DE102008002904A1 - Mittels Wärmeübertragungsrohr gekühlte supraleitende Magnete mit keramischem Spulenkörper - Google Patents

Mittels Wärmeübertragungsrohr gekühlte supraleitende Magnete mit keramischem Spulenkörper Download PDF

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Paul S. Thompson
Anbo ZhangJiang Hi-Tech Park Wu
Minfeng Xu
Yan Zhao
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Abstract

Ein System und Verfahren für ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem (10) enthalten einen Spulenkörper (72), wenigstens einen Magneten (54), der um den Spulenkörper (72) herum positioniert und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfiguriert ist, wenigstens eine Gradientenspule (50) zum Manipulieren des von dem wenigstens eines Magneten (54) erzeugten Magnetfeldes mittels eines Gradientenfeldes, ein Wärmeübertragungsrohr (78), das thermisch mit dem Spulenkörper (72) verbunden ist und ein Kryokältemittel darin enthält. Das MR-Bildgebungssystem (10) enthält auch eine Kryokühler (80), der mit dem Wärmeübertragungsrohr (78) verbunden ist, um das Wärmeübertragungsrohr (78) und das Kryokältemittel (82) zu kühlen, wobei der Spulenkörper (72) aus einem wärmeleitenden Material besteht, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-System und insbesondere eine supraleitende Magnetanordnung in dem MRI-System und ein Herstellungsverfahen für die supraleitende Magnetanordnung.
  • MRI-Systeme nutzen supraleitende Magnete, um ein starkes, gleichmäßiges Magnetfeld zu erzeugen, in welchem ein Patient oder ein anderer Gegenstand platziert wird. Magnetgradientenspulen und Hochfrequenz-Sende/Empfangs-Spulen beeinflussen dann gyromagnetische Materialien in dem Gegenstand oder Patienten, um Signale hervorzurufen, die zur Erzeugung nutzbarer Bilder verwendet werden können. Weitere Systeme, welche derartige Spulen nutzen, beinhalten Spektroskopiesysteme, Magnetenergiespeichersysteme und supraleitende Generatoren.
  • Im Einsatz mit MRI ist ein supraleitender Magnet in einem Kryostat untergebracht, der einen Wärmeschild und einen Vakuumbehälter enthält, die den Magneten von der Umgebung während des Betriebs isolieren. Der supraleitende Magnet besitzt auch eine Spulenunterstützungsstruktur, um die Spule in einer kalten Masse und einem Heliumkühlbehälter zu unterstützen. Der Heliumbehälter ist ein in dem Vakuumbehälter zur thermischen Isolation angeordneter Druckbehälter und enthält typischerweise flüssiges Helium, um die Kühlung für den supraleitenden Magneten bereitzustellen, um eine Temperatur von etwa 4,2 Kelvin für den Supraleitungsbetrieb aufrechtzuerhalten.
  • Die Komponenten des Kryostat- und Heliumbehälter in einem MRI-System bestehen im Wesentlichen aus Metallen wie z. B. rostfreiem Stahl, Kohlenstoffstahl, Kupfer oder Aluminium. Wenn sie aus derartigen Metallen hergestellt sind, sind der Kryostat und der Heliumbehälter stabil genug, um den Vakuumkräften zu widerstehen; sie erzeugen jedoch Wirbelströme und ungewollte Feldverzerrungen in dem Bildgebungsvolumen, wenn sie einem Wechselfeld wie z. B. einem von den Gradientenspulen des MRI-Systems erzeugten Wechselfeld ausgesetzt werden. Wenn der Magnet in einer Wechselfeldumgebung betrieben wird, werden in diesen Metallkomponenten Wirbelströme induziert. Die Wirbelströme in dem Kryostaten und dem Heliumbehälter eines MRI-Systems erzeugen ungewollte Feldverzerrungen in dem Bildgebungsvolumen und beeinflussen die Bildqualität nachteilig. Die Wirbelstromerwärmung kann auch strukturelle oder thermische Probleme verursachen. D. h., die Wechselstromverluste addieren sich zu der Gesamtwärmebelastung hinzu und erhöhen die Kosten das Helium auf Tieftemperatur zu halten.
  • In dem Bemühen, die Auswirkung dieser Wirbelströme zu minimieren, verwenden viele herkömmliche MRI-Systeme ein abgeschirmtes Gradientensystem. Besser abgeschirmte Gradientenspulen können die magnetische Kopplung reduzieren; jedoch ist ein derartiges abgeschirmtes Gradientensystem ineffizient und erfordert hohen Strom und Leistung. Weitere Kompensationstechniken können ebenfalls dazu genutzt werden, um den Einfluss des induzierten Stroms und Änderungen des B0-Feldes zu reduzieren, können aber nicht vollständig das Problem beseitigen.
  • Somit besteht ein Bedarf, Feldeffektverluste aufgrund von Wirbelströmen zu reduzieren, die durch herkömmliche Krysotat- und Heliumbehälterkonfigurationen verursacht sind, und den Betrieb eines ungeschirmten Gradientensystems zu ermöglichen, das effizient arbeitet, ohne erhöhte Leistung und Strom zu erfordern.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung überwindet die vorstehend erwähnten Nachteile durch Bereitstellen einer supraleitenden Magnetanordnung zur Verwendung in einem MRI-System und eines Verfahren für dessen Herstellung, das die Ausbildung von Wirbelströmen reduziert. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung einer Magnetanordnung mit einem Thermo- und Kühlsystem gerichtet, das sehr kleine und vernachlässigbare Wirbelströme erzeugt, wenn es einem Wechselfeld ausgesetzt wird.
  • Daher enthält gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem einen Spulenkörper, wenigstens einen Magnet, der über dem Spulenkörper positioniert und konfiguriert ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenigstens eine Gradientenspule zum Manipulieren des von dem wenigstens einem Magnet erzeugten magnetischen Feldes mittels eines Gradientenfeldes, und ein Wärmeübertragungsrohr, das thermisch mit dem Spulenkörper verbunden ist und ein Kryokältemittel darin enthält. Das MR-Bildgebungssystem enthält auch einen mit dem Wärmeübertragungsrohr verbundenen Kryokühler, um das Wärmeübertragungsrohr und das Kryokältemittel zu kühlen, wobei der Spulenkörper aus einem wärmeleitenden Material besteht, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Magnetanordnung die Schritte der Herstellung einer Spule aus einem wärmeleitenden, elektrisch widerstandsbehafteten Materi al, in welchem Wirbelströme erheblich reduziert sind, die Positionierung eines supraleitenden Magneten um den Spulenkörper, und das thermische Verbinden eines Wärmeübertragungsrohres mit dem Spulenkörper, um eine Wärmelast aus diesem abzuführen. Das Verfahren beinhaltet auch die Schritte der Verbindung eines Kryokühlers mit dem Wärmeübertragungsrohr, um ein geschlossenes System auszubilden, und die Hinzufügung von Kryokältemittel zu dem geschlossenen System.
  • Gemäß noch einem Aspekt der Erfindung enthält eine supraleitende Magnetanordnung einen aus wärmeleitendem, elektrisch widerstandsbehaftetem Material bestehenden Spulenkörper, und wenigstens einen supraleitenden Magnet, der um den Spulenkörper gewickelt und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfiguriert ist. Das Kühlsystem des supraleitenden Magneten beinhaltet auch ein geschlossenes Kühlersystem, das thermisch mit dem Spulenkörper verbunden ist, wobei das geschlossene Kühlersystem auch ein thermisch mit dem Spulenkörper verbundenes Wärmeübertragungsrohr, einen mit dem Wärmeübertragungsrohr verbundenen Kryokühler und ein in dem Wärmeübertragungsrohr und dem Kryokühler enthaltenes Kryokältemittel aufweist.
  • Verschiedene weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Zeichnungen stellen eine bevorzugte Ausführungsform dar, die derzeit für die Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen wird.
  • In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine schematische Blockdarstellung eines MR-Bildgebungssystems.
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer Magnetanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 eine Seitenquerschnittsansicht der Magnetanordnung von 2.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 1 sind die Hauptkomponenten eines die vorliegende Erfindung verkörpernden bevorzugten Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-Systems 10 dargestellt. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12, welche eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 13, ein Steuerfeld 14 und einen Anzeigebildschirm 16 enthält, gesteuert. Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung mit einem getrennten Computersystem 20, das es einem Bediener ermöglicht, die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf dem Anzeigebildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, welche miteinander über eine Rückwandplatine 20a verbunden sind. Diese umfassen ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speichermodul 26, das im Fachgebiet als Frame-Puffer zum Speichern von Bilddaten-Arrays bekannt ist. Das Computersystem 20 ist mit einem Plattenspeicher 28 und einem Bandlaufwerk 30 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden und kommuniziert über eine schnelle serielle Verbindung 34 mit einer getrennten Systemsteuerung 32. Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, einen Lichtstift, Sprachsteuerung oder irgendeine andere ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung enthalten und kann für eine interaktive Geometrievorschrift verwendet werden.
  • Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die miteinander über eine Rückseitenplatine 32a verbunden sind. Diese umfassen ein CPU-Modul 36 und ein Impulsgeneratormodul 38, welches mit der Bedienerkonsole 12 über eine serielle Verbindung 40 verbunden ist. Über diese Verbindung 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle von dem Bediener, um die auszuführende Scansequenz anzuzeigen. Das Impulsgeneratormodul 38 betreibt die Systemkomponenten, dass sie die gewünschte Scansequenz ausführen und erzeugt Daten, welche den Zeittakt, die Stärke und Form der erzeugten HF-Impulse und den Zeittakt und die Länge des Datenerfassungsfensters anzeigen. Das Impulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um den Zeittakt und die Form der Gradientenimpulse, die während des Scans erzeugt werden, anzuzeigen. Das Impulsgeneratormodul 38 kann auch Patientendaten aus einer physiologischen Erfassungssteuerung 44 empfangen, das Signale von einer Anzahl unterschiedlicher Sensoren empfängt, die mit dem Patienten verbunden sind, wie z. B. EKG-Signale von Elektroden, die am Patienten angeschlossen sind. Und letztlich ist das Impulsgeneratormodul 38 mit einer Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, welche Signale aus verschiedenen Sensoren, die dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems zugeordnet sind, empfängt. Ebenfalls über die Scanraum-Schnittstelle 46 empfängt ein Patientenpositionierungssystem 48 Befehle, um den Patienten in die gewünschte Position für den Scan zu bewegen.
  • Die von dem Impulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenwellenformen werden an das Gradientenverstärkersystem 42 mit den Gx-, Gy- und Gz-Verstärkern angelegt. Jeder von den Gradientenverstärkern erregt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung, welche insgesamt mit 50 bezeichnet ist, um die Magnetfeldgradienten zu erzeugen, die zur räumlichen Codierung erfasster Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet Teil einer Magnetanordnung 52, welche einen polarisierenden Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56 umfasst. Ein Sender/Empfänger-Modul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, welche durch einen HF-Verstärker 60 verstärkt und in die HF-Spule 56 mittels eines Sende/Empfangs-Umschalters 62 gekoppelt werden. Die resultierenden Signale, die von dem in dem Patienten erregten Nuklei emittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 56 erfasst und über den Sende/Empfangs-Umschalter 62 an einen Vorverstärker 64 gekoppelt werden. Die verstärkten MR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt des Sender/Empfängers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende/Empfangs-Umschalter 62 wird durch ein Signal aus dem Impulsgeneratormodul 38 gesteuert, um elektrisch den HF-Verstärker 60 mit der Spule 56 während des Sendemodus zu verbinden und um den Vorverstärker 64 mit der Spule 56 während des Empfangsmodus zu verbinden.
  • Der Sende/Empfangs-Umschalter 62 kann auch eine getrennte HF-Spule (z. B. eine Oberflächenspule) zur Verwendung entweder im Sende- oder Empfangsmodus aktivieren.
  • Die von der HF-Spule 56 erfassten MR-Signale werden durch das Sender/Empfängermodul 58 digitalisiert und an ein Speichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scan ist vollständig, wenn ein Array von rohen k-Raum-Daten in dem Speichermodul 66 erfasst ist. Die rohen k-Raum-Daten werden in getrennten k-Raum-Daten-Arrays für das zu rekonstruierende Bild neu angeordnet, und jedes von diesen wird in einen Array-Prozessor 68 eingegeben, welcher so arbeitet, dass er die Daten in ein Array von Bilddaten Fourier-transformiert. Diese Bilddaten werden durch eine serielle Verbindung 34 zu dem Computersystem 20 transportiert, wo sie in einem Speicher wie z. B. einem Plattenspeicher 28 gespeichert werden. Als Reaktion auf aus der Bedienerkonsole 12 empfangene Befehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, wie z. B. in einem Bandlaufwerk 30, oder sie können von dem Bildprozessor 32 weiterverarbeitet werden, und an die Bedienerkonsole 12 geliefert und auf der Anzeigeeinrichtung 16 dargestellt werden.
  • Gemäß Darstellung in 2 ist der supraleitende Magnet 54 des MRI-Systems 10 Teil einer supraleitenden Magnetanordnung 70. Die supraleitende Magnetanordnung 70 enthält auch einen Spulenkörper 72 (d. h., eine Spule), um welchen der supraleitende Magnet 54 wenigstens teilweise gewickelt ist. In der dargestellten Ausführungsform liegt der supraleitende Magnet 54 in der Form von mehreren supraleitenden Spulen 73 vor, die an dem Spulenkörper 72 über ein wärmeleitendes Epoxid 74 befestigt und verklebt sind. Das wärmeleitende Epoxid 74 stellt eine Auflageunterstützung für die supraleitenden Spulen 73 bereit und verringert den Wärmewiderstand innerhalb der supraleitenden Spulen 73 und von den Spulen 73 zu dem Spulenkörper 72.
  • Der Spulenkörper 72 besteht aus einem wärmeleitenden Material, in dem Wirbelströme während des Betriebs der in 1 dargestellten Gradientenspulenanordnung 50 wesentlich reduziert sind. Das Material, aus dem der Spulenkörper 72 besteht, ist entweder ein nicht-metallisches Material oder ein isoliertes Metallfaserverbundstoffmaterial, das wärmeleitend und elektrisch widerstandsbehaftet ist. In einer Ausführungsform besteht der Spulenkörper 72 aus einem keramischen Material. Der keramische Spulenkörper 72 entzieht somit von dem supraleitenden Magneten 54 erzeugte Wärme aus den Magnetspulen 73, widersteht aber der Ausbildung von Wirbelströmen, wenn es den sich ändernden Wechselmagnetfeldern ausgesetzt wird, welche durch die in 1 dargestellte Gradientenspulenanordnung 50 erzeugt werden.
  • Ein geschlossenes Kühlersystem 76 ist ebenfalls in der supraleitenden Magnetanordnung 70 enthalten und steht mit dem Spulenkörper 72 in Wärmekontakt. Das geschlossene Kühlersystem 76 enthält ein Wärmeübertragungsrohr 78, das thermisch mit dem Spulenkörper 72 verbunden und verklebt ist. Das Wärmeübertragungsrohr 78 ist mit einem Kryokühler 80 verbunden, der zusammen mit dem Wärmeübertragungsrohr 78 das geschlossene Kühlersystem 76 ausbildet. In einer Ausführungsform kann Wärmeübertragungsrohr 78 aus einem Verbundstoff oder Kunststoffmaterial bestehen, in welchem Wirbelströme während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule erheblich reduziert sind. Gemäß 3 ist ein Tieftemperaturkühlmittel 82 (d. h., ein Kryokältemittel) ebenfalls in dem geschlossenen Kühlersystem 76 enthalten, um eine durch den supraleitenden Magneten 54 erzeugte Wärmelast aus dem Spulenkörper 72 an das geschlossene Kühlersystem 76 zu liefern. D. h., wenigstens ein Teil des Kryokältemittels 82 in dem geschlossenen Kühlersystem 76 ist in dem Wärmeübertragungsrohr 78 enthalten. Während des Betriebs des supraleitenden Magneten 54 wird von dem Magnet erzeugte Wärme an den Spulenkörper 72 übertragen und wird dann wiederum aufgrund der durch das Kryokältemittel 82 erzeugten niedrigeren Temperatur des Wärmeübertragungsrohres an das Wärmeübertragungsrohr 78 übertragen. Die Temperatur des Kryokältemittels 82 wird auf einen Siedepunkt angehoben, bei welchem das Kryokältemittel 82 in eine Gasphase übergeht. Das Kryokältemittel 82 strömt in der Gasphase nach oben aus dem Wärmeübertragungsrohr 78 und zu dem Kryokühler 80. Der Kryokühler 80 kühlt das gasförmige Kryokältemittel 82 und kondensiert das Kryokältemittel wieder in flüssige Form zurück. Die gekühlte Kryokältemittelflüssigkeit 82 strömt dann entlang dem Wärmeübertragungsrohr 78 zurück, um eine weitere Kühlung des Spulenkörpers 72 und des supraleitenden Magneten 54 zu schaffen. Auf diese Weise wird eine Wärmelast aus dem Spulenkörper 72 durch das Wärmeübertragungsrohr 78 und zu dem Kryokühler 80 über das dazwischen strömende Kryokältemittel 82 übertragen.
  • Der Kryokühler 80 ist so ausgelegt, dass er eine konstante Kühlrate oder Leistung bereitstellt, die größer als die von dem supraleitenden Magneten 54 und die an das geschlossene Kühlersystem 76 durch die Verbindung des Wärmeübertragungsrohres 78 zu dem Spulenkörper 72 erzeugte Wärmelast ist. Somit könnte in einem ungeregelten Falle der Kryokühler 80 in einem Umfang gekühlt werden, dass sich auf dem geschlossenen Kühlersystem 76 Eis bildet und dessen Leistung beeinflusst. Um die Erzeugung von Eis zu verhindern, und die Temperatur des Kryokühlers 80 zu regeln/thermisch auszugleichen, ist eine Heizvorrichtung 84 an dem Kryokühler 80 angebracht, um eine Minimaltemperatur in dem geschlossenen Kühlersystem 76 aufrechtzuerhalten. D. h., die Heizvorrichtung 84 arbeitet, um einen spezifizierten Temperaturbereich in dem geschlossenen Kühlersystem 76 aufrechtzuerhalten, die über einem Tripel-Punkt des in dem geschlossenen Kühlersystem 76 enthaltenen Kryokältemittels 82 liegt.
  • Das in dem geschlossenen Kühlersystem 76 enthaltene Kryokältemittel 82 kann in der Form eines beliebigen von einer bekannten Anzahl Kryokältemitteln vorliegen, die für die Kühlung von supraleitenden Magneten verwendet werden, und das speziell verwendete Kryokältemittel basiert auf dem gewünschten Betriebsbereich des Kryokältemittel, das für den ausgewählten supraleitenden Magneten in dem MR-Bildgebungssystem erforderlich ist. Beispielsweise kann Helium mit einem Temperaturbereich von 2 K bis 5 K für Supraleitermagnete aus NbTi und Nb3Sn verwendet werden. Wasserstoff mit einem Temperaturbereich von 14 K bis 30 K oder mehr und Neon mit einem Tempera turbereich von 24,6 K bis 44 K kann für Supraleitermagnete aus MgB2 oder BSCCO verwendet werden. Ferner kann auch Stickstoff für Supraleiter aus BSCCO und YBCO verwendet werden, wobei der Stickstoff einen Temperaturbereich von 63,1 K bis größer als 80 K aufweist.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann der supraleitende Magnet 54 aus einer Vielfalt supraleitender Materialien hergestellt werden. Im Wesentlichen kann das zum Erzeugen von Supraleitern verwendete Material auf der Basis der kritischen Temperaturen für einen Supraleitungsbetrieb als ein Tieftemperatursupraleiter (LTS) oder ein Hochtemperatursupraleiter (HTS) beschrieben werden. NbTi und Bb3Sn erfordern niedrige Temperaturen für ihren Supraleitungsbetrieb und werden als LTS beschrieben. BSCCO und YBCO können bei höheren Temperaturen arbeiten und werden deshalb als HTS beschrieben. Das vorstehend beschriebene MR-Bildgebungssystem 10, das das geschlossene Kühlersystem 76 der Magnetanordnung 70 enthält, ist insbesondere für einen supraleitenden Magneten geeignet, der aus einem HTS aufgebaut ist, da der Kryokühler 80 bei höherer Temperatur für eine Kaltmassenwärmelast einschließlich der statischen Wärmelast und der Wechselverluste eine größere Kühlkapazität besitzt. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass das vorstehend beschriebene MR-Bildgebungssystem 10, die Magnetanordnung 70 und das geschlossene Kühlersystem 76 ein aus einem LTS aufgebauten supraleitenden Magneten enthalten.
  • Daher enthält gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem einen Spulenkörper, wenigstens einen über dem Spulenkörper positionierten und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfigurierten Magneten, wenigstens eine Gradientenspule zum Manipulieren des von dem wenigstens ein Magneten erzeugten Magnetfeldes mittels eines Gradientenfeldes, und ein Wärmeübertragungsrohr, das mit dem Spulenkörper verbunden ist und ein Kryokältemittel darin enthält. Das MR-Bildgebungssystem enthält auch einen Kryokühler, der mit dem Wärmeübertragungsrohr verbunden ist, um das Wärmeübertragungsrohr und das Kryokältemittel zu kühlen, wobei der Spulenkörper aus einem wärmeleitenden Material besteht, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Magnetanordnung die Schritte der Herstellung einer Spule aus einem wärmeleitenden, elektrisch widerstandsbehafteten Material, in welchem Wirbelströme erheblich reduziert sind, die Positionierung eines supraleitenden Magneten um den Spulenkörper, und das thermische Verbinden eines Wärmeübertragungsrohres mit dem Spulenkörper, um eine Wärmelast aus diesem abzuführen. Das Verfahren beinhaltet auch die Schritte der Verbindung eines Kryokühlers mit dem Wärmeübertragungsrohr, um ein geschlossenes System auszubilden, und die Hinzufügung von Kryokältemittel zu dem geschlossenen System.
  • Gemäß noch einem Aspekt der Erfindung enthält eine supraleitende Magnetanordnung einen aus wärmeleitendem, elektrisch widerstandsbehaftetem Material bestehenden Spulenkörper, und wenigstens einen supraleitenden Magnet, der um den Spulenkörper gewickelt und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfiguriert ist. Das Kühlsystem des supraleitenden Magneten beinhaltet auch ein geschlossenes Kühlersystem, das thermisch mit dem Spulenkörper verbunden ist, wobei das geschlossene Kühlersystem auch ein thermisch mit dem Spulenkörper verbundenes Wärmeübertragungsrohr, einen mit dem Wärmeübertragungsrohr verbundenen Kryokühler und ein in dem Wärmeübertragungsrohr und dem Kryokühler enthaltenes Kryokältemittel aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Form der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, und es ist erkennbar, dass äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben diesen ausdrücklich dargestellten möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen.
  • Ein System und Verfahren für ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem 10 enthalten einen Spulenkörper 72, wenigstens einen Magneten 54, der um den Spulenkörper 72 herum positioniert und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfiguriert ist, wenigstens eine Gradientenspule 50 zum Manipulieren des von dem wenigstens ein Magneten 54 erzeugten Magnetfeldes mittels eines Gradientenfeldes, ein Wärmeübertragungsrohr 78, das thermisch mit dem Spulenkörper 72 verbunden ist und ein Kryokältemittel darin enthält. Das MR-Bildgebungssystem 10 enthält auch einen Kryokühler 80, der mit dem Wärmeübertragungsrohr 78 verbunden ist, um das Wärmeübertragungsrohr 78 und das Kryokältemittel 82 zu kühlen, wobei der Spulenkörper 72 aus einem wärmeleitenden Material besteht, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.
    • 10
    Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-System
    12
    Bedienerkonsole
    13
    Tastatur/Eingabevorrichtung
    14
    Steuerfeld
    16
    Anzeigebildschirm
    18
    Verbindung
    20
    Computersystem
    20a
    Rückseitenplatine
    22
    Bildprozessormodul
    24
    CPU-Modul
    26
    Speichermodul
    28
    Plattenspeicher
    30
    Bandlaufwerk
    32
    Systemsteuerung
    32a
    Rückseitenplatine
    34
    Schnelle serielle Verbindung
    36
    CPU-Modul
    38
    Impulsgeneratormodul
    40
    Serielle Verbindung
    42
    Gradientenverstärker
    44
    Physiologische Erfassungssteuerung
    46
    Scanraum-Schnittstellenschaltung
    48
    Patientenüberwachungssystem
    50
    Gradientenspulenanordnung
    52
    Magnetanordnung
    54
    Polarisierungsmagnet
    56
    Ganzkörper-HF-Spule
    58
    Sender/Empfänger-Modul
    60
    HF-Verstärker
    62
    Sende/Empfangs-Umschalter
    64
    Vorverstärker
    66
    Speichermodul
    68
    Array-Prozessor
    70
    Supraleitende Magnetanordnung
    72
    Spulenkörper
    73
    Supraleitende Spulen
    74
    wärmeleitendes Epoxid
    76
    geschlossenes Kühlersystem
    78
    Wärmeübertragungsrohr
    80
    Kryokühler
    82
    Kryokältemittel
    84
    Heizvorrichtung

Claims (10)

  1. Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem (10), aufweisend: einen Spulenkörper (72); wenigstens einen Magneten (54), der um den Spulenkörper (72) herum positioniert und zum Erzeugen eines Magnetfeldes konfiguriert ist; wenigstens eine Gradientenspule (50) zum Manipulieren des von dem wenigstens ein Magneten (54) erzeugten Magnetfeldes mittels eines Gradientenfeldes; ein Wärmeübertragungsrohr (78), das thermisch mit dem Spulenkörper (72) verbunden ist und ein Kryokältemittel darin enthält; einen Kryokühler (80), der mit dem Wärmeübertragungsrohr (78) verbunden ist, um das Wärmeübertragungsrohr (78) und das Kryokältemittel (82) zu kühlen; und wobei der Spulenkörper (72) aus einem wärmeleitenden Material besteht, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.
  2. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, welches ferner eine Heizvorrichtung (84) enthält, die an dem Kryokühler (80) angebracht ist, wobei die Heizvorrichtung (84) dafür konfiguriert ist, eine Temperatur des Kryokühlers (80) über einem Trippelpunkt des Kryokältemittels (82) zu halten.
  3. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Kryokältemittel (82) in einem geschlossenen Volumen enthalten ist, das von dem Wärmeübertragungsrohr (78) und dem Kryokühler (80) gebildet wird, um eine Wärmelast aus dem Spulenkörper (72) an den Kryokühler (80) zu übertragen.
  4. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (54) ferner mehrere supraleitende Spulen (73) aufweist, die um den Spulenkörper (72) gewickelt und daran befestigt sind.
  5. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 4, wobei die mehreren supraleitenden Spulen (73) thermisch mit dem Spulenkörper (72) über ein wärmeleitendes Epoxid (74) verbunden sind.
  6. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper (72) aus einem keramischen Material besteht.
  7. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungsrohr (78) thermisch mit dem Spulenkörper (72) verbunden ist.
  8. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Kryokältemittel (82) ferner eines von flüssigem Helium, flüssigem Wasserstoff, flüssigem Neon und flüssigem Stickstoff aufweist.
  9. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (54) einer aus einem Niedertemperatursupraleiter (LTS) und einem Hochtemperatursupraleiter (HTS) ist.
  10. MR-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungsrohr (70) aus einem Material ausgebildet ist, in welchem Wirbelströme erheblich während des Betriebs der wenigstens einen Gradientenspule reduziert sind.
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