CN210401641U - 冷头屏蔽罩与磁共振系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种冷头屏蔽罩与磁共振系统。其中，所述冷头屏蔽罩，通过设置具有开口部的圆筒状壳体形成冷头屏蔽罩，使得冷头屏蔽罩可以罩设于冷头套筒的外围。通过设置壳体包括基体层和贴附于基体层外表面的超导层，使得冷头屏蔽罩能够在保证磁场屏蔽性的条件下，避免使用单一材料造成成本浪费，并且减轻了工艺复杂度。

Description

冷头屏蔽罩与磁共振系统

技术领域

本申请涉及磁共振成像设备领域，特别是涉及一种冷头屏蔽罩与磁共振系统。

背景技术

磁共振系统是一种旨在获得一维、二维及三维图像的医疗成像系统,非常适合软组织的图像化，主要用于诊断疾病病理及内伤。磁共振系统包括超导磁体，超导磁体可以在扫描区域产生一个强大的、均匀的磁场。超导磁体工作在极低的温度下，其主体由超导线圈绕制而成,通常使用诸如液氦的低温制冷剂来维持超导线圈的温度。然而,液氦非常昂贵,从而影响磁共振系统的运行成本。同时,从外界导入的热量,会导致液氦不断的蒸发并耗损。在这种情况下,超低液氦挥发磁体技术日臻成熟。目前在医用磁共振成本设备上,常用的是两级或多级G-M制冷机，作为再冷凝液氦的冷头使用。冷头为一个腔体结构，其工作原理是：通过冷头内带有磁性材料的活塞在冷头腔体内上下往复移动，产生冷量；冷量通过与冷头连接的散热块传输，实现将气态氦气冷却为液氦。然而磁性材料会产生磁场，影响到超导线圈产生的磁场在磁性材料位置处的等磁线，等磁线会遭到扭曲和扰动,从而影响到中心场的均匀性,最后影响到磁共振系统的成像质量。因此，需要对冷头进行磁场屏蔽。

传统方案一般通过设置套设在冷头上的屏蔽罩，对冷头内的磁性材料进行磁场屏蔽。然而，传统的屏蔽罩存在一个问题：成本高且工艺复杂。传统的屏蔽罩主要采用两种制作方式。第一种，采用高纯度的铜制作，为了保证屏蔽性能优良，高纯铜的厚度必须较大，导致生产成本增加。第二种，采用纯超导材料浇筑形成屏蔽罩，其屏蔽功能正常，但是只能通过在纯超导材料表面缠绕铜条的方式进行导热，成本高且工艺复杂。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统方案中冷头屏蔽罩成本高且工艺复杂的问题，提供一种冷头屏蔽罩与磁共振系统。

本申请提供一种冷头屏蔽罩，与超导磁体制冷机和低温保持装置配合使用，所述超导磁体制冷机包括二级冷头，所述低温保持装置包括冷头套筒，所述二级冷头的外部围设所述冷头套筒，所述冷头套筒包裹所述二级冷头形成空腔，所述低温保持装置还包括伸入所述空腔的柔性软管，所述冷头屏蔽罩包括：

壳体，所述壳体呈圆筒状，所述壳体的一端设置有开口部，所述壳体的另一端封闭，所述壳体安装于所述冷头套筒的外侧；

所述壳体的外周壁开设有槽隙，所述槽隙沿所述壳体的轴向方向延伸，且所述槽隙与所述开口部连通，以使所述冷头屏蔽罩安装于所述冷头套筒时，所述柔性软管伸出所述槽隙；

所述壳体包括基体层和超导层，所述超导层贴附于所述基体层的外表面。

本申请还提供一种磁共振系统，包括：

超导磁体制冷机，包括一级冷头、二级冷头，所述二级冷头位于所述一级冷头的的下端；

低温保持装置，包括冷头套筒,所述冷头套筒设置在所述二级冷头的外围；

所述冷头套筒的外部设置有如前述内容提及的冷头屏蔽罩。

本申请涉及一种冷头屏蔽罩与磁共振系统，通过设置具有开口部的圆筒状壳体形成冷头屏蔽罩，使得冷头屏蔽罩可以罩设于冷头套筒的外围。通过设置壳体包括基体层和贴附于基体层外表面的超导层，使得冷头屏蔽罩能够在保证磁场屏蔽性的条件下，避免使用单一材料造成成本浪费，并且减轻了工艺复杂度。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的冷头屏蔽罩的正视图；

图2为本申请一实施例提供的冷头屏蔽罩的立体图；

图3为本申请一实施例提供的冷头屏蔽罩的俯视图；

图4为本申请一实施例提供的磁共振系统。

附图标记：

10 冷头屏蔽罩

110 壳体

111 开口部

112 槽隙

113 基体层

114 超导层

20 超导磁体制冷机

210 二级冷头

220 一级冷头

30 低温保持装置

310 冷头套筒

320 空腔

330 柔性软管

340 超导磁体

350 低温保持容器

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供一种冷头屏蔽罩10。需要说明的是，本申请提供的冷头屏蔽罩10不限制其应用领域与应用场景。可选地，本申请提供的冷头屏蔽罩10应用于超导磁体制冷机20。具体地，所述冷头屏蔽罩10与所述超导磁体制冷机20配合使用。所述冷头屏蔽罩10还与所述超导磁体制冷机20的低温保持装置30配合使用。

如图4所示，所述超导磁体制冷机20包括一级冷头220、二级冷头210。所述一级冷头220和所述二级冷头210固定连接且一体成型。所述低温保持装置30包括冷头套筒310、柔性软管330、超导磁体340和低温保持容器350。所述冷头套筒310套设于所述二级冷头210的外围。所述冷头套筒310包裹所述二级冷头210形成空腔320。所述低温保持容器350用于盛放所述超导磁体340和制冷剂。所述柔性软管330伸入所述空腔320，连通所述低温保持容器350与所述空腔320。所述二级冷头210为设置有内腔的腔体。所述二级冷头210的内腔设置有填充了磁性材料的活塞。

所述超导磁体340为磁共振系统的部件。所述超导磁体340可以为超导线圈。所述超导磁体340在工作时，处于超导状态，可以在磁共振系统的扫描区域产生一个均匀的B₀磁场。所述超导磁体340在工作时需要维持低温。需要添加冷却剂不断降低所述超导磁体340的温度，以维持所述超导磁体340所处的低温环境。因此，通过所述超导磁体制冷机20对所述超导磁体340进行降温。

所述超导磁体制冷机20工作时，所述超导磁体340盛放于所述低温保持容器350。所述低温保持容器350内还盛放有制冷剂。所述超导磁体340浸泡于所述制冷剂中。所述制冷剂可以为液氦。液氦在降温的过程中汽化吸热，变为氦气。氦气顺着所述柔性软管330进入所述空腔230。填充了磁性材料的活塞通过在所述二级冷头210的内腔中上下运动，产生冷量。冷量通过所述耳机冷头210的散热块传输，将氦气冷却为液氦。由于重力作用，液氦从所述二级冷头210外侧的散热块上低落，顺着所述柔性软管330流回所述低温保持容器350，继续进行冷却循环。

然而，活塞内的磁性材料产生的磁场，会所述超导磁体340产生的B₀磁场造成干扰影响。具体地，磁性材料会影响B₀磁场在二级冷头210位置处的等磁线，使得等磁性受到扭曲和扰动，从而影响B₀磁场的均匀性，进而影响到磁共振系统的成像指令。本申请提供的冷头屏蔽罩10屏蔽罩套设在所述冷头套筒310的外围，用于屏蔽所述二级冷头210内磁性材料产生的磁场。

如图1、图2及图3所示，在本申请的一实施例中，所述冷头屏蔽罩10包括壳体110。所述壳体110呈圆筒状。所述壳体110的一端设置有开口部111。所述壳体110的另一端封闭。所述壳体110安装于所述冷头套筒310的外侧。所述壳体110的外周壁开设有槽隙112。所述槽隙112沿所述壳体110的轴向方向延伸。所述槽隙112与所述开口部111连通。所述槽隙112使得所述冷头屏蔽罩10安装于所述冷头套筒310时，所述柔性软管330可以伸出所述槽隙112。所述壳体110包括基体层113和超导层114。所述超导层114贴附于所述基体层113的外表面。

具体地，所述基体层113的作用是承载所述超导层114。可选地，所述基体层113可以具有导热性。可选地，所述集体层113具备在低温状态下优良的导热性。

所述超导层114为超导层，即所述超导层114的材料为超导材料。根据楞次定律，当外磁场改变时,在超导体表面上会感应出一个感应电流,以抵消外磁场的变化,这个感应电流的密度不会受到电场的作用。同时,超导体内又是无阻的，所以这个电流不会消失，永远能保证这导体内的磁通不变。结合London理论，当B₀磁场作用在所述超导层114的表面，所述超导层114的内部，即二级冷头210内磁性材料产生的磁场的磁感应强度成指数性衰减，将下降到表面处值的1/e处。可以理解，B₀磁场在所述冷头屏蔽罩10处,由于受到所述超导层114的影响，在冷头屏蔽罩10内部具有完全抗磁性。

因此，当所述超导磁体340产生的B₀磁场穿过所述超导层114时，其磁场强度会大幅度衰减，因此二级冷头210内部的磁性材料，不会影响到B₀磁场的分布。

所述壳体110的一端设置的开口部111，以便于所述壳体110可以套设于所述冷头套筒310的外围。所述壳体110的另一端封闭，以便于所述壳体110可以完整包裹住所述冷头套筒310，从而对所述二级冷头210内部的磁性材料产生良好的屏蔽作用。所述槽隙112的设置使得所述壳体110从下至上套在所述冷头套筒310的外表面时，不会产生阻碍。

本实施例中，本申请涉及一种冷头屏蔽罩10，通过设置具有开口部111的圆筒状壳体110形成冷头屏蔽罩10，使得冷头屏蔽罩10可以罩设于冷头套筒310的外围。通过设置壳体110包括基体层113和贴附于基体层113外表面的超导层114。本实施例中，通过设置所述超导层114，使得B₀磁场在冷头屏蔽罩10处,由于受到超导层114的影响,在冷头屏蔽罩10内部具有完全抗磁性。本申请提供的冷头屏蔽罩10能够在保证磁场屏蔽性的条件下，避免使用单一材料造成成本浪费，并且工艺复杂度较低。

在本申请的一实施例中，所述槽隙112在所述轴向方向上的长度小于所述壳体110在所述轴向方向上的长度。

具体地，前述内容已经提及，所述槽隙112的设置是为了使所述壳体110与所述冷头套筒310方便嵌套配合，使得所述柔性软管330伸出所述槽隙112。为了所述壳体110包裹所述冷头套筒310的面积更大，所述槽隙112连通所述开口部111，并不连通所述壳体110封闭的一端。所述槽隙112沿所述壳体110的轴向方向延伸，所述槽隙112在所述轴向方向上的长度可以视为所述槽隙112的长度。所述壳体110在所述轴向方向上的长度可以视为所述壳体110的高度。为了所述壳体110包裹所述冷头套筒310的面积更大，所述槽隙112的长度小于所述壳体110的高度。因此，所述槽隙112在所述轴向方向上的长度小于所述壳体110在所述轴向方向上的长度。

本实施例中，通过设置所述槽隙112在所述轴向方向上的长度小于所述壳体110在所述轴向方向上的长度，使得所述冷头屏蔽罩10的壳体110与所述冷头套筒310配合时，所述壳体110包裹所述冷头套筒310的面积更大。

在本申请的一实施例中，所述槽隙112在所述壳体110外周壁的圆周方向上的长度大于所述柔性软管330的管道直径。

具体地，所述槽隙112在所述壳体110外周壁的圆周方向上的长度可以视为所述槽隙112的宽度。设置所述槽隙112的宽度大于所述柔性软管330的管道直径，使得所述壳体110从下至上套在所述冷头套筒310的外表面时，不会产生阻碍。

本实施例中，通过设置所述槽隙112在所述壳体110外周壁的圆周方向上的长度大于所述柔性软管330的管道直径，使得所述壳体110从下至上套在所述冷头套筒310的外表面时，不会产生阻碍。

在本申请的一实施例中，所述基体层113为无氧铜导热层。所述无氧铜导热层的厚度位于1毫米至2毫米的范围之内。

具体地，所述基体层113可以为无氧铜导热层。所述无氧铜导热层的厚度位于1毫米至2毫米的范围之内。所述基体层113贴附于所述冷头套筒310的外表面。所述基体层113在所述二级冷头210不断降温的作用下，可以达到较低温度。且无氧铜的造价较低，使用无氧铜制作集体层113，使得冷头屏蔽罩10的成本较低。

本实施例中，通过设置所述基体层113为的无氧铜导热层，使得所述基体层113可以快速冷却所述超导层114，使所述超导层114达到其要求的温度，并保持温度一致性。此外，通过设置所述基体层113的厚度位于1毫米至2毫米的范围，节约了基体层113的制作成本。

在本申请的一实施例中，所述基体层113为可导热的复合材料层。

具体地，所述复合材料层可以由铝合金制成。

本实施例中，通过设置所述基体层113为可导热的复合材料层，避免采用单一材料，可以进一步降低基体层113的制作成本。

在本申请的一实施例中，所述超导层的超导临界温度的数值位于5开尔文至10开尔文的范围之内。

具体地，所述超导层114的超导临界温度的数值可以为6开尔文。

本实施例中，通过设置所述超导层114的超导临界温度的数值位于5开尔文至10开尔文的范围之内，可以使得所述超导层114在工作过程中，易于保持超导态。

在本申请的一实施例中，所述超导层114电镀或浸镀于所述基体层113的外表面。

具体地，所述超导层114也可以通过其他镀膜方式设置于所述基体层113的外表面。

本实施例中，通过设置所述超导层114电镀或浸镀于所述基体层113的外表面，使得所述冷却屏蔽罩的制作工艺简化，提高生产效率。

在本申请的一实施例中，所述超导层114为铅铋合金层，所述铅铋合金层的厚度大于0.005毫米。

具体地，依据Pippard理论中的相干长度ζ概念，查表可知铅铋合金的相干长度ζ,在5开尔文温度下,处于0.000075毫米至0.0002毫米的范围之间。通过设置铅铋合金层的厚度大于0.005毫米，可以使得铅铋合金层的厚度在10倍以上的相干长度。根据London理论及Pippard理论，铅铋合金层在超导状态下,在铅铋合金层内部的磁感应强度成指数(1/e)¹⁰的衰减。所述二级冷头210内的磁性材料对主磁场B₀的影响几乎不计。即主磁场B₀在所述冷头屏蔽罩10处,由于受到铅铋合金层的影响，在所述冷头屏蔽罩10内部具有完全抗磁性。从而使得所述二级冷头210内部的磁性材料不会影响到B₀场的分布，对磁共振系统成像不会造成伪影。

本实施例中，通过设置所述超导层114为铅铋合金层，且所述铅铋合金层的厚度大于0.005毫米，使得所述二级冷头210内部的磁性材料不会影响到B₀场的分布，对磁共振系统成像几乎不会造成伪影。

本申请还提供一种磁共振系统。

如图4所示，在本申请的一实施例中，所述磁共振系统包括超导磁体制冷机20、低温保持装置30和如前述内容所提及的冷头屏蔽罩10。所述超导磁体制冷机20，包括一级冷头220和二级冷头210。所述二级冷头210位于所述一级冷头220的下端。所述低温保持装置30包括冷头套筒310。所述冷头屏蔽罩10设置在所述冷头套筒310的外部。

具体地，所述一级冷头220和所述二级冷头210固定连接且一体成型。所述二级冷头210的空腔320内还设置有填充了磁性材料的活塞。低温保持装置30为所述超导磁体制冷机20安装于所述磁共振系统的安装环境元件。所述超导磁体制冷机20包括冷头套筒310.所述冷头套筒310包裹所述二级冷头210形成空腔320。

本实施例中，通过设置由所述冷头屏蔽罩10、所述超导磁体制冷机20和低温保持装置30组成的磁共振系统，使得冷头屏蔽罩能够在保证磁场屏蔽性的条件下，避免使用单一材料造成成本浪费，并且减轻了工艺复杂度，使得磁共振系统成像不造成伪影。

在本申请的一实施例中，所述低温保持装置还包括超导磁体340、低温保持容器350和柔性软管330。所述低温保持容器350形成容置空间。所述超导磁体340位于所述容置空间内部。所述柔性软管330设置于所述超导磁体制冷机20与所述低温保持容器350之间。所述二级冷头210通过所述柔性软管330与所述低温保持容器350的容置空间热耦合。

具体地，所述低温保持容器350形成容置空间，用于盛放超导磁体340。所述低温保持容器350还用于盛放制冷剂。所述超导磁体340浸泡于所述制冷剂内。所述制冷剂用于冷却所述超导磁体340。所述柔性软管330伸入所述空腔320，连通所述低温保持容器350与所述空腔320。

本实施例中，通过设置超导磁体340、低温保持容器350和柔性软管330，使得所述磁共振超导磁体制冷机20中的二级冷头210产生的冷量可以传输至超导磁体340，维持超导磁体340处于低温环境。

在本申请的一实施例中，所述超导磁体制冷机20设置在所述低温保持容器350的顶部或者一侧。

具体地，所述超导磁体制冷机20与所述低温保持容器350的位置关系不作限定。可选地所述超导磁体制冷机20设置在所述低温保持容器350的顶部。可选地，所述超导磁体制冷机20设置在所述低温保持容器350的一侧。

当所述超导磁体制冷机20设置在所述低温保持容器350的一侧时，整个磁共振系统的体积减少。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冷头屏蔽罩，与超导磁体制冷机(20)和低温保持装置(30)配合使用，所述超导磁体制冷机(20)包括二级冷头(210)，所述低温保持装置(30)包括冷头套筒(310)，所述二级冷头(210)的外部围设所述冷头套筒(310)，所述冷头套筒(310)包裹所述二级冷头(210)形成空腔(320)，所述低温保持装置(30)还包括伸入所述空腔(320)的柔性软管(330)，其特征在于，所述冷头屏蔽罩(10)包括：

壳体(110)，所述壳体(110)呈圆筒状，所述壳体(110)的一端设置有开口部(111)，所述壳体(110)的另一端封闭，所述壳体(110)安装于所述冷头套筒(310)的外侧；

所述壳体(110)的外周壁开设有槽隙(112)，所述槽隙(112)沿所述壳体(110)的轴向方向延伸，且所述槽隙(112)与所述开口部(111)连通，以使所述冷头屏蔽罩(10)安装于所述冷头套筒(310)时，所述柔性软管(330)伸出所述槽隙(112)；

所述壳体(110)包括基体层(113)和超导层(114)，所述超导层(114)贴附于所述基体层(113)的外表面。

2.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述槽隙(112)在所述轴向方向上的长度小于所述壳体(110)在所述轴向方向上的长度。

3.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述槽隙(112)在所述壳体(110)外周壁的圆周方向上的长度大于所述柔性软管(330)的管道直径。

4.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述基体层(113)为无氧铜导热层，所述无氧铜导热层的厚度位于1毫米至2毫米的范围之内。

5.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述基体层(113) 为可导热的复合材料导热层。

6.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述超导层(114)电镀或浸镀于所述基体层(113)的外表面。

7.根据权利要求1所述的冷头屏蔽罩，其特征在于，所述超导层(114)为铅铋合金层，所述铅铋合金层的厚度大于0.005毫米。

8.一种磁共振系统，其特征在于，包括：

超导磁体制冷机(20)，包括一级冷头(220)和二级冷头(210)，所述二级冷头(210)位于所述一级冷头(220)的下端；

低温保持装置(30)，包括冷头套筒(310)，所述冷头套筒(310)设置在所述二级冷头(210)的外围；

所述冷头套筒(310)的外部设置有如权利要求1-7任一项所述的冷头屏蔽罩(10)。

9.根据权利要求8所述的磁共振系统，其特征在于，所述低温保持装置(30)还包括：

超导磁体(340)；

低温保持容器(350)，形成容置空间，所述超导磁体(340)位于所述容置空间内部；

柔性软管(330)，设置于所述超导磁体制冷机(20)与所述低温保持容器(350)之间，所述二级冷头(210)通过所述柔性软管(330)与所述低温保持容器(350)的容置空间热耦合。

10.根据权利要求9所述的磁共振系统，其特征在于，所述超导磁体制冷机(20)设置在所述低温保持容器(350)的顶部或者一侧。

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