专利名称：梯度线圈系统和磁共振层析x射线摄影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是用于一种磁共振层析x射线摄影机的梯度线團系统.该梯度线團系统具有一包括一梯度线圃层和一冷却层的层 结构. 背景技术在磁共振层析x射线摄影机工作时，为了产生图像，要求至少一个梯度磁场和一个基波磁场重合.这是借助于一梯度线圃系统产生 的.通常梯度线團系统具有多个带有一个或者多个梯度线團的梯度线 團层，以产生三个垂直重叠的梯度磁场.在当今使用的主动屏蔽的梯 度线闺系统中除了产生着有效场的梯度线圈层外，还设置其它的梯度 线围层，这些线團层向外对所述有效场进行屏蔽。这些附加的梯度线 團层围绕产生着有效场的梯度线闺层设置，并且与这些梯度线團层间 隔着距离。典型的做法是，其量级为数百安培的脉冲形式的电流流过一梯度 线團层的每个梯度线團。通过梯度线團的欧姆电阻，使相当大量的能 量转换成热量。必须以合适的方式排出这些热量.在一种用于全身检查的磁共振层析x射线摄影机中，对梯度线團进行良好的冷却是特别必要的，因为在此时患者直接经受着由梯度线圏系统所产生的热。 因此在一种梯度线團系统中设置了用于将由梯度线團层的梯度线團所产生的热量引出的冷却层。例如在DE 197 21 985 Al或者WO 03/093853 Al描述了这样一种冷却层的结构。为此在上述装置中，在一梯度线圉层上设置了一个或者多个柔性 的冷却导管，这样这些冷却导管在梯度线圏系统的两层之间基本上形 成一种冷却层。在DE 100 32 836 Cl中描述了这种类型的梯度线團系统的结构. 关于制造这种类型的梯度线團系统的其它细节可从DE 197 22 211 Al得知。在这种情况中，在将梯度线闺系统的全部层安装完毕后，在单个 的梯度线團层和冷却层之间的中间空间中装满一种塑料基质。通过这
一措施将单个的梯度线團层和冷却层彼此连成一种结构单元.在例如 环氧树脂基础上制成的塑料基质具有带有高的热传导率的填充材料， 以便将热量很好地从一梯度线團层传导到冷却层的冷却导管.此外， 塑料基质还具有一种弹性，这样就吸收了在单个梯度线團之间由于很 强的电流所产生的洛伦兹力.与此同时，按照这种方式还衰减了在运 行时的梯度线圏的机械振动，这么一来在运行时梯度线围系统所产生 的噪声就比较小.
在曲折形的结构中敷设冷却导管的费用很高.此外，梯度线團系 统的层结构的层通常是同心设置的空心圃筒体。在此冷却导管必须设 置在一种弯曲的表面上.为了在用一种塑料基质浇注之前将冷却导管 尤其是保持在它们的曲折形的结构中，单个的冷却导管要在位于此下 方的层上的不同部位处被缝牢.在这种情况中，通常是与一种塑料栽 体缝合，位于其下方的梯度线圏层的梯度线囷就缝合到该塑料栽体 上.这就意味着附加地增加了的工时费用，此外在缝合时还存在这样 的危险，即冷却导管被缝合针穿透，并且因此不密封.通常只有在梯 度线團系统整体生产完毕后在进行密封性检测时才发现这种不密封 性，因此只要在一个冷却管道中有一个唯一的洞，则整个梯度线團系 统就不能使用，
发明内容本发明的任务是提供一种系统.这种梯度线團系统可尽可能简单 并成本有利地来进行制造.此外，这种梯度线團系统还应具有尽可能有效的冷却。此外，本发明的另一种任务是提供一种改进了的磁共振层析x射线摄影机。
根据本发明，前述任务是通过权利要求1的特征组合完成的.为 此，冷却层设计成一种由板组成的板式热交换器.该板式热交换器的 板可以简单和成本有利地插入，可以省却为了产生冷却层而费事地安 装冷却导管.也不再存在这样的危险，即在固定冷却层时、如在缝合 冷却导管时所发生的那样无意地损坏冷却层。
通过板式热交换器的板式设计，在一冷却层和一相邻的梯度线團 层之间产生完全平面的接触，通过这种方式可达到很好的热传导。也 可以设想将板的材料设计为多孔形的.将板式热交换器的板设计成柔性的是合适的。特别是当梯度线闺 系统的单个层是同心设置的空心圆筒体时，这种类型的板式热交换器 可放置到位于其下方的梯度线围层上，并且通过它的柔性能和这个梯 度线闺层的表面相适配。这样就保证了板式热交换器的简单安装.由 于是柔性的设计，所以不会出现板式热交换器的机械损坏。在一种改进方案中，板式热交换器的板或者每个板具有用于形成 基本和板平面平行设置的贯通的通道的材料空隙，这种类型的空隙例如可以铣削到板的表面中。冷却液流过这些贯通的通道.并联地设置 非常多的这种类型的通道，就提供了这样一种可能性，即与形成冷却 层相比，借助于少数几个冷却导管减小了流动阻力.因此用于冷却剂 的输送装置必须克服比较低的流动阻力，并且因此它可以具有一种比 较低的泵功率。因此不仅这种输送装置的制造成本更低，而且特别是 运行成本也更低，因为由于泵的功率更低所以耗电也更低。在一种改进方案中，至少两个板设置有如此设计的材料空隙，即 在所述至少两个板重叠时产生基本垂直于板平面的贯通的通道.通过 这种方式可实现从板式热交换器的板的两側很好地排走热量，在一种改进方案中，这些板设置在两个封闭板之间。在这种情况中可如此地设计板中的材料空隙使得仅通过两个封闭板就形成一基 本上为网络状的、并且和板平面基本平行的通道结构。这样，这些封 闭板就形成了这些通道的向外设置的壁.这样，通道结构仅通过这些 板中的贯通式的材料空隙形成.这些空隙例如可通过冲压而设置到这 些板中。冷却流体虽然基本上是在板的平面中流过板式热交换器，然而它 却是通过这些通道垂直于板平面地交替地引导到两个封闭板上.这 样，不仅实现了从两个封闭板到冷却液的均匀的热传导，而且通过不 断地改变流动方向就产生附加的旋涡，这些旋涡进一步地改进了热传 导。原则上讲，材料空隙可以具有不同的结构.特别是可以设想为圆 形的或者椭圆形的空隙.在一种优选的变型方案中，这些材料空隙在 板中为Y形，并且在至少两个板重叠时补足为一种蜂窝形的通道结 构。当Y形的材料空隙的每两个侧腿之间的内夹角在100。和150°之间时，所产生的通道结构可取得一种特别有效的流通效果。在另一种变型方案中，在板中的材料空隙为X形，并且在至少两
个板重叠时补足为一种菱形的通道结构.因此只需一种简单和成本有利的冲压工具就可掏制出X-或Y形的 材料空隙，优选地X-或Y形的材料空隙的側腿都具有至少基本相同的长度。 这样就可产生特别有规则的蜂窝式或者菱形的通道结构。通过单个板 的板厚度和材料空隙的几何形状，就可将平行于和/或垂直于板平面设 置的单个通道的宽度规定在一种宽的范围内，并且因此也可在一种大 的范围内对封闭板和冷却液之间的热传导量进行调节.在一种合适的变型方案中，板式热交换器的单个板和封闭板彼此 固定连接，特别是粘合或者焊接.粘合或者焊接是一种简单和成本有 利的加工步骤.通过这一措施将这些板彼此固定在它们的所希望的 位置中。板式热交换器的板最好由一种塑料制成，特别是由一种夹布胶木 或者一种热塑性塑料、例如环氧树脂制成.这类塑料易于加工.封闭板最好由一种具有小热电阻的材料制成.这可以借助于一种 小厚度的板、和/或用具有良好的热传导性的材料实现.例如一种由热 塑性塑料制成的薄膜适合于此.因为所述封闭板构成了穿过板式热交 换器的通道的外壁，因此从相邻的梯度线圃层到板式热交换器的冷却 液可实现一种特别良好的热传递。所述板和封闭板分别具有其量级为1毫米到10毫米的结构高度。 这样就可制造其结构高度仅为几毫米的冷却层.据此所述结构高度明 显地低于由冷却导管制成的冷却层的结构高度.因此，可在梯度线團 系统中设置更多的冷却层，而并不使整个梯度线團系统的结构高度增 大.甚至可单个地借助于一板式热交换器对每个单个的梯度线圏层进 行冷却，而其结构高度并不超过当前的传统式的梯度线圏系统。因此 梯度线團层的单个梯度线圏也可利用提高的电流强度来进行工作，或 者可以减少到目前为止常用的为了等待已被加热的梯度线围系统的冷 却而在检查中所置入的间歇，或者可以放弃这种间歇。利用前述梯度线團系统也可实现一种总体上更加紧凑的结构形 式.由于单个的梯度线團到一待检查人员的距离更小，所以可利用更 大的场强进行测量.通常，梯度线團系统的层结构的层或者是同心设置的空心圓筒
体，或者进行盘状重叠设置。
所述第二任务根据本发明是通过具有前述梯度线團系统的一种磁共振层析x射线摄影机来完成的。在这种情况中，按其意义所述优点也转移到所述摄影机上。
下面借助于附图对本发明的一种实施例进行更详细的说明.这些附图是图2:根据现有技术的一种梯度线圃系统的垂直于轴向方向的橫截 面简图；图1: 一种梯度线圏系统的垂直于轴向方向的横截面简闺；图3: —种板式热交换器详图；图4:板式热交换器的一个较大的局部；图5: —种磁共振层析X射线摄影机的简图.
具体实施例方式
图2示出根据现有技术的一种梯度线圉系统1。这个梯度线團系统 1具有一种空心圃筒体类型的同心设置的层结构2。层结构的单个层的 安装是由内向外沿径向方向完成的.第一空心圆筒层安装在一圓筒形 的安装辅助工具的外壳表面上。笫二层安装在第一层的外壳外表面 上、与此类推.
最里边的两层是用于分别产生一横向的梯度磁场的一第一梯度线 圃层3和一第二梯度线團层4。在这两个梯度线闺层3、 4中所使用的紧接着的下一层是一第一冷却层8。在这种情况中，这是在第二梯 度线團层4的外壳表面上曲折形设置的、且用于排走由梯度线團层所 产生的热的冷却导管9.这些冷却导管9是通过缝合而固定在一塑料架 上，在该塑料架上设置着第二梯度线團层4的梯度线圏。
冷却导管埋入到一种塑料基质11中.在附图中未示出的、且用于 改进塑料基质的传热率的填充材料制成了塑料基质11的一部分.
紧连着第一冷却层8的是用于产生纵向梯度磁场的第三梯度线團 层12.这个第三梯度线圉层12包含轴向设置的梯度线團.紧接着的下 一层是一所谓的垫片(shim)组件15。这个垫片组件包括沿梯度线團 系统的轴向方向设置的、并且在图2中未示出的、且用于容纳在附图
中也未示出的垫片部件的袋形空腔。这些垫片部件主要是一些金属 带.用这些垫片部件可以形成静态的基本磁场或者主磁场，并且使 其均匀化.与垫片组件IS紧相连的是另一第二冷却层16.在该冷却层中冷却 导管9按照已述的方式设置并固定在位于它下方的层上.沿径向方向 向外观看，与这个第二冷却层16相连的是一用于产生一纵向梯度磁场的笫四梯度线圃层n，以及用于产生两个橫向梯度磁场的一笫五梯度线闺层18和一笫六梯度线闺层19.这些外部的梯度线困层n、 18、 19 从原理上讲其结构与内部的梯度线圏层3、 4、 12的一样。然而，在这 种情况中它们是如此设计的，即它们在梯度线團系统的外部对散射场 进行屏蔽。通过这种方式保证，梯度磁场仅存在于梯度线團系统的内 部.在梯度线團系统的所有层安装好之后，将一种塑料、例如环氧树 脂或者聚氨酯浇注到中间腔室中，这样就形成了特别是包围着冷却导 管9的塑料基质。第一冷却层8和第二冷却层16用于冷却全部六个梯度线圃层3、 4、 12、 17、 18、 19。由这些梯度线闺层3、 4、 12、 17、 18、 19所产生 的热量通过塑料基质11吸收，流过冷却导管9的冷却液传递到该塑料 基质上，并且由该冷却液输送走. 一种水基或者油基的流体用作冷却 液，图1示出一种具有用作冷却层8的板式热交换器的梯度线圏系统 1。也如图2—样，单个的梯度线圃层为同心设置的空心圃筒体.同图2—样，沿从内向外的径向方向设置三个梯度线闺层3、 4和 12。接下来是一垫片组件15.也如困2—样，与这个垫片组件1S相连 的是另外三个梯度线围层17、 18和19.在每两个相邻的梯度线圃层之间，例如在第一梯度线困层3和第 二梯度线圏层4之间、以及在各个梯度线囷层3、 4、 12、 17、 18、 19 和垫片組件15之间，分别设置一种作为冷却层8的板式热交换器25. 这种板式热交换器25具有一比图2中的冷却层8、 16小得多的结构高 度.这些板式热交换器25也和所述两个冷却层8和16 —样排走由梯 度线團层3、 4、 12、 17、 18、 19所产生的热量.因为图l中的单个的 冷却层8的结构高度比困2中的小，所以在梯度线團系统1的每两个
相邻的层之间可以设置一板式热交换器25 —类的冷却层8，而在沿径 向方向又不扩大整个梯度线围系统1的结构高度。这样在可比较的结 构高度的情况下，可大大改进并均匀地排走由梯度线團层3、 4、 12、 17、 18、 19所产生的热量。将在图3和图4中详细介绍单个板式热交 换器25的结构.图3示出板式热交换器25的详细情况.该板式热交换器25具有一 上板26和一下板27。彼此间有间距的Y形的材料空隙28冲压到两个 板中.这些Y形的材料空隙28分别具有三条相同长度的側腿29.其中， 每两个侧腿形成一种120°夹角30。这两块板26、 27是如此重叠放置 的，即下面的板27的Y形的材料空隙相对于上面的板26的材料空隙 28旋转180° .由于材料空隙28的側腿29的特别是长度的合适的尺寸 设计，所以当重叠时在上板26和下板27的Y形的材料空隙28的側腿 29之间产生重叠部位31。这些重叠部位31形成垂直于板26和27的板 平面的贯通的通道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 封闭板35，在下板27上粘合一下封闭板36.在这种情况中，上封闭 板35和下封闭板36支撑在支撑部位37上。在支撑部位37下面设置一 平面的板段。在该板段上无论是上板26还是下板2"7都没有材料空隙 28，并且据此它们由实心材料制成，在这种情况中，上封闭板35和下封闭板36形成了全部由所有四个板26、 27、 35、 36所形成的、平行于板平面平行设置的贯通的通 道的外壁。图4示出板式热交换器25的一个更大的部分.基本平行于板平面 设置的贯通的通道38总体地构成一种蜂窝式的通道结构。通过基本上 垂直于板平面延伸的贯穿的通道32就保证了流过通道结构的冷却液与 两个封闭板35和36的壁保持接触.由于不断地改变流动方向，因此 附加地改进了热传导。若选择具有高的热传导率、例如在一种金属扁 平薄板中所产生的那种热传导率的材料来用作所述上封闭板35和下封 闭板36的材料，则通过与相邻的梯度线團层3、 4、 12、 17、 18、 19 的平面接触可取得一种非常良好的热传导.采用一种比较软的热塑性塑料来用作所述两个板26和27的材 料.总之，整个板式热交换器25是如此柔软，使得该热交换器可以与
梯度线團系统l的位于下方的空心圃筒形的层的外壳相适配。在这种情况中，板式热交换器25盖住位于其下方的层的全部壳体 表面.然后将梯度线圏系统l的下一层固定在板式热交换器25的外部 的壳体表面上.在空心圓筒形的梯度线圉系统1的两个端侧面上，为每个板式热 交换器25设置在困4中未示出的一种收集箱式的装置.这些装置用于 提供冷却液和排走冷却液。在这种情况中，冷却介质相对于梯度线闺 系统1沿着轴向方向40流过板式热交换器25,并且该冷却介质的任务 是，均匀地排走由相邻的梯度线圉层3、 4、 12、 17、 18、 19所产生的 热量.替代地也可沿径向方向流过板式热交换器25.图5示出一种具有一按照图1所示的梯度线圏系统1的磁共振层 析X射线摄影机的简图。
权利要求
1. 特别是用于一种磁共振层析X射线摄影机的梯度线團(1)， 具有一种包括一梯度线围层(3、 4、 12、 17、 18、 19)和一冷却层(8) 的层结构(2)，其特征在于，冷却层(8)是一种由板(26、 27)组 成的、且用于冷却梯度线團层(3、 4、 12、 17、 18、 19)的板式热交 换器(25)
2. 按照权利要求1所述的梯度线圏系统(1)，其特征在于，板 式热交换器(25)的板(26、 27)是柔性的.
3. 按照权利要求1或2所述的梯度线團系统(1)，其特征在于， 所述板或每个板(26、 27)具有材料空隙(28),用于形成基本上与 板平面平行设置的贯通的通道(38).
4. 按照权利要求3所述的梯度线围(1)，其特征在于，至少两 个板(26、 27)设置如此构成的材料空隙(28)，即在所述至少两个 板(26、 27)重叠时产生基本上垂直于板平面的贯通的逸道(32)。
5. 按照权利要求1至4中任一项所述的梯度线團系统(1)，其 特征在于，板(26、 27)设置在两个封闭板(35、 36)之间，
6. 按照权利要求5所述的梯度线團系统(1)，其特征在于，所 述材料空隙(28)在板(26、 27)中为Y形，并且在重叠至少两个板(26、 27)时补足为一种蜂窝式的通道结构.
7. 按照权利要求6所述的梯度线圏系统(1)，其特征在于，Y 形的材料空隙(28)的每两个侧腿(29)之间的内角(30)在100°和 150°之间.
8. 按照权利要求5所述的梯度线團系统(1)，其特征在于，材 料空隙(28)在板(26、 27)中为X形，并且在重叠至少两个板(26、 27)时补足为一种菱形的通道结构。
9. 按照权利要求6至8中任一项所迷的梯度线團系统(1)，其 特征在于，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长度。
10. 按照权利要求l至9中任一项所述的梯度线困系统(1)，其 特征在于，板式热交换器(25)的单个的板(26、 27)和封闭板(35、 36)彼此固定连接，特别是粘合或者焊接，
11. 按照权利要求1至10中任一项所述的梯度线團系统(1), 其特征在于，板(26、 27)由一种塑料、特别是由一种夹布胶木或者一种热塑性塑料制成.
12. 按照权利要求5至11中任一项所述的梯度线困系统(1)， 其特征在于，封闭板(35、 36)由一种具有小热电阻的材料制成。
13. 按照权利要求1至12中任一项所述的梯度线围系统(1)， 其特征在于，板(26、 27)和封闭板(35、 36)分别具有一种在1毫 米和10毫米之间的结构高度。
14. 按照权利要求1至13中任一项所述的梯度线圏系统(1), 其特征在于，层结构的层(2)是同心设置的空心圆筒体.
15. 按照权利要求1至14中任一项所述的梯度线闺系统(1), 其特征在于，层结构的层(2)盘式重叠地进行布置.
16. 具有按照权利要求1至15中任一项所述的梯度线團系统(1) 的磁共振层析X射线摄影机.
全文摘要
本发明提供一种特别是用于一磁共振层析X射线摄影机(50)的梯度线圈系统(1)，该梯度线圈系统包括一种具有一梯度线圈层(3、4、12、17、18、19)和一冷却层(8)的层结构。冷却层(8)是一种由板组成的、且用于冷却梯度线圈层(3、4、12、17、18、19)的板式热交换器(25)。通过这种方式，达到对梯度线圈层(3、4、12、17、18、19)的高效冷却。
文档编号G01R33/385GK101122632SQ20071013999
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者B·格罗万尔, J·书斯特, L·肖恩, N·胡伯, S·斯托克 申请人:西门子公司