CN105632679B - 磁共振成像设备及其超导磁体 - Google Patents

Abstract

一种磁共振成像设备及其超导磁体，所述超导磁体包括：保持器，具有容纳有冷却液的腔体；位于所述腔体内的超导线圈组件，所述超导线圈组件包括：固设于所述保持器上的线圈骨架、以及安装在所述线圈骨架上的超导线圈，所述超导线圈至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方；位于所述腔体内的占位件，所述占位件至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方。本发明的技术方案解决了以下问题：现有磁共振成像设备的超导磁体需耗费大量的冷却液，增加了超导磁体的成本。

Description

磁共振成像设备及其超导磁体

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种磁共振成像设备及其超导磁体。

背景技术

在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)设备中，主磁体是一个非常重要的部件，它的作用是产生磁场。根据磁场产生的方式，主磁体可以分为永磁体和电磁体，电磁体又可以分为常导磁体和超导磁体。超导磁体是目前应用比较多的一种主磁体。

结合图1至图2所示，现有一种超导磁体A呈环形，包括：环形保持器1，保持器1具有相对间隔设置的内壁12和外壁13、形成于内壁12和外壁13之间的环形腔体10、以及用于放置被检对象(未图示)的外腔11，内壁12比外壁13更靠近外腔11，腔体10内容纳有冷却液(未图示)，所述冷却液一般为液氦。

如图2所示，超导磁体A还包括位于腔体10内的超导线圈组件。所述超导线圈组件包括：固设于内壁12上的线圈骨架2、以及安装在线圈骨架2上的超导线圈3，超导线圈3至少有一部分浸泡在冷却液的液面H下方。

冷却液用于将超导线圈3冷却至4.2K(开尔文)，以使超导线圈3处于超导状态。为了使超导线圈3的温度能够达到4.2K，冷却液的液面H一般需要不低于超导磁体A高度(即保持器的外径)的一定比例(例如80％)。

为了使冷却液的液面H满足上述要求，现有超导磁体A中，腔体10位于液面H下方的部分中，未被超导线圈组件占据的空间内均需填充冷却液。所述空间的体积非常大，因此，现有超导磁体需耗费大量的冷却液，造成超导磁体的成本增加。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有磁共振成像设备的超导磁体需耗费大量的冷却液，增加了超导磁体的成本。

为解决上述问题，本发明提供了一种应用于磁共振成像设备的超导磁体，包括：

保持器，具有容纳有冷却液的腔体；

位于所述腔体内的超导线圈组件，所述超导线圈组件包括：固设于所述保持器上的线圈骨架、以及安装在所述线圈骨架上的超导线圈，所述超导线圈至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方；

位于所述腔体内的占位件，所述占位件至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方。

可选地，所述占位件浸泡在所述液面下方的部分占据着所述腔体的无效剩余空间，所述无效剩余空间与所述超导线圈、线圈骨架之间存在间隔。

可选地，所述占位件具有中空内腔。

可选地，所述占位件的内部或外部设有加强筋。

可选地，所述中空内腔为真空腔。

可选地，所述中空内腔内填充有空气或氦气。

可选地，失超情况下所述中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值，与正常情况下所述中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值相等。

可选地，所述占位件的材料为不锈钢或铝合金。

可选地，所述超导线圈包括沿所述超导磁体的轴向间隔分布的两个屏蔽线圈，所述占位件位于所述两个屏蔽线圈之间，且所述占位件在所述轴向上的尺寸小于所述两个屏蔽线圈在所述轴向上的间隔。

可选地，所述占位件固设于线圈骨架上。

为解决上述问题，本发明还提供了另一种应用于磁共振成像设备的超导磁体，包括：

保持器，具有相对间隔设置的内壁和外壁、以及形成于所述内壁和外壁之间的腔体，所述腔体内容纳有冷却液；

位于所述腔体内的超导线圈组件，所述超导线圈组件包括：固设于所述保持器上的线圈骨架、以及安装在所述线圈骨架上的超导线圈，所述超导线圈至少有一部分浸泡在冷却液的液面下方；

位于所述腔体内的占位件，所述占位件至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方。

可选地，所述占位件位于所述超导线圈组件和外壁之间。

可选地，所述线圈骨架面向所述外壁的一侧设有冗余槽，所述冗余槽位于超导线圈和外壁之间，所述占位件位于冗余槽内。

可选地，所述保持器、腔体均呈环形；

所述线圈骨架包括；环形主线圈骨架、以及两个沿轴向间隔排列的环形屏蔽线圈骨架，所述屏蔽线圈骨架与所述外壁之间的间隔，小于所述主线圈骨架与所述外壁之间的间隔；

所述超导线圈包括：主线圈，绕制在所述主线圈骨架的线槽内，所述主线圈位于两个屏蔽线圈骨架之间；屏蔽线圈，绕制在所述屏蔽线圈骨架的线槽内；

所述主线圈骨架、以及两个所述屏蔽线圈骨架围成所述冗余槽，所述主线圈骨架的线槽位于所述冗余槽的底部，所述冗余槽位于主线圈和外壁之间。

可选地，所述占位件浸泡在所述液面下方的部分占据着所述腔体的无效剩余空间，所述无效剩余空间与所述主线圈骨架、屏蔽线圈骨架、主线圈之间存在间隔。

可选地，所述屏蔽线圈骨架设有沿轴向延伸、且在径向上封闭的开槽，所述开槽在径向上的高度小于所述占位件在径向上的高度。

可选地，所述占位件为环形或环状扇形。

可选地，所述占位件至少有二分之一的体积浸泡在所述冷却液的液面下方。

可选地，所述线圈骨架与所述内壁或外壁连接；

所述占位件的数量为一个或以上，所有占位件在所述腔体内所占据的空间是贯通的单一结构空间。

另外，本发明还提供了一种磁共振成像设备，包括：

上述任一所述的超导磁体；

梯度系统，用于产生为磁共振信号进行空间定位的梯度磁场；

射频系统，用于使被检对象发生磁共振以及接收磁共振信号；

控制系统，用于控制所述超导磁体、梯度系统以及射频系统进行磁共振扫描。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在保持器的腔体内设置了占位件，该占位件至少有一部分浸泡在冷却液的液面下方，使得腔体中除了被超导线圈组件占据的空间之外，还有被占位件位于液面下方的部分所占据的空间无需填充冷却液，减少了超导磁体的冷却液用量，进而降低了超导磁体的成本。

进一步地，占位件浸泡在液面下方的部分占据着腔体的无效剩余空间，所述无效剩余空间与超导线圈、线圈骨架之间存在间隔。这样一来，占位件浸泡在液面下方的部分不会造成有助于超导线圈冷却的冷却液无法填充，因而不会影响超导线圈的冷却。

进一步地，占位件具有中空内腔，中空内腔内填充有氦气，失超情况下中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值，与正常情况下中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值相等，降低了对占位件的强度要求、以及刚度要求。

附图说明

图1是现有一种超导磁体的轴向侧视图；

图2是沿图1中A-A方向的剖视图；

图3是本发明的第一实施中超导磁体的轴向侧视图；

图4是沿图3中B-B方向的剖视图；

图5是假设图4所示超导磁体中没有占位件时的剖视图；

图6是图4所示超导磁体中屏蔽线圈骨架的轴向侧视图；

图7是图4所示超导磁体中占位件的立体结构图；

图8是本发明的第二实施例中占位件的立体结构图；

图9是本发明的第三实施例中占位件的立体结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

结合图3至图4所示，本实施例提供了一种应用于磁共振成像设备的超导磁体，该超导磁体包括：保持器10、超导线圈组件20、以及占位件30。

保持器10具有相对间隔设置的内壁11和外壁12、形成于内壁11和外壁12之间的腔体13、以及用于容纳被检对象的外腔14，内壁11比外壁12更靠近外腔14，腔体13内容纳有冷却液(未图示)。在本实施例中，所述冷却液为液氦。在其他实施例中，所述冷却液也可以为其他适于对超导线圈组件20进行冷却的液体。

在具体实施例中，配合超导磁体的环形结构，保持器10、腔体13均为环形。

超导线圈组件20位于腔体13内，并包括：固设于内壁11上的线圈骨架21、以及安装在线圈骨架21上的超导线圈22，超导线圈22、线圈骨架21至少有一部分浸泡在冷却液的液面H下方。在其他实施例中，线圈骨架21也可以固设于外壁12上。腔体13内的冷却液用于将超导线圈22冷却至4.2K(开尔文)，以使超导线圈22处于超导状态。

占位件30至少有一部分浸泡在冷却液的液面H下方，使得腔体13中除了被超导线圈组件20占据的空间之外，还有被占位件30位于液面H下方的部分所占据的空间无需填充冷却液，减少了超导磁体的冷却液用量，进而降低了超导磁体的成本。

占位件30中浸泡在冷却液液面H下方的部分的体积需根据液面H的高度要求来设定。在本实施例中，腔体13内冷却液的液面H超过超导磁体高度的70％，占位件30至少有二分之一的体积浸泡在冷却液里，占据腔体13中更多无需冷却液填充的空间，能够更大程度地减少冷却液的浪费。

如图4所示，在本实施例中，线圈骨架21包括：环形主线圈骨架210、以及两个沿轴向间隔排列的环形屏蔽线圈骨架211，屏蔽线圈骨架211与外壁12之间的间隔，小于主线圈骨架210与外壁12之间的间隔，使得在线圈骨架21面向外壁12的一侧形成了一由主线圈骨架210与两个屏蔽线圈骨架211围成的环形冗余槽23。主线圈骨架210的线槽位于冗余槽23的底部，屏蔽线圈骨架211的线槽位于冗余槽23的轴向一侧。

超导线圈22包括：主线圈220，绕制在主线圈骨架210的线槽内，主线圈220位于两个屏蔽线圈骨架211之间，冗余槽23位于主线圈220和外壁12之间；屏蔽线圈221，绕制在屏蔽线圈骨架211的线槽内。主线圈220用于提供主磁场，屏蔽线圈221用于阻止主线圈220产生的磁场向超导磁体外泄漏。

图5是假设图4所示超导磁体中没有占位件时的剖视图，如图5所示，根据前面叙述可知，冷却液用于将超导线圈22冷却至超导状态。但是，经过研究发现，腔体13内不同位置的冷却液对超导线圈22的冷却作用大小实际上并不一致：只有非常靠近超导线圈22以及超导线圈骨架21外表面的那一部分冷却液才对超导线圈22起直接冷却作用，这部分冷却液在总冷却液中所占的比例较小；其余的冷却液对超导线圈22的冷却作用较小，但在总冷却液中所占的比例较大。

在本发明中，将腔体13中位于液面H下方的未被超导线圈骨架21、以及超导线圈22占据的空间划分为有效剩余空间和无效剩余空间两个部分。所述无效剩余空间与超导线圈骨架21以及超导线圈22的外表面之间存在间隔，该间隔即为所述有效剩余空间。位于所述有效剩余空间内的冷却液与超导线圈骨架21以及超导线圈22的外表面接触，并有助于超导线圈22的冷却，试验证明，位于所述无效剩余空间内的冷却液对于超导线圈22的冷却作用较小，没有此部分冷却液，超导磁体的冷却效果几乎不会受影响。

腔体13中所述有效剩余空间、无效剩余空间的具体位置、以及形状与超导线圈组件的形状以及尺寸有关，因而在本发明中无法对所述有效剩余空间、无效剩余空间做出明确的定义。其具体位置、以及形状可以根据试验测得。下面对所述有效剩余空间、无效剩余空间的一个例子作具体介绍。

将冗余槽23划分为两个冗余槽单元，分别为冗余槽单元231和冗余槽单元232，相对于冗余槽单元232，冗余槽单元231更靠近超导线圈骨架21以及超导线圈22的外表面，且冗余槽单元231的体积比冗余槽单元232的体积小得多。冗余槽单元231中位于液面H下方的部分为所述有效剩余空间的一部分，冗余槽单元232中位于液面H下方的部分为所述无效剩余空间的一部分。

结合图4和图5所示，在本实施例中，占位件30位于冗余槽23内，使得占位件30位于超导线圈组件20和外壁12之间，且占位件30浸泡在液面H下方的部分所占据的空间为冗余槽单元232中位于液面H下方的部分，使得占位件30浸泡在液面H下方的部分占据着腔体13的无效剩余空间，并与主线圈骨架210、屏蔽线圈骨架211、主线圈220之间存在间隔。这样一来，占位件30浸泡在液面H下方的部分不会造成有助于超导线圈22冷却的冷却液无法填充，因而不会影响超导线圈22的冷却。

另外，由于占位件30浸泡在液面H下方的部分所占据的空间为冗余槽单元232中位于液面H下方的部分，因此，冗余槽单元232中位于液面H下方的部分无需填充大量的冷却液，因而能够较大程度地减少冷却液的浪费。

需说明的是，在本发明的技术方案中，腔体中所述有效剩余空间、无效剩余空间的例子并不应仅局限于上面所述，只要其满足上述要求即可。

由于占位件30在超导磁体轴向上的尺寸小于两个屏蔽线圈221在所述轴向上的间隔，也小于两个屏蔽线圈骨架211在所述轴向上的间隔，故该间隔内会有冷却液填充，能够更有效地对线圈骨架21、以及超导线圈22进行冷却。

如图6所示，在本实施例中，屏蔽线圈骨架211设有沿轴向延伸、且在径向上封闭的多个开槽212，多个开槽212沿超导磁体的周向均匀间隔排列。开槽212在径向上的高度小于占位件30在径向上的高度。

需说明的是，在本发明的技术方案中，超导线圈组件20的具体结构并不应仅局限于所给实施例。另外，线圈骨架21中的冗余槽23也可以不由主线圈骨架210和两个屏蔽线圈骨架211围成，只要冗余槽23位于超导线圈22和外壁12之间即可。

如图7所示，在本实施例中，占位件30的数量为一个，形状为环形。结合图4所示，占位件30环绕保持器10的内壁11一整圈，且占位件30在腔体13内所占据的空间是贯通的单一结构空间，换言之，占位件30所在的空间未被其他物体阻隔为两个以上的部分，使得占位件30能够较为方便地安装至腔体13内。

继续参照图4所示，在本实施例中，占位件30固设于线圈骨架21上，具体为屏蔽线圈骨架211。在其他实施例中，占位件30也可以固设于其他位置，如主线圈骨架210、外壁12等。

在本实施例中，占位件30具有中空内腔(未标识)，并非为实体件，减少了占位件30的制造材料，节省了成本。

在冷却液将超导线圈22冷却至4.2K的同时，还需要对占位件30进行冷却。若占位件30为实体件，则需要消耗较多的冷却液来对占位件30进行冷却。由于占位件30并非为实体件，因而不需要消耗过多的冷却液来冷却，减少了冷却液的用量。

在本实施例中，占位件30的中空内腔内填充有气体，该气体为氦气，定义占位件30未被冷却液冷却时，中空内腔内氦气的气压为P。在冷却液将超导线圈22冷却至4.2K的同时，占位件30也会被冷却液冷却，此时中空内腔内的氦气未被液化，气压仍为P。超导磁体在正常情况下，腔体13内的气压为1个大气压(定义为P₀)，此时占位件30的内外压差为P-P₀；超导磁体在失超情况下，腔体13内的气压大约增大至2个大气压，此时占位件30的内外压差为P-2P₀。

由于占位件30的内外存在压差，因此，为了能够降低对占位件30的强度要求、以及刚度要求，优选地，超导磁体在失超情况下，中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值(即P-2P₀的绝对值)，与正常情况下中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值(即P-P₀的绝对值)相等。在本发明的技术方案中，超导磁体处于正常情况是针对失超情况而言。

在具体实施例中，中空内腔内的所述氦气的气压(即P)为1.5个大气压，超导磁体在失超情况下中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值、以及正常情况下中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值均为0.5个大气压。

在本实施例的变换例中，占位件30的中空内腔内填充的气体也可以为氦气以外的气体，如空气。当占位件30的中空内腔内填充的气体为氦气以外的气体时，在冷却液将超导线圈22冷却至4.2K的同时，中空内腔内的气体会被液化，导致中空内腔内的气压为零，造成：超导磁体在正常情况下，中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值为1个大气压；超导磁体在失超情况下，中空内腔内气压与腔体13内气压之差的绝对值为2个大气压。这样一来，占位件30的内外压差最大值为2个大气压，增加了对占位件30的强度要求、以及刚度要求。

在本实施例的变换例中，占位件30的中空内腔也可以为真空腔。在这种情况下，超导磁体在正常情况下，占位件30的内外压差为1个大气压；超导磁体在失超情况下，占位件30的内外压差为2个大气压。这样一来，占位件30的内外压差最大值为2个大气压，增加了对占位件30的强度要求、以及刚度要求。

在本实施例中，占位件30的内部设有加强筋31，以提高占位件30的强度、以及刚度。为了能够更大程度的提高占位件30的强度、刚度，占位件30中加强筋31的数量可以为多个。在本实施例的变化例中，加强筋31也可以设置在占位件30的外部。

在本实施例中，占位件30的材料为不锈钢或铝合金。不锈钢、铝合金的优点在于：强度高、低温下机械性能稳定，另外，当占位件30具有中空内腔时，腔体13内的冷却液不易渗入中空内腔内。在其他实施例中，占位件30也可以由其它材料制造而成。

第二实施例

第二实施例与第一实施例之间的区别在于：如图8所示，在第二实施例中，占位件30呈环状扇形，占位件30未能环绕保持器的内壁一整圈。这样一来，可以在占位件30的扇形开口处放置磁体电子部件及其他附件。

同第一实施例一样，在本实施例中，超导磁体中占位件30的数量也为一个。

第三实施例

第三实施例与第二实施例之间的区别在于：如图9所示，在第三实施例中，超导磁体中占位件30的数量为两个。同第二实施例一样，在第三实施例中，每个占位件30均呈环状扇形。在第三实施例中两个占位件30的体积之和与第二实施例中单个占位件的体积相等。

与第二实施例相比，第三实施例的技术方案能够带来以下进一步的有益效果：能够更为方便地将各个占位件30依次安装至超导线圈组件的线圈骨架上。

需说明的是，在本发明的技术方案中，占位件的形状、以及数量并不应局限于上面所给实施例。例如，占位件还可以设置呈其他形状，如球形、圆柱体、长方体等。占位件的数量也可以为三个或以上。

另外，在本发明的技术方案中，超导磁体的形状也并不应局限于上述实施例中的环形封闭式超导磁体。当超导磁体设置为其他形状时，需对保持器、超导线圈组件的形状作出对应的调整，另外，在这种情况下，超导磁体的轴向是指：被检查对象在超导磁体的外腔内移动的方向。

另外，本发明还提供了一种磁共振成像设备，包括：上述超导磁体；梯度系统，用于产生为磁共振信号进行空间定位的梯度磁场；射频系统，用于使被检对象发生磁共振以及接收磁共振信号；控制系统，用于控制所述超导磁体、梯度系统以及射频系统进行磁共振扫描。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种应用于磁共振成像设备的超导磁体，其特征在于，包括：

保持器，具有容纳有冷却液的腔体；

位于所述腔体内的超导线圈组件，所述超导线圈组件包括：固设于所述保持器上的线圈骨架、以及安装在所述线圈骨架上的超导线圈，所述超导线圈至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方；

位于所述腔体内的占位件，所述占位件至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方；

所述超导线圈包括沿所述超导磁体的轴向间隔分布的两个屏蔽线圈，所述占位件位于所述两个屏蔽线圈之间，且所述占位件在所述轴向上的尺寸小于所述两个屏蔽线圈在所述轴向上的间隔；

所述占位件为环形，且所述占位件套设于所述线圈骨架。

2.如权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件浸泡在所述液面下方的部分占据着所述腔体的无效剩余空间，所述无效剩余空间与所述超导线圈及线圈骨架之间均存在间隔。

3.如权利要求1或2所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件具有中空内腔。

4.如权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件的内部或外部设有加强筋。

5.如权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述中空内腔为真空腔。

6.如权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述中空内腔内填充有空气或氦气。

7.如权利要求6所述的超导磁体，其特征在于，失超情况下所述中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值，与正常情况下所述中空内腔内气压与腔体内气压之差的绝对值相等。

8.如权利要求1或2所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件的材料为不锈钢或铝合金。

9.一种应用于磁共振成像设备的超导磁体，其特征在于，包括：

保持器，具有相对间隔设置的内壁和外壁、以及形成于所述内壁和外壁之间的腔体，所述腔体内容纳有冷却液；

位于所述腔体内的超导线圈组件，所述超导线圈组件包括：固设于所述保持器上的线圈骨架、以及安装在所述线圈骨架上的超导线圈，所述超导线圈至少有一部分浸泡在冷却液的液面下方；

位于所述腔体内的占位件，所述占位件至少有一部分浸泡在所述冷却液的液面下方；

所述占位件位于所述超导线圈组件和外壁之间；

所述线圈骨架面向所述外壁的一侧设有冗余槽，所述冗余槽位于超导线圈和外壁之间，所述占位件位于冗余槽内；

所述保持器、腔体均呈环形；所述线圈骨架包括：环形主线圈骨架、以及两个沿轴向间隔排列的环形屏蔽线圈骨架，所述屏蔽线圈骨架与所述外壁之间的间隔，小于所述主线圈骨架与所述外壁之间的间隔；所述超导线圈包括：主线圈，绕制在所述主线圈骨架的线槽内，所述主线圈位于两个屏蔽线圈骨架之间；屏蔽线圈，绕制在所述屏蔽线圈骨架的线槽内；所述主线圈骨架、以及两个所述屏蔽线圈骨架围成所述冗余槽，所述主线圈骨架的线槽位于所述冗余槽的底部，所述冗余槽位于主线圈和外壁之间；

所述占位件为环形，且所述占位件套设于所述线圈骨架。

10.如权利要求9所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件浸泡在所述液面下方的部分占据着所述腔体的无效剩余空间，所述无效剩余空间与所述主线圈骨架、屏蔽线圈骨架及主线圈之间均存在间隔。

11.如权利要求9所述的超导磁体，其特征在于，所述屏蔽线圈骨架设有沿轴向延伸、且在径向上封闭的开槽，所述开槽在径向上的高度小于所述占位件在径向上的高度。

12.如权利要求9所述的超导磁体，其特征在于，所述占位件至少有二分之一的体积浸泡在所述冷却液的液面下方。

13.如权利要求9所述的超导磁体，其特征在于，所述线圈骨架与所述内壁或外壁连接；

所述占位件的数量为一个或多个，所有占位件在所述腔体内所占据的空间是贯通的单一结构空间。

14.一种磁共振成像设备，其特征在于，包括：

权利要求1至13任一项所述的超导磁体；

梯度系统，用于产生为磁共振信号进行空间定位的梯度磁场；

射频系统，用于使被检对象发生磁共振以及接收磁共振信号；

控制系统，用于控制所述超导磁体、梯度系统以及射频系统进行磁共振扫描。