DE102012100171A1 - Magnetresonanzbildgebungssystem mit thermischem Speicher und Verfahren zum Kühlen - Google Patents

Abstract

Es ist ein Magnetresonanztomographie-(MRT)-System mit einem thermischen Speicher und ein Verfahren zum Kühlen vorgesehen. Ein Kühlbehälter (22) für ein Magnetsystem (20) des MRI-Systems beinhaltet einen ersten Teil (26), der ein Heliumkryogen enthält, das mit einer Vielzahl von Magnetspulen (50) eines MRT-Systems in Kontakt ist. Der Kühlbehälter weist auch einen zweiten Teil (24) auf, der von dem ersten Teil getrennt und fluidisch abgekoppelt ist, wobei der zweite Teil ein Material enthält, das anders als das Heliumkryogen ist, und ein größeres Volumen als der erste Teil hat.

Description

• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Der hier beschriebene Gegenstand betrifft allgemein kryogen gekühlte Magnetresonanztomographie-(MRT)-Systeme und insbesondere Systeme und Verfahren zum Kühlen der Magnetspulen der MRT-Systeme.
• In MRT-Systemen mit supraleitenden Spulen werden die Spulen, die die supraleitenden Magnete bilden, gewöhnlich unter Verwendung eines Heliumbehälters kryogen gekühlt. In diesen konventionellen MRT-Systemen werden die supraleitenden Spulen in einem Bad aus flüssigem Helium (He) gekühlt, so dass die Spulen im flüssigen He eingetaucht sind. Diese Kühlanordnung erfordert die Verwendung eines äußerst großen Hochdruckbehälters, der eine bedeutende Menge flüssiges He (z. B. 1500 bis 2000 l flüssiges He) enthält. Die sich daraus ergebende Konstruktion ist nicht nur kostspielig herzustellen, sondern auch schwer.
• Außerdem kann der Heliumbehälter in einigen Fällen nicht vollständig gefüllt werden, z. B. um Kosten zu sparen. In dieser Situation sind Teile der die Spulen des supraleitenden MRT-Magneten bildenden Drähte mit Gas anstelle des kühlenden flüssigen He in Kontakt. Dementsprechend steigt die Wahrscheinlichkeit von Instabilität und einem möglichen Quenchereignis. Während Quenchereignissen kann das flüssige He in diesen Systemen verdampfen, wobei das verdampfte Helium aus dem Kryogenbad, in dem die Magnetspulen eingetaucht sind, entweicht. Jedes Quench, gefolgt von einem Neufüllen und Wiederanfahren des Magneten, ist ein kostspieliges und Zeit raubendes Ereignis.
• In konventionellen MRT-Systemen wird daher eine beträchtliche Menge von flüssigem He benötigt. Diese große He-Menge wird nicht nur zum Füllen des großen Heliumbehälters benötigt, sondern nimmt auch mit jedem Nachfüllen zu.
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß einer Ausführungsform ist ein Kühlbehälter für ein Magnetresonanztomotographie-(MRT)-Magnetsystem vorgesehen. Der Kühlbehälter weist einen ersten Teil auf, der ein Heliumkryogen enthält, das mit einer Vielzahl von Magnetspulen eines MRT-Systems in Kontakt ist. Der Kühlbehälter weist auch einen zweiten Teil auf, der von dem ersten Teil getrennt und fluidisch abgekoppelt ist, wobei der zweite Teil ein Material enthält, das anders als das Heliumkryogen ist, und ein größeres Volumen als der erste Teil hat.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Magnetresonanztomographie-(MRT)-Magnetsystem vorgesehen, das eine Hauptmagnetwickelschablone aufweist, die Hauptmagnetspulen trägt, und eine sekundäre Wickelschablone, die Ausgleichspulen trägt. Das MRT-Magnetsystem weist auch einen geteilten Kühlbehälter mit physikalisch separaten Teilen auf, die jeweils ein anderes Kryogen enthalten und wobei die Hauptmagnetspulen und die Ausgleichspulen in einem der separaten Teile von dem Kryogen bedeckt sind.
• Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlbehälters für ein Magnetresonanztomographie-(MRT)-System vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Ausrichten einer Hauptmagnetwickelschablone und einer sekundären Wickelschablone in einer konzentrischen Anordnung, wobei die Wickelschablonen jeweils Magnetspulen haben. Das Verfahren weist auch das konzentrische Einsetzen einer geteilten Kühlungsanordnung zwischen der Hauptmagnetwickelschablone und der sekundären Wickelschablone auf. Die geteilte Kühlungsanordnung weist zwei separate Teile zum Aufnehmen eines Heliumkryogens und eines weiteren, anderen Kryogens auf, wobei der Teil zum Aufnehmen des Heliumkryogens kleiner als der Teil zum Aufnehmen des anderen Kryogens ist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Ankoppeln von Behälterflanschen an jedes Ende der konzentrisch ausgerichteten Wickelschablonen und der geteilten Kühlungsanordnung.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Magnetresonanztomographie-(MRT)-Magnetsystems, das einen geteilten Kühlbehälter darstellt, der gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
• 2 ist eine Darstellung, die eine gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildete, geteilte Kühlbehälteranordnung zeigt.
• 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer gemäß einer Ausführungsform ausgebildeten geteilten Kühlbehälteranordnung.
• 4 und 5 sind perspektivische Ansichten einer inneren Wickelschablone gemäß einer Ausführungsform.
• 6 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Wickelschablone gemäß einer Ausführungsform.
• 7 ist eine perspektivische Explosivdarstellung, die Wickelschablonen und eine Kühlungsanordnung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
• 8 und 9 sind perspektivische Ansichten der Wickelschablonen und der Kühlungsanordnung von 7 in konzentrischer Ausrichtung.
• 10 ist eine perspektivische Ansicht der Wickelschablonen und der Kühlungsanordnung gemäß 7 in konzentrischer Ausrichtung und einen Behälterflansch darstellend.
• 11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines MRT-Systems, in dem ein gemäß verschiedenen Ausführungsformen hergestellter geteilter Kühlbehälter implementiert sein kann.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die vorangehende Kurzdarstellung sowie die folgende ausführliche Beschreibung gewisser Ausführungsformen wird besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen gelesen wird. Insofern als die Figuren Diagramme der Funktionsblöcke verschiedener Ausführungsformen darstellen, zeigen die Funktionsblöcke nicht unbedingt die Trennung zwischen Hardware an. So kann bzw. können zum Beispiel ein oder mehrere Funktionsblöcke in einem einzelnen Stück Hardware oder in mehreren Hardwarestücken implementiert werden. Es versteht sich, dass die diversen Ausführungsformen nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Geräte begrenzt sind.
• In der hierin verwendeten Form ist ein in der Einzahl genanntes/r Element oder Schritt, dem das Wort ”ein/e” vorangestellt ist, nicht als die Mehrzahl der genannten Elemente oder Schritte ausschließend zu verstehen, es sei denn, ein derartiger Ausschluss wird ausdrücklich angegeben. Ferner dürfen Verweise auf „eine Ausführungsform” nicht als das Bestehen zusätzlicher Ausführungsformen, die ebenfalls die genannten Merkmale aufweisen, ausschließend ausgelegt werden. Des Weiteren können, sofern nicht ausdrücklich gegenteilig angegeben, Ausführungsformen, die ein oder mehrere Elemente mit einer besonderen Eigenschaft „aufweisen” oder „haben”, zusätzliche derartige Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht haben.
• Diverse Ausführungsformen sehen Systeme und Verfahren zum Kühlen eines Magnetresonanztomographie-(MRT)-Systems, insbesondere die Spulen des supraleitenden Magneten des MRT-Systems, vor. Durch Ausüben wenigstens einer Asuführungsform wird das zum Kühlen des Magneten verwendete Volumen von flüssigem Helium (He) verringert, z. B. von 1500–2000 Litern auf etwa 200 Liter, während das vollständige Untertauchen der Spulen des supraleitenden Magneten aufrecht erhalten wird (d. h. die Drähte der supraleitenden Magnetspulen sind von dem flüssigen He bedeckt).
• 1 and 2 zeigen Ausführungsformen einer Kühlanordnung für ein MRT-System, insbesondere zum Kühlen von Magneten des MRT-Systems mithilfe mehrerer Kryogene, die in separaten Teilen des Heliumbehälters bereitgestellt sind. Beispielsweise ist in verschiedenen Ausführungsformen ein geteilter Kühlbehälter vorgesehen, wobei jeder separate Teil ein anderes Kryogen oder Material beinhaltet. In einigen Ausführungsformen wird ein verringertes Flüssigkeitsvolumen (z. B. flüssiges He-4, auch als He I bezeichnet) verringert, wobei der übrige Raum im Kühlbehälter mit einem weiteren Kryogen gefüllt ist, zum Beispiel einem weniger kostspieligen flüssigen Stickstoff (LN₂).
• Speziell sind die 1 und 2 vereinfachte Blockdiagramme, die ein MRT-Magnetsystem 20 darstellen, das einen oder mehrere supraleitende Magneten beinhaltet. Es ist zu beachten, dass in den Figuren gleiche Bezugszeichen durchgehend jeweils die gleichen Teile darstellen. Das MRT-Magnetsystem 20 beinhaltet einen Behälter 22, der ein geteilter Behälter ist, der zwei verschiedene flüssige Kryogene wie z. B. flüssiges He und LN₂ fasst. In dieser Ausführungsform ist der Behälter 22 daher ein Kühl- oder Kryogenbehälter, der einen oder mehrere Teile 24a und 24b, die einen Kryogentyp enthalten, und einen Teil 26 (oder mehrere Teile) beinhaltet, der ein anderes Material, wie z. B. einen anderen Kryogentyp, enthält. Es ist zu beachten, dass die Teile 24a und 24b physikalisch separate Teile sein können oder aneinandergefügt sein können oder Teil desselben Teils bilden können, z. B. eines einzelnen Speichers, der in verschiedenen Ausführungsformen ein thermischem Speicher ist. In einigen Ausführungsformen sind die Teile 24a und 24b größer als der Teil 26. In einer Ausführungsform beinhalten die Teile 24a und 24b LN₂ und der Teil 26 enthält flüssiges He. Die Teile 24a und 24b definieren im Allgemeinen einen Speicher in dem Raum, der nicht Teil des Teils 26 ist. Zum Beispiel sind die Teile 24a und 24b in verschiedenen Ausführungsformen physikalisch von dem Teil 26a getrennt. Die Teile 24 und 26 definieren daher separate erste und zweite Kryogenregionen, die verschiedene Kryogene enthalten.
• Es ist zu beachten, dass die Teile 24a, 24b und 26 ein beliebiger Typ einer Kammer, einer Region, eines Behälters oder einer ähnlichen Konstruktion sein können, die Bereiche definieren, in denen sich ein Kryogen befindet. Die Teile 24a, 24b und 26 können Unterteilungen innerhalb des Behälters 22 sein oder Teile des Behälters 22 bilden, der ein Kryogendruckbehälter sein kann.
• Der Behälter 22 ist von einem Vakuumbehälter 28 umgeben und weist fakultativ einen Wärmeschild 30 in ihm und/oder zwischen ihnen auf. Der Wärmeschild 30 kann z. B. ein thermisch isolierender Strahlungsschirm sein. Ein Kühlkopf 32, der in verschiedenen Ausführungsformen ein Kryokühler ist, verläuft innerhalb einer Kühlkopfhülle 34 (z. B. ein Gehäuse) durch den Vakuumbehälter 28. Das kalte Ende des Kühlkopfs 32 kann somit in der Kühlkopfhülle 34 positioniert sein, ohne das Vakuum im Vakuumbehälter 28 zu beeinflussen. Der Kühlkopf 32 ist in die/der Kühlkopfhülle 34 eingesetzt (oder aufgenommen) und mit beliebigen geeigneten Mitteln, wie z. B. einem oder mehreren Flanschen und Schrauben oder anderen in der Technik bekannten Mitteln, in der Kühlkopfhülle 34 befestigt. Darüber hinaus ist außerhalb des Vakuumbehälters 28 ein Motor 36 des Kühlkopfs 32 vorgesehen.
• Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Kühlkopf 32 in verschiedenen Ausführungsformen einen Rekondensator 38 an einem unteren Ende der Kühlkopfhülle 34. Der Rekondensator 38 rekondensiert verdampftes Heliumgas aus dem Behälter 22. Der Rekondensator 38 ist auch über einen oder mehrere Durchgänge 40 mit dem Behälter 22 gekoppelt. Zum Beispiel können die Durchgänge 40 von dem Behälter 22 zum Rekondensator 38 bereitgestellt sein, um verdampftes Heliumgas aus dem Behälter 22 zum Rekondensator 38 zu transferieren, der dann am offenen Ende rekondensierte Heliumflüssigkeit zum Behälter 22 zurück transferieren kann. Auch kann ein Durchgang (nicht gezeigt) von dem Teil 26 (in 1 gezeigt) zu Kühlröhren (nicht gezeigt), die in thermischem Kontakt mit dem Teil 24 sind, vorgesehen sein.
• Ein Magnet 42, der in verschiedenen Ausführungsformen ein supraleitender Magnet ist, ist im Inneren des Behälters 22 bereitgestellt und wird während des Betriebs des MRT-Systems gesteuert, wie hierin noch ausführlicher besprochen wird, um MRT-Bilddaten zu erfassen. Außerdem kühlt während des Betriebs des MRT-Systems flüssiges Kryogen im Behälter 22 des MRT-Magnetsystems 20 den supraleitenden Magneten 42, der als eine Spulenanordnung konfiguriert sein kann, wie beispielsweise mit verschiedenen Spulen wie z. B. Hauptmagnetspulen 42a und Ausgleich-/Schirmspulen 42b (wie in 1 gezeigt) bekannt ist. Der supraleitende Magnet 42 kann z. B. auf eine supraleitende Temperatur wie z. B. 4,2 Kelvin (K) gekühlt werden. Das Kühlverfahren kann das Rekondensieren des verdampften He-Gases zu Flüssigkeit durch den Rekondensator 38 und das Zurückführen zum Behälter 22 beinhalten sowie das Kühlen des verdampften He durch den thermischen Speicher, der von dem/den Teil(en) 24 gebildet wird, wie z. B. durch Hindurchführen durch einen oder mehrere Gasdurchgängen (nicht gezeigt), die den Teil 26 mit Kühlröhren verbinden, die sich in thermischem Kontakt mit dem Teil 24 befinden. Der thermische Speicher ermöglicht auch das Kühlen des Magneten 42 während des Transports.
• Eine Ausführungsform des Behälters 22 ist in 3 gezeigt, die ein vereinfachtes Blockdiagramm des Behälters 22 ist. Der Behälter 22 ist ein Flüssigkryogenkühlbehälter, der als Mehrkryogenkühlbehälter ausgestaltet ist. Der Behälter 22 beinhaltet den Teil 24, der als in sich abgeschlossener thermischer Speicher konfiguriert ist. Der Teil 24 ist mit einem Material mit hoher Wärmekapazität, das in einer Ausführungsform LN₂ ist, gefüllt (was teilweise oder vollständig gefüllt sein kann). In dieser Ausführungsform ist der Stickstoff (N₂) in einem festen Zustand, wenn das MRT-Magnetsystem 20 hochgefahren wurde und bei einer supraleitenden Temperatur von 4,2 K betrieben wird. Im festen Zustand hat der N₂ eine hohe Wärmekapazität (siedet bei etwa 77 K bei atmosphärischem Druck), was während des Verdampfens des flüssigen He im Teil 26 nützlich sein kann.
• Der Bereich oder Raum im Behälter 22, der nicht Teil von Teil 26 bildet, wird von dem/den Teil(en) 24 definiert, das/die mit einem anderen Kryogen gefüllt ist/sind, das in dieser Ausführungsform flüssiger N₂ ist. Wenn der Teil 24 von verschiedenen Abschnitten definiert wird, bilden in verschiedenen Ausführungsformen alle Abschnitte in dem Teil 24 einen kontinuierlichen Bereich durch den ganzen Behälter 22. Wie zu sehen ist, ist in dieser Ausführungsform der von dem Teil 26 definierte Bereich bedeutend kleiner als der von dem/den Teil(en) 24 definierte. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform das He-Volumen in dem/den Teil(en) 26 um das Zehnfache verringert (im Vergleich dazu, wenn der gesamte Behälter 22 mit He gefüllt ist).
• In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet der Behälter 22 eine oder mehrere Spulen, die den Magneten 42 bilden. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Spulen 50 auf einer Wickelschablone (z. B. Hauptmagnetwickelschablone) getragen und gehalten werden und eine Vielzahl von Spulen 52 kann auf einer Wickelschablone 56 (z. B. sekundäre Wickelschablone) getragen und gehalten werden. Die Wickelschablonen 54 und 56 können beliebige geeignete Wickelschablonen sein, die Spulen für einen supraleitenden Magneten tragen und halten können. In einer Ausführungsform sind die Spulen 50 Hauptmagnetspulen und die Spulen 52 sind Ausgleich- oder Schirmspulen. Die Anzahl und Positionierung der Spulen 50 und 52 kann nach Wunsch oder Bedarf variiert werden.
• Die Spulen 50 und 52 sind in flüssiges He eingetaucht, das in dem/den Teil(en) 26 enthalten ist, das ein reduziertes Volumen ist, wie oben beschrieben. Zum Beispiel beinhalten die Teile 26 einen größeren Bereich, der von Teil 26a zwischen den Teilen 24 definiert wird, kleinere Zwischenräume, die von den Regionen 26b und 26c um die Wickelschablone 54 angeordnet sind, und zusätzliche kleinere Zwischenräume, die von den Regionen 26d und 26e um die Wickelschablone 56 definiert sind, die sich am Umfang erstreckend um die Wickelschablonen 54 und 56 verlaufen.
• Es ist zu beachten, dass die die Teile 24 bildende, nämlich den thermischen Speicher definierende Konstruktion eine oder mehrere Stützwände 58 aufweist. Die Stützwände 58 definieren eine Grenze (z. B. unterteilen den Raum in dem Behälter 22 physikalisch) für den thermischen Speicher und können aus einem beliebigen geeigneten Metall (z. B. Stahl) oder einem Verbundwerkstoff mit einer dünnen Metallbeschichtung hergestellt sein. In dieser Ausführungsform ist der Behälterflansch 60 aus einer dünneren Konstruktion hergestellt, die (zumindest teilweise) von den Stützwänden 58 getragen wird. Beispielsweise ist der Behälterflansch 60 in einer Ausführungsform aus einem Metall (z. B. Stahl) mit einer Dicke zwischen etwa 10 mm und etwa 20 mm hergestellt.
• Der von den Teilen 24 definierte thermische Speicher kann fakultativ eine Zusatzkühlung aufweisen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Zusatzkühlung eine Vielzahl von Kühlröhren 62, die mit dem Teil 24, z. B. den Stützwänden 58, in Kontakt sind. Die Kühlröhren 62 können in dem Teil 24 an den Stützwänden 58 entlang befestigt sein, so dass die Kühlröhren 62 sich im Kryogen in dem Teil 24 befinden. Die Kühlröhren 62 stehen über einen oder mehrere Durchgänge 64 mit dem Teil 26 in Fluidkommunikation. Dementsprechend kann im Betrieb verdampftes He aus dem Teil 26 in den Kühlröhren 62 zirkulieren, das von dem Kryogen im Teil 24 gekühlt wird. Die Kühlröhren 62 können jede beliebige Gestalt und Größe haben und aus jedem beliebigen geeigneten Material (z. B. Kupfer) hergestellt sein.
• Eine Konfiguration des Behälters 22 wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die 4 bis 10 beschrieben, wobei auch ein Montageverfahren zum Herstellen des Behälters 22 allgemein veranschaulicht wird. Es ist zu beachten, dass die in den 4 bis 10 gezeigten Ansichten einen Abschnitt im Schnitt beinhalten, der das Innere der Konstruktionen zeigt.
• Speziell zeigt 4 die Wickelschablone 54, die als eine innere Wickelschablone (Hauptmagnetwickelschablone) konfiguriert ist, auf der die Spulen 50 (Hauptmagnetspulen) getragen werden. Wie in 5 gezeigt, kann die Wickelschablone 54 mit einer dünnen Schicht 70 versehen sein, wie z. B. einer dünnen Metallschicht, um die Wärmeleitfähigkeit der Wickelschablone 54 zu erhöhen. In dieser Ausführungsform und wie in 6 gezeigt ist die Wickelschablone 56 als eine äußere Wickelschablone (Ausgleichwickelschablone) gestaltet, auf der die Spulen 52 (Ausgleichspulen) getragen werden. Wie in 7 gezeigt, sind die Wickelschablonen 54 und 56 daher einen Raum 72 (z. b. einen Zwischenraum) zwischen sich definierend zylindrisch und konzentrisch aufeinander ausgerichtet. Die Wickelschablonen 54 und 56 sind so bereitgestellt, dass der Raum 72 eine Region zum Aufnehmen einer Kühlanordnung 74 (z. B. einer geteilten Kühlanordnung) in ihr definiert, die die Teile 24 und 26 beinhaltet. Wie zu sehen ist, definieren die Stützwände 58 einen thermischen Speicher 76 zwischen sich, der mit einem Kryogen gefüllt ist, das in verschiedenen Ausführungsformen LN₂ ist. Es ist zu beachten, dass 7 eine Explosivdarstellung zeigt.
• Die Kühlanordnung 74 beinhaltet eine oder mehrere Verbindungen 78 zwischen den Stützwänden 58. Die Verbindungen 78 sind als Bügelkonstruktion konfiguriert, die die Anordnung stützt, sowie als die konzentrische Ausrichtung der Wickelschablonen 54 und 56. Die Verbindungen 78 können in verschiedenen Gestalten und Größen hergestellt sein, so dass ein Durchgang 80, z. B. eine Öffnung, zwischen der Außen- und der Innenseite des Speichers 76 gebildet wird, während der in sich abgeschlossene Bereich des Speichers 76 erhalten bleibt. Die Verbindungen 78 bilden Teil des Teils 26 (in 3 als 26a dargestellt), das eine der Kryogenregionen definiert.
• In einem Montageverfahren wird bei den aufeinander ausgerichteten Wickelschablonen 54 und 56 die Kühlanordnung 74 in den Raum 72 eingesetzt, wie in 8 gezeigt. Wie zu sehen ist, wird, wenn die Kühlanordnung 74 in dem Raum positioniert ist, ein weiterer Bereich in dem Teil 26c definiert, der Fluidkontakt mit den Spulen 50 bereitstellt. Zum Beispiel bedeckt flüssiges He die Spulen 50, so dass die Spulen 50 vollkommen von dem flüssigen He bedeckt und in ihm untergetaucht sind. Die Verbindungen 78 lassen flüssiges He auch von dem Teil 26c zum Teil 26e strömen.
• Eine äußere Schale 82 ist an den Außenumfang der Wickelschablone 56 gekoppelt, wie in 9 gezeigt wird, um den Teil 26d zu definieren, in dem sich ebenfalls flüssiges He befindet. In einer Ausführungsform beinhaltet das Montageverfahren das Koppeln des oberen und unteren Endes der aufeinander ausgerichteten Bauteile, z. b. durch Anschweißen des Behälterflansches 60 an das obere und das untere Ende der konzentrisch ausgerichteten Bauteile, um dadurch die Teile 24 und 26 zu definieren, die die Mehrkryogenbehälterkonstruktion bilden.
• Es ist zu beachten, dass die hierin beschriebene Konfiguration und Montage lediglich veranschaulichend ist. Andere Konfigurationen und Montageverfahren können vorgesehen werden. Zum Beispiel kann die Reihenfolge der Positionierung und Ausrichtung der verschiedenen Teile geändert werden. Außerdem werden die verschiedenen Ausführungsformen zwar besondere Kryogene verwendend beschrieben, es können aber auch andere Kryogene und Kryogenmengen vorgesehen werden.
• So wird ein Mehrkryogenbehälter für einen MRT-Magneten bereitgestellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine verringerte Menge von flüssigem He verwendet werden, so dass ein reduziertes He-Volumen die Spulen noch kühlen kann, das in Kombination mit einem weiteren Kryogen wie z. B. LN₂ bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel erhält beim Transport des MRT-Systems, wie z. B. vom Werk zu einem Krankenhaus, die kombinierte Kühlwirkung der Kryogene die gekühlten Spulen. In verschiedenen Ausführungsformen kann z. B. eine Durchfahrdauer, wenn das MRT-System abgeschaltet ist, länger als 50 Stunden sein. Darüber hinaus kann der thermische Speicher, der das größere Volumen im Behälter ist, mit einem kostengünstigeren oder billigeren Kryogen (z. B. LN₂) als das die Spulen des MRT-Magneten bedeckende Kryogen (z. B. flüssiges He) gefüllt werden.
• Es ist zu beachten, dass zwar einige Ausführungsformen in Verbindung mit supraleitenden Magneten für MTR-Systeme beschrieben sind, die verschiedenen Ausführungsformen aber in Verbindung mit jedem beliebigen Systemtyp implementiert werden können, der supraleitende Magneten hat. Die supraleitenden Magnete können in anderen Typen von medizinischen Bildgebungsvorrichtungen sowie in nichtmedizinischen Bildgebungsvorrichtungen implementiert sein.
• Die verschiedenen Ausführungsformen können daher in Verbindung mit verschiedenen Typen von supraleitenden Spulen implementiert werden, wie z. B. supraleitenden Spulen für ein MRT-System. Zum Beispiel können die verschiedenen Ausführungsformen mit supraleitenden Spulen zur Verwendung mit dem in 11 gezeigten MRT-System 100 implementiert werden. Es ist zu beachten, dass das System 100 zwar als ein Bildgebungssystem mit einer einzelnen Modalität dargestellt ist, die verschiedenen Ausführungsformen aber in oder mit Bildgebungssystemen mit mehreren Modalitäten implementiert werden können. Das System 100 ist als ein MRT-Bildgebungssystem dargestellt und kann mit verschiedenen Typen medizinischer Bildgebungssysteme kombiniert werden, wie z. B. einem Computertomographie-(CT), einem Positronen-Emissions-Tomographie-(PET), einem Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie-(SPECT) sowie einem Ultraschallsystem oder einem anderen System, das Bilder, insbesondere von Menschen, erzeugen kann. Darüber hinaus sind die verschiedenen Ausführungsformen nicht auf medizinische Bildgebungssysteme zur Darstellung menschlicher Motive begrenzt, sondern können auch veterinär- oder nichtmedizinische Systeme zur Darstellung nichtmenschlicher Objekte, Gepäck usw. beinhalten.
• Das MRT-System 100, Bezug nehmend auf 11, beinhaltet im Allgemeinen einen Bildgebungsteil 102 und einen Verarbeitungsteil 104, der einen Prozessor oder einen anderen Computer oder Controller beinhalten kann. Das MRT-System 100 beinhaltet in einem Gantry 106 einen supraleitenden Magneten 42, der aus Spulen hergestellt ist, die auf einer Magnetwicklungsträgerkonstruktion gelagert sein können. Der Behälter 22 (der ein Mehrkryogenbehälter wie hierin beschrieben ist) umgibt den supraleitenden Magneten 42 und ist z. B. mit flüssigem He und LN₂ gefüllt, wie hierin ausführlicher beschrieben wird.
• Die Außenfläche des Behälters 22 und die Innenfläche des supraleitenden Magneten 42 umgebend ist Wärmedämmung 112 bereitgestellt. Im Inneren des supraleitenden Magneten 42 ist eine Vielzahl von magnetischen Gradientenspulen 114 bereitgestellt und in der Vielzahl von magnetischen Gradientenspulen 14 ist eine HF-Sendespule 116 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen kann die HF-Sendespule 116 durch eine Sende- und Empfangsspule ersetzt sein. Die Bauteile in dem Gantry 106 bilden im Allgemeinen den bildgebenden Teil 102. Es ist zu beachten, dass der supraleitende Magnet 42 zwar eine zylindrische Form hat, aber auch andere Magnetformen verwendet werden können.
• Der Verarbeitungsteil 104 beinhaltet im Allgemeinen einen Controller 118, eine Hauptmagnetfeldsteuerung 120, eine Gradientenfeldsteuerung 122, einen Datenspeicher 124, ein Anzeigegerät 126, einen Sende-Empfangs-(T-R)-Schalter 128, einen HF-Sender 130 und einen Empfänger 132.
• Im Betrieb wird ein Körper eines Gegenstands, wie z. B. ein Patient oder eine abzubildende Darstellung, auf einer geeigneten Unterlage, z. B. einem Patiententisch, in der Röhre 134 positioniert. Der supraleitende Magnet 46 erzeugt ein einheitliches und statisches Hauptmagnetfeld B_o über die ganze Röhre 134. Die Stärke des elektromagnetischen Felds in der Röhre 134 und dementsprechend im Patienten wird über die Hauptmagnetfeldsteuerung 120 vom Controller 118 gesteuert, der auch eine Erregerstromzuführung zum supraleitenden Magneten 42 regelt.
• Die magnetischen Gradientenspulen 114, zu denen ein oder mehrere Gradientenspulenelemente zählen, sind so bereitgestellt, dass ein magnetischer Gradient auf das Magnetfeld B_o in der Röhre 134 innerhalb des supraleitenden Magneten 42 in einer oder mehr von drei orthogonalen Richtungen x, y und z ausgeübt werden kann. Die magnetischen Gradientenspulen 114 werden von der Gradientenfeldsteuerung 122 erregt und werden auch vom Controller 118 gesteuert.
• Die HF-Sendespule 116, die eine Vielzahl von Spulen beinhalten kann, ist zum Senden magnetischer Pulse und/oder fakultativ zum gleichzeitigen Erfassen von MR-Signalen von dem Patienten angeordnet, wenn auch Empfangsspulenelemente bereitgestellt sind, wie z. B. eine als HF-Empfangsspule konfigurierte Oberflächenspule. Die HF-Empfangsspule kann von jedem beliebigen Typ oder jeder beliebigen Konfiguration sein, z. B. eine separate Empfangsoberflächenspule. Die Empfangsoberflächenspule kann eine Anordnung von in der HF-Sendespule 116 angeordneten HF-Spulen sein.
• Die HF-Sendespule 116 und die Empfangsoberflächenspule sind durch den T-R-Schalter 128 wahlweise mit dem HF-Sender 130 bzw. dem Empfänger 132 verbunden. Der HF-Sender 130 und der T-R-Schalter 128 werden vom Controller 118 so gesteuert, dass vom HF-Sender 130 HF-Feldimpulse oder -Signale erzeugt werden und zur Erregung magnetischer Resonanz im Patienten selektiv an den Patienten angelegt werden. Während die HF-Erregerpulse an den Patienten angelegt werden, wird auch der T-R-Schalter 128 betätigt, um die Empfangsoberflächenspule vom Empfänger 132 abzuschalten.
• Nach dem Anlegen der HF-Pulse wird der T-R-Schalter 128 erneut betätigt, um die HF-Sendespule 116 vom HF-Sender 130 zu trennen und die Empfangsoberflächenspule mit dem Empfänger 132 zu verbinden. Die Empfangsoberflächenspule funktioniert zum Erkennen oder Erfassen der HF-Signale, die sich aus den erregten Kernen im Patienten ergeben, und teilt die MR-Signale dem Empfänger 132 mit. Diese erkannten MR-Signale werden wiederum dem Controller 118 mitgeteilt. Der Controller 118 beinhaltet z. B. einen Prozessor (z. B. Bildrekonstruktionsprozessor), der die Verarbeitung der MR-Signale steuert, um Signale zu erzeugen, die für ein Bild des Patienten repräsentativ sind.
• Die für das Bild repräsentativen verarbeiteten Signale werden auch an das Anzeigegerät 126 übertragen, um eine visuelle Anzeige des Bilds zu geben. Speziell füllen oder bilden die MR-Signale einen k-Raum, der zum Erhalten eines anzeigefähigen Bilds fouriertransformiert wird. Die für das Bild repräsentativen verarbeiteten Signale werden dann zum Anzeigegerät 126 übertragen.
• Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung dienen soll. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte derselben) in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können Änderungen vorgenommen werden, um eine) besondere(s) Situation oder Material an die Lehre der verschiedenen Ausführungsformen anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Abmessungen und Materialtypen, die hierin beschrieben werden, sind zur Definition der Parametern der verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen, sie sind aber in keiner Weise begrenzend und lediglich beispielhaft. Der Fachpersonen werden bei der Betrachtung der obigen Beschreibung viele weitere Ausführungsformen einfallen. Der Umfang der Ausführungsformen ist daher mit Bezug auf die beiliegenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, zu bestimmen. In den beiliegenden Ansprüchen werden die Begriffe „beinhalten” und „in der/dem/denen” als einfache Äquivalente der Begriffe „aufweisend” bzw. „wobei” verwendet. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erste”, „zweite” und „dritte” usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und es ist nicht vorgesehen, dass sie ihren Objekten numerische Anforderungen auferlegen. Ferner sind die Begrenzungen der folgenden Ansprüche nicht im Mittel-für-eine-Funktion-Format geschrieben und dürfen nicht auf der Basis von 35 USC § 112, sechster Absatz, ausgelegt werden, sofern derartige Anspruchsbegrenzungen nicht und bis sie den Ausdruck „Mittel für” gefolgt von einer Funktionsaussage ohne weitere Struktur verwenden.
• Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der verschiedenen Ausführungsformen, einschließlich der besten Art der Ausführung der Erfindung, und auch, um einer Fachperson die Ausübung der verschiedenen Ausführungsformen zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der verschiedenen Ausführungsformen wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die der Fachperson einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.
• Es ist ein Magnetresonanztomographie-(MRT)-System mit einem thermischen Speicher und ein Verfahren zum Kühlen vorgesehen. Ein Kühlbehälter 22 für ein Magnetsystem des MRI-Systems beinhaltet einen ersten Teil 26, der ein Heliumkryogen enthält, das mit einer Vielzahl von Magnetspulen 50 eines MRT-Systems in Kontakt ist. Der Kühlbehälter weist auch einen zweiten Teil 24 auf, der von dem ersten Teil getrennt und fluidisch abgekoppelt ist, wobei der zweite Teil ein Material enthält, das anders als das Heliumkryogen ist, und ein größeres Volumen als der erste Teil hat.
• Bezugszeichenliste

20

MRT-Magnetsystem

22

Behälter

24

Teile

26

Teil

28

Vakuumbehälter

30

Wärmeschild

32

Kühlkopf

34

Kühlkopfhülle

36

Motor

38

Rekondensator

40

Durchgänge

42

Magnet

46

Magnet

50

Spulen

52

Spulen

54

Wickelschablonen

56

Wickelschablonen

58

Stützwände

60

Behälterflansch

62

Kühlröhren

64

Durchgänge

70

Innere Schicht

72

Raum

74

Kühlanordnung

76

Speicher

78

Verbindungen

80

Durchgang

82

Äußere Schale

100

MRI-System

102

Bildgebungsteil

104

Verarbeitungsteil

106

Gantry

112

Wärmedämmung

114

Magnetische Gradientenspulen

116

HF-Sendespule

118

Controller

120

Hauptmagnetfeldsteuerung

122

Gradientenfeldsteuerung

124

Datenspeicher

126

Anzeigegerät

128

T-R-Schalter

130

HF-Sender

132

Empfänger

134

Röhre

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• 35 USC § 112 [0050]

Claims (10)

1. Kühlbehälter (22) für ein Magnetresonanztomotographie-(MRT)-Magnetsystem (20), wobei der Kühlbehälter Folgendes aufweist: einen ersten Teil (26), der ein Heliumkryogen enthält, das mit einer Vielzahl von Magnetspulen (50) eines MRT-Systems in Kontakt ist, und einen zweiten Teil (24), der von dem ersten Teil getrennt und fluidisch abgekoppelt ist, wobei der zweite Teil ein Material enthält, das anders als das Heliumkryogen ist, und ein größeres Volumen als der erste Teil hat.
2. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, wobei der zweite Teil (24) einen flüssigen Stickstoff enthaltenden thermischen Speicher definiert.
3. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, wobei das Material in dem zweiten Teil eine höhere Wärmekapazität als das Heliumkryogen in dem ersten Teil hat.
4. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Kühlröhren (62), die mit dem ersten Teil (26) in Fluidverbindung und mit dem zweiten Teil (24) in thermischem Kontakt sind.
5. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zylindrische innere Wickelschablone (54) und eine zylindrische äußere Wickelschablone (56), die konzentrisch aufeinander ausgerichtet sind, wobei die Wickelschablonen die Vielzahl von Magnetspulen (50) tragen und wobei die ersten und zweiten Teile als eine zwischen die Wickelschablonen eingesetzte Kühlanordnung (74) konfiguriert sind.
6. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 5, wobei die Kühlanordnung (74) eine oder mehrere Verbindungen (78) aufweist, die die Fluidkommunikation zwischen den Magnetspulen (50, 52) der inneren und der äußeren Wickelschablone (54, 56) bereitstellen.
7. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 6, wobei die eine oder mehreren Verbindungen (78) eine Bügelkonstruktion umfassen, die zum Stützen der Position der inneren und der äußeren Wickelschablone (54, 56) konfiguriert ist.
8. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 6, wobei die eine oder mehreren Verbindungen (78) ferner einen Fluiddurchgang (80) innerhalb eines der Teile (26, 24) und zwischen den Hauptmagnetspulen (50) und den Ausgleichspulen (52) definieren.
9. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, wobei das Material in dem zweiten Teil ein Kryogen in fester Form bei einer supraleitenden Temperatur ist.
10. Kühlbehälter (22) nach Anspruch 1, wobei der zweite Teil (24) Stickstoff enthält und als ein thermischer Speicher konfiguriert ist und der Stickstoff während des Betriebs des MRI-Magnetsystems in einem festen Zustand ist.

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