本发明涉及一种用于安装电磁体的布置，该电磁体适合用于磁共振成像中的应用。
特别地，本公开涉及用于磁共振成像装置的电磁体和电磁体组件。
背景技术：
在磁共振成像中，包括超导线圈的多个电磁体被通电以生成既强烈又受空间限制的磁场。这导致电磁体之间的相互作用，从而使其承受电磁负荷。此外，运输和安装也可能使电磁体承受负荷。为了维持电磁体的期望性能，需要通过用于支撑线圈的部件来管理这样的负荷。
用于支撑电磁体的已知部件涉及线圈被缠绕到其中的机械支撑的轴颈。然而，这种布置可能不足以约束轴颈和电磁体的相对移动。
用于支撑电磁体的另一已知部件涉及围绕电磁体被包裹的拉伸支撑件。这种布置可能没有提供足够的旋转约束来有效地管理运输负荷。另外，这样的布置可能难以配置来充分地实现在空间上定位电磁体所需的小的公差。与电磁体的最佳相对位置的任何偏差都可能导致对性能不利的局部应力集中。
因此，非常期望一种允许准确且安全地安装mri设备的电磁体的布置。
技术实现要素：
根据本公开，提供了如所附权利要求中阐述的装置和方法。根据从属权利要求和随后的描述，本发明的其他特征将是显而易见的。
因此，可以提供用于磁共振成像mri装置的电磁体100。电磁体100可以包括：线圈110，线圈110用于生成磁场，线圈110具有第一轴向外表面112；以及支撑元件120，支撑元件120用于将线圈110安装在mri中。支撑元件120可以被接合到线圈110的第一轴向外表面112。
因此，接合的支撑元件提供了一种用于将线圈固定到支撑结构的部件，并且从而抑制了电磁体的轴向和旋转移动。
支撑元件120可以被配置用于被机械地紧固到支撑结构200。
支撑元件120可以包括接合面122，支撑元件120通过该接合面122被接合到第一轴向外表面112。接合面122可以被配置成具有朝向其外围的减小的刚度和朝向接合面的中央区域的更高的刚度。
因此，支撑元件被配置成：响应于作用在电磁体上的力，减小可能在接合面的外围处出现的应力集中。
多个支撑元件120可以被接合到第一轴向外表面。多个支撑元件120可以围绕第一轴向外表面112等距地隔开。
根据其他示例，多个支撑元件可以被不规则地隔开。也就是说，多个支撑元件120可以围绕第一轴向外表面112而被不等距地分布。
线圈110可以包括与第一轴向外表面112相对的第二轴向外表面114。另一支撑元件120'可以被接合到第二轴向外表面114。
电磁体100和支撑元件120可以使用适合于低温应用的粘合物而被接合。
线圈110和支撑元件120可以被树脂浸渍以形成单体结构。
根据另一示例，可以提供一种用于mri装置的电磁体组件10，包括：根据本公开的电磁体100；以及包括支撑板210、220的支撑结构200，其中支撑元件120被安装到支撑板210、220。
支撑结构200可以包括一对分隔开的支撑板210、220，该分隔开的支撑板210、220在其之间形成腔体215。支撑元件120可以被容纳到腔体215中并且被机械地紧固到支撑板210、220。
延伸管310可以围绕销300被装配，以用于在支撑板210、220和支撑元件120之间构成销连接。延伸管310可以被配置成紧靠支撑板210、220和销300，以在线圈110处于其超导状态时维持在支撑元件120上的压缩。
因此，延伸管被配置成在支撑元件具有比销更大的热收缩系数的情况下维持压缩。
支撑板210、220可以被配置成在线圈处于其超导状态时使支撑元件120和另一支撑元件120'压靠线圈110。
因此，支撑元件120和另一支撑元件120'被配置成固定线圈。在使用中，支撑元件和另一支撑件可以与支撑板配合以压靠线圈的第一轴向外表面和线圈的第二轴向外表面。
支撑元件120和支撑板210、220可以被配置成构成销连接以用于将电磁体100固定到支撑结构200。
根据另一示例，可以提供一种包括如上所述的电磁体组件10的mri装置。
根据另一示例，可以提供一种制造用于mri装置的电磁体的方法。该方法可以包括：将超导体线缠绕到模具中以形成线圈110，将支撑元件120布置为抵靠线圈110的第一外表面112，用热固性树脂浸渍线圈110和支撑元件120，以及从模具中移除线圈110和支撑元件120。
该制造方法可以包括将另一支撑元件120'抵靠线圈110的第二外表面114放置，该第二外表面114与线圈110的第一外表面112相对。
附图说明
现在将参考附图描述本公开的示例，其中：
图1是电磁体组件的示意性透视图；
图2示出了图1的电磁体组件的径向截面；
图3示出了根据图1和图2的电磁体的径向截面；
图4示出了图3的电磁体的切向截面；
图5是电磁体组件的径向截面；
图6示出了图5的电磁体的切向截面；
图7示出了电磁体组件的第一变体的径向截面；
图8示出了图7的电磁体组件的切向截面；
图9是根据图7和图8的电磁体的径向截面；
图10是电磁体组件的第二变体的径向截面；
图11示出了另一电磁体的切向截面；
图12示出了又一电磁体的切向截面；
图13示出了电磁体组件的第三变体；以及
图14示出了根据本公开的电磁体的另一示例的透视图。
具体实施方式
本申请涉及一种适合用于被安装在电磁体组件中的电磁体，该电磁体组件轴向地和周向地约束电磁体，从而防止电磁体布置沿其组件轴a-a或围绕其组件轴a-a变形(如下所述)。
图1示出了根据本公开的电磁体组件10的透视图的示意图示。
在使用中，电磁体组件10形成磁共振成像(mri)装置(或“扫描仪”)的一部分。为此目的，电磁体组件可以被容纳在壳体内，该壳体在操作中容纳惰性气体作为冷却剂，例如氦气。因此，壳体形成低温容器，该低温容器使电磁体组件能够被冷却到足够低的温度以优化性能。
电磁体组件10大体上是旋转/周向对称的，其限定组件轴a-a、径向方向和周向方向。因此，“轴向”是指平行于组件轴的方向，而“径向”是指垂直于组件轴的方向，并且“周向”是指围绕组件轴a-a垂直于组件轴和径向方向两者的方向。电磁体组件沿组件轴轴向地(或“纵向”)延伸。
电磁体组件10包括一对电磁体100和被配置成承载电磁体的支撑结构200。
支撑结构200被布置成将电磁体100保持在特定的空间(即，相对隔开的)布置中，从而防止每个电磁体沿组件轴a-a移动或绕组件轴旋转。为此目的，电磁体被机械地紧固到支撑结构。根据本示例，电磁体100被安装到支撑结构的两个支架201、202。在备选示例中，可以提供不同数目的支架。例如，可以提供三个以上的支架。所使用的支架的数目可以(至少部分地)取决于预期的负荷和电磁体的可允许偏转。
图2示出了电磁体组件10的截面视图，其中电磁体100被安装到支撑结构200。
根据本示例，电磁体100被配置成生成磁场，该磁场在使用中主动屏蔽由mri装置的主磁体生成的磁场。每个电磁体100包括被配置成生成磁场的线圈110(或“屏蔽线圈”)。
此外，每个电磁体包括可安装在mri装置中的支撑元件120。支撑元件被配置成约束线圈抵抗例如响应于线圈之间的电磁相互作用而引起的力。对于本示例，假设电磁相互作用在每个线圈上引起关于电磁体组件10而向外指向的力。也就是说，每个线圈经受使线圈压靠其相应支撑元件的力。此外，支撑元件还约束线圈抵抗例如在运输期间可能引起的旋转力。
线圈110由被缠绕成环形结构的超导线形成。因此，线圈基本上是旋转对称的。可以在轴向方向、径向方向和周向方向的方面描述线圈。当在mri装置的上下文中考虑时，这些方向对应于以上关于整个mri装置所描述的那些方向。特别地，线圈拥有绕组件轴a-a的旋转对称性。
图3和图4示出了线圈110和支撑元件120。
线圈110具有第一轴向端面112和与之相对的第二轴向端面114。这对轴向端面界定了线圈沿轴向方向的范围。类似地，线圈具有第一径向表面116(或“内径向表面”)和与之相对的第二径向表面118(或“外径向表面”)。这对径向表面界定了线圈沿径向方向的范围。
支撑元件120被固定到线圈110，并提供用于将线圈安装在mri中并且更具体地安装到支撑结构200的部件。支撑元件具有接合面122，该接合面122被接合到线圈。支撑元件或至少该接合面被配置成使用适合用于低温应用的粘合物来接合。根据本示例，支撑元件被接合到线圈的第一轴向端面112。
支撑元件120拥有一对配合表面124、126，其被配置用于与支撑结构200紧靠/接触。根据本示例，配合表面124、126是基本平坦的，以平靠支撑结构200的对应部分。
根据支撑元件120被接合到第一轴向端面122的本示例，配合表面以大于线圈110的径向范围(或“径向厚度”)的距离被隔开。因此，线圈的曲率可以被容纳在配合表面之间。通过适当地隔开配合表面，响应于通电的线圈径向膨胀也被容纳。
支撑元件120被配置用于将线圈安装到支撑结构200。因此，支撑元件120包括用于机械地固定到支撑结构200的部件。可以使用任何合适的部件，诸如例如螺栓、销或其他合适的机械元件。在本示例中，支撑元件包括用于容纳销的孔径128并且因此与支撑结构构成销连接。例如，图13中示出了销300。但是，为清楚起见，在图2至图12中未示出销(或其他机械元件)。
图5和图6示出了被安装在支撑结构200中的电磁体100。更特别地，图5示出了支撑结构、线圈110和支撑元件120的径向截面，而图6示出了对应的切向截面。
支撑结构200包括被配置成容纳电磁体100的一对支撑板210、220。更特别地，上支撑板210和下支撑板220被布置成限定通道(或“腔体”)215，电磁体的支撑元件120被容纳在该通道215中。根据本示例，大致平行地布置支撑板，但是备选地，可以不平行地布置支撑板以提供支撑结构的不同刚度。如此形成的通道被适当地成形以容纳支撑元件120，并且根据本示例，由支撑板210、220的基本平坦的部分212、222限定，该平坦部分212、222与支撑元件的基本平坦的配合表面116、118相匹配。如参考图1所解释的，示例电磁体组件10包括两个支架201、202。每个支架包括一对支撑板210、220。
根据本示例，在一对电磁体100由支撑板200承载的情况下，每个支撑板从第一电磁体100延伸到第二电磁体100'。
当被容纳在支撑板210、220之间时，支撑元件120被锚固到至少一个支撑板，但是优选的是被锚固到两个支撑板。适当地，在每个支撑板210、220中的每个中提供孔径204、206。为了固定支撑元件，支撑元件120的孔径128与支撑结构的孔径204、206对准。然后销被装配穿过对准的孔径204、206、128，从而使电磁体组件10从解锁配置变为锁定/固定配置。在锁定配置中，支撑元件和支撑结构之间的相对移动被约束(或“抑制”)。
可以提供在支撑板210、220之间延伸的支承元件230。支承元件的尺寸和/或位置被选择为在必要时修改支撑元件的刚度，以容纳作用在电磁体组件10上的预期负荷。这样的负荷可能是由将要在其中操作电磁体组件的铁质建筑材料(例如，地板和墙壁中的金属加强杆或梁)引起的。其他负荷可能在内部被引起，特别是响应于磁体之间的相互作用而引起。更特别地，可能在每个电磁体10上引起向内作用的同轴力。也就是说，如果电磁负荷方向反向，则电磁体组件10还可以被配置成以压缩方式进行操作。板之间需要足够的支承以防止弯曲，并且支承元件的尺寸和/或位置可以被适当地设置。
对于与磁共振成像有关的应用，在运输到其目的地之前完全或尽可能可行地组装mri装置被认为是方便的。这可以节省几天或几周的组装时间。同样，不需要初始组装和最终组装，这可以减少所需的冷却剂的量，从而节省宝贵的资源，得到“更绿色的”最终产品。然而，在完全组装的或部分组装的装置的运输期间，旋转负荷可能作用在线圈110上。如果不检查，这些力可能会使线圈未对准或变形，并且因此不利地影响组件的性能。
然而，供应接合的支撑元件120提供了电磁体100相对于支撑结构200的轴向约束和旋转(或“周向”)约束。
另外，在操作期间，线圈110之间的电磁相互作用被支撑元件120和支撑结构200的相互作用所约束，从而防止了线圈的相对轴向和径向移动，从而优化了设备的性能。
因此，本公开的接合的支撑元件120为线圈110提供抵抗旋转负荷的支撑，以在运送期间以及在操作中抑制组装的变形，从而增加了最终产品的最佳性能的机会。
根据本公开的示例性电磁体100可以使用任何合适的制造过程来制造。
可以制造电磁体100的示例过程涉及已知的树脂浸渍过程。作为此过程的一部分，超导线被缠绕到模具中。支撑元件被布置有如此形成的线圈，从而将支撑元件定位成抵靠线圈的外表面。在多个支撑元件位于外表面上的情况下，其可以以相等的间距被布置。
然后将所得到的结构用热固性树脂浸渍，并允许或使得树脂固化。随后，将电磁体作为单体结构从模具中移除。
根据所描述的示例过程，通过缠绕超导线来形成线圈的步骤基本上不受之后添加支撑元件的影响。也就是说，线圈被形成为针对性能优化的形状，而基本上不考虑接合到支撑元件或由支撑元件承载。
线圈110与支撑元件120之间的接合也可以在形成线圈的同时或者在形成线圈之后使用树脂浸渍来实现。已知树脂浸渍为线圈提供很大的结构强度，但是根据本公开，上述结构强度也被用于接合线圈和支撑元件。注意，可以例如通过将玻璃纤维添加到树脂上来加固接合，以提供对于预期应用足够牢固的接合。特别地，可以使接合足够牢固以承受可能响应于电磁体100之间的电磁相互作用的反向而引起的拉伸力。
备选地，支撑元件120在单独的制造步骤中被固定到树脂浸渍的线圈110。这可以在需要时通过使用适合用于低温应用的粘合物来实现。
将准备好的电磁体100安装到支撑结构200以形成电磁体组件10。该过程包括：将电磁体100的支撑元件120定位在被形成在支撑板210、220之间的通道215中，将支撑元件的孔径128与支撑板的孔径204、206对准，以及将销装配穿过该对准的孔径。注意，可以以高准确度高效地实现销，特别是圆形销，在对应的孔径中的形状匹配。这提供了可预测的负荷分布，以确保电磁体的最佳性能。
特别是对于与低温应用有关的应用，包括磁共振成像，电磁体100被冷却到低于临界温度，在该临界温度处，线圈110进入超导状态。为了高效的冷却，将线圈的大的表面积暴露给冷却剂是有益的。方便地，根据本公开的电磁体10允许相对较小的支撑元件，使得相对较大的表面积保持被暴露。
图7、图8和图9示出了电磁体组件10的备选布置，该电磁体组件10被配置成进行支撑特别是抵抗压缩负荷。
图7是电磁体组件10的径向截面视图，而图8是电磁体组件的平面视图，并且图9示出了电磁体100的切向截面。与图5和图6类似，图7和图8是局部视图，其意义在于仅描绘电磁体组件10的右手侧。也就是说，图中省略了基本相同的左手侧。
根据图7和图8中所示的示例，支撑板210、220在一对电磁体100之间部分地延伸。这与图5的示例相反，在图5的示例中，支撑板从第一电磁体一直延伸到第二电磁体。换句话说，在图7、图8的示例中，每个电磁体100都被提供有其自己的一对支撑板210、220。在每对支撑板210、220之间提供支承元件230。在上述示例中也可以提供的杆240在支承元件230之间延伸。
图7、图8和图9的示例还图示了支撑元件120的备选形状。根据该示例，接合面122拥有朝向界定接合面的外围的减小的刚度。也就是说，支撑元件120被形成为在其接合面122上朝向接合面的外围比朝向接合面的中央区域更柔性，该中央区域由外围来界定。这种布置适合用于使“边缘效应”最小化。“边缘效应”可以响应于施加在线圈110上的应力而出现，而不管是涉及压缩还是拉伸负荷。关于将线圈110压靠在接合面122上的压缩负荷，边缘效应可能导致在接合面的外围(或“边缘”)处的应力集中，这可能导致对线圈或支撑元件的损坏。关于沿轴向方向从接合面拉出线圈的拉伸负荷，在接合面的外围处的应力集中可能导致对线圈和接合面之间的接合的损坏。因此，减小边缘效应还将减小支撑元件120和线圈100之间的接合故障的可能性。
图10示出了根据本公开的电磁体组件10'的备选示例的一部分的径向截面视图。根据图10中描绘的示例，电磁体组件被配置成以压缩方式进行操作。也就是说，在使用中，电磁负荷方向作用以使线圈100沿着组件轴a-a聚在一起。为了提高对屈曲的抵抗性，一体地形成支撑板210、220和支承元件230。支撑板210、220和支承元件230可以包括实心或空心部分。例如，支撑板210、220和支承元件230可以是实心或空心截面突出件。另外，在支撑板210、220之间限定的通道/腔体215对应于局部切口，该局部切口的尺寸被设置成仅容纳支撑元件120。因此，该布置提供了相对较大的支承元件和相对较小的通道215，从而提供了对压缩下的屈曲的特别高的抵抗性。通过合适的配置和/或材料的选择，例如线圈表面112和接合面122的那些材料，该示例电磁体组件也可以在张力下操作，其中一体支承元件230支撑感应负荷。
图11图示了用于支撑元件120的备选形状。根据该示例，支撑元件具有大致梯形的截面形状。梯形形状的腿部(或侧部)是凸形的，以进一步减小其朝向外围的刚度。
图12示出了用于被配置成减小边缘效应的支撑元件120的另一备选形状。根据该示例，支撑元件包括朝向接合面122的外围的切开部分，其向接合面的外围提供更大的柔性。
图13示出了根据本公开的电磁体组件10”的另一备选示例。根据该示例，电磁体100被安装在支撑结构200中，使得在将系统冷却至超导体线圈110的临界温度以下之后，维持由销连接所施加的压缩负荷。在支撑元件120具有比被用来构成销连接的一个或多个销300更高的热收缩系数的情况下，由于系统被冷却，因此压缩不能被维持，使得电磁体不能被完全固定。根据本示例，延伸管310围绕销被装配，其中延伸管(或“套筒”)具有比销更低的热收缩系数。延伸管被配置成紧靠支撑板210、220和销300，从而即使在被冷却时也将支撑板压缩抵靠支撑元件，并因此维持压缩。
图14示出了电磁体100的变体的透视图。在上述示例中，至少一个支撑元件120被接合到第一轴向端面112。在其他示例中，至少一个支撑元件120可以被接合到每个轴向端面112、114，或者更一般地接合到线圈的每对相对的外表面。也就是说，第一支撑元件被接合到线圈的第一外表面，第二支撑元件被接合到与第一外表面相对的第二外表面的对应位置。根据图14，第一支撑元件120被接合到第一轴向端面112，而第二支撑元件120'被接合到第二轴向端面114。
提供以下支撑结构被认为是方便的，该支撑结构被配置成在支撑结构和线圈被冷却和/或线圈被通电时沿着组件轴a-a压缩线圈。为此目的，支撑结构可以被配置成拥有比线圈沿轴向方向更大的热收缩。附加地或备选地，支撑结构和线圈被配置成使得线圈在被通电时的膨胀引起支撑结构使支撑元件压靠线圈。方便地，所描述的布置可以降低线圈在被通电时的未对准并且可以改善接合的耐久性。
关于将支撑元件120接合到轴向端面的示例，第一支撑元件位于第一轴向端面上的特定周向位置处，并且第二支撑元件位于第二轴向端面上的基本相同的周向位置处。
在支撑元件120被接合到径向表面的情况下，上述支撑元件的接合面122取决于其被安装到的特定径向表面而被适当地弯曲、凸出或凹入。此外，支撑结构被适当地调整以用于将具有一个或多个支撑元件120的电磁体100安装在一个或多个径向表面116、118上。
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本发明不限于(多个)前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征的任何新颖的一个特征或任何新颖的组合(包括任何所附权利要求，摘要和附图)，或扩展为如此公开的任何方法或过程的步骤的新颖的或新颖的组合。
1.一种用于mri装置的电磁体组件(10)，包括：电磁体(100)，所述电磁体(100)用于磁共振成像(mri)装置，所述电磁体(100)包括：
线圈(110)，所述线圈(110)用于生成磁场，所述线圈(110)具有第一轴向外表面(112)，以及
支撑元件(120)，所述支撑元件(120)用于将所述线圈(110)安装在所述mri中；
其中所述支撑元件(120)被接合到所述线圈(110)的所述第一轴向外表面(112)；以及支撑结构(200)，所述支撑结构(200)包括支撑板(210、220)；
其中所述支撑元件(120)被安装到所述支撑板(210、220)，并且其中
所述支撑结构(200)包括一对分隔开的支撑板(210、220)，在所述一对分隔开的支撑板(210、220)之间形成腔体(215)；其中所述支撑元件(120)被容纳到所述腔体(215)中并且被机械地紧固到所述支撑板(210、220)。
2.根据权利要求1所述的电磁体(100)，其中所述支撑元件(120)被配置用于被机械地紧固到支撑结构(200)。
3.根据权利要求1或2所述的电磁体(100)，其中所述支撑元件(120)包括接合面(122)，所述支撑元件(120)通过所述接合面(122)被接合到所述第一轴向外表面(112)，并且其中所述接合面(122)被配置成具有朝向所述接合面的外围的减小的刚度以及朝向所述接合面的中心区域的更高的刚度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电磁体(100)，其中多个支撑元件(120)被接合到所述第一轴向外表面，并且其中所述多个支撑元件(120)围绕所述第一轴向外表面(112)等距地分隔开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电磁体(100)，所述线圈(110)包括第二轴向外表面(114)，所述第二轴向外表面(114)与所述第一轴向外表面(112)相对，并且其中另一支撑元件(120')被接合到所述第二轴向外表面(114)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电磁体(100)，其中所述电磁体(100)和所述支撑元件(120)使用适合于低温应用的粘合物而被接合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电磁体，其中所述线圈(110)和所述支撑元件(120)被树脂浸渍以形成单体结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电磁体组件(10)，包括延伸管(310)，所述延伸管(310)围绕销(300)被装配以用于在所述支撑板(210、220)和所述支撑元件(120)之间构成销连接，所述延伸管(310)被配置成紧靠所述支撑板(210、220)，并且所述销(300)被配置成在所述线圈(110)处于其超导状态时维持在所述支撑元件(120)上的压缩。
9.根据从属于权利要求5时的权利要求7至8中任一项所述的电磁体组件(10)，其中所述支撑板(210、220)被配置成在所述线圈处于其超导状态时使所述支撑元件(120)和所述另一支撑元件(120')压靠所述线圈(110)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的电磁体组件(10)，其中所述支撑元件(120)和所述支撑板(210、220)被配置成构成销连接，所述销连接用于将所述电磁体(100)固定到所述支撑结构(200)。
11.一种mri装置，包括根据前述权利要求中任一项所述的电磁体组件(10)。
技术总结