CN118209911A - 一种小型核磁共振检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于核磁共振技术领域，公开了一种小型核磁共振检测装置，包括磁体系统、制冷机和电流引线部件，所述磁体系统由外至内包括常温层、冷屏层和低温层，所述低温层内设有超导线圈，所述制冷机和所述电流引线部件安装在所述常温层的壳体上部，所述电流引线部件的下端位于所述低温层的超导腔中并与所述超导线圈连接供电，所述制冷机连接有液氦进液管，所述冷屏层中设有隔热材料制成的引线冷却罩，所述电流引线部件部分被封闭在所述引线冷却罩内，所述液氦进液管与所述引线冷却罩通过单向阀连通，所述引线冷却罩的下端伸入所述超导腔并设有出液口。本发明能将电流引线产生的热量及时排出，还能及时向超导腔补充液氦避免线圈露出，保持低温环境。

Description

一种小型核磁共振检测装置

技术领域

本发明属于核磁共振技术领域，具体涉及一种小型核磁共振检测装置。

背景技术

单独用于对肢体进行检查的小型核磁共振设备中，超导磁体需要将温度降低到极低温度才能实现超导，一般采用液氦进行冷却，使用前将液氦充入低温层的超导腔中，让超导腔中的超导线圈被液氦浸没，从而让超导线圈达到超导温度。而使用核磁共振设备时还要通过电流引线向超导线圈通电，即进行超导线圈励磁，此时超导线圈处于超导状态，其中的运行电流由零值逐渐增加到目标值，从而让磁体的磁场强度由零值增加到目标值。但这一过程会导致非超导状态的电流引线产生大量焦耳热，位于低温层的部分产生热量引起液氦挥发，液氦液位因此下降从而可能造成部分超导线圈露出液面，并且挥发的氦气还可能因为热量进一步升温，这会导致该部分超导线圈因为露出在氦气中而温度升高，可能引发失超现象。一旦发生失超现象即会导致超导磁体产生电阻从而进一步增加低温层的发热问题，影响设备的使用。

现有技术中的一些解决方案多是采用导热结构，利用其他液氦或制冷剂对挥发产生的氦气进行降温，使其保持接近超导温度，从而避免失朝现象。但这种技术一方面无法避免挥发氦气占据超导腔空间和超导线圈露出液面，另一方面导热结构的导热性能有限，设备使用过程中可能出现产生热量超出导热降温效果的情况，依然无法避免失超现象的发生。此外现有技术中，冷屏层的热辐射和励磁产生的热量难以散失，都会导致低温层内液氦持续受热挥发，如何降低热辐射并将励磁产生的热量导出低温层也是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型核磁共振检测装置，用于解决现有技术中在励磁阶段难以有效避免液氦流失露出线圈，进而产生失超现象的技术问题。

所述的一种小型核磁共振检测装置，包括磁体系统、制冷机和电流引线部件，所述磁体系统由外至内包括常温层、冷屏层和低温层，所述低温层内设有线圈骨架，所述线圈骨架上绕接有超导线圈，所述制冷机和所述电流引线部件安装在所述常温层的壳体上部，所述电流引线部件的下端位于所述低温层的超导腔中并与所述超导线圈连接供电，所述制冷机连接有液氦进液管，所述冷屏层中设有隔热材料制成的引线冷却罩，所述电流引线部件伸入所述冷屏层的部分为对低温层内液氦直接产生加热效果的发热部，所述发热部的部分或全部被封闭在所述引线冷却罩内，所述液氦进液管与所述引线冷却罩通过单向阀连通，所述引线冷却罩的下端伸入所述超导腔并设有出液口，所述出液口通过液位控制阀向所述超导腔供液，所述液位控制阀根据超导腔内的液位高度控制自身通断，所述超导腔顶部设有向所述低温层外排气的第一排气阀，所述引线冷却罩上端设有第二排气阀，所述第二排气阀连接氦气回流管向所述冷屏层外排气。

优选的，所述冷屏层的壳体上环绕布设有冷却管，所述第一排气阀通过低温氦气管连通所述冷却管。

优选的，所述冷屏层的壳体上环绕布设有冷却管，所述第一排气阀通过低温氦气管连通所述冷却管。所述低温氦气管包括氦气降温管和氦气输送管，所述氦气降温管为导热材料制成并设于所述超导腔内，所述氦气降温管的管体伸入液氦液面下方与所述液氦接触从而对管内的氦气降温，所述氦气输送管设于所述低温层外且具有穿入所述超导腔的进口端，所述氦气降温管的进口连接所述第一排气阀而出口连通所述氦气输送管的进口，所述氦气输送管的出口连接到所述冷却管的进口。

优选的，所述电流引线部件为插拔式电流引线，包括插拔电机、插拔引线组件和线圈接口组件，所述插拔电机传动连接所述插拔引线组件，所述插拔引线组件下端具有能够在插拔电机作用下上下移动的活动接头，所述线圈接口组件固定设于所述活动接头的下方，所述线圈接口组件的上端具有与所述活动接头插接配合的固定接口。

优选的，所述线圈接口组件和所述插拔引线组件分别固定连接在所述引线冷却罩的上下两侧，所述固定接口设于所述引线冷却罩内的底端，所述活动接头位于所述引线冷却罩内，所述活动接头与所述固定接口之间连接有耐低温波纹管，所述活动接头与所述固定接口被封闭在所述耐低温波纹管内。

优选的，所述活动接头上部固定连接有出入口切换件，所述引线冷却罩为空心柱状结构，所述出入口切换件包括与引线冷却罩的内腔沿轴向滑动连接的切换支架、下封闭环件和连接环件，所述连接环件固定套接在所述活动接头上部，所述连接环件外缘与所述切换支架固定连接，所述下封闭环件固定在所述切换支架的下端，所述下封闭环件随所述活动接头移动用于控制是否开启所述出液口。

优选的，所述引线冷却罩还设有位于所述出液口正下方的排液口，所述排液口经单向阀连接排液管，所述排液管连接到位于所述低温层外的液氦回液管；所述下封闭环件周侧上部设有开口，所述下封闭环件与所述引线冷却罩的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述开口对应所述出液口，所述下封闭环件封闭所述排液口；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述下封闭环件封闭所述出液口，所述排液口从所述下封闭环件下方露出。

优选的，所述冷却管还设有出气支管，所述引线冷却罩上端还设有位于所述第二排气阀下方的进气口，所述出气支管的出口连接到所述进气口，所述出入口切换件还设有上封闭环件，所述上封闭环件固定在所述切换支架上端并与所述引线冷却罩的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述上封闭环件封闭所述进气口；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述进气口从所述上封闭环件下方的通槽露出。

优选的，而所述液位控制阀连接有液氦加注管，所述液氦加注管下端的出液口位于超导腔底部。

本发明的优点在于：本发明使得液氦被从制冷机中被充入时，首先进入引线冷却罩中，再经液位控制阀进入超导腔，且注满后液位控制阀关闭，引线冷却罩内的液位上升直至装满并处于冷屏层中，此时引线冷却罩内的液位高于超导腔的液面。进入励磁阶段，电流引线产生的热量一方面会被引线冷却罩中的液氦和引线冷却罩自身隔离在超导腔之外，小部分传导到超导腔中的热量产生的液氦蒸发效果有限，超导腔中的液氦蒸发量明显减少。超导腔中蒸发产生的氦气则及时被引出进一步利用或回收。当超导腔中液氦被蒸发时，由于液面降低，液位控制阀开启从而向超导腔中添加液氦，这样能补充超导腔中被蒸发的液氦。而当超导腔再被注满时，液位控制阀关闭。

而电流引线产生的热量主要在引线冷却罩加热液氦，该部分液氦总量较少而接收较多热量，因此蒸发量较多。当引线冷却罩内部压力由于液氦汽化增加时，就会让温度较高的高温氦气从第二排气阀排出，被氦气回收装置回收，再通过制冷机液化，这样将热量带出低温层实现了有效散热。

本方案能通过引线冷却罩中的液氦对电流引线部件降温，并减少超导腔中的液氦所吸收的热量，而同时又能利用引线冷却罩中的液氦对超导腔中液氦进行补充避免超导线圈部分从液氦露出，维持超导线圈整体的低温环境，避免失超现象的出现。而蒸发产生的低温氦气经液氦接触吸热后还能送到冷屏层上的冷却管对冷屏层的壳体降温，进一步减少冷屏层产生的热辐射。

进一步地，本方案还利用蒸发产生的氦气与液氦经低温液氦管传热降温后，将低温氦气用于冷屏层的壳体降温，减少冷屏层产生的热辐射。而励磁阶段结束后，采用插拔式电流引线结构的电流引线部件让活动接头与固定接口分离，此时将引线冷却罩中的液氦排出回收并将低温氦气引入，一方面回收了液氦，另一方面利用热传导性差且温度低的氦气对分离后的电流引线部件进行降温，能很有效地防止外界热量由电流引线传入。

附图说明

图1为本发明一种小型核磁共振检测装置的结构示意图。

图2为图1所示结构的剖视图。

图3为图2所示结构的局部放大图。

图4为图1所示结构中电流引线部件和引线冷却罩的结构示意图。

图5为图1所示结构中电流引线部件和出入口切换件的结构示意图。

附图中的标记为：1、制冷机，101、液氦进液管，2、电流引线部件，201、插拔电机，202、插拔引线组件，203、线圈接口组件，204、耐低温波纹管，3、常温层，4、冷屏层，401、冷却管，402、出气支管，5、低温层，501、超导腔，502、第一排气阀，503、低温氦气管，6、线圈骨架，7、超导线圈，701、主线圈，702、屏蔽线圈，8、引线冷却罩，801、出液口，802、液位控制阀，803、第二排气阀，804、排液口，805、排液管，806、进气口，807、液氦加注管，9、出入口切换件，901、切换支架，902、下封闭环件，903、连接环件，904、上封闭环件。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-图5所示，本发明提供了一种小型核磁共振检测装置，包括磁体系统、制冷机1和电流引线部件2，所述磁体系统由外至内包括常温层3、冷屏层4和低温层5，所述低温层5内设有线圈骨架6，所述线圈骨架6上绕接有超导线圈7，所述制冷机1和所述电流引线部件2安装在所述常温层3的壳体上部，所述电流引线部件2的下端位于所述低温层5的超导腔501中并与所述超导线圈7连接供电，所述制冷机1连接有液氦进液管101，所述冷屏层4中设有隔热材料制成的引线冷却罩8，所述电流引线部件2伸入所述冷屏层4的部分为对低温层5内液氦直接产生加热效果的发热部，所述发热部的部分或全部被封闭在所述引线冷却罩8内，所述液氦进液管101与所述引线冷却罩8通过单向阀连通，所述引线冷却罩8的下端伸入所述超导腔501并设有出液口801，所述出液口801通过液位控制阀802向所述超导腔501供液，所述液位控制阀802根据超导腔501内的液位高度控制自身通断。当液位高度低于会让超导线圈7露出的高度时，液位控制阀802打开向超导腔501补充液氦，当液位高度达到超导腔501接近装满的高位时，液位控制阀802关闭。所述超导腔501顶部设有向所述低温层5外排气的第一排气阀502，所述引线冷却罩8上端设有第二排气阀803，所述第二排气阀803连接氦气回流管向所述冷屏层4外排气。

所述冷屏层4的壳体上环绕布设有冷却管401，所述第一排气阀502通过低温氦气管503连通所述冷却管401。所述低温氦气管503包括氦气降温管和氦气输送管，所述氦气降温管为导热材料制成并设于所述超导腔501内，所述氦气降温管的管体伸入液氦液面下方与所述液氦接触从而对管内的氦气降温，所述氦气输送管设于所述低温层5外且具有穿入所述超导腔501的进口端，所述氦气降温管的进口连接所述第一排气阀502而出口连通所述氦气输送管的进口，所述氦气输送管的出口连接到所述冷却管401的进口。如此本装置在励磁过程中由超导腔501中蒸发产生的氦气能够进入冷却管401对冷屏层4的壳体进行降温，减少冷屏层4产生的热辐射，同时氦气在蒸发后经氦气降温管与液氦接触能快速降温形成低温氦气，从而对冷屏层4有更好地降温效果。

所述电流引线部件2为插拔式电流引线，包括插拔电机201、插拔引线组件202和线圈接口组件203，所述插拔电机201传动连接所述插拔引线组件202，所述插拔引线组件202的上端设有与外部电源连接的外部接口，所述外部接口位于所述电流引线部件2的上端，所述插拔引线组件202的下端为能够在插拔电机201作用下上下移动的活动接头，所述线圈接口组件203的下端与所述超导线圈7连接供电而上端固定设于所述活动接头的下方，所述线圈接口组件203的上端具有固定接口，所述活动接口通过上下移动实现与所述固定接口的插接供电和分离断电。采用插拔式电流引线，将插接和分离动作在低温层5内部实现，这样只有插接状态，外部热量能经电流引线部件2直接传导到低温层5，断开状态下由于接头和接口不相连而减少热传导；同时低温层5的接口和连接到常温层3的接头分离，避免电流引线部件2两端温差过大对电流引线部件2的结构和导电特性产生不利影响。

所述线圈接口组件203和所述插拔引线组件202分别固定连接在所述引线冷却罩8的上下两侧，所述固定接口设于所述引线冷却罩8内的底端，所述活动接头能在所述引线冷却罩8内上下移动，所述活动接头与所述固定接口之间连接有耐低温波纹管204，所述活动接头与所述固定接口被封闭在所述耐低温波纹管204内。该结构将接头与接口的插接位置至于引线冷却罩8内，使用时通过耐低温波纹管204将插接结构与周围的液氦分开，这能减少液体对插接和通电励磁过程的不利影响，又能利用液氦汽化通过第二排气阀803排出温度较高的氦气对电流引线部件2产生的热量进行有效散热。

所述活动接头上部固定连接有出入口切换件9，所述引线冷却罩8为空心柱状结构，所述出入口切换件9包括与引线冷却罩8的内腔沿轴向滑动连接的切换支架901、下封闭环件902和连接环件903，所述连接环件903固定套接在所述活动接头上部，所述连接环件903外缘与所述切换支架901固定连接，所述下封闭环件902固定在所述切换支架901的下端，所述下封闭环件902随所述活动接头移动用于控制是否开启所述出液口801。通过该结构，在控制出液口801时无需采用电控等方式利用管线传递信号，在液氦降温形成的低温超导环境下能有效保证设备的可靠性，同时也保证了出液口801的是否开启与电流引线部件2的连接与否相关联，这样能避免电流引线部件2断开结束励磁阶段后，引线冷却罩8内液氦仍注入超导腔501，也能避免超导腔501中的液体逆流进入引线冷却罩8。

所述引线冷却罩8还设有位于所述出液口801正下方的排液口804，所述排液口804经单向阀连接排液管805，所述排液管805连接到位于所述低温层5外的液氦回液管以回收引线冷却罩8中使用后的液氦。所述下封闭环件902周侧上部设有开口，所述下封闭环件902与所述引线冷却罩8的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述开口对应所述出液口801，所述下封闭环件902封闭所述排液口804；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述下封闭环件902封闭所述出液口801，所述排液口804从所述下封闭环件902下方露出。本装置在引线冷却罩8设置排液口804能用于回收引线冷却罩8内的液氦，减少液氦消耗，同时由出入口切换件9控制排液与否与电流引线部件2的连接与否相关联，同时避免向超导腔501供液和向外排液回收液氦同时发生，造成液氦供应混乱。

所述冷却管401还设有出气支管402，所述引线冷却罩8上端还设有位于所述第二排气阀803下方的进气口806，所述出气支管402的出口连接到所述进气口806，所述出入口切换件9还设有上封闭环件904，所述上封闭环件904固定在所述切换支架901上端并与所述引线冷却罩8的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述上封闭环件904封闭所述进气口806；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述进气口806从所述上封闭环件904下方的通槽露出。通过该结构使得电流引线部件2的连接与否能够同时与是否从冷却管401中获取低温氦气相关联，进而让引线冷却罩8排出液氦时能从冷却管401中补充低温氦气。低温氦气进入一方面方便液氦排出，另一方面通过低温氦气能在液氦排出后继续产生对电流引线部件2的降温效果，而且通过氦气是热的不良导体，能够减少引线冷却罩8内部的导热效果，避免外部热量由该处传递到低温层5中。

所述超导线圈7包括主线圈701和屏蔽线圈702，所述屏蔽线圈702位于所述主线圈701外侧，能屏蔽外部磁场与主线圈701之间的干扰。而所述液位控制阀802连接有液氦加注管807，所述液氦加注管807下端的出液口801位于超导腔501底部。这样加注液氦时，液氦从底部进入超导腔501，加注效果比较稳定。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小型核磁共振检测装置，包括磁体系统、制冷机(1)和电流引线部件(2)，所述磁体系统由外至内包括常温层(3)、冷屏层(4)和低温层(5)，所述低温层(5)内设有线圈骨架(6)，所述线圈骨架(6)上绕接有超导线圈(7)，所述制冷机(1)和所述电流引线部件(2)安装在所述常温层(3)的壳体上部，所述电流引线部件(2)的下端位于所述低温层(5)的超导腔(501)中并与所述超导线圈(7)连接供电，所述制冷机(1)连接有液氦进液管(101)，其特征在于：所述冷屏层(4)中设有隔热材料制成的引线冷却罩(8)，所述电流引线部件(2)伸入所述冷屏层(4)的部分为对低温层(5)内液氦直接产生加热效果的发热部，所述发热部的部分或全部被封闭在所述引线冷却罩(8)内，所述液氦进液管(101)与所述引线冷却罩(8)通过单向阀连通，所述引线冷却罩(8)的下端伸入所述超导腔(501)并设有出液口(801)，所述出液口(801)通过液位控制阀(802)向所述超导腔(501)供液，所述液位控制阀(802)根据超导腔(501)内的液位高度控制自身通断，所述超导腔(501)顶部设有向所述低温层(5)外排气的第一排气阀(502)，所述引线冷却罩(8)上端设有第二排气阀(803)，所述第二排气阀(803)连接氦气回流管向所述冷屏层(4)外排气。

2.根据权利要求1所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述冷屏层(4)的壳体上环绕布设有冷却管(401)，所述第一排气阀(502)通过低温氦气管(503)连通所述冷却管(401)。

3.根据权利要求2所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述冷屏层(4)的壳体上环绕布设有冷却管(401)，所述第一排气阀(502)通过低温氦气管(503)连通所述冷却管(401)；所述低温氦气管(503)包括氦气降温管和氦气输送管，所述氦气降温管为导热材料制成并设于所述超导腔(501)内，所述氦气降温管的管体伸入液氦液面下方与所述液氦接触从而对管内的氦气降温，所述氦气输送管设于所述低温层(5)外且具有穿入所述超导腔(501)的进口端，所述氦气降温管的进口连接所述第一排气阀(502)而出口连通所述氦气输送管的进口，所述氦气输送管的出口连接到所述冷却管(401)的进口。

4.根据权利要求2所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述电流引线部件(2)为插拔式电流引线，包括插拔电机(201)、插拔引线组件(202)和线圈接口组件(203)，所述插拔电机(201)传动连接所述插拔引线组件(202)，所述插拔引线组件(202)下端具有能够在插拔电机(201)作用下上下移动的活动接头，所述线圈接口组件(203)固定设于所述活动接头的下方，所述线圈接口组件(203)的上端具有与所述活动接头插接配合的固定接口。

5.根据权利要求4所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述线圈接口组件(203)和所述插拔引线组件(202)分别固定连接在所述引线冷却罩(8)的上下两侧，所述固定接口设于所述引线冷却罩(8)内的底端，所述活动接头位于所述引线冷却罩(8)内，所述活动接头与所述固定接口之间连接有耐低温波纹管(204)，所述活动接头与所述固定接口被封闭在所述耐低温波纹管(204)内。

6.根据权利要求5所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述活动接头上部固定连接有出入口切换件(9)，所述引线冷却罩(8)为空心柱状结构，所述出入口切换件(9)包括与引线冷却罩(8)的内腔沿轴向滑动连接的切换支架(901)、下封闭环件(902)和连接环件(903)，所述连接环件(903)固定套接在所述活动接头上部，所述连接环件(903)外缘与所述切换支架(901)固定连接，所述下封闭环件(902)固定在所述切换支架(901)的下端，所述下封闭环件(902)随所述活动接头移动用于控制是否开启所述出液口(801)。

7.根据权利要求6所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述引线冷却罩(8)还设有位于所述出液口(801)正下方的排液口(804)，所述排液口(804)经单向阀连接排液管(805)，所述排液管(805)连接到位于所述低温层(5)外的液氦回液管；所述下封闭环件(902)周侧上部设有开口，所述下封闭环件(902)与所述引线冷却罩(8)的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述开口对应所述出液口(801)，所述下封闭环件(902)封闭所述排液口(804)；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述下封闭环件(902)封闭所述出液口(801)，所述排液口(804)从所述下封闭环件(902)下方露出。

8.根据权利要求6或7所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：所述冷却管(401)还设有出气支管(402)，所述引线冷却罩(8)上端还设有位于所述第二排气阀(803)下方的进气口(806)，所述出气支管(402)的出口连接到所述进气口(806)，所述出入口切换件(9)还设有上封闭环件(904)，所述上封闭环件(904)固定在所述切换支架(901)上端并与所述引线冷却罩(8)的内壁贴合密封；当所述活动接头插入所述固定接口时，所述上封闭环件(904)封闭所述进气口(806)；当所述活动接头拔出所述固定接口时，所述进气口(806)从所述上封闭环件(904)下方的通槽露出。

9.根据权利要求8所述的一种小型核磁共振检测装置，其特征在于：而所述液位控制阀(802)连接有液氦加注管(807)，所述液氦加注管(807)下端的出液口(801)位于超导腔(501)底部。