用于自動斜降超導(dǎo)持續(xù)磁體的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超導(dǎo)持續(xù)磁體，并且更具體涉及用于自動斜降超導(dǎo)持續(xù)磁體的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)磁體典型地被用于各種背景中，包括核磁共振(NMR)分析和磁共振成像(MRI)。為了實現(xiàn)超導(dǎo)性，磁體被維持在具有接近絕對零度的溫度的低溫環(huán)境中。典型地，磁體包括導(dǎo)電線圈，所述導(dǎo)電線圈被設(shè)置在含有一體積的低溫流體(例如液氦)的低溫恒溫器中。許多這樣的超導(dǎo)磁體以“持續(xù)模式”操作。以持續(xù)模式操作的磁體被利用來自外部電源的電流來初始激勵以啟動其磁場。接著電源與磁體斷開。電流和磁場由于磁體的超導(dǎo)性而被維持。
[0003]盡管不需要連續(xù)的電力供應(yīng)來維持磁場，但是典型地向壓縮機(jī)供應(yīng)電力(例如，交流電電力)，所述壓縮機(jī)驅(qū)動冷卻單元或“冷卻頭”，所述冷卻單元或“冷卻頭”將低溫恒溫器中的溫度維持在絕對零度附近，以使得磁體的超導(dǎo)性可以持續(xù)。
[0004]如果壓縮機(jī)的功率失去，則冷卻頭可能停止操作并且低溫恒溫器內(nèi)的條件可能退化，即，磁體的溫度可能開始升高。如果不重新施加功率來恢復(fù)對磁體的環(huán)境的冷卻，則磁體的溫度可能上升到磁體將“失超(quench) ”并且將其磁能轉(zhuǎn)換成熱能的臨界溫度，由此加熱低溫恒溫器內(nèi)的低溫流體。這種“失超”可以令低溫流體中的一些或全部蒸發(fā)并且例如通過泄壓閥失去。另外，熱可能損壞磁體和/或系統(tǒng)的其他部件。
[0005]一旦電力恢復(fù)，則使磁體返回到超導(dǎo)操作可能需要:更換低溫恒溫器內(nèi)的失去的低溫流體、將磁體冷卻到臨界溫度以下、并且重新生成磁場。另外，如果來自失超的熱令磁體或其他部件損壞，則可能需要對它們進(jìn)行修復(fù)或更換。
[0006]該恢復(fù)過程可以是昂貴且耗時的。典型地，必須將受過訓(xùn)練的技術(shù)人員派遣到超導(dǎo)磁體系統(tǒng)所在的機(jī)構(gòu)(例如，醫(yī)學(xué)中心或醫(yī)院)，并且必須向低溫恒溫器供應(yīng)可能非常昂貴的新的低溫流體(例如，液氦)。
[0007]不過，MRI系統(tǒng)典型地采用相對大體積的低溫流體(例如，1000升液氦)，這可以至少部分地改善這樣的狀況。該大體積的低溫流體具有大的熱質(zhì)量，該大的熱質(zhì)量可以在延長的時間段(甚至可能是幾天)內(nèi)防止磁體到達(dá)臨界溫度。另外，這樣的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)典型地提供用戶可以通過其向低溫恒溫器添加低溫流體以更換失去或蒸發(fā)的低溫材料的入口。
[0008]然而，一些較新的MRI系統(tǒng)采用所謂的“無低溫”超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，所述超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是封閉或密封的并且不包括由用戶向系統(tǒng)添加新的低溫材料的任何裝置。另外，當(dāng)與如以上描述的常規(guī)系統(tǒng)比較時，這樣的封閉系統(tǒng)典型地具有較小體積的低溫材料(例如一升的液氦)。因此，可能在壓縮機(jī)的電力失效之后相對段的時間量(例如若干小時)中出現(xiàn)失超。另外，由于該系統(tǒng)典型地不允許添加額外的制冷劑，所以如果低溫液體由于失超而被減少或被蒸發(fā)，則可能不能恢復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在本發(fā)明的一個示范性實施例中，可以提供一種裝置，所述裝置包括例如:導(dǎo)電線圈，其被配置為當(dāng)電流經(jīng)過其中時產(chǎn)生磁場；持續(xù)電流開關(guān)，其被連接在所述導(dǎo)電線圈兩端并且被配置為被選擇性地激活和去激活；低溫恒溫器，其具有被設(shè)置在其中的所述導(dǎo)電線圈和所述持續(xù)電流開關(guān)；能量轉(zhuǎn)儲單元；至少一個傳感器，其被配置為檢測所述裝置的操作參數(shù)并且被配置為響應(yīng)于所述操作參數(shù)而輸出至少一個傳感器信號；以及磁體控制器，其被配置為接收所述至少一個傳感器信號并且響應(yīng)于所述至少一個傳感器信號而檢測在所述裝置中是否存在操作故障，并且被配置為當(dāng)檢測到所述操作故障時，通過第一和第二導(dǎo)電導(dǎo)線將所述能量轉(zhuǎn)儲單元連接在所述導(dǎo)電線圈的兩端，從而將能量從所述導(dǎo)電線圈轉(zhuǎn)移到所述能量轉(zhuǎn)儲單元，所述能量轉(zhuǎn)儲單元使所述能量在所述低溫恒溫器的外面消散。
[0010]在一些實施例中，所述能量轉(zhuǎn)儲單元被設(shè)置在所述低溫恒溫器的外面并且被物理連接到所述低溫恒溫器，從而將熱從所述能量轉(zhuǎn)儲單元轉(zhuǎn)移到所述低溫恒溫器。
[0011 ] 在一些實施例中，所述裝置還包括至少一個冷卻風(fēng)扇，所述至少一個冷卻風(fēng)扇由所述能量轉(zhuǎn)儲單元的兩端的電壓供電，并且所述至少一個冷卻風(fēng)扇在所述能量轉(zhuǎn)儲單元響應(yīng)于所述的檢測到所述操作故障而被連接在所述導(dǎo)電線圈的兩端時被激活。
[0012]在一些實施例中，所述裝置還包括:第一導(dǎo)電導(dǎo)線和第二導(dǎo)電導(dǎo)線，其在所述磁體控制器的控制下是能收縮且能延伸的，并且被配置在基本上全部要被設(shè)置在所述低溫恒溫器外面的收縮位置中并且在延伸到所述低溫恒溫器中的延伸位置中；以及第三導(dǎo)電導(dǎo)線和第四導(dǎo)電導(dǎo)線，其被設(shè)置在所述低溫恒溫器內(nèi)并且被連接到所述導(dǎo)電線圈的相對端。所述磁體控制器被配置為響應(yīng)于檢測到在所述裝置中存在操作故障而將所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線延伸為分別與所述第三導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第四導(dǎo)電導(dǎo)線接合并電氣連接，并且所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線被連接到所述能量轉(zhuǎn)儲單元。
[0013]在一些實施例中，所述裝置還包括:低溫防熱罩，其被設(shè)置在所述低溫恒溫器內(nèi)；第一導(dǎo)電導(dǎo)線和第二導(dǎo)電導(dǎo)線；以及第三導(dǎo)電導(dǎo)線和第四導(dǎo)電導(dǎo)線，其被設(shè)置在所述低溫恒溫器內(nèi)并且被連接到所述導(dǎo)電線圈的相對端。所述第三導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第四導(dǎo)電導(dǎo)線中的每個包括在高于50° K的溫度超導(dǎo)的材料。所述第三導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第四導(dǎo)電導(dǎo)線被熱固定到所述低溫防熱罩。所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線被配置為在所述磁體控制器的控制下響應(yīng)于檢測到在所述裝置中存在操作故障而分別被連接到所述第三導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第四導(dǎo)電導(dǎo)線，并且所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線被連接到所述能量轉(zhuǎn)儲單元。
[0014]在一些實施例中，所述裝置還包括開關(guān)，所述開關(guān)被配置為響應(yīng)于來自所述磁體控制器的控制信號而選擇性地將所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線中的一個連接到所述能量轉(zhuǎn)儲單元。
[0015]在一些實施例中，所述裝置還包括第一導(dǎo)電導(dǎo)線和第二導(dǎo)電導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線被配置為將所述能量轉(zhuǎn)儲單元連接在所述導(dǎo)電線圈的兩端，并且所述第一導(dǎo)電導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)電導(dǎo)線具有被永久地設(shè)置在所述低溫恒溫器的里面的第一端，并且還具有被永久地設(shè)置在所述低溫恒溫器的外面的第二端。
[0016]在一些實施例中，所述裝置還包括:冷卻頭，其被配置為冷卻所述低溫恒溫器；壓縮機(jī)，其被配置為驅(qū)動所述冷卻頭；所述低溫恒溫器內(nèi)的內(nèi)腔；以及熱絕緣區(qū)域，其被設(shè)置在所述低溫恒溫器的外壁與所述內(nèi)腔之間，。所述(一個或多個)傳感器包括以下中的至少一個:第一溫度傳感器，其被配置為測量所述導(dǎo)電線圈的溫度；第二溫度傳感器，其被配置為測量所述冷卻頭的溫度；第三溫度傳感器，其被配置為測量在所述熱絕緣區(qū)域中的溫度；被配置為監(jiān)測所述低溫恒溫器內(nèi)的低溫流體的水平的傳感器；以及被配置為確定所述壓縮機(jī)是否正在正確地驅(qū)動所述冷卻頭的傳感器。
[0017]在一些實施例中，所述裝置還包括:冷卻頭，其被配置為冷卻所述低溫恒溫器；壓縮機(jī)，其被配置為驅(qū)動所述冷卻頭；所述低溫恒溫器內(nèi)的內(nèi)腔；以及熱絕緣區(qū)域，其被設(shè)置在所述低溫恒溫器的外壁與所述內(nèi)腔之間。所述(一個或多個)傳感器包括:第一溫度傳感器，其被配置為測量所述導(dǎo)電線圈的溫度；第二溫度傳感器，其被配置為測量所述冷卻頭的溫度；第三溫度傳感器，其被配置為測量在所述熱絕緣區(qū)域中的溫度；被配置為監(jiān)測所述低溫恒溫器內(nèi)的低溫流體的水平的傳感器；以及被配置為確定所述壓縮機(jī)是否正在正確地驅(qū)動所述冷卻頭的傳感器。
[0018]在一些實施例中，所述裝置還包括:冷卻頭，其被配置為冷卻所述低溫恒溫器；壓縮機(jī)，其被配置為驅(qū)動所述冷卻頭，所述壓縮機(jī)被配置為從交流電接收電力；以及備用電源，其被配置為當(dāng)交流電遭受電力中斷時向所述磁體控制器供電。
[0019]在一些實施例中，所述裝置是磁共振成像(MRI)裝置。所述MRI裝置還包括:患者臺，其被配置為托住患者；梯度線圈，其被配置為至少部分地包圍患者的部分，所述MRI裝置針對所述患者的部分來生成圖像；射頻線圈，其被配置為將射頻信號施加到所述患者的部分并且被配置為改變該磁場的對齊；以及掃描器，其被配置為檢測由所述射頻信號導(dǎo)致的所述磁場的變化。
[0020]在一些實施例中，所述裝置還包括:所述低溫恒溫器內(nèi)的封閉系統(tǒng)，所述封閉系統(tǒng)具有被設(shè)置在其中的低溫流體；以及冷卻頭，其被配置為冷卻所述封閉系統(tǒng)內(nèi)的所述低溫流體。
[0021]在本發(fā)明的另一方面中，可以提供一種用于操作包括被設(shè)置在低溫恒溫器中的導(dǎo)電線圈的磁體系統(tǒng)的方法。所述方法可以包括例如:由所述導(dǎo)電線圈來生成持續(xù)磁場；監(jiān)測由在