CN210467456U - 一种超导磁体组件及磁共振成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超导磁体组件及磁共振成像系统，其属于医疗设备技术领域，超导磁体组件包括低温容器和设置于所述低温容器中的磁体，还包括液态氦、冷头组件、储气瓶和气管接头，液态氦设置于所述低温容器中，磁体的部分或全部浸入液态氦，所述液态氦与所述磁体经过热交换至少部分变为气态氦；冷头组件位于所述低温容器的上端，所述冷头组件能够与所述低温容器内部进行热交换；储气瓶用于储存气态氦气；气管接头位于所述低温容器的上端，所述气管接头选择性地连通所述低温容器及所述储气瓶。磁共振成像系统包括上述的超导磁体组件。通过将气态氦气输入低温容器内，由于冷头组件的作用，使得气态氦气液化变成液态氦，完成补充液氦过程。

Description

一种超导磁体组件及磁共振成像系统

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种超导磁体组件及磁共振成像系统。

背景技术

磁共振成像技术在医疗领域得到广泛应用，在使用时需要一个稳定、均匀的磁场，因此超导磁体组件是磁共振成像系统中必不可少的部件。通常利用超导材料制成的超导线圈产生高场强、高稳定磁场。超导线圈位于装满冷却剂的容器中，被冷却的超导线圈会达到超导温度，并保持超导状态。

现有技术中，通常使用的低温(或低温制冷)流体为液氦。在使用一段时间后，需要向容器内补充液氦，一般会使用液氦杜瓦瓶及输液管进行操作，将输液管一端通插入容器中，将输液管另一端插入液氦杜瓦瓶中，然后将液氦杜瓦瓶中的液氦压入容器中，完成补液操作。

补充液氦的操作过程需要特殊工装并由专门人员进行操作，由于液氦不易保存且较难获取，向一些偏远地区运送液氦极其困难，如果磁体内缺少液氦且长时间不能补液，可能会导致设备长时间不能使用。在向容器内加液氦前，一般需要将磁体降场(去磁)，加完液氦后再升场，此过程会损失大量液氦，并花费1～2天，费时费力，影响设备的正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超导磁体组件及磁共振成像系统，以解决现有技术中存在的向磁体补充液氦费时费力、成本高的技术问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种超导磁体组件，包括低温容器和设置于所述低温容器中的磁体，还包括：

液态氦，设置于所述低温容器中，所述磁体的部分或全部浸入所述液态氦，所述液态氦与所述磁体经过热交换至少部分变为气态氦；

冷头组件，位于所述低温容器的上端，所述冷头组件能够与所述低温容器内部进行热交换；

储气瓶，用于储存气态氦气；

气管接头，位于所述低温容器的上端，所述气管接头选择性地连通所述低温容器及所述储气瓶。

其中，所述冷头组件包括冷头腔和安装于所述冷头腔内的冷头，所述冷头腔的一端通过导液腔与所述低温容器连通，所述冷头被配置为对气态氦气冷凝和/或对液态氦降温。

其中，所述冷头腔与所述导液腔之间设置有隔层。

其中，所述冷头组件设置有多组，多个所述冷头腔与一个所述导液腔连通，每个所述冷头腔内设置一个所述冷头。

其中，所述导液腔倾斜向下延伸与所述低温容器连通。

其中，所述低温容器上设置有第一角塔，所述冷头腔开设于所述第一角塔上，所述导液腔开设于所述低温容器上。

其中，所述低温容器上设有注气口，所述气管接头设置于所述注气口处；所述注气口处设置有第二角塔，所述气管接头与所述第二角塔连接。

其中，所述低温容器包括外层容器和置于所述外层容器中的内层容器，所述内层容器具有容置腔，所述磁体位于所述容置腔中。

一种磁共振成像系统，包括：

低温容器，具有容纳空间；

磁体，设置于所述低温容器中，且所述磁体与所述低温容器的内表面具有间隙，所述间隙的部分充入气态冷却介质；

冷头组件，位于所述低温容器的上端，所述冷头组件包括冷头腔和安装于所述冷头腔内的冷头，所述冷头腔的一端通过导液腔与所述低温容器连通，所述冷头组件能够将所述气态冷却介质冷却为液态冷却介质，且所述液态冷却介质通过所述导液腔回流至所述低温容器。

其中，磁共振成像系统还包括：

储气瓶，用于储存气态冷却介质；

气管接头，位于所述低温容器的上端，所述气管接头选择性地连通所述低温容器及所述储气瓶。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的超导磁体组件，当需要补充液氦时，通过气管接头将储气瓶与低温容器连通，储气瓶中的气态氦气被输入低温容器中，由于冷头组件的作用，使得气态氦气液化变成液态氦，完成补充液氦的过程。结构简易，可全自动完成，对技术人员要求低，储气瓶便于获取与运输，在补充气态氦气时不需要将磁体降场，节约氦气及操作时间，降低维护成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的超导磁体组件补充气态氦气时的示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的超导磁体组件补充气态氦气时部分结构的示意图；

图3是图2中部分结构的示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的超导磁体组件补充气态氦气时的示意图；

图5是图4中A处的放大图；

图6是本实用新型实施例三提供的超导磁体组件补充气态氦气时的示意图。

图中：

11、外层容器；12、内层容器；121、容置腔；13、热辐射屏蔽层；14、压力传感器；

2、磁体；

31、冷头组件；32、第一角塔；

41、储气瓶；42、气管；43、电磁阀；

51、气管接头；52、第二角塔；53、阀门；

6、导液腔；

7、隔层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型实施例涉及一种超导磁体组件以及应用该超导磁体组件的磁共振系统。超导磁体组件可包括：

低温容器，具有容置腔；

磁体，设置于上述低温容器中，且磁体与低温容器的内表面具有间隙，该间隙的部分或全部充入气态冷却介质，气态冷却介质可以是氦气、氮气以及超极化气体等，其可通过外部通入低温容器内部；

冷头组件，位于低温容器的上端，冷头组件包括冷头腔和安装于冷头腔内的冷头，冷头腔的一端通过一导液腔与低温容器连通，冷头组件能够将气态冷却介质冷却为液态冷却介质，且液态冷却介质通过导液腔回流至低温容器内部。

可选地，应用该超导磁体组件的磁共振系统还可包括储气瓶，用于储存气态冷却介质。储气瓶可与低温容器选择性连通，例如当低温容器内部缺少冷却介质，需要对其进行补充时，储气瓶可与低温容器连通。以下举例说明本实用新型的实现方式。

实施例一

参见图1至图3，低温容器包括外层容器11和置于外层容器11中的内层容器12，外层容器11与内层容器12之间形成真空腔，真空腔内设置有热辐射屏蔽层13。通过使外层容器11和内层容器12之间的空间形成真空的方式，来减小由外界环境流入内层容器12内的热量。热辐射屏蔽层13的设置，用于降低外层容器11对内层容器12的辐射热量。

内层容器12具有容置腔121，磁体2位于容置腔121中。容置腔121中有一定数量的低温介质，使得磁体2保持超导状态，在本实施例中，低温介质为液态氦，液态氦设置于低温容器中，磁体2的部分或全部进入液态氦，液态氦与磁体2经过热交换至少部分变为气态氦。然而由于结构支撑、辐射、残余气体换热等因素，内层容器12仍然会承受一定的热量，所以液态氦会以蒸发的形式带出导入的热量，以维持约4.2K的低温。

冷头组件31位于低温容器的上端，冷头组件31能够与容置腔121内部进行热交换。冷头组件31的设置，能够阻止液态氦的蒸发。储气瓶41用于储存气态氦气，能够通过气管接头51与低温容器连通。气管接头51位于低温容器的上端，气管接头51选择性地连通低温容器及储气瓶41。具体地，储气瓶41 的出气口与气管42连接，气管42能够与气管接头51连接。

在本实施例中，气管接头51采用常规的快接气管接头，在常压下不会泄漏。在气管接头51与低温容器之间设置一阀门53，当充气态氦气时打开阀门53，充气态氦气完毕后关闭阀门53，以保证密封性。

当需要补充液氦时，通过气管接头51将储气瓶41与低温容器连通，储气瓶41中的气态氦气被输入低温容器中，由于冷头组件31的作用，使得气态氦气液化变成液态氦，完成补充液氦的过程。结构简易，可全自动完成，对技术人员要求低，储气瓶41便于获取与运输，在补充气态氦气时不需要将磁体2降场，节约氦气及操作时间，降低维护成本。

在储气瓶41的出气口处设置有电磁阀43，电磁阀43为常闭电磁阀，在低温容器内设置有压力传感器14，用于检测低温容器内的压力。压力传感器14与电磁阀43之间通讯连接，当低温容器内的压力降低到第一设定值时，电磁阀43 开启，向低温容器内部充入氦气，当压力升高导第二设定值后，电磁阀43自动关闭。其中，第一设定值与第二设定值可根据实际需要设置。压力传感器14与电磁阀43之间的通讯连接原理可参考现有技术。

在储气瓶41出厂时，其内部具有一定的压力，储气瓶41内部的压力远大于低温容器内的压力，使得气态氦气在压力差的作用下能够被输入进低温容器中。

冷头组件31包括冷头腔和安装于冷头腔内的冷头，冷头腔的一端通过导液腔6与低温容器中的容置腔121连通，冷头被配置为对容置腔121内的液态氦降温。当气态氦气输入容置腔121时，由于冷头的作用，气态氦气能够被冷凝为液态氦。

冷头一般包括两级，冷头的第一级通过导热元件(例如铜带)与热辐射屏蔽层13相连；冷头的第二级产生极低温度，可以将气态氦气冷凝为液态氦。此外，内层容器12内的液态氦蒸发后产生的气态氦气也能够被冷头冷凝，重新回流至内层容器12。第一级能达到50K的温度，甚至更低的温度；第二级能达到约4.2K 的温度。通过这种方式，磁体2达到“零蒸发”的状态。可选的，冷头可以为 GM制冷机的冷头，也可以为斯特林制冷机的冷头。本实施例中，制冷机(制冷装置)的其他部分未示出。

冷头腔包括连通的上部腔体和下部腔体，上部腔体的周向尺寸大于下部腔体的周向尺寸。冷头的第一级安装于上部腔体中，冷头的第二级安装于下部腔体中。

导液腔6倾斜向下延伸与低温容器中的容置腔121连通，便于气态氦气被冷凝后沿导液腔6流入容置腔121中。

低温容器的外层容器11上设置有第一角塔32，冷头腔开设于第一角塔32 上，导液腔6开设于低温容器上。具体地，导液腔6贯穿外层容器11与内层容器12并与容置腔121连通。导液腔6设置于外层容器11的上端，便于液体在重力的作用下向下流动。导液腔6与容置腔121的连通处设置成喇叭状，便于液体流出。

低温容器的外层容器11上设有注气口，注气口与内层容器12的容置腔121 连通，气管接头51设置于注气口处。当需要补充液氦时，将气管42与气管接头51连接，即可连通储气瓶41与容置腔121。在此对气管接头51的详细结构不作赘述，可参考现有技术。

注气口处设置有第二角塔52，气管接头51与第二角塔52连接。第二角塔 52的设置，使得气管接头51便于安装与拆卸。第二角塔52与第一角塔32分开设置，充分利用空间，为气管42与气管接头51的连接提供空间。

在本实施例中，内层容器12的中心处设置有中心孔，使得容置腔121为环形腔。相应地，外层容器11也具有环形腔，磁体2也呈环形。

实施例二

图4和图5示出了实施例二，其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例二与实施例一的区别点。区别之处在于，冷头腔与导液腔6之间设置有隔层7。使得冷头不直接与低温容器中的气态氦气接触，而是通过导热或者对流换热的方式将冷量传递至气态氦气，不仅能够对冷头提供保护，也避免了气态氦气泄漏。

在此对隔层7的材料不作限制，可根据实际需要选择。隔层7的材料选用高导热材料，一般为铜。

若冷头与隔层7接触，则冷头将冷量通过导热的方式传递至隔层7，隔层7 与低温容器中的气态氦气接触，进而将气态氦气液化。若冷头与隔层7间隔设置不接触，则冷头的冷量借助冷头腔内的换热介质通过对流换热的方式传递至隔层7，隔层7与低温容器中的气态氦气接触，进而将气态氦气液化。其中，冷头腔内的换热介质可以是氦气。

实施例三

图6示出了实施例三，其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例三与实施例一的区别点。区别之处在于，冷头组件31设置有多组，多个冷头腔与一个导液腔6连通，每个冷头腔内设置一个冷头。使用多组冷头组件31，提高液化效率。两个冷头腔与一个导液腔6连通，充分利用空间。

在本实施例中，冷头组件31设置有两组，两个冷头腔沿水平方向并排布置，冷头腔沿竖直方向延伸，冷头腔的下端与导液腔6连通。两个冷头腔与一个导液腔69连通，每个冷头腔内设置一个冷头。

在本实施例中，可以在冷头腔与导液腔6之间设置隔层7，在此不再赘述。

本实用新型实施例还提供一种磁共振成像系统，包括如上任一实施例中的超导磁体组件。当需要补充液氦时，不补充液态氦，而是补充气态氦气。将储气瓶41的出气口通过气管42与外层容器11上的气管接头51连接，将储气瓶 41中的气态氦气输入内层容器12的容置腔121内，由于冷头组件31的作用，使得气态氦气液化变成液态氦，完成补充液氦的过程。结构简易，可全自动完成，对技术人员要求低，储气瓶41便于获取与运输，在补充气态氦气时不需要将磁体2降场，节约氦气及操作时间，降低维护成本。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种超导磁体组件，包括低温容器和设置于所述低温容器中的磁体(2)，其特征在于，还包括：

液态氦，设置于所述低温容器中，所述磁体(2)的部分或全部浸入所述液态氦，所述液态氦与所述磁体(2)经过热交换至少部分变为气态氦；

冷头组件(31)，位于所述低温容器的上端，所述冷头组件(31)能够与所述低温容器内部进行热交换；

储气瓶(41)，用于储存气态氦气；

气管接头(51)，位于所述低温容器的上端，所述气管接头(51)选择性地连通所述低温容器及所述储气瓶(41)。

2.根据权利要求1所述的超导磁体组件，其特征在于，所述冷头组件(31)包括冷头腔和安装于所述冷头腔内的冷头，所述冷头腔的一端通过导液腔(6)与所述低温容器连通，所述冷头被配置为对气态氦气冷凝和/或对液态氦降温。

3.根据权利要求2所述的超导磁体组件，其特征在于，所述冷头腔与所述导液腔(6)之间设置有隔层(7)。

4.根据权利要求2所述的超导磁体组件，其特征在于，所述冷头组件(31)设置有多组，多个所述冷头腔与一个所述导液腔(6)连通，每个所述冷头腔内设置一个所述冷头。

5.根据权利要求2所述的超导磁体组件，其特征在于，所述导液腔(6)倾斜向下延伸与所述低温容器连通。

6.根据权利要求2所述的超导磁体组件，其特征在于，所述低温容器上设置有第一角塔(32)，所述冷头腔开设于所述第一角塔(32)上，所述导液腔(6)开设于所述低温容器上。

7.根据权利要求1所述的超导磁体组件，其特征在于，所述低温容器上设有注气口，所述气管接头(51)设置于所述注气口处；

所述注气口处设置有第二角塔(52)，所述气管接头(51)与所述第二角塔(52)连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的超导磁体组件，其特征在于，所述低温容器包括外层容器(11)和置于所述外层容器(11)中的内层容器(12)，所述内层容器(12)具有容置腔(121)，所述磁体(2)位于所述容置腔(121)中。

9.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括：

低温容器，具有容置腔(121)；

磁体(2)，设置于所述低温容器中，且所述磁体(2)与所述低温容器的内表面具有间隙，所述间隙的部分充入气态冷却介质；

冷头组件(31)，位于所述低温容器的上端，所述冷头组件(31)包括冷头腔和安装于所述冷头腔内的冷头，所述冷头腔的一端通过导液腔(6)与所述低温容器连通，所述冷头组件(31)能够将所述气态冷却介质冷却为液态冷却介质，且所述液态冷却介质通过所述导液腔(6)回流至所述低温容器。

10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其特征在于，还包括：

储气瓶(41)，用于储存气态冷却介质；

气管接头(51)，位于所述低温容器的上端，所述气管接头(51)选择性地连通所述低温容器及所述储气瓶(41)。

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