CN108431524A - 具有双压缩机的mri系统 - Google Patents

Abstract

一种MRI系统被提供有制冷系统，所述制冷系统包括双压缩机，所述双压缩机被耦合到冷却MRI系统中的液氦的单个冷头。由于单冷头接收压缩的制冷剂，与使用的压缩机无关，因此避免了在冗余冷头的情況下可能发生的不可接受的冷却损失。通过将两台压缩机耦合到一个冷头，即使压缩机出现故障，仍可以提供连续的操作。所述双制冷系统可以包括水冷式压缩机和气冷式压缩机，以在主压缩机或冷却水循环系统发生故障的情况下增强MRI系统的可靠性。替代地，可以提供两个水冷式压缩机，每个都有自己的独立的水系统。止回阀可以被用于实现从压缩机到冷头的制冷剂气体流量的被动控制，从而进一步提高可靠性。

Description

具有双压缩机的MRI系统

技术领域

本发明涉及医学系统的领域，并且具体而言涉及具有针对可靠操作的冗余冷却压缩机的MRI系统。

背景技术

MRI系统使用液氦来冷却超导磁线圈。通过使用包括冷头–压缩机组合的制冷系统将热量从液氦中除去。通常，冷头延伸到冷却磁体液氦的低温恒温器中。制冷系统还使用氦作为制冷剂，其与磁体的液氦分离的。制冷剂气体被压缩机压缩，并且冷头用作用于除热的膨胀引擎。常规地，制冷系统包括水循环系统，所述水循环系统被耦合到压缩机以消散通过对氦气的压缩产生的热量。

制冷系统通常连续运行(“24/7”)以防止液氦汽化和继之而来的损失。当压缩机或水循环系统发生故障时，昂贵的液氦开始丢失，如果不及时修复，将失去磁成像功能。因此，通常需要昂贵的紧急维修服务。

由于尺寸和效率的限制，提供冗余的制冷系统是不可行的。将需要第二冷头定位于低温恒温器贮存器中，并且当该第二冷系统处于“备用”(非操作)模式时将会将大量环境热量(冷却损失)引入到贮存器中。

伴随着这个问题，技术的进步不断发展，以减少贮存器的大小，从而减少昂贵的液氦的量。然而，对于小型贮存器，相对少量的液氦的蒸发可能迫使MRI系统关闭。因此，贮存器尺寸的减小导致对制冷系统的可靠性的依赖性增加，以使液氦的蒸发最小化。

发明内容

提供一种即使在压缩机或冷却水系统发生故障的情况下也能使制冷系统连续运行的MRI制冷系统将是有利的。

该优点和其他优点可以通过提供具有包括双压缩机的制冷系统的MRI系统来实现，所述双压缩机被耦合到冷却所述MRI系统中的液氦的单个冷头(膨胀引擎)。由于单个冷头接收氦气，与使用的压缩机无关，因此避免了在冗余冷头的情況下可能发生的不可接受的冷却损失。通过将两个压缩机耦合到单个冷头，可以针对除了冷头故障之外的所有单点故障的连续运行。由于冷头相对机械上是“被动的”，因此冷头失效的可能性极低。所述双制冷系统可以包括水冷式压缩机和气冷式压缩机，以在水循环系统发生故障的情况下继续运行。替代地，可以提供两台水冷式压缩机，每台都有自己的独立的水系统。止回阀可以被用于实现从压缩机到冷头的制冷剂气体流量的被动控制，从而进一步提高可靠性。

附图说明

将参考附图并且通过范例的方式详细解释本发明，其中，

图1图示了包括具有双压缩机的制冷系统的示例性MRI系统。

图2图示了具有双压缩机的示例性MRI系统的示例控制系统。

贯穿附图，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。附图被包括以用于说明的目的，并且不旨在限制本发明的范围。

具体实施方式

在以下说明中，为了解释而非限制的目的，阐述了诸如特定架构、接口、技术等的具体细节，以便提供对本发明的概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在偏离这些具体细节的其他实施例中实施。以类似的方式，本说明书的文本针对如附图中所示的示例实施例，并且不旨在超出权利要求中明确包括的限制而限制要求保护的发明。为了简化和清楚起见，省略了对众所周知的设备、电路和方法的详细描述，以免以不必要的细节掩盖对本发明的描述。

图1图示了包括双压缩机的示例性MRI系统100。压缩机I 110可以是传统的水冷式压缩机；水系统115提供水循环以冷却压缩机。压缩机II 120可以是传统的气冷式压缩机；可以使用散热片125或其他散热元件来冷却压缩机。通常，气冷式压缩机II 120的至少一部分将暴露于周围的外部环境。

控制器130监视系统100的操作以确保连续操作。压缩机中的一个可以被识别为主压缩机，而另一个压缩机被识别为备用压缩机。取决于备用压缩机向冷头供应压缩氦气所需的前置时间，备用压缩机可以处于空闲模式，或者可以关闭。如果控制器130确定主压缩机未正常操作，则控制器将备用压缩机切换到操作模式，并且可取决于故障操作的性质将主压缩机切换到空闲状态或关闭。

当备用压缩机处于操作模式时，可以在主压缩机上进行修理。因为MRI系统100使用辅助压缩机正确地操作，所以修理的紧迫性显著小于常规单一制冷MRI系统中的紧迫性，并且液体氦损失的量被最小化。该降低的紧急性将可能降低维修成本，并且可能允许足够的时间进行比在其他情况下将执行的更全面的维修。当主压缩机被修理后，它可以被置于操作模式并且备用系统可以返回到空闲模式。任选地，备用压缩机可以保持在操作模式中并且被识别为主压缩机，并且先前的主压缩机可以被置于空闲模式并且被识别为备用压缩机。

控制器130可以被配置为实现对运行的压缩机的手动选择，以例如使得能够取压缩机中的一个“离线”，用于预防性维护或定期检查。通常，主压缩机将是预期更高效或更低成本运行的压缩机。如果两台压缩机属于同一类型，例如都气冷式或者都是水冷式，则可周期性地交替选择运行的压缩机，以平衡两个系统之间的磨损和损耗。

压缩机故障可能由于各种内部部件的故障而发生。无论备用压缩机是水冷还是气冷，备用压缩机均可提高系统可靠性。如果两个压缩机都是水冷式的，则每个压缩机将优选地耦合到独立于另一压缩机的水系统的水系统，以避免由于水系统故障而导致MRI系统100的故障。

如上所述，无论操作的压缩机或水系统中的故障如何，双冷却MRI系统100都将提供可靠的磁体操作。本领域技术人员将认识到，控制器130也可以包括冗余，并且在MRI系统100可能位于的医学设施处通常将提供备用发电。因此，MRI系统100的冷却系统中唯一的单个故障点是冷头，它是相对机械无源的元件，具有非常高的可靠性。

歧管140将压缩氦气从操作的压缩机供应到MRI设备，并且歧管145将膨胀的氦气从MRI设备返回到操作的压缩机。MRI封装通常是圆柱形结构，其具有同心地安装的部件。如在图1中所示，MRI系统180的内部部件，并且特别是超导磁线圈(未示出)，由液氦冷却。以这种方式，来自超导磁线圈的热量被转移回到由冷头150冷却的液氦的贮存器160。为了本公开的目的，“贮存器”在本文中被定义为包含由冷头冷却的液氦的体积。

氦气从工作压缩机到冷头150的路由可以被主动地或被动地控制。在具有主动控制的歧管中，控制器130控制打开或关闭阀的马达以提供适当的流量。在被动控制系统中，使用止回阀(单向阀)来自动控制氦气向冷头的流动。这些止回阀可以被实施在输出歧管140或返回歧管145中。由于活动压缩机产生的流动，与当前活动的压缩机相关联的止回阀被机械地置于“打开”状态，而无需外部功率或影响。由于来自活动的压缩机的“逆流”和/或缺少由不活动的压缩机产生的流动，与不活动压缩机相关联的止回阀处于“关闭”状态，无需外部功率或影响。

图2图示了具有双压缩机的示例性MRI系统的示例控制系统。控制器130被配置为接收来自各种传感器的一个或多个信号，根据所述传感器可以确定操作的压缩机的操作状态。在图2中示出了四个示例传感器210、220、230、240，但是本领域技术人员将认识到，可以使用其他传感器，包括冗余传感器。

水流量传感器210监测压缩机110和水系统115(图1)之间的水流量。

氦气流量传感器220监测操作的压缩机与冷头之间的氦气流量。该流量可以在歧管140的输出端处或歧管145的输入端处或MRI系统中的其他地方测量。

流传感器230监测流入运行的压缩机(以及其水系统，如果有的话)的流动。

温度传感器240通常将包括多个温度传感器，以监测MRI装备、压缩机的温度，输出和输入歧管140、145处的氦气的温度，由水系统115提供的水的温度，等等。

控制器130接收来自一个或多个传感器的信号并确定每个监测参数是否在给定的一组界限内。如果传感器指示操作的压缩机的故障，则备用压缩机开始操作。图2图示了耦合到简单切换器250的控制器130，简单切换器250将功率260引导到选定的压缩机。然而，本领域技术人员将认识到，为了便于说明，在此给出了一个压缩机的二元开/关选择。如上所述，控制器130可以被配置为将不操作的压缩机置于空闲模式，该空闲模式使得能够快速转换到操作模式。

控制器130还可以被配置为监测制冷系统中除了操作的压缩机故障之外的事件。控制器130可以在空闲模式下监视不操作的系统的操作，并且可以监视操作的系统的正常操作。如果检测到异常，则控制器130可以向MRI系统100的操作者发出警报。操作者可以采取纠正措施，例如手动将不操作的系统切换到操作模式，以实现对先前运行的压缩机的预防性或纠正性维护。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述应当被认为是例示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。

例如，可以在一个实施例中操作本发明，其中，两个压缩机110、120能够同时处于操作模式。当需要额外的冷却时可以提供这种并行操作，或者可以提供这种并行操作以在使操作单元进入空闲模式之前使备用压缩机能够完全进入操作模式。本领域技术人员还将认识到，本发明可以在没有控制器130的情况下被实施，其中，手动执行从一台压缩机到另一台压缩机的切换。

本领域技术人员还将认识到，虽然本发明特别适合于结合氦气从液氦(该液氦从MRI部件移除热量)中移除热量的常规MRI系统使用，但也可以使用其他制冷剂。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中列举了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于MRI系统的制冷系统，包括：

第一压缩机；

第二压缩机；

第一歧管，其将所述第一压缩机的输出端耦合到所述第二压缩机的输出端，并且耦合到所述MRI系统的冷头的输入端；以及

第二歧管，其将所述第一压缩机的输入端耦合到所述第二压缩机的输入端，并且耦合到所述MRI系统的所述冷头的输出端。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，包括控制器，所述控制器被配置为检测所述第一压缩机的故障并且在检测到所述故障时启动所述第二压缩机的操作。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其中，所述控制器基于一个或多个信号来检测所述故障，所述一个或多个信号来自以下中的一个或多个：温度传感器、电流传感器以及流量传感器。

4.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述第一歧管包括被耦合到所述第一压缩机的第一止回阀和被耦合到所述第二压缩机的第二止回阀。

5.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述第一压缩机和所述第二压缩机是水冷的。

6.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述第一压缩机是水冷的，并且所述第二压缩机是气冷的。

7.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述第一压缩机和所述第二压缩机是气冷的。

8.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，当所述第一压缩机处于操作模式时，所述第二压缩机处于使得能够快速转换到所述操作模式的空闲模式。

9.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述第一压缩机和所述第二压缩机使用氦气制冷剂。

10.根据权利要求9所述的制冷系统，其中，所述冷头用作将热从所述MRI系统的液氦的贮存器去除的膨胀引擎。

11.一种MRI系统，包括：

MRI封装，其包括：

液氦的贮存器，所述液氦被循环以冷却所述MRI封装的部件，以及

冷头，其供应从所述贮存器中的所述液氦中去除热的制冷剂的流；以及

制冷系统，其包括：

第一压缩机；

第二压缩机；

第一歧管，其将所述第一压缩机的输出端耦合到所述第二压缩机的输出端，并且耦合到所述MRI系统的所述冷头的输入端；以及

第二歧管，其将所述第一压缩机的输入端耦合到所述第二压缩机的输入端，并且耦合到所述MRI系统的所述冷头的输出端。

12.根据权利要求11所述的MRI系统，包括控制器，所述控制器被配置为检测所述第一压缩机的故障并且在基于一个或多个信号检测到所述故障时启用所述第二压缩机的操作，所述一个或多个信号来自以下中的一个或多个：温度传感器、电流传感器以及流量传感器。

13.根据权利要求11所述的MRI系统，其中，所述第一歧管包括被耦合到所述第一压缩机的第一止回阀和被耦合到所述第二压缩机的第二止回阀。

14.根据权利要求11所述的MRI系统，其中，所述第一压缩机是水冷的，并且所述第二压缩机是气冷的。

15.根据权利要求11所述的MRI系统，其中，当所述第一压缩机处于操作模式时，所述第二压缩机处于使得能够快速转换到所述操作模式的空闲模式。