专利名称：一种具有凹部或凸起布置以减少机械共振的环状罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于磁共振成像(MRI)系统的装置，如低温冷却磁体所用的真空容器的构造。
背景技术：
正如本领域技术人员所知的，MRI系统通常包括螺线管超导磁体，该螺线管超导磁体被冷却至所用超导材料的临界温度以下的温度。通常地，磁体被冷却至大约4.2K的温度，该温度为氦的沸点。为将该装置保持在这样低的温度，必须使被冷却装置与外界温度有效地绝热。这里通常通过将装置封装在外部真空室(OVC)内来实现，该容器被排放至高真空，优选地，也可在冷却装置和OVC之间插入热屏蔽件。OVC通常近以环境温度，屏蔽处于中间温度。
OVC不得不在其外表面承受大气压，在其内表面承受高真空。相应的，OVC必须制造的非常坚固以抵抗由大气压施加的压力。用于螺线管磁体结构的OVC通常包括外圆筒，其直径大于磁体的最大直径，内圆筒，其直径小于磁体的内径，以及环状端盖，该环状端盖配置为连接内外圆筒，以形成用于磁体的环状罩。
所知的适于容纳整体MRI装置中使用的超导磁体的OVC容器的端盖通常具有2000mm范围的圆形外径和大约为850-900mm范围的同心内径。这些结构的材料通常为恒定厚度的。端盖通常具有完全对称旋转的特征，主要是由于制造过程的作用。端盖的几何构造可以为“平整”、“部分平整”，比如部分平整部分锥形件或“凹陷”，在OVC的端部形成凹面或凸面，这样相比于简单地仅依靠其自身材料弯曲的抵抗，端盖能更有效地承受外部气压。
现有技术中端盖的对称性的副作用是，会激励系统以共振的方式响应振动激励。这在应用，比如MRI系统中会引起麻烦。用于在成像过程中产生变化磁场的倾斜线圈组，会引起适于与端盖内建立共振的频率的MRI系统的振动。在MRI系统中其他潜在引起麻烦的振动源包括低温冷库中产生的机械振动，比如由冷却头置换器移动运动所引起的振动。外部振动也可引起麻烦，比如地面产生的振动或声学噪音。
端盖的共振作用体现在自身增加的声学噪音上，其由用作放大表面的端盖产生，和扩音器锥形部分的作用一样。可选择地，端盖的共振可导致应用的机械振动扩大至增加了图象扭曲的后果的程度。通常，在传统的共振系统中，对于在或靠近端盖振动模式的自然频率应用的振动，这些影响特别强。
此外，传统端盖的对称和几何学一致性能有效地将振动能量传送到结构的激起共振的其他部分，尽管这样的振动频率不同于端盖共振模式的振动频率。
因此，在磁体端盖简单的几何构造——它们很好地限定了共振模式——和关于成像质量和声学噪音的系统性能之间存潜在相关性。
发明内容
本发明因此寻求减少罩，比如用于MRI系统的螺线管磁体的OVC罩对施加的机械振动的敏感度的方法，以减少这种罩对振动的敏感度的不利影响，在上面已经对其中一些进行了阐述。
更进一步地，由于所用材料具有较大的厚度和质量，上述公知的端盖相对于公知的防振和减少噪音的技术不敏感。本发明提供由较薄较轻的材料制成的端盖结构，能显著获得通过使用公知防振和减少噪音的技术所具有的优势。
相应的，本发明提供如所附权利要求中所限定的方法和/或装置。
参照特定的实施例，本发明上述及进一步的目的、特征及优点将会更进一步地得到描述，这里仅给出例示性实施方式，结合相应附图随后描述，其中图1示出了根据本发明的OVC容器的例子，根据本发明的一个实施例，适于容纳用于MRI系统的螺线管磁体；图2示出了根据本发明的OVC容器的侧视图，类似于图1所示，适于容纳用于MRI系统的螺线管磁体，适于在一个端盖内装配辅助装置；图3示出了根据本发明一实施例的用于OVC端盖表面上的凹部或凸起的图案；图4示出了根据本发明另一实施例的用于OVC端盖表面上的凹部或凸起的图案；图5A示出了根据本发明另一实施例用于OVC端盖表面上的凹部或凸起的图案；及图5B示出了根据本发明的低温壳体的例子，包括致冷容器，热屏蔽件及OVC容器，其中热屏蔽件和OVC容器具有嵌套的缺口或凸起。
具体实施例方式
传统的端盖通常由相对较厚的材料制成，比如5-20mm的厚度。选择的这种材料具有足够的机械强度以抵抗OVC上的大气压，并由于自身的重量和厚度而具有足够的刚性以抑制共振。如上所述，虽然这种方法有效，但导致了OVC容器相对沉重并且造价昂贵。本发明提供环状罩，其中为减少罩振动趋势，环状罩的材料形成为凹部和凸起的布置。
本发明寻求抑制具有简单几何构造和对称布置的部件自然共振趋势及产生的噪音和/或振动的问题。在本发明的某些实施例中，用于MRI系统、如螺线管磁体结构的OVC的端盖的材料形成其自身不对称布置并彼此之间不对称布置的几何特征。
本发明一个特殊的优势在于允许并真正积极鼓励OVC容器端盖采用较薄轻质材料。采用这样较薄的材料能辅助阻尼和防振技术，由它们自身性质所知的，可有效地应用以抑制OVC容器的端盖的振动。这样的技术包括抑制阻尼层和消音材料层的应用。
传统使用的端盖的厚度不受这种技术的影响，然而通过本发明减少端盖材料的厚度，可有效地采用这些既定方案。
特别地，本发明寻求打乱公知的端盖的简单的几何构造。本发明的技术方案也可应用到其他部件，比如OVC圆筒体的内外壳，及热屏蔽件部件。
图1示出了根据本发明一实施例形成的端盖的例子，适宜地在MRI系统中形成磁体所用OVC容器的一部分。
如图1所示，OVC10是环状罩，相应的包括通过环状端盖16连接的圆滑筒体外壳12和圆滑筒体内壳14。如图1所示，端盖16不像现有技术中的端盖一样具有平整或圆滑的轮廓，相反，环状罩端盖的材料相比于参照面20来说变形成具有凹部或凸起18的布置。凹部或凸起18如此布置以致于可以抑制端盖材料的共振。
形成于OVC材料的凹部或凸起18提供了可用于容纳消音材料的凹部，相比于所用端盖为厚材料的系统并未增加OVC的合计长度。
凹部或凸起18提供了机械强度，允许端盖16可用明显地比现有技术所用材料薄的材料制造。例如，现有技术中的平端盖通常厚度为20-30mm，使现有技术端盖凹陷就允许采用较薄的材料。根据本发明凹部或凸起的使用仍然允许较薄的材料用于端盖，例如在端盖中用1-2mm厚度的材料。
有利地是，凹部或凸起可被布置和磁体或和OVC配装的其他装置的某些部件配合，比如内悬承部件，外部显示器，控制器或病床部件。
图2示出了根据本发明一实施例OVC的进一步的特征，类似于图1所示的实施例。根据该实施例，可设置部件22，其由端盖16的材料适当变形而形成，作为凹部或凸起18的一个方案，其允许辅助装置定位到端盖16上。在优选实施例中，目前固定于外壳12上的辅助装置也可被安装在端盖16上。这样使外壳12保持光滑，并提高了OVC外观的美感。同时也能使辅助装置被安装到更接近于维护的位置。进一步有利的效果是减少了系统中孔14的轴向长度，这样可提升病人的舒适度并减少了病人的幽闭恐怖感。
优选地，端盖16的凹部和凸起18不是如同许多现有技术中端盖那样旋转对称的。可选择地，凹部和凸起18的数目是素数。更优选地，或可选择地，凹部和凸起18在所有轴向上以不对称的方式布置。更优选地，每个凹部和凸起自身的形状在所有轴向上都是不对称的。
图3示出了根据本发明另一实施例的端盖的特写视图。如图所示，凹部和凸起18设置成不对称的硬质材料部件，并由端盖16材料的适当变形而形成。凹部和凸起，更具体地具有可变化的宽度w。根据该实施例的特征，凸起18具有不同的宽度w和间距d。凸起的高度h也可不同。根据该实施例的特征，凸起绕着端盖不对称地布置。不对称优选地被应用多于以下特征中的一个以上特征高度h，宽度w，间距d。
如图3中更清楚地观察到，在凸起18之间设置有凹部。这些凹部可被用于安装振动阻尼材料，公知的这些材料其自身具有阻尼振动的性能。类似地，在端盖的下侧(图中未示出)，凸起18的内腔提供适宜于安装振动阻尼材料的凹部，公知的这些材料其自身具有阻尼振动的性能。类似地，凸起18可被凹部所替代，此时振动阻尼材料可被设置至那些凹部自身之中，在形成于端盖下侧的腔室中，以及由其他表面的腔室在通过材料变形形成的凸起之间。可选择地，端盖表面的凹部可被用于容纳电缆路径或其他辅助装置。
图4示出了图3中实施例的改进。在图4所示实施例中，凸起或凹部18不是规则的形状。凸起或凹部18在端盖16的表面形成伪随机(pseudo-randomly)的形状。凸起的高度h可以是以伪随机的方式变化的。在本发明的实施例中，在所有轴向上，相对于一些或全部凸起18的尺寸、形状、位置和间距都可简单不对称设置。这样的不对称有效地防止或至少减少了端盖的共振效果。
图5A示出了本发明另一简化的实施例。在这里所有凸起18都具有相同的宽度w、高度h和间距d。通过确保端盖承载的由环状罩材料的适当变形而形成的硬质部件是素数来提供所需的不对称。在此方式下，减少了环绕端盖的共振。参照上述其他实施例的阐述，凸起18之间的凹部可被用于容纳辅助装置或电缆路径。可选择地，在凹部内可设置消音材料。相同地，消音材料也可被置于端盖下侧的凸起内的凹部中(图中未示出)。
图5B特别示出了本发明的端盖用于公知在MRI系统中应用的低温致冷装置比如超导磁体的一个有利的布置。如现有技术中所公知的。用于这种应用的致冷容器通常包括流体致冷剂容器40，其包含流体致冷剂，环绕该流体致冷剂容器的外部的真空容器10，流体致冷剂容器和外部真空室之间的间隙被排空。通常也设置热屏蔽件30，以保护流体致冷剂容器免于受外部真空室10的热辐射。如图5B所示的，外部真空室10具有端盖16，根据本发明形成该端盖16的外形，如图5A中所示的那样。凸起18提供刚度并抑制机械共振。有利地是，热屏蔽件30具有凸起32，该凸起配合至端盖16的凸起18的内表面。热屏蔽件30布置成与端盖16的内表面相距一定的最小距离。端盖和热屏蔽件的各自的凸起及热屏蔽件30各自的凸起18都能近似地被定位于距端盖16的凸起18内表面的特定最小距离处。因为保持超过端盖表面的距离，热屏蔽件由于存在的凸起而没有明显的效果。在另一方面，流体致冷剂容器40优选地不设置凸起。在某些区域42，和每个热屏蔽件的凸起32内表面相应，在流体致冷剂容器和热屏蔽件的内表面之间设置增大的间距m，有利地，并且根据本发明的某些实施例该增大的间距m可被用于容纳内部部件比如图5B中所示的悬承件44。采用如此布置的优势是可减少装置的总长。
例如，采取传统的平面热屏蔽件和端片，热屏蔽件30将不得不被置于从流体致冷剂容器相隔增大的间距m的位置处，以用来容纳悬承件44。为了保持热屏蔽件和OVC之间的分隔，OVC端盖需要从热屏蔽件间隔开一定距离，对应于如图5B中所示凸起18内表面的位置。此外，端盖需要更厚的厚度厚达30mm而不是1-3mm来提供所需的强度和硬度。这样装置的整个长度都将增加，可能50mm以上。在MRI成像工业中，探寻减少整个磁体系统长度的方式是永恒的追求。本发明提供了节省50mm或更多长度的可能，同时减少了OVC的成本和重量。
根据本发明形成的端盖16可通过任何适于所用材料的方法来制造。优选地，采用非磁性材料，因为他们将不受通过倾斜线圈产生的磁脉冲的影响。例如，复合材料比如是玻璃纤维或碳纤维或增强塑料，可通过具有所需凹部图案的模具形成。这样的复合材料也可包括约束层以协助阻尼机械振动。在复合材料的铺设过程中，附加的振动阻尼材料可被应用于复合材料的表面，填充入一些在端盖材料形成的凹部中。可在大约400℃时通过真空模制或通过“超塑成型”来生产铝或钛端盖。该方法优选为压制，因为没有残余钢离开材料，可提供更均匀厚度的材料，可以进行很深的模制。如这样的缺点没有在采用的特殊设计中产生问题的话，可采用加压。
本发明进一步的一个优点在于最终的容器的装配被简化。其是很容易的由薄片板共同焊接在一起而成，比如本发明的1-3mm厚度的面板，而不是现有技术中所用的6-30mm厚度的面板。
本发明独特的特征还包括以下特征。端盖可由明显较薄的材料制成，而不是如以往使用的材料那样。例如，现有技术OVC平面端通常由25-30mm厚度的材料形成，现有技术中中凹的端部通常由6-8mm厚的材料形成，而本发明所提供的端盖通常是由1-3mm厚度的材料形成。此外，通过在端盖材料内部设置使用凹部或凸起而增强了端盖的机械强度。这样的凹部或凸起以及其布置优选地在所有轴向都是不对称的，因此能抑制引起共振频率的模式。可选择地，或此外，端盖的凹部或凸起的数目是素数，因此能抑制端盖的共振。凹部或凸起也可用于设置凹部以容纳消声材料，而不额外增加系统的长度。凹部或凸起也可用于设置凹部以容纳辅助成像系统，而不额外增加系统的长度。凹部或凸起也可用于设置凹部以容纳内部低温部件，比如悬承件，而不额外增加系统的长度。在一些实施例中，可邻近于部件设置“嵌合的”凹部或凸起，比如OVC或罩端，以最小化整个系统的长度。在端盖的内部形成凹部或凸起就潜在地减少了系统的长度。凹部或凸起可通过应用材料的压制、模制、或超塑成型工艺来形成。
如上面所述，已经参照用于OVC的端盖描述了本发明，本发明还可有其他的应用，比如，OVC容器的其他部件也可在本发明的应用中受益。内圆筒壁14或外圆筒壁12可被设置为带有素数个如上述任一实施例所述的凹部或凸起，因此这样减少了任何共振倾向。类似地，上述中圆筒形壁或热屏蔽件30的端盖也可从本发明的凹部或凸起的应用中受益。
本发明的OVC的壁或端盖或热屏蔽件可由任何适宜的材料形成，包括(但不局限于)不锈钢、碳钢、复合物、铝或钛或它们的合金。
权利要求
1.一种环状罩，包括通过环状端盖(16)连接的圆筒形外壳(12)和圆筒形内壳(14)，其特征在于，该环状罩的材料形成凹部或凸起(18)的布置，所述凹部或凸起的布置在所有的轴向上是不对称的，由此减少罩的材料机械共振的倾向。
2.根据权利要求1所述的环状罩，其中在至少一个端盖(16)中形成凹部或凸起的布置。
3.根据权利要求1或2所述的环状罩，其中不对称应用于下述特征中的至少一个凹部或凸起的高度h、宽度w、间距d。
4.根据前述任一权利要求所述的环状罩，其中不对称应用于凹部或凸起的形状。
5.根据权利要求4所述的环状罩，其中凹部或凸起是伪随机地成形的。
6.根据前述任一权利要求所述的环状罩，其中通过设置素数个凹部或凸起来设置凹部或凸起的不对称。
7.根据权利要求6所述的环状罩，其中凹部或凸起是等尺寸和等间距的。
8.一种环状罩，包括通过环状端盖(16)连接的圆筒形外壳(12)和圆筒形内壳(14)，其特征在于，该环状罩的材料形成凹部或凸起(18)的布置，所述凹部或凸起的布置包含素数个凹部或凸起，由此减少罩的材料机械共振的倾向。
9.根据权利要求8所述的环状罩，其中在至少一个端盖(16)中形成凹部或凸起的布置。
10.根据权利要求8或9所述的环状罩，其中凹部或凸起展现出下述特征中的至少一个的变化凹部或凸起的高度h、宽度w、间距d。
11.根据权利要求8-10中任一所述的环状罩，其中凹部或凸起展现出权利要求9的凹部或凸起的形状的变化。
12.根据权利要求11所述的环状罩，其中凹部或凸起是伪随机地成形的。
13.根据权利要求8-12中任一所述的环状罩，其中凹部或凸起是等尺寸和等间距的。
14.根据权利要求2或9或从属于权利要求2或9的任一权利要求所述的环状罩，其中至少一端盖由具有1-3mm厚度的材料形成。
15.根据前述任一权利要求所述的环状罩，其中凹部、或凸起之间的空间容纳振动阻尼材料。
16.根据前述任一权利要求所述的环状罩，其中凹部、或凸起之间的空间容纳电缆路径或其他辅助装置。
17.一种用于容纳螺线管超导磁体的致冷器，包括用于容纳流体致冷剂的流体致冷剂容器(40)、环绕流体致冷剂容器的外部真空室(10)、及在流体致冷剂容器和外部真空室之间的热屏蔽件(30)，其中外部真空室是根据前述任一权利要求所述的环状罩，具有包括凸起(18)的端盖(16)；热屏蔽件(30)也是根据前述任一权利要求所述的环状罩，具有包括凸起(32)的端盖，该凸起(32)与外部真空室的凸起(18)的内表面互补。
18.根据权利要求17所述的致冷器，其中内部部件、比如说悬承件(44)位于至少一个与热屏蔽件的凸起(32)的内表面相对应的确定区域(42)中。
19.一种用于容纳螺线管超导磁体的致冷器，包括用于容纳流体致冷剂的流体致冷剂容器、环绕流体致冷剂容器(40)的外部真空室(10)，外部真空室是根据权利要求1-16中任一所述的环状罩，具有包括作为凹部或凸起(18)的一个方案的部件(22)的端盖(16)，所述部件允许辅助装置定位在端盖上。
20.根据前述任一权利要求所述的环状罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置是在大约400℃的温度时通过真空模制或通过“超塑成型”产生的。
21.根据前述任一权利要求所述的环状罩或致冷器，其中端盖或圆筒形外壳(12)或圆筒形内壳(14)中的至少一个，是由具有所需凹部或凸起图案的模具形成的复合材料。
22.根据权利要求21所述的环状罩或致冷器，其中复合材料包括约束层以协助阻尼机械振动。
23.根据权利要求1-22中任一所述的环状罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置由铝或钛或它们的合金形成。
24.根据权利要求1-22中任一所述的环状罩或致冷器，其中凹部或凸起的布置由碳钢、不锈钢或复合材料形成。
全文摘要
一种中空圆筒形容器，该容器包括通过环状端盖(16)连接在一起的圆筒形外壳(12)和圆筒形内壳(14)，其中至少一端盖，或圆筒形外壳(12)，或圆筒形内壳(14)中的一个设有凹部或凸起(18)的布置。优选地，凹部或凸起的布置在所有轴向上都是不对称的。
文档编号G01R33/28GK101071166SQ20071012828
公开日2007年11月14日 申请日期2007年4月30日 优先权日2006年5月6日
发明者R·P·戈尔, T·B·哈斯班德 申请人:西门子磁体技术有限公司