梯度線圈及磁共振成像設備的制作方法

本申請涉及核磁共振成像系統領域，尤其涉及一種梯度線圈及磁共振成像設備。

背景技術：

在核磁共振成像系統中，梯度線圈產生均勻的線性磁場，從而對物體進行三維定位，隨后對采集的數據進行后續處理即可得到成像圖片。隨著超高場和高分辨率的應用，對線性磁場的場強要求越來越高，梯度線圈也隨之要求承載更高電流，其功率也隨之增加。而隨著梯度線圈功率的提高，梯度線圈會產生大量的熱量，若不能有效地進行冷卻，梯度線圈的工作效率也會受到影響。

圖1和圖2均為傳統梯度線圈的結構圖，傳統的梯度線圈的主要由若干銅層1、若干環氧樹脂層2’以及若干水管3構成，其中，若干銅層1的外側由環氧樹脂層2’包裹著。隨著高場的應用，銅層1一般要求幾百安培乃至上千安培的電流，從而產生大量的熱量，這些熱量均需要由設置在銅層1與環氧樹脂層2’之間的水管3帶走。

傳統環氧樹脂的導熱系數一般為0.2W/(m·K)(即瓦/米·度)，導熱性能較差。隨著梯度線圈功率的提高，通常會選擇增加水管的數量以加大水冷功率。雖然增加水管的數量能夠帶走一定的熱量，但較多的水管會極大的占用梯度線圈的有效空間，從而降低了梯度線圈的性能和工作效率。

技術實現要素：

有鑒于此，本申請提供一種梯度線圈及磁共振成像設備，以解決現有技術中梯度線圈工作時散熱不及時的問題。

具體地，本申請是通過如下技術方案實現的：

本申請提供的一種梯度線圈，包括若干銅層以及至少與一銅層的一側接觸的導熱層，所述導熱層主要由環氧樹脂和填充劑混合而成，所述填充劑的導熱系數大于所述環氧樹脂的導熱系數。

可選地，所述填充劑包括陶瓷顆粒和石英粉中的至少一種。

可選地，所述填充劑包括陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒是三氧化二鋁、氮化硼、氮化鋁和氮化硅中的至少一種。

可選地，所述導熱層所包含的陶瓷顆粒的體積占比大于0且小于等于70％。

可選地，所述導熱層所包含的陶瓷顆粒的體積占比的范圍是20％-50％。

可選地，所述導熱層所包含的陶瓷顆粒的體積占比是30％或45％。

可選地，所述填充劑還包括碳纖維。

可選地，所述填充劑還包括玻璃纖維。

可選地，還包括水管層，所述水管層設置在銅層和導熱層之間。

可選地，所述導熱層包裹在所述若干銅層的最外側。

本申請還提供一種磁共振成像設備，包括如上述梯度線圈。

本申請的有益效果：在傳統的環氧樹脂導熱層中添加導熱系數較高的填充劑，以增強導熱層的導熱性能，及時對銅層進行散熱，從而較好地對梯度線圈進行冷卻。另外一方面，導熱層的導熱性能增強能夠減少傳統水管層的數量，減小水管層對梯度線圈有效空間的占用，提高梯度線圈產生磁場的效率。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

圖1是現有技術中的一種梯度線圈的結構示意圖；

圖2是現有技術中的另一種梯度線圈的結構示意圖；

圖3是本申請提供的一種梯度線圈的結構示意圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

環氧樹脂具有良好的物理、化學性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優異的粘接強度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶劑穩定，常作為導熱層用在梯度線圈上。具體地，將環氧樹脂導熱層塑封在梯度線圈若干銅層的外側或兩銅層之間。但環氧樹脂的導熱性能較差，不能及時對銅層進行冷卻，因此需要進一步對傳統的環氧樹脂導熱層進行改進。

參見圖3，本實施例提供的一種梯度線圈，包括若干銅層1以及至少與一銅層的一側接觸的導熱層2，所述導熱層2主要由環氧樹脂和填充劑混合而成，所述填充劑的導熱系數大于所述環氧樹脂的導熱系數，從而增強導熱層2的導熱效率，及時對銅層1進行散熱，從而較好地對梯度線圈進行冷卻。進一步地，填充劑的導電性能較低，從而提高梯度線圈的性能。

在一實施例中，導熱層2包裹在銅層1的外側，增加散熱面積，提高冷卻效率。

在另一實施例中，到熱層2鋪設于銅層1的側面。可選地，將高導熱性能無機材料與環氧樹脂混合后，注塑成導熱棒，將導熱棒設于銅層1側面。

為更好地對銅層1進行冷卻同時加強對銅層1的保護，可選地，在每一層銅層1的至少一側面設有導熱層2，以增加散熱面積。導熱層2的厚度較小，這從另一方面來說，能夠減少傳統梯度線圈中的水管層3，從而減少水管層3對梯度線圈有效空間的占用，提高梯度線圈產生磁場的效率。

本實施例中，銅層1受到的磁力F的計算公式如下：

F＝I∫B×dL (1)

公式(1)中，I為流過銅層的電流；

B為銅層產生的磁場；

L為銅層的長度，dL為銅層的長度單元。

由公式(1)可知，銅層的所受到的磁力F與該銅層流過的電流I、磁場B以及銅層的長度L正相關，當銅層1的電流較大時，該銅層1會受到較大的磁力，從而產生強烈的震動。

為防止銅層1因電流過大，產生較大的磁力，從而帶來的震動，使得銅層1的位置不準確，進而導致磁場位置的不精確，影響后續的定位，導熱層2還包裹在若干銅層1的最外側。其中，填充劑可選擇導熱系數較高(與環氧樹脂的導熱系數相比較)的陶瓷顆粒和石英粉中的至少一種。

本實施例中，填充劑選擇導陶瓷顆粒與環氧樹脂進行混合，以形成導電性能優于傳統梯度線圈中的環氧樹脂層2’。可選地，陶瓷顆粒包括三氧化二鋁、氮化硼、氮化鋁和氮化硅等。

可根據實際設計要求(例如強度、絕緣性和粘結度等)選擇陶瓷顆粒的組成成分。

可選地，陶瓷顆粒為三氧化二鋁、氮化硼、氮化鋁和氮化硅中的一種。

可選地，陶瓷顆粒為三氧化二鋁、氮化硼、氮化鋁和氮化硅中的至少兩種所形成的混合物。

陶瓷顆粒的導熱系數能夠達到幾十W/(m·K)，均大于傳統梯度線圈中環氧樹脂層2’的導熱系數0.2W/(m·K)。本實施例是根據實際的設計要求(例如強度、絕緣性和粘接度等)對導熱層2所包含的環氧樹脂與填充劑進行配比，以使得導熱層2的導熱系數較為容易地達到近10W/(m·K)，從而極大提高梯度線圈的導熱性能，增加梯度線圈的散熱功率，更快地對梯度線圈進行冷卻，進而提高梯度線圈的使用性能。

本實施例以導熱層2所包含的陶瓷顆粒的體積占比進行說明。導熱層2所包含的陶瓷顆粒的體積占比大于0且小于等于70％。可選地，導熱層2所包含的陶瓷顆粒的體積占比為20％-50％。進一步，導熱層2所包含的陶瓷顆粒的體積占比為30％或45％。

可選地，填充劑為氮化硼，導熱層2添加20％的氮化硼，80％的環氧樹脂，導熱層2的導熱系數達到近1W/(m·K)，相對于環氧樹脂的導熱系數0.2W/(m·K)，提高了近5倍，并且絕緣性能和介電擊穿強度也相應提高。

可選地，填充劑為氮化鋁，導熱層2添加52.9％的氮化鋁粉末，37.1％的環氧樹脂，導熱層2的導熱系數則能夠達到3.144W/(m·K)，極大地提高導熱層2的導熱性能。需要說明的是，隨著陶瓷顆粒的填充量增加，導熱層2的導熱系數會相應增加，但考慮到導熱層2的粘接度，導熱層2不宜均由陶瓷顆粒組成，需在導熱層2中保留部分環氧樹脂，以保證導熱層2的粘接度，使得導熱層2更容易粘接到銅層1上。

進一步地，為增強導熱層2的剛性，以更好地對銅層1進行保護，填充劑還包括碳纖維。其中，碳纖維占填充劑的體積占比可根據導熱層的實際剛性要求進行選擇。

更進一步地，為增強導熱層2的強度，以更好地對銅層1進行保護，填充劑還包括玻璃纖維。其中，玻璃纖維占填充劑的體積占比可根據導熱層的實際強度要求進行選擇。

又參見圖3，本實施例的梯度線圈還包括水管層3，所述水管層3設置在銅層1和導熱層2之間，以進一步加強銅層1的散熱性能，使得梯度線圈更快進行冷卻。

本實施例還提供一種磁共振成像設備，包括上述梯度線圈，以提高磁共振成像設備中梯度線圈的工作效率。

本申請的梯度線圈在傳統的環氧樹脂導熱層2中添加導熱系數較高的填充劑，以增強導熱層2的導熱性能，及時對銅層1進行散熱，從而較好地對梯度線圈進行冷卻。另外一方面，導熱層2的導熱性能增強能夠減少傳統水管層3的數量，減小水管層3對梯度線圈有效空間的占用，提高梯度線圈產生磁場的效率。

以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請保護的范圍之內。