[發明專利]一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統

在審

• 申請號: 202210945005.6
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115343664A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 張志;曹永輝;鮑慶嘉;劉朝陽;陳方;周欣;劉買利;王佳鑫;程鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34;F25D3/10;F25D17/02;F25D29/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，包括探頭套筒，探頭套筒一端端面內凹形成室溫腔，探頭筒體另一端與底座殼體密封連接，底座殼體與輸液套管密封連接，室溫腔上套設有射頻線圈支撐筒和梯度線圈支撐筒，射頻線圈支撐筒上固定有射頻線圈，梯度線圈支撐筒上固定有梯度線圈，杜瓦分別與液氮循環進管和液氮循環出管連接。本發明能夠有效提高接收信號的信噪比，在保證密封性的同時能夠保證較高的成像質量。

技術領域

本發明涉及核磁共振儀器技術領域，具體涉及一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，適用于核磁共振成像。

背景技術

在磁共振成像領域中，梯度線圈用于產生頻繁切換的梯度場，由于梯度線圈上存在大量的電流，會產生大量的熱。而梯度線圈需要對梯度場做頻繁切換，梯度線圈周圍的空間內會產生變化的磁場，這種變化的磁場會導致金屬內部產生渦流，也會產生大量的熱；此外，為提高探頭信噪比，我們需要對射頻線線圈進行低溫冷卻以求降低熱噪聲，提高靈敏度；因此我們需要同時對梯度線圈以及射頻線圈進行冷卻。由于密封結構的要求，沒有可以依賴的自然散熱和風冷散熱的客觀條件，需要考慮將梯度線圈封裝固定在導熱性能較好的非金屬材料中，利用循環的液氮環境來給線圈進行持續降溫，確保線圈處于低溫狀態下。

根據本發明的組成、結構、以及熱力學定律，冷卻梯度線圈需要按照以下熱交換公式進行計算：

其中，Q是換熱需要提供的理論冷量，α是常數一般取1.2，η為換熱效率，A是用來固定梯度線圈的梯度線圈支撐筒與杜瓦的接觸面積，K是經驗換熱系數一般取常數K＝350W/(m².k)，ΔT為梯度線圈和射頻線圈與冷極的平均溫差，D是液氮循環進管/液氮循環出管的內徑，L是用于傳輸液氮的冷鏈長度，考慮到設計余量，一般L會比實際長度長一些。根據熱力學公式可以計算出單位時間內液氮所需的傳輸量，以滿足熱交換所消耗的量。

綜上所述，需要設計一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，利用循環的冷卻劑帶走射頻電路產生的熱量。由于冷卻劑與環境溫差過大，為保證冷卻效率同時方便密封結構的設計，射頻線圈與梯度線圈同軸放置，通過與液氮杜瓦的接觸來降低線圈溫度，提高射頻線圈信噪比的同時，利用真空結構也能夠做到很好的熱隔絕，防止樣品被低溫破壞。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述問題，提供一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，梯度線圈和射頻線圈持續性工作時，可以及時帶走射頻線圈、梯度線圈、射頻信號放大器等產生的熱量，也能夠降低射頻線圈、梯度線圈和射頻信號放大器等器件的溫度來提高信噪比，本發明不僅能夠極大改進冷卻效果，各部件加工簡單且低廉。拆卸簡單，調試方便。

本發明的上述目的通過以下技術手段實現：

一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，包括探頭套筒，探頭套筒一端端面內凹形成室溫腔，探頭套筒另一端與底座殼體密封連接，底座殼體與輸液套管密封連接，射頻線圈支撐筒位于探頭套筒中且套設在室溫腔外部，梯度線圈支撐筒位于探頭套筒中且套設在射頻線圈支撐筒外部，射頻線圈支撐筒上固定有射頻線圈，梯度線圈支撐筒上固定有梯度線圈，射頻線圈支撐筒和梯度線圈支撐筒的同側的端部均固定在杜瓦外側，杜瓦分別與液氮循環進管一端和液氮循環出管一端連接，液氮循環進管另一端和液氮循環出管另一端分別與輸液套管的出液管和回流管連接。

如上所述探頭套筒內設置有多個冷卻銅盤，液氮循環進管依次貫穿各個冷卻銅盤且與冷卻銅盤連接，液氮循環出管依次貫穿各個冷卻銅盤且與冷卻銅盤連接。

一種磁共振成像探頭的低溫冷卻系統，還包括支撐銅管，支撐銅管依次貫穿各個冷卻銅盤且與冷卻銅盤連接。