能够快速地进行场斜变的磁共振成像系统技术方案

提供了用于使超导磁体的磁场快速斜变的系统和方法，所述超导磁体诸如适用于磁共振成像系统的超导磁体。通过改变超导磁体中的电流密度同时监测和控制超导磁体的温度以保持在转变温度以下，可以使磁场迅速地斜升或斜降。超导开关用于在所连接的电路中连接超导磁体和电源。然后调节由电源产生的电流，以增加或减小超导磁体中的电流密度，以便以受控的方式分别使磁场强度斜升和斜降。基于超导磁体的操作参数和由电源产生的电流来确定和优化磁场强度改变的斜变速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能够快速地进行场斜变的磁共振成像系统专利技术背景本专利技术的领域是用于磁共振成像(“MRI”)的系统和方法。更具体地，本专利技术涉及用于MRI的系统和方法，其中MRI扫描仪的磁场可以根据需要快速地斜升和斜降。MRI系统通常利用两种类型的磁体组件中的一种来产生用于成像的强主磁场。一种类型使用永磁体产生主磁场。这种类型的系统不太受欢迎，因为利用这种系统可以实现的磁场强度有限。此外，这些系统倾向于非常沉重，并且对温度波动非常敏感。永磁体也不能关闭，因此没有办法去除磁场。第二类型的MRI系统使用超导电磁体来产生主磁场。使用超导磁体允许高电流密度通过电磁体的导体而没有功率耗散，这进而使得能够实现高磁场强度。对于要超导的磁体，磁体线圈必须被冷却到极低的温度(例如，约4K)。用于将超导磁体线圈冷却到这种低温的一种方法是通过将导体浸入液氦浴中来进行。因为液体致冷剂(例如，液氦)的高成本，所以这些超导系统趋于非常昂贵。此外，不容易快速地打开或关闭由这些系统产生的磁场。例如，为了快速关闭磁场，通常需要加热导电磁体线圈，使得它们产生可以耗散其存储的能量的电阻。该电阻产生热量，这使得提供冷却的液体致冷剂转化为快速膨胀的气体。液态制冷剂的这种蒸发去除了系统的冷却能力，并且因此去除了由磁体线圈产生的磁场。但是，该磁场不能重新生成，直到液体制冷剂被更换并且磁体线圈被冷却回到超导温度，该过程通常涉及数日和可观的费用。或者，可以非常缓慢地去除或添加电流到超导磁体系统，而不引起足够的加热以使液体制冷剂蒸发。在这些情况下，完全添加或去除电流需要很多个小时，以这种方式快速打开或关闭磁场是不可行的。出于安全原因，MRI扫描仪能够将磁场快速关闭将是有益的。例如，被强磁场吸引的大金属物体是与这些装置相关联的主要风险之一。传统的超导磁体已经实施了一种在紧急情况下通过以上述方式对磁体“淬火”来快速关闭磁场的机构，其中所有液体低温制冷剂非常快速地蒸发。然而，对磁体淬火需要在重新建立磁场之前进行的耗时且昂贵的液体致冷剂的更换。使MRI系统的磁场快速斜升和斜降而没有损失和更换昂贵液体致冷剂这些昂贵花费的能力对于介入和移动成像应用将是非常有用的。在这些情况下，使MRI系统的磁场斜降是有利的，这样其可以被安全地存储(例如，在手术套间中)或被运输，同时允许根据需要快速地(例如，在几分钟内)斜升磁场供使用。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于使由超导磁体(例如，适于在磁共振成像(“MRI”)系统中使用的超导磁体)产生的磁场快速地斜升和斜降的系统和方法来克服上述缺点。因此，本专利技术的一个方面是提供一种用于使与机械制冷机热接触的超导磁体的磁场斜变(ramping)的控制系统。该控制系统通常包括超导开关，该超导开关选择性地将超导磁体连接到电源，并且具有打开状态和关闭状态。当处于关闭状态时，超导开关在所连接的电路中连接超导磁体和电源。控制系统还包括控制器，该控制器被编程为通过选择限定至少一个斜变速率的斜变函数来将由超导磁体产生的磁场从当前磁场强度斜变到目标磁场强度；将由电源产生的电流设置为初始电流值；激活超导开关到其关闭位置，从而在所连接的电路中连接超导磁体和电源；根据所选择的斜变函数调节由电源产生的电流；以及当达到目标磁场强度时，将超导开关激活到其打开位置，从而将超导磁体和电源从所连接的电路断开，并且将超导磁体置于闭合电路中。本专利技术的另一方面是提供一种用于控制超导磁体的斜降或斜升的方法。该方法包括监测指示产生具有当前磁场强度的磁场的超导磁体的当前状态的至少一个操作参数值，以及基于所述至少一个操作参数值确定斜变函数。然后将指令提供给控制器，以通过选择性地激活超导开关以在所连接的电路中将超导磁体连接到电源，来基于所述至少一个操作参数值来使由超导磁体产生的磁场斜变。当在所连接的电路中时，根据确定的斜变函数调节由电源产生的电流，以将由超导磁体产生的磁场从当前磁场强度调节到目标磁场强度。本专利技术的另一方面是提供一种MRI系统，其磁场可以快速地斜降和斜升。MRI系统通常包括磁体线圈、电源、超导开关、机械制冷机和控制器。磁体线圈产生磁场并且由超导材料构成。超导开关选择性地将磁体线圈连接到电源，并且具有打开状态和关闭状态。当处于关闭状态时，超导开关在所连接的电路中连接磁体线圈和电源。机械制冷机与磁体线圈热接触，并且可操作以降低磁体线圈的温度并且保持磁体线圈的温度在超导材料的转变温度以下。控制器被编程为通过选择限定至少一个斜变速率的斜变函数来将由磁体线圈产生的磁场从当前磁场强度斜变到目标磁场强度；将由电源产生的电流设置为初始电流值；激活超导开关到其关闭位置，从而在所连接的电路中连接磁体线圈和电源；根据所选择的斜变函数调节由电源产生的电流；以及当达到目标磁场强度时，将超导开关激活到其打开位置，从而所述磁体线圈和电源从所连接的电路断开，并且将磁体线圈置于闭合电路中。本专利技术的前述和其它方面和优点将从以下描述中显现。在描述中，参考形成说明书的一部分的附图，在附图中通过图解说明示出了本专利技术的优选实施例。然而，这样的实施例不一定代表本专利技术的全部范围，因此，参考权利要求和本文来解释本专利技术的范围。附图说明图1是能够进行快速磁场斜变的示例磁共振成像(“MRI”)系统的框图。图2是阐述用于控制MRI系统(例如，图1的MRI系统)以使MRI系统的磁场强度快速斜变的示例方法的步骤的流程图。图3是包括第一斜变周期和第二斜变周期的示例斜变函数，在第一斜变周期期间，超导磁体的温度增加到低于阈值温度的温度，在第二斜变周期期间，超导磁体的温度下降，并且其中限定第二斜变周期的一个或多个斜变速率比限定第一斜变周期的一个或多个斜变速率更缓慢。图4是另一示例斜变函数，其包括第一斜变周期和第二斜变周期，在第一斜变周期期间，超导磁体的温度增加到低于阈值温度的温度，在第二斜变周期期间，超导磁体的温度根据基于温度的导数来调节的平滑变化的斜变速率而下降。具体实施方式这里描述了用于在包括由机械制冷机冷却的超导磁体的磁共振成像(“MRI”)系统中进行快速磁场斜变的系统和方法。最近，已经在超导体和超导磁体设计方面取得了进展，其目的在于减少实现和保持超导性能所需的昂贵的液体致冷剂的量。这些进展包括开发高温超导体，高温超导体是在高于4K的温度下变得超导的导体。目前，合理的高温超导体可在10K下操作；但是一些材料可以在高达30K的温度下表现出超导性能。此外，近来提出了关于使用制冷机通过热接触来冷却磁体线圈导体的无致冷剂磁体设计。这里描述的系统和方法基于使用其中主磁场可以在短时间内打开和关闭的传统或高温超导体的机械超导磁体设计。例如，可以以与在MRI系统中准备一个对象成像所花费的典型时间量(例如，大约10-15分钟)相当的时间量来打开和关闭磁场。这里描述的MRI系统使用与超导磁体中的导体热接触的机械制冷机来将它们冷却至接近4K的温度。这里，热接触可以包括直接或间接接触，热能可以通过热接触被传递或传导。用于磁体设计的超导材料优选地在高达接近10K的温度下维持超导性能。在所描述的系统中，可以通过将电源引入到电路(例如，通过超导开关)中来以快速方式增加或消除来自磁线圈的导电绕组的电流密度。将该电流供应给磁体线圈会将热量引入系统中，所述热量可以使用机械制冷机的热冷却能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使与机械制冷机热接触的超导磁体的磁场斜变的控制系统，包括：超导开关，其将超导磁体选择性地连接到电源并且具有打开状态和关闭状态，其中当处于关闭状态时，所述超导开关在被连接的电路中连接所述超导磁体和所述电源；控制器，其被编程为通过以下操作将由所述超导磁体产生的磁场从当前磁场强度斜变到目标磁场强度：(i)选择限定至少一个斜变速率的斜变函数；(ii)将由所述电源产生的电流设置为初始电流值；(iii)将所述超导开关激活到其关闭位置，从而在所述被连接的电路中连接所述超导磁体和所述电源；(iv)根据所选择的斜变函数调节由所述电源产生的电流；以及(v)当达到所述目标磁场强度时，将所述超导开关激活到其打开位置，从而将所述超导磁体和所述电源从所述被连接的电路断开，并且将所述超导磁体置于闭合电路中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使与机械制冷机热接触的超导磁体的磁场斜变的控制系统，包括：超导开关，其将超导磁体选择性地连接到电源并且具有打开状态和关闭状态，其中当处于关闭状态时，所述超导开关在被连接的电路中连接所述超导磁体和所述电源；控制器，其被编程为通过以下操作将由所述超导磁体产生的磁场从当前磁场强度斜变到目标磁场强度：(i)选择限定至少一个斜变速率的斜变函数；(ii)将由所述电源产生的电流设置为初始电流值；(iii)将所述超导开关激活到其关闭位置，从而在所述被连接的电路中连接所述超导磁体和所述电源；(iv)根据所选择的斜变函数调节由所述电源产生的电流；以及(v)当达到所述目标磁场强度时，将所述超导开关激活到其打开位置，从而将所述超导磁体和所述电源从所述被连接的电路断开，并且将所述超导磁体置于闭合电路中。2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述初始电流值为零，并且当所述电源处于所述被连接的电路中时，调节由所述电源产生的所述电流包括增加由所述电源产生的所述电流。3.如权利要求1所述的控制系统，其中所述初始电流值大致类似于所述超导磁体中的预期电流，并且当所述电源处于所述被连接电路中时，调节由所述电源产生的电流包括减小由所述电源产生的所述电流。4.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器被编程为接收指示所述超导磁体的当前状态的至少一个操作参数值，并且基于所述至少一个操作参数值和所述目标磁场强度选择所述斜变函数。5.如权利要求4所述的控制系统，其中所述至少一个操作参数值是所述超导磁体的温度或由所述超导磁体产生的磁场的当前磁场强度。6.如权利要求5所述的控制系统，还包括与所述超导磁体热接触的温度监测器，以便测量所述超导磁体的温度。7.如权利要求5所述的控制系统，其中所述控制器被编程为选择所述斜变函数，以使达到所述目标磁场强度所需的时间最小或使得在所述目标磁场下所述超导磁体的温度大致类似于在持久模式下所述超导磁体的平衡温度中的至少一种。8.如权利要求7所述的控制系统，其中所述斜变函数包括第一斜变周期和第二斜变周期，在所述第一斜变周期期间，所述超导磁体的温度根据初始斜坡速率增加，在所述第二斜变周期期间，所述超导磁体的温度根据比所述初始斜变速率缓慢的至少一个斜变速率下降。9.一种用于控制超导磁体的斜降或斜升的方法，所述方法的步骤包括：(i)监测指示超导磁体的当前状态的至少一个操作参数值，所述超导磁体产生具有当前磁场强度的磁场；(ii)基于所述至少一个操作参数值确定斜变函数；(iii)向控制器提供指令，以通过选择性地激活超导开关以将所述超导磁体连接到被连接的电路中的电源，来基于所述至少一个操作参数值使由所述超导磁体产生的磁场斜变；并且其中当在所述被连接的电路中时，根据所确定的斜变函数调节由所述电源产生的电流，以将由所述超导磁体产生的所述磁场从所述当前磁场强度调节到目标磁场强度。10.如权利要求9所述的方法，其中所述至少一个操作参数值是所述超导磁体的温度或所述当前磁场强度中的至少一个。11.如权利要求10所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰夫·斯坦斯比，查德·哈里斯，亚历山大·潘瑟，卡梅伦·普列昂，
申请(专利权)人：圣纳普医疗巴巴多斯公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯,BB