技术领域
[0001] 本
发明属于磁共振成像领域，特别涉及一种用于关节磁共振成像的梯度线圈。
背景技术
[0002] 磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging，MRI) 系统包括磁体系统、梯度系统、射频系统和计算机成像系统，是当今医学界的一种重要的影像检测手段。其中，梯度系统的作用是在成像区域内提供线性的可快速切换的梯度
磁场，为磁共振射频扫描提供
空间编码信息。早期（上世纪80年代）的梯度线圈产品长度较长，切换率低，梯度线性度较低，产生的梯度也比较弱（小于20mT/m）。经过近40年的发展，梯度线圈向短腔、高梯度场、高切换率、高效率的方向发展。
[0003] 关节磁共振成像设备是针对关节组织（如腕关节、踝关节、
膝关节等）的特点，专
门用于关节诊断的磁共振设备。相对于全身成像设备而言，成像
对比度高，诊断效果好。究其原因，主要是由于关节成像设备的梯度线圈远远优于全身成像设备。相对于全身成像设备的梯度线圈，由于关节成像的梯度线圈孔径小，一般在200mm～220mm之间（全身成像梯度线圈孔径：约680～700mm），因此可以实现更高梯度场强。如全身成像设备的梯度线圈一般在20～30mT/m，而关节成像的梯度线圈可以实现60mT/m，甚至更高；梯度线圈孔径小带来的另一个优点是电感量小，从而梯度切换率高，因此适应快速扫描序列中梯度脉冲快速上升和翻转的需要。
[0004] 目前，仅有美国通用电气（GE）公司推出了关节成像的磁共振设备。本发明提出的关节成像磁共振梯度线圈具备高性能，可以用于关节成像设备。
发明内容
[0005] 本发明提出一种用于关节磁共振成像的梯度线圈，实现指标为：梯度线圈长度不大于480mm；梯度场强达到70mT/m；成像区域为160mm的球域；梯度线性度优于-2%～+2%。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 用于关节磁共振成像的梯度线圈，由主梯度线圈层和屏蔽线圈层组成，主梯度线圈层和屏蔽线圈层均包括X、Y、Z三个方向的梯度线圈。其中，X线圈和Y线圈形状相同，Y线圈半径大于X线圈。安装时，Y线圈相对于X线圈绕z轴旋转90度。X线圈位于最内层，Y线圈位于
中间层，Z线圈位于最外层。主线圈层的长度小于屏蔽线圈层，以便更好地屏蔽
杂散磁场。
[0008] 每方向的主线圈和屏蔽线圈都由两层
铜皮切割而成，上、下叠放，各圈铜皮布线连接处上层和下层是相反的，保证上、下层对应
位置的
导线流过同方向的
电流，从而产生同方向的磁场。这样的布线方式便于电流回路和增加梯度值。
[0009] 主线圈层和屏蔽线圈层之间预留间隔，用于布置匀场槽和
水冷通道。
[0011] 图1,为用于关节磁共振成像的梯度线圈结构示意图；
[0012] 图2为用于关节磁共振成像的梯度线圈结构示意图
[0013] 图3为 X或Y线圈主线圈布线图；
[0014] 图4为 X或Y线圈屏蔽线圈布线图；
[0015] 图5为 X或Y线圈三维视图；
[0016] 图6为X/Y线圈双层铜皮布线示意图；
[0017] 图7为在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，X线圈产生磁场分布图；
[0018] 图8为 Z线圈主线圈布线图；
[0019] 图9为Z线圈屏蔽线圈布线图；
[0020] 图10为 Z线圈三维视图；
[0021] 图11为 在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，Z线圈产生磁场分布图。
[0022] 具体实施方式[0005]
[0023] 以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
[0024] 图1是用于关节磁共振成像的梯度线圈结构示意图。外层为屏蔽线圈层，本发明的一个
实施例长度为480mm，从外到内为 Z、Y和X线圈屏蔽层，直径分别为Zs 、Ys和Xs。内层为主线圈层，本发明的一个实施例长度为440mm，按照直径径由大到小顺序分别为 Zm、Ym和Xm。主线圈层和屏蔽线圈层之间为匀场槽和水冷通道，间隔大于15mm。成像区域为半径为80mm的球域。
[0025] 下面列出了实施例中线圈布线位置：
[0026] X线圈：主层 Xm=206mm； 屏蔽层 Xs=256mm；
[0027] Y线圈：主层 Ym=212mm； 屏蔽层 Ys=262mm；
[0028] Z线圈：主层 Zm=218mm； 屏蔽层 Zs=268mm；
[0029] 图3为X或Y线圈主线圈布线图，图4为X或Y线圈屏蔽线圈布线图。坐标定义为：纵坐标为轴向坐标Z，以米（m）为单位，横坐标为圆周面上的
角度Theta，以弧度（rad）为单位，下面的图4、图5坐标定义与此相同。图3中，左上、右下线圈通正电流；右上、左下线圈通负电流。图4中，左上、右下线圈通负电流；右上、左下线圈通正电流。图5为X或Y线圈的三维视图，外层为屏蔽线圈，内层为主线圈。Y线圈的布线形状与X线圈相同，但柱面半径略大于X线圈，安装时与X线圈沿Z轴方向旋转90度。
[0030] 图6为X/Y线圈双层铜皮布线示意图。X/Y主线圈和屏蔽线圈均包括四个绕组，示意图仅取一个线圈绕组进行说明。从上方的布线铜皮最外一圈导线流入电流，电流沿布线到线圈中心，然后从中心A点流出，到下层中心B点流入，最后从下层最外一圈流出。各圈铜皮布线连接处上层和下层是相反的，保证上、下层对应位置的导线流过同方向的电流，产生同方向的磁场，两层的布置进而可以使场强加倍。
[0031] 图7为在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，X线圈产生磁场分布图。在本发明实施例的计算中发现，对于160mm的球域，在Y=0平面内梯度磁场线性度最差，取区域X = -0.08m～0.08m，Z=-0.08m～0.08m，得到理论线性度：-1.84%～+1.84%。通过计算，当双层布线，工作电流为69.12A时，梯度场强达到了70.2 mT/m，梯度效率达到了1.0 mT/m/A 。
[0032] 图8为Z线圈主线圈布线图，可以看作是沿z轴分布的圆环电流。远离中心的绕线电流为正，中心区域绕线的电流为负。图9是Z线圈屏蔽线圈布线图，电流方向与主线圈相反，远离中心的绕线电流为负，中心区域绕线的电流为正。图10为Z梯度线圈三维视图，外层为屏蔽线圈，内层为主线圈。
[0033] 图11为在Y=0的平面内，x∈（-0.08m，+0.08m），z∈（-0.08m，+0.08m）的区域内，Z线圈产生磁场分布图。在本发明实施例的计算中发现，对于160mm的球域，在Y=0平面，取区域X = -0.08m～0.08m，Z=-0.08m～0.08m，得到理论线性度：-1.60%～+1.60%。通过计算，当双层布线，工作电流为50.04A时，梯度场强达到了70.4 mT/m，梯度效率达到了1.4 mT/m/A 。
