背景技術(shù)：

在磁共振成像(mri)設(shè)備中，背景磁場的均勻性和穩(wěn)定性與測量的質(zhì)量高度相關(guān)。為了改善背景磁場的均勻性，可以使用無源勻場，無源勻場涉及墊片元件，墊片元件是靠近成像區(qū)域放置的具有良好磁特性的鋼片。墊片元件被磁化并且使背景磁場畸變。墊片被布置為使得所產(chǎn)生的畸變使背景場更均勻。

用于mri設(shè)備的超導磁體通常是圓柱形形狀，并且被容納在圓柱形低溫恒溫器內(nèi)。圓柱形低溫恒溫器包括具有圓柱形孔管的外部真空室(ovc)，該外部真空室包圍成像區(qū)域。已知的是，外部真空室孔管中和墊片中的溫度升高可能會由于材料的磁導率的變化而引起磁共振成像設(shè)備中的磁場漂移。這種溫度升高可能由梯度場線圈引起，該梯度場線圈被容納在ovc孔管內(nèi)并且生成由mri系統(tǒng)成像所需的振蕩磁場。梯度線圈本身在操作期間變熱，并且其振蕩磁場在附近的傳導表面(諸如，墊片和ovc孔管)中感應(yīng)出電流，從而會導致那些表面溫度升高。

附圖說明

下面參考附圖，基于優(yōu)選的實施例來闡釋本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出了具有示例墊片托盤的外部真空室孔管的三維剖視圖，示例墊片托盤安裝在孔管內(nèi)側(cè)的導軌上；

圖2示出了與圖1類似的布置，該布置示出了在圓柱形ovc孔管周圍彼此相鄰定位的通道中的墊片托盤的多種布置；

圖3示出了圖2的布置的另一視圖，包括含有冷卻流體的通道系統(tǒng)的概況；以及

圖4至圖10各自非常示意性地呈現(xiàn)可用于本發(fā)明的相應(yīng)實施例中的通路和管道的布置。

本發(fā)明的目的是在成像期間使墊片和ovc孔管的溫度穩(wěn)定。因此，本發(fā)明提供了如獨立權(quán)利要求中限定的設(shè)備。從屬權(quán)利要求示出了優(yōu)選實施例。

具體實施方式

盡管以下描述將優(yōu)先地涉及“冷卻”，但本發(fā)明適用于溫度穩(wěn)定化。例如，下面描述的“冷卻流體”和“冷卻劑”可以用于對設(shè)備的一些部件進行加溫以及對其它部件進行冷卻，以使整體的溫度穩(wěn)定。

提出了一種用于對磁共振成像設(shè)備的磁場進行勻場的布置，磁共振成像設(shè)備具有外部真空室孔管，其中提供了包含墊片元件的墊片托盤，并且墊片托盤被安裝在導軌上，導軌自身被安裝在外部真空室孔管上，由此墊片托盤可以沿著導軌滑動，在導軌中至少部分地布置有包含冷卻流體的通道系統(tǒng)。

墊片托盤允許墊片元件的緊密固定。這是相關(guān)的，因為墊片元件承受由磁場引起的高的力。

通過使得墊片托盤和導軌至少部分地由導熱材料制成，冷卻流體用于冷卻ovc孔管、墊片托盤和墊片元件。

將包含冷卻流體的通道系統(tǒng)布置在至少一些導軌中允許在包含冷卻流體的通道系統(tǒng)之間的直接和良好的熱接觸，因此熱可以通過墊片托盤和導軌從墊片元件非常高效地傳遞到通道系統(tǒng)中的冷卻流體。此外，通過包含冷卻流體的通道系統(tǒng)的這種布置實現(xiàn)了對外部真空室孔管的冷卻。

墊片托盤在通道中的多種布置可以圍繞圓柱形ovc孔管彼此相鄰地被定位。冷卻的墊片托盤然后還可以用作熱屏蔽件，從而保護ovc孔管免受從梯度線圈組件發(fā)出的輻射熱的影響。墊片元件以及可能還有墊片托盤是導電的，并且還可以屏蔽ovc孔管以免受由梯度線圈組件生成的振蕩磁場的影響。這樣的墊片托盤組件因此可以進一步穩(wěn)定外部真空室孔管的溫度。

優(yōu)選的冷卻流體是水。水在室溫附近的溫度處具有高的比熱、是無毒的、便宜的且容易得到的。也可以使用其它冷卻流體。

導軌優(yōu)選地與ovc孔管的對稱軸線對齊，并且允許沿導軌調(diào)整墊片托盤的位置，從而允許調(diào)節(jié)墊片托盤中的墊片元件的勻場效應(yīng)。至少一個導軌和/或至少一個墊片托盤可以至少部分地由進一步增強勻場效應(yīng)的鐵磁材料制造。

在本發(fā)明的另一實施例中，墊片托盤具有底部件和蓋，蓋可以被固定到底部件。這種布置允許墊片元件以如下方式被放置在墊片托盤中，該方式使得大的力可以安全地作用在墊片元件上。底部件和蓋均應(yīng)當與導軌熱接觸。這可以通過將底部件和蓋彼此熱接觸放置、并且將底部件和蓋中的一個或另一個(例如，通過過盈配合)與導軌熱接觸放置來實現(xiàn)。

在本發(fā)明的另一實施例中，墊片托盤是長方體形狀的?？捎玫膲|片元件典型地是薄的矩形片鋼板。這種元件可以以省空間的方式被放置在長方體形狀的托盤中。

在本發(fā)明的另一實施例中，導軌具有凹槽，使得墊片托盤可以在導軌的凹槽中滑動。具有凹槽的導軌引起非常好的引導。通過適當?shù)貙疾酆蛪|片托盤成形，可以確保導軌和墊片托盤之間的有效熱接觸。

在本發(fā)明的另一實施例中，墊片托盤和/或?qū)к壘哂谐藟|片元件的勻場效應(yīng)之外的勻場效應(yīng)。這通常通過使用用于墊片托盤和/或?qū)к壍闹辽俨糠骤F磁或順磁的材料來實現(xiàn)。

在本發(fā)明的另一實施例中，可以調(diào)整墊片托盤的位置，以允許對更大范圍的磁場非均勻性進行勻場。實現(xiàn)這一點的一種方式是使用如上所述的導軌以及合適的固定裝置來將墊片托盤沿導軌的長度保持在期望的位置。

在本發(fā)明的另一實施例中，冷卻流體可以流經(jīng)導軌中的通道系統(tǒng)，并且可以通過流經(jīng)冷卻器被冷卻。在冷卻器中，冷卻流體中傳遞的熱可以被提取和消散。冷卻流體被冷卻，并且可以再次在通道系統(tǒng)中被饋送。在大多數(shù)情況下，冷卻器是制冷機，其中冷卻流體的熱被傳遞到另一流體或環(huán)境。

在本發(fā)明的另一實施例中，冷卻流體的熱質(zhì)量足夠高，以使墊片、墊片托盤和外部真空室孔管的溫度基本上穩(wěn)定。以這種方式，墊片元件的溫度被穩(wěn)定。在這種情況下，不需要如上所述的冷卻器。對冷卻器中的冷卻流體進行冷卻和提供高熱質(zhì)量的兩種方法可以被組合。為了提供高熱質(zhì)量，應(yīng)當使用合適的冷卻流體(通常是水)。此外，冷卻系統(tǒng)應(yīng)當具有足夠的尺寸，以提供足夠大的熱容量。用于冷卻流體的外部儲存器也可以增加冷卻流體的熱質(zhì)量。高熱質(zhì)量的優(yōu)點是自穩(wěn)定機制，因此不需要控制或僅需要簡單的控制。

如果通道系統(tǒng)的尺寸足夠高，則在某些情況下不需要冷卻流體的循環(huán)。冷卻劑回路可以被布置為使得冷卻劑的循環(huán)僅通過冷卻劑流體的熱膨脹和收縮以被稱為熱虹吸的機制來驅(qū)動。

圖1示出了外部真空室孔管1的一部分。在外部真空室孔管1的徑向內(nèi)圓柱形表面上，安裝有墊片托盤4。墊片托盤4被示出為不具有蓋，使得可以看到設(shè)置用于將墊片元件10容納在墊片托盤內(nèi)的墊片袋。然而，在使用中，通常將提供蓋以封閉墊片袋。如果墊片元件以其它方式固定到墊片托盤，則可以省略蓋。

導軌8、9被示出為在ovc孔管1的徑向內(nèi)表面上固定到ovc孔管1。由于ovc必須是真空密封的，所以導軌8、9優(yōu)選地通過不需要穿透ovc的方式(諸如，釬焊或粘接)進行附接。墊片托盤具有位于導軌8、9中的對應(yīng)凹槽12內(nèi)的側(cè)向唇部11。優(yōu)選地，在唇部11和導軌8、9之間存在過盈配合，以提供有效的熱接觸。導軌8、9各自包括至少一個流體通路13，流體通路13可以是如示意性地示出的管狀元件13，或者可以是導軌本身的特征。優(yōu)選地，導軌8、9通過機械加工或擠壓金屬或其它導熱材料而形成，以包括流體通路。流體通路通過合適的管道14被連接到用于冷卻流體的循環(huán)的一個或多個回路中。

導軌8、9和墊片托盤4應(yīng)當至少部分地由導熱材料構(gòu)成，并且墊片元件10應(yīng)當與墊片托盤熱接觸，以確保從墊片元件和ovc孔管到冷卻流體的有效熱傳遞。

通過導軌8、9保持墊片托盤4允許墊片托盤沿導軌的長度移動。通過移動墊片托盤，可以調(diào)節(jié)墊片元件10的位置和勻場效應(yīng)。應(yīng)當提供用于將每個墊片托盤保持在其選定位置處的機構(gòu)。

相應(yīng)導軌8、9內(nèi)的通路13通過管道14連接在一起，以限定用于冷卻流體的循環(huán)的至少一個回路。在圖2所示的布置中，為了便于表示，圓柱形ovc孔管被示出為扁平的。每個導軌8、9具有凹槽12，凹槽12保持兩個相鄰墊片托盤4中的每個墊片托盤的相應(yīng)的側(cè)向唇部11。所示的每個墊片托盤包括機械連接在一起的底部部件16和蓋18。備選地，可以在每個導軌中提供更深的凹槽12，并且更深的凹槽12可以容納墊片托盤的邊緣。優(yōu)選地，底部部件16和蓋18都是導熱的，并且它們彼此熱接觸。在諸如圖2所表示的布置中，整個圓柱形ovc孔管1可以、并且優(yōu)選地襯有墊片托盤4和導軌8、9，從而形成用于ovc孔管1的如上所述的熱屏蔽。

墊片托盤4、導軌8和9以及外部真空室孔管1都至少部分地由導熱材料或?qū)釓秃喜牧现瞥伞＿@是需要的，以使得能夠與布置在導軌8和9內(nèi)的包含冷卻流體的通道系統(tǒng)進行熱接觸。

圖3示出了如果從ovc孔管的軸線徑向向外看的圖2的布置的備選視圖。因此，ovc孔管1的表面看起來是扁平的。優(yōu)選地，如圖所示，管道14不突出到ovc孔管1的軸向末端之外。如參考圖1所描述的，在ovc孔管1的徑向內(nèi)表面周圍提供墊片托盤4，每個墊片托盤被定位在一對導軌8、9之間。

冷卻劑回路20包括管道14以及導軌8、9內(nèi)的通路13。另外的管道22通過將導軌8、9連接到泵24或其它循環(huán)器而使冷卻劑回路閉合，泵24或其它循環(huán)器使冷卻劑流體圍繞回路20循環(huán)?？蛇x的儲存器或冷卻器26提供用于圍繞回路再循環(huán)的冷卻器流體?？梢蕴峁┐罅康睦鋮s劑，以限制冷卻劑的溫度上升，和/或可以提供有源或無源的冷卻裝置。

可以發(fā)現(xiàn)，可以布置管道14和另外的管道22，使得不需要循環(huán)器24，并且冷卻劑流體的循環(huán)僅通過冷卻劑流體在加熱和冷卻時的膨脹和收縮(可以被稱為熱虹吸的機制)來驅(qū)動。

在一些實施例中，一些導軌8、9可以不設(shè)置有通路13，和/或可以從冷卻劑回路20中排除。

圖1至圖3示出了其中所有通路串聯(lián)連接的簡單布置。管道14將相鄰導軌8、9的通路13的相鄰端連接在一起成為單個串聯(lián)連接，該單個串聯(lián)連接然后通過另外的管道22連接到泵24和冷卻器26(如果提供有)。

可以提供其它更復雜的布置以將通路13連接在一起成為冷卻回路，并且下面將參照圖4至圖10描述冷卻回路的一些優(yōu)選的示例。圖4至圖10中的每幅圖非常示意性地表示如上所述的通路13和管道14的布置。在圖4至圖10中表示的每對相鄰的通道13表示諸如圖1所示的墊片托盤布置。如圖2至圖3的情況，該視圖是“扁平的”，使得該視圖類似于從ovc孔管的軸線向外看并圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)的視圖。指示出了軸向(z)和圓周方向(r)，以及tdc、bdc和側(cè)部的位置。冷卻流體的入口和出口由適當?shù)募^符號表示。

所選擇的管道布置優(yōu)選地提供盡可能多的以下特征：

-對于穩(wěn)定ovc孔的溫度是有效的；

-最小化任何所需歧管的復雜性；

-所有管道連接被定位在ovc孔管的一個軸向端部處，優(yōu)選地被定位在與梯度線圈電連接的位置相對的軸向端部處；

-提供對流動的無源控制。

在下面的描述中，“上止點”或“tdc”表示圍繞ovc孔管的圓周的最高位置。類似地，“下止點”或“bdc”表示圍繞ovc孔管的圓周的最低位置。ovc孔管的“側(cè)部”是指圍繞ovc孔管的圓周的、在直徑方向上相對的位置，“側(cè)部”被定位在tdc和bdc之間的中間位置。對于圓柱形ovc孔管，這些將是在水平方向上彼此相距最遠的圓周位置，并且圓周位置與通過圓柱形ovc孔管的幾何軸線的水平平面相交。

圖4表示如圖1至圖3中已經(jīng)呈現(xiàn)的簡單布置。標記了tdc、bdc和側(cè)部的位置。標記了單個流體入口和單個流體出口。所有通道13通過管道14串聯(lián)連接。在該示例中，流體入口和流體出口均被定位在tdc處。盡管這表示了簡單的布置，并且消除了對入口歧管和出口歧管的需要，但是在通過管道和通道的串聯(lián)連接的冷卻流體中存在大的壓降。進入串聯(lián)布置的冷卻流體(例如，水)將流經(jīng)所有通道，從而隨著其流動而吸收熱。因此，有必要提供冷卻流體的快速流動，以在ovc孔管的整個表面上提供有效的冷卻。

已經(jīng)觀察到，在使用中，ovc孔管1的某些區(qū)域比一些其它區(qū)域經(jīng)受更多加熱。用于連接通路的布置可以適于對經(jīng)受最多加熱的區(qū)域提供最有效的冷卻，從而在ovc孔管的表面上提供更均勻的溫度分布。在一個示例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用中，ovc孔管在tdc和bdc處經(jīng)歷增加的加熱，但是在側(cè)部處經(jīng)歷減少的加熱。

圖5至圖8示出了備選布置，其中通道和管道結(jié)構(gòu)圍繞位置tdc和bdc對稱布置。

在圖5中，提供了兩個平行布置，每個布置由串聯(lián)連接的管道13的一半組成。在tdc處提供兩個入口，在bdc處提供相應(yīng)的出口。在穿過軸線tdc和bdc的平面的一側(cè)上的所有通道以一個串聯(lián)布置進行連接，而在該平面的另一側(cè)上的所有通道以另一布置進行連接。這使得新鮮的冷卻流體能夠在tdc(其中經(jīng)受到最大加熱的部位之一)處被引入，并且提供對ovc孔管的對稱冷卻。冷卻流體在bdc處離開通道和管道。這種流動抵抗自然對流，并且被認為提供改進的冷卻。備選地，一個冷卻流體入口可以在tdc處，另一個冷卻流體入口在bdc處，而冷卻流體出口可以類似地被布置為一個在tdc處、一個在bdc處。這種布置可以在tdc和bdc處提供更平等的冷卻效果。

在圖6的布置中，通道被分成四組，對應(yīng)于ovc孔管的四個四分之一區(qū)。在每種情況下，冷卻流體在經(jīng)受高水平加熱的區(qū)域tdc或bdc處被引入，并且從側(cè)部離開，側(cè)部是需要較少冷卻的區(qū)域，因為它們在使用中不太熱。所得到的溫度在ovc孔管的表面上更恒定。通過將通道分成四組，可以在四個單獨的位置處引入新鮮冷卻流體，并且與圖4的布置相比，可以使用減少的冷卻流體流動實現(xiàn)有效冷卻。

在圖7所示的布置中，通道被分成八組。冷卻流體入口和出口可以圍繞ovc孔管對稱地布置，以提供有效的對稱冷卻。需要每組通道來冷卻ovc孔管的減小的表面區(qū)域，并且因此可以以降低的流速操作。

圖8的布置示出了達到其極限的該原理，其中每對通道具有其自己的冷卻流體入口和出口。可以例如使用閥來控制每對通道中的冷卻流體的流速，以為每對通道提供所需的冷卻量，并且確保在ovc孔管的表面上的一致的溫度。

圖4至圖8的布置示出了對稱布置，其中所有通道被劃分為多個等同的組。圖9表示備選的布置，其中通道組在大小上不等同。在該示例中，靠近tdc和bdc的具有較大冷卻要求的區(qū)域設(shè)置有較小組的通道，而在該示例中靠近側(cè)部的具有減少冷卻要求的區(qū)域設(shè)置有較大組的通道。通過使類似流速的冷卻流體循環(huán)通過每個組，向具有更大冷卻需求的區(qū)域提供增強的冷卻能力，而向具有較低冷卻需求的區(qū)域提供減小的冷卻能力。當然，還可以使流速適應(yīng)每組，以進一步控制每組中的冷卻能力。甚至可以通過在不同組中使用不同冷卻流體來改變可用的冷卻。

圖4至圖9的所有實施例使用連續(xù)連接的通道13，即每個通道13通過管道14連接到一個或兩個緊鄰的通道。然而，這種情況不是必需的，并且圖10示出了另一個實施例，其中每組通道以螺旋形式連接。在每種情況下，冷卻流體被引入到一組中的通道的外側(cè)通道中，并且以螺旋方式進行，直到其離開通道中的靠近組的中心的通道。冷卻流體的流動方向當然可以顛倒。類似地，可以制作其它布置來將通道以其它順序(例如，部分螺旋、部分連續(xù)的布置)連接在一起。

圖4至圖10示出的實施例各自包括四十八個通道13，四十八個通道可以被布置為容納多達四十八個墊片托盤。如對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，其它實施例可以設(shè)置有更多或更少的通道和墊片托盤。

雖然已經(jīng)通過示例性實施例更詳細地解釋了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所公開的示例，而是擴展到所附權(quán)利要求中限定的整個保護范圍。