CN106233153A - 具有增强冷却的用于磁共振成像装置的匀场设备及用于提供这种设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于匀场具有外真空室孔管(1)的磁共振成像装置的磁场的设备，由此保持元件(2)被安装在外真空室孔管(1)处，由此在保持元件(2、3)与外真空室孔管(1)之间的空间(6)中布置有至少一个匀场组件(7)和被填充或能够被填充有冷却流体的至少一个软管元件(8)。

Description

具有增强冷却的用于磁共振成像装置的匀场设备及用于提供 这种设备的方法
在磁共振成像装置中，磁场的均匀性和稳定性与测量的质量高度相关。为了改进均匀性，使用了磁场的所谓的“匀场”。无源匀场涉及具有良好磁性品质的钢件。该钢件被置于永磁体或超导磁体附近。它们被磁化并且产生它们自己的磁场。由钢件(其通常被称为匀场件或匀场元件)产生的附加磁场以总磁场变得更加均匀的这种方式增加到超导磁体的总体磁场中。
已知的是，外真空室孔管的和匀场件的温度的增加可导致在磁共振成像装置中的磁场漂移。
US2010/0225321教导了填充有液体或气体的管件，从而衰减由磁共振成像装置中的梯度线圈的移动导致的噪声。这些管件，更准确地说是管件中的流体也可以被用于冷却梯度线圈。
本发明的问题是提供改进的机构以用于稳定在磁共振成像装置中的磁场。
该问题的方案可以在独立权利要求中找到。从属权利要求示出了优选实施例。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于匀场具有外真空室孔管的磁共振成像装置的磁场的设备，其中保持元件被安装在外真空室孔管处。至少一个匀场组件和填充有或可以填充有冷却流体的至少一个软管元件或囊状物被布置在保持元件与外真空室孔管之间。
软管或囊状物可以填充有冷却流体，其例如可以在冷却回路装置中被冷却，使得匀场组件和外真空室孔管由此可以两者均具有与包括软管元件或囊状物的冷却系统良好的热接触。为了避免误解，当然，仅在软管元件或囊状物实际上填充有冷却流体的情况下冷却效果是可能的。
填充的软管元件也可以引起软管元件、匀场组件和保持元件和外真空室孔管的非常紧密配合的布置。
所以匀场组件被紧固在位。在一些布置方式中，个体匀场元件可以通过软管元件或囊状物而被保持在位。这是相关的，因为显著的力可以在使用中作用在匀场元件上。例如，在5mm高的匀场堆叠上的径向力可以在300N的量级。
软管或囊状物、匀场组件和保持元件的紧密配合的布置也提供了在外真空室孔管、匀场组件和保持元件和软管元件或囊状物之间的良好热接触。因此，热量可以易于被传递到软管元件或囊状物中的冷却流体。
如将在随后以更多细节解释的，本发明的某些实施例并不提供保持元件或外真空室孔具有到软管元件或囊状物的直接接触。然而，在紧密配合的布置中，如果例如来自外真空室的热量必须通过匀场组件或保持元件被传递到软管元件或囊状物中的冷却流体，良好的热接触也可以是可能的。
而且，该设备还必须以与从US2010/0225321中已知的类似的方式作用以衰减噪声。
冷却流体的最重要的示例当然是水，因为谁具有高比热，是无毒且便宜的。然而，也可以使用很多种其他流体。
在本发明的实施例中，保持元件是夹具，尤其是U形夹具。夹具适合于将软管元件或囊状物与匀场组件保持在一起。要注意的是，保持元件必须抵抗显著的力，因为在使用中显著的力作用在匀场组件中的匀场元件上。填充的软管元件或囊状物还导致进一步的力作用在保持元件上，因为在填充的软管元件或囊状物内流体的压力可提供趋向于分离匀场组件、保持元件和外真空室孔管的进一步的力。
在本发明的实施例中，保持元件被焊接到外真空室孔管。焊接允许保持元件的非常稳定的安装，其可以以简单的方式被实现，并且提供在保持元件与外真空室孔管之间的热传递。
在本发明的可替代实施例中，保持元件由非导电材料制成。这相对于匀场组件的匀场功能而言是有利的，因为没有复杂度由在保持元件中流动的电流的可能性而被引入。
在本发明的实施例中，软管元件在其未被填充时是平坦的。这允许使用所谓的“扁置”软管，其是已知的且可用的。扁置软管比固定外部尺寸的软管易于安装。可替代的是热焊接的聚乙烯囊状物。在这样的布置中，软管元件或囊状物是可扩张的，在引入流体时膨胀。膨胀的软管元件或囊状物使得该软管元件或囊状物能够适于塑形匀场组件、保持元件和/或外真空容器孔管以提供在这样的元件上的有效的热接触和机械压力。
在本发明的进一步实施例中，软管元件是PVC软管。PVC软管是广泛可用的且是柔性的。该柔性使得软管可扩张到一定程度，其允许软管元件在被填充冷却流体时增大体积。
在本发明的实施例中，软管元件是具有大约1mm的壁厚度的软管。这样的PVC软管已经被发现具有充分的机械稳定性，并且热特性趋向于有利的。PVC的热导率是大约0.2W/mK。所以，如果温度差是0.1K，具有50mm宽度和1m长度的PVC软管壁可引走1W的热负载。
在本发明的实施例中，匀场组件被布置为在第一侧处面向外真空室孔管或保持元件并且在第二侧处面向软管元件或囊状物。
在保持元件与外真空室孔管之间的空间中存在匀场组件和软管元件或囊状物的可替代的可能的布置。其两个有主要的相关性：首先，匀场组件可以被布置为在第一侧上面向外真空室孔管；软管元件在第二侧上被附接，使得软管元件被布置在匀场组件与保持元件之间。另一可替代方式是布置面向外真空室孔管的软管元件，使得匀场组件被布置在软管元件与保持元件之间。
可以提供多于一个软管元件，所以将可能的是布置一个软管元件面向外真空室孔管而另一软管元件面向保持元件，使得匀场组件可以被置于软管元件之间。
在本发明的实施例中，软管元件或囊状物在被放置在位之后可以被填充有冷却流体，使得软管元件或囊状物被压到匀场组件和保持元件和/或外真空室孔管的相邻表面上。所以，软管元件可以易于被插入到匀场组件和保持元件和/或外真空室孔管之间的空间中。在插入软管元件或囊状物之后，其可以被填充有冷却流体并且照看紧密配合布置，如以上解释的。
在本发明的进一步实施例中，匀场组件是单个匀场元件或包含多个匀场元件的匀场托盘。匀场元件通常具有80mm乘65mm的尺寸。匀场托盘允许多个匀场元件的紧凑布置，所以可以实现良好的热接触。由于其本身是常规的，匀场元件可以通过粘性带或类似物被保持在匀场托盘中，从而防止匀场元件掉落匀场托盘。
在本发明的某些实施例中，冷却流体可以流动通过冷却器。在冷却器中，从匀场组件和/或外真空容器孔管传递到冷却流体的热量例如可以通过耗散或冷藏而被移除。冷却流体由此被冷却并且可以在冷却回路布置中再次返回软管元件。在大多情况下，冷却器是热交换器，其中冷却流体的热量被传递到另外的流体或传递到环境。在本发明的其他实施例中，冷却流体的热质量足够高以实质上稳定外真空室孔管和匀场组件的温度而不进一步冷却该冷却液体。在该情况下，如以上所述的冷却器并非必要。
当然，可以组合两种方法，即在冷却器中冷却该冷却流体以及提供高热质量。用于提供高的热质量，例如为水的合适冷却流体应当被使用。此外，软管元件应该具有充足的尺寸以接触匀场组件和外真空容器孔管或保持构件。此外，用于冷却流体的外部储液器可以增大冷却流体的热质量。高热质量的优点是自稳定机构，使得不需要控制系统或仅需要简单的控制系统。如果软管元件的尺寸足够大，即使绕软管元件泵送冷却流体也可能被发现是不必要的。
本发明还提供了一种提供用于匀场磁共振成像装置的磁场的设备的方法，其中：软管元件被插入到外真空室孔管与保持元件之间的空间中，由此该软管元件在被插入到空间中之后被填充有冷却流体。这允许以简单的方式插入软管元件。具有与冷却流体的良好热接触的紧密配合布置可以通过利用冷却流体填充软管元件而被实现。该方法特别有用于提供如以上呈现的设备。
在以下中，本发明参照附图基于优选实施例进行解释。在附图中：
图1示出了具有保持元件的外真空室孔管。在保持元件与外真空室孔管之间的空间中，面向外真空孔管和软管元件的匀场组件被布置；
图2示出了像图1的布置，由此该软管面向外真空室孔管；并且图3示出了图2的三维剖视图。
图1中的虚线示意性地表示了磁共振成像装置的外真空室孔管1，其并不是本身示出的。提供了保持元件，在该情况下是保持夹具2的形式。如在附图中所示，保持夹具2具有U形部分3。保持夹具2还包括接口部分4和5，其面向并结合外真空室孔管1。保持夹具2的接口部分4和5以及外真空室孔管1可以被焊接在一起，提供了在保持夹具2与外真空室孔管1之间的非常稳定的连接。用于附接保持元件2与外真空容器孔管1的其他方法可以被代替地使用，如对本领域技术人员将是明显的。
外真空室孔管实际上是圆柱形的，并且可以围绕外真空容器孔管的圆柱表面设置保持元件2/软管元件或囊状物8/匀场组件7的多个集合。由于所涉及的加热，以及存在冷却流体，保持元件2/软管元件或囊状物8/匀场组件7的集合在大约环境温度和压力处被优选地设置在OVC的非真空侧上。然而，也可能在外真空容器孔管的真空侧上设置保持元件2/软管元件或囊状物8/匀场组件7的集合。
保持元件2的U形部分3以及外真空室孔管1在其之间定义了空间6。包括匀场托盘和匀场元件(在图1中它们本身不可见)的匀场组件7被布置在空间6中。匀场组件7被置于外真空室孔管1与软管元件8之间，该软管元件8本身被置于匀场组件7与U型部分3之间。
在组装之后，软管元件8被填充有水作为冷却流体。软管元件8随后膨胀并且在一侧上被按压到U形部分3并且在另一侧上被按压到匀场组件7。紧密配合的布置由此得以实现，其确保了软管元件8与在一侧上的U形部分3到在另一侧上的匀场组件7之间的良好热接触。
在一些实施例中，软管8是扁置软管，其处于扁平状态被置于适当位置并且其将填充有水并膨胀为与U形部分和匀场组件7接触。在其他示例中，软管是可扩张的，意味着其随着在其中存在的冷却水的增多而继续膨胀。在每种情况下，软管元件可以就匀场组件中的至少一个匀场组件由囊状物替代。
在根据图1的实施例中，不存在软管元件8到外真空室孔管1的直接接触。由于外真空室孔管1到匀场组件7和保持夹具2的良好热接触，热量可以通过匀场组件7和/或保持夹具2流向软管元件8。
图2图示了可替代实施例的类似示图。在图2的实施例中，软管元件8接触外真空室孔管1和匀场组件7。匀场组件7本身被置于软管元件8与U形部分3之间。在该实施例中，存在外真空室孔管1与软管元件8之间的直接热接触。
图3示出了图2的实施例的三维剖视图。外真空容器孔管1的曲率是可见的。保持夹具2将匀场托盘7保持在外真空容器孔管1的非真空侧上。在匀场组件7内，匀场堆叠9被布置为与软管元件8接触。在该布置中，软管8突出到匀场托盘中的凹进中，并且塑造其本身围绕任何匀场堆叠9。该实施例的软管元件可以被称为是“集成”到匀场组件7中。在其他实施例(未示出)中，匀场托盘可以被包围或被倒转，使得软管并不突出到匀场托盘中。
连接软管(未示出)可以被设置以允许冷却流体通过软管元件的循环。在其他实施例中，软管元件中的一些或所有软管元件可以由可扩张的囊状物替代。连接软管可以被设置以允许冷却流体通过那些囊状物的循环。可替代地，每个囊状物可以被密封，其中在每个囊状物中的冷却流体的质量被发现是充足的以给予所需的热稳定性。
尽管本发明已经通过示例性实施例以更多细节进行了解释，本发明不应被限制为所公开的示例。本领域技术人员可以发现其他变化而不偏离如在所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (14)

1.用于匀场具有外真空室孔管(1)的磁共振成像装置的磁场的设备，其中：
保持元件(2)，被安装在所述外真空室孔管(1)处；
被布置在所述保持元件(2、3)与所述外真空室孔管(1)之间的空间(6)中的是：
至少一个匀场组件(7)；以及
至少一个软管元件(8)或囊状物，其被填充有或者能够被填充有冷却流体，
使得所述软管元件或囊状物被设置在所述匀场组件(7)与所述外真空孔管(1)之间，或者在所述匀场组件(7)与所述保持元件(2、3)之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持元件(2)是U形夹具(3)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述保持元件(2、4、5)被焊接到所述外真空室孔管(1)。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述保持元件(2、3、4、5)由非导电材料制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述软管元件(8)在未被填充时是平坦的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述软管元件(8)是PVC软管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述软管元件(8)是具有大约1mm的壁厚度的软管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述匀场组件(7)被布置在处于第一侧的所述外真空室孔管(1)或所述保持元件(2、3)与处于第二侧的所述软管元件(8)或囊状物之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述软管元件(8)或囊状物能够在插入所述空间(6)中之后被填充有所述冷却流体，使得所述软管元件(8)被压到与所述匀场组件(7)和所述保持元件(2、3)或所述外真空室孔管(1)接触。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述匀场组件(7)是单个匀场元件或包含多个匀场元件的匀场托盘。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，保持元件(2)、软管元件或囊状物(8)、以及匀场组件(7)的多个集合被优选地设置在所述外真空容器孔管的表面上，所述设备进一步包括连接管，所述连接管将所述软管元件连接到冷却器以用于冷却所述冷却流体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述冷却流体的热质量足够高以实质地稳定所述外真空室孔管(1)和所述匀场组件(7)的温度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中囊状物被提供并填充有所述冷却流体，并且被密封以防止所述冷却流体从所述囊状物离开。
14.一种提供用于匀场磁共振成像装置的磁场的设备、特别是根据前述权利要求中任一项所述的设备的方法，由此软管元件(8)或囊状物被插入外真空室孔管(1)与保持夹具(2)之间的空间中，由此所述软管元件(8)或囊状物在插入到所述空间中之后被填充有冷却流体。
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