[發明專利]用于超導電磁體系統的電傳導屏蔽

有效

• 申請號: 201210009487.0
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102590772A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: M.布盧門薩爾;M.J.M.克勒伊普
• 申請（專利權）人: 英國西門子公司
• 主分類號: G01R33/385
• 分類號: G01R33/385;G01R33/381
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐紅燕;盧江

本發明涉及磁共振成像（MRI）系統，其使用低溫冷卻超導磁體和有源梯度磁體線圈。特別地，本發明涉及這種MRI系統，其中通過對低溫致冷器的傳導冷卻來冷卻超導磁體，或者其中使用冷卻循環系統或者其他低致冷劑體積冷卻系統。然而，本發明還通常可以有用地應用于超導磁體，其通過部分沉浸在致冷劑浴中進行冷卻。

圖1示出了穿過適于通過應用本發明進行改進的MRI系統中的圓柱形超導磁體的部件的示意性軸向部分橫截面。圖示的結構基本上繞軸A-A旋轉地對稱。環形超導線圈10通過外殼層（crust?layer）14熱附著到冷卻環管道12。每個冷卻環管道14包括被布置為以循環方式將液體和/或氣體致冷劑運送到低溫致冷器的孔16，由此將線圈10維持在它們的超導轉變溫度以下的操作溫度上。在該示例中，循環致冷劑是氦。提供機械保持結構18以支撐磁體。如所示的，這典型地還通過冷卻環管道進行冷卻。超導磁體和其他冷卻部件被裝入外部真空室（OVC）20（其僅部分地在圖中呈現）內。OVC和熱輻射屏蔽連同未示出的相關聯的部件構成了用于將磁體保持在低溫溫度上的低溫保持器。

OVC處于環境溫度，并且可以在磁體和OVC之間提供一個或兩個熱輻射屏蔽22、24，以在來自OVC的熱輻射達到磁體之前攔截它們。在圖示的示例中，提供了兩個熱輻射屏蔽。外部熱輻射屏蔽24被冷卻到例如約77K的溫度。這可以通過使犧牲液氮致冷劑沸騰來進行冷卻，或者通過操作機械致冷器而實現的。典型地在約300K的溫度上的來自OVC的熱輻射由該外部熱輻射屏蔽攔截并且通過外部熱輻射屏蔽的冷卻而從系統去除。內部熱輻射屏蔽22由冷卻環管12冷卻到約4K。在圖示的布置中，這是通過從內部熱輻射屏蔽穿過屏蔽支撐結構26和機械保持結構18的熱傳導來實現的。

由于磁體自身是圓柱形的，因此與軸A-A對準的圓柱形孔30延伸穿過磁體系統，并且允許要求專利權的入口成像。典型地，成像區域呈現在孔的軸向中點處，基本上是球形的并且具有約40至50cm的直徑。

在OVC?20的孔內，定位梯度線圈組件32。如公知的，這種梯度線圈組件在成像區域的正交方向上提供振蕩磁場，如形成MRI圖像所需的那樣。這些振蕩場典型地在從1?Hz至4?kHz的頻率上操作。

在操作中，梯度線圈組件的振蕩磁場不僅延伸到成像區域，而且來自梯度線圈組件的雜散磁場到達OVC。

梯度線圈32的時變雜散磁場將在熱輻射屏蔽22、24中以及在磁體系統的超導線圈10中感應可感知的歐姆加熱效應。

典型地，來自梯度線圈組件的雜散時變磁場將直接地或間接地在低溫保持器的金屬部分中，特別在OVC?20的金屬孔管和熱屏蔽22、24中感應渦電流。如果OVC的結構是金屬的，則其將提供對超導線圈和熱輻射屏蔽22、24的屏蔽，抵御來自梯度線圈組件32的雜散磁場。然而，由于磁體線圈10產生的靜態背景磁場，由來自梯度線圈的時變磁場在OVC的材料中感應的渦電流產生了洛倫茲力，導致了OVC的機械振動。這些在磁體線圈10的靜態磁場中發生的振動將順次在OVC的材料中生成渦電流，這順次產生了次級雜散場。這些次級雜散場可能比梯度線圈產生的原始雜散場大得多。當OVC孔管的共振振動模式被激勵時，OVC的機械振動將特別強。相似地，可以生成第三級（tertiary）和另外的雜散場，有效地經過熱輻射屏蔽22、24與超導線圈直接交互。

如果OVC?20的孔管和熱屏蔽22、24的共振振動模式和頻率接近到一起，如目前的磁體系統中常見的，則孔管的行為如同緊密耦合的振蕩器的鏈，并且共振頻帶將出現。如上文討論的來自從機械振動的傳導表面感應的時變磁場的在超導磁體線圈中感應的渦電流構成了冷卻系統上的熱負載。該過度的熱負載可能導致線圈溫度上升，這可能導致超導線圈中的猝熄（quench）。即使對于通過部分沉浸在致冷劑中進行冷卻的磁體，熱負載將引起致冷劑消耗的增加和/或低溫致冷器消耗的功率的增加。

本發明的目的在于減小時變磁場向用在MRI成像中的超導磁體系統的磁體線圈10和低溫冷卻結構18、26、22的這種傳播。

本發明通過在磁體的孔中提供額外的電傳導屏蔽來解決該問題并且因此減小了在系統的其他部分中的功率耗散。

US7514928和US6707302描述了通過金屬管減小梯度感應的加熱效應，但是并未詳述約束或者部分約束該管的優點或其他方面。

盡管先前已嘗試為此目的提供額外的屏蔽，但是這些額外的管已機械剛性地附著到OVC和熱輻射屏蔽。本發明提供了一種電傳導屏蔽管，其通過確保管未被約束而從梯度線圈和OVC機械解耦，如所附權利要求中限定的那樣。