專利名稱：用于零蒸發(fā)液體冷卻mr磁鐵的再冷凝器的除冰系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種磁共振成像(MR)，更具體地說，涉及一種用于為再冷凝器系統(tǒng)除冰的無侵入系統(tǒng)和方法及液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)一種物質(zhì)，如人體組織受到均勻的磁場(chǎng)(極化場(chǎng)B0)的作用時(shí)，組織內(nèi)自旋的單磁矩力圖與該極化場(chǎng)對(duì)齊，但這一過程是在它們的特性拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率下按隨機(jī)的順序進(jìn)行的。如果物質(zhì)或組織受到磁場(chǎng)(勵(lì)磁場(chǎng)B1)的作用，該磁場(chǎng)處于x-y平面并接近拉莫爾頻率，則凈對(duì)齊磁矩或“縱向磁化”，MZ可旋轉(zhuǎn)或“翻轉(zhuǎn)”并進(jìn)入x-y平面，以形成凈橫向磁矩Mt。在激勵(lì)信號(hào)B1被終止并且該信號(hào)可被接收和處理，以形成一個(gè)圖像之后，通過激勵(lì)自旋發(fā)射信號(hào)。
當(dāng)采用這些信號(hào)以產(chǎn)生圖像時(shí)，使用磁場(chǎng)梯度(Gx，Gx和Gz)。通常，成像區(qū)域按測(cè)量周期的順序掃描，其中這些梯度依照使用的特定定位方法發(fā)生改變。將接收的NMR信號(hào)的最終集合數(shù)字化并進(jìn)行處理，以便利用許多熟知的重建技術(shù)中的一種技術(shù)重建圖像。
為了產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)，采用高場(chǎng)MRI磁鐵。通常由金屬絲制成的超導(dǎo)磁鐵在冷卻到所需的低溫范圍時(shí)變成超導(dǎo)體。為了達(dá)到所需的低溫，利用致冷劑連續(xù)地冷卻超導(dǎo)磁鐵。用于超導(dǎo)磁鐵的一種常用致冷劑是氦，它使液體保持在開氏大約4.2度(K)。采用一種液氦浴，以冷卻超導(dǎo)金屬絲，使磁鐵能被勵(lì)磁或產(chǎn)生斜坡變化，以產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)。所得到的特定磁場(chǎng)是金屬絲所繞圈數(shù)、斜坡電流和斜坡電壓的函數(shù)。最好在磁鐵一進(jìn)行斜坡變化時(shí)，磁鐵就維持所需的磁場(chǎng)，直至磁鐵斜坡向下時(shí)為止。然而，有時(shí)由于磁鐵的溫度上升到使金屬絲作為超導(dǎo)體所需的溫度范圍之上，所以磁場(chǎng)不能維持到超過所需的持續(xù)時(shí)間。在這種情況下，磁鐵失超并不再形成所需的磁場(chǎng)。
為了避免失超，現(xiàn)已研制了一種閉式回路或零蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，以連續(xù)冷凝任何汽化或蒸發(fā)的氦。在一種零蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中，在容納超導(dǎo)磁鐵的磁氦容器內(nèi)，通過使用一個(gè)冷卻或液化蒸發(fā)的氦氣的冷凝器，使冷凝劑氦保持在恒定的氦液位/容量。
在正常運(yùn)行的情況下，磁鐵氦容器在高于大氣壓的條件下運(yùn)行，以提高零蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的頻率，并防止大氣流入。高于大氣壓的運(yùn)行尤其重要，因?yàn)榇髿庵饕珊夂脱鯕饨M成，它們的凝固溫度分別大約為63°K和54°K，所以可防止大氣進(jìn)入。另外，大氣中包含構(gòu)成相對(duì)濕度的水蒸汽，其凝固溫度約為273°K。這樣，任何進(jìn)入(通過裂縫或意外形成的開口)磁氦容器的空氣都會(huì)凝固并可作為零蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的阻擋物，并對(duì)保持液氦的溫度造成干擾。
在使磁氦容器內(nèi)的壓力減小到大氣壓的運(yùn)行期間，磁氦容器處于特別容易受空氣進(jìn)入的影響的狀態(tài)。例如，在磁斜坡期間或在給磁氦容器充注液氦時(shí)，磁壓力與大氣壓平衡，然后打開磁氦容器，以使斜坡線路或充氦線路穿通。通過這些運(yùn)行，零蒸發(fā)系統(tǒng)的再液化器內(nèi)有潛在的結(jié)冰的可能。如果再液化器結(jié)冰，則系統(tǒng)不會(huì)再冷凝蒸發(fā)的氦氣，并且冷卻系統(tǒng)將停止以零蒸發(fā)模式運(yùn)行。
在這種情況下，過量氦的蒸發(fā)會(huì)在磁氦容器內(nèi)產(chǎn)生壓力并使壓力升高。因此，壓力釋放閥通常設(shè)置在磁氦容器外部，并進(jìn)行預(yù)設(shè)定，以在所選擇的壓力下開啟，該壓力大于正常運(yùn)行的壓力。當(dāng)磁氦容器的壓力上升至預(yù)定的極限時(shí)，壓力釋放閥開啟，以損失氦氣的代價(jià)釋放升高的壓力。
為了糾正這種情況，通常必須使MRI系統(tǒng)停止工作，以便由現(xiàn)場(chǎng)工程師進(jìn)行重大維護(hù)，以對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行除冰。特別是，MRI設(shè)備必須減低動(dòng)力消耗，現(xiàn)場(chǎng)工程師必須通過旁路冷卻回路打開冷卻系統(tǒng)，并向結(jié)冰區(qū)噴射熱的氦氣。另外，必須對(duì)用于通過冷卻使蒸發(fā)的氦氣回到液體狀態(tài)的再冷凝器進(jìn)行加熱。但是，在打開冷卻系統(tǒng)，以便利用熱氦氣對(duì)其進(jìn)行凈化時(shí)，空氣有可能進(jìn)一步污染磁氦容器。
此外，當(dāng)從冷卻系統(tǒng)清除冰，并且噴射的熱氦氣與液體氦和超導(dǎo)磁鐵接觸時(shí)，向大氣打開冷卻系統(tǒng)也常常會(huì)使磁鐵失超。因此，在運(yùn)行MRI設(shè)備之前，磁鐵必須再次斜坡向上(即磁鐵線圈重新激勵(lì))。
所以，最好具有一種在沒有潛在的磁氦容器被空氣污染的情況下為液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵的再冷凝器系統(tǒng)除冰的系統(tǒng)和方法。也就是說，最好具有一種在不會(huì)使磁鐵失超的情況下為液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵的再冷凝系統(tǒng)除冰的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種克服了上述缺陷的、用于為液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵的再冷凝器系統(tǒng)除冰的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提供一種在不會(huì)使?jié)撛诘奈廴疚镞M(jìn)入磁氦容器內(nèi)的情況下為再冷凝器除冰的系統(tǒng)和方法。因此，本發(fā)明包括一種在減小使磁鐵失超的可能性時(shí)為液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵的再冷凝器系統(tǒng)除冰的系統(tǒng)和方法。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，公開了一種為MR系統(tǒng)的再冷凝器除冰的系統(tǒng)，它包括一個(gè)在密封容器內(nèi)具有超導(dǎo)磁鐵的MR系統(tǒng)和一個(gè)用于冷卻超導(dǎo)磁鐵的再冷凝系統(tǒng)。再冷凝系統(tǒng)包括至少一個(gè)加熱元件，它們用于融化再冷凝系統(tǒng)中的結(jié)冰顆粒的和一個(gè)動(dòng)力傳遞電路，它用于向至少一個(gè)加熱元件傳遞動(dòng)力、以使至少一個(gè)加熱元件傳遞足以使再冷凝系統(tǒng)中的結(jié)冰顆粒融化的供熱。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了一種MR系統(tǒng)的再冷凝器系統(tǒng)，它包括一個(gè)浸沒在液態(tài)致冷劑浴中的超導(dǎo)磁鐵和一個(gè)用于將氣態(tài)致冷劑冷卻成液態(tài)致冷劑的再冷凝器。供給管連接在再冷凝器上并用于向再冷凝器傳送氣態(tài)致冷劑，輸送管連接在再冷凝器上并用于從再冷凝器中排除液態(tài)致冷劑。再冷凝器系統(tǒng)還包括至少一個(gè)阻擋部件，用于選擇性地將供熱傳遞到再冷凝器、供給管和輸送管中的至少一個(gè)，以融化冰顆粒。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一個(gè)MRI設(shè)備，它包括一個(gè)MRI系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有多個(gè)用于施加極化磁場(chǎng)的圍繞超導(dǎo)磁鐵腔定位的梯度線圈、一個(gè)RF收發(fā)系統(tǒng)和一個(gè)由脈沖模塊控制以將RF信號(hào)傳送到一個(gè)RF線圈組件、用以獲取MR圖像的RF開關(guān)。MRI設(shè)備還包括一個(gè)設(shè)置在超導(dǎo)磁鐵周圍的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)形成用于使致冷劑匯聚到超導(dǎo)磁鐵周圍的冷卻夾套的密封腔、一個(gè)連接在冷卻夾套上并用于冷凝汽化的致冷劑的再冷凝器和至少一個(gè)用于為再冷凝器除冰的加熱部件。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開了一種超導(dǎo)MR磁鐵組件的再冷凝器系統(tǒng)的無損害除冰方法，它包括一個(gè)用于融化至少在再冷凝系統(tǒng)上的冰沉積物的加熱部分，其中再冷凝系統(tǒng)用于冷凝超導(dǎo)MR磁鐵系統(tǒng)的致冷劑，并以真空方式排除融化的冰沉積物。
從下面詳細(xì)的說明書和附圖中可清楚地得知本發(fā)明的各種其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


附圖示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
在圖中圖1是用于本發(fā)明的一個(gè)MR成像系統(tǒng)的示意方框圖；圖2是低溫制冷系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括本發(fā)明的一個(gè)用于液氦冷卻的冷凝器除冰系統(tǒng)和零蒸發(fā)超導(dǎo)MR磁鐵；圖3是圖2的系統(tǒng)的一部分的放大示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，圖中示出了體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)10的主要部件。該系統(tǒng)的運(yùn)行由操作員控制臺(tái)12控制，控制臺(tái)包括一個(gè)鍵盤或其它輸入裝置13、一個(gè)控制面板14和一個(gè)顯示屏16?？刂婆_(tái)12通過鏈路18與獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20相連，使操作員能控制顯示屏16上圖像的產(chǎn)生和顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括多個(gè)通過底板20a相互通信的模塊。這些模塊包括圖像處理模塊22，CPU模塊24和存儲(chǔ)模塊26，這些都是現(xiàn)有技術(shù)中已知的作為存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)陣列的幀緩存器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20連接到用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和程序的磁盤存儲(chǔ)器28和磁帶機(jī)30上，并通過高速串行鏈路34與獨(dú)立的系統(tǒng)控制器32相連。輸入裝置13可包括鼠標(biāo)、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸屏、光筆、聲控裝置或任何類似或等效的輸入裝置，并且可以采用交互式幾何指令。
系統(tǒng)控制器32包括一組通過底板32a連在一起的模塊。這些模塊包括CPU模塊36和通過串行鏈路40連接到操作員控制臺(tái)12上的脈沖發(fā)生器模塊38。系統(tǒng)控制器32通過通過鏈路40接收操作員的指令，以指示將進(jìn)行的掃描序列。脈沖發(fā)生器模塊38操作系統(tǒng)部件，以執(zhí)行所需的掃描序列并產(chǎn)生指示所形成的RF脈沖的時(shí)間、強(qiáng)度和形狀的數(shù)據(jù)。脈沖發(fā)生器模塊38連接到一組梯度放大器42上，以指示在掃描過程中產(chǎn)生的梯度脈沖的時(shí)間和形狀。脈沖發(fā)生器模塊38還能接收來自生理探測(cè)控制器44的病人數(shù)據(jù)，該控制器44接收多個(gè)與病人相連的不同傳感器的信號(hào)，如來自連接到病人身上的電極的ECG信號(hào)。最后，脈沖發(fā)生器模塊38連接到掃描室接口電路46，該接口電路從與病人狀況有關(guān)的各種不同傳感器和磁系統(tǒng)接收信號(hào)。病人定位系統(tǒng)48也通過掃描室接口電路46接收將病人移動(dòng)到掃描所需位置的指令。
由脈沖發(fā)生器模塊38產(chǎn)生的梯度波形被應(yīng)用到具有Gx，Gy和Gz放大器的梯度放大器系統(tǒng)42。各梯度放大器激勵(lì)梯度線圈組件50中對(duì)應(yīng)的物理梯度線圈，該組件通常被指示用于產(chǎn)生用作空間編碼所需信號(hào)的磁場(chǎng)梯度。梯度線圈組件50形成磁組件52的一部分，該磁組件包括超導(dǎo)磁鐵54和整體RF線圈56。系統(tǒng)控制器32中的收發(fā)器模塊58產(chǎn)生被RF放大器60放大的脈沖，并通過發(fā)射/接收開關(guān)62耦合到RF線圈56上。通過病人體內(nèi)激發(fā)的核子發(fā)射的最終信號(hào)可由同一RF線圈56感應(yīng)并通過發(fā)射/接收開關(guān)62耦合到一個(gè)前置放大器64。放大的MR信號(hào)在收發(fā)器58的接收部分內(nèi)被解調(diào)、濾波和數(shù)字化。發(fā)射/接收開關(guān)62由來自脈沖發(fā)生器模塊38的信號(hào)控制，以在發(fā)射模式期間將RF放大器60電連接到線圈56上，并在接收模式期間將前置放大器64連接到線圈56上。發(fā)射/接收開關(guān)62也能使獨(dú)立的RF線圈(例如，表面線圈)用在發(fā)射或接收模式中。
由RF線圈56提取的MR信號(hào)由收發(fā)器模塊58數(shù)字化并將其傳送到系統(tǒng)控制器32中的存儲(chǔ)模塊66。當(dāng)在存儲(chǔ)模塊66中獲取了原始k-空間數(shù)據(jù)的陣列時(shí)，掃描就完成了。原始k-空間數(shù)據(jù)重新排列在重建的各圖像的獨(dú)立k-空間數(shù)據(jù)到陣列中，并將各陣列輸入到陣列處理器68中，該處理器68對(duì)進(jìn)入圖像數(shù)據(jù)陣列的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換。該圖像數(shù)據(jù)通過串行鏈路34傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器，如磁盤存儲(chǔ)器28內(nèi)。響應(yīng)從操作員控制臺(tái)12接收的指令后，該圖像數(shù)據(jù)可長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)存在例如磁帶機(jī)30內(nèi)，或可由圖像處理器22進(jìn)一步處理并傳送到操作員控制臺(tái)12，并在顯示器16上顯示。
參照?qǐng)D2，該圖是示出MR超導(dǎo)磁鐵54和相關(guān)的冷卻系統(tǒng)70的示意圖。冷卻系統(tǒng)70圍繞超導(dǎo)MR磁鐵54并在其周圍形成冷卻夾套，從而使超導(dǎo)MR磁鐵54被密封在容器內(nèi)的液氦浴72覆蓋。冷卻系統(tǒng)70通過使氣態(tài)(汽化)氦通過再冷凝器流動(dòng)回路或冷卻回路76來使液氦74維持適當(dāng)液位。也就是說，允許蒸發(fā)的氦78通過連接到再冷凝器84上的供給管82流出磁氦容器80。再冷凝器84冷卻氣態(tài)氦78并使液態(tài)氦72通過輸送管86返回。磁真空容器88使傳到氦容器中的熱負(fù)荷減至最小。磁真空容器88的外表面87形成內(nèi)腔部分89，以限定一個(gè)病人空間，在成像過程中病人處于該空間內(nèi)。如電磁中心線91所示，內(nèi)腔89形成對(duì)稱的病人空間。
在磁氦容器80內(nèi)壓力波動(dòng)的情況下，包括壓力釋放閥90使冷氦氣通過包圍隔熱屏94的輔助冷卻回路92形式的旁通路徑流出，并流過多層絕緣層96。正如下面所述的，包括再冷凝器除冰系統(tǒng)100用于進(jìn)行無損害除冰。即，如果冷卻回路76結(jié)冰，則用包括真空閥102和壓力計(jì)104的真空閥系統(tǒng)98取代壓力釋放閥，并激活多個(gè)重要位置上的加熱部件106a-c。
如上所述，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，磁氦容器80以高于大氣壓的壓力運(yùn)行，以提高零蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)70的效率，并防止大氣的流入。磁真空容器88形成一個(gè)真空屏障，以將冷卻系統(tǒng)70與大氣的熱負(fù)荷隔絕。如果空氣滲入冷卻系統(tǒng)，例如在磁斜坡期間或在給磁氦容器80充注液氦72時(shí)，結(jié)冰通常發(fā)生在電磁零蒸發(fā)系統(tǒng)70的冷卻回路76中。一旦冷卻回路結(jié)冰，則零蒸發(fā)系統(tǒng)70停止使蒸發(fā)的氦78再液化。
由于磁氦容器80是封閉系統(tǒng)，所以氦的蒸發(fā)78提高了磁氦容器80內(nèi)的壓力并從而提高了冷卻回路76中的壓力。因此，壓力釋放閥90打開并使氦氣流過輔助冷卻回路92。輔助冷卻回路92對(duì)隔熱屏94提供冷卻，同時(shí)冷卻回路是不工作的。輔助冷卻回路92起熱阻斷的作用，該作用減小了磁氦容器80的熱流暴露。由于輔助冷卻回路通過一個(gè)直接連接在從冷卻回路76延伸出的三通管107，從供給管82排出的氦流冷卻隔熱屏94并減小了磁氦容器80的熱負(fù)荷，但以氦損耗為代價(jià)。
但是，當(dāng)檢測(cè)出壓力升高時(shí)，再冷凝器除冰系統(tǒng)100可用于排除任何結(jié)冰，并且不會(huì)使大氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)70。再冷凝器除冰系統(tǒng)100通過從冷卻回路76無損害地除冰而起作用，從而防止冷卻系統(tǒng)70暴露于大氣。再冷凝器除冰系統(tǒng)100在不開啟冷卻系統(tǒng)70和不使磁氦容器94進(jìn)一步暴露于吸收的污染空氣的情況下，為現(xiàn)場(chǎng)工程師提供一種安全有效的排除可形成冰塊的空氣，并防止會(huì)導(dǎo)致氦過量損失的磁鐵失超現(xiàn)象。
再冷凝器除冰系統(tǒng)100包括設(shè)置在冷卻回路76的重要位置上的加熱元件106a-c。在除冰運(yùn)行中，加熱元件106a-c在重要位置處提供局部加熱。加熱元件106a-c由電源110通過動(dòng)力傳輸電路112提供能量，以提供足夠的熱量來融化結(jié)冰的冷卻回路76。如參照?qǐng)D3所作的描述，加熱元件106a-c位于冰最經(jīng)常聚集的地方，并通過動(dòng)力傳輸電路提供能量，該動(dòng)力傳輸電路在不損害磁真空容器88的密封的情況下，穿過使加熱元件106a-c接收動(dòng)力的饋入裝置111。
通過舉例對(duì)三個(gè)特定的重要點(diǎn)位進(jìn)行說明；但可理解到，也可采用其它重要位置。此外，雖然按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，而且加熱元件106a-c位于所舉例的三個(gè)重要位置上，但也可將加熱元件106a-c設(shè)置在其它稍差一些的位置上并取得足夠的結(jié)果。也就是說，雖然在一個(gè)實(shí)施例中相對(duì)于重要點(diǎn)位對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但也可成功地采用其它重要點(diǎn)位和/或適當(dāng)點(diǎn)位。
為了加速除冰的過程，可去除在輔助冷卻回路92上的釋放閥90，而用真空閥系統(tǒng)98替代。因此，真空閥系統(tǒng)98直接連接在輔助冷卻回路92上，該冷卻回路又于三通管107處與冷卻回路76相連。另外，再冷凝器除冰系統(tǒng)100的一部分是真空泵108，該泵在連接點(diǎn)109處連接到真空閥系統(tǒng)98上，以便有助于清洗冷卻回路76。真空泵108用于加速除冰的過程。特別是，融化的冰顆粒受到用于真空地去除融化的冰顆粒的真空壓力作用。所以，當(dāng)真空閥102打開時(shí)，輔助冷卻回路92受到來自真空泵108的真空作用，并且當(dāng)加熱元件106a-c加熱結(jié)冰的冷卻回路76時(shí)，真空泵108去除融化冰的分子。在以這種方式將真空泵108應(yīng)用于輔助冷卻回路92時(shí)，輔助冷卻回路92起融化冰顆粒的真空排放口的作用。
真空泵108一直使用到冰融化并且氦流返回到冷卻回路76時(shí)為止。壓力計(jì)104指示冷卻回路76內(nèi)的壓力并幫助現(xiàn)場(chǎng)工程師控制除冰過程。開始時(shí)，運(yùn)行真空泵108，以在輔助冷卻回路92內(nèi)形成真空，壓力計(jì)104指示真空負(fù)荷。但在清除冰塊時(shí)，壓力會(huì)升高，直到該壓力與磁氦容器80內(nèi)的壓力相匹配時(shí)為止。
這里，現(xiàn)場(chǎng)工程師關(guān)閉真空閥102，該真空閥消除了輔助冷卻回路92和冷卻回路76中的真空壓力。即，當(dāng)氦流動(dòng)時(shí)，真空閥102關(guān)閉，將真空閥系統(tǒng)98去除，用壓力釋放閥90取代。加熱器電源110可被切斷或斷開，可重新起動(dòng)封閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)70，以恢復(fù)正常的氦再液化。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，該圖是示出了冷卻回路76和加熱元件106a-c的詳細(xì)視圖。另外，當(dāng)液氦蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)的氦收集在冷卻回路76中。冷卻回路將氣態(tài)氦78引入再冷凝器84。再冷凝器84包括一個(gè)裝有熱交換器翅片116的再冷凝器罐114。再冷凝器罐114利用熱交換器翅片116散熱，使氦氣78重新液化。當(dāng)氦液化時(shí)，液氦通過再冷凝器回路76的輸送管86滴回到磁氦容器80內(nèi)。這樣，冷卻回路76不斷地給磁氦容器80補(bǔ)充液氦。利用封閉循環(huán)制冷機(jī)118可有效地排除熱量，可將氣態(tài)氦78在熱負(fù)荷狀態(tài)下冷卻到大約4.2°K，這就將氣態(tài)氦冷凝成液體。封閉循環(huán)制冷機(jī)118通過冷卻套筒120連接到再冷凝器罐114上，該冷卻套筒為磁真空容器88提供真空屏并防止大氣進(jìn)入。
然而，如果大氣遍及壓力密封磁氦容器80，則大氣被迅速凍結(jié)122-126。如圖所示，大氣最經(jīng)常被凍結(jié)的區(qū)域是在供給管82，122、輸送管86，126和再冷凝器84，124內(nèi)。這樣，可連接多個(gè)加熱元件106a-c，以便有選擇地加熱這些重要區(qū)域。按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，多個(gè)加熱元件106a-c包括第一電阻元件106a、第二電阻元件106b和第三電阻元件106c。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電阻元件106a-c串聯(lián)地連接在動(dòng)力輸送電路112中。但可預(yù)料到，電阻元件106a-c以任何并聯(lián)或以串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合的方式連接。此外，電阻元件106a-c最好這樣構(gòu)成電阻元件106a的有效阻值是電阻元件106b或106c的有效阻值的2倍。也就是說，電阻元件106a的有效電阻等于電阻元件106b的有效阻值加上電阻元件106c的有效阻值。應(yīng)理解到，這種有效電阻的關(guān)系可通過電阻元件106a-c的固有電阻或通過與在動(dòng)力輸送電路內(nèi)的電阻元件的連接布置相結(jié)合的電阻元件的固有電阻來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)動(dòng)力由電源110施加到電阻元件106a-c時(shí)，有效電阻的布置能確保由電阻元件106a產(chǎn)生熱的動(dòng)力消耗等于由電阻元件106b或電阻元件106c消耗的動(dòng)力的2倍。這樣，由電阻元件106a傳送的熱量將是由電阻元件106b和106c單獨(dú)傳送的熱量的2倍。
如上所述，電阻元件106a-c連接到動(dòng)力輸送電路112上，該電路通過饋入裝置111將動(dòng)力從電源110傳送到電阻元件106a-c。電饋入裝置111用作通入磁氦容器80內(nèi)的導(dǎo)管，因而，電源在不損害冷卻系統(tǒng)70的壓力密封的情況下被輸送到電阻元件106a-c。電阻元件106a-c只在電源110接通時(shí)才接收輸入的動(dòng)力，否則電阻元件106a-c保持在不工作狀態(tài)。
當(dāng)冷卻回路76內(nèi)結(jié)冰122-126時(shí)，可接通電源110，以將動(dòng)力通過動(dòng)力輸送電路112和通過饋入裝置111傳送到電阻元件106a-c。電阻元件開始加熱冰顆粒122-126，以便融化冰顆粒122-126。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由電阻元件106a-c傳遞到冰顆粒122-126的熱量大小應(yīng)能使冰顆粒122-126升華。然后，正如參照?qǐng)D2所述，升華的冰顆粒利用真空方式通過輔助冷卻回路92排出。一旦冰顆粒122-126融化，就斷開電源110并使冷卻系統(tǒng)70恢復(fù)正常運(yùn)行。
因此，這里公開了一種系統(tǒng)和方法，因而，一種用于液體冷卻超導(dǎo)MR磁鐵54的冷卻系統(tǒng)70可以進(jìn)行無損害除冰。上述技術(shù)提供了一種為冷卻回路76除冰的系統(tǒng)和方法，它包括一個(gè)能排除被大氣污染磁氦容器80的潛在可能性的再冷凝器84。另外，上述技術(shù)使液體冷卻的超導(dǎo)MR磁鐵系統(tǒng)52能在除冰前不發(fā)生超導(dǎo)磁鐵失超的情況下除冰。
因此，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為MR系統(tǒng)的再冷凝器除冰的系統(tǒng)包括一個(gè)MR系統(tǒng)，它具有一個(gè)處于密封容器內(nèi)的超導(dǎo)磁鐵和一個(gè)用于冷卻超導(dǎo)磁鐵的再冷凝器系統(tǒng)。再冷凝器系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于融化再冷凝器系統(tǒng)中的冰顆粒的加熱元件和一個(gè)用于將動(dòng)力輸送到至少一個(gè)加熱元件、以使至少一個(gè)加熱元件能輸送足以融化再冷凝器系統(tǒng)中的冰顆粒的供熱的動(dòng)力輸送電路。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，MR系統(tǒng)的再冷凝器系統(tǒng)包括一個(gè)浸入在液體冷卻浴中的超導(dǎo)磁鐵和一個(gè)用于將氣態(tài)致冷劑冷卻成液態(tài)致冷劑的再冷凝器。供給管連接到再冷凝器上并用于將氣態(tài)致冷劑輸送到再冷凝器，輸送管連接到再冷凝器上并用于將液態(tài)致冷劑從再冷凝器中排出。再冷凝器系統(tǒng)還包括至少一個(gè)電阻元件，它們用于選擇性地將供熱輸送到再冷凝器、供給管和輸送管中的至少一個(gè)，以融化冰顆粒。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，MRI設(shè)備包括一個(gè)MRI系統(tǒng)，它具有多個(gè)設(shè)置在超導(dǎo)磁鐵腔周圍的梯度線圈，以施加極化磁場(chǎng)；及一個(gè)RF收發(fā)器系統(tǒng)和一個(gè)RF開關(guān)，它由脈沖模塊來控制，通過向RF線圈組件發(fā)射RF信號(hào)來獲取MR圖像。MRI設(shè)備還包括一個(gè)設(shè)置在超導(dǎo)磁鐵周圍的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)密封腔，該腔形成一個(gè)用于在超導(dǎo)磁鐵周圍循環(huán)致冷劑的冷卻夾套；一個(gè)再冷凝器，它連接到冷卻夾套上并用于冷卻蒸發(fā)的致冷劑；及至少一個(gè)加熱元件，它們用于為再冷凝器除冰。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，一種超導(dǎo)MR磁鐵組件的再冷凝器系統(tǒng)的無損害除冰的方法，包括一個(gè)再冷凝系統(tǒng)的加熱部分，該部分用于融化至少在再冷凝系統(tǒng)上的冰沉積物，其中再冷凝系統(tǒng)用于冷凝超導(dǎo)MR磁鐵系統(tǒng)的致冷劑，并以真空方式排除融化的冰沉積物。
現(xiàn)已根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解到，除了那些特別陳述之外，可以有等同物、其它選擇方案和變型，并且它們都在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
10 磁共振成像(MRI)系統(tǒng)12 操作員控制臺(tái)13 鍵盤或其它輸入裝置14 控制面板16 顯示屏18 鏈路20 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22 圖像處理模塊24 CPU模塊26 存儲(chǔ)模塊28 磁盤存儲(chǔ)器30 磁帶機(jī)32 系統(tǒng)控制器34 高速串行連線36 CPU模塊38 脈沖發(fā)生器模塊40 串行連線42 梯度放大器組44 生理探測(cè)控制器
46 掃描室接口電路48 病人定位系統(tǒng)50 梯度線圈組件52 磁鐵組件54 超導(dǎo)磁鐵56 整體式RF線圈58 收發(fā)器模塊60 RF放大器62 發(fā)射/接收開關(guān)64 前置放大器66 存儲(chǔ)模塊68 陳列處理器70 冷卻系統(tǒng)72 液氦浴74 液氦的適當(dāng)液位76 再冷凝器流動(dòng)回路或冷卻回路78 蒸發(fā)的氦80 磁氦容器82 供給管84 再冷凝器86 輸送管88 磁真空容器90 壓力釋放閥92 輔助冷卻回路94 隔熱屏96 多層絕緣層98 真空閥系統(tǒng)100 再冷凝器除冰系統(tǒng)102 真空閥104 壓力計(jì)107 三通管108 真空泵
109 連接點(diǎn)位110 電源111 饋入裝置112 動(dòng)力輸送系統(tǒng)114 再冷凝器罐116 熱交換器翅片118 密封循環(huán)制冷機(jī)120 冷卻套筒122 結(jié)冰管124 結(jié)冰再冷凝器126 結(jié)冰管
權(quán)利要求
1.一種為MR系統(tǒng)(10)的再冷凝器除冰的系統(tǒng)，包括一個(gè)MR系統(tǒng)(10)，它具有一個(gè)處于密封容器(80，88)內(nèi)的超導(dǎo)磁鐵(54)和一個(gè)用于冷卻超導(dǎo)磁鐵(64)的再冷凝系統(tǒng)(76)，包括至少一個(gè)用于融化再冷凝系統(tǒng)(76)中的冰顆粒(122，124，126)的加熱元件(106)和一個(gè)用于將動(dòng)力輸送到至少一個(gè)加熱元件(106)、以使至少一個(gè)加熱元件能輸送足以融化再冷凝器系統(tǒng)中的冰顆粒(122，124，126)的供熱的動(dòng)力輸送電路(112)。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一個(gè)用于從再冷凝系統(tǒng)(76)中排除融化的顆粒(122，124，126)的真空設(shè)備(108)。
3.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中真空設(shè)備(108)用于通過一個(gè)輔助冷卻回路(92)排除升華的顆粒。
4.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括一個(gè)通過冷卻回路(92)連接到再冷凝系統(tǒng)(76)上并用于控制真空設(shè)備(108)的真空設(shè)備閥(102)；及一個(gè)連接到真空設(shè)備閥(102)上的壓力計(jì)(104)。
5.按照權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中壓力計(jì)(104)用于指示何時(shí)應(yīng)起動(dòng)真空設(shè)備閥(102)。
6.按照權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中真空設(shè)備閥(102)和壓力計(jì)(104)用于在預(yù)示再冷凝器結(jié)冰而指示壓力升高時(shí)取代壓力釋放閥(90)。
7.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中密封容器(80，88)是可防止大氣進(jìn)入的壓力密封式容器。
8.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中動(dòng)力輸送電路(112)用于通過一個(gè)通入壓力密封容器(80，88)的電氣饋入裝置(111)向至少一個(gè)加熱元件(106)提供動(dòng)力，以使至少一個(gè)加熱元件(106)在電源(110)連接到動(dòng)力輸送電路(112)時(shí)產(chǎn)生熱。
9.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中壓力密封容器(80，88)用于在結(jié)冰顆粒(122，124，126)融化時(shí)保持密封壓力。
10.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中再冷凝器系統(tǒng)(76)包括多個(gè)用以冷卻氣態(tài)致冷劑的熱交換翅片(116)，并且該再冷凝器系統(tǒng)由密封循環(huán)的制冷機(jī)(118)冷卻。
全文摘要
一種為再冷凝器(76)除冰的系統(tǒng)和方法，包括至少一個(gè)用于融化再冷凝系統(tǒng)(76)中的冰顆粒(122，124，126)的加熱元件(106)。還包括一個(gè)動(dòng)力輸送電路(112)，它用于將動(dòng)力輸送到至少一個(gè)電阻加熱元件(106)、以使至少一個(gè)電阻加熱元件能輸送足以融化再冷凝器系統(tǒng)(76)中的冰顆粒(122，124，126)的供熱。
文檔編號(hào)F25D21/00GK1672632SQ20051005189
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者R·A·曼加諾, I·-H·徐, G·A·萊曼, D·R·曼頓 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司