本發(fā)明涉及到一種磁共振成像系統(tǒng)，尤其涉及到一種磁共振成像系統(tǒng)中用于全身磁共振成像超高場超導磁體。

背景技術：

目前，磁共振成像（MRI）系統(tǒng)主要包含磁體系統(tǒng)、譜儀、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)，其中磁共振成像系統(tǒng)信號強度與磁體場強近似平方關系，而磁體產(chǎn)生場強越高，磁場均勻性越好，所成像就越清晰，特別在一些科學研究領域，對磁體的場強和均勻性要求更高，所以如何研發(fā)一種全身磁共振成像超高場超導磁體就成了目前磁共振成像系統(tǒng)發(fā)展的重要目標之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超高場、磁體結構緊湊且磁體運行安全、提高磁體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的用于全身磁共振成像超導磁體。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于全身磁共振成像超高場超導磁體，它包括全身超導磁體本體，所述全身超導磁體本體由磁體外桶、磁體內(nèi)桶和60K磁體冷屏組成，所述磁體外桶一端設有外桶端蓋，所述磁體內(nèi)桶包覆于磁體外桶內(nèi)，所述60K磁體冷屏包覆于磁體內(nèi)桶外圍，所述磁體內(nèi)桶上設有主骨架、調(diào)整骨架和屏蔽骨架，所述主骨架內(nèi)壁、調(diào)整骨架和屏蔽骨架的側壁構成磁體內(nèi)桶的一部分結構，所述主骨架、調(diào)整骨架和屏蔽骨架內(nèi)部設有主線圈、調(diào)整線圈和屏整線圈，所述調(diào)整線圈上端設有高階勻場線圈；所述60K磁體冷屏與雙制冷機連接并采用雙制冷機模式，用于雙制冷機同時工作時，保證冷屏溫度均勻性和提高磁體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；

所述全身超導磁體本體內(nèi)設有短路開關保護裝置，所述短路開關保護裝置包括超導主開關、短路開關和電流引線底座，所述全身超導磁體本體中采用短路開關方式且將短路開關整合到電流引線底座中；

所述全身超導磁體本體內(nèi)設有同步失超保護電路，所述同步失超保護電路用于屏蔽線圈和主線圈同步失超。

優(yōu)選地，所述高階勻場線圈采用至少十階勻場線圈，所述十階勻場線圈為Z、Z2、Z3、Z4、X、Y、ZX、ZY、XY、X2-Y2，用于保證超導磁體在成像區(qū)域內(nèi)磁場均勻性。

優(yōu)選地，所述60K磁體冷屏外圍設有冷卻回路，用于超導磁體在預冷階段、斷電或冷卻系統(tǒng)工作異常狀況下使60K磁體冷屏處于較低溫區(qū)。

優(yōu)選地，所述60K磁體冷屏上設有容器孔洞，所述容器孔洞貫穿于磁體外桶和磁體內(nèi)桶，所述容器孔洞內(nèi)放置有頸管或冷頭容器，所述60K磁體冷屏采用雙制冷機并行工作，雙制冷機分別放置于冷頭容器中，冷頭容器呈一定角度分布（如-45°～45°）。

優(yōu)選地，所述電流引線底座上端固定設有電流引線底座公頭和電流引線底座母頭，所述電流引線底座公頭和電流引線底座母頭內(nèi)設有電流引線桿公頭和電流引線桿母頭，所述電流引線座母頭和電流引線座公頭通過彈簧和鎖緊螺絲與電流引線底座相連接，所述電流引線桿公頭與電流引線座母頭配合，電流引線桿母頭與電流引線座公頭相配合，所述電流引線桿公頭和電流引線桿母頭之間設有絕緣套，所述短路開關通過電流引線底座上電流引線座母頭和電流引線座公頭接觸實現(xiàn)短路功能。

優(yōu)選地，所述屏蔽線圈和主線圈上連接有屏蔽線圈失超加熱器和主線圈失超加熱器，若屏蔽線圈失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U0，U0通過放大電路變成U1，再加載到主線圈失超加熱器上，使主線圈失超；若主線圈失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U2，U2通過放大電路變成U3，再加載到屏蔽線圈失超加熱器上，使屏蔽線圈失超。

優(yōu)選地，所述短路開關采用鎳基超導線制成，電流引線座母頭、電流引線座公頭、電流引線桿公頭、電流引線桿母頭采用紫銅材料制成，電流引線底座與絕緣套采用環(huán)氧玻璃鋼材料制作。

優(yōu)選地，所述60K磁體冷屏由鋁材材料制成。

優(yōu)選地，所述全身超導磁體本體上設有吊耳和磁體底座。

本發(fā)明采用上述結構后，其有益效果為：

（1）設計出一種用于全身磁共振成像超高場超導磁體，此處超高場指4.7T～7T；口徑分別含有650～1000mm，所述主骨架內(nèi)壁、調(diào)整骨架和屏蔽骨架的側壁構成磁體內(nèi)桶的一部分結構，可以縮小磁體尺寸，降低液氦需求量，使整個超導磁體變得更加緊湊。

（2）超導磁體中采用高階勻場線圈，高階勻場線圈通常采用十階勻場線圈（Z,Z2,Z3,Z4,X,Y,ZX,ZY,XY,X2-Y2），但是不僅限于十階勻場線圈，高階勻場線圈中的（Z,Z2,Z3,Z4）是直接繞制在環(huán)氧玻璃鋼骨架線槽中，而高階勻場線圈中的（X,Y,ZX,ZY,XY,X2-Y2）是單獨制作在薄的環(huán)氧板上，再把含線圈環(huán)氧板繞制玻璃鋼骨架上，最后高階勻場線圈骨架與調(diào)整骨架以螺栓方式進行連接，這樣不僅便于保證各個線圈位置關系，而且也保證高階勻場線圈連接強度；通過高階勻場線圈保證了超導磁體在成像區(qū)域內(nèi)有很高均勻性；高階勻場線圈使得不同口徑磁體中，成像區(qū)域內(nèi)的高階非線性磁場不均勻性得到修正，從而獲得理想的均勻性；比如針對7T850mm口徑超導磁體，在40cmDSV區(qū)域（球形區(qū)域）磁場均勻性可優(yōu)于2ppm 。

（3）所述60K磁體冷屏與雙制冷機連接并采用雙制冷機模式，所述60K磁體冷屏采用雙制冷機并行工作，雙制冷機分別放置于冷頭容器中，冷頭容器呈呈一定角度分布（如-45°～45°），兩臺制冷機同時工作時，可以大大降低60K屏溫度并保證冷屏溫度均勻性，最大限度降低磁體漏熱，在制冷機出現(xiàn)故障或需要維護時，兩臺制冷機可提高磁體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

（4）超導磁體中采用短路開關方式，并且把短路開關整合到電流引線底座中，結構簡單，短路開關可以最大程度消除鎳基超導線制作的主開關不穩(wěn)定性，提高超導磁體運行穩(wěn)定性。

由于超導主開關采用鎳基超導線制作，在磁體運行過程中，意外擾動導致超導主開關失超，這時超導線圈中電流通過短路開關進行循環(huán)，直至超導主開關恢復超導態(tài)，超導線圈中電流重新經(jīng)過超導主開關循環(huán)，提高超導磁體運行穩(wěn)定性。

短路開關通過電流引線座上電流引線座母頭和電流引線座公頭接觸實現(xiàn)短路功能；電流引線座母頭和電流引線座公頭固定在電流引線底座上，在超導磁體勵磁過程中，電流引線桿插入電流引線座中，電流引線桿公頭與電流引線座母頭配合，電流引線桿母頭與電流引線座公頭配合；電流引線桿公頭與電流引線桿母頭之間通過絕緣套隔開。

電流引線座母頭、電流引線座公頭、電流引線桿公頭、電流引線桿母頭均采用紫銅材料制作；電流引線底座與絕緣套均采用環(huán)氧玻璃鋼材料制作。當電流引線桿插入電流引線座后，由于電流引線桿公頭與電流引線桿母頭位置關系，導致電流引線座母頭和電流引線座公頭之間斷開；當電流引線桿脫開電流引線座后，由于彈簧和鎖緊螺絲關系，使得電流引線座母頭和電流引線座公頭緊密接觸在一起，并要保證接觸電阻在液氦溫區(qū)小于10^-6歐姆。

（5）超導磁體中采用同步失超保護電路，無論當屏蔽線圈還是主線圈出現(xiàn)意外失超時，同步失超保護電路使得屏蔽線圈和主線圈同步失超，保證超導磁體5高斯線在規(guī)定范圍內(nèi)，避免對超導磁體周圍電子設備和工作人員造成傷害和損失。

若屏蔽線圈出現(xiàn)意外失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U0，U0通過放大電路變成U1，再加載到主線圈失超加熱器上，使主線圈失超；若主線圈出現(xiàn)意外失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U2，U2通過放大電路變成U3，再加載到屏蔽線圈失超加熱器上，使屏蔽線圈失超；這樣保證屏蔽線圈和主線圈失超同步，避免超導磁體的5高斯線出現(xiàn)異常擴大，保護了超導磁體周圍電子產(chǎn)品運行安全和工作人員的人生安全。

通常根據(jù)繞制屏蔽線圈和主線圈含有超導接頭數(shù)量，匹配多組同步失超保護電路。

（6）在60K屏上采用冷卻回路方式，保證了超導磁體在預冷階段、斷電或冷卻系統(tǒng)工作異常狀況下，充分利用液氦的顯熱，使得60K屏處于較低溫區(qū)，保證了超導磁體仍然處于一個較低漏熱水平，降低液氦消耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體正視圖。

圖3為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體中60K磁體冷屏的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體中短路開關保護電路示意圖。

圖5為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體中電流引線座結構示意圖。

圖6為本發(fā)明用于全身磁共振成像超高場超導磁體中同步失超保護電路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明，不能理解為是對本發(fā)明的限制；

如附圖1所示，一種用于全身磁共振成像超高場超導磁體，它包括全身超導磁體本體1，所述全身超導磁體本體1由磁體外桶2、磁體內(nèi)桶3和60K磁體冷屏4組成，所述磁體外桶2一端設有外桶端蓋5，所述磁體內(nèi)桶3包覆于磁體外桶2內(nèi)，所述60K磁體冷屏4包覆于磁體內(nèi)桶3外圍，所述磁體內(nèi)桶3上設有主骨架301、調(diào)整骨架302和屏蔽骨架303，所述主骨架301內(nèi)壁、調(diào)整骨架302和屏蔽骨架303的側壁構成磁體內(nèi)桶3的一部分結構，所述主骨架301、調(diào)整骨架302和屏蔽骨架303內(nèi)部設有主線圈304、調(diào)整線圈305和屏整線圈306，所述調(diào)整線圈305上端設有高階勻場線圈307；所述60K磁體冷屏4與雙制冷機連接并采用雙制冷機模式，用于雙制冷機同時工作時，保證冷屏溫度均勻性和提高磁體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；

高階勻場線圈307通常采用十階勻場線圈（Z,Z2,Z3,Z4,X,Y,ZX,ZY,XY,X2-Y2），但是不僅限于十階勻場線圈。通過高階勻場線圈307保證了超導磁體在成像區(qū)域內(nèi)有很高均勻性；比如針對7T850mm口徑超導磁體，在40cmDSV區(qū)域（球形區(qū)域）磁場均勻性可優(yōu)于2ppm 。

高階勻場線圈307中的（Z,Z2,Z3,Z4）是直接繞制在環(huán)氧玻璃鋼骨架線槽中，而高階勻場線圈307中的（X,Y,ZX,ZY,XY,X2-Y2）是單獨制作在薄的環(huán)氧板上，再把含線圈環(huán)氧板繞制玻璃鋼骨架上，最后高階勻場線圈307骨架與調(diào)整骨架302以螺栓方式進行連接，這樣不僅便于保證各個線圈位置關系，而且也保證高階勻場線圈307連接強度。

所述全身超導磁體本體1內(nèi)設有短路開關保護裝置，所述短路開關保護裝置包括超導主開關7、短路開關8和電流引線底座9，所述全身超導磁體本體1中采用短路開關方式且將短路開關8整合到電流引線底座9中；由于超導主開關7采用鎳基超導線制作，在磁體運行過程中，意外擾動導致超導主開關7失超，這時超導線圈中電流通過短路開關8進行循環(huán)，直至超導主開關7恢復超導態(tài)，超導線圈中電流重新經(jīng)過超導主開關7循環(huán)，提高超導磁體運行穩(wěn)定性；所述電流引線底座9上端固定設有電流引線底座公頭13和電流引線底座母頭14，所述電流引線底座公頭13和電流引線底座母頭14內(nèi)設有電流引線桿公頭15和電流引線桿母頭16，所述電流引線座母頭14和電流引線座公頭13通過彈簧18和鎖緊螺絲19與電流引線底座9相連接，所述電流引線桿公頭15和電流引線桿母頭16之間設有絕緣套17，所述短路開關8通過電流引線底座9上電流引線座母頭14和電流引線座公頭13接觸實現(xiàn)短路功能。

在超導磁體勵磁過程中，電流引線桿插入電流引線座中，所述電流引線桿公頭15與電流引線座母頭14配合，電流引線桿母頭16與電流引線座公頭13相配合；電流引線桿公頭15與電流引線桿母頭16之間通過絕緣套17隔開；

所述短路開關7采用鎳基超導線制成，電流引線座母頭14、電流引線座公頭13 、電流引線桿公頭15、電流引線桿母頭16采用紫銅材料制成，電流引線底座9與絕緣套17采用環(huán)氧玻璃鋼材料制作；當電流引線桿插入電流引線座后，由于電流引線桿公頭15與電流引線桿母頭16位置關系，導致電流引線座母頭14和電流引線座公頭13之間斷開；當電流引線桿脫開電流引線座后，由于彈簧18和鎖緊螺絲19關系，使得電流引線座母頭14和電流引線座公頭13緊密接觸在一起，并要保證接觸電阻在液氦溫區(qū)小于10^-6歐姆。

所述60K磁體冷屏4由鋁材材料制成，所述60K磁體冷屏4外圍設有冷卻回路6，用于超導磁體在預冷階段、斷電或冷卻系統(tǒng)工作異常狀況下使60K磁體冷屏4處于較低溫區(qū)；所述60K磁體冷屏4上設有容器孔洞10，所述容器孔洞10貫穿于磁體外桶2和磁體內(nèi)桶3，所述容器孔洞10內(nèi)放置有頸管11或冷頭容器12，所述60K磁體冷屏4采用雙制冷機并行工作，雙制冷機分別放置于冷頭容器12中，冷頭容器12呈一定角度分布（如-45°～45°）。

所述全身超導磁體本體1內(nèi)設有同步失超保護電路，所述同步失超保護電路用于屏蔽線圈和主線圈同步失超，若屏蔽線圈306出現(xiàn)意外失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U0，U0通過放大電路變成U1，再加載到主線圈失超加熱器19上，使主線圈304失超；若主線圈304出現(xiàn)意外失超，對應檢測回路檢測出失超電壓U2，U2通過放大電路變成U3，再加載到屏蔽線圈失超加熱器18上，使屏蔽線圈306失超；這樣保證屏蔽線圈306和主線圈304失超同步，避免超導磁體的5高斯線出現(xiàn)異常擴大，保護了超導磁體周圍電子產(chǎn)品運行安全和工作人員的人生安全。通常根據(jù)繞制屏蔽線圈和主線圈含有超導接頭數(shù)量，匹配多組同步失超保護電路。