Die Erfindung betrifft einen Kryostaten, welcher insbesondere für den Einsatz in einem biomagnetischen Messsystem geeignet ist, sowie ein biomagnetisches Messsystem, welches einen derartigen Kryostaten umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kryostaten, welcher insbesondere für biomagnetische Messungen geeignet ist. Derartige Kryostaten und Messsysteme können insbesondere im Bereich der Kardiologie oder auch in anderen medizinischen Bereichen, wie beispielsweise der Neurologie, eingesetzt werden. Auch andere Anwendungen, beispielsweise nichtmedizinische Anwendungen, beispielsweise Anwendungen in der Materialforschung, sind denkbar.

In den vergangenen Jahren und Jahrzehnten haben magnetische Messsysteme, welche bis dahin im Wesentlichen der Grundlagenforschung vorbehalten waren, Einzug in viele Bereiche der biologischen und medizinischen Wissenschaften gehalten. Insbesondere die Neurologie und die Kardiologie profitieren von derartigen biomagnetischen Messsystemen.

Grundlage der biomagnetischen Messsysteme ist die Tatsache, dass die meisten Zellaktivitäten im menschlichen oder tierischen Körper mit elektrischen Signalen, insbesondere elektrischen Strömen, verbunden sind. Die Messung dieser elektrischen Signale selbst, welche durch die Zellaktivität hervorgerufen werden, ist beispielsweise aus dem Bereich der Elektrokardiographie bekannt. Neben den rein elektrischen Signalen sind die elektrischen Ströme jedoch auch mit einem entsprechenden Magnetfeld verbunden, deren Messung sich die verschiedenen bekannten biomagnetischen Messmethoden zunutze machen.

Während die elektrischen Signale bzw. deren Messung außerhalb des Körpers von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise den unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten der Gewebetypen zwischen der Quelle und der Körperoberfläche verbunden sind, durchdringen magnetische Signale nahezu ungestört diese Gewebebereiche. Die Messung dieser Magnetfelder und deren Änderungen erlaubt somit Rückschlüsse auf die innerhalb des Gewebes fließenden Ströme, zum Beispiel elektrische Ströme innerhalb des Herzmuskels. Eine Messung dieser magnetischen Felder mit hoher Zeit- und/oder Ortsauflösung über einen gewissen Bereich hinweg erlaubt somit bildgebende Verfahren, welche beispielsweise eine aktuelle Situation verschiedener Bereiche eines menschlichen Herzens wiedergeben können. Andere bekannte Anwendungen liegen beispielsweise im Bereich der Neurologie.

Die Messung von Magnetfeldern biologischer Proben oder Patienten, bzw. die Messung von zeitlichen Änderungen dieser Magnetfelder, stellt jedoch messtechnisch eine hohe Herausforderung dar. So sind beispielsweise die Magnetfeldänderungen im menschlichen Körper, welche bei der Magnetokardiographie zu messen sind, ungefähr eine Million Mal schwächer als das magnetische Feld der Erde. Die Detektion dieser Änderungen erfordert also extrem sensitive Magnetsensoren. In den meisten Fällen werden daher im Bereich der biomagnetischen Messungen supraleitende Quanten-Interferenz-Messgeräte (Superconducting Quantum Interference Devices, SQUIDs) eingesetzt. Derartige Sensoren müssen in der Regel, um den supraleitenden Zustand zu erreichen bzw. aufrechtzuerhalten, typischerweise auf 4 °K (-269 °C) gekühlt werden, wozu üblicherweise flüssiges Helium verwendet wird. Die SQUIDs sind daher in der Regel einzeln oder in einem SQUID-Array in einem sog. Dewar-Gefäß angeordnet und werden dort entsprechend gekühlt. Alternativ werden zurzeit Laser-gepumpte magneto-optische Sensoren entwickelt, die annähernd vergleichbare Empfindlichkeit aufweisen können. Auch in diesem Fall werden die Sensoren in der Regel in einer Array-Anordnung in einem Behälter zur Temperaturstabilisierung angeordnet.

Derartige Behälter zur Temperaturstabilisierung, insbesondere Behälter für die Kühlung von Magnetsensoren und so genannte Dewar-Gefäße werden im Folgenden allgemein als "Kryostat" bezeichnet. Insbesondere kann es sich hierbei um Helium-Kryostate oder andere Arten von Kryostaten handeln. Zwischen dem Kryostaten und dem Kryostatgefäß, welches auch als Dewar bezeichnet wird, wird dabei im Folgenden nicht unterschieden, auch wenn der eigentliche Kryostat neben dem Kryostatgefäß weitere Teile umfassen kann.

Die Herstellung des Kryostaten für die Aufnahme biomagnetischer Sensorsysteme stellt konstruktiv eine große Herausforderung dar. Die Sensoren werden üblicherweise in einer vorgegebenen Anordnung in diesen Kryostaten eingebracht, beispielsweise in Form einer hexagonalen Anordnung von SQUIDs oder anderen Magnetsensoren. Dabei umfasst üblicherweise der Kryostat ein inneres Gefäß, mit darin aufgenommenen Sensoren, sowie ein äußeres Gefäß. Der Zwischenraum zwischen innerem Gefäß und äußerem Gefäß wird evakuiert. Dabei ist es jedoch von erheblicher Bedeutung, dass der Abstand zwischen den im inneren Kryostat-Gefäß aufgenommenen Sensoren und der Hautoberfläche des Patienten so klein wie möglich gehalten wird, da beispielsweise die Signalstärke mit einer hohen Potenz des Abstandes zwischen Sensor und Hautoberfläche abnimmt. Dementsprechend muss der Abstand zwischen den Böden des inneren und äußeren Gefäßes klein und äußerst konstant gehalten werden.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Kryostate bekannt, z.B. aus der JP 61201994, welche für magnetische Messungen eingesetzt werden können. So beschreibt beispielsweise WO 94/03754 ein Kryostatgefäß mit einem inneren Dewar und einem äußeren Dewar. Dabei ist eine Reihe von Strahlungsabschirmungen vorgesehen. Auch DE 298 09 387 U1 beschreibt einen Kryostaten für radiomagnetische Sondierungsverfahren, bei denen vorzugsweise SQUIDs eingesetzt werden. Der Kryostat weist eine hohe elektromagnetische Hochfrequenz-Transparenz auf. Dabei wird wiederum ein Doppelgefäß vorgeschlagen, wobei ein Sensor am Boden eines Innengefäßes aufgenommen ist. Dieses Innengefäß ist zweiteilig ausgebildet und zeigt ein Bodenteil mit einem hochgezogenen Rand, welcher eine Seitenwand teilweise umschließt.

Die herkömmlichen, für magnetische Messungen verwendeten Kryostaten weisen jedoch in der Praxis eine Vielzahl von Nachteilen und Schwierigkeiten auf, welche sich auf die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen auswirken können. So können beispielsweise beim Abpumpen des Zwischenraumes zwischen innerem und äußerem Gefäß Verformungen auftreten, welche bis hin zur Ausbildung von Wärmebrücken zwischen den Böden der Gefäße führen können. Zudem hat es sich gezeigt, dass insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem Bodenteil und der Seitenwand des Innengefäßes leicht Verspannungen auftreten können, welche bis hin zu Rissen führen können, was wiederum die Qualität des Kryostaten stark negativ beeinflussen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kryostaten bereitzustellen, welcher insbesondere für den Einsatz in biomagnetischen Messsystemen geeignet ist und welcher die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kryostaten zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere soll der Kryostat zuverlässig und reproduzierbar herstellbar sein und soll die oben beschriebenen Qualitätsprobleme vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kryostaten und ein Verfahren zur Herstellung eines Kryostaten mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination verwirklicht werden können, sind in Unteransprüchen dargestellt. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Es wird ein Kryostat für den Einsatz in einem biomagnetischen Messsystem vorgeschlagen, welcher mindestens ein Innengefäß und mindestens ein Außengefäß aufweist, sowie mindestens einen zwischen dem Innengefäß und dem Außengefäß angeordneten Hohlraum. Sinngemäß können auch mehrere derartige Innen- und/oder Außengefäße und/oder mehrere Hohlräume vorgesehen sein. Der Hohlraum soll mit einem Unterdruck beaufschlagbar sein, soll also abgedichtet werden können, um evakuiert werden zu können. Zu diesem Zweck können Innen- und Außengefäß beispielsweise entsprechende Dichtungen (beispielsweise separate Dichtringe und/oder Dichtklebungen an Verbindungsstellen oder ähnliche Arten von Dichtungen), einen Pumpenanschluss zum Verbinden mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums (z.B. einer Vakuumpumpe) oder ähnliches aufweisen.

Das Außengefäß und das Innengefäß können dabei aus einer Vielzahl möglicher Materialien gefertigt sein, welche die erforderliche mechanische Stabilität dieser Gefäße gewährleisten. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Gefäße ganz oder teilweise aus einem Faserverbundmaterial, also einem Verbund aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial aus einem Kunststoff hergestellt sind. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch eine Vielzahl weiterer Werkstoffe einsetzbar, wie beispielsweise Metalle, Kunststoffe, Keramiken oder eine Kombination dieser Materialien.

Das Innengefäß weist ein Bodenteil und eine in einem umlaufenden Verbindungsbereich mit dem Bodenteil verbundene Seitenwand auf. Diese modulare Aufbauweise hat sich gegenüber einstückigen Aufbauweisen als vorteilhaft erwiesen, da auf diese Weise bereits ein Großteil von Spannung im Übergangsbereich zwischen Boden und Seitenwänden vermieden werden können.

Um zusätzlich auch im Verbindungsbereich zwischen Bodenteil und Seitenwand eine Verstärkung zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Innengefäß in diesem Verbindungsbereich ein umlaufendes Verstärkungselement aufweist. Dieses Verstärkungselement soll ein erstes Faserverbundmaterial mit einem anisotrop orientierten ersten Fasermaterial mit einer lokalen Vorzugsrichtung aufweisen. Diese lokale Vorzugsrichtung soll im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Kryostaten orientiert sein. In anderen Worten umfasst das Fasermaterial Fasern, welche an jedem Ort des Verstärkungselements im Wesentlichen tangential angeordnet sind. Unter "im Wesentlichen" ist dabei vorzugsweise eine orientierte Ausrichtung der Fasern zu verstehen, welche mindestens 10 % beträgt, besonders bevorzugt mindestens 20 %. Auch soll die lokale Vorzugsrichtung der Fasern des Fasermaterials vorzugsweise um weniger als 20° von der Umfangsrichtung abweichen, vorzugsweise sogar um weniger als 10° oder weniger als 5°. Davon unberührt bleiben soll allerdings die Möglichkeit, dass das Fasermaterial Fasermatten oder ein Fasergewebe umfasst. Ein Fasergewebe kann beispielsweise Kettfäden und Schussfäden aufweisen. In diesem Fall sollen beispielsweise die Kettfäden oder die Schussfäden im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert sein, wohingegen die jeweils andere Fadenart senkrecht dazu orientiert ist, beispielsweise parallel zu einer Achse des Kryostaten. Insofern sind in diesem Beispiel vorzugsweise mindestens 40% oder sogar mindestens die Hälfte der Fasern im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert. Die Fasermatten als Ganze sollen in ihrer Längserstreckung ebenfalls eine tangentiale Orientierung aufweisen. Wenn eine lang gestrecktes Band einer Fasermatte eingesetzt wird, beispielsweise im Rahmen einer Wickeltechnik, so soll vorzugsweise die längere Achse dieses Bandes in Umfangsrichtung verlaufen.

Der Vorschlag des Verstärkungselements beruht darauf, dass nach zahlreichen Versuchen mit Faserverbundmaterialien herausgefunden wurde, dass die willkürliche Anordnung der Fasern in Faserverbundmaterialien in dem Verbindungsbereich erhebliche Probleme bereiten kann. So können beispielsweise für die Herstellung des Bodenteils Verfahren eingesetzt werden, bei welchen die Faserausrichtung im Wesentlichen in radialer Anordnung ausgerichtet ist. Aufgrund der leichten Durchbiegung der Fasern bei Kraftbeaufschlagung in radialer Richtung können jedoch Instabilitäten in der Gefäßwand auftreten, insbesondere beim Abpumpen des Hohlraums.

Das vorgeschlagene Verstärkungselement mit den in Umfangsrichtung orientierten Fasern des Fasermaterials hingegen wirkt wie ein "Verstärkungsgürtel" und beruht auf dem gleichen Grundgedanken wie beispielsweise Gürtelreifen in der Automobiltechnologie. Die einzelnen Fasern des Fasermaterials können ineinander verhakt sein, so dass das umlaufende Verstärkungselement in seiner Stabilität gegenüber in radialer Richtung nach außen verlaufenden Belastungen zusätzlich verstärkt wird.

Auf diese Weise kann die oben beschriebene Qualitäts- und Stabilitätsproblematik des Innengefäßes im besonders kritischen Verbindungsbereich zwischen Bodenteil und Seitenwand stark vermindert werden. Auch nach einer Vielzahl von Abpumpprozessen treten keine nennenswerten Beschädigungen oder Verschleißerscheinungen in diesem Bereich auf.

Der vorgeschlagene Kryostat kann auf verschiedene Weise vorteilhaft weitergebildet werden. So kann beispielsweise das Verstärkungselement als separates Verstärkungselement, beispielsweise als gürtelförmiges, reifenförmiges oder ringförmiges separates Verstärkungselement ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Verstärkungselement einstückig mit der Seitenwand oder, was noch mehr bevorzugt ist, einstückig mit dem Bodenteil ausgebildet ist. In letzterem Fall kann beispielsweise das Verstärkungselement Bestandteil eines hochgezogenen Randes des Bodenteils sein, welcher mit der Seitenwand in Kontakt steht und beispielsweise mit dieser verklebt ist.

Allgemein können für die Verbindung zwischen Bodenteil und Seitenwand verschiedene Verbindungstechniken eingesetzt werden, wobei Schweißen, Kleben, Vergießen oder andere Techniken oder Kombinationen dieser Techniken denkbar sind. Auch andere Techniken sind jedoch einsetzbar.

In dem Fall, in welchem das Verstärkungselement einstückig mit dem Bodenteil ausgebildet ist, ist es besonders bevorzugt, wenn auch das Bodenteil außerhalb des Verstärkungselements ein zweites Faserverbundmaterial aufweist. Dieses zweite Faserverbundmaterial kann beispielsweise ganz oder teilweise werkstoffidentisch mit dem ersten Faserverbundmaterial sein, d.h. es kann beispielsweise identische Matrixmaterialien und/oder identische Arten von Fasermaterialien aufweisen. Das zweite Faserverbundmaterial weist ein zweites Fasermaterial auf, welches beispielsweise isotrop orientiert sein kann oder wiederum anisotrop mit beispielsweise radialen Orientierung.

Wie oben beschrieben, ist es besonders bevorzugt, wenn das Verstärkungselement in Form eines Zylinderrings ausgestaltet ist. Dabei kann dieser Zylinderring auch Stufen aufweisen, wie beispielsweise eine Stufe, auf welcher die Seitenwand aufgesetzt ist.

Das Bodenteil kann, wie oben beschrieben, einen hochgezogenen Rand aufweisen, welcher im Wesentlichen parallel zur Seitenwand orientiert ist. Das Verstärkungselement kann integraler Bestandteil dieses hochgezogenen Rands sein, beispielsweise ein oberer Bereich dieses hochgezogenen Randes. Wie oben beschrieben, kann dieser hochgezogene Rand, insbesondere im Bereich des Verstärkungselements, weiterhin eine Stufung aufweisen, mit einer ins Innere des Innengefäßes weisenden tieferen Stufenfläche. Auf dieser tieferen Stufenfläche kann die Seitenwand aufsitzen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Seitenwand im unteren Bereich von einem hochgezogenen Ring oder Kragen der Stufung umschlossen sein. Besonders bevorzugt ist es in diesem Fall, wenn dieser hochgezogene Ring der Stufung, welcher die Seitenwand umfasst, das Verstärkungselement beinhaltet.

Die Seitenwand kann grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt aufweisen, wobei eine Axialsymmetrie um eine Achse des Kryostaten bevorzugt ist. Besonders bevorzugt sind dabei runde oder polygonale Querschnitte, sodass die Seitenwand beispielsweise als Hohlzylinder mit kreisförmigem oder polygonem Querschnitt hergestellt sein kann.

Das erste Fasermaterial und/oder gegebenenfalls auch das zweite Fasermaterial kann insbesondere mindestens eines der folgenden Fasermaterialien aufweisen: Ein Glasfasermaterial, ein Kohlefasermaterial, ein Mineralfasermaterial. Auch Kombinationen dieser und/oder anderer Materialien sind möglich. Wie oben dargestellt, ist es dabei besonders bevorzugt, wenn das Fasermaterial eine Vielzahl ineinander verhakter Fasern aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Fasermaterial mindestens eine Fasermatte umfasst, welche beispielsweise im Wesentlichen parallel orientierte Fasern beinhalten kann, wobei auch Abweichungen von vorzugsweise nicht mehr als 10°-20° von der Parallelität noch tolerabel sind. Diese Fasermatte kann dann beispielsweise eine längliche Form aufweisen, beispielsweise die Form eines langgezogenen Streifens, wobei dann vorzugsweise die Fasern parallel zur Längserstreckung dieses Streifens angeordnet sind. Die Fasermatte sollte sich über mindestens einmal den Umfang des Verstärkungselements erstrecken, wobei besonders bevorzugt ist, wenn diese Fasermatte mehrfach um diesen Umfang herumreicht. In diesem Fall kann eine Wickeltechnik verwendet werden, was in einem besonders stabilen Verstärkungselement resultiert.

Wie oben beschrieben, weist das Faserverbundmaterial weiterhin ein Matrixmaterial auf. Dieses Matrixmaterial kann mindestens eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, ein duroplastisches Kunststoffmaterial, insbesondere ein Epoxidharz, ein Elastomermaterial. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Matrixmaterial ein zunächst verformbares (d.h. z.B. fließfähiges) Matrixmaterial umfasst, welches anschließend ausgehärtet werden kann, beispielsweise durch ein thermisches und/oder photochemisches und/oder chemisches Aushärten oder ein Aushärten durch einfaches Abwarten. Zahlreiche derartige Materialien sind aus dem Stand der Technik bekannt und sind einsetzbar. Beispiele derartiger Harze werden unten näher dargestellt.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn das Bodenteil zur Aufnahme der biomagnetischen Sensoren, wobei es sich beispielsweise um SQUIDs und/oder um magnetooptische Sensoren handeln kann, eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist. Diese Vertiefungen sollen im Inneren des Innengefäßes angeordnet sein und zur Bodenseite des Kryostaten weisen. Beispielsweise können die Vertiefungen in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sein und z.B. 64 Vertiefungen umfassen. Auch andere Anzahlen von Vertiefungen und/oder Anordnungen von Vertiefungen sind jedoch möglich.

Weiterhin wird ein biomagnetisches Messsystem vorgeschlagen, welches mindestens einen Kryostaten gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhaltet, sowie mindestens einen biomagnetischen Sensor zur Detektion eines magnetischen Feldes. Für die Ausgestaltung dieser Sensoren kann beispielsweise auf WO 03/073117A1, EP 0359 864 B1 oder andere Druckschriften aus dem Bereich biomagnetischer Sensoren verwiesen werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kryostaten für den Einsatz in einem biomagnetischen Messsystem vorgeschlagen. Dieses Verfahren kann beispielsweise genutzt werden, um einen Kryostaten gemäß einem der obigen Ausführungsbeispiele herzustellen, so dass bezüglich möglicher Verfahrensvarianten weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Der Kryostat weist wiederum mindestens ein Innengefäß und mindestens ein Außengefäß sowie mindestens einen zwischen dem Innengefäß und dem Außengefäß angeordneten Hohlraum auf, welcher mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist. Das Innengefäß weist wiederum ein Bodenteil und eine in einem umlaufenden Verbindungsbereich mit dem Bodenteil verbundene Seitenwand auf, wobei das Innengefäß in dem Verbindungsbereich ein umlaufendes Verstärkungselement aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Mindestens ein zweites Fasermaterial wird in eine Form für das Bodenteil eingebracht, wobei die Form einen Bereich zur Erzeugung des Verstärkungselements aufweist. Das erste Faserverbundmaterial wird im Wesentlichen außerhalb des Bereichs zur Erzeugung des Verstärkungselements angeordnet.
• Mindestens ein erstes Fasermaterial wird in die Form eingebracht, wobei das erste Fasermaterial im Wesentlich innerhalb des Bereichs zur Erzeugung des Verstärkungselements angeordnet wird und wobei das erste Fasermaterial im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert wird.
• Mindestens ein aushärtbares Matrixmaterial wird in die Form eingebracht und ausgehärtet.

Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge oder auch in einer anderen Reihenfolge oder zeitlich überlappend durchgeführt werden.

Die Form kann beispielsweise eine übliche Gießform (auch Werkzeug genannt) für Gießprozesse umfassen. Auch andere Formen sind jedoch denkbar, je nach eingesetzter Herstellungstechnik.

Wie oben beschrieben, kann bei dem Einbringen des ersten Fasermaterials beispielsweise eine Wickeltechnik verwendet werden. So kann beispielsweise eine langgestreckte Fasermatte verwendet werden, mit in Umfangsrichtung orientierten Fasern, welche mindestens einmal, vorzugsweise mehrfach, über den gesamten Umfang des Bereichs zur Erzeugung des Verstärkungselements in der Form angeordnet wird.

Weiterhin ist es für den seriellen Einsatz bevorzugt, wenn eine Vielzahl verschiedener Bodenteile für das Innengefäß vorgehalten werden kann, welche für unterschiedliche Arten von Sensoren eingesetzt werden können. Beispielsweise können unterschiedliche Sensoren verwendet werden, welche einen jeweils verschiedenen Abstand zur Hautoberfläche eines Patienten erfordern. Diese modulare Technik würde jedoch bei herkömmlichen Verfahren bedeuten, dass für jedes Sensorsystem mit unterschiedlichen Sensoren eine neue Form konstruiert werden muss, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Um dennoch die oben beschriebene Fasertechnik kostengünstig umsetzen zu können und um auch bei dem vorgeschlagenen, qualitativ sehr stabilen Kryostaten die Herstellung eines "Baukastensytems" für verschiedene Sensoren zu ermöglichen, wird daher vorgeschlagen, die Vertiefungen zur Aufnahme der biomagnetischen Sensoren dadurch zu erzeugen, dass die Form eine Mehrzahl von auswechselbaren Kernen aufweist. Diese Kerne können die gewünschte Negativform zu den Vertiefungen aufweisen und können je nach gewünschter Tiefe der Vertiefungen ausgewählt werden. Auf diese Weise lassen sich auch im großseriellen Einsatz Kryostate für eine Vielzahl von Sensoren herstellen, welche dennoch die oben beschriebenen positiven Qualitätseigenschaften aufweisen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.

Im Einzelnen zeigt:

Figur 1

ein Ausführungsbeispiel für einen Kryostaten für den Einsatz in einem biomagnetischen Messsystem in einer Schnittdarstellung;

Figur 2

einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Figur 1 im Bereich eines Überganges zwischen einem Bodenteil und einer Seitenwand eines Innengefäßes;

Figur 3

einen Ausschnitt aus der Darstellung gemäß Figur 1, welcher das Bodenteil des Innengefäßes zeigt; und

Fig. 4A-4C

Teilschritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kryostaten für den Einsatz in einem biomagnetischen Messsystem.

In Figur 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kryostaten 110 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Kryostat 110 weist ein Innengefäß 112 und ein das Innengefäß 112 umschließendes Außengefäß 114 auf.

Das Außengefäß 114 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet und weist verschiedene Flansche 116 und 118 auf. Während der untere dieser Flansche 116 im Wesentlichen Halterungsfunktionen übernimmt, dient der obere Flansch 118 zur Aufnahme eines Deckels 120 des Außengefäßes 114. Durch diesen Deckel 120 ragt ein Hals 122 des Innengefäßes 112. Durch diesen Hals 122 können biomagnetische Sensoren (in Figur 1 nicht dargestellt) ins Innere eines (ebenfalls im Wesentlichen zylindrischen) Hauptgefäßes 124 des Innengefäßes 112 eingebracht werden. Zudem können Zuleitungen zu diesen Sensoren durch den Hals 122 nach außen geführt und mit einer entsprechenden Elektronik verbunden werden, sodass Messsignale dieser Sensoren abgefragt werden können.

Zwischen dem Innengefäß 112 und dem Außengefäß 114 ist ein Hohlraum 126 ausgebildet. Dieser Hohlraum 126 kann mittels eines in Figur 1 nicht dargestellten Vakuumstutzens evakuiert werden. Durch diese Evakuierung und Ausbildung eines Unterdrucks in diesem Hohlraum 126 wird eine Isolationswirkung des Kryostaten 110 erhöht. Auf diese Weise kann der Innenraum des Hauptgefäßes 124 des Innengefäßes 112 beispielsweise mittels flüssigen Heliums gekühlt werden, ohne dass in kurzen Abständen eine Ergänzung bzw. Ersetzung dieses flüssigen Heliums erforderlich wäre.

Sowohl das Innengefäß 112 als auch das Außengefäß 114 weisen im Wesentlichen durchgehend Faserverbundmaterialien als Werkstoffe auf. Weiterhin sind sowohl das Innengefäß 112 als auch das Außengefäß 114 modular aufgebaut. So weist beispielsweise das Außengefäß 114 neben dem Deckel 120 eine Seitenwand 128 und ein Bodenteil 130 auf. Das Innengefäß 112 weist neben dem Hals 122 im Bereich des Hauptgefäßes 124 einen Kreisring 132 auf, welcher den Hals 122 gegenüber dem Hauptgefäß 124 abdichtet. Weiterhin weist das Innengefäß 112 eine Seitenwand 134 auf sowie ein Bodenteil 136. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 128,134 mit einer zylindrischen Gestalt ausgestattet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. So können beispielsweise auch polygonale Querschnitte oder unregelmäßige Querschnitte eingesetzt werden.

Ein besonders kritischer Bereich bei der Herstellung des Kryostaten 110 ist der in Figur 1 mit der Bezugsziffer 138 bezeichnete Bereich des Übergangs zwischen dem Bodenteil 136 und der Seitenwand 134 des Innengefäßes 112. Dieser Bereich 138 ist in Figur 3 in vergrößerter Detaildarstellung gezeigt. Als weiter vergrößerter Bereich ist in Figur 2 ein Verbindungsbereich 140 im Detail dargestellt. Beide Figuren sollen im Folgenden gemeinsam erläutert werden.

Beim Evakuieren des Hohlraums 126 in Figur 1 wirkt auf die Seitenwand 134 des Innengefäßes 112 eine nach außen, zum Hohlraum 126 hin gerichtete Kraft. Diese Kraft führt in dem umlaufenden Verbindungsbereich 140 zwischen dem Bodenteil 136 und der Seitenwand 134 des Innengefäßes 112 zu Verspannungen. Um in diesem Verbindungsbereich 140 Rissbildungen aufgrund dieser Verspannungen zu vermeiden, weist der Verbindungsbereich 140 ein umlaufendes Verstärkungselement 142 auf, welches in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Bodenteil 136 ausgebildet ist. Das Bodenteil 136 weist einen hochgezogenen, kreisringförmigen Rand 144 auf, welcher in seinem oberen Bereich als Stufe 146 ausgebildet ist. Diese Stufe 146 weist eine untere Stufenfläche 148 auf, auf welcher der untere Rand der Seitenwand 134 des Innengefäßes 112 aufliegt. Weiterhin beinhaltet die Stufe 146 einen Kragen 150, welcher den unteren Rand der Seitenwand 134 ringförmig umgibt.

Das Verstärkungselement 142 unterscheidet sich vom restlichen Bodenteil 136 im Wesentlichen durch seine strukturellen Eigenschaften. So ist das gesamte Bodenteil 136 aus einem Faserverbundmaterial hergestellt, welches vorzugsweise ein Epoxidharz als Matrixmaterial und beispielsweise Glasfasern als Fasermaterial umfasst. Daneben können weitere Zusatzstoffe umfasst sein. Im Bereich des Verstärkungselements 142 ist dieses Fasermaterial, welches in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt ist, in Umfangsrichtung orientiert und weist somit in Figur 2 in die Zeichenebene hinein. Im restlichen Bodenteil 136 hingegen ist die Faserorientierung des Fasermaterials im Wesentlichen radial verlaufend, also in Figur 2 parallel zur Zeichenebene. Die Orientierung der Fasermaterialien wird nachstehend anhand der Figuren 4A-4C noch näher erläutert.

Weiterhin ist in den Figuren 2 und 3 zu erkennen, dass das Bodenteil 136 eine Reihe von Vertiefungen 152 aufweist. Diese Vertiefungen 152 dienen der Aufnahme von biomagnetischen Sensoren, welche in den Figuren nicht dargestellt sind. Beispielsweise lassen sich zu diesem Zweck SQUIDs einsetzen, welche beispielsweise an einem durch den Hals 122 des Innengefäßes 112 in das Hauptgefäß 124 eingebrachten Gestänge gelagert sind. Die biomagnetischen Sensoren können beispielsweise in einer hexagonalen Anordnung im Bodenteil 136 aufgenommen sein, so dass diese über einen Flächenbereich hinweg Messsignale aufnehmen und somit beispielsweise einen Brustbereich eines Patienten kartieren können. Die Vertiefungen 152 dienen beispielsweise dem Zweck, die biomagnetischen Sensoren zu fixieren und darüber hinaus den Abstand zwischen Sensor und Hautoberfläche des Patienten dadurch zu verkürzen, dass die effektive Bodendicke des Bodenteils 136 von ursprünglich D auf den Abstand d in Figur 2 reduziert wird. Weiterhin sind im Bodenteil 136 Gewindebohrungen 154, an welchen beispielsweise ein Gestänge zur Halterung der biomagnetischen Sensoren fixiert werden kann.

In den Figuren 4A-4C sind Teilschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Kryostaten dargestellt, beispielsweise eines Kryostaten gemäß den obigen Figuren 1 bis 3. Dabei sind lediglich die Teilschritte des Verfahrens gezeigt, welche zur Herstellung des Bodenteils 136 führen, und davon jeweils wiederum nur ein Ausschnitt, welcher im Wesentlichen dem Ausschnitt gemäß Figur 2 entspricht und somit insbesondere das Verstärkungselement 142 umfasst.

In einem ersten Verfahrensschritt gemäß Figur 4A wird ein Fasermaterial 156, in einer ersten Formhälfte 160 angeordnet. Diese erste Formhälfte 160 entspricht im Wesentlichen der späteren Außenkontur des Bodenteils 136, beispielsweise gemäß Figur 2.

Innerhalb der ersten Formhälfte 160 sind zwei Bereiche zu unterscheiden: Ein erster Bereich 162, in welchem später das Verstärkungselement 142 entsteht, und ein zweiter Bereich 164, der das Bodenteil 136 außerhalb des Verstärkungselements 164 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass das Fasermaterial 156,158 ein mattenförmiges Fasermaterial ist, wobei für beide Bereiche 162, 164 beispielsweise identische Fasermaterialien 156, 158 verwendet werden können.

Die beiden Bereiche 162, 164 unterscheiden sich bei der Herstellung im Wesentlichen in der Ausrichtung des Fasermaterials 156, 158. Während im Bereich 164 das Fasermaterial im Wesentlichen in radialer Ausrichtung in die erste Formhälfte 160 eingelegt wird, wird das Fasermaterial 158 im Bereich 162, in welchem später das Verstärkungselement 142 entsteht, in Umfangsrichtung orientiert. Beispielsweise können in diesem Beispiel Fasermatten mit parallelen, ineinander verhakten Fasern derart in diesen Bereich 162 der ersten Formhälfte 160 eingepresst werden, dass diese Fasermatten mehrfach um den hochgezogenen Rand dieser ersten Formhälfte 160 umlaufen. Diese Technik kann als "Wickeltechnik" bezeichnet werden. Die Fasermatter 156 können jedoch auch zumindest teilweise in den Bereich 162 hineinragen.

In Figur 4B ist gezeigt, wie als nächster Verfahrensschritt das Fasermaterial 156,158 mit einem aushärtbaren Matrixmaterial 166 vergossen wird. Bei diesem Matrixmaterial 166 kann es sich beispielsweise um ein aushärtbares Epoxidharz handeln. Als mögliches Ausführungsbeispiel kann ein Epoxidharz vom Typ L 20 (beispielsweise von R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH, 71107 Waldenbuch, Deutschland) mit einem Härter beispielsweise vom Typ EPH 161 (beispielsweise ebenfalls von R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH, 71107 Waldenbuch, Deutschland) eingesetzt. Ein weiteres einsetzbares Beispiel stellt der Zweikomponentenkleber Stycast 2850 FT (AAT Aston GmbH, Nürnberg, Deutschland) dar, wobei beispielsweise als Härter der Catalyst 9 (ebenfalls AAT Aston GmbH, Nürnberg, Deutschland) eingesetzt werden kann. Als Fasermaterial 156, 158 kann beispielsweise ein E-Glas mit einem Glasgewebe einer Dichte von 160 g/m² (beispielsweise von R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH, 71107 Waldenbuch, Deutschland) eingesetzt werden. Auch andere Arten von Fasermaterialien 156, 158 und/oder aushärtbaren Matrixmaterialien 166 sind jedoch selbstverständlich einsetzbar.

Anschließend wird, wie in Figur 4C dargestellt, eine zweite Formhälfte 168 auf die erste Formhälfte 160 aufgedrückt. Das Matrixmaterial 166 und das Fasermaterial 156,158 wird dabei zusammengedrückt, wobei beispielsweise Öffnungen vorgesehen sein können, durch die überschüssiges Matrixmaterial 166 aus dem Innenraum zwischen den beiden Formhälften 160, 168 entweichen kann. Durch die Zusammenwirkung der beiden Formhälften 160, 168 enthält der Innenbereich zwischen diesen Formhälften im Wesentlichen die Form des späteren Bodenteils 136. Das Matrixmaterial 166 kann nun aushärten, wobei dieser Aushärtungsprozess beispielsweise einen Polymerisierungsprozess, einen Trocknungsprozess oder Ähnliches umfassen kann. Das Aushärten kann beispielsweise durch thermische Aktivierung, durch chemische Aktivierung, durch photochemische Aktivierung oder durch die Beimengung von Startern begünstigt werden. Auch ein einfaches Abwarten ist jedoch möglich. Die genaue Ausgestaltung des Aushärtungsprozesses hängt in der Regel von der Wahl des Matrixmaterials 166 ab. Auf diese Weise bildet sich beim Aushärten das Bodenteil 136 aus, welches beispielsweise ausgestaltet sein kann wie in Figur 2 dargestellt, umfassend das Verstärkungselement 142 im Verbindungsbereich 140.

Weiterhin ist in Figur 4C noch eine zusätzlich, optionale Verfahrensvariante dargestellt, bei welcher die Vertiefungen 152 gemäß den Figuren 2 und 3 hergestellt werden können. Zu diesem Zweck weist die zweite Formhälfte 168 eine Mehrzahl von auswechselbaren Kernen 170 auf, welche ein Negativ dieser Vertiefungen 152 darstellen. Beispielsweise können mit ein und derselben zweiten Formhälfte 168 eine Vielzahl von Kernen 170 vorgehalten werden, um beispielsweise Kryostate 110 mit variierenden Tiefen der Vertiefungen 152 (d.h. variierender Größe d in Figur 2) herstellen zu können. Eine Variation dieser Größe d, d.h. der Tiefe der Vertiefungen 152, wirkt sich auch nur unwesentlich auf die Stabilität des Verbindungsbereiches 140 zwischen Bodenteil 136 und Seitenwand 134 des Innengefäßes 112 aus, da diese Stabilität im Wesentlichen durch das Verstärkungselement 142, welches wie ein Verstärkungsgürtel wirkt, bedingt ist.

110

Kryostat

112

Innengefäß

114

Außengefäß

116

Flansch

118

Flansch

120

Deckel

122

Hals des Innengefäßes

124

Hauptgefäß

126

Hohlraum

128

Seitenwand Außengefäß

130

Bodenteil Außengefäß

132

Kreisring

134

Seitenwand Innengefäß

136

Bodenteil Innengefäß

138

Kritischer Bereich

140

Verbindungsbereich

142

Verstärkungselement

144

Hochgezogener Rand

146

Stufe

148

Stufenfläche

150

Kragen

152

Vertiefungen

154

Gewindebohrungen

156

Fasermaterial

158

Fasermaterial

160

Erste Formhälfte

162

Bereich des Verstärkungselements

164

Bereich außerhalb des Verstärkungselements

166

Matrixmaterial

168

Zweite Formhälfte

170

Auswechselbarer Kern