用于超导磁体的电流引线的自动电流切换的制作方法

用于超导磁体的电流引线的自动电流切换的制作方法
【专利摘要】本发明提供磁共振成像系统(600)，所述磁共振成像系统包括具有用于连接到电流斜坡变化系统(624)的第一电流引线(108)和第二电流引线(110)的超导磁体(100)。所述磁体还包括由所述第一电流引线和所述第二电流引线穿过的真空容器(104)。所述磁体还包括在所述真空容器内的磁路(106)。所述磁路具有第一磁路连接(132)和第二磁路连接(134)。所述磁体还包括在所述第一磁体连接与所述第一电流引线之间的第一开关(120)和在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间的第二开关(122)。所述磁体还包括跨所述第一开关被连接的第一电流分流器(128)和跨所述第二开关被连接的第二电流分流器(130)。所述磁体还包括能用于启动所述第一开关的第一刚性线圈环(124)。所述第一刚性线圈环形成第一电连接的一部分。所述磁体还包括能用于启动所述第二开关的第二刚性线圈环(126)。所述第二刚性线圈环形成第二电连接的一部分。
【专利说明】用于超导磁体的电流引线的自动电流切换

【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁共振成像，尤其涉及用于使超导磁体的电流发生斜坡变化的电流引 线的自动切换。

【背景技术】
[0002] 磁场被用于磁共振（MR)成像以对齐原子的原子核自旋，以作为用于在患者体内 产生图像的流程的一部分。该磁场指的是B0场。在MR扫描期间，由发射器或放大器以及 天线生成的射频（RF)脉冲对局部磁场引起扰动，并且能够用于操纵原子核自旋相对于B0 场的取向。由原子核自旋发射的射频（RF)信号被接收器线圈探测，并且这些RF信号被用 于构建MRI图像。
[0003] 通常使用超导磁体生成用于磁共振成像的B0场。可以使用外部电源、负载、或放 电系统，通过将超导磁体连接到与超导磁体的线圈相连接的电流引线使在超导磁体的线圈 中流动的电流改变或斜坡上升或斜坡下降。


【发明内容】

[0004] 本发明在独立权利要求中提供一种磁共振成像系统、一种磁体以及一种开关组 件。在从属权利要求中给出实施例。
[0005] 将电流引线连接到超导磁体的困难在于良好的电导体通常是良好的热导体。电流 引线可以因此加热超导磁体。这增加了运行超导磁体的能量需求。因此，提供将电流引线 连接到磁体或从磁体上断开的系统是有益的。
[0006] 将电流引线连接到超导磁体的线圈或从超导磁体的线圈上断开是具有挑战性的。 开关需能够在真空中和/或处于低温温度时起作用。此外，当电源故障或当磁体开始淬灭 时如果他们工作正常，则这是有益的。
[0007] 本发明的实施例可以通过提供自动切换连接到超导线圈或磁路的电流引线的机 械系统来解决上述问题和其他问题。
[0008] 本发明涉及一种磁共振检查系统，所述磁共振检查系统包括被设置在低温容器中 的一组超导主磁体线圈。在所述超导线圈与冷却容器外部的电流漏极之间提供电连接。在 所述电连接中提供电开关。根据本发明，所述电开关包括低电流容量分流器、U形或其他形 状的可移动地（可能是可旋转地）安装在磁体架与接触端口之间的导体，所述接触端口与 所述超导线圈电对应。所述低电流容量分流器将所述接触端口连接到U形导体。所述U形 导体具有能够对着所述磁体架上的接触端口移动的接触端口（以形成针式/砧式接触）。 当电流经由所述分流器流入U形接触器时，所述U形导体由洛伦兹力移动。
[0009] 本发明当在所述主磁体中的电流被斜坡上升或斜坡下降时能够自动闭合由所述 接触端口形成的开关。
[0010] 本发明描述一种用于被冷冻的超导磁体的永久安装的电流引线的系统，例如用于 MRI扫描器中，该系统导致到磁体的冷部分中的非常小的热泄露。这些引线的主要特征是在 低电/热阻抗的状态与高电/热阻抗的状态之间的全自动的机械开关，所述机械开关由流 过所述引线的传输电流上的洛伦兹力启动。这一切换动作将在第一制冷器部分上的热负载 减少了至少一个数量级。
[0011] 文中使用的"计算机可读存储介质"包含任何可以存储可由计算设备的处理器执 行的指令的有形存储介质。可以将所述计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介 质。也可以将计算机可读存储介质称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读 存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包 括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储设备、USB拇指驱动器、随机存取存 储设备（RAM)、只读存储设备（ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包 括压缩盘（CD)和数字通用盘（DVD)，例如 CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW 或 DVD-R 盘。术语计算机可读存储介质还指计算机设备能够经由网络或通信链路访问的各种类型的 记录介质。例如，可以在调制调解器、因特网或局域网上检索数据。
[0012] "计算机存储器"或"存储器"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任 何可由处理器直接访问的存储器。计算机存储器的范例包括但不限于：RAM存储器、寄存器 和寄存器文件。
[0013] "计算机存储设备"或"存储设备"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设 备是任何非易失计算机可读存储介质。计算机存储设备的范例包括但不限于：硬盘驱动器、 USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVDXD-R0M以及固态硬盘驱动器。在一些实施例中， 计算机存储设备还可以是计算机存储器，反之亦然。
[0014] 文中使用的"计算设备"包含任何包括处理器的设备。文中使用的"处理器"包含 能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。包括"处理器"的计算设备的引述应解释为 能够包含超过一个处理器或处理核。例如，处理器可以是多核处理器。处理器还可以指处 于单个计算机系统内的或者分布于多个计算机系统当中的处理器的集合。术语计算设备还 应被解释为能够指每者均包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。许多程序具有 其由多个处理器执行的指令，这些处理器可以处于相同计算设备内，甚至可以跨越多个计 算设备分布。
[0015] 文中使用的"用户接口"是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。 也可以将"用户接口"称为"人类接口设备"。用户接口可以向操作者提供信息或数据，和/ 或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使计算机能够接收来自操作者的输入，并且可 以将来自计算机的输出提供给用户。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机， 并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用 户接口上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指示杆、图 形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞板、 遥控器以及加速度计的数据接收均为能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范 例。
[0016] 文中使用的"硬件接口"包含能够使计算机系统的处理器与外部计算设备和/或 装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计 算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器与外部计算设备和/或 装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、 IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/ IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
[0017] 文中将磁共振（MR)数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录 的原子自旋发射的射频信号的测量结果。文中将磁共振成像（MRI)图像定义为对磁共振成 像数据内包含的解剖结构数据重建的二维或三维可视化。可以使用计算机执行这种可视 化。
[0018] 本发明的一个方面提供包括用于生成磁场的磁体的磁共振成像系统。所述磁体是 超导磁体。所述磁体具有第一电流引线和第二电流引线。所述磁共振成像系统还包括被配 置为附接到所述第一电流引线和所述第二电流引线的电流斜坡变化系统。所述电流斜坡变 化系统能用于使所述超导磁体的电流发生斜坡变化。文中使用的斜坡变化包括改变流过超 导磁体的电流的过程。这可以包括增大和/或减小流过超导磁体的线圈的电流。所述电流 斜坡变化系统能用于使所述超导磁体的电流发生斜坡变化。
[0019] 所述磁体还包括真空容器。所述第一电流引线和所述第二电流引线位于所述磁体 的外表面上并且穿过所述真空容器。换言之，所述第一电流引线和所述第二电流引线将电 流联结线提供到所述真空容器中。所述磁体还包括用于生成磁场的磁路。所述磁路包括用 于生成所述磁场的超导材料的线圈。所述磁路在所述真空容器的内部。所述磁体还包括第 一磁路连接。所述磁体还包括第二磁路连接。所述第一磁路连接和所述第二磁路连接提供 与所述磁路的电连接，使所述磁路发生斜坡变化。所述第一磁路连接和所述第二磁路连接 实质上是与所述磁体的所述线圈的电连接。
[0020] 所述磁体还包括用于在所述第一磁体连接与所述第一电流引线之间切换第一电 连接的第一开关。所述磁体还包括用于在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间切换 第二电连接的第二开关。所述磁体还包括跨所述第一开关被连接的第一电流分流器。所述 磁体还包括跨所述第二开关被连接的第二电流分流器。所述磁体还包括第一刚性线圈环。 所述第一刚性线圈环能用于启动所述第一开关。所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接 的一部分。所述磁体还包括第二刚性线圈环。所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开 关。所述第二刚性线圈环形成所述第二电连接的一部分。
[0021] 所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环是能移动的，并且能够分别激活所述 第一电连接和所述第二电连接。在所述真空容器内有由所述磁体生成的磁场。当电流开 始流过所述第一电流分流器和所述第二电流分流器时，所述电流也流过所述第一刚性线圈 环和所述第二刚性线圈环。这可以由所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环感应出磁 场，所感应出的磁场可以与由所述磁体产生的磁场相互影响。然后这可以引起所述第一开 关和所述第二开关的启动。该实施例是有益的，这是因为该实施例可以提供切换所述第一 开关和所述第二开关的自动的方式。
[0022] 在一些实施例中，所述第一电流分流器和所述第二电流分流器能够传导比所述第 一开关和所述第二开关低很多的电流水平。然而，由于所述分流器具有更低的导电性，所以 它们很可能也具有较高的导热性。电流能够流过所述第一电流引线和所述第二电流引线， 然后由所述第一电流分流器和所述第二电流分流器进行传导。当所述电流变得足够大时， 这引起在所述第一刚性线圈环与所述磁场之间的力以及所述第二刚性线圈环与所述磁场 之间的力。这可以令所述第一开关和所述第二开关的启动发生。
[0023] 在另一个实施例中，所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环中的每个刚性线 圈环都仅为半环线圈。
[0024] 在另一个实施例中，所述第一开关和所述第二开关是热隔离的。
[0025] 在另一个实施例中，所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环独立移动。例如， 可以将所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环安装在分离的轴承上，并且由此独立启 动所述第一开关和所述第二开关。
[0026] 在另一个实施例中，将所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环都安装在同一 刚性结构上。例如，当所述电流流过二者时，所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环能 够被布置使得它们在所述刚性结构上施加在相同的方向上的扭矩。该实施例是有益的，这 是因为该实施例减少了在所述真空容器内需要维持的轴承的数量。
[0027] 在另一个实施例中，所述磁体通常可以以持久的模式操作。
[0028] 在另一个实施例中，所述电流斜坡变化系统可以斜坡上升或增大所述电流，和/ 或斜坡下降或减小所述电流。
[0029] 在另一个实施例中，所述电流斜坡变化系统可以在针对维护、磁体淬灭的斜坡下 降期间使所述电流发生斜坡变化，以及在使所述电流到达常规系统运行状态的斜坡上升期 间使所述电流发生斜坡变化。
[0030] 在另一个实施例中，所述第一电流分流器和/或所述第二电流分流器是可弯曲 的。这是有益的，这是因为这使得所述分流器能够在所述第一开关和所述第二开关的启动 期间弯曲。
[0031] 在另一个实施例中，室温端子由所述第一电流分流器和所述第二电流分流器分别 接合到所述第一磁路连接和所述第二磁路连接，其中，所述室温端子是所述第一电流引线 和所述第二电流引线。所述第一电流分流器和所述第二电流分流器可以能用于承载所述磁 体的工作电流的低阻抗电导。为了使所述磁体斜坡上升，可以将高电流电源附接到所述第 一电流引线与所述第二电流引线之间。为了使所述磁体斜坡下降，电阻或二极管电路可以 跨所述第一电流引线和所述第二电流引线被连接。在一些实施例中，所述电阻或所述二极 管可以被确定尺寸或被选择使得磁体能量在〇. 2至2个小时的时间上消散。
[0032] 在另一个实施例中，所述第一开关包括用于枢轴旋转所述第一刚性线圈环的第一 枢轴。所述第一开关由第一触点和第二触点形成。所述第一刚性线圈环能用于通过枢轴旋 转来闭合所述第一触点和所述第二触点。所述第二开关包括用于枢轴旋转所述第二刚性线 圈环的第二枢轴。所述第二开关由第三触点和第四触点形成。所述第二刚性线圈环能用于 通过枢轴旋转来闭合所述第三触点和所述第四触点。该实施例可以是有益的，这是因为该 实施例提供一种设计简单但有效的在所述真空容器内切换所述第一开关和所述第二开关 的手段。
[0033] 在另一个实施例中，所述第一开关由包括所述第一刚性线圈环的第一联动装置形 成。所述第二开关由包括所述第二刚性线圈环的第二联动装置形成。在该实施例中，所述 第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环中的每个刚性线圈环实质上激活形成为杠杆的联 动装置。该实施例是有益的，这是因为当所述第一开关和所述第二开关中的每个开关闭合 时，形成了更好的电连接。
[0034] 在另一个实施例中，所述第一开关由第一螺旋机构形成。所述第一刚性线圈能用 于启动所述第一螺旋机构。所述第二开关由第二螺旋机构形成。所述第二刚性线圈能用于 启动所述第二螺旋机构。在该实施例中，可以由流过所述第一刚性线圈环和所述第二刚性 线圈环的电流启动所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环，其中，所述电流令所述第 一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环在枢轴或轴承上旋转。可以将该旋转运动用于驱动一 个或多个螺旋机构，然后可以使用所述一个或多个螺旋机构来闭合所述第一开关和所述第 二开关。
[0035] 在另一个实施例中，所述第一开关是热隔离的。所述第一开关附接到所述第一电 流引线。所述第二开关是热隔离的。所述第二开关附接到所述第二电流引线。该实施例 是有益的，这是因为所述第一电流引线和所述第二电流引线具有在所述真空室外部的电连 接。这意味着所述第一电流引线和所述第二电流引线可以处于室温。由于所述第一电流引 线和所述第二电流引线是良好的导体，所以所述第一电流引线和所述第二电流引线也可以 是非常良好的热导体。通过使所述第一开关和所述第二开关热隔离，这防止所述第一电流 引线和所述第二电流引线加热所述磁路。
[0036] 当所述第一开关和所述第二开关处于"断"状态或断开状态时，所述第一开关和所 述第二开关可以具有低的导热性。所述开关在其处于"通"状态或闭合状态时具有较高的 导热性。
[0037] 在另一个实施例中，利用第一高温超导体将所述第一开关电连接到所述第一磁体 连接。利用第二高温超导体将所述第二开关电连接到所述第二磁体连接。所述第一磁路连 接包括高温超导体。所述第二磁路连接包括高温超导体。该实施例是有益的，这是因为跨 所述第一开关和/或所述第二开关可以具有热梯度。可以使用所述第一高温超导体和所述 第二高温超导体来提供额外的热质量，其中，跨所述热质量具有热梯度。因为所述第一高温 超导体和所述第二高温超导体由高温超导体制成，所以比起假如它们由例如低温超导体制 成，它们能够在较高的温度下具有超导性。
[0038] 在一些实施例中，所述磁路包括低温超导体。在这种情况下，在上述实施例中的所 述第一高温超导体和所述第二高温超导体是特别有益的，这是因为跨所述第一高温超导体 和所述第二高温超导体的所述热梯度可以减少由所述低温超导体造成的热能量的损失。
[0039] 在另一个实施例中，所述磁体还包括至少一个恢复元件，所述恢复元件能用于当 在所述第一电流引线与所述第二电流引线之间流动的电流低于预定阈值时，保持所述第一 刚性线圈环的位置使得所述第一开关保持断开，并且保持所述第二刚性线圈环的位置使得 所述第二开关保持断开。该实施例是有益的，这是因为可以选择所述恢复元件以选择所述 第一开关和所述第二开关在哪个电流哪个处闭合。在一些实施例中，所述刚性线圈环中的 每个刚性线圈环都具有它们自己的恢复元件。一个或多个所述恢复元件能够具有强度调节 器以在所述第一开关和所述第二开关将要闭合的电流水平处发生改变。在一些实施例中， 所述恢复元件中的一个或多个恢复元件是弹簧，它们也可以是利用线缆和滑轮连接到所述 刚性线圈环的重物。所述恢复元件也可以是自动启动或手动启动的启动器。例如所述启动 器能够是被设计以保持所述第一开关和所述第二开关断开的步进电机。
[0040] 在另一个实施例中，所述第一刚性线圈环包括多个线圈环。所述第二刚性线圈环 包括多个线圈环。该实施例是有益的，这是因为当电流流过线圈时，所述额外的线圈环令线 圈中的每个线圈都生成较大的磁场。这可以在所述线圈上形成更多的扭矩，这使得启动所 述第一开关和所述第二开关更加容易。
[0041] 在另一个实施例中，将所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环中的至少一个 刚性线圈环附接到铁块上。该实施例是有益的，这是因为这增加了当电流流过所述第一刚 性线圈环和/或所述第二刚性线圈环时由他们生成的力的量。
[0042] 在另一个实施例中，所述第一刚性线圈环和所述第二刚性线圈环中的至少一个刚 性线圈环能用于在附接在所述真空容器的内表面内的铁块的间隙内移动。该实施例是有 益的，这是因为这可以增加由所述第一刚性线圈环和/或所述第二刚性线圈环生成的力的 量，并且使启动所述第一开关和/或所述第二开关更加容易。
[0043] 在一些实施例中，两个刚性线圈环都具有它们自己的铁块或通过它们自己的具有 间隙的铁块。
[0044] 在另一个实施例中，所述第一开关包括电连接到所述第一磁性连接的第一冷端 子。所述第二开关包括电连接到所述第二磁体连接的第二冷端子。将所述第一冷端子和所 述第二冷端子热连接到被冷冻的辐射屏蔽件。该实施例是有益的，这是因为所述被冷冻的 辐射屏蔽件可以提供热储，所述热储当在所述磁体中的所述电流发生斜坡变化时防止所述 第一开关和所述第二开关过多地变热。
[0045] 在另一个实施例中，将所述第一开关和所述第二开关安装为临近用于冷却所述磁 路的冷冻器芯柱（refrigerator stem)。该实施例再一次是有益的，这是因为所述冷冻器 芯柱可以提供热储，所述热储在斜坡变化过程期间减少所述第一开关和所述第二开关的变 热。
[0046] 在另一个实施例中，所述磁场具有场线。将所述第一刚性线圈环相对于所述磁场 取向为使得通过所述第一刚性线圈环的第一预定切换电流能用于在所述第一刚性线圈环 上生成第一扭矩以启动所述第一开关。将所述第二刚性线圈环相对于所述磁场线取向为使 得通过所述第二刚性线圈环的第二预定切换电流能用于在所述第二刚性线圈环上生成第 二扭矩以启动所述第二开关。
[0047] 在另一个实施例中，所述第一刚性电流环和所述第二刚性电流环位于这样的区域 中：在所述区域中，如果开启所述磁体，则会出现显著的轴向磁场。该磁场对通过所述环的 电流的组合效应是生成横向电磁力。可以将该横向电磁力用于启动所述第一开关和/或所 述第二开关。
[0048] 在另一个实施例中，所述磁体还包括至少一个热屏蔽件，所述热屏蔽件至少部分 包围和/或接触所述第一开关和所述第二开关。该实施例是有益的，这是因为至少一个热 屏蔽件提供热储，所述热储在所述磁路中的电流发生斜坡变化期间有助于保持所述第一开 关和所述第二开关是冷的。
[0049] 在一些实施例中，一个或多个所述热屏蔽件可以由所述冷冻器芯柱冷却，还可以 有多个热屏蔽件。在一些实施例中，一个或多个所述热屏蔽件可以是功能上作为在电流斜 坡上升或斜坡下降期间的热储的铝板。
[0050] 在本发明的另一个方面中，提供一种用于生成磁场的磁体。所述磁体是超导磁体。 所述磁体包括第一电流引线。所述磁体还包括第二电流引线。所述磁体还包括真空容器。 所述第一电流引线和所述第二电流引线位于所述磁体的外表面上并且穿过所述真空容器。 所述磁体还包括用于生成所述磁场的磁路。所述磁路在所述真空容器的内部。所述磁体还 包括第一磁路连接。所述磁体还包括第二磁路连接。所述第一磁路连接和所述第二磁路连 接提供用于所述磁路的电连接，以使所述磁路中的所述电流发生斜坡变化。
[0051] 所述磁体还包括用于在所述第一磁连接与所述第一电流引线之间切换第一电连 接的第一开关。所述磁体还包括用于在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间切换第 二电连接的第二开关。所述磁体还包括跨所述第一开关被连接的第一电流分流器。所述磁 体还包括跨所述第二开关被连接的第二电流分流器。所述磁体还包括第一刚性线圈环。所 述第一刚性线圈环能用于启动所述第一开关。所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接的 一部分。所述磁体还包括第二刚性线圈环。所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开关。 所述第二刚性线圈环形成所述第二电连接的一部分。
[0052] 在本发明的另一个方面中，提供一种用于生成所述磁场的磁体的开关组件。所述 磁体包括第一电流引线。所述磁体还包括第二电流引线。所述磁体还包括真空容器。所述 第一电流引线和所述第二电流引线位于在所述磁体的外表面上并且穿过所述真空容器。所 述磁体还包括用于生成所述磁场的磁路。所述磁路在所述真空容器的内部。
[0053] 所述磁体还包括第一磁路连接。所述磁体还包括第二磁路连接。所述第一磁路连 接和所述第二磁路连接提供与所述磁路的电连接。所述开关组件包括用于在所述第一磁体 连接与所述第一电流引线之间切换第一电连接的第一开关。所述开关组件还包括用于在所 述第二磁体连接和所述第二电流引线之间切换第二电连接的第二开关。所述开关组件还包 括跨所述第一开关被连接的第一电流分流器。所述开关组件还包括跨所述第二开关被连接 的第二电流分流器。所述开关组件还包括第一刚性线圈环。所述第一刚性线圈环能用于启 动所述第一开关。所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接的一部分。所述开关组件还包 括第二刚性线圈环。所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开关。所述第二刚性线圈环 形成所述第二电连接的一部分。

【专利附图】

【附图说明】
[0054] 下面将参考附图，仅通过举例描述本发明的优选实施例。在附图中：
[0055] 图1示出根据本发明的实施例的磁体100 ;
[0056] 图2示出根据本发明的实施例的开关组件；
[0057] 图3示出根据本发明的实施例的理想化的开关组件；
[0058] 图4是针对根据本发明的一个实施例的开关组件的，磁体的电流负载相对于时间 的曲线图以及接触电阻相对于时间的曲线图；
[0059] 图5示出根据本发明的另一实施例的理想化的开关组件300 ;
[0060] 图6示出根据本发明的实施例的磁共振成像系统；并且 [0061] 图7示出根据本发明的另一实施例的理想化的开关组件。
[0062] 附图标记列表
[0063] 100 :磁体
[0064] 102 :真空室壁
[0065] 104 :真空室
[0066] 106 :磁路
[0067] 107 :开关组件
[0068] 108:第一电流引线
[0069] 110:第二电流引线
[0070] 112:第一触点
[0071] 114:第二触点
[0072] 116:第三触点
[0073] 118:第四触点
[0074] 120 :第一开关
[0075] 122 :第二开关
[0076] 124 :第一刚性线圈环
[0077] 126 :第二刚性线圈环
[0078] 128:第一电流分流器
[0079] 130:第二电流分流器
[0080] 132 :第一磁体连接
[0081] 134:第二磁体连接
[0082] 136 :第一高温超导体
[0083] 138 :第二高温超导体
[0084] 140 :冷冻器芯柱
[0085] 200 :第一轴承
[0086] 202 :第二轴承
[0087] 300 :开关组件
[0088] 301 :刚性电流环
[0089] 302 :高度 1
[0090] 304:长度 &
[0091] 306:旋转轴
[0092] 308 :旁路连接
[0093] 310 :第一触点
[0094] 312 :第二触点
[0095] 314 :触点的半径
[0096] 316 :磁场线的方向
[0097] 400 :磁体的电流负载vs时间
[0098] 402 :接触电阻vs时间
[0099] 404:时间
[0100] 406:电流负载
[0101] 408:接触电阻
[0102] 500 :铁
[0103] 600 :磁共振成像系统
[0104] 606 :磁体膛
[0105] 608 :成像区
[0106] 610 :磁场梯度线圈
[0107] 612 :磁场梯度线圈电源
[0108] 614 :射频线圈
[0109] 616 :收发器
[0110] 618 :对象
[0111] 620:对象支撑物
[0112] 624 :电流斜坡变化系统
[0113] 626:计算机系统
[0114] 628:硬件接口
[0115] 630 :处理器
[0116] 632:用户接口
[0117] 636:计算机存储装置
[0118] 638:计算机存储器
[0119] 640 :磁共振数据
[0120] 642:图像
[0121] 648 :脉冲序列
[0122] 650 :控制模块
[0123] 652:图像重建模块
[0124] 700:开关组件
[0125] 701 :刚性线圈

【具体实施方式】
[0126] 在这些附图中类似的数字标记的元件要么是等价元件，要么执行相同的功能。如 果功能是等价的，则将没有必要在后来的附图中讨论先前已经讨论过的元件。
[0127] 图1示出根据本发明的实施例的磁体100的范例。这是圆柱型磁体的一部分。有 可见的真空室壁102。该磁体具有在中间的圆柱型膛。在壁102之间具有真空室104。标 识为106的元件是形成磁路106的超导线圈的部分。
[0128] 在真空室104内安装有开关组件107。有穿过壁102并且提供电联结线的第一电 流引线108和第二电流引线110。第一电流引线108连接到第一触点112。第二电流引线 110连接到第三触点116。有形成第一开关120的第二触点114。有形成第二开关122的 第四触点118。在该实施例中，将第二触点114安装在第一刚性线圈环124上。将第四触 点118安装在第二刚性线圈环126上。第一刚性线圈环124和第二刚性线圈环126的每个 刚性线圈环能够枢轴旋转，并且通过枢轴旋转使第一触点与第二触点114接触或使第三触 点116与第四触点118接触。此外，在第一刚性线圈环124与第一触点112之间有第一电 流分流器128。有将第二刚性线圈环126连接到第三触点116的第二电流分流器130。
[0129] 当使用磁体100时，有流过磁路106的电流。这感应出也存在于真空室106内部 的磁场。当电流在第一电流引线108与第二电流引线110之间流动时，该电流也能够流过 第一电流分流器128和第二电流分流器130。如果流过该分流器的电流是足够的，则流过第 一刚性线圈环124和第二刚性线圈环126的电流将引起磁场，这是由于由磁路106生成的 磁场将感应出令第一开关120和第二开关122闭合的扭矩。提供从第一电流引线108和第 二电流引线110的直接连接的困难在于良好的导体通常也是非常良好的热导体。这将导致 大的热损失，并且增加在用于冷却磁路106的冷冻系统上的负载。可以通过使用切换装置 (在那里第一电流引线108和第二电流引线110被切换，并且然后被连接到磁路106)来解 决该问题。困难是当电源故障或在磁共振成像系统内发生其他紧急情况时操作这样的开关 是困难的。当流过第一刚性线圈124和第二刚性线圈126的电流足够时，如这里描绘的开 关组件107将自动闭合第一开关120和第二开关122。
[0130] 当第一开关120和第二开关122闭合时的对于控制而言必要的确切电流量可以通 过增加恢复元件来执行。恢复元件没有在该图中描绘出，但是增加弹簧或其他恢复元件以 控制必要的力的量来闭合第一开关120和第二开关122是简单直接的。
[0131] 在该图中还示出第一磁体连接132和第二磁体连接134。这些磁体连接是电连接， 其提供与磁路106的电连接。在该实施例中，使用第一高温超导体136来将第一刚性线圈 环124连接到第一磁体连接器132。使用第二高温超导体138来将第二刚性线圈环126连 接到第二磁体连接器134。第一高温超导体136和第二高温超导体138提供这样的位置： 在该位置处，在第一磁体连接132与第一刚性线圈环124之间能够存在热梯度，并且在第二 磁体连接134与第二刚性线圈环126之间能够存在另一个热梯度。
[0132] 因为第一高温超导体136和第二高温超导体138是由高温超导材料制作的，所以 这些部件中的电阻损耗将会是最小的。第一高温超导体136和第二高温超导体138的存在 不是在所有的实施例中都是必要的。然而，当磁路106由低温超导体制造时，第一高温超导 体136和第二高温超导体138的存在是更有益的。这是因为在磁路106与开关组件107的 部件之间具有更高的温度差异。
[0133] 将开关组件107示出为邻近于冷冻器芯柱140。将冷冻器芯柱140放置在开关组 件107的附近是有益的，这是因为当正在使磁路106中的电流发生斜坡变化，即减小或减小 时，电阻加热可以导致开关组件107的各个部件变热。冷冻器芯柱140可以提供热储来帮 助防止开关组件107的部件的温度上升。然而，在该示意图中没有显示出的是，能够将一个 或多个热屏蔽件放置在开关组件107的各个部件周围。由于这些热屏蔽件的位置接近冷冻 器芯柱140,这些热屏蔽件在斜坡变化期间也可以提供额外的热储。
[0134] 没有大的液氦缓冲器的被冷冻的MRI磁体（例如图1中描绘的）可以装备有自动 斜坡下降系统来关闭磁场，以防在磁体已经被过多加热前冷却系统的长时间故障。
[0135] 为了实现一个安全的斜坡下降，将超导线圈连接到外部世界的电流引线需要随时 就位。该引线必须能够在没有被从磁体蒸发的氦气冷却的情况下承载满的磁体电流。然而， 这种永久导线将导致在冷冻器的第一部分上的大约20 W的热负载（针对400 A的典型的 磁体工作电流）。这太大而不可接受。原则上，能够通过从冷物质机械地断开引线来获得在 没有电流流过的情况下所期望的低热量泄漏。然而，不容易获得在真空空间内部执行切换 动作的可靠的机械启动器以及主电源不可用的情况下的可靠的机械启动器。
[0136] 电流引线108、110可以通过使用在由磁体本身生成的磁场中的引线电流上的洛 伦兹力来以完全无源的方式提供引线的期望的切换动作。
[0137] 如图1所示，两条电流引线108U10中的每条电流引线包括外部真空容器的固定 穿透，所述外部真空容器安置磁体线圈，并通过电/热接触连接到U形转动部分124、126。 通过薄的可弯曲的电线128、130将接触间隙桥接，在一些实施例中，所述薄的可弯曲的电 线能够最多承载10%的最大电流。在另一端处，将引线的U形转动部分连接（以可弯曲的 方式）到磁路106,要么直接连接，要么利用中间的高温超导引线132、138。电流引线的转 动部分可以以触点被正常断开的方式被弹簧支撑。流入磁路的电流将最初流过桥接触点 间隙的薄的旁路。由于U形转动部分124U26在磁体的主绕组与屏蔽绕组之间的环形间隙 107中被暴露于磁场，转动部分124、126将以触点闭合的方式被拉到一旁，由此产生在引线 的固定部分与转动部分之间的低阻抗的电连接。一旦电流减小到零，触点就会自动断开。
[0138] 原则上能够在电流引线的高温侧或电流引线的低温侧上实施该中继或自动切换 触点。因为已经显示接触电阻在低温度处能够显著增加，所以将触点放置在触点温度将总 是接近于室温的高温侧处是有益的。
[0139] 图2示出了图示开关组件107的更详细细节的图。除了在图1中示出的特征，还 示出了第一刚性线圈能够绕其旋转的第一轴承200。还示出了第二刚性线圈环126能够绕 其旋转的第二轴承202。
[0140] 图3示出根据本发明的实施例的理想化的开关组件300。具有能够围绕旋转轴306 旋转的刚性线圈环301。刚性线圈环301具有标记为302的高度和标记为304的长度或半 径。开关由第一触点310和第二触点312形成。具有在第一触点310与刚性电流环301之 间的旁路连接308。第一触点310和第二触点312被安装在源自旋转轴306的半径314处。 当电流穿过刚性电流环301时，该电流引起令刚性电流环301绕旋转轴310旋转的扭矩。这 引起在第二触点312与第一触点310之间的力。
[0141] 接触电阻R。与作用在触点上的力F。的依赖关系能够近似为：
[0142] Rc = KcFcn，
[0143] 其中，根据[El Abdi 等人]，针对铜，η = 0.3…0.4,并且 Kc = 0.3... 0.8m ΩΝη。
[0144] 在这个模拟中，我们使用η = 0. 25并且Kc = 0. 2mΩΝη。这些值已经被实验确定。 对于触点要被完全断开假设I < 5Α，并且对于分配上述接触电阻假设I > 5Α。对导体的外 侧部分的洛伦兹力F二次取决于电流I，这是因为磁场Β与I是成比例的：
[0145] F = Β(Ι) II,
[0146] 其中，1是垂直于磁场排列的导体的外侧部分的长度，并且B(I) = 1Τ*Ι/400Α，使 得IT的最大值在I = 400Α时达到。
[0147] 最后，由于杠杆的机制，
[0148]

【权利要求】
1. 一种磁共振成像系统（600)，包括用于生成磁场的磁体（100)，其中，所述磁体是超 导磁体，其中，所述磁体具有第一电流引线（108)和第二电流引线（110)，其中，所述磁共振 成像系统还包括被配置为附接到所述第一电流引线和所述第二电流引线的电流斜坡变化 系统￠24)，其中，电流斜坡变化系统能用于使所述超导磁体的电流发生斜坡变化，其中，所 述磁体还包括： -真空容器（104)，其中，所述第一电流引线和所述第二电流引线位于所述磁体的外表 面上并且穿过所述真空容器； -磁路（106)，其用于生成所述磁场，其中，所述磁路在所述真空容器的内部； -第一磁路连接（132); -第二磁路连接（134)，其中，所述第一磁路连接和所述第二磁路连接提供与所述磁路 的电连接，以使所述磁路发生斜坡变化； -第一开关（120)，其用于在所述第一磁体连接与所述第一电流引线之间切换第一电 连接； -第二开关（122)，其用于在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间切换第二电 连接； -第一电流分流器（128、308)，其跨所述第一开关被连接； -第二电流分流器（130)，跨所述第二开关被连接； -第一刚性线圈环（124、300、700)，其中，所述第一刚性线圈环能用于启动所述第一开 关，其中，所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接的一部分； -第二刚性线圈环（126)，其中，所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开关，其中， 所述第二刚性线圈环形成所述第二电连接的一部分。
2. 根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述第一开关包括用于使所述第一 刚性线圈环枢轴旋转的第一枢轴（200)，其中，所述第一开关由第一触点（112)和第二触点 (114)形成，其中，所述第一刚性线圈环能用于通过枢轴旋转来闭合所述第一触点和所述第 二触点，其中，所述第二开关包括用于使所述第二刚性线圈环枢轴旋转的第二枢轴（202)， 其中，所述第二开关由第三触点（116)和第四触点（118)形成，其中，所述第二刚性线圈环 能用于通过枢轴旋转来闭合所述第三触点和所述第四触点。
3. 根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述第一开关由包括所述第一刚性 线圈环的第一联动装置形成，并且其中，所述第二开关由包括所述第二刚性线圈环的第二 联动装置形成。
4. 根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述第一开关由第一螺旋机构形成， 其中，所述第一刚性线圈能用于启动所述第一螺旋机构，其中，所述第二开关由第二螺旋机 构形成，并且其中，所述第二刚性线圈能用于启动所述第二螺旋机构。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一开关是热隔离 的，其中，所述第一开关附接到所述第一电流引线，其中，所述第二开关是热隔离的，其中， 所述第二开关附接到所述第二电流引线。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，利用第一高温超导体 (136)将所述第一开关电连接到所述第一磁体连接，并且其中，利用第二高温超导体（138) 将所述第二开关电连接到所述第二磁体连接。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体还包括至少一 个恢复元件，当在所述第一电流引线与所述第二电流引线之间流动的电流低于预定阈值 时，所述恢复元件能用于维持所述第一刚性线圈环的位置使得所述第一开关保持断开，并 且维持所述第二刚性线圈环的位置使得所述第二开关保持断开。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一刚性线圈环包 括多个线圈环（701)，并且其中，所述第二刚性线圈环包括多个线圈环（701)。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一刚性线圈环和 所述第二刚性线圈环中的至少一个刚性线圈环附接到铁块（500)，或者，其中，所述第一刚 性线圈环和所述第二刚性线圈环中的至少一个刚性线圈环能用于在附接于所述真空容器 的内表面的内部的多个铁块的间隙内移动。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一开关包括电连 接到所述第一磁体连接的第一冷端子，其中，所述第二开关包括电连接到所述第二磁体连 接的第二冷端子，其中，所述第一冷端子和所述第二冷端子热连接到被冷冻的辐射屏蔽件。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，将所述第一开关和所述 第二开关安装为临近用于冷却所述磁路的冷冻器芯柱。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁场具有场线，其 中，相对于磁场线（316)对所述第一刚性线圈环进行取向，使得通过所述第一刚性线圈环 的第一预定切换电流能用于生成作用于所述第一刚性线圈环上的第一扭矩以启动所述第 一开关，其中，相对于所述磁场线对所述第二刚性线圈环进行取向，使得通过所述第二刚性 线圈环的第二预定切换电流能用于生成作用于所述第二刚性线圈环上的第二扭矩以启动 所述第二开关。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体还包括至少一 个热屏蔽件，所述热屏蔽件至少部分环绕所述第一开关和所述第二开关和/或与所述第一 开关和所述第二开关接触。
14. 一种用于生成磁场的磁体（100)，其中，所述磁体是超导磁体，其中，所述磁体包 括： -第一电流引线（108); -第二电流引线（110); -真空容器（104)，其中，所述第一电流引线和所述第二电流引线位于所述磁体的外表 面上并且穿过所述真空容器； -磁路（106)，其用于生成所述磁场，其中，所述磁路在所述真空容器的内部； -第一磁路连接（132); -第二磁路连接（134)，其中，所述第一磁路连接和所述第二磁路连接提供与所述磁路 的电连接； -第一开关（120)，其用于在所述第一磁体连接与所述第一电流引线之间切换第一电 连接； -第二开关（122)，其用于在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间切换第二电 连接； -第一电流分流器（128、308)，其跨所述第一开关被连接； -第二电流分流器（130)，其跨所述第二开关被连接； -第一刚性线圈环（124、300、700)，其中，所述第一刚性线圈环能用于启动所述第一开 关，其中，所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接的一部分； -第二刚性线圈环（126)，其中，所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开关，其中， 所述第二刚性线圈环形成所述第二电连接的一部分。
15. -种用于生成磁场的磁体（100)的开关组件（107)，其中，所述磁体包括： -第一电流引线（108); -第二电流引线（110); -真空容器（104)，其中，所述第一电流引线和所述第二电流引线位于所述磁体的外表 面上并且穿过所述真空容器； -磁路（106)，其用于生成所述磁场，其中，所述磁路在所述真空容器的内部； -第一磁路连接（132);以及 -第二磁路连接（134)，其中，所述第一磁路连接和所述第二磁路连接提供与所述磁路 的电连接； 其中，所述开关组件包括： -第一开关（120)，其用于在所述第一磁体连接与所述第一电流引线之间切换第一电 连接； -第二开关（122)，其用于在所述第二磁体连接与所述第二电流引线之间切换第二电 连接； -第一电流分流器（128、308)，其跨所述第一开关被连接； -第二电流分流器（130)，其跨所述第二开关被连接； -第一刚性线圈环（124、300、700)，其中，所述第一刚性线圈环能用于启动所述第一开 关，其中，所述第一刚性线圈环形成所述第一电连接的一部分； -第二刚性线圈环（126)，其中，所述第二刚性线圈环能用于启动所述第二开关，其中， 所述第二刚性线圈环形成所述第二电连接的一部分。
【文档编号】H01F6/06GK104094367SQ201380007696
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】J·A·奥弗韦格, T·E·阿姆托尔, P·福斯曼, F·乌勒曼, B·戴维 申请人:皇家飞利浦有限公司