CN101950007A - 磁共振冷却系统及成像装置 - Google Patents

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一种磁共振冷却系统，其特征在于，至少包括：制冷装置，用于通过半导体制冷器导出热量；水冷装置，用于冷却所述制冷装置。上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中在半导体制冷器的作用下实现对高温超导磁体的有效冷却，结构简单，并具备了噪音低、无磨损、寿命长、成本低的优点。

Description

磁共振冷却系统及成像装置
【技术领域】
本发明涉及生物医学领域，特别是涉及一种磁共振冷却系统及成像装置。
【背景技术】
磁共振成像装置是利用磁场与射频脉冲使人体组织内运动的氢核产生射频信号，经计算机处理而成像的一种影像诊断技术，与其它的医学影像技术相比具有无辐射、多参数成像、多方位扫描以及对软组织敏感度高等优点，适用于全身各系统的不同疾病的检查。
然而，在传统的磁共振成像装置中，为获得磁体线圈的超导特性，必须使产生磁场的磁体线圈处于低温状态，通常将磁体线圈浸泡于液氦中以实现磁体线圈的超导特征。由于液氦的挥发，每隔一段时间就必须更换液氦。因此，传统的磁共振成像装置中使用冷头、氦压缩机以及水冷机等组成的磁共振冷却系统将热量导出。但是，冷头、氦压缩机以及水冷机等非常复杂的部件，并且需要进行定期维护，从而造成了磁共振成像装置运行成本高且维护麻烦。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种结构简单的磁共振冷却系统。
此外，还有必要提供一种结构简单的磁共振成像装置。
一种磁共振冷却系统，其特征在于，至少包括：制冷装置，用于通过半导体制冷器导出热量；水冷装置，用于冷却所述制冷装置。
优选地，所述制冷装置包括第一真空保温腔、套于所述第一真空保温腔外侧并与第一真空保温腔两端密封形成收容空间的第二真空保温腔、填充于收容空间并与高温超导磁体接触的吸热介质以及均布设置于所述第二真空保温腔上的半导体制冷器。
优选地，所述半导体制冷器包括N型半导体以及与所述N型半导体连接的P型半导体，所述N型半导体与所述P型半导体分别形成冷端和热端。
优选地，所述半导体制冷器中所述冷端置于所述吸热介质中，所述热端置于所述收容空间外。
优选地，所述制冷装置通过并联多级半导体制冷器导出热量。
优选地，所述并联半导体制冷器的级数为6～8级。
优选地，所述制冷装置还包括温度计，所述温度计与所述吸热介质充分接触，用于监测所述吸热介质中的温度。
优选地，所述水冷装置包括紧贴设置于所述制冷装置外侧的导热隔层以及设置于所述导热隔层外侧并与所述导热隔层形成空腔以流通冷却水的水冷壁，所述第二真空保温腔与导热隔层之间形成容置空间，在该容置空间充满散热介质，所述半导体制冷器的热端置于所述散热介质中。。
一种磁共振成像装置，包括筒体、贴设于所述筒体内壁的射频线圈、设置于所述射频线圈外侧的梯度线圈，还包括设置于梯度线圈外侧的高温超导磁体、包裹所述高温超导磁体的如权利要求1至8中任一项所述的磁共振冷却系统以及控制所述射频线圈、梯度线圈和磁共振冷却系统的工作站。
优选地，所述高温超导磁体由高温超导材料绕制而成。
优选地，所述工作站至少包括：输入模块，用于采集用户的输入信息；时序控制模块，用于根据所述输入信息控制射频线圈、梯度线圈以及高温超导磁体执行扫描，得到原始数据；处理模块，用于根据所述原始数据重建图像，并根据所述反馈温度生成指令；冷却控制模块，用于获取所述磁共振冷却系统中的反馈温度，并通过根据所述反馈温度生成的指令控制磁共振冷却系统；存储模块，用于存储所述原始数据和根据所述原始数据重建的图像。上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中在半导体制冷器的作用下实现对高温超导磁体的有效冷却，结构简单，并具备了噪音低、无磨损、寿命长、成本低的优点。
上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中半导体制冷器均匀布置于真空保温腔上，通过相互连接的N型半导体材料和P型半导体材料形成热端和冷端，从而使得冷却速度和制冷温度均可通过改变电流和电压的大小任意调节，启动快，控制灵活且精度高，无任何的机械运动部件，尺寸小，不需要使用制冷剂，对环境没有污染，绿色环保。
上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中多级半导体制冷器并联，形成制冷装置，将热量导出，实现了冷却速度和制冷温度的大小调节。
【附图说明】
图1为一实施例中磁共振成像装置的示意图；
图2为一实施例中磁共振冷却系统的示意图；
图3为一实施例中制冷装置的示意图；
图4为一实施例中半导体制冷器的示意图。
【具体实施方式】
图1示出了一实施例中磁共振成像装置的详细结构，该磁共振成像装置包括环形筒状的筒体100、依次沿径向卷绕于最小直径筒体内壁的射频线圈200、梯度线圈300和高温超导磁体400、包裹高温超导磁体400的磁共振冷却系统600以及控制射频线圈200、梯度线圈300和磁共振冷却系统600的工作站700。
筒体100呈环形筒状，包括内筒120和外筒140，内筒120与外筒140两端封闭，形成环形的收容空间，以收容射频线圈200、梯度线圈300、高温超导磁体400及磁共振冷却系统600，其中：
射频线圈200呈筒状，设置于内筒120上，用于发射和接收脉冲信号。通过射频线圈200发射高频脉冲，对被检体施加高频磁场，被检体受到高频磁场的激励后，释放出磁共振信号，射频线圈200接收该磁共振信号。
梯度线圈300呈筒状，用于生成沿相互正交的X、Y和Z轴线的梯度磁场。
高温超导磁体400设置于梯度线圈300的外侧，由高温超导材料绕制而成，从而提高了传统的低温超导所需要的温度条件，无须苛刻的低温条件即可实现其超导特性。高温超导磁体400为磁共振成像装置的主要热源，产生大量的热。一实施例中，高温超导材料可以是铋-锶-钙-铜-氧(Bi-Sr-Ca-Cu-O)氧化物超导体或汞-钡-钙-铜-氧(Hg-Ba-Ca-O)氧化物超导体。
磁共振冷却系统600包裹高温超导磁体400，用于将高温超导磁体400所产生的热量导出，使高温超导磁体400处于超导状态。一实施例中，磁共振冷却系统600包括制冷装置620以及水冷装置640，其中：
请结合参阅图2，制冷装置620用于通过半导体制冷器628将热量导出。一实施例中，磁共振成像装置中，半导体制冷器628对高温超导磁体624进行充分冷却，使得高温超导磁体624各部分的温度保持一致，从而有效保证高温超导磁体624处于低于超导临界温度的低温环境中，以实现其超导性能。
图3示出一实施例中制冷装置的详细结构，制冷装置620包括第一真空保温腔621、套于第一真空保温腔621外侧并与第一真空保温腔621两端密封形成收容空间的第二真空保温腔622、填充于收容空间的吸热介质626、均布设置于第二真空保温腔上的半导体制冷器628以及设置于第二真空保温腔622上的温度计629。
第一真空保温腔621内部为真空状态，通过第一真空保温腔621隔绝吸热介质626与外界的热交换。
第二真空保温腔622与第一真空保温腔621的结构相同，其内径大于第一真空保温腔621的外径，并套于第一真空保温腔621的外侧。在第一真空保温腔621与第二真空保温腔622共同形成的环形筒体中，两端封闭形成收容空间。
吸热介质626填充收容空间，以保证各处的温度一致。一实施例中，高温超导磁体624的冷端放置于吸热介质626中并与其充分接触，以通过吸热介质626传导产生的热量，从而保证高温超导磁体624稳定地处于超导临界温度的低温环境中。吸热介质626是气态、液态或固态等导热绝缘材料，例如，高纯氦气、液氮、环氧树脂复合材料和以硅胶为基底的导热绝缘材料等。
半导体制冷器628等间距地镶嵌于第二真空保温腔622的侧壁上，且相互独立。该半导体制冷器628包括N型半导体以及与N型半导体成对连接的P型半导体，N型半导体与P型半导体通过导电导热层联结成电偶对，在电流通过后产生能量的转移，电流由N型半导体流向P型半导体的一端吸收热量，成为冷端，电流由P型半导体流向N型半导体的一端释放热量，成为热端。该半导体制冷器中的冷端置于吸热介质中，热端置于收容空间外。多级的半导体制冷器628并联以传递高温超导磁体624所产生的热量。每级半导体制冷器628所连接的N型半导体与P型半导体的对数是逐级递增的，以保证上一级的热端放出的热量被下一级的冷端所吸收。在优选的实施方式中，所并联的半导体制冷器628的级数为6～8级。图4示出了一实施例中二级半导体制冷器的详细结构，该实施例中，两级半导体制冷器628并联，其中，第一级半导体制冷器6282中N型半导体与P型半导体通过导电导热层6283连接，第二级半导体制冷器6284通过导电导热层6283并联于第一级半导体制冷器6282上，并与直流电源6285电连接。第一级半导体制冷器6282中，电流由N型半导体流向P型半导体的一端吸收热量，成为冷端6286。在第二级半导体制冷器6284中，电流由P型半导体流向N型半导体的一端释放热量，成为热端6288。
温度计629与吸热介质626充分接触，用于监测吸热介质626中的温度，以便于获知温度是否超过高温超导磁体624的超导临界温度。在优选的实施例中，根据温度计629所反馈的温度，控制半导体制冷器628中输入的电流大小。当温度计629所反馈的温度超过超导临界温度时，为尽快获得高温超导磁体624的超导性能，可通过增大输入电流实现快速制冷，当温度计629中反馈的温度已经达到超导临界温度或超导临界温度以下时，使用小的输入电流，维持高温超导磁体624的超导性能即可。
水冷装置640用于冷却制冷装置620，包括紧贴设置于制冷装置620外侧的导热隔层642以及设置于导热隔层642外侧与导热隔层642形成空腔以流通冷却水的水冷壁644。由于半导体制冷器628不能直接与循环的冷却水相接触，因此在制冷装置620外侧设置一层导热隔热层642使制冷装置620与水冷装置640隔离。导热隔层642由导热材料制成。第二真空保温腔622与导热隔层642之间形成容置空间，在该容置空间充满散热介质627。半导体制冷器628的热端置于散热介质627中，散热介质627所采用的材料可以与吸热介质626的材料相同。导热隔层642与水冷壁644形成用于容置冷却水的空腔。水冷壁644的顶部设置进水口646，底部设置出水口648。接近零摄氏度的低温冷却水从水冷壁644中的进水口646流入，此时，冷却水在导热隔层642与水冷壁644所形成的空腔中自上而下地流动，以带走制冷装置620所导出的热量。
工作站700包括输入模块710、时序控制模块720、处理模块730、存储模块740以及冷却控制模块750。输入模块710用于采集用户的输入信息，该输入信息记录了用户所输入的扫描条件。时序控制模块720用于根据输入信息控制射频线圈200、梯度线圈300以及高温超导磁体400执行扫描，采集原始数据。处理模块730用于根据原始数据重建图像，存储模块740用于存储原始数据和根据该原始数据所重建的图像。冷却控制模块750用于获取磁共振冷却系统600中的反馈温度，并通过由反馈温度生成的指令控制磁共振冷却系统600。处理模块730进一步用于根据反馈温度生成指令。在优选的实施方式中，冷却控制模块750通过制冷装置620中的温度计629获取吸热介质626中的反馈温度，处理模块730判断反馈温度是否超过超导临界温度，如果反馈温度超过超导临界温度，则生成制冷指令，冷却控制模块750通过制冷指令控制制冷装置620增大电流。如果反馈温度已经达到超导临界温度或超导临界温度以下，则处理模块730生成恒温指令，冷却控制模块750通过恒温指令减小电流，使温度保持在超导临界温度或超导临界温度以下，以维持高温超导磁体624的超导性能。
检查床900设置于筒体100的中空部分，用于提供放置被检体的平台。该检查床900由与磁场兼容的非铁磁性材料制成，在磁共振成像装置扫描的过程中，位于检查床900上的被检体与检查床900一起向筒体100的中空部分沿轴向移动。
上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中在半导体制冷器的作用下实现对高温超导磁体的有效冷却，结构简单，并具备了噪音低、无磨损、寿命长的优点。
上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中半导体制冷器均布设置于真空保温腔上，通过相互连接的N型半导体材料和P型半导体材料形成热端和冷端，从而使得冷却速度和制冷温度均可通过改变电流和电压的大小任意调节，启动快，控制灵活且精度高，无任何的机械运动部件，尺寸小，不需要使用制冷剂，对环境没有污染，绿色环保。
上述磁共振冷却系统及磁共振成像装置中多级半导体制冷器并联，形成制冷装置，将热量导出，实现了冷却速度和制冷温度的大小调节。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种磁共振冷却系统，其特征在于，至少包括：
制冷装置，用于通过半导体制冷器导出热量；
水冷装置，用于冷却所述制冷装置。
2.根据权利要求1所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述制冷装置包括第一真空保温腔、套于所述第一真空保温腔外侧并与第一真空保温腔两端密封形成收容空间的第二真空保温腔、填充于收容空间并与高温超导磁体接触的吸热介质以及均布设置于所述第二真空保温腔上的半导体制冷器。
3.根据权利要求2所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述半导体制冷器包括N型半导体以及与所述N型半导体连接的P型半导体，所述N型半导体与所述P型半导体分别形成冷端和热端。
4.根据权利要求3所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述半导体制冷器中所述冷端置于所述吸热介质中，所述热端置于所述收容空间外。
5.根据权利要求3所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述制冷装置通过并联多级半导体制冷器导出热量。
6.根据权利要求5所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述并联半导体制冷器的级数为6～8级。
7.根据权利要求2所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述制冷装置还包括温度计，所述温度计与所述吸热介质充分接触，用于监测所述吸热介质中的温度。
8.根据权利要求4所述的磁共振冷却系统，其特征在于，所述水冷装置包括紧贴设置于所述制冷装置外侧的导热隔层以及设置于所述导热隔层外侧并与所述导热隔层形成空腔以流通冷却水的水冷壁，所述第二真空保温腔与导热隔层之间形成容置空间，在该容置空间充满散热介质，所述半导体制冷器的热端置于所述散热介质中。。
9.一种磁共振成像装置，包括筒体、贴设于所述筒体内壁的射频线圈、设置于所述射频线圈外侧的梯度线圈，其特征在于，还包括设置于梯度线圈外侧的高温超导磁体、包裹所述高温超导磁体的如权利要求1至8中任一项所述的磁共振冷却系统以及控制所述射频线圈、梯度线圈和磁共振冷却系统的工作站。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像装置，其特征在于，所述高温超导磁体由高温超导材料绕制而成。
11.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于，所述工作站至少包括：
输入模块，用于采集用户的输入信息；
时序控制模块，用于根据所述输入信息控制射频线圈、梯度线圈以及高温超导磁体执行扫描，得到原始数据；
处理模块，用于根据所述原始数据重建图像，并根据所述反馈温度生成指令；
冷却控制模块，用于获取所述磁共振冷却系统中的反馈温度，并通过根据所述反馈温度生成的指令控制磁共振冷却系统；
存储模块，用于存储所述原始数据和根据所述原始数据重建的图像。
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