(57)【要約】      （修正有）【課題】部分放電を最小限に抑えるＭＲＩＳ傾斜磁場アセンブリを提供する。【解決手段】ＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚは、第１導電性コイル部を備えた第１コイル層３Ｘ１，３Ｙ１，３Ｚ１と、第１導電性コイル部に電気的に接続され、第１導電性コイル部と１つの巻線部として共に作用するように接続されている第２導電性コイル部を備えた第２コイル層３Ｘ２，３Ｙ２，３Ｚ２とを有し、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれたＢ段階材料固化層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを備えている。【選択図】図３
2012089835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性コイル部を備えた第１コイル層と、
前記第１導電性コイル部に電気的に接続されている第２導電性コイル部を備え、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は１つの巻線部として共に作用するように接続されている第２コイル層と、
前記第１コイル層と前記第２コイル層の間にはさまれた絶縁層と、
を備えたＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項２】
前記絶縁層は固化層を備えている請求項１記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項３】
前記固化層はＢ段階材料を備えている請求項２記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項４】
前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は、前記絶縁層のそれぞれの側に接着されている請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項５】
前記第１導電性コイル部は前記第２導電性コイル部に並列に接続されている請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項６】
前記導電性コイル部は薄板状で、各々が、バリの発生率がそれぞれの反対面よりも高い面を有していて、前記第１導電性コイル部及び前記第２導電性コイル部は、バリの発生率の高い面同士が互いに向き合い、これにより、前記第１導電性コイル部及び前記第２導電性コイル部は、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた前記絶縁層に面するように配置されている請求項１から５のうちのいずれか１項に記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項７】
前記第１導電性コイル部のコイルパターンは、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた前記絶縁層に面する側から両コイル部を見た場合に、前記第２導電性コイル部のコイルパターンの鏡像である請求項１から６のうちのいずれか１項に記載のＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリ。
【請求項８】
第１導電性コイル部を備えた第１コイル層と、
前記第１導電性コイル部に電気的に接続されている第２導電性コイル部を備え、前記第１導電性コイル部と第２導電性コイル部は、１つの巻線部として共に作用するように接続されている第２コイル層と、
前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた絶縁層と、を備えた傾斜磁場コイルサブアセンブリを製造する方法であって、
ａ）前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部を前記絶縁層の互いに対向する両側に接着することによって、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部を共に積層する工程と、
ｂ）前記第１導電性コイル部を前記第２導電性コイル部に電気的に接続する工程と、
を備えた方法。
【請求項９】
前記工程ａ）の前に、金属薄板を処理して前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部に所望のコイルパターンを形成する工程をさらに備えている請求項８記載の方法。
【請求項１０】
製造中の支持部とするために、前記コイルパターン内のらせん同士の間にある複数のブリッジを当初は残しておき、前記工程ａ）の後に該ブリッジを除去する工程を備えている請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部に当初は残している前記ブリッジは、位置が互いに重なり合わない請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
各コイル部の面のうちバリの発生率が反対面よりも高い面同士が互いに向き合い、これにより、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた前記絶縁層に面するように、前記第１コイル部と前記第２コイル部を配置する工程を備えている請求項８から１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブリッジを前記サブアセンブリのそれぞれの側から除去し、生じるバリはいずれもコイル部において前記絶縁層に面する側の表面に、もしくは前記絶縁層に面する側に向かって形成されやすくなるような方法で除去する請求項１０、または請求項１０に従属する請求項１１及び１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄板の一方の側から前記コイルパターンを形成する前記処理を行い、前記第１導電性コイル部の前記コイルパターンを、金属薄板の処理が施される側から両コイル部を見た時に前記第２導電性コイル部の前記コイルパターンの鏡像になるように選択する工程をさらに備えている請求項９、または請求項９に従属する請求項１０から１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄板の一方の側から前記コイルパターンを形成する前記処理を行い、前記第１導電性コイル部の前記コイルパターンを、金属薄板の処理が施される側から両コイル部を見た時に前記第２導電性コイル部の前記コイルパターンと同じになるように選択する工程をさらに備えている請求項９、または請求項９に従属する請求項１０から１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から７のうちのいずれか１項に記載のサブアセンブリを少なくとも１つ備えたＭＲＩＳ傾斜磁場コイルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮像法及び分光法（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＭＲＩＳ）に使用される傾斜磁場コイルサブアセンブリ及び傾斜磁場コイルアセンブリに関する。
【０００２】
ＭＲＩ装置は一般的に、それぞれが独立している少なくとも３つの電気巻線を有していて、各々は通常１つのデカルト座標（Ｘ，ＹまたはＺ）を符号化するために用いられている。したがって、一般的に、ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルアセンブリ内にはＸ方向コイル、Ｙ方向コイル、及びＺ方向コイルが存在する。
【０００３】
傾斜磁場コイルアセンブリは一般的に、多数のサブアセンブリで構成されている。したがって、１つ以上のＸ方向コイルサブアセンブリ（これらの中にはサドル（ｓａｄｄｌｅｓ）と称することができるものもある）やその他のサブアセンブリが存在してもよい。
【０００４】
各サブアセンブリ内の巻線は、最大で数百アンペアを伝送する場合もあり、また一般的に、１００マイクロ秒もの短い周期で通電と遮断が繰り返される。このような切換を実現するには、巻線に大電圧（通常は最大で２ｋＶ）を印加しなければならない。この電圧の印加は数マイクロ秒間行われる。個々の巻線は独立して通電・遮断されるが、時には２つ以上の巻線が同時に通電または遮断されることもある。このような状況が起こると、コイル構造内に存在する電位差がさらに大きくなってしまう。
【０００５】
傾斜磁場コイルアセンブリ及び傾斜磁場コイルサブアセンブリは通常、アセンブリ製造後にエポキシ樹脂を含浸させることによって、電気的にも機械的にも高品質を確保している。このような樹脂系の既知の性質として、ある電位差閾値を超えると、電気的ストレスの高い領域で「部分放電」として知られている現象が発生する。この現象は、誘電体内の空隙の内表面の周りで生じた微視的な電荷再分配によってもたらされたものである。このような放電は、ＭＲＩＳで使用されている高感度無線周波数検出システムに悪影響を及ぼす広帯域での電気的干渉を引き起こしてしまう。
【０００６】
絶縁システム内に気泡（または空隙）が存在するか、もしくは傾斜磁場コイルアセンブリの巻線を構成する金属コイル部上ににとがった箇所が存在する場合、より低い電圧レベルで部分放電開始電圧（ｐａｒｔｉａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｉｎｃｅｐｔｉｏｎ  ｖｏｌｔａｇｅ：ＰＤＩＶ）となってしまうことが、大体一致した見解となっている。
【０００７】
一般的な傾斜磁場コイルを構成するＸ，Ｙ，及びＺ方向コイルは、電流路を形成するためのカットパターンを有する銅板または他の適切な金属板から作製してもよいし、あるいは、中実または中空の金属導体を巻いて作製してもよい。一旦この電流路を形成すると、得られたコイルは、金属らせん（巻回）がほどけたり、制御されずに形状が変わったりすることもなく取り扱えるように、機械的に固化される。各コイルは、ある種の非導電性裏材／基板によって固化されて所定の位置に保持されていることが多い。
【０００８】
ある方法では、コイルにはパターンが形成され、その後に、コイルのらせん（ｃｏｉｌ  ｔｕｒｎｓ）を固化するために、エポキシ樹脂または他の樹脂を用いて加熱押圧で、複合材料製の裏材をコイルに接着する。コイルは固化されると、必要に応じて、電流路が望まない方に動かない状態で非平面形状になっていてもよい。傾斜磁場コイルがそれぞれ作製されたら、各コイルを組み合わせて傾斜磁場コイルアセンブリを構成する。通常、このアセンブリ全体をエポキシ樹脂または他の樹脂で真空含浸し、その後ある程度の時間硬化して、アセンブリ全体を固化する。
【０００９】
エポキシ樹脂、ガラス繊維布、及び他の絶縁材料は一般的に、高い絶縁耐力とおよそ２から６程度の比較的高い比誘電率を有する。これらの材料は、欠陥がない場合には、ＭＲＩＳで通常使用される電圧レベルに耐えることができる。しかし、絶縁体に空隙が存在する場合は、これらの材料と空隙の比誘電率の差が大きいために、空隙内で電界が増強されてしまい、ＰＤＩＶが比較的低く（たとえば１ｋＶ）なるおそれがある。
【００１０】
低ＰＤＩＶになる２つの主な原因は、気泡（または空隙）と、金属コイル表面のとがった箇所、すなわちバリである。
気泡（または空隙）が存在する場合、気泡（または空隙）内の電界は、気泡（または空隙）の周囲の物質内の電界よりもかなり高くなる可能性がある。放電は、空気内では約３ｋＶ／ｍｍの電界強度で発生する。この程度の電界強度は、ＭＲＩＳ装置の傾斜磁場コイルアセンブリ内の気泡内で起こり得る。
【００１１】
とがった箇所もまた電界が強力な領域を発生させ、これにより部分放電が（その領域自体か、または気泡（または空隙）の近傍において）起こる可能性が高められてしまう。
既に説明したように、傾斜磁場コイルアセンブリを構成するためには、個々のコイル／巻線を固化してサブアセンブリを作製し、これらのコイルを組み合わせてコイルアセンブリの完成形を構成することが通例である。よって、各コイルは、部分的に硬化したエポキシ樹脂に含浸された材料（Ｂ段階材料として知られる）によって支えられて補強されていると考えられる。Ｂ段階材料には、実際には完全に排除することは不可能な空気ポケット（または空隙）が内部にある。
【００１２】
さらに、各コイル内の巻線は、その表面にとがった箇所がある。コイルを加工して固化しながら、作製工程終了時に気泡（または空隙）もバリも残っていないことを期待するのは無理がある。
【００１３】
しかし、Ｂ段階材料がない領域では、真空含浸処理によって空隙のない領域が生じることを期待するのは理にかなっている。
よって、Ｂ段階材料とバリが電界強度の低い領域に限定されている場合に、傾斜磁場コイルサブアセンブリ及び傾斜磁場コイルアセンブリを作製することが可能であれば、ＰＤＩＶがより高い傾斜磁場コイルサブアセンブリ及び傾斜磁場コイルアセンブリを作製可能なはずであることが認識されてきた。
【００１４】
本発明の一態様では、
第１導電性コイル部を備えた第１コイル層と、
前記第１導電性コイル部に電気的に接続されている第２導電性コイル部を備え、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は、１つの巻線部として共に作用するように接続されている、第２コイル層と、
前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた絶縁層と、
を備えたＭＲＩＳ傾斜磁場コイルサブアセンブリを提供する。
【００１５】
この構成を用いることにより、両導電性コイル部の間にある絶縁層内の電界を低く、または比較的低くすることができ、その結果、最終形状の傾斜磁場コイルの使用中に起こる部分放電を最小限に抑えることに役立つ。
【００１６】
前記絶縁層は固化層を備えていてもよい。前記絶縁層はＢ段階材料を備えていてもよい。
前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は、前記絶縁層のそれぞれの側に接着されていてもよい。
【００１７】
前記絶縁層は複数の副層を備えていてもよいが、好適には、前記絶縁層は絶縁材料からなる薄板を備えており、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は、前記絶縁材料からなる薄板のそれぞれの側に接着されている。
【００１８】
これにより、両コイル部を１つの固化層を用いて固化することが可能になる。さらに、この固化層では、最終形状の傾斜磁場コイルの使用時において、低電界もしくは比較的低い電界を生じやすい傾向にある。
【００１９】
前記第１導電性コイル部は前記第２導電性コイル部に並列に接続されていてもよい。前記第１導電性コイル部は前記第２導電性コイル部に直列に接続されていてもよい。
前記第１導電性コイル部及び前記第２導電性コイル部は金属薄板製であってもよい。
【００２０】
前記導電性コイル部は薄板状（シート状）で、各々が、バリの発生率がそれぞれの反対面よりも高い面を有していてもよく、また、前記第１導電性コイル部及び前記第２導電性コイル部は、バリの発生率の高い面同士が互いに向き合い、これにより、前記第１導電性コイル部及び前記第２導電性コイル部は、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた絶縁層に面するように配置されていてもよい。
【００２１】
前記コイル部を金属薄板から作製する場合、コイルパターン作製に用いる処理は、例えば切削加工、フライス加工、または打ち抜き加工であってもよいが、切り口にバリが残る傾向にあり、これらの処理は、薄板の片面にバリがより多く生じやすい傾向にあることも多い。上述の構成を用いることによって、このような状況において最終形状のコイル内で起こる部分放電を最小限に抑えることに役立つ。
【００２２】
前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は互いに同一であってもよい。前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は互いに類似していてもよい。
前記第１導電性コイル部のコイルパターンは、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた前記絶縁層に面する側から両コイル部を見た場合に、前記第２導電性コイル部のコイルパターンと同一であってもよい。前記第１導電性コイル部のコイルパターンは、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた前記絶縁層に面する側から両コイル部を見た場合に、前記第２導電性コイル部のコイルパターンの鏡像であってもよい。
【００２３】
前記コイル部を金属薄板から作製する場合、前記第１導電性コイル部のコイルパターンは、金属薄板においてコイルパターン形成処理が施された側から両コイル部を見た場合に、前記第２導電性コイル部のコイルパターンの鏡像であってもよい。
【００２４】
前記コイル部を金属薄板から作製する場合、前記第１導電性コイル部のコイルパターンは、金属薄板においてコイルパターン形成処理が施された側から両コイル部を見た場合に、前記第２導電性コイル部のコイルパターンと同じであってもよい。
【００２５】
前記絶縁層に間隙を残すことにより、前記コイル部間の電気的接続を確立しやすくするようにしてもよい。電気的接続ははんだ付けによって行われてもよい。
本発明の別の態様では、
第１導電性コイル部を備えた第１コイル層と、
前記第１導電性コイル部に電気的に接続されている第２導電性コイル部を備え、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部は、１つの巻線部として共に作用するように接続されている第２コイル層と、
前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた絶縁層と、を備えた傾斜磁場コイルサブアセンブリを製造する方法であって、
ａ）前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部を前記絶縁層の互いに対向する両側に接着することによって、前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部を共に積層する工程と、
ｂ）前記第１導電性コイル部を前記第２導電性コイル部に電気的に接続する工程と、を備えた方法を提供する。
【００２６】
本方法は、工程ａ）の前に、金属薄板を処理して前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部に所望のコイルパターンを形成する工程をさらに備えていてもよい。
製造中の支持部とするために、複数のブリッジを前記コイルパターン内のらせん同士の間に当初は残しておいてもよい。このような場合、工程ａ）の後に前記ブリッジを除去してもよい。このブリッジの除去は、工程ｂ）の前に行ってもよいし、工程ｂ）の後に行ってもよい。
【００２７】
前記第１導電性コイル部と前記第２導電性コイル部に当初は残している前記ブリッジは、位置が互いに重なり合わないことが好ましい。
本方法は、各コイル部の面のうちバリの発生率が反対面よりも高い面同士が互いに向き合い、これにより、前記第１コイル層と前記第２コイル層との間にはさまれた絶縁層に面するように、前記第１コイル部と前記第２コイル部を配置する工程を備えていてもよい。
【００２８】
前記ブリッジを前記サブアセンブリのそれぞれの側から除去することが好ましく、生じるバリはいずれも前記コイル部において前記絶縁層に面する側の表面に、もしくは前記絶縁層に面する側に向かって形成されやすくなるような方法で除去することが好ましい。
【００２９】
前記コイル部を金属薄板から作製する場合、本方法は、薄板の一方の側から前記コイルパターンを形成する処理を行い、前記第１導電性コイル部の前記コイルパターンを、金属薄板の処理が施される側から両コイル部を見た時に前記第２導電性コイル部のコイルパターンの鏡像になるように選択する工程をさらに備えていてもよい。
【００３０】
本発明の別の態様では、上記で記載したようなサブアセンブリを少なくとも１つ備えたＭＲＩＳ傾斜磁場コイルアセンブリを提供する。
本発明の別の態様では、上記で記載したようなサブアセンブリを少なくとも１つ備えたＭＲＩ装置を提供する。
【００３１】
以下に、本発明の各実施形態を単に一例として図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１はＭＲＩ装置を模式的に示している。
【図２】図２は、図１に示した形式のＭＲＩ装置に使用される従来の傾斜磁場コイルアセンブリの一部を模式的に示している。
【図３】図３は、図１に示した形式のＭＲＩ装置での使用に適した、本発明を具体化した傾斜磁場コイルアセンブリの一部を模式的に示している。
【図４】図４は、図３に示した傾斜磁場コイルアセンブリの１つのサブアセンブリにおける第１導電性コイル部及び第２導電性コイル部を示している分解図である。
【図５】図５は、図３に示したアセンブリに類似した、傾斜磁場コイルアセンブリの別の実施形態の第１導電性コイル部及び第２導電性コイル部を示している分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、一般的に従来型のＭＲＩ装置を、理解しやすいように非常に模式化した形で、かつ詳細の多くを省略した状態で示したものである。図１に示したＭＲＩ装置１は、本例では駆動コイル２Ａからなる内側の組と遮蔽コイル２Ｂからなる外側の組を有している傾斜磁場コイルアセンブリ２を備えている。
【００３４】
内側の組となっている駆動コイル２Ａは、Ｘ方向駆動コイル、Ｙ方向駆動コイル、及びＺ方向駆動コイルを構成する巻線部を備えており、同様に外側の組となっている遮蔽コイル２Ｂは、Ｘ方向遮蔽コイル、Ｙ方向遮蔽コイル、及びＺ方向遮蔽コイルを構成する巻線部を備えている。
【００３５】
図２は、従来の傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａの一部を模式的に示したものである。図２に示す従来の傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａは、図１に示した形式のＭＲＩ装置の駆動コイルアセンブリとして使用されてもよく、また、類似する傾斜磁場遮蔽コイルアセンブリ２Ｂを追加して図１に示した構造において傾斜磁場コイルアセンブリ２全体を構成してもよい。ただし、図２では傾斜磁場コイルアセンブリ２の駆動コイル部２Ａのみを示している。
【００３６】
一部を図２に示している従来の傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａは、ＭＲＩ装置１で使用した際にＸ方向駆動コイル、Ｙ方向駆動コイル、及びＺ方向駆動コイルとして働く３つの巻線部、すなわち、コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚを備えている。これらのコイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚはそれぞれ別々の層に設けられていて、コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ自体の導電材料の間には他の層が設けられている。特に、各コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚはそれぞれに結合した（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）Ｂ段階層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを有しており、これらは各自の巻線部／コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚを構成するために用いられる製造方法によって得られたものとして存在している。さらに、コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚの間には追加の絶縁層５が設けられている。具体的には、これらは、Ｚ方向コイル巻線部３ＺとＹ方向コイル巻線部３Ｙに関連するＢ段階材料層４Ｙとの間、及び、Ｙ方向コイル巻線部３ＹとＸ方向コイル巻線部３Ｘに関連するＢ段階材料層４Ｘとの間に、それぞれ設けられている。
【００３７】
一部を図２に示している従来の傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａは、以下の工程で、下から上へと向かって組み合わされてアセンブリとなる。
１．金属板または巻線用金属を所望の形状に加工することにより、コイルらせん（ｃｏｉｌ  ｔｕｒｎｓ）部（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）を作製する。
【００３８】
２．コイル部（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）の底面にＢ段階材料からなる薄板を設ける。この材料はコイルを機械的に強固にするのに役立つ。通常、コイル部（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）とそのＢ段階裏材（４Ｘ，４Ｙ，４Ｚ）を加熱押圧装置内に配置して、Ｂ段階材料樹脂を硬化させる。
【００３９】
２ａ．コイルらせん部を金属板から作製した場合、工程１の最初の加工処理において、少なくとも数個の隣接するらせんの間にあるブリッジ部を、当初は残していてもよい。これにより、固化を行う前の初期段階でのコイルの空間部（ｂｌａｎｋ）がより安定したものとなる。このような場合、ブリッジ部は工程２の後で除去される。
【００４０】
３．所望の形状を得るために選択されたいずれかの手段によって、固化されたコイルを作製する。
４．傾斜磁場コイルアセンブリ内にコイルを装着する。
【００４１】
５．層間に適切な間隔を保つために、１つ以上の絶縁層を追加する。
６．工程１から工程５をアセンブリの完成に必要な回数だけ繰り返す。ただし、最終のコイル層（３Ｘ）に対しては工程５を省略する。
【００４２】
なお、もちろんこれより多い数の層を導入してもよい。例えば、駆動コイルと遮蔽コイルの両方を含む傾斜磁場コイルアセンブリを作製するのであれば、同様の手法を用いて遮蔽コイル層を加えることも可能である。
【００４３】
また、場合によっては、Ｂ段階材料層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを別の種類の絶縁材料で置き換えてもよい。例えば、コイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚは絶縁材料で包まれていてもよい。よく理解されているように、Ｂ段階材料は、絶縁性をもたらすだけではなくコイルを固化する際にも役に立つ。このような固化を必要としない場合もあるし、また、異なる固化層を使用してもよい場合もある。さらに、コイル内の巻線部のうちのいくつかはＢ段階材料を用いて固化を行い、他の巻線部は固化を行わなくてもよい。
【００４４】
上述の形式の構造を用いると、本明細書の導入部で説明した問題が生じる傾向がある。つまり、Ｂ段階材料層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚ内に気泡があるために、及び／またはコイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚの表面にバリ、すなわちとがった端部やとがった箇所があるために、使用中に部分放電が発生する恐れがある。
【００４５】
よって、傾斜磁場コイルアセンブリ２に対して、代替の構造が提案されている。
図３は、従来型のＭＲＩ装置１に使用可能な傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａを示したものである。ここでも、図３は傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａを示しているが、後述する構造及び技術は、傾斜磁場遮蔽コイルアセンブリ２Ｂにも、駆動コイルと遮蔽コイルの両方を備えた傾斜磁場コイルアセンブリ２にも同様に使用可能である。
【００４６】
図３に示す新たに提案された傾斜磁場駆動コイルアセンブリ２Ａには、３つの傾斜磁場コイルサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，及び６Ｚが存在する。各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚは、各自のＢ段階材料層を４Ｘ，４Ｙ，４Ｚとして備えているとともに、それぞれに対応する一組の導電性コイル部、すなわち巻線部３Ｘ１，３Ｘ２，３Ｙ１，３Ｙ２，３Ｚ１，３Ｚ２を備えている。図２に関連して上記で説明した構成と比較すると、Ｘ方向駆動コイル、Ｙ方向駆動コイル、及びＺ方向駆動コイルの各々は、導電性コイル部を含む単独のコイル層が存在する代わりに、各自のＢ段階材料層の両側に設けられた２つのコイル層が存在するように分割されたものである。したがって、Ｘ方向駆動コイルサブアセンブリ６Ｘは、Ｂ段階材料からなる薄板４Ｘの一方の面に接着された第１導電性コイル部３Ｘ１と、Ｂ段階材料薄板４Ｘの他方の面に接着された第２導電性コイル部３Ｘ２を備えている。
【００４７】
本実施形態において、導電性コイル部は金属薄板から、例えば切削加工、フライス加工、または打ち抜き加工によって、加工されたコイル部の片面にバリが生じやすいように作製されている。各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚのコイル部は、コイル部３Ｘ１，３Ｘ２，３Ｙ１，３Ｙ２，３Ｚ１，３Ｚ２におけるバリが生じやすい方の面がそれぞれのＢ段階層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚに向かって面するように配置されている。
【００４８】
製造時には、最初に各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを構成して、次にこれらのサブアセンブリを、図３に示すように適切な絶縁層５が各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚの間にある状態で１つに組み合わせることによって、傾斜磁場コイルアセンブリが得られる。
【００４９】
各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚにおいて、それぞれの２つのコイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２は、各サブアセンブリにおける一組のコイル部が実質的に１つの巻線部として働くように互いに電気的に接続されている。ここで説明している好適な実施形態では、各サブアセンブリの導電性コイル部は互いに並列に接続されている。つまり、Ｘ方向コイルサブアセンブリ６Ｘの第１コイル部３Ｘ１は、当該サブアセンブリの第２コイル部３Ｘ２に並列に接続されている一方で、Ｙ方向コイルサブアセンブリ６Ｙの第１コイル部３Ｙ１は、当該サブアセンブリの第２コイル部６Ｙ２に並列に接続されており、残りについても同様である。
【００５０】
図４はＸ方向コイルサブアセンブリ６Ｘの分解図であり、Ｘ方向コイルサブアセンブリ６Ｘの第１コイル部３Ｘ１、及び同じサブアセンブリ６Ｘの第２コイル部３Ｘ２に対するコイルパターン例を示している。図中の黒色点は、本実施形態の好適な並列構成によって、これら２つのコイル部が互いに電気的に接続されている場所を図示している。層間の接続もまた模式的に示している。図４に示したようなコイル部３Ｘ１及び３Ｘ２は、はんだ付けまたは他の適切な手段によって電気的に一体に接続可能であり、通常は、それぞれのサブアセンブリまたはコイル（本例では６Ｘ）の端子で互いに接続されている。
【００５１】
図２に示した従来型のコイルにおける単独のコイル部３Ｘ，３Ｙ，３Ｚを、等価な２つのコイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２によって置き換えるために、２つのコイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２の適切なパラメータを選択するという点では、一般論として、比較的簡単な手法を採ることができる。この手法においては、２つのコイル部（例えば３Ｘ１及び３Ｘ２）には、当初の単独のコイル部（例えば３Ｘ方向コイル）の場合と同じ巻数及び同じ平均トラック幅が用いられる一方、２つのコイル部の各々の厚さは当初の単独のコイル部の半分となっている。したがって、例えば、図２に示した従来型の構成における当初のコイル要素が１６回巻きで３ｍｍ厚の導体、平均トラック幅が１０ｍｍであったとすると、本実施形態では、２つのコイル部の各々（例えば３Ｘ１，３Ｘ２）は１６回巻きで１．５ｍｍ厚の導体、平均トラック幅が１０ｍｍとなるであろう。
【００５２】
別の実施形態において、上述のような並列接続方式を用いるかわりに、コイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２の各々の組を互いに対して直列に接続するようにした直列接続方式を用いることができる。図５は別のＸ方向コイルサブアセンブリ６Ｘ’の分解図であり、これは上述のＸ方向コイルサブアセンブリ６Ｘと同様の構造であるが、直列接続方式であり、このような方式に適したコイルパターンを有している。このような実施形態におけるＸ方向コイル部３Ｘ１’及び３Ｘ２’のコイルパターン例を図５に示している。ここで、コイルパターン（そして模式的に描かれたコネクタ）の中心に、点で図示された両コイル層の間の単独の接続点があるが、この接続はこの構成においてはもちろん、少なくとも一般的に言えば、全体から見てサブアセンブリ／コイルの端子間の中点にある。このような形式を実現することにより、２つのコイル部の各々は、従来の単独のコイルで用いていたものと比べて、層当たりの巻数は半分になり、平均トラック幅は倍加する。またさらに、使用される導体の厚さは相当する従来の単独のコイル部で用いられるものの半分になる。したがって、図２に示すような従来の構成においてコイル部が１６回巻きで３ｍｍ厚の導体、平均トラック幅が１０ｍｍであったとすると、図５に示す形式の直列構造においては、各層は８回巻きで１．５ｍｍ厚の導体、平均トラック幅が２０ｍｍとなるであろう。
【００５３】
なお、図４において、コイルパターンは両方とも、組み合わせ後のコイルの場合と同様に上から見たものである。この向きでは、コイルパターンは実用的な限度内で互いに同一である。しかし、加工時のこれらの向きを考えると、コイルパターンは事実上、互いの鏡像になる。これは、コイルパターン形成時に用いられる型打ち等の加工処理は、薄板材料の一方の面の方が他方の面に比べてよりバリを生成しやすいからである。薄板の切削加工または処理を行う面から見て互いに対して鏡像となるようにコイルパターンを選択することにより、コイル部のうちの一方を、表面にバリがより生じやすい方の面同士が互いに面するようにひっくり返すと、両コイルパターンが事実上同一になる。よって、それぞれのコイルサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを作製する際には、薄板材料のバリをより多く含む方の表面を、それぞれのＢ段階材料固化層に接するように配置してもよい。
【００５４】
ただし、図５に関連して上述のように直列接続方法を用いるならば、図５に図示したように、コイルパターンは好適には、Ｂ段階材料に施されたように、上から見て互いに鏡像となるはずである。よって、金属薄板を加工してこのようなコイルを作製する際には、コイルパターンは、実際面で、加工する側から見て互いに同一、すなわち、並列接続方式の場合の状況とは反対になるはずである。
【００５５】
図４に関連して上記で説明したように並列接続を実行することにより、各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚの第１コイル部及び第２コイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２の対応する各点は、傾斜磁場コイルアセンブリをＭＲＩ装置の一部として使用している時には常に事実上同電位のはずである。よって、各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを固化する際に用いられるＢ段階材料は、電界が非常に低い領域内にあることになる。それにより、通常の状況では、Ｂ段階材料４Ｘ，４Ｙ，４Ｚ内にあるいずれの気泡や空隙も、部分放電を発生させることができないはずである。さらに、サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚは、導電性コイル部にあるいかなるバリもＢ段階材料に対して内向きに面する傾向にあるように構成されているので、バリもまた低電界の領域内に位置することになり、この結果、部分放電の発生源とはならないはずである。
【００５６】
図５に関連して上記で説明したように直列接続を実行することにより、同様の効果が得られるが、本例では、各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚの第１コイル部及び第２コイル部の間にあるＢ段階材料４Ｘ，４Ｙ，４Ｚの両端の電位差は、せいぜいサブアセンブリの端子間の電位差である。この電位差は、図４に関連して上記で説明したような並列接続の実行時に見られるものよりも大きくなり得るが、それでも図２に示す形式の従来の構成で存在し得る電界強度の程度よりはかなり低い。その場合、異なるコイルにおいてコイル部間に存在する可能性のある電位差を考慮する。すなわち、図２の従来の構成において、Ｂ段階材料は例えばＸ方向コイルとＹ方向コイルの間に位置しており、従って、このＢ段階材料で見られる最大電位差は、いずれの瞬間にもＸ方向コイルとＹ方向コイルにかけられた互いに異なる電位によって規定される。
【００５７】
上述の本実施形態では、各サブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚの第１導電性コイル部及び第２導電性コイル部の間にＢ段階材料が設けられているが、実行する形態の中には他の種類の絶縁材料をサブアセンブリ内に設けてもよいものもあることに注目すべきである。しかし、固化材料、特にＢ段階材料を使用することが好ましい。このような場合には、コイルサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚは、Ｂ段階材料片をその両側にそれぞれのコイル部がある状態で押圧機に設置し、その積層物を押圧機で加熱することで、それぞれのコイル部３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２を共に積層することによって作製してもよい。
【００５８】
上記で説明した形式のサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを作製する一般的な製造プロセスは以下のとおりである。
１．通常はらせん状の２つの電気巻線を作製するために金属薄板に施す切削加工処理、フライス加工処理、または打ち抜き加工処理によって、傾斜磁場コイルの２つの導電部３Ｘ１，３Ｘ２，または３Ｙ１，３Ｙ２，または３Ｚ１，３Ｚ２を構成する。各コイル要素の安定性を保つために、らせん同士の間にある多数のブリッジを残しておく。コイル部のうちの一方は、切削加工／処理側から見た時に他方の鏡像となることが好ましく、また、各コイル部におけるブリッジの位置は、コイル部がサブアセンブリ内に配置された時にブリッジの位置が互いに重なり合わ（ｉｎ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ  ｗｉｔｈ）ないように選択することが好ましい。つまり、ブリッジは、サブアセンブリの面において異なる場所にあるように位置している。
【００５９】
２．絶縁材料４Ｘ，４Ｙ，４Ｚからなる薄板の両側に２つの導電性コイル部を接着することによって、２つの導電性コイル部を共に積層する。エポキシ樹脂に含浸されたＢ段階材料が好ましいが、この場合には、この３層の積層物を押圧機内で加熱することによって接着を行ってもよい。導電性コイル部は、バリがあるか、バリが生じやすい方の側が絶縁材料に隣接するような向きに設定しなければならない。任意で、絶縁材料内に間隙を残すことにより、必要に応じて層間の電気的接続を形成しやすくするようにしてもよい。
【００６０】
３．さらなる切削加工処理、フライス加工処理、または打ち抜き加工処理において、金属ブリッジを切除する。ブリッジは、アセンブリにおいてブリッジのある面から除去し、また、積層されたサブアセンブリの中心の近くで、サブアセンブリの表面から離れてあらゆるバリを生じる方法で除去することが好ましい。
【００６１】
４．はんだ付けもしくは他の手段によって、直列接続の場合は巻線部の一端で、並列接続の場合は巻線部の両端で、２つの金属層３Ｘ１及び３Ｘ２，３Ｙ１及び３Ｙ２，３Ｚ１及び３Ｚ２の間で電気的接続を形成する。
【００６２】
５．ここで、得られたサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを、従来の固化されたコイルと同様の方法でさらに処理してもよい。すなわち、サブアセンブリを、要望があれば成形して一般的に従来の方法で組み合わせることによって傾斜磁場コイルアセンブリを製造し、ＭＲＩ装置に順次搭載してもよい。
【００６３】
絶縁性支持層、上述の各実施形態ではＢ段階材料層４Ｘ，４Ｙ，４Ｚはサブアセンブリ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚを構成する積層体の中線（ｍｉｄｌｉｎｅ）上にあるので、このサブアセンブリは、Ｂ段階材料片上に設けられたコイル部からなる従来のサブアセンブリの場合に比べて、回転時に層間の剥離が起こりにくくなることは注目すべきである。
【００６４】
さらに、各サブアセンブリは、膜厚が厚めの単独の金属薄板の代わりに比較的薄い２つの金属薄板を備えているので、これにより図４及び図５に示した形式のコイルパターンを形成する際により細い切断が実現しやすくなり、その結果金属をより多く残して、コイル抵抗を小さくしている。
【００６５】
一方、導体の厚さが従来使用され得るものと比べて半分である場合には、上記の例よりも厚い導体を使用するように決めてもよい。このような場合に、本技術は、厚さ／重さがより大きいゲージアセンブリを構成したり取り扱ったりする際に役立ち得る。
【００６６】
上記の実施形態においてＸ，Ｙ，及びＺ方向コイルが層内に設けられている順序は重要ではないことは理解されよう。本技術を実行する際には、Ｘ，Ｙ，及びＺ方向コイルは都合のよい任意の順序で配置されていてもよい。
【００６７】
全般的に、本技術は、既存のサドルコイル設計に代わるコイルを作製する方法であって、既存のサドルコイル設計のパターンを（コイル面に）使用し、厚さが既存のサドルコイル設計の半分の材料に前記の既存のサドルコイル設計のパターンで２回打ち抜き加工（並列接続構成の場合は１回は鏡像で）を行って２つの打ち抜き加工されたコイルを作製し、得られた２つの打ち抜き加工されたコイルを、バリを最も内側にした状態で絶縁性基板の両側に接着し、両コイルを（例えばはんだ付けによって）１つに接続するという各工程を用いて、具体化可能であることは理解されよう。並列接続構成の場合、２つのコイルの始端タブと終端タブをそれぞれ互いに接続してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
GRADIENT COIL SUB-ASSEMBLIES
2. Detailed Description of Invention
This invention relates to gradient coil sub-assemblies and assemblies for use in magnetic resonance imaging and spectroscopy (MRIS).
Typically, an MRI machine will include at least three independent electrical windings, each one typically used to encode one Cartesian dimension (X, Y and Z).  Thus, typically there will be X, Y and Z coils in a gradient coil assembly of an MRI machine. 
Typically a gradient coil assembly will be made up from a number of sub-assemblies.  Thus there may be one or more X coil sub-assembly (some of which can be referred to as saddles), and so on.
The windings in the sub-assemblies may carry up to several hundred amperes and are typically energised and de-energised over periods as short as 100 microseconds.  Large voltages (typically up to 2 kV) must be applied to the windings to achieve such switching.  The voltages are applied over a few microseconds.  Separate windings are energised and de-energised independently, but on occasions more than one winding may be energised or de-energised simultaneously.  Such instances increase yet further the potential differences present in the coil structure.
Gradient coil assemblies and sub-assemblies are typically impregnated with epoxy resins after assembly to ensure good electrical and mechanical integrity.  It is a known property of such resin systems that above a certain potential difference threshold, a phenomenon known as "partial discharge" occurs in regions of high electrical stress.  This phenomenon is the result of microscopic charge redistribution around the inner surfaces of voids in the dielectric.  Such discharges create broadband electrical interference that is deleterious to the sensitive radio frequency detection systems used in MRIS.
It is generally agreed that partial discharge inception voltage (PDIV) occurs at lower voltage levels if there are either bubbles of air (or voids) in the insulation system or there are any sharp points present on the metal coil portions making up the windings in the gradient coil assembly. 
The X, Y and Z coils that make up a typical gradient coil may be manufactured from plates of copper or another suitable metal having cut patterns to form current paths, or they may be wound either from solid or hollow metal conductors.  Once the paths are formed, the resulting coil is mechanically consolidated so that it can be handled without the metal turns unravelling or changing shape in an uncontrolled way.  The coils are often consolidated and held in place by some kind of non-conducting backing/substrate.
In one method, a coil has its patterns formed and then to consolidate the coil turns, a composite backing is bonded to the coil using epoxy or some other resin and a hot press.  Once consolidated, the coil may be formed into a non-planar shape as required without the current paths moving in an undesirable way.  Once the gradient coils have been formed, they are assembled into a gradient coil assembly.  The whole assembly is usually vacuum impregnated with an epoxy or some other resin and then cured for a period of time to consolidate the entire assembly.
Epoxy resins, glass cloths, and other insulating materials generally have high dielectric strengths and relatively high relative dielectric constants between about 2 and 6.  In the absence of defects, they can withstand the voltage levels typically employed in MRIS.  However, if there are voids in the insulation, the large difference in relative dielectric constants between the material and the void causes enhancement of electric field in the void, and the PDIV may be relatively low [eg 1kV].
Two major causes of low PDIV are air bubbles (or voids) and sharp points or burrs on the metal coils. 
Where there are air bubbles (or voids), the electric field in the air bubble (or void) may be much higher than in the material surrounding the air bubble (or void).  Electrical discharge occurs in air at a field strength of about 3 kV/mm.  This type of field strength can occur in an air bubble in the gradient coil assembly in an MRIS machine.
Sharp points also cause regions of intense electric field which increase the likelihood of partial discharge (either on their own or in proximity to air bubbles (or voids)).
As mentioned earlier, to build gradient coil assemblies it is usual to consolidate individual coils/windings to form sub-assemblies and to build those coils into a complete coil assembly.  Thus it is likely that the coils will be backed by partially cured epoxy resin impregnated materials (known as B-stage materials).  B-stage materials have air pockets (or voids) in them that cannot, in practical terms, be completely eliminated. 
Further, the windings in the coils will have sharp points on them.  It is not reasonable to expect to machine and consolidate coils and have no bubbles (or voids) or burrs left at the end of the process.
However, in a region where B-stage material is absent it can be reasonable to expect that a vacuum impregnation process can yield a void free region. 
Thus, it has been realised that if it is possible to construct a gradient coil sub-assembly and assembly where B-stage materials and burrs are restricted to regions of low electric field strength, it should be possible to construct gradient coil sub-assemblies and assemblies having higher PDIV. 
According to one aspect of the present invention there is provided an MRIS gradient coil sub-assembly comprising,
a first coil layer comprising a first conductive coil portion,
a second coil layer comprising a second conductive coil portion electrically connected with the first conductive coil portion so that the first and second conductive coil portions act together as one winding, and
an insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
This arrangement can lead to low or relatively low electric field in the insulation layer between the conductive coil portions which can help minimise partial discharge during use of the ultimate gradient coil.
The insulation layer may comprise a consolidation layer. The insulation layer may comprise B-stage material.
The first and second conductive coil portions may be bonded on respective sides of the insulation layer.
The insulation layer may comprise a plurality of sub-layers but preferably the insulation layer comprises a sheet of insulating material with the first and second conductive coil portions being bonded on respective sides of the sheet of insulating material. 
This can allow both coil portions to be consolidated using one consolidation layer.  Further, this consolidation layer will then tend to experience low or relatively low electric field in use of the ultimate gradient coil.
The first conductive coil portion may be connected in parallel with the second conductive coil portion. The first conductive coil portion may be connected in series with the second conductive coil portion. 
The first and second conductive coil portions may be of sheet metal.
The conductive coil portions may be sheet like and each have one surface which has a higher incidence of burrs than the respective opposing surface and the first and second conductive coil portions may be arranged so that the surfaces with the higher incidence of burrs face one another and hence face the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
Where the coil portions are manufactured from sheet metal, the process used to form the coil pattern, which might be for example, cutting, milling, or punching, can have a tendency to leave burrs on the cut edges - often the process will tend to be such that one side of the sheet is more prone to burrs. The above arrangement helps minimise partial discharge in the final coil in such circumstances.
The first and second conductive coil portions may be identical to one another. The first and second conductive coil portions may be similar to one another. 
A coil pattern of the first conductive coil portion may be identical to a coil pattern of the second conductive coil portion when both are viewed from the side facing the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers. A coil pattern of the first conductive coil portion may be a mirror image of a coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side facing the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
Where the coil portions are manufactured from sheet metal, a coil pattern of the first conductive coil portion may be a mirror image of a coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side of the sheet metal from which the process to form the coil pattern has been conducted.
Where the coil portions are manufactured from sheet metal, a coil pattern of the first conductive coil portion may be the same as a coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side of the sheet metal from which the process to form the coil pattern has been conducted.
Gaps may be left in the insulating layer to facilitate electrical connection between the coil portions. Electrical connection may be effected by soldering.
According to another aspect of the present invention there is provided a method of manufacturing a gradient coil sub-assembly comprising a first coil layer comprising a first conductive coil portion,
a second coil layer comprising a second conductive coil portion electrically connected with the first conductive coil portion so that the first and second conductive coil portions act together as one winding, and
an insulation layer sandwiched between the first and second coil layers,
the method comprising the steps of:
a) laminating the first and second conductive coil portions together by bonding the first and second conductive coil portions on opposing sides of the insulation layer; and
b) electrically connecting the first conductive coil portion to the second conductive coil portion.
The method may comprise, before step a) the further step of processing metal sheet to form the first conductive coil portion and the second conductive coil portion with desired coil patterns. 
A plurality of bridges may be left initially between turns in the coil patterns to provide support during manufacture. In such a case the bridges may then be removed after step a).  This may be before or after step b).
Preferably the bridges left initially in the first and second conductive coil portions are not in register with one another.
The method may comprise the step of arranging the first and second coil portions so that respective surfaces of each coil portion having a higher incidence of burrs than the respective opposing surfaces, face one another and hence face the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
The bridges are preferably removed from the respective side of the sub-assembly and preferably removed in a way so that any burrs that are created will tend to be created on or towards the side of the coil portion facing the insulation layer.
Where the coil portions are manufactured from sheet metal, the method may comprise the further step of performing the process to form the coil pattern from one side of the sheet and choosing the coil pattern of the first conductive coil portion to be a mirror image of the coil pattern of the second conductive coil portion when both are viewed from the side of the sheet metal from which the process is performed.
According to another aspect of the present invention there is provided an MRIS gradient coil assembly comprising at least one sub-assembly as defined above.
According to another aspect of the present invention there is provided an MRI machine comprising at least one sub-assembly as defined above.
3. Brief description of Drawings
Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which: 
Figure 1 schematically shows an MRI machine;
Figure 2 schematically shows part of a conventional gradient coil assembly for use in an MRI machine of the type shown in Figure 1;
Figure 3 schematically shows part of a gradient coil assembly embodying the present invention which is also suitable for use in an MRI machine of the type shown in Figure 1;
Figure 4 is an exploded view showing first and second conductive coil portions of one sub-assembly of the gradient coil assembly shown in Figure 3; and
Figure 5 is an exploded view showing first and second conductive coil portions of an alternative embodiment of gradient coil assembly similar to that shown in Figure 3.
4. Description of Embodiments
Figure 1 shows an MRI machine of a generally conventional kind in highly schematic form and with many details omitted for the sake of clarity.  The MRI machine 1 shown in Figure 1 comprises a gradient coil assembly 2 which in the present example comprises an inner set of drive coils 2A and an outer set of shield coils 2B.
The inner set of drive coils 2A comprises windings making up an X drive coil, a Y drive coil and a Z drive coil, and similarly the outer shield coils 2B comprises windings making up an X shield coil, a Y shield coil and a Z shield coil.
Figure 2 schematically shows part of a conventional gradient drive coil assembly 2A which may be used as the drive coil assembly of an MRI machine of the type shown in Figure 1 and which may be supplemented with a similar gradient shield coil assembly 2B to make up the whole gradient coil assembly 2 in the arrangement shown in Figure 1.  However, only the drive coil portion 2A of the gradient coil assembly 2 is shown in Figure 2.
The conventional gradient drive coil assembly 2A, a part of which is shown in Figure 2, comprises three windings or coil portions 3X, 3Y, 3Z, which act as an X drive coil, a Y drive coil and a Z drive coil when used in the MRI machine 1.  These coil portions, 3X, 3Y, 3Z are provided in different layers and other layers are provided between the conductive material of the coil portions themselves, 3X, 3Y, 3Z.  In particular, each coil portion 3X, 3Y, 3Z has its own associated B-stage layer 4X, 4Y, 4Z, which is present as a result of the fabrication method used to make up the respective winding/coil portion 3X, 3Y, 3Z.  Furthermore, additional insulation layers 5 are provided between the coil portions 3X, 3Y, 3Z.  Specifically these are provided between the Z coil winding 3Z and the B-stage material layer 4Y associated with the Y coil winding 3Y and between the Y coil winding 3Y and the B-stage material layer 4X associated with the X coil winding 3X.
The conventional gradient drive coil assembly 2A of which part is shown in Figure 2 is built up in the following steps with assembly taking place from the bottom upwards:
1. Form the coil turns (3X, 3Y, 3Z) by machining a plate of metal or winding metal into a desired shape.
2. Provide the bottom surface of the coil portion (3X, 3Y, 3Z) with a sheet of B-stage material.  This material will help to consolidate the coil mechanically.  Typically the coil portion (3X, 3Y, 3Z) and its B-stage backing (4X, 4Y, 4Z) is placed in a heated press to cure the resin B-stage material.
2a. Where the coil turns are formed from a plate of metal, bridging portions may be initially left between at least some adjacent turns in the initial machining process in step 1.  This makes the initial coil blank more stable before consolidation.  In such a case the bridging portions are removed following step 2.
3. Form the consolidated coil by whatever means chosen to the desired shape.
4. Mount the coil in the gradient coil assembly.
5. Add one or more layers of insulation to maintain an adequate spacing between the layers.
6. Repeat the steps 1 to 5 as often as is necessary to complete the assembly but omitting step 5 for the final coil layer (3X).
Note of course that more layers might be introduced.  For example, if a gradient coil assembly including both drive coils and shield coils were to be made then the shield coil layers could be added using a similar technique.
Furthermore, note that in some instances the B-stage material layers 4X, 4Y, 4Z might be replaced by other types of insulating material.  For example the coil portions 3X, 3Y, 3Z might be wrapped in an insulating material.  As is well understood, as well as providing insulation, B-stage material is useful in consolidating coils.  In some cases such consolidation is not required, in other instances a different consolidation layer may be used.  Further, sometimes some of the windings in the coil may be consolidated using B-stage material whilst other windings are not.
With a structure of the type described above then the problems discussed in the introduction to description will tend to arise.  That is to say, partial discharge is likely to occur in use due to the presence of air bubbles in the B-stage material layers 4X, 4Y, 4Z and/or the presence of burrs, ie sharp edges or points, on the coil portions 3X, 3Y, 3Z.
Thus an alternative structure for a gradient coil assembly 2 is proposed.
Figure 3 shows a gradient drive coil assembly 2A which again can be used in an MRI machine 1 of the conventional kind.  Again, whilst Figure 3 shows a gradient drive coil assembly 2A, the structure and techniques described below can equally be used in a gradient shield coil assembly 2B or a gradient coil assembly 2 comprising both drive and shield coils.
In the newly proposed gradient drive coil assembly 2A shown in Figure 3, there are three gradient coil sub-assemblies 6X, 6Y and 6Z.  Each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z comprises a respective B-stage material layer for 4X, 4Y, 4Z and also a respective pair of conductive coil portions or windings 3X1, 3X2, 3Y1, 3Y2, 3Z1, 3Z2.  Compared with the arrangement described above in relation to Figure 2, each of the X drive coil, Y drive coil and Z drive coil have been split so that rather than there being a single coil layer including a conductive coil portion, there are two coil layers provided on either side of a respective layer of B-stage material.  Thus, the X drive coil sub-assembly 6X comprises one conductive coil portion 3X1 bonded on a first side of a respective sheet of B-stage material 4X and a second conductive coil portion 3X2 bonded on the other side of the sheet of B-stage material 4X. 
In the present embodiment, the conductive coil portions are formed from sheet metal by, for example, cutting, milling or punching such that one side of the resultant coil portion has a tendency to have burrs.  The coil portions in each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z are arranged so that the faces of the coil portions 3X1, 3X2, 3Y1, 3Y2, 3Z1, 3Z2 which will tend to have burrs face in towards the respective B-stage layer 4X, 4Y, 4Z.
In manufacture, each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z is first made up and then the sub-assemblies are assembled together with appropriate layers of insulation 5 between each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z as shown in Figure 3 to provide the gradient coil assembly. 
In each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z the two respective coil portions 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 are electrically connected to one another so that the pair of coil portions in each sub-assembly act, in effect, as a single winding.  In the currently preferred embodiment, the conductive coil portions in each sub-assembly are connected in parallel with one another.  That is to say, the first coil portion 3X1 of the X coil sub-assembly 6X is connected in parallel to the second coil portion 3X2 of that sub-assembly whilst the first coil portion 3Y1 of the Y coil sub-assembly 6Y is connected in parallel to the second coil portion 6Y2 of that sub-assembly and so on.
Figure 4 is an exploded view of the X coil sub-assembly 6X showing an example coil pattern for the first coil portion 3X1 of the X coil sub-assembly 6X and the second coil portion 3X2 of that same sub-assembly 6X.  The black dots in the drawing illustrate where these two coil portions are electrically connected to one another with the preferred parallel configuration of the present embodiment.  The connections between the layers are also schematically shown.  The coil portions 3X1 and 3X2 as shown in Figure 4 can be connected together electrically via soldering or other suitable means and they will be typically connected to one another at the terminals of the respective sub-assembly or coil (6X in this instance).
In terms of choosing the appropriate parameters for the two coil portions 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 to replace the equivalent single coil portion 3X, 3Y, 3Z in a coil of the conventional type shown in Figure 2, then in general terms, a relatively simple approach can be taken.  In this the same number of turns and the same average track width is used in the two coil portions (say 3X1 and 3X2) as in the original single portion (say 3X coil) but with each of the two coil portions having half the thickness of the original.  Thus, for example, if the original coil component in the conventional type of arrangement shown in Figure 2 would be sixteen turns of 3mm thick conductor with an average track width of 10mm, then in the present embodiment each of the two coil portions, say 3X1, 3X2 would comprise sixteen turns of 1.5mm thick conductor again with an average track width of 10mm.
In an alternative embodiment, rather than using a parallel connection scheme as described above, a series connection scheme can be used such that each respective pair of coil portions 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 are connected in series relative to one another.  Figure 5 is an exploded view of an alternative X coil sub-assembly 6X' which is like the X coil sub-assembly 6X described above but has the series connection scheme and appropriate coil patterns for such a scheme.  An example type of coil pattern for the X coil portions 3X1' and 3X2' in such an alternative are shown in Figure 5.  Here there is a single point of connection between the coil layers illustrated by the dot at the centre of the coil pattern (and schematically shown connector) which connection of course in this arrangement is, at least generally speaking, at a mid-point between the terminals of the sub-assembly/coil as a whole.  With this type of implementation, the number of turns per layer is halved and the average track width is doubled in each of the two coil portions compared with what would be used in a conventional single coil.  Again, the conductor used is of half the thickness of that which would be used in the corresponding conventional single coil portion.  Thus, if in a conventional arrangement as shown in Figure 2, the coil portion would have sixteen turns of 3mm thick conductor with an average track width of 10mm, then in the series configuration of the type illustrated in Figure 5, each layer would have eight turns of 1.5mm thick conductor with an average track width of 20mm. 
Note that in Figure 4 the coil patterns can both be seen from above as in the assembled coil.  In this orientation the coil patterns are within practical limits identical to one another.  However in terms of their orientations when machined, the coil patterns are, to all intents and purposes, mirror images of one another.  This is because the machining process, such as stamping, used in creating the coil patterns will tend to create burrs more on one side of the sheet material than the other.  By choosing the coil patterns to be mirror images with one another from the cutting or processing side of the sheet, then once one of the coil portions is inverted so that the two surfaces which are more prone to have burrs on them, face one another, the coil patterns will be to all intents and purposes the same.  Thus, in forming the respective coil sub-assembly 6X, 6Y, 6Z, the surfaces of the sheet material including more burrs may be placed in contact with the respective B-stage material consolidation layer.
Note however that if the series connection method is used as described above in relation to Figure 5, then the coil pattern should preferably be the mirror image of one another when viewed from above as applied to the B-stage material as illustrated in Figure 5.  Thus, when machining sheet metal to produce such coils, the coil patterns should, in practical terms be identical to one another when viewed from the machining side, ie opposite to the situation for the parallel connection system.
With the parallel implementation as described above with reference to Figure 4, corresponding points of the first and second coil portions, 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 in each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z should be at virtually the same potential at all times when the gradient coil assembly is being used as part of an MRI machine.  Thus, the B-stage material used in consolidating each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z will be in a region of very low electric field.  Thus, in normal circumstances, any bubbles or voids in the B-stage material 4X, 4Y, 4Z should be incapable of generating partial discharge.  Furthermore, since the sub-assemblies 6X, 6Y, 6Z are arranged such that any burrs on the conductive coil portions will tend to face inwards against the B-stage material, then the burrs should again be located in a region of low electric field and thus should not become a source of partial discharge.
In the series implementation described above with reference to Figure 5, similar types of advantages can be obtained although in this instance the potential difference across the B-stage material 4X, 4Y, 4Z between the respective first and second coil portions of each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z can at most be the potential difference across the terminals of the sub-assembly.  Whilst this potential difference can be larger than that found in the parallel implementation described above with reference to Figure 4, it is still substantially lower than the type of field strengths that might exist in the conventional arrangement of the type shown in Figure 2.  In that case one is considering the potential difference which may exist between coil portions in different coils.  That is to say, in the conventional arrangement of Figure 2, the B-stage material is located between say the X coil and the Y coil, and therefore the maximum potential difference which may be seen by that B-stage material is dictated by the different potentials which may be applied at any one instant to the X coil and the Y coil.
Whilst in the present embodiments as described above, B-stage material is provided between the first and second conductive coil portions of each sub-assembly 6X, 6Y, 6Z, it should be noted that in some implementations, other types of insulating material might be provided in the sub-assemblies.  However the use of consolidating material and in particular a B-stage material is preferred.  In such a case the coil sub-assembly 6X, 6Y, 6Z may be manufactured by laminating together the respective coil portions 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 by placing a piece of B-stage material with the respective coil portions on either side in a press and heating the resulting sandwich in the press.
A typical manufacturing process for producing a sub-assembly 6X, 6Y, 6Z of the type described above is as follows:
1. Construct two gradient coil conductive portions 3X1, 3X2 or 3Y1, 3Y2 or 3Z1, 3Z2 by a cutting, milling or punching process applied to a metal sheet to create two generally spiral electrical windings.  Leave a number of bridges between turns to maintain the stability of each coil component.  Preferably one of the coil portions is a mirror image of the other as seen from the cutting/processing side, and preferably the locations of the bridges in each portion are chosen so that when the portions are positioned in the sub-assembly, the bridges are not in register with one another.  That is to say, the bridges are positioned so that they are different locations in the plane of the sub-assembly.
2. Laminate the two conductive coil portions together by bonding them on either side of a sheet of insulating material 4X, 4Y, 4Z.  An epoxy impregnated B-stage material is preferred, in which case bonding may be achieved by heating the three layer sandwich in a press.  The conductive coil portions should be orientated such that the sides that have or are prone to burrs are next to the insulating material.  Optionally gaps may left in the insulating material to facilitate the forming of electrical connections between the layers where appropriate.  
3. Cut out the metal bridges in a further cutting, milling or punching process.  Preferably the bridges are removed from the side of the assembly on which they reside and in a way which creates any burrs close to the centre of the laminated sub-assembly and away from the surfaces of the sub-assembly.
4. Form electrical connections between the two metal layers 3X1 and 3X2, 3Y1 and 3Y2, 3Z1 and 3Z2 by soldering or other means at one end of the winding for series connection and both ends of the windings for parallel connection.
5. The resulting sub-assembly 6X, 6Y, 6Z may now be further processed in a similar manner to conventional consolidated coils.  That is to say, the sub-assembly may be formed to shape if desired and built up into a gradient coil assembly in a generally conventional way, which in turn can be incorporated into an MRI machine.
It is worth noting that since the insulating supporting layer, the B-stage material layers 4X, 4Y, 4Z in the embodiments above, is on the midline of the sandwich forming the sub-assembly 6X, 6Y, 6Z, the sub-assembly is less prone to delamination on rolling than is the case for a conventional sub-assembly of a coil portion provided on a piece B-stage material.
Further, since each sub-assembly comprises two relatively thinner metal sheets rather than a single thicker metal sheet, this will tend to permit a narrower cut when forming the coil patterns of the type shown in Figures 4 and 5, thus leaving more metal and lowering the coils resistance.
On the other hand a decision may be made to use thicker conductor than in the examples above where the conductor thickness is half compared with that which would be conventionally used.  In such a case, the present techniques can help in the construction and handling of thicker/heavier gauge assemblies.
It will be appreciated that the order in which the X, Y and Z coils are provided in layers in the above embodiments is not critical.  The X, Y and Z coils may be arranged in any convenient order when carrying out the current techniques.
It will be appreciated that in overall terms the present technique can be embodied in a method for making a coil to replace an existing saddle coil design with the steps of: using the pattern (in the plane of the coil) of the existing saddle coil design, punching that pattern out twice (once in mirror image for the parallel connection arrangement) from material having half the thickness of the existing saddle coil design to form two punched coils, bonding the resulting two punched coils on opposite sides of an insulating substrate with the burrs innermost and connecting (by for example soldering) the coils together. In the case of the parallel connection arrangement the start tabs and end tabs of the two coils may be respectively connected to one another.
1. An MRIS gradient coil sub-assembly comprising,
a first coil layer comprising a first conductive coil portion,
a second coil layer comprising a second conductive coil portion electrically connected with the first conductive coil portion so that the first and second conductive coil portions act together as one winding, and
an insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
2. An MRIS gradient coil sub-assembly according to claim 1 in which the insulation layer comprises a consolidation layer. 
3. An MRIS gradient coil sub-assembly according to claim 2 in which the consolidation layer comprises B-stage material.
4. An MRIS gradient coil sub-assembly according to any preceding claim in which the first and second conductive coil portions are bonded on respective sides of the insulation layer.
5. An MRIS gradient coil sub-assembly according to any preceding claim in which the first conductive coil portion is connected in parallel with the second conductive coil portion. 
6. An MRIS gradient coil sub-assembly according to any preceding claim in which the conductive coil portions are sheet like and each have one surface which has a higher incidence of burrs than the respective opposing surface and the first and second conductive coil portions are arranged so that the surfaces with the higher incidence of burrs face one another and hence face the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
7. An MRIS gradient coil sub-assembly according to any preceding claim in which a coil pattern of the first conductive coil portion is a mirror image of a coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side facing the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers. 
8. A method of manufacturing a gradient coil sub-assembly comprising a first coil layer comprising a first conductive coil portion,
a second coil layer comprising a second conductive coil portion electrically connected with the first conductive coil portion so that the first and second conductive coil portions act together as one winding, and
an insulation layer sandwiched between the first and second coil layers,
the method comprising the steps of:
a) laminating the first and second conductive coil portions together by bonding the first and second conductive coil portions on opposing sides of the insulation layer; and
b) electrically connecting the first conductive coil portion to the second conductive coil portion.
9. A method according to claim 8 comprising before step a) the further step of processing metal sheet to form the first conductive coil portion and the second conductive coil portion with desired coil patterns.
10. A method according to claim 9 comprising the step of initially leaving a plurality of bridges between turns in the coil patterns to provide support during manufacture and removing the bridges after step a).
11. A method according to claim 10 in which the bridges left initially in the first and second conductive coil portions are not in register with one another.
12. A method according to any one of claims 8 to 11 comprising the step of arranging the first and second coil portions so that respective surfaces of each coil portion having a higher incidence of burrs than the respective opposing surfaces, face one another and hence face the insulation layer sandwiched between the first and second coil layers.
13. A method according to claim 10 or any one of claims 11 and 12 when dependent on claim 10 in which the bridges are removed from the respective side of the sub-assembly and removed in a way so that any burrs that are created will tend to be created on or towards the side of the coil portion facing the insulation layer.
14. A method according to claim 9 or any one of claims 10 to 13 when dependent on claim 9 comprising the further step of performing the process to form the coil pattern from one side of the sheet and choosing the coil pattern of the first conductive coil portion to be a mirror image of the coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side of the sheet metal from which the process is performed.
15. A method according to claim 9 or any one of claims 10 to 13 when dependent on claim 9 comprising the further step of performing the process to form the coil pattern from one side of the sheet and choosing the coil pattern of the first conductive coil portion to be the same as the coil pattern of the second conductive coil portion when both coil portions are viewed from the side of the sheet metal from which the process is performed.
16. An MRIS gradient coil assembly comprising at least one sub-assembly according to any one of claims 1 to 7.
1 Abstract
An MRIS gradient coil sub-assembly comprising a first coil layer comprising a first conducting coil portion, a second coil layer comprising a second conductive coil portion electrically connected with the first conductive coil portion so that the first and second conductive coil portions act together as one winding, and a B-stage material consolidation layer sandwiched between the first and second coil layers. 
2 Representative Drawing
Fig. 3
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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