梯度線圈系統和磁共振層析x射線攝影機的製作方法

2023-10-09 04:33:54

專利名稱：梯度線圈系統和磁共振層析x射線攝影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別是用於一種磁共振層析x射線攝影機的梯度線團系統.該梯度線團系統具有一包括一梯度線圃層和一冷卻層的層 結構. 背景技術在磁共振層析x射線攝影機工作時，為了產生圖像，要求至少一個梯度磁場和一個基波磁場重合.這是藉助於一梯度線圃系統產生 的.通常梯度線團系統具有多個帶有一個或者多個梯度線團的梯度線 團層，以產生三個垂直重疊的梯度磁場.在當今使用的主動屏蔽的梯 度線閨系統中除了產生著有效場的梯度線圈層外，還設置其它的梯度 線圍層，這些線團層向外對所述有效場進行屏蔽。這些附加的梯度線 團層圍繞產生著有效場的梯度線閨層設置，並且與這些梯度線團層間 隔著距離。典型的做法是，其量級為數百安培的脈衝形式的電流流過一梯度 線團層的每個梯度線團。通過梯度線團的歐姆電阻，使相當大量的能 量轉換成熱量。必須以合適的方式排出這些熱量.在一種用於全身檢查的磁共振層析x射線攝影機中，對梯度線團進行良好的冷卻是特別必要的，因為在此時患者直接經受著由梯度線圏系統所產生的熱。 因此在一種梯度線團系統中設置了用於將由梯度線團層的梯度線團所產生的熱量引出的冷卻層。例如在DE 197 21 985 Al或者WO 03/093853 Al描述了這樣一種冷卻層的結構。為此在上述裝置中，在一梯度線圉層上設置了一個或者多個柔性 的冷卻導管，這樣這些冷卻導管在梯度線圏系統的兩層之間基本上形 成一種冷卻層。在DE 100 32 836 Cl中描述了這種類型的梯度線團系統的結構. 關於製造這種類型的梯度線團系統的其它細節可從DE 197 22 211 Al得知。在這種情況中，在將梯度線閨系統的全部層安裝完畢後，在單個 的梯度線團層和冷卻層之間的中間空間中裝滿一種塑料基質。通過這
一措施將單個的梯度線團層和冷卻層彼此連成一種結構單元.在例如 環氧樹脂基礎上製成的塑料基質具有帶有高的熱傳導率的填充材料， 以便將熱量很好地從一梯度線團層傳導到冷卻層的冷卻導管.此外， 塑料基質還具有一種彈性，這樣就吸收了在單個梯度線團之間由於很 強的電流所產生的洛倫茲力.與此同時，按照這種方式還衰減了在運 行時的梯度線圏的機械振動，這麼一來在運行時梯度線圍系統所產生 的噪聲就比較小.
在曲折形的結構中敷設冷卻導管的費用很高.此外，梯度線團系 統的層結構的層通常是同心設置的空心圃筒體。在此冷卻導管必須設 置在一種彎曲的表面上.為了在用一種塑料基質澆注之前將冷卻導管 尤其是保持在它們的曲折形的結構中，單個的冷卻導管要在位於此下 方的層上的不同部位處被縫牢.在這種情況中，通常是與一種塑料栽 體縫合，位於其下方的梯度線圏層的梯度線囷就縫合到該塑料栽體 上.這就意味著附加地增加了的工時費用，此外在縫合時還存在這樣 的危險，即冷卻導管被縫合針穿透，並且因此不密封.通常只有在梯 度線團系統整體生產完畢後在進行密封性檢測時才發現這種不密封 性，因此只要在一個冷卻管道中有一個唯一的洞，則整個梯度線團系 統就不能使用，
發明內容本發明的任務是提供一種系統.這種梯度線團系統可儘可能簡單 並成本有利地來進行製造.此外，這種梯度線團系統還應具有儘可能有效的冷卻。此外，本發明的另一種任務是提供一種改進了的磁共振層析x射線攝影機。
根據本發明，前述任務是通過權利要求1的特徵組合完成的.為 此，冷卻層設計成一種由板組成的板式熱交換器.該板式熱交換器的 板可以簡單和成本有利地插入，可以省卻為了產生冷卻層而費事地安 裝冷卻導管.也不再存在這樣的危險，即在固定冷卻層時、如在縫合 冷卻導管時所發生的那樣無意地損壞冷卻層。
通過板式熱交換器的板式設計，在一冷卻層和一相鄰的梯度線團 層之間產生完全平面的接觸，通過這種方式可達到很好的熱傳導。也 可以設想將板的材料設計為多孔形的.將板式熱交換器的板設計成柔性的是合適的。特別是當梯度線閨 系統的單個層是同心設置的空心圓筒體時，這種類型的板式熱交換器 可放置到位於其下方的梯度線圍層上，並且通過它的柔性能和這個梯 度線閨層的表面相適配。這樣就保證了板式熱交換器的簡單安裝.由 於是柔性的設計，所以不會出現板式熱交換器的機械損壞。在一種改進方案中，板式熱交換器的板或者每個板具有用於形成 基本和板平面平行設置的貫通的通道的材料空隙，這種類型的空隙例如可以銑削到板的表面中。冷卻液流過這些貫通的通道.並聯地設置 非常多的這種類型的通道，就提供了這樣一種可能性，即與形成冷卻 層相比，藉助於少數幾個冷卻導管減小了流動阻力.因此用於冷卻劑 的輸送裝置必須克服比較低的流動阻力，並且因此它可以具有一種比 較低的泵功率。因此不僅這種輸送裝置的製造成本更低，而且特別是 運行成本也更低，因為由於泵的功率更低所以耗電也更低。在一種改進方案中，至少兩個板設置有如此設計的材料空隙，即 在所述至少兩個板重疊時產生基本垂直於板平面的貫通的通道.通過 這種方式可實現從板式熱交換器的板的兩側很好地排走熱量，在一種改進方案中，這些板設置在兩個封閉板之間。在這種情況中可如此地設計板中的材料空隙使得僅通過兩個封閉板就形成一基 本上為網絡狀的、並且和板平面基本平行的通道結構。這樣，這些封 閉板就形成了這些通道的向外設置的壁.這樣，通道結構僅通過這些 板中的貫通式的材料空隙形成.這些空隙例如可通過衝壓而設置到這 些板中。冷卻流體雖然基本上是在板的平面中流過板式熱交換器，然而它 卻是通過這些通道垂直於板平面地交替地引導到兩個封閉板上.這 樣，不僅實現了從兩個封閉板到冷卻液的均勻的熱傳導，而且通過不 斷地改變流動方向就產生附加的旋渦，這些旋渦進一步地改進了熱傳 導。原則上講，材料空隙可以具有不同的結構.特別是可以設想為圓 形的或者橢圓形的空隙.在一種優選的變型方案中，這些材料空隙在 板中為Y形，並且在至少兩個板重疊時補足為一種蜂窩形的通道結 構。當Y形的材料空隙的每兩個側腿之間的內夾角在100。和150°之間時，所產生的通道結構可取得一種特別有效的流通效果。在另一種變型方案中，在板中的材料空隙為X形，並且在至少兩
個板重疊時補足為一種菱形的通道結構.因此只需一種簡單和成本有利的衝壓工具就可掏制出X-或Y形的 材料空隙，優選地X-或Y形的材料空隙的側腿都具有至少基本相同的長度。 這樣就可產生特別有規則的蜂窩式或者菱形的通道結構。通過單個板 的板厚度和材料空隙的幾何形狀，就可將平行於和/或垂直於板平面設 置的單個通道的寬度規定在一種寬的範圍內，並且因此也可在一種大 的範圍內對封閉板和冷卻液之間的熱傳導量進行調節.在一種合適的變型方案中，板式熱交換器的單個板和封閉板彼此 固定連接，特別是粘合或者焊接.粘合或者焊接是一種簡單和成本有 利的加工步驟.通過這一措施將這些板彼此固定在它們的所希望的 位置中。板式熱交換器的板最好由一種塑料製成，特別是由一種夾布膠木 或者一種熱塑性塑料、例如環氧樹脂製成.這類塑料易於加工.封閉板最好由一種具有小熱電阻的材料製成.這可以藉助於一種 小厚度的板、和/或用具有良好的熱傳導性的材料實現.例如一種由熱 塑性塑料製成的薄膜適合於此.因為所述封閉板構成了穿過板式熱交 換器的通道的外壁，因此從相鄰的梯度線圃層到板式熱交換器的冷卻 液可實現一種特別良好的熱傳遞。所述板和封閉板分別具有其量級為1毫米到10毫米的結構高度。 這樣就可製造其結構高度僅為幾毫米的冷卻層.據此所述結構高度明 顯地低於由冷卻導管制成的冷卻層的結構高度.因此，可在梯度線團 系統中設置更多的冷卻層，而並不使整個梯度線團系統的結構高度增 大.甚至可單個地藉助於一板式熱交換器對每個單個的梯度線圏層進 行冷卻，而其結構高度並不超過當前的傳統式的梯度線圏系統。因此 梯度線團層的單個梯度線圏也可利用提高的電流強度來進行工作，或 者可以減少到目前為止常用的為了等待已被加熱的梯度線圍系統的冷 卻而在檢查中所置入的間歇，或者可以放棄這種間歇。利用前述梯度線團系統也可實現一種總體上更加緊湊的結構形 式.由於單個的梯度線團到一待檢查人員的距離更小，所以可利用更 大的場強進行測量.通常，梯度線團系統的層結構的層或者是同心設置的空心圓筒
體，或者進行盤狀重疊設置。
所述第二任務根據本發明是通過具有前述梯度線團系統的一種磁共振層析x射線攝影機來完成的。在這種情況中，按其意義所述優點也轉移到所述攝影機上。


下面藉助於附圖對本發明的一種實施例進行更詳細的說明.這些附圖是圖2:根據現有技術的一種梯度線圃系統的垂直於軸向方向的橫截 面簡圖；圖1: 一種梯度線圏系統的垂直於軸向方向的橫截面簡閨；圖3: —種板式熱交換器詳圖；圖4:板式熱交換器的一個較大的局部；圖5: —種磁共振層析X射線攝影機的簡圖.
具體實施例方式
圖2示出根據現有技術的一種梯度線圉系統1。這個梯度線團系統 1具有一種空心圃筒體類型的同心設置的層結構2。層結構的單個層的 安裝是由內向外沿徑向方向完成的.第一空心圓筒層安裝在一圓筒形 的安裝輔助工具的外殼表面上。笫二層安裝在第一層的外殼外表面 上、與此類推.
最裡邊的兩層是用於分別產生一橫向的梯度磁場的一第一梯度線 圃層3和一第二梯度線團層4。在這兩個梯度線閨層3、 4中所使用的緊接著的下一層是一第一冷卻層8。在這種情況中，這是在第二梯 度線團層4的外殼表面上曲折形設置的、且用於排走由梯度線團層所 產生的熱的冷卻導管9.這些冷卻導管9是通過縫合而固定在一塑料架 上，在該塑料架上設置著第二梯度線團層4的梯度線圏。
冷卻導管埋入到一種塑料基質11中.在附圖中未示出的、且用於 改進塑料基質的傳熱率的填充材料製成了塑料基質11的一部分.
緊連著第一冷卻層8的是用於產生縱向梯度磁場的第三梯度線團 層12.這個第三梯度線圉層12包含軸向設置的梯度線團.緊接著的下 一層是一所謂的墊片(shim)組件15。這個墊片組件包括沿梯度線團 系統的軸向方向設置的、並且在圖2中未示出的、且用於容納在附圖
中也未示出的墊片部件的袋形空腔。這些墊片部件主要是一些金屬 帶.用這些墊片部件可以形成靜態的基本磁場或者主磁場，並且使 其均勻化.與墊片組件IS緊相連的是另一第二冷卻層16.在該冷卻層中冷卻 導管9按照已述的方式設置並固定在位於它下方的層上.沿徑向方向 向外觀看，與這個第二冷卻層16相連的是一用於產生一縱向梯度磁場的笫四梯度線圃層n，以及用於產生兩個橫向梯度磁場的一笫五梯度線閨層18和一笫六梯度線閨層19.這些外部的梯度線困層n、 18、 19 從原理上講其結構與內部的梯度線圏層3、 4、 12的一樣。然而，在這 種情況中它們是如此設計的，即它們在梯度線團系統的外部對散射場 進行屏蔽。通過這種方式保證，梯度磁場僅存在於梯度線團系統的內 部.在梯度線團系統的所有層安裝好之後，將一種塑料、例如環氧樹 脂或者聚氨酯澆注到中間腔室中，這樣就形成了特別是包圍著冷卻導 管9的塑料基質。第一冷卻層8和第二冷卻層16用於冷卻全部六個梯度線圃層3、 4、 12、 17、 18、 19。由這些梯度線閨層3、 4、 12、 17、 18、 19所產生 的熱量通過塑料基質11吸收，流過冷卻導管9的冷卻液傳遞到該塑料 基質上，並且由該冷卻液輸送走. 一種水基或者油基的流體用作冷卻 液，圖1示出一種具有用作冷卻層8的板式熱交換器的梯度線圏系統 1。也如圖2—樣，單個的梯度線圃層為同心設置的空心圃筒體.同圖2—樣，沿從內向外的徑向方向設置三個梯度線閨層3、 4和 12。接下來是一墊片組件15.也如困2—樣，與這個墊片組件1S相連 的是另外三個梯度線圍層17、 18和19.在每兩個相鄰的梯度線圃層之間，例如在第一梯度線困層3和第 二梯度線圏層4之間、以及在各個梯度線囷層3、 4、 12、 17、 18、 19 和墊片組件15之間，分別設置一種作為冷卻層8的板式熱交換器25. 這種板式熱交換器25具有一比圖2中的冷卻層8、 16小得多的結構高 度.這些板式熱交換器25也和所述兩個冷卻層8和16 —樣排走由梯 度線團層3、 4、 12、 17、 18、 19所產生的熱量.因為圖l中的單個的 冷卻層8的結構高度比困2中的小，所以在梯度線團系統1的每兩個
相鄰的層之間可以設置一板式熱交換器25 —類的冷卻層8，而在沿徑 向方向又不擴大整個梯度線圍系統1的結構高度。這樣在可比較的結 構高度的情況下，可大大改進並均勻地排走由梯度線團層3、 4、 12、 17、 18、 19所產生的熱量。將在圖3和圖4中詳細介紹單個板式熱交 換器25的結構.圖3示出板式熱交換器25的詳細情況.該板式熱交換器25具有一 上板26和一下板27。彼此間有間距的Y形的材料空隙28衝壓到兩個 板中.這些Y形的材料空隙28分別具有三條相同長度的側腿29.其中， 每兩個側腿形成一種120°夾角30。這兩塊板26、 27是如此重疊放置 的，即下面的板27的Y形的材料空隙相對於上面的板26的材料空隙 28旋轉180° .由於材料空隙28的側腿29的特別是長度的合適的尺寸 設計，所以當重疊時在上板26和下板27的Y形的材料空隙28的側腿 29之間產生重疊部位31。這些重疊部位31形成垂直於板26和27的板 平面的貫通的通道32。上板26和下板27彼此平面地粘合。此外，在上板26上粘合一上 封閉板35，在下板27上粘合一下封閉板36.在這種情況中，上封閉 板35和下封閉板36支撐在支撐部位37上。在支撐部位37下面設置一 平面的板段。在該板段上無論是上板26還是下板2"7都沒有材料空隙 28，並且據此它們由實心材料製成，在這種情況中，上封閉板35和下封閉板36形成了全部由所有四個板26、 27、 35、 36所形成的、平行於板平面平行設置的貫通的通 道的外壁。圖4示出板式熱交換器25的一個更大的部分.基本平行於板平面 設置的貫通的通道38總體地構成一種蜂窩式的通道結構。通過基本上 垂直於板平面延伸的貫穿的通道32就保證了流過通道結構的冷卻液與 兩個封閉板35和36的壁保持接觸.由於不斷地改變流動方向，因此 附加地改進了熱傳導。若選擇具有高的熱傳導率、例如在一種金屬扁 平薄板中所產生的那種熱傳導率的材料來用作所述上封閉板35和下封 閉板36的材料，則通過與相鄰的梯度線團層3、 4、 12、 17、 18、 19 的平面接觸可取得一種非常良好的熱傳導.採用一種比較軟的熱塑性塑料來用作所述兩個板26和27的材 料.總之，整個板式熱交換器25是如此柔軟，使得該熱交換器可以與
梯度線團系統l的位於下方的空心圃筒形的層的外殼相適配。在這種情況中，板式熱交換器25蓋住位於其下方的層的全部殼體 表面.然後將梯度線圏系統l的下一層固定在板式熱交換器25的外部 的殼體表面上.在空心圓筒形的梯度線圉系統1的兩個端側面上，為每個板式熱 交換器25設置在困4中未示出的一種收集箱式的裝置.這些裝置用於 提供冷卻液和排走冷卻液。在這種情況中，冷卻介質相對於梯度線閨 系統1沿著軸向方向40流過板式熱交換器25,並且該冷卻介質的任務 是，均勻地排走由相鄰的梯度線圉層3、 4、 12、 17、 18、 19所產生的 熱量.替代地也可沿徑向方向流過板式熱交換器25.圖5示出一種具有一按照圖1所示的梯度線圏系統1的磁共振層 析X射線攝影機的簡圖。
權利要求
1. 特別是用於一種磁共振層析X射線攝影機的梯度線團(1)， 具有一種包括一梯度線圍層(3、 4、 12、 17、 18、 19)和一冷卻層(8) 的層結構(2)，其特徵在於，冷卻層(8)是一種由板(26、 27)組 成的、且用於冷卻梯度線團層(3、 4、 12、 17、 18、 19)的板式熱交 換器(25)
2. 按照權利要求1所述的梯度線圏系統(1)，其特徵在於，板 式熱交換器(25)的板(26、 27)是柔性的.
3. 按照權利要求1或2所述的梯度線團系統(1)，其特徵在於， 所述板或每個板(26、 27)具有材料空隙(28),用於形成基本上與 板平面平行設置的貫通的通道(38).
4. 按照權利要求3所述的梯度線圍(1)，其特徵在於，至少兩 個板(26、 27)設置如此構成的材料空隙(28)，即在所述至少兩個 板(26、 27)重疊時產生基本上垂直於板平面的貫通的逸道(32)。
5. 按照權利要求1至4中任一項所述的梯度線團系統(1)，其 特徵在於，板(26、 27)設置在兩個封閉板(35、 36)之間，
6. 按照權利要求5所述的梯度線團系統(1)，其特徵在於，所 述材料空隙(28)在板(26、 27)中為Y形，並且在重疊至少兩個板(26、 27)時補足為一種蜂窩式的通道結構.
7. 按照權利要求6所述的梯度線圏系統(1)，其特徵在於，Y 形的材料空隙(28)的每兩個側腿(29)之間的內角(30)在100°和 150°之間.
8. 按照權利要求5所述的梯度線團系統(1)，其特徵在於，材 料空隙(28)在板(26、 27)中為X形，並且在重疊至少兩個板(26、 27)時補足為一種菱形的通道結構。
9. 按照權利要求6至8中任一項所迷的梯度線團系統(1)，其 特徵在於，X形或者Y形的材料空隙(28)的側腿(29)都至少基本具有相同的長度。
10. 按照權利要求l至9中任一項所述的梯度線困系統(1)，其 特徵在於，板式熱交換器(25)的單個的板(26、 27)和封閉板(35、 36)彼此固定連接，特別是粘合或者焊接，
11. 按照權利要求1至10中任一項所述的梯度線團系統(1), 其特徵在於，板(26、 27)由一種塑料、特別是由一種夾布膠木或者一種熱塑性塑料製成.
12. 按照權利要求5至11中任一項所述的梯度線困系統(1)， 其特徵在於，封閉板(35、 36)由一種具有小熱電阻的材料製成。
13. 按照權利要求1至12中任一項所述的梯度線圍系統(1)， 其特徵在於，板(26、 27)和封閉板(35、 36)分別具有一種在1毫 米和10毫米之間的結構高度。
14. 按照權利要求1至13中任一項所述的梯度線圏系統(1), 其特徵在於，層結構的層(2)是同心設置的空心圓筒體.
15. 按照權利要求1至14中任一項所述的梯度線閨系統(1), 其特徵在於，層結構的層(2)盤式重疊地進行布置.
16. 具有按照權利要求1至15中任一項所述的梯度線團系統(1) 的磁共振層析X射線攝影機.
全文摘要
本發明提供一種特別是用於一磁共振層析X射線攝影機(50)的梯度線圈系統(1)，該梯度線圈系統包括一種具有一梯度線圈層(3、4、12、17、18、19)和一冷卻層(8)的層結構。冷卻層(8)是一種由板組成的、且用於冷卻梯度線圈層(3、4、12、17、18、19)的板式熱交換器(25)。通過這種方式，達到對梯度線圈層(3、4、12、17、18、19)的高效冷卻。
文檔編號G01R33/385GK101122632SQ20071013999
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月7日 優先權日2006年8月7日
發明者B·格羅萬爾, J·書斯特, L·肖恩, N·胡伯, S·斯託克 申請人:西門子公司