阅读说明：本技术 具有旋转中心部件的***磁体 (Split magnet with rotating center part ) 是由 M·马利特 于 2020-03-06 设计创作，主要内容包括：本公开涉及具有旋转中心部件的分裂磁体。一种磁共振成像(MRI)系统包括：两个分离的静磁场生成单元(10),两个分离的静磁场生成单元(10)均是柱形并且在轴向上对齐,并且由旋转式负载承载结构(20)分离,该旋转式负载承载结构(20)被布置成绕由静磁场生成单元(10)生成的静磁场的轴线(A-A)自由旋转。旋转式负载承载结构被安装在推力轴承(22)上,该推力轴承(22)承担静磁场生成单元(10)之间的轴向负载。(The present disclosure relates to a split magnet having a rotational center member. A Magnetic Resonance Imaging (MRI) system comprising: two separate static magnetic field generating units (10), the two separate static magnetic field generating units (10) each being cylindrical and axially aligned and being separated by a rotary load carrying structure (20), the rotary load carrying structure (20) being arranged to rotate freely about an axis (A-A) of the static magnetic field generated by the static magnetic field generating units (10). The rotary load bearing structure is mounted on thrust bearings (22), the thrust bearings (22) taking up axial loads between the static magnetic field generating units (10).)

具有旋转中心部件的***磁体

技术领域

本发明涉及超导磁体，特别地涉及用于磁共振成像(MRI)系统的***对超导磁体，该磁共振成像(MRI)系统在MRI成像期间与辐射治疗设备和/或用于外科介入的设备组合。

背景技术

通常的***对超导磁体由两个分离的磁体部件组成，这两个分离的磁体部件在它们之间具有机械支撑件，以确保它们之间的磁负载被充分抵抗(react)。通常提供热和电互连，以确保驱动电流和热行为的连续性。本发明涉及***对超导磁体，该***对超导磁体可以由两个磁体部件组成，该两个磁体部件与位于两个磁体部件之间的磁力承载部件紧密接近。

图1示出了用于组合式MRI和辐射治疗系统的常规***对超导磁体布置。如图1中以穿过磁体轴线A-A的横截面所图示的，提供了诸如低温恒温器的两个静磁场生成单元10。低温恒温器中的每个低温恒温器将包含磁体线圈，并且在它们之间，磁体线圈将在成像区域中生成静磁场，该成像区域以轴线A-A为中心并且位于两个低温恒温器之间。磁体线圈的特定布置不构成本发明的一部分，并且因此在图中未示出磁体线圈和静磁场生成单元10的其他内容。以轴线A-A为中心并且位于两个低温恒温器之间的成像区域对应于在MRI成像期间由辐射治疗设备和/或用于外科介入的设备进行处理的处理区域。

静磁场通常非常强，当前的MRI系统采用强度在1.5T-3T范围内的磁场。诸如低温恒温器10的两个磁场生成单元将经受强大的相互吸引力。为了将低温恒温器保持在期望的相应位置，提供了机械支撑件12。这些机械支撑件在机械上坚固，并且机械地附接到两个低温恒温器10。根据磁体设计，就相应磁体线圈的大小和布局而言，机械支撑件可以被放置处于机械压缩。机械支撑件12通常断续地围绕柱形低温恒温器而放置，并且通常在平行于磁体轴线A-A的方向上承载力。

在组合式MRI/辐射治疗设备中，必须为辐射治疗束并且可能还为用于外壳手术介入的设备(诸如治疗机器人)提供到在磁体布置中心中的成像区域的通道，这本身是常规的。通过围绕低温恒温器断续地放置机械支撑件12，可以为辐射治疗束和用于外科介入的设备提供通道点。

然而，这种布置的缺点包括：机械支撑件12的存在意味着机械支撑件12所在的某些位置对辐射治疗束的引导或用于外科介入的设备而言是不可用的。必须提供某种机架，在机架上要安装辐射治疗束设备或用于外科介入的设备。这需要在低温恒温器外部进行大量的结构组装。

一些常规的布置已经试图通过以下方式来减轻这些困难：限制到患者的方位角通道的量，以排除存在负载承载支撑件的任何位置；限制用于辐射束的通道或限制用于外科介入的物理通道。

为了试图提供全方位角通道，一些常规的系统允许增加的粒子束强度被引导到支撑元件，以使得足够的粒子束强度穿过支撑结构到达处理区域。然而，这种方法必须容忍高得多的粒子束强度、治疗束的衍射吸收和散射，并且在任何情况下都不会改善到患者的用于外科介入的通道。

在备选方法中，某些常规布置已经提供了在由低温恒温器占据的体积外部的负载承载结构。这种布置提供了到患者的完全通道，但是需要大得多的磁体结构，该磁体结构具有在距磁体轴线A-A更大距离处的大的负载承载结构。系统的复杂性和物理大小因此增加。

与类似主题有关的现有技术文件包括EP3047292、US6466018、WO1998/012964、US5786694。

发明内容

本发明提供了一种寻求减轻这些缺点以及其他缺点的布置。

因此，本发明提供了如所附权利要求中限定的布置。

附图说明

通过考虑以下仅以示例的方式给出的某些实施例的描述，本发明的上述以及另外的目的、特性和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了穿过用于组合式MRI和辐射治疗系统的常规***对超导磁体布置的轴向横截面；

图2示出了根据本发明的第一实施例的组合式MRI和辐射治疗设备的轴向横截面；

图3图示了在使用中的图2的布置，该布置处于从图2的配置位移的配置；

图4和图5示出了可以在本发明的实施例中采用的轴承的示例类型；

图6示出了根据本发明的第二实施例的穿过组合式MRI和辐射治疗设备的轴向横截面；

图7图示了在使用中的图6的部件，该部件处于从图6的配置位移的配置；

图8示意性地表示本发明的一个实施例；

图9示意性地表示包括辐射束源的本发明的一个实施例；以及

图10示意性地表示包括治疗机器人的本发明的一个实施例。

具体实施方式

本发明提供了在两个低温恒温器之间的旋转式负载承载结构。旋转式负载承载结构被安装在推力轴承上，该推力轴承承担两个低温恒温器之间的轴向磁负载。轴承还用于准确地定位旋转式负载承载结构，并且允许旋转式负载承载结构围绕磁体和磁场的轴线A-A自由旋转。安装到旋转式负载承载结构的辐射束源和/或外科介入设备可以被旋转到围绕磁体轴线A-A的任何圆周位置，以允许用于外科介入设备或者电磁或粒子辐射束源的以任何角度的通道，而没有电磁或粒子辐射束的衍射、吸收或衰减的风险。机架围绕中心磁体轴线旋转，但是机架不在任何径向方向上移动。

在图2中图示了本发明的一个实施例。如关于图1所描述的，提供了间隔开的两个低温恒温器10。然而，代替通过机械支撑件12抵着轴向磁力而在轴向上被限制在所需的相对位置，在图2的实施例中的两个低温恒温器10通过安装在推力轴承22上的旋转式负载承载结构20而在轴向上被限制。

旋转式负载承载结构20可以独立于两个低温恒温器10而围绕静磁场的轴线A-A自由旋转。

在所图示的实施例中，推力轴承22位于相应的低温恒温器10的轴向和径向内边缘处。在所图示的实施例中，旋转式负载承载结构20在推力轴承22之间延伸。在该实施例中，旋转式负载承载结构与磁体结构在轴向上对齐，并且绕磁体轴线A-A旋转。在图2中还图示了辐射束源16和梯度线圈组件14。辐射束源16被安装到旋转式负载承载结构20，并且能够与旋转式负载承载结构20一起绕磁体轴线A-A旋转。

在所图示的实施例中，梯度线圈组件14包括与由辐射束源14生成的辐射束18对齐的两个孔隙17。在旋转式负载承载结构20中提供了对应的孔隙，以提供用于辐射束18的穿过成像区域的无阻碍路径，该成像区域与处理区域一致。在所图示的实施例中，梯度线圈组件14还被布置成与旋转式负载承载结构20一起旋转。辐射束源16可以相应地绕轴线A-A旋转，同时维持辐射束18与孔隙17的对齐。梯度线圈组件14可以被安装到旋转式负载承载结构，旋转式负载承载结构又被安装到推力轴承22；或者梯度线圈组件14可以被安装在单独的一组轴承(图2中未图示)上，并且可以被控制为与旋转式负载承载结构20同步旋转。在另一实施例中，旋转式负载承载结构20和梯度线圈组件14可以被单独地控制，但是用户此时必须确保：在使用辐射束之前，旋转式负载承载结构20上的孔隙和梯度线圈组件中的孔隙均与辐射束18对齐。推力轴承22和旋转式负载承载结构20承载两个低温恒温器10之间的压缩磁力。

如图8中示意性地表示的，旋转的中心部件通常由管状的柱形结构组成，其中在该管状的柱形结构连接到磁场生成单元10的任一端上具有推力轴承22。管状的柱形结构20通常将在中心线附近具有一个或多个孔隙17，以允许用于粒子束的无障碍通道。这种孔隙在管状结构20中的使用确保了将不会出现粒子束的退化、反射或调制，或者确保了到处理区域的自由通道对其他设备(例如，机器人治疗设备)是可用的。

为了确保存在到成像区域的完全圆周通道，梯度线圈组件14和任何RF体线圈(附图中未示出)也可以优选地被安装到旋转式负载承载结构20并与其一起旋转。任何这种RF体线圈可以在其中心线附近具有类似的孔隙17，以确保不妨碍到处理区域的物理或粒子束通道。每个孔隙17对辐射束18应当是透明的。如果提供了外科介入设备，则孔隙17应当允许到处理区域的物理通道。

图3图示了图2的实施例，其中旋转式负载承载结构20、辐射束源16和梯度线圈组件14已经绕A-A轴线旋转了约30°。尽管在图3中仅示出了低温恒温器10、旋转式负载承载结构20和梯度线圈组件14的一半，但这仅出于说明的目的。图3中所示的半个部件是图2中所示的那一半，以图示被赋予到部件中的一些部件的旋转。当然，实际上，旋转式负载承载结构20、梯度线圈组件14和低温恒温器10是完全柱形。在图3的实施例中，梯度线圈组件14被安装到旋转式负载承载结构20，并且未被设置有其自己的轴承。

推力轴承22允许旋转式负载承载结构20的自由旋转。轴承22可以是滚子轴承、滚珠轴承、滑动轴承或可以抵抗磁负载并且确保低温恒温器10和旋转式负载承载结构20关于彼此准确定位的任何其他形式的轴承。推力轴承22优选在本质上绕轴线A-A轴对称，因此轴承22中的任何铁成分都对磁场产生轴对称效应，并且因此可以通过适当的匀场而被相对简单地消除。

轴承22还可以抵抗梯度线圈、体线圈和连接到旋转式负载承载结构20的其他部件的全部垂直重量负载。在备选实施例中，可以存在单独的承载部件来抵抗这些垂直重量负载。

图4和图5示出了可以在本发明的实施例中用作推力轴承22的两种类型的轴承。两种类型的推力轴承本身是常规的。

图4以剖视图示意性地示出了可以在本发明的一个实施例中用作推力轴承22的滚子轴承30的一个示例。滚子轴承30包括：第一垫圈32，第一垫圈32具有轴向外表面和径向内表面，轴向外表面被成形为与低温恒温器10中的第一个低温恒温器的表面对接，径向内表面被成形为与滚动元件34对接；被保持在保持架36内的以滚子(roller)形式的滚动元件34；以及第二垫圈38，第二垫圈38具有轴向外表面和径向内表面，轴向外表面被成形为与低温恒温器10中的第二个低温恒温器的表面对接，径向内表面被成形为与滚动元件34对接。可以对滚动元件34施加合适的润滑脂。

图5以剖视图示意性地示出了可以在本发明的一个实施例中用作轴承22的滚珠轴承40的一个示例。滚珠轴承40包括：第一垫圈42，第一垫圈42具有轴向外表面和径向内表面，轴向外表面被成形为与低温恒温器10中的第一个低温恒温器的表面对接，径向内表面被成形为与滚动元件44对接；被保持在保持架46内的以滚珠形式的滚动元件44；以及第二垫圈48，第二垫圈48具有轴向外表面和径向内表面，轴向外表面被成形为与低温恒温器10中的第二个低温恒温器的表面对接，径向内表面被成形为与滚动元件44对接。可以对滚动元件44施加合适的润滑脂。

推力轴承22应当在轴向方向上提供一致的、可再现的行为，以确保静磁场的可重复的磁均匀性。推力轴承22应当在静态负载情况下提供可重复的行为，但不必在动态旋转期间提供这种可重复的行为，因为MRI成像可能仅在旋转式负载承载结构20处于静态时被执行。如果在旋转式负载承载结构20的动态旋转期间需要MRI测量，则推力轴承22在这些状况下也应当提供可重复的行为。

在轴向方向上的轴承可重复准确度的通常水平必须足以应对两个低温恒温器10的轴向分离运动的通常100PPM/mm的场变化水平。操作负载情况是推力轴承22处于恒定磁轴向负载的情况。该负载应当有益于消除轴承中的任何浮动，并且占据轴承的未压缩状态下的任何空隙。

图6中图示了本发明的另一实施例。如关于图1所描述的，提供了间隔开的两个低温恒温器10。然而，代替通过机械支撑件12而被保持在所需的相对位置，图6实施例中的两个低温恒温器10通过安装在轴承22上的旋转式负载承载结构20而保持隔开。在该实施例中，轴承22被定位在相应的低温恒温器10的轴向内边缘和径向外边缘处。旋转式负载承载结构20在轴承之间延伸。在该实施例中，旋转式负载承载结构20与磁体结构轴向对齐，并且绕磁体轴线A-A旋转。

在图6中还图示了辐射束源16和梯度线圈组件54。梯度线圈组件54被设置成两个部分，一个部分被安装到两个低温恒温器10中的一个上。间隙56被设置在梯度线圈组件54的两个部分之间，以提供用于辐射束18的到成像区域的通道，该成像区域与处理区域一致。

辐射束源16被安装到旋转式负载承载结构20，并且能够与旋转式负载承载结构20一起绕磁体轴线A-A旋转。在该实施例中，辐射束源16被安装到旋转式负载承载结构20，并且在旋转式负载承载结构20的内部生成辐射束18。由于辐射束18在旋转式负载承载结构的内部被生成，因此旋转式负载承载结构20不会阻碍辐射束18到达处理区域。如上文所讨论的，梯度线圈组件被设置为两个部分54，这两个部分之间具有间隙56。因此，辐射束能够穿过间隙56并且不被梯度线圈组件阻碍。

辐射束源16可以相应地绕轴线A-A旋转，同时维持辐射束18到辐射处理体积的通道。推力轴承22和旋转式负载承载结构20承载两个低温恒温器10之间的压缩力。

图7图示了图6的实施例，其中旋转式负载承载结构20和辐射束源16已经绕A-A轴线旋转了约30°。尽管在图7中仅示出了低温恒温器10、旋转式负载承载结构20和梯度线圈组件14的一半，但这仅出于说明的目的。图7中所示的半个部件是图6中所示的那一半，以图示被赋予到部件中的一些部件的旋转。当然，实际上，旋转式负载承载结构20、梯度线圈组件14和低温恒温器10是完全柱形。在图7的实施例中，梯度线圈组件14被安装到低温恒温器10，并且不需要旋转。

在本发明的某些实施例中，可以将各种物体安装到旋转式负载承载结构20上，这允许物体围绕磁场的轴线A-A旋转。可以有用地被以这种方式安装的这种物体的示例包括但不限于线性粒子加速器、血管造影设备、治疗机器人。

图9示意性地表示其中辐射束源16被安装成与旋转式负载承载结构20一起旋转的一个实施例的示例。如所图示的，辐射束源16可以被安装到旋转式负载承载结构20本身，或者可以被直接安装到推力轴承22。

图10示意性地表示其中治疗机器人58被安装成与旋转式负载承载结构20一起旋转的一个实施例的示例。如所图示的，治疗机器人58可以被安装到旋转式负载承载结构20本身，或者可以被直接安装到推力轴承22。在其他的一些实施例(未图示)中，除了辐射束源之外，还可以设置治疗机器人，以使得两者均被安装到旋转式负载承载结构20。可以规定治疗机器人和辐射束源绕A-A轴线独立旋转。

尽管已经参考有限数目的特定实施例(仅通过非限制性示例给出)描述了本发明，但是对于本领域的技术人员明显的是，本发明可以在如上所述的特定实施例上以各种变化来实现。

尽管以上示例将旋转式负载承载结构20图示为薄壁型柱体，但它可以采用诸如鼠笼式结构的其他形式，只要它支持机械地限制低温恒温器10抵着轴向磁力的功能并且支持设备的安装，设备诸如是治疗束源、线性粒子加速器、血管造影设备、治疗机器人。

推力轴承22可以是例如滚子轴承、滚珠轴承、滑动轴承、油轴承或提供两个磁体单元和旋转式负载承载结构20关于彼此准确定位的任何其他类型的推力轴承。

因此，本发明提供了一种磁共振成像(MRI)系统，该磁共振成像系统包括两个分离的静磁场生成单元，两个分离的静磁场生成单元均是柱形并且在轴向上对齐，并且由旋转式负载承载结构分离，旋转式负载承载结构被布置成绕由静磁场生成单元生成的静磁场的轴线自由旋转，旋转式负载承载结构被安装在推力轴承上，该推力轴承承担在静磁场生成单元之间的轴向负载。

在如所附权利要求限定的本发明的范围内，本发明的各种修改和变化对本领域技术人员将是明显的。