具有圓形橫截面。
4.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述多個導體(682)編織在一起。
5.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述至少一個內(nèi)部梯度線圈(462)是內(nèi)部X梯度線圈,以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部X梯度線圈。
6.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述至少一個內(nèi)部梯度線圈(462)是內(nèi)部Y梯度線圈,以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部Y梯度線圈。
7.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述至少一個內(nèi)部梯度線圈(462)是內(nèi)部Z梯度線圈,以及所述至少一個外部梯度線圈(460)是外部Z梯度線圈。
8.如權利要求I所述的梯度線圈設備,其中所述內(nèi)部梯度線圈組合件(224)包括內(nèi)部X梯度線圈、內(nèi)部Y梯度線圈和內(nèi)部Z梯度線圈,所述外部梯度線圈組合件(226)包括外部X梯度線圈、外部Y梯度線圈和外部Z梯度線圈,并且所述梯度線圈設備還包括電耦合到所述內(nèi)部X梯度線圈和所述外部X梯度線圈的第一梯度線圈互連(250、350)、電耦合到所述內(nèi)部Y梯度線圈和所述外部Y梯度線圈的第二梯度線圈互連(250、350)及耦合到所述內(nèi)部Z梯度線圈和所述外部Z梯度線圈的第三梯度線圈互連(250、350)。
9.一種用于在磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的梯度線圈之間提供電連接的梯度線圈互連(250、450),所述梯度線圈互連包括 導線組合件(452),包括多個導體并電耦合在所述梯度線圈之間;以及 加強材料(454),圍繞所述導線組合件的一部分設置。
10.如權利要求9所述的梯度線圈互連,其中所述多個導體(572、582)的每個包括圍繞所述導體的外表面設置的絕緣材料(574、584)。
11.如權利要求10所述的梯度線圈互連,其中所述多個導體(572、582)的每個具有圓形橫截面。
12.如權利要求9所述的梯度線圈互連,其中所述多個導體(572、582)的每個包含銅。
13.如權利要求9所述的梯度線圈互連,其中所述多個導體(572、582)編織在一起。
14.如權利要求9所述的梯度線圈互連,其中所述加強材料(454)是非金屬材料。
全文摘要
一種用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的梯度線圈設備(204)包含包括至少一個內(nèi)部梯度線圈(462)的內(nèi)部梯度線圈組合件和包括至少一個外部梯度線圈(460)的外部梯度線圈組合件。至少一個梯度線圈互連(450)耦合到內(nèi)部梯度線圈和外部梯度線圈。梯度線圈互連包含包括多個導體的導線組合件(452)。導線組合件具有電耦合到外部梯度線圈組合件的第一端(456)和電耦合到內(nèi)部梯度線圈的第二端(458)。梯度線圈互連還包括圍繞導線組合件的一部分設置的加強材料(454)。
文檔編號G01R33/385GK102809736SQ20121017505
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者江隆植, T.J.黑文斯, J.小斯卡圖羅, W.L.埃恩齊格, T.K.基丹 申請人:通用電氣公司