磁共振成像系统的冷却设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像设备领域，尤其是涉及一种磁共振成像系统的冷却设备和方法。
【背景技术】
[0002]磁共振成像(MRI)系统在医学上有着广泛的应用。在磁共振成像系统中有许多高发热功率系统部件，比如冷头压缩机、梯度线圈(GC)、梯度功率放大器(GPA)和射频功率放大器(RFPA)。为了冷却这些高发热功率的系统部件，通常需要一个冷却系统。
[0003]图1是现有的一个磁共振成像设备的冷却设备。如图1所示，第一泵4将低温的冷却水供给冷却MRI设备M的管道，吸收MRI设备工作发出的热量。变热后的冷却水被送到蒸发器8中与蒸发器中的制冷剂进行热交换，温度降低，重新送给第一泵4。而在蒸发器8中因为热交换而温度升高变成蒸汽的制冷剂，经由压缩机5压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器10。在冷凝器10中，蒸汽向冷却介质放热，冷凝为高压液体，再经过膨胀阀9变成低压低温的制冷剂。在冷凝器10中，与制冷剂进行热交换后温度变高的水被送给泵6，经由风扇7降温处理后送回冷凝器10。但是在这样一种冷却设备中，通常需要压缩机、泵、风扇，不间断地工作，消耗的能量比较多。另外，对于一些在高负荷和低负荷之间来回转换工作的MRI系统，冷却设备的供水温度会有大的波动，而致使用水冷却的MRI系统的稳定性受到影响。
【发明内容】
[0004]本发明一方面提出了一种磁共振成像系统的冷却设备，其包括:一冷媒和一调节单元，所述冷媒用于对所述磁共振成像系统进行制冷，所述调节单元用于基于预先收集的与所述磁共振成像系统的状态对应的冷却功率需求驱动所述冷媒。
[0005]本发明另一方面还提出了一种磁共振成像系统的冷却方法，包括:基于与所述磁共振成像系统的状态对应的预先收集的冷却功率需求，驱动冷媒对所述磁共振成像系统进行制冷。
[0006]本发明还提供了一种磁共振成像系统，其中包括一控制单元所述冷却设备，所述控制单元用于将所述磁共振成像系统的状态发送给所述调节单元。
[0007]通过所述磁共振成像系统的冷却设备、冷却方法，将能耗的节省和对冷却液温度波动控制结合起来，用一种闭环控制的方式，以更高的精度实现了对MRI系统的冷却。
【附图说明】
[0008]下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中:
[0009]图1是现有的一个磁共振成像系统的冷却设备示意图；
[0010]图2是根据本发明一个实施例的磁共振成像系统的冷却设备示意图；
[0011]图3是根据本发明另一个实施例的磁共振成像系统的冷却设备示意图；
[0012]图4是根据本发明一个实施例的磁共振成像系统的冷却方法流程图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下列举实施例对本发明进一步详细说明。
[0014]图2是本发明一个实施例的磁共振成像系统M的冷却设备的示意图。该冷却设备包括作为控制单元的主机1、调节单元2、频率转换器3、第一泵4、压缩机5、第二泵6、风扇7、蒸发器8、膨胀阀9和冷凝器10。主机I用于给磁共振成像系统M发送进行序列扫描操作的扫描序列，并将预先收集的与该扫描序列对应的冷却功率需求发送给调节单元2 ;调节单元2用于基于冷却功率需求的计算，得出至少一个动力部件所需的步进频率，并将步进频率转换成调节信号，发送给所述频率转换器3 ;频率转换器3用于根据调节信号调节动力部件的步进频率来调节至少一个动力部件的转速；至少一个动力部件用于在调节后的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。
[0015]具体地，主机I上存储有使磁共振成像设备M进行不同的扫描操作的多组扫描序列和对应的预先测量的冷却功率需求。扫描序列是指射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关参数的设置及其在时序上的排列。MR成像主要依赖于四个因素:即质子密度、弛豫时间Tl、T2、流空效应，应用不同的磁共振扫描序列可以得到反映这些因素不同侧重点的图像。
[0016]接下来，以扫描序列A为例说明如何预先测量其对应的冷却功率需求。例如，运行扫描序列A，磁共振成像设备M根据扫描序列A定义的相关参数进行扫描，与此同时，利用测量工具(例如，包括流量传感器，温度传感器等等)测量磁共振成像设备M整体的冷却液流量，以及进出冷却液的温度差，据此可以计算出磁共振成像设备M在运行扫描序列A的时间范围内，每个时间点的冷却功率需求(或实时冷却功率需求)。该功率需求可以用“冷却功率-扫描时间”这样的图表形式表达。
[0017]在MRI设备和冷却设备工作时，用户，比如医生，在主机I上选择一组扫描序列。主机I将该扫描序列发送给磁共振成像设备M，并将对应的冷却功率需求发送给调节单元2。调节单元2可以用单独的单片机或者印刷电路板或者印刷电路板组件(PCBA)来实现。主机I和调节单元2之间的通讯方式可以为有线或者无线的方式。调节单元2基于对上述冷却功率需求的计算得出冷却设备的动力部件所需的特定步进频率，并将该步进频率对应的调节信号发送给频率转换器3。
[0018]如上所述，因为预先测量得到了磁共振成像系统M在运行扫描序列A时的实时冷却功率需求。调节单元2可以根据上述实时冷却功率需求的具体数值和设备最大冷却功率数值，可以计算得到每个时间点上“实时冷却功率需求/最大制冷功率”的百分比。调节单元2基于此百分比和当前工况下的供电电源频率，可以计算出与上述实时冷却功率需求所匹配的步进频率输出。这个频率输出结果例如可以用“步进频率-扫描时间”的图表形式表达。在该实施例冷却设备中，对于动力部件，它们的步进频率可以相同，也可以根据不同的动力部件的参数，得出不同的步进频率。
[0019]然后，频率转换器3根据调节信号将特定步进频率的电力提供给动力部件，调节动力部件的转速。在该例子中，动力部件例如为第一泵4、压缩机5、第二泵6、风扇7。然后这些动力部件在调节后的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。冷媒例如为水、空气、氟里
pp -rj- -Tj- O
[0020]如图2所示，在制冷循环中，包括一个由第一泵4和蒸发器8以及冷却液管道构成的作用于磁共振成像设备M上的冷却液回路。在该冷却液回路中，第一泵4将低温的冷却液供给冷却MRI设备M的管道，吸收MRI设备工作发出的热量。变热后的冷却液被送到蒸发器8中与蒸发器中的制冷剂进行热交换，温度降低，重新送给第一泵4。制冷剂例如为氟利昂。冷却液可以为水或者其它液体。
[0021]而在蒸发器8中因为热交换而温度升高变成蒸汽的制冷剂，经由压缩机5压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器10。在冷凝器10中，蒸汽向冷却介质(在本实施例中，例如为水)放热，冷凝为高压液体，再经过膨胀阀9变成低压低温的制冷剂，进行下一个循环。在冷凝器10中，与制冷剂进行热交换后温度变高的水被送给泵6，经由风扇7降温处理后送回冷凝器10，进行下一个循环。
[0022]这样一种冷却设备实现了在MRI系统不同工况下的主动功率调节，节省了能量的损耗。
[0023]另外，在主机I中还存储有磁共振成像系统M在待机状态下或关闭状态下的冷却功率需求。当磁共振成像系统M在待机状态下或者关闭状态下时，主机I会将相对应的冷却功率需求发送给调节单元2，接下来的操作如上文所描述的。
[0024]在一个具体示例中，假设当磁共振成像系统M的最大冷却需求为100%时，电源电压为400V，频率为50Hz。当用户选择了一个冷却功率需求为50%的扫描序列给磁共振成像系统M时，相应地，频率转换器3输出25Hz的频率给动力部件压缩机5、第一泵2、第二泵7和风扇8。然后，动力部件以50%的转速运转。
[0025]图3是根据本发明另一个实施例的磁共振成像设备的冷却设备示意图。其中，本发明实施例进一步通过测量冷却磁共振成像设备后的冷却液的温度T(即，冷却MRI系统M后送给蒸发器9的冷却液的温度)来对调节单元向频率转换器发送的信号进行细调。具体地，比如设置一个温度阈值，当检测到的冷却液温度T高于该阈值时，在一定范围内提高动力部件的转速。反之，在一定范围内降低动力部件的转速。所述冷却液温度的测量可以用各种温度传感器，比如负温度系数(NTC)温度传感器。
[0026]通过对冷却液温度的采集，在节省能耗的基础上，用一种闭环控制方式进