專利名稱：帶有冷卻的超導(dǎo)勵(lì)磁線圈支承體以及用于線圈冷卻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題一般涉及超導(dǎo)磁體，并且更具體地說，涉及用于冷卻超導(dǎo)磁體的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
使用氦貯存器對(duì)超導(dǎo)線圈(例如，構(gòu)成磁共振成像(MRI)磁體的超導(dǎo)線圈)進(jìn)行低溫冷卻。這些MRI系統(tǒng)的其中一些的低溫冷卻系統(tǒng)包括冷頭(coldhead)，其操作成再凝結(jié)已汽化了的致冷劑以在系統(tǒng)操作期間持續(xù)冷卻超導(dǎo)勵(lì)磁線圈。此外，這些MRI磁體在線圈賦能期間可能經(jīng)受大的軸向和徑向電磁(EM)力。在MRI 系統(tǒng)中，勵(lì)磁線圈可能在徑向上是自支承的。但是，在軸向上，由于很大的線圈間作用力，勵(lì)磁線圈需要在線圈邊緣處有通過與支承結(jié)構(gòu)(例如，線圈架)連結(jié)的支承體。當(dāng)勵(lì)磁線圈在例如賦能期間徑向膨脹時(shí)，由于線圈支承體與勵(lì)磁線圈之間的粘滑運(yùn)動(dòng)而生成并釋放摩擦熱。生成的熱可能使得線圈的局部區(qū)域過熱，并構(gòu)成正常區(qū)(normal zone)，其中導(dǎo)體喪失超導(dǎo)屬性，并轉(zhuǎn)變到正常電阻狀態(tài)。該正常區(qū)將由于焦耳熱和熱傳導(dǎo)的原因而擴(kuò)散到整個(gè)線圈，這導(dǎo)致失超事件(quench event)。這種失超伴隨以氦快速沸騰從浸沒勵(lì)磁線圈的致冷劑池中溢出。每次失超，然后對(duì)磁體進(jìn)行重新填充并重新加料 (re-ramp)，這是成本高昂且耗時(shí)的事情。已使用不同的裝置和方法以在啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)操作期間冷卻線圈。例如，已使用不同的傳導(dǎo)冷卻方法。但是，這些傳導(dǎo)冷卻方法是欠效率的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)多種實(shí)施例，提供一種超導(dǎo)線圈支承布置，其包括超導(dǎo)線圈和至少一個(gè)支承柱，該至少一個(gè)支承柱支承超導(dǎo)線圈并限定其中用于存儲(chǔ)冷卻流體的罐。該超導(dǎo)線圈支承布置還包括耦合到超導(dǎo)線圈并連接到至少一個(gè)支承柱的多個(gè)冷卻管，其中，多個(gè)冷卻管配置成經(jīng)其中傳遞冷卻流體。根據(jù)其他實(shí)施例，提供一種用于超導(dǎo)磁體的多級(jí)冷卻布置。該多級(jí)冷卻布置包括 其中有冷卻液的多個(gè)液體冷卻罐、耦合到超導(dǎo)磁體的線圈的多個(gè)冷卻管和配置成將沸騰的冷卻液再凝結(jié)的冷頭。該多級(jí)冷卻布置還包括隔熱罩和連接在多個(gè)冷卻管之間并且(i)直接連接到冷頭或(ii)經(jīng)隔熱罩連接到冷頭的流體分隔器。根據(jù)又一些實(shí)施例，提供一種用于冷卻超導(dǎo)磁體的線圈的方法。該方法包括將多個(gè)冷卻管耦合到超導(dǎo)磁體的線圈并構(gòu)成至少一個(gè)線圈支承體，該至少一個(gè)線圈支承體其中有冷卻流體罐并配置成支承超導(dǎo)磁體的線圈。


圖1是根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的、用于超導(dǎo)線圈磁體的帶有冷卻的集成線圈架的簡(jiǎn)化框圖。
圖2是圖示根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的冷卻布置的磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖3是圖示根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的冷卻布置的MRI磁體系統(tǒng)的示意圖示。圖4是根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的帶有冷卻的集成線圈架的分解透視圖。圖5是根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的帶有冷卻的集成線圈架的透視圖。圖6是根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的具有冷卻管的單個(gè)線圈的透視圖。圖7是圖5和圖6的集成的線圈架的剖面圖。圖8是圖示根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的冷卻路徑的集成線圈架的透視圖。圖9是圖示拆除線圈的情況下的、根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的冷卻路徑的集成線圈架的透視圖。圖10是圖示根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的隔熱罩的集成線圈架的透視圖。圖11是根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的熱虹吸冷卻回路的示意框圖。圖12是圖示根據(jù)多種實(shí)施例的、從隔熱罩接收氣體供給的冷頭的框圖。圖13是其中可實(shí)現(xiàn)根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的冷卻布置的MRI系統(tǒng)的示圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將更好地理解前文概述以及某些實(shí)施例的下面的詳細(xì)描述。 就附示多種實(shí)施例的功能塊的示意圖而言，這些功能塊不一定指示硬件之間的劃分。 因此，例如這些功能塊的其中一個(gè)或多個(gè)可以在單件硬件或多件硬件中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解，多種實(shí)施例不限于附圖中示出的布置和實(shí)現(xiàn)方式。正如本文所使用的，以單數(shù)形式或不定冠詞“一”開頭引述的元件或步驟應(yīng)理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非是明確地指出了此類排除。而且，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”的引述無意解釋為排除也并入所引述的特征的額外實(shí)施例的存在。而且，除非明確地相反指出， 否則“包括”或“具有”含具體屬性的一個(gè)或多個(gè)元件的實(shí)施例可以包含不含該屬性的額外的此類單元。多種實(shí)施例提供用于冷卻超導(dǎo)磁體、具體為減少超導(dǎo)磁體的線圈在如其賦能或穩(wěn)態(tài)操作期間生成的熱量的系統(tǒng)和方法。通過實(shí)踐這些實(shí)施例的至少其中之一，提供降低復(fù)雜度的磁體冷卻布置，以便降低氦喪失(例如，在沸騰期間)的可能性及其成本。多種實(shí)施例包括冷卻超導(dǎo)磁體的線圈的熱虹吸冷卻/熱交換布置。在用于具有氦冷卻線圈的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體中，多種實(shí)施例中的熱虹吸布置使用對(duì)流和傳導(dǎo)冷卻。還使用線圈支承結(jié)構(gòu)作為冷卻回路的一部分，其中使用沸騰的氦氣使系統(tǒng)(包括隔熱罩)降溫，以及還將沸騰的氦再凝結(jié)成液態(tài)氦。應(yīng)該注意，雖然一些實(shí)施例可結(jié)合用于MRI系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體來描述，但是多種實(shí)施例可結(jié)合具有超導(dǎo)磁體的任何類型的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這些超導(dǎo)磁體可以在其他類型的醫(yī)療成像裝置以及非醫(yī)療成像裝置中實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的、用于冷卻超導(dǎo)磁體的冷卻布置20包括與線圈支承體對(duì)(例如，線圈架)組合提供的冷卻路徑22(例如，冷卻回路)。線圈支承體對(duì)的形狀和尺寸設(shè)為支承超導(dǎo)磁體的一個(gè)或多個(gè)線圈26。線圈支承體M可以是例如帶有冷卻的集成線圈架。因此，線圈支承體M提供一個(gè)或多個(gè)線圈26的結(jié)構(gòu)支承(例如，對(duì)來自軸向和徑向的作用力的支承)，以及還提供用于冷卻一個(gè)或多個(gè)線圈26的冷卻路徑。多種實(shí)施例可以作為圖2和圖3所示的MRI磁體系統(tǒng)30的一部分來實(shí)現(xiàn)，其中， 經(jīng)兩級(jí)熱虹吸冷卻布置提供冷卻。應(yīng)該注意，所有附圖中，相似的數(shù)字表示相似的部分。具體來說，提供兩個(gè)路徑來將流體(具體為氦)傳遞到磁體系統(tǒng)30的冷頭32。在此實(shí)施例中，使用流體分隔器35控制第一級(jí)與第二級(jí)之間的流體流。流體分隔器35將氦貯存器34 (以及具體來說，具有氦貯存器34的集成線圈架M的冷卻路徑22(圖1中示出)) 連接到隔熱罩36和冷頭32。氦貯存器34可以由如本文描述的一個(gè)或多個(gè)罐構(gòu)成(其可以是液體罐或氣體罐)，該一個(gè)或多個(gè)罐與一個(gè)或多個(gè)通路37 —起構(gòu)成集成線圈架M的一部分。正如本文更詳細(xì)地描述的，隔熱罩36包括對(duì)流冷卻布置。MRI磁體系統(tǒng)30的容器34裝著液態(tài)致冷劑，如液態(tài)氦。氦貯存器34還被真空容器44包圍，真空容器44中和/或其之間包含隔熱罩36。隔熱罩36可以是例如帶有本文描述的對(duì)流冷卻的熱隔離輻射罩。多種實(shí)施例中作為低溫冷卻器(cryocooler)的冷頭32穿過真空容器44在冷頭套管46(例如，殼體)內(nèi)延伸。由此，可以將冷頭32的冷端置于冷頭套管46內(nèi)而不會(huì)影響真空容器44內(nèi)的真空。使用任何適合的裝置(例如，一個(gè)或多個(gè)凸緣和螺栓、或本領(lǐng)域中公知的其他裝置)將冷頭32插入(或收納)并固定在冷頭套管46內(nèi)。而且，在真空容器 24外提供冷頭觀的電機(jī)48。冷頭套管46包括進(jìn)入氦貯存器34中的開口端。如圖3所示，多種實(shí)施例中的冷頭32在冷頭32的下端包括再凝結(jié)器50，冷頭32的下端具有在將冷頭32插入并收納在冷頭套管46內(nèi)時(shí)經(jīng)開口端延伸進(jìn)入氦貯存器34內(nèi)的部分。再凝結(jié)器50將來自氦貯存器34 的沸騰的氦氣再凝結(jié)。經(jīng)一個(gè)或多個(gè)通路38、40和42耦合到氦貯存器34的再凝結(jié)器50 允許將來自氦貯存器；34的沸騰的氦氣傳遞到再凝結(jié)器50，然后再凝結(jié)器50將再凝結(jié)的氦液體傳遞到氦貯存器34。在多種實(shí)施例中，超導(dǎo)磁體52是由一個(gè)或多個(gè)線圈沈構(gòu)成的超導(dǎo)磁體，其設(shè)在氦貯存器34內(nèi)，并在如本文更詳細(xì)描述的MRI系統(tǒng)操作期間被控制以獲取MRI圖像數(shù)據(jù)。此夕卜，在MRI系統(tǒng)的操作期間，MRI磁體系統(tǒng)30的氦貯存器34內(nèi)的液態(tài)氦冷卻超導(dǎo)磁體52， 正如公知的，超導(dǎo)磁體52可以配置為線圈組。例如，超導(dǎo)磁體52可以被冷卻到超導(dǎo)溫度， 如4. 2開爾文(K)。冷卻過程可以包括由再凝結(jié)器50將沸騰的氦氣再凝結(jié)成液體并將其返回到氦貯存器；34。具體參考兩級(jí)冷卻布置，如圖所示，流體通路38將線圈支承體M的冷卻路徑22 與流體分隔器35連接，其可操作以控制傳遞到隔熱罩36和/或冷頭32的氦流體的量。流體分隔器35可以是具有兩個(gè)輸出的多通道閥，流體通道40將流體分隔器35連接到隔熱罩 36，而流體通道42將流體分隔器35連接到冷頭32。應(yīng)該注意，在圖3中，流體通道38、40 和42可以由多個(gè)通道構(gòu)成(圖示各為兩個(gè)通道)由此，在操作中，兩個(gè)路徑冷卻布置分發(fā)并控制第一級(jí)(隔熱罩級(jí))和第二級(jí)(至冷頭3 之間的氦流體的量和流動(dòng)。因此，在第一級(jí)中，首先由隔熱罩36將來自冷卻路徑 22的氦氣冷卻，然后由冷頭32將其再凝結(jié)。在第二級(jí)中，由冷頭32直接將來自冷卻路徑 22的氦氣再凝結(jié)而不首先通過隔熱罩36。應(yīng)該注意，由流體分隔器35傳遞到隔熱罩36和/或冷頭32和/或在隔熱罩36和/或冷頭32之間傳遞的氦流體的量可以根據(jù)期望或需要改變。例如，可以相等百分比或不等百分比將氦流體的一部分引導(dǎo)到隔熱罩36和冷頭32兩者，將其全部引導(dǎo)到隔熱罩36 或全部引導(dǎo)到冷頭32?？梢宰詣?dòng)或人工控制流體分隔器35的選擇性操作。此外，還可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整引導(dǎo)到隔熱罩36和冷頭32的氦流體的量。圖4到圖6中圖示根據(jù)多種實(shí)施例構(gòu)成的、具有冷卻的集成線圈架60。集成的線圈架60包括設(shè)為與構(gòu)成磁體52的多個(gè)線圈沈熱連接的多個(gè)冷卻管62。在圖示的實(shí)施例中，冷卻管62纏繞并耦合到多個(gè)線圈沈的每個(gè)，如圖6中更清晰示出的(圖示為單個(gè)線圈沈)。冷卻管62可以由任何適合的材料構(gòu)成，如金屬(例如，銅、不銹鋼、鋁等)并使用適合的緊固裝置(例如，機(jī)械緊固件(例如，螺栓)或粘合劑(例如，熱環(huán)氧樹脂)將其耦合到線圈沈的外周緣。冷卻管62還可以形成為具有不同形狀和尺寸。冷卻管62還包括一個(gè)或多個(gè)端口(例如，圖示了入口和出口)。端口 64允許流體進(jìn)入以及離開每個(gè)冷卻管62，以提供經(jīng)過冷卻管62的流體流。這些端口 64還允許與多個(gè)線圈沈?qū)?yīng)的多個(gè)冷卻管62之間的互連。集成的線圈架60還包括耦合到帶有冷卻管62的多個(gè)線圈沈的多個(gè)橫向延伸支承體66。例如，可以提供四個(gè)隔開的支承體66以限定線圈組或線圈筒。在一些實(shí)施例中， 支承體66是由適合材料(例如，金屬)構(gòu)成的中空柱，并且可以耦合到多個(gè)線圈沈。例如， 在所示的實(shí)施例中，可以使用槽或干涉配合(interference fit)將三個(gè)支承體66a_c (如圖4所示)耦合到多個(gè)線圈沈?？梢詫⒆詈笠粋€(gè)支承體66d以不同或附加方式耦合到多個(gè)線圈26，以提供更穩(wěn)固和持久的附接，例如通過焊接。每個(gè)冷卻管62的端口 64可以配置成用于連接到支承體66的其中一個(gè)或多個(gè)，例如，限定液體罐的支承體66a-c (如圖5所示)。由此，提供從中空支承體66a、66b和66c內(nèi)的腔(限定液體罐)、經(jīng)由冷卻管62再返回到支承體66d (限定氣體罐)的流體通道。在多種實(shí)施例中限定罐的中空支承體66a-66d構(gòu)成氦貯存器34(如圖2所示)。集成的線圈架60還可以包括另一組冷卻管68，另一組冷卻管68可以是填料線或封閉冷卻系統(tǒng)。圖示的實(shí)施例中的冷卻管68連接到不同的冷卻系統(tǒng)，該不同的冷卻系統(tǒng)可以包括不同的流體或可以連接到不同的支承體。冷卻管68可以操作為預(yù)先冷卻管，預(yù)先冷卻管循環(huán)與冷卻管62不同的流體(例如，液態(tài)氮(LN2)),并且可以配置成與線圈沈相鄰或鄰接。例如，冷卻管62可以循環(huán)來自MRI系統(tǒng)的沸騰的氦，如本文更詳細(xì)描述的。可以是預(yù)先冷卻管的冷卻管68可以循環(huán)液態(tài)氮，并用作貯存器來存儲(chǔ)熱能，例如在流經(jīng)冷卻管 62的氦吸收熱并傳遞熱之前從多個(gè)線圈沈吸收熱并傳遞熱。冷卻管62可以填充以高熱容量致冷劑，以便構(gòu)成熱電池來改善傳熱。應(yīng)該注意，支承體66可以限定其中具有不同流體或氣體的不同罐并連接到不同冷卻管?？梢蕴峁└郊拥慕Y(jié)構(gòu)支承構(gòu)件。例如，可以將多個(gè)相隔開周向延伸的支承體70連接在支承柱66之間。還應(yīng)該注意，冷卻管68可以采用剛性方式構(gòu)成，以提供對(duì)齊和軸向支承多個(gè)線圈26 (例如，作為限位器來操作)。因此，如圖示六個(gè)線圈沈的配置的圖7所示，將冷卻管62圍繞著線圈沈的外周緣提供，并使用粘合劑(例如，膠水)將其耦合到支承柱66。圖7同樣更清晰地示出支承柱 66內(nèi)的腔74。
如圖8和圖9所示，可以通過一個(gè)或多個(gè)周向延伸的冷卻管76來提供額外的冷卻通道，該額外的冷卻通道可以圍繞著隔熱罩36的周緣延伸(如圖10所示)。冷卻管76還可以連接到支承柱66的其中一個(gè)或多個(gè)，例如連接到支承柱66b和66d，以使氦流經(jīng)其中。 可配置為供給端口(例如，I^2預(yù)先冷卻端口)的端口(未示出)也可連接到冷卻管76，以供給冷卻流體或從冷卻布置中移除冷卻流體。由此，隔熱罩36使用對(duì)流冷卻操作，這可以簡(jiǎn)化冷頭套管46的設(shè)計(jì)，以及允許隔熱罩36更薄。多種實(shí)施例可以提供熱虹吸冷卻布置80，如圖11所示。熱虹吸冷卻布置80可以限定熱虹吸冷卻回路或系統(tǒng)，其中氦流經(jīng)支承體66a_c(限定液體罐)，以及然后流入并流經(jīng)圍繞線圈沈的冷卻管62。從其中移除熱量，并且液態(tài)氦變成氦氣，其可能被泄放(例如， 失超泄放)。此外，將氦氣引導(dǎo)到以下之一引導(dǎo)到限定第一級(jí)的隔熱罩36和/或直接引導(dǎo)到限定第二級(jí)的再凝結(jié)器50。還提供從隔熱罩36的降溫/泄放。還應(yīng)該注意，在圖示的實(shí)施例中，冷頭32不包括冷頭套管46。此外，提供控制器82，其控制流到第一級(jí)和第二級(jí)的每一級(jí)的流體的量。控制器 82可以如基于線圈沈的測(cè)量溫度或MRI系統(tǒng)的操作狀況(例如，線圈賦能或穩(wěn)態(tài))，自動(dòng)控制流到第一級(jí)和第二級(jí)的每一級(jí)的流體的量。在穿越(ride-through)狀況或冷頭32需要關(guān)閉時(shí)，冷頭32和冷頭套管46可能將非期望的寄生熱負(fù)荷加到致冷劑。因此，在多種實(shí)施例中，由控制器82驅(qū)動(dòng)流體分隔器 35以優(yōu)化地分發(fā)橫跨隔熱罩36和經(jīng)由冷頭32的第二級(jí)的流。由此根據(jù)多種實(shí)施例，提供一種用于例如MRI系統(tǒng)中的超導(dǎo)磁體的冷卻布置。該冷卻布置包括集成線圈架，其帶有冷卻以及可選的在隔熱罩上的對(duì)流冷卻。此外，還提供兩級(jí)可控冷卻配置。圖12圖示冷頭32從隔熱罩36 (如圖2所示)接收氣體供給(例如，沸騰的氦氣)。 例如，冷頭32可以是脈沖管冷卻器類型或4KGiff0rd-MCMah0n (吉福德-麥克馬洪(GM))類型的冷頭。在此配置中，從隔熱罩36接收交換氣體的管84能夠有效率地用于氦氣預(yù)先冷卻，并由此提高液化速率。如圖所示，熱交換器86圍繞著低溫冷卻器布置的第一級(jí)88 (包括再生換熱器管91)，以及熱交換器90圍繞著朝向隔熱罩36的低溫冷卻器布置的第二級(jí) 94的再生換熱器管92。由此，可以將氦氣96從隔熱罩36引入到第一級(jí)88。然后可以由再生換熱器50通過如本文所述的交換熱量來冷卻相通的氦氣96。例如，使用與再生換熱器管 92的熱接觸，可以交換熱量，并由再凝結(jié)器50將氦氣96再凝結(jié)。多種實(shí)施例可以結(jié)合不同類型的超導(dǎo)線圈(例如，MRI系統(tǒng)的超導(dǎo)線圈)來實(shí)現(xiàn)。 例如，多種實(shí)施例可以與圖13所示的MRI系統(tǒng)100使用的超導(dǎo)線圈一起實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該意識(shí)到雖然系統(tǒng)100圖示為單模態(tài)成像系統(tǒng)，但是多種實(shí)施例可以在多模態(tài)成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)或與之結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)100圖示為MRI成像系統(tǒng)，并且可以與不同類型的醫(yī)療成像系統(tǒng)組合， 例如與計(jì)算機(jī)層析X射線照相術(shù)(CT)、正電子輻射層析X射線照相術(shù)(PET)、單光子輻射計(jì)算機(jī)層析X射線照相術(shù)(SPECT)、以及超聲波系統(tǒng)，或能夠生成尤其人的圖像的任何其他系統(tǒng)組合。此外，多種實(shí)施例不限于用于對(duì)人類對(duì)象成像的醫(yī)療成像系統(tǒng)，而是可包括用于對(duì)非人類對(duì)象、行李等成像的獸醫(yī)系統(tǒng)或非醫(yī)療系統(tǒng)。參考圖13，MRI系統(tǒng)100 —般包括成像部分102和處理部分104，處理部分104可以包括處理器或其他計(jì)算或控制器裝置。MRI系統(tǒng)100在機(jī)架106內(nèi)包括由線圈(例如，在如本文描述的帶有冷卻的線圈架上支承的線圈)構(gòu)成的超導(dǎo)磁體52。氦貯存器34(其可以是容器并也稱為低溫保持器)圍繞著超導(dǎo)磁體52并填充以液態(tài)氦?？梢允褂靡簯B(tài)氦來冷卻超導(dǎo)磁體52的線圈，其包括將液態(tài)氦提供到冷卻管，正如本文更詳細(xì)描述的。圍繞著氦貯存器34的外表面以及超導(dǎo)磁體52的內(nèi)表面提供絕熱件112。在超導(dǎo)磁體52內(nèi)提供多個(gè)磁梯度線圈114，在多個(gè)磁梯度線圈114內(nèi)提供RF發(fā)射線圈116。在一些實(shí)施例中，可以采用發(fā)射和接收線圈來替代RF發(fā)射線圈116。機(jī)架106內(nèi)的組件一般構(gòu)成成像部分102。應(yīng)該注意，雖然超導(dǎo)磁體52是圓柱形，但是也能使用其他形狀的磁體。處理部分104 —般包括控制器118、主磁場(chǎng)控制120、梯度場(chǎng)控制122、存儲(chǔ)器124、 顯示裝置126、發(fā)射-接收(T-R)開關(guān)128、RF發(fā)射器130和接收器132。在操作中，將對(duì)象(例如，要成像的患者或人體模型)的身體置于適合的支承體 (例如，患者平臺(tái))上的孔134中。超導(dǎo)磁體108產(chǎn)生橫切孔134的均勻且靜態(tài)的主磁場(chǎng) B—孔134中以及相應(yīng)地患者體內(nèi)的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度由控制器118通過主磁場(chǎng)控制120來控制，控制器118還控制對(duì)超導(dǎo)磁體52的賦能電流的供給。包括一個(gè)或多個(gè)梯度線圈元件的磁梯度線圈114設(shè)為能夠沿著三個(gè)正交方向x、y 和ζ的任何一個(gè)或多個(gè)方向?qū)Τ瑢?dǎo)磁體108內(nèi)的孔134中磁場(chǎng)Btl施加磁梯度。磁梯度線圈114由梯度場(chǎng)控制122賦能，并也由控制器118控制。可以包括多個(gè)線圈的RF發(fā)射線圈116布置成發(fā)射磁脈沖和/或如果還提供接收線圈元件(如配置為RF接收線圈的表面線圈)，則可選地同時(shí)檢測(cè)來自患者的MR信號(hào)。RF 接收線圈可以是任何類型或配置的，例如單獨(dú)的接收表面線圈。該接收表面線圈可以是RF 發(fā)射線圈116內(nèi)提供的RF線圈陣列。RF發(fā)射線圈116和該接收表面線圈通過T-R開關(guān)1 可選擇地分別互連到RF發(fā)射器130或接收器132的其中之一。RF發(fā)射器130和T-R開關(guān)128由控制器118控制，以使RF發(fā)射器130生成RF場(chǎng)脈沖或信號(hào)并選擇性地對(duì)患者施加以激發(fā)患者中的磁共振。在對(duì)患者施加RF激發(fā)脈沖的同時(shí)，還促動(dòng)T-R開關(guān)1 以將接收表面線圈與接收器132斷開。在施加RF脈沖之后，再次促動(dòng)T-R開關(guān)128以將RF發(fā)射線圈116與RF發(fā)射器 130斷開，并將接收表面線圈連接到接收器132。該接收表面線圈執(zhí)行操作以檢測(cè)或感測(cè)從患者體內(nèi)被激發(fā)的核子產(chǎn)生的MR信號(hào)，并將這些MR信號(hào)傳送到接收器132。然后又將這些檢測(cè)的MR信號(hào)傳送到控制器118?？刂破?18包括例如處理器(例如，圖像重構(gòu)處理器)， 該處理器控制MR信號(hào)的處理，以生成表示患者圖像的信號(hào)。還將表示圖像的處理信號(hào)傳送到顯示裝置126，以提供圖像的視覺顯示。確切地來說，這些MR信號(hào)填充或構(gòu)成經(jīng)傅立葉變換以獲得可視圖像的k空間。然后將表示圖像的這些處理信號(hào)傳送到顯示裝置126。要理解上面的描述旨在說明，而非限制。例如，上述實(shí)施例(和/或其多個(gè)方面) 可以彼此組合來使用。此外，在不背離它們范圍的前提下可以進(jìn)行許多修改以適應(yīng)多種實(shí)施例教導(dǎo)的具體情況或材料。雖然本文描述的材料的尺寸和類型旨在定義多種實(shí)施例的參數(shù)，但是它們絕對(duì)不是限制而僅是示范。在回顧上面的描述時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯見到許多其他實(shí)施例。因此，應(yīng)參考所附權(quán)利要求連同此類權(quán)利要求授權(quán)的等效物的完整范圍來確定這些多種實(shí)施例的范圍。在所附權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”和“其中”與相應(yīng)術(shù)語“包含” 和“在其中”的英語字面等效使用。而且，在所附權(quán)利要求中，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標(biāo)記，無意暗示其對(duì)象的數(shù)值要求。而且，除非此類權(quán)利要求限制明確地使用短語“裝置，其用于”，后接無進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的功能陳述以及直到此情況為止，否則所附權(quán)利要求的限制不以裝置+功能的格式書寫，并且無意基于美國(guó)專利法第112條第六款來解釋。
本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，以及還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何器件或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求確定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權(quán)利要求字面語言無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求文字語言無實(shí)質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們規(guī)定為在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)線圈支承布置，包括超導(dǎo)線圈；至少一個(gè)支承柱，其支承所述超導(dǎo)線圈并限定用于在其中存儲(chǔ)冷卻流體的罐；以及多個(gè)冷卻管，其耦合到所述超導(dǎo)線圈并連接到所述至少一個(gè)支承柱，所述多個(gè)冷卻管配置成經(jīng)其傳遞所述冷卻流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，其中，所述超導(dǎo)線圈包括多個(gè)線圈，以及其中，所述多個(gè)冷卻管耦合到所述多個(gè)線圈的外周緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，其中，所述冷卻流體包括氦，以及所述超導(dǎo)線圈支承布置還包括多個(gè)支承柱，其中，所述支承柱的至少其中之一限定液態(tài)氦罐以及所述支承柱的至少其中之一限定氦氣罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，還包括多個(gè)預(yù)先冷卻管，其與所述冷卻管分開且具有流經(jīng)其中的冷卻流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)線圈支承布置，其中，所述多個(gè)冷卻管中的所述冷卻流體是液態(tài)氦，以及所述預(yù)先冷卻管中的所述冷卻流體是非氦液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)線圈支承布置，其中，所述多個(gè)預(yù)先冷卻管包括剛性管， 其配置成沿著所述至少一個(gè)支承柱對(duì)齊所述超導(dǎo)線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，還包括隔熱罩和圍繞著所述隔熱罩的周緣的多個(gè)隔熱罩冷卻管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)線圈支承布置，還包括流體分隔器，其將所述多個(gè)冷卻管(i)經(jīng)所述隔熱罩冷卻管連接到冷頭的再凝結(jié)器或(ii)直接連接到所述再凝結(jié)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，其中，所述多個(gè)冷卻管連接到冷頭的再凝結(jié)器，以及其中，所述冷頭包括脈沖管冷卻器型冷頭或4K Gifford-McMahon(GM)型冷頭的其中之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)線圈支承布置，還包括多個(gè)支承柱，其中，所述支承柱的至少其中之一與所述超導(dǎo)線圈干涉配合，以及所述支承柱的至少其中之一持久地耦合到所述超導(dǎo)線圈。
11.一種用于超導(dǎo)磁體的多級(jí)冷卻布置，所述多級(jí)冷卻布置包括多個(gè)液體冷卻罐，其中具有冷卻液；多個(gè)冷卻管，其耦合到所述超導(dǎo)磁體的線圈；冷頭，其配置成將沸騰的冷卻液再凝結(jié)；隔熱罩；以及流體分隔器，其連接在所述多個(gè)冷卻管之間，并且(i)直接連接到所述冷頭或(ii)經(jīng)所述隔熱罩連接到所述冷頭。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，還包括至少一個(gè)氣體罐，其連接在所述多個(gè)冷卻管與所述流體分隔器之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，其中，所述多個(gè)冷卻罐限定用于所述超導(dǎo)磁體的所述線圈的結(jié)構(gòu)支承。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，其中，所述多個(gè)冷卻管耦合到所述線圈的外周緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，還包括與所述線圈相鄰的多個(gè)預(yù)先冷卻管。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，還包括多個(gè)線圈，其圍繞著所述隔熱罩并配置成用于對(duì)流冷卻。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，其中，所述流體分隔器限定熱虹吸冷卻回路內(nèi)的兩級(jí)冷卻配置。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，其中，所述線圈包括磁共振成像(MRI)線圈。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多級(jí)冷卻布置，其中，所述流體分隔器配置成選擇性地控制流體流。
20.一種用于冷卻超導(dǎo)磁體的線圈的方法，所述方法包括 將多個(gè)冷卻管耦合到所述超導(dǎo)磁體的線圈；以及構(gòu)成至少一個(gè)線圈支承體，在其中具有冷卻流體罐且配置成支承所述超導(dǎo)磁體的所述線圈。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括將多個(gè)冷卻管耦合到隔熱罩并提供流體分隔器，所述流體分隔器連接到(i)耦合到所述超導(dǎo)磁體的所述線圈的所述多個(gè)冷卻管以及 ( )耦合到所述隔熱罩的所述多個(gè)冷卻管。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“帶有冷卻的超導(dǎo)勵(lì)磁線圈支承體以及用于線圈冷卻的方法”。提供一種帶有冷卻的超導(dǎo)勵(lì)磁線圈支承體以及用于線圈冷卻的方法。一種超導(dǎo)線圈支承布置包括超導(dǎo)線圈和至少一個(gè)支承柱，該至少一個(gè)支承柱支承超導(dǎo)線圈并限定用于在其中存儲(chǔ)冷卻流體的罐。該超導(dǎo)線圈支承布置還包括耦合到超導(dǎo)線圈并連接到至少一個(gè)支承柱的多個(gè)冷卻管，其中多個(gè)冷卻管配置成經(jīng)其傳遞冷卻流體。
文檔編號(hào)H01F6/06GK102456461SQ20111034483
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者C·小金弗里達(dá), E·W·斯陶特納, N·克拉克, R·麥唐納, T·張, W·沈, 江隆植 申請(qǐng)人:通用電氣公司