专利名称：具有减振阻尼层板的核自旋断层造影装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及核自旋断层造影法(同义词磁共振断层造影法，即MRT)，如其在医学中用于对病人进行检查那样。本发明尤其涉及一种核自旋断层造影装置，其中，对设备部件的振动作了衰减，因为这种振动在许多方面会对整个系统造成有害影响。
背景技术：
MRT是基于核自旋共振这一物理现象，其作为成功应用于医学和生物物理学领域的成像方法已有超过15年的历史。在这种检查方法中，对象被置于一个强大而恒定的磁场中，由此使对象内原本无规律取向的原子核自旋定向。高频波可在此时使“有序的”核自旋产生某种特定的振动。这种振动在MRT内产生所需的测量信号，该信号可被合适的接收线圈所接收。通过使用由梯度线圈产生的不均匀磁场可以将测量对象在所有三维方向上进行立体编码。这种方法允许自由选择成像层，从而可在所有方向上记录人体的断层图像。MRT作为断层成像方法用于医疗诊断技术，其特点首先体现在它是一种具有多种对比分辨能力的“非侵入性”检查方法。当今的MRT使用梯度功率较高的应用，能够在数量级为秒和分的测量时间内实现优良的成像质量。
MRT机部件技术的不断改进以及使用更高的成像频率，使MRT在医学的越来越多的应用领域中得到应用。支持最少侵入手术的实时成像、用于神经科的功能性成像、以及用于心脏病学的灌注测量只是少数几个例子。
这种MRT机的核心部分的基本结构如图4所示。图中示出了一个基本磁场磁铁1(例如一个具有主动式散射场屏蔽的轴向超导空气线圈磁铁)，它在一个内腔中产生一个均匀基本磁场。该超导磁铁1在内部由一个置于液氦中的超导线圈构成。该基本磁场磁铁由一个通常用不锈钢制成的双壳容器包围。其内层容器含有液氦，它的一部分也作为磁线圈的绕组体，该内层容器通过导热性弱的Gfk棒(杆)悬挂在其温度为室温的外容器上。内、外容器之间是真空。
通过支承件7可在基本磁场磁铁1内将筒形梯度线圈2同心地安装在支承管上。所述支承管向外以外壳8为界，向内以内壳9为界。衬层10的作用将在后面描述。
梯度线圈2由3个子绕组组成，它们分别产生与所施加的电流成正比的、空间上相互垂直的梯度磁场。如图5所示，所述梯度线圈2包括一个x线圈3，一个y线圈4和一个z线圈5，它们分别环绕线圈铁心6缠绕，并因此产生在笛卡儿坐标系中x、y和z方向上的梯度磁场。其中每一个线圈都由独立的电源供电，以便以准确的振幅和时间按照脉冲序列控制器内的编程顺序产生相应的独立的电流脉冲。所要求的电流约为250A。由于梯度切换时间应当尽可能地短，所以电流上升速率应在250kA/s的数量级内。在一种如基本磁场磁铁1所产生的极强的磁场中(典型的是在0.22至1.5特斯拉之间)，由于采用这种开关过程所出现的洛伦兹力会引起强烈的机械振动。所有与该梯度系统机械耦合的系统部件(壳体、盖板、基本磁场磁铁的容器和磁罩、HF体线圈等等)都会发生强迫振动。
因为梯度线圈通常被导电的结构所围绕(例如用不锈钢制成的磁性容器)，所以在梯度线圈中由于脉冲场而产生涡流，该涡流又通过与基本磁场的交互作用而对该围绕结构产生作用力，该力同样会引起振动。
还有一个主要会引起磁性容器振动的振动源。这就是所谓的冷却头，它使基本磁场磁铁1的温度保持恒定。冷却头由一个压缩机驱动，并且对基本磁场磁铁1的外壳产生机械冲击作用。
各种不同磁共振部件的振动在很多方面对磁共振系统会产生不利影响1.会产生很强的空气传播音(噪音)，对病人、操作人员以及其他处在磁共振装置附近的人员造成损害。
2.在基本磁场磁铁和梯度线圈内，梯度线圈和基本磁场磁铁的振动以及传递到HF谐振器和患者卧榻的振动都会造成不符合要求的临床图像质量，甚至会导致误诊(例如在功能性成像、即fMRI中)。
3.为了阻断设备和地面之间的双向振动传播，必须安装一套类似于光学工作台的减振系统，由此也会产生昂贵的费用。
在现有技术中，梯度线圈和断层造影装置之间振动能的传输是通过机械的和/或机电的减振器消除的。
例如德国专利文献DE19722481 A1中公开了一种核自旋断层造影装置，它具有一个被磁罩包围的磁体，该磁罩包围并隔离出一个内腔，在该内腔里设置一个梯度线圈系统，并且在该隔离内腔的磁罩内侧设置一个阻尼结构，用于吸收由于梯度磁场的通断而产生的电流所造成的声音振动。在这种情况下，可以采用液态、气态或可灌装的阻尼材料，用其至少可构成一个阻尼枕。
在德国专利文献DE 19734138 A1中同样使用了一种被动式橡胶阻尼件(例如橡胶套管)，并且将梯度线圈密封在一个独立的真空壳体内。
通常还采取以下被动措施减小振动-全面封闭振动源，-使用更厚和更重的材料，-从“外部”敷设阻尼层(例如沥青(Teer))特别是对噪音在磁共振装置内部的形成路径，即通过梯度线圈的振动以及将其传输给梯度线圈内的支承管(图4)所产生的噪音，又由该支承管将噪音向内辐射给患者和内腔，如在美国专利文献US4954781中所述，这种振动可通过一种敷设在支承管的双内层9上且具有阻尼作用的粘质弹性层10(图4)加以阻断。
此外公知的方案还有，在支承管和梯度线圈之间的区域内填充具有吸音特性的所谓声学泡沫，以达到减振目的。
在德国专利文献DE 19643116 A1中公开了一种磁致伸缩材料的集成，特别是将其集成在梯度线圈内，从而在有控制的运行中实现一种主动反向控制，这样梯度线圈的振动振幅就会降低。
在德国专利文献DE 4432747 C2中同样公开了一种主动式阻尼应用，它是通过集成的具有电致伸缩性的压电激励器实现的。
尽管如此当今常用的MRT设备的声音反射仍然非常强。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，进一步降低MRT设备运行中的噪音传播。
本发明的技术问题是通过一种核自旋断层造影装置解决的，其具有一个被磁罩包围的磁体，所述磁罩环绕并隔离出一个内腔，其中，在该内腔中有一个梯度线圈系统。在所述隔离出该内腔的磁罩的内壁上设置了一个阻尼层板结构，用于吸收在梯度线圈系统切换时所产生的声音振动。
本方案的优点是可以降低由于噪音带来的损害。此外，也减少了振动到HF谐振器和患者卧榻的传播，从而基本不会影响到临床图像的质量。
关于所述阻尼层板结构有不同的构成方案如果所述阻尼层板结构构成一种开放系统，则其中一个内板构成所述磁罩的真空承载内壁，而一个外板连同一个位于两个层板之间的阻尼层构成所述磁罩的实际阻尼外壁。
所述开放系统最好仅布置在磁罩面对内腔的部分表面上。
如果所述阻尼层板结构是一个封闭系统，则由内板和外板构成所述磁罩的真空承载壁，其中，在两个板之间有一个阻尼层。
所述封闭系统最好仅布置在磁罩面对内腔的部分表面上。
当所述封闭系统布置在磁罩的全部表面上时，也是具有优点的。
所述阻尼层板结构最好由两个板以及其间的阻尼层构成。
同样有优点的是，在一个多层构造中的阻尼层板结构由多个层板以及位于其间的阻尼层构成一个封闭系统。
所述阻尼层最好是一种粘质弹性层。
为了阻止冷却头的机械振动传输给磁罩，使用本发明的另一有优点的构件，即将阻尼层板结构以开放或封闭系统的方式环绕冷却头设置。
下面对照附图所示的相关实施方式对本发明的优点、特征和特性作进一步的说明。
图1示出了基本磁场磁铁和其所环绕的内部空间的部件的剖面图；图1a示出了一个开放式系统的阻尼层板结构的剖面图；图1b示出了一个封闭式系统的阻尼层板结构的剖面图，其仅布置在磁罩面对内腔的部分表面上；图1c示出了一个封闭式系统的阻尼层板结构的剖面图，其布置在磁罩的全部表面上；图1d示出了一个封闭式系统的阻尼层板结构的剖面图，其由多个层板及层板间的阻尼层构成；图2a示出了一个磁罩端部的剖面图，其中使用了径向设置的加强件；图2b示出了基本磁场磁铁端部的正视图，其中使用了径向设置的加强件；图3示出了患者卧榻，通过在支架结构内集成进阻尼层降低了振动；图4示出了现有技术中基本磁场磁铁的透视图；图5示出了现有技术中带有3个子绕组的梯度线圈的透视图。
具体实施例方式
图1示出了MRT机的基本磁场磁铁1和其所环绕的内部空间的其它部件的示意性剖面图。所述基本磁场磁铁1包括超导磁线圈，该超导磁线圈处于液氦中，并且被一个由双层容器构式的磁罩12所包围。为了保持温度恒定，在磁罩12外面设置了所谓的冷却头15。在由磁罩12(也称为磁容器)所包围的内腔中，通过支承件7同心悬挂着梯度线圈2。在该梯度线圈2内部同样同心安装着高频谐振器13。该高频谐振器的任务是将功率发送器输出的高频脉冲转换成交变磁场，从而激励患者18体内的原子核，然后将带有精确核矩的交变磁场变换成输送给接收支路的电压。患者18躺在位于滑轨17上的卧榻19上，通过安装在高频谐振器13上的滚轮20进入系统的开口或内腔中。该滑轨支承在一个垂直可调的支承架16上。
示意图1所示的系统具有两个振动源或振动中心。其中之一是冷却头15，另一个是梯度线圈2。本发明通过在特定的关键位置上使用逐层构造的部件降低噪音的传播。
在所述关键位置上应当使用阻尼层板结构，这些关键位置是磁罩12，特别是磁铁内侧14对振动特别敏感的部位(热区(Warmbore))，环绕冷却头15和患者卧榻16、17、19的区域。
因为振动部分具有几乎是连续的自振频谱，则特别对于较高的频率(＞100Hz)提高层的阻尼要比增加质量或刚度更加有效。这通常例如是通过镀上重膜实现的。对于磁罩12最好采用金属表面，这不仅从真空技术上，而且在设计(尺寸，硬表面)和结构(公差)方面也是有优点的。阻尼层板就厚度而言，与其它被动方法相比减振最大。通过夹层结构的自然加固，可以实现同等重量下更大的刚度。
将减振特性集成在相应部件的结构上并不会对设计和功能带来不利影响。使用阻尼层板可以降低振动的振幅，其系数大于10，而不会限制其功能或设计。目前的层板采用三明治结构，产品已经大规模商品化(BONDAL钢，Krupp-Hoesch(克虏伯-赫施)公司生产)，或者采用可预计成本的制造(例如在板层之间使用3M-Scotchdamp)。
下面介绍本发明的不同实施方式图1a示出了一个系统，其仅在隔离出内腔21的磁罩12的内侧14采用双层结构。内层A和端面K一样，用于在磁罩12内部形成真空，抵抗外部作用的气压。这需要足够的机械刚度，从而能够承受静态负压载荷。在图1a所示的系统中，只有隔离出内腔21的磁罩12的内侧14装有另一个层板B，该层板不必是真空密封的。其任务是提高刚性以及内侧14的阻尼特性。但实际的阻尼作用来自阻尼层，即位于两层板A和B之间的用E表示的中间夹层。该层与相邻的金属层A和B粘合在一起。由于图1a中的外层B没有支承作用，所以将所示的磁罩12的结构称为开放系统。
相反地，图1b示出的是一种封闭系统。其中隔离出内腔21的磁罩12的内侧14同样由内层C和外层D构成。在这两层之间同样是阻尼层E。但其与图1a所示的开放系统的区别在于，内层C以及外层D和端面K都必须承受磁罩12内部的超高真空。因此两个层板C和D相互之间以及与端面K之间采用焊接方式连接，从而形成一个形式为三明治结构的封闭的整体结构。这种封闭系统虽然成本高，但是具有更高的刚性，并由此而能够更好地阻止噪音传播。在两种系统中各层的板厚可以相同也可以不同。在图1a和图1b所示的实施方式中，分层结构中间有一粘质弹性中间层，它仅设置在对振动特别敏感的热区14处(见图1)。但是同样也可将阻尼层板结构设置在整个磁罩12上，如图1c所示。另一种成本更高但阻尼效果更好的结构是多于两层的层板结构，例如，如图1d所示的3层结构G、H、J。
如上所述，通过一个多层结构可以提高相应表面的自身刚性。特别是通过附加安装径向加强件F在磁罩12的端面可获得更高的刚性。(见剖面图2a和正视图2b)。
以上所述实施方式适用于相应的防止振动传播的集成方案，即对振动源采用环形绝缘(参见冷却头的例子)。
图3中示出了患者卧榻。患者躺在一个安装在滑轨17上的凹形板19上。该滑轨17本身可以水平运动，它位于一个垂直可调的支架16上，通过该支架可将躺有患者的卧榻移动到滚动轴承20的高度，并且平移到系统的开口内。
由磁铁或高频谐振器传递到患者卧榻16、17、19上的振动同样可通过在卧榻的支撑结构中集成进阻尼层E得到阻止，也就是说，将阻尼层E设置在卧榻19和滑轨17中，或者在该两个部件之间、在支架16和滑轨17之间，以及通过采用具有阻尼作用的滚动轴承20，来阻止振动的传播。
权利要求
1.一种核自旋断层造影装置，具有一个被磁罩(12)包围的磁体(1)，所述磁罩环绕并隔离出一个内腔(21)，其中，在该内腔(21)中有一个梯度线圈系统(2)，以及在所述隔离出该内腔(21)的磁罩(12)的内壁(14)上设置了一个阻尼层板结构(A-E-B，C-E-D)，用于吸收在梯度线圈系统(2)切换时所产生的声音振动。
2.如权利要求1所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述阻尼层板结构构成一种开放系统，其中，一个内板(A)构成所述磁罩(12)的真空承载内壁，以及一个外板(B)连同一个位于两个板(A)和(B)之间的阻尼层(E)构成所述磁罩(12)的实际的阻尼外壁。
3.如权利要求2所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述开放系统仅在磁罩(12)面对内腔(21)的部分表面(14)上延伸。
4.如权利要求1所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述阻尼层板结构构成一种封闭系统，其中，所述内板(C)和外板(D)均构成所述磁罩(12)的真空承载壁，并且在该两个板(C)和(D)之间设置了一个阻尼层(E)。
5.如权利要求4所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述封闭系统仅在磁罩(12)面对内腔(21)的部分表面(14)上延伸。
6.如权利要求4所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述封闭系统延伸在磁罩(12)的全部表面上。
7.如上述权利要求中任一项所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述阻尼层板结构由两个板(A-B或C-D)以及位于两者之间的阻尼层(E)构成。
8.如权利要求1至6中任一项所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述阻尼层板结构在多层构造(3)中由多个层板(G-H-J)以及位于层板之间的阻尼层(E1-E2)构成一种封闭系统。
9.如上述权利要求中任一项所述的核自旋断层造影装置，其特征在于，所述阻尼层是一种粘质弹性层。
全文摘要
本发明一般涉及核自旋断层造影法(同义词磁共振断层造影法，即MRT)，它在医学中用于对病人进行检查。本发明尤其涉及一种核自旋断层造影装置，其中，降低了在许多方面会给整个系统造成有害影响的设备部件的振动并减少了噪声传播的途径。根据本发明的核自旋断层造影装置具有一个被磁罩(12)包围的磁体(1)，所述磁罩环绕并隔离出一个内腔(21)，其中，在该内腔(21)中有一个梯度线圈系统(2)，以及在所述隔离出该内腔(21)的磁罩(12)的内壁(14)上设置了一个阻尼层板结构(A－E－B，C－E－D)，用于吸收在梯度线圈系统(2)切换时所产生的声音振动。
文档编号G01R33/38GK1399141SQ0214153
公开日2003年2月26日 申请日期2002年7月23日 优先权日2001年7月23日
发明者温弗里德·阿茨, 弗朗兹·博梅尔, 彼得·迪茨, 马赛厄斯·韦伯 申请人:西门子公司