專利名稱：用于在升流期間操作磁共振成像系統(tǒng)的裝置和方法
用于在升流期間操作磁共振成像系統(tǒng)的裝置和方法
背景技術(shù)：
本文公開(kāi)的主旨一般涉及磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，并且更具體地涉及對(duì)MRI系統(tǒng)升流(ramping)。在具有超導(dǎo)磁體的傳統(tǒng)MRI系統(tǒng)中，形成該超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)線繞組使用氦容器低溫冷卻以維持該磁體低于臨界溫度。例如，該超導(dǎo)磁體的繞組浸入液氦的浴器或容器中從而維持溫度低于超導(dǎo)操作的該臨界溫度。當(dāng)給MRI系統(tǒng)通電時(shí)，并且特別當(dāng)給超導(dǎo)磁體通電時(shí)(其通常稱為升流)，作用于導(dǎo)體上的洛侖茲力增加，從而引起能導(dǎo)致局部摩擦發(fā)熱的導(dǎo)線的微小移動(dòng)。產(chǎn)生的熱量能夠使線圈的局部區(qū)域過(guò)熱并形成正常區(qū)域，在該區(qū)域該繞組的導(dǎo)體(或?qū)Ь€)失去超導(dǎo)性質(zhì)并且轉(zhuǎn)移到正常電阻狀態(tài)。由于焦耳熱和熱傳導(dǎo)，該正常區(qū)域?qū)U(kuò)展至整個(gè)繞組，其導(dǎo)致猝熄事件(quench event)。伴隨該猝熄的是從制冷劑浴器(磁體繞組浸入其中)逸出的氦的快速蒸發(fā)。伴隨著磁體的重新填充和重新升流，每次猝熄都是費(fèi)錢并且耗費(fèi)時(shí)間的事件。指定超導(dǎo)磁體的導(dǎo)體以提供足夠的穩(wěn)定性裕度從而避免正常區(qū)域從局部加熱位置蔓延。在升流期間繞組的穩(wěn)定性裕度可以增加，例如通過(guò)增加形成繞組的導(dǎo)線的臨界電流、添加高電導(dǎo)率穩(wěn)定材料或者改進(jìn)導(dǎo)線的冷卻能力等來(lái)增加。然而，這些方法增加了 MRI系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)各種實(shí)施例，提供了一種用于控制磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)的方法。該方法包括在磁體升流期間降低MRI系統(tǒng)制冷劑容器中的壓力以及磁體升流完成后將制冷劑容器中的壓力恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力級(jí)。根據(jù)其它實(shí)施例，提供了一種磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括其中具有液體制冷劑的容器以及在該容器中的超導(dǎo)磁體。該容器配置成可拆除地連接至真空泵，該真空泵配置成可從該容器泵抽制冷劑以在超導(dǎo)磁體升流期間降低容器中的壓力級(jí)并且在正常磁體運(yùn)行期間使該壓力級(jí)恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力級(jí)。根據(jù)再其它實(shí)施例，提供了一種用于升流磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)的成套設(shè)備。該成套設(shè)備包括真空泵和連接器，該連接器配置成可將真空泵連接至MRI磁體系統(tǒng)的容器，以從該容器中泵抽制冷劑從而在MRI磁體系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體升流期間降低容器中的壓力級(jí)并且之后使該壓力級(jí)恢復(fù)至正常壓力級(jí)。


圖1是根據(jù)各種實(shí)施例的用于對(duì)磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)升流的方法的流程圖。圖2是圖示各種實(shí)施例可連同其一起實(shí)現(xiàn)的MRI磁體系統(tǒng)的圖。圖3是圖示根據(jù)各種實(shí)施例的磁體通電過(guò)程的時(shí)間線的圖。
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圖4-6是圖示根據(jù)各種實(shí)施例形成的制冷劑容器的多室系統(tǒng)的實(shí)施例的圖。圖7-9是圖示根據(jù)各種實(shí)施例形成的制冷劑容器的多室系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的圖。圖10-12是圖示根據(jù)各種實(shí)施例形成的制冷劑容器的多室系統(tǒng)的實(shí)施例的圖。圖13是圖示溫度裕度與超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的運(yùn)行溫度的關(guān)系的曲線圖。圖14是MRI系統(tǒng)的示圖，其中可實(shí)現(xiàn)根據(jù)各種實(shí)施例形成的多室系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式當(dāng)結(jié)合附圖一起閱讀時(shí)，將會(huì)更好地理解前面的概要以及下面對(duì)某些實(shí)施例的詳細(xì)描述。附示各種實(shí)施例的功能塊的圖，就這方面來(lái)說(shuō)，該功能塊并不必須指示硬件之間的劃分。因此，例如，功能塊中的一個(gè)或多個(gè)可在單件硬件或多件硬件中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解的是各種實(shí)施例并不限于附圖中所示的設(shè)置和手段。如本文使用的，以單數(shù)列舉的并且具有單詞“一”在前的元件或步驟應(yīng)該理解為不排除復(fù)數(shù)個(gè)所述元件或步驟，除非明確地規(guī)定這種排除。此外，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”的引用不意在解釋為排除也包含列舉的特征的另外的實(shí)施例的存在。此外，除非明確地規(guī)定相反情況， 否則“包括”或“具有”具有特定性質(zhì)的元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括不具有該性質(zhì)的另外的這樣的元件。各種實(shí)施例提供用于對(duì)磁共振成像(MRI)系統(tǒng)升流的系統(tǒng)和方法，例如，其中在啟動(dòng)期間給MRI系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體的線圈或繞組通電。超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在真空狀態(tài)下泵抽以降低超導(dǎo)磁體繞組所在的制冷劑容器的壓力。通過(guò)實(shí)踐至少一個(gè)實(shí)施例，并且至少一些實(shí)施例的技術(shù)效果是容器內(nèi)的制冷劑(例如氦)的溫度下降，從而增加了超導(dǎo)磁體在升流期間的穩(wěn)定性，例如用以耐受摩擦干擾并降低猝熄的可能性。另外，通過(guò)實(shí)踐至少一個(gè)實(shí)施例， 可以排除增加諸如另外的銅穩(wěn)定器等導(dǎo)體的穩(wěn)定性的努力、更高的臨界電流或者超導(dǎo)磁體的線圈或繞組的浸漬等。在圖1中圖示用于對(duì)MRI系統(tǒng)并且特別地MRI磁體系統(tǒng)升流的方法30。特別地，該方法30包括在32處在MRI系統(tǒng)的磁體系統(tǒng)的升流期間降低制冷劑容器的壓力。如本文使用的，升流通常指的是MRI系統(tǒng)的啟動(dòng)，其包括給超導(dǎo)磁體的線圈或繞組通電。應(yīng)該注意的是壓力降低可在升流之前被發(fā)起，例如通過(guò)實(shí)施制冷劑的預(yù)升流抽空 (pre-rampingpump-down)以降低制冷劑容器中的壓力，如下面更詳細(xì)地描述的，其導(dǎo)致溫度的相應(yīng)降低。例如，在制冷劑為氦的一個(gè)實(shí)施例中，在升流之前和/或期間，氦氣從制冷劑容器中抽出。如在本文中更詳細(xì)地描述的，可提供制冷劑容器的不同泵抽配置和設(shè)置，例如(i)熱連接的抽空室，(ii)液壓連接的置換室(displacing chamber)或者(iii)具有低溫泵的室。應(yīng)該注意的是這些配置和設(shè)置只是示例性的，并且可使用允許制冷劑容器中壓力降低的任何適合的方法或系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，氦容器中的氦被抽空至超流體溫度，例如，大約1. 8開(kāi)爾文⑷， 其中該液氦低于液氦的拉姆達(dá)(λ)點(diǎn)(處于稱為氦II的狀態(tài))。然而，該氦容器可抽空至高于或低于該超流體溫度的不同溫度。該容器維持在該較低的抽空壓力級(jí)直至升流完成后，例如當(dāng)該磁體系統(tǒng)進(jìn)入正?；虺掷m(xù)運(yùn)行模式的時(shí)候。制冷劑容器的壓力降低可連同在圖2中大體上圖示的MRI磁體系統(tǒng)40—起執(zhí)行，
4其示出MRI系統(tǒng)的一部分。MRI磁體系統(tǒng)40包括容納液體制冷劑的容器42，諸如液氦等。 因此，在該實(shí)施例中，容器42是氦容器，其也可被稱為氦壓力容器。容器42被真空容器44 包圍并且可選地在其中和/或其間包括熱屏蔽(未示出)，例如，該熱屏蔽可以是例如熱隔離輻射屏蔽。在各種實(shí)施例中是低溫冷卻器的冷頭46在冷頭套筒48 (例如，殼體)內(nèi)延伸通過(guò)真空容器44。因此，冷頭46的冷端可以放置在冷頭套筒48內(nèi)而不會(huì)影響真空容器44 中的真空。冷頭46使用任何適合的部件、例如一個(gè)或多個(gè)凸緣和螺栓或本領(lǐng)域中已知的其它部件等插入并固定在冷頭套筒48內(nèi)。此外，冷頭46的馬達(dá)50提供在真空容器44的外在各種實(shí)施例中是超導(dǎo)線圈的一個(gè)或多個(gè)磁體線圈52提供在氦容器42的內(nèi)部并在如在本文中更詳細(xì)描述的那樣在MRI系統(tǒng)運(yùn)行期間受到控制以獲得MRI圖像數(shù)據(jù)。另外， 在MRI系統(tǒng)運(yùn)行期間，MRI磁體系統(tǒng)40的氦容器42內(nèi)的液氦冷卻了超導(dǎo)磁體線圈52，該線圈可以配置成如已知的線圈組件。該超導(dǎo)磁體線圈52在正常運(yùn)行中(或者處于持續(xù)狀態(tài)中)冷卻至超導(dǎo)溫度(例如4. I)以及冷卻到較低的溫度，例如在如在本文中更詳細(xì)描述的磁體系統(tǒng)40升流期間的超流體溫度。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，冷卻過(guò)程可包括通過(guò)氦再凝結(jié)系統(tǒng)M將蒸發(fā)的氦氣體再凝結(jié)為液體并返回至氦容器42。應(yīng)該注意的是蒸發(fā)的氦可經(jīng)過(guò)連接氦容器42至再凝結(jié)系統(tǒng)M 的氣體通道56并且再凝結(jié)的氦可以通過(guò)通道58返回至氦容器。由于磁體在正常運(yùn)行期間不要求較低的壓力級(jí)，在34處作出關(guān)于磁體升流是否完成的確定，即磁體系統(tǒng)不再處于升流運(yùn)行模式。例如，可作出關(guān)于磁體系統(tǒng)是否在正?；蛘叱掷m(xù)運(yùn)行模式的確定?？苫谑欠駥?duì)該超導(dǎo)磁體應(yīng)用激勵(lì)電流(energizing current) 來(lái)做出該確定。如果在34處作出磁體系統(tǒng)仍然處于升流運(yùn)行模式的確定，則在36處維持降低的壓力級(jí)。例如，維持制冷劑容器的壓力以使氦在超流體溫度處于氦II狀態(tài)。如果在34處作出磁體系統(tǒng)不再或不處于升流運(yùn)行模式的確定，那么在38處制冷劑容器恢復(fù)至正常壓力?？赏ㄟ^(guò)將液體制冷劑返回或增加至制冷劑容器來(lái)增加該壓力。在一些實(shí)施例中，升流運(yùn)行模式之后，通過(guò)將制冷劑容器中的壓力返回至環(huán)境壓力或接近環(huán)境壓力(其導(dǎo)致大約 4. 5K (例如4. 2K)的正常運(yùn)行溫度)，從而使磁體系統(tǒng)進(jìn)入正?；虺掷m(xù)運(yùn)行模式。因此，在各種實(shí)施例中，只有在升流期間才會(huì)提供降低的制冷劑容器壓力。當(dāng)冷頭在正常運(yùn)行期間提供零蒸發(fā)再凝結(jié)時(shí)，該冷頭具有在較低溫度(壓力)大大減小的有限能力。在常規(guī)MRI掃描儀運(yùn)行期間，該冷頭的能力可能不足以用恒定的制冷劑液位(cryogen level)連續(xù)地維持低壓力體系。應(yīng)該注意的是也可在升流之前提供降低的壓力，這樣在升流的開(kāi)始階段，制冷劑容器中的壓力被降低，從而提供例如液體制冷劑的超流體溫度。如圖3的時(shí)線70中所示的，示出磁體通電過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例，在72處執(zhí)行制冷劑的預(yù)升流抽空，在該實(shí)施例中其圖示為在升流運(yùn)行模式之前發(fā)生。可包括抽真空過(guò)程的預(yù)抽過(guò)程降低了壓力，從而導(dǎo)致制冷劑溫度的降低。在啟動(dòng)系統(tǒng)的升流程序之前，該預(yù)抽過(guò)程可以使制冷劑降至超流體溫度。該預(yù)抽過(guò)程可以降低制冷劑的壓力，從而提供其它更低的溫度，諸如3Κ、2· 5Κ等。此后，在升流運(yùn)行模式中的一部分或全部期間，容器壓力維持在較低水平，其維持溫度在較低水平。在升流運(yùn)行模式結(jié)束時(shí)，諸如磁體系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入正?；虺掷m(xù)(不變)運(yùn)行模式之后，執(zhí)行升流后泵抽(或者其它方法，諸如容器填充方法)以使制冷劑的壓力(以及相應(yīng)地溫度)恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力和溫度，如在本文中更詳細(xì)地描述的。應(yīng)該注意的是可使制冷劑容器的壓力恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力，和/或用于恢復(fù)制冷劑容器壓力至正常運(yùn)行壓力的過(guò)程可在升流結(jié)束前(例如在升流結(jié)束前的預(yù)定時(shí)間段)、升流結(jié)束時(shí)或者升流結(jié)束后(例如升流后的預(yù)定時(shí)間段)開(kāi)始。在一個(gè)實(shí)施例中，以及如圖2中所示的，泵60(例如真空泵)連接至氦容器42以允許直接將氦氣從氦容器42泵抽出來(lái)。泵60可以是任何適合的泵，并且用于連接至氦容器42的連接部件一般是允許氦(或制冷劑)以氣體或液體的形式傳送的任何通道。因此， 由于氦從氦容器42中抽出，氦在氦容器42中的液面降低，由此降低氦容器中的壓力，并且相應(yīng)地降低了溫度。應(yīng)該注意的是從氦容器42中抽出的液體量可以是預(yù)定的數(shù)量(例如， 基于容器的尺寸和期望或需要的壓力降低)或基于制冷劑的當(dāng)前溫度，諸如通過(guò)溫度感測(cè)裝置(未示出)測(cè)量的氦容器42中氦的當(dāng)前降低的溫度。泵60連接至存儲(chǔ)單元62，該存儲(chǔ)單元可是能夠存儲(chǔ)從氦容器42中泵抽的液氦的任何類型容器。在一些實(shí)施例中，從氦容器42中泵抽的液氦可暫時(shí)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元62 中，并且然后在升流之后重新使用(例如被釋放或抽回至氦容器42內(nèi))以便使得氦容器42 恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力(例如大約環(huán)境壓力)。應(yīng)該注意的是如果在泵抽之后氦容器42中氦的液位下降(level drop)不在期望或者需要的液位，氦容器42中的壓力可恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力，從而留下過(guò)冷的氦(sub-cooled helium)，在再次泵抽之前，可向其中加入氦(在大約4. I)。這個(gè)再泵抽過(guò)程可迭代地執(zhí)行。控制器61連接至泵60以控制泵抽運(yùn)行，例如，在升流期間控制氦容器42內(nèi)的壓力級(jí)，如在本文中更詳細(xì)地描述的。例如，控制器61可連接至分別測(cè)量氦容器42中的溫度和壓力的溫度感測(cè)裝置(未示出)或者壓力感測(cè)裝置(未示出)。因此，控制器61可控制泵60從而在升流期間提供氦容器中降低的壓力。控制器61可配置成執(zhí)行本文描述的過(guò)程或方法中的一個(gè)或多個(gè)，例如方法30等?？刂破?1可實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器的一部分。該計(jì)算機(jī)或處理器可包括計(jì)算裝置，輸入裝置，顯示單元和接口，例如用于訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。該計(jì)算機(jī)或處理器可包括微處理器。該微處理器可連接至通信總線。該計(jì)算機(jī)或處理器還可包括存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。該計(jì)算機(jī)或處理器進(jìn)一步可包括存儲(chǔ)裝置，其可以是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或者可移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器，例如軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等等。 該存儲(chǔ)裝置還可以是用于將計(jì)算機(jī)程序或其它指令裝載進(jìn)入計(jì)算機(jī)或處理器的其它相似部件。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”或“模塊”可以包括任何基于處理器或基于微處理器的系統(tǒng)，其包括使用微控制器、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路和任何能夠執(zhí)行本文描述的功能的其它電路或處理器的系統(tǒng)。上述的例子只是示例性的， 因此并不意在以任何方式限定術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”的定義和/或含義。為了處理輸入的數(shù)據(jù)，該計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)元件中的指令集。該存儲(chǔ)元件還可按期望或需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或其它信息。該存儲(chǔ)元件可采用在處理機(jī)內(nèi)的信息源或物理存儲(chǔ)元件的形式。該指令集可包括各種命令，該命令指導(dǎo)作為處理機(jī)的計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行特定的操作，例如各種實(shí)施例的方法和過(guò)程。該指令集可采用軟件程序的形式。該軟件可采用諸如系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件等各種形式。此外，該軟件可采用單獨(dú)程序或模塊的集合、在更大程序內(nèi)的程序模塊或程序模塊的一部分的形式。該軟件也可包括采用面向?qū)ο缶幊痰男问降哪K化編程。由處理機(jī)的輸入數(shù)據(jù)處理可響應(yīng)于操作員命令，或響應(yīng)于先前的處理結(jié)果，或響應(yīng)于由另外一個(gè)處理機(jī)作出的請(qǐng)求。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)以供計(jì)算機(jī)執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序，該存儲(chǔ)器包括RAM存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、 EEPROM存儲(chǔ)器以及非易失性RAM(NVRAM)存儲(chǔ)器。上述存儲(chǔ)器類型只是示例性的，因此關(guān)于可用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器類型不是限制性的。再次參照附圖2，應(yīng)該注意的是泵60(以及本文描述的泵的其它實(shí)施例)可以是真空泵，例如便攜式真空泵。當(dāng)磁體正被升流時(shí)，該真空泵和壓力控制單元可現(xiàn)場(chǎng)使用，例如提供為用于連接至MRI磁體系統(tǒng)40的成套設(shè)備，其可包括連接器63，其構(gòu)成泵60、容器 42、真空容器44，以及泵60、容器42和真空容器44的任何組合的一部分(諸如可包括連接線路的互補(bǔ)連接設(shè)置)，或者可提供為獨(dú)立部件。還設(shè)想其它實(shí)施例。例如，根據(jù)一些實(shí)施例，提供多室(例如兩個(gè)室)系統(tǒng)。該多室系統(tǒng)可減緩液面的下降。如下面所描述的，這些多室系統(tǒng)可具有不同的泵抽配置和設(shè)置， 諸如(i)如在圖4至6中示出的熱連接的抽空室，(ii)如在圖7至9中示出的液壓連接的置換室或者(iii)在圖10至12中示出的具有低溫泵的室。應(yīng)該注意的是圖4-12是示出多室系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖4至6示出了多室系統(tǒng)80的軸向剖面視圖，該系統(tǒng)可作為用于MRI磁體系統(tǒng)的制冷劑容器來(lái)使用。特別地，該多室系統(tǒng)80包括兩個(gè)獨(dú)立室，即第一室82和第二室84，其中每個(gè)限定獨(dú)立的容器或容器室。第一室82包括一個(gè)或多個(gè)線圈86，該線圈是浸入第一室 82內(nèi)的液氦88中的超導(dǎo)線圈。應(yīng)該注意的是線圈86可采用允許MR成像的任何適合的方式配置和提供。如圖4中所示的，最初第一室82可沒(méi)有完全充滿氦88，并且包括未包含液氦88的區(qū)域90 (例如空處)。在一些實(shí)施例中，第一室82中氦88的量可變化并且第一室82可完全地填充。多室系統(tǒng)80還包括連接至第二室84的泵92。泵92配置成泵送制冷劑進(jìn)入第二室84和/或從第二室84中抽出制冷劑。多室系統(tǒng)80的圖4至6示出使用熱連接抽空室、根據(jù)各種實(shí)施例用于降低制冷劑容器中壓力的過(guò)程。該過(guò)程一般包括以下步驟1、如圖4中所示，由泵92抽空之前，在溫度⑴=4. 2K并且壓力⑵大約為100 千帕斯卡(kPa)下，室82和84用液體制冷劑(例如液氦)填充。2、如圖5中所示，對(duì)第二室84進(jìn)行抽空至P2大約為5kPa，T2大約為1. 8K的狀態(tài)， 其中由于室82和84之間的傳導(dǎo)屏障(墻)，第二室84的溫度(T2)與第一室82的溫度(T1) 差不多相同。抽空以及隨后的溫度降低使得液氦的狀態(tài)由He I變成He II。磁體在處于 1. 8K的He II中隨線圈86被升流(在大約為IOOKPa的P1過(guò)冷卻)。如圖5中所示，通過(guò)用泵92抽出氦，減小了第二室84中氦88的體積。3、如圖6中所示，具有處于持續(xù)模式中的磁體，由于熱量滲漏到由多室系統(tǒng)80形成的制冷器中，氦88的溫度緩慢上升如下p2 —大約130kPa，并且兩室82和84中的溫度大約相等(T1 T2 — 4. 5K)。因此，隨著低溫冷卻器的運(yùn)行，例如冷頭46 (在圖2中示出的) 的運(yùn)行，恢復(fù)平衡狀態(tài)。應(yīng)該注意的是在第二室84中的液氦88可維持在較低的體積水平或可重新填充。因此，提供兩個(gè)熱連接室82和84，從而在較小室(即第二室84)中進(jìn)行抽空。在各種實(shí)施例中，第二室84中的壓力被降至顯著低于第一室82的壓力級(jí)(例如相比 lOOKPa)。第一室82中磁體的線圈86處于接近環(huán)境溫度的過(guò)冷卻He II狀態(tài)。應(yīng)該注意的是雖然氦88的液位(level)或體積恢復(fù)，但是在抽空期間可能會(huì)損失一些氦蒸氣。圖7至9示出了多室系統(tǒng)100的軸向剖面視圖，該系統(tǒng)可用作用于MRI磁體系統(tǒng)的制冷劑容器。特別地，該多室系統(tǒng)100包括兩個(gè)獨(dú)立室，即第一室102和第二室104，其中每個(gè)限定獨(dú)立的容器或容器室。第一和第二室102和104可由間隙106分離。第一室102 包括一個(gè)或多個(gè)線圈108，該線圈是浸入第一室102內(nèi)的液氦110中的超導(dǎo)線圈。應(yīng)該注意的是線圈108可采用允許MR成像的任何適合的方式配置和提供。如圖7中所示，最初第一室102可沒(méi)有完全充滿氦110，并且包括未包含液氦的區(qū)域112(例如空處)。在一些實(shí)施例中，第一室102中氦的量可變化并且第一室102可完全地填充。多室系統(tǒng)100還包括連接至第二室104的泵114。泵114配置成泵送制冷劑進(jìn)入第二室104和/或從第二室104中抽出制冷劑。另外，在第一和第二室102和104之間提供了閥116，其連通地聯(lián)接第一和第二室102和104從而允許或阻止其間的流動(dòng)。多室系統(tǒng)100的圖7至9示出使用液壓連接置換室、根據(jù)各種實(shí)施例用于降低制冷劑容器中壓力的過(guò)程。該過(guò)程一般包括以下步驟1、如圖7中所示，由泵144抽空之前，在T = 4. ^(并且ρ大約為IOOkPa,室102和 104都用液體制冷劑(例如液氦)填充。應(yīng)該注意的是，閥116是打開(kāi)的。2、如圖8中所示，對(duì)第一室102和第二室104進(jìn)行抽空至大約5kPa的P1 = p2和大約1. 8K的T1 = T2。磁體在具有處于大約1. 8Κ的T且處于大約5kPa的ρ的He II中隨線圈108被升流。3、然后對(duì)第二室104施加壓力(例如液壓地施加)從而排出氦110并且恢復(fù)第一室102中氦110的液位(level)(例如通過(guò)打開(kāi)閥116)。該壓力通過(guò)圖9中的箭頭示出。 此后，磁體在處于大約1. 8K的T且處于大約5kPa的ρ的He II中隨線圈108被升流。具有處于持續(xù)模式中的磁體(未示出)，由于熱量滲漏到由多室系統(tǒng)100形成的制冷器中，氦110的溫度和壓力緩慢上升如下至P—大約130kPa并且T — 4.漲。因此，隨著低溫冷卻器的運(yùn)行，例如冷頭46 (在圖2中示出的)的運(yùn)行，恢復(fù)平衡狀態(tài)。因此，提供液壓室設(shè)置從而使得每個(gè)室中的制冷劑液位(cryogenlevel)同時(shí)降低。進(jìn)行抽空后，第二室中104的壓力升高，該室排出了剩余氦110并因此恢復(fù)第一室102 中氦110的液位或體積。應(yīng)該注意的是雖然氦110的液位或體積被恢復(fù)，但是在抽空期間可能會(huì)損失一些氦蒸氣。因此，通過(guò)從一個(gè)室泵抽以降低壓力從而使得另一個(gè)室被過(guò)冷卻而不用降低氦110的液位。圖10至12示出了多室系統(tǒng)120的軸向剖面視圖，該系統(tǒng)可用作用于MRI磁體系統(tǒng)的制冷劑容器。特別地，該多室系統(tǒng)120包括兩個(gè)獨(dú)立室，即第一室122和第二室124，其中每個(gè)限定獨(dú)立的容器或容器室。第一室122和第二室IM可由間隙1 分離。第一室 122包括一個(gè)或多個(gè)線圈128，該線圈是浸入第一室122內(nèi)的液氦130中的超導(dǎo)線圈。應(yīng)該注意的是線圈1 可采用允許MR成像的任何適合的方式配置和提供。如圖10中所示，最初第一室122可沒(méi)有完全充滿氦130，并且包括未包含液氦的區(qū)域132(例如空處)。在一些實(shí)施例中，第一室122中氦的量可變化并且第一室122可完全地填充。多室系統(tǒng)120還包括具有連接在第一室122和第二室IM之間的閥136的泵134。 泵134配置成從第一室122泵抽制冷劑到第二室124。另外，在第一室122和第二室IM之間提供閥138，其連通地聯(lián)接第一室122和第二室IM從而允許或阻止其間的流動(dòng)。多室系統(tǒng)120的圖10至12示出使用具有低溫泵的室、根據(jù)各種實(shí)施例用于降低制冷劑容器中壓力的過(guò)程。該過(guò)程一般包括以下步驟1、如圖10中所示，由泵1；34抽空之前，在T = 4. ^(并且P大約為IOOkPa下，第二室1 是空的而第一室122用液體制冷劑(例如液氦)填充。應(yīng)該注意的是閥136和138 是關(guān)閉的。2、如圖11中所示，泵134(其中閥136打開(kāi))從第一室122泵抽液氦130到第二室 124。第一室122處于大約的P1和大約1. 8K的T1 ；且第二室IM處于大約為IOOKPa 的P2和大約4. 2K的T2。應(yīng)該注意的是可進(jìn)行對(duì)第一室122的額外泵抽。磁體在處于1. 8Κ 的He II中隨線圈1 被升流。3、如圖12中所示，具有處于持續(xù)模式中的磁體，由于熱量滲漏到由多室系統(tǒng)120 形成的制冷器中，溫度緩慢上升如下=P2 —大約130kPa并且T1 T2 — 4. 5K。因此，隨著低溫冷卻器的運(yùn)行，例如冷頭46(在附圖2中示出的)的運(yùn)行，恢復(fù)平衡狀態(tài)。通過(guò)打開(kāi)閥 138可使氦130從第二室IM置換至第一室122從而使第一室122中氦130的體積或液位上升。由此提供了封閉的氦設(shè)置。多室系統(tǒng)120使用由液氦泵134示出的內(nèi)部制冷，該泵可是Barber-Nichiols泵并且可包括Joule-Thomson(JT)閥，如閥138所示。在這個(gè)實(shí)施例中，液氦130被連續(xù)地從第一室122抽入第二室124。氦130中的一些可被傳回第一室 122以再次冷卻。應(yīng)該注意的是空間填充劑(未示出)也可用于減少制冷劑容器的體積從而允許升流之前更快抽空。因此，根據(jù)各種實(shí)施例，在磁體系統(tǒng)升流期間，MRI系統(tǒng)的制冷劑容器中的壓力降低，其降低溫度。升流之后，當(dāng)磁體系統(tǒng)采用正?；虺掷m(xù)模式運(yùn)行時(shí)，制冷劑容器恢復(fù)至環(huán)境或大約環(huán)境壓力。因此，各種實(shí)施例可提供例如氦I/氦II (He I/He II)磁體系統(tǒng)。附圖13中示出超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的溫度裕度(由垂直軸表示)和運(yùn)行溫度(由水平軸表示)的曲線圖140。在曲線圖140中，圖表142表示溫度裕度而圖表144表示運(yùn)行溫度，其中線146對(duì)應(yīng)于拉姆達(dá)(λ)點(diǎn)，線148對(duì)應(yīng)于升流狀態(tài)，而線149對(duì)應(yīng)于正常運(yùn)行狀態(tài)。曲線圖140示出1、在4.49Κ下(p = 4psi)，導(dǎo)體具有運(yùn)行電流/臨界電流(I。p/I。)=80%，其是偏移驅(qū)動(dòng)的極限(假設(shè)η = 45)。2、隨著運(yùn)行溫度(Τ。ρ)的降低，對(duì)于該導(dǎo)體I。和ΔΤΜ8增加。
3、Δ Tmarg 從 0. 7Κ 變化至 3. 2Κ ； Iop/Ic 從 75%變化至 42%。4、在T。p = 4. 2Κ下，無(wú)法獲得3· 2Κ的裕度(即使在零電流)。應(yīng)該注意的是，雖然一些實(shí)施例可結(jié)合MRI系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體描述，但是各種實(shí)施例可結(jié)合具有超導(dǎo)磁體的任何類型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該超導(dǎo)磁體可采用其他類型的醫(yī)療成像裝置以及非醫(yī)療成像裝置實(shí)現(xiàn)。因此，可結(jié)合不同類型的超導(dǎo)磁體、例如用于MRI系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體來(lái)實(shí)施各種實(shí)施例。例如，各種實(shí)施例可與附圖13中示出的用于與MRI系統(tǒng)150—起使用的超導(dǎo)磁體一起實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解的是，雖然系統(tǒng)150作為單個(gè)模式形態(tài)成像系統(tǒng)示出，但是各種實(shí)施例可采用多模式形態(tài)成像系統(tǒng)實(shí)施或與多模式形態(tài)成像系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)150作為 MRI成像系統(tǒng)示出并且可與不同類型的醫(yī)療成像系統(tǒng)相結(jié)合，例如計(jì)算機(jī)X射線斷層造影攝影術(shù)(CT)、正電子發(fā)射斷層造影術(shù)攝影(PET)、單量子光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層造影攝影術(shù) (SPECT)，)以及超聲波系統(tǒng)，或者能夠生成圖像(特別是人的圖像)的任何其它系統(tǒng)。此外，各種實(shí)施例并不限定為用于給受檢人成像的醫(yī)療成像系統(tǒng)，而是可包括用于給非人類受檢者、行李等成像的獸醫(yī)或非醫(yī)療系統(tǒng)。參照?qǐng)D14，MRI系統(tǒng)150 —般包括成像部分152和可包括處理器或其他計(jì)算或控制器裝置的處理部分154。該MRI系統(tǒng)150包括在機(jī)架156內(nèi)部的由線圈或繞組形成的超導(dǎo)磁體158，該磁體可支撐在磁體線圈支撐結(jié)構(gòu)上。可配置成與氦容器42 (在圖2中示出的)相似的氦容器160(也稱為低溫保持器)包圍超導(dǎo)磁體158(與超導(dǎo)線圈52相似(在附圖2中示出的))并且用液氦填充。液氦用于冷卻超導(dǎo)磁體158，并且在升流期間其溫度可降低，如在本文中更詳細(xì)地描述的。在氦容器160外表面和超導(dǎo)磁體158內(nèi)表面的周圍提供隔熱體162。在超導(dǎo)磁體 158的內(nèi)部提供多個(gè)磁梯度線圈164，并且在多個(gè)磁梯度線圈164內(nèi)提供RF發(fā)送線圈166。 在一些實(shí)施例中，RF發(fā)送線圈166可用發(fā)送及接收線圈代替。機(jī)架156內(nèi)的部件一般形成成像部分152。應(yīng)該注意的是，雖然超導(dǎo)磁體158是圓柱形狀，但也可以使用其它形狀的磁體。處理部分巧4 一般包括控制器168、主磁場(chǎng)控制170、梯度場(chǎng)控制172、存儲(chǔ)器174、 顯示裝置176、發(fā)送-接收(T-R)開(kāi)關(guān)178、RF發(fā)送器180以及接收器182。在運(yùn)行中，對(duì)象的身體，諸如要被成像的病人或人體模型(phantom)，被放置在適合支撐物(例如患者支撐臺(tái))上的膛184中。超導(dǎo)磁體158產(chǎn)生了橫穿膛184的均勻及靜態(tài)主磁場(chǎng)B。。在膛184中以及相應(yīng)地在患者中的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度通過(guò)主磁場(chǎng)控制170由控制器168控制，該控制器還控制對(duì)超導(dǎo)磁體158的激勵(lì)電流供應(yīng)。提供包括一個(gè)或多個(gè)梯度線圈元件的磁梯度線圈164從而能夠?qū)⒋盘荻仍谌齻€(gè)正交方向x、y和Z中的任何一個(gè)或多個(gè)上強(qiáng)加在超導(dǎo)磁體158內(nèi)的膛184中的磁場(chǎng)B。上。 磁梯度線圈164通過(guò)梯度場(chǎng)控制172被通電，并且還由控制器168控制。可包括多個(gè)線圈的RF發(fā)送線圈166設(shè)置成發(fā)送磁脈沖和/或可選地同時(shí)檢測(cè)來(lái)自患者的MR信號(hào)(如果也提供接收線圈元件、例如配置為RF接收線圈的表面線圈)。該 RF接收線圈可是任何類型或配置，例如單獨(dú)的接收表面線圈。接收表面線圈可是提供在RF 發(fā)送線圈166內(nèi)的RF線圈陣列。RF發(fā)送線圈166和接收表面線圈通過(guò)T-R開(kāi)關(guān)178分別可選擇地互相連接到RF發(fā)送器180或接收器182中的一個(gè)。RF發(fā)送器180和T-R開(kāi)關(guān)178由控制器168控制使得 RF場(chǎng)脈沖或信號(hào)由RF發(fā)送器180產(chǎn)生并且選擇地施加到患者用于在患者中激發(fā)磁共振。 當(dāng)RF激發(fā)脈沖正施加到患者時(shí)，也啟動(dòng)T-R開(kāi)關(guān)178以使接收表面線圈從接收器182斷開(kāi)。在RF脈沖施加后，再次啟動(dòng)T-R開(kāi)關(guān)178以使RF發(fā)送線圈166從RF發(fā)送器180 斷開(kāi)并且連接接收表面線圈到接收器182。接收表面線圈運(yùn)行以檢測(cè)或感測(cè)從患者中的激發(fā)核產(chǎn)生的MR信號(hào)并且將MR信號(hào)傳送到接收器182。這些檢測(cè)的MR信號(hào)進(jìn)而傳送到控制器168?？刂破?68包括例如處理器(例如，圖像重建處理器)，其控制MR信號(hào)的處理以產(chǎn)生代表患者圖像的信號(hào)。代表圖像的所處理的信號(hào)也發(fā)送到顯示裝置176以提供圖像的直觀顯示。具體地，MR信號(hào)填充或形成k-空間，其被傅立葉變換以獲得可視圖像。代表圖像的處理的信號(hào)然后發(fā)送到顯示裝置176。要理解上文描述意在說(shuō)明性而非限制性的。例如，上文描述的實(shí)施例(和/或其方面)可互相結(jié)合使用。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)各種實(shí)施例的講授而沒(méi)有偏離它們的范圍。然而本文描述的材料的尺度和類型意在限定各種實(shí)施例的參數(shù)， 它們絕不是限制性的并且僅僅是示范性的。當(dāng)回顧上文的說(shuō)明時(shí)，許多其他的實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。各種實(shí)施例的范圍因此應(yīng)該參照附上的權(quán)利要求與這樣的權(quán)利要求擁有的等同物的全范圍來(lái)確定。在附上的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“在...中” 用作相應(yīng)術(shù)語(yǔ)“包括”和“其中”的易懂語(yǔ)言的等同物。此外，在下列權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅僅用作標(biāo)號(hào)，并且不意在對(duì)它們的對(duì)象施加數(shù)值要求。此外，下列權(quán)利要求的限制沒(méi)有以裝置加功能格式書(shū)寫(xiě)并且不意在基于35U. S. C §112的第六段解釋，除非并且直到這樣的權(quán)利要求限定部分明確地使用后跟功能陳述而無(wú)其他結(jié)構(gòu)的短語(yǔ) “用于...的部件”。該書(shū)面說(shuō)明使用示例以公開(kāi)各種實(shí)施例，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`各種實(shí)施例，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何包含的方法。各種實(shí)施例的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者包括與權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于控制磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)的方法(30)，所述方法包括磁體升流期間降低(32)MRI系統(tǒng)的制冷劑容器中的壓力；以及磁體升流完成后，將所述制冷劑容器中的壓力恢復(fù)(38)至正常運(yùn)行壓力級(jí)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法(30)，其中降低(32)壓力包括使用真空泵從所述制冷劑容器中抽出氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法(30)，其中恢復(fù)(38)壓力包括向所述制冷劑容器中加入氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法(30)，其中降低(3 壓力包括在磁體升流之前從所述制冷劑容器中抽出氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法(30)，其中所述制冷劑容器包括兩個(gè)室并且降低(32)壓力包括下述中的一個(gè)降低所述室中的一個(gè)中的壓力至明顯小于另外一個(gè)室的壓力級(jí)，從所述室中的一個(gè)中泵抽制冷劑液體使得另外一個(gè)室被過(guò)冷卻而不降低制冷劑的液面，以及從一個(gè)室中抽出液體制冷劑并且此后給另外一個(gè)室增壓以排出制冷劑液體從而恢復(fù)所述一個(gè)室中的制冷劑液面。
6.如權(quán)利要求1所述的方法(30)，其中所述制冷劑容器包括兩個(gè)室，并且降低(32)壓力包括從熱連接抽空室、液壓連接置換室以及帶有低溫泵的一個(gè)室中的一個(gè)中抽出液體制冷劑。
7.一種磁共振成像(MRI)磁體系統(tǒng)(40)，其包括其中具有液體制冷劑的容器0 ；以及在所述容器內(nèi)的超導(dǎo)磁體(52)，其中所述容器配置成可拆除地連接至真空泵(60)，所述真空泵(60)配置成在超導(dǎo)磁體升流期間從所述容器中泵抽制冷劑以降低所述容器內(nèi)的壓力級(jí)，并且在磁體正常運(yùn)行期間將所述壓力級(jí)恢復(fù)至正常運(yùn)行壓力級(jí)。
8.如權(quán)利要求7所述的MRI磁體系統(tǒng)(40)，其中所述容器02)包括多個(gè)室(82/84、 102/104、122/124)并且進(jìn)一步包括控制器(61)，其配置成可通過(guò)下述中的一個(gè)來(lái)降低所述壓力級(jí)從所述室中的一個(gè)泵抽制冷劑液體以使得另外一個(gè)室過(guò)冷卻而不降低制冷劑液面，從一個(gè)室抽出液體制冷劑并且此后給另外一個(gè)室增壓以排出制冷劑液體從而恢復(fù)所述一個(gè)室中的制冷劑液面。
9.如權(quán)利要求7所述的MRI磁體系統(tǒng)(40)，其中所述容器02)包括與閥(116)互連的兩個(gè)室(102、104)，并且其中在所述兩個(gè)室的較小室中(104)的壓力級(jí)明顯比所述兩個(gè)室的較大室(102)降低得更多。
10.如權(quán)利要求7所述的MRI系統(tǒng)(40)，其中所述容器02)包括與所述真空泵互連的兩個(gè)室。
全文摘要
提供了一種用于在升流期間運(yùn)行磁共振成像(MRI)的系統(tǒng)和方法。一個(gè)方法(30)包括在磁體升流期間降低(32)MRI系統(tǒng)的制冷劑容器中的壓力。該方法還包括磁體升流完成之后將制冷劑容器中的壓力恢復(fù)(38)至正常運(yùn)行壓力級(jí)。
文檔編號(hào)G01R33/3815GK102346240SQ20101062518
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者T·J·霍利斯, Y·利沃夫斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司