CN104795198A - 一种磁共振成像系统的冷却装置、方法和磁共振成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种磁共振成像系统的冷却装置、方法和磁共振成像系统。该装置包括：一冷却液体罐；和一冷却液体挥发通道，冷却液体挥发通道位于磁共振成像系统的冷头一侧，冷却液体挥发通道的挥发起点为冷却液体罐，而挥发终点为大气和／或一气体回收装置。本发明实施方式可以利用设置在冷头一侧的冷却液体挥发通道冷却冷头，而且利用与冷头工作状态相联动的控制单元来控制冷头侧冷却液体挥发通道的打开或关闭，降低了冷却液体的挥发，并显著节约了冷却液体。

Description

一种磁共振成像系统的冷却装置、方法和磁共振成像系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种磁共振成像系统的冷却装置、方法和磁共振成像系统。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。比如，可以通过磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到脚部。

根据产生磁场的方式进行区分，磁共振成像技术可以包括超导磁共振成像和永磁磁共振成像。在超导磁共振成像中，利用超导材料制成的线圈产生高场强稳定磁场。冷却系统是超导型磁共振正常运行的重要保障，而冷头是磁共振冷却系统的重要组件。冷头与压缩机构成一个闭路氦气循环，两者一般通过柔性压力管连接。

然而，当冷头因为某种原因(比如运输过程中或停电或冷却系统损坏，等)而不工作时，大量的液氦将会挥发。

发明内容

本发明实施方式提出一种磁共振成像系统的冷却装置，在冷头不工作时降低冷却液体的挥发量。

本发明实施方式提出一种磁共振成像系统，在冷头不工作时降低冷却液体的挥发量。

本发明实施方式提出一种磁共振成像系统的冷却方法，在冷头不工作时降低冷却液体的挥发量。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种磁共振成像系统的冷却装置，包括：

一冷却液体罐；和

一冷却液体挥发通道，所述冷却液体挥发通道位于所述磁共振成像系统的冷头一侧，所述冷却液体挥发通道的挥发起点为所述冷却液体罐，挥发终点为大气和／或一气体回收装置。

还包括一控制单元，用于当一冷头不工作时打开所述冷头侧的所述冷却液体挥发通道，和／或，当所述冷头工作时关闭所述冷头侧的所述冷却液体挥发通道。

所述控制单元包括一冷头工作状态检测单元及一阀门，该阀门设置在所述冷却液体挥发通道；

所述冷头工作状态检测单元，用于检测所述冷头的工作状态；

当检测结果为冷头不工作时，所述阀门打开；和／或，当检测结果为冷头工作时，所述阀门关闭。

所述冷头工作状态检测单元，用于比较与所述冷头连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小，其中当所述供气管压等于回气管压时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述供气管压大于回气管压时，检测结果为冷头工作。

所述冷头工作状态检测单元，用于检测所述冷头的电机状态；其中当所述冷头的电机为关闭状态时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述冷头的电机为工作状态时，检测结果为冷头工作。

一种磁共振成像系统，包括如上任一项所述的冷却装置。

一种磁共振成像系统的冷却方法，包括：

在冷头侧设置一冷却液体挥发通道；

当该冷头不工作时打开所述冷头侧的冷却液体挥发通道，和／或，当所述冷头工作时关闭所述冷头侧的所述冷却液体挥发通道。

该方法包括：

在所述冷却液体挥发通道设置一阀门；

检测所述冷头的工作状态，其中当检测结果为冷头不工作时，打开所述阀门；和／或，当检测结果为冷头工作时，关闭所述阀门。

该方法包括：比较与所述冷头连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小；其中当所述供气管压等于回气管压时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述供气管压大于回气管压时，检测结果为冷头工作。

该方法包括：

检测冷头的电机状态；其中当所述冷头的电机状态为关闭时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述冷头的电机状态为工作时，检测结果为冷头工作。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，磁共振成像系统的冷却装置包括；一冷却液体罐；和一冷却液体挥发通道，冷却液体挥发通道位于磁共振成像系统的冷头一侧，冷却液体挥发通道的挥发起点为冷却液体罐，而挥发终点为大气和／或一气体回收装置。由此可见，应用本发明实施方式后，可以利用设置在冷头一侧的冷却液体挥发通道冷却冷头。而且，本发明实施方式还可以设置与冷头工作状态相联动的控制单元。当冷头不工作时，控制单元打开冷却液体挥发通道，当冷头工作时关闭冷头侧的冷却液体挥发通道，从而利用挥发气体对冷头的预冷作用，降低了冷却液体的挥发，并显著节约了冷却液体。

附图说明

图1为本发明的磁共振成像系统的冷却装置的结构图。

图2为本发明的冷却液体罐内部结构图。

图3为根据本发明的控制单元结构图。

图4为本发明冷却液体挥发通道的阀门与气动驱动的联动结构示意图，其中冷头正常工作。

图5为本发明冷却液体挥发通道的阀门与气动驱动的联动结构示意图，其中冷头不工作。

图6为本发明冷却液体挥发通道的阀门与冷头电机的联动结构示意图，其中冷头正常工作。

图7为本发明冷却液体挥发通道的阀门与冷头电机的联动结构示意图，其中冷头不工作。

图8为根据本发明成像系统的冷却方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

超导磁共振装置一般使用液氦作为制冷介质。氦是目前已知所有物质中沸点最低的，沸点是4.2K，而且氦在非常接近绝对零度时也不会凝成固体，利用液氦可获得接近绝对零度的低温为超导线圈建立和保持超导环境。

超导磁体采用多层真空绝热结构。然而，由于结构支撑等多种因素，超导磁体难以完全阻止热传导，所以液氦会以蒸发的形式带出导入的热量，以维持4.2K的低温。为减少液氦的蒸发，超导磁共振系统上一般都配有提供冷量的制冷系统，以减少液氦蒸发。

制冷系统一般包括冷头、氦压缩机，水冷机组三个部分。冷头由驱动电机、旋转阀、配气盘、活塞和气缸等部件组成。制冷系统运行方式是驱动电机控制旋转阀在配气盘上旋转或其它配气方式，控制活塞压缩和膨胀气体，以形成高压气体腔和低压气体腔的交替循环，完成吸入高压低温氦气(比如20Bar，8℃)以及排出低压高温氦气(比如8Bar，30℃)的过程，同时将冷头中的热量带到氦压缩机中。

氦压缩机将返回的低压氦气，经过压缩提升压力，并与水冷机组提供的冷却水换热、滤油，再将高压氦气输送回冷头，以建立氦气循环过程。

通过冷头和氦压缩机的持续工作，就可以源源不断地为磁共振磁体提供冷量，以减少液氦的挥发。

在本发明实施方式中，可以利用设置在冷头一侧的冷却液体挥发通道冷却冷头。而且，可以设置与冷头工作状态相联动的控制单元。当冷头不工作时，控制单元打开冷头侧的冷却液体挥发通道，和／或，当冷头工作时关闭冷头侧的冷却液体挥发通道，从而利用挥发气体对冷头的预冷作用，节省液氦等冷却液体的挥发。

图1为根据本发明实施方式的磁共振成像系统的冷却装置结构图。

如图1所示，该冷却装置包括：冷却液体罐1和位于磁共振成像系统的冷头2一侧的冷却液体挥发通道4。

冷却液体挥发通道4的挥发起点为冷却液体罐1内部，而且冷却液体挥发通道4的挥发终点为大气或一气体回收装置。即，冷却液体挥发通道4从温度为4k左右的冷却液体罐1内的冷却液体到室温大气或气体回收装置。而且，冷头2可以布置在冷却液体罐1的外部或内部。

优选地，该冷却装置还包括一控制单元3，用于当冷头2不工作时打开位于冷头侧的冷却液体挥发通道4，和／或，当冷头2工作时关闭位于冷头侧的冷却液体挥发通道4。

冷却液体挥发通道4可以布置在该冷头2周边。这样，当冷却液体挥发通道4被打开的时候，挥发出的冷气体对冷头2具有预冷作用，从而可以节省磁共振成像系统中冷却液体的挥发。

比如，冷却液体具体可以包括液氦、液氮、液氧或液氢，等等。优选冷却液体为液氦。

优选地，冷却液体罐1内可以包括：一超导内线圈；围绕超导内线圈的一超导外线圈，而且超导内线圈和超导外线圈都浸泡在冷却液体中。正是由于冷却液体的制冷作用，超导内线圈和超导外线圈可以维持超导磁体的超导状态，并且共同提供超导磁共振主磁场。超导内线圈和超导外线圈共同构成磁共振的超导磁体。

在一个实施方式中：

该冷却装置还包括布置在服务塔侧的一冷却液体挥发通道5。服务塔侧的冷却液体挥发通道5的挥发起点为冷却液体罐1内的冷却液体，而且服务塔侧的冷却液体挥发通道5的挥发终点为大气或一气体回收装置。即，服务塔侧的冷却液体挥发通道5为从温度为4k左右的冷却液体罐1内的冷却液体到室温大气或一气体回收装置。

服务塔侧的冷却液体挥发通道5在冷头2不工作被打开，而在冷头2工作时候不出气。这样，冷头2不工作时，挥发气体还可以经由服务塔侧的冷却液体挥发通道5挥发出去。

在由超导内线圈和超导外线圈所构成的超导磁体处于一般情况下(例如升场／失超等)，挥发气体从服务塔侧的一冷却液体挥发通道5流到大气中，而冷却液体挥发通道4被关闭。

当遭遇停水／停电等制冷系统不工作的情况下，冷头2不工作，此时控制单元3打开冷却液体挥发通道4，由于冷的气体对冷头2的预冷作用，可以节省液氦等冷却液体的挥发。

本发明实施方式建立了停水／停电等原因所造成的冷头2不工作与冷却液体挥发通道4的自动开启联动功能，可以增强操控灵活性，降低了液氦的挥发，显著节约了液氦。

在一个实施方式中：

控制单元2包括用于打开或关闭冷却液体挥发通道4的一阀门。当与冷头2连接的一压缩机的供气管压等于回气管压时，阀门打开冷却液体挥发通道4；和／或，当该压缩机的供气管压大于回气管压时，阀门关闭所述冷却液体挥发通道4。

在一个实施方式中：

控制单元2包括用于打开或关闭所述冷却液体挥发通道的一阀门。当冷头2的电机为关闭状态时，阀门打开冷却液体挥发通道4；和／或，当冷头2的电机为工作状态时，阀门关闭冷却液体挥发通道4。

图2为本发明的冷却液体罐内部结构图。

如图2所示，该冷却液体罐包括一超导内线圈11、一超导外线圈21。

该超导内线圈11浸泡在冷却液体33中。围绕该超导内线圈11的超导外线圈21也浸泡在冷却液体33中。正是由于冷却液体33的制冷作用，超导内线圈11和超导外线圈21可以维持超导磁体的超导状态，并且共同提供超导磁共振主磁场。

该冷却液体罐还可以包括容纳外线圈21的一冷却液体容器31。冷却液体容器31与该冷却液体罐中的各个元件实现对流，用于提供所述浸泡超导内线圈11和超导外线圈21的冷却液体33。

图3为根据本发明的控制单元结构图。

如图3所示，该控制单元3包括一冷头工作状态检测单元6及一阀门7，该阀门7设置在冷却液体挥发通道4中，可以打开或关闭冷却液体挥发通道4。

冷头工作状态检测单元6，用于检测冷头2的工作状态；其中当检测结果为冷头不工作时，阀门7打开，从而冷却液体挥发通道4相应打开；和／或，当检测结果为冷头工作时，阀门7关闭，从而冷却液体挥发通道4相应关闭。

在一个实施方式中，

冷头工作状态检测单元6，用于比较与冷头2连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小。当冷头工作状态检测单元6判定供气管压等于回气管压时，检测结果为冷头不工作，则阀门7打开，从而冷却液体挥发通道4相应打开；和／或，当冷头工作状态检测单元6判定供气管压大于回气管压时，检测结果为冷头工作，则阀门7关闭，从而冷却液体挥发通道4相应关闭。

在一个实施方式中，

冷头工作状态检测单元6，用于检测冷头2的电机状态。当冷头工作状态检测单元6判定冷头的电机为关闭状态时，检测结果为冷头不工作，则阀门7打开，从而冷却液体挥发通道4相应打开；和／或，当冷头工作状态检测单元6判定冷头的电机为工作状态时，检测结果为冷头工作，则阀门7关闭，从而冷却液体挥发通道4相应关闭。

图4为本发明冷却液体挥发通道的阀门与气动驱动的联动结构示意图，其中冷头工作。

如图4所示，阀门7一端连接到与冷头连接的压缩机的供气管S，另一端连接到该压缩机的回气管R。当冷头正常工作时，供气管S的压强(比如为22bar)大于回气管R的压强(比如为8bar)，因此供气管S的压力可以推动阀门7向右移位，并相应关闭冷却液体挥发通道4，从而气体无法通过冷却液体挥发通道4挥发到大气中。

图5为本发明冷却液体挥发通道的阀门与气动驱动的联动结构示意图，其中冷头不工作。

如图5所示，阀门7一端连接到与冷头连接的压缩机的供气管S，另一端连接到该压缩机的回气管R。当冷头不工作时，供气管S的压强与回气管R的压强相同。因此阀门7可以在预先设置的归位弹簧等元件作用下向左移位，从而气体可以通过冷却液体挥发通道4中的箭头所示方向挥发到大气中。

图6为本发明冷却液体挥发通道的阀门与冷头电机的联动结构示意图，其中冷头正常工作。

如图6所示，阀门7的控制输入端连接到冷头的电机运行状态(MD)输出端。当冷头的电机为正常工作状态时，则阀门7向右移位，并相应关闭冷却液体挥发通道4，从而气体无法通过冷却液体挥发通道4挥发到大气中。

图7为本发明冷却液体挥发通道的阀门与冷头电机的联动结构示意图，其中冷头不工作。

如图7所示，阀门7的控制输入端连接到冷头的电机运行状态(MD)输出端。当冷头的电机为不工作状态时，则阀门7向左移位，并相应打开冷却液体挥发通道4，从而气体可以通过冷却液体挥发通道4中的箭头所示方向挥发到大气中。

可以将本发明实施方式应用到超导磁共振成像系统中。

基于上述详细描述，本发明还提出了一种磁共振成像系统的冷却方法。

图8为根据本发明磁共振冷却方法流程图。

如图8所示，该方法包括：

步骤S801：在冷头侧设置一冷却液体挥发通道。

步骤S802：当该冷头不工作时打开冷头侧的冷却液体挥发通道，和／或，当冷头工作时关闭冷头侧的冷却液体挥发通道。

在一个实施方式中：

该方法包括：在所述冷却液体挥发通道设置一阀门；检测冷头的工作状态，其中当检测结果为冷头不工作时，打开阀门；和／或，当检测结果为冷头工作时，关闭阀门。

在一个实施方式中：

该方法包括：比较与冷头连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小；其中当供气管压等于回气管压时，检测结果为冷头不工作；和／或，当压缩机的供气管压大于回气管压时，检测结果为冷头工作。

在一个实施方式中：

该方法包括：检测冷头的电机状态；其中当冷头的电机状态为关闭时，检测结果为冷头不工作；和／或，当冷头的电机状态为工作时，检测结果为冷头工作。

综上所述，本发明实施方式的磁共振冷却装置包括：一冷却液体罐；和一冷却液体挥发通道，冷却液体挥发通道位于磁共振成像系统的冷头一侧，冷却液体挥发通道的挥发起点为冷却液体罐，而挥发终点为大气和／或一气体回收装置。由此可见，应用本发明实施方式后，可以利用设置在冷头一侧的冷却液体挥发通道冷却冷头。而且，本发明实施方式还可以设置与冷头工作状态相联动的控制单元。当冷头不工作时，控制单元打开冷却液体挥发通道，当冷头工作时关闭冷头侧的所述冷却液体挥发通道，从而利用挥发气体对冷头的预冷作用，降低了冷却液体的挥发，并显著节约了液氦等冷却液体。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁共振成像系统的冷却装置，包括：

一冷却液体罐；和

一冷却液体挥发通道，所述冷却液体挥发通道位于所述磁共振成像系统的冷头一侧，所述冷却液体挥发通道的挥发起点为所述冷却液体罐，挥发终点为大气和／或一气体回收装置。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括一控制单元，

用于当所述磁共振成像系统的冷头不工作时打开所述冷头侧的冷却液体挥发通道，和／或，当所述冷头工作时关闭所述冷头侧的冷却液体挥发通道。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述控制单元包括一冷头工作状态检测单元及一阀门，该阀门设置在所述冷却液体挥发通道；

所述冷头工作状态检测单元，用于检测所述冷头的工作状态；

当检测结果为冷头不工作时，所述阀门打开；和／或，当检测结果为冷头工作时，所述阀门关闭。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，

所述冷头工作状态检测单元，用于比较与所述冷头连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小，其中当所述供气管压等于回气管压时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述供气管压大于回气管压时，检测结果为冷头工作。

5.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，

所述冷头工作状态检测单元，用于检测所述冷头的电机状态；其中当所述冷头的电机为关闭状态时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述冷头的电机为工作状态时，检测结果为冷头工作。

6.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的冷却装置。

7.一种磁共振成像系统的冷却方法，包括：

在冷头侧设置一冷却液体挥发通道；

当该冷头不工作时打开所述冷头侧的冷却液体挥发通道，和／或，当所述冷头工作时关闭所述冷头侧的所述冷却液体挥发通道。

8.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于，该方法包括：

在所述冷却液体挥发通道设置一阀门；

检测所述冷头的工作状态，其中当检测结果为冷头不工作时，打开所述阀门；和／或，当检测结果为冷头工作时，关闭所述阀门。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，该方法包括：

比较与所述冷头连接的一压缩机的供气管压及回气管压的大小；其中当所述供气管压等于所述回气管压时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述压缩机的供气管压大于所述回气管压时，检测结果为冷头工作。

10.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，该方法包括：

检测冷头的电机状态；其中当所述冷头的电机状态为关闭时，检测结果为冷头不工作；和／或，当所述冷头的电机状态为工作时，检测结果为冷头工作。