CN106415297A - 用于在磁共振成像系统中使用的具有射频屏蔽的空气通风系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在磁共振成像系统中使用的空气通风设备，所述空气通风设备包括：电机驱动风扇(30)，具有至少一个进气口(36)和至少一个排气口(38)的风扇外壳(34)，其中，所述风扇(30)被布置在所述风扇外壳(34)的内部、在所述至少一个进气口(36)与所述至少一个排气口(38)之间，至少一个通风管道(40)，其被连接到所述至少一个排气口(38)，其中，所述风扇外壳(34)被设计为终端开口波导(24)，所述终端开口波导用于传送具有大于超过预定义幅度相关参数的发射谱的最大频率的截止频率(fc)的电磁波，并且其中所述波导(24)的一端用作所述至少一个进气口(36)，并且所述波导(24)的相对端用作所述至少一个排气口(38)；以及一种磁共振成像系统，其包括：扫描器单元(10)，其被配置用于采集来自有些感兴趣的对象的磁共振图像；以及这样的空气通风设备的实施例。

Description

用于在磁共振成像系统中使用的具有射频屏蔽的空气通风 系统
技术领域
本发明涉及用于在磁共振成像系统中使用的空气通风设备以及包括诸如此类的空气通风设备的磁共振成像系统。
背景技术
在磁共振成像领域中，已知采用具有风扇的空气通风系统用于使患者或磁共振成像系统的扫描器单元的其他部件冷却。例如，在美国专利申请2005/0030028 A1中描述了用于使诸如空气的冷却剂流通以使磁共振成像系统的圆柱形患者膛冷却的冷却系统。美国专利申请US 2009/0134875公开了具有管道和风扇以使RF线圈的电路元件的冷却空气流通的磁共振成像系统的冷却单元。风扇被提供在屏蔽室之外，以避免风扇的电气系统影响由RF线圈接收到的信号。
从效率考虑，优选将风扇放置在扫描器单元通常被安装在其中的射频屏蔽室的内部。在这样的群集中，必须采取措施(例如通过在风扇周围安装射频屏蔽)以避免在操作中的风扇与扫描器单元的电磁干扰(EMI)-易感电子器件之间的EMI。
发明内容
期望减少用于满足关于由磁共振成像系统中的空气通风设备引起的最大容许电磁干扰的要求的工作，在所述磁共振成像系统中空气通风设备的风扇与磁共振成像系统的扫描器单元一起被放置在射频屏蔽室的内部。
因此，本发明的目的是提供有效地工作且简化的空气通风设备，其也能够有效地减少或避免在操作中来自由空气通风设备生成的电磁信号的电磁干扰。
在本发明的一个方面中，由一种用于在磁共振成像系统中使用的空气通风设备实现该目的，所述空气通风设备包括：
-电机驱动风扇，其中，所述风扇在操作期间生成形成发射谱的电磁干扰的信号，
-具有至少一个进气口和至少一个排气口的风扇外壳，其中，所述风扇被布置在外壳的内部、在所述至少一个进气口与所述至少一个排气口之间，并且被配置为在至少一个操作状态中通过所述至少一个进气口吸取空气并且朝向所述至少一个排气口传送空气，以及
-被提供作为流体连接的至少一个通风管道，其在至少一个操作状态中被连接到所述至少一个排气口，并且能连接到所述磁共振成像系统的扫描器单元的至少一个空气通风入口端口。
所述风扇外壳被设计为针对电磁波(尤其是射频波)的终端开口波导，所述电磁波具有大于超过预定义幅度相关参数的发射谱的最大频率的截止频率。波导的一端用作至少一个进气口，并且波导的相对端用作至少一个排气口。
如本申请中使用的，短语“射频波”应当被具体地理解为包含在30kHz与300MHz之间的电磁波的频率范围。
波导被设计用于在电磁波的频率大于波导的截止频率时传送在它们的端点之间的电磁波。其频率低于截止频率的电磁波不能够在波导内传播。其幅度是在传播方向上非常有效地(即指数地)被衰减。也就是说，波导用作高通滤波器，其截止频率被应用到高通特征边缘。例如，低于截止频率的衰减被设置为3dB、30dB或100dB。
用这种方式，能够实现将风扇外壳的引导由风扇在进气口处吸取的空气朝向排气口外壳的功能和将在操作期间由风扇生成的电磁干扰的信号包含在空气通风设备的一个部件(即终端开口波导)中以免与扫描器单元的EMI-易感电子器件干扰的功能进行组合。能够减少空气通风设备的部件的数量，并且能够简化构造，节省重量、空间和成本。
在优选实施例中，波导具有在垂直于波导的引导方向的平面中并且在沿着波导的引导方向的至少一个连续部分中的均匀横截面区域。通过这，能够容易地确定满足关于在期望气流速率的最大容许压降和电磁干扰的所生成的信号的最小期望衰减的要求的设计参数。
因为具有低于波导的截止频率的频率的电磁波被指数地衰减，所以在波导的沿着传播方向的长度与波导的垂直于传播方向的最大尺寸的比率被设计为位于在2与10之间的范围中时能够实现在操作期间由风扇生成的电磁干扰的信号的充分衰减。
一般地，波导的均匀横截面区域能够具有任何形状。优选地，均匀横截面区域是正多边形的形状(例如三角形或矩形)、圆形的形状或椭圆形的形状中的一种。对于具有这些形状中的任何的横截面区域的波导，从理论考虑能够容易地获得截止频率而不必执行任何试验。另外，矩形或圆形横截面区域的波导被广泛使用并且因此商业上可用于大范围的频率。
例如，对于具有矩形横截面区域的波导，频率能够容易地通过以下公式来确定：
其中，a指示矩形的长边，并且c0指示真空中的光的速度。
对于具有0.3m的长边的矩形波导，获得500MHz的截止频率，并且在操作期间由风扇生成的其频率在500MHz的截止频率以下的电磁干扰的任何信号将沿着传播方向被指数地衰减。
在另一优选实施例中，波导由非金属材料制成，其中，波导的内表面被涂覆有导电涂层。如对本领域技术人员显而易见的，归因于皮层效应，电磁波的电磁场能够穿透到材料中，仅仅到由被已知为穿透深度的参数表征的程度。在正常皮层效应的方案中，通过以下公式给出穿透深度：
其中，σ是材料的导电率，ω是角频率2π.f，其中f是电磁波的频率，并且μ0指示1.257.10-6Vs/Am的磁常数。
例如，对于铜层(σ＝5.6.107(Ωm)-1)和具有300kHz的频率的电磁波，皮层深度约为125μm。如果铜层为至少0.5mm(＝4.δ)厚，则将几乎不存在关于指定频率的电磁波的穿透的铜散装材料的显著差异。
由此，能够通过利用公式(2)根据在操作期间对使由风扇生成的电磁干扰的信号衰减的要求来设计在波导的内表面处的导电涂层的厚度。导电涂层的优选材料是铜和铝。通过将非金属材料(例如塑性材料)用于波导并且通过将其涂覆有导电涂层，能够显著减少风扇的重量，而同时能够保持关于在操作期间包含由风扇生成的电磁干扰的信号的有利性质。
在一个实施例中，通过应用依附到非金属材料的导电涂料来制备导电涂层。在一个实施例中，导电涂层包括被附接到非金属材料的导电箔。在一个实施例中，导电涂层包括复合材料，所述复合材料包括塑性材料和导电金属或碳纤维。原则上，导电涂层可以包括对本领域技术人员而言看起来适合的任何材料。
在本发明的另一方面中，如本文中所公开的空气通风设备中的任何的实施例或其组合与磁共振成像系统的扫描器单元一起被布置在射频屏蔽室中，其中，至少一个通风管道被连接到扫描器单元的至少一个空气通风入口端口。
在一个实施例中，波导被通电地耦合到射频屏蔽室。用这种方式，波导具有限定的且稳定的电位，并且防止了关于射频屏蔽室的归因于电容耦合的风扇外壳的电位的偏移。在一个实施例中，射频移位室被连接到地面。
在另一优选实施例中，所述风扇外壳包括至少一个射频馈通，所述至少一个射频馈通用于接收被配置用于向所述风扇提供电力的至少一个电气导线。射频馈通的实施例对本领域技术人员是常见的。例如，射频馈通可以包括电容，其功能是对于高频率向电气接地提供短路。用这种方式，能够防止在操作期间由风扇生成的电磁干扰的信号经由电力导线的传播。
在本发明的又一方面中，提供了一种磁共振成像系统，其包括扫描器单元，所述扫描器单元被配置用于采集来自感兴趣的对象的磁共振图像，其中，所述磁共振成像系统还包括本文中所公开的空气通风设备中的任何的实施例或其组合。
附图说明
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考下文描述的实施例得以阐述。然而，这样的实施例不必表示本发明的完整范围，并且为了解释本发明的保护范围，参考权利要求和本文。
在附图中：
图1示意性地图示了与磁共振成像系统的扫描器单元一起布置在射频屏蔽室中的根据本发明的空气通风设备。
附图标记列表
10 扫描器单元
12 检查空间
14 空气通风进气口
16 射频屏蔽室
18 电气接地连接
20 铜接线柱
22 馈通
24 波导
26 铜箔
28 传播方向
30 风扇
32 电气导线
34 风扇外壳
36 进气口
38 排气口
40 通风管道
d 波导直径
fc 截止频率
具体实施方式
图1是根据本发明的空气通风设备的示意图。空气通风设备适于用于在磁共振成像系统中使用，并且与磁共振成像系统的扫描器单元10一起被布置在射频屏蔽室16中，所述射频屏蔽室被提供具有电气接地连接18。扫描器单元10是普遍的膛式磁共振扫描器之一。检查空间12被提供在扫描器单元磁体的膛内以将感兴趣的对象放置在其内以用于采集磁共振图像。扫描器单元10包括空气通风入口端口14，其用于接收来自空气通风设备的空气。空气通风入口端口14被连接到被布置在扫描器单元10内的用于分布接收到的空气的歧管(未示出)以，具体地被连接到检查空间12并且被连接到扫描器单元10的梯度线圈(未示出)。
空气通风设备包括电机驱动风扇30，所述电机驱动风扇在操作期间生成形成发射谱的电磁干扰的信号。由发射谱的功率谱密度(用W.Hz-1/2表示)给定的最大容许幅度相关参数被预定义，其确保电磁干扰的信号将不干扰扫描器单元10的EMI-易感电子器件(未示出)。在达到或超过预定义最大容许功率谱密度处的发射谱的最大频率位于大约1MHz。
另外，空气通风设备包括具有进气口36和排气口38的风扇外壳34。风扇30被布置风扇外壳34内部、在进气口36与排气口38之间，并且被配置为在活动操作状态中通过进气口36进气并且朝向排气口38传送空气。风扇30被安装在风扇外壳34中，使得风扇30不能够被在风扇外壳34内从进气口36到排气口38的方向上的空气绕过。例如由波纹管式软管形成的柔性通风管道40被提供作为流体连接，其在准备操作状态中利用其一端被连接到排气口38，并且利用其相对端被连接到磁共振成像系统的扫描器单元10的空气通风入口端口14。
风扇外壳34被设计为波导24的终端开口片，其用于传送电磁波。终端开口波导24的一端用作进气口36，并且终端开口波导24的相对端用作排气口38。在被布置为垂直于电磁波的传播方向28的平面中，波导24具有在传播方向28上沿着其完全延伸的圆形的均匀横截面区域。在图1中，传播方向28位于绘图平面中。
波导24主要由非金属材料(具体地为塑性材料)制成，并且因此是轻量级的。其整个内表面是作为导电涂层的具有2mm厚度的铜箔26的铜包。导电涂层通过具有低电感的铜接线柱20被通电地耦合到射频屏蔽室16，以便也对于巨大射频可靠地向波导24提供接地电位。
风扇外壳34被配备具有两个射频馈通221、222，其用于接收一个电气导线321、322，其每个被配置用于向风扇30提供电力。在风扇外壳34处的射频馈通221、222被通电地连接到铜箔26。以相同的方式，射频屏蔽室16包括两个射频馈通223、224，其用于接收两个电气导线321、322。馈通223、224被通电地连接到射频屏蔽室16。
波导24的均匀横截面区域的圆形形状具有200mm的直径d。波导24的沿着传播方向28的长度与波导24的垂直于传播方向28的直径的比率被设计为位于在2与10之间的范围中，并且具体地大约为2.8。
对于圆形波导，通过以下公式给出能够在波导24内传播的任何电磁波的最低频率的截止频率fc：
其得到大约880MHz的波导24的截止频率fc。
因此波导24的截止频率fc远大于超过由功率谱密度形成的预定义幅度相关参数的发射谱的最大频率(1MHz)。因此在操作期间由风扇30生成的电磁干扰的信号在波导24的传播方向28上被指数地衰减，并且当退出波导24时，不能够引起与扫描器单元10的EMI易感电子器件的任何不容许的干扰。
尽管已经在附图和前述描述中详细说明并描述了本发明，这样的图示和描述被认为是说明性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践所主张的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (9)

1.一种用于在磁共振成像系统中使用的空气通风设备，所述空气通风设备包括:
-电机驱动风扇(30)，其中，所述风扇(30)在操作期间生成形成发射谱的电磁干扰的信号，
-具有至少一个进气口(36)和至少一个排气口(38)的风扇外壳(34)，其中，所述风扇(30)被布置在所述风扇外壳(34)的内部、在所述至少一个进气口(36)与所述至少一个排气口(38)之间，并且被配置为在至少一个操作状态中通过所述至少一个进气口(36)吸取空气并且朝向所述至少一个排气口(38)传送空气，
-被提供作为流体连接的至少一个通风管道(40)，其在至少一个操作状态中被连接到所述至少一个排气口(38)，并且能连接到所述磁共振成像系统的扫描器单元(10)的至少一个空气通风入口端口(14)，
其中，所述风扇外壳(34)被设计为终端开口波导(24)，所述终端开口波导用于传送具有大于超过预定义幅度相关参数的所述发射谱的最大频率的截止频率(fc)的电磁波，并且其中，所述波导(24)的一端用作所述至少一个进气口(36)，并且所述波导(24)的相对端用作所述至少一个排气口(38)。
2.根据权利要求1所述的空气通风设备，其中，所述波导(24)具有在垂直于所述波导(24)的传播方向(28)的平面中并且在沿着所述波导(24)的所述传播方向(28)的至少一个连续部分中的均匀横截面区域。
3.根据权利要求1或2所述的空气通风设备，其中，所述波导(24)的沿着所述传播方向(28)的长度与所述波导(24)的垂直于所述传播方向(28)的最大尺寸(d)的比率被设计为位于在2与10之间的范围中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的空气通风设备，其中，所述波导(24)的均匀横截面区域是矩形、圆形或椭圆形中的一种。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的空气通风设备，其中，所述波导(24)由非金属材料制成，其中，所述波导(24)的内表面被涂覆有导电涂层(26)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的空气通风设备，其中，所述空气通风设备与所述磁共振成像系统的所述扫描器单元(10)一起被布置在射频屏蔽室(16)中，其中，所述至少一个通风管道(40)被连接到所述扫描器单元(10)的所述至少一个空气通风入口端口(14)。
7.根据权利要求6所述的空气通风设备，其中，所述波导(24)被通电地耦合到所述射频屏蔽室(16)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的空气通风设备，其中，所述风扇外壳(34)包括至少一个射频馈通(22)，所述至少一个射频馈通用于接收被配置用于向所述风扇(30)提供电力的至少一根电气导线(32)。
9.一种磁共振成像系统，包括：
-扫描器单元(10)，其被配置用于采集来自有些感兴趣的对象的磁共振图像，以及
-根据权利要求1至8中的任一项所述的空气通风设备。
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