[发明专利]用于MRI兼容性的无铁心电动马达

说明书

一种能邻近磁共振成像(MRI)设备(4)使用的电动马达(20)包括定子(30)和转子(40、50、60)，所述定子包括电气绕组(32)，所述转子与所述定子磁性地耦合。所述电动马达不包括铁磁材料，并且所述电动马达不包括任何永磁体。所述转子可以包括环绕所述定子的外转子圆柱体(50、60)，并且可以还包括内转子圆柱体(40)，所述内转子圆柱体被设置在所述定子内部并且被连接以与所述外转子圆柱体一起旋转。所述转子可以包括圆柱形片状转子(40、50)。备选地，所述转子(60)可以包括一个或多个导电环(62A、62B、62C)和耦合的分裂式定子(301、302)，每个导电环被成形为使得一个环部分(HL1)中的感应电压抵消另一环部分(HL2)中的感应电压的影响。在另一公开的方面中，一种输注泵(10)包括所述电动马达。

技术领域

以下总体涉及医学设备领域、输注泵领域、磁共振成像(MRI)领域、电动马达领域、以及相关的领域。

背景技术

磁共振成像(MRI)是强有力的医学诊断和临床评价技术。然而，MRI生成强磁场和射频(RF)干扰，并且进而由于来自附近磁场和/或RF发射设备的RF干扰，MRI图像易遭受降级。鉴于此，医学MRI系统一般被封闭在RF屏蔽房间(有时也被称为MRI房间)中，即墙壁(以及可能地板和/或屋顶)包括形成封闭式法拉第笼的钢丝网片等的房间中。经历MRI检查程序的患者在程序前被评估以确保他们没有过多植入的铁磁材料，例如，任何植入的心脏起搏器需要是MRI兼容的或MRI安全的。实验室安全协议禁止包含铁磁材料的物品。一般来说，禁止在MRI房间中引入或使用铁磁材料，因为MRI场可以引起大的吸引力，导致危险的情况，并且因为铁磁材料可以使MRI系统的成像失真。

这种情况造成在MRI房间中使用机动化设备(诸如输注泵、风扇、机动化患者床等)的困难。电动马达是电磁设备，并且采用电场与磁场之间的相互作用以将输入的电功率转换成动力(机械力)输出，通常以其旋转由马达驱动的旋转轴的形式。在这样的马达中，绕组被缠绕在铁磁芯上，以形成当线圈被电气地激励时产生磁场的电磁体。这些被布置为以固定方式被安装的定子绕组和被安装在旋转元件(转子)上的转子绕组。定子与转子磁场之间的相互作用产生动力。备选地，这些磁场中的一个可以由包括磁化的铁磁材料的永磁体提供。在感应马达中，仅一组绕组(通常定子绕组)使用输入的交流电流(a.c.电流)被电气地激励，并且得到的时变磁场在转子绕组中感应出a.c.电流，由此提供在转子上生成动力的相互作用的磁场。感应马达因此以类似于变压器的方式操作，除了输出是感应马达中的次级电磁体的旋转，而非在次级电磁体中感应出的电流。在变型的感应子式马达设计中，转子绕组由短路导电条代替，这也被称为鼠笼形转子。

当在MRI房间中使用时，此类马达是有问题的。如果它被由MRI设备生成的强磁场吸入MRI膛中，铁磁材料存在物理性危害。此外，铁磁材料和所生成的磁场两者能够干扰MRI设备的操作，由此导致降级的临床MRI图像和医学误诊的可能性。

各种方法被用来解决在MRI房间中使用电动马达的困难。这些方法一般需要采用MRI兼容的专门设计的马达。例如，在电荷的吸引和排斥的基础上操作的静电马达能够被采用。然而，静电马达是非标准的马达设计，并且一般需要高操作电压且提供低效率，并且更通常用于微型化设备，例如微机电系统(MEMS)。高电压也能够引入具有伴随的RF噪声的静电放电。压电马达具有类似的困难。另一方法是将电动马达定位在MRI房间外部，并且使旋转轴延伸通过墙壁进入MRI房间。这种方法需要长旋转轴，使当马达被定位在MRI房间外部时的操作复杂，并且轴穿透损害MRI房间的RF屏蔽的完整性。在仅用于MRI房间中的专用设备的情况下，在马达操作中利用由MRI设备本身生成的磁场的专门的马达设计是已知的。参见例如Roeck等人的美国公开号2010/0264918A1。由于其对由MRI设备生成的磁场的依赖，这样的马达仅在MRI房间内部可用。这意味着输注泵不能与患者一起进出MRI房间，这存在大量的实际困难。