專利名稱：超導磁體和使用這種磁體的磁共振成像儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超導磁體及使用該超導磁體的磁共振成像儀，特別是涉及該超導磁體適用于一種敞開式MRI裝置，使用超導磁體的MRI裝置不會對檢測者產生壓抑感。
進一步地說，有一種方法，使用類似波紋管的可變形部分聯接在冷凍機和放置冷凍機的低溫保持器之間，用以抵消冷凍機的振動，上述技術已經在公開號為No.11-16719的日本專利申請中公開。盡管這種方法明顯隔絕了低溫保持器和冷凍機制冷頭間的振動，為了保證制冷過程中隔離振動，就必須使用上面專利中所描述的各種裝置，這勢必就會增加成本。
然而，MRI裝置中使用的常見超導磁體還還存在下述問題。
也就是說，用于冷卻液氦的冷凍機直接設置在線圈容器中時，冷凍機的振動將直接傳遞到線圈容器，線圈容器中的超導線圈也將隨之振動，以致使所產生的磁通量振蕩。由于所產生的磁通量的振蕩對圖像會產生不良的影響，所以不能得到清晰的圖像。
另一方面，在通常情況下，由于冷卻劑箱和線圈容器被形成一個整體，裝置本身肯定變得很龐大。當該裝置變得龐大時，用于容納被檢測的人體(下面也稱之為檢測物)的空間將受到限制，會給接受檢測的人產生一種壓抑感。
本發明的另一個目的是提供一種MRI裝置，該裝置設置緊湊，并有一個較大的、容納檢測對象的空間，以使被檢測對象不會產生壓抑感。
為實現上述的目的，一種根據本發明的第一方面的超導磁體，其中包含一些超導線圈、一些線圈容器，每一所述超導容器容納所述超導線圈并附有冷卻劑，一種用于冷卻所述冷卻劑的冷凍機，所述線圈容器被設置成彼此分開并彼此相對，所述那些線圈容器兩兩之間形成一個磁場。
一冷卻劑箱為所述的線圈容器提供冷卻劑，該冷卻劑箱同所述的線圈容器分開，所述的冷凍機被設置在所述冷卻劑箱內，所述的那些冷卻劑箱和那些所述的線圈容器之間有冷卻劑循環通道連接，在所述的線圈容器中確定一圓柱形空間，由鐵磁體制成的磁極置于該圓柱形空間中。
一鐵磁元件設置在每一所述線圈容器相對表面的背面。有一個連接通道可在所述線圈容器相互之間連通，連接通道中有使所述線圈容器中所述超導線圈彼此連接的導線穿過。所述的的冷凍劑的循環通道的中間部分中提供了可變形的部分。
根據本發明的第二方面的超導磁體，其中包含一些超導線圈、一些線圈容器，每一所述超導容器容納所述超導線圈并附有冷卻劑，一用于冷卻所述冷卻劑的冷凍機，所述那些線圈容器被設置成彼此分開并且彼此相對，所述那些線圈容器兩兩之間形成一個磁場，其中冷卻劑箱為所述的線圈容器提供冷卻劑，該冷卻劑箱同所述的線圈容器分開，一定量的所述冷卻劑在所述的線圈容器內并保證必要的最小量以維持超導線圈在超導的狀態。
根據本發明的第三方面，一超導磁體包括一些超導線圈、一些線圈容器，每一所述超導容器容納所述超導線圈并附有冷卻劑，一用于冷卻所述冷卻劑的冷凍機，所述那些線圈容器被設置成彼此分開并且彼此相對，所述那些線圈容器兩兩之間形成一個磁場，其中在所述線圈容器中確定圓柱形空間，而鐵磁體所形成的那些磁極置于所述那些圓柱形空間內，從所述超導磁體的中心看上部線圈容器和下部線圈容器的敞開部分，在所述那些磁極所確定的垂直方向的視角大于或等于30。
一個連接通道使所述那些線圈容器兩之間彼此連接，并且使相互地連接所述那些線圈容器中的所述那些超導線圈的導線在所述連接通道中穿過。
根據本發明的第四方面，一超導磁體包括一些超導線圈、一些線圈容器，每一所述超導容器容納所述超導線圈并附有冷卻劑，一用于冷卻所述冷卻劑的冷凍機，所述那些線圈容器被設置成彼此分開并且彼此相對，所述那些線圈容器兩兩之間形成一個磁場，其中給所述那些線圈容器提供冷卻劑的一冷卻劑箱與所述那些線圈容器分開放置，所述的線圈容器和所述的冷卻劑箱與所述冷卻劑通道連接，所述超導線圈的一個跨接結構放置在冷卻劑箱中，所述的跨接結構和一常開閥在所述冷卻劑箱中相連接。
一能夠安置被檢測體的床，床可在兩個所述的彼此相對的、超導磁體的線圈容器中間移動，一個控制單元用于分析來自上述被檢測體的核磁共振信號。
圖2是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖3是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖4是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖5是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖6是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖7是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖8是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖9是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖10是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖11是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖12是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖13是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖14是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖15是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖16是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖17是根據本發明的超導磁體的另一個實施例的透視圖。
圖18是一使用根據本發明的超導磁體的磁共振成像裝置的透視圖。
首先，下面對常見的MRI裝置的結構做簡要的描述。如圖17所示，MRI裝置包含內有一些超導線圈的一超導磁體，圖中沒有示出，線圈容器11和12每個裝有浸在冷卻劑(比如是液氦)中的超導線圈，冷卻劑箱41用于存儲冷卻劑，冷凍機冷卻所述冷卻劑，床90用以安置被檢測體，控制單元100分析來自要被分析的所述被檢測體的核共振信號。線圈容器11和12設成彼此分開并相對放置，而線圈容器11和12之間將形成磁場空間，通過安置在床90上的被檢測體以獲得X射線斷層照片。
下面描述使用上面所述的超導磁體的MRI裝置的一些實施例。
圖1、2和3所示為超導磁體的第一個實施例。圖3示出了去除磁極支撐件71和72，去除磁極81和82和支撐件63的圖。在此實施例中，為線圈容器11和12提供冷卻劑的冷卻劑箱(下面稱為氦箱)41與線圈容器11和12分開配置，冷凍機51設置在氦箱41中，而冷卻劑循環通道31(管狀)連接在氦箱41和線圈容器11和12兩兩之間。線圈容器11和12由氦箱41通過支撐件61支撐。
在線圈容器11和12中確定一圓柱形空間。由鐵磁體制成的磁極81和82放置在所述圓柱形空間中。上部線圈包括磁極81，下部線圈包括磁極82，并且兩線圈都由支撐件63支撐。
即裝有磁極81和82的上、下部線圈容器11、12由磁極支撐件71和72支撐。上、下部的線圈容器11和12由支撐件63通過磁極支撐件71和72支撐。
線圈容器11和12和氦箱41分別通過冷卻劑循環通道31和32彼此連接。這樣，液氦就由氦箱41提供給線圈容器11和12。如上所述，冷凍機51設置在氦箱41內。冷凍機51用來凝結收集到氦箱41中的氦氣。
接下來如圖2所示，線圈容器11是由將超導線圈封閉在附有冷卻劑的氦容器112中形成。此外，提供防護罩111用于真空隔離，并用于通過冷凍機51來冷卻。超導的跨接結構711設在氦箱41內，在此一超導閥門602和保護電阻601相連。
根據上面所描述的結構，冷凍機51的振動幾乎不能傳遞到線圈容器11和12上，因為線圈容器11和12的位置通過循環通道31遠離氦箱。因此，振動對超導線圈產生的磁場空間中的磁均勻性的影響也將減小。另一方面，由于設置了磁極81和82，就在磁場趨于不均勻的中心部分形成均勻的磁場而不增加磁體，以便使得能夠低成本地生產MRI。
另一方面，通過使常開閥門602設置在氦箱41中，并通過將氦箱41放置得遠離磁場空間來提供此常開閥門的超導聯接部701，就可減少實驗磁場。這將實現較低的負載比(較大的邊緣)從而降低成本并提高性能。另一方面，通過設置常開閥門和超導聯接部在氦箱內，線圈容器就可限制必須的最小尺寸。即液氦的量能夠是為保持線圈處于超導狀態的、必須的最小量。線圈容器中液氦的量將能減少，從而對減少線圈容器的尺寸有益。這樣，容納被檢測者或被檢測對象的空間能夠更大，就消除了所述對象壓抑感。此外，便于對對象進行醫療檢查，例如，用監控顯示圖像來進行外科處理。
圖4是圍繞圖1中線圈的部分的示意圖。參照圖4，確定了視角。即從磁體81和82的中心O觀察上部線圈11和下部線圈12的敞開部分，通過那些磁極所確定的垂直方向的一個角度叫做視角。在所示實施例中，通過在第一實施例中所提出的形成緊湊的線圈容器，并通過使得其高度(圖中的尺寸a)要小于磁極部分的高度(圖中的尺寸b)，這樣視角可增大，比如大于或等于30。
圖5所示為第二實施例，其結構中設有減振裝置33和34，減振裝置設在循環通道的31和32的中間部分，用于將線圈容器11和12分別與上述實施例的氦箱41連接。這樣構造本發明的超導磁體實質上幾乎不能受到冷凍機的振動，因為有通道配置在線圈容器11、12和氦箱41兩兩之間，且冷凍機設置在氦箱41內。然而，通過在循環通道31和32中設置上面所述的振動隔離裝置，可確保進一步隔離振動。
通過振動隔離裝置，就能有效地抑制冷凍機的振動傳遞到線圈容器上。
圖6所示為超導磁體的第三實施例。
該實施例中，冷卻劑箱(下面稱為氦箱)41用于向線圈容器11和12提供冷卻劑，并且與線圈容器11和12相互分開，冷凍機51設置在氦箱41內，冷卻劑循環通道31(管狀)連接在氦箱41和線圈容器11和12之間。線圈容器11和12由氦箱41通過支撐件61支撐。
此外，連接通道21連接在上部線圈容器11和下部線圈容器12之間，液氦和氦氣在連接通道21中通過，還有線圈的連接線也從其中通過。而且，循環通道31連接在線圈容器11和氦箱41之間，使存于氦箱41中的液氦能從循環通道31進入線圈容器11，也能使氦氣可以返回氦箱41。冷凍機51和上面描述的一樣，還是設置在氦箱內，其作用是凝聚回到氦箱41中的氦氣。
根據上面所描述的結構，冷凍機51的振動幾乎不能傳遞到線圈容器11和12中，因為線圈容器11和12通過循環通道31遠離氦箱41。因此，振動對超導線圈所形成的磁場中的磁均勻性的影響將減少。
圖7所示為超導磁體的第四個實施例。
該實施例的結構是這樣的，在第三實施例的結構中，其線圈容器是由支撐件62支撐上部和下部線圈容器11和12，支撐件62與氦箱41分開。盡管該結構與第一實施例有相同的效果，該結構中的線圈容器支撐件62在氦箱41很緊湊的情況下，比第一實施中的結構更為合理。
圖8所示為超導磁體的第五個實施例。
該實施例的結構是在第三實施例結構上的改進，鐵磁元件71和72設在線圈容器11和12的外面(兩個相對表面的背面)，盡管該實施例與第一實施例有相同的效果，但在相反的面設置鐵磁元件71和72能減少漏磁場。某些情況下，通過在鐵磁元件71和72上配置活動屏蔽線圈，這將提高鐵磁元件71和72對磁場的保護。線圈容器11通過通道和氦箱41連接，這在圖中沒有示出。
圖9和圖10所示為超導磁體的第六個實施例。圖10所示為磁極支撐元件71和72的狀況，且圖9中的磁極和支撐件63被去除。
該實施例的結構中線圈容器11和12有鐵磁元件71和72附在外面，且線圈容器11和12由另一支撐件63支撐并遠離氦箱41。
正如在第四實施例中的描述那樣，該結構有一支撐件63以遠離氦箱41，當氦箱41做的很緊湊的時候是這樣的結構很經濟的。更進一步的說，當支撐件63是由鐵磁材料(鐵)制成時，與在上部和下部的鐵磁元件71和72一起形成磁通回路，相應地其漏磁場將被更大地消除。
圖11所示為超導磁體的第七個實施例。
該實施例的結構為環形中空的線圈容器11a和12a，其中空部分分別設置有由鐵磁材料制成的磁極81和82，氦箱41仍用來支撐包含磁極81、82的上部線圈和下部線圈。具有磁極81和82的線圈容器11a和12a由氦箱41通過支撐元件64和65來支撐。支撐元件64和65由非磁性材料制成。
當然，本實施例的結構也具有與實施例1相同的效果。由于提供磁極81和82，可根據磁場強度或磁場均勻性經濟地構造設置有磁極81和82的超導磁體。
圖12所示為超導磁體的第八個實施例。
該實施例結構中具有另一個支撐元件63，其被設置成同氦箱41分開，線圈容器11a和12a由支撐元件63支撐，支撐元件63與支撐元件64、65集成為一個單元，并且與氦箱41分開。該實施例的結構也具有同實施例1相同的效果，當氦箱41做的很牢固的時候該實施例的結構就顯得很經濟。
圖13所示為超導磁體的第九個實施例。
本實施例結構中的上部和下部線圈容器11和12具有一個單獨的磁極，上、下線圈容器被磁極支撐元件71和72覆蓋，氦箱41分別通過磁極支撐元件71、72實現對上部線圈容器11和下部線圈容器12的支撐。根據本實施例的結構，能夠實現上述實施例的效果，并且減少漏磁場的影響。為了進一步減少漏磁場，在鐵磁元件的外部設置磁屏蔽線圈是有效的。
圖14和圖15所示為超導磁體的第十個實施例。圖15所示為磁極支撐元件71和72的狀態，并且圖14中的磁極和支撐元件63被去除。
本實施例的結構包括另一個支撐元件63，其被設置成與氦箱41分開，線圈容器11和12由支撐元件63來支撐，支撐元件63與磁極支撐元件71和72集成在一起，作為一個單個的單元來覆蓋線圈容器，且磁極支撐元件71和72是由鐵磁材料制成的，支撐元件63連接在上部線圈容器11和下部線圈容器12之間且也是由鐵磁性材料制成的。
當然本實施例的也具有上面所述實施例的相同的效果，通過將磁回路與磁極81和82結合，磁通量能被進一步約束，以便進一步減小漏磁場。
圖16中所示的實施例的結構中磁體是水平放置的，以致線圈容器11和12是水平相對的。在該實施例中，就可制成一種裝置，在該裝置中可以對被檢測者進行站立著檢查。
如上面的描述，由于根據本發明的冷凍機的振動對超導線圈的影響將被控制，失真的圖像將被成功阻止。另一方面，由于該裝置的尺寸的縮小，這將對MRI裝置留有更大的可使用的空間，這將不會對被檢測者產生壓抑感。
盡管本發明已經通過具體實施例的詳細描述，應該理解的是，對于本領域普通技術人員來說，對前面這些技術在這兒或那兒的不同的改變，刪減和增加，都沒有超出本發明的構思和范圍。因此，不能將本發明理解為受限于上述特定的實施例，而是包括所有可能的可在所包括的范圍內實施的實施例、以及所附的權利要求書中所確定的其關于技術特征的等同物。
權利要求
1.一種超導磁體包括一些超導線圈；一些線圈容器，每一所述的線圈容器中盛有浸在冷卻劑中的所述超導線圈；冷凍機用于使所述冷卻劑冷卻，所述線圈容器被設成彼此分開且相對，在所述的那些線圈容器兩兩之間形成磁場空間，其特征在于一冷卻劑箱為所述的線圈容器提供冷卻劑并且與所述線圈容器分開，所述的冷凍機設置在所述冷卻劑箱中，所述的冷卻劑箱和所述的線圈容器之間連接有冷卻劑循環通道，在所述線圈容器中形成一個圓柱形空間，由鐵磁體材料形成的磁極設置在所述的圓柱形空間中。
2.根據權利要求1所述的超導磁體，其特征在于一鐵磁元件設置在每一所述的線圈容器相對面的背面的表面上。
3.根據權利要求1、2和3中任一個所述的超導磁體，其特征在于所述那些線圈容器互相之間有一連接通道相連，相互地連接所述線圈容器中的所述超導線圈的連接導線也從所述的連接通道中通過。
4.根據權利要求1所述的超導磁體，其特征在于所述的冷卻劑循環通道中有一可變形部分。
5.一種超導磁體包括一些超導線圈；一些線圈容器，每一所述的線圈容器中盛有浸在冷卻劑中的所述超導線圈；冷凍機用于使所述冷卻劑冷卻，所述的線圈容器被設成彼此分開且相對，在所述的那些線圈容器兩兩之間形成磁場空間，其特征在于一冷卻劑箱為所述的線圈容器提供冷卻劑并且與所述線圈容器分開，在所述的線圈容器中的所述的冷卻劑的量是一必要的最低量，用于保持所述超導線圈處于超導狀態。
6.一種超導磁體包括一些超導線圈；一些線圈容器，每一所述的線圈容器中盛有浸在冷卻劑中的所述超導線圈；冷凍機用于使所述冷卻劑冷卻，所述的線圈容器被設成彼此分開且相對，在所述的線圈容器兩兩之間形成磁場空間，其特征在于所述線圈容器中確定了圓柱形空間，由鐵磁體材料制成的磁極設置在所述圓柱形空間中，從所述超導磁體的中心向上下線圈容器的敞開部分看，由所述那些磁極所確定的在垂直方向上的視角大于或等于30。
7.根據權利要求4或5所述的超導磁體，其特征在于所述線圈容器互相之間有一連接通道相連，相互地連接所述線圈容器之中的所述超導線圈的連接導線也從所述的連接通道中通過。
8.一種超導磁體包括一些超導線圈；一些線圈容器，每一所述的線圈容器中盛有浸在冷卻劑中的所述超導線圈；冷凍機用于使所述冷卻劑冷卻，所述的線圈容器被設成彼此分開且相對，在兩個所述的線圈容器之間形成磁場空間，其特征在于一冷卻劑箱向所述的線圈容器提供冷卻劑并與所述線圈容器分開，所述的冷卻劑箱和所述的線圈容器之間有一冷卻劑通道連接，一個所述的超導線圈的跨接結構設置在冷卻劑箱中，并且在冷卻劑箱中所述的跨接結構與一常開閥門連接。
9.一種包含權利要求1-8中任何一個所述的超導磁體的磁共振成像儀；這種磁共振成像儀包括一供被檢測人躺的床，該床可在兩個所述的彼此相對的超導磁體的所述線圈容器中間移動；以及一個用來分析從被檢測者的身體所獲得的核磁共振信號的控制單元。
全文摘要
超導線圈上冷凍機振動的影響被減小，以減小對圖像的干狀。為一些線圈容器提供冷卻劑的一冷卻劑箱與所述那些線圈容器分開設置，而所述冷凍機設置在冷卻劑箱中，在所述冷卻劑箱和線圈容器之間有冷卻劑循環通道相連。
文檔編號F17C13/00GK1414395SQ02152938
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月11日 優先權日2001年9月12日
發明者渡邊洋之, 山本勉, 和田山芳英, 竹島弘隆, 榊原健二, 本名孝男 申請人:株式會社日立制作所