加热生物组织中的磁性材料的磁场发生器的磁线圈结构

摘要

本发明涉及用于加热生物组织中磁性或可磁化材料或固体的磁场发生器的磁线圈结构,它具有一个可冷却的磁轭(2),在磁轭(2)上具有两个相互对立的,被一个场形成间隙(12)隔开的极靴(7、8),其中为了产生交变磁场,两个分别配置给一个极靴(7、8)的磁线圈(22)被设计为具有螺旋式前进的线圈绕组的圆盘线圈,并且相应极靴(7、8)的极靴端被用一个在其间绕行的磁线圈/极靴－间隙(57)环形地围绕。按照本发明,磁线圈(22)被分别安装在一个相应极靴(7、8)环形包围着的线圈箱中,并且线圈箱(9、10)具有至少一个用以连接冷空气泵的冷空气－入流孔(51、52、53)和至少一个冷空气－出流孔(57、66)。

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种用于加热生物组织中的磁性或可磁化材料或固体的磁场发生器的磁线圈结构。

                        技术背景

在现有方法下癌症借助于加温方法诊治，其中癌组织被加热到约41℃-46℃的温度从而被不可还原地损伤。

在已知用于肿瘤治疗的加热方法(WO97/43005)中利用可磁化的微胶囊，它们通过血流抵达肿瘤区域。这些微胶囊在治疗时被用一个位于病人体外产生的交变磁场作用，由于磁滞效应形成在微胶囊中加温的热量。为了形成磁场，利用一个线性的交变磁场，其频率在10KHz至500KHz的范围内。微胶囊应含有可高度磁化的材料，从而可得到为形成磁场所要求的交变磁场，要求的仪器结构，要求的冷却系统以及电能量供应。然而具体的仪器结构没有被给出。

在另一个类似的已知加温方法中(EP0913167A2)为了形成场，采用具有大于10KHz频率的旋转磁场。为了产生这里所用的旋转的交变磁场，仅粗略和简要给出了一个磁场发生器结构。

在DE19937492(已公开)中给出了一种磁线圈结构。给出的用于加热生物组织中磁性或可磁化的材料或固体的磁场发生器具有一个可冷却的磁轭，具有两个相对的，被一个场形成间隙隔开的极靴。为了产生一个交变磁场，存在两个，分别配置一个极靴的磁线圈，它被结构成具有螺旋形前进的线圈绕组，并且相应极靴的极靴端被用一个在其中间的绕行的磁线圈/极靴-间隙环形地包围。磁轭和极靴具体由合成的和一起安装的铁氧体组件组成。

为了加温，尤其是用磁流加温时，在约50至100KHz频率下约15至20KA/m的交变场强度是必需的。在8至30I的场形成容积下从一个加温设备给出约18KW至80KW的功率。此能量必须是高频的并且通过冷却作为热量被排出，因为对于在病人体内的加温，仅仅数瓦功率形成在磁流中。对于磁轭和极靴的铁氧体组件的冷却，采取在冷却间隙中给冷空气流的措施。相反磁线圈的冷却方式与其支座同样没有解决。然而磁线圈的冷却是有问题的，因为存在特别大的损耗功率，按照体积单元计算，它比在铁氧体组件中的损耗功率更大。因为在磁线圈范围内仅有一个规定的、相对小的结构空间被提供来用于冷却装置和支座。

                    发明内容

本发明的任务在于设计用于加热生物组织中的磁性或可磁化的材料或固体的磁场发生器的一种磁线圈结构，使得磁线圈的有效冷却及与之相联系的紧凑的结构和支撑成为可能。

上述任务由权利要求1所述特征实现。

按照权利要求1，磁线圈被安装在一个环形包围配置的极靴的线圈箱中。线圈箱具有至少一个冷空气进流孔，用以连接一个冷空气泵，并具有至少一个冷空气出流孔。

因而磁轭冷却和磁线圈冷却有优点地相互独立并且最佳地适应于对下述参数的不同要求：冷空气量，冷空气压力，冷空气渗透和冷空气流动。线圈箱除了作为磁线圈/冷却装置的部分外还具有以下功能：用于磁线圈的机械固定。从而得到一个优化的紧凑的结构，它很好地适合于在场形成间隙和病室的区域中狭磁场发生器狭窄的场地状态况。

在权利要求2所述的特别有优点的具体实施形式中磁轭和极靴由安装在一起的铁氧体组件构成。其中磁轭由矩形六面体形状的铁氧体组件组成，其表面必要时清除烧结层并且被平面-平行地研磨。矩形六面体状的铁氧体组件由相互串接的，在磁轭中沿着磁流方向排列的铁氧体片组成，它们在垂直于磁流方向上由隔离-/冷却-间隙相互分开，用于磁轭冷却的冷空气可流过这些间隙。铁氧体片在沿着磁流方向上相互间仅有窄的安装间隙。为了构成隔离-/冷却-间隙，在铁氧体片之间插入由塑料构成的分隔器，并且通过粘合铁氧体片和分隔器构成矩形六面体状的铁氧体组件。

极靴在顶视图上被实施成圆形的，并且以类似的结构由楔形铁氧体组件构成，它们像圆形大蛋糕那样组装起来。在这些铁氧体组件之间也存在用于极靴冷却，借助于分隔器形成的隔离-/冷却-间隙。

在铁氧体组件中在磁场发生器工作时存在的损耗功率如此之高，它通过冷空气的引入合理安排的铁氧体组件间的隔离-/冷却-间隙而排放。然而已经显示，在用于磁轭-和极靴冷却的装置中加入磁线圈冷却原则上可能，但是结构上是困难的，昂贵的和无效的。磁线圈冷却与磁轭-和极靴冷却相结合时存在的一个问题是，磁线圈与它们相比每个体积单元产生更高的损耗功率。利用本发明的冷却系统结构和去耦尤其是如图2所示的具体实施形式，形成了对于这两个冷却系统的结构、尺寸和运行的显著优点，由于结构简单，降低了用于安装、操作和维护的费用以及运行成本。

如权利要求3所述，极靴表面分别被一个极靴片覆盖。极靴片侧面围绕着地突出于相应的极靴表面，并构成场形成间隙侧面的线圈箱-底板。在极靴表面和极靴片之间嵌入分隔器以构成隔离-/冷却-间隙。这些分隔器与最好是楔形的铁氧体组件相比较小，从而在极靴表面和极靴片之间径向流动的冷空气流通过分隔器且只有小的阻挡。

在权利要求4所述优化结构中极靴片在极靴表面区域内具有一个沟，它比线圈箱-底板的邻接区域有较小的材料强度。在这些沟中部分插入极靴端面，并且围着极靴端面的边缘被倒圆并在极靴片和极靴端面之间形成一个绕行的环状间隙用作冷空气的排出口。在此环状间隙中径向冷空气流可改变方向成为轴向排出方向。极靴片由绝缘材料加工形成。原则上可使用玻璃。然而最好使用优质玻璃纤维加强的塑料，并且前述的沟可以铣出。

在如权利要求5所述的一个结构简单可实现和有效的实施形式中极靴被实现为在顶视图中圆形，并且相应地磁线圈为圆环形。然而相应的线圈箱应根据外部尺寸设计为矩形六面体形状，并且包围极靴及其上安放的磁线圈。线圈箱矩形六面体状的结构一方面导致成形简单，因为没有弯曲的壁必须相互连结。此外还得到一个有效的冷空气-入流孔的结构，它们不仅可构成在线圈箱一侧壁上，并且/或者最好在线圈箱-盖板的两个对立的角落区域。在那里在冷却技术有效的入流状况下要求的开孔可用较低费用实现，并且对连接的冷却管道实现法兰连接。

在权利要求6所述的一个特别优化的设计中，磁线圈具有绕组支撑结构。在磁线圈的范围内存在桥梁形的、底侧的线圈载体以及其上放置的桥梁形的盖侧的线圈载体，它们作为相互对应的线圈载体对，它们被结构成径向辐射形，并相互角度交错地排列。对应的线圈载体对被设计为分别通过径向分隔开并轴向对准的绝缘杆连接，在绝缘杆之间构造了接受格，在其中接受和固定螺旋形前进的线圈绕组。通过底侧线圈载体的桥形的高度，在一个径向外部冷却空气-入口-间隙结构下线圈绕组相对于线圈箱-底板被突出。冷空气可通过这个冷却空气-入口间隙和通过借助于绝缘杆构成的中间间隙在线圈绕组之间继续轴向前进。线圈绕组上在盖板侧面并且不盖着的线圈载体间的一个盖孔，最好是一个圆形的盖孔被用作冷却空气-出流孔。

线圈载体以及绝缘杆的高度和长度如此选择，一方面绕组被足够支撑和固定，另一方面绕组间的绝缘距离按照关于空气-和泄漏距离的规范，可以通过足够的和大量的冷却空气。权利要求7所述结构给出特别有效的性能，如果绝缘杆被构造成陶瓷圆杆的话。一个实际的具有好的测试结果的支撑结构由16个线圈载体对组成，分别有六个绝缘杆，相应给出5个绕组接受格。线圈绕组由一束高精密的HF-绞合线构成。线圈箱和磁性线圈的支撑结构对于上和下极靴可同样被形成。然而因为在下极靴的结构中，极靴片指向上方，盖侧线圈载体承载相应磁线圈的重量。

在权利要求8所述的一个优化结构中由线圈箱-底板，线圈箱-侧壁，线圈箱-盖板以及一个薄壁的风箱-内壁构成一个流通的风箱，它具有底侧的冷空气-入口-环形间隙。此外磁线圈在径向内部被一个空气引导壁环绕，从而在此空气引导壁和一个相邻的极靴壁之间形成一个环形间隙，用于极靴-冷空气的引出。在此空气引导壁的区域内极靴-冷却空气和磁线圈-冷却空气相互分开并有优点地去耦。风箱可作为压力室用冷空气冲击，它然后经过底侧冷空气-入口-环形间隙送到下面的线圈绕组区，在那里存在大量的磁线圈热量，接着空气在线圈绕组之间排出。

磁线圈冷却的另一个主要改进由权利要求9的特征给出。按照权利要求9，线圈载体被设计为楔形，其底侧线圈绕组区中径向外部的线圈绕组与线圈箱-底板的距离大于径向内部的线圈绕组的。这里冷空气通过底侧冷空气-入口-环形间隙被送入并且从那里反射到线圈绕组的被分组的下边缘，在那里线圈的最大热量由在穿过产生的磁场的铜中的涡流形成。由于做成楔形，主要是底侧的线圈绕组和由此产生的横截面向中心收缩在最内部的线圈绕组上产生有优点的最大空气速度，即在那里有最高的冷却需求。这里冷却空气流过绕组间隙并可在磁线圈上面自由排出，并且不形成其他堵塞。

如权利要求10所述，为了进一步推动冷却空气流向径向的内部线圈绕组区域流动，由冷却空气-入口-环形间隙出发至少设置一个约与底板平行的空气导向板。两块以一定距离相叠放置的空气导向板通常合乎目的地设置在两个底侧的线圈载体之间的区域中，并且接近底板的空气导向板应设计得更长和更宽。这些空气导向板可简单地如权利要求11所述那样用间隔柱和/或间距环与线圈箱-底板拧紧。

在权利要求12中建议：线圈载体具有用于固定隔离杆的接受孔，并且底侧线圈载体与线圈箱-底板，尤其是极靴片拧紧并且/或者粘合住。相反盖侧线圈载体在径向外部可拆卸地与盖板拧紧，并且在径向内部通过支撑柱与线圈箱-底板可拆卸地连结。盖侧线圈载体的可拆卸性主要是为了线圈绕组的简单安装。通过线圈箱-底板，线圈箱-侧壁和线圈箱-盖板之间的螺钉和/或粘合连结形成一个坚固的线圈箱，它可通过其他的连接件，如通过螺杆与相邻的磁轭部件连结。一个极靴片通过其侧面的与线圈箱-侧壁的连结而被加固，从而它有优点地只具有一个小的挠度，虽然必要时在极靴区域中可以有一个铣出的沟。

如权利要求13所述，利用一个现有的磁轭形状，以一个M形式样的三角架结构得到本发明结构的一个特别有优点的组合。

                      附图说明

下面借助附图详细说明本发明。附图中

图1是通过一个磁场发生器的简化剖视图，

图2是图1所示磁场发生器的简化顶视图，

图3是图1所示磁场发生器的简化侧视图，

图4是矩形六面体形状的铁氧体组件的结构的简化和放大的透视图，

图5是图1中的单件A的简化和放大的图，

图6是图5的简化和放大的顶视图，

图7是通过一个上面的线圈箱连同符合另一个实施形式设置的极靴的简化截面图，以及

图8是具有相应极靴和相应磁线圈的线圈箱的简化顶视图。

                   具体实施方式

图1简要示出一个用于加热的磁场发生器1，在其中被放置的身体可被辐射，在身体中可放置磁性或可磁化的材料或固体。特别是在人体中的肿瘤部位适合于作为被放入场中的部位，在其中具有例如磁性毫微粒子被放入，并且肿瘤部位可被加热到最好超过约41℃的温度值。

磁场发生器1包含一个磁轭2，它们以M-形状被设计为三角架结构，并且具有两个有距离的平行的垂直轭铁部分3、4及两个连接在其间的横轭铁部分5、6。

由下横轭铁部分6和配置给它的具有下线圈箱10的下极靴8构成的结构单元位置固定地被安装。其对面，由两个垂直轭铁部分3、4，连接它们的上横轭铁部分5以及配置给它的具有上线圈箱9的极靴7构成的一个大门可以借助于这里仅简要示出的，自阻挡螺杆驱动器11被移动，以调节场形成间隙12的场形成间隙宽度。

由图1可见，场形成间隙12受舱壁14、15限制，它们圈定一个插件空间。舱壁14、15可相互垂直移动。

图2和图3是磁轭2的侧视图和顶视图，由图可见，磁轭2由矩形六面体形状的铁氧体组件16组装得到，它们的上表面最好由烧结层释放并且被平面-平行研磨，此矩形六面体形状的铁氧体组件16又由一个接一个排列的、在磁轭2中沿着磁流方向17排成一列的铁氧体片18构成，如图4所示。

这些铁氧体片18在垂直于磁流方向17的方向上被隔离/冷却-间隙19相互分隔开(图4)。在这些隔离-/冷却-间隙19中侧面范围内插入塑料分隔器20，同时铁氧体片18被粘合在这些塑料分隔器20上形成矩形六面体形状的铁氧体组件16作为轭铁件。由于这些隔离/冷却-间隙19，冷空气可被引入以冷却磁轭2，如图4中用箭头21简要示出的那样。

图5是图1中单件A的放大图，由此可见用于产生交变磁场，配置给极靴7一个磁线圈22，它们为圆盘线圈由螺旋形前进的线圈绕组39构成，并且极靴7的极靴端分别用一个在其间绕行的磁线圈/极靴-间隙24环状地围住。

在具有下线圈箱10的下极靴8上有对应相同的结构，为了简单起见，下面结合上极靴7和上线圈箱9，并结合磁线圈22详细说明精细结构。

在顶视图上极靴7、8呈圆形结构，并且通过相应的加工在顶视图上装配为楔形铁氧体组件，如图6和图8所示，图6的一部分被放大示出在图5中，图8示出上线圈箱9和上极靴7的顶视图。

在楔形铁氧体组件25之间插入用于构成隔离/冷却-间隙26的分隔器27，在图6中仅简要和举例示出它们，它们通过相邻的铁氧体组件25相互粘贴到极靴7上。极靴7还包含一个轴向，筒形空隙28，用以构成筒形极靴7。

如图5所示，极靴端面被极靴片30覆盖，极靴片30在侧面环围地突出在相应极靴端面29上，并且在极靴端面29的区域内与其相连接的区域相比具有一个有较低材料强度的沟31，极靴端面29插入到沟中。在极靴端面29和极靴片30之间插入分隔器33以构成隔离/冷却-间隔32，在图5和图6中仅简要和举例示出它们。极靴端面29的绕行边缘像沟31的相应边缘一样被加工成圆形，使得隔离/冷却-间隙32在一个作为冷空气出口的环形间隙34中结束。

如图5中箭头所示，冷空气可以经过空隙28按箭头35的方向送给极靴7，并且此冷空气然后不仅按箭头36的方向流过沟侧的隔离/冷却-间隙32和环形间隙34，而且也按箭头37的方向经过隔离/冷却-间隙26在各个铁氧体组体25之间流过，如图5和图6所示。

由图5，结合图8可见，上线圈箱9设计成矩形六面体，并且在对应的极靴端面29上侧面绕行的极靴片30突出部位被设计成场形成间隙侧的线圈箱-底板38。

尤其从图8可见，在线圈箱-底板38上连接有线圈箱-侧壁43、44、45、46。主要由图5，并结合图8可见，在线圈箱-侧壁43、44、45、46上置有一个线圈箱-盖板47。此外线圈箱9还包含一个磁线圈22径向外部缠绕的，薄壁的箱-内壁，它用冷空气输入间隙49与线圈箱-底板38保持一定距离，线圈箱-底板38，线圈箱一侧壁43、44、45和46，线圈箱-盖板47以及风箱风-内壁构成一个流通的风箱50，并且风箱50的冷空气送入在这里例如经过盖板侧的入流孔51、52和经过侧壁侧面的入流孔53实现。在这些冷空气一入流孔51、52、53上可以连接一个图中未示出的冷空气泵，通过它可以按箭头54的方向吹冷空气到风箱50中。

磁线圈22还在径向内部被空气引导壁55缠绕，这样在它和相邻的极靴壁56之间可构成一个环形间隙57，用以按箭头58方向流出极靴-冷空气。

磁线圈22具有线圈绕组39的支撑结构40，它在磁线圈22的范围内具有桥形的底侧线圈载体41和其上面的相应的桥形的盖侧线圈载体42作为被配置的线圈载体对。由图6和图8可见，由底侧线圈载体41和盖侧线圈载体42构成的相互对应的线圈载体对排列成径向辐射形并且与相邻线圈载体对角度错开地间隔排列。

图6在图平面下部示出一个没有示出盖侧线圈载体42的线圈载体对。由图5可见，成对方式相互对应的线圈载体41、42分别被径向有间隔且轴向对准的隔离杆59连结。这些隔离杆59例如被设计为陶瓷-圆杆，并且在隔离杆59之间构成接受格，在其中螺旋形前进的线圈绕组39被接纳并被固定。

如图5所示，线圈载体41、42被设计为楔形，从而底侧线圈绕组区域中径向的外部线圈绕组比径向内部的线圈绕组离线圈箱-底板38更远。

从底侧线圈载体41之间楔形区中的冷空气-入口间隔49出发延伸约平行与底板的空气导向板61、62，并且接近底板的空气导向板62比位于其上面的对应空气导向板61更长和更宽。空气导向板61、62通过间隔柱63连接于线圈箱-底板38。

由图5和图6可见，盖侧线圈载体42径向从外部可拆卸地用螺钉拧在盖板47上，并且径向从内部可拆卸地用螺钉拧在线圈箱-底板38上的安装支撑柱64。图7示出整个线圈箱9的简要横载面，它示出另一个实施形式，其中盖侧线圈载体从下面拧在盖板47上。此外还安装边侧螺杆68，通过它可连结另外的构件。其他结构与图5所示放大的结构相同。

底侧线圈载体41拧在和/或粘贴在线圈箱-底板38上。

如图7所示，线圈载体41、42可具有安装孔65，在其中插入和固定隔离杆59。

如图5所示，冷空气经过例如作为压力室工作的风箱50，经过底侧冷空气-入口间隙49送入下面的线圈绕组区域，因为那里磁线圈有大的温升。底侧线圈绕组区径向外部的线圈绕组离线圈箱-底板38比径向内部的线圈绕组升高更多，经过冷空气-入口间隙49送入的冷空气被撞到线圈绕组39的被分组的下边缘上，在那里由产生的磁场形成的铜中的涡流导致线圈有最大的温升。通过楔形结构和由此形成的横截面向中心变窄，在底侧范围中形成在最内部的线圈绕组处有最大的空气流速，即在有最大冷却需求处空气流速最大。冷空气流通过绕组间隙，并且可通过磁线圈22上面的(图8中)未盖住的线圈绕组的区域66自由流出，区域66构成冷空气出流孔。冷空气流主要通过空气导向板61、62继续进入径向内部的线圈绕组区域，因为从冷空气入口间隙出发的部分空气流被直接分路，它们可以首先在此径向内部的线圈绕组区中向上流动。

由图6可见，在空气导向板61中可构造一个向上的流通孔67。从而与空气导向板61、62一起可有更多的空气抵达外部的绕组。