[發明專利]一種智能化磁共振全身成像超導磁體系統

有效

• 申請號: 201810001458.7
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108022711B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 王秋良;許建益
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;G01R33/3815
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠;胡玉章

一種智能化磁共振全身成像超導磁體系統，包括：真空容器，真空容器內的徑向內側空間設有主磁場超導線圈，真空容器內的徑向外側空間設有屏蔽磁場超導線圈，主磁場超導線圈與屏蔽磁場超導線圈之間的空置區域放置熱管儲氣罐；氦儲液盒，與儲液盒儲氣罐連通，同時通過氦自激振蕩熱管連接主磁場超導線圈或屏蔽磁場超導線圈，氦自激振蕩熱管還連通熱管儲氣罐；制冷機，其通過冷頭自動插拔組件固定于真空容器上；所述制冷機的一級冷頭與熱輻射屏組件緊密接觸，所述制冷機的二級冷頭與氦儲液盒緊密接觸。本發明克服了現有超導磁體系統冷卻性能不高，制冷機一旦停止工作后漏熱過大導致磁體快速失溫，以及超導磁體系統的維護復雜可靠性差的問題。

技術領域

本發明涉及一種用于磁共振全身成像領域的超導磁體系統，特別涉及智能化的超導磁共振系統。

背景技術

核磁共振成像(MRI)利用均勻磁場下原子核(如質子)的磁共振現象來對人體內不同組織及器官進行成像，從而實現醫學診斷等功能。磁共振成像的信噪比與磁場強度成正比，因此場強越高，磁共振成像的清晰度越好，更有利于醫生作出準確的診斷以及實現復雜的成像功能。目前國內外市場主流為1.5T磁共振成像系統，3T甚至更高磁場的成像系統具有更快的發展速度。

早期的永磁型磁共振成像系統磁場強度較低(一般小于0.7T)，已逐漸被淘汰；為了實現高場強磁共振成像，需要使用超導型磁共振成像系統，即使用超導磁體產生磁共振成像所需的強磁場。超導磁體可以產生強磁場，但是需要極低溫的工作條件以滿足超導體臨界溫度的要求(對商業磁共振成像超導磁體臨界溫度一般小于7K)，超過超導體這一臨界溫度，超導磁體便不能正常工作。

為了產生并維持超導磁體所需的極低溫工作條件，傳統的方法是將超導磁體浸泡在液氦(一個大氣壓下的沸點4.2K)制冷劑內，從而將磁體外部環境的熱輻射、磁體支撐部件的傳導漏熱以及及磁體接頭電阻等部分的歐姆熱從磁體內導走，以維持磁體正常運行所需的極低溫條件。然而，在使用液氦浸泡超導磁體過程中，會不斷的消耗液氦，從而需要定期為磁體補充液氦，操作過程十分繁瑣，需要專業人員維護；此外，液氦是一種稀缺資源，價格十分昂貴，而且其獲取受限于國外(主要為美國)，資源安全性無法保障。

為了克服液氦浸泡磁體過程中的液氦損耗，采用制冷機冷凝揮發的液氦并返回到磁體中，該技術得到越來越普遍的應用，尤其對液氦供給困難的地區有較大的需求。然而該技術仍然需要使用大量液氦作為制冷劑，在磁體發生失超以及勵磁及退磁過程中仍然會消耗大量液氦。

近十幾年來，人們發明了傳導冷卻技術用于給超導磁體制冷，然而傳統的傳導冷卻技術使用高純銅作為冷頭與磁體間的冷卻通道，但由于銅的熱導率不夠高，這僅能夠滿足小型超導磁體的冷卻需求，對于全身成像的磁共振超導磁體則很難保證磁體各部分達到均勻冷卻。為此，如西門子公司提出了采用熱虹吸管冷卻超導磁體的方法，該方法在超導線圈表面纏繞熱虹吸管，利用高熱導率及工質自循環的熱虹吸技術，將制冷機冷頭的冷量不斷的傳遞給超導磁體，從而維持磁體的極低溫條件，該方法只使用極少量的液氦作為熱虹吸管的工質從而實現為磁體均勻冷卻的目的；飛利浦公司也提出了使用管道冷卻超導磁體的方法，與其不同的是，飛利浦公司采用了使用額外低溫泵驅動管道工質，從而實現工質在磁體與制冷機冷頭間的管道內循環流動和冷量傳輸。然而，對于熱虹吸技術，其工質循環的動力源于重力，因此該技術應用受制于制冷機冷頭與磁體的相對位置；對于使用低溫泵的技術，由于需要額外電力驅動以及低溫泵需定期維護，該技術增加系統復雜度，存在一定的可靠性問題。因此，需要發明具有高性能和高可靠性的極低溫傳熱技術用于為全身成像超導磁體系統制冷。