[發明專利]用于在失超期間保護磁共振成像磁體的裝置和方法

有效

• 申請號: 201210070640.0
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102610351A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: Y·利沃夫斯基;W·沈;J-S·王
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00;H02H5/04;G01R33/3815
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

技術領域

本發明的實施例通常涉及用于磁共振成像(MRI)的超導磁體組件，以及更具體地，涉及使用外部傾卸電阻(dump?resistor)、在超導操作的失超情況下的超導磁組件的保護。

背景技術

眾所周知的，超導材料纏繞的磁體線圈在放置在相當冷的環境下能夠產生超導。例如，當裝入在低溫恒溫器或者類似的含有冷凍劑的壓力容器中時磁體線圈可以產生超導。低操作溫度能夠使磁體線圈的超導導線處于超導狀態，其中導線的電阻基本為0。電源可以在一定周期內連接到線圈，以提供通過線圈的斜坡上升或斜坡下降電流，并且由于線圈內電阻的缺乏，電流能夠在電源從線圈斷開后持續在其中流動。該恒定電流流經超導磁體而沒有明顯衰減的情況稱為操作的“持續”模式，其已經在多種領域廣泛應用，特別是MRI。

在典型的MRI磁體中，主超導磁體線圈裝入在冷凍劑壓力容器中，冷凍劑壓力容器自身容納在真空容器中。軸向成像孔形成在真空容器的中央，其中主磁體線圈在軸向成像孔的成像體積中產生強磁場。冷凍劑壓力容器內使用的普通冷凍劑是液態氦。在超導操作中，液態氦沸騰產生氦氣，其或者凝聚用于再循環或者排出到大氣中。

超導磁體組件中的主要關注在于超導操作的中斷，或者“失超”，這可能產生磁體內不期望的電壓和溫度。當能量擾動，例如磁體線圈的摩擦運動，加熱超導導線的一部分并且使超導導線的溫度上升到使導線失去其超導狀態的臨界水平之上時，則發生失超事件。該導線的受熱部分變得有電阻，并且加熱進一步升高了該導線部分的溫度并且傳播到鄰近區域，因此增加了普通部分的尺寸。隨后發生不可逆的失超，其中磁體的電磁能必須被快速傾卸或者轉化為熱能。

超導操作的突然失超能夠導致尖銳的溫度上升，這又能夠毀壞超導導線。此外，由于該尖銳的溫度上升所導致冷凍劑容器內分子密度的快速減少，降低了冷凍劑氣體適當地隔離周圍部件的能力，從而導致可能的電壓崩潰。而且，由于冷凍劑容器內溫度的上升，液態氦或者在冷凍劑容器內使用的其它冷凍劑快速變成氣態，并且該氣體(具有快速增加的壓力)必須從冷凍劑容器中排出，從而導致昂貴冷凍劑的大量損耗。該失超還導致MRI掃描器使用中的顯著停工時間，這是因為超導磁體必須在失超之后給予充足的時間進行重新冷卻和重新形成斜坡(re-ramp)。

有利地，在超導磁體的每次失超之后，磁體通常在性能上顯示出逐步改善。該現象(稱為“訓練”)使得磁體能夠在一系列的訓練失超之后習慣于基本上恒定的性能，從而磁體的最終失超電流明顯高于初始失超電流。因此，訓練失超是在MRI的超導磁體組件制造期間發生的常見現象。訓練磁體到操作電流以上從而降低磁體組件在場中的持續模式操作時發生失超的可能性。然而，這些訓練失超仍然包括不期望的昂貴冷凍劑的損耗、大量的系統停工時間、以及與傳統失超關聯的潛在部件損壞，如上所述。磁體設計參數的選擇，特別是磁體操作臨界電流的那部分，依賴于磁體穩定性和訓練失超的量。如果訓練失超的結果被消除或減少，將能夠實現更為靠近臨界電流操作、采用更少的超導體、以及具有更低的成本的更富進取性的磁體設計。

因此期望具有一種裝置和方法，其能夠為超導磁組件提供失超保護而不會損耗明顯量的冷凍劑，同時也不會花費大量的系統停工時間以允許磁體的重新冷卻。

發明內容

本發明的實施例提供一種超導磁體組件，包括：多個串聯連接的超導磁體線圈部分以在容器中形成線圈串聯電路從而提供磁場；耦接到多個超導磁體線圈部分的電源，以在操作的磁體斜坡模式期間向多個超導磁體線圈部分供給電力；以及設置在容器內并且耦接到多個超導磁體線圈部分的斜坡開關，其中該斜坡開關在操作的磁體斜坡模式期間斷開并且在操作的持續模式期間閉合。該超導磁體組件還包括設置在容器外部的傾卸電阻，其中該傾卸電阻通過斜坡開關而與多個超導磁體線圈部分是可連接的；以及耦接到至少一個超導磁體線圈部分和斜坡開關的控制器，其中該控制器配置成基于從至少一個超導磁體線圈部分探測的信號而探測失超發生情況，以及當探測到失超發生情況時斷開斜坡開關從而將磁能傾卸給傾卸電阻。