專利名稱:磁共振冷卻系統(tǒng)及成像裝置的制作方法
磁共振冷卻系統(tǒng)及成像裝置
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,特別是涉及一種磁共振冷卻系統(tǒng)及成像裝置。背景技術(shù):
磁共振成像裝置是利用磁場與射頻脈沖使人體組織內(nèi)運(yùn)動的氫核產(chǎn)生射頻信號, 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理而成像的一種影像診斷技術(shù),與其它的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比具有無輻射、多參 數(shù)成像、多方位掃描以及對軟組織敏感度高等優(yōu)點(diǎn),適用于全身各系統(tǒng)的不同疾病的檢查。然而,在傳統(tǒng)的磁共振成像裝置中,為獲得磁體線圈的超導(dǎo)特性,必須使產(chǎn)生磁場 的磁體線圈處于低溫狀態(tài),通常將磁體線圈浸泡于液氦中以實(shí)現(xiàn)磁體線圈的超導(dǎo)特征。由 于液氦的揮發(fā),每隔一段時(shí)間就必須更換液氦。因此,傳統(tǒng)的磁共振成像裝置中使用冷頭、 氦壓縮機(jī)以及水冷機(jī)等組成的磁共振冷卻系統(tǒng)將熱量導(dǎo)出。但是,冷頭、氦壓縮機(jī)以及水冷 機(jī)等非常復(fù)雜的部件,并且需要進(jìn)行定期維護(hù),從而造成了磁共振成像裝置運(yùn)行成本高且 維護(hù)麻煩。
發(fā)明內(nèi)容基于此,有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單的磁共振冷卻系統(tǒng)。此外,還有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單的磁共振成像裝置。一種磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,至少包括制冷裝置,用于通過半導(dǎo)體制冷器 導(dǎo)出熱量;水冷裝置,用于冷卻所述制冷裝置。優(yōu)選地,所述制冷裝置包括第一真空保溫腔、套于所述第一真空保溫腔外側(cè)并與 第一真空保溫腔兩端密封形成收容空間的第二真空保溫腔、填充于收容空間并與高溫超導(dǎo) 磁體接觸的吸熱介質(zhì)以及均布設(shè)置于所述第二真空保溫腔上的半導(dǎo)體制冷器。優(yōu)選地,所述半導(dǎo)體制冷器包括N型半導(dǎo)體以及與所述N型半導(dǎo)體連接的P型半 導(dǎo)體,所述N型半導(dǎo)體與所述P型半導(dǎo)體分別形成冷端和熱端。優(yōu)選地,所述半導(dǎo)體制冷器中所述冷端置于所述吸熱介質(zhì)中,所述熱端置于所述 收容空間外。優(yōu)選地,所述制冷裝置通過并聯(lián)多級半導(dǎo)體制冷器導(dǎo)出熱量。優(yōu)選地,所述并聯(lián)半導(dǎo)體制冷器的級數(shù)為6 8級。優(yōu)選地,所述制冷裝置還包括溫度計(jì),所述溫度計(jì)與所述吸熱介質(zhì)充分接觸,用于 監(jiān)測所述吸熱介質(zhì)中的溫度。優(yōu)選地,所述水冷裝置包括緊貼設(shè)置于所述制冷裝置外側(cè)的導(dǎo)熱隔層以及設(shè)置于 所述導(dǎo)熱隔層外側(cè)并與所述導(dǎo)熱隔層形成空腔以流通冷卻水的水冷壁,所述第二真空保溫 腔與導(dǎo)熱隔層之間形成容置空間,在該容置空間充滿散熱介質(zhì),所述半導(dǎo)體制冷器的熱端 置于所述散熱介質(zhì)中。。一種磁共振成像裝置,包括筒體、貼設(shè)于所述筒體內(nèi)壁的射頻線圈、設(shè)置于所述射 頻線圈外側(cè)的梯度線圈,還包括設(shè)置于梯度線圈外側(cè)的高溫超導(dǎo)磁體、包裹所述高溫超導(dǎo)磁體的如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的磁共振冷卻系統(tǒng)以及控制所述射頻線圈、梯度線 圈和磁共振冷卻系統(tǒng)的工作站。優(yōu)選地,所述高溫超導(dǎo)磁體由高溫超導(dǎo)材料繞制而成。優(yōu)選地,所述工作站至少包括輸入模塊,用于采集用戶的輸入信息;時(shí)序控制模 塊,用于根據(jù)所述輸入信息控制射頻線圈、梯度線圈以及高溫超導(dǎo)磁體執(zhí)行掃描,得到原始 數(shù)據(jù);處理模塊,用于根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)重建圖像,并根據(jù)所述反饋溫度生成指令;冷卻控 制模塊,用于獲取所述磁共振冷卻系統(tǒng)中的反饋溫度,并通過根據(jù)所述反饋溫度生成的指 令控制磁共振冷卻系統(tǒng);存儲模塊,用于存儲所述原始數(shù)據(jù)和根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)重建的圖 像。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中在半導(dǎo)體制冷器的作用下實(shí)現(xiàn)對高溫超導(dǎo)磁 體的有效冷卻,結(jié)構(gòu)簡單,并具備了噪音低、無磨損、壽命長、成本低的優(yōu)點(diǎn)。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中半導(dǎo)體制冷器均勻布置于真空保溫腔 上,通過相互連接的N型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材料形成熱端和冷端,從而使得冷卻速度 和制冷溫度均可通過改變電流和電壓的大小任意調(diào)節(jié),啟動快,控制靈活且精度高,無任何 的機(jī)械運(yùn)動部件,尺寸小,不需要使用制冷劑,對環(huán)境沒有污染,綠色環(huán)保。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中多級半導(dǎo)體制冷器并聯(lián),形成制冷裝 置,將熱量導(dǎo)出,實(shí)現(xiàn)了冷卻速度和制冷溫度的大小調(diào)節(jié)。
圖1為一實(shí)施例中磁共振成像裝置的示意圖;圖2為一實(shí)施例中磁共振冷卻系統(tǒng)的示意圖;圖3為一實(shí)施例中制冷裝置的示意圖;圖4為一實(shí)施例中半導(dǎo)體制冷器的示意圖。
具體實(shí)施方式圖1示出了一實(shí)施例中磁共振成像裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu),該磁共振成像裝置包括環(huán)形 筒狀的筒體100、依次沿徑向卷繞于最小直徑筒體內(nèi)壁的射頻線圈200、梯度線圈300和高 溫超導(dǎo)磁體400、包裹高溫超導(dǎo)磁體400的磁共振冷卻系統(tǒng)600以及控制射頻線圈200、梯 度線圈300和磁共振冷卻系統(tǒng)600的工作站700。筒體100呈環(huán)形筒狀,包括內(nèi)筒120和外筒140,內(nèi)筒120與外筒140兩端封閉,形 成環(huán)形的收容空間,以收容射頻線圈200、梯度線圈300、高溫超導(dǎo)磁體400及磁共振冷卻系 統(tǒng)600,其中射頻線圈200呈筒狀,設(shè)置于內(nèi)筒120上,用于發(fā)射和接收脈沖信號。通過射頻線 圈200發(fā)射高頻脈沖,對被檢體施加高頻磁場,被檢體受到高頻磁場的激勵后,釋放出磁共 振信號,射頻線圈200接收該磁共振信號。梯度線圈300呈筒狀,用于生成沿相互正交的X、Y和Z軸線的梯度磁場。高溫超導(dǎo)磁體400設(shè)置于梯度線圈300的外側(cè),由高溫超導(dǎo)材料繞制而成,從而 提高了傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)所需要的溫度條件,無須苛刻的低溫條件即可實(shí)現(xiàn)其超導(dǎo)特性。高 溫超導(dǎo)磁體400為磁共振成像裝置的主要熱源,產(chǎn)生大量的熱。一實(shí)施例中,高溫超導(dǎo)材 料可以是鉍-鍶-鈣-銅-氧(Bi-Sr-Ca-Cu-0)氧化物超導(dǎo)體或汞-鋇-鈣-銅-氧
4(Hg-Ba-Ca-O)氧化物超導(dǎo)體。磁共振冷卻系統(tǒng)600包裹高溫超導(dǎo)磁體400,用于將高溫超導(dǎo)磁體400所產(chǎn)生的熱 量導(dǎo)出,使高溫超導(dǎo)磁體400處于超導(dǎo)狀態(tài)。一實(shí)施例中,磁共振冷卻系統(tǒng)600包括制冷裝 置620以及水冷裝置640,其中請結(jié)合參閱圖2,制冷裝置620用于通過半導(dǎo)體制冷器628將熱量導(dǎo)出。一實(shí)施例 中,磁共振成像裝置中,半導(dǎo)體制冷器628對高溫超導(dǎo)磁體624進(jìn)行充分冷卻,使得高溫超 導(dǎo)磁體624各部分的溫度保持一致,從而有效保證高溫超導(dǎo)磁體624處于低于超導(dǎo)臨界溫 度的低溫環(huán)境中,以實(shí)現(xiàn)其超導(dǎo)性能。圖3示出一實(shí)施例中制冷裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu),制冷裝置620包括第一真空保溫腔 621、套于第一真空保溫腔621外側(cè)并與第一真空保溫腔621兩端密封形成收容空間的第二 真空保溫腔622、填充于收容空間的吸熱介質(zhì)626、均布設(shè)置于第二真空保溫腔上的半導(dǎo)體 制冷器628以及設(shè)置于第二真空保溫腔622上的溫度計(jì)629。第一真空保溫腔621內(nèi)部為真空狀態(tài),通過第一真空保溫腔621隔絕吸熱介質(zhì)626 與外界的熱交換。第二真空保溫腔622與第一真空保溫腔621的結(jié)構(gòu)相同,其內(nèi)徑大于第一真空保 溫腔621的外徑,并套于第一真空保溫腔621的外側(cè)。在第一真空保溫腔621與第二真空 保溫腔622共同形成的環(huán)形筒體中,兩端封閉形成收容空間。吸熱介質(zhì)626填充收容空間,以保證各處的溫度一致。一實(shí)施例中,高溫超導(dǎo)磁體 624的冷端放置于吸熱介質(zhì)626中并與其充分接觸,以通過吸熱介質(zhì)626傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量, 從而保證高溫超導(dǎo)磁體624穩(wěn)定地處于超導(dǎo)臨界溫度的低溫環(huán)境中。吸熱介質(zhì)626是氣 態(tài)、液態(tài)或固態(tài)等導(dǎo)熱絕緣材料,例如,高純氦氣、液氮、環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和以硅膠為基底 的導(dǎo)熱絕緣材料等。半導(dǎo)體制冷器628等間距地鑲嵌于第二真空保溫腔622的側(cè)壁上,且相互獨(dú)立。 該半導(dǎo)體制冷器628包括N型半導(dǎo)體以及與N型半導(dǎo)體成對連接的P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo) 體與P型半導(dǎo)體通過導(dǎo)電導(dǎo)熱層聯(lián)結(jié)成電偶對,在電流通過后產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移,電流由N型 半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體的一端吸收熱量,成為冷端,電流由P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體的一 端釋放熱量,成為熱端。該半導(dǎo)體制冷器中的冷端置于吸熱介質(zhì)中,熱端置于收容空間外。 多級的半導(dǎo)體制冷器628并聯(lián)以傳遞高溫超導(dǎo)磁體624所產(chǎn)生的熱量。每級半導(dǎo)體制冷器 628所連接的N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的對數(shù)是逐級遞增的,以保證上一級的熱端放出的 熱量被下一級的冷端所吸收。在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所并聯(lián)的半導(dǎo)體制冷器628的級數(shù)為 6 8級。圖4示出了一實(shí)施例中二級半導(dǎo)體制冷器的詳細(xì)結(jié)構(gòu),該實(shí)施例中,兩級半導(dǎo)體 制冷器628并聯(lián),其中,第一級半導(dǎo)體制冷器6282中N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體通過導(dǎo)電導(dǎo) 熱層6283連接,第二級半導(dǎo)體制冷器6284通過導(dǎo)電導(dǎo)熱層6283并聯(lián)于第一級半導(dǎo)體制冷 器6282上,并與直流電源6285電連接。第一級半導(dǎo)體制冷器6282中,電流由N型半導(dǎo)體 流向P型半導(dǎo)體的一端吸收熱量,成為冷端6286。在第二級半導(dǎo)體制冷器6284中,電流由 P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體的一端釋放熱量,成為熱端6288。溫度計(jì)629與吸熱介質(zhì)626充分接觸,用于監(jiān)測吸熱介質(zhì)626中的溫度,以便于獲 知溫度是否超過高溫超導(dǎo)磁體624的超導(dǎo)臨界溫度。在優(yōu)選的實(shí)施例中,根據(jù)溫度計(jì)629 所反饋的溫度,控制半導(dǎo)體制冷器628中輸入的電流大小。當(dāng)溫度計(jì)629所反饋的溫度超過超導(dǎo)臨界溫度時(shí),為盡快獲得高溫超導(dǎo)磁體624的超導(dǎo)性能,可通過增大輸入電流實(shí)現(xiàn) 快速制冷,當(dāng)溫度計(jì)629中反饋的溫度已經(jīng)達(dá)到超導(dǎo)臨界溫度或超導(dǎo)臨界溫度以下時(shí),使 用小的輸入電流,維持高溫超導(dǎo)磁體624的超導(dǎo)性能即可。水冷裝置640用于冷卻制冷裝置620,包括緊貼設(shè)置于制冷裝置620外側(cè)的導(dǎo)熱隔 層642以及設(shè)置于導(dǎo)熱隔層642外側(cè)與導(dǎo)熱隔層642形成空腔以流通冷卻水的水冷壁644。 由于半導(dǎo)體制冷器628不能直接與循環(huán)的冷卻水相接觸,因此在制冷裝置620外側(cè)設(shè)置一 層導(dǎo)熱隔熱層642使制冷裝置620與水冷裝置640隔離。導(dǎo)熱隔層642由導(dǎo)熱材料制成。 第二真空保溫腔622與導(dǎo)熱隔層642之間形成容置空間,在該容置空間充滿散熱介質(zhì)627。 半導(dǎo)體制冷器628的熱端置于散熱介質(zhì)627中,散熱介質(zhì)627所采用的材料可以與吸熱介 質(zhì)626的材料相同。導(dǎo)熱隔層642與水冷壁644形成用于容置冷卻水的空腔。水冷壁644 的頂部設(shè)置進(jìn)水口 646,底部設(shè)置出水口 648。接近零攝氏度的低溫冷卻水從水冷壁644中 的進(jìn)水口 646流入,此時(shí),冷卻水在導(dǎo)熱隔層642與水冷壁644所形成的空腔中自上而下地 流動,以帶走制冷裝置620所導(dǎo)出的熱量。工作站700包括輸入模塊710、時(shí)序控制模塊720、處理模塊730、存儲模塊740以 及冷卻控制模塊750。輸入模塊710用于采集用戶的輸入信息,該輸入信息記錄了用戶所輸 入的掃描條件。時(shí)序控制模塊720用于根據(jù)輸入信息控制射頻線圈200、梯度線圈300以及 高溫超導(dǎo)磁體400執(zhí)行掃描,采集原始數(shù)據(jù)。處理模塊730用于根據(jù)原始數(shù)據(jù)重建圖像,存 儲模塊740用于存儲原始數(shù)據(jù)和根據(jù)該原始數(shù)據(jù)所重建的圖像。冷卻控制模塊750用于獲 取磁共振冷卻系統(tǒng)600中的反饋溫度,并通過由反饋溫度生成的指令控制磁共振冷卻系統(tǒng) 600。處理模塊730進(jìn)一步用于根據(jù)反饋溫度生成指令。在優(yōu)選的實(shí)施方式中,冷卻控制模 塊750通過制冷裝置620中的溫度計(jì)629獲取吸熱介質(zhì)626中的反饋溫度,處理模塊730 判斷反饋溫度是否超過超導(dǎo)臨界溫度,如果反饋溫度超過超導(dǎo)臨界溫度,則生成制冷指令, 冷卻控制模塊750通過制冷指令控制制冷裝置620增大電流。如果反饋溫度已經(jīng)達(dá)到超導(dǎo) 臨界溫度或超導(dǎo)臨界溫度以下,則處理模塊730生成恒溫指令,冷卻控制模塊750通過恒溫 指令減小電流,使溫度保持在超導(dǎo)臨界溫度或超導(dǎo)臨界溫度以下,以維持高溫超導(dǎo)磁體624 的超導(dǎo)性能。檢查床900設(shè)置于筒體100的中空部分,用于提供放置被檢體的平臺。該檢查床 900由與磁場兼容的非鐵磁性材料制成,在磁共振成像裝置掃描的過程中,位于檢查床900 上的被檢體與檢查床900 —起向筒體100的中空部分沿軸向移動。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中在半導(dǎo)體制冷器的作用下實(shí)現(xiàn)對高溫 超導(dǎo)磁體的有效冷卻,結(jié)構(gòu)簡單,并具備了噪音低、無磨損、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中半導(dǎo)體制冷器均布設(shè)置于真空保溫腔 上,通過相互連接的N型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材料形成熱端和冷端,從而使得冷卻速度 和制冷溫度均可通過改變電流和電壓的大小任意調(diào)節(jié),啟動快,控制靈活且精度高,無任何 的機(jī)械運(yùn)動部件,尺寸小,不需要使用制冷劑,對環(huán)境沒有污染,綠色環(huán)保。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中多級半導(dǎo)體制冷器并聯(lián),形成制冷裝 置,將熱量導(dǎo)出,實(shí)現(xiàn)了冷卻速度和制冷溫度的大小調(diào)節(jié)。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,至少包括制冷裝置,用于通過半導(dǎo)體制冷器導(dǎo)出熱量;水冷裝置,用于冷卻所述制冷裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述制冷裝置包括第一真空 保溫腔、套于所述第一真空保溫腔外側(cè)并與第一真空保溫腔兩端密封形成收容空間的第二 真空保溫腔、填充于收容空間并與高溫超導(dǎo)磁體接觸的吸熱介質(zhì)以及均布設(shè)置于所述第二 真空保溫腔上的半導(dǎo)體制冷器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述半導(dǎo)體制冷器包括N型半 導(dǎo)體以及與所述N型半導(dǎo)體連接的P型半導(dǎo)體,所述N型半導(dǎo)體與所述P型半導(dǎo)體分別形 成冷端和熱端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述半導(dǎo)體制冷器中所述冷 端置于所述吸熱介質(zhì)中,所述熱端置于所述收容空間外。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述制冷裝置通過并聯(lián)多級 半導(dǎo)體制冷器導(dǎo)出熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述并聯(lián)半導(dǎo)體制冷器的級 數(shù)為6 8級。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述制冷裝置還包括溫度計(jì), 所述溫度計(jì)與所述吸熱介質(zhì)充分接觸,用于監(jiān)測所述吸熱介質(zhì)中的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述水冷裝置包括緊貼設(shè)置 于所述制冷裝置外側(cè)的導(dǎo)熱隔層以及設(shè)置于所述導(dǎo)熱隔層外側(cè)并與所述導(dǎo)熱隔層形成空 腔以流通冷卻水的水冷壁,所述第二真空保溫腔與導(dǎo)熱隔層之間形成容置空間,在該容置 空間充滿散熱介質(zhì),所述半導(dǎo)體制冷器的熱端置于所述散熱介質(zhì)中。。
9.一種磁共振成像裝置,包括筒體、貼設(shè)于所述筒體內(nèi)壁的射頻線圈、設(shè)置于所述射頻 線圈外側(cè)的梯度線圈,其特征在于,還包括設(shè)置于梯度線圈外側(cè)的高溫超導(dǎo)磁體、包裹所述 高溫超導(dǎo)磁體的如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的磁共振冷卻系統(tǒng)以及控制所述射頻線 圈、梯度線圈和磁共振冷卻系統(tǒng)的工作站。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像裝置,其特征在于,所述高溫超導(dǎo)磁體由高溫超 導(dǎo)材料繞制而成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁共振成像裝置,其特征在于,所述工作站至少包括輸入模塊,用于采集用戶的輸入信息;時(shí)序控制模塊,用于根據(jù)所述輸入信息控制射頻線圈、梯度線圈以及高溫超導(dǎo)磁體執(zhí) 行掃描,得到原始數(shù)據(jù);處理模塊,用于根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)重建圖像,并根據(jù)所述反饋溫度生成指令;冷卻控制模塊,用于獲取所述磁共振冷卻系統(tǒng)中的反饋溫度,并通過根據(jù)所述反饋溫 度生成的指令控制磁共振冷卻系統(tǒng);存儲模塊,用于存儲所述原始數(shù)據(jù)和根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)重建的圖像。
全文摘要
一種磁共振冷卻系統(tǒng),其特征在于,至少包括制冷裝置,用于通過半導(dǎo)體制冷器導(dǎo)出熱量;水冷裝置,用于冷卻所述制冷裝置。上述磁共振冷卻系統(tǒng)及磁共振成像裝置中在半導(dǎo)體制冷器的作用下實(shí)現(xiàn)對高溫超導(dǎo)磁體的有效冷卻,結(jié)構(gòu)簡單,并具備了噪音低、無磨損、壽命長、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R33/20GK101950007SQ20101025557
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者劉新, 吳垠, 周輝, 翁卓, 謝國喜, 邱本勝, 鄒超, 鄭海榮 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院