專利名稱：磁共振成像掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振成像掃描儀，且特定來說涉及用于這種掃描儀的控制 器，其控制所述掃描儀內(nèi)固持的致冷劑容器的壓力。
背景技術(shù)：
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為了成功操作，磁共振成像(MRI)掃描儀所用的大型超導(dǎo)磁體需要冷 卻到液氦溫度。提供一包容結(jié)構(gòu)，以封閉所述磁體并固持較大4本積的液氦以 提供冷卻。液氦非常昂貴，因此所述結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)計(jì)以使由于環(huán)境加熱而引起的 液氦損失最小化。提供多層結(jié)構(gòu)，其經(jīng)設(shè)計(jì)以使通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射而傳 遞到氦中的熱最小化。
所述結(jié)構(gòu)包括最內(nèi)部的一個(gè)氦容器、 一個(gè)與氦容器間隔開的輻射屏蔽 件、若干層鋁化Mylar (注冊商標(biāo))聚酯箔和絕緣網(wǎng)，以及一個(gè)外部容器。 在制造期間抽空此結(jié)構(gòu)，以使從外部容器通過對(duì)流和傳導(dǎo)而產(chǎn)生的熱傳遞最 小化。輻射屏蔽件由高級(jí)別的鋁形成，以提供高度反射性表面，從而使進(jìn)入 內(nèi)部氦容器中的熱輻射最小化。
現(xiàn)有的許多磁體使用能夠在液氦溫度下提供較小冷卻能力的致冷系統(tǒng)。 這導(dǎo)致在系統(tǒng)中在正常條件下"再凝結(jié)"且不蒸發(fā)任何氦。
MRI圖像的產(chǎn)生需要施加脈沖磁場(通常由"梯度線圏"產(chǎn)生)。這在 氦容器中產(chǎn)生渦電流，其導(dǎo)致額外的熱負(fù)載。在典型的1.5特斯拉場強(qiáng)度磁 體中，可通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)來避免在多數(shù)成像情形下的氦損失。然而，加熱效應(yīng)隨著場強(qiáng)度急劇增加，且在例如3.0特斯拉磁體中，難以在所有成像條件 下避免氦損失，尤其是在涉及"強(qiáng)烈的"梯度脈沖序列的成像條件下。
在再凝結(jié)磁體中，正常存在的過量冷卻能力可導(dǎo)致在氦容器中產(chǎn)生低 ("負(fù)")壓力。然而，需要確保在氦容器內(nèi)一直存在正壓力。其原因在于， 如果氦容器經(jīng)歷負(fù)壓力，那么可能吸入大氣。在液氦溫度下，空氣中所含有 的水蒸汽、氮?dú)夂推渌鼩怏w將在氦容器中結(jié)冰，從而在某些情況下導(dǎo)致冰塞 的形成。冰塞可能使排氣口路徑和過量壓力釋放閥被阻塞。這可導(dǎo)致高度不 合意的安全性結(jié)果，其風(fēng)險(xiǎn)是氦容器中積累的過量壓力導(dǎo)致災(zāi)難性故障。因 此正常實(shí)踐將包含安全性裝置以通過在容器中一直維持略微正的壓力而避 免冰塞的形成。為了確保安全性，必須將此壓力設(shè)置為高于在世界各地的任 何位置在任何時(shí)間可能經(jīng)歷的最高大氣壓。
液氦的溫度隨著壓力增加而增加。因此，為了維持超導(dǎo)磁體所需的低溫， 不可允許液氦壓力上升太多(過量壓力可導(dǎo)致高于正常溫度的操作溫度，其 存在使磁體"失超"的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致磁體故障和主要的氦損失)。這通常 通過過壓閥來實(shí)現(xiàn)，打開所述過壓閥以允許將氦排放到大氣。由于掃描儀的 操作者可看到氦的排放，操作者在意識(shí)到暗示著成本的情況下可能不滿意其 性能。
為了避免在強(qiáng)烈掃描期間的氦損失，具體來說，需要確保正常操作壓力 (由壓力控制構(gòu)件控制)與過壓閥打開的極限之間的盡可能寬的范圍。為了 確保一直維持安全的正壓力，即使在極端(高)的環(huán)境壓力下，這也導(dǎo)致在 氦排放開始之前的較窄操作壓力范圍。然而，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，在多數(shù)時(shí)間 這導(dǎo)致不必要的氦損失的風(fēng)險(xiǎn)。在一種當(dāng)前設(shè)計(jì)中，將操作壓力和排放壓力控制為固定的絕對(duì)(即，獨(dú) 立于大氣壓力變化)值。這通常導(dǎo)致在排放開始之前的小于1磅/平方英寸
(6894J6帕)的操作壓力范圍以及在極高環(huán)境壓力下的負(fù)壓力的風(fēng)險(xiǎn)。
在另 一 當(dāng)前設(shè)計(jì)中，將操作壓力和排放壓力兩者控制為相對(duì)于大氣壓力
的固定壓力差。這導(dǎo)致固定且相對(duì)小的操作范圍，且磁體操作壓力在高環(huán)境
壓力條件下可變得過高，從而導(dǎo)致增加的失超風(fēng)險(xiǎn)。
為了避免在強(qiáng)烈掃描期間的氦損失，具體來說，需要確保正常的略微正
的操作壓力與過壓閥打開的極限之間的盡可能寬的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意欲減輕這些問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種致冷劑容器，其在使用中裝有液態(tài)致冷劑；所述 致冷劑容器包括致冷劑容器壁中的一個(gè)壓力釋放閥，其響應(yīng)于所述致冷劑
打開壓力獨(dú)立于環(huán)境壓力；以及構(gòu)件，其控制所述致冷劑容器中的壓力，以 在環(huán)境壓力改變時(shí)相對(duì)于所述環(huán)境壓力維持大體上恒定的正壓力差。通過此 構(gòu)件，可一直以確保操作緩沖是可能的最大值的方式維持過量壓力，且因此 使氦(或其它致冷劑)排放的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
當(dāng)還了解到環(huán)境壓力隨著主要的天氣系統(tǒng)以及海拔高度改變而改變時(shí)， 將了解到將實(shí)現(xiàn)顯著的操作效率。


現(xiàn)在將參看附圖描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，圖中 圖1展示根據(jù)本發(fā)明的MRI掃描儀；以及
圖2A-圖2C是展示現(xiàn)有技術(shù)掃描儀和根據(jù)本發(fā)明的掃描儀的操作的解 釋性圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，磁共振成像掃描儀l包括一個(gè)致冷劑容器2，其裝有位于 超導(dǎo)磁體4周圍的液氦3。致冷劑容器2位于以虛線輪廓展示的一個(gè)外部包 容容器5內(nèi)，且與同樣以虛線輪廓展示的 一個(gè)輻射屏蔽件6成間隔開的關(guān)系。
掃描4義以正面展示，各個(gè)容器是共軸的并形成圓柱體。在使用中，病人 經(jīng)過環(huán)形中部7,以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的方式進(jìn)行掃描。
氦3冷卻超導(dǎo)磁體4，使得超導(dǎo)磁體4保持其超導(dǎo)性質(zhì)。通過一個(gè)連接 到一個(gè)致冷單元10的冷頭9來冷卻和凝結(jié)液^本上方的氦蒸汽8。壓力釋^:閥 11通過端口接到氦容器中且在16磅/平方英寸絕對(duì)值(110316帕)的壓力下 打開，以避免氦容器2中積累過量壓力。在液氦中提供一個(gè)壓力控制構(gòu)件13, 用于增加壓力，以確保在氦容器2內(nèi)維持正壓力。 一個(gè)壓力傳感器14連接 到壓力容器以檢測絕對(duì)壓力(傳感器可安裝在容器外部且通過一個(gè)管來連 接，或位于壓力容器內(nèi))。這向處理器15提供了驅(qū)動(dòng)壓力控制構(gòu)件13的輸 出。在氦容器和掃描儀本身外部的另一壓力傳感器16檢測周圍環(huán)境壓力， 并將表示周圍環(huán)境壓力的輸出提供到處理器15?；蛘?，可測量周圍壓力以及 氦容器與大氣之間的壓力差，從而導(dǎo)致可能更低的成本和更可靠的傳感器。
處理器15可以是一種經(jīng)編程以提供所需的控制功能的計(jì)算機(jī)。其將傳 感器16所檢測到的周圍環(huán)境壓力與氦容器2中存在且由傳感器14檢測到的 壓力進(jìn)行比較。其隨后控制壓力控制構(gòu)件13以確保將壓力容器2中的壓力 維持得比周圍壓力高出一個(gè)小量，例如0.1磅/平方英寸(689.476帕)。
因此在周圍壓力變化時(shí)，壓力控制構(gòu)件13經(jīng)控制以改變?nèi)萜?中的氦 的壓力。這確保將閥11的打開壓力與操作壓力之間的緩沖維持為盡可能大的值。這避免了氦損失，且確保了無論采用何種類型的掃描且無論當(dāng)前周圍 環(huán)境條件如何，掃描^f義都以最大效率操作。
壓力控制構(gòu)件13可將額外致冷劑引入容器中以增加壓力，或使用其它
手段來產(chǎn)生壓力的變化。或者，處理器可提供輸出，所述輸出與致冷機(jī)控制 系統(tǒng)交互以降低其功率，從而升高溫度，且因此升高壓力。
圖2a到2c展示本發(fā)明增加緩沖的方式。圖2a說明典型的現(xiàn)有技術(shù)策略， 其中額定操作壓力設(shè)置為15.3絕對(duì)磅/平方英寸(105490帕)，排放壓力設(shè)置 為16.0絕對(duì)磅/平方英寸(110316巾的。梯度壓力緩沖保持恒定于0.7磅/平 方英寸(4826帕)。然而，在周圍壓力上升時(shí)，正壓力裕度下降。這導(dǎo)致在 高周圍壓力下的負(fù)莊力裕度，具有空氣進(jìn)入且因而形成冰的可能性。
在圖2b中，增加操作壓力裕度以確保在較高周圍壓力下壓力裕度一直 為正，且線不橫穿進(jìn)入負(fù)壓力裕度。為此，將額定操作壓力升高到15.7絕對(duì) 磅/平方英寸(108248帕)。安全的正壓力裕度現(xiàn)在被維持為高達(dá)較高的周圍 壓力，但梯度壓力緩沖顯著減少到大約0.3磅/平方英寸(2068帕)。
圖2c展示本發(fā)明的所描述實(shí)施例的控制策略。額定操作壓力經(jīng)設(shè)置且 被維持在高于當(dāng)前周圍壓力0.1磅/平方英寸(689.476帕)，且因此一直維持 在安全操作壓力下。排放壓力保持在16.0磅/平方英寸(110316帕)且因此 梯度壓力緩沖隨著周圍壓力上升而下降。然而，陰影區(qū)域顯示通過使用本 發(fā)明，梯度壓力緩沖在典型周圍壓力范圍內(nèi)大體上較大。
權(quán)利要求
1.一種致冷劑容器(2)，其在使用中裝有液態(tài)致冷劑，所述致冷容器包括所述致冷劑容器壁中的一個(gè)壓力釋放閥(11)，其響應(yīng)于所述致冷劑容器中的壓力而在超過閥打開壓力時(shí)將壓力排放出所述致冷劑容器，所述閥打開壓力獨(dú)立于環(huán)境壓力；以及構(gòu)件(13、15)，其用以控制所述致冷劑容器中的壓力，以在環(huán)境壓力改變時(shí)相對(duì)于所述環(huán)境壓力維持大體上恒定的正壓力差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的致冷劑容器，其進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器(16)， 所述傳感器(16)用于檢測周圍環(huán)境壓力，并將表示周圍環(huán)境壓力的輸出提 供到所述構(gòu)件(13、 15)，以控制所述致冷劑容器中的壓力。
3. —種大體上如上文參看附圖所描述的致冷劑容器。
4. 一種MRI掃描儀，其包括一個(gè)容納在根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的 致冷劑容器內(nèi)的超導(dǎo)磁體。
全文摘要
在MRI掃描儀中提供一個(gè)處理器，所述處理器檢測致冷劑容器內(nèi)的壓力和所述掃描儀外部的周圍環(huán)境壓力。其控制致冷劑中的一個(gè)壓力控制器構(gòu)件，進(jìn)而控制壓力，以確保所述壓力經(jīng)設(shè)置以在打開壓力釋放閥之前提供盡可能大的緩沖。這確保不會(huì)不必要地?fù)p失致冷劑。
文檔編號(hào)F25D3/10GK101561211SQ20091013500
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者尼古拉斯·曼, 斯蒂芬·P·特羅韋爾 申請人:西門子磁體技術(shù)有限公司