CN102288931A - 去除磁共振成像系统的散热器产生的热的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于去除由磁共振成像(MRI)系统的散热器所产生的热的系统以及方法。一种系统包括用于该MRI系统的冷头(28)的冷头套冷却设置(31)。该冷头套冷却设置包括被配置成在其中容纳MRI系统的冷头(28)的冷头套(30)以及围绕冷头套的外表面的冷却系统(38、40、46)。该冷却系统使用氦气体来去除来自冷头套的热。

Description

去除磁共振成像系统的散热器产生的热的系统及方法
背景技术
本文公开的主题一般涉及低温冷却的磁共振成像(MRI)系统，以及更具体地涉及用于去除来自MRI系统的散热器的热的系统以及方法。
在超导线圈MRI系统中，形成超导磁体的线圈使用氦容器来低温冷却。这些MRI系统的某些的低温冷却系统包括在冷头套内的冷头，其运行以再压缩蒸发的冷却剂以在系统运行期间连续地冷却超导磁体线圈。
当冷头关闭时，例如，在MRI系统的运输、在正常运行期间MRI系统的关机、或者冷头失效期间，冷头套由于冷头与冷头套之间的接触而被加热。在该时间期间，冷头套用作类似散热器(或者热源)并且将热施加到MRI系统，包括将热施加到MRI系统的热屏蔽以及氦容器。在冷头套用作类似散热器并且加热热屏蔽以及氦容器的该状况中，在氦容器内部的氦煮沸。因此，来自氦容器的氦损失并且必须更换，其导致增加的成本以及系统维护。
发明内容
根据各个实施例，提供了用于磁共振成像(MRI)系统的冷头的冷头套冷却设置。该冷头套冷却设置包括被配置成在其中容纳MRI系统的冷头的冷头套以及围绕冷头套的外表面的冷却系统。该冷却系统使用氦气体来去除来自冷头套的热。
根据其他的实施例，提供了磁共振成像(MRI)磁体系统，其包括其中具有液态氦的容器以及在容器内的超导磁体。MRI磁体系统进一步包括被配置成容纳冷头以用于冷却超导磁体的冷头套以及围绕冷头套的至少一部分并且通过气体通道与容器连接的冷却管。
根据又其他的实施例，提供了用于冷却磁共振成像(MRI)磁体系统的冷头套的方法。该方法包括将来自MRI磁体系统的氦容器的排出的氦气体传送至冷头套并且围绕冷头套的外表面循环氦气体。该方法进一步包括使用循环的氦气体来去除来自冷头套的热。
附图说明
图1是图示根据实施例形成的冷却设置的磁共振成像(MRI)磁体系统的简化的框图。
图2是图示根据另一实施例形成的冷却设置的磁共振成像(MRI)磁体系统的简化的框图。
图3是图示根据结合冷头套的各个实施例形成的冷却管的侧视图。
图4是图示根据各个实施例形成的具有冷却管的冷头套的横截面视图。
图5是根据各个实施例用于冷却冷头套的方法的流程图。
图6是MRI系统的图形视图，其中根据各个实施例形成的具有冷却系统的冷头套可被实现。
具体实施方式
前述的发明内容、以及接下来的某些实施例的细节说明，当结合附图阅读时将更好地被理解。在某种意义上说该图形图示了各个实施例的功能块的图，该功能块并非一定指示在硬件之间的划分。因此，例如，一个或者多个功能块可在单独一块硬件或者多块硬件中被实现。应了解，各个实施例不限于在附图中所示的设置以及工具。
如本文所使用的，以单数形式所记载且前面使用单词“一”的元件或者步骤应被理解为并不排除复数个所述元件或者步骤，除非这样的排除被明确地记载。而且，对“一个实施例”的提及目的不在于被解释为排除还包含了所记载特征的另外的实施例的存在。而且，除非对相反情况的明确声明，实施例“包括”或者“具有”具有特定特性的元件或者多个元件可包括另外的不具有该特性的这样的元件。
多个实施例提供了用于在关机状况(例如在MRI系统运输、在正常运行期间的关机或者冷头失效期间)期间去除热以及/或者使磁共振成像(MRI)系统的冷头套冷却下来的系统以及方法。各个实施例利用排出的氦气体来从冷头套去除热并且使冷头套冷却下来。通过实践至少一个实施例，到MRI系统的热屏蔽以及氦容器的热在关机状况期间被减少，其能导致减少的氦消耗。
图1以及图2图示了其中在关机状况(具体地，冷头的关机状况)期间提供了冷头套的冷却的实施例。特别地，图1以及图2是图示MRI磁体系统20的简化的框图，MRI磁体系统20包括一个或者多个超导磁体。应注意，在图1以及图2中类似的数字代表类似的部分。MRI磁体系统20包括容器22，其容纳液态冷却剂，例如液态氦。因此，在该实施例中，容器22是氦容器，其还可被称之为氦压力容器。容器22被真空容器24所围绕并且在其中以及/或者在其之间包括热屏蔽26。热屏蔽26可以是例如热隔离辐射屏蔽。冷头28(其在各个实施例中是制冷机(cryocooler))穿过真空容器24在冷头套30(如，壳体)内延伸。因此，冷头28的冷端在未影响真空容器24内的真空度情形下可被置于冷头套30内。冷头28使用任何合适的手段(例如一个或者多个法兰以及螺栓、或者其他在本领域内已知的手段)嵌入以及被固定在冷头套30内。而且，冷头28的马达32(在图3中所示)在真空容器24外被提供。
磁体34(其在各个实施例中是超导磁体)在氦容器22内被提供并且在如本文更详细地所述的MRI系统的运行期间被控制以获得MRI图像数据。另外，在MRI系统的运行期间，在MRI磁体系统20的氦容器22内的液态氦冷却超导磁体34，其可被配置成如已知的线圈组件。超导磁体34被冷却至超导温度，例如，4.2开尔文(K)。该冷却过程可包括煮沸的氦气体通过氦再压缩系统(未示出)再压缩成液态并且被返回至氦容器22。应注意，煮沸的氦可穿过气体通道36，其连接氦容器22至热屏蔽26。在某些实施例中，热屏蔽26可被与气体通道36连接的冷却管(未示出)所围绕。从气体通道36穿过冷却管的氦气体的通过起到冷却热屏蔽26的作用。
在各个实施例中，还提供了冷却系统或者设置，其在冷头28的关机状况期间冷却冷头套30。该冷却系统包括气体通道38，其连接氦容器22至结合冷头套30被提供的冷却元件，其被图示为具体地在冷头28的关机状况期间用于冷却冷头套30的冷却管40。气体通道38运行以循环排出的来自氦容器22煮沸的氦气体以冷却或者去除来自冷头套30的热，其还减少了到都处于真空容器24内的热屏蔽26以及氦容器22的热。冷却管40在某些实施例中大致围绕(并且是与之热接触)冷头套30的外表面42(在图3中所示)。
在一个实施例中，如在图1中所图示，气体通道38与气体通道36连接或者形成气体通道36的一部分，气体通道36连接氦容器22至热屏蔽26。例如，气体通道38可形成气体通道36的分支。在图1的实施例中，气体通道44可选地或者另外可从热屏蔽26的冷却管(未示出)连接至冷头套30的冷却管40。
在另一个实施例中，如图2中所图示，气体通道46用单独的连接来连接氦容器22至冷却管40，即气体通道36连接氦容器22至热屏蔽26。因此，在该实施例中，气体通道46与气体通道36是分离的。相应地，气体可例如基于来自氦容器22的煮沸的氦气体的压力水平或者当前运行状况在不同时间穿过气体通道36以及气体通道46，或者可同时穿过气体通道36以及气体通道46。因此，不同的冷头套冷却设置或者配置可被提供。
在各个实施例中，例如如图1以及2中所图示，气体通道38以及气体通道46在冷头28关机状况期间相应地运行以传送或者传递来自氦容器的氦气体以循环来自氦容器22的煮沸的氦气体。应注意，任何用于传送来自氦容器22的氦气体到冷却管40的耦合设置或者手段可被使用。例如，在某些实施例中，气体通道36以及/或者气体通道46可以是冷却管40的一部分或者延伸。
因此，气体通道36以及气体通道46用作用于排出的氦气体的导管，该排出的氦气体在冷头关机状况期间被使用以冷却或者去除来自冷头28的热。根据各个实施例，热平衡使用气体通道36或气体通道46来应用。例如，在冷头关机状况期间到热屏蔽26的额外的热可以是约20瓦特(W)。当来自氦容器22的氦的煮沸率是约5升/小时，由来自氦容器22、穿过气体通道36以及气体通道46的排出的气体所去除的热是约55W。该55W的热去除，因此，平衡了来自冷头关机状况的35W+20W。相应地，在各个实施例中煮沸的氦气体(排出的氦气体)通过气体通道36以及/或者气体通道46被转移或者被传送以使冷头28(以及可选地热屏蔽26)冷却下来以及/或者去除来自冷头28(以及可选地热屏蔽26)的热，其减少了煮沸。
应注意，减压阀48还可结合冷却管40被提供。减压阀48运行以将排出的氦气体释放在真空容器24外以及/或者进入大气中(例如当在MRI磁体系统20内的压力(如，在氦容器22内的压力)达到预定的最大水平(其可通过减压阀48的最大运行压力所确定)时)。
在某些实施例中，冷却管40如图3中所示大致围绕(并且与之热接触)冷头套30的外表面42。应注意，外表面42的外形轮廓示出以用于图示并且大致由冷却管40所覆盖。
在各个实施例中的冷却管40围绕冷头套30螺旋地缠绕，其可沿着冷头套30的外表面42的整个轴线长度(或者其部分)而延伸。冷却管40的每一圈可邻接管道的先前一圈使得在围绕冷头套30的冷却管40的连续绕圈或者圈之间不存在间隙或者存在最小的间隙。在各个实施例中，冷却管40的尺寸、形状以及配置被提供以最大化与冷头套30(以及更具体地，与外表面42)的接触。在各个实施例中的冷却管40在基于与外表面42的热接触量以及/或者接触面积的配置中与冷头套30的外表面42耦合或者在冷头套30的外表面42上被支撑。例如，在各个实施例中由冷却管40未包围的外表面42的量被最小化或者被减少。
应注意，冷却管40可使用任何合适的固定手段或者紧固件与冷头套30的外表面42耦合。例如，冷却管40可使用(i)机械紧固件，例如夹子、环、等等；或者(ii)非机械紧固件，例如焊料、环氧树脂、热胶、等等来与冷头套30的外表面42耦合。还应注意，尽管冷却管40被图示如围绕冷头套30螺旋缠绕，不同的配置或者设置可被使用。例如，冷却管40可以蛇状、Z字形或者其他配置(其可包括单个管、多个互相连接的管或者多个互相连接的管部分)与冷头套30耦合。进一步应注意，各个实施例的冷却设置不限于冷却管40并且可使用任何能循环氦气体的手段来提供。
图4是冷头套30的简化的横截面图，冷头套30具有包括根据各个实施例形成的冷却管40的冷头套冷却设置31。图4图示了MRI磁体系统20的一部分，其中氦容器22的壁50的一部分以及真空容器24的壁52的一部分被示出。另外，再压缩器(recondensor)54被示出，其如本文更详细所述的那样再压缩来自氦容器22的煮沸的氦气体。再压缩器54通过一个或者多个通道56与氦容器22耦合。例如，一个通道可设置成从氦容器22到再压缩器54以用于传送煮沸的氦气体并且另一通道可设置成从再压缩器54到氦容器22以用于传送返回的再压缩氦液体。
应注意，在冷头套30与热屏蔽26之间热链路58通过连接冷头套30与热屏蔽26的一对线路所代表。该热链路58仅仅图示在热屏蔽26与冷头套30之间存在热传导。还应注意，冷却管(未示出)可结合热屏蔽26(例如，围绕热屏蔽26)被提供。
冷头套30的冷却管40被图示成具有大致圆截面。然而，对冷却管40的不同形状的截面可被预想并且可被使用。例如，冷却管40可具有扁平的圆形(两个平面的侧面)、大致方形(或者方形)、大致矩形(或者矩形)、大致椭圆(或者椭圆)或者其他横截面形状。冷却管40的形状以及配置被提供使得与冷头套30的外表面42的热接触被最大化，其例如在沿着外表面42的点60处被图示。
在图示的实施例中，冷却管40沿着冷头套30的外表面42的长度从冷头套30的底端向邻近或者邻接真空容器24的壁52的点而延伸。因此，在该实施例中的冷却管40未延伸到真空容器24外进入大气。
在各个实施例中，冷却管40可由不同的材料以及或者管道形成。例如，在某些实施例中，冷却管40由金属材料，例如铜或者铝形成。一般地，冷却管40由高热传导性的材料形成。
冷却管40还可具有任何横截面尺寸(如，跨冷却管40的直径)。在某些实施例中，冷却管40具有在7毫米(mm)与10mm之间的直径。然而，其他更小的或者更大的直径尺寸的冷却管40可被使用。冷却管40的直径可被选择成使冷却管40与冷头套30的外表面42之间的热接触最大。例如，基于被包围的冷头套30的部分的长度以及围绕外表面42的圈数，冷却管40的直径可被选择使得大致全部的冷头套30的外表面42被冷却管40包围并且与冷却管40热接触。
应注意，当本文提及热接触，这一般涉及能通过热过程交换能量的两个部件。例如，冷却管40与冷头套30的外表面42热接触使得热能被热传导。
在某些实施例中，在区域64中，其中冷头套30的直径变化，可形成冷却管40部分或者连接至冷却管40的过渡管(transition tube)62可选地被提供。过渡管62包括一般比冷却管40少的传导性的管道。例如，过渡管62可由不锈钢形成。过渡管62被配置并且被形成以防止在两个不同直径部分之间的热短路(thermal short)或者减少该可能性，不同的直径部分还可被称之为冷头套30的第一级与第二级。还应注意，在区域64中，过渡管62可被不同地配置或者设置(如，以不同的方向螺旋缠绕)以提供与大致全部的冷头套30的外表面42的热接触。
因此，根据各个实施例，来自氦容器的煮沸或者排出的氦，具体地由冷头的关机状况产生的氦气体，被用于使冷头套冷却下来以及/或者去除来自冷头套的热，其减少了到热屏蔽以及氦容器的热。通过穿过冷却设置(其可包括围绕冷头套的管道)循环氦气体，来自冷头套的热被减少或者去除。排出的氦气体然后可通过减压阀来释放。因此，从氦容器内部传送至真空容器外部的排出的氦气体被用于去除热或者冷却冷头套。在某些实施例中，在冷却管内循环的氦气体可被再压缩。
用于冷却冷头套的方法70，例如在冷头的关机或者失效期间也被提供并且在图5中被示出。方法70包括在72传送排出的氦气体，例如从氦容器到冷头套的来自煮沸的氦气体。例如，一个或者多个气体通道可被用于传送该氦气体，例如在冷头关机状况期间。该气体通道可连接氦容器至围绕冷头套的冷却管使得氦气体在74处围绕冷头套的外表面被循环。在76处热然后从冷头套被去除(例如，通过传送氦气体到氦容器外部)。所去除的热还能减少到MRI磁体系统的热屏蔽以及氦容器的热。
应注意，尽管某些实施例结合用于MRI系统的超导磁体被描述，该各个实施例可结合任何类型的具有超导磁体的系统来实现。该超导磁体可在其他类型的医疗成像装置、以及非医疗成像装置中来实现。
因此，各个实施例可结合不同类型的超导线圈(例如用于MRI系统的超导线圈)来实现。例如，各个实施例可用与图6中所示的MRI系统100一起使用的超导线圈来实现。应了解，尽管系统100被图示为单个形式的成像系统，各个实施例可在多个形式的成像系统中或者与多个形式的成像系统一起实现。系统100被图示为MRI成像系统并且可与不同类型的医学成像系统(例如计算机断层扫描(CT)、正电子成像术(PET)、单光子发射计算体层摄影术(SPECT)、以及超声波系统(ultrasound system)、或者任何其他能够产生具体地人的图像的系统)结合。而且，各个实施例不限于用于成像人体受检者的医疗成像系统，但还包括兽医的系统或者用于成像非人体对象、行李等等的非医疗系统。
参考图6，MRI系统100一般包括成像部分102以及处理部分104，其包括处理器或者其他计算或者控制器装置。MRI系统100包括在台架106内的由线圈形成的超导磁体34，其可被支撑在磁体线圈支撑结构上。氦容器22(也可称为低温保持器)围绕超导磁体34并且用液态氦填充。该液态氦如本文更详细所述的那样可被用于冷却冷头套以及/或者热屏蔽。
热隔离112围绕氦容器22的外表面以及超导磁体34的内表面被提供。多个磁梯度线圈114在超导磁体34内被提供并且RF发射线圈116在多个磁梯度线圈114内被提供。在某些实施例中，RF发射线圈116可用发射与接收线圈替换。在台架106内的部件一般形成成像部分102。应注意，尽管超导磁体34是圆柱形状，其他形状的磁体能被使用。
处理部分104一般包括控制器118、主磁场控制120、梯度场控制122、存储器124、显示装置126、发射-接收(T-R)开关128、RF发射器130以及接收器132。
在运行中，对象的主体，例如被成像的患者或者模型的身体，被放置在膛134中的适当的支撑(例如，患者台)上。超导磁体34产生跨膛134的均匀并且静态的主磁场B0。在膛134内以及相应在患者内的电磁场强度由控制器118通过主磁场控制120来控制，其还控制对超导磁体34的激励电流的供应。
磁梯度线圈114(其包括一个或者多个梯度线圈元件)被提供以使磁梯度能在三个正交方向x、y、以及z的任何一个或者多个方向上被施加在超导磁体34内的膛134中的磁场B0上。磁梯度线圈114由梯度磁场控制122所激励并且还由控制118控制。
RF发射线圈116(其可包括多个线圈)被设置以发射磁脉冲以及/或者可选地同时探测来自患者的MR信号(如果接收线圈元件也被提供，例如配制成RF接收线圈的表面线圈)。RF接收线圈可以是任何类型或者配置，例如，单独的接收表面线圈。接收表面线圈可以是在RF发射线圈116内所提供的RF线圈的阵列。
RF发射线圈116以及接收表面线圈相应地通过T-R开关128可选地与RF发射器130或者接收器132的一个互连。RF发射器130以及T-R开关128由控制器118所控制使得RF场脉冲或者信号由RF发射器130产生并且选择性地被应用于患者以用于在患者中的磁共振的激励。当RF激励脉冲被应用于患者，T-R开关128还被启动以断开接收表面线圈与接收器132。
RF脉冲施加之后，T-R开关128又被启动以断开RF发射线圈116与RF发射器130并且连接接收表面线圈与接收器132。该接收表面线圈运行以探测或者感测由在患者中的受激核产生的MR信号并且将MR信号传递至接收器132。这些所探测的MR信号进而被传递至控制器118。控制器118包括处理器(如，成像重建处理器)，例如，其控制MR信号的处理以产生代表患者的图像的信号。
所处理的代表图像的信号还被传输至显示装置126以提供图像的可视显示。特别地，MR信号填充或者形成k-空间，其被傅立叶变换以获得可查看的图像。所处理的代表图像的信号然后被传输至显示装置126。
应理解，以上说明目的是说明性的，且不是限制性的。例如，以上所述的实施例(以及/或者其方面)可结合彼此被使用。另外，许多修改可被做出以使特定的情况或者材料适应各个实施例的教导且未偏离其范围。当本文所述的材料的尺寸以及类型目的在于限定各个实施例的参数时，它们绝不是限制性的并且仅仅是示例性的。一旦审查了以上说明，许多其他的实施例对本领域内技术人员是清楚明了的。各个实施例的范围应因此参照附上的权利要求、连同这样的权利要求被赋予的等同物的全部范围来确定。在附上的权利要求中，术语“包含”以及“在…中”被用作相应术语“包括”以及“其中”的普通易懂语言等同物。而且，在接下来的权利要求中，术语“第一”、“第二”、以及“第三”、等等仅被用作标签，并且目的不在于施加数字要求在它们的对象上。进一步，接下来的权利要求的限制未以装置+功能的格式所撰写，并且目的不在于基于35U.S.C.§112第六章来解释，除非并且直到这样的权利要求限制清楚地使用跟随不含其他结构的功能性陈述的短语“用于...的装置”。
该书面描述使用示例以公开各个实施例(其包括最佳模式)，并且还能使本领域的任何技术人员实践各个实施例，包括制作和使用任何装置或者系统，以及实施任何包含的方法。各个实施例的专利范围由权利要求所限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其他的示例如果具有与该权利要求书的字面语言无不同的结构单元，或者该示例包括了与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构单元则被规定为在该权利要求书的范围内。
部件列表
Figure BSA00000496565300111
Figure BSA00000496565300121

Claims (10)

1.一种用于磁共振成像(MRI)系统的冷头(28)的冷头套冷却设置(31)，所述冷头套冷却设置包括：
冷头套(30)，其被配置成在其中容纳MRI系统的冷头(28)；以及
冷却系统(38、40、46)，其围绕所述冷头套的外表面，所述冷却系统使用氦气体去除来自所述冷头套的热。
2.如权利要求1所述的冷头套冷却设置(31)，其中所述冷却系统(40)包括冷却管(40)。
3.如权利要求2所述的冷头套冷却设置(31)，其中所述冷却管(40)围绕所述冷头套(30)的外表面(42)螺旋缠绕。
4.如权利要求2所述的冷头套冷却设置(31)，其中所述冷却管(40)包括过渡管(62)，其具有少于所述冷却管的导热性的导热性。
5.如权利要求2所述的冷头套冷却设置(31)，其中所述冷却管(40)与MRI系统的氦容器(22)连接。
6.如权利要求5所述的冷头套冷却设置(31)，进一步包括在所述氦容器(22)与真空容器(24)之间的热屏蔽(26)，以及其中所述气体通道(36)连接所述氦容器至所述热屏蔽。
7.如权利要求1所述的冷头套冷却设置(31)，进一步包括与所述冷却系统连接的减压阀(48)。
8.如权利要求1所述的冷头套冷却设置(31)，其中所述MRI系统是超导磁体MRI系统。
9.一种磁共振成像(MRI)磁体系统(20)包括：
容器(22)，其内具有液态氦；
在所述容器内的超导磁体(34)；
冷头套(30)，其配置成容纳用于冷却所述超导磁体的冷头(28)；以及
冷却管(40)，其围绕所述冷头套的至少一部分并且通过气体通道(36、38、46)与所述容器连接。
10.一种用于冷却磁共振成像(MRI)磁体系统的冷头套的方法(70)，所述方法包括：
从所述MRI磁体系统的氦容器传送(72)排出的氦气体到所述冷头套；
围绕所述冷头套的外表面循环(74)所述氦气体；以及
使用所述循环的氦气体去除(76)来自所述冷头套的热。
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