专利名称：用于超导磁体的高温超导电流引线的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及超导磁体系统，更具体来说，本发明涉及最小化
在磁体斜升(magnet ramping)期间对超导磁体系统的热负荷.本发 明还涉及减小在磁体的持续搮作期间在所述磁体上的热负荷.
背景技术：
当诸如人体组织的物质受到均匀磁场(极化场B0)时，所述组织 中自旋的各单独磁矩试图与该极化场对准，但是在其特征Larmor频率 下按照随机顺序围绕该极化场旋进.如果所述物质或组织受到处在x-y平面中并且接近Larmor频率的磁场(激发场Bt)，則净对准矩(或 "纵向磁化")Mz可能被旋转或"倾斜(tip)"到该x-y平面中，以 便产生净橫向磁矩M"在所述激发信号B,被终止之后，由所激发的自 旋发射一个信号，该信号可以被接收并且被处理以便形成一个困像.
当利用所述信号产生图像时，采用磁场梯度(Gp Gy和Gz). — 般来说，通过一个测量循环序列来扫描待成像的区域，在所述测量循 环序列中，所述梯度根据所使用的具体定位方法而改变.所得到的一 组接收NMR信号被数字化并且被处理，以便利用许多公知的重建技术 的其中之一来重建所述图像。
MR系统典型地使用超导磁体，其常常利用多个线團来生成均匀磁 场。这些超导磁体是由液态氦冷却的冷物质(cold mass)的一部分。 所述磁体通常由铌-钛材料制成，其被利用液态氦冷却到4.2K的温度。 採作在MM系统中的示例性超导磁体系统需要偶尔斜升所述超导磁体 以对该磁体进行充电，从而用于该MRI系统.在所述超导磁体被斜升 之后，用于磁体斜升的供电被断开，并且在必须进行进一步的磁体斜 升之前都不再需要供电，这例如是为了对所述超导磁体进行去磁化， 或者用于在例如预定的服务、磁体失超(quench)等等之后对所述超 导磁体进行重新磁化.
常常使用可缩回的电流引线，所述电流引线只有在磁体斜升期间 才被连接到所述超导磁体，在所述超导磁体被斜升之后，在正常搮作期间，所述电流引线被缩回，以便去除从所述电流引线到所述超导磁 体的传导热负荷.这种可缩回的电流引线通常被保持在室温下，并且 当被连接到所述超导磁体时，其与被用来为所述导线供电的设备一起 充当在所述超导磁体上的热负荷。
因此，期望具有一种能够在斜升超导磁体的同时最小化该超导磁 体上的热负荷的系统和方法.
发明内容
本发明提供一种克服了上述缺陷的斜升超导磁体组件的系统和方 法. 一对引线从超导磁体系统的真空容器延伸出来，并且电连接到超 导磁体，以用于把该超导磁体斜升到特定操作条件或者从特定操作条 件斜升该超导磁体.
根据本发明的一方面，提供一种用于斜升超导磁体的电流引线组 件，该组件包括真空容器壁，所述真空容器壁具有暴露于大气压的第 一側和暴露于真空压力的第二側.池壁从该真空容器壁的笫一側延伸 出来，并且形成一个坝区域。第一导体被固定到该真空容器壁并且密 封地穿透该真空容器壁，该笫一导体具有延伸到所述坝区域中的第一 部分.第二导体被固定到该真空容器壁并且密封地穿透该真空容器 壁，该第二导体具有延伸到该坝区域中的第一部分.在该真空容器壁
的第二侧上的超导磁体具有第一低温超导(LTS)引线和第二LTS引 线。第一超导体把笫一导体电连接到第一LTS引线，第二超导体把第 二导体电连接到笫二 LTS引线，
本发明还针对一种制造用于超导磁体的引线组件的方法.该方法 包括提供一个真空容器的步骤，该真空容器包括一个外壳，该外壳具 有内表面和外表面，该内表面封闭内部容积.该方法还包括以下步骤 把坝壁附着到环绕制冷刑池区域的外表面；在所述内部容积内提供超 导磁体，该超导磁体具有一对LTS引线；把该内部容积内的一对超导 引线当中的每一个的第一端电连接到所述超导磁体的LTS引线；以及 把该对超导引线当中的每一个的第二端电连接通过所述外壳并且穿透
到所述制冷剂池区域中。
本发明还针对一种包括真空容器的MRI设备，该真空容器围绕真
空空间并且包括封闭革，该封闭革具有大气压側和真空側，池壁密封
地附着到该封闭革的大气压側并且形成深冷池区域.超导磁体被封闭
在该真空空间内，其具有笫一LTS引线和第二LTS引线。多个梯度线 團被定位成围绕所述超导磁体的一个孔以便施加极化磁场，RF收发器 系统和RF开关受到脉冲模块的控制，以便把RF信号发送给RF线團 组件，从而采集MR图像.磁体斜升系统包括笫一导体、笫二导体、 笫 一超导引线和第二超导引线，其中第 一导体穿透所述封闭軍并且延 伸到所述深冷池区域中，笫二导体穿透该封闭革并且延伸到该深冷池 区域中，笫一超导引线电连接到笫一LTS引线和笫一导体，第二超导 引线电连接到第二LTS引线和第二导体.
通过下面的详细描述和附困，本发明的各种其他特征和优点将变 得显而易见.
了当前被构想来实施本发明的一个优选实施例. 在附困中
图1是可以通过合并本发明而受益的MR成像系统的示意方框图。
图2是根据本发明的一个实施例的磁体斜升组件的示意图。 图3是沿着线3-3取得的图2的磁体斜升组件的橫截面图.
具体实施例方式
参照图1，在一个例子中，超导磁体系统10包括操作在交流电 (AC)环境中的超导磁体系统.示例性的超导磁体系统包括变压器、 发电机、电动机、超导磁体能量存储装置(SMES)和/或磁共振(MR) 系统.虽然传统的MR磁体操作在DC模式下，但是当到磁体的梯度 泄漏场较高时，某些MR磁体可以操作在来自梯度线围的AC磁场下. 这种AC磁场在所述磁体中产生AC损失.出于解释性的目的，提供了 对于磁共振和/或磁共振成像(MRI)设备和/或系统的示例性细节的说 明性讨论。
所述MR系统的操作受到操作员控制台12的控制，其包括键盘或 其他输入装置13、控制面板14和显示屏16.该控制台12通过链接18 与单独的计算机系统20通信，该计算机系统使得操作员能够控制在该
显示屏16上产生和显示图像。该计算机系统20包括多个模块，所述 各模块通过底板20a彼此通信.所述模块包括图像处理器模块22、 CPU 模块24和存储器模块26(其在本领域中已知是用于存储困像数据阵列 的帧緩冲器)。该计算机系统20链接到盘存储装置28和可移动存储 装置30以用于存储图像数据和程序，并且通过高速串行链接34与单 独的系统控制器32通信.所述输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、 键盘、轨迹球、触摸屏、光棒、语音控制或者任何类似的或等效的输 入装置，并且可以被用于交互式几何规定.
所述系统控制器32包括一组通过底板32a连接在一起的模块.所 述模块包括CPU模块36和脉冲发生器模块38,该脉冲发生器模块通 过串行链接40连接到所述操作员控制台12.该系统控制器32通过链 接40从操作员接收到表明将要执行的扫描序列的命令.该脉冲发生器 模块38操作各系统组件来实施所期望的扫描序列，并且产生表明所产 生的RF脉冲的定时、强度和形状以及数据采集窗口的定时和长度的数 据。该脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42，以便指示在所述 扫描期间产生的梯度脉沖的定时和形状.该脉冲发生器模块38还可以 从生理采集控制器44接收患者数据，该控制器从连接到所述患者的多 个不同传感器接收信号，比如来自附着到患者身上的电极的ECG信 号。最后，该脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46，该电路从
与所述患者和磁体系统的状况相关联的多个传感器接收信号.患者定 位系统48还通过该扫描室接口电路46接收命令，以便把患者移动到
所期望的位置以进行扫描.由所述脉冲发生器模块38产生的梯度波形被施加到所述梯度放大 器系统42，该系统具有Gx、 Gy和Gz放大器.每个梯度放大器激发总 体被标记为50的梯度线围组件中的相应的物理梯度线围，以便产生用 于对所采集的信号进行空间编码的磁场梯度.该梯度线围组件50形成 磁体组件52的一部分，该磁体组件包括极化磁体54和整体RF线團 56.所述系统控制器32中的收发器模块58产生脉冲，所述脉冲被RF 放大器60放大并且通过发送/接收开关62耦合到RF线圉56.由患者 体内的受激发的原子核发射的所得到的信号可以被相同的RF线團56 感测到，并且通过该发送/接收开关62被耦合到前置放大器64.经过 放大的MR信号在所述收发器58的接收器部分中被解调、滤波和数字
化，该发送/接收开关62受到来自所述脉冲发生器模块38的信号的控 制，以便在发送模式期间把所述RF放大器60电连接到所述线圃56， 并且在接收模式期间把所述前置放大器64连接到该线團56.该发送/ 接收开关62也可以是单独的RF线團(例如表面线團)，其将被用在
所述发送或接收模式下.
由所述RF线围56拾取的MR信号被所述收发器模块58数字化， 并且被传送到所述系统控制器32中的存储器模块66.当已经在该存储 器模块66中采集了未经处理的k空间数据的阵列时，扫描完成.该未 经处理的k空间数据被重新排列到对应于每个将被重建图像的各单独 的k空间数据阵列中，并且每一个所述单独的阵列被输入到阵列处理 器68中，该阵列处理器用来把所述数据傅立叶变换成图像数据阵列. 该图像数据通过所述串行链接34被传递到所述计算机系统20，所述困 像数据在该处被存储在存储器(比如盘存储装置28)中.响应于从操 作员控制台12接收的命令，所述图像数据可以在长期存储装置中(比 如在可移动存储装置30上)被归档，或者其可以被所述图像处理器22 进一步处理，并且被传递到所述搮作员控制台12并被显示在显示器16 上。
图2示出了根据本发明的一个实施例的磁体斜升组件70的示意 图.真空容器72包括封闭内部容积76的壁74，该壁74具有该真空容 器72的真空側78和暴露于大气的外側或大气压側80。诸如图l中的 磁体组件52的超导磁体82被包含在真空容器72的内部容积76内.磁 体斜升组件70把该超导磁体82电连接到电流源或空负栽(未示出)， 以用于把该超导磁体82斜升到特定操作条件或者从特定操作条件斜升 该超导磁体82.
磁体斜升组件70包括一对引线84、 86，其穿透所述壁74并且从 该处在每一側78、 80上延伸，引线84、 86由诸如铜的导电并且导热 的材料制成。引线84、 86密封地接合所述壁74，以便最小化在那附近 从大气到真空容器72的内部容积76的压力流.引线84、 86还与所述 壁74电隔离，从而电流不从一条引线84通过所述壁74流到另一条引 线86。
在真空容器72的内部容积76中，引线84、 86附着到顶端板88， 该顶端板连接到圃柱体卯.圆柱体90优选地是电绝缘的.顶端板88
被分成笫一部分92和第二部分94，这两个部分通过电绝缘分离器96 彼此电隔离。引线84电连接到顶端板88的第一部分92，引线86电连 接到顶端板88的第二部分94.顶端板88通过一对超导体100、 102电 连接到圃柱体90的底端板98,底端板98被分成第一部分104和第二 部分106，这两个部分通过电绝缘分离器108彼此电隔离.该对超导体 100、 102优选地由诸如BSCCO类、YBCO类等等高温超导材料制成. 顶端板88和底端板98优选地由铜制成.
超导体100、 102把顶板部分92、 94分别电连接到底板部分104、 106.在一个优选实施例中，超导体100、 102缠绕圃柱体卯，并且通 过使用诸如聚酰亚胺(kapton)之类的塑料与之电隔离.超导体100、 102缠绕成螺旋图案，以便在其中延长端板88、 98之间的导热路径 此外，超导体100、 102优选地以双股绕组的方式缠绕，按照这种方式， 由超导体IOO、 102中产生的电流引入的磁场和力往往会抵消.圃柱体 90优选地由电和热绝缘的绝缘材料制成，比如塑料、纤维复合材料等 等.
底端板98的第一和第二部分104、 106通过超导磁体82的一对低 温超导(LTS)引线IIO、 112电连接到该超导磁体82,因此形成从引 线84到引线86的电路.也就是说，引线84通过顶端板88的第一部分 92、第一超导体IOO、底端板98的第一部分104和LTS引线110电连 接到该超导磁体82,引线86通过顶端板88的第二部分94、第二超导 体102、底端板98的笫二部分106和LTS引线112电连接到该超导磁 体82。
仍然参照闺2，坝114 (或池壁)密封地附着到壁74的大气压側 80，并且环绕引线84、 86，从而形成一个池区域或坝区域116.为了 斜升超导磁体82，操作员或技师把电流源(未示出)连接到引线84、 86，并且利用诸如液态氮的致冷剂118填充池区域或坝区域116.按照 这种方式，把引线84、 86沉浸在该致冷剂118中，并且其温度开始降 低。致冷剂118的沸点温度低于第一和笫二超导体100、 102的临界温 度，从而降低引线84、 86的温度.引线84、 86以传导方式冷却顶端 板88，从而又以传导方式把第一和第二超导体IOO、 1(W冷却到低于其 临界温度.所述超导磁体82的LTS引线110、 112帮助把第一和第二 超导体100、 102冷却到其临界温度以下.
通过使得引线84、 86低于所述临界温度，在第一和第二超导体 100、 102改变到超导状态之后，通过向引线84、 86施加电流来斜升所 述超导磁体82.由于第一和笫二超导体IOO、 102处在超导状态下，在 所述斜升期间，所述引线84、 86、顶端板88、底端板98、第一和第二 超导体100、 102以及超导磁体82中的电阻性加热被减小.在所述磁 体的斜升完成之后，使得致冷刑118在所述池区域或坝区域116中沸 腾，操作员从引线84、 86去除电流源，并且超导磁体82搮作在正常
操作模式下.
为了斜降(ramp down)超导磁体82，操作员或技师把电流源或 空负栽(未示出)连接到引线84、 86，并且利用致冷剂118填充池区 域或坝区域116.在笫一和第二超导体100、 102如上所述的那样改变 到超导状态之后，该电流源或空负栽用来把该超导磁体82中的电流减 小到O.同样地，使得致冷剂118在所述池区域或坝区域116中沸腾， 并且如果需要的话可以使得该超导磁体82适于使用。
现在参考图2和3，圃柱体90包括位于顶端板88和底端板98之
间的热沉或拦热器120，以用于在引线84、 86的温度高于其临界温度
(比如室温)时拦截从引线84、 86通过第一和笫二超导体100、 102传
导到超导磁体82的热量.热链接122将热沉或拦热器120热连接到低
温冷却机124.在一个优选实施例中，低温冷却机124是用于把所述热
沉或拦热器120冷却到第一和第二超导体100、 102的临界温度(比如
40K)以下的专用单元.然而，可以设想把不同级的低温冷却机124同
时连接到超导磁体82和热沉或拦热器120。热沉或拦热器120以及热
链接122优选地由具有高热导率的材料制成，比如铜，
根据本发明的一个实施例的磁体斜升组件最小化在磁体斜升期间 到超导磁体系统的热负荷，并且在所述真空容器外部的电流引线暴露
于环境温度时，在所述超导磁体的正常操作期间最小化到超导磁体系
统的热负荷.
因此，本发明包括一种用于斜升超导磁体的电流引线组件，该组 件包括真空容器壁，所述真空容器壁具有暴露于大气压的第一側和暴 露于真空压力的笫二側.池壁从该真空容器壁的第一側延伸出来，并 且形成一个坝区域.第一导体被固定到该真空容器壁并且密封地穿透 该真空容器壁，该第一导体具有延伸到所述坝区域中的笫一部分.第
二导体被固定到该真空容器壁并且密封地穿透该真空容器壁，该第二 导体具有延伸到该坝区域中的笫一部分.在该真空容器壁的第二側上
的超导磁体具有第一低温超导(LTS)引线和第二LTS引线.第一超 导体把第一导体电连接到笫一LTS引线，第二超导体把笫二导体电连 接到第二LTS引线.
本发明还针对一种制造用于超导磁体的引线组件的方法.该方法 包括提供一个真空容器的步骤，该真空容器包括一个外壳，该外壳具 有内表面和外表面，该内表面封闭内部容积.该方法还包括以下步骤 把坝壁附着到环绕制冷剂池区域的外表面；在所述内部容积内提供超 导磁体，该超导磁体具有一对LTS引线；把该内部容积内的一对超导 引线当中的每一个的第一端电连接到所述超导磁体的LTS引线；以及 把该对超导引线当中的每一个的第二端电连接通过所述外壳并且穿透 到所述制冷剂池区域中.
本发明还针对一种包括真空容器的MRI设备，该真空容器围绕真 空空间并且包括封闭革，该封闭軍具有大气压側和真空側，池壁密封 地附着到该封闭軍的大气压側并且形成深冷池区域，超导磁体被封闭 在该真空空间内，其具有笫一LTS引线和笫二LTS引线.多个梯度线 闺被定位成围绕所述超导磁体的一个孔以便施加极化磁场，RF收发器 系统和RF开关受到脉冲模块的控制，以便把RF信号发送给RF线围 组件，从而采集MR图像。磁体斜升系统包括笫一导体、笫二导体、 第一超导引线和第二超导引线，其中第一导体穿透所述封闭軍并且延 伸到所述深冷池区域中，第二导体穿透该封闭革并且延伸到该深冷池 区域中，笫一超导引线电连接到第一LTS引线和第一导体，笫二超导 引线电连接到第二 LTS引线和第二导体。
已经根据优选实施例描述了本发明，但应当认识到，除了明确阐 述的之外，多种等效方案、替换方案和修改都是可能的，并且落在所 附权利要求书的范围内.
部件列表
10优选的MR系统
12操作员控制台
13键盘或其他输入装置
14控制面板 16显示屏 18链接
20单独的计算机系统 20a 底板
22图像处理器模块
24 CPU模块
26存储器模块
28盘存储装置
30带驱动器
32单独的系统控制器
32a 底板
34 高速串行链接
36 CPU模块
38脉冲发生器模块
40串行链接
42梯度放大器组
44生理采集控制器
46扫描室接口电路
48对象定位系统
50梯度线團组件
52磁体组件
54极化磁体
56 整体RF线围
58收发器模块
60 RF放大器
62发送/接收开关
64前置放大器
66存储器模块
68 阵列处理器
70磁体斜升组件
72真空容器74 壁
76 内部容积 78 真空側 80 大气压側 82超导磁体 84引线 86引线 88 顶端板 90 圃柱体 92 第一部分 94 第二部分 96分离器 98底端板 100笫一超导体 102第二超导体 104 笫一部分 106 笫二部分 108分离器 110 LTS引线 112 LTS引线 114坝 116 池区域 118致冷剂 120拦热器 122热链接 124 ^f氏温冷却机,
权利要求
1、一种用于斜升超导磁体(82)的电流引线组件(70)，该组件包括真空容器壁(74)，其具有暴露于大气压的第一侧(80)和暴露于真空压力的第二侧(78)；池壁(114)，其从该真空容器壁(74)的第一侧(80)延伸出来，并且形成坝区域(116)；第一导体(84)，其被固定到该真空容器壁(74)并且密封地穿透该真空容器壁(74)，该第一导体具有延伸到该坝区域(116)中的第一部分；第二导体(86)，其被固定到该真空容器壁(74)并且密封地穿透该真空容器壁，该第二导体具有延伸到该坝区域(116)中的第一部分；在该真空容器壁(74)的第二侧(78)上的超导磁体(82)，其具有第一低温超导(LTS)引线(110)和第二LTS引线(112)；第一超导体(100)，其把第一导体(84)电连接到第一LTS引线(110)；以及第二超导体(102)，其把第二导体(86)电连接到第二LTS引线(112)。
2、 权利要求l的组件，其中，所述第一和笫二导体(S4， 86)包 括导热材料.
3、 权利要求2的组件，其中，所述第一和第二导体(84, 86)是铜。
4、 权利要求1的组件，其中，所述池壁(114)被配置成在所述 坝区域(116)中包含致冷剂(118)，该致冷剂(118)的沸点温度低 于所述第一和笫二超导体(100, 102)的临界温度，
5、 权利要求4的组件，其中，所述致冷剂(118)是液态氮.
6、 权利要求l的组件，其中，所述第一和第二导体(84， 86)与 所述真空容器壁(74)电绝缘.
7、 权利要求l的组件，还包括圃柱体(90)，其被定位成邻近所述真空容器壁(74)的第二側 (78); 顶端板(88),其附着到该圃柱体的第一端并且具有电连接到所 述第一导体(84)的第一部分(92)和电连接到所述笫二导体(86) 的第二部分(94)，其中，所述第一部分(92)和第二部分(94)彼 此电隔离；以及底端板(98)，其附着到该圃柱体的笫二端并且具有笫一部分 (104)和笫二部分(106),其中，所述笫一部分(104)和笫二部分 (106)彼此电隔离；其中，所述第一超导体(100)电连接到该顶端板(幼)的第一部 分(92)以及该底端板(98)的笫一部分(10";以及其中，所述笫二超导体(102)电连接到该顶端板(88)的笫二部 分(94)以及该底端板(98)的第二部分(10。.
8、 权利要求7的组件，其中，所述第一超导体(100)和笫二超导 体(102)被螺旋缠绕在围绕所述圃柱体(90)的双股绕组中.
9、 权利要求7的组件，其中，所述笫一超导体(100)和笫二超导 体(102)是包括BSCCO型和YBCO型的其中之一的高温超导体.
10、 权利要求7的组件，还包括附着在所述圃柱体(90)的第一端 与第二端之间的拦热器(120)，其中该拦热器(120)热连接到低温 冷却机(124)。
全文摘要
本发明涉及一种用于斜升超导磁体的电流引线组件，该组件包括真空容器壁，其具有暴露于大气压的第一侧和暴露于真空压力的第二侧。池壁从该真空容器壁的第一侧延伸出来，并且形成坝区域。第一导体被固定到该真空容器壁并且密封地穿透该真空容器壁，该第一导体具有延伸到该坝区域中的第一部分。第二导体被固定到该真空容器壁并且密封地穿透该真空容器壁，该第二导体具有延伸到该坝区域中的第一部分。在该真空容器壁的第二侧上的超导磁体具有第一低温超导(LTS)引线和第二LTS引线。第一超导体把第一导体电连接到第一LTS引线，第二超导体把第二导体电连接到第二LTS引线。
文档编号H01F6/06GK101178967SQ20071016223
公开日2008年5月14日 申请日期2007年10月8日 优先权日2006年10月2日
发明者P·S·汤普森, 徐民风, 黄先锐 申请人:通用电气公司