CN207319829U - 用于核磁共振系统中的预冷装置及核磁共振系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及核磁共振技术领域，尤其涉及一种用于核磁共振系统中的预冷装置及核磁共振系统。预冷装置包括冷却容器和进气管，所述冷却容器具有介质通道，以及与所述介质通道连通的进口和出口，所述介质通道呈环形结构；所述进气管设置于所述冷却容器的进口处；所述进气管为连接管路，所述连接管路具有第一端口和第二端口，所述连接管路位于所述冷却容器内的一端为第一端口，位于所述冷却容器外的一端为第二端口；所述第一端口的开口方向与竖直方向呈一非零夹角。本申请使通过进气管的冷却介质只能朝一个方向流动，使冷却介质的方向尽可能一致，从而提高冷却介质流速，保证冷却介质对超导线圈的冷却效果。

Description

用于核磁共振系统中的预冷装置及核磁共振系统

技术领域

本申请涉及核磁共振技术领域，尤其涉及一种用于核磁共振系统中的预冷装置及核磁共振系统。

背景技术

核磁共振磁体使用超导线圈，此超导线圈需要在极低温度下才能产生超导效应，一般使用液氦(温度约为4.2K)浸泡来维持超导线圈的低温环境。把常温线圈(约300K)降温至低温线圈(4.3K)的一般方法为，先用液氮(77K)浸泡超导线圈，使超导线圈降温至77K，再排出液氮，接着用充入液氦(4.2K)的方法将超导线圈继续冷却至4.2K，这个过程称为对磁体进行预冷。

在传统的预冷过程中，过程复杂，操作麻烦，而且因为液氦的潜热很小，用于冷却超导线圈的液氦蒸发成氦气，浪费大量液氦。为了节约昂贵的液氦，现有的预冷方法为机械预冷。机械预冷方式为：在磁体外部使用大功率制冷机，冷却冷媒(如氦气)至一定低温(如30K)，通过低温循环风扇，将氦气充入磁体内部，冷却超导线圈(初始温度约为300K)，之后热氦气再循环回到制冷机中继续被冷却。通过这个过程，可以使用制冷机将超导线圈从常温降至约30K，然后再加入液氦继续冷却至4.2K。相比于之前的液氦预冷的方法，机械预冷方式可以节约90％的液氦。

在机械预冷过程中，为了增加超导线圈的降温效率及降温均匀性，需要使冷氦气在磁体中与超导线圈充分接触，并合理循环。所以提出了一种氦气循环方式，用以引导冷却氦气在磁体内部循环。一般磁体没有特意设计冷氦气在超导磁体中的循环方式，在实施类似氦气循环冷却磁体的过程中，是使用如图1的方式，对超导线圈进行冷氦气冲刷，冷氦气直接冲刷至超导线圈上表面。图1显示了用于核磁共振成像系统中预冷装置的大致结构，超导线圈10'处于冷却液容器40'中。冷却液容器40'容纳在真空桶60'内，通过使真空桶60'及冷却液容器40'内的空间形成真空的方式，来减小环境热量流入冷却液容器40'。在一般的超导磁体中，进气管20'及出气管30'从外部插入至冷却液容器40'中，30K的冷氦气从进气管20'进入，沿逆时针方向(从图1中看)流动，冲刷超导线圈10'，与超导线圈10'热交换后，较冷氦气沉入冷却液容器40'的底部，较热氦气上升，并立刻从出气管30'中冲出，回到制冷机中再被冷却。如此冲刷，直至超导线圈10'的温度全部降至约30K。

采用这种结构，由于进气管20'与出气管30'为直管，在进气管20'处冷却介质流向为竖直方向，造成冷却介质会朝竖直方向的两侧流动，即一部分冷却介质沿顺时针方向流动，直接由出气管30'流出，造成该部分冷却介质的浪费；另一部分冷却介质沿逆时针方向流动，然后进入道出气管30'，显然，这种结构导致冷却介质的流向混乱，冷却介质流速变慢，对超导线圈10'的冷却效果变差。

实用新型内容

本申请提供了一种用于核磁共振系统中的预冷装置及核磁共振系统，能够解决上述问题。

本申请的第一方面提供了一种用于核磁共振系统中的预冷装置，包括：

冷却容器，所述冷却容器具有介质通道，以及与所述介质通道连通的进口和出口，所述介质通道呈环形结构；

进气管，所述进气管设置于所述冷却容器的进口处；

所述进气管为连接管路，所述连接管路具有第一端口和第二端口，所述连接管路位于所述冷却容器内的一端为第一端口，位于所述冷却容器外的一端为第二端口；所述第一端口的开口方向与竖直方向呈一非零夹角。

优选地，所述第一端口至少设置有两个，各所述第一端口沿所述介质通道的轴向排布。

优选地，所述连接管路包括位于所述冷却容器内的弯管段，所述第一端口设置于所述弯管段，所述弯管段靠近所述第一端口的部分的轴线平行于所述介质通道在该处的切平面。

优选地，所述连接管路包括弯管段、直管段和连接所述直管段与所述弯管段的过渡段，所述第二端口设置于所述直管段，所述第一端口设置于所述弯管段。

优选地，所述连接管路还包括三通管，所述过渡段与所述弯管段均设置有两个，两个所述过渡段与所述直管段通过所述三通管连接，两个所述弯管段分别连接于两个所述过渡段，且各所述弯管段均设置有所述第一端口。

优选地，还包括支撑结构和固定结构，所述固定结构连接于所述冷却容器的外侧，所述支撑结构通过所述固定结构与所述冷却容器连接；所述过渡段连接于所述支撑结构。

优选地，所述第一端口呈喇叭状，且所述第一端口的开口方向与水平面的夹角为0°～15°。

优选地，还包括出气管，所述出气管设置于所述冷却容器的出口处；

所述出气管为所述连接管路，所述进气管和所述出气管的所述第一端口的开口方向相背。

本申请的第二方面提供了一种核磁共振系统，包括：

预冷装置和超导线圈，所述预冷装置包括冷却容器，所述冷却容器呈环状结构，所述超导线圈设置在所述冷却容器的内部，所述超导线圈呈环形结构，所述冷却容器与所述超导线圈之间形成环形结构，所述冷却容器包括进口和出口，在所述进口处设置进气管，所述进气管的末端插入环形结构中，且该进气管的末端的开口方向沿部分所述环形结构的周向延伸。

优选地，所述进气管的末端悬置于所述环形结构中；

所述进口设置在靠近所述环形结构上表面的中心位置，所述出口与所述进口相邻设置在所述环形结构上表面；

或，所述进口设置在靠近所述环形结构上表面的中心位置，所述出口设置在所述环形结构上表面的中心位置的侧旁位置。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的预冷装置，包括冷却容器和进气管，进气管的第一端口的开口方向与竖直方向呈一非零夹角，使第一端口的开口方向只能朝向竖直方向的一侧，使通过进气管的冷却介质只能朝一个方向流动，使冷却介质的流动方向尽可能一致，从而提高冷却介质流速，保证冷却介质流对超导线圈的冷却效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为背景技术中预冷装置的结构示意图；

图2为本申请所提供的预冷装置的一种具体实施例的结构示意图；

图3为本申请所提供的预冷装置的另一种具体实施例的结构示意图；

图4为本申请所提供的预冷装置中，连接管路的一种具体实施例的结构示意图；

图5为本申请所提供的预冷装置中，连接管路的另一种具体实施例的结构示意图；

图6为本申请所提供的预冷装置的又一种具体实施例的局部结构示意图；

图7为本申请所提供的预冷装置的又一种具体实施例的结构示意图。

附图标记：

在图1中：

10'-超导线圈；

20'-进气管；

30'-出气管；

40'-冷却容器；

60'-真空桶；

在图2-6中：

10-冷却容器；

11-介质通道；

12-内筒；

13-外筒；

20-进气管；

21-第一端口；

22-第二端口；

23-弯管段；

24-直管段；

25-过渡段；

26-三通管；

27-接头；

30-出气管；

40-线圈支架；

50-超导线圈；

60-支撑结构；

70-固定结构；

80-冷头腔。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1-6所示，本申请实施例提供了一种用于核磁共振系统中的预冷装置，包括冷却容器10和进气管20，冷却容器10可设置成环形结构，冷却容器10可具有介质通道11，以及与介质通道11连通的进口和出口，介质通道11呈环形结构，即介质通道11为环形腔。进气管20设置于冷却容器10的进口处。其中，进气管20为连接管路，连接管路具有第一端口21和第二端口22，连接管路位于冷却容器10内的一端为第一端口21，连接管路位于冷却容器10外的一端为第二端口22；第一端口21可悬置于环形结构中，且该第一端口21的开口方向与竖直方向呈一非零夹角。

冷却容器10包括内筒12和外筒13，内筒12与外筒13之间设有超导线圈50、梯度线圈(图中未示出)以及线圈支架40。其中内筒呈圆筒状结构，用于将受检者与超导线圈50隔离，且通常情况下采用绝缘材料制备。线圈支架40呈环形结构，设置于冷却容器10内靠近内筒12的一圈，用于支撑超导线圈50和/或梯度线圈。超导线圈50可环绕线圈支架40形成环形结构，且外筒13的内壁与超导线圈50组成的环形结构可作为介质通道，该介质通道可设置成环形，供冷却介质流通，也就是说冷却容器10与超导线圈50之间形成介质通道11，介质通道11呈环形结构。冷却介质通常选择氦气、氮气等低温冷却气体。可选地，内筒12和/或外筒13可设置成双层结构，该双层结构可包括外壁和内壁，且内壁与外壁之间形成的真空层，以利于低温容器(即冷却容器10)的温度保持。

可选地，冷却容器10包括进口和出口，在进口处设置进气管20，且进气管20的末端(即进气管20的第一端21)插入环形结构中，且该进气管20的末端的开口方向沿部分冷却容器10的环形结构的周向延伸(即进气管的末端的开口方向沿部分介质通道11的周向延伸)，或者沿超导线圈50形成的环形结构的局部延伸。

上述预冷装置，包括冷却容器10、进气管20和出气管30，进气管20的第一端口21，进气管20的末端为第一端口21，该第一端口21悬置于环形结构中，即该第一端口21悬置于介质通道11中，且第一端口21的开口方向与竖直方向呈一非零夹角，使第一端口21的开口方向只能朝向竖直方向的一侧，从而使通过进气管20的冷却介质只能朝一个方向流动，使冷却介质的方向尽可能一致，以提高冷却介质流速，保证冷却介质对超导线圈50的冷却效果。

一般地，如图2-3所示，预冷装置还包括出气管30，出气管30设置于冷却容器10的出口处，出气管30和进气管20沿垂直于介质通道11的轴向(轴向指沿着环形结构的延伸方向的方向，即在图2、3、7中垂直于纸面的方向)的方向并排设置，进气管20的第一端口21的朝向背离出气管30。冷却容器10的内部为真空腔体，通过使将超导线圈50以及冷却介质设置于真空环境内，能够减小环境热量流入介质通道11内。冷却容器10的进口和出口方向通常沿竖直方向设置，进气管20及出气管30从外部插入至冷却液容器10中，30K的冷氦气从进气管20进入，沿逆时针方向(从图2中看)流动，冲刷超导线圈50，与超导线圈50进行热交换后，较冷的氦气沉入冷却液容器10的底部，较热的氦气上升，并立刻从出气管30中冲出，回到制冷机中再被冷却。如此循环，实现对超导线圈50的冲刷，直至超导线圈50的温度全部降至约30K。

其中，介质通道11可以为方形环，也可以为圆形环，在为圆形环时，能减少介质通道11对冷却介质的阻力，使冷却介质的流动更顺畅。

上述第一端口21可以仅设置有一个，也可以设置有多个，在设置有多个，即第一端口21至少设置有两个时，如两个、三个或者更多个，具体数量可以根据介质通道11的宽度W(如图6所示)设置，其中宽度指介质通道11沿其轴向的距离。优选地，各第一端口21沿介质通道11的轴向排布，以使到达超导线圈50的冷却介质更均匀，从而提高冷却介质与超导线圈50的热交换效率。

不论第一端口21设置有几个，连接管路包括弯管段23、直管段24和连接直管段24与弯管段23的过渡段25，第二端口22设置于直管段24，第一端口21设置于弯管段23，如图4-5所示，这种结构尤其在第一端口21设置有多个时，便于连接管路的加工。

连接管路可以为一体成型的管路，如图4所示，直管段24、过渡段25以及弯管段23可以一体成型；也可以直管段24、过渡段25以及弯管段23分别加工后连接在一起，这种方式，尤其在第一端口21设置有多个时，过渡段25与弯管段23的数量与第一端口21的数量相等，各弯管段23均设置有第一端口21，各过渡段25分别与直管段24连接，各弯管段23与各过渡段25一一对应连接，能够进一步方便连接管路的加工和装配。

在直管段24、过渡段25以及弯管段23分别加工，且过渡段25与弯管段23均设置有两个时，连接管路还包括三通管26，两个过渡段25与直管段24通过三通管26连接，两个弯管段23分别连接于两个过渡段25，且各弯管段23均设置有第一端口21，通过增加三通管26，使连接管路的装配更方便，且易于保证连接管路的密封性。在这种方式中，可选地，连接管路还包括接头27，三通管26通过接头27与各过渡段25连接，以进一步增加过渡段25与三通管26连接的方便性。

通常，直管段24沿竖直方向设置，弯管段23与过渡段25可以均沿水平方向设置，即弯管段23的轴线为平面曲线，且位于水平面上。

需要说明的是，弯管段23的轴线也可与水平方向呈一夹角，尤其在第一端口21仅设有一个时，如图2所示，弯管段23位于冷却容器10内，可选地，弯管段23靠近第一端口21的部分的轴线平行于介质通道11在该处的切平面，尤其在介质通道11为圆形环时，能够尽可能使第一端口21的冷却介质方向与该处的介质通道11的切平面平行，从而使冷却介质的流动更顺畅。

在连接管路设置有过渡段25时，预冷装置还包括支撑结构60，过渡段25通过支撑结构60与冷却容器10连接。一般地，过渡段25设置于冷却容器10内，支撑结构60可以呈杆状，如图5-6所示，支撑结构60的一端连接过渡段25，在设有接头27时，支撑结构60可以连接于接头27，支撑结构60的另一端连接于冷却容器10，具体可以连接于介质通道11的内壁。通过增加支撑结构60，尤其在第一端口21设置有多个时，能够增加连接管路固定的可靠性，进而保证冷却介质的流向。

进一步地，预冷装置还包括固定结构70，固定结构70连接于冷却容器10的外侧，支撑结构60通过固定结构70与冷却容器10连接。具体地，固定结构70可以为圆环结构，固定结构70套设于直管段24，并固定于冷却容器10的外侧，支撑结构60连接冷却容器10的一端直接连接于固定结构70。显然，通过增加固定结构70，能够使支撑结构60与冷却容器10的连接更方便。

需要说明的是，连接管路也可以仅包括直管段24和弯管段23。

不论连接管路采用哪种结构，第一端口21的开口方向与水平面的夹角优选为0°～15°，即第一端口21的开口方向平行于水平面，或者与水平面的夹角为5°、10°、12°、15°等，以更好地保证冷却介质的流向，以及减小介质通道11对冷却介质的阻力。

上述各实施例中，沿冷却介质流向第一端口21的横截面的面积增大，即第一端口21为变截面结构，如第一端口21呈喇叭状结构，如图4-5所示，以使冷却介质能够冲刷到超导线圈50的较大面积。当然第一端口21也可以为楔形孔。其中，第一端口21的横截面指第一端口21垂直于冷却介质流向的截面。

可以理解地，进气管20与出气管30的设置方式可以为下述几种方式：

第一种方式，进气管20为连接管路，如图2所示，进气管20的第一端口21朝向竖直方向的一侧，以使进气管20内的冷却介质沿逆时针方向(如图2中的箭头方向)进入介质通道11中；在该种方式中，出气管30可以为直管，其位于冷却容器10内的一端的开口方向沿竖直方向。这种方式，能够使进入介质通道11内的冷却介质尽可能的朝一个方向流动，保证冷却介质的流速。

第二种方式，进气管20与出气管30均为连接管路，两个第一端口21的开口方向相背，如图3所示，进气管20的第一端口21的开口方向与出气管30的第一端口21的开口方向分别朝向竖直方向的两侧，二者与水平面的夹角可以相等，也可以不等，通过这种方式，能够使在出口处的冷却介质更易于进入出气管30，从而提高冷却介质的流速。具体地，出气管30的结构可以采用上述任一种连接管路的结构。

进气管20与出气管30的设置位置也可为下述几种方式：

第一种方式，进口设置在靠近环状结构上表面的中心位置，出口与进口相邻，且二者均设置在环状结构上表面，即进口和出口均设置在冷却容器10的上表面的中心位置处，如图2-3所示。与之对应地，进气管20设置在靠近环状结构上表面的中心位置，出气管30同样设置在靠近环状结构上表面的中心位置，进气管20与出气管30呈并列排布。当然，进口和出口可合并为一个，即进气管20和出气管30可共用位于环状结构上表面的同一开口。进口和出口也可分别设置，且相邻分布。

第二种方式，进口设置在靠近环状结构上表面的中心位置，出口设置在环状结构上表面的边缘或者中心位置的侧旁位置，即进口设置在冷却容器10的上表面的中心位置，出口设置在冷却容器10的左侧或者右侧位置，。与之对应地，进气管20设置在靠近环状结构上表面的中心位置，出气管设置在环状结构偏中心位置或者边缘位置，如图7所示。

其中，上述上、下、左、右均指图2、3、7中所示视角的上、下、左、右。

此外，预冷装置还可以设置有冷头腔80，冷头腔80用于放置(低温)冷头，冷头腔80与介质通道11连通，出口设置在冷头腔80处，磁共振系统工作时，开启制冷机(包含冷头)，以维持介质通道11内的冷却介质处于低温状态。

此外，本申请还提供一种核磁共振系统，包括如上任一实施例所述的预冷装置。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于核磁共振系统中的预冷装置，其特征在于，包括：

冷却容器，所述冷却容器具有介质通道，以及与所述介质通道连通的进口和出口，所述介质通道呈环形结构；

进气管，所述进气管设置于所述冷却容器的进口处；

所述进气管为连接管路，所述连接管路具有第一端口和第二端口，所述连接管路位于所述冷却容器内的一端为第一端口，位于所述冷却容器外的一端为第二端口；所述第一端口的开口方向与竖直方向呈一非零夹角。

2.根据权利要求1所述的预冷装置，其特征在于，所述第一端口至少设置有两个，各所述第一端口沿所述介质通道的轴向排布。

3.根据权利要求1所述的预冷装置，其特征在于，所述连接管路包括位于所述冷却容器内的弯管段，所述第一端口设置于所述弯管段，所述弯管段靠近所述第一端口的部分的轴线平行于所述介质通道在该处的切平面。

4.根据权利要求1所述的预冷装置，其特征在于，所述连接管路包括弯管段、直管段和连接所述直管段与所述弯管段的过渡段，所述第二端口设置于所述直管段，所述第一端口设置于所述弯管段。

5.根据权利要求4所述的预冷装置，其特征在于，所述连接管路还包括三通管，所述过渡段与所述弯管段均设置有两个，两个所述过渡段与所述直管段通过所述三通管连接，两个所述弯管段分别连接于两个所述过渡段，且各所述弯管段均设置有所述第一端口。

6.根据权利要求4所述的预冷装置，其特征在于，还包括支撑结构和固定结构，所述固定结构连接于所述冷却容器的外侧，所述支撑结构通过所述固定结构与所述冷却容器连接；所述过渡段连接于所述支撑结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的预冷装置，其特征在于，所述第一端口呈喇叭状，且所述第一端口的开口方向与水平面的夹角为0°～15°。

8.根据权利要求1-6任一项所述的预冷装置，其特征在于，还包括出气管，所述出气管设置于所述冷却容器的出口处；

所述出气管为所述连接管路，所述进气管和所述出气管的所述第一端口的开口方向相背。

9.一种核磁共振系统，其特征在于，包括：

预冷装置和超导线圈，所述预冷装置为如权利要求1-8任一项所述的预冷装置，所述冷却容器呈环状结构，所述超导线圈设置在所述冷却容器的内部，所述超导线圈呈环状结构，所述冷却容器与所述超导线圈之间形成环形结构，所述进气管的末端插入环形结构中，且该进气管的末端的开口方向沿部分所述环形结构的周向延伸。

10.根据权利要求9所述的核磁共振系统，其特征在于，所述进气管的末端悬置于所述环形结构中；

所述进口设置在靠近所述环形结构上表面的中心位置，所述出口与所述进口相邻设置在所述环状结构上表面；

或，所述进口设置在靠近所述环形结构上表面的中心位置，所述出口设置在所述环形结构上表面的中心位置的侧旁位置。