[发明专利]管状低温冷却超导磁体的中空圆筒形热屏蔽

说明书

技术领域

本发明涉及用于管状低温冷却超导磁体的中空圆筒形热屏蔽，并且更具体地涉及适于在MRI（磁共振成像）系统中由于减少低温冷却设备的梯度线圈感应加热（GCIH）而使用的这种热屏蔽。

背景技术

在MRI系统中使用的超导磁体通常是圆筒形状的，并且本发明涉及这种磁体。在MRI系统中，梯度线圈组件提供了脉冲磁场来提供成像体积的所需空间编码。这种时变磁场将会感生进入到邻近的导电材料中的加热。

图1示出了MRI磁体系统的典型设置。线圈10被缠绕在线圈架（未示出）上，该线圈架被置于冷冻剂容器12内。冷冻剂容器部分填充有液体冷冻剂15，例如氦，以便提供所需冷却。热辐射屏蔽16围绕冷冻剂容器以便将其与辐射的热隔开。冷冻剂容器和热屏蔽被低温致冷器17冷却。线圈、线圈架、冷冻剂容器和热辐射屏蔽被外部真空室（OVC）14所包围。外部真空室14和冷冻剂容器12之间的体积被抽真空。例如铝化聚酯膜的固体隔热件18优选地被置于外部真空室14和热辐射屏蔽16之间的空间内。大量其他部件（例如机械支撑结构）被设置在实际MRI磁体系统中，不过为了简明未在图中示出。在设计MRI系统时，致力于减少热量流入冷冻剂容器、最大化外部真空室的孔直径以及减少其长度。

圆筒形梯度线圈组件通常被置于外部真空室的孔内。

冷冻剂容器、热辐射屏蔽和外部真空贮存器通常均是中空圆筒形封罩，每个均由内管、外管和连结内管和外管的两个环形端部件构成。

热辐射屏蔽的内管通常由高度导电和导热的材料（例如纯铝）构成，并且大约6 mm厚。这样的材料有效地将冷冻剂容器隔离于来自梯度线圈组件的高频（>100Hz）变化磁场。由于梯度线圈产生的磁场脉冲，在热辐射屏蔽的内管内可以感生相对大的涡电流。这种涡电流导致加热热辐射屏蔽。

不过，次级和三次涡电流仍然是个问题。虽然冷冻剂容器不承受梯度线圈的高频变化磁场，但是梯度线圈的磁脉冲导致OVC和热辐射屏蔽的机械振动。在线圈磁场中的这些振动导致OVC和热辐射屏蔽的材料内出现感应涡电流。这些感应涡电流又导致加热；并且感应涡电流所产生的磁场进一步在低温冷却部件（例如线圈10和冷冻剂容器12）内感生涡电流并导致加热。所有这些加热共同地被称为梯度线圈感应加热（GCIH）。

在如下情况下加热是特别明显的，即梯度线圈的脉冲处于OVC的内管和热辐射屏蔽的内管的共振频率附近的频率处。确信的是，共振频率的接近是具有类似尺寸的嵌套管的特征，即使管由不同材料制成也是如此。

在例如图1所示的磁体系统中，线圈10本身被液体冷冻剂15冷却并且不会由GCIH加热。不过，因为冷冻剂容器和线圈的GCIH、以及热辐射屏蔽的GCIH所导致的辐射加热，冷冻剂的汽化将增加。

最近的研究已经倾向于被描述为“低冷冻剂库存”或甚至“干”磁体的磁体。在这种设计中，提供很少或不提供液体冷冻剂来冷却磁体。在“低冷冻剂库存”磁体中，相对少量的冷冻剂与磁体线圈热接触地循环，并且当其循环时被低温致冷器冷却。在“干”磁体中，不提供冷冻剂，不过低温致冷器通过导热链（例如铜或铝的条带或叠片）被热联接到磁体。

在“低冷冻剂库存”或“干”磁体中，不存在大量的冷冻剂来吸收由于GCIH而对冷冻剂容器或屏蔽的加热。因此，可能会存在线圈10加热且冷淬的风险，即使是在响应于相对少量加热的情况下。因此，特别重要的是最小化“低冷冻剂库存”或“干”磁体中的GCIH。这可以通过拦截在梯度线圈中、OVC内管处或热屏蔽处由GCIH产生的热来解决。本发明具体涉及拦截大部分由于热辐射屏蔽处GCIH所导致的热。

已经做出一些尝试来解决这个问题。在一些设置（例如美国专利7,514,928）中，冷冻剂容器已经被涂覆或装衬有铜。这不能防止冷冻剂容器中的涡电流或减小冷冻剂容器中涡电流的幅值，但是会因为冷冻剂容器的电阻减小而减少最终加热。已经发现这种方法具有有限的优点，因为已经发现冷冻剂容器的电阻减小导致了涡电流增加。

已经通过将大模数材料（例如碳纤维增强塑料CFRP）构成的补片粘结在屏蔽的内管上来解决热屏蔽的内管的机械振动（例如美国专利7,535,225）。已经发现，只有当使用的强化材料具有显著径向厚度时，这种方法才有效地改变屏蔽的内管的共振频率。这会导致线圈直径的增加以及导线成本的显著增加，以便保持OVC的孔处于所需直径处。

发明内容

因此，本发明提供了如所附权利要求所限定的设备。

附图说明

结合附图从对于本发明特定实施例的下述讨论中将更加明显地看出本发明的上述以及其他目标、特征和优点，附图中：