專利名稱：用于降低致冷劑的消耗的預(yù)冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來講涉及磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，并且具體講，涉及一種降低MRI系統(tǒng)中的致冷劑消耗的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)是一種公知的醫(yī)療手段，用于使用核磁共振(NMR)方法獲取病體的細(xì)致的一維、二維和三維圖像。MRI非常適于軟組織的造影，并且主要用于診斷疾病病理和體內(nèi)損傷。
典型的MRI系統(tǒng)包括一個(gè)超導(dǎo)磁體，能夠圍繞著患者或患者的一部分產(chǎn)生強(qiáng)均勻磁場(chǎng)；一個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)線圈，并且包圍或照射在患者的一部分上；一個(gè)梯度線圈系統(tǒng)，也包圍著患者的一部分；和一個(gè)計(jì)算機(jī)處理/成像系統(tǒng)，從接收線圈接收信號(hào)并將這些信號(hào)處理為可判別的信號(hào)，比如可視圖像。
所述超導(dǎo)磁體與一個(gè)梯度線圈組件結(jié)合使用，對(duì)該超導(dǎo)磁體施加短暫的脈沖信號(hào)，以在MRI數(shù)據(jù)采集過程期間在主磁場(chǎng)中產(chǎn)生一個(gè)受控梯度序列。由于主超導(dǎo)磁體產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，在這樣的磁場(chǎng)所覆蓋的空間中點(diǎn)與點(diǎn)之間沒有空間特性變化；因此，從這樣的磁場(chǎng)中無法提取出空間信息，尤其是有關(guān)圖像的空間信息，從而需要通過引入用于造成場(chǎng)強(qiáng)的空間(和時(shí)間)變化的輔助手段來解決這一問題。這一功能是由上述的梯度線圈組件實(shí)現(xiàn)的；并且是借助生成梯度場(chǎng)這種手段來對(duì)空間信息進(jìn)行典型編碼的。
超導(dǎo)磁體是在極低溫度下進(jìn)行工作的。這通常通過使用諸如液氦之類的制冷劑來實(shí)現(xiàn)。必須經(jīng)常儲(chǔ)備這些制冷劑并且在低溫下供應(yīng)制冷劑，以便提供適當(dāng)?shù)男?。不過，諸如液氦這樣的制冷劑并不是供應(yīng)充足的，因此可能對(duì)MRI系統(tǒng)的操作成本造成很大的影響。此外，將液氦暴露在室溫下，磁體可能會(huì)導(dǎo)致液氦的沸騰，這會(huì)對(duì)MRI系統(tǒng)的性能和效率造成不良的影響。
我們知道，基于MRI系統(tǒng)的制冷劑的節(jié)省效果和效能可以通過將MR磁體部件從室溫冷卻到接近于最終液氦工作溫度的中間溫度來得到提高。預(yù)冷卻MR磁體部件優(yōu)選通過低成本且易于得到的制冷材料來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的預(yù)制冷設(shè)計(jì)方案是在熱力效率很低的條件下操作的，消耗了更多的冷凍劑/制冷劑。這加重了液氦系統(tǒng)的運(yùn)行成本。再有，這種低效率可能會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的冷凝物/積冰的產(chǎn)生。這可能會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)軸承的凍結(jié)和卡死。為了使軸承凍結(jié)的影響最小，可以對(duì)鼓風(fēng)機(jī)和軸承進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。不過，這需要使用特殊的鼓風(fēng)機(jī)，從而既增加了MRI系統(tǒng)的初始成本又增加了維護(hù)和更換鼓風(fēng)機(jī)的成本。
因此，非常需要使MRI冷卻組件具有經(jīng)提高的制冷效率并且降低制冷劑的消耗。另外還非常需要使MRI冷卻組件無需價(jià)格昂貴的專用鼓風(fēng)機(jī)組件即可得以實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種MRI系統(tǒng)。該MRI系統(tǒng)包括一個(gè)磁體組件。利用了一種第一低溫冷卻液來冷卻該磁體組件。一個(gè)第一供給管線將該第一低溫冷卻液輸送到磁體組件中。一個(gè)第一回流管線將所述第一低溫冷卻液送離磁體組件。一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)組件定位在第一供給管線與第一回流管線之間并且與該第一供給管線和第一回流管線相連通。一個(gè)蓄熱式熱交換器與第一供給管線和第一回流管線相連通。該蓄熱式熱交換器將熱能從第一供給管線傳遞到第一回流管線。該蓄熱式熱交換器定位在鼓風(fēng)機(jī)組件與磁體組件之間。第二供給管線經(jīng)過預(yù)冷卻器組件輸送第二致冷液。該預(yù)冷卻器組件定位于蓄熱式熱交換器(36)與磁體組件之間。該預(yù)冷卻器組件將熱能從第一供給管線傳遞給第二供給管線。
通過結(jié)合附圖參閱后述的詳細(xì)說明，本發(fā)明本身及其所附帶的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)得到良好的理解。


為了更加全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將對(duì)在附圖中更加詳細(xì)地圖解說明了的且在下文中借助本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行了介紹的實(shí)施例進(jìn)行參照，其中圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MRI系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的MRI系統(tǒng)10的示意圖。我們期望本發(fā)明能夠得以實(shí)施到各種各樣的磁共振成像設(shè)計(jì)方案中，而不應(yīng)當(dāng)局限于那些具體介紹的實(shí)施例。設(shè)想該MRI系統(tǒng)10包括一個(gè)磁體組件12。使用磁體組件12在醫(yī)療成像領(lǐng)域中是公知的。雖然所預(yù)期的是各種各樣的磁體組件12，但是一個(gè)具體實(shí)施方式
所關(guān)注的是使用超導(dǎo)磁體組件12。
磁體組件12需要維持在特定的溫度范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。為此，本發(fā)明還包括一個(gè)MRI冷卻組件14。該MRI冷卻組件包括與磁體組件12連通的一個(gè)第一供給管線16和一個(gè)第一回流管線18。第一供給管線16和第一回流管線18將第一低溫冷卻液20輸送到磁體組件12中并從磁體組件12中向外輸送該第一低溫冷卻液20。應(yīng)當(dāng)理解，第一供給管線16和第一回流管線18可以以適用于這一目的的各種各樣的結(jié)構(gòu)形式形成。同樣，雖然我們所預(yù)期的是各種各樣的第一低溫冷卻液20，但是一種具體實(shí)施方式
使用了氦液/氣作為該第一低溫冷卻液20。
在第一供給管線16和第一回流管線18之間與磁體組件12相對(duì)地定位了一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)組件22。該鼓風(fēng)機(jī)組件22負(fù)責(zé)使第一低溫冷卻液20遍及MRI冷卻組件14流動(dòng)。在預(yù)冷卻操作期間，通過壓縮氦/第一致冷劑20并使氦/第一致冷劑20流過MRI冷卻組件14，磁體組件12的溫度可以得到降低。不過，我們知道，這樣的系統(tǒng)單獨(dú)工作時(shí)的熱效率可能會(huì)影響MRI冷卻組件14的設(shè)計(jì)。因此，本發(fā)明還包括一個(gè)預(yù)冷卻器組件24。
預(yù)冷卻器組件24通過第一供給管線16與第一低溫冷卻液20進(jìn)行熱連通(in thermal communication)。優(yōu)選將該預(yù)冷卻器組件24定位得直接與磁體組件12相鄰。術(shù)語直接相鄰的意思是指，在流程中比后面將要介紹的熱交換器更加接近磁體組件12。可以各種各樣的樣式構(gòu)成該預(yù)冷卻器組件24。一種實(shí)施方式考慮使用一種流經(jīng)第二供給管線28的第二致冷液26。該預(yù)冷卻器組件24安排該第二供給管線28與第一供給管線16進(jìn)行熱傳遞，從而將熱能29從第一供給管線16中吸取出來進(jìn)入第二供給管線28。這降低了進(jìn)入磁體組件12之前的第一致冷劑20的溫度。這順次提高了MRI冷卻組件14的效率。
雖然可以以多種方式供應(yīng)第二冷卻液26，但是一種實(shí)施方式考慮使用與第二供應(yīng)線28連通的壓縮致冷劑源30?？梢詫⒔?jīng)壓縮的第二致冷劑26可控地釋放到第二供應(yīng)線28中，以控制第一致冷劑20的預(yù)冷卻。按照這種實(shí)施方式，可以在與壓縮致冷劑源30相對(duì)的位置上安排一個(gè)與第二供應(yīng)線28連通的通氣口32。利用該通氣口32使得第二致冷劑26能夠得以排放到大氣中。取決于工作環(huán)境的大小，可能會(huì)希望將該通氣口32定位得將第二致冷劑26排放到室外大氣環(huán)境中。雖然第二致冷劑26可以由各種材料構(gòu)成，但是一種實(shí)施方式考慮使用液氮。這實(shí)現(xiàn)了在保全第一致冷劑20流通路徑的比較封閉的環(huán)路系統(tǒng)中的較為昂貴的致冷劑的同時(shí)使用相對(duì)便宜的冷凍劑。應(yīng)當(dāng)理解，雖然可以將第一致冷劑20流看作閉合環(huán)路，但是在正常操作期間還是要考慮第一致冷劑20的損耗的。為此，本發(fā)明可以還包括一個(gè)與第一回流管線18相連通的補(bǔ)充氣體供應(yīng)源34，以便補(bǔ)償?shù)谝恢吕鋭?0的損耗。
使用預(yù)冷卻器組件24所產(chǎn)生的影響是由從磁體組件12返回到鼓風(fēng)機(jī)組件22的第一致冷劑20的低溫引起的。本發(fā)明通過包括一個(gè)與第一供給管線16和第一回流管線18二者都連通的蓄熱式熱交換器36來解決這一問題。該蓄熱式熱交換器36定位于磁體組件12與鼓風(fēng)機(jī)組件22之間。該蓄熱式熱交換器36安排第一供給管線16與第一回流管線18進(jìn)行熱連通，從而可將熱能29從第一供給管線16傳送給第一回流管線18。這樣，可以利用供給線16中所含的熱能29來升高進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)組件22的第一致冷劑20的溫度。這防止了第一致冷劑20凍結(jié)或卡死鼓風(fēng)機(jī)組件22的軸承。優(yōu)選流過第一回流管線18的第一致冷劑是以室溫或接近室溫流出該蓄熱式熱交換器36的。這樣就可以使用低成本且普通的室溫鼓風(fēng)機(jī)組件22了。術(shù)語“室溫鼓風(fēng)機(jī)組件”是指包括這樣一個(gè)范圍的鼓風(fēng)機(jī)組件設(shè)計(jì)用于在攝氏5-50度溫度之間工作。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)范圍實(shí)際上僅僅是舉例說明。這些鼓風(fēng)機(jī)組件22實(shí)現(xiàn)了在提高效率的同時(shí)降低MRI冷卻組件14的成本。所給出的效率實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)冷凍劑的使用。
本發(fā)明通過包括一個(gè)冷卻器后熱交換器(after-cooler heat exchanger)38進(jìn)一步提高了效率。該冷卻器后熱交換器38與第一供應(yīng)線16進(jìn)行熱連通，并且將熱能29從第一致冷劑20中傳送到室溫環(huán)境40中。應(yīng)當(dāng)理解，環(huán)境室內(nèi)溫度取決于MRI組件10所處的位置并且與室內(nèi)條件有關(guān)。優(yōu)選將冷卻器后熱交換器38定位在蓄熱式熱交換器36與鼓風(fēng)機(jī)組件22之間。這樣就將壓縮熱排到室溫環(huán)境中而不是排到冷媒中。這減小了第二致冷劑26的消耗并增加了處理過程的熱力學(xué)效率。這反過來使得商產(chǎn)生最小并且能夠降低冷凍劑成本。
雖然在上面的應(yīng)用中已經(jīng)引用了許多的熱交換器，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明關(guān)注的是使用任何現(xiàn)有的和未來的方法來實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞，它們將如在此所介紹的和所要求保護(hù)的方案那樣起作用。此外，我們期望蓄熱式熱交換器36和預(yù)冷卻器組件24可以借助標(biāo)準(zhǔn)低溫工業(yè)慣例受到諸如溫度和濕度之類的環(huán)境室內(nèi)條件方面的保護(hù)。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，上面所介紹的設(shè)備能夠適用于各種目的，并且并不局限于下述系統(tǒng)MRI系統(tǒng)、磁共振頻譜系統(tǒng)以及其它預(yù)冷卻會(huì)在功能方面和/或經(jīng)濟(jì)方面對(duì)其有所幫助的應(yīng)用系統(tǒng)。還可以對(duì)上述的發(fā)明進(jìn)行不超出由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的思想和范圍的改變。
權(quán)利要求
1.一種MRI系統(tǒng)(10)，包括一個(gè)磁體組件(12)；一種第一低溫冷卻液(20)；一個(gè)第一供給管線(16)，該第一供給管線與所述磁體組件(12)相連通，所述第一供給管線(16)將所述第一低溫冷卻液(20)輸送到所述磁體組件(12)；一個(gè)第一回流管線(18)，該第一回流管線與所述磁體組件(12)相連通，所述第一回流管線(18)將所述第一低溫冷卻液(20)送離所述磁體組件(12)；一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)組件(22)，該鼓風(fēng)機(jī)組件(22)定位于所述第一供給管線(16)與所述第一回流管線(18)之間并且與所述第一供給管線(16)和所述第一回流管線(18)相連通；一個(gè)蓄熱式熱交換器(36)，該蓄熱式熱交換器(36)與所述第一供給管線(16)和所述第一回流管線(18)相連通，所述蓄熱式熱交換器(36)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞給所述第一回流管線(18)，所述蓄熱式熱交換器(36)定位于所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)與所述磁體組件(12)之間；一個(gè)第二供給管線(28)，該第二供給管線(28)輸送第二冷卻液(26)；和一個(gè)預(yù)冷卻器組件(24)，該預(yù)冷卻器組件(24)定位于所述蓄熱式熱交換器(36)與所述磁體組件(12)之間，所述預(yù)冷卻器組件(24)與所述第一供給管線(16)和所述第二供給管線(28)相連通，所述預(yù)冷卻器組件(24)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞給所述第二供給管線(28)。
2.如權(quán)利要求1所述的MRI系統(tǒng)(10)，還包括一個(gè)冷卻器后熱交換器(38)，該冷卻器后熱交換器(38)與所述第一供給管線(16)相連通，所述冷卻器后熱交換器(38)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞走。
3.如權(quán)利要求1所述的MRI系統(tǒng)(10)，其中將所述蓄熱式熱交換器(36)構(gòu)成得使流經(jīng)所述第一回流管線(18)的所述第一低溫冷卻液(20)以基本為室溫的溫度流出所述蓄熱式熱交換器(36)。
4.如權(quán)利要求2所述的MRI系統(tǒng)(10)，其中所述冷卻器后熱交換器(36)定位在所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)與所述磁體組件(12)之間。
5.一種由MRI磁體組件(12)使用的MRI冷卻組件(14)，包括第一低溫冷卻液(20)；第一供給管線(16)，該第一供給管線與磁體組件(12)相連通，所述第一供給管線(16)將所述第一低溫冷卻液(20)輸送到磁體組件(12)；第一回流管線(18)，該第一回流管線與磁體組件(12)相連通，所述第一回流管線(18)將所述第一低溫冷卻液(20)送離磁體組件(12)；鼓風(fēng)機(jī)組件(22)，該鼓風(fēng)機(jī)組件(22)定位于所述第一供給管線(16)與所述第一回流管線(18)之間并且與所述第一供給管線(16)和所述第一回流管線(18)相連通；冷卻器后熱交換器(38)，該冷卻器后熱交換器(38)定位于所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)與磁體組件(12)之間，所述冷卻器后熱交換器(38)與所述第一供給管線(16)相連通，所述冷卻器后熱交換器(38)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞到室溫環(huán)境；第二供給管線(28)，該第二供給管線(28)輸送第二冷卻液(26)；和預(yù)冷卻器組件(24)，該預(yù)冷卻器組件(24)定位于所述蓄熱式熱交換器(36)與磁體組件(12)之間，所述預(yù)冷卻器組件(24)與所述第一供給管線(16)和所述第二供給管線(28)相連通，所述預(yù)冷卻器組件(24)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞給所述第二供給管線(28)。
6.如權(quán)利要求5所述的MRI冷卻組件(14)，還包括蓄熱式熱交換器(36)，該蓄熱式熱交換器(36)與所述第一供給管線(16)和所述第一回流管線(18)相連通，所述蓄熱式熱交換器(36)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞給所述第一回流管線(18)，所述蓄熱式熱交換器(36)定位于所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)與磁體組件(12)之間。
7.如權(quán)利要求5所述的MRI冷卻組件(14)，還包括補(bǔ)充氣體供應(yīng)源(34)，該補(bǔ)充氣體供應(yīng)源(34)與所述第一回流管線(18)相連通，所述補(bǔ)充氣體供應(yīng)源(34)定位于所述蓄熱式熱交換器(36)與所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)之間。
8.如權(quán)利要求5所述的MRI冷卻組件(14)，其中將所述蓄熱式熱交換器(36)構(gòu)成得使流經(jīng)所述第一回流管線(18)的所述第一低溫冷卻液(20)以基本為室溫的溫度流出所述蓄熱式熱交換器(36)。
9.如權(quán)利要求5所述的MRI冷卻組件(14)，其中所述冷卻器后熱交換器(38)將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞到室溫環(huán)境(40)中。
10.一種冷卻MRI磁體(12)的方法，包括使用一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)組件(22)使經(jīng)過該MRI磁體(12)的第一致冷劑(20)進(jìn)行循環(huán)，所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)使用一個(gè)第一供給管線(16)將所述第一致冷劑(20)供給給MRI磁體(12)，所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)使用所述第一回流管線(18)從MRI磁體(12)接收所述第一致冷劑(20)；在所述第一回流管線(18)進(jìn)入所述鼓風(fēng)機(jī)組件(22)之前，將熱能從所述第一供給管線(16)傳遞給所述第一回流管線(18)；和正好在所述第一致冷劑(20)進(jìn)入MRI磁體(12)之前對(duì)所述第一供給管線(16)中的所述第一致冷劑(20)進(jìn)行預(yù)冷卻，所述預(yù)冷卻利用與所述第一供給管線(16)進(jìn)行熱連通的第二致冷劑(26)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種MRI系統(tǒng)，包括一個(gè)磁體組件。利用了一種第一低溫冷卻液來冷卻該磁體組件。一個(gè)第一供給管線將該第一低溫冷卻液輸送到磁體組件中。一個(gè)第一回流管線將所述第一低溫冷卻液送離磁體組件。一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)組件定位在第一供給管線與第一回流管線之間并且與該第一供給管線和第一回流管線相連通。一個(gè)蓄熱式熱交換器與第一供給管線和第一回流管線相連通。該蓄熱式熱交換器將熱能從第一供給管線傳遞到第一回流管線。該蓄熱式熱交換器定位在鼓風(fēng)機(jī)組件與磁體組件之間。一個(gè)第二供給管線輸送經(jīng)過一個(gè)預(yù)冷卻器組件的一種第二致冷液。該預(yù)冷卻器組件定位于蓄熱式熱交換器與磁體組件之間。該預(yù)冷卻器組件將熱能從第一供給管線傳遞給第二供給管線。
文檔編號(hào)F25B25/00GK1575746SQ20041006173
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者拉維庫馬·庫達(dá)拉瓦利 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司