ЗОНД МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗАГЛУШКОЙ
MAGNETIC FIELD PROBE, SEALED BY METAL PLUG

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к зондам магнитного поля для магнитно-резонансной визуализации, в частности к герметизированию образца в зонде магнитного поля.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Во время магнитно-резонансной визуализации магнитное поле может изменяться во время захвата магнитно-резонансного изображения. Например, переключение градиентов магнитного поля может внести нежелательные изменения магнитного поля. Размещение посторонних объектов или даже присутствие ткани может также влиять на статическое магнитное поле. Магнитные измерения можно использовать для коррекции нежелательных изменений магнитного поля.
Зонд магнитного поля является зондом или датчиком, который позволяет измерять пространственно-временные изменения в магнитном поле. Зонд магнитного поля может быть сконструирован посредством выбора материала, который имеет известный сигнал ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Частота конкретных ЯМР резонансов является функцией магнитного поля. В ЯМР-спектрометрах напряженность магнитного поля известна и таким образом, можно использовать спектр для идентификации образца. Для зонда магнитного поля верно обратное утверждение. Известный материал помещают в магнитное поле неизвестной напряженности, спектры или расположение конкретного резонанса или резонансов могут затем использоваться для определения напряженности магнитного поля.
В патентной заявке США № 2009/0295389 A1 раскрывается зонд магнитного поля и способ его изготовления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к зонду магнитного поля, системе магнитно-резонансной визуализации и, в независимых пунктах формулы изобретения, к способу изготовления зонда поля. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В клинической магнитно-резонансной визуализации (MRI) проблема состоит в том, что локальные магнитные поля точно не известны из-за воздействий окружающей среды. Рассматриваемое решение состоит в том, чтобы непрерывно измерять фактическое поле в ряде мест в пределах магнита, используя так называемый зонд поля. Основная проблема заключается в том, что зонд поля содержит жидкость, которая продолжает утекать и/или испаряться, как правило, в течение нескольких месяцев. Зонды магнитного поля обычно содержат фторуглероды, такие как перфторированные углеводороды, для генерации сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или MRI, используемого при определении напряженности магнитного поля. Трудность в использовании многих фторуглеродов состоит в том, что они чрезвычайно неустойчивые и имеют тенденцию легко испаряться. Как указано выше, может быть трудно герметизировать фторуглероды в зонде магнитного поля на длительный период времени. Эта проблема может привести либо к необходимости периодически заменять фторуглероды в зонде для поля или весь зонд поля.
Варианты осуществления изобретения могут решить эту указанную выше проблему и другие путем предоставления зонда поля, который содержит контейнер с пустотелой полостью. Пустотелая полость заполняется образцом текучей среды, содержащей атомную частицу с атомным спином. Имеется канал сквозь вход контейнера внутрь пустотелой полости. На внешней поверхности пустотелой полости имеется металлизация, окружающая канал. Металлическая заглушка затем используется, по меньшей мере, для частичного заполнения канала. Металлическая заглушка дополнительно образует герметизирующую прокладку с металлизацией. Эта герметизирующая прокладка может уменьшить испарение и/или потерю образца текучей среды из пустотелой полости. Это может предоставить зонд поля, который можно использовать дольше.
В данном контексте «зонд магнитного поля» или «зонд поля» включает в себя зонд или датчик, который позволяет измерять пространственно-временные изменения магнитного поля. Зонд магнитного поля может быть сконструирован посредством выбора материала, который имеет известный сигнал ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Частота конкретных ЯМР резонансов является функцией магнитного поля. В ЯМР-спектрометрах напряженность магнитного поля известна и таким образом можно использовать спектр для идентификации образца. Для зонда магнитного поля верно обратное утверждение. Известный материал помещают в магнитное поле неизвестной напряженности, спектры или расположение конкретного резонанса или резонансов могут затем использоваться для определения напряженности магнитного поля.
«Машиночитаемый носитель хранения», как применяют в настоящем документе, включает в себя любой материальный носитель хранения, который может хранить инструкции, которые могут исполняться посредством процессора вычислительного устройства. Машиночитаемый носитель хранения также может называться машиночитаемым постоянным носителем хранения. Машиночитаемый носитель хранения также может называться материальным машиночитаемым носителем. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель хранения также может хранить данные, которые могут быть доступны для процессора вычислительного устройства. Примеры машиночитаемых носителей хранения включают в себя, но не ограничиваются: дискетой, накопителем на жестком магнитном диске, твердотельным накопителем, флэш-памятью, USB флэш-накопителем, оперативным запоминающим устройство (ОЗУ), постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), оптическим диском, магнитооптическим диском и регистровым файлом процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и компакт-диски формата DVD (DVD), например CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или диски DVD-R. Термин машиночитаемый носитель хранения также относится к различным типам регистрирующих носителей информации, к которым вычислительное устройство может получить доступ через сеть или линии связи. Например, данные могут быть извлечены с помощью модема, через Интернет или по локальной областной сети.
«Память компьютера» или «память» является примером машиночитаемого носителя хранения. Память компьютера является любой памятью, которая непосредственно доступна процессору. Примеры памяти компьютера включают в себя, но не ограничиваются: памятью ОЗУ, регистрами и регистровыми файлами.
«Хранилище компьютера» или «хранилище» является примером машиночитаемого носителя хранения. Хранилище компьютера является любым энергонезависимым машиночитаемым носителем хранения. Примеры хранилища компьютера включают в себя, но не ограничиваются: накопителем на жестком диске, USB флэш-накопителем, дискетой, микропроцессорной карточкой, DVD, CD-ROM и твердотельным накопителем. В некоторых вариантах осуществления хранилище компьютера также может быть памятью компьютера или наоборот.
«Вычислительное устройство», как применяют в настоящем документе, включает в себя любое устройство, содержащее процессор. «Процессор», как применяют в настоящем документе, включает в себя электронный компонент, который способен исполнить программу или машиноисполняемую инструкцию. Ссылки на вычислительное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как содержащее возможно более одного процессора или процессорных ядра. Процессор может, например, быть многоядерным процессором. Процессор может также относиться к совокупности процессоров внутри одной вычислительной системы или распределенной между несколькими вычислительными системами. Термин вычислительное устройство также следует толковать как относящееся возможно к совокупности или сети вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Многие программы имеют свои инструкции, выполняемые несколькими процессорами, которые могут быть в одном и том же вычислительном устройстве или которые могут быть даже распределены по нескольким вычислительным устройствам.
«Пользовательский интерфейс», как применяют в настоящем документе, представляет собой интерфейс, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или вычислительной системой. «Пользовательский интерфейс» также может называться «человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может предоставлять информацию или данные для оператора и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может обеспечить ввод данных от оператора, которые будут приняты компьютером, и может предоставить вывод данных для пользователя с компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволить оператору управлять или манипулировать компьютером и интерфейс может дать возможность компьютеру указывать последствия операторского управления или манипулирования. Отображение данных или информации на дисплее или графическом интерфейсе пользователя является примером предоставления информации оператору. Прием данных посредством клавиатуры, манипулятора типа «мышь», шарового манипулятора, сенсорной панели, ручки координатно-указательного устройства, графического планшета, джойстика, геймпада, веб-камеры, гарнитуры, рычага переключения, руля, педалей, проводных перчаток, танцевального коврика, пульта дистанционного управления и акселерометра все являются примерами компонентов пользовательского интерфейса, которые позволяют прием информации или данных от оператора.
«Аппаратный интерфейс», как применяют в настоящем документе, включает в себя интерфейс, который позволяет процессору вычислительной системы взаимодействовать с и/или управлять внешним вычислительным устройством и/или прибором. Аппаратный интерфейс может позволить процессору отправлять управляющие сигналы или инструкции внешнему вычислительному устройству и/или прибору. Аппаратный интерфейс также может дать возможность процессору обмениваться данными с внешним вычислительным устройством и/или прибором. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но не ограничиваются: универсальную последовательную шину, IEEE 1394 порт, параллельный порт, 1284 IEEE порт, последовательный порт, RS-232 порт, IEEE-488 порт, соединение Bluetooth, соединение по беспроводной локальной сети, TCP/IP соединение, соединение Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, MIDI цифровой интерфейс музыкальных инструментов, интерфейс аналогового ввода и интерфейс цифрового ввода.
Данные магнитного резонанса (МР) определяются здесь как записываемые измерения радиочастотных сигналов, также обозначаемые как MRI сигналы, МР сигналы или ЯМР сигналы, испускаемые атомными спинами посредством антенны магниторезонансного прибора во время сканирования магнитно-резонансной визуализации. Изображение магнитно-резонансной визуализации(MRI) определяется здесь как реконструированное двух- или трехмерное визуальное отображение анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной визуализации. Это визуальное отображение может быть выполнено с помощью компьютера.
В одном из аспектов изобретение относится к зонду магнитного поля для системы магнитно-резонансной визуализации. Зонд магнитного поля содержит контейнер с пустотелой полостью. Пустотелая полость содержит канал, соединяющий пустотелую полость с внешней поверхностью контейнера. Контейнер дополнительно содержит металлизацию, окружающую канал по внешней поверхности. Контейнер дополнительно содержит металлическую заглушку. Металлическая заглушка, по меньшей мере частично, заполняет канал. Металлическая заглушка образует герметизирующую прокладку с металлизацией. Другими словами, имеется отверстие в контейнере, которое обеспечивает доступ к пустотелой полости. Окружение входа в отверстие является металлизацией, которая приклеивается или прикрепляется к поверхности контейнера, окружающей отверстие. Затем имеется металлическая заглушка, которая, по меньшей мере частично, заполняет отверстие и образует герметизирующую прокладку на металлизации. Зонд магнитного поля дополнительно содержит образец, содержащий фтор-19. Образец, по меньшей мере частично, заполняет пустотелую полость. Зонд магнитного поля дополнительно содержит антенну, смежную с контейнером, для манипулирования магнитными спинами или атомными спинами образца текучей среды и для приема данных магнитного резонанса от образца текучей среды.
Этот вариант осуществления может быть преимущественным, потому что металлическая заглушка формирует хорошую герметизирующую прокладку с металлизацией. Типичные зонды магнитного поля, которые используют образцы фтора-19, могут иметь проблему, состоящую в том, что жидкость или материал фтора-19 очень неустойчивые и его трудно содержать в контейнере. Использование металлической заглушки, герметизирующей с использованием металлизации, может служить средством герметизации фтора-19 внутри зонда магнитного поля таким образом, что срок эксплуатации зонда магнитного поля может быть дольше.
«Металлизация», как применяют в настоящем документе, включает в себя осадок тонкой пленки или слоя металла на неметаллической поверхности. Например, металлизация может быть осаждена на поверхность, окружающую канал, любым числом способов. Использование плазмы для напыления металла для образования металлизации является одним из способов это сделать. Другой способ состоит в использовании электронно-лучевого напыления или термического испарения для того, чтобы создать испаренный металл, который затем конденсируется с образованием металлизации вокруг канала. Можно использовать маску или другую подобную структуру для формирования металлизации таким образом, что покрывается не весь контейнер.
В одном из вариантов осуществления образец текучей среды представляет собой жидкость. Она, например, может быть жидкостью при комнатных температурах или обычных температурах, которые могут использоваться для работы системы магнитно-резонансной визуализации.
В другом варианте осуществления металлизация является хромом в качестве начального адгезионного слоя, за которым следует никель и за которым следует золото. Золото можно использовать для процесса сцепления золота между металлической заглушкой и золотом. В другом варианте осуществления металлизация может быть алюминием. Этот металл можно использовать для приклеивания к поверхности контейнера и можно использовать для сцепления с золотом и он также совместим с магнитно-резонансной визуализацией.
В другом варианте осуществления металлизация содержит слой титана.
В другом варианте осуществления металлизация формируется стеками различных металлов, осажденных в разные моменты времени. Например, титан, хром, никель и золото можно использовать в различных стеках. В некоторых вариантах осуществления металлизацию отжигают в печи для отжига до того, как металлическая заглушка герметизирует ее.
В другом варианте осуществления контейнер изготовляется из диэлектрического материала.
В другом варианте осуществления контейнер является жестким контейнером. Этот вариант осуществления может быть выгоден, поскольку он обеспечивает пустотелой полости известный размер и форму. Это можно использовать для оценки напряженности сигнала магнитного резонанса, обнаруженного с помощью антенны.
В другом варианте осуществления контейнер представляет собой герметично закупоренную структуру. Использование герметичной закупоренной структуры может быть выгодно, потому что это может предотвратить утечку образца текучей среды. Герметичная прокладка, как применяют в настоящем документе, включает в себя герметизирующую прокладку, которая является непроницаемой для образца фтора-19.
В другом варианте осуществления пустотелая полость содержит пузырь в образце для разгрузки расширения и сжатия образца текучей среды. Этот вариант осуществления может быть выгоден, потому что если имеется большое изменение температуры, образец текучей среды может расшириться или сократиться. Если образец текучей среды расширяется чрезмерно, может быть возможность того, что давление прорвет металлическую заглушку.
В другом варианте осуществления часть пустотелой полости покрыта покрытием для поддержания предпочтительного для пузыря положения пузыря. Например, покрытие может быть нанесено на часть пустотелой полости, где желательно расположить пузырь. В некоторых вариантах осуществления это покрытие может быть гидрофильным покрытием. Хотя образец необязательно является образцом на водной основе, покрытие может изменить поверхностное натяжение, так что пузырь предпочитает находиться в таком месте, где есть покрытие.
В другом варианте осуществления покрытие представляет собой любое из следующего: тефлон, AF-1600, и парилен. Этот вариант осуществления может быть выгоден, потому что если пузырь находится в предпочтительном месте, сигнал магнитного резонанса от образца будет более предсказуем. Например, если пузырь изменяет положение по отношению к антенне, это может влиять на уровень сигнала. Кроме того, если магнитный зонд испытывает действие магнитного градиента через образец, различные части образца могут давать различные частотные составляющие сигнала магнитного резонанса. Имея пузырь в предпочтительном для пузыря месте, можно получить более предсказуемые и надежные результаты от зонда магнитного поля.
В другом варианте осуществления контейнер, по меньшей мере частично, изготовлен из кварца. В другом варианте осуществления контейнер, по меньшей мере частично, изготовлен из оксида алюминия.
В другом варианте осуществления контейнер содержит сильфон, по меньшей мере, частично внутри пустотелой полости для разгрузки от теплового расширения и сжатия образа текучей среды. Этот вариант осуществления может быть выгоден, потому что сильфон имеет ту же функцию, что и пузырь внутри пустотелой полости. Сильфон может быть способен расширяться и сокращаться и таким образом может помочь предотвратить разрыв металлической заглушки из-за слишком высокого давления.
В другом варианте осуществления сильфон может быть внутри пустотелой полости. В этом варианте осуществления сильфон может быть полностью установлен внутри пустотелой полости.
В других вариантах осуществления сильфон может образовывать часть стенки пустотелой полости. Например, часть стенки или внутренней стенки пустотелой полости может быть гибким или подобным сильфону материалом. В еще одном варианте осуществления пустотелая полость может быть образована диэлектрической частью и другой частью контейнера, она может быть образована сильфоном.
В другом варианте осуществления, по меньшей мере, часть контейнера, образующая пустотелую полость, содержит, по меньшей мере, один гибкий элемент для разгрузки расширения и сжатия образца текучей среды. Это вариант осуществления может быть выгоден, потому что гибкий элемент может обеспечить некоторое снижение давления для того, чтобы предотвратить разрыв из-за давления герметизирующей прокладки, которую формирует металлическая заглушка с металлизацией.
В другом варианте осуществления контейнер полностью заполняется образцом текучей среды. Другими словами, отсутствует пузырь и гибкий элемент обеспечивает снижение давления.
В другом варианте осуществления контейнер формируется стенками. Гибкий элемент представляет собой часть стенки контейнера.
В другом варианте осуществления контейнер формируется стенками. Гибкий элемент формируется всеми стенками контейнера.
В другом варианте осуществления гибкий элемент является сильфоном.
В другом варианте осуществления сильфон изготовлен из металла или содержит металл. Возможна герметизирующая прокладка из металла со стеклом или металла с оксидом алюминия для крепления металлического сильфона к стеклу, оксиду алюминия или кварцу.
В другом варианте осуществления контейнер изготовлен, по меньшей мере частично, из стекла, оксида алюминия или кварца.
В другом варианте осуществления атомные частицы являются водородом.
В другом варианте осуществления атомные частицы являются дейтерием.
В другом варианте осуществления атомные частицы являются фтором-19.
В другом варианте осуществления образец содержит любое из следующего: перфторированный углеводород; гексафторбензол; гексафтор-2,3-бис (трифторметил)-2,3-бутандиол; гексафтор-2-пропанол; 2,2,2-трифторэтанол; 3,3,3-трифтор-1-пропанол; трифторуксусная кислота; гексафторбензол; перфтор-15-краун-5 и их комбинации.
В другом варианте осуществления образец содержит, по меньшей мере, одну присадку, смешанную с МР активным веществом. Присадка представляет собой комплекс двухвалентного или трехвалентного катиона металла с двумя или тремя эквивалентами соответственно заряда, нейтрализующего лиганд. Лиганд выбирается из группы, состоящей из: ацетилацетоната, 6,6,7,7,8,8,8-гептафтор-2,2-диметил-3,5-октандионата, гексафторацетилацетоната, ацетата, тетраметилциклопентадиенила, пропилата и 2,2,6,6-тетраметил-5 3,5-гептандионата. Катион металла выбирается из группы, содержащей: Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Cu или любой из редкоземельных металлов.
В другом варианте осуществления образец содержит перфторпинакол. Использование перфторпинакола может быть полезным, потому что он содержит высокую плотность фтора-19.
В другом варианте осуществления металлическая заглушка содержит любое из следующего: золото, индий, платина, палладий и их сочетания.
В другом варианте осуществления наружные размеры зонда поля составляют менее чем 1 см во всех направлениях.
В другом варианте осуществления образец составляет не больше чем 1 мм во всех направлениях. Его геометрия должна быть в основном зафиксирована, но нет никаких строгих требований относительно его точной формы.
В другом варианте осуществления зонд поля является постоянно герметизированным.
Предпочтительно он будет иметь срок эксплуатации не менее 10 лет.
В другом варианте осуществления зонд для измерения напряженности магнитного поля должен оставаться герметизированным при колебаниях температуры (от -20°C до +80°C в соответствии со стандартными требованиями маркировки ЕС).
В другом варианте осуществления проводящие провода или антенна для измерения поля, скорее всего 8 или более петель проволоки, должны находиться менее чем на 1 мм от образца.
В другом варианте осуществления материал контейнера должен быть непроводящим. Контейнер может быть из диэлектрика.
В другом варианте осуществления присутствует испарительный и/или воздушный карман в герметизированном контейнере с текучей средой. Испарительный и/или воздушный карман может быть назван пузырем. Объем пузыря предпочтительно составляет менее 10% от общего объема во время работы при от 15°C до 30°С. Предпочтительно также, если положение пузыря внутри пустотелой полости остается постоянным.
В другом аспекте изобретение относится к системе магнитно-резонансной визуализации, содержащей магнитный материал для обеспечения зоны визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации дополнительно содержит радиочастотный приемопередатчик. Система магнитно-резонансной визуализации дополнительно содержит зонд магнитного поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Зонд поля подсоединен к радиочастотному приемопередатчику. Зонд визуализации поля находится в зоне формирования визуализации. Зона визуализации, как применяют в настоящем документе, включает в себя область с магнитным полем, которое является достаточно сильным и достаточно однородным для того, чтобы выполнить магнитно-резонансную визуализацию. Этот вариант осуществления может быть преимущественным, поскольку зонд магнитного поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения может сохраняться дольше, чем обычный зонд магнитного поля с использованием фтора. Это может позволить системе магнитно-резонансной визуализации работать или функционировать в течение более длительного периода времени без необходимости обслуживания зонда магнитного поля.
В другом варианте осуществления система магнитно-резонансной визуализации дополнительно содержит процессор для управления системой магнитно-резонансной визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации дополнительно содержит память для хранения машино-исполняемых инструкций. Выполнение инструкций вынуждает процессор собирать данные магнитного резонанса, используя систему магнитно-резонансной визуализации. Исполнение инструкций далее вынуждает процессор вычислять напряженность магнитного поля, используя данные магнитного резонанса.
В другом варианте исполнение инструкций дополнительно вынуждает процессор собирать данные магнитного резонанса изображения от субъекта с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Исполнение инструкций далее заставляет процессор вычислять скорректированные данные магнитного резонанса, используя напряженность магнитного поля и магнитно-резонансные данные изображения. Исполнение инструкций далее заставляет процессор реконструировать изображение из скорректированных данных магнитного резонанса.
Действия, выполняемые процессором при исполнении инструкций в указанных выше вариантах осуществления, также могут быть использованы в качестве этапов способа. Машино-исполняемые инструкции, которые исполняются процессором в предыдущих вариантах осуществления, также могут быть сохранены в виде компьютерного программного продукта. Компьютерный программный продукт может, например, быть сохранен на постоянном машиночитаемом носителе.
В другом аспекте изобретение относится к способу изготовления зонда магнитного поля. Способ содержит этап предоставления контейнера с пустотелой полостью. Пустотелая полость содержит канал, соединяющий пустотелую полость с внешней поверхностью контейнера. Контейнер дополнительно содержит металлизацию, окружающую канал по внешней поверхности. Способ дополнительно содержит этап заполнения пустотелой полости, по меньшей мере, частично образцом текучей среды, содержащей атомную частицу с атомным спином. Контейнер содержит антенну, смежную с контейнером для манипулирования магнитными спинами или атомными спинами атомов образца и для приема данных магнитного резонанса от образца текучей среды. В некоторых вариантах осуществления антенна уже примыкает к пустотелой полости контейнера. В других вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап предоставления антенны и прикрепления антенны к контейнеру.
Способ дополнительно содержит заполнение канала, по меньшей мере, частично металлической заглушкой. Металлическая заглушка образует герметизирующую прокладку с металлизацией.
В другом варианте осуществления герметизирующая прокладка между металлической заглушкой и металлизацией формируется с помощью термозвукового сцепления. Использование термозвукового сцепления известно из сцепления металлических проводников с металлизацией на полупроводниках. Машину, которая как вдавливает металлическую заглушку на место, так и затем оказывает давление, пока она вибрирует с помощью ультразвука, можно использовать для осуществления термозвукового сцепления.
В другом варианте осуществления образец является текучей средой.
В другом варианте осуществления пустотелая полость создается посредством выполнения этапа размещения контейнера в вакууме. Пустотелая полость далее заполняется посредством выполнения этапа погружения канала в образец. Образец может быть текучей средой и может закипеть после того, как воздух или атмосфера, окружающая контейнер и образец, были вакуумированы. Заполнение пустотелой полости далее осуществляется путем вентилирования вакуума до атмосферного давления. Канал заполняется металлической заглушкой после вентилирования вакуума. Поскольку контейнер был помещен в вакуум, весь воздух или другие газы внутри пустотелой полости были вакуумированы. Помещение канала в образец текучей среды и затем вентилирование вакуума до атмосферного давления заставляет образец или текучую среду войти в пустотелую полость, заполняя ее. Теперь с образцом, по меньшей мере, частично заполняющим пустотелую полость, канал заполняется металлической заглушкой, герметизирующей его таким образом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже описываются предпочтительные варианты осуществления изобретения, только в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
На Фиг. 1 представлен зонд поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 2 представлен пример контейнера, который можно использовать для конструирования зонда магнитного поля;
На Фиг. 3 представлено, как зонд магнитного поля, показанный на Фиг. 1, заполняется образцом текучей среды;
На Фиг. 4 представлен зонд магнитного поля, показанный на Фиг. 1, после того, как канал был герметизирован;
На Фиг. 5-10 представлено изготовление зонда магнитного поля с гибким контейнером;
На Фиг. 11 показан готовый зонд магнитного поля, показанный на Фиг. 10, с выпуклыми стенками;
На Фиг. 12 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ изготовления зонда магнитного поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 13 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ изготовления зонда магнитного поля в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 14 представлен контейнер в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 15 представлен альтернативный контейнер в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 16 представлен альтернативный вариант осуществления контейнера в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 17 представлен построенный прототип контейнера, подобный тому, что показан на Фиг. 16;
На Фиг. 18 показан чертеж контейнера в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 19 представлен построенный пример контейнера, подобный тому, что показан на Фиг. 18;
На Фиг. 20 представлен пример системы магнитно-резонансной визуализации в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На Фиг. 21 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ работы системы магнитно-резонансной визуализации в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и
на Фиг. 22 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ работы системы магнитно-резонансной визуализации в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Пронумерованные элементы на этих фигурах являются либо эквивалентными элементами, либо выполняют одну и ту же функцию. Элементы, которые были обсуждены ранее, необязательно будут обсуждаться в следующих фигурах, если функция такая же.
На Фиг. 1 показан зонд 100 магнитного поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На Фиг. 1 зонд 100 магнитного поля еще не заполнен образцом текучей среды. Зонд 100 магнитного поля содержит контейнер 104, окруженный антенной 102. Вид, показанный на Фиг. 1, является разрезом или видом в разрезе. Контейнер 104 имеет пустотелую полость 106. Контейнер 104 имеет внешнюю поверхность 109. Имеется канал 110, который соединяет внешнюю поверхность 109 с пустотелой полостью 106. Канал 110 можно использовать для заполнения контейнера 104 образцом текучей среды. Имеется металлизация 108 на внешней поверхности 109, окружающей канал 110. Металлизация 108 в дальнейшем используется для формирования герметизирующей прокладки для закрытия канала 110.
На Фиг. 2 показан пример контейнера 200, который можно использовать для конструирования зонда магнитного поля. Контейнер образован из верхней пластины 202, нижней пластины 204 и цилиндра 206. Верхняя пластина 202 и нижняя пластина 204 герметично закупорены прокладками на обоих концах цилиндра 206. Никакая антенна или катушка не показана на этой Фигуре. Также, как показано на этой Фиг. 2, имеется необязательный соединительный патрубок 208, который позволяет соединить трубку с контейнером 200. Канал находится на нижней пластине 204 и не виден в этой Фигуре.
Фиг. 3 используется для иллюстрации того, как зонд 100 магнитного поля заполняется образцом 300 текучей среды. Как показано на этой Фигуре, пустотелая полость теперь показана заполненной образцом 300 текучей среды за исключением пузыря 302. В некоторых вариантах осуществления может иметься покрытие на поверхности 304, где пузырь 302 соприкасается с контейнером 104. Материал на поверхности 304 можно использовать, чтобы заставить пузырь 302 занять предпочтительное местоположение или место. В этом примере канал 110 все еще не герметизирован.
Образец 300 испытывает давление паров. Если пустотелая полость заполняется при температуре выше точки замерзания, пузырек 302 пара остается в контейнере.
После заполнения контейнера пузырь 302 пара останется зафиксированным у стенки контейнера из-за преобладания межфазных сил (между жидкостью/паром/стенкой) над силой тяжести. При желании, место, где располагается пузырь пара, может быть силовым образом обеспечено посредством локального изменения межфазного натяжения внутренности пустотелой полости или закупоренной герметичной прокладкой структуры. Это может быть достигнуто путем нанесения покрытия, например, из тефлона, AF-1600, парилена и т.д.
На Фиг. 4 представлен зонд 100 магнитного поля, показанный на Фиг. 1, после того, как канал был герметизирован. Канал 110 был частично заполнен металлической заглушкой 400. Металлическая заглушка 400 формирует герметизирующую прокладку 402 с металлизацией 108.
Последний этап, показанный на Фиг. 4, состоит в герметизировании канала 110 между внутренним 300 и внешним объемами 109. Это достигается путем введения деформируемого материала 400, такого как металлическая заглушка, изготовленная из, например: индия или золота, в желоб и затем ультразвуковой сварки этого материала с металлизацией герметизирующей подложкой 108, расположенной на внешней стороне герметично закупоренной структуры. Конечное состояние будет выглядеть следующим образом.
На Фиг. 5-10 представлено изготовление зонда магнитного поля с гибким контейнером, показанное на Фиг. 5, представляет собой прямоугольную структуру или коробку 500. Виды на Фиг. 5-11 являются поперечным сечением. В альтернативном варианте осуществления структура 500 представляет собой трубку.
В этом варианте осуществления корпус контейнера является гибким.
Можно использовать стандартные технологии стекла/спекания для того, чтобы полностью герметизировать контейнер. Технологии, такие как те, которые известны из производства металлогалогенных ламп, могут быть выполнены точно с очень хорошей герметизирующей способностью.
На Фиг. 6 коробка 500 имеет концы, гофрированные вместе для того, чтобы образовать контейнер 600. Контейнер 600 теперь герметизирован и имеет пустотелую полость 602. Гофрированный конец 604 на каждом конце коробки 500 герметизирует контейнер 600.
Следующий этап процесса показан на Фиг. 7. На Фиг. 7 канал 700 был прорезан сквозь контейнер 600. Канал 700 образует проход между пустотелой полостью 602 и внешней поверхностью 702 контейнера 600.
Следующий этап процесса изготовления показан на Фиг. 8. На Фиг. 8 металлизация 800 была осаждена на внешнюю поверхность 702, окружающую канал 700. На Фиг. 9 контейнер 600 имел свою пустотелую полость, заполненную образцом 900 текучей среды. Контейнер 600 может быть заполнен образцом текучей среды, например, с использованием ранее описанной вакуумной технологии.
На Фиг. 10 канал 700 показан как герметизированный, по меньшей мере частично, металлической заглушкой 1000. Металлическая заглушка 1000 формирует герметизирующую прокладку 1002 с металлизацией 800.
С добавлением катушки или антенны вариант осуществления, показанный на Фиг. 10, был бы полным законченным зондом магнитного поля.
На Фиг. 11 показан тот же вариант осуществления, что показан на Фиг. 10, за исключением того, что в этом случае давление образца 900 текучей среды относительно давления снаружи контейнера 600 выше, чем показанное на Фиг. 10. Вместо заглушки 1000, прорывающейся наружу, имеются выпуклые стенки 1100, которые способны обеспечить сброс давления.
На Фиг. 12 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ изготовления зонда магнитного поля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На этапе 1200 предоставляется контейнер с пустотелой полостью и каналом для заполнения пустотелой полости. Далее на этапе 1202 пустотелая полость заполняется образцом текучей среды, содержащей атомарный изотоп или частицу с атомным или магнитным спином. На этапе 1204 канал заполнен, по меньшей мере частично, металлической заглушкой для того, чтобы герметизировать его.
На Фиг. 13 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. На этапе 1300 контейнер обеспечивается пустотелой полостью и каналом для заполнения пустотелой полости. Далее на этапе 1302 контейнер помещают в вакуум. Это может быть, например, помещение контейнера внутрь вакуумной камеры и вакуумирование вакуумной камеры. Далее на этапе 1304 канал погружают в образец текучей среды, содержащей атомарный изотоп или частицу с атомным или магнитным спином. Термины атомный или магнитный спин используются здесь взаимозаменяемо. Образец текучей среды также находится в вакууме. Следует отметить, что образец текучей среды может кипеть ввиду вакуума. Далее на этапе 1306 вакуум вентилируется. Весь воздух и газ в пустотелой полости был удален, когда ее помещали в вакуум. Поэтому, когда вакуум вентилируется, давление, возвращающееся в вакуумною камеру, приводит к тому, что образец текучей среды затекает в пустотелую полость контейнера.
И наконец, на этапе 1308 канал, по меньшей мере частично, заполняется металлической заглушкой. Этот герметизирует канал предотвращает выход или вытекание образца текучей среды.
На Фиг. 14 представлен контейнер 1400 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Контейнер 1400 сконструирован из сильфона 1402. На верхнем конце имеется место 1404 для верхней пластины, которая не показана. Нижняя часть сильфона 402 герметизирована с помощью нижней пластины 1406. Нижняя пластина может содержать канал и металлизацию для заполнения. Это не показано в этой Фигуре. Сильфоны 1402 являются гибкими для того, чтобы справляться с расширением текучей среды, которое является функцией температуры. Сильфоны подсоединены к верхней и нижней пластинам 1406 для того, чтобы образовать герметичные прокладки. Имеется пустотелая полость 1410. В этом варианте осуществления поверхностная катушка может быть размещена, например, на верхней пластине или нижней пластине 1406.
На Фиг. 15 показан альтернативный вариант осуществления контейнера 1500 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Имеется первая трубка 1502 и вторая трубка 1504. Вторая трубка 1504 может скользить внутри первой трубки 1502. Первая трубка 1502 имеет один конец, герметизированный с верхней пластиной 1506. Первая трубка 1502 и верхняя пластина 1506 образуют герметичную прокладку. Вторая трубка 1504 герметизирована с нижней пластиной 1508 с помощью герметичной прокладки. Комбинации первой трубки 1502 и второй трубки 1504 образуют пустотелую полость 1510 с изменяемым объемом. Трубки могут быть притерты так, что первая трубка 1502 и вторая трубка 1504 образуют герметизирующую прокладку, чтобы сохранять образец текучей среды внутри контейнера.
На Фиг. 16 показан контейнер 1600, который можно использовать, чтобы сконструировать зонд магнитного поля. Контейнер 1600 содержит трубку 1602, которая герметично закупорена с помощью верхней пластины 1604 и нижней пластины 1606. Имеется пустотелая полость 1608, заполненная текучей средой 1608 фтора-19. Внутри пустотелой полости 1608 имеется два сильфона 1610, которые имеются там для расширения и сокращения для того, чтобы компенсировать изменения давления образца 1608. Катушка (или антенна) может быть прикреплена к трубке 1602 для завершения зонда магнитного поля.
Нижняя пластина 1606 может содержать канал и металлизацию для заполнения. Это не показано в этой Фигуре. Сильфон 1610 может справиться с расширением текучей среды, которое является функцией температуры. Сильфоны могут быть подсоединены к верхней и/или нижней пластине для того, чтобы образовать герметичные прокладки. Сильфоны также могут быть расположены как один сильфон в одном углу или крае пустотелой полости.
На Фиг. 17 представлен построенный прототип контейнера, подобный тому, что показан на Фиг. 16. В этом примере имеется контейнер 1700. Внутри контейнер содержит сильфон 1702. Контейнер с текучей средой имеет построенную высоту 9 мм и диаметр 5 мм. Сильфоны 1702 находятся внутри пустотелой полости и имеют диаметр 2 мм. Добавочный соединительный патрубок 208 также показан на этой Фигуре.
На Фиг. 18 показан чертеж контейнера 1800 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Имеется соединительный патрубок, который подсоединяет контейнер 1800 к сильфону 1804. Расширение и сжатие сильфона 1804 позволяет текучей среде внутри контейнера 1800 поддерживать постоянное давления. Сильфоны 1804 подсоединены к добавочной трубке 1806.
На Фиг. 19 представлен построенный пример варианта осуществления контейнера, подобного тому, что показан на Фиг. 18.
На Фиг. 20 представлен пример системы 2000 магнитно-резонансной визуализации в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Система 1000 магнитно-резонансной визуализации содержит магнит 2004. Магнит 2004 представляет собой сверхпроводящий магнит 2004 цилиндрического типа с туннелем 2006 через него. Магнит 2004 имеет криостат, охлаждаемый жидкий гелием, со сверхпроводящими катушками. Кроме того, можно использовать постоянные или резистивные магниты. Возможно также использование различных типов магнитов, например, также можно использовать как разделенный цилиндрический магнит, так и так называемый открытый магнит. Разделенный цилиндрический магнит похож на стандартный цилиндрический магнит, за исключением того, что криостат был разделен на две части для того, чтобы сделать возможным доступ к изометрической плоскости магнита, такие магниты могут, например, использоваться в сочетании с терапией пучком заряженных частиц. Открытый магнит имеет две секции магнита, одну над другой с промежутком между ними, который является достаточно большим, чтобы принять субъект: компоновка области двух секций аналогична катушке Гельмгольца. Открытые магниты пользуются популярностью, потому что субъект менее изолирован. Внутри криостата цилиндрического магнита имеется совокупность сверхпроводящих катушек. Внутри туннеля 2006 цилиндрического магнита 2004 имеется зона 2008 визуализации, где магнитное поле является достаточно сильным и однородным для того, чтобы выполнить магнитно-резонансную визуализацию.
Внутри туннеля 2006 магнита имеется также набор градиентных катушек 2010 магнитного поля, которые используются для сбора данных магнитного резонанса для пространственного кодирования магнитных спинов или атомных спинов в зоне 2008 визуализации магнита 2004. Градиентные катушки 2010 магнитного поля подсоединены к источнику питания 2012 градиентных катушек магнитного поля. Градиентные катушки 2010 магнитного поля предназначены быть репрезентативными. Обычно градиентные катушки 2010 магнитного поля содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник питания градиента магнитного поля подает ток в градиентные катушки магнитного поля. Ток, подаваемый в градиентные катушки 2010 магнитного поля, управляется как функция времени и может быть пилообразным или импульсным.
Смежно с зоной 2008 визуализации находится радиочастотная катушка 2014 для манипулирования ориентациями магнитных спинов, атомных спинов внутри зоны 2008 визуализации и для приема радиопередач от спинов также внутри зоны 2008 визуализации. Радиочастотная антенна может содержать множество элементов катушки. Радиочастотная антенна может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка 2014 подсоединена к радиочастотному приемопередатчику 2016. Радиочастотная катушка 2014 и радиочастотный приемопередатчик 2016 могут быть заменены отдельными передающими и приемными катушками и отдельным передатчиком и приемником. Понятно, что радиочастотная катушка 2014 и радиочастотный приемопередатчик 2016 являются репрезентативными. Радиочастотная катушка 2014 предназначена также представлять выделенную передающую антенну и выделенную приемную антенну. Точно так же приемопередатчик 2016 может также представлять собой отдельные передатчик и приемники.
Субъект 2018 кладется на опору 2020 для субъекта внутри туннеля 2006 магнита 2004. Субъект 2018 находится частично внутри зоны 2008 визуализации. Внутри зоны 2008 визуализации виден зонд 2022 магнитного поля. Зонд 2022 магнитного поля также может представлять множество зондов поля. Например, множество зондов 2022 поля может быть размещено в различных местах внутри туннеля 2006 магнита 2004. Это может позволить проводить пространственно-временное изменение изменений магнитного поля. Зонд или зонды 2022 поля могут быть установлены на радиочастотной катушке 2014, они могут свободно лежать на субъекте 2018 или они могут быть установлены внутри туннеля 2006 магнита.
Источник питания 2012 градиентных катушек магнитного поля и приемопередатчик 2016 подсоединены к аппаратному интерфейсу 2028 компьютерной системы 2026. Компьютерная система 2026 дополнительно содержит процессор 2030. Процессор 2030 соединен с аппаратным интерфейсом 2028, пользовательским интерфейсом 2034, компьютерным хранилищем 2036 и компьютерной памятью 2038.
Компьютерное хранилище показано как содержащее данные 2040 магнитного резонанса и данные 2042 магнитного резонанса изображения. Данные 2040, 2042 магнитного резонанса были собраны системой магнитно-резонансной визуализации 2000. Компьютерное хранилище 2036 дополнительно показано как содержащее карту 2044 магнитного поля, которая была реконструирована из данных 2040 магнитного резонанса. Компьютерное хранилище 2036 дополнительно показано как содержащее скорректированные данные 2045 магнитного резонанса, которые были рассчитаны с использованием карты 2044 магнитного поля и данных 2042 магнитного резонанса изображения. Компьютерное хранилище 2036 далее показано как содержащее изображение 2046, которое было реконструировано из скорректированных данных 2045 магнитного резонанса. Компьютерное хранилище 2036 дополнительно показано как содержащее последовательность 2048 импульсов. Последовательность импульсов, как применяют в настоящем документе, представляет собой набор инструкций, который позволяет системе 2000 магнитно-резонансной визуализации собирать данные 2040, 2042 магнитного резонанса.
Компьютерная память 2038 показана как содержащая модуль 2050 управления. Модуль 2050 управления содержит машино-исполняемые инструкции, которые позволяют процессору управлять работой и функцией системы 2000 магнитно-резонансной визуализации. Например, модуль 2050 управления может использовать последовательность 2048 импульсов для генерации команд, которые позволяют процессору 330 собирать данные 2040, 2042 магнитного резонанса. Компьютерная память 2038 дополнительно показана как содержащая модуль 2052 расчета магнитного поля. Модуль 2052расчета 2052 магнитного поля содержит машино-исполняемые инструкции, которые позволяют процессору 2030 вычислять карту 2044 магнитного поля из данных 2040 магнитного резонанса. Компьютерная память 2038 дополнительно показана как содержащая модуль 2054 коррекции данных. Модуль 2054 коррекции данных содержит машино-исполняемый вычислительной код, который позволяет процессору 2030 вычислять скорректированные данные 2045 магнитного резонанса из карты 2044 магнитного поля и данных 2042 магнитного резонанса изображения. Компьютерная память 2038 вычислительной дополнительно содержит модуль 2056 реконструкции изображения. Модуль 2056 реконструкции изображения содержит машино-исполняемый код, который позволяет процессору 2030 реконструировать изображение 2046 из скорректированных данных 2045 магнитного резонанса.
На Фиг. 21 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На этапе 2100 собираются данные магнитного резонанса. Далее на этапе 2102, используя данные магнитного резонанса, рассчитывается напряженность магнитного поля. В некоторых вариантах осуществления данные магнитного резонанса фтора собираются от множества зондов поля. В этом случае может быть рассчитана напряженность магнитного поля в различных местоположениях пространства. Кроме того, данные магнитного резонанса могут собираться в течение множества периодов времени или постоянно во время сбора данных магнитного резонанса изображения. По этой причине напряженность магнитного поля может иметь пространственную и/или временную зависимость. Другими словами, многомерная карта магнитного поля, которое изменяется в зависимости от времени, может также быть рассчитана с использованием способа, показанного на Фиг. 21.
На Фиг. 22 показана блок-схема, которая иллюстрирует способ в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. На этапе собираются 2200 данные магнитного резонанса. На этапе собираются 2202 данные магнитного резонанса изображения. Этапы 2200 и 2202 могут быть выполнены в любом порядке и также могут быть выполнены одновременно. Далее на этапе 2204, используя данные магнитного резонанса, рассчитывается напряженность магнитного поля. В некоторых вариантах осуществления напряженность магнитного поля можно рассчитать перед сбором данных магнитного резонанса изображения. Далее на этапе 2206, используя напряженность магнитного поля и магнитно-резонансные данные изображения, рассчитываются скорректированные данные магнитного резонанса. Наконец на этапе 2208 изображение реконструируется из скорректированных данных магнитного резонанса. Опять же, данные магнитного резонанса могут собираться от множества зондов для измерения напряженности поля и так же в течение множества периодов времени или интервалов. По этой причине скорректированные данные магнитного резонанса могут быть скорректированы с учетом изменений магнитного поля как во времени, так и по положению.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничивающие; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Изучив рисунки, раскрытие и приложенную формулу изобретения, специалисты в данной области смогут понять и осуществить при практической реализации заявленного изобретения другие вариации показанных вариантов осуществления. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, и формы единственного числа не исключают множественного числа. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинацию этих мер нельзя использовать с пользой. Компьютерная программа может сохраняться (распространяться) на подходящих носителях, таких как средства оптического хранения информации или твердотельных носителях информации, поставляемых вместе или как часть других аппаратных средств, но также могут распространяться в других формах, таких как Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
100 зонд магнитного поля
102 антенна
104 контейнер
106 пустотелая полость
108 металлизация
109 внешняя поверхность
110 канал
200 контейнер
202 верхняя пластина
204 нижняя пластина
206 цилиндр
208 добавочный соединительный патрубок
300 образец текучей среды
302 пузырь
304 поверхность
400 заглушка
402 герметизирующая прокладка
500 коробка
600 контейнер
602 пустотелая полость
604 гофрированный конец
700 канал
702 внешняя поверхность
800 металлизация
900 образец текучей среды
1000 заглушка
1002 герметизирующая прокладка
1100 выпуклая стенка
1400 контейнер
1402 сильфоны
1404 место для верхней пластины
1406 нижняя пластина
1408 пустотелая полость
1500 контейнер
1502 первая трубка
1504 вторая трубка
1506 верхняя пластина
1508 нижняя пластина
1510 пустотелая полость
1100 выпуклая стенка
1400 контейнер
1402 сильфоны
1600 контейнер
1602 трубка
1604 верхняя пластина
1606 нижняя пластина
1608 заполненная пустотелая полость
1610 сильфоны
1800 контейнер
1802 соединительный патрубок
804 сильфоны
1806 трубка
2000 система магнитно-резонансной визуализации
2004 магнит
2006 туннель магнита
2008 зона визуализации
2010 градиентные катушки магнитного поля
2012 источник питания градиентных катушек магнитного поля
2014 радиочастотная катушка
2016 приемопередатчик
2018 субъект
2020 опора для субъекта
2022 зонд поля
2026 компьютерная система
2028 аппаратный интерфейс
2030 процессор
2032 пользовательский интерфейс
2034 пользовательский интерфейс
2036 компьютерное хранилище
2038 компьютерная память
2040 данные магнитного резонанса
2042 данные магнитного резонанса изображения
2044 карта магнитного поля
2045 скорректированные данные магнитного резонанса
2046 изображение
2048 последовательность импульсов
2050 модуль управления
2052 модуль расчета магнитного поля
2054 модуль коррекции данных
2056 модуль реконструкции изображения