CN117075012B - 一种用于四肢关节的超高场超导磁体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振设备技术领域，公开了一种用于四肢关节的超高场超导磁体，包括同轴套设在一起的常温层内筒和常温层外筒，常温层内筒和常温层外筒的两端通过常温层端板密封连接，常温层内筒环绕形成检测腔，位于检测腔入口一端的常温层端板和常温层外筒上分别设有避让缺口，避让缺口上密封安装有常温层避让板，常温层避让板用于避让检查者非成像腿的放置位置，常温层避让板避开支撑点的安装位置；本发明常温层避让板的设置可以兼顾磁体大口径和使用者的舒适性设计，同时不影响常温层支撑点的安装位置，大大减小使用者两腿分开的角度，提高使用者的舒适度。

Description

一种用于四肢关节的超高场超导磁体

技术领域

本发明涉及磁共振设备技术领域，尤其涉及一种用于四肢关节的超高场超导磁体。

背景技术

超导磁体磁共振设备是指磁体为超导磁体的磁共振成像设备。其具有磁场强度高，磁场均匀度好，耗能低，信噪比高，扫描速度快等优点。广泛的应用于医疗及科研检测。

超导磁体主要由低温层、冷屏层、常温层、主线圈和屏蔽线圈组成。冷屏层包括冷屏层内筒、冷屏层外筒和冷屏层端板；常温层同样由常温层内筒、常温层外筒和常温层端板组成。其外形结构如图1所示，内部剖视图如图2所示，通过层嵌套的方式组合在一起。

低温层提供了固定主线圈和屏蔽线圈的位置，其材料常为304不锈钢。

冷屏层的外部有多层绝热，大幅度减少通过辐射对低温层的传热。为了提高冷屏层导冷的效率，冷屏层的材质常为纯铝，其机械强度较低。在磁体失超时，由于纯铝的电阻特别低，此时冷屏层端板会产生特别大的涡流，根据楞次定律，此时冷屏层端板会受到很大的指向磁体中心方向的力，极易破坏冷屏层端板的结构。

常温层为冷屏层和低温层提供了支撑点并对整个磁体进行了密封，在常温层外筒靠近常温层端板处的一周，通常有三至四个支撑点，拉杆的一端固定在支撑点上，另一端与冷屏层，低温层分别进行连接，使冷屏层，低温层和常温层处于相对悬浮的状态。其材料常为304不锈钢。

常温层和低温层之间为真空状态，防止通过对流传热的方式对低温层传热。

由图1和图2可知，磁体的口径为常温层内筒的内径，其决定了进行磁共振成形物体的最大尺寸和成像时因为空间导致的舒适性。

四肢关节磁共振成像设备是一种专用于对人体的四肢关节进行成像的磁共振系统。其磁体口径较小，成像效果特别好。患者通常将需要成像的腿或胳膊伸入成像区域，当需要成像的腿伸入成像区域时，另一条腿会在磁体的外侧，呈现出如图3所示的两腿大角度分开的姿态。当磁体外径较大时，患者两腿分开角度过大时，使用者会出现明显不适的状态，舒适感较差。因此，四肢关节磁共振用磁体的外径通常较小即常温层外筒的直径较小，以增加使用者的舒适性。通过图1可知，当常温层外筒的直径很小时，磁体口径也会很小。磁体口径的减小限制了被测物体的大小和使用者需要成像部位的舒适度，限制肥胖及粗腿病人的使用。因此现有磁体结构不能实现兼顾磁体大口径和使用者的舒适性；需要一款保证磁体大内径的同时又能给患者减少不适状态的成像设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种兼顾磁体大口径和使用者舒适性，并能提高冷屏层端板的机械强度，同时不影响常温层支撑点位置的一种用于四肢关节的超高场超导磁体。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于四肢关节的超高场超导磁体，包括同轴套设在一起的常温层内筒和常温层外筒，所述常温层内筒和所述常温层外筒的两端通过常温层端板密封连接，所述常温层内筒环绕形成检测腔，位于所述检测腔入口一端的所述常温层端板和所述常温层外筒上分别设有避让缺口，所述避让缺口上密封安装有常温层避让板，所述常温层避让板用于避让检查者非成像腿的放置位置。所述常温层避让板避开支撑点的安装位置。

作为优选的技术方案，所述常温层避让板包括中心锥度板，所述中心锥度板的上部设有上端弧形过渡板，所述中心锥度板的下部设有下端弧形过渡板。

作为优选的技术方案，所述中心锥度板与一个假想圆台的锥面重合，所述假想圆台的顶面与常温层端板位于同一平面，假想圆台的轴线与常温层内筒的轴线位于同一直线上；所述假想圆台顶面的小圆半径a为260mm～320mm，所述假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为30°～40°；所述假想圆台的锥面和常温层外筒相交的相贯线所在的平面与假想圆台的底面重合。

作为优选的技术方案，所述假想圆台的顶面小圆半径a为290mm，所述假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为35°。

作为优选的技术方案，所述中心锥度板和所述上端弧形过渡板之间的交界线位于水平轴线上方2°～10°的位置，所述中心锥度板和所述下端弧形过渡板之间的交界线位于水平轴线下方30°～40°的位置。

作为优选的技术方案，所述中心锥度板和所述上端弧形过渡板之间的交界线位于水平轴线上方5°的位置，所述中心锥度板和所述下端弧形过渡板之间的交界线位于水平轴线下方35°的位置。

作为优选的技术方案，所述中心锥度板、所述上端弧形过渡板和所述下端弧形过渡板一体成型，所述常温层避让板的一侧设有第一端板连接弧面，所述常温层避让板的另一侧设有第一外筒连接弧面；所述常温层端板上设有与所述第一端板连接弧面相配合使用的第二端板连接弧面；所述常温层外筒上设有与所述第一外筒连接弧面相配合使用的第二外筒连接弧面。

作为优选的技术方案，所述常温层避让板对称设有两个。

作为优选的技术方案，位于所述常温层端板内侧的冷屏层端板上设有冷屏层避让板，所述冷屏层避让板与所述常温层避让板对应间隔设置。

作为优选的技术方案，所述冷屏层避让板为设置在所述冷屏层端板上的锥面避让板，所述冷屏层避让板的倾斜角度与所述中心锥度板的倾斜角度一致。

由于采用了上述技术方案，一种用于四肢关节的超高场超导磁体，包括同轴套设在一起的常温层内筒和常温层外筒，常温层内筒和常温层外筒的两端通过常温层端板密封连接，常温层内筒环绕形成检测腔，位于检测腔入口一端的常温层端板和常温层外筒上分别设有避让缺口，避让缺口上密封安装有常温层避让板，常温层避让板用于避让检查者非成像腿的放置位置，常温层避让板避开支撑点的安装位置；本发明的有益效果是：超导磁体包括由内到外依次嵌套的低温层、冷屏层和常温层；低温层包括同轴套设在一起的低温层内筒和低温层外筒，低温层内筒和低温层外筒的两端通过低温层端板密封连接；冷屏层包括同轴套设在一起的冷屏层内筒和冷屏层外筒，冷屏层内筒和冷屏层外筒的两端通过冷屏层端板密封连接；常温层包括同轴套设在一起的常温层内筒和常温层外筒，常温层内筒和常温层外筒的两端通过常温层端板密封连接，低温层内部安装有主线圈和屏蔽线圈，本发明常温层避让板的设置可以兼顾磁体大口径和使用者的舒适性设计，在常温层端板和常温层外筒连接处加一个常温层避让板，常温层避让板为带有锥度的弧板，其位置刚好为使用者在使用时非成像腿的的放置位置，结构形式如图4所示。其位置可以避开常温层的支撑点，保证低温层和冷屏层可以正常被常温层使用拉杆将他们悬浮。本发明可以大大减小使用者两腿分开的角度，提高使用者的舒适度。使用方式如图10所示，可以看出在增加常温层避让板后，使用者在使用相同尺寸的常温层外筒时，两腿可以较小的分开角度，意味着在相同的两腿分开角度时，使用常温层避让板后，可以增加常温层外筒的直径，进而增加磁体口径，实现兼顾磁体大口径和使用者舒适性的设计。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是现有技术超导磁体的立体图；

图2是现有技术超导磁体的内部剖视图；

图3是现有技术超导磁体的使用效果剖视图；

图4是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的立体图；

图5是图4中的A向视图；

图6是图5中C-C向的剖视图；

图7是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的常温层避让板的立体图；

图8是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的常温层避让板、常温层外筒以及常温层端板的爆炸效果图；

图9是图4中的B向视图；

图10是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的使用效果剖视图。

图11是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的冷屏层端板的立体图。

图12是本发明一种用于四肢关节的超高场超导磁体的常温层剖视图。

图中：1-低温层内筒；2-低温层外筒；3-低温层端板；4-冷屏层内筒；5-冷屏层外筒；6-冷屏层端板；601-冷屏层避让板；7-常温层内筒；8-常温层外筒；801-第二外筒连接弧面；9-常温层端板；901-第二端板连接弧面；10-主线圈；11-屏蔽线圈；12-检测腔；13-常温层避让板；1301-中心锥度板；1302-上端弧形过渡板；1303-下端弧形过渡板；1304-第一端板连接弧面；1305-第一外筒连接弧面；14-非成像腿；15-支撑点；16-磁共振成像需要的其他设备；17-成像腿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图4至图12共同所示，一种用于四肢关节的超高场超导磁体，包括同轴套设在一起的常温层内筒7和常温层外筒8，常温层内筒7和常温层外筒8的两端通过常温层端板9密封连接，常温层内筒7环绕形成检测腔12，位于检测腔12入口一端的常温层端板9和常温层外筒8上分别设有避让缺口，避让缺口上密封安装有常温层避让板13，常温层避让板13用于避让检查者非成像腿14的放置位置，常温层避让板13避开支撑点15的安装位置。超导磁体包括由内到外依次嵌套的低温层、冷屏层和常温层；低温层包括同轴套设在一起的低温层内筒1和低温层外筒2，低温层内筒1和低温层外筒2的两端通过低温层端板3密封连接；冷屏层包括同轴套设在一起的冷屏层内筒4和冷屏层外筒5，冷屏层内筒4和冷屏层外筒5的两端通过冷屏层端板6密封连接；常温层包括同轴套设在一起的常温层内筒7和常温层外筒8，常温层内筒7和常温层外筒8的两端通过常温层端板9密封连接，低温层内部安装有主线圈10和屏蔽线圈11，本发明常温层避让板13的设置可以兼顾磁体大口径和使用者的舒适性设计，在常温层端板9和常温层外筒8连接处加一个常温层避让板13，常温层避让板13为带有锥度的弧板，其位置刚好为使用者在使用时非成像腿14的的放置位置，结构形式如图4所示。其位置可以避开常温层的支撑点15，保证低温层和冷屏层可以正常被常温层使用拉杆将他们悬浮。本发明可以大大减小使用者两腿分开的角度，提高使用者的舒适度。使用方式如图10所示，患者将成像腿17伸入检测腔12内，检测腔12内还铺设有一层磁共振成像需要的其他设备16，可以看出在增加常温层避让板13后，使用者在使用相同尺寸的常温层外筒8时，两腿可以较小的分开角度，意味着在相同的两腿分开角度时，使用常温层避让板13后，可以增加常温层外筒8的直径，进而增加磁体口径，实现兼顾磁体大口径和使用者舒适性的设计。

如图7和图8共同所示，常温层避让板13包括中心锥度板1301，中心锥度板1301的上部设有上端弧形过渡板1302，中心锥度板1301的下部设有下端弧形过渡板1303，中心锥度板1301、上端弧形过渡板1302和下端弧形过渡板1303一体成型，常温层避让板13的一侧设有第一端板连接弧面1304，常温层避让板13的另一侧设有第一外筒连接弧面1305；常温层端板9上设有与第一端板连接弧面1304相配合使用的第二端板连接弧面901；常温层外筒8上设有与第一外筒连接弧面1305相配合使用的第二外筒连接弧面801。

中心锥度板1301为与非成像腿14紧密贴合的一块板，其锥度的设置主要为了满足患者的舒适度，上端弧形过渡板1302和下端弧形过渡板1303为了与常温层外筒8和常温层端板9更好的流线型过渡连接，一方面为了增加患者的舒适性，另一方面降低了磁体的焊接制造难度，以及因为焊接造成的尺寸变形；中心锥度板1301、上端弧形过渡板1302和下端弧形过渡板1303一体成型设置，一方面为了减少加工难度，减少焊接，另一方面保证良好的密封性，还可以使常温层避让板13焊接时不易变形。

焊接时，由于中心锥度板1301、上端弧形过渡板1302和下端弧形过渡板1303一体成型设置，因此只需将第一外筒连接弧面1305和第二外筒连接弧面801拼合在一起焊接，将第一端板连接弧面1304和第二端板连接弧面901拼合在一起焊接，减少了焊缝，增强了密封性。

如图9所示，中心锥度板1301和上端弧形过渡板1302之间的交界线位于水平轴线上方2°～10°的位置，中心锥度板1301和下端弧形过渡板1303之间的交界线位于水平轴线下方30°～40°的位置。优选的中心锥度板1301和上端弧形过渡板1302之间的交界线位于水平轴线上方5°的位置，中心锥度板1301和下端弧形过渡板1303之间的交界线位于水平轴线下方35°的位置。该角度的选取是通过人体工学设计和大量人群的模拟实验，同时兼顾磁体电磁设计的难易度而设计的，此角度下使用者两条腿的岔开角度是比较舒服的。

如图4、图8和图10共同所示，常温层避让板13对称设有两个。

如图12所示，两个中心锥度板1301与同一个假想圆台的锥面重合，假想圆台的顶面与常温层端板9位于同一平面，假想圆台的轴线与常温层内筒7的轴线位于同一直线上。假想圆台顶面的小圆半径a为260mm～320mm，假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为30°～40°。假想圆台的锥面和常温层外筒8相交的相贯线所在的平面与假想圆台的底面重合。

作为最优实施例，如图12所示，假想圆台的顶面小圆半径a为290mm，所述假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为35°。

如图6所示，位于常温层端板9内侧的冷屏层端板6上设有冷屏层避让板601，冷屏层避让板601与常温层避让板13对应间隔设置。冷屏层避让板601为设置在冷屏层端板6上的锥面避让板，冷屏层避让板601的倾斜角度与中心锥度板1301的倾斜角度一致。冷屏层避让板601是为了避让常温层避让板13而设置的，冷屏层避让板601与冷屏层端板6一体成型，然后通过焊接分别与冷屏层外筒5和冷屏层内筒4连接成一体。此结构由于其力学性质，冷屏层避让板601还能大大增加其在磁体失超时因涡流导致受力时整体的稳定性。

本发明具有以下优点：

（1）在不改变使用者舒适性的基础上，增加了磁体口径。从而可以实现更大物体的成像。同时意味着，不改变磁体口径的时候，通过使用常温层避让板13，可以让使用者两腿分开的角度较小，增加使用者的舒适性。

（2）常温层避让板13没有影响到常温层的支撑点15的位置，可以使用常规的磁体装配形式。

（3）将冷屏层端板6改为增加了带锥度的冷屏层避让板601的封头样式，极大提高了其机械强度，增加了在磁体失超时冷屏层端板6的稳定性。

本发明中的名词解释：

超导态：某一物质在某一温度（通常为极低温度）下失去电阻特性的状态。

超导导线：指在某一温度下，电阻为零的导线。

超导磁体：用超导线作励磁线圈的磁体。

失超：超导线失去超导态，导线中出现电阻，电流做功，导线中的电流急剧降低，因而电流产生的磁场也在急速减小。

涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的导体中产生感应电流，电流在导体内形成闭合回路，很像水的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。整块金属的电阻越小，涡流越大。

楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。根据此定律，在磁体失超时，冷屏层端板6的涡流会产生被磁体磁场吸引的磁场。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种用于四肢关节的超高场超导磁体，包括同轴套设在一起的常温层内筒（7）和常温层外筒（8），所述常温层内筒（7）和所述常温层外筒（8）的两端通过常温层端板（9）密封连接，所述常温层内筒（7）环绕形成检测腔（12），其特征在于：位于所述检测腔（12）入口一端的所述常温层端板（9）和所述常温层外筒（8）上分别设有避让缺口，所述避让缺口上密封安装有常温层避让板（13），所述常温层避让板（13）用于避让检查者非成像腿（14）的放置位置；

所述常温层避让板（13）包括中心锥度板（1301），所述中心锥度板（1301）的上部设有上端弧形过渡板（1302），所述中心锥度板（1301）的下部设有下端弧形过渡板（1303）。

2.如权利要求1所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述中心锥度板（1301）与一个假想圆台的锥面重合，所述假想圆台的顶面与常温层端板（9）位于同一平面，假想圆台的轴线与常温层内筒（7）的轴线位于同一直线上；所述假想圆台顶面的小圆半径a为260mm～320mm，所述假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为30°～40°；所述假想圆台的锥面和常温层外筒（8）相交的相贯线所在的平面与假想圆台的底面重合。

3.如权利要求2所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述假想圆台的顶面小圆半径a为290mm，所述假想圆台的母线与顶面之间的夹角b为35°。

4.如权利要求1至3中任一项所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述中心锥度板（1301）和所述上端弧形过渡板（1302）之间的交界线位于水平轴线上方2°～10°的位置，所述中心锥度板（1301）和所述下端弧形过渡板（1303）之间的交界线位于水平轴线下方30°～40°的位置。

5.如权利要求4所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述中心锥度板（1301）和所述上端弧形过渡板（1302）之间的交界线位于水平轴线上方5°的位置，所述中心锥度板（1301）和所述下端弧形过渡板（1303）之间的交界线位于水平轴线下方35°的位置。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述中心锥度板（1301）、所述上端弧形过渡板（1302）和所述下端弧形过渡板（1303）一体成型，所述常温层避让板（13）的一侧设有第一端板连接弧面（1304），所述常温层避让板（13）的另一侧设有第一外筒连接弧面（1305）；

所述常温层端板（9）上设有与所述第一端板连接弧面（1304）相配合使用的第二端板连接弧面（901）；所述常温层外筒（8）上设有与所述第一外筒连接弧面（1305）相配合使用的第二外筒连接弧面（801）。

7.如权利要求1至3中任一项所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述常温层避让板（13）对称设有两个。

8.如权利要求1至3中任一项所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：位于所述常温层端板（9）内侧的冷屏层端板（6）上设有冷屏层避让板（601），所述冷屏层避让板（601）与所述常温层避让板（13）对应间隔设置。

9.如权利要求8所述的一种用于四肢关节的超高场超导磁体，其特征在于：所述冷屏层避让板（601）为设置在所述冷屏层端板（6）上的锥面避让板，所述冷屏层避让板（601）的倾斜角度与所述中心锥度板（1301）的倾斜角度一致。