[发明专利]梯度线圈组件

说明书

技术领域

本发明涉及用在磁共振成像和波谱分析(spectroscopy)(MRIS)中的梯度线圈组件(gradient coil assemblies)。

背景技术

一台MRI仪器通常包括至少三个独立的电气绕组，每个电气绕组通常被用于编码一个笛卡尔维度(Cartesian dimension)(X、Y和Z)。因此，一台MRI仪器的一个梯度线圈组件中通常有X线圈、Y线圈和Z线圈。

这些绕组可以承载高达几百安培，并且通常在短至100微秒的时间内被激励(energised)和去激励(de-energised)。为了获得这样的转换，必须对这些绕组施加大电压(通常高达2kV)。该电压被施加几微秒。分立的绕组独立地被激励和去激励，但有时可以同时激励或去激励多于一个的绕组。这样的情况进一步增加了线圈结构中存在的潜在差异。

梯度线圈组件在装配后通常以环氧树脂浸渍，以确保良好的电气和机械完整性(integrity)。这样的树脂系统的一个已知特性是：在某一潜在差别阈值之上，在具有高电应力(electrical stress)的区域会发生已知为“局部放电”的现象。这一现象是电介质(dielectric)中的空隙(voids)的内表面周围的微观电荷再分布的结果。这样的放电产生了宽带电干扰(broadband electrical interference)，其对用在MRIS中的灵敏射频探测系统有害。

一般认为，如果绝缘系统中存在气泡，或者梯度线圈组件中构成绕组的金属线圈部分存在尖点(sharp point)，则会在较低的电压水平出现局部放电起始电压(PDIV)。

构成典型的梯度线圈的X线圈、Y线圈和Z线圈可以由具有用以形成电流路径的切割图案(cut pattern)的铜板或其他合适的金属板制成，或者可以由实心或空心的金属导体绕成。一旦路径形成，所产生的线圈就被机械地巩固，以使得其能在不使金属匝以非受控方式散开或改变形状的前提下被操纵。这些线圈常常由一些不导电的衬垫(backing)/基底(substrate)巩固和支撑。

在一种方法中，一个线圈的图案形成，然后，为了巩固线圈匝，使用环氧树脂或其他树脂以及热压机(hot press)将复合衬垫结合到该线圈。一旦巩固，该线圈就可以形成所要求的非平面形状，而不使电流路径以不期望的方式移动。一旦梯度线圈已经形成，它们就被装配成梯度线圈组件。整个组件通常以环氧树脂或其他树脂真空浸渍，然后固化一段时间，以巩固整个组件。

环氧树脂、玻璃布以及其他绝缘材料通常具有高介电强度和大约2到6之间的相对高的相对介电常数。在没有瑕疵时，这些绝缘材料可以承受在MRIS中通常采用的电压水平。然而，如果这些绝缘材料中存在空隙，则材料的相对介电常数和空隙的相对介电常数之间的大差异会导致空隙中的电场增强，从而可以在相对低的电压水平(例如1kV)出现PDIV。

导致低PDIV的两个主要原因是空气泡以及金属线圈上的尖点或毛刺(burr)。

在存在空气泡的情况下，空气泡中的电场可以比空气泡周围材料中的电场大得多。在空气中，在大约为3kV/mm的场强发生放电。这种场强可以出现在MRIS仪器中的梯度线圈组件中的空气泡中。

一般而言，由于电场集中在尖点，尖点也会降低PDIV。如果梯度线圈中的绝缘材料中的空气泡区域存在毛刺，则由该毛刺造成的电场增强易于导致局部放电。

如上文提及的，为了构建梯度线圈组件，惯常的是：巩固个体线圈/绕组，并将这些线圈构建成完整的线圈组件。因此，很可能这些线圈衬有以部分固化的环氧树脂浸渍的材料(已知为B阶(B-stage)材料)。B阶材料具有空气穴(air pocket)，在实践中这些空气穴不能被完全消除。

另外，线圈中的绕组上会有尖点。期望加工和巩固线圈而在完工后不留下空气泡或毛刺是不切实际的。

然而，在没有B阶材料的区域，期望真空浸渍处理能产生无空隙区域是切合实际的。

因此，已经认识到，如果有可能构造将B阶材料和毛刺限制到低电场强度区域的梯度线圈组件，则应有可能构造具有较高PDIV的梯度线圈组件。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种MRIS梯度线圈组件，包括：

第一线圈层，其包括第一导电线圈部分；

第二线圈层，其包括第二导电线圈部分；