超导磁体的屏蔽结构、真空容器及其磁共振成像系统的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种超导磁体的屏蔽结构、真空容器及其磁共振成像系统。

背景技术：

核磁共振成像(mri，英文全称：magneticresonanceimaging)系统常被用于医疗卫生领域。核磁共振成像系统使用超导磁体来产生强的均匀磁场，在该磁场中放置患者或者其它对象；随后，梯度线圈、射频发射以及接收线圈影响对象中的旋磁物质，以便激发用于形成有图像的信号，经过电子计算机处理，重建出人体某一层面的图像的成像技术。

在核磁共振成像系统工作过程中，超导磁体设于使该磁体在运行期间和环境隔离的真空容器中，所述真空容器用以提供可靠的压力边界，维持适合的真空运行环境。真空容器一般包括内容器、外容器以及屏蔽层，内容器收容在外容器内，超导磁体收容于内容器，所述内容器用以盛装冷却物质以使超导磁体保持大约在4.2k的温度下超导运行，屏蔽层位于内容器与外容器之间，用于屏蔽辐射以及热量。

现有屏蔽层通常由例如铝、铜和不锈钢等金属制成，尽管这些金属具有较好的导热性并且提供足够的强度，但当它们暴露于磁场，特别是由mri系统的梯度线圈产生的交变磁场时，所述屏蔽层上会产生涡流，而涡流的加热效应会使屏蔽层的局部温度升高，即交变磁场增加了总的热负载并且提高了维持所述低温成本，同时，涡流的产生还会影响超导磁体所述生产的磁场的均匀度，使该磁场失真，对成像质量造成不利影响。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够减少涡流、降低成本、提高成像质量的超导磁体的屏蔽结构、真空容器及其磁共振成像系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种超导磁体的屏蔽结构，包括外筒体、内筒体以及封头，所述外筒体、所述内筒体、所述封头中至少有一个为层叠结构，所述层叠结构包括金属层以及绝缘层，所述金属层与绝缘层互相交替且层叠设置。

在其中一个实施例中，所述外筒体以及内筒体均安装于所述封头上，所述外筒体套设于所述内筒体外。

在其中一个实施例中，所述绝缘层为胶、胶带层或绝缘漆层，所述绝缘层布设于所述金属层的表面上。

在其中一个实施例中，所述外筒体或所述内筒体由表面布置有绝缘层的金属板卷制形成。

在其中一个实施例中，每一层所述金属层由一块金属板卷制而成，所述金属板的两端互相对接，相邻的两层所述金属层的对接接头在所述外筒体或所述内筒体的圆周方向错位设置，相邻的两层所述金属层之间布设有所述绝缘层。

在其中一个实施例中，所述外筒体或所述内筒体上设有用以将所述金属层固定的定位结构。

定位结构的设置可以防止所述外筒体或所述内筒体的金属层相互分离或散开，使得筒体保持一定的整体结构强度。

在其中一个实施例中，所述金属层上设有用以将涡流限制在所述金属层的局部区域的限制结构。

在其中一个实施例中，所述限制结构包括开设有于所述金属层上通孔。

在其中一个实施例中，所述多层金属层之间填充有填充固化材料，所述填充固化材料将所述多层金属层固化连接为一体式结构。

在其中一个实施例中，相邻的两层所述金属层之间填充有填充固化层，所述填充固化层将相邻的两层所述金属层、以及位于相邻的两层所述金属层之间的绝缘层连为一体式结构。

填充固化层的设置，能够紧密地填充相邻的两层所述金属层的间隙，使所述多层金属层形成稳固的一体式结构，不仅提高了屏蔽结构的结构强度，且提高了所述屏蔽结构的导热性能。

在其中一个实施例中，所述外筒体或所述内筒体由表面布设有所述绝缘层的金属板沿所述外筒体轴线的圆周方向螺旋式缠绕形成。

采用螺旋式缠绕方式，可进一步地截断电传导的路径，增大了所述屏蔽结构的电阻率以减少涡流的产生。

在其中一个实施例中，所述外筒体或所述内筒体由多个子筒体构成，多个所述子筒体沿所述外筒体的轴线或径向方向依次连接，多个所述子筒体中至少有一个子筒体为所述层叠结构。

采用多个子筒体拼接方式和螺旋式缠绕结构，可进一步地截断电传导的路径，增大了所述屏蔽结构的电阻率以减少涡流的产生。

在其中一个实施例中，所述封头上的金属层和绝缘层在其厚度方向互相交替且层叠设置。

本发明还提供如下技术方案：

一种真空容器，包括内容器、外容器以及屏蔽结构，所述内容器用以盛装冷却介质以浸泡超导线圈，所述屏蔽结构位于所述内容器与所述外容器之间，所述屏蔽结构包括外筒体、内筒体以及封头，所述外筒体、所述内筒体和所述封头中至少有一个为层叠结构，所述层叠结构包括金属层以及绝缘层，所述金属层与绝缘层互相交替且层叠设置。

本发明还提供如下技术方案：

一种磁共振成像系统，包括用于产生磁场的超导线圈、至少一个梯度线圈以及用于容纳该超导线圈以使所述超导线圈处于超导运行环境的真空容器，其特征在于，所述真空容器包括内容器、外容器以及屏蔽结构，所述内容器用以盛装冷却介质以浸泡超导线圈，所述屏蔽结构位于所述内容器与所述外容器之间，所述屏蔽结构包括外筒体、内筒体以及封头，所述外筒体、所述内筒体和所述封头中至少有一个为层叠结构，所述层叠结构包括金属层以及绝缘层，所述金属层与绝缘层互相交替且层叠设置。

与现有技术相比，所述超导磁体的热屏蔽结构通过将所述外筒体、所述内筒体和所述封头中至少有一个设置为层叠结构，所述层叠结构包括金属层以及绝缘层，金属层的设置使得所述热屏蔽结构能够提供足够的结构强度，同时保持良好的导热性能，绝缘层的设置相当于无限地增大了所述外筒体、所述内筒体的电阻率(即降低了导电性能)，而金属层与绝缘层互相交替且层叠设置，该绝缘层截断了相邻两层所述金属层之间的电传导，从而当该屏蔽结构暴露于交变磁场时，由于所述屏蔽结构的电阻率明显增大，因此可显著地减少涡流的产生，避免因涡流对超导磁体所述生产的磁场的均匀度的影响，提高了成像质量。

附图说明

图1为本发明提供的真空容器的结构示意图；

图2为本发明提供的屏蔽结构的结构示意图；

图3为本发明提供的外筒体或内筒体的结构示意图；

图4为本发明提供的图3中a处放大图；

图5为本发明提供的定位结构的另一结构的结构示意图；

图6为本发明提供的限制结构的结构示意图；

图7为本发明提供的外筒体或内筒体另一实施例的结构示意图；

图8为本发明提供的封头的俯视图；

图9为本发明提供的封头的侧视图。

图中，真空容器100、内容器10、外容器20、制冷机30、一级制冷级31、二级制冷级32、屏蔽结构40、外筒体41、外表面41a、内表面41b、子筒体41c、定位结构411、内筒体42、封头43、层叠结构44、金属层441、限制结构441a、绝缘层442、固化材料层443。

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。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

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。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种磁共振成像(magneticresonanceimaging:mri)系统，该系统主要用于人体或动物内部结构的成像，以辅助治疗。

如图1所示，所述磁共振成像系统包括用于产生磁场的超导线圈101、至少一个梯度线圈(图未示)以及用于容纳该超导线圈以使所述超导线圈101处于超导运行环境的真空容器100。

当然，在本实施方式中，所述磁共振成像系统还包括射频线圈(图未示)、接收线圈(图未示)以及图像重建设备(图未示)等结构。所述射频线圈是用于向人体或动物体辐射出指定频率和一定功率的射频电磁波，用以激励原子核的共振；所述接收线圈用以接收进行扫描过程中人体或动物体中氢原子产生的磁共振信号，并将该磁共振信号传输给图像重建设备进行图像重建，从而得到相关组织的图像。

所述真空容器100包括内容器10、外容器20、制冷机30以及屏蔽结构40，所述内容器10大致呈圆柱状，所述内容器10用以盛装冷却物质，在这里，所述冷却物质可以为液氦，所述超导线圈浸泡在所述液氦内(所述液氦的温度为4.2k(kelvin))，从而使所述超导线圈处于低温超导的运行环境。

所述外容器20大致呈圆柱形，所述外容器20用以安装所述内容器10、所述制冷机30以及所述屏蔽结构40。具体地，所述外容器20套设于所述内容器10外，所述外容器20与所述内容器10之间抽真空设置。优选地，所述外容器20的轴线与所述内容器10的轴线重合设置。

所述制冷机30安装于所述外容器20上，所述制冷机30上设有一级制冷级31以及二级制冷级32，所述一级制冷级31的温度大致在50k(kelvin)左右，所述一级制冷级31连接于所述屏蔽结构40上；所述二级制冷级32的温度大致在4.2k(kelvin)左右，所述二级制冷级32连接于内容器10，所述二级制冷级32用以使所述内容器10的温度维持在低温的环境，进而使得所述超导线圈稳定地处于低温超导的运行环境。

所述屏蔽结构40位于所述外容器20与所述内容器10之间，所述屏蔽结构40作为表面发射率很低的屏蔽罩，用以反射外界向所述内容器10的辐射传热；同时，所述屏蔽结构40能够提供50k(kelvin)的一级热截断，避免外界部件(例如，电流引线)向所述内容器10的传导漏热。优选地，所述屏蔽结构40大致呈圆柱状，所述屏蔽结构40的轴线与所述外容器20的轴线、所述内容器10的轴线大体重合设置。

如图2以及图3所示，进一步地，所述屏蔽结构40包括外筒体41、内筒体42以及封头43，所述外筒体41、所述内筒体42和所述封头43中至少有一个为层叠结构44，该层叠结构44用以提供足够的结构强度和传热性能，以及增大所述屏蔽结构40的电阻率，使得当所述屏蔽结构40处于交变磁场时，尽可能的减少涡流的产生，避免因涡流对超导磁体所述生产的磁场的均匀度的影响，提高了成像质量。

需要解释的是，所述外筒体41、所述内筒体42、所述封头43中至少有一个为层叠结构44，即可以是，所述外筒体41是层叠结构，所述内筒体42不是层叠结构，所述封头43不是层叠结构；还可以是，所述外筒体41为不是层叠结构，所述内筒体42是层叠结构，所述封头43不是层叠结构；也还可以是，所述外筒体41、所述内筒体42、所述封头43均为层叠结构44等多种方案，在此就不在一一举例。

在本实施方式中，采用的是所述外筒体41、所述内筒体42、所述封头43均为层叠结构44，而上述的这种设置方式可以最大程度地提供足够的结构强度和传热性能，以及增大所述屏蔽结构40的电阻率，使得当所述屏蔽结构40处于交变磁场时，尽可能的减少涡流的产生，提高了成像质量。

进一步地，所述外筒体41套设于所述内筒体42外，且所述外筒体41以及所述内筒体42均安装于所述封头43上，即所述封头43轴向布置于所述外筒体41和/或内筒体42的端部。当然，在其他的实施方式中，所述外筒体41、内筒体42以及所述封头43之间还可以采用其他方式连接，例如，所述内筒体42安装于所述外筒体41内，所述外筒体41安装于所述封头43上。

具体地，所述外筒体41、所述内筒体42均呈圆柱状。优选地，所述外筒体41的轴线与所述内筒体42的轴线大体重合设置。当然，在其他实施方式中，所述外筒体41的轴线与所述内筒体42的轴线也可以不重合设置。所述内筒体42的内部形成容置空间，以容置人体或动物体。

进一步地，所述层叠结构44包括金属层441以及绝缘层442，在所述外筒体41或所述内筒体42的径向方向，所述金属层441与绝缘层442互相交替且层叠设置。在这里，所述金属层441能够提供足够的强度以及优良的传热性能，所述绝缘层442(即不导电层)，所述绝缘层442的设置相当于无限地增大了所述外筒体41、所述内筒体42的电阻率(即降低了导电性能)，而所述金属层441与所述绝缘层442互相交替且层叠设置，所述绝缘层442截断了相邻两层所述金属层441之间的电传导，从而当该屏蔽结构40暴露于交变磁场时，由于所述屏蔽结构40的电阻率明显增大，因此可显著地减少涡流的产生，避免因涡流对超导磁体所述生产的磁场的均匀度的影响，提高了成像质量。

具体地，所述外筒体41具有相对设置的外表面41a以及内表面41b,所述内筒体42具有相对设置的外表面42a以及内表面42b。在一实施例中，所述外筒体41的外表面41a以及所述内筒体42的外表面42a均为金属层441，所述外筒体41的内表面41b以及所述内筒体42的内表面42b均为金属层441，相邻的两层所述金属层441之间布设有所述绝缘层442。在另一实施例中，所述外筒体41的外表面41a以及所述内筒体42的外表面42a均为金属层441，所述外筒体41的内表面41b以及所述内筒体42的内表面42b均为绝缘层442。当然，所述金属层441以及所述绝缘层442在所述外筒体41或所述内筒体42的设置方式有多种，在此就不再赘述。但总的来说，所述金属层441以及所述绝缘层442在所述外筒体41或所述内筒体42是层叠结构设置的。

如图4所示，为防止所述外筒体41和/或内筒体42上的多层所述金属层441之间相互脱落或散开，在所述外筒体41以及所述内筒体42上设有定位结构411。具体地，所述定位结构411可以为螺栓结构、铆接结构(如图5所示)或者焊接结构等。优选地，参阅图4，在本实施例中，所述定位结构411为焊接结构，即通过焊接的方式将所述外筒体41或内筒体42的上的金属层441固定。进一步地，所述焊接连接一般为不连续的点焊连接。在这里，采用点焊的方式可降低所述外筒体41或内筒体42的外表面41a上的金属层441的阻抗，即电阻较大，从而减少涡流的产生。

在一实施例中，所述金属层441可由一整块金属板卷制而成以形成所述外筒体41或所述内筒体42的支撑体，即可以理解的是，在所述外筒体41或所述内筒体42的径向方向的多层所述金属层441是由一块金属板按顺时针或逆时针卷制而成。这种由一块金属板卷制而成的支撑体其工艺较为简单，制造更加方便且连接热阻也更小。

在该实施例中，所述绝缘层442也为一整体布设于所述金属层441的表面上，并随所述金属层441的卷制而形成所述金属层441与所述绝缘层442互相交替且层叠的所述外筒体41或所述内筒体42。

在另一实施例中，每一层所述金属层441由一块金属板卷制而成，所述金属板的两端互相对接，即可以理解的是，相邻的两层所述金属层441是分别由两块金属板卷制而成。进一步地，在该实施例中，相邻的两层所述金属层441的对接接头在所述外筒体41或所述内筒体42的径向方向错位设置，相邻的两层所述金属层441之间布设有所述绝缘层442。在这里，每一层所述金属层441由一块金属板卷制而成从而可以切断两层所述金属层441之间的电传导，进一步地减少涡流的产生，提高成像质量的同时降低维持低温环境的成本。

在该实施例中，每一层的所述绝缘层442也是独立设置，如预先附着在每一层的金属层表面，并随每一层所述金属层441的卷制而形成所述外筒体41或所述内筒体42。

在另一实施例中，所述外筒体41或所述内筒体42由表面布设有所述绝缘层442的金属层441沿所述外筒体41轴线的圆周方向螺旋式缠绕形成，后对两轴向端面加工，形成所述层叠结构的所述外筒体41或所述内筒体42。

在该实施例中，所述外筒体41或所述内筒体42可由宽度远小于筒体宽度的金属层与绝缘层沿圆周方向连续螺旋式缠绕。在这里，采用螺旋式缠绕方式，可进一步地截断电传导的路径，增大了所述屏蔽结构的电阻率以减少涡流的产生。

所述金属层441可以由铝、铜、不锈钢等金属制成。在本实施方式中，优选地，所述金属层441由导热好、表面发射率极低铝合金(铝板(箔)制成，所述发射率是指地物发射的辐射通量与同温度下黑体辐射通量之比，而发射率极低的金属层441能够保证向所述内容器10的辐射传热最小，即有效地降低维持低温的成本。

进一步地，每层所述金属层441的厚度小于2mm，优选地，所述金属层441的厚度为0.2mm。所述绝缘层442的厚度一般小于1mm，优选地，所述绝缘层442的厚度为0.1mm。从而这样卷制完成的外筒体41或内筒体42在厚度方向上看，具有多层薄壁的金属层441和绝缘层442交错层叠的结构。总厚度为6mm的外筒体41或内筒体42，其金属层441的层数达到20层以上，金属层441的总厚度接近或超过4mm，可保证整体具有良好的导热性能，同时单层的金属层441的电阻率增大很大，因此可减少涡流的产生，提高成像质量。

如图6所示，进一步地，所述金属层441上设有用以将涡流限制在所述金属层441的局部区域的限制结构441a。具体地，所述限制结构441a包括开设有于所述金属层441上通孔、异形孔、槽体等开口结构。优选地，所述通孔为条形孔，所述条形孔的长度沿所述外筒体41或所述内筒体42的轴线延伸。更进一步地，所述条形孔的数量具有多个，多个所述条形孔沿所述外筒体41或所述内筒体42的周向圆周分布于所述金属层441上，优选布置在涡流易产生的局部区域。可以理解的是，在所述金属层441上开设通孔或槽体或开口，切断了涡流形成的路线，即增大了所述金属层441的该局部区域的电阻，减少了涡流以及加热功率。

所述绝缘层442为胶、胶带层或绝缘漆层，所述绝缘层442预布设于所述金属层441的表面上(即布设于所述金属层441的外表面或者内表面上)，以随所述金属层441的卷制而形成层叠结构44的外筒体41或内筒体42。优选地，所述绝缘层442为双面胶带，即其将相邻的金属层相互粘结，形成具有一定强度的整体接头。

进一步地，所述绝缘层442厚度设置为小于所述金属层441的厚度，即所述绝缘层442相对所述金属层441来说较薄，从而，在保证绝缘的时可以提高所述金属层的占比，即进一步提高所述外筒体41或所述内筒体42的导热性能。

进一步地，在一实施例中，相邻的两层所述金属层441之间填充有填充固化材料层443以作为所述绝缘层，通过所述填充固化材料层443可将多层所述金属层441之间固化连为一体式结构不仅提高了所述屏蔽结构40的结构强度，同时提高了导热性能。

优选地，填充固化材料层443通常为环氧树脂等高分子材料。具体地，使用“浸渍法”或“真空灌胶法”，将树脂紧密地填充相邻所述金属层441之间的间隙中，并加热固化使得所述金属层441与所述填充固化层443形成稳固的一体式结构。

在另一实施例中，相邻的两层所述金属层441之间设有所述绝缘层442，并在所述金属层441之间填充有所述填充固化材料层443。在该实施例中，通过所述填充固化材料层443可将多层所述金属层441、以及位于相邻的两层所述金属层441之间的绝缘层442固化连为一体式结构，进一步地提高了相邻的两层金属层441以及绝缘层442之间的结构强度。

如图7所示，所述外筒体41或所述内筒体42可由可由多个所述子筒体41c沿所述外筒体41的轴线或径向方向依次连接。可以理解的是，所述外筒体41或所述内筒体42是由多个所述子筒体41c拼接形成。而采用拼接方式，相当于阻断了相邻的两个所述子筒体41c之间的连接，即截断了相邻的两个所述子筒体41c之间的电传导的路径，增大了所述屏蔽结构的电阻率以减少涡流的产生。

优选地，相邻的两个所述子筒体41c之间可以通过焊接、铆接等方式连接。进一步地，多个所述子筒体41c中至少有一个子筒体41c为所述层叠结构。

优选地，每个所述子筒体41c均为所述层叠结构。

如图8以及图9所示，所述封头43大致呈环形，所述封头43的轴线与所述内筒体42的轴线重合设置，且所述封头43的内圈尺寸与所述内筒体42的内圈尺寸相等。所述外筒体41、所述内筒体42均安装于所述封头43上。可选地，所述外筒体41、所述内筒体42可以通过焊接、铆接和胶接等方式安装于所述封头43上。优选地，在本实施例中，所述外筒体41、所述内筒体42均通过焊接方式焊接于所述封头43上。在这里，采用焊接方式，能够尽可能地减少所述外筒体41与所述封头43之间以及所述内筒体42与所述封头43之间的连接热阻。为了减少绝缘层对焊接的影响，可以在筒体靠近封头约50mm内的区域，不布置绝缘层。

进一步地，所述封头43的结构采用所述的层叠结构44，所述封头43上的金属层441和绝缘层442在所述外筒体41或所述内筒体42的轴线方向(即封头的厚度方向)互相交替且层叠设置。

所述封头43上的金属层441、绝缘层442与上述所描述的外筒体41或内筒体42上的金属层以及绝缘层442的结构一致，因此，所述封头43上的金属层441、绝缘层442的具体结构以及功能，在此就不再赘述。

本发明还提供一种加工所述屏蔽结构40的方法，该方法的具体步骤如下：

s1：制作外筒体41，提供金属层441，并在所述金属层441上布设一层绝缘层442，得到外筒体基材；

s2:通过卷制设备将所述外筒体基材卷制形成，并在金属层441的厚度方向，所述金属层441与所述绝缘层442互相交替且层叠设置的层叠结构44，以得到外筒体41；

s3：制作内筒体42，提供金属层441，并在所述金属层441上布设一层绝缘层442，得到内筒体基材；

s4:通过卷制设备将所述内筒体基材卷制形成，并在金属层441的厚度方向，所述金属层441与所述绝缘层442互相交替且层叠设置的层叠结构44，以得到内筒体41；

s5制作封头43：提供预切割环形的金属层441，并在所述金属层441上布设一层预切割的环形绝缘层442，以得到封头基材；

s6:将封头基材在所述金属层441厚度方向互相层叠粘结，以得到封头43。

s7:组装，将外筒体41套设与内筒体42上，并同时将所述外筒体41、所述内筒体42安装于所述封头23上，以得到所述屏蔽结构40。

在上述的屏蔽结构40方法中，所述步骤s1、所述步骤s3、所述步骤s5之间没有先后顺序，即：可以理解，步骤s1、步骤s3以及所述步骤s5之间可以互换顺序。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。