CN112840415A - 核磁共振装置中超导磁体和rf线圈的集成单源冷却 - Google Patents

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Abstract

公开了使用MRI系统获得成像数据的方法和系统，MRI系统被构造成使用场强在0.5特斯拉(T)至3T范围内的超导磁体提供具有高信噪比(SNR)的精确图像。MRI包括部署在无制冷剂(CF)的传导性冷却的超导磁体内的扫描孔。CF可以具有两级，其中一个级将辐射屏蔽件冷却到中等水平温度，诸如35‑80开氏度(K)，第二级将冷块进一步冷却到大约3‑6开氏度。两级式CF冷却器用于冷却超导磁体系统的目标体和接收器RF线圈，以产生相对于RF线圈未冷却时较高的SNR。蓝宝石片或条可以用于冷却RF线圈，因为蓝宝石导热但不导电，减少了电噪声。

Description

核磁共振装置中超导磁体和RF线圈的集成单源冷却
技术领域
本申请总体上涉及基于核磁共振(NMR)的装置。更具体地，本申请涉及一种用于利用NMR装置中的单个集成冷却系统来冷却超导磁体和射频(RF)线圈的方法和设备。
附图说明
当结合以下说明考虑时，所呈现的附图是为了有助于理解要保护的主题。
图1示出了使用传统的全身或头部磁共振成像(MRI)系统进行医学诊断的示例配置；
图2示出了用于医学诊断的MRI系统的示例构造，该MRI系统具有用于冷却超导磁体和RF线圈两者的一体化冷却系统；和
图3示出了图2的示例MRI系统的立体截面图。
具体实施方式
尽管参照本文中说明的若干个说明性实施方式说明了本公开，但是应当清楚的是，本公开不应当限于这样的实施方式。因此，本文提供的实施方式的说明是对本公开的例示，并且不应限制所要求保护的本公开的范围。本公开涉及基于核磁共振(NMR)现象进行操作的装置。磁共振成像扫描仪是NMR装置的具体示例，另一示例是NMR光谱仪。
NMR是原子核在磁场中吸收并重新发射电磁辐射(信号)的物理现象。该信号是取决于磁场强度和特定原子的同位素的磁性的特定共振频率的函数。NMR现象是MRI扫描仪和NMR光谱仪的核心。为了增加NMR装置中的NMR信号，将受试者放置在产生0.5至20T或甚至更高磁场的能量磁体的背景磁场中。射频线圈(RF线圈)在NMR装置中用作射频(RF)信号的发送器、接收器，有时还用作收发器。
高分辨率MRI扫描仪和NMR光谱仪使用超导磁体，以有助于产生强信号，并专门设计了RF线圈来产生强RF信号。在下文中，以MRI扫描仪的操作为示例来说明改善超导磁体和RF线圈的性能的方法。本公开中说明的方法同样适用于MRI扫描仪和NMR光谱仪。
核磁共振(NMR)是原子核在磁场中吸收并重新发射电磁辐射的物理现象。该能量在取决于磁场强度和原子的同位素的磁性的特定共振频率处；在实际应用中，该频率类似于VHF和UHF电视广播(60–1000MHz)。NMR允许观察原子核的特定量子力学磁性。许多科学技术利用NMR现象通过NMR光谱学研究分子物理、晶体和非晶态材料。NMR也常规地用于诸如磁共振成像(MRI)的高级医学成像技术。
射频线圈(RF线圈)是磁共振成像(MRI)中的射频(RF)信号的发射器、接收器，有时用作发射和接收双重用途。MRI中的MR信号是由作为射频线圈的结果的共振过程产生的。射频线圈由两个电磁线圈组成，发送器线圈和接收器线圈产生和接收电磁场。在MRI研究中有意义的原子核在电磁频谱的射频部分中具有自己的共振频率。
简要说明，公开了一种用于使用头部扫描MRI(HMRI)系统从人的头部和大脑获得成像数据的方法和系统，其中头部扫描MRI(HMRI)系统被构造为使用主要在0.5特斯拉(T)至1.5T的范围内的中等场强、但在不同程度上也适用于该范围以外的其它场强的超导磁体提供具有高信噪比(SNR或S/N)的高精度图像。在一些实施方式中，HMRI可以包括部署在有源或无源屏蔽的无制冷剂(CF)的传导性冷却的超导磁体内的扫描孔。在一些实施方式中，CF磁体使用两级冷却器(cryocooler)，其中第一级将磁体系统的特定部分(要被冷却的目标第一级主体，如超导磁体的辐射屏蔽件)冷却到中级水平温度范围，诸如30-85开氏度(K)，并且第二级将超导磁体的特定其它部分(要被冷却的目标第二级主体，如超导磁体的冷块(cold mass))进一步冷却到较低的温度范围，例如大约3-20开氏度(K)，接近绝对零度的温度。
这样，需要在超导状态下运行的系统部件(诸如冷块中的超导线圈)安全地低于各自的超导临界温度。在各种实施方式中，两级CF磁体系统中的任一系统用于冷却目标体和接收RF线圈两者以产生相对于RF线圈未被冷却时高的SNR。在一些实施方式中，由蓝宝石制成的冷却基板用于通过传导来冷却RF线圈，这是因为蓝宝石有效地传导热但不传导电，因此它会冷却但不会增加或促进电磁噪声的产生。在一些实施方式中，部署有超导磁体的CF磁体的真空容器被构造为具有患者孔以及环以允许装配梯度线圈。在一些实施方式中，将患者孔和真空空间分隔开的真空容器壁由不导电的材料制成，使得所述壁不会促进电磁噪声的产生。
MRI是在其它应用中用于对动物组织内部进行精确和高分辨率可视化的技术。该技术基于核磁共振(NMR)特性。MRI通常被实施为扫描装置或扫描仪的形式，在扫描装置或扫描仪中，患者水平地躺在或位于尺寸足以容纳患者的整个身体或部分身体(诸如四肢和头部)的扫描孔内(参照图1)。MRI扫描系统的主要部件包括被各种装置包围的扫描孔，这些装置包括主场磁体，主场磁体通常是包括若干个超导线圈、产生包围位于扫描孔内的患者的强有力的静态和稳定磁场的超导磁体。静态磁场使患者组织中的原子核沿磁场的方向排列。MRI系统进一步包括：用于发送、接收或两者的一组或两组射频(RF)线圈；磁梯度线圈的组；有源或无源的磁屏蔽件；能使超导磁体具有结构完整性并保持冷的各种机械和热绝缘部件。其它机械、电气部件和软件部件与上述部件结合使用，以创建可行的MRI系统。
在简化操作中，当将软组织布置在主磁体产生的静态磁场中时，软组织中包含的氢(H)原子沿着MRI的扫描孔的轴线在静态磁场的方向上排列。此时，由RF发射线圈产生被调频到静态磁场的RF脉冲，以在H原子中产生谐振。H分子的排列方向(或状态)被RF脉冲改变。当RF脉冲结束时，H原子的排列恢复到其原始状态，同时发射信号。RF接收线圈拾取被发射的信号并发送到计算机，以使用诸如傅里叶变换的数学计算转换为图像。
通常包括三组(每个空间尺寸一组)常被统称为梯度线圈的磁梯度线圈集合体用于对磁体孔中的磁场进行编码，使得从H原子发出的RF信号可以作为原子位于磁体孔内的位置的参考。
随后利用计算机软件基于已知的和检测到的磁场和RF信号的变化来构造MRI图像，从而允许构造待使用各种数学技术(诸如傅立叶分析)从测得的信号中恢复的图像所需的空间信息。通过使用不同方向上的梯度场，可以在任意取向上获得二维(2D)图像或3D体积。
更具体地，MRI在某种程度上利用了如下事实：人体组织中含有大比例的水，因此当质子(氢核)被布置在大的静态磁场内时，质子的取向沿特定的方向排列。各水分子均具有两个氢核或质子。许多质子的平均磁矩与磁场的方向一致。RF发送器线圈用于产生具有共振频率的瞬时RF变化电磁场，该电磁场改变或翻转质子的自旋。射频线圈关闭之后，变化磁场消失导致质子的自旋返回其原始状态并与静态磁场重新一致。返回原始自旋状态被称为弛豫(relaxation)。在这种弛豫过程中，自旋的变化产生RF信号，RF信号可以通过诸如接收器RF线圈的仪器检测到。因此，通过应用附加梯度磁场可以获得关于体内信号的起源的3D信息。这些已知的附加梯度磁场可用于指定接收RF信号的位置。
不同组织中的质子在静态磁场内以不同的弛豫率返回其原始平衡状态。可以使用不同的组织变量(包括自旋密度、不同的弛豫时间以及流动和光谱位移)来构建图像。通过更改扫描仪上的设定，可以在不同类型的身体组织之间建立对比。与其它成像技术(诸如计算机断层扫描(CT)或X射线)相比，MRI可以在身体的不同软组织(诸如器官、大脑、肌肉、心脏、恶性组织和其它软组织)之间提供更好的对比。MRI通常也更安全，这是因为不像CT扫描或X射线，MRI中不使用电离辐射，因而从辐射的角度来看更安全。因此，MRI扫描仪通常用于生物医学研究和人类疾病和失调的诊断。
通过MRI扫描仪成像要求在特定体积上具有非常均匀、恒定和稳定的磁场。传统上，常被称为B0场的这种磁场是由永磁体或超导磁体产生的。对于人类应用来说，使用永磁体的MRI装置通常产生小于1特斯拉(T)的B0磁场。对于较高分辨率的成像来说，使用产生较高磁场的超导电磁体。通常，高分辨率人体MRI扫描仪使用产生0.5T或更高磁场的磁体。通常产生高于0.5T的磁场的超导MRI磁体具有用于装备和患者通道的筒状孔(患者孔)。开放式MRI机器(不具有除了两端以外所有侧面全封闭以容纳患者或部分身体的管孔)也可以实现0.5T甚至1T，但是成比例地变大、笨重且购买、安装和操作昂贵。如果患者孔大到足以允许整个人体穿过扫描仪，则称其为全身扫描仪。这种扫描仪大而昂贵。还存在具有允许四肢、头部、手臂和腿部通过的较小孔的特定其它较小的扫描仪。被称为头部扫描仪和四肢扫描仪的这些扫描仪较小且比较便宜，但可以提供对头部或手臂和腿部的可接受的扫描。具有筒状孔的超导磁体的磁场通常由整个超导磁体内的多个螺线管型超导线圈产生。
超导B0磁体使用的线圈需要保持在低于超导线圈的临界温度的低温下，以允许线圈材料出现电阻为零的超导模式。为了实现这一点，传统地，超导MRI磁体的线圈在液氦池中操作，在接近大气压力的情况下保持线圈在大约4.2K。
在液氦池中操作MRI超导线圈的替代方法是通过冷却器冷却线圈，该冷却器通过将热量传导离开线圈的固体材料在物理上和热上连接到线圈。传统上，这些类型的磁体被称为无制冷剂(CF)或传导性冷却磁体。
获得基本恒定磁场的一种惯用方法是在“持久模式”下操作MRI系统的超导磁体，在这种模式下，电流几乎永久地通过基本零电阻闭环线圈组循环，而无需施加进一步的功率。持久模式的优点是磁场的恒常性，这比即使使用最好的稳压电源，在正常、被驱动或非持久操作模式(在这种模式下，功率用于维持电流)所能达到的效果更好。另外，在持久模式下，不需要额外的能量来为绕组供电，因此可以关闭电源。
出于安全原因，在区域的外部磁场小于5高斯的区域内使用MRI扫描仪并进行操作。5高斯线内部的区域有时被称为MRI磁体的5高斯占地面积(footprint)。出于效率和安装成本的原因，MRI应用中使用的超导磁体被磁屏蔽成使5高斯占地面积最小化。MRI超导磁体可以被有源地或无源地屏蔽。在以持久模式操作的有源屏蔽的MRI超导电磁体中，所有磁场线圈和屏蔽线圈以及持久模式开关线圈均通过超导电接头串联连接。然而，屏蔽线圈以使得屏蔽线圈中的电流感测(电流方向)与其它线圈中的电流感测相反的方式连接到其余线圈。
MRI生成的图像的质量和分辨率取决于许多因素。一个因素是主超导磁体产生的强、均匀和稳定的主磁场。通常，磁场越强，SNR越高，产生的图像的分辨率和质量越好。例如，将主磁场的强度从0.5T增加到1.5T可改善SNR。主磁场的进一步增加(例如，直到3T)会导致更高的SNR。然而，功率更大的磁体也更昂贵、更大、更重，并且在安装地点的选择上面临更多限制。影响SNR的另一因素是NMR探针或用于检测在弛豫过程中生成的信号的接收器RF线圈的电导率。由于优选的RF线圈材料(例如铜)的电导率随温度降低而被改善，因此，如果可以将探针或接收RF线圈保持在低温，则与更高的温度相比，信噪比(SNR)会被改善(S/N提高)。然而，发射器RF线圈可以保持在室温或低温。但是，SNR的增益主要与接收器RF线圈的电导率相关。当接收器RF线圈被冷却时，较小的主磁场B0可用于获得与更强的主磁体和未冷却的RF线圈相同的图像质量。例如，使用两级冷却器的第一级将由高纯度铜制成的探针(接收器RF线圈)冷却至大约40开氏度，原则上可以将电导率提高大约20倍，这可能会产生多次SNR提高或SNR显著提高。
图1示出了使用磁共振成像(MRI)系统进行医学诊断的示例配置。通常地，诊断配置100包括具有扫描孔104的全身MRI扫描仪102，扫描孔104是隧道状的开口，以容纳躺在床108上的患者106的整个身体。床108滑入开口104中，以将患者身体的适当部分定位在MRI磁体系统内从而开始扫描过程。
通常地，用于MRI CF磁体中的两级冷却器冷头(cryocooler cold-head)的第一级在大约40-60°K下操作，并且可以消除大约30-50瓦(W)的热，第二级在大约4-6°K下操作，并且可以消除额外大约1-2W的热。在一些传导性冷却系统中，在将超导磁体的各个部分冷却到其操作温度后，就不再需要冷却器冷头的两级的全部冷却功率了。因此，同一冷却器的第一级或第二级的一些额外的冷却功率可用于冷却RF线圈和它的一些电子器件。例如，当通过冷却器的第一级将RF线圈冷却到40-80K时，通常构成RF接收器线圈的铜的电导率在40K时增加大约20倍，在80K时增加4倍，从而允许更高的信噪比，因而为MRI扫描仪提供高分辨率。如果使用冷却器冷头的第二级将RF接收线圈冷却到甚至比40K更低的温度，则铜的电导率会进一步改善，从而将能实现SNR的进一步改善。
本公开还教示了可以有利地通过由蓝宝石(包括蓝宝石纤维和包括蓝宝石的复合构件)制成的导热构件来完成来自RF线圈及其电子器件的热的传导。可以选择蓝宝石，因为它相对于其它材料具有高导热性，同时又缺乏导电性。低电导率或不存在电导率减小或基本消除了由导热构件产生的涡流。在一些实施方式中，热传导可以经由类似于Pourrahimi在专利US 8,275,429中讨论的那些由李兹铜线或缆线制成的复合材料来进行。选择李兹铜线/缆线是因为其高导热性和在导热构件内产生低水平的涡流。消除涡流可降低电噪声，从而提高SNR。
图2示出了用于医学诊断的HMRI系统的示例构造，该系统具有用于冷却超导磁体和RF线圈两者的一体化冷却系统。在各种实施方式中，MRI磁体系统200包括主体外壳或真空容器202(低温恒温器)、带有冷却器冷头204的冷却端口、仪器和真空端口206、扫描孔208、支撑结构210和非对称梯度线圈212，其中非对称梯度线圈212装配在被设计为真空容器202外部的一部分的环内。
在各种实施方式中，冷却器冷头204是两级冷却器冷头，其连接到外壳202内的第一级主体和第二级主体，以将热量从整个超导磁体传导走。辐射屏蔽件(目标第一级主体的一部分)和在外壳202内部产生的真空实质上减少了冷块与MRI系统所处的外部环境之间的热传递。因此，热传递的唯一模式是经由冷头204进行传导。
图3示出了图2的示例性HMRI系统的立体截面图。在各种实施方式中，MRI磁体系统截面300示出了外壳或真空容器302(低温恒温器)、非传导性磁体低温恒温器孔304、梯度线圈306、冷却器的第一级310、冷却器的第二级312、导热管状构件314、接合到非传导性管状构件318并延伸接合到管状构件314的蓝宝石热交换器316、接收器RF线圈320、低温恒温器302的内层和辐射屏蔽件324以及作为冷块328的一部分的超导线圈326。
图3示出了带有闭端孔的HMRI的示例。本领域技术人员意识到，本公开也适用于开孔HMRI。
如上所述，为了产生更高分辨率、更清晰和更高质量的MRI图像，需要许多元素。这些元素包括：强、均匀且稳定的主场、RF发送器线圈、磁梯度线圈和被冷却的RF接收器线圈。在一些实施方式中，相同的RF线圈既可以用作发射器RF线圈又可以用作接收器RF线圈。通过冷却器冷头的第一级310传导来冷却包括可选的辐射屏蔽件的第一级主体和接收器RF线圈允许RF接收器线圈冷却到40-80K的温度，从而获得比不冷却接收器RF线圈更清晰的MRI图像。
在各种实施方式中，低温恒温器302是被泵送以在内部产生真空以基本上防止通过低温恒温器内的空间的对流和热传递的容器。使用辐射屏蔽件324，也实质上减少了向冷块热传递的辐射模式。这使得经由固体构件和电气仪表布线的热传导成为传热到辐射屏蔽件和冷块的唯一途径。
继续参照图3，本领域技术人员将认识到，各个部件之间的热和物理关系被示出为包括低温恒温器和用于机械支撑并使用两级冷却器冷却磁体系统的第一级主体(辐射屏蔽件)、接收器RF线圈320和CF磁体系统的第二级主体(冷块)至其操作温度所需的主要但并非唯一的部件。冷却器冷头与第一级主体、RF线圈和第二级主体之间的热和物理连接的构造可能在细节上有所不同，但需要直接或间接的策略性物理热连接来冷却这些部件。
在一个实施方式中，冷却器冷头的第一级310与辐射屏蔽件324物理联接，并且冷头的第二级312与冷块328物理联接。如上所述，第一级可以将辐射屏蔽件冷却至大约40-80°K，而第二级可以进一步将冷块冷却至大约3-6°K。第一级还经由辐射屏蔽件324策略性地联接到接收器RF线圈320，联接到导热管状构件314，进一步连接到非传导性管318，进一步连接到诸如蓝宝石的导热但不导电的材料制成的条或片316，如图所示。蓝宝石或具有类似特性的其它材料用于从接收器RF线圈320及其布线中消除热以使它们冷却，同时基本不导电以减少电噪声并提高SNR。
通过该冷却构造，在操作中，经由蓝宝石条316到传导性管314、到辐射屏蔽件324以及最后到第一级冷头310的热传导从接收器RF线圈320消除热。这样将接收器RF线圈冷却到大约40-80°K，从而改善SNR。包括超导线圈326的冷块328经由冷却器的第二级312被冷却至3-6K。
梯度线圈306在设计上可以是对称的或不对称的，因此在物理构造上可以是对称的或不对称的。在一些实施方式中，图3所示的非对称梯度线圈可以具有两个部分，各部分具有不同的内径，从而就像两个部分之间存在台阶一样产生几何不连续性，如图3所示。较大直径部分可容纳头部布置在扫描孔304内部时的患者的肩膀。在一些实施方式中，MRI系统可专门用于头部和大脑扫描。这种MRI系统将比全身扫描仪更紧凑，对医疗诊所和研究机构来说更容易获得和负担得起。
在各种实施方式中，冷却系统可以包括单级冷却器，单级冷却器与可选的辐射屏蔽件、冷块和接收器RF线圈物理联接以冷却它们。在其它各种实施方式中，冷却系统可以包括两个或更多个冷却级，其中所有或一些冷却级可以与主场磁体和接收器RF线圈中的一者或两者物理联接。在所有这些实施方式中的通用方法是，同一冷却器冷头(无论其可以具有的冷却级的数量以及这些级如何与冷块联接)的至少一个级可以冷却待冷却的目标体以及接收器RF线圈以提高SNR。这种提高SNR的方法既降低了高分辨率MRI扫描仪的复杂度，又降低了其成本。
通过本文所述的这种冷却构造和物理系统构造，待冷却的目标体(例如通常作为辐射屏蔽件的第一级主体)和接收器RF线圈均被冷却器冷头的第一级冷却到40-80K的温度，相对于未冷却的接收器RF线圈可获得更高的SNR。
在本发明的另一实施方式中，冷却器冷头的第二级将包括超导线圈的磁体系统的冷块冷却到大约3-6K，并且将RF接收线圈冷却到40K以下的温度，相对于未冷却的接收器RF线圈可以获得甚至更高的SNR。
可以根据以上详细说明对要求保护的发明进行改变。虽然以上说明详述了本发明的特定实施方式并说明了预期的最佳模式，但是无论上述说明在文本中显示得多么详细，所要求保护的本发明都可以许多方式来实践。该系统的细节可以在其实现细节上有很大变化，同时仍然被本文所公开的要求保护的发明所涵盖。
在说明本发明的特定特征或方面时使用的特定术语不应被认为意味着该术语在本文中被重新定义为限于与该术语相关联的本发明的任何具体特征、功能或方面。通常地，除非以上详细说明部分明确定义了这种术语，否则以下权利要求中使用的术语不应被解释为将所要求保护的发明限于说明书中公开的具体实施方式。因此，要求保护的发明的实际范围不仅涵盖所公开的实施方式，而且还包括实践或实现要求保护的发明的所有等效方式。
上面的说明书、示例和数据提供了对本发明的构成的制造和使用的完整描述。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实施方式，因此本发明属于下文所附的权利要求书中。还应理解，本公开不限于所公开的实施方式，而是旨在覆盖包括在最广泛解释的精神和范围内的各种配置，从而涵盖所有这样的变型和等同配置。
本领域技术人员将理解，总体上，本文中(尤其是在所附权利要求中(例如，所附权利要求的主体))使用的术语通常旨在作为“开放性”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有(having”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应被解释为“包括但不限于”，等)。本领域技术人员将进一步理解，如果引入的权利要求陈述有特定数量的意图，该意图将在权利要求中明确陈述，如果没有这种陈述，则不存在这种意图。例如，为了帮助理解，下面所附的权利要求书可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求所述内容。然而，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”(例如，“一个”通常应被解释为意味着“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时，此类短语的使用也不应被解释为意思是由不定冠词“一个”介绍的权利要求所述内容将任何包含这种被介绍的权利要求所述内容的特定权利要求限制为仅包含一个这种所述内容的发明；对于使用用于介绍权利要求所述内容的定冠词的使用也是如此。此外，即使明确叙述了被介绍的权利要求所述内容的具体数量，本领域技术人员也将认识到这种所述内容通常应被解释为意思是至少所叙述的数量(例如，没有其它修饰词的仅仅“两个所述内容”，通常意思是至少两个所述内容，或两个或更多个所述内容)。另外，在使用约定类似于“A、B和C等中的至少一者”的那些情况下，通常这种构造旨在本领域技术人员会理解该约定的意义上(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C的系统，具有A和B、具有A和C、具有B和C的系统和/或具有A、B和C的系统等)。在约定类似于“A、B或C等中的至少一者”的那些情况下，通常这种构造旨在本领域技术人员会理解该约定的意义上(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C的系统，具有A和B、具有A和C、具有B和C的系统和/或具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，存在两个或更多个替代性术语的任何析取词和/或短语都应理解为考虑了包括术语中的一者、术语中的任一者或所有术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能性。
虽然已经结合被认为是最实际和最优选的实施方式说明了本公开，但是应当理解，本公开不限制于所公开的实施方式，而是旨在覆盖包括在最广泛的解释的精神和范围内的各种配置，以便涵盖所有这种变型和等同配置。

Claims (20)

1.一种磁共振成像(MRI)磁体系统，其具有高信噪比(SNR)成像能力，其中，所述系统包括：
外部真空容器，其具有患者孔和用于梯度线圈的环；
第一级主体，其封闭在所述真空容器内；
第二级主体，其包括封闭在所述第一级主体内的超导磁体；
射频收发器线圈或者射频(RF)发射器线圈和RF接收器线圈，所述射频收发器线圈或者所述RF发射器线圈和所述RF接收器线圈布置在所述第一级主体内；和
冷却器，其具有与所述真空容器联接的至少第一级和第二级，其中，所述第一级将所述第一级主体和所述RF接收器或所述RF收发器线圈冷却至T1度，并且所述第二级将所述第二级主体冷却至T2度，其中T1>T2。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，T1在30至85开氏度之间，T2在3至20开氏度之间。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却器的第二级进一步将所述RF接收器或所述RF收发器线圈冷却至低于T1度的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却器的第一级还冷却所述RF发射器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于传导地冷却所述RF接收器线圈的冷却基板，所述冷却基板导热但基本上不导电。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷却基板是蓝宝石或蓝宝石复合材料。
7.一种磁共振成像(MRI)磁体系统，其包括：
真空容器，其具有部署在所述真空容器中的超导场磁体和射频(RF)接收器线圈；和
冷却器，其与所述真空容器联接，并进一步连接到所述超导场磁体和所述RF接收器线圈，以冷却所述超导场磁体和所述RF接收器线圈。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括部署在所述RF接收器线圈和所述冷却器之间的传热构件，所述传热构件导热但基本上不导电。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，将患者孔和真空空间分隔开的真空容器壁由不导电材料制成。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷却器是单级冷却器。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷却器的第一级冷却所述RF接收器线圈，并且所述冷却器的第二级进一步冷却所述超导场磁体，并且如果需要，还冷却所述RF接收器线圈。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括在所述真空容器内的辐射屏蔽件，其中所述辐射屏蔽件封闭所述超导场磁体，所述冷却器冷却所述辐射屏蔽件、所述RF接收器线圈和所述超导场磁体。
13.一种高信噪比(SNR)磁共振成像(MRI)磁体设备，其包括：
冷块，其包括超导线圈；
射频(RF)线圈；
辐射屏蔽件，其包围所述冷块和所述RF线圈；
真空容器，其封闭所述辐射屏蔽件；和
多级冷却器冷头，其与所述真空容器联接，其中，所述冷头的第一级与所述辐射屏蔽件和所述RF线圈物理热联接，所述冷头的第二级与所述冷块物理热联接，所述冷头将所述辐射屏蔽件和所述接收器RF线圈冷却到T1温度，并且将所述冷块冷却到T2温度，其中T1高于T2。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备还包括部署在所述RF线圈和所述冷却器之间的传热构件，所述传热构件导热但不导电。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，将患者孔和真空空间分隔开的真空容器壁由不导电材料制成。
16.一种核磁共振(NMR)光谱仪磁体系统，其包括：
超导场磁体；
射频(RF)线圈探针；
容器，其封闭所述超导场磁体和所述射频(RF)线圈探针；和
冷却器，其与所述容器联接并且进一步与所述超导场磁体和所述RF线圈探针联接，其中，所述冷却器将所述超导场磁体和所述RF线圈探针两者冷却至相同或不同的温度。
17.根据权利要求16所述的NMR，其特征在于，所述冷却器具有第一级和第二级，并且所述第一级冷却包括所述RF线圈探针的第一级主体，所述第二级冷却所述超导场磁体。
18.根据权利要求17所述的NMR，其特征在于，所述冷却器的第二级还冷却所述RF线圈探针。
19.根据权利要求16所述的NMR，其特征在于，冷却结构在所述RF线圈附近使用蓝宝石或蓝宝石复合材料来将热从所述RF线圈探针传导至冷却器冷头。
20.根据权利要求16所述的NMR，其特征在于，所述冷却器使用具有高热导率且实质上低电导率的材料来将热从所述RF线圈探针传导至冷却结构。
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