磁共振成像中的线圈的冷却制造技术

一种ＭＲＩＳ的梯度线圈结构，具有卷绕的管材，该管材用于携带冷却介质以冷却线圈结构。所述卷绕管材的入口和出口（１５、２６）通过陶瓷绝缘体（２０）与卷绕管材的其余部分电气隔离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及例如用作磁共振成像波谱(MRIS)的梯度线圈的磁性线圈结构，特别是涉及此类线圈的冷却。
技术介绍
已知有这样的MRIS系统，其包括多个同心的线圈，这些线圈围绕着一个供安置一物体的区域来布置。该多个线圈中包括一最外部的直流(DC)线圈，用于提供一个恒定的强磁场；一内部的射频(RF)线圈配置，其同心地布置在DC线圈中；以及一梯度线圈组件，其位于内部的RF线圈和外部的DC线圈之间。梯度线圈组件是布置成可产生一个随时间变化的磁场，该磁场可使病人细胞核的响应频率和相位取决于它们在磁场中的位置。最近已经研制出可作替代用的磁铁几何结构，其中之一是，磁铁包括由一个间隙分隔开的两个显著不同的组件。在这种配置中，梯度线圈的一种普通的几何结构由两个基本上平面的圆盘组成，其中一个圆盘位于被成像物体的上方，而另一个圆盘位于被成像物体的下方。用于MRIS的梯度线圈系统包括通常由铜或其它合适的导电材料制成的多个电气绕组。在使用时，通常在几百安培范围内的电流流过每个绕组，它们具有复杂的时间和幅度顺序，以产生在空间和时间上变化的磁场，进而产生MRIS所需要的空间上的和其它的信息。要在可能的最短时间内切换电流的开和关，为此，需施加几千伏的大电压来克服各绕组的电感。如上所述，各绕组在一个可高达几个特斯拉的静磁场内工作，并在脉冲变化时受到较大的内部起磁力(magnetomotive force)的作用。为了达成机械上的稳定，通常是将所有的梯度绕组结合成一单个的树脂封装结构，其通常根据MRIS系统的总的几何结构而呈环形或圆盘形。已知树脂系统会在一个特定的温度(已知是通常在70到100℃范围内的玻璃态转变温度)下丧失强度，因而各线圈在正常使用时不能达到或超过这个温度。因此，为了使梯度线圈系统的性能最优化，希望能抽除由于电流流过绕组而产生的电阻热。实现该目的的一种方法是，对线圈系统进行液体冷却，这可以间接通过一个专用的冷却绕组或直接通过一个或多个呈中空导体形式的线圈绕组来实现。这两种方法与空气冷却相比都具有显著的优点，因为在空气冷却中，抽除的热量与系统的表面积成正比，通常是相当低的。梯度线圈系统设计成需工作多年。因此，特别是对系统的被封装的部件而言，希望能采用不会随时间或温度的变化而恶化的材料。这意味着例如塑料和橡胶之类的材料是不合适的。相反，只要可能，就要用金属管材来制造冷却管道，并且所有的管接头都必须是钎焊、焊接或铜焊的。如果全部或部分冷却流体流过电气绕组之一，根据定义，这部分冷却回路就必须是金属的。然而，由于冷却液具有粘度以及可用空间有限，故使这种配置仍存在困难，并且，很少能借助一单个的冷却回路实现最优的冷却。相反，需将冷却回路分成多个部分，这些部分形成多个平行的冷却回路。各冷却部分需在某些点上分流，以便使整个液体流可以从一个源头供给。还有，为耐用起见，希望歧管和相关的管道系统都被封装。然而，如果是用金属管接头来进行分流，那么就会产生很多低阻抗的电环(electrical loop)。当线圈绕组开和关时，这些电环会携带感生电流，这些感生电流进而会产生寄生磁场，这会显著地降低梯度线圈系统的性能。如果冷却回路的一部分是各电气绕组中的一个，那么会有另一个难点产生。在此情况下，随着该绕组被切换成开和关，各个冷却液的供给和返回都会在相差很大的电位上，而一个导电的接头可以构成该绕组的电气短路。于是，在这些设计条件下，需要采用绝缘的管接头来将冷却回路联系于各歧管。通常采取的措施是，用橡胶或塑料来制造管接头，并且不对它们进行封装，从而便于进行保养和维修。上述的歧管分流的方法并不十分理想，因为它留有很多暴露的外部管道系统，非常容易损坏。如果冷却绕组也是线圈绕组，那么该项技术就会涉及到将很多携带高压的导体引到树脂封装之外而进入大气。这样就蕴含着安全问题，特别是在操作者误认为冷却系统处于接地电位的情况下。此外，对导体在空气中的间隔有具体的规定，这意味着各歧管要占据很大的空间。本专利技术正是为解决以上问题而作出的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用作为MRIS中的梯度线圈的线圈结构，所述线圈结构包括卷绕的管材，所述管材用于携带冷却介质以冷却线圈结构，其中，所述卷绕管材的入口和出口装置通过陶瓷绝缘装置与所述卷绕管材的其余部分电气隔离。所述卷绕管材可以是线圈结构的电流携带导体。所述绝缘装置可以包括一个或多个管状的陶瓷元件。所述陶瓷元件可以通过铜焊接头连接至卷绕的管材。卷绕的管材可以形成多个线圈环，每个线圈环均具有一相对于所述流体入口的歧管和相对于所述流体出口的歧管而言的绝缘连接部。冷却介质可以是水。根据本专利技术的各实施例具有这样的优点，即，它们在MRIS梯度线圈中，在两个或多个导电体之间采用一个永久绝缘的接头，该接头适于封装在环氧树脂内，并能携带冷却介质。该接头的绝缘部分可包括一中空的、对液体密封的陶瓷构件，而线圈结构的管状导体可以铜焊于所述绝缘的陶瓷管而形成一个接头。附图说明以下将结合具体的例子及其附图来描述本专利技术。附图中图1是根据本专利技术构造的单个梯度线圈绕组的示意图；以及图2是图1所示配置中使用的一个绝缘体或隔离体的剖视图。具体实施例方式参见图1，其中示出了一个由标号10总地表示的梯度线圈，该梯度线圈是由诸如铜之类的管状导电材料构造而成的，各导(电)体可以携带电流而使线圈产生所需的梯度场，并且还能充当例如水之类的冷却流体的流动管道。标号11和12示出了梯度线圈与电源的连接处。冷却流体通过一冷却剂入口15供给一歧管16而后再供给至线圈结构。歧管16通过隔离体或绝缘体20连接至线圈结构上的点18和19。以此方式，可在线圈结构中产生多个冷却环。冷却流体可以通过管子22、23和24离开线圈结构，所述管子通过另外一些隔离体20连接至一出口歧管26。图2更详细地示出了各隔离体20。每个隔离体均包括一陶瓷管30，该陶瓷管通过铜焊接头33连接至线圈结构的金属管材31和32。因此，可以看到陶瓷管30使管子部分32和管子部分31电气地隔离，但允许冷却流体流过管材而进入线圈结构。铜焊技术可以是一种已知的专用高温工艺，例如真空铜焊，它可以在一个很小的管材子组件上进行，然后再通过金属对金属的接合技术(例如钎焊、银焊或传统的铜焊)将这个子组件结合到梯度线圈组件的管道系统中。图1所示结构中包含歧管在内的绝大部分都用环氧树脂封装，只有入口和出口连接部是暴露的，以便连接液体冷却液。如该实施例所示，每个歧管主要都是金属结构的，只是带有两个或更多个陶瓷绝缘体。可以设想这样一个实施例，其中歧管本身是一个陶瓷构件，其连接于多个金属的入口管和出口管。上述的实施例具有以下优点。1)可以将部分或全部的歧管与梯度线圈系统一起封装在树脂内，只留下供连接液体冷却液用的少量的入口和出口连接部没有封装。2)为操作者的安全和紧凑起见，可以将入口和出口连接部保持在接地电位。3)与传统的配置相比，可以在一个更早的阶段完成冷却剂回路及其测试。4)可以利用一个密封点较少的闭合模具来进行树脂模制。这使得模具可以取向在一个便于树脂渗入组件的最优角度上。5)在树脂注入之后，无需软管的更换或装配，因而可以显著地缩短结尾工作。6)传统的用于在空气中进行分流的空间可以被真空地灌注树脂，从而能形成更为坚固的组件。权利要求1.一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作为ＭＲＩＳ中的梯度线圈的线圈结构，所述线圈结构包括卷绕的管材，所述管材用于携带冷却介质以冷却线圈结构，其中，所述卷绕管材的入口和出口装置通过陶瓷绝缘装置与所述卷绕管材的其余部分电气隔离。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA考格林，
申请(专利权)人：特斯拉工程有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]