CN115249560A - 超导磁体结构及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超导磁体结构及磁共振设备。该超导磁体结构包括：低温保持器，包括外容器、磁体组件以及辐射屏蔽层，所述磁体组件设置于所述外容器的内部，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间；以及制冷组件，包括制冷机、第一热开关以及第二热开关，所述制冷机设置于所述外容器中，所述制冷机具有第一冷头以及第二冷头，所述第一热开关能够通断连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层，所述第二冷头通过所述第二热开关连接所述磁体组件。通过第一热开关与第二热开关通断连接制冷机与超导磁体结构内部的辐射屏蔽层及磁体组件，以避免磁体组件中的液氦蒸发，进而避免引起失超，保证超导磁体结构的使用性能。

Description

超导磁体结构及磁共振设备

技术领域

本发明涉及医用成像设备技术领域，特别是涉及一种超导磁体结构及磁共振设备。

背景技术

在MR磁共振设备中，冷头是维持超导磁体低温、避免液氦挥发的关键部件之一。冷头包含一级和二级，一级用于维持冷屏低温，二级用于将氦气液化为液氦。冷头与冷屏及液氦罐间一般会采用导热性极佳的连接方式，使冷头冷量高效地传递至超导磁体内部。

但是当冷头停机或更换新冷头时，冷头不再制冷，冷头成为一个良导体，外界热量先导入到冷头上，使得外界热量很容易通过此高导热得冷头连接进入超导磁体内部，使冷屏温度上升，液氦挥发，造成液氦损失。特别是对于低液氦或无液氦磁体，冷头停机后，由于没有大量的液氦作为热沉，热量会很快导入到超导线圈上，极容易引起失超，影响超导磁体的使用性能。

发明内容

基于此，有必要针对目前制冷机停机或更换时制冷机的冷头将热量传递至内部引起的失超问题，提供一种能够实现冷量传递通路通断控制的超导磁体结构及磁共振设备。

一种超导磁体结构，包括：

低温保持器，包括外容器、磁体组件以及辐射屏蔽层，所述磁体组件设置于所述外容器的内部，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间；以及

制冷组件，包括制冷机、第一热开关和/或第二热开关，所述制冷机设置于所述外容器中，所述制冷机具有第一冷头以及第二冷头，所述第一热开关能够通断连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层，所述第二冷头通过所述第二热开关连接所述磁体组件。

在其中一个实施例中，所述第一热开关包括第一壳体、第一冷端以及第一热端，所述第一壳体呈中空设置，所述第一冷端与所述第一热端分别设置于所述第一壳体的两端，所述第一冷端与所述第一冷头连接，所述第一热端与所述辐射屏蔽层连接；

所述第一壳体的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质。

在其中一个实施例中，所述第二热开关包括第二壳体、第二冷端以及第二热端，所述第二壳体呈中空设置，所述第二冷端与所述第二热端分别设置于所述第二壳体的两端，所述第二冷端与所述第二冷头连接，所述第二热端与所述磁体组件连接；

所述第二壳体的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质。

在其中一个实施例中，所述第一导冷介质的沸点范围与所述第二导冷介质的沸点范围不同。

在其中一个实施例中，所述第一热开关与所述第二热开关为可伸缩部件，所述第一热开关遇冷时能够伸出以连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层，所述第二热开关遇冷时能够伸出以连接所述第二冷头与所述磁体组件。

在其中一个实施例中，所述磁体组件包括内容器以及设置于内容器中的超导线圈，所述第二热开关连接所述内容器；或者，所述第二热开关连接所述超导线圈。

在其中一个实施例中，所述第一热开关的数量为一个或多个，当所述第一热开关的数量为多个时，多个所述第一热开关间隔设置；

所述第二热开关的数量为一个或多个，当所述第二热开关的数量为多个时，多个所述第二热开关间隔设置。

在其中一个实施例中，所述制冷组件还包括第一连接件以及第二连接件，所述第一连接件分别连接所述第一热开关的两端，以分别连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层；

所述第二连接件分别连接所述第二热开关的两端，以分别连接所述第二冷头与所述磁体组件。

一种磁共振设备，包括梯度线圈、射频线圈以及超导磁体结构，所述超导磁体结构具有扫描孔，所述射频线圈设置于所述扫描孔中，所述梯度线圈位于所述射频线圈与所述超导磁体结构之间；所述超导磁体结构包括：

低温保持器，包括外容器、磁体组件以及辐射屏蔽层，所述磁体组件设置于所述外容器的内部，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间；以及

制冷组件，包括：

制冷机，设置于所述外容器；

连接件，连接所述制冷机和磁体组件，或者，连接所述制冷机与辐射屏蔽层；

热开关，与所述连接件串联连接，所述热开关中设置有导冷介质，且所述导冷介质的状态变化使所述热开关处于开启模式或关闭模式。

在其中一个实施例中，所述热开关包括第一热开关和/或第二热开关；

所述第一热开关包括第一壳体、第一冷端以及第一热端，所述第一壳体呈中空设置，所述第一冷端与所述第一热端分别设置于所述第一壳体的两端，所述第一冷端与所述第一冷头连接，所述第一热端与所述辐射屏蔽层连接；所述第一壳体的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质；

所述第二热开关包括第二壳体、第二冷端以及第二热端，所述第二壳体呈中空设置，所述第二冷端与所述第二热端分别设置于所述第二壳体的两端，所述第二冷端与所述第二冷头连接，所述第二热端与所述辐射屏蔽层连接；所述第二壳体的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的超导磁体结构及磁共振设备，制冷机的第一冷头通过第一热开关通断连接辐射屏蔽层，第二冷头通过第二热开关通断连接磁体组件。制冷机工作时，第一热开关实现第一冷头与辐射屏蔽层之间的热传递/热耦合，第二热开关实现第二冷头与磁体组件之间的热耦合，制冷机的冷量能够经第一冷头与第一热开关传递至辐射屏蔽层，制冷机的冷量能够经第二冷头与第二热开关传递至磁体组件。当制冷机不工作或更换制冷机时，第一热开关与第二热开关断开，外界的热量无法通过第一热开关与第二热开关传递至辐射屏蔽层与磁体组件。通过第一热开关与第二热开关通断连接制冷机与超导磁体结构内部的辐射屏蔽层及磁体组件，实现制冷机工作时第一热开关与第二热开关导通连接制冷机与超导磁体结构的内部，制冷机不工作或更换时，第一热开关与第二热开关断开形成断路，热量无法传递或者热量的传递被抑制，有效的解决目前制冷机停机或更换时制冷机的冷头将热量传递至内部引起的失超问题，以避免磁体组件中的液氦蒸发，进而避免引起失超，保证超导磁体结构的使用性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的超导磁体结构的局部示意图；

图2为图1所示的超导磁体结构中制冷组件的立体图；

图3为图1所示的超导磁体结构中第一热开关导通时的示意图；

图4为图1所示的超导磁体结构中第一热开关断开时的示意图；

图5为图1所示的超导磁体结构中第二热开关导通时的示意图；

图6为图1所示的超导磁体结构中第二热开关断开时的示意图。

其中：100、超导磁体结构；110、低温保持器；111、外容器；112、磁体组件；1121、内容器；1122、超导线圈；113、辐射屏蔽层；120、制冷组件；121、制冷机；1211、第一冷头；1212、第二冷头；122、第一热开关；1221、第一壳体；1222、第一冷端；1223、第一热端；1224、第一导冷介质；123、第二热开关；1231、第二壳体；1232、第二冷端；1233、第二热端；1234、第二导冷介质；124、第一连接件；125、第二连接件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1和图2，本发明提供一种超导磁体结构100。该超导磁体结构100应用于磁共振设备中，以对成像部位进行成像，得到成像部位的图像信息，以便于医护人员诊断。可以理解的，这里的成像部位通常是指患者的病灶位置，当然，在本发明的其他实施方式中，该成像部位还可为其他需要进行成像的位置。

目前的磁共振设备中，冷头能够产生冷量并传递至内部，以对超导磁体进行冷却，以保证超导磁体能够正常工作，保证成像效果。但是，当冷头停机或需要更换冷头时，冷头不再制冷，此时，冷头会将外界的热量传递至内部，导致超导磁体内部升温，进而引起液氦蒸发，极易出现失超现象。

为此，本发明提供一种新型的超导磁体结构100，该超导磁体结构100能够避免将热量传递至超导磁体结构100的内部，进而避免液氦蒸发，避免出现失超现象，保证超导磁体结构100的使用性能，进而保证磁共振设备的使用性能。以下详细介绍超导磁体结构100的具体结构。

参见图1和图2，在一实施例中，超导磁体结构100包括低温保持器110以及制冷组件120。低温保持器110包括外容器111、磁体组件112以及辐射屏蔽层113，且外容器111、磁体组件112以及辐射屏蔽层113三者可同轴或非同轴设置，磁体组件112设置于外容器111的内部，辐射屏蔽层113位于外容器111与磁体组件112之间。制冷组件120包括制冷机121、第一热开关122以及第二热开关123，制冷机121设置于外容器111中，制冷机121具有第一冷头1211以及第二冷头1212，第一热开关122能够通断连接第一冷头1211与辐射屏蔽层113，即通过第一热开关122控制第一冷头1211与辐射屏蔽层113之间热量传递的效率；第二冷头1212通过第二热开关123连接磁体组件112，通过第一热开关122控制第二冷头1212与磁体组件112之间热量传递的效率。

低温保持器110为超导磁体结构100的主体结构，用于容纳超导磁体结构100的各个零部件，并保持低温状态，保证超导磁体结构100的使用性能。具体的，低温保持器110包括外容器111、设置于外容器111中的磁体组件112以及设置于外容器111与磁体组件112之间的辐射屏蔽层113。外容器111具有沿轴向方向延伸的通孔，该通孔即为磁共振设备的磁体孔。外容器111为环状的封闭结构，磁体组件112与外容器111同轴设置，磁体组件112设置在外容器111的内部。

磁体组件112与外容器111之间存在空间，该空间为真空环境。通过真空环境减少磁体组件112冷量的辐射，减小外部热量向内部的磁体组件112传导，保证磁体组件112处于低温环境。而且，该空间还安装辐射屏蔽层113，即辐射屏蔽层113围设于磁体组件112的外侧，通过辐射屏蔽层113进一步隔绝外界辐射的热量，避免外界热量辐射至磁体组件112。

可以理解的，磁体组件112包括内容器1121以及设置于内容器1121中的超导线圈1122，内容器1121用于盛放冷却介质，冷却介质可以为液氦、超极化材料等，冷却介质能够与超导线圈1122直接或间接热耦合，超导线圈1122可以浸泡在冷却介质中；或者，冷却介质容置在管道内，管道与超导线圈1122进行热耦合。通过冷却介质对超导线圈1122进行冷却，以降低超导线圈1122的温度，保证超导线圈1122的使用性能，避免出现失超现象。关于磁体组件112的具体结构在后文提及，此处仅以磁体组件112进行替代。

制冷组件120设置于低温保持器110中，具体设置在低温保持器110的外容器111中，制冷组件120能够对低温保持器110的磁体组件112以及辐射屏蔽层113进行冷却，降低辐射屏蔽层113的温度，避免辐射屏蔽层113将热量传递至磁体组件112，达到降低磁体组件112温度的目的，保证磁体组件112的使用性能，避免出现失超现象。

具体的，制冷组件120包括制冷机121、第一热开关122和/或第二热开关123。制冷机121包括第一冷头1211与第二冷头1212。制冷机121工作时，制冷机121产生的冷量可以传递到第一冷头1211与第二冷头1212上，进而由第一冷头1211与第二冷头1212分别将冷量传递到辐射屏蔽层113与磁体组件112上。

可以理解的，制冷组件包括热开关与连接件，热开关具有开启和关闭两种模式。连接件连接制冷机和磁体组件，和/或，连接制冷机与辐射屏蔽层。热开关开启使得制冷机和磁体组件或者制冷机与辐射屏蔽层之间热耦合；热开关关闭使得制冷机和磁体组件或者所述制冷机与辐射屏蔽层之间热隔断。可以理解的，通过热开关实现冷量传递通路的通断控制，在保证冷却效果的同时，还能保证辐射屏蔽效果。

可选地，热开关包括第一热开关122和/或第二热开关123。也就是说，热开关的数量可以为一个，可以是第一热开关122，也可以是第二热开关123。在本发明的其他实施方式中，热开关的数量为两个，即热开关包括第一热开关122和第二热开关123。本发明中仅以热开关的数量为两个为例进行说明，热开关的数量为一个的结构及原理与热开关的数量为两个的结构及原理实质相同，在此不一一赘述。

第一冷头1211通过第一热开关122通断连接辐射屏蔽层113。当制冷机121工作时，第一热开关122处于开启模式，第一热开关122能够导通第一冷头1211与辐射屏蔽层113。此时，制冷机121产生的冷量可以通过第一热开关122传导至辐射屏蔽层113，以对辐射屏蔽层113进行冷却，降低辐射屏蔽层113的温度，进而降低外容器111对磁体组件112的辐射传热。当制冷机121停机不工作或更换制冷机121时，第一热开关122能够降低第一冷头1211与辐射屏蔽层113之间的热耦合效率，甚至第一热开关122阻隔第一冷头1211与辐射屏蔽层113之间的热耦合。在此实施例中，第一热开关122处于完全关闭模式，第一冷头1211与辐射屏蔽层113之间为断路，制冷机121产生的热量无法通过第一热开关122传导至辐射屏蔽层113。虽然第一冷头1211为热的良导体，但是由于第一热开关122断开了第一冷头1211与辐射屏蔽层113之间的连接，外界的热量不会通过第一冷头1211经第一热开关122传递至辐射屏蔽层113，保证对外容器111热量的辐射屏蔽效果。

第二冷头1212通过第二热开关123通断连接磁体组件112。当制冷机121工作时，第二热开关123处于开启模式，第二热开关123能够导通第二冷头1212与磁体组件112。此时，制冷机121产生的冷量可以通过第二热开关123传导至磁体组件112，以对磁体组件112进行冷却，降低磁体组件112的温度。当制冷机121停机不工作或更换制冷机121时，第二热开关123处于初始关闭模式，第二热开关123能够降低第二冷头1212与磁体组件112之间的热耦合效率。随着第二冷头1212与磁体组件112之间温差的变大，第二热开关123处于完全关闭模式，第二冷头1212与磁体组件112之间为断路，制冷机121产生的热量无法通过第二热开关123传导至磁体组件112。虽然第二冷头1212为热的良导体，但是由于第二热开关123断开了第二冷头1212与磁体组件112之间的连接，外界的热量不会通过第二冷头1212经第二热开关123传递至磁体组件112，保证对磁体组件112的冷却效果。

也就是说，通过第一热开关122与第二热开关123通断连接制冷机121与辐射屏蔽层113、磁体组件112。在制冷机121工作的时候，第一热开关122与第二热开关123处于导通状态，制冷机121的冷量可以通过第一热开关122与第二热开关123分别传递至辐射屏蔽层113与磁体组件112，降低磁体组件112的温度，避免出现失超线圈。当制冷机121不工作或需要更换制冷机121时，第一热开关122与第二热开关123断开制冷机121与辐射屏蔽层113、磁体组件112之间的连接，避免外界热量通过制冷机121的第一冷头1211与第二冷头1212传递至内部的磁体组件112以及辐射屏蔽层113，进而避免磁体组件112中冷却介质的损失，降低维护成本。

上述实施例的超导磁体结构100，通过第一热开关122与第二热开关123通断连接制冷机121与超导磁体结构100内部的辐射屏蔽层113及磁体组件112，有效的解决目前制冷机停机或更换时制冷机的冷头将热量传递至内部引起的失超问题，以避免磁体组件112中的液氦蒸发，进而避免引起失超，保证超导磁体结构100的使用性能。

可选地，外容器111包括第一外筒、第一内筒以及第一端板。第一内筒与第一外筒为中空的圆柱形结构，第一内筒与第一外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第一内筒的两端分别设置第一端板，第一端板为环形结构，第一端板分别连接于第一内筒与第一外荣，以分别对其进行封堵。可选地，外容器111采用金属或复合材料制成，进一步地，可采用碳钢或不锈钢制成。

可选地，内容器1121包括第二外筒、第二内筒以及第二端板。第二内筒与第二外筒为中空的圆柱形结构，第二内筒与第二外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第二内筒的两端分别设置第二端板，第二端板为环形结构，第二端板分别连接于第二内筒与第二外筒，以分别对其进行封堵。可选地，内容器1121采用金属或复合材料制成，进一步地，可采用碳钢或不锈钢制成。

可选地，辐射屏蔽层113包括第三外筒、第三内筒以及第三端板。第三内筒与第三外筒为中空的圆柱形结构，第三内筒与第三外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第三内筒的两端分别设置第三端板，第三端板为环形结构，第三端板分别连接于第三内筒与第三外筒，以分别对其进行封堵。具体地，第三内筒位于第一内筒与第二内筒之间，第三外筒位于第一外筒与第二外筒之间，第三端板位于第一端板与第二端板之间。

参见图1至图4，在本发明的一实施例中，第一热开关122包括第一壳体1221、第一冷端1222以及第一热端1223，第一壳体1221呈中空设置，第一冷端1222与第一热端1223分别设置于第一壳体1221的两端，第一冷端1222与第一冷头1211连接，第一热端1223与辐射屏蔽层113连接。第一壳体1221的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质1224。

第一壳体1221为中空的封闭状结构，第一壳体1221的内部填充第一导冷介质1224。第一导冷介质1224可以进行气液转换。在第一壳体1221中，气态的第一导冷介质1224会聚集到第一壳体1221的顶部，液态的第一导冷介质1224在重力作用下汇集到第一壳体1221的底部。第一冷端1222设置在第一壳体1221的顶部，并且，第一冷端1222的一端伸入第一壳体1221内部，第一冷端1222的另一端连接到第一冷头1211。这样，第一冷端1222能够与第一壳体1221中的第一导冷介质1224抵接，通过第一冷端1222实现第一冷头1211将冷量传递到第一导冷介质1224。第一热端1223设置在第一壳体1221的底部，并且，第一热端1223的一端伸入到第一壳体1221的内部，第一热端1223的另一端连接辐射屏蔽层113。这样，第一热端1223能够与第一壳体1221中的第一导冷介质1224抵接，通过第一热端1223实现第一导冷介质1224将冷量传递到辐射屏蔽层113。

参见图1和图3，制冷机121工作时，第一热开关122导通第一冷头1211与辐射屏蔽层113。具体的，制冷机121工作时的冷量传递到第一冷头1211上，因第一冷端1222与第一冷头1211连接，第一冷头1211的冷量可以传递到第一冷端1222上。第一冷端1222可以将冷量传递到第一壳体1221的内部，第一冷端1222的端部能够在第一壳体1221中与气态的第一导冷介质1224接触，以向第一导冷介质1224传递冷量。

可以理解的，第一冷端1222接收到的冷量低于第一导冷介质1224的沸点。气态的第一导冷介质1224吸收第一冷端1222传递的冷量时，第一导冷介质1224会在第一冷端1222的端部表面液化。液化后的第一导冷介质1224在重力作用下会向下流动至第一壳体1221的底部，形成积液。液态的第一导冷介质1224能够与第一热端1223的端部接触，使得第一热端1223的温度降低至第一导冷介质1224的沸点，达到降低第一热端1223温度的目的。

在液态的第一导冷介质1224将冷量传递到第一热端1223的同时，液态的第一导冷介质1224会吸收第一热端1223的热量，液态的第一导冷介质1224吸热后会蒸发成气态，形成气态的第一导冷介质1224。气态的第一导冷介质1224会在第一壳体1221中上升，并与第一冷端1222接触。如此往复，将第一冷端1222的冷量通过第一导冷介质1224在气液之间的转换将冷量传递至第一热端1223，此时，第一热开关122处于开启模式。而且，第一热端1223吸收冷量后，可以将冷量传递到辐射屏蔽层113，与辐射屏蔽层113进行热交换，降低辐射屏蔽层113的温度，同时辐射屏蔽层113的热量会传递至第一热端1223上。

参见图1和图4，当制冷机121不工作时，制冷机121不在产生冷量，第一冷头1211无法接收冷量，同时，外界的热量会传递至第一冷头1211上，此时，第一冷头1211的温度较高。因第一冷头1211与第一冷端1222接触，第一冷头1211会将热量传递到第一冷端1222，使得第一冷端1222的温度升高，并高于第一导冷介质1224的沸点。此时，与第一冷端1222接触的气态的导冷介质不会液化。而且，辐射屏蔽层113的热量传递到第一热端1223后，第一壳体1221下方液态的第一导冷介质1224吸收第一热端1223的热量后会蒸发成气态，形成气态的第一导冷介质1224。这样第一壳体1221的内部会填充为气态的第一导冷介质1224。

加之第一热端1223的温度低于第一冷端1222的温度，第一壳体1221中气态的第一导冷介质1224处于上热下冷的状态，形成自然的温度分层，使得第一壳体1221中气态的第一导冷介质1224的传递效率低，此时，第一热开关122处于关闭模式，阻断第一冷端1222的热量进入到第一热端1223，实现冷量的传递。

可选地，第一壳体1221由导热性较差的材料制成。进一步地，第一壳体1221由不锈钢制成。当然，在本发明的其他实施方式中，第一壳体1221也可由其他导热性较差的材料如陶瓷等制成。

可选地，第一冷端1222与第一热端1223采用高导热材料制成。进一步地，第一冷端1222与第一热端1223采用铜制成，保证导热效果。当然，在本发明的其他实施方式中，第一冷端1222与第一热端1223还可采用其他导热性较好的材料制成。可选地，第一热端1223与第一冷端1222的端部设置连接螺纹，以便于与其他部件连接。

参见图1、图2、图5和图6，在一实施例中，第二热开关123包括第二壳体1231、第二冷端1232以及第二热端1233，第二壳体1231呈中空设置，第二冷端1232与第二热端1233分别设置于第二壳体1231的两端，第二冷端1232与第二冷头1212连接，第二热端1233与磁体组件112连接。第二壳体1231的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质1234。

第二壳体1231为中空的封闭状结构，第二壳体1231的内部填充第二导冷介质1234。第二导冷介质1234可以进行气液转换。在第二壳体1231中，气态的第二导冷介质1234会聚集到第二壳体1231的顶部，液态的第二导冷介质1234在重力作用下汇集到第二壳体1231的底部。第二冷端1232设置在第二壳体1231的顶部，并且，第二冷端1232的一端伸入第二壳体1231内部，第二冷端1232的另一端连接到第二冷头1212。这样，第二冷端1232能够与第二壳体1231中的第二导冷介质1234抵接，通过第二冷端1232实现第二冷头1212将冷量传递到第二导冷介质1234。第二热端1233设置在第二壳体1231的底部，并且，第二热端1233的一端伸入到第二壳体1231的内部，第二热端1233的另一端连接磁体组件112。这样，第二热端1233能够与第二壳体1231中的第二导冷介质1234抵接，通过第二热端1233实现第二导冷介质1234将冷量传递到磁体组件112。

参见图1和图5，制冷机121工作时，第二热开关123导通第二冷头1212与磁体组件112。具体的，制冷机121工作时的冷量传递到第二冷头1212上，因第二冷端1232与第二冷头1212连接，第二冷头1212的冷量可以传递到第二冷端1232上。第二冷端1232可以将冷量传递到第二壳体1231的内部，第二冷端1232的端部能够在第二壳体1231中与气态的第二导冷介质1234接触，以向第二导冷介质1234传递冷量。

可以理解的，第二冷端1232接收到的冷量低于第二导冷介质1234的沸点。气态的第二导冷介质1234吸收第二冷端1232传递的冷量时，第二导冷介质1234会在第二冷端1232的端部表面液化。液化后的第二导冷介质1234在重力作用下会向下流动至第二壳体1231的底部，形成积液。液态的第二导冷介质1234能够与第二热端1233的端部接触，使得第二热端1233的温度降低至第二导冷介质1234的沸点，达到降低第二热端1233温度的目的。

在液态的第二导冷介质1234将冷量传递到第二热端1233的同时，液态的第二导冷介质1234会吸收第二热端1233的热量，液态的第二导冷介质1234吸热后会蒸发成气态，形成气态的第二导冷介质1234。气态的第二导冷介质1234会在第二壳体1231中上升，并与第二冷端1232接触。如此往复，将第二冷端1232的冷量通过第二导冷介质1234在气液之间的转换将冷量传递至第二热端1233，此时，第二热开关123处于开启模式。而且，第二热端1233吸收冷量后，可以将冷量传递到磁体组件112，与磁体组件112进行热交换，降低磁体组件112的温度，同时磁体组件112的热量会传递至第二热端1233上。

参见图1和图6，当制冷机121不工作时，制冷机121不在产生冷量，第二冷头1212无法接收冷量，同时，外界的热量会传递至第二冷头1212上，此时，第二冷头1212的温度较高。因第二冷头1212与第二冷端1232接触，第二冷头1212会将热量传递到第二冷端1232，使得第二冷端1232的温度升高，并高于第二导冷介质1234的沸点。此时，与第二冷端1232接触的气态的导冷介质不会液化。而且，磁体组件112的热量传递到第二热端1233后，第二壳体1231下方液态的第二导冷介质1234吸收第二热端1233的热量后会蒸发成气态，形成气态的第二导冷介质1234。这样第二壳体1231的内部会填充为气态的第二导冷介质1234。

加之第二热端1233的温度低于第二冷端1232的温度，第二壳体1231中气态的第二导冷介质1234处于上热下冷的状态，形成自然的温度分层，使得第二壳体1231中气态的第二导冷介质1234的传递效率低，此时，第二热开关123处于关闭模式，阻断第二冷端1232的热量进入到第二热端1233，实现冷量的传递。

可选地，第二壳体1231由导热性较差的材料制成。进二步地，第二壳体1231由不锈钢制成。当然，在本发明的其他实施方式中，第二壳体1231也可由其他导热性较差的材料如陶瓷等制成。

可选地，第二冷端1232与第二热端1233采用高导热材料制成。进二步地，第二冷端1232与第二热端1233采用铜制成，保证导热效果。当然，在本发明的其他实施方式中，第二冷端1232与第二热端1233还可采用其他导热性较好的材料制成。可选地，第二热端1233与第二冷端1232的端部设置连接螺纹，以便于与其他部件连接。

可以理解的，制冷机121的第一冷头1211与第二冷头1212工作时的功率以及产生的冷量不同。第一冷头1211包括第一制冷器以及第一铜块，第一铜块与第一冷端1222连接。通常第一冷头1211的温度为30K～50K，制冷功率约为45w。第一冷头1211通过第一铜块传递第一制冷器产生的冷量至第一冷端1222。第二冷头1212包括第二制冷器以及第二铜块，第二铜块与第二冷端1232连接。通常第二冷头1212的温度约为4.2K，制冷功率约为1w。第二冷头1212通过第二铜块传递第二制冷器产生的冷量至第二冷端1232。

因第一冷头1211与第二冷头1212产生的冷量不同，与第一冷头1211配合的第一热开关122中的第一导冷介质1224和与第二冷头1212配合的第二导冷介质1234的沸点也不同。可选地，第一导冷介质1224为沸点范围35K～50K的气体。可选地，第一导冷介质1224可以为氖气或其混合物。可选地，第二导冷介质1234为沸点范围3K～5K的气体。可选地，第二导冷介质1234可以为氩气或其混合物。

可选地，第二热开关123的体积小于第一热开关122的体积。这样可以在保证冷量传递效果的同时，还能减小占用空间。

在本发明的另一实施例中，第一热开关122与第二热开关123为可伸缩部件，第一热开关122遇冷时能够伸出以连接第一冷头1211与辐射屏蔽层113，第二热开关123遇冷时能够伸出以连接第二冷头1212与磁体组件112。

也就是说，第一热开关122与第二热开关123能够伸缩的可伸缩部件。当制冷机121工作时，第一热开关122伸出，第一热开关122能够连接第一冷头1211与辐射屏蔽层113，第二热开关123伸出，第二热开关123能够连接第二冷头1212与磁体组件112。当制冷机121不工作时，第一热开关122与第二热开关123缩回，使得第一热开关122断开第一冷头1211与辐射屏蔽层113，第二热开关123断开第二冷头1212与磁体组件112。

示例性地，第一热开关122与第二热开关123为可充气的波纹管等，第一热开关122设置在第一冷头1211上，第二热开关123设置在第二冷头1212上。第一热开关122充气后，第一热开关122膨胀，能够连接辐射屏蔽层113，第二热开关123充气后，第二热开关123能够连接磁体组件112。当第一热开关122放气后，第一热开关122脱离辐射屏蔽层113，第二热开关123放弃后，第二热开关123脱离磁体组件112。

当然，在本发明的其他实施方式中，第一热开关122与第二热开关123还可通过其他能够伸缩以实现通断的结构。

在一实施例中，磁体组件112包括内容器1121以及设置于内容器1121中的超导线圈1122，第二热开关123连接内容器1121；或者，第二热开关123连接超导线圈1122。也就是说，第二热开关123的第二热端1233可以直接连接到内容器1121，以降低内容器1121的温度，冷却内容器1121中的液氦，达到降低超导线圈1122温度的目的。当然，第二热开关123的第二热端1233也可以直接连接到超导线圈1122上，直接降低超导线圈1122的温度。进一步地，超导线圈1122包括线圈主体和线圈支架，第二热开关123连接线圈主体或线圈支架。这样都可达到降低超导线圈1122温度的目的。

参见图2，在一实施例中，第一热开关122的数量为一个或多个，当第一热开关122的数量为多个时，多个第一热开关122间隔设置。第一热开关122的数量为多个时，多个第一热开关122分别连接到辐射屏蔽层113，能够降低辐射屏蔽层113的温度，保证辐射屏蔽层113的降温效果。当然，也可只通过一个第一热开关122降低热辐射屏蔽层113的温度。示例性地，第一热开关122的数量为两个。当然，在本发明的其他实施方式中，第一热开关122的数量也可为一个或者三个及以上。

在一实施例中，第二热开关123的数量为一个或多个，当第二热开关123的数量为多个时，多个第二热开关123间隔设置。第二热开关123的数量为多个时，多个第二热开关123分别连接到磁体组件112，能够降低磁体组件112的温度，保证磁体组件112的降温效果。当然，也可只通过一个第二热开关123降低热辐射屏蔽层113的温度。示例性地，第二热开关123的数量为一个。当然，在本发明的其他实施方式中，第二热开关123的数量也可为两个及以上。

参见图1，在一实施例中，外容器111中具有安装第一冷头1211与第二冷头1212的冷头腔，第一热开关122与冷头腔中的第一冷头1211的第一铜块连接，第二热开关123与冷头腔中的第二冷头1212的第二铜块连接。当然，在本发明的其他实施方式中，外容器111也可没有冷头腔，第一热开关122在外容器111与内容器1121之间的空间连接第一冷头1211，第二热开关123在外容器111与内容器1121之间的空间连接第二冷头1212。

参见图2，在一实施例中，制冷组件120还包括第一连接件124以及第二连接件125，第一连接件124分别连接第一热开关122的两端，以分别连接第一冷头1211与辐射屏蔽层113。第二连接件125分别连接第二热开关123的两端，以分别连接第二冷头1212与磁体组件112。

每一第一热开关122对应两个第一连接件124，其中一个第一连接件124连接第一热开关122的第一冷端1222与第一冷头1211，另一个第一连接件124连接第一热端1223与辐射屏蔽层113。第一冷头1211的冷量通过第一连接件124传递至第一冷端1222，进而第一热端1223将冷量通过第一连接件124传递到辐射屏蔽层113，以此实现冷量的传递。可选地，第一连接件124由高导热材料制成。进一步地，第一连接件124为铜带或其他导热部件。

每一第二热开关123对应两个第二连接件125，其中一个第二连接件125连接第二热开关123的第二冷端1232与第二冷头1212，另一个第二连接件125连接第二热端1233与磁体组件112。第二冷头1212的冷量通过第二连接件125传递至第二冷端1232，进而第二热端1233将冷量通过第二连接件125传递到磁体组件112，以此实现冷量的传递。可选地，第二连接件125由高导热材料制成，第二连接件125可延伸至内容器1121内部以冷却内容器1121内盛放的冷却介质，或者第二连接件125可延伸至容置冷却介质的管道内。进一步地，第二连接件125为铜带或其他导热部件。

参见图1至图6，本发明的超导磁体结构100通过第一热开关122与第二热开关123建立制冷机121与超导磁体结构100内部冷量传输通道的通断。制冷机121工作时，第一热开关122与第二热开关123导通冷量传输通道，可以冷却辐射屏蔽层113与磁体组件112。当制冷机121不工作或需要更换制冷机121时，第一热开关122与第二热开关123断开冷量传输通道，这样避免外界冷量传递到超导磁体结构100的内部，避免超导磁体升温。这样，在后期使用时无需花费较长时间冷却辐射屏蔽层113与磁体组件112，节省时间。同时，还能减少磁体组件112中液氦损失和超导线圈1122失超，降低维护成本。并且，本发明的超导磁体结构100简单，安装方便，可靠性高。

本发明还提供一种磁共振设备，包括梯度线圈、射频线圈以及超导磁体结构100，超导磁体结构100具有扫描孔，射频线圈设置于扫描孔中，梯度线圈位于射频线圈与超导磁体结构100之间；超导磁体结构100包括低温保持器110以及制冷组件120。低温保持器110包括同轴设置的外容器111、磁体组件112以及辐射屏蔽层113，磁体组件112设置于外容器111的内部，辐射屏蔽层113位于外容器111与磁体组件112之间。制冷组件120包括制冷机121、第一热开关122以及第二热开关123，制冷机121设置于外容器111中，制冷机121具有第一冷头1211以及第二冷头1212，第一热开关122能够通断连接第一冷头1211与辐射屏蔽层113，第二冷头1212通过第二热开关123连接磁体组件112。

本发明的磁共振设备中的超导磁体结构100即为上述实施例中的超导磁体结构100，二者的具体结构以及工作原理实质相同，在此不一一赘述。该磁共振设备采用上述的超导磁体结构100后，能够避免超导磁体结构100失超，保证磁共振设备的使用性能，降低文虎成本，同时节省后期使用时冷却超导线圈1122的时间。

在一实施例中，第一热开关122包括第一壳体1221、第一冷端1222以及第一热端1223，第一壳体1221呈中空设置，第一冷端1222与第一热端1223分别设置于第一壳体1221的两端，第一冷端1222与第一冷头1211连接，第一热端1223与辐射屏蔽层113连接；第一壳体1221的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质1224。第二热开关123包括第二壳体1231、第二冷端1232以及第二热端1233，第二壳体1231呈中空设置，第二冷端1232与第二热端1233分别设置于第二壳体1231的两端，第二冷端1232与第二冷头1212连接，第二热端1233与辐射屏蔽层113连接；第二壳体1231的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质1234。

第一热开关122与第二热开关123建立制冷机121与超导磁体结构100内部冷量传输通道的通断。制冷机121工作时，第一热开关122与第二热开关123导通冷量传输通道，可以冷却辐射屏蔽层113与磁体组件112。当制冷机121不工作或需要更换制冷机121时，第一热开关122与第二热开关123断开冷量传输通道，这样避免外界冷量传递到超导磁体结构100的内部，避免超导磁体升温。第一热开关122与第二热开关123的结构以及工作原理已经在上文提及，在此不一一赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超导磁体结构，其特征在于，包括：

低温保持器，包括外容器、磁体组件以及辐射屏蔽层，所述磁体组件设置于所述外容器的内部，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间；以及

制冷组件，包括制冷机、第一热开关和/或第二热开关，所述制冷机设置于所述外容器中，所述制冷机具有第一冷头以及第二冷头，所述第一热开关能够通断连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层，所述第二冷头通过所述第二热开关连接所述磁体组件。

2.根据权利要求1所述的超导磁体结构，其特征在于，所述第一热开关包括第一壳体、第一冷端以及第一热端，所述第一壳体呈中空设置，所述第一冷端与所述第一热端分别设置于所述第一壳体的两端，所述第一冷端与所述第一冷头连接，所述第一热端与所述辐射屏蔽层连接；

所述第一壳体的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质。

3.根据权利要求2所述的超导磁体结构，其特征在于，所述第二热开关包括第二壳体、第二冷端以及第二热端，所述第二壳体呈中空设置，所述第二冷端与所述第二热端分别设置于所述第二壳体的两端，所述第二冷端与所述第二冷头连接，所述第二热端与所述磁体组件连接；

所述第二壳体的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质。

4.根据权利要求3所述的超导磁体结构，其特征在于，所述第一导冷介质的沸点范围与所述第二导冷介质的沸点范围不同。

5.根据权利要求1所述的超导磁体结构，其特征在于，所述第一热开关与所述第二热开关为可伸缩部件，所述第一热开关遇冷时能够伸出以连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层，所述第二热开关遇冷时能够伸出以连接所述第二冷头与所述磁体组件。

6.根据权利要求1至5任一项所述的超导磁体结构，其特征在于，所述磁体组件包括内容器以及设置于内容器中的超导线圈，所述第二热开关连接所述内容器；或者，所述第二热开关连接所述超导线圈。

7.根据权利要求1至5任一项所述的超导磁体结构，其特征在于，所述第一热开关的数量为一个或多个，当所述第一热开关的数量为多个时，多个所述第一热开关间隔设置；

所述第二热开关的数量为一个或多个，当所述第二热开关的数量为多个时，多个所述第二热开关间隔设置。

8.根据权利要求1至5任一项所述的超导磁体结构，其特征在于，所述制冷组件还包括第一连接件以及第二连接件，所述第一连接件分别连接所述第一热开关的两端，以分别连接所述第一冷头与所述辐射屏蔽层；

所述第二连接件分别连接所述第二热开关的两端，以分别连接所述第二冷头与所述磁体组件。

9.一种磁共振设备，其特征在于，包括梯度线圈、射频线圈以及超导磁体结构，所述超导磁体结构具有扫描孔，所述射频线圈设置于所述扫描孔中，所述梯度线圈位于所述射频线圈与所述超导磁体结构之间；所述超导磁体结构包括：

低温保持器，包括外容器、磁体组件以及辐射屏蔽层，所述磁体组件设置于所述外容器的内部，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间；以及

制冷组件，包括：

制冷机，设置于所述外容器；

连接件，连接所述制冷机和磁体组件，或者，连接所述制冷机与辐射屏蔽层；

热开关，与所述连接件串联连接，所述热开关中设置有导冷介质，且所述导冷介质的状态变化使所述热开关处于开启模式或关闭模式。

10.根据权利要求9所述的超导磁体结构，其特征在于，所述热开关包括第一热开关和/或第二热开关；

所述第一热开关包括第一壳体、第一冷端以及第一热端，所述第一壳体呈中空设置，所述第一冷端与所述第一热端分别设置于所述第一壳体的两端，所述第一冷端与所述第一冷头连接，所述第一热端与所述辐射屏蔽层连接；所述第一壳体的内部填充能够进行气液转换的第一导冷介质；

所述第二热开关包括第二壳体、第二冷端以及第二热端，所述第二壳体呈中空设置，所述第二冷端与所述第二热端分别设置于所述第二壳体的两端，所述第二冷端与所述第二冷头连接，所述第二热端与所述辐射屏蔽层连接；所述第二壳体的内部填充能够进行气液转换的第二导冷介质。

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