一種平板式梯度線圈及其制作方法與流程

本發明涉及磁共振成像（mri）系統的梯度線圈領域，特別涉及。

背景技術：

梯度線圈是mri系統的主要部件之一，主要作用是產生三個正交方向的梯度磁場對mri信號進行空間定位、相位編碼及頻率編碼，性能指標主要包括梯度場強、磁場線性度、有效容積、梯度場切換率和渦流問題，其性能的好壞直接影響到mri的成像速度和質量。

現有平板梯度線圈的制作主要有兩種方式：矩形銅線繞制和銅板切割。平板梯度線圈形狀的不規則，不宜用矩形銅線繞制。這兩種方式都存在梯度線圈的外接線問題，外接導線需要進行焊接，不僅制作復雜，而且焊接處電阻變大，容易發熱，影響梯度線圈性能。銅板切割技術還需考慮最外圈線圈的處理，切割后的線圈影響梯度場的線性度，從而減小了有效容積。平板線圈的制作及外接導線的連接成為難題。

技術實現要素：

為解決上述背景技術存在的問題，本發明提供一種平板式梯度線圈，解決了現有技術平板線圈外接導線制作復雜、影響線圈性能和產熱高的問題，同時增大了梯度線圈有效容積。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種平板式梯度線圈，由一對上下對稱的子線圈組成，每個子線圈由內至外依次為x線圈、z線圈、y線圈和屏蔽線圈，和設置在x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈周圍的絕緣層。

作為優選，所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈均為螺旋分布的變寬銅環狀結構；所述的絕緣層填充在x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈的自身間隙，以及x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈之間的間隙內，使得所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈之間保持固定的相對距離，所述的絕緣層在z線圈所在的平面設有供x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈導入和引出的通孔，所述的絕緣層為環氧樹脂材料。

作為優選，所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈均分別延伸出一個外接導線接頭、一個梯度放大器接頭和內部導線，所述的外接導線接頭和梯度放大器接頭均為扁平銅環狀結構，均通過內部導線與x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈連接；所述的z線圈設有為x、y線圈的內部導線放置的中心通孔；所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈通過外接導線接頭連接外部導線，實現與上下對稱的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈的電氣連接，所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈通過的梯度放大器接頭與梯度放大器連接。

作為優選，所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈，所述的外接導線接頭，所述的梯度放大器接頭，以及所述的內部導線均分別為形狀不同的一次成型的整體銅組件；所述的x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈的外接導線接頭和梯度放大器接頭，以及所述的內部導線均為金屬3d打印專用的紫銅材料。

本發明一種平板式梯度線圈的制作方法，包括以下步驟：

步驟一，根據x線圈，x線圈的外接導線接頭和梯度放大器接頭，以及x線圈的內部導線預設模型，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印技術一次成型，所采用的3d打印技術包括選擇性激光燒結（sls）、電子束熔融等適用于金屬的3d打印技術；再根據x線圈的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和x線圈為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層，所采用的3d打印技術包括選擇性激光燒結（sls）和立體光固化成型（sla）等；

步驟二，根據y線圈，y線圈的外接導線接頭和梯度放大器接頭，以及y線圈的內部導線預設模型，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；再根據y線圈的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和y線圈為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層；

步驟三，根據z線圈，z線圈的外接導線接頭和梯度放大器接頭，以及z線圈的內部導線預設模型，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；再根據z線圈的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和z線圈為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層；

步驟四，根據屏蔽線圈，屏蔽線圈的外接導線接頭和梯度放大器接頭，以及屏蔽線圈的內部導線預設模型，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；再根據屏蔽線圈的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和屏蔽線圈為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層；

步驟五，由上述的步驟將梯度線圈所有組件通過3d打印制作完成后，將所有組件組裝，并在x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈之間的間隙灌注絕緣材料環氧樹脂成型為一個子線圈，具體的組裝和灌膠工藝流程，可采用現有的工藝流程，具體不再贅述；

步驟六，類似的流程，制作另一個子線圈，具體不再贅述；

步驟七，通過外部導線將一對子線圈連接，一對子線圈安裝在開放式磁體上，且沿開放式磁體中心線上下對稱。

采用上述技術方案帶來的有益效果：

本發明通過直接采用3d打印技術，直接3d打印一次成型整體的導電線圈和其外接導線，避免了線圈與外接導線之間、外接導線與外接導線之間和外接導線與梯度放大器之間接頭的制作過程中制作復雜、焊點發熱的問題，節省了制作時間，提高了梯度磁場的線性度。

本發明采用3d打印技術，梯度線圈制作的可重復性好，性能穩定，適用于批量制作，進而提高了制作效率。

本發明通過合理的結構設計，去掉外接導線層，減小了梯度線圈的厚度，從而增大了豎直開放空間，增大了有效容積。

附圖說明

圖1為本發明一種平板式梯度線圈結構示意圖。

圖2為本發明一種平板式梯度線圈的局部放大圖。

圖3為本發明一個具體實施方式的x線圈平面展開圖。

圖4為本發明一個具體實施方式的y線圈平面展開圖。

圖5為本發明一個具體實施方式的y線圈示意圖。

圖6為圖5中ⅰ的局部放大圖。

圖7為圖5中ⅱ的局部放大圖。

圖8為圖5中ⅲ的局部放大圖。

圖9為本發明一個具體實施方式的z線圈平面展開圖。

圖10為本發明一個具體實施方式的屏蔽線圈平面展開圖。

圖11為本發明一個具體實施方式的屏蔽線圈示意圖。

圖12為圖11中ⅰ的局部放大圖。

圖13為圖11中ⅱ的局部放大圖。

圖14為本發明一種平板式梯度線圈的子線圈徑向切面剖視圖。

圖15為圖14中ⅰ的局部放大圖。

圖16為圖14中ⅱ的局部放大圖。

圖17為圖14中ⅲ的局部放大圖。

圖中：1、x線圈；2、y線圈；3、z線圈；4、屏蔽線圈；5、絕緣層；6、外部導線；7、子線圈；8、開放式磁體；11、x線圈的外接導線接頭；12、x線圈的梯度放大器接頭；13、x線圈的內部導線；21、y線圈的外接導線接頭；22、y線圈的梯度放大器接頭；23、y線圈的內部導線；31、z線圈的外接導線接頭；32、z線圈的梯度放大器接頭；33、z線圈的內部導線；34、z線圈中心通孔；41、屏蔽線圈的外接導線接頭；42、屏蔽線圈的梯度放大器接頭；43、屏蔽線圈的內部導線。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和優點有更加清晰地認識，以下參閱附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。

如圖1和圖2所示，本發明一種平板式梯度線圈，所述的平板式梯度線圈設置在一個開放式磁體8內，中間為成像區域（dsv），包括沿開放式磁體中心線上下對稱的一對子線圈7，所述的一對子線圈7通過外部導線6相互連接，所述的子線圈7包括由內至外依次設置的x線圈1、z線圈3、y線圈2和屏蔽線圈4，和設置在x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4周圍的絕緣層5。

如圖2所示，本發明一種平板式梯度線圈，所述的絕緣層5填充在x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈的自身間隙，以及x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈之間的間隙內，使得所述的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4之間保持固定的相對距離，所述的絕緣層5在z線圈所在的平面設有供x線圈、y線圈、z線圈和屏蔽線圈導入和引出的通孔，所述的絕緣層5為環氧樹脂材料。

如圖3所示，本發明一種平板式梯度線圈的x線圈1為螺旋分布的變寬銅環狀結構，x線圈1自身留有填充絕緣層5的間隙，用于導電線圈之間的絕緣和固定；x線圈1延伸出一個外接導線接頭11和一個梯度放大器接頭12；導線13為x線圈的內部導線。

如圖4和圖5所示，本發明一種平板式梯度線圈的y線圈2為螺旋分布的變寬銅環狀結構，y線圈2自身留有填充絕緣層5的間隙，用于導電線圈之間的絕緣和固定；y線圈2延伸出一個外接導線接頭21和一個梯度放大器接頭22；導線23為y線圈的內部導線。

如圖5和圖14所示，y線圈2的電流由在z線圈層面的梯度放大器接頭22開始進入，由預留的孔流入x線圈所在層面，經過x線圈所在層面的屬于y線圈2的內部導線23，由預留的孔流入進入z線圈所在層面，再由預留的孔流入x線圈所在層面，經過x線圈所在層面的屬于y線圈2的內部導線23，由預留的孔流入y線圈2層面，經過y線圈2后，由預留的孔流入在z線圈層面的外接導線接頭21導出。

另外，其他線圈的電流流向類似，在此不再贅述。

如圖9所示，本發明一種平板式梯度線圈的z線圈3為螺旋分布的變寬銅環狀結構，z線圈3自身留有填充絕緣層5的間隙，用于導電線圈之間的絕緣和固定；z線圈3延伸出一個外接導線接頭31和一個梯度放大器接頭32；導線33為z線圈的內部導線，z線圈3的中心通孔34為x、y線圈內部導線31、32的預留空隙。

如圖10和圖11所示，本發明一種平板式梯度線圈的屏蔽線圈4為螺旋分布的變寬銅環狀結構，屏蔽線圈4自身留有填充絕緣層5的間隙，用于導電線圈之間的絕緣和固定；屏蔽線圈4延伸出一個外接導線接頭41和一個梯度放大器接頭42；導線43為屏蔽線圈的內部導線。

如圖3、圖4、圖9和圖10所示，所述的外接導線接頭11、21、31、41和梯度放大器接頭12、22、32、42均為扁平銅環狀結構，所述的外接導線接頭11、21、31、41和梯度放大器接頭12、22、32、42與x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4均通過內部導線13、23、33、43連接。所述的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4，所述的外接導線接頭11、21、31、41，所述的梯度放大器接頭12、22、32、42，以及所述的內部導線13、23、33、43均分別為形狀不同的一次成型的整體銅組件，所述的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4，所述的外接導線接頭11、21、31、41和梯度放大器接頭12、22、32、42，以及所述的內部導線13、23、33、43均為金屬3d打印專用的紫銅材料。

如圖1所示，所述的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4通過外接導線接頭11、21、31、41連接外部導線7，實現與上下對稱的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4的電氣連接，所述的x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4通過的梯度放大器接頭12、22、32、42與梯度放大器連接。

本發明一種平板式梯度線圈的制作方法，包括以下步驟：

步驟一，根據x線圈1，x線圈1的外接導線接頭11和梯度放大器接頭12，以及與x線圈1相連的內部導線13預設模型，如圖3所示的結構作為預設模型，存為stl格式文件，輸入3d打印機，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印技術一次成型，所采用的3d打印技術包括選擇性激光燒結（sls）、電子束熔融（ebm）等適用于金屬的3d打印技術；

再根據x線圈1的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和x線圈1為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層5，所采用的3d打印技術包括選擇性激光燒結（sls）和立體光固化成型（sla）等；

步驟二，根據y線圈2，y線圈2的外接導線接頭21和梯度放大器接頭22，以及與y線圈2相連的內部導線23預設模型，如圖5所示的結構作為預設模型，存為stl格式文件，輸入3d打印機，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；

再根據y線圈2的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和y線圈2為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層5；

步驟三，根據z線圈3，z線圈3的外接導線接頭31和梯度放大器接頭32，以及與z線圈3相連的內部導線33預設模型，如圖9所示的結構作為預設模型，存為stl格式文件，輸入3d打印機，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；

再根據z線圈3的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和z線圈3為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層5；

步驟四，根據屏蔽線圈4，屏蔽線圈4的外接導線接頭41和梯度放大器接頭42，以及與屏蔽線圈4相連的內部導線43預設模型，如圖11所示的結構作為預設模型，存為stl格式文件，輸入3d打印機，在平板支撐結構上，采用金屬材料3d打印一次成型；

再根據屏蔽線圈4的自身間隙預設模型，以原平板支撐結構和屏蔽線圈4為新的支撐結構，采用環氧樹脂材料3d打印技術一次成型絕緣層5；

步驟五，由上述的步驟將梯度線圈所有組件通過3d打印制作完成后，將所有組件組裝成型為一個子線圈7，并在x線圈1、y線圈2、z線圈3和屏蔽線圈4的之間間隙灌注絕緣材料環氧樹脂，具體的組裝和灌膠工藝流程，可采用現有的工藝流程，具體不再贅述；

步驟六，類似的流程，制作另一個子線圈7，具體不再贅述；

步驟七，通過外部導線6將一對子線圈7連接，一對子線圈7安裝在開放式磁體8上，且沿開放式磁體8中心線上下對稱。

以上上述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。