用于自动斜降超导持续磁体的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超导持续磁体，并且更具体涉及用于自动斜降超导持续磁体的系统和方法。
【背景技术】
[0002]超导磁体典型地被用于各种背景中，包括核磁共振(NMR)分析和磁共振成像(MRI)。为了实现超导性，磁体被维持在具有接近绝对零度的温度的低温环境中。典型地，磁体包括导电线圈，所述导电线圈被设置在含有一体积的低温流体(例如液氦)的低温恒温器中。许多这样的超导磁体以“持续模式”操作。以持续模式操作的磁体被利用来自外部电源的电流来初始激励以启动其磁场。接着电源与磁体断开。电流和磁场由于磁体的超导性而被维持。
[0003]尽管不需要连续的电力供应来维持磁场，但是典型地向压缩机供应电力(例如，交流电电力)，所述压缩机驱动冷却单元或“冷却头”，所述冷却单元或“冷却头”将低温恒温器中的温度维持在绝对零度附近，以使得磁体的超导性可以持续。
[0004]如果压缩机的功率失去，则冷却头可能停止操作并且低温恒温器内的条件可能退化，即，磁体的温度可能开始升高。如果不重新施加功率来恢复对磁体的环境的冷却，则磁体的温度可能上升到磁体将“失超(quench) ”并且将其磁能转换成热能的临界温度，由此加热低温恒温器内的低温流体。这种“失超”可以令低温流体中的一些或全部蒸发并且例如通过泄压阀失去。另外，热可能损坏磁体和/或系统的其他部件。
[0005]一旦电力恢复，则使磁体返回到超导操作可能需要:更换低温恒温器内的失去的低温流体、将磁体冷却到临界温度以下、并且重新生成磁场。另外，如果来自失超的热令磁体或其他部件损坏，则可能需要对它们进行修复或更换。
[0006]该恢复过程可以是昂贵且耗时的。典型地，必须将受过训练的技术人员派遣到超导磁体系统所在的机构(例如，医学中心或医院)，并且必须向低温恒温器供应可能非常昂贵的新的低温流体(例如，液氦)。
[0007]不过，MRI系统典型地采用相对大体积的低温流体(例如，1000升液氦)，这可以至少部分地改善这样的状况。该大体积的低温流体具有大的热质量，该大的热质量可以在延长的时间段(甚至可能是几天)内防止磁体到达临界温度。另外，这样的超导磁体系统典型地提供用户可以通过其向低温恒温器添加低温流体以更换失去或蒸发的低温材料的入口。
[0008]然而，一些较新的MRI系统采用所谓的“无低温”超导磁体系统，所述超导磁体系统是封闭或密封的并且不包括由用户向系统添加新的低温材料的任何装置。另外，当与如以上描述的常规系统比较时，这样的封闭系统典型地具有较小体积的低温材料(例如一升的液氦)。因此，可能在压缩机的电力失效之后相对段的时间量(例如若干小时)中出现失超。另外，由于该系统典型地不允许添加额外的制冷剂，所以如果低温液体由于失超而被减少或被蒸发，则可能不能恢复。
【发明内容】
[0009]在本发明的一个示范性实施例中，可以提供一种装置，所述装置包括例如:导电线圈，其被配置为当电流经过其中时产生磁场；持续电流开关，其被连接在所述导电线圈两端并且被配置为被选择性地激活和去激活；低温恒温器，其具有被设置在其中的所述导电线圈和所述持续电流开关；能量转储单元；至少一个传感器，其被配置为检测所述装置的操作参数并且被配置为响应于所述操作参数而输出至少一个传感器信号；以及磁体控制器，其被配置为接收所述至少一个传感器信号并且响应于所述至少一个传感器信号而检测在所述装置中是否存在操作故障，并且被配置为当检测到所述操作故障时，通过第一和第二导电导线将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端，从而将能量从所述导电线圈转移到所述能量转储单元，所述能量转储单元使所述能量在所述低温恒温器的外面消散。
[0010]在一些实施例中，所述能量转储单元被设置在所述低温恒温器的外面并且被物理连接到所述低温恒温器，从而将热从所述能量转储单元转移到所述低温恒温器。
[0011 ] 在一些实施例中，所述装置还包括至少一个冷却风扇，所述至少一个冷却风扇由所述能量转储单元的两端的电压供电，并且所述至少一个冷却风扇在所述能量转储单元响应于所述的检测到所述操作故障而被连接在所述导电线圈的两端时被激活。
[0012]在一些实施例中，所述装置还包括:第一导电导线和第二导电导线，其在所述磁体控制器的控制下是能收缩且能延伸的，并且被配置在基本上全部要被设置在所述低温恒温器外面的收缩位置中并且在延伸到所述低温恒温器中的延伸位置中；以及第三导电导线和第四导电导线，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端。所述磁体控制器被配置为响应于检测到在所述装置中存在操作故障而将所述第一导电导线和所述第二导电导线延伸为分别与所述第三导电导线和所述第四导电导线接合并电气连接，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线被连接到所述能量转储单元。
[0013]在一些实施例中，所述装置还包括:低温防热罩，其被设置在所述低温恒温器内；第一导电导线和第二导电导线；以及第三导电导线和第四导电导线，其被设置在所述低温恒温器内并且被连接到所述导电线圈的相对端。所述第三导电导线和所述第四导电导线中的每个包括在高于50° K的温度超导的材料。所述第三导电导线和所述第四导电导线被热固定到所述低温防热罩。所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为在所述磁体控制器的控制下响应于检测到在所述装置中存在操作故障而分别被连接到所述第三导电导线和所述第四导电导线，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线被连接到所述能量转储单元。
[0014]在一些实施例中，所述装置还包括开关，所述开关被配置为响应于来自所述磁体控制器的控制信号而选择性地将所述第一导电导线和所述第二导电导线中的一个连接到所述能量转储单元。
[0015]在一些实施例中，所述装置还包括第一导电导线和第二导电导线，所述第一导电导线和所述第二导电导线被配置为将所述能量转储单元连接在所述导电线圈的两端，并且所述第一导电导线和所述第二导电导线具有被永久地设置在所述低温恒温器的里面的第一端，并且还具有被永久地设置在所述低温恒温器的外面的第二端。
[0016]在一些实施例中，所述装置还包括:冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头；所述低温恒温器内的内腔；以及热绝缘区域，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间，。所述(一个或多个)传感器包括以下中的至少一个:第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
[0017]在一些实施例中，所述装置还包括:冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头；所述低温恒温器内的内腔；以及热绝缘区域，其被设置在所述低温恒温器的外壁与所述内腔之间。所述(一个或多个)传感器包括:第一温度传感器，其被配置为测量所述导电线圈的温度；第二温度传感器，其被配置为测量所述冷却头的温度；第三温度传感器，其被配置为测量在所述热绝缘区域中的温度；被配置为监测所述低温恒温器内的低温流体的水平的传感器；以及被配置为确定所述压缩机是否正在正确地驱动所述冷却头的传感器。
[0018]在一些实施例中，所述装置还包括:冷却头，其被配置为冷却所述低温恒温器；压缩机，其被配置为驱动所述冷却头，所述压缩机被配置为从交流电接收电力；以及备用电源，其被配置为当交流电遭受电力中断时向所述磁体控制器供电。
[0019]在一些实施例中，所述装置是磁共振成像(MRI)装置。所述MRI装置还包括:患者台，其被配置为托住患者；梯度线圈，其被配置为至少部分地包围患者的部分，所述MRI装置针对所述患者的部分来生成图像；射频线圈，其被配置为将射频信号施加到所述患者的部分并且被配置为改变该磁场的对齐；以及扫描器，其被配置为检测由所述射频信号导致的所述磁场的变化。
[0020]在一些实施例中，所述装置还包括:所述低温恒温器内的封闭系统，所述封闭系统具有被设置在其中的低温流体；以及冷却头，其被配置为冷却所述封闭系统内的所述低温流体。
[0021]在本发明的另一方面中，可以提供一种用于操作包括被设置在低温恒温器中的导电线圈的磁体系统的方法。所述方法可以包括例如:由所述导电线圈来生成持续磁场；监测由在