CN102565734A - 用于使磁共振成像系统的冷头套筒自密封的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使磁共振成像系统的冷头套筒自密封的系统与方法。具体而言，提供了用于使磁共振成像系统的冷头套筒自密封的系统及方法。一种冷头套筒装置(40)包括冷头套筒(30)，其配置为用以将MRI系统的冷头(28)容纳于其中并且具有开口端(34)。该冷头套筒装置还包括密封部件(42)，密封部件(42)联接在冷头套筒的开口端处并配置在覆盖开口端的常闭位置中。

Description

用于使磁共振成像系统的冷头套筒自密封的系统与方法
技术领域
本文所公开的主题大体上涉及低温冷却的磁共振成像(MRI)系统，并且更具体而言涉及用于密封MRI系统的冷头套筒的系统与方法。
背景技术
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系统中的一些的致冷剂冷却系统包括位于冷头套筒(coldhead sleeve)内的冷头(coldhead)，冷头套筒操作成用以在系统操作期间使气化致冷剂再冷凝以便连续地冷却超导磁体线圈。
在常规的MRI系统中，冷头套筒设计成具有到磁体套管的开口端，磁体套管位于真空封壳内，使得开口端在压力下暴露于氦容器。在检修或更换冷头时，检修人员从冷头套筒除去冷头，从而使氦容器暴露于大气。当MRI系统在高压下操作时，需要通风来降低压力。因此，检修人员经受高压以及来自MRI系统内的氦的冲涌损失。如果MRI系统中的磁体在冷头检修或更换期间骤冷，尤其存在安全问题，从而导致氦的蒸发。
因此，对常规MRI系统中的冷头的检修可由于高压环境而不安全。此外，来自氦容器的氦会损失并且必须被更换，这导致成本增加和进一步的系统维护。
发明内容
根据不同实施例，提供了一种用于磁共振成像(MRI)系统的冷头的冷头套筒装置。该冷头套筒装置包括冷头套筒，该冷头套筒配置为用以将MRI系统的冷头容纳于其中并且具有开口端。该冷头套筒装置还包括密封部件，该密封部件联接在冷头套筒的开口端处并配置在覆盖开口端的常闭位置中。
根据其它实施例，提供了一种磁共振成像(MRI)磁体系统，其包括其中具有液态氦的容器、位于容器内的超导磁体、冷头，以及将冷头容纳于其中并具有开口端的冷头套筒。MRI磁体系统还包括可移动的密封部件，该密封部件联接在冷头套筒的开口端处并被偏压在覆盖开口端的常闭位置中。
根据还有其它实施例，提供了一种用于形成磁共振成像(MRI)磁体系统的自密封冷头套筒的方法。该方法包括将密封部件配置为常闭设置，以及使密封部件在冷头套筒的开口端处联接到冷头套筒上，使得密封部件在冷头从冷头套筒移除时被偏压在常闭位置中。
附图说明
图1为示出根据不同实施例形成的自密封冷头套筒的磁共振成像(MRI)磁体系统的简化框图。
图2为示出用于根据不同实施例形成的冷头套筒的自密封装置的图示。
图3为示出根据一个实施例形成的处于打开位置的自密封冷头套筒的截面图。
图4为图3的自密封冷头套筒处于闭合位置的截面图。
图5为示出根据另一实施例形成的处于打开位置的自密封冷头套筒的截面图。
图6为图5的自密封冷头套筒处于闭合位置的截面图。
图7为示出根据另一实施例形成的处于打开位置的自密封冷头套筒的截面图。
图8为图7的自密封冷头套筒处于闭合位置的截面图。
图9为示出根据另一实施例形成的处于打开位置的自密封冷头套筒的截面图。
图10为图9的自密封冷头套筒处于闭合位置的截面图。
图11为示出根据另一实施例形成的处于打开位置的自密封冷头套筒的图示。
图12为其中可实施根据不同实施例形成的自密封冷头套筒的MRI系统的图解视图。
项目清单
20MRI磁体系统
22氦容器
24真空容器
26热屏障
28冷头
30冷头套筒
32马达
34开口端
36再冷凝器
38通路
40自密封装置
42密封部件
44促动部件
46超导磁体
48闸门
50弹簧接头
52弹簧
54阀装置
56入口
58出口
100MRI系统
102成像部分
104处理部分
106构台(gantry)
112热绝缘
114磁梯度线圈
116RF发射线圈
118控制器
120磁场控制件
122梯度场控制件
124存储器
126显示装置
128T-R开关
130RF发射器
132接收器
134开孔
具体实施方式
当结合附图来阅读时，将更好理解某些实施例的上述概述和下述详细描述。就附图示出各种实施例的功能块的图示而言，功能块不必定表示硬件之间的分隔。因此，例如，可在单件硬件或多件硬件中实现一个或多个功能块。应当理解的是，各种实施例不限于图中所示的装置和工具。
如本文所使用的那样，以单数形式叙述且冠以用词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除所述元件或步骤的复数形式，除非明确地指明这种排除。此外，对“一个实施例”的参考不意图被解释为排除也包括所述特征的其它实施例的存在。此外，除非明确地相反指出，则“包括”或“具有”具有特定性质的一个或多个元件的实施例可包括不具有该性质的另外的这种元件。
各种实施例提供这样的系统与方法，其用于在将冷头从冷头套筒移除时(例如在维护、检修和/或更换期间)密封磁共振成像(MRI)系统的冷头套筒。各种实施例包括在将冷头从冷头套筒移除时自动地密封冷头套筒的开口端的密封机构。通过实施至少一个实施例，可减少冲涌到大气中的氦的总量，并且还减少暴露于MRI系统的氦容器的高压。
图1和图2示出了其中冷头套筒为自密封的实施例。具体而言，图1和图2为简化的框图，其示出了MRI磁体系统20，该系统20包括一个或多个超导磁体。应当注意的是，所有附图中的相似标号表示相似部件。MRI磁体系统20包括容器22，容器22保持液体致冷剂，例如液态氦。因此，在该实施例中，容器22为氦容器，其也可被称为氦压力容器。容器22被真空容器24围绕，并且在其中和/或其间包括热屏障26。热屏障26例如可为热绝缘辐射屏障。冷头28(其在各种实施例中为低温冷却器)延伸穿过冷头套筒30(例如壳体)内的真空容器24。因此，冷头28的冷端可定位在冷头套筒30内，而不会影响真空容器24内的真空。使用任何合适的装置(例如一个或多个凸缘和螺栓，或者本领域中公知的其它装置)使冷头28插入(或容纳)和固定在冷头套筒30内。此外，冷头28的马达32设置在真空容器24外部。
冷头套筒30包括进入氦容器22中的开口端34。如图2中所示，在各种实施例中，冷头28包括位于冷头28的下端处的再冷凝器36，当冷头28被插入和容纳在冷头套筒30内时，冷头28使其一部分通过开口端34延伸到氦容器22中。再冷凝器36使来自氦容器22的蒸发的氦气再冷凝。再冷凝器36还经由一个或多个通路38联接至氦容器22。例如，通路38可设置为从氦容器32到再冷凝器36，以用于将蒸发的氦气从氦容器22传送至再冷凝器36，再冷凝器36然后可将再冷凝的氦液在开口端34处传送回氦容器22。
冷头套筒30在开口端34处包括自密封装置40，该装置40在冷头28从冷头套筒30移除时自动地闭合和/或密封开口端34。因此，氦容器22在移除冷头28时不对环境开放。自密封装置40通常包括密封部件42(例如闸门或舌门)，密封部件42接合冷头套筒30的下端，以便在移除冷头28时自动地闭合和密封开口。自密封装置40可联接到冷头套筒30上或形成冷头套筒30的一部分。在各种实施例中，自密封装置40包括偏压部件(例如弹簧)，偏压部件将密封部件42偏压至闭合位置(或状态)以便密封开口端34。因此，密封部件42为常闭装置，该常闭装置在冷头28被插入冷头套筒30中时移动至打开位置(或状态)。例如，促动部件44(其可为突起物、翼片、支柱或销)可设置为冷头28的一部分或联接至冷头28，例如在再冷凝器36的底端上，或者作为密封部件42的部分。促动部件44可操作成在冷头28被插入冷头套筒30内时打开密封部件42。促动部件44可选地可形成密封部件42的部分或联接至密封部件42。
在操作中，并如图1中的箭头S所示的那样，自密封装置40包括密封部件42，该密封部件42可在打开位置(当冷头28插入冷头套筒30内时)与闭合(或密封)位置之间(当从冷头套筒30移除冷头28时)操作。在打开位置，冷头28与氦容器22流体连通。在闭合位置，氦容器22与大气密封，使得开口端34被密封部件42覆盖。在一些实施例中，可将密封部件42插入开口端34来密封开口端34。
磁体46(其在各种实施例中为超导磁体)设置在氦容器22内，并在如本文更详细描述的MRI系统的操作期间受控制以便获取MRI图像数据。此外，在MRI系统的操作期间，MRI磁体系统20的氦容器22内的液态氦冷却超导磁体46，超导磁体46可构造为公知的线圈组件。例如，超导磁体46可被冷却至超导温度，例如4.2开(K)。冷却过程可包括通过再冷凝器36将蒸发的氦气再冷凝至液体，并且回到氦容器22中。应当注意的是，蒸发的氦还可穿过一个或多个可选的气体通路(未示出)，该气体通路将氦容器22连接至热屏障26。
在各种实施例中，自密封装置40通常包括可在打开位置与闭合位置之间操作的移动的或可移动的密封部件42。密封部件42以及用于使密封部件42移动和/或偏压的机构的构造可为使密封部件42在打开位置与闭合位置之间移动的任何合适的构造。
在图3和图4中所示的一个实施例中，自密封装置40为弹簧促动的装置。图3示出了其中冷头28被插入冷头套筒30内的打开位置，并且图4示出了其中冷头28从冷头套筒30移除的闭合位置。在该实施例中，密封部件42是构造为枢转舌门的闸门48。具体而言，闸门48在一端处经由弹簧接头50(或其它偏压部件)连接到冷头套筒30上，使得闸门48在打开位置与闭合位置之间枢转。自密封装置40还包括促动部件44，促动部件44在该实施例中为突起物、支柱、销等，其从冷头28的底部(尤其是从再冷凝器36的底部)延伸。因此，促动部件44构造为接合部件，该接合部件接合闸门48以便在冷头28被插入冷头套筒30内时打开闸门48。因此，当冷头28被插入冷头套筒30内时，闸门48移动至打开位置。
在打开位置，开口端34通向氦容器22，使得闸门48打开以便允许氦从再冷凝器36流入/穿过或排入氦容器22中。当闸门48被偏压而闭合时，闸门48接合冷头套筒30的下端，以便在移除冷头28时自动地闭合和/或密封冷头套筒30。
可构思修改和变型。例如，如图5和图6中所示(分别示出打开位置和闭合位置)，促动部件44设置为闸门48的部分。因此，在操作中，促动部件44被构造为接合部件，其在冷头28被插入冷头套筒30内时接合冷头28的底部以打开闸门48。
在图7和图8中所示的另一实施例中，自密封装置40为另一弹簧促动装置。图7示出了其中冷头28被插入冷头套筒30内的打开位置，并且图8示出了其中冷头28从冷头套筒30移除的闭合位置。在该实施例中，密封部件42也为闸门48并构造为移动板，其在一些实施例中为朝向开口端34和远离开口端34的线性运动。具体而言，闸门48在各端处经由弹簧52(或其它偏压部件)连接到冷头套筒30上，使得闸门48分别远离和朝向开口端34在打开位置与闭合位置之间移动。自密封装置40还包括促动部件44，促动部件44在该实施例中为从冷头28的底部(尤其是再冷凝器36的底部)延伸的突起物、支柱、销等。因此，促动部件44构造为接合部件，该接合部件接合闸门48以便在冷头28被插入冷头套筒30内时打开闸门48。因此，当冷头28被插入冷头套筒30内时，闸门48移离开口端34至打开位置。
在打开位置，开口端34通向氦容器22，使得闸门48打开以便允许氦从再冷凝器36流入/穿过或排入氦容器22中。当闸门48被偏压而闭合并移动得与冷头套筒30的下端接触时，闸门48接合冷头套筒30的下端，以便在移除冷头28时自动地闭合和/或密封冷头套筒30。
可构思修改和变型。例如，如图9和图10中所示(分别示出打开位置和闭合位置)，促动部件44设置为闸门48的部分。因此，在操作中，促动部件44被构造为接合部件，其在冷头28被插入冷头套筒30内时接合冷头28的底部以打开闸门48。
应当注意的是，密封部件42可由不同的材料构造和形成，例如具有密封边沿(例如橡胶边沿)的金属板。在各种实施例中，密封部件42的大小和形状大致确定为用以覆盖至少整个开口端34。在一些实施例中，密封部件42可为具有相应阀座(例如特氟纶阀座)的摇摆提升阀(swinging poppet valve)或舌形阀。在各种实施例中的一些实施例中，密封部件42形成为使得减小或防止自氦容器22的氦的蒸发。
此外，促动部件44可由刚性(例如金属)或半刚性材料形成。弹簧接头50和/或弹簧52还可配置为具有基于密封部件42在闭合位置所经受的压力的偏压力。因此，弹簧接头50和/或弹簧52的偏压力例如可基于特定系统要求而确定。
在图11中所示的还有另一实施例中，密封部件42可形成阀装置54的部分，该阀装置54具有入口56和出口58以用于分别从氦容器22接收液态氦和将冷凝液体传送回氦容器22。应当注意的是，密封部件42也可形成再冷凝器36的部分。在该实施例中，冷头套筒30构造为移动的径向套筒，其如箭头R所示的那样移动。密封部件42构造为闸门48，并且尤其是枢转舌门。例如，闸门48在一端处经由弹簧接头50连接到冷头套筒30上，使得闸门48在打开位置与闭合位置之间枢转。
在操作中，当冷头套筒30移动或冷头28被插入冷头套筒30或从冷头套筒30移除时，密封部件42枢转。在该实施例中，密封部件42操作为摇摆截断提升阀或舌形阀，其中，例如，扭力弹簧在冷头28从冷头套筒30中移除时将密封部件42偏压至闭合位置。冷头28接合闸门48以便在冷头28被插入冷头套筒30时打开闸门48。因此，当冷头28被插入冷头套筒30内时，闸门48移动至打开位置。
因此，根据各种实施例，提供了自密封或自动闭合的冷头套筒。该自密封或自动闭合的冷头套筒装置使MRI系统密封，使得在冷头从冷头套筒移除时，氦容器自动地与大气隔离。
应当注意的是，尽管可结合用于MRI系统的超导磁体来描述一些实施例，但可结合具有超导磁体的任何类型的系统来实施各种实施例。超导磁体可在其它类型的医学成像装置和非医学成像装置中实施。
因此，各种实施例可结合不同类型的超导线圈实施，例如用于MRI系统的超导线圈。例如，各种实施例可结合用于图12中所示的MRI系统100的超导线圈来实施。应当认识到的是，尽管系统100被显示为单一形态的成像系统，但各种实施例可在多形态成像系统中实施或结合多形态成像系统实施。系统100被显示为MRI成像系统，并且可与不同类型的医学成像系统(例如计算层析成像(CT)、电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算层析成像(SPECT)，以及超声系统，或者能够生成尤其是人体图像的任何其它系统)结合。此外，各种实施例不限于用于对人体对象成像的医学成像系统，而是可包括用于非人体对象、行李等的兽医或非医疗系统。
参看图12，MRI系统100大致包括成像部分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在构台106内包括由线圈形成的超导磁体46，线圈可被支撑在磁线圈支撑结构上。氦容器22(也被称为低温保持器)围绕超导磁体46并填充有液态氦。液态氦可用于冷却冷头套筒和/或热屏障，如本文更详细描述的那样。
热绝缘112设置成围绕氦容器22的外表面以及超导磁体46的内表面。多个磁梯度线圈114设置在超导磁体46内，并且RF发射线圈116设置在该多个磁梯度线圈114内。在一些实施例中，RF发射线圈116可利用发射和接收线圈替换。构台106内的构件大致形成成像部分102。应当注意的是，尽管超导磁体46为圆柱形形状，但也可使用其它磁体形状。
处理部分104大致包括控制器118、主磁场控制件120、梯度场控制件122、存储器124、显示装置126、发射-接收(T-R)开关128、RF发射器130和接收器132。
在操作中，对象的本体(例如待成像的患者或模型)定位在适合的支撑件(例如患者台)上的开孔134中。超导磁体46产生跨过开孔134的均匀和静止的主磁场Bo。开孔134中以及相应地患者中的磁场强度由控制器118经由主磁场控制件120控制，控制件120还控制激励电流至超导磁体46的供给。
磁梯度线圈114(其包括一个或多个梯度线圈元件)设置为使得磁梯度可沿三个正交方向x、y和z中的任何一个或多个方向施加在超导磁体46内的开孔134中的磁场Bo上。磁梯度线圈114由梯度场控制件122激励，并且还由控制器118控制。
如果还提供接收线圈元件(例如构造为RF接收线圈的表面线圈)，RF发射线圈116(其可包括多个线圈)布置成发射磁性脉冲和/或可选地同时检测来自患者的MR信号。RF接收线圈可为任何类型或构造，例如单独的接收表面线圈。接收表面线圈可为设置在RF发射线圈116内的RF线圈的阵列。
RF发射线圈116和接收表面线圈通过T-R开关128分别可选地互连至RF发射器130或接收器132中的一个上。RF发射器130和T-R开关128由控制器118控制，使得RF场脉冲或信号由RF发射器130产生并被选择性地供给至患者以用于激励患者中的磁性共振。当RF激励脉冲被施加到患者上时，T-R开关128也被促动以便使接收表面线圈与接收器132断开。
在应用RF脉冲之后，T-R开关128又被促动以便使RF发射线圈116与RF发射器130断开并将接收表面线圈连接到接收器132上。接收表面线圈操作成用以检测或感测由患者中的受激核导致的MR信号，并且将MR信号传送至接收器132。这些检测到的MR信号继而又被传送至控制器118。控制器118包括处理器(例如图像重构处理器)，例如，处理器控制MR信号的处理以便产生表现患者的图像的信号。
表现图像的处理信号还被传送至显示装置126以提供图像的视觉显示。具体而言，MR信号填充或形成k-空间，k-空间被傅里叶变换以获得可观察的图像。表现该图像的处理信号然后被传送至显示装置126。
应当理解的是，上述描述意图为说明性的，而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。此外，在不脱离其范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情形或材料适应各种实施例的教导。尽管本文所述的材料的大小和类型旨在限定各种实施例的参数，但它们并非意味着限制，而是仅为示例性的。通过回顾上述描述，许多其它实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，应当参照所附权利要求以及授予这些权利要求权利的等同方案的整体范围来确定各种实施例的范围。在所附权利要求中，用语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应用语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗易懂的等同物。此外，在所附权利要求中，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不意图对其对象强加数字要求。此外，所附权利要求的限制并非以装置加功能的格式书面表达，并且不意图基于35U.S.C.§112的第六段来理解，除非并且直到这些权利要求限制明确地使用短语“装置用于”，后面接着没有进一步的结构的功能的陈述。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于磁共振成像(MRI)系统的冷头的冷头套筒装置(40)，所述冷头套筒装置包括：
冷头套筒(30)，所述冷头套筒(30)配置为用以将MRI系统的冷头(28)容纳于其中并且具有开口端(34)；以及
密封部件(42)，所述密封部件(42)联接在所述冷头套筒的开口端处并且配置在覆盖所述开口端的常闭位置中。
2.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述密封部件(42)枢转地联接在所述冷头套筒的开口端(34)处。
3.根据权利要求2所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述冷头套筒装置(40)还包括在所述冷头套筒(30)的开口端(34)处枢转地联接所述密封部件(42)的弹簧接头(50)。
4.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述密封部件(42)以线性移动的布置联接在所述冷头套筒(30)的开口端(34)处。
5.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述密封部件(42)包括偏压在所述常闭位置中的移动闸门(48)。
6.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述密封部件(42)包括移动舌形阀或移动提升阀的其中一种。
7.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述冷头套筒装置(40)还包括促动部件(44)，所述促动部件(44)联接到所述冷头套筒(30)上，并配置为用以接合所述密封部件(42)以便在所述冷头(28)被容纳在所述冷头套筒内时将所述密封部件移动至打开位置。
8.根据权利要求1所述的冷头套筒装置(40)，其特征在于，所述冷头套筒装置(40)还包括促动部件(44)，所述促动部件(44)联接到所述密封部件(42)上，并配置为用以接合所述冷头套筒(30)以便在所述冷头(28)被容纳在所述冷头套筒内时将所述密封部件移动至打开位置。
9.一种磁共振成像(MRI)磁体系统(20)，包括：
其中具有液态氦的容器(22)；
位于所述容器内的超导磁体(46)；
冷头(28)；
冷头套筒(30)，所述冷头套筒(30)将所述冷头容纳于其中并且具有开口端(34)；以及
可移动密封部件(42)，所述可移动密封部件(42)联接在所述冷头套筒的开口端处并被偏压在覆盖所述开口端的常闭位置中。
10.根据权利要求9所述的MRI磁体系统(20)，其特征在于，所述MRI磁体系统(20)在所述冷头(28)或所述可移动密封部件(42)的其中一个上还包括突起物(44)，以便促动所述可移动密封部件的运动。
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