CN102360693B

CN102360693B - 用于热冷却磁共振成像系统的隔热罩和方法

Info

Publication number: CN102360693B
Application number: CN201110143944.0A
Authority: CN
Inventors: 江隆植
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: CN102360693A; US8797131B2; US20110284191A1; GB2480529A; GB201107894D0; GB2480529B

Abstract

提供用于热冷却磁共振成像(MRI)系统的隔热罩和方法。一种隔热罩(26)包括形成框架(44)的冷却管(46)。该冷却管构造成接收通过该冷却管的来自MRI系统的制冷剂容器的制冷剂流体。该隔热罩还包括环绕框架并与框架一起构造成提供对MRI系统的热屏蔽的至少一个热控制层(48)。

Description

用于热冷却磁共振成像系统的隔热罩和方法

技术领域

一般来说，本文公开的主题涉及低温冷却的磁共振成像(MRI)系统，更具体来说，涉及用于为MRI系统提供隔热罩的系统和方法。

背景技术

在超导线圈MRI系统中，使用氦容器来低温冷却形成超导磁体的线圈。这些MRI系统中的一些系统的低温冷却系统包括位于冷头套管内的冷头，冷头进行操作以便使汽化制冷剂再凝结，从而在系统工作期间连续冷却超导磁体线圈。另外，可提供隔热罩，它通常安置在真空容器内于真空容器与氦容器之间。

常规的隔热罩必须由高导热材料(如铝)形成为厚金属结构以便提供必需的热传导。但是，这些结构的厚度不仅具有较大的质量，而且还需要较长的时间周期来冷却下来，并且它们是导电的。另外，这些结构由于高传导性而具有较高的振动诱导的场不稳定性。

并且，当冷头关闭时，例如在MRI系统的运输期间、在正常工作期间MRI系统断电时或冷头发生故障时，冷头套管因冷头与冷头套管之间的接触而发热。在此时间期间，冷头套管作用就像是散热器(或热源)，并对MRI系统、包括对隔热罩和MRI系统的氦容器施加热量。在冷头套管作用就像是散热器并使隔热罩和氦容器发热的这种状况中，氦容器内的氦会蒸发。因此，来自氦容器的氦会损耗并且必须进行更换，这会导致增加的成本和系统维护，因为没有路径来冷却隔热罩。

此外，使这些结构变薄将不能提供所需的热传导。因此，将导致更高的温度梯度和该结构发生破裂或破碎的更大可能性。

发明内容

根据各种实施例，提供用于磁共振成像(MRI)系统的隔热罩，该隔热罩包括形成框架的冷却管。冷却管构造成(configuredto)接收通过该冷却管的来自MRI系统的制冷剂容器的制冷剂流体。该隔热罩还包括环绕框架并与框架一起构造成提供对MRI系统的热屏蔽的至少一个热控制层。

根据其它实施例，提供一种用于磁共振成像(MRI)装置的磁体系统，该系统包括真空容器、其中具有液氦的制冷剂容器，其中制冷剂容器在真空容器内。该磁体系统还包括位于制冷剂容器内的超导磁体以及构造成容纳用于冷却超导磁体的冷头的冷头套管。冷头套管耦合到真空容器。该磁体系统还包括位于真空容器内并且其中具有氦容器的隔热罩。该隔热罩包括由冷却管形成的框架，并且被热控制层环绕，其中冷却管连接到制冷剂容器。

根据其它实施例，提供一种用于制造磁共振成像(MRI)系统的隔热罩的方法。该方法包括由冷却管形成框架，其中冷却管构造成接收通过该冷却管的来自MRI系统的制冷剂容器的制冷剂流体。该方法还包括在框架周围耦合至少一个热控制层，这至少一个热控制层与框架一起构造成提供对MRI系统的热屏蔽。

附图说明

图1是示出根据一个实施例形成的隔热罩布置的磁共振成像(MRI)磁体系统的简化框图。

图2是示出根据各种实施例形成的隔热罩的冷却管的磁共振成像(MRI)磁体系统的横截面图。

图3是示出根据各种实施例由冷却管形成的隔热罩的图。

图4是根据各种实施例形成的热控制层的简化图。

图5是示出根据各种实施例由冷却管形成的隔热罩的框架的图。

图6是示出根据其它各种实施例由冷却管形成的隔热罩的框架的图。

图7是根据各种实施例由冷却管形成的隔热罩框架的图示。

图8是根据其它各种实施例由冷却管形成的隔热罩框架的图示。

图9是可实现根据各种实施例形成的隔热罩的MRI系统的示图。

具体实施方式

当结合附图阅读时，将能更好地理解以上发明内容以及以下对某些实施例的详细描述。就附图示出各种实施例的功能块的图来说，功能块不一定指示硬件之间的区分。因此，例如，一个或多个功能块能以单件硬件或多件硬件来实现。应了解，各种实施例不限于图中示出的布置和工具。

除非明确指出，否则本文所使用的用单数记载并用词语“一”或“一个”做前缀的元件或步骤应理解为不排除复数个所述元件或步骤。此外，提到“一个实施例”时不是意在解释为排除同样包含所记载的特征的额外实施例的存在。而且，除非相反地明确指出，否则“包含”或“具有”某个或多个具有特定特性的元素的实施例可包括另外的不具有该特性的这样的元素。

各种实施例包括用于为磁共振成像(MRI)系统提供隔热罩的系统和方法。在一些实施例中，框架结构被提供传导路径和辐射控制的热控制层或皮层环绕。该框架结构可由允许制冷剂从中流过的一个或多个冷却管形成。通过实践至少一个实施例，利用冷头结合隔热罩来提供对磁体系统的冷却，其中隔热罩具有较低的热质量、较小的场不稳定性并且可导致在制造期间的较少的焊接时间。此外，在冷头的冷却、运输和断电状况期间提供供废气通过的路径。另外，通过实践至少一个实施例，可导致减少的制冷剂消耗。因此，根据各种实施例，冷却管形成隔热罩的主框架，并且为隔热罩提供硬度。因此，根据本文将更详细描述的各种实施例，可将控制层变薄或变得非常薄。

图1是具有根据各种实施例形成的隔热罩的冷却布置的简化框图。更具体来说，图1示出MRI磁体系统20，它包括一个或多个超导磁体。MRI磁体系统20包括用于容纳液体制冷剂(如液氦)的容器22。因此，在这个实施例中，容器22是氦容器，它又可称为氦压力容器。容器22被真空容器24环绕，并且其中和/或其间包括隔热罩26。隔热罩26可以是例如热隔离辐射防护罩，并且可包括冷却框架，具体来说是包括如本文将更详细描述的允许制冷剂从中流过的框架结构。

在各种实施例中为低温冷却器的冷头28在冷头套管30(例如，外壳)内延伸通过真空容器24。因此，冷头28的冷端可安置在冷头套管30内，而不会影响真空容器24内的真空。使用诸如一个或多个凸缘和螺栓或本领域中已知的其它方式的任何合适的方式来插入冷头28并将冷头28紧固在冷头套管30内。此外，冷头28的电动机42(如图2所示)设置在真空容器24的外部。

在各种实施例中为超导磁体的一个或多个磁体34(图1中示出一个磁体34，图2中示出两个磁体34)设置在氦容器22内，并且如本文将更详细地描述那样在MRI系统工作期间加以控制以获取MRI图像数据。另外，在MRI系统工作期间，MRI磁体系统20的氦容器22内的液氦冷却超导磁体34，已知超导磁体34可构造为线圈组合件。超导磁体34可冷却至超导温度，例如4.2开(K)。冷却过程可包括：通过氦再凝结系统(图1中未示出)将蒸发的氦气再凝结为液体；并使其返回到氦容器22。应注意，蒸发的氦可通过气体通道36，气体通道36将氦容器22连接到隔热罩26，并可形成隔热罩26的一部分(例如，冷却管)，这将在下文更详细地加以描述。氦气从气体通道36通过隔热罩26的冷却框架可用于冷却隔热罩26。该冷却系统还包括将氦容器22连接到冷头28以冷却制冷剂的气体通道38和40(例如，管道)。

在各种实施例中，例如如图1和图2所示，气体通道38和气体通道40分别进行操作以传递或传送来自氦容器22的氦气，从而向以及从冷头28循环蒸发的氦气。另外，通道36进行操作以传递或传送来自氦容器22的氦气，从而在例如正常工作期间或在冷头28断电状况期间在隔热罩26中或在隔热罩26处循环来自氦容器22的氦气(例如，蒸发的氦气)。应注意，可使用任何耦合布置或方式来向以及从氦容器22传递氦。

图2是示出根据各种实施例形成的冷却框架结构的MRI磁体系统20的一部分的横截面图。应注意，在图1和图2中，相同的数字表示相同或类似的部分。如图所示，氦容器22被真空容器24环绕，并且在其中或其间包括隔热罩26，该隔热罩可以是例如具有框架44的热隔离辐射防护罩。

在各种实施例中为低温冷却器的冷头28在冷头套管30(例如，外壳)内延伸通过真空容器24，其中冷头28的电动机42设置在真空容器24的外部。在MRI系统工作期间，MRI磁体系统20的氦容器22内的液氦冷却超导磁体34，已知超导磁体34可构造为线圈组合件。冷却过程可包括：通过氦再凝结系统50将蒸发的氦气再凝结为液体；以及使其返回到氦容器22。应注意，蒸发的氦可通过将氦容器22连接到再凝结系统50的气体通道38，并且再凝结的氦可通过通道40返回到氦容器。

框架44也连接到氦容器22，以使得氦容器22内的制冷剂可通过示为形成框架44的结构的管道46(其可以是单个管道)的通道循环。因此，管道46进行操作以冷却隔热罩26，隔热罩26由框架44以及环绕框架44的一个或多个热控制层48形成。因此，框架44被提供传导路径和辐射控制的热控制层或皮层(例如，这一个或多个层48)环绕。在这个实施例中，框架44一般界定(define)中空壁结构，其中管道46周向地环绕氦容器22。但是，应注意，框架44也可构造成使得诸如管道46的冷却通道沿不同的方向或对准方式安置、定向或延伸。例如，如本文将更详细地描述，管道46可轴向而不是周向延伸。

管道46可构造成具有任何形状的横截面的冷却管。例如，管道46可具有基本上为圆形(或圆形)、平台式圆形(两个平面侧面)、基本上为正方形(或正方形)、基本上为长方形(或长方形)、基本上为椭圆形(或椭圆形)的或其它横截面形状。因此，管道46可以是例如作为凸缘提供的圆柱形等。管道46的形状和构型(configuration)可提供成使得与这一个或多个层48的接触增加。管道46还可具有任何横截面大小(即，冷却管40的直径大小)。可选择管道46的直径以最大化或增加管道46与这一个或多个层48之间的热接触。

管道46也可由不同的材料和/或管道敷设形成。例如，在一些实施例中，管道46由诸如铜或铝的金属材料形成。一般来说，管道46由高热导率材料形成。

在一个实施例中，如图3所示，隔热罩26由框架44和环绕框架44的层48形成。更具体来说，框架44由管道46形成以使得管道46的布置界定框架44的形状和结构。例如，管道46可界定构造成围绕氦容器22周向延伸的螺旋布置，并且包含在真空容器24内。应注意，框架44可由单个管道46或多个互连管道46或管道区段形成。在一些实施例中，提供单个周向布置。在其它实施例中，框架44由多个同心对准的周向延伸的管道46形成，以使得一个螺旋长度的管道46沿径向安置在另一个长度的管道46的内部或外部。如下文更详细地论述，在所示实施例中，两个长度70a和70b的管道46沿框架44的整个长度轴向地同心对准并界定框架44的整个长度(例如，当被层48环绕时，界定中空壁结构)，同时第三长度70c的管道46安置在框架44的每一端。应注意，每个长度70的管道46可以是单独的或是互连的。

可以是单独长度70或是互连的这一个或多个管道46通过例如通道36连接到氦容器22。再凝结器50也经由一个或多个通道72耦合到氦容器22，其中这一个或多个通道72可由通道38和40(如图2所示)形成。例如，可提供从氦容器22到再凝结器50的一个通道以便传递蒸发的氦气，并可提供从再凝结器50到氦容器22的另一个通道以便传递回再凝结的氦液体。

应注意，冷头套管30与隔热罩26之间的一个或多个热链路74由连接冷头套管30和隔热罩26的一对线表示。热链路74只是说明，在隔热罩26与冷头套管30之间存在热传导。

在各种实施例中，形成框架44的管道46具有一定的硬度或刚度，以使得层48在与其耦合时界定隔热罩26的壁或外壳。因此，框架44是自我支撑的，并且包括一个或多个层48，如图4所示，这一个或多个层48是热层或热控制层。例如，示出两个层48a和48b，其中层48a耦合到层48b，而层48b耦合到框架44，更具体来说是耦合到形成框架44的一个或多个管道46(图4中示出其一部分)。应注意，层48可以是一件或多件单独的材料，它们环绕框架44以界定隔热罩26。

在一些实施例中，层48a是发射率控制层，并例如由诸如具有导电丙烯酸粘结剂的聚酯膜叠层铝箔的铝箔带形成。在一些实施例中，层48b例如由具有高热导率的网状材料(例如，铜网)形成。因此，层48一起形成框架44的外覆盖层，在一些实施例中，该外覆盖层包括用环氧树脂接到(epoxiedto)一个或多个管道46的层48b，而层48a带接到(tapedto)层48b。因此，环绕框架44形成多层覆盖物。应注意，层48可耦合到框架44的外部部分和内部部分，这将在下文更详细地描述。另外，层48可具有相同或不同的厚度。例如，在一个实施例中，每个层48a和48b可约为0.5毫米或1毫米厚。

在一些实施例中，可结合框架44提供额外的支撑元件80，如图5所示。例如，可以是支撑肋或额外的框架结构的多个支撑元件80沿径向向外延伸，例如沿框架44的各端在各个长度70的管道46之间以及可选地沿框架44在不同的轴向位置延伸。可选地，支撑元件可轴向延伸。因此，如图5所示，在框架44的每一端处提供三个同心对准的管道46布置，其中外长度70a和内长度70b围绕多个轴向位置周向延伸(例如，在螺旋布置中)，从而界定框架44的壁结构，并且在其中具有间隙82。

应注意，预期有其它构型或布置，例如界定框架44的结构的不同管道缠绕物或长度。例如，如图6所示，在框架44的(2D)二维平面中提供管道46。应注意，在这个和其它实施例中，也可沿径向和/或轴向方向提供额外的支撑元件(未示出)。在一些实施例中，管道46可沿轴向方向螺旋地布置并在框架44的2D平面中缠绕。

各种实施例提供允许界定框架结构的管道46的任何构型或布置(例如，十字形管道敷设布置)。因此，在各个实施例中，管道46形成隔热罩26的结构的主框架。

图7和图8分别是可形成隔热罩26的部分的实例性框架92和94的简化图示。在这两个实施例中，外部覆盖层(例如，层48)环绕框架92或94以界定一般为圆柱形的结构，该结构可构造成在其中容纳氦容器22(如图1至3所示)。因此，如图7所示，管道46按照周向构型布置，这可以是螺旋布置或单独的环。如图所示，可提供多个同心管道布置。图8示出按照轴向构型布置的管道46，它们可以是环路或单独长度的管道46。当提供实例性框架92或94、或根据各种实施例形成的任何框架结构时，其被层48覆盖，形成隔热罩26，隔热罩26可界定圆柱形壁结构或其它形状的结构。

因此，由允许冷却流体或制冷剂从中流过的管道布置形成隔热罩。该管道布置界定隔热罩的框架，并具有薄或更薄的外层。

应注意，尽管结合MRI系统的超导磁体描述一些实施例，但也可结合具有超导磁体的任何类型的系统实现各种实施例。超导磁体可在其它类型的医疗成像装置以及非医疗成像装置中实现。此外，各种实施例可结合其它类型的MRI系统来实现。

因此，各种实施例可结合不同类型的MRI系统的隔热罩来实现。例如，各种实施例可与如图9所示的MRI系统100一起实现。应明白，尽管将系统100示为单模态成像系统，但是各种实施例可在多模态成像系统中或与多模态成像系统一起实现。系统100示为MRI成像系统，并且可与不同类型的医疗成像系统组合，例如计算机断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、以及超声系统或任何其它能够生成例如人的图像的系统。此外，各种实施例不限于用于对人体成像的医疗成像系统，而是可包括用于对非人类对象、行李等成像的兽医或非医疗系统等。

参考图9，MRI系统100一般包括成像部分102和处理部分104，处理部分104可包括处理器或其它计算或控制器装置。MRI系统100在门架106内包括由线圈形成的超导磁体34，超导磁体34可支撑在磁体线圈支撑结构上。氦容器22(又称为低温恒温器)环绕超导磁体34并装满液氦。液氦可用于冷却冷头套管和/或隔热罩，如本文更详细地描述。

环绕氦容器22的外表面和超导磁体34的内表面提供热绝缘112。在超导磁体34的内部提供多个磁梯度线圈114，并在这多个磁梯度线圈114内提供RF传送线圈116。在一些实施例中，RF传送线圈116可以用传送和接收线圈来替换。门架106内的组件一般形成成像部分102。应注意，尽管超导磁体34是圆柱形，但也可使用其它形状的磁体。

处理部分104一般包括控制器118、主磁场控件120、梯度场控件122、存储器124、显示装置126、传送-接收(T-R)开关128、RF传送器130和接收器132

在操作中，将待成像对象(例如，患者或模型)的主体置于合适的支撑台(例如，患者台)上的孔134中。超导磁体34在孔134内产生均匀且静态的主磁场B₀。孔134中以及相应地患者中的电磁场的强度由控制器118经由主磁场控件120控制，而主磁场控件120还控制对超导磁体34的激励电流的供应。

包括一个或多个梯度线圈元件的磁梯度线圈114设置成使得可沿三个正交方向x、y和z中的任何一个或多个方向对超导磁体34内的孔134中的磁场B₀施加磁梯度。磁梯度线圈114由梯度场控件122激励，并且还受控制器118控制。

可包括多个线圈的RF传送线圈116布置成传送磁脉冲和/或在也提供接收线圈元件(例如，构造为RF接收线圈的表面线圈)时可选地同时检测来自患者的MR信号。RF接收线圈可以是任何类型或构型，例如为独立的接收表面线圈。接收表面线圈可以是设置在RF传送线圈116内的RF线圈阵列。

RF传送线圈116和接收表面线圈通过T-R开关128选择性地分别互连到RF传送器130或接收器132之一。RF传送器130和T-R开关128由控制器118控制，以使得由RF传送器130生成RF场脉冲或信号并将其选择性地施加到患者以在患者中激励磁共振。当对患者施加RF激励脉冲时，也可启动T-R开关128以使接收表面线圈从接收器132断开。

在施加RF脉冲之后，再次启动T-R开关128以使RF传送线圈116从RF传送器130断开并将接收表面线圈连接到接收器132。接收表面线圈进行操作以检测或感测由于患者中的受激核而产生的MR信号并将MR信号传送到接收器132。进而将这些检测到的MR信号传送到控制器118。控制器118包括例如处理器(例如，图像重构处理器)，它控制对MR信号的处理以产生代表患者的图像的信号。

又将经过处理的代表图像的信号传送到显示装置126以提供图像的可视显示。具体来说，MR信号填充或形成k-空间，k-空间经傅立叶变换而获得可观看的图像。然后，将经过处理的代表图像的信号传送到显示装置126。

将了解，以上描述意在说明性而不是限制性。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。另外，在不偏离其范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适应各种实施例的教导。尽管本文描述的材料的尺寸和类型意在定义各种实施例的参数，但它们决不是限制，而只是实例性的。本领域技术人员在浏览以上描述之后将明白许多其它实施例。因此，各种实施例的范围应参考随附权利要求以及授予这些权利要求的等效物的全部范围来确定。在随附权利要求中，术语“包括(including)”和“在其中(inwhich)”作为相应术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等效物使用。而且，在随附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只作为标记使用，而不是意在对它们的对象施加数字要求。此外，没有用“部件加功能”格式来书写随附权利要求的限制，并且除非及直至这些权利要求限制明确使用短语“用于...的部件”紧跟缺乏进一步结构的功能陈述，否则不希望基于35U.S.C§112第六段来解释这些权利要求限制。

本书面描述利用实例公开包括最佳模式的各种实施例，并且还使得本领域技术人员能够实现各种实施例，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。各种实施例的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员可想到的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言没什么不同的结构元素，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元素，则它们要在权利要求的范围内。

零件列表

20MRI磁体系统

22氦容器

24真空容器

26隔热罩

28冷头

30冷头套管

34超导磁体

36通道

38通道

40通道

42电动机

44框架

46管道

48层

50再凝结器

70长度

72通道

74链路

80支撑元件

82间隙

92框架

94框架

100MRI系统

102成像部分

104处理部分

106门架

112热绝缘

114磁梯度线圈

116RF传送线圈

118控制器

120主磁场控件

122梯度场控件

124存储器

126显示装置

128T-R开关

130RF传送器

132接收器

134孔

Claims

1.一种用于磁共振成像(MRI)系统的隔热罩，所述隔热罩包括：

形成框架的冷却管，所述冷却管构造成接收通过所述冷却管的来自MRI系统的制冷剂容器的制冷剂流体；以及

至少一个热控制层，其环绕所述框架并与所述框架一起构造成提供对所述MRI系统的热屏蔽。

2.如权利要求1所述的隔热罩，还包括构造成支撑所述冷却管的至少一个支撑元件。

3.如权利要求1所述的隔热罩，其中,所述冷却管按照周向构型来布置。

4.如权利要求3所述的隔热罩，其中，所述周向构型包括螺旋管布置。

5.如权利要求3所述的隔热罩，其中，所述周向构型包括多个同心对准的冷却管。

6.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述冷却管按照轴向构型来布置。

7.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述冷却管按照轴向构型和周向构型来布置。

8.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述冷却管包括多个互连管道。

9.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述冷却管界定具有壁的圆柱形框架，在所述壁中具有间隙。

10.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述热控制层包括耦合到所述冷却管的多个层。

11.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述热控制层包括发射率控制层。

12.如权利要求11所述的隔热罩，其中，所述发射率控制层包括箔带。

13.如权利要求1所述的隔热罩，其中，所述热控制层包括热传导层。

14.如权利要求13所述的隔热罩，其中，所述热传导层包括传导金属网。

15.一种用于磁共振成像(MRI)装置的磁体系统，所述磁体系统包括：

真空容器；

其中具有液氦的制冷剂容器，所述制冷剂容器在所述真空容器内；

位于所述制冷剂容器内的超导磁体；

冷头套管，其构造成容纳用于冷却所述超导磁体的冷头，所述冷头套管耦合到所述真空容器；以及

隔热罩，其位于所述真空容器内并且其中具有氦容器，所述隔热罩包括由冷却管形成的框架并且被热控制层环绕，所述冷却管连接到所述制冷剂容器。

16.如权利要求15所述的磁体系统，其中，所述框架成圆柱形并且具有周向地构造的冷却管。

17.如权利要求15所述的磁体系统，其中，所述框架成圆柱形并且具有轴向地构造的冷却管。

18.如权利要求15所述的磁体系统，其中，所述热控制层包括多个层，所述多个层包括发射率控制层和热传导层。

19.如权利要求15所述的磁体系统，其中，所述隔热罩还包括构造成支撑所述冷却管的至少一个支撑元件。

20.一种制造用于磁共振成像(MRI)系统的隔热罩的方法，所述方法包括：

由冷却管形成框架，所述冷却管构造成接收通过所述冷却管的来自MRI系统的制冷剂容器的制冷剂流体；以及

在所述框架周围耦合至少一个热控制层，所述至少一个热控制层与所述框架一起构造成提供对所述MRI系统的热屏蔽。