專利名稱：管狀低溫冷卻超導(dǎo)磁體的中空圓筒形熱屏蔽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于管狀低溫冷卻超導(dǎo)磁體的中空圓筒形熱屏蔽，并且更具體地涉及適于在MRI (磁共振成像)系統(tǒng)中由于減少低溫冷卻設(shè)備的梯度線圈感應(yīng)加熱(GCIH)而使用的這種熱屏蔽。
背景技術(shù)：
在MRI系統(tǒng)中使用的超導(dǎo)磁體通常是圓筒形狀的，并且本發(fā)明涉及這種磁體。在 MRI系統(tǒng)中，梯度線圈組件提供了脈沖磁場來提供成像體積的所需空間編碼。這種時變磁場將會感生進(jìn)入到鄰近的導(dǎo)電材料中的加熱。圖1示出了 MRI磁體系統(tǒng)的典型設(shè)置。線圈10被纏繞在線圈架(未示出)上，該線圈架被置于冷凍劑容器12內(nèi)。冷凍劑容器部分填充有液體冷凍劑15，例如氦，以便提供所需冷卻。熱輻射屏蔽16圍繞冷凍劑容器以便將其與輻射的熱隔開。冷凍劑容器和熱屏蔽被低溫致冷器17冷卻。線圈、線圈架、冷凍劑容器和熱輻射屏蔽被外部真空室(OVC) 14所包圍。外部真空室14和冷凍劑容器12之間的體積被抽真空。例如鋁化聚酯膜的固體隔熱件18優(yōu)選地被置于外部真空室14和熱輻射屏蔽16之間的空間內(nèi)。大量其他部件(例如機(jī)械支撐結(jié)構(gòu))被設(shè)置在實(shí)際MRI磁體系統(tǒng)中，不過為了簡明未在圖中示出。在設(shè)計MRI系統(tǒng)時，致力于減少熱量流入冷凍劑容器、最大化外部真空室的孔直徑以及減少其長度。圓筒形梯度線圈組件通常被置于外部真空室的孔內(nèi)。冷凍劑容器、熱輻射屏蔽和外部真空貯存器通常均是中空圓筒形封罩，每個均由內(nèi)管、外管和連結(jié)內(nèi)管和外管的兩個環(huán)形端部件構(gòu)成。熱輻射屏蔽的內(nèi)管通常由高度導(dǎo)電和導(dǎo)熱的材料(例如純鋁)構(gòu)成，并且大約6 mm 厚。這樣的材料有效地將冷凍劑容器隔離于來自梯度線圈組件的高頻OlOOHz)變化磁場。 由于梯度線圈產(chǎn)生的磁場脈沖，在熱輻射屏蔽的內(nèi)管內(nèi)可以感生相對大的渦電流。這種渦電流導(dǎo)致加熱熱輻射屏蔽。不過，次級和三次渦電流仍然是個問題。雖然冷凍劑容器不承受梯度線圈的高頻變化磁場，但是梯度線圈的磁脈沖導(dǎo)致OVC和熱輻射屏蔽的機(jī)械振動。在線圈磁場中的這些振動導(dǎo)致OVC和熱輻射屏蔽的材料內(nèi)出現(xiàn)感應(yīng)渦電流。這些感應(yīng)渦電流又導(dǎo)致加熱；并且感應(yīng)渦電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)一步在低溫冷卻部件(例如線圈10和冷凍劑容器12)內(nèi)感生渦電流并導(dǎo)致加熱。所有這些加熱共同地被稱為梯度線圈感應(yīng)加熱(GCIH)。在如下情況下加熱是特別明顯的，即梯度線圈的脈沖處于OVC的內(nèi)管和熱輻射屏蔽的內(nèi)管的共振頻率附近的頻率處。確信的是，共振頻率的接近是具有類似尺寸的嵌套管的特征，即使管由不同材料制成也是如此。在例如圖1所示的磁體系統(tǒng)中，線圈10本身被液體冷凍劑15冷卻并且不會由 GCIH加熱。不過，因為冷凍劑容器和線圈的GCIH、以及熱輻射屏蔽的GCIH所導(dǎo)致的輻射加熱，冷凍劑的汽化將增加。最近的研究已經(jīng)傾向于被描述為“低冷凍劑庫存”或甚至“干”磁體的磁體。在這種設(shè)計中，提供很少或不提供液體冷凍劑來冷卻磁體。在“低冷凍劑庫存”磁體中，相對少量的冷凍劑與磁體線圈熱接觸地循環(huán)，并且當(dāng)其循環(huán)時被低溫致冷器冷卻。在“干”磁體中， 不提供冷凍劑，不過低溫致冷器通過導(dǎo)熱鏈(例如銅或鋁的條帶或疊片)被熱聯(lián)接到磁體。在“低冷凍劑庫存”或“干”磁體中，不存在大量的冷凍劑來吸收由于GCIH而對冷凍劑容器或屏蔽的加熱。因此，可能會存在線圈10加熱且冷淬的風(fēng)險，即使是在響應(yīng)于相對少量加熱的情況下。因此，特別重要的是最小化“低冷凍劑庫存”或“干”磁體中的GCIH。 這可以通過攔截在梯度線圈中、OVC內(nèi)管處或熱屏蔽處由GCIH產(chǎn)生的熱來解決。本發(fā)明具體涉及攔截大部分由于熱輻射屏蔽處GCIH所導(dǎo)致的熱。已經(jīng)做出一些嘗試來解決這個問題。在一些設(shè)置(例如美國專利7，514，928)中， 冷凍劑容器已經(jīng)被涂覆或裝襯有銅。這不能防止冷凍劑容器中的渦電流或減小冷凍劑容器中渦電流的幅值，但是會因為冷凍劑容器的電阻減小而減少最終加熱。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法具有有限的優(yōu)點(diǎn)，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)冷凍劑容器的電阻減小導(dǎo)致了渦電流增加。已經(jīng)通過將大模數(shù)材料(例如碳纖維增強(qiáng)塑料CFRP)構(gòu)成的補(bǔ)片粘結(jié)在屏蔽的內(nèi)管上來解決熱屏蔽的內(nèi)管的機(jī)械振動(例如美國專利7，535，225)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)使用的強(qiáng)化材料具有顯著徑向厚度時，這種方法才有效地改變屏蔽的內(nèi)管的共振頻率。這會導(dǎo)致線圈直徑的增加以及導(dǎo)線成本的顯著增加，以便保持OVC的孔處于所需直徑處。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了如所附權(quán)利要求所限定的設(shè)備。


結(jié)合附圖從對于本發(fā)明特定實(shí)施例的下述討論中將更加明顯地看出本發(fā)明的上述以及其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1示出了用于MRI的常規(guī)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的橫截面； 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例的軸向部分橫截面； 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例的局部剖切圖； 圖4示出了貫穿圖3的結(jié)構(gòu)的局部徑向橫截面；
圖5A和圖5B示出了具有常規(guī)熱輻射屏蔽的常規(guī)OVC與具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱輻射屏蔽的常規(guī)OVC的簡化的相比較的局部橫截面； 圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例的軸向部分橫截面； 圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例的軸向部分橫截面； 圖8示出了貫穿圖7的結(jié)構(gòu)的部分橫截面； 圖8A示出了圖8所示實(shí)施例的變型；
圖9A-9C示出了熱輻射屏蔽和OVC的環(huán)形端部件的替代性設(shè)置； 圖10示出了圖9C的一部分的放大圖；以及圖11-12示出了本發(fā)明特定實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式當(dāng)在熱輻射屏蔽和OVC 二者的內(nèi)管的共振頻率附近的頻率處使梯度線圈產(chǎn)生脈沖時，GCIH中產(chǎn)生有問題的峰值?？梢酝ㄟ^分離OVC的內(nèi)管以及熱輻射屏蔽的內(nèi)管的共振頻率來減少內(nèi)管的有問題的機(jī)械共振。此外，可以通過對屏蔽孔管的顯著強(qiáng)化來減少共振的幅值從而最小化機(jī)械振動的振幅，并且因而減少在熱輻射屏蔽、冷凍劑容器或其它低溫冷卻部件中感生的任意次級或三級渦電流的幅值及加熱。因此，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)，其具有熱輻射屏蔽的較硬(更機(jī)械剛硬的)內(nèi)管。熱輻射管的內(nèi)管可以有效地被制造得較重，但不增加所需線圈直徑。這不需增加導(dǎo)線成本或減少熱輻射屏蔽的孔直徑。熱輻射屏蔽的強(qiáng)化內(nèi)管提供了對于OVC和熱輻射屏蔽的內(nèi)管的共振頻率的實(shí)質(zhì)性分離。減少了由于梯度線圈脈沖而導(dǎo)致的機(jī)械振動的振幅，繼而導(dǎo)致冷質(zhì)量(cold mass) 中渦電流的減小。本發(fā)明提供了一種中空圓筒形熱輻射屏蔽，其具有圓筒形內(nèi)管和沿圓筒形內(nèi)管的軸向長度的至少一部分軸向延伸的圓筒形加強(qiáng)件。加強(qiáng)件具有比圓筒形內(nèi)管更大的直徑， 并且被間隔地連結(jié)到圓筒形內(nèi)管，從而改進(jìn)圓筒形內(nèi)管的機(jī)械剛度。優(yōu)選地，熱輻射屏蔽的圓筒形內(nèi)管比常規(guī)設(shè)置中的要薄，從而允許減小線圈直徑、 節(jié)約導(dǎo)線成本；或者可以增加OVC的孔直徑。根據(jù)本發(fā)明的一方面，圓筒形加強(qiáng)件能夠在熱輻射屏蔽的內(nèi)管和端部件上反作用更大的力，從而使得內(nèi)管本身能夠由比常規(guī)內(nèi)管更薄的材料制成。這又可以允許減小磁體線圈的直徑并且相應(yīng)減少導(dǎo)線成本；或者可以增加OVC的孔直徑。此外，熱輻射屏蔽的內(nèi)管和端部件可以由高純度的鋁構(gòu)成。本申請可以應(yīng)用到“低冷凍劑庫存”或“干”磁體，以及常規(guī)“濕”磁體，在常規(guī)“濕”磁體中超導(dǎo)線圈通過被部分浸沒到液體冷凍劑中來冷卻。圖2示出了應(yīng)用到“濕”磁體的本發(fā)明的實(shí)施例。通過相應(yīng)附圖標(biāo)記標(biāo)示出與圖 1特征對應(yīng)的特征。圖2呈現(xiàn)了部分軸向橫截面。橫截面實(shí)質(zhì)上關(guān)于軸向中心線B-B鏡像對稱，并且磁體系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上關(guān)于軸線A-A對稱。在所示設(shè)置中，線圈10a、10b、10c、10d被安裝在線圈架22上。如本領(lǐng)域公知的， 線圈架可以由三個部分構(gòu)成承載中心線圈10b、10c、IOd的中心部分2 和各自承載端部線圈IOa的兩個端部部分22b。本身被公知的有源屏蔽線圈IOs相比于中心線圈10b、10c、IOd圍繞軸線A_A在更大的半徑處被設(shè)置在獨(dú)立的機(jī)械支撐件41上。冷凍劑容器12圍繞線圈和線圈架并且保持液體冷凍劑。根據(jù)本發(fā)明的這種實(shí)施例的特征，冷凍劑容器12的環(huán)形端部件M由三個同心件 24a.24b.24c構(gòu)成。冷凍劑容器的環(huán)形端部件M具有凹入部分25，以便與環(huán)形端部件的徑向內(nèi)部件2 和徑向外部件2 相比，環(huán)形端部件M的徑向中間件24b軸向更靠近冷凍劑容器的軸向中心B-B。如果需要，輔助設(shè)備可以被安裝在該凹入部分內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的特征，熱屏蔽還包括圓筒形加強(qiáng)件30，其軸向延伸熱輻射屏蔽16的圓筒形內(nèi)管32的軸向長度的一部分。在所示實(shí)施例中，加強(qiáng)件30在冷凍劑容器12和熱輻射屏蔽16之間被至少部分地裝納在凹入部分25內(nèi)。在所示實(shí)施例中，加強(qiáng)件30被焊接31 到熱輻射屏蔽16的環(huán)形端部件33，不過還可以使用任意適當(dāng)?shù)木o固方法。加強(qiáng)件30借助于支柱34被間隔地連結(jié)到圓筒形內(nèi)管32。在所示實(shí)施例中，支柱 34被置于圍繞內(nèi)管32的圓周的徑向間隔處。支柱可以均被設(shè)置在相同軸向位置、軸向地
7在端部線圈IOa和最近的中心線圈IOb之間。支柱可以被設(shè)置在不同軸向位置，如由線圈 IOaUOb的軸向位置所限制。在所示實(shí)施例中，支柱34被焊接36到加強(qiáng)件30并且借助于埋頭螺釘38被附連到熱輻射屏蔽的內(nèi)管32。不過，可以使用任意適當(dāng)?shù)木o固方法。每個支柱34均穿過冷凍劑容器12內(nèi)的橫孔40。每個支柱34均穿過橫孔40以便在熱輻射屏蔽的內(nèi)管32和圓筒形加強(qiáng)件30之間延伸。每個橫孔40均是管狀，優(yōu)選地是圓筒形，管的內(nèi)直徑稍大于對應(yīng)支柱34的直徑。所示示例示出了在冷凍劑容器內(nèi)被焊接就位的橫孔管。雖然可以使用任意適當(dāng)附連方法，不過優(yōu)選地可以是焊接，因為其能夠?qū)崿F(xiàn)密封且機(jī)械耐用。對應(yīng)孔洞42必須被設(shè)置在線圈架22內(nèi)設(shè)置橫孔的各位置處，以便使得橫孔 40能夠提供在熱輻射屏蔽16的內(nèi)管32和加強(qiáng)件30之間的通路。熱輻射屏蔽16的內(nèi)管32的軸向末端是在操作中最受梯度線圈的脈沖磁場影響的部分。軸向末端因為它們與圓筒形加強(qiáng)件30的機(jī)械聯(lián)接而被顯著地加強(qiáng)。這導(dǎo)致內(nèi)管32 響應(yīng)來自梯度線圈的脈沖磁場而產(chǎn)生的機(jī)械振動減小，從而導(dǎo)致熱輻射屏蔽的GCIH加熱減小，并且減少了冷凍劑容器12和線圈10的次級渦電流加熱。熱輻射屏蔽由圓筒形加強(qiáng)件加固，從而導(dǎo)致在端部件33和內(nèi)管32之間的接頭具有大的旋轉(zhuǎn)勁度。圖3示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的局部剖切視圖。對應(yīng)于圖1、圖2所示特征的特征具有相應(yīng)附圖標(biāo)記。在圖3的實(shí)施例中，磁體線圈IOa-IOd被構(gòu)造成自支撐組件，例如一系列樹脂浸漬的線圈，其具有軸向取向的支撐間隔件44從而被形成為集成單體浸漬部件。這樣，不再需要例如圖2所示的線圈架。此外，圖3的磁體是“干”磁體。不提供冷凍劑容器，而是磁體線圈10由向低溫致冷器(未示出)的熱傳導(dǎo)來冷卻。在該實(shí)施例中，圓筒形加強(qiáng)件30延伸磁體的整個軸向長度。其附連到熱輻射屏蔽 16的兩個環(huán)形端部件33。在所示實(shí)施例中，這種附連是通過間斷焊接46來實(shí)現(xiàn)的，不過也可以使用任意適當(dāng)方法。開口 48可以被設(shè)置在圓筒形加強(qiáng)件內(nèi)，以便允許通過任意適當(dāng)手段將屏蔽線圈(未示出)附連到磁體的剩余部分，并且優(yōu)選地通過與間隔件44的機(jī)械附連將機(jī)械支撐件附連到線圈。加強(qiáng)件30在徑向和軸向間隔處被支柱34連結(jié)到圓筒形內(nèi)管32。在所示實(shí)施例中，支柱34被置于在各軸向位置處圍繞內(nèi)管32的圓周的徑向間隔處。支柱被設(shè)置在線圈 10之間的軸向位置和軸向取向的間隔件44之間的徑向圓周位置處。在所示實(shí)施例中，支柱34被埋頭螺釘38附連到加強(qiáng)件30以及熱輻射屏蔽的內(nèi)管 32。不過可以使用任意適當(dāng)?shù)木o固方法。通過與圓筒形加強(qiáng)件30的機(jī)械聯(lián)接顯著加強(qiáng)了熱輻射屏蔽的內(nèi)管32。這導(dǎo)致減少了內(nèi)管32響應(yīng)來自梯度線圈的脈沖磁場而產(chǎn)生的機(jī)械振動，繼而導(dǎo)致減少了 GCIH以及減少了熱輻射屏蔽的次級和三級渦電流加熱。因為軸向末端最受次級渦電流生成的影響， 所以可以發(fā)現(xiàn)僅在軸向末端的區(qū)域內(nèi)靠近端部線圈IOa機(jī)械聯(lián)接加強(qiáng)件30和內(nèi)管32就足夠了。圖4示出了在對應(yīng)于軸向位置IV - IV的位置處貫穿圖3的結(jié)構(gòu)的局部徑向橫截 圖5A和圖5B示出了常規(guī)OVC 14和熱輻射屏蔽16 (圖5A)與設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)件30的冷凍劑容器14的熱輻射屏蔽16 (圖5B)相比較的簡化的局部橫截面。該圖表清楚地描述了本發(fā)明的加強(qiáng)件不減少OVC的可用內(nèi)管直徑。實(shí)際上，使用根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)件30可以允許使用較薄的內(nèi)管32從而增加OVC的可用內(nèi)管直徑。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超導(dǎo)磁體組件的局部軸向橫截面。同樣，僅示出組件的一個軸向末端，并且組件關(guān)于軸線A-A基本對稱。在該實(shí)施例中，線圈10a、10b在其徑向外表面上被附連到外部線圈架50。例如由環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃纖維織物構(gòu)成的中間層52可以被設(shè)置在線圈10和外部線圈架50之間。外部線圈架可以是單個管件，例如由玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂構(gòu)成的單個管件，或者可以是由多件構(gòu)成，如所示，其可以被設(shè)置成通過適當(dāng)端部造型來互鎖。在圖6的實(shí)施例中，磁體線圈10被構(gòu)造成在外部附連到圓筒形支撐件50的自支撐樹脂浸漬線圈。這樣，不需要圖2的線圈架。此外，圖6的磁體是“干”磁體。不提供冷凍劑容器，而是磁體線圈10由向低溫致冷器(未示出)的熱傳導(dǎo)來冷卻。在該實(shí)施例中，圓筒形加強(qiáng)件30延伸磁體的整個軸向長度。其附連到熱輻射屏蔽 16的兩個環(huán)形端部件M。在所示實(shí)施例中，這種附連是通過焊接46來實(shí)現(xiàn)的，不過也可以使用任意適當(dāng)方法。加強(qiáng)件30圍繞內(nèi)管32的圓周在徑向間隔處被支柱34連結(jié)到圓筒形內(nèi)管32。支柱被設(shè)置在線圈10之間的軸向位置并且通過在端部線圈IOa和相鄰中心線圈IOb之間的圓筒形支撐件50內(nèi)形成的孔洞54。如果需要，另一系列支柱可以被設(shè)置在相鄰線圈之間的其他軸向位置。在所示實(shí)施例中，支柱34被埋頭螺釘38附連到熱輻射屏蔽的內(nèi)管32并且通過焊接36被附連到加強(qiáng)件。不過可以使用任意適當(dāng)緊固方法。熱輻射屏蔽的內(nèi)管32因為其與圓筒形加強(qiáng)件30的機(jī)械聯(lián)接而被顯著地加強(qiáng)。這導(dǎo)致內(nèi)管32響應(yīng)來自梯度線圈23的脈沖磁場而產(chǎn)生的機(jī)械振動減小，繼而導(dǎo)致減少了熱輻射屏蔽16的GCIH以及次級渦電流加熱。因為軸向末端最受次級渦電流生成的影響，所以可以發(fā)現(xiàn)僅在軸向末端的區(qū)域內(nèi)靠近端部線圈IOa機(jī)械聯(lián)接加強(qiáng)件30和內(nèi)管32就足夠了。圖7示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的另一部分軸向橫截面。在該實(shí)施例中，提供了多個短圓筒形加強(qiáng)件30’，并且每個均具有比端部線圈IOa和中心線圈IObUOc中至少一些的外半徑小的內(nèi)半徑。在該實(shí)施例中，線圈10再次以參考圖6所討論的方式被安裝在外部支撐件50上。 不過，在這種情況下，支柱34不穿過外部支撐件。在線圈之間，例如在線圈IOa和IOb之間提供圓筒形加強(qiáng)件30’，其具有比緊密相鄰線圈中至少一個線圈的外直徑小的內(nèi)直徑。圓筒形支撐件實(shí)質(zhì)上是環(huán)形的，具有比緊密相鄰線圈之間的軸向間距小的軸向尺度。支柱；34圍繞圓筒形支撐件的圓周被設(shè)置在徑向間隔處，并且在徑向間隔處附連在圓筒形加強(qiáng)件30’ 和熱輻射屏蔽的內(nèi)管32之間。在所示實(shí)施例中，支柱被埋頭螺釘38附連，不過也可以使用任意適當(dāng)?shù)挠糜诟竭B的方法。熱輻射屏蔽16的內(nèi)管32因為其與圓筒形加強(qiáng)件30’的機(jī)械聯(lián)接而被顯著地加強(qiáng)。這導(dǎo)致內(nèi)管32響應(yīng)來自梯度線圈的脈沖磁場而產(chǎn)生的機(jī)械振動減小，繼而導(dǎo)致減少了熱輻射屏蔽16的GCIH以及次級渦電流加熱。因為內(nèi)管32的軸向末端最受次級渦電流生成的影響，所以可以發(fā)現(xiàn)僅在軸向末端的區(qū)域內(nèi)靠近端部線圈IOa機(jī)械聯(lián)接加強(qiáng)件30’和內(nèi)管32就足夠了。圖8示出了貫穿圖7實(shí)施例的線VIII-VIII的局部徑向橫截面。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，例如如圖7所示的實(shí)施例中，描述的將熱屏蔽機(jī)械聯(lián)接到圓筒形加強(qiáng)件的支柱34中的一些或全部可以被圍繞熱屏蔽的圓周延伸的一個或更多個細(xì)長弓形支撐件所代替。在極端情況下，細(xì)長弓形支撐件可以是圍繞熱屏蔽的圓周延伸的完整環(huán)形支撐件。圖8A類似于圖8，不過示出了細(xì)長弓形支撐件82的一個示例，其圍繞熱屏蔽32的圓周延伸，將其機(jī)械連結(jié)到圓筒形加強(qiáng)件30’。細(xì)長弓形支撐件82可以是圍繞熱屏蔽的圓周延伸的完整環(huán)形支撐件，或者可以是多個弧中的一個，這些弧可以沿圓周方向疊覆或可以間隔開。圖9A-9C示出了根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的熱輻射屏蔽和外部真空室的環(huán)形端部件的替代性設(shè)置。在圖9A中，熱輻射屏蔽16具有常規(guī)環(huán)形端部件33，其實(shí)質(zhì)上是平面的且在外部徑向末端處稍凹陷以便形成凸外表面。外部真空室14具有類似成形的環(huán)形端部件47。熱輻射屏蔽和外部真空室的這種設(shè)置類似于常規(guī)磁體系統(tǒng)。圓筒形加強(qiáng)件30不形成熱輻射屏蔽的外壁的一部分。在圖9B、圖9C中，根據(jù)本發(fā)明的任選特征，圓筒形加強(qiáng)件30沿圓筒形加強(qiáng)件30的至少部分軸向長度形成熱輻射屏蔽16的部分外壁。在圖9B的設(shè)置中，熱輻射屏蔽16由被熱輻射屏蔽16c聯(lián)接的兩個中空圓筒形熱輻射屏蔽16a和16b構(gòu)成，其被成形為圍繞保持屏蔽線圈IOs就位的支撐件49。圍繞內(nèi)線圈和端部線圈10a、10b、10c的環(huán)形熱輻射屏蔽16a使用圓筒形加強(qiáng)件30作為其外管。外部真空室14具有成形端部件56，每個成形端部件56均限定圍繞OVC的端部件延伸的環(huán)形腔58?？商娲兀?8可以僅是圍繞OVC的部分端部件延伸的部分環(huán)形。如所示，端部件可以在軸向橫截面上具有彎曲輪廓，并且可以由金屬旋壓而成形。在圖9C的設(shè)置中，熱輻射屏蔽16的端部件64由三個環(huán)形部分64a、64b、64c構(gòu)成， 每個環(huán)形部分基本上均是平面的。熱輻射屏蔽的結(jié)構(gòu)類似于參考圖2中的冷凍劑容器12 所討論的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，三個部分64a、64b、64c均由單個平面材料件形成。環(huán)形端部件64 具有凹入部分，使得環(huán)形端部件的徑向中間部分64b比環(huán)形端部件的徑向內(nèi)部分64a和徑向外部分64c在軸向上更接近外部真空貯存器的軸向中心。徑向中間部分64b借助于圓筒形壁部分64d、64e被附連到徑向內(nèi)部分64a和徑向外部分64c。圓筒形壁部分64d是圓筒形加強(qiáng)件30的一部分。因而，端部件64限定了圍繞熱輻射屏蔽的端部件延伸的環(huán)形腔62， 可替代地，通過適當(dāng)?shù)匦纬森h(huán)形端部件，腔62可以僅是圍繞熱輻射屏蔽的端部件的一部分延伸的部分環(huán)形。OVC 14的端部件60由三個環(huán)形部分60a、60b、60c構(gòu)成，每個環(huán)形部分基本上均是平面的。OVC的結(jié)構(gòu)類似于參考圖2中的冷凍劑容器12所討論的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地， 三個部分60a、60b、60c均由單個平面材料件形成。環(huán)形端部件60具有凹入部分，以便環(huán)形端部件的徑向中間部分60b比環(huán)形端部件的徑向內(nèi)部分60a和徑向外部分60c在軸向上更接近外部真空貯存器的軸向中心。徑向中間部分借助于圓筒形壁部分60d、60e被附連到徑向內(nèi)部分60a和徑向外部分60c。因而，端部件60限定了圍繞OVC的端部件延伸的環(huán)形腔66，可替代地，通過適當(dāng)?shù)匦纬森h(huán)形端部件，腔66可以僅是圍繞OVC的端部件的一部分延伸的部分環(huán)形。通常，在完成的MRI系統(tǒng)中，凸出的裝飾性“外觀”蓋被置于OVC之上。腔58、66限定OVC和外觀蓋之間的體積，如果所述體積內(nèi)兼容磁場的話，則所述體積可以用于容納輔助設(shè)備。圖10示出了圖9C中被標(biāo)記X的部分的放大圖。具體而言，其示出了 OVC的任選特征。不同于如圖9A和圖9B中使用角焊縫70將內(nèi)管72焊接到端部件47、56，圖10的實(shí)施例具有借助于波紋管(belloWS)74被聯(lián)接到OVC的端部件60a的薄內(nèi)管72。存在波紋管意味著內(nèi)管72將不承受任何端部負(fù)載，因為傾向于使OVC的端部件60a移位的大氣壓將由端部件的屈曲和波紋管74的移位而被吸收。于是，因為內(nèi)管72僅需要抵抗作用在其內(nèi)表面上的大氣壓，所以其可以被制造得非常薄。使用薄內(nèi)管提供了多個優(yōu)點(diǎn)，例如減少了 OVC的重量和材料成本，可能會增加OVC的孔直徑以便增加患者舒適度；或者減少線圈直徑以減少導(dǎo)線成本，或者二者的結(jié)合。波紋管74優(yōu)選地是單曲囊(single convolution bellows)。使用這種免受端部負(fù)載的OVC薄管允許其共振頻率顯著不同于熱輻射屏蔽的強(qiáng)化內(nèi)管32的共振頻率。熱輻射屏蔽的孔管32可以被制造得比常規(guī)的更薄，因為作用在其上的淬火力由屏蔽端部和內(nèi)管的強(qiáng)化區(qū)段來反作用。本發(fā)明允許大程度地“調(diào)諧”屏蔽結(jié)構(gòu)的共振行為，以便確保熱輻射屏蔽、OVC和冷凍劑容器的內(nèi)管(如果存在的話)的共振頻率的分離。雖然已經(jīng)參考有限數(shù)量的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，不過本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見到各種改進(jìn)和變型。例如，雖然支柱34已經(jīng)被描述為將圓筒形加強(qiáng)件30連結(jié)到內(nèi)管32，不過也可以使用任意其他適當(dāng)?shù)臋C(jī)械接頭。例如，在描述了支柱34的每個實(shí)施例中，可以代替地提供中空通孔，如圖2中40處所示。與實(shí)心支柱相比，使用這樣的通孔可以提供改進(jìn)的機(jī)械剛度，并且可以有用地提供在磁體線圈之間電導(dǎo)體或其他服務(wù)的通路。如果使用中空通孔代替實(shí)心支柱則可以不同地影響內(nèi)管32和加強(qiáng)件30的動態(tài)行為，并且這種不同的動態(tài)行為會有利地用于確保各種同心管的共振頻率的分離。在如圖11所示實(shí)施例中，提供貫通OVC的通孔80，且提供貫通熱輻射屏蔽的具有較大直徑的通孔40。在圖12中示出了對于圖11中一部分的放大。在所示實(shí)施例中，不提供冷凍劑容器，而是類似實(shí)施例可以被構(gòu)造成其中提供聯(lián)接冷凍劑容器的圓筒形內(nèi)壁和外壁的與通孔40、80同心的其他通孔。通過在OVC中提供這樣的通孔，提供了用于排布電纜和其他服務(wù)的有用路線，這可以對于在凹槽25內(nèi)提供輔助設(shè)備的實(shí)施例而言是特別有用的。這樣的通孔優(yōu)選地被焊接就位，如圖11和圖12中示意性示出的，用于機(jī)械強(qiáng)度和真空密閉性的目的。圖11所示的支柱34和圖9實(shí)施例中的相應(yīng)特征可以由如圖8A所示的一個或更多個細(xì)長弓形支撐件82代替并且如隨附說明中所述以便為熱輻射屏蔽提供增加的硬度。提供貫通OVC的通孔可以增加易受GCIH的區(qū)域內(nèi)的機(jī)械強(qiáng)度，并且可以能夠使用較薄材料。通常，將發(fā)現(xiàn)，僅在熱輻射屏蔽16的一些通孔40處提供貫通OVC 14的通孔80 就足夠了。OVC通孔80的分布可以被確定成提供所需動態(tài)行為并且有利地使得OVC的內(nèi)管的共振頻率遠(yuǎn)離熱輻射屏蔽的內(nèi)管的共振頻率。
1權(quán)利要求
1.一種用于管狀低溫冷卻超導(dǎo)磁體的中空圓筒形熱屏蔽(16)，其包括環(huán)形線圈(10)、 具有第一軸線(A-A)并且包括-具有與所述第一軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管(32)；-圓筒形外管，其具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑，并且具有與所述第一軸線對齊的軸線；以及-環(huán)形端部件(24 ；64)，其連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩，其特征在于，所述中空圓筒形熱屏蔽還包括軸向延伸所述圓筒形內(nèi)管的軸向長度的至少一部分的圓筒形加強(qiáng)件(30)，該加強(qiáng)件具有比所述環(huán)形線圈(10)的徑向外直徑更大的徑向內(nèi)直徑并且被間隔地連結(jié)(34 ;40)到所述圓筒形內(nèi)管，使得在使用中，所述圓筒形內(nèi)管徑向位于所述環(huán)形線圈內(nèi)部，而所述加強(qiáng)件徑向位于所述環(huán)形線圈外部，從而改進(jìn)所述圓筒形內(nèi)管的機(jī)械剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過間隔設(shè)置的支柱(34)連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過間隔設(shè)置的中空通孔(40)連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過圍繞所述熱屏蔽的圓周延伸的一個或更多個細(xì)長弓形支撐件(82)被連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述細(xì)長弓形支撐件包括沿圓周方向間隔開的多個弧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述加強(qiáng)件設(shè)置成與所述環(huán)形端部件之一相鄰并且與其機(jī)械附連(31 ;46 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述加強(qiáng)件在所述環(huán)形端部件之間延伸并且與其機(jī)械附連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求6所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述加強(qiáng)件的至少部分(64d)形成所述熱屏蔽的環(huán)形端部件的一部分。
9.一種用于管狀低溫冷卻超導(dǎo)磁體的中空圓筒形熱屏蔽(16)，其包括相鄰環(huán)形線圈 (10a、10b)、具有第一軸線(A-A)并且包括-具有與所述第一軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管；-圓筒形外管，其具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑，并且具有與所述第一軸線對齊的軸線；以及-環(huán)形端部件(24)，其連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩，其特征在于，所述中空圓筒形熱屏蔽還包括在相鄰線圈(IOaUOb)之間延伸的圓筒形支撐件(30’)，該支撐件具有比所述相鄰線圈中至少一個的外直徑更小的內(nèi)直徑，并且具有比所述相鄰線圈之間的軸向間距更小的軸向尺度，并且被間隔地連結(jié)(34 ；40)到所述圓筒形內(nèi)管，從而改進(jìn)所述圓筒形內(nèi)管的機(jī)械剛度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過間隔設(shè)置的支柱(34)連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過間隔設(shè)置的中空通孔(40)連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述圓筒形加強(qiáng)件通過圍繞所述熱屏蔽的圓周延伸的一個或更多個細(xì)長弓形支撐件(82)被連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述細(xì)長弓形支撐件包括沿所述熱屏蔽的所述圓周延伸的完整環(huán)形支撐件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述細(xì)長弓形支撐件包括沿圓周方向間隔開的多個弧。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的中空圓筒形熱屏蔽，其中所述細(xì)長弓形支撐件包括沿所述圓周方向疊覆的多個弧。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱屏蔽，其中所述環(huán)形端部件中的至少一個被形成為位于至少兩個分離軸向位置處的三個軸向同心件(6^、64b、6k)，使得所述端部件中的徑向內(nèi)部件(64a)和徑向外部件(64c)被定位成裝納低溫冷卻磁體的相應(yīng)內(nèi)線圈和外線圈，而徑向中間件(64b)被定位成與相應(yīng)徑向內(nèi)部件和徑向外部件相比軸向更靠近所述熱屏蔽的軸向中心。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱屏蔽，其中所述三個軸向同心件均是平面的，并且被設(shè)置成垂直于所述第一軸線。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱屏蔽，其中所述徑向中間件是截頭圓錐形，使得所述徑向中間件(64b)的徑向外末端比所述徑向中間件的徑向內(nèi)末端在軸向上更遠(yuǎn)離所述熱屏蔽的軸向中心。
19.一種包括超導(dǎo)線圈的磁體系統(tǒng)，位于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的中空圓筒形熱屏蔽內(nèi)，還包括具有第二軸線且封裝所述熱屏蔽和所述線圈的中空圓筒形外部真空貯存器(14)，所述外部真空貯存器包括-具有與所述第二軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管；-圓筒形外管，其具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑，并且具有與所述第二軸線對齊的軸線；以及-環(huán)形端部件，其連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩，其中所述外部真空貯存器的環(huán)形端部件(60)具有凹入部分，使得所述環(huán)形端部件的徑向中間部分(60b)與所述環(huán)形端部件的徑向內(nèi)末端(60a)和徑向外末端(60c)相比在軸向上更靠近所述外部真空貯存器的軸向中心，并且外部真空室的凹入部分被間隔地連結(jié)(80) 到所述外部真空室的所述圓筒形內(nèi)管，從而改進(jìn)所述外部真空室的所述圓筒形內(nèi)管的機(jī)械剛度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁體系統(tǒng)，其中所述外部真空室的所述凹入部分通過通孔被間隔地連結(jié)到所述外部真空室的所述圓筒形內(nèi)管。
21.一種包括超導(dǎo)線圈的磁體系統(tǒng)，位于根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項所述的中空圓筒形熱屏蔽內(nèi)，還包括具有第二軸線且封裝所述熱屏蔽和所述線圈的中空圓筒形外部真空貯存器(14)，所述外部真空貯存器包括-具有與所述第二軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管；-圓筒形外管，其具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑，并且具有與所述第二軸線對齊的軸線；以及-環(huán)形端部件，其連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩，其特征在于所述圓筒形內(nèi)管通過波紋管(74)被連結(jié)到環(huán)形端部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁體系統(tǒng)，其中所述外部真空貯存器的環(huán)形端部件(60)具有凹入部分(62)，使得所述環(huán)形端部件的徑向中間部分(60b)與所述環(huán)形端部件的徑向內(nèi)末端(60a)和徑向外末端(60b)相比在軸向上更靠近所述外部真空貯存器的軸向中心。
23.一種包括超導(dǎo)線圈(10)的磁體系統(tǒng)，位于根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項所述的中空圓筒形熱屏蔽內(nèi)，還包括具有第三軸線且封裝所述線圈的中空圓筒形冷凍劑容器(12)，所述冷凍劑容器包括-具有與所述第三軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管；-圓筒形外管，其具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑，并且具有與所述第三軸線對齊的軸線；以及-環(huán)形端部件，其連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩，其特征在于所述圓筒形內(nèi)管通過波紋管(74)被連結(jié)到環(huán)形端部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的磁體系統(tǒng)，其中所述冷凍劑容器的環(huán)形端部件具有凹入部分(25)，使得所述環(huán)形端部件的徑向中間部分(24b)與所述環(huán)形端部件的徑向內(nèi)末端 (24a)和徑向外末端(24c )相比在軸向上更靠近外部真空貯存器的軸向中心。
25.根據(jù)權(quán)利要求18-24中任一項所述的磁體系統(tǒng)，其中至少一些所述線圈被安裝在圓筒形線圈架(22)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于管狀低溫冷卻超導(dǎo)磁體的中空圓筒形熱屏蔽，其具有第一軸線、具有與所述第一軸線對齊的軸線的圓筒形內(nèi)管、具有比所述圓筒形內(nèi)管的直徑更大的直徑且具有與所述第一軸線對齊的軸線的圓筒形外管、以及連結(jié)所述圓筒形內(nèi)管和所述圓筒形外管以形成封罩的環(huán)形端部件。所述中空圓筒形熱屏蔽還包括軸向延伸所述圓筒形內(nèi)管的軸向長度的至少一部分的圓筒形加強(qiáng)件，該加強(qiáng)件被間隔地連結(jié)到所述圓筒形內(nèi)管，從而改進(jìn)所述圓筒形內(nèi)管的機(jī)械剛度。
文檔編號H01F6/04GK102420038SQ20111029883
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者J. 卡爾弗特 S. 申請人:英國西門子公司