专利名称：：用于低交流损耗热屏蔽的设备和其制造方法
技术领域：
：本发明一般涉及超导磁体系统，更具体地涉及超导磁体系统的低交流损耗热屏蔽。技术背景在一个例子中，MR系统包含冷物质(coldmass)，所述冷物质包括超导磁体、磁体线圏支承结构和氦容器。包含在氦容器里的液氦为超导磁体提供冷却并且维持超导磁体处在用于超导工作的低温，如本邻域技术人员将了解的那样。液氦维持超导磁体大约和/或基本上处在4.2开尔文(K)的液氦温度。为了热绝缘，在一个例子中包含液氦的氦容器包括一个或多个热屏蔽和真空容器。真空容器维持消除对流热量负载的真空环境。热屏蔽阻断至冷物质的辐射和传导热量负载。传统的热屏蔽由如铜或铝这样的传导金属制成。热屏蔽由低温冷却器或如液氮之类的某种致冷剂冷却至4.2K和室温之间的中间温度。所述热屏蔽完全包围4.2K冷物质，以中断从室温真空容器到冷物质的辐射热量。为使热屏蔽的温度尽可能低，良好的热传导对于所述热屏蔽是必要的。当磁体在交流(AC)场中工作时(诸如在MR成像期间)，在热屏蔽部件中将感应涡电流。该涡电流在热屏蔽中产生热量，所述热量必须由低温系统移除。同样，在磁体失超期间，由于磁体线圈的电流迅速地衰减到零，在热屏蔽中将感应大的涡电流和失超力(quenchforce)。对于热屏蔽经受住失超力是困难的。在结构上支承失超力下的热屏蔽也是困难的。因此，将希望具有一种设备，所述设备被配置用于减少在热屏蔽中由交流场所产生的失超力和涡电流。
发明内容本发明提供一种克服上述缺点的用于减少交流损耗的设备。沿所期望的热量传导方向安置多条热传导纤维。每条纤维与另一条纤维电绝缘。用一种基质(matrix)把纤维结合在一起，并且热链路把所结合的纤维连接到低温冷头。按照本发明的一方面，设备包括低温冷头和多条沿所期望的热量传导方向安置的热传导纤维，每条纤维与另一条纤维电绝缘。包含把多条热传导纤维结合在一起的基质。该设备也包括至少一个把多条热传导纤维连接到低温冷头的热链路。按照本发明的另一方面，制造热屏蔽的方法包括沿所期望的热量传导路径在工具模子上安置至少一条热传导纤维，该至少一条热传导纤维被涂以电绝缘材料。该方法还包括利用基质固定该至少一条热传导纤维和把该至少一条热传导纤维热连接到低温冷头上。按照本发明的又一方面，一种MRI设备包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统具有多个安置超导磁体的膛周围以施加极化磁场的梯度线圏和RF收发机系统以及RF开关，所述RF开关由脉冲模块控制以将RF信号发送到RF线圏组件来获得RF图像。这种MRI设备也包括低温冷头和热连接到该低温冷头的热链路。这种设备还包括与超导磁体相邻安置的热屏蔽，该热屏蔽包括一组电绝缘线，所述电绝缘线被热附着到热链路并且被配置以将热量传导至热屏蔽。包含一种基质，所述基质把该组电绝缘线结牢在一起。从以下详细的描述和附图中将使本发明的各种其它特征和优点明显。附图示出为实现本发明而当前所设想的一个优选实施例。在附图中图1是能从本发明实施例的纳入而受益的MR成像系统的示意框图。图2-6示出制造按照本发明的实施例的热屏蔽的壳体的步骤。图7是按照本发明的实施例的热屏蔽的分解图。图8是图7的热屏蔽的部分组件的透视图。图9是组装形式的、图7的热屏蔽的透视图。图IO是沿图5的线10-10取的横截面图。图ll是沿图9的线ll-ll取的横截面图。图12是按照本发明的实施例的热传导电缆的优选布置。图13-15示出制造按照本发明的实施例的热屏蔽的步骤。图16是沿图15的线16-16取的横截面图。图17表示制造按照发明的实施例的热屏蔽的步骤。具体实施方式参照图1，示出了从纳入本发明实施例而受益的优选磁共振成像(MRI)系统10的主要部件。系统10的操作从操作员控制台12得以控制，所述操作员控制台12包括键盘或其他输入装置13、控制板14和显示屏16。控制台12通过链路18与单独的计算机系统20通信，所述计算机系统20使操作员能控制在显示屏16上的图像产生和显示。计算机系统20包括多个通过底板20a互相通信的模块。这些模块包括图像处理器模块22、CPU模块24和在本领域中作为用于存储图像数据阵列的帧緩冲器而公知的存储器模块26。计算机系统20被链接到用于存储图像数据和程序的磁盘存储装置28和磁带驱动器30，并通过高速串行链路34与单独的系统控制装置32通信。输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触摸激活屏、光棒(lightwand)、声音控制装置或任何类似的或等效的输入装置，并可用于交互式几何学命令(prescription)。系统控制装置32包括一组由底板32a连接在一起的模块。这些模块包括CPU模块36和脉冲发生器模块38，所述脉冲发生器模块38通过串行链路40连接到操作员控制台12。通过链路40，系统控制装置32接收来自操作员的命令来指示要被执行的扫描序列。脉冲发生器模块38操作系统部件以执行所期望的扫描序列并产生数据，所述数据指示所产生的RF脉冲的时序、强度和形状以及数据采集窗口的时序和长度。脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42，以指示在扫描期间所产生的梯度脉沖的时序和形状。脉冲发生器模块38也能从生理采集控制器44接收患者数据，所述生理采集控制器44接收来自多个连接到患者的不同传感器的信号，例如来自附到患者的电极的ECG信号。并且最后，脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46,所述扫描室接口电路46从与患者状况和磁体系统有关的各种传感器接收信号。也通过扫描室接口电路46，患者定位系统48接收命令以将患者移动到所期望的位置用于扫描。由脉冲发生器模块38所产生的梯度波形被施加给具有Gx、Gy和G,放大器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器都激励一般标为50的梯度线圏组中的相应物理梯度线圈，以产生用于对所获得的信号空间编码的磁场梯度。梯度线圏组件50构成磁体组件52的部分，所述磁体组件52包括极化磁体54和整体RF线圏56。系统控制装置32中的收发机模块58产生脉冲，所述脉冲由RF放大器60放大并且由发射/接收开关62耦合到RF线圏56。由患者中的受激核子所发出的结果信号可以由同一RF线圏56感测并经由发射/接收开关62耦合到前置放大器64。放大的MR信号在收发机58的接收机部分中被解调、滤波和数字化。发射/接收开关62由来自脉冲发生器模块38的信号控制，以在发射模式期间把RF放大器60电连接到线圈56并且在接收模式期间把前置放大器64连接到线圏56。发射/接收开关62也可以使单独的RF线圏(例如，表面线圏)能在发射或接收模式下被使用。由RF线围56所拾取的MR信号由收发机模块58数字化并被传递到系统控制装置32中的存储器模块66。当存储器模块66中已获得原始k空间数据的阵列时，扫描完成。该原始k空间数据被重安排到每个要重构的图像的单独的k空间数据阵列中，并且所述单独k空间数据阵列的每一个都被输入到阵列处理器68，所述阵列处理器68工作以把数据傅立叶变换成图像数据阵列。该图像数据通过串行链路34被传送到计算机系统20，在那里该图像数据被存储存储器中，例如磁盘存储装置28。响应于从操作员控制台12所接收到的命令，该图像数据可以以长期存储方式、例如在磁带驱动器30上被存档，或者可以由图像处理器22进一步处理并被传送给操作员控制台12并在显示器16上呈现。图2-6示出根据本发明的实施例制造热屏蔽壳体的步骤。图2示出在环状工具72周围环形缠绕的热传导线或电缆70。在优选实施例中，给环状工具72衬以玻璃纤维布74以便沿圆周加强热屏蔽。环形缠绕包括在环状工具72周围(a)沿内表面76轴向地、(b)沿第一端面78朝着外表面80径向地、(c)沿外表面80轴向地、(d)沿第二端面82朝着内表面76径向地缠绕电缆70,并且沿圆周围绕环状工具72重复(a)到(d)。电缆70被安置在环状工具72周围，使得热量传导从环形缠绕的电缆70的里面部分84朝着其外面部分86以热学方式传导热量。图3示出在环形缠绕的电缆70上呈螺旋形缠绕的热传导线或电缆88。优选地，电缆70、88是单独的电缆；然而，应当预期的是，电缆70、88是相同的电缆。电缆88沿圆周并且呈螺旋形地缠绕在环形缠绕的电缆70的外径86周围。电缆88呈螺旋形地缠绕使得热量传导朝着热屏蔽的轴心90以热学方式传导热量。在如上述缠绕了电缆70、88之后，把所缠绕的环状工具92放到真空袋94内，如图4所示。在优选实施例中，真空袋94被制作成环状的，用以装入所缠绕的环状工具92。真空袋94包括插入到所缠绕的环状工具92的膛98中的内管壁96和放置在所缠绕的环状工具92的外表面102上的外管壁100。管壁96和100在每端104、106处被熔在一起，以形成一个真空密闭袋。如在图5中所示，在真空袋94内形成真空108。真空108使真空袋94收紧。以这种方式，电缆70和88压靠环状工具72以取其形状。一旦真空108已在真空袋94内形成，就注入基质110以便渗入真空袋94内的空隙。在优选实施例中，基质110是环氧树脂。允许基质110固化，并且一旦被固化，真空袋94就从那里被移去。参照图6，壳体112由电缆70和88、玻璃纤维布74以及基质110组成，通过沿壳体112的内圆周118和外圆周120切通壳体，将所述壳体分离成至少两个部分114、116并从环状工具72移出。图7示出按照本发明的实施例的热屏蔽122的分解图。壳体部分114、116被放置在冷物质124周围以便包围冷物质124。壳体部分114、116被联结在一起并被连接到热链路或中央结构126,所述热链路或者中央结构126包括内板128、一对外金属板130、132以及多个金属块134。外金属板130、132优选地由铝或铜构成，而块134优选地由铜构成；然而，本领域技术人员会理解的是，可以使用其他材料。外金属板130、132被结合到壳体部分114、116上以加强在块134和壳体段114、116之间的热接触。图8示出被组装到壳体部分116的内金属板128、外金属板130和多个金属块134。内金属板128具有多个在其中形成的孔136,以便与在每个金属块134中形成的孔138对准。内板128与壳体部分116的内表面140相邻安置。壳体部分116的外表面142具有与其相邻安置的外金属板132。多个金属块134与外金属板132相邻安置并固定到内板128上。优选地，多个金属块134用螺栓固定到内板128上。图9示出组装的热屏蔽122。示意性地示出低温冷头144被附到多个金属块134上。多条铜编织物146热连接到低温冷头144和多个金属块134。在热屏蔽122中所产生的热量经由电缆70、88朝着多个金属块134传导。热量进一步经由多条铜编织物146朝着冷头传导。图IO示出沿图5的线10-10取的横断面视图。注入真空袋94中的基质110充满玻璃纤维布74、电缆70、88和真空袋94之间的空隙148。图ll示出沿图9的线ll-ll取的横断面视图。热屏蔽122包围冷物质124以阻断向那里的辐射和传导热量负载。如图IO和11所示，热屏蔽122的内壁150具有一层轴向缠绕的电缆70，而热屏蔽122的外壁152具有一层轴向缠绕电缆70和一层螺旋缠绕的电缆88。图12示出电缆70、88的优选布置。电缆70、88优选地由以绞合线(Litzwire)配置方式编织在一起的多条纤维或绳154构成。绳154优选地由铝或铜构成并互相电绝缘。以这种方式，每根绳154在产生涡电流和交流损耗方面单独起作用。在图12中所示的由绞合线配置构成的电缆70、88与用相等直径的单绳电缆相比在交流场中具有减小的涡电流和交5危损耗。图13-15示出制造根据本发明的实施例的热屏蔽的步骤。图13示出按照本发明的实施例的热屏蔽的壳体156。用粘合剂把多条电缆158敷设在平坦的柔性片160上。片160优选地是薄(G10)玻璃纤维片。如图14所示，壳体156被放置在限定所期望的形状的工具模子162上。在优选的实施例中，另一个具有片166和多条电缆168的壳体164相邻壳体156安置。壳体164的多条电缆168优选地相对壳体156的多条电缆158成90度取向。然后，在壳体156、164周围注入和固化基质170以把它们结合在一起。真空袋(未示出)可以如以上在图4和5所述的那样用于基质170注入和固化。图15示出按照本发明的实施例的能围绕冷物质(未示出)安置的热屏蔽172。如上所述，中央结构126被附到结合的壳体156、164的一端174并被热连接到低温冷头176。图16示出沿图15的线16-16取的横断面视图。壳体156、164包围轴向缠绕的电缆158、沿圆周缠绕的电缆168和基质170。图17示出制造按照发明的实施例的热屏蔽的方面。附到轴180上的电机178使鼓轮182旋转，从而让电缆184围绕其螺旋形缠绕。电缆184在沿鼓轮182轴向平移的同时穿过基质池186并湿绕到旋转的鼓轮182上。基质池186优选地包含环氧树脂。在涂有基质的电缆184湿绕到鼓轮182上之后，允许涂有基质的电缆184固化以形成壳体(未示出)并且从鼓轮182移去。如上所述，中央结构(未示出)附到壳体上，并且该壳体被安置在冷物质(未示出)的周围。按照发明的实施例的热屏蔽减少由涡电流所产生的热量并减少交流损耗。另外，在磁体失超期间，当磁体线圏的电流迅速地衰减到零时，将使在热屏蔽中所感应的涡电流和失超力最小，由此使热屏蔽经得住失超力。因此，公开了一种设备，其包括低温冷头和多条沿所期望的热量传导方向安置的热传导纤维，每条纤维与另一条纤维电绝缘。包括把多条热传导纤维结合在一起的基质。该设备也包括至少一条把多条热传导纤维连接到低温冷头的热链路。本发明也体现在一种制造热屏蔽的方法中，该方法包括沿所期望的热量传导路径在工具模子上安置至少一条热传导纤维，所述至少一条热传导纤维涂以电绝缘材料。该方法还包括用基质固定所述至少一条热传导纤维和把所述至少一条热传导纤维热连接到低温冷头上。还提供了一种MRI设备，所述MRI设备包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统具有多个安置在超导磁体的膛周围以施加极化磁场的梯度线圏和RF收发机系统以及RF开关，所述RF开关由脉冲模块控制以将RF信号传输到RF线圈组件来获得RF图像。这种MRI设备也包括低温冷头和热连接到该低温冷头的热链路。这种设备还包括与超导磁体相邻安置的热屏蔽，该热屏蔽包括一组电绝缘线，所述电绝缘线热附着到热链路上并被配置用以把热量传导到该热屏蔽。包含基质，所述基质把这组电绝缘线结牢在一起。已根据优选的实施例描述了本发明，并且应该认识到，除特别强调的之外，等效方案、替代方案和修改是可能的，并且在所附的权利要求书的范围之内。零件列表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求1.一种设备，包括低温冷头(144)；多条热传导纤维(70、88、158、168、184)，所述热传导纤维沿所期望的热量传导方向安置，每条纤维(70、88、158、168、184)与另一条纤维(70、88、158、168、184)电绝缘；基质(110、170)，所述基质把多条热传导纤维(70、88、158、168、184)结合在一起；以及至少一个热链路(126)，所述热链路把多条热传导纤维(70、88、158、168、184)连接到低温冷头(144)。2.权利要求l的设备，其中多条热传导纤维(70、88、158、168、184)包括铜。3.权利要求l的设备，其中多条热传导纤维(70、88、158、168、184)包括铝。4.权利要求1的设备，其中结合的多条热传导纤维(70、88、158、168、184)形成壳体(112、156、164),所述壳体被配置用以环绕超导磁体(124)。5权利要求4的设备，其中壳体(112、156、164)还被配置用以包围超导磁体(124)。6.权利要求1的设备，还包括柔性片(160、166)，其中基质(110、170)把该柔性片(160、166)结合到多条热传导纤维(70、88、158、168、184)上。7.权利要求l的设备，其中基质(110、170)包括环氧树脂。8.权利要求6的设备，其中柔性片(160、166)包含玻璃纤维。9.权利要求1的设备，其中多条热传导纤维(70、88、158、168、184)以绞合线配置方式被缠绕在一起。10.权利要求l的设备，还包括MR成像设备(10)。全文摘要一种用于低交流损耗热屏蔽的设备包括多条沿所期望的热量传导方向安置的热传导纤维(70、88、158、168、184)。这些纤维(70、88、158、168、184)彼此电绝缘。这些纤维(70、88、158、168、184)用基质(110、170)结合在一起，并且热链路(126)把结合的纤维(70、88、158、168、184)连接到低温冷头(144)。文档编号G01R33/28GK101127270SQ20071013841公开日2008年2月20日申请日期2007年8月1日优先权日2006年8月1日发明者B·阿克塞尔,E·拉斯卡里斯,P·S·汤普森,X·黄申请人:通用电气公司