CN208432715U - 用于磁共振断层成像设备的电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于磁共振断层成像设备的电源装置，其中，电源装置具有控制器、第一不间断电源、具有用于监视超导场磁体的运行参数的传感器的磁体监视单元、用于采集存储在第一不间断电源中的能量的量的能量管理单元以及用于受控地断开超导场磁体的斜坡下降单元。本实用新型还涉及具有电源装置的磁共振断层成像设备。

Description

用于磁共振断层成像设备的电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种磁共振断层成像设备的电源装置，具有控制器、第一不间断电源和具有用于监视超导场磁体的运行参数的传感器的磁体监视单元。

背景技术

磁共振断层成像设备是成像装置，其为了对检查对象进行成像，利用强外部磁场将检查对象的核自旋对齐并且通过交变磁场激励检查对象的核自旋围绕该对齐进动。自旋从该激励状态到具有较小的能量的状态的进动或返回又作为响应产生交变磁场，也称为磁共振信号，其通过天线接收。

借助梯度磁场对信号施加位置编码，其使得随后能够将所接收的信号与体积元素相关联。然后分析所接收的信号并且提供检查对象的三维成像图示。所产生的图示给出自旋的空间密度分布。

为了产生具有大于0.5或1特斯拉的场强的强外部磁场，通常使用超导场磁体，其必须被冷却到低于处于几开氏度(Grad Kelvin)的跳变温度。尽管采用最新的绝缘，仍然需要持续冷却超导场磁体或从超导场磁体散热，以保持所需的低温。

如果这样的冷却在较长的时间上停止，则超导场磁体变热。在所谓的跳变温度以上，超导体通常首先局部地又从超导状态转为正常导电状态。磁绕组的闭合超导环至少在一个位置处由于欧姆电阻而中断。磁场的能量将在欧姆电阻处转换为热并且可能破坏场磁体。

因此值得推荐的是，提前通过所谓的倾斜下降(Ramp-Down)过程使超导场磁体无电流，从而在超导性中断时可能使场磁体损坏的能量不再存储在场磁体中。因为实施该过程的单元、下面称为倾斜下降单元本身需要能量来运行，所以通常在外部电源停止的同时触发该过程。如果电源随后在很短的时间内又变得可用，尽管如此仍需要极大的时间开销和能量消耗，以再次“启动”场磁体。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于磁共振断层成像设备的电源装置，其改善电力故障时的场磁体的运行。

上述技术问题通过根据本实用新型的用于磁共振断层成像设备的电源装置和根据本实用新型的磁共振断层成像设备来解决。

根据本实用新型的磁共振断层成像设备的电源装置具有控制器和第一不间断电源。在不接入外部电源的情况下能够在比斜坡下降所需的持续时间更长的时间内对电源装置供电的电源被视为不间断电源。第一不间断电源例如可以具有电池或可充电蓄电池作为能量存储器。

此外，根据本实用新型的电源装置具有：磁体监视单元，磁体监视单元具有用于监视超导场磁体的运行参数的传感器，例如温度传感器、用于液态氦的液位测量器或压力传感器；和能量管理单元，用于采集存储在第一不间断电源中的能量的量。此外，根据本实用新型的电源装置具有斜坡下降单元，用于受控地断开超导场磁体，其设计为，在不失超的情况下使超导场磁体没有场，换言之，监控超导场磁体的磁场并且在不危害场磁体的情况下消除磁场。

控制器、磁体监视单元、能量管理单元和斜坡下降单元具有与第一不间断电源的电连接，并且第一不间断电源设计为，第一不间断电源在比超导场磁体的斜坡下降所需的时间段更长的时间内供电。

根据本实用新型的电源装置的控制器设计为，识别外部电源的中断，并且借助能量管理单元确定第一不间断电源能够提供能量供应的剩余时间。例如可以想到，通过对充电电流和放电电流的连续跟踪或电压测量，控制器采集第一不间断电源的充电状态，由此采集能量含量。

此外，根据本实用新型的电源装置的控制器设计为，在剩余时间基本上等于或小于超导场磁体的斜坡下降所需的时间段的时间点，借助斜坡下降单元实现斜坡下降。在此，控制器例如可以设计为，将第一不间断电源安全供电的剩余时间与斜坡下降的预定时间相比较，并且当剩余时间基本上等于斜坡下降所需的时间段，也就是等于斜坡下降所需的时间段或比其长5％、10％或20％时，通过斜坡下降单元进行斜坡下降。如果剩余时间较短，则控制器设计为，直接进行斜坡下降。

按照优选的方式，根据本实用新型的电源装置使得能够在尽可能晚的时间点实现超导场磁体的安全的斜坡下降，从而可以在外部电源的故障时间较短的情况下放弃场磁体的不必要的提早的斜坡下降。由此可以使磁共振断层成像设备的停止时间最少并且优化使用。

具有根据本实用新型的电源的根据本实用新型的磁共振断层成像设备共享根据本实用新型的电源装置的优点。

在本实用新型中给出其它优选的实施方式。

在根据本实用新型的电源装置的可能的实施方式中，电源装置具有用于采集超导场磁体的温度的温度感应器，作为用于监视运行参数的传感器。此外在此，控制器设计为，在超过预定的、通过磁体监视单元采集的超导场磁体的温度时，借助斜坡下降单元实现超导场磁体的斜坡下降。在此优选地，所采集的预定的温度是超导场磁体在相应的磁场下的跳变温度或其以下1、2、5或更大的开氏度的温度。

如果超导场磁体的温度接近跳变温度，则存在至具有有限电阻的状态的转变并且由此失超。因此可以通过优选的方式依据超导场磁体的温度确定必须进行斜坡下降的时间点，以防止场磁体失超。

在根据本实用新型的电源装置的可以想到的实施方式中，电源装置具有用于采集超导场磁体的液态氦填充量的液位传感器，作为用于监视运行参数的传感器。此外在此，控制器设计为，在低于预定的、通过磁体监视单元采集的超导场磁体的氦最小填充量时，借助斜坡下降单元实现超导场磁体的斜坡下降。超导场磁体的预定的氦最小填充量在此例如可以是最大氦填充量的10％、5％、2％或更少。还可能的是，通过压力传感器经由静液压力采集液位。但是，如果低温恒温器(Kryostat)是封闭的，则压力传感器也可以用于经由氦的蒸汽压力确定场磁体的温度。

只要超导场磁体通过液态氦冷却，则温度基本上确定为液态氦的沸腾温度。当液位下降并且超导场磁体不再与该冷却介质有有效的热接触时，才开始提高温度并且更可能失超。通过优选的方式，根据本实用新型的控制器因此设计为，在氦液位下降到临界时进行超导场磁体的斜坡下降并且防止失超。

此外，在根据本实用新型的电源装置的可能的实施方式中，电源装置具有带有用于数据网络的接口的状态监视单元。状态监视单元设计为，特别是通过接口发送状态消息、特别是警报消息。

通过优选的方式，根据本实用新型的电源装置的状态监视单元能够独立于磁共振断层成像设备地在故障时自动向操作者发送故障消息。

在根据本实用新型的电源装置的可以想到的实施方式中，状态监视单元具有用于对状态监视单元供电的第三不间断电源。优选地，第三不间断电源独立于第一不间断电源，从而状态监视单元在第一不间断电源故障时也可以发送状态消息。

外部电源的故障通常还涉及对磁共振断层成像设备的中央控制，从而其不再能够发送状态消息。然后，如果第一不间断电源也发生故障，则根据本实用新型的电源装置不再进行斜坡下降，但同时也不再向操作者报警。通过优选的方式，具有第三不间断电源的状态监视单元使得在该情况下也能够发出警报，以便能够及时采取对策。

在根据本实用新型的电源装置的可能的实施方式中，第一不间断电源设计为，仅向控制器、磁体监视单元、能量管理单元和斜坡下降单元供电。单词“仅”在此解释为，第一不间断电源不向具有使得通过第一不间断电源过渡的时间段降低了多于1％、5％、10％或20％的高功率消耗的其它单元供电。

不间断电源的成本取决于待提供的电功率。通过将第一不间断电源设计为仅向根据本实用新型的电源装置的单元供电，能够确保成本尽可能低，从而尽可能晚地进行超导场磁体的有序的斜坡下降，由此实现磁共振断层成像设备的尽可能高的可用性。

在根据本实用新型的电源装置的可以想到的实施方式中，电源装置具有独立的第二不间断电源，其设计为，向超导场磁体的冷却系统供电。

在根据本实用新型的磁共振断层成像设备的可能的实施方式中，磁共振断层成像设备具有用于超导场磁体的冷却系统。此外，磁共振断层成像设备具有根据本实用新型的具有第二不间断电源的电源装置。第二不间断电源与冷却系统电连接，并且设计为向冷却系统供电。

磁共振断层成像设备的冷却系统具有千瓦数量级的功率消耗。通过优选的方式，第二不间断电源可以在有限的时间内保持超导场磁体冷却，同时由此不减少独立于第二不间断电源且也不向冷却系统输出功率的第一不间断电源的运行时间，并且在尽可能晚的时间点才进行斜坡下降。

在根据本实用新型的磁共振断层成像设备的可以想到的实施方式中，磁共振断层成像设备具有带有第二不间断电源的电源装置和用于控制图像采集的MR控制单元。MR控制单元与第二不间断电源电连接，并且第二不间断电源设计为向MR控制单元供电。

通过优选的方式，第二不间断电源也可以向磁共振断层成像设备的控制单元供电，从而例如可以继续进行持续测量。由此不需要由于电力故障造成的中断而重复进行测量并且患者不必要地长时间处于磁共振断层成像设备中。

附图说明

其它优点和细节由下面结合附图对实施例的描述给出。

图1以示意图示出了具有根据本实用新型的电源装置的根据本实用新型的磁共振断层成像设备，

图2以示意图示出了具有磁体单元的根据本实用新型的电源装置。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，其在拍摄区域中产生静磁场B0，用于对齐样本或患者40的身体中的核自旋。拍摄区域布置在患者隧道16中，该患者隧道在纵向方向2上延伸穿过磁体单元10。场磁体11通常是超导磁体，其可以提供具有直至3T、在最新设备中甚至更高的磁通密度的磁场。但是对于较小的场强，也可以使用永磁体或具有正常导电的线圈的电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，其设计为，为了对所采集的检查体积中的成像区域进行空间微分，将磁场B0在三个空间方向上与可变磁场叠加。梯度线圈12通常是由正常导电的电线制成的线圈，其可以在检查体积中产生彼此正交的场。

磁体单元10同样具有身体线圈14，其构造为，将通过信号导线传送的高频信号入射到检查体积中，并且接收由患者40发射的共振信号并且通过信号导线输出。此外，根据本实用新型的磁共振断层成像设备可以具有一个或多个局部线圈50，其在患者隧道16中布置在患者40附近。

控制单元20向磁体单元10提供用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且借助控制计算机23分析所接收的信号。

由此，控制单元20具有梯度控制器21，其设计为，通过引线向梯度线圈12提供可变的电流，该可变的电流在检查体积中时间协调地提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，其设计为，产生具有预定的时间曲线、振幅和谱功率分布的高频脉冲，用于激励患者40中的核自旋的磁共振。在此，脉冲功率可能达到千瓦范围。高频单元为此具有高频发生器，其例如可以作为频率合成器实施，其通过数值来控制。各个单元通过信号总线25彼此连接。

由高频单元22产生的高频信号经由信号连接被传送到身体线圈14或分布在一个或多个局部线圈50上并且被发射到患者40的身体中，用于在那里激励核自旋。

然后优选地，局部线圈50接收来自于患者40的身体的磁共振信号，因为由于距离小，局部线圈50的信噪比(SNR)比在通过身体线圈14接收时更好。由局部线圈50接收的MR信号在局部线圈50中进行预处理，并且进一步传输到磁共振断层成像设备1的高频单元22，用于进行分析和图像采集。优选地，对此同样使用相同的信号连接，但也可以想到分开的信号连接或无线传输。同样可以想到，对于接收设置单独的局部线圈或另外的天线，例如身体线圈14。

此外，磁共振断层成像设备1具有冷却系统70，利用其将磁体单元10中的超导场磁体11冷却到保持超导状态的温度范围。

此外，磁共振断层成像设备具有根据本实用新型的电源装置60，其与超导场磁体11和冷却系统70电连接。

图2详细示出了根据本实用新型的电源装置60的功能和该电源装置与磁共振断层成像设备1及其冷却系统70的协作。示图是示意性的。图2不再示出与电源装置60没有直接功能关系的根据本实用新型的磁共振断层成像设备1的细节，例如高频系统。

电源装置60具有控制器61，该控制器协调电源装置60的各个单元的合作并且为此与其它单元连接。根据各个单元的任务，连接可以是简单的电连接或也可以是具有复杂的信号协议的控制总线。

电源装置60具有第一不间断电源64，该第一不间断电源设计为，在外部电源3故障时对电源装置60本身供电。在此，例如使用电池、优选可充电电池或可以特别快速地再次充电的所谓的超级电容器作为第一不间断电源的能量存储器。在一种实施方式中，电源装置不包括具有高能量消耗、例如具有高于50、100或200瓦的功率消耗的单元，从而第一不间断电源64可以小且低成本地实现。

此外，电源装置60具有能量管理单元65，其设计为，确定第一不间断电源64的剩余能量含量，由此确定在没有外部供电的情况下电源装置60的剩余运行时间。可以想到电压传感器，其测量电池电压，由此使得能够确定剩余容量。但是充电调节器也是可能的，其对充电电流和放电电流进行积分，由此确定剩余能量的量。能量管理单元65在此例如可以通过单独的电路或也可以在控制器61中实现，还可以作为软件与电流和/或电压传感器连接。

此外，电源装置60具有磁体监视单元63。磁体监视单元与传感器68信号连接，该传感器设计为，接收给出对超导场磁体11的冷却的度量的测量值。传感器68例如可以是温度传感器，其与超导场磁体11热接触，由此给出关于超导场磁体11的温度的测量值。但是可以想到，给出冷却剂、通常是液态氦的状态或液位。传感器68在该情况下可以是液位测量器或压力传感器。在此，除了静液压力之外，也可以使用压力传感器，以便在封闭的系统中通过冷却剂、通常是氦的蒸汽压力得出关于冷却剂的温度的结论。

最后，电源装置具有斜坡下降单元62，其与超导场磁体11电连接或可以与其电连接，并且设计为，在不失超(Quench)的情况下关断超导场磁体11中的超导电流，并且通过这种方式使超导场磁体11处于安全的无磁场状态。

磁共振断层成像设备1例如具有带有压缩机71的脉冲管道冷却器72作为冷却系统70。图2没有示出用于压缩机71的次级冷却系统。

在可以想到的实施方式中，磁共振断层成像设备1或电源装置60具有第二不间断电源69，其设计为，向磁共振断层成像设备1的除了电源装置60之外的其它单元供电，例如磁共振断层成像设备1的控制单元20和/或冷却系统70。根据第二不间断电源69的容量和功率，由此例如可以完成检查、更长时间地维持冷却或甚至继续运行磁共振断层成像设备1。

当例如因为第一不间断电源64损坏或放电，根据本实用新型的电源装置60本身失效时，出现特别的临界状态。然后，当由于外部电源3故障磁共振断层成像设备1的控制单元20也不能运行并且不能发出报警消息时，也可能不再能够及时对超导场磁体11手动放电。因此，在可能的实施方式中，电源装置60具有状态监视单元66，其优选地具有分开的第三不间断电源67并且与数据网络80连接。由此例如可以通过移动无线电网络向维修技术人员报警，其在外部电源3和第一不间断电源64故障时通过手动干预为场磁体11放电。

虽然本实用新型在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述，但是本实用新型不受所公开的示例限制并且可以由专业人员从中导出其它变形，而不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种磁共振断层成像设备(1)的电源装置，其特征在于，电源装置具有控制器(61)、第一不间断电源(64)、具有用于监视超导场磁体(11)的运行参数的传感器(68)的磁体监视单元(63)、用于采集存储在第一不间断电源(64)中的能量的量的能量管理单元(65)以及用于受控地断开超导场磁体(11)的斜坡下降单元(62)，

其中，控制器(61)、磁体监视单元(63)、能量管理单元(65)和斜坡下降单元(62)与第一不间断电源(64)电连接，并且第一不间断电源(64)设计为，第一不间断电源供应能量，

其中，控制器(61)设计为，识别外部电源(3)的中断，借助能量管理单元(65)确定第一不间断电源(64)能够提供能量供应的剩余时间，并且在剩余时间基本上等于或小于超导场磁体(11)的斜坡下降所需的时间段的时间点，借助斜坡下降单元(62)实现超导场磁体(11)的斜坡下降。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，用于监视运行参数的传感器(68)是用于采集超导场磁体的温度的温度感应器，并且控制器(61)还设计为，在超过预定的、通过磁体监视单元(63)采集的超导场磁体(11)的温度时，借助斜坡下降单元(62)实现超导场磁体(11)的斜坡下降。

3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，用于监视运行参数的传感器(68)是用于采集超导场磁体(11)的氦填充量的液位传感器或压力传感器，并且控制器(61)还设计为，在低于预定的、通过磁体监视单元(63)采集的超导场磁体(11)的氦最小填充量时，借助斜坡下降单元(62)实现超导场磁体(11)的斜坡下降。

4.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，电源装置(60)还具有带有用于数据网络(80)的接口的状态监视单元(66)，其中，状态监视单元(66)设计为，通过接口发送状态消息。

5.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，状态监视单元(66)具有第三不间断电源(67)，第三不间断电源是用于对状态监视单元(66)供应能量的独立于第一不间断电源(64)的电源。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，第三不间断电源(67) 具有电池或超级电容器作为能量存储器。

7.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，第一不间断电源(64)设计为，仅向控制器(61)、磁体监视单元(63)、能量管理单元(65)和斜坡下降单元(62)供应能量。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其特征在于，电源装置(60)具有独立的第二不间断电源(69)，其设计为，向超导场磁体(11)的冷却系统(70)供应能量。

9.一种磁共振断层成像设备，其特征在于，所述磁共振断层成像设备具有根据权利要求1至7中任一项所述的电源装置(60)。

10.一种具有根据权利要求8所述的电源装置(60)的磁共振断层成像设备，其特征在于，磁共振断层成像设备(1)具有用于超导场磁体(11)的冷却系统(70)，并且第二不间断电源(69)与冷却系统(70)电连接，并且第二不间断电源(69)设计为，向冷却系统(70)供应能量。

11.一种具有根据权利要求8所述的电源装置的磁共振断层成像设备，其特征在于，磁共振断层成像设备(1)具有用于控制图像采集的MR控制单元(20)，其中，MR控制单元(20)与第二不间断电源(69)电连接，并且第二不间断电源(69)设计为，向MR控制单元(20)供应能量。