一种新型结构的磁共振超导磁体的制作方法

1.本发明涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种新型结构的磁共振超导磁体。


背景技术：

2.磁共振用的超导磁体通常由主线圈和屏蔽线圈组成。主线圈位于超导磁体的内侧，用于产生成像区域内的主磁场。屏蔽线圈位于超导磁体的外侧，屏蔽线圈产生的磁场方向与主线圈的磁场方向相反，以此来抵消主线圈在超导磁体外围产生的磁场，屏蔽线圈具有屏蔽主线圈磁场的作用，可以将磁体外面的杂散场大大减小，减少对超导磁体周围其他设备的干扰。屏蔽线圈的屏蔽原理是产生反向的磁场与主线圈磁场相抵消，以减小磁体外面的杂散场。
3.现有技术中，超导磁体设计时通常会约束屏蔽线圈的轴向尺寸小于或等于主线圈的轴向尺寸，因此设计出的超导磁体的结构，通常在轴向上屏蔽线圈的外端部一般都与主线圈平齐，或短与主线圈。
4.屏蔽线圈能抵消磁体外围的主线圈磁场，同样屏蔽线圈也会抵消一部分成像区域的主线圈磁场。因此，为了保持成像区域的磁场强度，需要增大主线圈的安匝数，提高成像区域的磁场强度。
5.主线圈安匝数增大，会造成主线圈和屏蔽线圈内部的最大场强和最大应力的增大，最大场强和最大应力是磁体设计中的两个关键参数，当这两个参数大于一定值时会使磁体失败或降低磁体运行时的稳定性。另外，磁体的内孔长度也是磁共振超导磁体设计的关键参数。主线圈安匝数的增大，会增大主线圈的长度，使得超导磁体内孔的长度增加。如果磁共振超导磁体的内孔长度增加，在磁共振检查时，会增加病患的幽闭感。
6.因此，如何设计屏蔽线圈的结构，其既能抵消磁体外围的主线圈磁场、又尽量减少屏蔽线圈对成像区域的主磁场的影响；在满足磁场强度和稳定性的条件下，如何使得磁共振超导磁体的轴向长度更短，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明拟解决的技术问题是针对以上不足，提供一种新型结构的磁共振超导磁体，屏蔽线圈对成像区域的主磁场的抵消能力减弱，主线圈和屏蔽线圈电流小、受到的最大应力小，磁体运行更加稳定；低温杜瓦的容积小，液氦用量少，减少设备的制造成本和使用成本；且超导磁体的中心孔长度更短；便于医生进行超导磁共振介入手术。
8.为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下：一种新型结构的磁共振超导磁体，包括低温杜瓦，还包括设置在低温杜瓦内部的主线圈和屏蔽线圈，屏蔽线圈设置在主线圈的外侧；屏蔽线圈上远离磁体中心的端部到磁体中心的轴向距离大于主线圈上远离磁体中心的端部到磁体中心的轴向距离；所述低温杜瓦的两端均设有向磁体中心内凹的凹陷部，所述凹陷部位于主线圈和屏蔽线圈之间。
9.作为一种改进，所述低温杜瓦还包括由内而外依次设置的主线圈骨架、两个主线
圈法兰、两个屏蔽线圈骨架和低温杜瓦外筒；主线圈设置在主线圈骨架上，屏蔽线圈设置在屏蔽线圈骨架上；主线圈骨架的两端分别通过一个主线圈法兰与屏蔽线圈骨架固定连接；屏蔽线圈骨架的外侧设有所述低温杜瓦外筒；所述凹陷部设置在主线圈法兰上。
10.作为一种改进，所述主线圈法兰的断面为l型结构，主线圈法兰包括固定在一起的第五连接筒和第七平板，第七平板为环形的平板结构；第五连接筒一端固定在主线圈骨架的端部，另一端固定在第七平板的内圆周上；第七平板的外圆周固定在屏蔽线圈骨架上靠近磁体中心的一端；主线圈法兰的第七平板向靠近磁体中心的方向内凹，形成所述凹陷部。
11.作为一种改进，还包括依次套装在低温杜瓦外侧的冷屏和温室杜瓦，低温杜瓦和温室杜瓦间设有多组拉杆组件；低温杜瓦通过多组拉杆组件吊装在温室杜瓦上；拉杆组件的一端固定在温室杜瓦上，另一端固定在低温杜瓦的第五连接筒上。
12.作为一种改进，所述拉杆组件包括拉杆、低温拉杆座和室温拉杆座，低温拉杆座固定在主线圈法兰的第五连接筒上；室温拉杆座安装在温室杜瓦的端部；拉杆的一端固定在低温拉杆座上，另一端固定在室温拉杆座上。
13.作为一种改进，所述主线圈骨架的外侧设有多个绕线槽，每个绕线槽内均设有线圈，多个线圈共同组成所述主线圈。
14.作为一种改进，所述冷屏包括两个冷屏端板、及套装在一起的冷屏内筒和冷屏外筒，冷屏外筒的长度大于冷屏内筒的长度；冷屏内筒的端部通过冷屏端板与冷屏外筒的端部固定连接；温室杜瓦包括两个温室杜瓦端板、及套装在一起的温室杜瓦内筒和温室杜瓦外筒，温室杜瓦外筒的长度大于温室杜瓦内筒的长度，温室杜瓦内筒的端部通过温室杜瓦端板与温室杜瓦外筒的端部固定连接。
15.作为一种改进，所述冷屏端板和温室杜瓦端板均为阶梯状；所述冷屏端板包括第一平板、第二平板和第一连接筒；第一平板与冷屏外筒的端部平齐并固定在冷屏外筒上；第二平板与冷屏内筒的端部平齐并固定在冷屏内筒上；第一连接筒与冷屏内筒同心，第一连接筒的两端分别与第一平板的内孔、第二平板的外圆周固定连接；温室杜瓦端板包括第三平板、第四平板和第二连接筒，第三平板与温室杜瓦外筒的端部平齐并固定在温室杜瓦外筒上；第四平板与温室杜瓦内筒的端部平齐并固定在温室杜瓦内筒上；第二连接筒与温室杜瓦内筒同心，第二连接筒的两端分别与第三平板的内孔、第四平板的外圆周固定连接。
16.作为一种改进，所述冷屏端板和温室杜瓦端板均为一端大、一端小的筒状结构。
17.作为一种改进，所述冷屏端板包括固定连接在一起的第五平板和第三连接筒；第五平板与冷屏外筒的端部平齐并固定在冷屏外筒上，第三连接筒的两端分别与第五平板和冷屏内筒固定连接；所述温室杜瓦端板包括固定连接在一起的第六平板和第四连接筒；第六平板与温室杜瓦外筒的端部平齐并固定在温室杜瓦外筒上，第四连接筒的两端分别与第六平板、温室杜瓦内筒固定连接；第三连接筒和第四连接筒均为一端大、一端小的筒状结构。
18.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：1、屏蔽线圈对成像区域的主磁场的抵消能力减弱，因屏蔽线圈作用导致主线圈增加的安匝数较少，主线圈和屏蔽线圈内的最大场强、最大应力的增量也会减少，磁体更稳定。在相同磁场强度和稳定性的条件下，该超导磁体的主线圈轴向长度更短。
19.2、该超导磁体的冷屏端板、温室杜瓦端板均呈阶梯形状，该设计使得主线圈的轴
向长度更短，可以减少病人在超导磁体中心孔内的幽闭感。
20.3、本设计的磁体结构磁体长度较短，尤其适用于医生对病人进行超导磁共振介入手术。
21.4、主线圈法兰的第七平板向靠近磁体中心的位置凹，形成凹陷部，使得低温杜瓦的容积明显减少，节约液氦的用量，减少设备的制造成本和使用成本。该设计中的拉杆长度较长；拉杆越长，拉杆的导热性能越差，更利于低温杜瓦保持低温。
22.5、主线圈法兰的第七平板向靠近磁体中心的位置凹，该设计为低温拉杆座留出了安装空间，有效避免因安装低温拉杆座造成超导磁体长度的增加，可减少屏蔽线圈处的磁体长度，使磁体的长度更优。
23.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
24.图1为本发明一种新型结构的磁共振超导磁体实施例一的立体示意图；图2为图1中磁共振超导磁体的剖视示意图；图3为本发明一种新型结构的磁共振超导磁体实施例一的结构示意图；图4为图3中温室杜瓦的立体示意图；图5为图4中温室杜瓦的剖视示意图；图6为图3中冷屏的立体示意图；图7为图6中冷屏的剖视示意图；图8为图3中低温杜瓦的立体示意图；图9为本发明一种新型结构的磁共振超导磁体的实施例二的结构示意图；图10为本发明一种新型结构的磁共振超导磁体的实施例三的结构示意图；其中：1-主线圈骨架，2-主线圈，3-屏蔽线圈骨架，4-屏蔽线圈，5-主线圈法兰，6-低温杜瓦外筒，7-低温杜瓦，8-绕线槽，9-冷屏，10-冷屏内筒，11-冷屏外筒，12-冷屏端板，13-温室杜瓦，14-温室杜瓦内筒，15-温室杜瓦外筒，16-温室杜瓦端板，17-第一平板，18-第二平板，19-第一连接筒，20-第三平板，21-第四平板，22-第二连接筒，23-第五平板，24-第三连接筒，25-第六平板，26-第四连接筒，27-屏蔽线圈槽，28-第五连接筒，29-第七平板，30-拉杆组件，31-拉杆，32-低温拉杆座，33-室温拉杆座，34-拉杆座安装孔，35-拉杆过孔，36-拉杆座盒。
具体实施方式
25.为了便于说明而不是用于限制，该磁共振超导磁体的径向和轴向方向上，将靠近该磁共振超导磁体中心的一侧定位为“内”，与之相对的一侧定义为“外”。
26.实施例一如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8共同所示，一种新型结构的磁共振超导磁体，包括由内而外依次套装在一起的低温杜瓦7、冷屏9和温室杜瓦13；还包括设置在低温杜瓦7内部的主线圈2和两个屏蔽线圈4，主线圈2的两端分别设有一个屏蔽线圈4。屏蔽线圈4设置在主线圈2周向的外侧。低温杜瓦7的两端均设有向磁体中心凹的凹陷部，凹陷部位于主线圈2和屏蔽线圈4之间。
27.如图2和图3共同所示，低温杜瓦7包括圆筒状结构的主线圈骨架1，主线圈2设置在主线圈骨架1上。具体的，主线圈骨架1的外侧加工有多个绕线槽8，每个绕线槽8内均设有线圈，多个绕线槽8内的线圈共同组成主线圈2。本实施例的主线圈骨架1的外侧加工有八个环形的、间隔设置的绕线槽8。以主线圈骨架1的中心点为基准，八个绕线槽8两两对称设置。每个绕线槽8内都绕制有线圈，八个线圈共同组成主线圈2。
28.如图3所示，e点为磁共振超导磁体的中心。屏蔽线圈4上远离磁共振超导磁体中心e的端部到磁体中心e的轴向距离为b；主线圈2上远离磁共振超导磁体中心e的端部到磁体中心e的轴向距离为a；b﹥a。即在磁共振超导磁体的轴向上，两个屏蔽线圈4上远离磁体中心e的端部均凸出主线圈2的端部。该结构设计使得屏蔽线圈4既能抵消磁共振超导磁体外围的主线圈磁场，减少磁共振超导磁体外围的杂散场；又能减少磁共振超导磁体对周围其他设备的干扰。且屏蔽线圈4对成像区域的主磁场的影响较小。在满足相同磁场强度和稳定性的条件下，主线圈2的安匝数小、主线圈2的轴向长度较短。或者当磁共振超导磁体需要满足特定轴向长度、磁场强度和稳定性时，如果b≤a时，不能通过调整主线圈和屏蔽线圈的安匝数得以实现磁共振超导磁体的结构设计；而本设计b﹥a的情况下，则能够实现磁共振超导磁体的结构设计。
29.如图2和图3共同所示，低温杜瓦7还包括由内而外依次设置的主线圈骨架1、两个主线圈法兰5、两个屏蔽线圈骨架3和低温杜瓦外筒6。主线圈2设置在主线圈骨架1上，屏蔽线圈4设置在屏蔽线圈骨架3上。具体的，屏蔽线圈骨架3上设有屏蔽线圈槽27，屏蔽线圈槽27内设有屏蔽线圈4。主线圈骨架1的两端分别通过一个主线圈法兰5与屏蔽线圈骨架3固定连接；屏蔽线圈骨架3的外侧设有所述低温杜瓦外筒6；凹陷部设置在主线圈法兰5上。
30.主线圈法兰5包括固定在一起的第五连接筒28和第七平板29，第五连接筒28为圆筒状结构，第七平板29为环形的平板结构。第五连接筒28的轴线与第七平板29垂直设置，使得主线圈法兰5的断面呈l型结构。具体的，第五连接筒28远离磁体中心的一端固定在主线圈骨架1的端部，另一端固定在第七平板29的内圆周上。屏蔽线圈骨架3上靠近磁体中心的一端向靠近磁体中心的方向有一水平延伸段。第七平板29的外圆周固定在屏蔽线圈骨架3上靠近磁体中心的一端。
31.低温杜瓦外筒6固定安装在屏蔽线圈骨架3的外侧。主线圈骨架1、两个主线圈法兰5、两个屏蔽线圈骨架3和低温杜瓦外筒6共同围成低温杜瓦7。低温杜瓦外筒6的长度大于主线圈骨架1的长度，低温杜瓦7的两端均为阶梯状，主线圈法兰5的第七平板29向靠近磁体中心的一侧凹，形成凹陷部。使用时，低温杜瓦7内盛装液氦，主线圈2和屏蔽线圈4均位浸泡在液氦里。由于主线圈法兰5的第七平板29向靠近磁体中心的一侧凹，使得低温杜瓦7的容积大大减少，减少液氦的用量。
32.如图6和图7共同所示，冷屏9包括套装在一起的冷屏内筒10和冷屏外筒11，冷屏外筒11的长度大于冷屏内筒10的长度；冷屏内筒10的端部通过冷屏端板12与冷屏外筒11的端部固定连接。冷屏端板12为阶梯状。冷屏端板12包括由外而内依次连接的第一平板17、第一连接筒19和第二平板18。第一平板17和第二平板18均为环形的平板结构，第一连接筒19为圆筒状结构。具体的，第一平板17与冷屏外筒11的端部平齐并固定在冷屏外筒11上；第二平板18与冷屏内筒10的端部平齐并固定在冷屏内筒10上；第一连接筒19与冷屏内筒10同心，第一连接筒19的两端分别与第一平板17的内孔、第二平板18的外圆周固定连接。
33.如图4和图5共同所示，温室杜瓦13包括套装在一起的温室杜瓦内筒14和温室杜瓦外筒15，温室杜瓦外筒15的长度大于温室杜瓦内筒14的长度，温室杜瓦内筒14的端部通过温室杜瓦端板16与温室杜瓦外筒15的端部固定连接。
34.温室杜瓦端板16为阶梯状。温室杜瓦端板16包括由外而内依次连接的第三平板20、第二连接筒22和第四平板21，第三平板20和第四平板21均为环形的平板结构，第二连接筒22为圆筒状结构。第三平板20与温室杜瓦外筒15的端部平齐并固定在温室杜瓦外筒15上；第四平板21与温室杜瓦内筒14的端部平齐并固定在温室杜瓦内筒14上；第二连接筒22与温室杜瓦内筒14同心，第二连接筒22的两端分别与第三平板20的内孔、第四平板21的外圆周固定连接。
35.如图2和图3共同所示，低温杜瓦7和温室杜瓦13间设有拉杆组件30。拉杆组件30由拉杆31、低温拉杆座32、室温拉杆座33组成，低温拉杆座32固定在主线圈法兰5的第五连接筒28上。室温拉杆座33安装在温室杜瓦端板16的第三平板20上。具体的，第三平板20上设有拉杆座安装孔34，室温拉杆座33安装在拉杆座安装孔34内。如图3所示，第三平板20上对应拉杆座安装孔34的位置设有拉杆座盒36，拉杆座盒36覆盖拉杆座安装孔34。冷屏端板12的第二平板18上设有拉杆过孔35。拉杆31的两端分别固定安装在低温拉杆座32和室温拉杆座33上，拉杆31贯穿拉杆过孔35。低温杜瓦7通过拉杆组件30吊装在温室杜瓦13内部。低温杜瓦7和温室杜瓦13中间为真空夹层。
36.本实施例中优选的，低温杜瓦7和温室杜瓦13间设有八根拉杆组件30，即低温杜瓦7的两端均通过四根拉杆组件30吊装在温室杜瓦13上。
37.超导磁体使用时，低温杜瓦7内盛装液氦，主线圈2和屏蔽线圈4浸泡在液氦内。本实施例与现有技术相比，主线圈法兰5的第七平板29向靠近磁体中心的位置凹，使得低温杜瓦7的容积明显减少，节约液氦的用量，减少设备的制造和使用成本。且该设计中的拉杆31长度较长；拉杆31越长，拉杆31的导热性能越差，更利于低温杜瓦7保持低温。且该设计为低温拉杆座32留出了安装空间，有效避免因安装低温拉杆座32造成磁共振超导磁体的长度增加。
38.现有技术中磁共振超导磁体的低温拉杆座通常设置在低温杜瓦的外端面上，室温拉杆座设置在温室杜瓦的端板的内侧面上。在因此低温杜瓦的端面和温室杜瓦的端面间要保持较大的距离，用于安装低温拉杆座和室温拉杆座，使得超导磁体的整体长度较长。
39.该磁共振超导磁体的低温拉杆座32设置在低温杜瓦7的第五连接筒28上，低温拉杆座32相对主线圈骨架1的端部更靠近超导磁体的中心。第三平板20上设有拉杆座安装孔34，室温拉杆座33安装在拉杆座安装孔34内。因此，该设计中低温杜瓦7的端部与温室杜瓦13的端部间间隙较小，使得超导磁体的整体长度减小，超导磁体的长度变的更优。
40.以1.5t全身磁共振超导磁体为例，本发明的超导磁体的结构与现有技术中超导磁体结构相比，在相同场强、相同孔径的情况下，能够明显降低主线圈2和屏蔽线圈4的电流大小，主线圈2和屏蔽线圈4所受应力也明显下降；还降低了主线圈2和屏蔽线圈4中超导线的电流利用率，增加超导磁体运行的稳定性。
41.磁共振成像检查时，引起患者幽闭感的主要因素是超导磁体内孔对应的长度。本发明的超导磁体内孔的长度比现有技术中超导磁体的短，两款磁体的主线圈电流大小、主线圈和屏蔽线圈收到的最大应力及磁体内孔的长度对比，如下表所示。
42.实施例二如图9所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：冷屏端板12和温室杜瓦端板16均为一端大、一端小的筒状结构，整体呈喇叭口状。冷屏端板12的小端固定在冷屏内筒10的端部，冷屏端板12的大端固定在冷屏外筒11的端部。温室杜瓦端板16的小端固定在温室杜瓦内筒14的端部，温室杜瓦端板16的大端固定在温室杜瓦外筒15的端部。
43.实施例三如图10所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：冷屏端板12包括由内而外固定连接在一起的第五平板23和第三连接筒24，第五平板23为环形的平板结构。第五平板23位于第三连接筒24的外部。第五平板23与冷屏外筒11的端部平齐并固定在冷屏外筒11上，第三连接筒24的两端分别与第五平板23的内孔、冷屏内筒10的端部固定连接。
44.温室杜瓦端板16包括由内而外固定连接在一起的第六平板25和第四连接筒26，第六平板25为环形的平板结构。第六平板25位于第四连接筒26的外部。第六平板25与温室杜瓦外筒15的端部平齐并固定在温室杜瓦外筒15上，第四连接筒26的两端分别与第六平板25、温室杜瓦内筒14固定连接。第三连接筒24和第四连接筒26均为一端大、一端小的筒状结构。
45.综上所述，本发明一种新型结构的磁共振超导磁体，屏蔽线圈4对成像区域的主磁场的抵消能力减弱，因屏蔽线圈4导致的主线圈2增加的安匝数减少，主线圈和屏蔽线圈内的最大场强、最大应力减少，超导磁体运行更加稳定。在相同磁场强度和稳定性的条件下，该超导磁体的主线圈2的轴向长度可以更短。该超导磁体的冷屏端板12、温室杜瓦端板16均呈阶梯形状，使得超导磁体内径的轴向长度更短，可以减少病人在超导磁体中心孔内的幽闭感。本设计的磁体结构孔径大、磁体长度短，尤其适用于医生对病人进行超导磁共振介入手术。
46.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。