CN116068472A - 用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及其制作方法，涉及磁共振设备技术领域。冷却系统包括水冷层，水冷层包括至少两个沿着周向依次排布的冷却部形成的环形结构，冷却部包括至少一个冷却管，每个冷却部均具有单独的进口和出口，进口和出口位于冷却部在轴向上的端部。相比于现有技术中采用单独的冷却管缠绕整个梯度线圈进行冷却的现有技术，本申请中的冷却系统，由于其在周向上依次排布至少两个冷却部，用于在周向上对冷却对象的部分区域进行冷却，各冷却部具有单独的进口和出口，可分别连接对应的制冷机，降低制冷机扬程对冷却管长度的约束，可分别确保每个冷却部对对应的冷却区域的冷却效率，从而提高对梯度线圈整体的冷却效率。

Description

用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及其制作方法

技术领域

本发明涉及磁共振设备技术领域，特别涉及一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及其制作方法。

背景技术

梯度线圈系统是磁共振系统里面的大功率必要部件之一。梯度线圈系统的功能是通过分别向径向梯度线圈(X和Y)和轴向梯度线圈(Z)通电，来产生三个彼此正交方向的线性梯度场，以提供成像的层面选取、频率和相位编码。通电的梯度线圈会产生大量的焦耳热而使梯度线圈温度上升。温度过高，会导致梯度线圈的结构强度和绝缘性能下降，多采用水冷方式进行冷却。

目前的一种冷却系统中，螺旋管以梯度线圈的轴向中心线为中心、呈螺旋状缠绕，构成水冷呈。其中，为提供给患者更舒适的检查空间，往往要求梯度线圈壁厚尽可能小，所以用于布置水冷系统的空间有限，冷却管的管径不能过大，但是，制冷机扬程一般在20m~30m之间，冷却管直径越小，管路则需要越短，所以冷却管通常长度小且孔径小，导致冷却效率较低。

因此，如何提高冷却效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及制作该冷却系统的制作方法，可提高冷却效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统，包括水冷层，所述水冷层包括至少两个沿着周向依次排布的冷却部形成的环形结构，所述冷却部包括至少一个冷却管，每个所述冷却部均具有单独的进口和出口，所述进口和所述出口位于所述冷却部在轴向上的端部。

优选地，所述冷却部中：包括至少两个所述冷却管，且各所述冷却管在周向上并列排布且均沿着预设路径弯折，以使所述冷却部构成弯折管路；其中，所述预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻所述U形路径的开口方向朝向轴向并相反。

优选地，各所述冷却部的进口和出口在轴向上位于同一端，所述进口通过软管连接于第一分路歧管，所述出口通过软管连接于第二分路歧管，所述第一分路歧管和所述第二分路歧管分别通过对应的软管连接于制冷机。

优选地，所述水冷层在径向上的至少一侧设置工作层，且所述水冷层通过连接层与相邻的所述工作层连接；所述连接层上设置安装凹槽，所述冷却管的至少部分结构固定于所述安装凹槽中。

优选地，所述连接层包括包裹于所述工作层上的玻璃丝布层和设于所述玻璃丝布层与所述水冷层之间的环氧树脂层。

一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统的制作方法，所述制作方法包括：

将至少两个冷却部沿着周向依次排布，以形成环形的水冷层；

其中，所述冷却部包括至少一个冷却管，每个所述冷却部均具有单独的进口和出口，所述进口和所述出口位于所述冷却部在轴向上的端部。

优选地，在所述将至少两个冷却部沿着周向依次排布之前，还包括：加工各所述冷却部；

所述加工各所述冷却部，包括：

将至少两个所述冷却管在周向上并列排布且均沿着预设路径弯折，以构成弯折管路并作为所述冷却部；

其中，所述预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻所述U形路径的开口方向朝向轴向并相反。

优选地，所述加工各所述冷却部中，在所述构成弯折管路并作为所述冷却部之后，还包括：

将所述冷却部进行弯折以构成弧形结构，使所述水冷层形成圆环结构。

优选地，所述将至少两个冷却部沿着周向依次排布之前，还包括：

在选定的工作层上设置连接层，并在所述连接层上设置安装凹槽；

在所述将至少两个冷却部沿着周向依次排布的过程中，所述冷却部中的所述冷却管的至少部分结构固定于所述安装凹槽中。

优选地，在所述水冷层上，各所述冷却部的进口和出口在轴向上位于同一端；

在所述形成环形的水冷层之后，还包括：

将所述进口通过软管连接于第一分路歧管，将所述出口通过软管连接于第二分路歧管，将所述第一分路歧管和所述第二分路歧管分别通过对应的软管连接于制冷机。

本发明提供的用于磁共振系统梯度系统的冷却系统，包括水冷层，所述水冷层包括至少两个沿着周向依次排布的冷却部形成的环形结构，所述冷却部包括至少一个冷却管，每个所述冷却部均具有单独的进口和出口，所述进口和所述出口位于所述冷却部在轴向上的端部。

相比于现有技术中采用单独的冷却管缠绕整个梯度线圈进行冷却的现有技术，应用本实施例中的冷却系统，由于其在周向上依次排布至少两个冷却部，用于在周向上对冷却对象的部分区域进行冷却，每个冷却部具有单独的进口和出口，可分别连接对应的制冷机，降低制冷机扬程对冷却管的长度的约束，可分别确保每个冷却部对对应的冷却区域的冷却效率，从而提高对梯度线圈整体的冷却效率。

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为本发明所提供冷却系统的冷却部在弯曲成弧形前的结构图；

图2为本发明所提供冷却系统的冷却部在弯曲成弧形后的结构图；

图3为本发明所提供冷却系统的结构图；

图4为图3的II放大图；

图5为本发明所提供冷却系统的另一种冷却部在弯曲成弧形前的结构图；

图6为本发明所提供冷却系统的另一种冷却部在弯曲成弧形后的结构图；

图7为图6的A放大图；

图8为本发明所提供冷却系统的连接部的结构图；

图9为本发明所提供冷却系统的水冷层与工作层的排布简图；

图10为本发明所提供冷却系统的另一种水冷层与工作层的排布简图；

图11为本发明所提供冷却系统的水冷层与线圈层的具体排布图；

图12为本发明所提供冷却系统的冷却部进出口连接图。

附图标记：

冷却部1，冷却管11，进口12，出口13；

连接层2，安装凹槽21；

水冷层3，第一水冷层31，第二水冷层32；

工作层4；

第一分路歧管51，第二分路歧管52；

主线圈骨架层61，X主线圈层62，Y主线圈层63，Z主线圈层64，shim线圈层65，匀场层66，Z副线圈层67，X副线圈层68，Y副线圈层69。

具体实施方式

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、完整地描述，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。

本发明的核心是提供一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及制作该冷却系统的制作方法，可提高冷却效率。

本发明所提供磁共振系统梯度系统中的冷却系统，请参考图1至图12，包括水冷层3，水冷层3包括至少两个沿着周向依次排布的冷却部1形成的环形结构。优选地，各冷却部1均成弧形结构，以使水冷层构成圆环结构。

其中，冷却部1包括至少一个冷却管11，每个冷却部1均具有单独的进口12和出口13，进口12和出口13位于冷却部1在轴向上的端部。如图9所示，水冷系统中，水冷层3可以仅设置一个；又或者，在空间允许的情况下，如图10和图11所示，水冷层3也可以设置两个，分为第一水冷层31和第二水冷层32，以提高冷却效率。

相比于现有技术中采用单独的冷却管11缠绕整个梯度线圈进行冷却的现有技术，应用本实施例中的冷却系统，由于其在周向上依次排布至少两个冷却部1，用于在周向上对冷却对象的部分区域进行冷却，每个冷却部1具有单独的进口12和出口13，可分别连接对应的制冷机，降低制冷机扬程对冷却管11的长度的约束，可分别确保每个冷却部1对对应的冷却区域的冷却效率，从而提高对梯度线圈整体的冷却效率。

进一步地，如图1所示，在各冷却部1中：包括至少两个冷却管11，且各冷却管11在周向上并列排布且各冷却管11均沿着预设路径弯折，以使冷却部1构成弯折管路。

其中，预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻U形路径的开口方向朝向轴向并相反，可保证冷却的全面性。参考图1，预设路径包括5个U形路径依次对接构成，轴向对应为左右方向，5个U形路径的开口方向依次为向左、向右、向左、向右、向左。

其中，可选地，参考图1，冷却部1中的冷却管11可设置为三个，又或者，参考图5至图7，冷却部1中的冷却管11也可以设置为两个。当然，在其他实施例中，冷却部1中的冷却管11也可为四个或者其他数量。又或者，在其他实施例中，冷却部1中也可以只设置一个冷却管11，具体为平行于轴向延伸的直管。

进一步地，如图4和图12所示，各冷却部1的进口12和出口13在轴向上位于同一端，冷却部1的进口12通过软管连接于第一分路歧管51，冷却部1的出口13通过软管连接于第二分路歧管52。第一分路歧管51和第二分路歧管52分别通过对应的软管连接于制冷机。

其中，每个冷却管11均具有单独的单管进口和单管出口，在冷却部1中，各冷却管11的单管进口共同构成冷却部1的进口12，各冷却管11的单管出口共同构成冷却部1的出口13。也就是说，每个冷却部1中各冷却管11的单管进口集中在一块、单管出口集中在一块且与进口12相间隔放置，便于连接制冷机。

其中，对于每个制冷机，根据其扬程以及冷却部1的长度、直径等参数，可以连接一个或者多个冷却部1，制冷机的具体数量可以根据冷却部1的需求确定。

本实施例中，软管通常为非金属管，采用软管连接，可有效避免冷却管11使用金属材质时候构成回路形成涡流而影响梯度性能。

进一步地，如图9和图10所示，水冷层3在径向上的至少一侧设置工作层4，且水冷层3通过连接层2与相邻的工作层4连接。其中，如图8所示，连接层2上设置安装凹槽21，冷却管11的至少部分结构固定于安装凹槽21中，可以对冷却管11进行可靠固定。具体地，水冷层3在径向上的内外两侧可以分别设置连接层2，以使两个连接层2上的安装凹槽21将冷却管11在轴向上的至少部分结构全面包裹。

其中，工作层4可以为线圈层或者匀场层66。如图11所示，梯度线圈具体包括：X梯度线圈，其分为X主线圈层62和X副线圈层68；Y梯度线圈，其分为Y主线圈层63和Y副线圈层69；Z梯度线圈，其分为Z主线圈层64和Z副线圈层67。对于水冷层3相邻的线圈层，可以为以上六个线圈层中的一者，也可以为shim线圈层65（shim为匀场）。本实施例中，对于第一水冷层31，径向上两侧分别与Z主线圈和shim线圈层65相邻，对于第二水冷层32，径向两侧分别为shim线圈和匀场层66相邻。

进一步地，连接层2包括包裹于工作层4上的玻璃丝布层和设于玻璃丝布层与水冷层3之间的环氧树脂层，可确保连接层2具有较好的导热能力，进一步提高冷却效率。

本申请中提供的冷却系统，其可以解决普通水路绕制沿程损失大的问题，水冷层3的设置不受梯度孔径、长度限制，能够满足大功率梯度制冷需求；可提前预制管路，可批量生产，效率高；每个冷却部1中各冷却管11的进口12集中在一块、出口13集中在一块且与进口12相间隔放置，排布规则，更容易布置管路；采用软管连接，可有效避免冷却管11使用金属材质时候构成回路形成涡流影响梯度性能。

除了上述冷却系统，本发明还提供了一种磁共振系统梯度系统中的冷却系统的制作方法，该制作方法用于制作冷却系统，具体可以为以上任一实施例中提供的冷却系统，有益效果可以相应参考以上各个实施例。

冷却系统的制作方法具体包括以下步骤：

S2：将至少两个冷却部1沿着周向依次排布，以形成环形的水冷层3。其中，冷却部1包括至少一个冷却管11，每个冷却部1均具有单独的进口12和出口13，进口12和出口13位于冷却部1在轴向上的端部。

本实施例中，冷却部1采用多管并绕结构，冷却管11之间相互间隔布置，可以解决管路沿程损失大的问题，可根据梯度长度、水冷层3空间大小、需求流量根据达西公式来选择最合适的方案，实现大口径、大功率梯度线圈冷却。例如：在水冷机扬程内，由40根单管组成水冷层，如果单管长度在12m，内径仅4mm下，梯度冷却水流量最高可达80L/min，完全能够满足梯度制冷需求。

进一步地，在S2之前，还包括：S11:加工各冷却部1。

其中，S11具体包括：

S1101：将至少两个冷却管11在周向上并列排布且均沿着预设路径弯折，以构成弯折管路并作为冷却部1。

其中，预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻U形路径的开口方向朝向轴向并相反。

其中，在弯折过程中，相邻冷却管11之间保持相同的间距，可选地，冷却管11的管外径为R，该间距为1.5R。此间距可保证管路比较容易制作，同时也可以在水冷层布置更多冷却管11路，以提高热交换效。另外，冷却管11的最大长度与冷却管11的截面积有关，可通过达西公式计算得出，冷却管11的进出口13设置可以设置快速接头或水管宝塔接头，以方便与其他结构或冷却管11的连接。

S1102：将冷却部1进行弯折以构成弧形结构，使水冷层形成圆环结构。

其中，该弧形结构的半径应根据其相邻的工作层4的半径进行确定。例如，该弧形结构的内径等于或者略大于其相邻内侧的工作层4的外径。

进一步地，在S2之前，还包括S12，其中，S12和与S11同时进行，或者在S11之前或之后进行。

S12：在选定的工作层4上设置连接层2，并在连接层2上设置安装凹槽21。

其中，安装凹槽21的槽深可以为冷却管11直径的1/2,以在径向上包裹住至少一半的冷却管11。相应地，在S2中进行将至少两个冷却部1沿着周向依次排布的过程中：冷却部1中的冷却管11的至少部分结构固定于安装凹槽21中。

进一步地，在S2之后，还包括：

S3：将进口12通过软管连接于第一分路歧管51，将出口13通过软管连接于第二分路歧管52，将第一分路歧管51和第二分路歧管52分别通过对应的软管连接于制冷机，具体连接到制冷机的歧管上。

其中，在水冷层3上，各冷却部1的进口12和出口13在轴向上位于同一端。另外，制冷机具体为水冷机。

当然，在其他实施例中，也可以将排布好水冷层3与工作层的位置关系后，再加工连接层2。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的用于磁共振系统梯度系统的冷却系统及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统，其特征在于，包括水冷层（3），所述水冷层（3）包括至少两个沿着周向依次排布的冷却部（1）形成的环形结构，所述冷却部（1）包括至少一个冷却管（11），每个所述冷却部（1）均具有单独的进口（12）和出口（13），所述进口（12）和所述出口（13）位于所述冷却部（1）在轴向上的端部。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却部（1）中：包括至少两个所述冷却管（11），且各所述冷却管（11）在周向上并列排布且均沿着预设路径弯折，以使所述冷却部（1）构成弯折管路；其中，所述预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻所述U形路径的开口方向朝向轴向并相反。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，各所述冷却部（1）的进口（12）和出口（13）在轴向上位于同一端，所述进口（12）通过软管连接于第一分路歧管（51），所述出口（13）通过软管连接于第二分路歧管（52），所述第一分路歧管（51）和所述第二分路歧管（52）分别通过对应的软管连接于制冷机。

4.根据权利要求1至3任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷层（3）在径向上的至少一侧设置工作层（4），且所述水冷层（3）通过连接层（2）与相邻的所述工作层（4）连接；所述连接层（2）上设置安装凹槽（21），所述冷却管（11）的至少部分结构固定于所述安装凹槽（21）中。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述连接层（2）包括包裹于所述工作层（4）上的玻璃丝布层和设于所述玻璃丝布层与所述水冷层（3）之间的环氧树脂层。

6.一种用于磁共振系统梯度系统的冷却系统的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

将至少两个冷却部（1）沿着周向依次排布，以形成环形的水冷层（3）；

其中，所述冷却部（1）包括至少一个冷却管（11），每个所述冷却部（1）均具有单独的进口（12）和出口（13），所述进口（12）和所述出口（13）位于所述冷却部（1）在轴向上的端部。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在所述将至少两个冷却部（1）沿着周向依次排布之前，还包括：加工各所述冷却部（1）；

所述加工各所述冷却部（1），包括：

将至少两个所述冷却管（11）在周向上并列排布且均沿着预设路径弯折，以构成弯折管路并作为所述冷却部（1）；

其中，所述预设路径包括若干个沿着周向依次排布并对接的U形路径，相邻所述U形路径的开口方向朝向轴向并相反。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述加工各所述冷却部（1）中，在所述构成弯折管路并作为所述冷却部（1）之后，还包括：

将所述冷却部（1）进行弯折以构成弧形结构，使所述水冷层形成圆环结构。

9.根据权利要求6至8任一项所述的制作方法，其特征在于，所述将至少两个冷却部（1）沿着周向依次排布之前，还包括：

在选定的工作层（4）上设置连接层（2），并在所述连接层（2）上设置安装凹槽（21）；

在所述将至少两个冷却部（1）沿着周向依次排布的过程中，所述冷却部（1）中的所述冷却管（11）的至少部分结构固定于所述安装凹槽（21）中。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，在所述水冷层（3）上，各所述冷却部（1）的进口（12）和出口（13）在轴向上位于同一端；

在所述形成环形的水冷层（3）之后，还包括：

将所述进口（12）通过软管连接于第一分路歧管（51），将所述出口（13）通过软管连接于第二分路歧管（52），将所述第一分路歧管（51）和所述第二分路歧管（52）分别通过对应的软管连接于制冷机。

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