專利名稱：一種具有凹部或凸起布置以減少機械共振的環(huán)狀罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的裝置，如低溫冷卻磁體所用的真空容器的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，MRI系統(tǒng)通常包括螺線管超導磁體，該螺線管超導磁體被冷卻至所用超導材料的臨界溫度以下的溫度。通常地，磁體被冷卻至大約4.2K的溫度，該溫度為氦的沸點。為將該裝置保持在這樣低的溫度，必須使被冷卻裝置與外界溫度有效地絕熱。這里通常通過將裝置封裝在外部真空室(OVC)內(nèi)來實現(xiàn)，該容器被排放至高真空，優(yōu)選地，也可在冷卻裝置和OVC之間插入熱屏蔽件。OVC通常近以環(huán)境溫度，屏蔽處于中間溫度。
OVC不得不在其外表面承受大氣壓，在其內(nèi)表面承受高真空。相應的，OVC必須制造的非常堅固以抵抗由大氣壓施加的壓力。用于螺線管磁體結(jié)構(gòu)的OVC通常包括外圓筒，其直徑大于磁體的最大直徑，內(nèi)圓筒，其直徑小于磁體的內(nèi)徑，以及環(huán)狀端蓋，該環(huán)狀端蓋配置為連接內(nèi)外圓筒，以形成用于磁體的環(huán)狀罩。
所知的適于容納整體MRI裝置中使用的超導磁體的OVC容器的端蓋通常具有2000mm范圍的圓形外徑和大約為850-900mm范圍的同心內(nèi)徑。這些結(jié)構(gòu)的材料通常為恒定厚度的。端蓋通常具有完全對稱旋轉(zhuǎn)的特征，主要是由于制造過程的作用。端蓋的幾何構(gòu)造可以為“平整”、“部分平整”，比如部分平整部分錐形件或“凹陷”，在OVC的端部形成凹面或凸面，這樣相比于簡單地僅依靠其自身材料彎曲的抵抗，端蓋能更有效地承受外部氣壓。
現(xiàn)有技術(shù)中端蓋的對稱性的副作用是，會激勵系統(tǒng)以共振的方式響應振動激勵。這在應用，比如MRI系統(tǒng)中會引起麻煩。用于在成像過程中產(chǎn)生變化磁場的傾斜線圈組，會引起適于與端蓋內(nèi)建立共振的頻率的MRI系統(tǒng)的振動。在MRI系統(tǒng)中其他潛在引起麻煩的振動源包括低溫冷庫中產(chǎn)生的機械振動，比如由冷卻頭置換器移動運動所引起的振動。外部振動也可引起麻煩，比如地面產(chǎn)生的振動或聲學噪音。
端蓋的共振作用體現(xiàn)在自身增加的聲學噪音上，其由用作放大表面的端蓋產(chǎn)生，和擴音器錐形部分的作用一樣?？蛇x擇地，端蓋的共振可導致應用的機械振動擴大至增加了圖象扭曲的后果的程度。通常，在傳統(tǒng)的共振系統(tǒng)中，對于在或靠近端蓋振動模式的自然頻率應用的振動，這些影響特別強。
此外，傳統(tǒng)端蓋的對稱和幾何學一致性能有效地將振動能量傳送到結(jié)構(gòu)的激起共振的其他部分，盡管這樣的振動頻率不同于端蓋共振模式的振動頻率。
因此，在磁體端蓋簡單的幾何構(gòu)造——它們很好地限定了共振模式——和關(guān)于成像質(zhì)量和聲學噪音的系統(tǒng)性能之間存潛在相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此尋求減少罩，比如用于MRI系統(tǒng)的螺線管磁體的OVC罩對施加的機械振動的敏感度的方法，以減少這種罩對振動的敏感度的不利影響，在上面已經(jīng)對其中一些進行了闡述。
更進一步地，由于所用材料具有較大的厚度和質(zhì)量，上述公知的端蓋相對于公知的防振和減少噪音的技術(shù)不敏感。本發(fā)明提供由較薄較輕的材料制成的端蓋結(jié)構(gòu)，能顯著獲得通過使用公知防振和減少噪音的技術(shù)所具有的優(yōu)勢。
相應的，本發(fā)明提供如所附權(quán)利要求中所限定的方法和/或裝置。


參照特定的實施例，本發(fā)明上述及進一步的目的、特征及優(yōu)點將會更進一步地得到描述，這里僅給出例示性實施方式，結(jié)合相應附圖隨后描述，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的OVC容器的例子，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，適于容納用于MRI系統(tǒng)的螺線管磁體；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的OVC容器的側(cè)視圖，類似于圖1所示，適于容納用于MRI系統(tǒng)的螺線管磁體，適于在一個端蓋內(nèi)裝配輔助裝置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于OVC端蓋表面上的凹部或凸起的圖案；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于OVC端蓋表面上的凹部或凸起的圖案；圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例用于OVC端蓋表面上的凹部或凸起的圖案；及圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的低溫殼體的例子，包括致冷容器，熱屏蔽件及OVC容器，其中熱屏蔽件和OVC容器具有嵌套的缺口或凸起。
具體實施例方式
傳統(tǒng)的端蓋通常由相對較厚的材料制成，比如5-20mm的厚度。選擇的這種材料具有足夠的機械強度以抵抗OVC上的大氣壓，并由于自身的重量和厚度而具有足夠的剛性以抑制共振。如上所述，雖然這種方法有效，但導致了OVC容器相對沉重并且造價昂貴。本發(fā)明提供環(huán)狀罩，其中為減少罩振動趨勢，環(huán)狀罩的材料形成為凹部和凸起的布置。
本發(fā)明尋求抑制具有簡單幾何構(gòu)造和對稱布置的部件自然共振趨勢及產(chǎn)生的噪音和/或振動的問題。在本發(fā)明的某些實施例中，用于MRI系統(tǒng)、如螺線管磁體結(jié)構(gòu)的OVC的端蓋的材料形成其自身不對稱布置并彼此之間不對稱布置的幾何特征。
本發(fā)明一個特殊的優(yōu)勢在于允許并真正積極鼓勵OVC容器端蓋采用較薄輕質(zhì)材料。采用這樣較薄的材料能輔助阻尼和防振技術(shù)，由它們自身性質(zhì)所知的，可有效地應用以抑制OVC容器的端蓋的振動。這樣的技術(shù)包括抑制阻尼層和消音材料層的應用。
傳統(tǒng)使用的端蓋的厚度不受這種技術(shù)的影響，然而通過本發(fā)明減少端蓋材料的厚度，可有效地采用這些既定方案。
特別地，本發(fā)明尋求打亂公知的端蓋的簡單的幾何構(gòu)造。本發(fā)明的技術(shù)方案也可應用到其他部件，比如OVC圓筒體的內(nèi)外殼，及熱屏蔽件部件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例形成的端蓋的例子，適宜地在MRI系統(tǒng)中形成磁體所用OVC容器的一部分。
如圖1所示，OVC10是環(huán)狀罩，相應的包括通過環(huán)狀端蓋16連接的圓滑筒體外殼12和圓滑筒體內(nèi)殼14。如圖1所示，端蓋16不像現(xiàn)有技術(shù)中的端蓋一樣具有平整或圓滑的輪廓，相反，環(huán)狀罩端蓋的材料相比于參照面20來說變形成具有凹部或凸起18的布置。凹部或凸起18如此布置以致于可以抑制端蓋材料的共振。
形成于OVC材料的凹部或凸起18提供了可用于容納消音材料的凹部，相比于所用端蓋為厚材料的系統(tǒng)并未增加OVC的合計長度。
凹部或凸起18提供了機械強度，允許端蓋16可用明顯地比現(xiàn)有技術(shù)所用材料薄的材料制造。例如，現(xiàn)有技術(shù)中的平端蓋通常厚度為20-30mm，使現(xiàn)有技術(shù)端蓋凹陷就允許采用較薄的材料。根據(jù)本發(fā)明凹部或凸起的使用仍然允許較薄的材料用于端蓋，例如在端蓋中用1-2mm厚度的材料。
有利地是，凹部或凸起可被布置和磁體或和OVC配裝的其他裝置的某些部件配合，比如內(nèi)懸承部件，外部顯示器，控制器或病床部件。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例OVC的進一步的特征，類似于圖1所示的實施例。根據(jù)該實施例，可設(shè)置部件22，其由端蓋16的材料適當變形而形成，作為凹部或凸起18的一個方案，其允許輔助裝置定位到端蓋16上。在優(yōu)選實施例中，目前固定于外殼12上的輔助裝置也可被安裝在端蓋16上。這樣使外殼12保持光滑，并提高了OVC外觀的美感。同時也能使輔助裝置被安裝到更接近于維護的位置。進一步有利的效果是減少了系統(tǒng)中孔14的軸向長度，這樣可提升病人的舒適度并減少了病人的幽閉恐怖感。
優(yōu)選地，端蓋16的凹部和凸起18不是如同許多現(xiàn)有技術(shù)中端蓋那樣旋轉(zhuǎn)對稱的。可選擇地，凹部和凸起18的數(shù)目是素數(shù)。更優(yōu)選地，或可選擇地，凹部和凸起18在所有軸向上以不對稱的方式布置。更優(yōu)選地，每個凹部和凸起自身的形狀在所有軸向上都是不對稱的。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的端蓋的特寫視圖。如圖所示，凹部和凸起18設(shè)置成不對稱的硬質(zhì)材料部件，并由端蓋16材料的適當變形而形成。凹部和凸起，更具體地具有可變化的寬度w。根據(jù)該實施例的特征，凸起18具有不同的寬度w和間距d。凸起的高度h也可不同。根據(jù)該實施例的特征，凸起繞著端蓋不對稱地布置。不對稱優(yōu)選地被應用多于以下特征中的一個以上特征高度h，寬度w，間距d。
如圖3中更清楚地觀察到，在凸起18之間設(shè)置有凹部。這些凹部可被用于安裝振動阻尼材料，公知的這些材料其自身具有阻尼振動的性能。類似地，在端蓋的下側(cè)(圖中未示出)，凸起18的內(nèi)腔提供適宜于安裝振動阻尼材料的凹部，公知的這些材料其自身具有阻尼振動的性能。類似地，凸起18可被凹部所替代，此時振動阻尼材料可被設(shè)置至那些凹部自身之中，在形成于端蓋下側(cè)的腔室中，以及由其他表面的腔室在通過材料變形形成的凸起之間。可選擇地，端蓋表面的凹部可被用于容納電纜路徑或其他輔助裝置。
圖4示出了圖3中實施例的改進。在圖4所示實施例中，凸起或凹部18不是規(guī)則的形狀。凸起或凹部18在端蓋16的表面形成偽隨機(pseudo-randomly)的形狀。凸起的高度h可以是以偽隨機的方式變化的。在本發(fā)明的實施例中，在所有軸向上，相對于一些或全部凸起18的尺寸、形狀、位置和間距都可簡單不對稱設(shè)置。這樣的不對稱有效地防止或至少減少了端蓋的共振效果。
圖5A示出了本發(fā)明另一簡化的實施例。在這里所有凸起18都具有相同的寬度w、高度h和間距d。通過確保端蓋承載的由環(huán)狀罩材料的適當變形而形成的硬質(zhì)部件是素數(shù)來提供所需的不對稱。在此方式下，減少了環(huán)繞端蓋的共振。參照上述其他實施例的闡述，凸起18之間的凹部可被用于容納輔助裝置或電纜路徑。可選擇地，在凹部內(nèi)可設(shè)置消音材料。相同地，消音材料也可被置于端蓋下側(cè)的凸起內(nèi)的凹部中(圖中未示出)。
圖5B特別示出了本發(fā)明的端蓋用于公知在MRI系統(tǒng)中應用的低溫致冷裝置比如超導磁體的一個有利的布置。如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的。用于這種應用的致冷容器通常包括流體致冷劑容器40，其包含流體致冷劑，環(huán)繞該流體致冷劑容器的外部的真空容器10，流體致冷劑容器和外部真空室之間的間隙被排空。通常也設(shè)置熱屏蔽件30，以保護流體致冷劑容器免于受外部真空室10的熱輻射。如圖5B所示的，外部真空室10具有端蓋16，根據(jù)本發(fā)明形成該端蓋16的外形，如圖5A中所示的那樣。凸起18提供剛度并抑制機械共振。有利地是，熱屏蔽件30具有凸起32，該凸起配合至端蓋16的凸起18的內(nèi)表面。熱屏蔽件30布置成與端蓋16的內(nèi)表面相距一定的最小距離。端蓋和熱屏蔽件的各自的凸起及熱屏蔽件30各自的凸起18都能近似地被定位于距端蓋16的凸起18內(nèi)表面的特定最小距離處。因為保持超過端蓋表面的距離，熱屏蔽件由于存在的凸起而沒有明顯的效果。在另一方面，流體致冷劑容器40優(yōu)選地不設(shè)置凸起。在某些區(qū)域42，和每個熱屏蔽件的凸起32內(nèi)表面相應，在流體致冷劑容器和熱屏蔽件的內(nèi)表面之間設(shè)置增大的間距m，有利地，并且根據(jù)本發(fā)明的某些實施例該增大的間距m可被用于容納內(nèi)部部件比如圖5B中所示的懸承件44。采用如此布置的優(yōu)勢是可減少裝置的總長。
例如，采取傳統(tǒng)的平面熱屏蔽件和端片，熱屏蔽件30將不得不被置于從流體致冷劑容器相隔增大的間距m的位置處，以用來容納懸承件44。為了保持熱屏蔽件和OVC之間的分隔，OVC端蓋需要從熱屏蔽件間隔開一定距離，對應于如圖5B中所示凸起18內(nèi)表面的位置。此外，端蓋需要更厚的厚度厚達30mm而不是1-3mm來提供所需的強度和硬度。這樣裝置的整個長度都將增加，可能50mm以上。在MRI成像工業(yè)中，探尋減少整個磁體系統(tǒng)長度的方式是永恒的追求。本發(fā)明提供了節(jié)省50mm或更多長度的可能，同時減少了OVC的成本和重量。
根據(jù)本發(fā)明形成的端蓋16可通過任何適于所用材料的方法來制造。優(yōu)選地，采用非磁性材料，因為他們將不受通過傾斜線圈產(chǎn)生的磁脈沖的影響。例如，復合材料比如是玻璃纖維或碳纖維或增強塑料，可通過具有所需凹部圖案的模具形成。這樣的復合材料也可包括約束層以協(xié)助阻尼機械振動。在復合材料的鋪設(shè)過程中，附加的振動阻尼材料可被應用于復合材料的表面，填充入一些在端蓋材料形成的凹部中。可在大約400℃時通過真空模制或通過“超塑成型”來生產(chǎn)鋁或鈦端蓋。該方法優(yōu)選為壓制，因為沒有殘余鋼離開材料，可提供更均勻厚度的材料，可以進行很深的模制。如這樣的缺點沒有在采用的特殊設(shè)計中產(chǎn)生問題的話，可采用加壓。
本發(fā)明進一步的一個優(yōu)點在于最終的容器的裝配被簡化。其是很容易的由薄片板共同焊接在一起而成，比如本發(fā)明的1-3mm厚度的面板，而不是現(xiàn)有技術(shù)中所用的6-30mm厚度的面板。
本發(fā)明獨特的特征還包括以下特征。端蓋可由明顯較薄的材料制成，而不是如以往使用的材料那樣。例如，現(xiàn)有技術(shù)OVC平面端通常由25-30mm厚度的材料形成，現(xiàn)有技術(shù)中中凹的端部通常由6-8mm厚的材料形成，而本發(fā)明所提供的端蓋通常是由1-3mm厚度的材料形成。此外，通過在端蓋材料內(nèi)部設(shè)置使用凹部或凸起而增強了端蓋的機械強度。這樣的凹部或凸起以及其布置優(yōu)選地在所有軸向都是不對稱的，因此能抑制引起共振頻率的模式?？蛇x擇地，或此外，端蓋的凹部或凸起的數(shù)目是素數(shù)，因此能抑制端蓋的共振。凹部或凸起也可用于設(shè)置凹部以容納消聲材料，而不額外增加系統(tǒng)的長度。凹部或凸起也可用于設(shè)置凹部以容納輔助成像系統(tǒng)，而不額外增加系統(tǒng)的長度。凹部或凸起也可用于設(shè)置凹部以容納內(nèi)部低溫部件，比如懸承件，而不額外增加系統(tǒng)的長度。在一些實施例中，可鄰近于部件設(shè)置“嵌合的”凹部或凸起，比如OVC或罩端，以最小化整個系統(tǒng)的長度。在端蓋的內(nèi)部形成凹部或凸起就潛在地減少了系統(tǒng)的長度。凹部或凸起可通過應用材料的壓制、模制、或超塑成型工藝來形成。
如上面所述，已經(jīng)參照用于OVC的端蓋描述了本發(fā)明，本發(fā)明還可有其他的應用，比如，OVC容器的其他部件也可在本發(fā)明的應用中受益。內(nèi)圓筒壁14或外圓筒壁12可被設(shè)置為帶有素數(shù)個如上述任一實施例所述的凹部或凸起，因此這樣減少了任何共振傾向。類似地，上述中圓筒形壁或熱屏蔽件30的端蓋也可從本發(fā)明的凹部或凸起的應用中受益。
本發(fā)明的OVC的壁或端蓋或熱屏蔽件可由任何適宜的材料形成，包括(但不局限于)不銹鋼、碳鋼、復合物、鋁或鈦或它們的合金。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)狀罩，包括通過環(huán)狀端蓋(16)連接的圓筒形外殼(12)和圓筒形內(nèi)殼(14)，其特征在于，該環(huán)狀罩的材料形成凹部或凸起(18)的布置，所述凹部或凸起的布置在所有的軸向上是不對稱的，由此減少罩的材料機械共振的傾向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)狀罩，其中在至少一個端蓋(16)中形成凹部或凸起的布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)狀罩，其中不對稱應用于下述特征中的至少一個凹部或凸起的高度h、寬度w、間距d。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，其中不對稱應用于凹部或凸起的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起是偽隨機地成形的。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，其中通過設(shè)置素數(shù)個凹部或凸起來設(shè)置凹部或凸起的不對稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起是等尺寸和等間距的。
8.一種環(huán)狀罩，包括通過環(huán)狀端蓋(16)連接的圓筒形外殼(12)和圓筒形內(nèi)殼(14)，其特征在于，該環(huán)狀罩的材料形成凹部或凸起(18)的布置，所述凹部或凸起的布置包含素數(shù)個凹部或凸起，由此減少罩的材料機械共振的傾向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)狀罩，其中在至少一個端蓋(16)中形成凹部或凸起的布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起展現(xiàn)出下述特征中的至少一個的變化凹部或凸起的高度h、寬度w、間距d。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起展現(xiàn)出權(quán)利要求9的凹部或凸起的形狀的變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起是偽隨機地成形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一所述的環(huán)狀罩，其中凹部或凸起是等尺寸和等間距的。
14.根據(jù)權(quán)利要求2或9或從屬于權(quán)利要求2或9的任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，其中至少一端蓋由具有1-3mm厚度的材料形成。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，其中凹部、或凸起之間的空間容納振動阻尼材料。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，其中凹部、或凸起之間的空間容納電纜路徑或其他輔助裝置。
17.一種用于容納螺線管超導磁體的致冷器，包括用于容納流體致冷劑的流體致冷劑容器(40)、環(huán)繞流體致冷劑容器的外部真空室(10)、及在流體致冷劑容器和外部真空室之間的熱屏蔽件(30)，其中外部真空室是根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，具有包括凸起(18)的端蓋(16)；熱屏蔽件(30)也是根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩，具有包括凸起(32)的端蓋，該凸起(32)與外部真空室的凸起(18)的內(nèi)表面互補。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的致冷器，其中內(nèi)部部件、比如說懸承件(44)位于至少一個與熱屏蔽件的凸起(32)的內(nèi)表面相對應的確定區(qū)域(42)中。
19.一種用于容納螺線管超導磁體的致冷器，包括用于容納流體致冷劑的流體致冷劑容器、環(huán)繞流體致冷劑容器(40)的外部真空室(10)，外部真空室是根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一所述的環(huán)狀罩，具有包括作為凹部或凸起(18)的一個方案的部件(22)的端蓋(16)，所述部件允許輔助裝置定位在端蓋上。
20.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置是在大約400℃的溫度時通過真空模制或通過“超塑成型”產(chǎn)生的。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的環(huán)狀罩或致冷器，其中端蓋或圓筒形外殼(12)或圓筒形內(nèi)殼(14)中的至少一個，是由具有所需凹部或凸起圖案的模具形成的復合材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的環(huán)狀罩或致冷器，其中復合材料包括約束層以協(xié)助阻尼機械振動。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一所述的環(huán)狀罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置由鋁或鈦或它們的合金形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一所述的環(huán)狀罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置由碳鋼、不銹鋼或復合材料形成。
全文摘要
一種中空圓筒形容器，該容器包括通過環(huán)狀端蓋(16)連接在一起的圓筒形外殼(12)和圓筒形內(nèi)殼(14)，其中至少一端蓋，或圓筒形外殼(12)，或圓筒形內(nèi)殼(14)中的一個設(shè)有凹部或凸起(18)的布置。優(yōu)選地，凹部或凸起的布置在所有軸向上都是不對稱的。
文檔編號G01R33/28GK101071166SQ20071012828
公開日2007年11月14日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月6日
發(fā)明者R·P·戈爾, T·B·哈斯班德 申請人:西門子磁體技術(shù)有限公司