CN104685369B - 用于自动斜降超导持续磁体的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置包括：导电线圈，其在电流经过其中时产生磁场；被选择性地激活的持续电流开关，其被连接在所述导电线圈两端；低温恒温器，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；能量转储；至少一个传感器，其检测所述装置的操作参数并且响应于其而输出至少一个传感器信号；以及磁体控制器。所述磁体控制器接收所述(一个或多个)传感器信号并且响应于其而检测所述装置中是否存在操作故障(例如，低温冷却器的压缩机的电力失去)，并且在检测到操作故障时将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端，以将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元。所述能量转储单元使所述能量在所述低温恒温器的外面消散。
Description
技术领域
本发明涉及超导持续磁体，并且更具体涉及用于自动斜降超导持续磁体的系统和方法。
背景技术
超导磁体典型地被用于各种背景中，包括核磁共振(NMR)分析和磁共振成像(MRI)。为了实现超导性，磁体被维持在具有接近绝对零度的温度的低温环境中。典型地，磁体包括导电线圈，所述导电线圈被设置在含有一体积的低温流体(例如液氦)的低温恒温器中。许多这样的超导磁体以“持续模式”操作。以持续模式操作的磁体被利用来自外部电源的电流来初始激励以启动其磁场。接着电源与磁体断开。电流和磁场由于磁体的超导性而被维持。
尽管不需要连续的电力供应来维持磁场，但是典型地向压缩机供应电力(例如，交流电电力)，所述压缩机驱动冷却单元或“冷却头”，所述冷却单元或“冷却头”将低温恒温器中的温度维持在绝对零度附近，以使得磁体的超导性可以持续。
如果压缩机的功率失去，则冷却头可能停止操作并且低温恒温器内的条件可能退化，即，磁体的温度可能开始升高。如果不重新施加功率来恢复对磁体的环境的冷却，则磁体的温度可能上升到磁体将“失超(quench)”并且将其磁能转换成热能的临界温度，由此加热低温恒温器内的低温流体。这种“失超”可以令低温流体中的一些或全部蒸发并且例如通过泄压阀失去。另外，热可能损坏磁体和/或系统的其他部件。
一旦电力恢复，则使磁体返回到超导操作可能需要：更换低温恒温器内的失去的低温流体、将磁体冷却到临界温度以下、并且重新生成磁场。另外，如果来自失超的热令磁体或其他部件损坏，则可能需要对它们进行修复或更换。
该恢复过程可以是昂贵且耗时的。典型地，必须将受过训练的技术人员派遣到超导磁体系统所在的机构(例如，医学中心或医院)，并且必须向低温恒温器供应可能非常昂贵的新的低温流体(例如，液氦)。
不过，MRI系统典型地采用相对大体积的低温流体(例如，1000升液氦)，这可以至少部分地改善这样的状况。该大体积的低温流体具有大的热质量，该大的热质量可以在延长的时间段(甚至可能是几天)内防止磁体到达临界温度。另外，这样的超导磁体系统典型地提供用户可以通过其向低温恒温器添加低温流体以更换失去或蒸发的低温材料的入口。
然而，一些较新的MRI系统采用所谓的“无低温”超导磁体系统，所述超导磁体系统是封闭或密封的并且不包括由用户向系统添加新的低温材料的任何装置。另外，当与如以上描述的常规系统比较时，这样的封闭系统典型地具有较小体积的低温材料(例如一升的液氦)。因此，可能在压缩机的电力失效之后相对段的时间量(例如若干小时)中出现失超。另外，由于该系统典型地不允许添加额外的制冷剂，所以如果低温液体由于失超而被减少或被蒸发，则可能不能恢复。
发明内容
在本发明的一个示范性实施例中，可以提供一种装置，所述装置包括例如：导电线圈，其被配置为当电流经过其中时产生磁场；持续电流开关，其被连接在所述导电线圈两端并且被配置为被选择性地激活和去激活；低温恒温器，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；能量转储单元；至少一个传感器，其被配置为检测所述装置的操作参数并且被配置为响应于所述操作参数而输出至少一个传感器信号；以及磁体控制器，其被配置为接收所述至少一个传感器信号并且响应于所述至少一个传感器信号而检测在所述装置中是否存在操作故障，并且被配置为当检测到所述操作故障时，通过第一和第二导电导线将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，所述能量转储单元使所述能量在所述低温恒温器的外面消散。
在一些实施例中，所述能量转储单元被设置在所述低温恒温器的外面并且被物理连接到所述低温恒温器，从而将热从所述能量转储单元转移到所述低温恒温器。
在一些实施例中，所述装置还包括至少一个冷却风扇，所述至少一个冷却风扇由所述能量转储单元的两端的电压供电，并且所述至少一个冷却风扇在所述能量转储单元响应于所述的检测到所述操作故障而被连接在所述导电线圈的两端时被激活。
在一些实施例中，所述装置还包括：第一导电导线和第二导电导线，其在所述磁体控制器的控制下是能收缩且能延伸的，并且被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及第三导电导线和第四导电导线，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端。所述磁体控制器被配置为响应于检测到在所述装置中存在操作故障而将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为分别与所述第三导电导线和所述第四导电导线接合并电气连接，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线被连接到所述能量转储单元。
在一些实施例中，所述装置还包括：低温防热罩，其被设置在所述低温恒温器内；第一导电导线和第二导电导线；以及第三导电导线和第四导电导线，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端。所述第三导电导线和所述第四导电导线中的每个包括在高于50°K的温度超导的材料。所述第三导电导线和所述第四导电导线被热固定到所述低温防热罩。所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为在所述磁体控制器的控制下响应于检测到在所述装置中存在操作故障而分别被连接到所述第三导电导线和所述第四导电导线，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线被连接到所述能量转储单元。
在一些实施例中，所述装置还包括开关，所述开关被配置为响应于来自所述磁体控制器的控制信号而选择性地将所述第一导电导线和所述第二导电导线中的一个连接到所述能量转储单元。
在一些实施例中，所述装置还包括第一导电导线和第二导电导线，所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线具有被永久地设置在所述低温恒温器的里面的第一端，并且还具有被永久地设置在所述低温恒温器的外面的第二端。
在一些实施例中，所述装置还包括：冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头；所述低温恒温器内的内腔；以及热绝缘区域，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间，。所述(一个或多个)传感器包括以下中的至少一个：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
在一些实施例中，所述装置还包括：冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头；所述低温恒温器内的内腔；以及热绝缘区域，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间。所述(一个或多个)传感器包括：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
在一些实施例中，所述装置还包括：冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头，所述压缩机被配置为从交流电接收电力；以及备用电源，其被配置为当交流电遭受电力中断时向所述磁体控制器供电。
在一些实施例中，所述装置是磁共振成像(MRI)装置。所述MRI装置还包括：患者台，其被配置为托住患者；梯度线圈，其被配置为至少部分地包围患者的部分，所述MRI装置针对所述患者的部分来生成图像；射频线圈，其被配置为将射频信号施加到所述患者的部分并且被配置为改变该磁场的对齐；以及扫描器，其被配置为检测由所述射频信号导致的所述磁场的变化。
在一些实施例中，所述装置还包括：所述低温恒温器内的封闭系统，所述封闭系统具有被设置在其中的低温流体；以及冷却头，其被配置为冷却所述封闭系统内的所述低温流体。
在本发明的另一方面中，可以提供一种用于操作包括被设置在低温恒温器中的导电线圈的磁体系统的方法。所述方法可以包括例如：由所述导电线圈来生成持续磁场；监测由在所述磁体系统中的至少一个传感器产生的至少一个传感器信号；并且响应于所述至少一个传感器信号由磁体处理器检测在所述磁体系统中是否存在操作故障。当检测到所述操作故障时，自动地将能量转储单元连接在所述导电线圈的两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，并且激活被连接在所述导电线圈的两端的所述持续电流开关中的加热器。
在一些实施例中，所述(一个或多个)传感器信号是由以下中的至少一个产生的：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量被配置为冷却所述低温恒温器的冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量所述低温恒温器的内腔与所述低温恒温器的外壁之间的热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定被配置为驱动所述冷却头的压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
在一些实施例中，所述(一个或多个)传感器信号由以下项产生：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量被配置为冷却所述低温恒温器的冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述低温恒温器的内腔与所述低温恒温器的外壁之间的热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定被配置为驱动所述冷却头的压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
在一些实施例中，所述磁体系统可以包括：能收缩且能延伸的第一导电导线和第二导电导线，所述第一导电导线和所述第二导电导线中的每个被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及第三导电导线和第四导电导线，其分别被设置在所述低温恒温器内并且其分别被连接到所述导电线圈的相对端。自动地将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端可以包括将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为与所述第三导电导线和所述第四导电导线接合并且电气连接。
在一些实施例中，所述磁体系统可以包括第一导电导线和第二导电导线，所述第一导电导线和所述第二导电导线具有被设置在所述低温恒温器的里面并且被连接到所述导电线圈的相对端的第一端，并且还具有被设置在所述低温恒温器的外面的第二端，并且自动地将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端包括响应于来自所述磁体控制器的控制信号而选择性地将所述第一导电导线和所述第二导电导线中的一个连接到所述能量转储单元。
在本发明的又一方面中，提供了一种磁体系统。所述磁体系统包括：导电线圈，其被配置为当电流经过其中时产生磁场；持续电流开关，其被连接在所述导电线圈两端并且被配置为选择性地被激活和去激活；低温恒温器，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；能量转储单元；至少一个传感器，其被配置为检测所述装置的操作参数并且被配置为响应于其而输出至少一个传感器信号；以及磁体控制器。所述磁体控制器被配置为监测所述至少一个传感器信号，并且响应于所述至少一个传感器信号来检测在所述磁体系统中是否存在操作故障。当所述操作故障被检测到时，所述能量转储单元被自动地连接在所述导电线圈的两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，并且激活所述持续电流开关中的加热器。
附图说明
图1图示了磁共振成像(MRI)装置的一个示范性实施例。
图2图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统的一个示范性实施例。
图3是图示了对超导持续磁体进行操作和自动斜降的示范性方法的流程图。
图4图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统的另一示范性实施例。
图5图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统的又一示范性实施例。
图6图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统的再一示范性实施例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更完整地描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以被以不同的形式来实现，并且不得被解释为限于本文阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为本发明的教导范例。
图1图示了磁共振成像(MRI)装置100的一个示范性实施例。MRI装置100可以包括例如：磁体102；患者台104，其被配置为托住患者10；梯度线圈106，其被配置为至少部分地包围患者10的至少部分，MRI装置100针对患者10的至少部分来生成图像；射频线圈108，其被配置为至少将射频信号施加到正在被成像的患者10的部分，并且被配置为改变该磁场的对齐；以及扫描器110，其被配置为检测由射频信号导致的磁场的变化。
对MRI装置的一般操作是公知的，并且因此这里不再重复。
图2图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统200的一个示范性实施例。具体地，超导磁体系统200可以是MRI装置100中的磁体102的一个实施例。
超导磁体系统200可以包括低温恒温器210、低温恒温器210内的内腔220、以及被设置在内腔220与低温恒温器210的外壁或外壳之间的防热罩213。超导磁体系统200还可以包括导电线圈230和被设置在低温恒温器210的内腔220内的持续电流开关240，以及被设置在低温恒温器210的外面(外部)的能量转储单元250。超导磁体系统200还可以包括由压缩机270驱动以冷却低温恒温器210的冷却头260、磁体控制器280、以及用于在主电源(例如交流电)由于电力中断或打断而失去时向磁体控制器270供电的备用电源290。超导磁体系统200还可以包括第一导电导线201和第二导电导线202、第三导电导线203和第四导电导线204、第五导电导线205和第六导电导线206、第七导电导线207和第八导电导线208、开关235、以及如下文将更详细描述的多种传感器。
在一些实施例中，防热罩213可以限定第一热绝缘区域212a和第二热绝缘区域212b，第一热绝缘区域212a和第二热绝缘区域212b中的每个可以是任何气体、液体等都已经被移除的真空空间，包括除了由导电导线和(下文讨论的)任何开关和传感器等占据的区域之外的真空。例如，当内腔220被填充有液氦时，内腔的温度将优选为大约4.2°K。另外，防热罩213的温度可以为大约50°K。例如，在低温恒温器210外面的环境室温为300°K的情况下，则由第一热绝缘区域212a限定的空间两端的温度下降可以在从大约4.2°K到大约50°K的范围中，并且由第二热绝缘区域212b限定的空间两端的温度下降可以在从大约50°K到大约300°K的范围中。
持续电流开关240可以被设置在内腔220内并且可以包括经由第七导电导线207和第八导电导线208被连接在导电线圈230的相对端上的超导体线，所述超导体线被附接到小加热器。
超导磁体系统200可以包括以下传感器中的一个或多个：第一温度传感器，其被配置为测量导电线圈230的温度；第二温度传感器，其被配置为测量冷却头260的温度；第三温度传感器，其被配置为测量热绝缘区域212中的温度；被配置为测量被设置在低温恒温器210的内腔220内的低温流体(例如液氦)的水平的传感器；以及被配置为确定压缩机270是否正在正确地驱动冷却头260的传感器，包括例如被配置为确定交流电电力是否正在被供应给压缩机270或者电力是否已经例如由于电力中断而失去的传感器。每个传感器都被连接到磁体控制器280并且向磁体控制器280供应对应的传感器信号。
磁体控制器280可以包括处理器和存储器，包括非易失性存储器和易失性存储器。如下文更详细地描述的，非易失性存储器可以存储用于令所述处理器执行用于控制超导磁体系统280的操作的一个或多个算法的程序代码或指令(软件)。磁体控制器280还可以被连接到开关235以及第一导电导线202和第二导电导线204，并且控制开关235以及第一导电导线202和第二导电导线204的操作。
在一些实施例中，第五导电导线205和第六导电导线206每个可以是向低温恒温器210的内腔220传导最小量的外热的低损耗导线。有利地，第五导电导线205和第六导电导线206每个可以由在相对高的温度(例如在大于50°K的温度，并且具体在77°K或大约77°K的温度)经历超导性的材料制成。有利地，第三导电导线203和第四导电导线204，以及第五导电导线205和第六导电导线206可以被热固定到防热罩213。在一些实施例中，第三导电导线203和第四导电导线204可以由铜或黄铜制成。
在一个实施例中，超导磁体系统200可以包括被设置在低温恒温器210中的第一开关215和第二开关225，如下文更详细地描述的，第一开关215和第二开关225被配置为由磁体控制器280控制以选择性地将第一导电导线201和第二导电导线202分别连接到第三导电导线203和第四导电导线204。
在超导磁体系统200的另一个实施例中，第一导电导线201和第二导电导线202每个可以是在磁体控制器280的控制下能收缩且能延伸的能收缩导线。第一导电导线201和第二导电导线202中的每个被配置在全部或基本上全部要被设置在低温恒温器210的外面的收缩位置中并且在延伸到低温恒温器210中的延伸位置中，并且被配置为(例如经由接触开关215或转换开关225)与第三导电导线203和第四导电导线204接合并且电气连接。
当操作时，低温恒温器210并且尤其是内腔220含有低温流体(例如液氦)。具体地，导电线圈230和持续电流开关240可以被浸没在低温流体中。压缩机270接收(例如来自交流电的)电力并且驱动冷却头260以维持对低温恒温器210中的低温流体的冷却。
在对超导磁体系统200的示范性启动操作期间，持续电流开关240中的线被加热到高于其转变温度(transition temperature)，使得其变成常导的。磁体控制器280将开关235闭合并且将第一导电导线201和第二导电导线203分别连接到第三导电导线203和第四导电导线204，并且由此将外部电源(例如经由第五导电导线205、第六导电导线206、第七导电导线207和第八导电导线208)连接到导电线圈230。在一些实施例中，磁体控制器280将第一导电导线201和第二导电导线202延伸到低温恒温器210中以(例如经由接触开关215或转换225)与第三导电导线203和第四导电导线204接合并且电气连接。在其他实施例中，磁体控制器280将第一开关215和第二开关225闭合，以将第一导电导线201和第二导电导线202连接到第三导电导线203和第四导电导线204。
在一些实施例中，外部电源可以包括能量转储单元250的部件中的一些或全部。
导电线圈230初始由外部电源激励。由于持续电流开关240中的线在启动操作期间被加热，其电阻基本上大于导电线圈230的电阻，所以来自外部电源的电流经过导电线圈230。由于导电线圈230被浸没在内腔210中的低温流体(例如液氦)中，所以导电线圈230是超导的并且因此用作超导磁体。
为了进入持续模式，调节通过导电线圈230的电流直到获得期望的磁场，接着关闭持续电流开关240中的加热器。在关闭加热器之后，持续电流开关240中的超导体线冷却到其超导温度，使导电线圈230短路，如以上提到的，导电线圈230也是超导的。磁体控制器280接着将第一导电导线201和第二导电导线202分别与第三导电导线203和第四导电导线204断开，并且由此将外部电源与导电线圈230断开。在一些实施例中，磁体控制器280将第一导电导线201和第二导电导线202从低温恒温器210收缩，从而与第三导电导线203和第四导电导线204解开并且电气断开。在其他实施例中，磁体控制器280将第一开关215和第二开关225打开，以将第一导电导线201和第二导电导线202与第三导电导线203和第四导电导线204断开。此时，磁体控制器280也可以将开关235打开。
在普通操作期间，磁体控制器280监测超导磁体系统200中的一个或多个传感器以确定在超导磁体系统200中是否存在操作故障或失灵而使得可能发生失超。例如，超导磁体系统可以监测来自以下传感器中的一个或多个的信号：第一温度传感器，其被配置为测量导电线圈230的温度；第二温度传感器，其被配置为测量冷却头260的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在热绝缘区域212中的温度；被配置为测量被设置在低温恒温器210的内腔220内的低温流体(例如液氦)的水平的传感器；以及被配置为确定压缩机270是否正在正确地驱动冷却头260的传感器，包括例如被配置为确定交流电电力是否正在被供应给压缩机270或者电力是否已经例如由于电力中断而失去的传感器。
磁体控制器280被配置并且被编程为使得当磁体控制器280经由超导磁体系统200中的传感器的传感器信号检测到在超导磁体系统200中的失灵或操作故障时，磁体控制器280启动针对超导磁体系统200的自动斜降序列以防止失超，并且由此避免低温恒温器210中的低温材料退化或失去和/或损坏导电线圈230和/或超导磁体系统200的其他部件。
在超导系统200中，自动斜降序列可以包括磁体控制器280将开关235闭合并且将第一导电导线201和第二导电导线202分别连接到第三导电导线203和第四导电导线204。在一些实施例中，磁体控制器280将第一导电导线201和第二导电导线202延伸到低温恒温器210中以(例如经由接触开关215或转换开关225)与第三导电导线203和第四导电导线204接合并且电气连接。在其他实施例中，磁体控制器280可以将第一开关215和第二开关225闭合，以将第一导电导线201和第二导电导线202连接到第三导电导线203和第四导电导线204。结果，能量转储单元250被(例如经由第五导电导线205、第六导电导线206、第七导电导线207和第八导电导线208)连接在导电线圈230的相对端。在这种情况下，能量转储单元250与持续电流开关240中的线并联连接。
接着，磁体控制器280将持续电流开关240中的加热器激活从而加热持续电流开关240中的线，并且由此将其电阻增加到大于并且有利地基本上大于能量转储单元250的阻抗。由于这些步骤，利用导电线圈230和能量转储单元250形成电路，使得导电线圈230的磁能被通过被设置在低温恒温器210外部的能量转储单元250放电。在一些实施例中，能量转储单元250包括一个或多个二极管和/或电阻器，所述一个或多个二极管和/或电阻器利用由导电线圈230在其转换其磁能时提供的电流来生成热能。有利地，能量转储单元250被设计为以受控的方式将导电线圈230的磁能作为热消散。
经由以上描述的斜降流程，来自导电线圈230的磁能可以被转化为热能，所述热能被以受控的方式消散在低温恒温器210的外面，由此避免失超。
图3是图示了对诸如超导磁体系统200的磁体系统中的超导持续磁体进行操作和自动斜降的示范性方法300的流程图。在一些实施例中，可以通过磁体控制器的处理器执行多个软件实现的算法中的一个来实现方法300。
在操作310中，超导磁体以持续模式操作。
在操作320中，磁体控制器监测磁体系统的一个或多个传感器信号。
在操作330中，磁体控制器例如通过分析一个或多个传感器信号来确定是否检测到故障或失灵。具体地，磁体控制器确定指示失超正在发生或可能即将发生的故障或失灵。如果没有检测到故障，则所述方法重复操作310和320。
如果磁体控制器检测到磁体系统中的故障或失灵，尤其是指示失超即将发生或可能即将发生的故障或失灵，则在操作340中，磁体控制器激活磁体系统的一对导电导线。例如，磁体控制器可以将导电导线延伸到超导磁体被设置在其中的低温恒温器中。如下文将更详细地描述的，在磁体系统的一些实施例中，磁体导线可以永久地“被激活”，并且在这样的实施例中可以省略操作340。
在操作350中，磁体控制器将被定位在低温恒温器的外面或外部的能量转储单元经由导电导线对连接在超导磁体的导电线圈的相对端。例如，这可以通过连接将导电导线中的一个或全部两个连接到能量转储单元的一个或多个开关来实现。
随后，在操作360中，磁体控制器激活被与能量转储单元并联设置在低温恒温器中的持续电流开关中的加热器。由于激活了加热器，持续电流开关中的线的电阻被增加到大于并且有利地基本上大于能量转储单元的阻抗。因此，当导电线圈将其磁场放电时，经过导电线圈的电流中的大部分并且有利地基本上全部被提供给被定位在低温恒温器外面的能量转储单元，所述电流的大部分或全部在能量转储单元中被转换成热。
通过该过程，可以防止低温恒温器内的失超，由此避免对低温材料和/或低温恒温器内的导电线圈的损坏。
在超导磁体系统的一些实施例中，能量转储单元250可以在斜降流程期间生成大量热，并且可能需要冷却。
因此，在超导磁体系统200中，能量转储单元250可以被物理连接到低温恒温器210(直接连接或经由一个或多个中间元件连接)，使得低温恒温器210可以用作能量转储单元250的散热器。
图4图示了超导磁体系统400的另一个示范性实施例，超导磁体系统400可以被用在MRI装置中并且超导磁体系统400包括用于冷却能量转储单元250的一个或多个冷却风扇410。有利地，(一个或多个)冷却风扇410可以由能量转储单元250上的电压供电以用于操作，和/或在能量转储单元250响应于检测到超导磁体系统400中的失灵和操作故障而通过第一导电导线201和第二导电导线202被连接在导电线圈230的两端时被激活。
除了(一个或多个)冷却风扇410，超导磁体系统400可以与超导磁体系统200相同。
图5图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统500的又一示范性实施例。
超导磁体系统500与超导磁体系统200相似，并且这里将只描述超导磁体系统500与超导磁体系统200不同的那些部分。
具体而言，超导磁体系统500与超导磁体系统200相同，除了：(1)超导磁体系统500不包括第三导电导线203和第四导电导线204以及第一开关215和第二开关225；并且(2)超导磁体系统500包括第一导电导线501和第二导电导线502。导电导线501和502可以包括被设置在低温恒温器210内并且(例如经由第五导电导线205、第六导电导线206、第七导电导线207和第八导电导线208)被永久地连接在导电线圈230的相对端的第一端。另外，导电导线501和502可以包括被永久地设置在低温恒温器210外面的第二端。这里将只描述超导磁体系统500及其操作与超导磁体系统200不同的那些部分。
有利地，如以上所描述的，导电导线205和206是将最小量的外热传导到低温恒温器210中的低损耗导线。有利地，被设置在热绝缘区域212a中的导电导线205和206可以由在相对高的温度(例如在大于50°K的温度，并且具体在77°K或大约77°K的温度)经历超导性的材料制成。有利地，导电导线205和206每个被热固定到防热罩213。
在启动之后的普通操作期间，磁体控制器280控制打开开关235以将能量转储单元250与导电线圈230断开，使得超导的导电线圈230利用持续电流开关240中的超导线以持续模式操作。
当(例如由于检测到故障或失灵)由磁体控制器280启动自动斜降序列时，磁体控制器280接着闭合开关235，由此将能量转储单元250连接在导电线圈230的相对端。接着，如对于超导磁体系统200，磁体控制器280激活持续电流开关240中的加热器以增加持续电流开关240中的超导体线的电阻，由此将来自导电线圈230的电流转向能量转储单元250。尽管图6中仅示出了单个开关235以用于选择性地将第一导电导线501连接到能量转储单元250，但是备选地，也可以提供第二开关235以用于将第二导电导线502连接到能量转储单元250。
图6图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统600的再一示范性实施例。
超导磁体系统600与超导磁体系统200相似，并且这里将只描述超导磁体系统600与超导磁体系统200不同的那些部分。
超导磁体系统600是“无低温”系统或密封的系统，其中，低温恒温器210不被提供有向其添加低温材料(例如液氦)的装置。因此，超导磁体系统600的内腔220不被填充有低温流体，而作为替代，超导磁体系统600包括被连接到冷却头260并且由冷却头260冷却的冷却盘660。有利地，冷却盘660可以是被填充有诸如液氦的低温流体并且可以使所述低温流体循环的封闭的系统。
在一些实施例中，低温恒温器210可以仅含有低温盘660中相对小量的低温流体(例如一升或两升或更少的液氦)。在这种情况下，应当理解，发生失灵或操作故障(例如压缩机270的电力失去)的时刻与发生失超的时刻之间的时间可以是相对小的(例如若干小时或更少)。
尽管在附图中没有具体图示，但是应当理解，具有不同变型的超导磁体系统的其他实施例是可能的。例如，在一个实施例中，超导磁体系统可以包括超导磁体系统400的(一个或多个)冷却风扇以及超导磁体系统500的永久性的第一导电导线和第二导电导线。在另一实施例中，无低温超导磁体系统可以包括超导磁体系统400的(一个或多个)冷却风扇和/或超导磁体系统500的永久性的第一导电导线和第二导电导线。设想了其他变型。
尽管本文中公开了优选实施例，但是保持在本发明的概念和范围内的许多变型是可能的。本领域一般技术人员在查看本文的说明书、附图和权利要求书后将清楚这样的变型。
Claims (20)
1.一种超导磁体装置(200、400、500、600)，包括：
导电线圈(230)，其被配置为当电流经过其中时产生磁场；
持续电流开关(240)，其被连接在所述导电线圈两端并且被配置为被选择性地激活和去激活；
低温恒温器(210)，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；
能量转储单元(250)；
至少一个传感器，其被配置为检测所述超导磁体装置的操作参数并且被配置为响应于所述操作参数而输出至少一个传感器信号；以及
磁体控制器(280)，其被配置为接收所述至少一个传感器信号并且响应于所述至少一个传感器信号而检测在所述超导磁体装置中是否存在操作故障，并且被配置为当检测到所述操作故障时，将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，其中，所述能量转储单元使所述能量在所述低温恒温器的外面消散。
2.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，其中，所述能量转储单元被设置在所述低温恒温器的外面并且被物理连接到所述低温恒温器，从而将热从所述能量转储单元转移到所述低温恒温器。
3.根据权利要求1所述的超导磁体装置(400)，还包括至少一个冷却风扇(410)，所述至少一个冷却风扇由所述能量转储单元两端的电压供电，并且所述至少一个冷却风扇在所述能量转储单元响应于所述的检测到所述操作故障而被连接在所述导电线圈两端时被激活。
4.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、600)，还包括：
第一导电导线和第二导电导线，其在所述磁体控制器的控制下是能收缩且能延伸的，并且被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及
第三导电导线和第四导电导线，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端，
其中，所述磁体控制器被配置为响应于检测到在所述超导磁体装置中存在操作故障而将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为分别与所述第三导电导线和所述第四导电导线接合并且电气连接，其中，所述第一导电导线和所述第二导电导线被连接到所述能量转储单元。
5.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、600)，还包括：
低温防热罩(213)，其被设置在所述低温恒温器内；
第一导电导线和第二导电导线；以及
第三导电导线(203)和第四导电导线(204)，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端，
其中，所述第三导电导线和所述第四导电导线中的每个包括在高于50°K的温度是超导的材料，
其中，所述第三导电导线和所述第四导电导线被热固定到所述低温防热罩，
其中，所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为在所述磁体控制器的控制下响应于检测到在所述超导磁体装置中存在操作故障而被分别连接到所述第三导电导线和所述第四导电导线，并且还被配置为将所述第三导电导线和所述第四导电导线连接到所述能量转储单元。
6.根据权利要求5所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，还包括开关(235)，所述开关被配置为响应于来自所述磁体控制器的控制信号而选择性地将所述第一导电导线和所述第二导电导线中的一个连接到所述能量转储单元。
7.根据权利要求1所述的超导磁体装置(500)，还包括第一导电导线和第二导电导线，所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端，其中，所述第一导电导线(501)和所述第二导电导线(502)具有被永久地设置在所述低温恒温器的里面的第一端，并且还具有被永久地设置在所述低温恒温器的外面的第二端。
8.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，还包括：
冷却头(260)，其被配置为冷却所述低温恒温器；
压缩机(270)，其被配置为驱动所述冷却头；
所述低温恒温器内的内腔(220)；以及
热绝缘区域(212)，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间，
其中，所述至少一个传感器包括以下中的至少一个：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在驱动所述冷却头的传感器。
9.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，还包括：
冷却头(260)，其被配置为冷却所述低温恒温器；
压缩机(270)，其被配置为驱动所述冷却头；
所述低温恒温器内的内腔(220)；以及
热绝缘区域(212)，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间，
其中，所述至少一个传感器包括：第一温度传感器，被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，被配置为测量所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在驱动所述冷却头的传感器。
10.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，还包括：
冷却头(260)，其被配置为冷却所述低温恒温器；
压缩机(270)，其被配置为驱动所述冷却头，所述压缩机被配置为从交流电接收电力；以及
备用电源(290)，其被配置为当交流电遭受电力中断时向所述磁体控制器供电。
11.根据权利要求1所述的超导磁体装置(200、400、500、600)，其中，所述超导磁体装置是磁共振成像装置，所述磁共振成像装置还包括：
患者台(104)，其被配置为托住患者；
梯度线圈(106)，其被配置为至少部分地包围患者的部分，所述磁共振成像装置针对所述患者的部分来生成图像；
射频线圈(108)，其被配置为将射频信号施加到所述患者的部分并且被配置为改变磁场的对齐；以及
扫描器(110)，其被配置为检测由所述射频信号导致的所述磁场的变化。
12.根据权利要求1所述的超导磁体装置(600)，还包括：
所述低温恒温器内的封闭系统(660)，所述封闭系统具有被设置在其中的低温流体；以及
冷却头(260)，其被配置为冷却所述封闭系统内的所述低温流体。
13.一种操作包括被设置在低温恒温器中的导电线圈的磁体系统的方法，所述方法包括：
由所述导电线圈来生成持续磁场；
监测由所述磁体系统中的至少一个传感器产生的至少一个传感器信号；
响应于所述至少一个传感器信号，由磁体处理器检测所述磁体系统中是否存在操作故障；并且
当检测到所述操作故障时：
自动地将能量转储单元连接在所述导电线圈两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，并且
激活被连接在所述导电线圈两端的持续电流开关中的加热器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个传感器信号由以下中的至少一个产生：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量被配置为冷却所述低温恒温器的冷却头的温度；第三温度传感器，被配置为测量所述低温恒温器的内腔与所述低温恒温器的外壁之间的热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定被配置为驱动所述冷却头的压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个传感器信号包括由以下产生的多个传感器信号：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量被配置为冷却所述低温恒温器的冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量所述低温恒温器的内腔与所述低温恒温器的外壁之间的热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定被配置为驱动所述冷却头的压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述磁体系统包括：
第一导电导线和第二导电导线，其是能收缩且能延伸的，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线中的每个被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及
第三导电导线和第四导电导线，其分别被设置在所述低温恒温器内并且分别被连接到所述导电线圈的相对端，
其中，自动地将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端包括将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为与所述第三导电导线和所述第四导电导线接合并且电气连接。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述磁体系统包括：
第一导电导线和第二导电导线，其具有被永久地设置在所述低温恒温器的里面并且被连接到所述导电线圈的相对端的第一端，并且还具有被永久地设置在所述低温恒温器的外面的第二端，
其中，自动地将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端包括响应于来自所述磁体控制器的控制信号而选择性地将所述第一导电导线和所述第二导电导线中的一个连接到所述能量转储单元。
18.一种磁体系统，包括：
导电线圈(230)，其被配置为当电流经过其中时产生磁场；
持续电流开关(240)，其被连接在所述导电线圈两端并且被配置为被选择性地激活和去激活；
低温恒温器(210)，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；
能量转储单元(250)；
至少一个传感器，其被配置为检测所述磁体系统的操作参数并且被配置为响应于其而输出至少一个传感器信号；以及
磁体控制器(280)，其被配置为：
监测所述至少一个传感器信号；
响应于所述至少一个传感器信号，检测所述磁体系统中是否存在操作故障，并且
当检测到所述操作故障时：
自动地将所述能量转储单元连接在所述导电线圈两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，其中，所述能量转储单元使所述能量在所述低温恒温器的外面消散，并且
激活所述持续电流开关中的加热器。
19.根据权利要求18所述的磁体系统，还包括：
第一导电导线和第二导电导线，其在所述磁体控制器的控制下是能收缩且能延伸的，并且被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及
其中，所述磁体控制器被配置为响应于检测到所述磁体系统中存在操作故障而将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为分别与第三导电导线和第四导电导线接合并且电气连接。
20.根据权利要求18所述的磁体系统，还包括：
冷却头(260)，其被配置为冷却所述低温恒温器；
压缩机(270)，其被配置为驱动所述冷却头；
所述低温恒温器内的内腔(220)；以及
热绝缘区域(212)，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间，
其中，所述至少一个传感器包括以下中的至少一个：第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器，以及被配置为确定所述压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
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