[发明专利]一种应用于磁共振设备的高温超导匀场系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振领域，具体的说是一种应用于磁共振设备中的高温超导匀场系统。

背景技术

随着磁共振成像技术的发展，超导磁共振因为其极佳的稳定性与均匀度，已经逐渐成为磁共振领域发展的主流，在科学研究以及其他领域都有着非常广阔的前景。其中超导主磁体作为超导磁共振主要组成部分，磁场强度和均匀度是衡量其性能的主要指标，尤其是磁场均匀度其不但能够决定磁体性能，而且直接影响图像信噪比。但是即使磁体设计计算非常精确，其加工工艺误差也是难以避免的。在实际中，磁体产生的磁场值会偏离设计的理想值，为此引入匀场系统就显得尤为重要，它可以在一定程度上很好地提高磁场均匀度。

匀场系统一般分为常导匀场系统和超导匀场系统两类。其中常导匀场系统是指在室温孔内安装匀场线圈，由于需要恒流驱动且受电流热效应影响，其匀场幅度有限。超导匀场系统指的是在冷屏内安装超导匀场线圈，超导匀场线圈能达到的均匀度指标更高，匀场效果更好。为了保证超导材料的性能，传统超导匀场线圈和超导主磁体设计均置于4.2K的液氦区域内，但不可忽略的是，地球氦资源稀少且昂贵。

匀场系统有两种基本运行模式：电源供电模式与闭环运行模式。电源供电模式优势在于可以做到频繁励磁与退磁，但要求电源波动小，可以均匀调节。受制于电源限制，该模式磁场稳定性不高，均匀性一般。闭环运行模式引入超导开关，在励磁结束后撤掉电源，超导开关与线圈形成回路，线圈处于无损或损耗极其小情况下运行，该模式下可以降低外部信号对系统影响，磁场稳定性好，有利于更清晰的磁共振成像。缺点是对超导开关的性能要求比较高。

由于超导线圈闭环运行需要性能良好的超导开关，当超导线材的运行参数超过任意临界量(临界温度、临界磁场)时，超导线材会发生失超。基于此，传统超导开关分为热控式与磁控式，热控式超导开关热阻尼弛豫时间较长，限制了关断速度的提高；磁控式超导开关的速度受到提供外磁场的线圈的自感限制，与磁场扩散速度及瞬时功率有关，通过合理的磁控结构能够提高关断速度，但是技术复杂，同时磁控超导开关的整机的超导材料用量大，且对于磁共振设备而言，会对主磁场的场强以及均匀度有一定的影响。

发明内容

本发明是为了解决传统超导磁共振中匀场系统的通断速度不够、控制过程不精确、热影响、关断磁场影响等问题，提出一种应用于磁共振设备的高温超导匀场系统，以期能提升匀场效果，改善磁场均匀性，同时减少液氦使用量，节约资源，降低成本。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种应用于磁共振设备的高温超导匀场系统，所述磁共振设备是由制冷机、超导主线圈、系统外壳、70K冷屏、40K冷屏、20K冷屏、10K冷屏、4.2K冷屏、高温超导匀场区和冷源引流槽组成；其特点是，

将所述高温超导匀场区设置在所述70K冷屏中；将所述超导主线圈设置在4.2K冷屏中，从而实现所述高温超导匀场区和超导主线圈的分离放置；

所述高温超导匀场系统包括：高温超导匀场线圈、开关控制器、互感线圈、高频信号发生器以及由四个超导开关构成的桥式整流电路；所述互感线圈是由互感线圈低温侧和互感线圈常温侧组成；

所述高温超导匀场线圈置于所述高温超导匀场区中；并在所述磁共振设备中设置工频交流电源引入端和高频信号引入端；

所述互感线圈常温侧通过所述工频交流电源引入端接入交流电源，并在所述互感线圈低温侧产生感应电流输入到所述桥式整流电路中；

所述高频信号发生器接入所述高频信号引入端中，由所述高频信号发生器产生高频电流信号输入至所述开关控制器，由所述开关控制器控制所述桥式整流电路中的四个超导开关导通，并将所述感应电流进行整流，从而得到直流电并引入所述高温超导匀场线圈中，使得所述高温超导匀场系统处于励磁状态；

当励磁结束后，将所述交流电源断开，所述桥式整流电路中相对的一组超导开关导通，所述高温超导匀场线圈中的一组或几组线圈有稳恒电流通过并处于闭合回路中，从而使得所述高温超导匀场系统处于闭环运行状态。

本发明所述的高温超导匀场系统的特点也在于：每个超导开关的结构为四层绝缘层和三层导体层组成的约瑟夫森结；且所述四层绝缘层与三层导体层间隔设置。

所述开关控制器是按如下步骤控制所述四个超导开关组成的桥式整流电路的整流：

步骤1、在所述互感线圈的感应电流正半波下，所述开关控制器将所述高频电流信号引入所述高温超导桥式整流电路的第一超导开关和第三超导开关中，基于超导隧道效应，使得所述第一超导开关和第三超导开关导通，即一组对向的高温超导开关导通；