专利名称：超导磁体装置和采用该装置的磁共振成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用超导线圈的超导磁体装置和采用该装置的磁共振成像(下称MRI)设备，具体地说，涉及一种具有改进的工作稳定性的超导磁体装置和采用该装置的开放型MRI设备。
背景技术：
大部分普通MRI设备中虽然采用长而窄的圆柱形电磁铁线圈作为产生稳定磁场用的磁体装置，近期，开发出开放型的MRI设备，其中使患者所躺的检查空间为开放的。一种开放型MRI设备的结构是把各个用于产生稳定磁场的磁体安置在检查空间的上下两侧，使得能够交叉操作，也即在实行操作或内窥镜检查的同时进行MRI检查。虽然较早阶段的各种开放型MRI都采用较低的和中等的磁场，并使用永磁体作为磁体，但近来已将超导磁体结合到高质量成像和高效率的开放型MRI中。
为了实现MRI设备的高质量成像和高效率，不仅简单地使用产生高强度磁场的磁体作为产生稳定磁场所用的磁体，还采用高速成像方法，于是，高性能且高速工作的产生梯度磁场的装置、短时间内在被检体的检查部分激发核自旋的产生高频磁场的装置，以及高灵敏度检测核磁共振信号(NMR信号)的高频线圈(射频线圈)，这些都是必须的要件。相应地，在采用超导磁体所开放型MRI设备中，实现了比如高性能梯度磁场线圈、高频线圈等。
当今，在采用超导磁体的磁体装置中，通常将用来产生磁场的超导线圈安置在充有液氦的低温保持器中，由液氦保持在临界温度下的超导线圈受到激发，并在达到预定的恒定电流值后，通过接通恒流开关(PCS)，使恒定电流流过超导线圈。在采用这种超导线圈的MRI设备中，一旦比如因为放置超导线圈的环境温度改变而使所述恒定电流的状态被打破，则不仅使成像操作完全失去能力，而且需要很长的时间和大量的工作去复原它。另一方面，有时可能会有一种情况，即使在成像操作过程中，也会因无法预料的情况，比如患者情况的突然变化之故，而迫使所述稳定磁场的强度下降。为此，正在开发使各种采用超导线圈的MRI设备都设置比如监视电路，监视所述低温保持器中液氦的量，还设置紧急情况退磁单元，通过使超导线圈的温度升高到所述临界温度以上，同时还在突然事件时使所述稳定磁场退磁，以停止磁体装置的工作。
在上面所说明的采用超导磁体的MRI设备中，在想要对超导磁体采用开放型，而且想要实现上述高效率和高质量成像的情况下，发现将会出现下面的问题。也就是比如短时间内产生强高频磁场的单元和高速切换单元，以及产生高强度梯度磁场的单元都需要加大容量的电源，用以驱动它们，以减小因MRI设备本身与其周围电路的相互干涉所致的噪声。此外，在各种开放型MRI设备中，由于产生高频磁场的射频线圈和产生梯度磁场的梯度磁场线圈都是平板形状的，所以，与普通具有圆柱形形状的各线圈相比，从这些线圈泄漏的磁场是很强的，于是，就像上面所述因增大电源容量而引发的原因同样地，这种强泄漏的磁场也会因MRI设备本身与其周围各电路中的电磁干涉之故，而导致引起噪声。
因此，本发明的目的在于提供一种超导磁体和一种采用这种磁体的MRI设备，排除由于在所述MRI设备的相关成像操作中因梯度磁场和高频磁场所引起的磁通量变化导致对超导线圈电路的影响，使超导磁体能够可靠且稳定地工作。
发明内容
为实现上述目的，发明人详细研究了那些能够影响MRI设备中超导线圈的周围电路。结果，发明人发现，在外部控制电路或外部监视电路之间形成闭环回路，在普通磁体装置中，不能指望对于比如用于检测容纳超导线圈之容器内的环境，特别是检测液氦的液面和突发情况退磁的传感元件使用加热元件，这些加热元件通过电磁耦合被放置在容纳超导线圈的容器内和超导线圈电路内。特别是，在这样的磁体装置中，电磁耦合较大，其中设置一对超导磁体，同时，在这对磁体之间夹有测量空间，并且这对磁体通过耦合管连在一起，当由于与MRI设备中成像操作相关联所产生的梯度磁场和高频磁场的缘故致使磁通量改变并通过所述闭环回路时，所感应的电流在该闭环回路中流过，从而，比如可使所述控制电路和监视电路误动作，并可使超导线圈电路的超导状态受到破坏。本发明就是建立在上述发现基础上的。
也就是说，按照本发明的一种超导磁体装置，它包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；在保持该线圈处于超导状态的温度下容纳所述超导线圈的容器，其特征是，所述超导磁体装置还设有使超导线圈关于容器外部为电磁屏蔽的装置。
另外，按照本发明的一种超导磁体装置，它包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；在保持该线圈处于超导状态的温度下容纳所述超导线圈的容器，其特征是，所述容器设置有接线端部分，用以使设置在容器内的加热元件或传感元件与外部电路相连，并且，所述接线端部分设有形成包含外部电路、所述容器的外壁和设在所述外壁处之接地点的闭环回路的装置。
按照本发明的一种MRI设备，它包括上述超导磁体装置，作为产生稳定磁场的装置。所述超导磁体装置包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；由氦容器形成的超导磁体，容器内容纳用于控制超导线圈退磁的加热元件或用于检测器内液氦量的传感元件；控制电路或监视电路与这些元件电连接，并被设置在氦容器的外侧；产生梯度磁场的装置，用于产生梯度磁场并将其提供给超导磁体所产生的稳定磁场；以及高频磁场产生装置，用以产生有加给被检体的高频磁场，其特征在于，所述MRI设备还设置有阻断形成闭环回路的装置，该装置跨接所述控制电路或监视电路与超导线圈电路。
按照本发明的一种MRI设备，作为阻断装置，比如，可以采用滤波电路单元或开关电路，并将这种阻断装置连接在各元件与所述控制电路或监视电路之间。可由比如包含外壳和被容纳于该外壳中的滤波元件形成所述滤波电路单元，而且在这种情况下，与所述外壳相连的导体和所述控制电路或监视电路一起形成另一闭环回路，以旁路前面所述的第一个闭环回路。
按照本发明的超导磁体和MRI设备，由于实际上可使闭环回路被阻断，所述闭环回路即通过把所述控制电路和监视电路与超导线圈电路耦接而得到的，譬如，即使引起因比如MRI设备中的梯度磁场和高频磁场线圈所致的电磁干涉，从不会有感应电流在超导线圈电路中流过，能够可靠地获得超导线圈电路的稳定工作。
在所述MRI设备中，所述阻断装置最好为滤波电路，它至少切断那些具有产生梯度磁场的装置的驱动频率以及高频磁场频带的信号。
最好将本发明应用于一种MRI设备，其中将一对超导线圈设置在超导磁体内，同时，夹置一个测量空间，被检体就放置在该空间那里。此外，最好将本发明应用于一种MRI设备，其中，产生梯度磁场的装置和高频磁场产生装置各自都是平板形的线圈，它们分别按一种方式被放置，以夹置于放置被检体的测量空间内。采用这样的MRI设备，特别能够得到所希望的优点。
图1是表示一种采用本发明超导磁体装置的开放型MRI设备实施例的示意图；图2是表示图1的MRI设备中所用磁场产生装置细节的示意图；图3是表示图2所示磁场产生装置之等效电路的示意图；图4是用以说明在采用普通超导磁体装置的开放型MRI设备中包含有超导线圈的内部电路与外部电路之间形成的闭环回路的示意图；图5是表示图1实施例中所用滤波电路的电路图，用以防止形成有如图4所述的闭环；图6是用以说明图5所示滤波电路作为电路阻断装置功能的示意图；图7是表示图5所示滤波电路之连接结构的视图；图8是表示采用本发明超导磁体装置之开放型MRI设备另一实施例的示意图；图9是表示图8实施例中所用包含开关电路的突发情况退磁单元的电路图；图10是表示图8实施例所用包含开关电路的氦测量单元的方框图；
具体实施例方式
以下参照
本发明的实施例。
图1是采用本发明超导磁体装置的开放型MRI设备一种实施例的整体结构图。该MRI设备设有一对产生稳定磁场的磁体102，它们被设置成夹置一个放置被检体的检查空间；一对梯度磁场线圈103，它们被安置在产生稳定磁场的磁体102的检查空间两侧；一对高频线圈105放置在所述空间的更内侧；检测线圈107，用于检测从被检体101产生的NMR信号；以及承载台114，用以将被检体101放置在产生稳定磁场的磁体102的中心空间。这些梯度磁场线圈103以及高频线圈105各自都被制成为呈平板形状的竖向线圈对，以便不会对开放型磁体的各种优点造成干扰。另外，虽然图中的高频线圈105和检测线圈107被表示为分开的线圈，但只要高频线圈可以被用作既有高频发射用的功能，也有检测用的功能即可。
产生稳定磁场的磁体102、梯度磁场线圈103、检测线圈107和承载台114都被安置在电磁波屏蔽检查室115内。屏蔽电磁波是为了防止电磁波从外部进入到检测线圈107中，并且关于检查所用原子核的共振频带(对于通常所用的氢核为42MHz)具有比如约70dB的衰减系数。
在屏蔽检查室115的外面，设置驱动梯度磁场线圈103所用的梯度磁场电源104、驱动高频线圈105所用的高频功率放大器106、接收检测线圈107测得之信号所用的信号接收器108、用于控制各个线圈工作时间的序列发生器109，以及计算机110，用以控制整个设备并在各种控制处理之后使MRI信号成像。
通过与屏蔽检查室115一起接地的滤波电路116或外部被覆盖以屏蔽层的同轴电缆当中之一，将被置于屏蔽检查室115外面的这些电源和控制单元，以及比如被安置在屏蔽检查室115里面的各种线圈、产生稳定磁场的磁体102和承载台114连接在一起(图中只示出连接而未区分滤波电路和同轴电缆)。从而，可防止外部噪声进入屏蔽检查室115内。
在所示的实施例中，由一对沿竖向被分开形成的低温保持器117、被装配在各低温保持器117内部的超导线圈和为各超导线圈产生的磁通量形成磁路的轭铁(未示出)构成所述产生稳定磁场的磁体102。这些超导线圈在安放被检体101的空间内产生强度均匀的稳定磁场。磁场强度比如为1.0特斯拉，磁通量从地面指向天花板，并且可将磁场的均一性调整为使之在放置被检体101的直径为40cm的球形空间内小于约5ppm。通过无源补偿或有源补偿的任一种方式实现这种磁场均一性的调整，比如通过在一对低温保持器117的表面上贴附多个小片磁体(图中未示出)实现所述的无源补偿。
虽然图1未示出，但产生稳定磁场的磁体102还设有内部电路元件，如带励磁电源的连接电路，以及用来控制恒定电流的恒流开关(PCS)，并且该开关上连接有用来控制工作的各种连接单元，即在突发情况时用以快速削弱由产生稳定磁场的磁体102产生的磁场的突发情况退磁单元120，和用以监视所述一对低温保持器117中液氦液面的测量单元121。测量单元121经滤波电路116与计算机110相连，并送出作为电信号的测量数据。在所示的举例中，突发情况退磁单元120被贴附在屏蔽检查室115的壁上，测量单元121被装附到承载台114的背面。按照本发明的一种实施例，这些突发情况退磁单元120以及测量单元121的信号电缆经滤波电路122比如被连接到加热元件和测量液体水平面用的传感元件。
由一组三个线圈形成所述梯度磁场线圈103，将每个线圈卷绕成沿互相垂直交叉的x、y和z三个轴向改变磁通量密度，这三个线圈分别与梯度磁场电源104相连，构成产生梯度磁场的装置。通过按照来自序列发生器109的控制信号驱动梯度磁场电源104而改变流过梯度磁场线圈103的电流，使沿三个轴向的梯度磁场Gx、Gy和Gz被叠置在放置被检体101空间内的稳定磁场上。这几个梯度磁场被用于区分从被检体101的检查部分所得NMR信号的空间分布。
高频线圈105与高频功率放大器106相连，用以使高频电流流过这些线圈，并在被检体101的被检查部分中产生由液氦中的共振激发所引起的比如42MHz的高频信号。高频功率放大器106也受来自序列发生器109的控制信号的控制。
检测线圈107与信号接收器108相连，构成检测NMR信号的装置。信号接收器108放大并检测由检测线圈107测得的NMR信号，并将其转换成数字信号，这种信号是可在计算机110中处理的。信号接收器108工作时也受序列发生器109的控制。
计算机110通过使用转换成数字量的NMR信号实行算法处理，比如图像重构和图谱计算，以及通过序列发生器109在预定的时刻控制MRI设备中各个单元的动作。由计算机110、用于显示处理之后的数据的显示装置111和用于输入操作信息的控制台112构成一个算法处理系统。
进而将详细叙述作为稳定磁场产生装置的产生稳定磁场的磁体102。如图2所示，在产生稳定磁场的磁体102内部，由连接管201连接所述一对低温保持器117，并直立地设置它们，同时夹置空间118，用以将被检体放置于其间。所述一对低温保持器117内部保持在高真空状态，其中的上部氦容器202和下部氦容器203二者都被充以液态氦，它们被装配在一起。一对超导线圈中的每一个被容纳在所述上部氦容器202和下部氦容器203中，并在由所述液氦使超导线圈204被保持在4.2开氏度低温的情况下，超导线圈204中流过比如400安培的恒定电流，并在空间118中产生强度为1.0特斯拉的磁场。图2中虽然示出一对超导线圈204，但也可以设置多对尺寸不同，圈数也不同的超导线圈，以便将磁场强度设定成使磁场均一，并使磁场泄漏的强度处于预定值下。
在低温保持器117和上部氦容器202及下部氦容器203之间，围绕着各氦容器设置热防护层205。图中示出所述热防护层205只有一层，不过，也可以采用具有一层以上的热防护层205，比如，由厚度为1mm的铝板构成所述的层。热防护层205在接点207处与氦致冷机206热连接，并保持在比如20开氏度的低温下。由于采用这样的低温热防护层205覆盖所述上部氦容器202及下部氦容器203，就可以防止室温(300开氏度)的直射热量，从而可使液氦的蒸发最小。所述上部氦容器202、下部氦容器203、热防护层205以及一对低温保持器117在连接管201部分那里被连接在一起，从而使上、下部氦容器中的温度均一化。
在上部氦容器202及下部氦容器203中，除各超导线圈204外，比如恒流开关(PCS)208，突发情况退磁用的加热元件209，测量液氦值用的传感元件210，以及对各超导线圈的保护元件(未示出)都被组装在一起。借助连接器211，使加热元件209和传感元件210与设置于超导线圈102外部的控制电路(突发情况退磁单元120、测量单元121)相连。在捆扎并集束在一起之后，将连接各元件和所述上部氦容器202及下部氦容器203中的一对超导线圈用的导线212装配在连接管201中。
图3示出这种产生稳定磁场的磁体102中的超导电路的等效电路以及外部控制电路。
由一对串联连接的超导线圈204和与它们的两端并联连接的恒流开关(PCS)208构成所述超导电路，并由在PCS 208中内置的用于激励各超导线圈的激励电源303a和加热器306所用的加热电源303b构成它的电源部分303。
所述超导线圈204和PCS 208被安置在所述低温保持器117内部，并经各接线端301、302、304和305与设在外部的两个激励电源303a和加热电源303b相连。使所述低温保持器117与作为系统接地的过滤器盒子的接地点123相连，并保持处于地电位。
另外，图中虽然没有示出，使包括超导线圈电路的内部电路，比如用以实行保护并检查超导线圈204的防护二极管和用以测量闭环中各点电位和电阻的导线连接在一起。这些用来将各超导线圈204及PCS 208连接到各接线端的导线和超导引线被捆扎于连接管201中，并从管中通过。
在激励各超导线圈204时，加热电源303b与PCS 208的接线端304和305相连，并且通过内置加热器306产生热量，使PCS 208保持在正常导通的状态(高组状态)，激励电源303a的输出逐渐增大。在流过超导线圈204的电流达到预定值的同时，内置加热器306所用的电源303b被切断，形成PCS 208和各超导线圈204的闭环(如箭号300所指)，从而引起在超导状态下，通过所述闭环300流过恒定电流。
除去这样的关于超导线圈的驱动电路，在低温保持器117中设置，比如控制电路和监视电路(以下有时简称控制及监视电路)，用于保持和控制产生稳定磁场的磁体102的工作；加热元件209，用于在突发情况时削弱磁场，以及传感元件201，用于测量所述上、下氦容器202及203中液氦的量。由电阻元件构成所述加热元件209，当把突发情况退磁单元120的电压加于其上并通过接线端211与突发情况退磁单元120相连时，它产生热量。所述传感元件201由其电阻值随温度而变的超导材料构成，并被分别设置在所述上、下氦容器中，这样的上、下传感元件电连接，并且两个传感元件各自的端部及其中间点经接线端211与液氦测量单元121相连。使加热元件209及传感元件210与接线端211相连的导线同样被捆扎于连接管201中，并从管中通过。
有如上面所说明的那样，由于构成超导线圈电路的导线和构成控制及监视电路(突发情况退磁单元120、液氦测量单元121)的导线都通过连接所述上、下低温保持器117的狭窄连接管201，所以，这些导线彼此紧密地耦接。图3中将这种耦接表示为寄生电容307和308。在本实施例设备的举例中，虽然这些电容器的值受到比如磁体形状、各导线的捆扎及排布方法的极大影响，但显然是超导线圈电路与控制将监视电路之间的寄生电容307约为0.7nF，而超导线圈电路与低温保持器117之间的寄生电容308约为6nF。作为这种耦接的结果，有如图4所示那样，形成闭环回路501，它通过控制及监视电路120、121，接线端211，导线，寄生电容307、超导线圈电路、寄生电容308和低温保持器117的接地点123。
在本实施例的MRI设备中，为了防止电流通过寄生电容307和308流入到超导线圈电路中，在接线端211与外部控制及监视电路120、121之间设置电流阻断装置310。具体地说，作为所述电流阻断装置310，采用滤波电路、开关电路或者它们的组合。
图5示出一种滤波电路的实施例。滤波电路400由电流直通型滤波元件407构成。如图所示，电流直通型滤波元件407为π型滤波元件，其中，把电感元件410组装到金属圆柱体408的外壳中，并由输入端及输出端构成直通型电容器409，通过使用电流直通型滤波元件407，从输入到输入端的信号电压中除去诸如感应噪声之类的高频组分，而只有加热元件和传感元件的低频电信号(通常为直流)通过输出端。
电流直通型滤波元件407经连接器401与低温保持器117侧的各接线端(图3中的标号211)相连，以及经连接器402和403与测量单元121及突发情况退磁单元120相连。例如，连接器401的接线端404A和404B是用于在用作传感元件的液氦水平面传感器210的两个接线端加给电压的接线端；接线端404C、404D和404E是连接在液氦水平面传感器210的两个接线端及中间点的接线端，用于检测所述二接线端和中间点之间电阻的变化。另外，接线端404F和404G与上部氦容器及下部氦容器中的加热元件209相连。此外，标号405是使所述滤波电路400的外壳408与接地的低温保持器的外壳电连接用的导线。
以下将参照图4和6说明设置滤波电路与不设置滤波电路时工作情况的不同。图4是普通电路结构图，其中没有设置滤波器，而图6的电路结构图中，设置了滤波电路400，用作电路切断装置。
如图4所示，当不设置电路切断装置时，在比如液氦测量单元121及突发情况退磁单元120被连接到接线端211的情况下，形成较大的环形回路501，它通过低温保持器117的接地点123和比如液氦测量单元121及突发情况退磁单元120的接地点。在这种情况下，当启动MRI设备的成像操作时，与成像操作相关，受到脉冲驱动梯度磁场线圈和高频磁场线圈的磁通量通过该环形回路501，并在其中产生从几伏到十几伏的感应电压。
当把这样的脉冲式感应电压加给环形回路501时，引起有如各箭号所指示的感应电流，从控制及监视电路经过寄生电容307流入闭环回路300中的正在有恒定电流流过的部分。超导线圈204的电感非常高，比如本实施例中所表示的36H。为此，大部分脉冲式感应电流流过在表现0电阻的PCS 208一侧的电路，流入低温保持器117的接地端。由于这种电流是脉冲式感应噪声，所以电流局部地流过比如PCS 208的超导引线的外壳，有时超过这些超导引线固有的临界电流。当电流一旦超过这种临界电流时，PCS 208变换为正常导通状态，由PCS 208的传导电阻消耗掉闭环回路300中的400安培恒定电流，成为热能，在传导磁体中引起淬熄现象，失去传导状态，磁场消失。
另一方面，有如图6中所示那样，当在接线端211与外部控制及监视电路120、121之间插入滤波电路400时，由低温保持器117的外壳、接地点123、滤波电路400的外壳408、与之相连的电感405和比如液氦测量电压121和突发情况退磁单元120所用的连接电缆构成另一闭环回路(如箭号601所示)。在这种情况下，当比如各梯度磁场线圈和高频磁场线圈受到脉冲驱动，并且磁通量通过该闭环回路601时，则在其中产生从几伏到十几伏的感应电压。这当中，低温保持器117的内部并不表现出变化，给出相同的电路常数，不过，因为所述滤波电路400的缘故，接线端121的电感表现出极高的值。虽然阻抗值与所流过的电流的频率有关，但由于比如梯度磁场线圈和高频磁场线圈的磁通量变化超过几百千赫兹，其中所述各线圈随着成像顺序而受到脉冲驱动，于是，阻抗的值表现为几兆欧姆。另一方面，所述滤波电路400的输入端409与地之间的阻抗值表现为小于几个欧姆。于是，脉冲式的感应电流直接流过滤波电路400的外壳408及电感405，流到低温保持器117的外壳，而从不会在低温保持器117内部流动。也就是借助滤波电路400，可由低温保持器117的内部电路和比如液氦测量单元121及突发情况退磁单元120所用的电缆，使闭环回路(图4中的501)的结构基本上被阻断。
有如上面已经说过的，通过在与使低温保持器的内部电路与外部连接的接线端211部分处设置滤波电路400用作电路阻断装置，防止与MRI设备的成像操作相关联的感应电流可能流入内部电路，并可保证超导磁体的稳定工作。
图7示出滤波电路400的另一种特定结构。图7中以相同的参考标号表示与图5中相应的部件。
在所示的结构中，把电流直通型滤波元件407可靠地固定在铜板701上，它的一侧经导线连到连接器401，它的其它各侧分别与测量单元121的连接器402和突发情况退磁单元120的连接器403相连。另外，该图中虽然只示出两个滤波单元407，但实际上设有如图5所示连接器401的那些接线端同样数目的滤波元件。连接器401由金属片构成，并构造得用以防止在其芯部金属线中感应外部噪声。此外，由铜网702使连接器401的金属片与用以固定所述电流直通型滤波元件407的铜板701电连接。再有，由屏蔽的铜线703缠绕连接器401的金属片外围以及低温保持器117的接线端部分211，并由加固带704可靠地固定屏蔽的铜线703。从而，连接器401的金属片被可靠地接在低温保持器117外壳接地点123的地电位。
上文的实施例中已经说明了采用滤波电路作为电路阻断装置。按照本实施例，通过利用因比如梯度磁场和高频磁场所致的感应电流的频率成分与和控制及监视电路有关的超导磁体所用直流电平的频率成分之间的差，感应电流只在低温保持器117的金属表面流动，基本上消除了它的影响。
以下说明本发明MRI设备的另一实施例，这种MRI设备设有开关电路作为电路切断装置。图8是表示这种MRI设备的轮廓示意图，与图1相同的结构部件采用相同的参考标号表示。另外，图8中表示省略了被安置在屏蔽检查室115我们的电源和控制单元。
与图1实施例所示的MRI设备不同，本MRI设备中比如突发情况退磁单元801及测量单元802所用的电缆与产生稳定磁场的磁体102所用的内部电路相连，而没有安排比如滤波电路。其中的替换是，在突发情况退磁单元801和测量单元802中，装配了常闭开关电路，以防止在信号电路中与比如梯度磁场线圈和高频磁场线圈的脉冲驱动同步地引起感应噪声。
如图9所示，突发情况退磁单元801设有变压器902，它与市电电源901相连，并将市电电源的电压(100-120V)变换成预定电压；整流用的二极管903；电池组904，它与变压器902的次级侧相连，在电源故障时将它用作电源；电流驱动电路905以及设在电流驱动电路905与连接器907之间的开关电路906。与市电电源相连的电源电缆为三相电缆，这些电缆之一为接地电缆，它按照电气安全标准与包括突发情况退磁单元801外壳的接地单元相连。
连接器907与低温保持器117的接线端211相连，还与低温保持器117内部的突发情况退磁用加热元件209相连。按压未予示出的外部按钮，操纵开关电路906，正常地切断两条线，这两条线中的一条接地电位，另一条加给电压。通过如此切断两条线，可使由地电位消除的闭环电路(图4中的标号501)被完全阻断。在这种情况下，通过给开关电路906和连接器907覆盖以绝缘外壳，可使安全更可靠。
按照这种结构，当需要突发情况退磁时，操作者按压突发情况退磁单元801的外部按钮，操纵开关电路906。在这种情况下，在由变压器902变换之后，由二极管903的整流电路整流市电电源的电压，给电池组904充电，并输入到电流驱动电路905。电流驱动电路905的输出经开关电路906被传送到与加热元件209相连的连接器907。从而，加热元件209产生热量，使超导状态被打破，并使超导线圈重现正常的导电状态，被快速地退磁。
另一方面，在正常状态下，也即在开关电路906被阻断的状态下，由于不形成包含加热元件209的闭环回路，所以，在突发情况退磁单元801与低温保持器117的内部电路之间不形成有如图4所示的闭环回路501。
如图10所示，测量单元802设有接口电路1001，它由MRI设备的计算机(图1所示)变换数据信号和控制信号；氦测量电路1002，它将预定的电压加给液氦水平面传感器210，并测量液氦水平面传感器210的电阻值，并由测得的电阻值计算液氦的量；开关电路1003，它设在氦测量电路1002与连接器1005之间，与液氦水平面传感器210及控制电路1004相连，根据来自接口电路1001的控制信号，控制氦测量电路1002和开关电路1003的工作。与本实施例类似地，开关电路1003采用常开开关，造成两条连接线的被加入和被去掉，以及打破两条连接线的加入和去掉。此外，与突发情况退磁单元801的情况相似，用绝缘外壳包敷开关电路1003及连接器1005。
按照这样的结构，当从设在MRI设备所用计算机110中的输入装置(比如控制台112)输入测量氦的量的命令时，经接口电路1001把信号输入到控制电路1004，从而，使开关电路1003关闭，而氦测量电路1002开始它的工作。氦测量电路1002引起比如400毫安的电流流到液氦水平面传感器210约10秒钟，并在电流导通的期间，测量液氦水平面传感器210的电阻值。正如已经说明的那样，由电阻值随温度改变的材料构成所述液氦水平面传感器210，而且，通过400毫安的电流，使液氦水平面传感器210本身的温度升高。不过，由于被浸在液氦中的部分并无温度的升高，所以，该传感器给出电阻值正比于液氦水平面上面那部分的长度。相应地，通过测量电阻值的变化，可以确定液体量的减少。将氦测量电路1002测得的液体的量以数据信号的形式经接口电路1001输入到MRI设备的计算机110。
由于只在比如启动和定期观察的情况下进行一次这样的氦量测量就是足够的，所以，在除上述以外的情况下，可由控制电路1004阻断测量单元802的开关电路1003。因此，与突发情况退磁单元801相似，在测量单元802与低温保持器117的内部电路之间不形成图4所示的闭环回路501。
在本实施例这样的MRI设备中，其中插入开关电路，用作电路切断装置，利用在突发情况退磁单元801和测量单元802实现它们的功能时的周期与在实行被检体检查时的周期不同，而实现所述开关电路的打开和闭合操作，从而在驱动梯度磁场线圈和高频磁场线圈期间，实质上不形成闭环回路。相应地，除去比如突发情况和定期观察等预定周期以外，将控制电路和监视电路设置成与超导磁体102隔离的情况，从而，即使在比如在按照MRI设备的成像操作而驱动梯度磁场线圈及高频磁场线圈时，感应的电流也会通过低温保持器117的外壳流到地，而不会影响设有图6所示滤波电路之MRI设备的内部电路。另一方面，当需要突发情况退磁单元801工作时，将开关电路放置在被连接的情况下，并由低温保持器117、突发情况退磁单元801和它的连接电缆形成闭环，不过，由于突发情况退磁单元801预定的工作是，自发地衰减超导磁体102的磁场，所以，即使形成闭环，也不会出现通过驱动梯度磁场线圈和高频磁场线圈而感生感应噪声，以及引起磁场衰减等问题。另外，由于液氦测量单元802工作的周期是处在保持与观察的周期，所以，不使梯度磁场线圈及高频磁场线圈受到驱动。因此，即使形成闭环，也不会在其中感生感应噪声。
上面所说的本发明各实施例中，给出两种实施例，按照随机的情况，其中一种是采用滤波电路用为电路切断装置，另一种既采用滤波电路又采用开关电路。另外，上面主要是关于MRI设备讲述各实施例的，本发明的超导磁体装置不仅可应用于MRI设备，一般地说还可应用于带有超导线圈和与外部电路连接用的接线端的超导磁体装置。
按照本发明，可以消除因与MRI设备的成像操作相关联所引起的梯度磁场和高频磁场的磁通量变化所致对超导线圈电路的影响，实现MRI设备的可靠和稳定工作。
此外，按照本发明，无需对连接电缆使用由电感和电阻或者干扰补偿线圈构成的元件，可以减小通过寄生电容传给超导线圈的噪声电流。再有，由于不形成围绕超导线圈的闭环回路，所以不会由与MRI成像操作相关联引起的梯度磁场和高频磁场所致磁通量变化关于的噪声而引发淬熄现象。
权利要求
1.一种磁共振成像设备，它包括超导磁体，该超导磁体包含具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；以及用于控制超导线圈退磁的加热元件，或用于检测被容纳于氦容器内的的液氦量的传感元件；控制电路或监视器电路，它们与所述加热元件及传感元件电连接，并被设置于所述氦容器外部；产生梯度磁场的装置，用于产生梯度磁场并将其提供给超导磁体所产生的稳定磁场；高频磁场产生装置，用于产生要加给被检体的高频磁场，其特征在于，所述磁共振成像设备还包括用于阻断形成闭环回路的装置，所述闭环回路跨过控制电路或监视电路以及超导线圈电路。
2.如权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述阻断装置为被连接在所述加热元件与传感元件和控制电路或监视电路之间的滤波电路单元。
3.如权利要求2所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述滤波电路单元包括外壳和被容纳于外壳中的滤波元件，并且与外壳相连的导体形成另一闭环回路，该回路通过所述氦容器与控制电路或监视电路一起旁路前述闭环回路。
4.如权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述阻断装置为被连接在所述加热元件与传感元件和控制电路或监视电路之间的开关电路。
5.如权利要求2所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述滤波电路单元中的滤波元件至少切断具有产生梯度磁场的装置的驱动频率和高频磁场的频带的信号。
6.如权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，由一对超导线圈构成所述超导磁体，所述一对超导线圈被设置成夹置安置测量空间，该空间内安置有被检体。
7.如权利要求6所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述产生梯度磁场的装置和高频磁场产生装置分别由呈平板形线圈构成，所述线圈分别被设置成夹置测量空间，该空间内安置有被检体。
8.一种超导磁体装置，它包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；在保持该线圈处于超导状态的温度下容纳所述超导线圈的容器，其特征在于，所述超导磁体装置还包括使超导线圈与容器外部电磁屏蔽的装置。
9.一种超导磁体装置，它包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；以及在保持该线圈处于超导状态的温度下容纳所述超导线圈的容器，其特征在于，所述容器设有接线端部分，用以使设置在容器内的加热元件或传感元件与外部电路相连，并且，所述接线端部分设有形成包含外部电路、所述容器的外壁和设在所述外壁处之接地点的闭环回路。
10.一种使用超导磁体的开放型磁共振成像设备，它包括超导磁体，所述超导磁体包括一对沿竖直方向面对安置并接地的低温保持器，用以将测量空间夹置在安置被检体的位置处；氦容器，每个氦容器各自被容纳于低温保持器中，并充以液态氦；由多个超导线圈构成的超导线圈电路，每个超导线圈各自被安置在氦容器中；以及被安置在一个氦容器中的恒流开关，它控制要流过各超导线圈的恒定电流的条件；一个控制每个超导线圈退磁的元件，以及另一个用于测量所充液氦的量的元件；控制电路或监视电路被设置在各低温保持器的外面，并分别与控制元件和测量元件电连接；呈平板形的梯度磁场线圈，它们分别被安置在面对各低温保持器的侧面，并产生梯度磁场，该梯度磁场被提供给超导磁体所产生的稳定磁场；以及呈平板形的高频磁场线圈，它们同样分别被安置在面对各低温保持器的侧面，并产生要加给被检体的高频磁场，其特征在于，所述使用超导磁体的开放型磁共振成像设备还包括用于防止由各梯度磁场线圈或各高频磁场线圈感应的高频电流从控制电路或监视电路流到超导线圈电路。
11.如权利要求10所述的使用超导磁体的开放型磁共振成像设备，其特征在于，所述用于防止高频电流流过的装置是用于防止所述超导线圈电路与所述控制电路或监视电路之间电磁耦合的电路。
12.如权利要求10所述的使用超导磁体的开放型磁共振成像设备，其特征在于，所述用于防止高频电流流过的装置是用于在各低温保持器的外部切断所述控制元件或测量元件与所述控制电路或监视电路之间提供之高频的电路。
13.如权利要求10所述的使用超导磁体的开放型磁共振成像设备，其特征在于，所述用于防止高频电流流过的装置是常开开关，它在各低温保持器的外部被设置在所述控制元件或测量元件与所述控制电路或监视电路之间。
14.如权利要求10所述的使用超导磁体的开放型磁共振成像设备，其特征在于，所述用于防止高频电流流过的装置旁路通过所述被接地的低温保持器的外壁所感应的高频电流。
15.一种磁共振成像设备，它包括超导磁体，该磁体包括具有超导线圈的超导线圈电路；以及恒流开关，用以控制流过超导线圈的恒定电流；以及氦容器，该容器中用以容纳所述超导线圈电路和至少一个电子元件；至少一个电子电路，它与所述电子元件电连接，被安置在所述超导磁体外面；产生梯度磁场的装置，用于产生梯度磁场，所述梯度磁场要被提供到所述超导磁体所产生的稳定磁场上；以及高频磁场产生装置，用以产生要加给被检体的高频磁场；其特征在于，所述磁共振成像设备还包括用于阻断根据被检体的断层X光摄影成像测量所产生的噪声电流的装置，该装置被设置在所述超导磁体的外面，并被插入在所述电子电路与电子元件之间。
16.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述噪声电流阻断装置设置于超导磁体的外壁表面上，在连接所述电子电路与电子元件的连接电缆通过的部分。
17.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述噪声电流阻断装置是连接在所述电子电路与电子元件之间的滤波电路单元。
18.如权利要求17所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述滤波电路单元包括外壳和滤波元件，该滤波元件被容纳于所述外壳中，并由与所述外部壳体相连的导体、所述电子电路和氦容器形成电气闭环回路，该回路旁路所述超导线圈电路。
19.如权利要求18所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述滤波元件通过电子元件所产生的电信号，并阻断至少是产生梯度磁场的装置的旁路和高频磁场频带的噪声。
20.如权利要求19所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述滤波元件是π型滤波器的电流直通型滤波器，其中，由金属圆柱体的外壳围绕电感元件，并由它的输入端及输出端构成直通型电容器。
21.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述噪声电流阻断装置是开关电路，被连接在所述电子元件与电子电路之间。
22.如权利要求21所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述开关电路通常处于断开状态，在这种状态下，在处于所述电子元件与电子电路电连接状态的同时以及当期望所述电子元件与电子电路电连接状态时，所述电子元件与电子电路之间的所有电连接被切断。
23.如权利要求22所述的磁共振成像设备，其特征在于，在所述超导线圈被激励和被退磁时，所述开关电路表现导通状态。
24.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述电子元件是加热元件，用于控制恒流开关，而所述电子电路是用以控制所述电子元件的控制电路。
25.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述电子元是传感元件，用于测量液氦的量，而所述电子电路是用以监视来自所述传感元件之电信号的监视电路。
26.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述噪声电流阻断装置阻断所述电子电路与超导线圈电路之间电气闭环回路的信息。
27.如权利要求26所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述噪声电流阻断装置阻断所述电子电路与超导线圈电路之间电气闭环回路的至少在所述产生梯度磁场的装置的驱动频率下和高频磁场的高频带下的信息。
28.如权利要求27所述的磁共振成像设备，其特征在于，通过所述超导磁体的接地点和所述电子电路的接地点形成所述电气闭环回路。
29.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述超导磁体的超导线圈是一对线圈，它们被面对安置，并夹置安放被检体的测量空间。
30.如权利要求29所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述产生梯度磁场的装置和高频磁场产生装置各自都是呈平板形的线圈，每个线圈分别以面对的方式被安置在超导磁体的测量空间的两侧，并夹置所述测量空间。
31.如权利要求15所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述超导磁体包括一对沿竖直方向面对安置并接地的低温保持器，并夹置安置被检体的测量空间，而且由耦接电缆互相连接；每个低温保持器中容纳充有液氦的氦容器，并且每个氦容器中容纳所述超导线圈电路、一个控制每个超导线圈激励和退磁的元件，以及另一个用于测量所充液氦量的元件；在所述超导磁体的外部，控制电路和监视电路与所述控制元件和测量元件电连接；所述产生梯度磁场的装置是多个呈平板形状的梯度磁场线圈，它们分别被安置在面对所述各低温保持器的侧面；所述高频磁场产生装置是多个呈平板形状的高频磁场线圈，它们分别被安置在面对所述各低温保持器的侧面；防止感应电流的装置，用以防止各梯度磁场线圈或各高频磁场线圈所感应的感应电流在控制电路或监视电路与所述超导线圈电路之间流过，这个防止感应电流的装置被设置在各低温保持器的外部。
32.如权利要求31所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述防止感应电流的装置是用以防止所述超导线圈电路与所述控制电路或监视电路之间电磁耦合的电路。
33.如权利要求31所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述防止感应电流的装置是滤波电路，它被安置在各低温保持器的外壁上，并被插入到所述控制元件或测量元件与所述控制电路或监视电路之间的电连接中；该滤波电路通过由控制元件或测量元件所产生的电信号，并且至少阻断呈平板形的梯度磁场线圈的驱动频率下和高频磁场的频带下的噪声。
34.如权利要求31所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述防止感应电流的装置是开关电路，它被安置在各低温保持器的外壁上，并被插入到所述控制元件或测量元件与所述控制电路或监视电路之间的电连接中；并且所述开关电路通常处于断开状态，在这种状态下，在处于所述电子元件与电子电路电连接状态的同时以及当期望所述电子元件与电子电路电连接状态时，所述电子元件与电子电路之间的所有电连接被切断。
35.如权利要求31所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述防止感应电流的装置使所单元的感应电流经各接地的低温保持器回流到所述控制电路或监视电路。
全文摘要
为提供高强度磁场的开放型磁共振成像设备，抑制因梯度磁场线圈和高频磁场线圈所致的对超导线圈的电磁干扰，并实现超导磁体的稳定工作，在产生稳定磁场的磁体102中，由连接管201连接一对低温保持器117，并沿竖直方向设置它们，同时夹置放置被检体的空间118，各低温保持器的超导线圈容纳在充有液态氦的容器202和203中。削弱磁场用的突发情况退磁单元120和监视液氦量用的测量单元121属于低温保持器117，信号电缆经滤波电路122与产生稳定磁场的磁体102的内部电路连接。由滤波电路122阻断在驱动梯度磁场线圈和高频磁场线圈时感应的高频电流，并经低温保持器117的外壳引导流到连接点123，从而不会对低温保持器117的内部电路产生影响。
文档编号H01F7/20GK1688249SQ0382415
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年10月24日
发明者津田宗孝, 竹内博幸, 坂本勋 申请人:株式会社日立医药