当冷却用于磁共振成像（MRI）装置中的超导磁体时，两级冷低温冷却器（42）利用第一级冷却器（52）来将工作气体（例如，氦、氢，等等）冷却至大约25K。工作气体利用对流通过导管系统移动，直到磁体（20）为大约25K。一旦磁体（20）达到25K，气流就停止，并且第二级冷却器（54）将磁体（20）进一步冷却至大约4K。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请具体地用于将超导体冷却至其临界温度以下的冷却过程和系统中，例如超导磁共振成像或波谱磁体(spectroscopy magnet)。然而,应当理解所描述的技术也可以应用在其它类型的医疗系统、其它冷却系统和/或其它冷却应用中。
技术介绍
用于冷却超导MRI磁体的常规冷却系统利用填充有液态低温流体(例如，液态氦等)的昂贵且占据相当大的空间的大杜瓦瓶。在最初冷却期间，通常利用第一级冷却器将氦气和磁体冷却到大约25开尔文(K)。第二级冷却器将氦从25K冷却至其4. 2K的冷凝温度。 一旦温度达到25K以下，较暖的25K第一级就从第二级热断开。在大约25K的温度附近，有效的热切换可能不方便且复杂。本领域对促进热切换用于MRI磁体的两级再生低温冷却系统的第一级的系统和方法的需要有待满足。
技术实现思路
根据一个方面，一种促进第一与第二冷却级之间无源切换以冷却超导体的低温冷却系统包括第一级冷却器、热耦合至所述第一级冷却器的第一热交换器、第二级冷却器以及热耦合至所述第二级冷却器第二热交换器。所述系统还包括下流导管和上流导管，较稠的冷却气体通过所述下流导管从所述第一热交换器向下流至所述第二热交换器，当所述第二热交换器比所述第一热交换器更暖时，较稀较暖的气体通过所述上流导管从所述第一热交换器向上流至所述第二热交换器。另外，所述系统包括热耦合至所述第二热交换器的超导体。根据另一方面，一种将超导体冷却至超导温度的方法包括通过使用第一级冷却器来将工作气体冷却至第一级温度；允许冷却的工作气体从第一热交换器向下流至第二热交换器，所述第二热交换器与所述超导体热接触并且从所述超导体吸收热量；以及允许变暖的工作气体从所述第二热交换器向上流至所述第一热交换器。所述方法还包括从所述变暖的工作气体耗散热量，并且将所述工作气体重新冷却至所述第一级温度；以及一旦所述第二热交换器大约达到所述第一级温度，就利用热耦合至所述超导体的第二级冷却器来将所述超导体冷却至超导温度。根据再一方面，一种用于将超导磁体冷却至操作温度的设备包括用于将工作气体冷却至大约25K的模块；以及用于使所述工作气体循环并且通过对流从所述超导磁体带走热量直到所述超导磁体大约为25K的模块。所述设备还包括用于将所述超导磁体从大约25K冷却至大约4K并且在操作期间将所述超导磁体保持在大约4K的模块。一个优点是切换操作是无源的，并且不需要机械或运动部分。另一优点是使在大约4开尔文(K)时低温冷却器第一级与磁体之间的热隔离最大化。再一优点在于在全部温度范围内的高压、稠密的气体操作。本领域技术人员通过阅读并理解以下详细描述将会领会本主题的新专利技术的进一步的优点。附图说明附图的目的仅在于说明各个方面，而不应解释为构成限制。图I示出了包括两级低温冷却系统的磁共振(MR)系统，该磁共振系统以局部截面的形式示出，以图解地揭示所选的内部部件。图2示出了根据此处描述的各个实施例的具有管形热开关的两级低温冷却系统。图3示出了根据此处描述的一个或多个方面的用于无源地调节热开关的工艺流程，该热开关用于控制两级低温冷却器的操作，以便将MRI磁体从室温冷却至大约4K。具体实施例方式在这里公开了通过使用具有管形热开关的两级低温冷却器来将MRI磁体或其它超导体冷却至诸如大约4K的其超导温度的系统和方法，该管形热开关在所选温度(例如，大约25K)时无源地热断开系统的第一级并激活系统的第二级。参考图1，磁共振(MR)系统包括MR扫描器10，MR扫描器10包括通常为圆柱形或环形的外壳12，该外壳12在图I中以局部截面的形式示出，以图解地揭示所选的内部部件。外壳12限定了与外壳12的圆柱形或环形轴16同轴的空腔14。对象容纳在空腔14中，以便成像。由螺线管形导电绕组所限定的热屏蔽的主磁体20产生静磁场(Btl),该静磁场(Btl)的场方向至少在空腔14的检查区域内大体上平行于圆柱形或环形轴。主磁体20的绕组是超导的；诸如由包含氦气或其它工作气体(例如，热交换气体)的真空室或杜瓦瓶以及其它形式的热绝缘等来对主磁体20的绕组进行热隔离，以使加热最小化。外壳12还包含或支撑多个磁场梯度绕组22，以在空腔14的检查区域内的所选方向上叠加磁场梯度。磁场梯度大体上是时变的。作为说明性的示例，在磁共振激发期间，可以沿空腔的轴16施加片选择性的(slice-selective)磁场梯度来选择轴向片(axialslice)，接着是静止周期，在该静止周期期间将相位编码磁场梯度横向施加至轴向片，再接着是读出周期，在该读出周期期间在横向于轴16和相位编码方向两者的方向上施加频率编码磁场梯度。在诸如回波平面成像(EPI)等更复杂的顺序中，可以由梯度绕组22的选择性激励来施加正弦或其它快速时变磁场梯度。通过将磁共振频率(例如，用于3. OT场中的1H激发的128MHz)的射频(B1)脉冲施加至一个或多个射频线圈24来产生磁共振激发。在说明性实施例中，射频线圈24是诸如设置在与轴16同轴的外壳12上或中的鸟笼状线圈或横向电磁(TEM)线圈等“整体”体积线圈(volume coil)。更通常地,将诸如头部线圈、肢体线圈、表面线圈等局部线圈(local coil)或线圈阵列用于MR激发。可以通过使用与激发所用的线圈相同的一个或多个线圈24来执行MR读出，或者可以由一个或多个不同的射频线圈(未示出)来执行MR读出。 在说明性实施例中，患者装载系统包括患者卧榻30，其设置在外壳12的末端，使得可以将床32上的患者转移至MR扫描器10的空腔14中。MR系统还包括合适的MR电子模块34，其用于控制MR扫描器10以获取MR数据并处理所获取的MR数据。例如，MR电子模块34可以包括图像重建模块、波谱模块，等等。计算机或图形用户界面36提供用户与MR系统的界面，并且 也可以将一些或全部MR电子模块34实现为在计算机36上运行的软件。以此方式，MR扫描器10产生位于空腔14的检查区域内的感兴趣体积(VOI) 40的图像。MR系统还包括可以在没有液氦的情况下操作的磁体冷却系统或低温冷却器42。为了达到使超导磁体20降低至其超导温度的低温(例如，大约4K)，冷却系统42包括冷却至大约25K (或其它所选温度)的第一级52和冷却至大约4K (或某一其它预定义的温度)的第二级54。在磁体的最初冷却期间，有利的是使用第一级冷却器使磁体降低至大约25K，并且随后切换至第二级冷却器使磁体降低至大约4K。如根据图2所更详细地描述的，冷却系统42以无源切换与第一级的热连通的开和关的方式来耦合第一级和第二级。说明性的MR扫描器10是一个示例。此处公开的用于冷却MR扫描器系统中的低温自由(cryo-free)磁体的方法可以适用于任何类型的MR扫描器，包括所示的水平圆柱形空腔扫描器10、或开放式MR扫描器、垂直磁体MR扫描器等，以及在低温温度下操作的其它扫描器。图2示出了冷却系统42的实施例。该系统是两级再生低温冷却器，其中第一级冷却器52将工作气体(并且由此将磁体20)冷却至第一温度(例如，大约25K)，并且当磁体达到第一温度时开启第二级冷却器54，继续将工作气体和磁体冷却至第二温度(例如，大约4K)。第一级包括具有“高”侧58和“低”侧60的热交换器56 (例如，由铜等形成)。螺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.28 US 61/290,2701.一种低温冷却系统(42)，所述低温冷却系统(42)促进第一与第二冷却级(52、54)之间的无源切换以冷却超导体，所述低温冷却系统(42)包括 第一级冷却器(52); 第一热交换器(56)，其热耦合至所述第一级冷却器(52); 第二级冷却器(54); 第二热交换器(70)，其热耦合至所述第二级冷却器(54); 下流导管(76)，较稠的冷却气体通过所述下流导管(76)从所述第一热交换器(56)向下流至所述第二热交换器(70)； 上流导管(72)，当所述第二热交换器比所述第一热交换器更暖时，较稀较暖的气体通过所述上流导管(72)从所述第一热交换器(56)向上流至所述第二热交换器(70);以及 超导体，其热耦合至所述第二热交换器(70 )。2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述下流导管(76)耦合至所述第一热交换器(56)的低侧(60)上的下层端口(66)，还耦合至所述第二热交换器(70)的低侧上的下层端口(78)。3.根据权利要求I或2所述的系统，其中，所述上流导管(72)耦合至所述第一热交换器(56)的高侧(58)上的上层端口(64)，还耦合至所述第二热交换器(70)的高侧上的上层端口(74)。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述气体是氦气。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述气体是氢气、氖气或氮气中的一种。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一级冷却器(52)将所述气体冷却至大约25开尔文(K)。7.根据权利要求6所述的系统，其中，冷气利用重力通过所述下流导管(76)从所述第一热交换器(56)的所述低侧(60)向下流至所述第二热交换器(70)的所述低侧，当所述超导体比大约25K更暖时，从所述超导体(20)吸收热量，已经从所述超导体(20)吸收热量的较暖气体通过所述上流导管(72)从所述第二热交换器(70)的所述高侧上升至所述第一热交换器(56)的所述高侧(58)，并且耗散热量，并且在所述第一热交换器中将所述气体冷却回至大约25K。8.根据权利要求7所述的系统，其中，当所述超导体(20)达到大约25K时气流停止，并且所述第二级冷却器(54)将所述第二热交换器冷却至大约4K，由此将所述超导体(20)冷却至大约4K。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第二级冷却器将所述超导体保持在大约4K。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述低温冷却系统(42)耦合至磁共振(MR)...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·阿克曼，P·A·门特乌尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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