用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体的制作方法

本发明涉及核磁共振成像技术技术领域，特别涉及一种用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体。

背景技术：

现有的用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体中，冷却机构向放置超导线圈的筒体中输入液氦，使超导线圈完全浸泡在液氦中，以冷却超导线圈。但是，在超导线圈励磁时，电流引线产生大量焦耳热，焦耳热引起液氦挥发，液位下降，使得部分超导线圈可能会露出液面并处于高温氦气中，高温氦气可能会使超导线圈温度升高而引起失超。其中，励磁指的是：将超导磁体的线圈的运行电流由零值增加到目标值的过程，外在表征为磁体的磁场强度由零值增加到目标值。其中，失超指的是：线圈由超导状态转变为常导状态的过程。线圈在超导状态时电阻值为零，能承载很大电流，产生超高场的磁场；线圈在常导状态时电阻值较大，不能承载大电流，因此也无法产生超高场的磁场。

因此，如何降低超导线圈失超的风险，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体，其超导线圈失超的风险较低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体，包括具有环形的内筒腔室的内筒体和设于所述内筒体外的冷却机构，所述内筒腔室中设有超导线圈，所述内筒体的内筒外周板上贯穿设有冷却通孔，所述冷却机构经所述冷却通孔向所述内筒腔室内提供液氦以冷却所述超导线圈，其特征在于，所述内筒腔室中还设有用于与氦气进行热交换的屏蔽罩，所述屏蔽罩罩设于所述超导线圈外周面的外侧，且所述屏蔽罩由靠近所述冷却通孔的位置沿周向向两侧延伸设置。

优选地，所述屏蔽罩包括两个呈镜面对称设置的罩板，各所述罩板均有一端靠近所述冷却通孔，且两个所述罩板上靠近所述冷却通孔的端部设有对流孔。

优选地，所述罩板包括主板和固定于所述主板的固定板，所述固定板固定于所述超导线圈的线圈骨架上，所述主板为铜板。

优选地，所述固定板沿轴向凸出于所述主板，且凸出部分与所述线圈骨架固定连接，所述主板与所述超导线圈在径向上具有间隙。

优选地，两个所述罩板靠近所述冷却通孔的一端固定连接，两个所述罩板远离所述冷却通孔的一端在周向上相分离；在周向上，所述超导线圈大于180°圆心角的外周面被所述屏蔽罩罩住。

优选地，所述内筒腔室中还悬设有缓冲板，所述缓冲板通过至少两个连杆固定连接于所述内筒外周板，相邻所述连杆之间形成用于液氦流向所述超导线圈的流道，所述缓冲板至少部分结构沿所述超导线圈的径向与所述冷却通孔正对设置。

优选地，所述冷却通孔为圆孔，所述缓冲板为圆板，所述缓冲板的直径大于所述冷却通孔的内径，且缓冲板的圆心线与所述冷却通孔的圆心线共线设置。

优选地，所述内筒体设于中筒体的中筒腔室中，所述中筒体设于外筒体的外筒腔室中；所述内筒体由内筒内周板、所述内筒外周板和内筒端板围成，所述中筒腔室由中筒内周板、中筒外周板和中筒端板围成，所述外筒腔室由外筒内周板、外筒外周板和外筒端板围成，所述外筒内周板，所述中筒内周板、所述内筒内周板、所述内筒外周板、所述中筒外周板和所述外筒外周板由内至外依次套设；所述冷却机构连接于所述外筒外周板之外，所述冷却机构经贯穿所述外筒体和所述中筒体的冷却通道连通所述冷却通孔。

优选地，所述内筒外周板、所述中筒外周板与所述外筒外周板均由凹板和设于所述凹板外侧的与所述凹板的开口对接的u形板围成；各所述凹板依次套设，各所述u形板依次套设；所述冷却通孔开设于所述内筒外周板中的所述u形板的中间板上。

优选地，所述外筒端板焊接于所述外筒内周板和所述外筒外周板，所述外筒外周板的轴向端部固定有拉杆座，所述拉杆座通过拉杆螺钉固定连接拉杆，且所述拉杆连接于所述内筒端板、所述中筒端板、所述内筒外周板之中的一者；所述外筒端板上贯穿设有与各所述拉杆座相对的调节孔，以经所述调节孔调节所述拉杆螺钉，所述调节孔上设有用于在调节所述拉杆螺钉后封堵所述调节孔的盖板。

本发明提供的用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体，包括具有环形的内筒腔室的内筒体和设于内筒体外的冷却机构，内筒腔室中设有超导线圈，内筒体的内筒外周板上贯穿设有冷却通孔，冷却机构经冷却通孔向内筒腔室内提供液氦以冷却超导线圈，其特征在于，内筒腔室中还设有用于与氦气进行热交换的屏蔽罩，屏蔽罩罩设于超导线圈外周面之外，且屏蔽罩由靠近冷却通孔的位置沿周向向两侧延伸设置。

在使用过程中，冷却机构位于内筒体上方，冷却机构的液氦向下流动，经冷却通孔流入内筒腔室内，以冷却超导线圈。当出现内筒体中液氦液位较低导致超导线圈上端露出液面时，屏蔽罩上端露出液面而下端仍位于液氦内，屏蔽罩通过自身的固体导热能力将液氦的低温迅速传到屏蔽罩上端，屏蔽罩上端与其周围的氦气进行热交换，将氦气维持在较低的温度下。

通过屏蔽罩的热交换能力，即使超导线圈部分露出液氦，也能够通过屏蔽罩对氦气的冷却，使该露出部分保持在低温环境中，可以有效避免线圈失超。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供核磁共振成像超导磁体的剖视图；

图2为图1的a-a向剖视图；

图3为本发明所提供核磁共振成像超导磁体的主视图；

图4为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中屏蔽罩的结构图；

图5为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中屏蔽罩的侧视图；

图6为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中屏蔽罩的主视图；

图7为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中屏蔽罩在内筒体中的装配图；

图8为图7中结构的侧视图；

图9为图7中结构的主视图；

图10为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中缓冲板部分的局部剖视图；

图11为本发明所提供核磁共振成像超导磁体中拉杆座部分的局部剖视图；

图12为本发明所提供核磁共振成像超导磁体的结构图；

图13为图12的b处放大图；

图14为图12的c处放大图。

附图标记：

超导线圈1；

内筒体2，内筒外周板21，内筒内周板22，内筒端板23，内筒腔室24，冷却通孔25；

中筒体3，中筒外周板31，中筒内周板32，中筒端板33，中筒腔室34；

外筒体4，外筒外周板41，外筒内周板42，外筒端板43，外筒腔室44，调节孔45；

冷却机构5，冷却通道51，冷头一级部件52，颈管53，冷头二级部件54，冷头容器55；

屏蔽罩6，罩板61，对流孔62，主板63，固定板64；

缓冲板7，连杆71，流道72；

拉杆座8，拉杆81。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体，其超导线圈失超的风险较低。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明所提供用于肢端成像的核磁共振成像超导磁体，请参考图1和图2，包括内筒体2、罩设于内筒体2外的中筒体3和罩设于中筒体3外的外筒体4。

其中，内筒体2、中筒体3和外筒体4均为具有环形腔室的筒状结构。可选地，如图1所示，内筒体2包括内筒内周板22、套设于内筒内周板22外侧的内筒外周板21、设于轴向端部的内筒端板23，内筒端板23与内筒内周板22、内筒外周板21之间形成环形的内筒腔室24。中筒体3包括中筒内周板32、套设于中筒内周板32外侧的中筒外周板31、设于轴向端部的中筒端板33，中筒端板33、中筒内周板32与中筒外周板31之间形成环形的中筒腔室34。外筒体4包括外筒内周板42、套设于外筒内周板42外侧的外筒外周板41和设于轴向端部的外筒端板43，外筒端板43、外筒内周板42和外筒外周板41之间形成密封的环形的外筒腔室44。内筒体2设于中筒腔室34中，中筒体3设于外筒腔室44中，具体地，外筒内周板42、中筒内周板32、内筒内周板22、内筒外周板21、中筒外周板31和外筒外周板41由内至外依次套设。

其中，内筒腔室24中设有超导线圈1。内筒体2的内筒外周板21上贯穿设有冷却通孔25。内筒体2外侧设有冷却机构5，冷却机构5具体包括冷头容器55，冷却机构5用于提供液氦。冷却机构5通过冷却通孔25向内筒腔室24内提供液氦以冷却超导线圈1。

可选地，内筒体2为4k杜瓦，中筒体3为50k杜瓦，外筒体4为300k杜瓦。超导线圈1固定在内筒腔室24内，并浸泡在内筒腔室24内的液氦（4.2k）里，达到低温超导态，可运行大电流，形成强磁场。中筒体3由高导热率材料制成，温度维持在50k左右，包裹在内筒体2外侧，能够吸收外界传入的热量，并通过导冷铜编传递给冷头一级部件52，由冷头将热量带走，其中，冷头为能够产生超低温的装置。外筒体4与内筒体2密封组合，形成真空绝热夹层，能降低外界传入的对流热和传导热。

具体地，请参考图10，冷却机构5连接在外筒外周板41之外，冷却通道51贯穿外筒体4和中筒体3以连通冷却通孔25与冷却机构5，以通过冷却通道51向冷却通孔25提供液氦。内筒腔室24中还设有用于与氦气进行热交换的屏蔽罩6，屏蔽罩6罩设于超导线圈1外周面的外侧，且屏蔽罩6由靠近冷却通孔25的位置沿周向向两侧延伸设置。其中，超导线圈1与屏蔽罩6之间还可以设置屏蔽线圈以抗干扰。

在使用过程中，如图1所示方位，冷却机构5位于内筒体2上方，冷却机构5的液氦向下流动，经冷却通孔25流入内筒腔室24内，以冷却超导线圈1。当出现内筒体2中液氦液位较低导致超导线圈1上端露出液面时，屏蔽罩6上端露出液面而下端仍位于液氦内，屏蔽罩6通过自身的固体导热能力将液氦的低温迅速传到屏蔽罩6上端，屏蔽罩6上端与其周围的氦气进行热交换，将氦气维持在较低的温度下。

通过屏蔽罩6的热交换能力，即使超导线圈1部分露出液氦，也能够通过屏蔽罩6对氦气的冷却，使该露出部分保持在低温环境中，可以有效避免线圈失超。

进一步地，如图4至图10所示，屏蔽罩6包括两个呈镜面对称设置的罩板61，各罩板61均有一端靠近冷却通孔25，且两个罩板61上靠近冷却通孔25的端部设有对流孔62。通过设置对流孔62，可以提高罩板61与氦气的热交换率。

进一步地，请参考图7和图8，罩板61包括主板63和固定于主板63的固定板64，固定板64固定于超导线圈1的线圈骨架上，主板63为铜板，铜板导热率较高，优选地，主板63的材质为具有高导热率的纯铜t2，固定板64为环氧板。

进一步，固定板64沿轴向凸出于主板63，且凸出部分与线圈骨架固定连接，主板63与超导线圈1在径向上具有间隙。如图7所示，主板63与固定板64用螺栓连接，固定板64两端用螺栓紧固在线圈骨架上。液氦能够通过主板63轴向上的两侧进入超导线圈1与主板63之间的间隙内，以保证液氦与超导线圈1之间的接触面积。

进一步地，两个罩板61靠近冷却通孔25的一端固定连接，两个罩板61远离冷却通孔25的一端在周向上相分离。在周向上，超导线圈1大于180°圆心角的外周面被屏蔽罩6罩住。相应地，整个屏蔽罩6能够包裹住超导线圈1周长的1/2或者包裹住更多，则在特殊情况下，液氦液位较低，超导线圈1上端露出液面时，基本可以保证主板63的大多部分仍浸泡在液氦里。

进一步地，内筒腔室24中还悬设有缓冲板7，即，缓冲板7本身不与内筒体2直接连接，缓冲板7通过至少两个连杆71固定连接于内筒外周板21，相邻连杆71之间形成用于液氦流向超导线圈1的流道72。如图10所示，缓冲板7为一薄板，其通过三个连杆71连接在内筒外周板21上，相邻连杆71之间形成流道72。缓冲板7至少部分结构沿超导线圈1的径向与冷却通孔25正对设置，即，沿着超导线圈1的一个设定的径向线的方向，缓冲板7能够完全覆盖住冷却通孔25。其中，连杆71具体可以为螺杆以便连接缓冲板7。

在不设置缓冲板7时，冷却机构中，冷头二级部件冷凝的液氦珠会下落并直接滴在超导线圈上，液氦珠的动能转变为热量，造成线圈不稳定。而本实施例中，由于设置缓冲板7，在使用过程中，如图1所示，缓冲板7上至少部分结构位于冷却通孔25的正下方，且缓冲板7位于超导线圈1上方，冷却机构5中，液氦珠从冷却机构5流出后先落到缓冲板7上，再从相邻连杆71之间的流道72缓慢流下缓冲板7、流向超导线圈1，液氦珠的大部分动能被缓冲板7吸收，提高了超导线圈1的稳定性。

另外，超导线圈1在轴向上可以包括至少两部分，各部分上可以根据实际情况对应设置屏蔽罩6与缓冲板7。如图1所示，超导线圈1在轴向上包括两部分，其中一部分上对应设置缓冲板7，另一部分对应套设有屏蔽罩6，屏蔽罩6与缓冲板7沿轴向相错开、并列设置，有利于节约内筒体的径向占用空间。

进一步地，冷却通孔25为圆孔，缓冲板7为圆板，缓冲板7的直径略大于冷却通孔25的内径，且缓冲板7的圆心线与冷却通孔25的圆心线共线设置，可以保证缓冲板7的缓冲面积，使得从冷却机构5竖直下落的液氦珠均能够先落至缓冲板7上进行缓冲。

进一步地，内筒外周板21、中筒外周板31与外筒外周板41均由凹板和设于凹板外侧的与凹板的开口对接的u形板围成。各凹板依次套设，各u形板依次套设。冷却通孔25开设于内筒外周板21中的u形板的中间板上。内筒体2、中筒体3和外筒体4为仿形结构。需要说明的是，凹板指的是具有朝向一侧开口的凹槽的板状结构，具体形状可以按需设置，例如图2所示的异形板，或者设置为c形板。

内筒体2的凹板部分与超导线圈1的间隙较小，液氦储量少，内筒体2中的u形板的设置，使得内筒体2增加了一个方盒状空间，该空间可以作为液氦槽，以增加内筒体2的液氦储量，提升液氦液位，液氦槽的容积以略大于励磁时焦耳热消耗的液氦的体积为宜，这样能保证励磁时超导线圈1一直浸泡在液氦内，不会发生因高温氦气使露出液面的线圈温度升高而引起的失超。内筒体2的凹板与u形板具体焊接连接。内筒体2的u形板的中间板上开设两个通孔以焊接冷头容器和颈管。中筒体3和外筒体4中的u形板可以适应内筒体2中的u形板结构。

进一步地，外筒端板43焊接于外筒内周板42和外筒外周板41，外筒外周板41的轴向端部固定有拉杆座8，拉杆座8通过拉杆螺钉固定连接拉杆，且拉杆连接于内筒端板23、中筒端板33、内筒外周板21之中的一者。外筒端板43上贯穿设有与各拉杆座8相对的调节孔45，以经调节孔45调节拉杆螺钉。其中，对于连接在内筒体2和外筒体4之间的拉杆，具体可以贯穿中筒体3以实现连接。

拉杆座8通过各拉杆将中筒体3、内筒体2悬挂固定于外筒体4，通过调节拉杆长度，使内筒体2、中筒体3、外筒体4保持合理的间隙。通常，为了满足肢端成像对磁体外形尺寸的要求，各内筒体2、中筒体3、外筒体4间的间隙都控制在很小范围内，比如内筒体2、中筒体3的间隙小于5mm。少量传入内筒体2内的热量会被液氦吸收，液氦吸收热量后汽化，热氦气上升，与冷却机构完成热交换，冷却机构带走热量，氦气冷凝成液氦下落，维持液位。

在组装时，通常是先调节好拉杆后，再焊接外筒端板43于外筒外周板41和外筒内周板42，由于存在焊接变形，焊接后，外筒外周板41会带动其上的拉杆座8一起位移，造成拉杆松动，各筒体的间隙也会随之发生变化，并且各筒体的间隙本身就很小，最小值通常小于5mm，所以中筒体3容易与内筒体2接触，中筒体3的热量会直接传递到内筒体2内，造成线圈温升，线圈失超。

本实施例中，由于外筒端板43开有调节孔45。如图11至图14所示，相应的拉杆81的调节步骤分为两步：外筒端板43焊接前的精调和焊接后的终调。精调时，各筒体间的间隙都调到理论要求的范围内，并对各拉杆螺钉打统一的扭矩。焊接后，外筒体会发生形变，导致部分拉杆81松动，此时，用扭力扳手穿过调节孔45再对各拉杆螺钉复调一遍，使各拉杆螺钉的扭矩恢复到之前扭矩，以此保证筒体之间的间隙在要求范围内，最后用盖板将调节孔45封堵。因此避免了由于中筒体3与内筒体2接触造成的线圈不稳定。

本实施例提供的核磁共振成像超导磁体，由于内筒体2、中筒体3和外筒体4为异性杜瓦结构，在保证外形尺寸小以提高患者检测时的舒适度的同时，可以保证液氦储量，提高液氦液位，使线圈更稳定。缓冲板7和屏蔽罩6的应用，为磁体线圈的稳定提供了第二层保障，即使在个别情况下超导线圈1露出液面，超导线圈1也能一直维持低温超导态。调节孔45的应用，克服了很难消除的焊件变形给磁体带来的致命影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的核磁共振成像超导磁体进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。