一种核磁共振造影射频线圈冷却装置制造方法
【专利摘要】一种核磁共振造影射频线圈冷却装置包含真空传输管，真空容器、真空底座。所述真空传输管包括内管和外管，所述内管和所述外管之间是真空层，所述内管又分为输入管和输出管。所述真空容器与所述输入管和输出管连接；所述真空容器安放于所述真空底座内。所述真空底座内部设置有一凹槽，与所述真空容器的凹槽边缘无缝结合。冷却射频线圈放置在所述真空底座的凹槽内部，射频线圈放置于真空底座的外底部，用于耦合所述冷却射频线圈的信号。制冷剂通过所述输入管传输到所述真空容器的凹槽内，所述输出管一端连接所述真空容器的凹槽，制冷剂经由所述输出管回收至制冷剂储存装置。
【专利说明】一种核磁共振造影射频线圈冷却装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种核磁共振造影射频线圈冷却装置。尤其涉及一种借助真空层的保 护，可长时间稳定使用的磁共振造影射频线圈冷却装置。本发明将适用于各项磁共振应用。
【背景技术】
[0002]磁共振射频(亦称磁振造影,magnetic resonance imaging, MRI)是临床上一种很 重要的影像诊断工具。磁振造影利用强大的主磁场，使体内大多数氢原子按照主磁场方向 进行排列。通过仪器产生脉冲改变体内氢原子的旋转排列方向，原子核就会释放吸收的能 量，产生电磁波信号，再经由计算机分析将所述信号转换为图像，就是一般看到的磁共振图 像。
[0003]同理，人体内含有很多氢原子核，这些氢原子核本身又具有磁场特性。将人体置于 强大且均匀的核磁共振静磁场中，再利用特定的射频无线电波脉冲，激发人体组织内的氢 原子核。
[0004]磁共振系统配置包括磁铁系统和射频系统。所述磁铁系统用于产生高均匀度的磁 场和产生梯度场，所述梯度场实现NMR信号空间编码。所述系统配置包括三组线圈，分别产 生x、y、z方向的梯度场,通过所述线圈组的磁场迭加,可得到任意方向的梯度场。
[0005]射频系统包括射频(RF)发生器和射频(RF)接收器。射频(RF)发生器用于产生短 而强的射频场，使样品中的氢核产生磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)现 象；射频(RF)接收器采集NMR信号。
[0006]射频线圈是磁振造影系统中发射及接收射频信号的重要组件，射频线圈性能直接 影响影像的质量及重建结果的准确度。根据磁共振讯噪比以及射频线圈温度、射频线圈电 阻、受测物温度以及受测物电阻(如下式所示Hoult and Richards [I]),从文献[2]-[6], 我们可以知道降低射频线圈温度以及电阻可有效地提升核磁共振成像的讯噪比。但过去大 多数的文献都采用高密度的泡沫盒来做低温装置。经过一定的时间，泡沫盒外会结冰，因而 冷冻待测物。所以我们提出了这种新颖可长时间使用的低温装置设计。
[0007]与本次专利相关的先前技术介绍如下:High_Tc superconducting receiving coils for nuclear magnetic resonance imaging[7]:采取保丽龙盒当作低温装置，但经 过一定时间，保丽龙盒外会结冰，进而冷冻待测物。所采取的线圈系统包括:高温超导接收 线圈、信号采集线圈、调频线圈。高温超导接收线圈位置固定，改变信号采集线圈与调频线 圈的相对位置调整频率。但调频范围有限，并且操作复杂、Q值不高，无法精确地调整到能 量最大值从而造成能量的损耗。
[0008]美国专利，专利号5258710, Cryogenic probe for NMR microscopy [8]:使用低温 液体降低线圈温度，采取高温超导薄膜直接浸泡式。样品放置于小管中并通入氮气，使其不 结冰。线圈采用电感式耦合方式采集信号，传递信号模式为:RF信号经过信号采集线圈感 应引起高温超导薄膜传递信号至样品。接收信号模式为:接收的信号透过电感耦合方式产 生影像。但直接浸泡的方式会损耗超导本身特性，而且体积受限，只能做小尺寸的样品。此外该专利的设计为多个复杂腔体设计，不易组装。
[0009]美国专利，专利号7003963, Cooling of receive coil in MRI scanners [9],法国实验室目前所采用的低温装置设计，前端为冷机用于降温，中段放置传递温度物体，使用间接冷却方法使高温超导薄膜达到临界温度。该美国专利设计了两个真空室，缺点在于操作方面需要降温四小时以及中段放置传递温度为造价高的单晶蓝宝石，并且低温装置只能放置尺寸为12mm大小的薄膜。
[0010]法国实验室提出的论文:(a)Development,manufacture and installationof a cryo-cooled HTS coil system for high-resolution in-vivo imaging ofthe mouse atl.5T,Methods[10](b)Performance of a Miniature High-TemperatureSuperconducting (HTS) Surface Coil for In Vivo Microimaging of the Mouse in aStandardl.5T Clinical Whole-Body Scanner [I I],此两篇论文中提出的高温超导线圈的优点是能保护样品不结冰，且不浸泡在液态氮中，因此能保护超导薄膜。所采取的线圈系统架构为三个:超导薄膜、一匹配线圈和调频线圈。该装置信号采集方式复杂，由三个线圈相对位置来调整。缺点在于需要4个小时才能达到临界温度。
[0011]由上所述，现有的制冷设备存在制冷效率不高、结构复杂、造价高昂的缺点。
【发明内容】
[0012]本发明要解决的技术问题是提供一种制冷快速、结构简单、成本较低的核磁共振造影射频线圈冷却装置。
[0013]为了解决上述的技术问题，本发明提供的一种核磁共振造影射频线圈冷却装置包含真空传输管，真空容器、真空底座。所述真空传输管包括内管和外管，所述内管和所述外管之间是真空层，所述内管又分为输入管和输出管。所述真空容器与所述输入管和输出管连接；所述真空容器安放于所述真空底座内。所述真空底座内部设置有一凹槽，与所述真空容器的凹槽边缘无缝结合。冷却射频线圈放置于所述真空底座的凹槽内，射频线圈放置于所述真空底座外底部，用于耦合冷却射频线圈的信号，这种方式称为电感式耦合方法(Inductivecoupling)o制冷剂通过所述输入管传输到所述所述真空容器的凹槽内，所述输出管一端连接所述真空容器的凹槽，制冷剂经由所述输出管回收至制冷剂储存装置。
[0014]作为优选，所述输入管和输出管分别由一螺旋管和一连接管连接组成。
[0015]作为优选，所述冷却射频线圈是体线圈。
[0016]作为优选,所述冷却射频线圈是表面线圈。
[0017]作为优选，所述冷却射频线圈是鸟笼线圈。
[0018]作为优选，所述冷却射频线圈是数组线圈。
[0019]作为优选，所述真空底座、真空容器、输入管和输出管均由高硬度隔热材料制作而成。
[0020]作为优选，所述射频线圈是冷却高温超导射频线圈。
[0021]综上所述，本发明提供的一种核磁共振造影射频线圈冷却装置，结构简单，通过与射频线圈热接触的方式，提高了制冷效率，可以将冷却时间缩短至40分钟左右，得噪声降低，讯噪比提高，进而达到高影像分辨率。同时借助真空层的保护，可以延长高温超导射频线圈的寿命。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的核磁共振造影射频线圈冷却装置与核磁共振系统关系示意图；
[0023]图2A为本发明的核磁共振造影射频线圈冷却装置的立体图；
[0024]图2B为本发明的核磁共振造影射频线圈冷却装置的立体剖面图；
[0025]图3为本发明的核磁共振造影射频线圈冷却装置的输入管剖面图；
[0026]图4为本发明的核磁共振造影射频线圈冷却装置的输出管剖面图；
【具体实施方式】
[0027]下文通过结合附图列举一具体实施例，用以详细说明本发明的内容及细节。
[0028]参考图1、2为磁共振影像成像原理，将一待测物2置于静磁场5中，配合线圈3激 发待测物2区域中的所有原子核激发(Excitation)、弛缓(Relaxation)讯号，并加入梯度 (Gradient)磁场，再由线圈3接收后处理为磁共振影像。若要了解该区域不同位置的结构 或功能性变化，则改变梯度磁场4以决定要在那个位置取得截面。当超导体温度降至某临 界温度以下时，电子在结构中的运动完全不受晶格的影响，即电阻为零。此外电场会产生磁 场，超导体温度低于临界温度时，超导体内的磁场被完全排出，形成零磁场状态，即为反磁 性。所以核磁共振造影射频线圈冷却装置I的目的即在于将线圈3的温度冷却至临界温度 以下，从而有效利用超导体的零电阻和反磁性特性。
[0029]参考图2A、2B，核磁共振造影射频线圈冷却装置由真空底座21、真空杯22、真空传 输管23、24组合而成。利用抽气时的负压力产生真空，从而将所述真空底座21与真空杯22 紧密吸住，结合为一体真空室。利用真空层的保护，可阻绝低温的传导。所述真空底座21、 真空杯22、真空传输管23、24可利用高硬度的隔热材料制作而成，如高硬度的玻璃纤维、玻 璃、石英玻璃等。
[0030]参考图1和图3，所述核磁共振造影射频线圈冷却装置的特点在于利用高真空隔 热，亦称为单纯真空隔热。一般要求隔热空间压力在1.33mPa以下的真空度，才能消除气体 对流传热和绝大部分残余气体导热，从而达到良好的隔热效果以及快速降温与复温作用。 这种双壁夹层保持高真空低温的管道与容器称为杜瓦管(Dewer)。在这类隔热结构中，漏入 低温区的热量主要是辐射热，其次是少量剩余气体和固体构件的导热。
[0031]液态氮由液态氮储存装置6经由管路7导入螺旋输入管31的入口端。该螺旋输入 管31的另一端连接输入连接管32。真空杯22设置有一凹槽33，而该输入连接管32连接真 空杯22内的凹槽33，使得液态氮可经由输入连接管32传输到真空杯22的凹槽33内。螺 旋输入管31呈螺旋型态绕设，使玻璃管不会因为瞬间的温度下降而急速收缩而导致断裂。
真空底座21内有一凹槽34，利用抽真空的方法配合使用0-Ring，O-Ring放置于环型 的沟槽35内，将其沟槽内的空间抽真空，使真空底座21和真空杯22结合。液态氮经输入 连接管32传输到真空杯22的凹槽33内。由于冷却射频线圈8放置于真空底座21的凹槽 34内，该真空底座21的凹槽34内可以放置不同形式的冷却射频线圈8，例如面线圈、体线 圈、鸟笼线圈、数组线圈。当冷却射频线圈8在高速运作时，会产生高温发生热传导，即热量 从温度较高的部份传递到较低的部份。由于隔热材料的内外表面的温度不同，高速运作线 圈的热量通过传导的方式透过隔热材料传递到暂存于真空杯22的凹槽33内的液态氮，达到散热的目的。射频线圈9放置于所述真空底座的外底部，用于耦合冷却射频线圈8的信号，这种方式称为电感式耦合方法(Inductive coupling)，采用这种方式，可以有效提高线圈的灵敏度。
[0032]参考图1和图4，吸收热能的液态氮经输出管24传输到外部。输出管24包括有螺旋输出管41、输出连接管42。所述螺旋输出管41与所述输出连接管42处于真空层中43。输出连接管42 —端连接真空杯22的凹槽33，另一端与螺旋输出管41连接。吸收热能的液态氮经由输出连接管42流入螺旋输出管41内后排出到液态氮储存装置6。液态氮储存装置6设置有废料储存槽，用于储存使用后的液态氮。该液态氮储存装置可设置回收装置用于回收液态氮以重新使用。
[0033]以上实施方式仅为说明本发明原理所用，并非本发明仅有的实施方式。上述实施例并不应视为限制本发明的范围。本领域的技术人员在阅读并理解了前述详细说明的同时，可以进行修改和变化。具体的保护范围应以权利要求书为准。
【权利要求】
1.一种核磁共振造影射频线圈冷却装置，包括: 真空传输管，所述真空传输管包括内管和外管，所述内管和所述外管之间是真空层，所述内管又分为输入管和输出管； 真空容器，所述真空容器与所述输入管和所述输出管连接； 真空底座，所述真空容器放置于所述真空底座内，所述真空底座内部设置有一凹槽，与所述真空容器的凹槽边缘无缝结合； 制冷剂通过所述输入管传输到真空容器的凹槽内，所述输出管一端连接所述真空容器的凹槽，制冷剂经由所述传出管回收至制冷剂储存装置； 冷却射频线圈放置于所述真空底座的凹槽内，射频线圈放置于所述真空底座的外底部用于耦合所述冷却射频线圈的信号。
2.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述输入管和输出管分别由一螺旋管和一连接管连接组成。
3.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述冷却射频线圈是表面线圈。
4.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述冷却射频线圈是体线圈。
5.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述冷却射频线圈是鸟笼线圈。
6.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述冷却射频线圈是数组线圈。
7.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述真空底座、真空容器、输入管和输出管分别由高硬度隔热材料制作而成。
8.根据权利要求1所述的核磁共振造影射频线圈冷却装置，其特征在于，所述射频线圈是冷却高温超导射频线圈。
【文档编号】G01R33/341GK103576109SQ201310578968
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】林胤藏, 黄超 申请人:厦门大学