梯度线圈冷却部件及梯度线圈

技术领域

本发明涉及梯度线圈冷却领域，特别是一种梯度线圈冷却部件及梯度线圈。

背景技术

在磁共振成像系统中，梯度线圈用于产生频繁切换的梯度场。在梯度线圈工作期间，所需电流高达几百安培，因此会使线圈中产生大量的热量。如果不采取有效的冷却降温措施，梯度线圈有烧毁的可能，梯度放大器也会因器件过热而停止工作。X、Y、Z三轴的梯度线圈封装固定在绝缘材料中，同时紧密设置于磁体孔径内，没有依赖环境自然散热和风冷散热的客观条件，因此梯度线圈需要进行及时冷却。

目前通常采用的方式是在梯度线圈内部安装具有高导热性的柔性冷却剂管来进行冷却。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例中一方面提出了一种梯度线圈冷却部件，另一方面提出了一种梯度线圈，用以提高冷却层的支撑圆度，进一步确保其支撑线圈的磁场均匀度。

本发明实施例中提出的梯度线圈冷却部件，包括：冷却剂管路部件和承载部件，其中，所述冷却剂管路部件包括：并排的复数条高导热性的柔性冷却剂管路，并排的复数条所述冷却剂管路采用冷却剂进液管蛇形布局且出液管以不与进液管交叉的方式并行排布在进液管一侧的方式固定排布在所述承载部件上；以使得复数条所述冷却剂管路能够以与梯度线圈的Z线圈相互正交的方式与所述Z线圈贴合安装。

在一个实施方式中，所述承载部件包括相互之间具有设定间隙的复数个承载板，并排的复数条所述冷却剂管路通过缝制线缝制在所述复数个承载板上。

在一个实施方式中，所述复数个承载板包括第一端板、第二端板、和一中间板；其中，并排的复数条所述冷却剂管路的蛇形拐弯处采用缝制线缝制在对应的第一端板或第二端板上，并排的复数条所述冷却剂管路的非拐弯处的中间位置采用缝制线缝制在所述中间板上。

在一个实施方式中，所述冷却剂管路的冷却剂进液口侧和冷却剂出液口侧的管路部分通过缝制线缝制在第一端板上。

在一个实施方式中，所述承载部件采用环氧板、非磁性塑料或复合材料实现。

在一个实施方式中，所述Z线圈为屏蔽线圈或主线圈。

本发明实施例中提出的梯度线圈，包括：梯度线圈主体；其特征在于，还包括如上所述任一实施方式中的冷却部件；且所述冷却部件与所述梯度线圈主体中的Z线圈以相互正交的方式贴合安装。

在一个实施方式中，所述梯度线圈主体包括主线圈和屏蔽线圈；所述Z线圈为所述屏蔽线圈中的Z线圈或为所述主线圈中的Z线圈。

在一个实施方式中，所述主线圈和所述屏蔽线圈还分别包括X线圈和Y线圈；所述冷却部件标记为C的话，所述冷却部件在所述屏蔽线圈内的安装位置或在所述主线圈内的安装位置为下述安装方式中的任一个；CZXY、CZYX、ZCXY、ZCYX、XYCZ、YXCZ、XCZY、YCZX、XZCY、YZCX。

从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中Z线圈的铜线和的冷却剂管路相互正交布置，这样Z线圈可以对冷却部件进行很好的支撑，冷却部件不会出现塌陷情况，保证了冷却部件及其支撑线圈的圆度，从而可以保证支撑线圈的磁场均匀度。此外，本发明实施例中，采用并排的复数条冷却剂管路进行蛇形布局时，可以使得管子的弯曲半径较大，从而可以避免造成较大的压降；并且采用冷却剂进液管与出液管互不交叉的并行蛇形布局的方式，可以使得整个冷却部件的冷却剂均匀带走Z线圈产生的热量。

此外，由于用于承载冷却剂管路的承载部件采用三小块承载板来实现，使得两块环氧板中间的冷却剂管路可以直接与Z线圈接触，从而更利于带走Z线圈产生的热量。

本发明实施例中的冷却部件的布置简单，成本低廉，操作方便，减少装配工艺时间，并且采用非整块的承载板实现承载部件时，简化了冷却承载结构，节省了成本。本发明实施例中的冷却部件安装对电流梯度线圈设计没有影响。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为目前一种Z线圈的排布方式示意图。

图2为本发明实施例中一种梯度线圈冷却部件的结构示意图。

图3为图2中冷却剂管路部件的结构示意图。

图4为本发明实施例中一种梯度线圈的局部结构的展开平面示意图。

图5A和图5B为本发明实施例中一种梯度线圈的局部结构的剖面示意图，其中，图5A为轴向剖面图，图5B为径向剖面图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

本发明实施例中，考虑到梯度线圈的线圈主体通常包括主线圈和屏蔽线圈，而主线圈和屏蔽线圈又分别包括X、Y、Z线圈。并且不同的梯度线圈其内部结构有可能不同，例如无论是主线圈还是屏蔽线圈，其X、Y、Z线圈的布局都可以根据实际情况有不同的布局次序，例如主线圈由内到外的布局可以是XYZ、YXZ、ZXY、ZYX、XZY或YZX，屏蔽线圈由内到外的布局可以是ZXY、ZYX、XYZ、YXZ、XZY或YZX。用于对梯度线圈进行冷却的柔性冷却剂管路层(Cooling层，简称冷却层，以下用C表示)可以根据实际情况在梯度线圈内部进行布局，例如，XYCZ、XCYZ、YXCZ、CZXY、CZYX、ZCXY、ZCYX、ZXCY、ZYCX、XYZC、ZCXYC、XYCZC、XCYCZC、ZCXCYC等。

本发明实施例中的发明人通过研究发现，由于X、Y线圈通常采用指纹形排布，因此冷却层布置在X线圈或Y线圈上方时，无论采用何种盘绕方式，通常都能很好的被X线圈或Y线圈支撑，并保证自身的圆度，同时其作为Y线圈或X线圈的支撑层时，由于Y线圈或X线圈本身的排布方式，其也可以保证被支撑线圈的圆度。但一旦冷却层与Z线圈贴合时，由于Z线圈通常采用如图1所示的螺旋排布方式，图1中Z线圈100的铜线110绕Z向螺旋排布，因此当冷却层位于Z线圈上方时，如果其排布的全部或部分管路与Z线圈的全部或部分铜线相平行，则在布置冷却层时，冷却剂管可能会落于Z线圈相邻两股线之间的间隙，从而会存在局部塌陷的情况，从而影响冷却层的圆度，如果此时冷却层上方还有所支撑的线圈的话，则会进一步影响冷却层的所支撑线圈的圆度，并影响所支撑线圈的磁场均匀度。反过来也一样，当冷却层位于Z线圈下方时，如果其排布的全部或部分管路与Z线圈的全部或部分铜线相平行，则在布置Z线圈时，与之类似，Z线圈会存在局部塌陷的情况，从而影响Z线圈的圆度，进一步影响Z线圈上方的线圈(如果存在的话)的圆度，并影响线圈的磁场均匀度。

为此，本发明实施例中，考虑在冷却层与Z线圈相贴合时，无论是位于Z线圈的上方还是下方，最好使得冷却层采用与Z线圈的排布相互正交的方式进行排布，以保证冷却层的圆度及其所支撑线圈的圆度，进而保证所支撑线圈的磁场均匀度。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图2为本发明实施例中一种梯度线圈冷却部件的结构示意图。图3为图2中冷却剂管路部件的结构示意图。结合图2和图3所示，本发明实施例中的梯度线圈冷却部件200包括：冷却剂管路部件210和承载部件220。

其中，冷却剂管路部件210包括：并排的(类似于平行布置的)复数条(图2中以2条为例，即一根线代表一条管路，示出了2条的情况)高导热性的柔性冷却剂管路211，其中，并排的复数条冷却剂管路211可具有一个总的冷却剂进液口212和一个总的冷却剂出液口213。本实施例中，冷却剂进液口212和冷却剂出液口213位于同一侧。并排的复数条冷却剂管路211又分为进液管部分和出液管部分，即从冷却剂进液口212依实线箭头方向到回流转折点D的管路部分称为进液管部分，简称进液管，从回流转折点D依虚线箭头方向到冷却剂出液口213的管路部分称为出液管部分，简称出液管，可以看出，进液管和出液管采用了互不交叉的并行蛇形布局的方式固定排布在承载部件220上。即进液管采用蛇形布局的方式进行排布，出液管采用不与进液管交叉的方式并行排布在进液管的一侧。

本实施例中，承载部件220可包括相互之间具有设定间隙的复数个承载板，并排的复数条冷却剂管路211通过缝制线230缝制在所述复数个承载板上。例如，图2中示出了包括三个承载板的情况，分别是第一端板221、第二端板222、和一中间板223。并排的复数条冷却剂管路211的蛇形拐弯处采用缝制线230缝制在对应的第一端板221和第二端板222上，并排的复数条冷却剂管路211的非拐弯处的中间位置采用缝制线230缝制在中间板223上。冷却剂管路211的冷却剂进液口侧和冷却剂出液口侧的管路部分也通过缝制线230缝制在对应的第一端板221上。在其他实施方式中，承载部件220也可以是一个完整的承载板，或者包括两个承载板，又或者包括其他个数的承载板。具体实现时，可首先在各承载板上设置对应的缝线孔。

其中，承载部件220通常采用环氧板(GRP)实现，当然，也可以采用非磁性塑料或复合材料等实现，例如层压塑料板和玻璃纤维增强板等实现。

具体实现时，冷却剂管路211固定排布在承载部件220上的方式可以有多种。本发明实施例中仅示出了其中一种。

当需要将冷却部件200安装到梯度线圈内部时，如果其需要与Z线圈贴合，则可将冷却部件200按照使得冷却剂管路部件210与Z线圈正交的方式安装即可，例如，将图2所示的冷却部件200在图1所示的Z线圈上方贴合安装后的梯度线圈的局部结构的展开平面示意图可如图4所示。梯度线圈的局部结构的剖面示意图可如图5A和图5B所示。其中，图5A为轴向剖面图，图5B为径向剖面图。如图4和图5A、图5B中所示，Z线圈100的铜线110和冷却剂管路部件210中的冷却剂管路211相互正交布置，这样Z线圈100可以对冷却部件200进行很好的支撑，冷却部件200不会出现塌陷情况，很好地保证了冷却部件200及其支撑线圈的圆度，从而可以保证支撑线圈的磁场均匀度。

当然，图2所示冷却部件如果不是与Z线圈贴合，而只是与X线圈或Z线圈贴合则依然可以保证冷却部件200的圆度。

本发明实施例中的Z线圈可以为屏蔽线圈中的Z线圈，也可以为主线圈中的Z线圈。若依然将冷却部件200标记为C的话，则冷却部件200在屏蔽线圈内的安装位置或在主线圈内的安装位置可以为下述安装方式中的任一个；CZXY、CZYX、ZCXY、ZCYX、XYCZ、YXCZ、XCZY、YCZX、XZCY、YZCX。此外，这些安装方式并不排除在相邻的X、Y之间或相邻的X、Z之间或Y、Z之间进一步包括冷却层的情况，也不排除在最里层和/或最外层进一步包括冷却层的情况。上述的安装方式仅为了说明本申请中的冷却部件200与Z线圈100之间的安装关系。

此外，本发明实施例中，采用并排的复数条冷却剂管路211进行蛇形布局时，可以使得管子的弯曲半径较大，从而可以避免造成较大的压降。并且采用冷却剂进液管与出液管均匀并行蛇形布局的方式，可以使得整个冷却部件的冷却剂均匀带走Z线圈产生的热量。此外，由于用于承载冷却剂管路211的承载部件220采用三小块承载板来实现，使得两块环氧板中间的冷却剂管路可以直接与Z线圈接触，从而更利于带走Z线圈产生的热量。并且，本发明实施例中的冷却部件的布置简单，成本低廉，操作方便，减少装配工艺时间，并且采用非整块的承载板实现承载部件时，简化了冷却承载结构，节省了成本。本发明实施例中的冷却部件安装对电流梯度线圈设计没有影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。