CN106373699A - 一种核磁共振成像装置及其线圈骨架 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线圈骨架，用于固定超导线圈，此线圈骨架的内表面和外表面之间设置有用于引导液氦以使液氦冷却超导线圈，从而维持超导线圈处于超导态的液氦流道。本发明提供的核磁共振成像装置，大大减少了液氦的使用量，从而使核磁共振成像装置的制造成本和维护成本显著降低，不仅使得生产厂家的经济效益得以提升，而且也有利于核磁共振成像仪的广泛应用。本发明还提供了具有上述线圈骨架的一种核磁共振成像装置。

Description

一种核磁共振成像装置及其线圈骨架

技术领域

本发明涉及超导技术及医疗器械技术领域，特别涉及一种线圈骨架，本发明还涉及具有上述线圈骨架的一种核磁共振成像装置。

背景技术

核磁共振成像装置，因为其具有对患者身体不造成损害，就能够快速获得患者身体内部结构的高精确度立体图像的优势，而广受医疗机构的青睐。

核磁共振成像磁体为核磁共振成像装置的关键部件之一，为了保证核磁共振成像磁体的正常工作，需要使核磁共振成像磁体的超导线圈始终处于超导状态，即零电阻状态，因此需要使超导线圈处于低温环境中。在现有技术中，给超导线圈制造低温环境的方式，是提供一个盛装有大量液氦的容器，并将超导线圈及固定超导线圈的线圈骨架浸没液氦中，使得液氦时时对超导线圈进行冷却以保证超导线圈始终处于超导状态。但是，此种设置方式需要使用大量的液氦，而我国液氦资源短缺，需要从国外进口，大量使用价格高昂的液氦会导致核磁共振成像装置的价格上升，同时增加了设备的维护成本，限制了核磁共振成像装置的应用普及。

因此，如何降低核磁共振成像装置的液氦用量，已经成为目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，，本发明提供了一种线圈骨架，其能够减少液氦的使用量，从而使核磁共振成像装置的生产和维护成本显著降低。本发明还提供了一种具有上述线圈骨架的核磁共振成像装置。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种线圈骨架，用于固定超导线圈，所述线圈骨架的内表面和外表面之间设置有用于引导液氦以使所述液氦冷却所述超导线圈，从而维持所述超导线圈处于超导状态的液氦流道。

优选地，上述线圈骨架中，具有所述液氦流道的所述线圈骨架为在铸造模具中预设金属管道，并向所述铸造模具中注入浇铸材料而铸造成型的铸造骨架。

优选地，上述线圈骨架中，所述线圈骨架为圆筒状，所述液氦流道包括：

多个弧形分流流道；

连通全部所述分流流道的进口，将所述液氦导入所述分流流道中的第一汇流流道，所述第一汇流流道的进口端伸出所述线圈骨架，并与液氦储罐连通；

连通全部所述分流流道的出口，将所述分流流道内的所述液氦导出的第二汇流流道，所述第二汇流流道的出口端伸出所述线圈骨架，并与储气罐连通。

优选地，上述线圈骨架中，各个所述分流流道分别位于垂直于所述线圈骨架轴线的不同平面内。

优选地，上述线圈骨架中，全部所述分流流道在所述线圈骨架的轴向上等间距设置，并且全部所述分流流道的进口和出口均位于同一高度上。

优选地，上述线圈骨架中，所述第一汇流流道和所述第二汇流流道平行于所述线圈骨架的轴线设置，并分别位于所述线圈骨架的轴线所在的竖直平面的两侧。

优选地，上述线圈骨架中，所述线圈骨架为圆筒状，所述液氦流道为设置在所述线圈骨架内的螺旋型流道。

一种核磁共振成像装置，包括线圈骨架和超导线圈，该线圈骨架为上述的线圈骨架。

优选地，上述核磁共振成像装置中，所述超导线圈缠绕在所述线圈骨架的所述外表面上，或镶嵌在所述线圈骨架的所述内表面上。

本发明提供的线圈骨架，用于对超导线圈起到固定作用，此线圈骨架的改进之处在于，在线圈骨架的内表面和外表面之间的实体部位上开设液氦流道，使得液氦能够在液氦流道中流动。当液氦在液氦流道中流动时，通过线圈骨架与液氦的热交换，使得液氦能够对绕制在线圈骨架上的超导线圈进行冷却，同时，超导线圈骨架本身的热惯性也维持了超导线圈的热稳定性，以保证超导线圈处于超导状态。与现有的采用大量液氦浸泡超导线圈和线圈骨架的冷却方式相比，通过对线圈骨架进行改进，只需使用相对少量的液氦作为冷却介质，通过液氦地流动来实现对超导线圈的冷却，避免了因大量使用液氦而导致核磁共振成像装置的价格上升。本发明提供的线圈骨架，能够大大减少液氦的使用量，从而令核磁共振成像装置的使用和维护成本显著降低，而且也有利于简化核磁共振成像装置的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的线圈骨架的结构示意图；

图2为线圈骨架的俯视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2的B-B剖视图；

图5为图4的局部放大图。

在图1-图5中：

1-线圈骨架，2-分流流道，3-第一汇流流道，4-第二汇流流道，5-液氦储罐，6-储气罐，7-制冷机冷凝器。

具体实施方式

本发明提供了一种线圈骨架，其能够减少液氦的使用量，从而降低了核磁共振成像装置的使用和维护成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明实施例提供的线圈骨架，主要包括用于固定超导线圈(图中未示出)，此线圈骨架1具有较大的热容以及良好的导热性能，并且在线圈骨架1的内表面和外表面之间的实体部位上开设有液氦流道，此液氦流道用于导流液氦，即在超导线圈需要进行冷却时，液氦能够进入到液氦流道中，并能够在液氦流道中流动，从而对线圈骨架1及固定在线圈骨架1上的超导线圈进行冷却，使得具有较大热容以及良好的导热性能的线圈骨架1成为蓄冷库，从而为超导线圈提供一个低温环境，使得超导线圈能够维持在超导状态。为了使氦在任何情况下不会泄露，上述液氦流道为与外界隔离的密闭流道。在这种结构下，在室温情况下，液氦流道内的氦为气态并且压强远高于一大气压，而当液氦流道处于低温时，即液氦流道导流液氦时，液氦分布于液氦储罐5和液氦流道内。

上述结构的线圈骨架，对超导线圈进行冷却时，只需使用少量的液氦作为传热介质，使其在液氦流道内流动即可实现对超导线圈的冷却，与现有的采用大量液氦浸泡超导线圈和线圈骨架1的冷却方式相比，能够显著减少液氦的使用量，从而减少液氦的采购费用，降低核磁共振成像装置的制造成本和维护成本。

此外，将起到冷却作用的液氦流道开设在线圈骨架1的内表面和外表面之间的实体部位上，相比于将液氦流道设置在线圈骨架1的外部，即线圈骨架1的外表面或内表面上的设置方式，能够显著增大液氦流道与线圈骨架1的接触面积，提高了传热效率。同时，与现有的线圈骨架1相比，本实施例中还增大了线圈骨架1的热容，使得线圈骨架1成为热容高于现有线圈骨架的高热容线圈骨架，以使线圈骨架1的蓄冷效果更加突出。

为了进一步优化技术方案，本实施例提供的成像磁体中，线圈骨架1为圆筒状，如图1所示，并且液氦流道具体包括：位于线圈骨架1的外表面和内表面之间的多个弧形分流流道2；连通全部分流流道2的进口，将液氦导入至每一条分流流道2内的第一汇流流道3，第一汇流流道3的进口端伸出线圈骨架1，并与液氦储罐5连通；连通全部分流流道2的出口，将分流流道2内的液氦集中导出的第二汇流流道4，第二汇流流道4的出口端同样伸出线圈骨架1，并与储气罐6连通，如图1和图4所示。本实施例中，液氦流道在起到导流液氦，并能够对缠绕在线圈骨架1内侧或外侧的超导线圈起到冷却作用的前提下，液氦流道的排布方式可以有多种选择，本实施例优选采用多个弧形的分流流道2作为导流液氦的支管路，并设置与全部的分流流道2的进口连通的第一汇流流道3，以及与全部的分流流道2的出口连通的第二汇流流道4，将此第一汇流流道3和第二汇流流道4分别作为导入和导出液氦的主管路。并且，由于该弧形分流流道2设置在线圈骨架1的内表面和外表面之间，所以可以使弧形的液氦流道的弯曲弧度与圆筒状的线圈骨架1的弧度相同，以更加充分的对设置在线圈骨架1上的超导线圈进行冷却。之所以优选上述结构的液氦流道，是因为：弧形的分流流道2结构简单，便于加工以及与线圈骨架1进行组装配合，而且设置多个弧形的分流流道2，能够使得整个液氦流道在线圈骨架1上的分布范围更大，以提高冷却效果，尽量避免冷却死角的出现；通过设置第一汇流流道3和第二汇流流道4，能够使多个分流流道2并联设置，每一条分流流道2都可以单独进行工作，提高了冷却操作的控制灵活性，此外，即使其中一条分流流道2出现故障，也不会对其他的分流流道2的正常工作造成影响。更重要的是，此种设置方式还使得液氦能够被及时的送入到每条分流流道2中，即可以实现液氦在整个线圈骨架1内的快速分布，使冷却效果得到了进一步地提升。

之所以使储气罐6与第二汇流流道4的出口端连通，是因为液氦和超导线圈以及线圈骨架进行热交换后被气化，气化而成的氦气可通过第二汇流流道4汇集到储气罐6中，而储气罐6与制冷机冷凝器7相连，储气罐6中的氦气能够进入到制冷机冷凝器7中进行换热而重新冷凝为液氦，再流入液氦储罐5中作为后续冷却循环的冷却介质，如图1所示。液氦储罐5位于线圈骨架的上方，如图1所示，从而使液氦储罐5中的液氦能够靠重力来补充液氦流道中的液氦，如此维持线圈骨架1中液氦的动态平衡。通过设置上述液氦储罐5、液氦流道、储气罐6和制冷机冷凝器7，使得整个冷却路径为与外界密封隔离的密封回路，不但能够减少液氦的使用量，而且可以在超导线圈失超(无法维持超导状态，特别是遭遇长时间停电时)时，将氦气封闭在上述的包括储气罐6的密封回路内部，由于不需要补回氦气，从而降低了核磁共振成像装置的维护成本。

优选地，各个分流流道2分别位于垂直于线圈骨架1的轴线的多个不同平面内，即，多条分流流道2同轴设置，如图1所示。此种设置方式，使得分流流道2能够在线圈骨架1的轴向上更加均匀的分布，以对线圈骨架1及其上的超导线圈起到更加均衡的冷却效果。每一条分流流道2在线圈骨架1周向上的长度，不小于线圈骨架1周长的四分之三，以在周向上最大程度的对线圈骨架1及其上的超导线圈进行冷却。

进一步地，全部分流流道2在线圈骨架1的轴向上等间距设置，并且分流流道2的全部进口和出口均位于同一高度上，如图1和图3所示。等间距的设置全部的分流流道2，能够更进一步地提高对线圈骨架1及其上的超导线圈的冷却效果。而使分流流道2的全部进口和出口均位于同一高度上，即，使全部的分流流道2对正设置，也可以提高冷却效果。当然，分流流道2也可以不对正设置，例如每条分流流道2在线圈骨架1的周向上，分别位于不同的方位，即交错设置。

本实施例中，第一汇流流道3和第二汇流流道4平行于线圈骨架1的轴线设置，并分别位于线圈骨架1的轴线的竖直平面的两侧，如图1、图2和图4所示。在全部的分流流道2的开口和出口都位于同一高度的前提下，优选将第一汇流流道3和第二汇流流道4(不包括其伸出线圈骨架1的端部部分)设置为平行于线圈骨架1轴线的直线形流道，以尽量减小第一汇流流道3和第二汇流流道4在线圈骨架内的设置长度，从而降低线圈骨架1的制造难度，使技术方案能够在实际生产中更加容易的实现。因为第一汇流流道3与全部分流流道2的进口连通，第二汇流流道4与全部分流流道2的出口连通，使第一汇流流道3和第二汇流流道4位于竖直平面的两侧，此竖直平面特指的是线圈骨架1的轴线所在的竖直平面，如图4中的点画线所示，更加有利于液氦的进入和流出。

另外，液氦流道除了以上述方式设置以外，其还可以设置为其他的结构，例如在线圈骨架1为圆筒状的前提下，液氦流道为设置在线圈骨架1的内表面和外表面之间的实体部位上的螺旋型流道(图中未示出)，并且使螺旋型流道的首尾两端以同样方式伸出至线圈骨架1之外，以分别与液氦储罐5和储气罐6连通。此种设置方式同样能够实现对线圈骨架1及其上的超导线圈的冷却。但是，螺旋型流道为一种串联式流道，液氦需要依次流经螺旋型流道的每个部位，不利于液氦快速的、及时的在整个线圈骨架1内的分布，且对线圈骨架1的靠近螺旋型流道尾端的部位冷却效果不佳，影响了整个线圈骨架1的冷却均匀性，所以仅将此种液氦流道的设置方式作为候选方案。

具体的，液氦流道的结构，可以为铺设在线圈骨架1内的金属导管。本实施例中，液氦流道自身的结构也有多种选择，本实施例优选液氦流道的空间结构由熔点较高的金属导管预先成型，在铸造线圈骨架1时，先将金属导管铺设在铸造模具中，然后再向铸造模具中注入熔点较低的浇铸材料，待冷却定型后，从铸造模具中取出，即得到本实施例提供的线圈骨架1。为了保证线圈骨架1的正常成型，上述的浇铸材料的熔点需低于金属导管的熔点。其与现有的将导管焊接到线圈骨架1的外表面或内表面上的设置方式相比，不仅接触面积(或者称为导热面积)增大，而且制造加工难度降低。

此外，液氦流道还可以在线圈骨架1内以开设导流孔的方式设置而成。

基于上述实施例中提供的线圈骨架，本发明实施例还提供了一种核磁共振成像装置，该核磁共振成像装置具有上述实施例中提供的线圈骨架。

由于该核磁共振成像装置采用了上述实施例提供的线圈骨架，所以该核磁共振成像装置由线圈骨架带来的有益效果请参考上述实施例中相应的部分，在此不再赘述。

另外，在线圈骨架1设置上述液氦流道的基础上，超导线圈设置在线圈骨架1上的方式，可以为缠绕在线圈骨架1的外表面上，或镶嵌在线圈骨架1的内表面上，此两种方式均可以实现线圈骨架1对超导线圈的固定，所以本实施例对此不做限定。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，线圈骨架的整体及部分结构可通过对上述各个部分的结构进行组合而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种线圈骨架，用于固定超导线圈，其特征在于，所述线圈骨架的内表面和外表面之间设置有用于引导液氦以使所述液氦冷却所述超导线圈，从而维持所述超导线圈处于超导态的液氦流道。

2.根据权利要求1所述的线圈骨架，其特征在于，具有所述液氦流道的所述线圈骨架为在铸造模具中预设金属管道，并向所述铸造模具中注入浇铸材料而铸造成型的铸造骨架。

3.根据权利要求1所述的线圈骨架，其特征在于，所述线圈骨架为圆筒状，所述液氦流道包括：

多个弧形分流流道；

连通全部所述分流流道的进口，将所述液氦导入所述分流流道中的第一汇流流道，所述第一汇流流道的进口端伸出所述线圈骨架，并与液氦储罐连通；

连通全部所述分流流道的出口，将所述分流流道内的所述液氦导出的第二汇流流道，所述第二汇流流道的出口端伸出所述线圈骨架，并与储气罐连通。

4.根据权利要求3所述的线圈骨架，其特征在于，各个所述分流流道分别位于垂直于所述线圈骨架轴线的不同平面内。

5.根据权利要求3所述的线圈骨架，其特征在于，全部所述分流流道在所述线圈骨架的轴向上等间距设置，并且全部所述分流流道的进口和出口均位于同一高度上。

6.根据权利要求5所述的线圈骨架，其特征在于，所述第一汇流流道和所述第二汇流流道平行于所述线圈骨架的轴线设置，并分别位于所述线圈骨架的轴线所在的竖直平面的两侧。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的线圈骨架，其特征在于，所述线圈骨架为圆筒状，所述液氦流道为设置在所述线圈骨架内的螺旋型流道。

8.一种核磁共振成像装置，包括线圈骨架和超导线圈，其特征在于，所述线圈骨架为上述1-7中任意一项所述的线圈骨架。

9.根据权利要求8所述的核磁共振成像装置，其特征在于，所述超导线圈缠绕在所述线圈骨架的所述外表面上，或镶嵌在所述线圈骨架的所述内表面上。