本发明涉及一种核磁共振成像磁体系统， 特别涉及具有开放 式传导冷却核磁共振超导磁体系统。 背景技术

与圆柱形封闭式的核磁共振磁体系统相比较， 开放式核磁共 振磁体系统具有适合于医疗诊断和介入治疗的 优点， 减小病人产 生幽闭症的风险。磁共振成像磁体系统要求产 生较高的均匀磁场， 即在 40 cm球形范围内磁场的不均匀度小于 l ppm ( 1(Γ ⁶ )。 由于 永磁材料特征磁场的限制， 磁场通常运行在 0.35 Τ, 磁场在 0.5Τ 以上， 其磁体系统造价和重量已经接近极限程度， 因此需要发明 新的技术和方法来克服这种问题。

随着新型超导材料和低温技术的发展， 使用传导冷却技术取 代现有的液氦浸泡冷却技术， 使用超导磁体技术取代永磁磁体技 术， 同时使用铁轭来校正、 屏蔽磁场和提供磁场回路， 可以形成 新型结构的磁体， 即具有铁轭屏蔽的开放式超导 C形结构的磁体 系统。 新型结构的磁体的重量较小、 结构较为紧凑。 系统内对称 分布的超导线圏与上下铁轭之间产生几十吨的 相互作用力， 磁体 使用外支撑结构保证系统的稳定性。 发明内容

本发明的目的是克服现有技术采用液氦浸泡制 冷、操作复杂， 成本高等缺点， 提出一种具有铁轭屏蔽的开放式 C形结构的高压 氦气传导冷却超导磁体系统。 本发明超导磁体系统可提供 0.7 Τ 以上的磁场， 结构紧凑， 不需要液氦制冷， 重量轻， 特别适用于 医学诊断和介入治疗。

本发明核磁共振超导磁体系统包括制冷机， 低温真空容器， 防热辐射屏， 高压氦气容器， 氦气冷却热交换器， 上超导线圏， 上线圏骨架， 磁体传热交换器， 线圏之间内支撑杆， 吊装拉杆， 下超导线圏， 下线圏骨架， 上线圏应力支撑结构， 下线圏应力支 撑结构， 上磁极， 下磁极， C形结构支撑梁。

本发明核磁共振超导磁体系统的制冷机安装在 低温真空容器 上端， 制冷机的一级冷头连接防热辐射屏， 制冷机的二级冷头连 接高压氦气容器， 制冷机的二级冷头下端面上还装有氦气冷却热 交换器，低温真空容器和高压氦气容器均为各 自封闭的一个腔体， 高压氦气容器安装在低温真空容器内部， 在高压氦气容器内上下 对称布置有上超导线圏和下超导线圏。 上超导线圏和下超导线圏 之间装有线圏之间内支撑杆， 所述的线圏之间内支撑杆支撑上超 导线圏和下超导线圏， 承受上超导线圏和下超导线圏在轴向方向 上相互之间的电磁排斥力。 上线圏骨架和下线圏骨架采用铝合金 材料制作。 上线圏骨架的表面和下线圏骨架的表面上均焊 接有磁 体传热交换器， 磁体传热交换器采用铜管结构， 铜管内流通有一 定压强传热气体。 铜管一圏一圏地烊接在上线圏骨架和下线圏骨 架上。 上超导线圏和下超导线圏由高压氦气容器作为 外支撑和应 力支撑骨架。 上线圏应力支撑结构和下线圏应力支撑结构均 环向 布置在高压氦气容器的外壁上。 上线圏应力支撑结构用于支撑上 超导线圏径向方向的电磁力。 下线圏应力支撑结构用于支撑下超 导线圏径向方向的电磁力。 高压氦气容器、 上超导线圏和下超导 线圏通过吊装拉杆的支撑， 安装在低温真空容器内部。 下超导线 圏绕制在下线圏骨架上， 下线圏应力支撑结构用于支撑下超导线 圏径向方向的电磁力。 上磁极和下磁极由高磁导率的铁磁材料制 成， 分别布置在低温真空容器的上下两端， 提供所述的核磁共振 超导磁体系统的均匀磁场， 上磁极和下磁极的一侧由铁磁材料制 成的 C型结构的支撑梁连接， 所述的支撑梁支撑整个核磁共振超 导磁体系统的重量。 上磁极、 下磁极、 C型结构支承梁与低温真 空容器一起形成本发明传导冷却核磁共振超导 磁体系统的开放式 C形结构。

本发明超导磁体系统的磁体传热交换器的铜管 内充有氦气进 行换热， 管内氦气的压强大约为 O.lMpa,磁体传热交换器内装有 采用螺旋结构的铜管， 铜管一圏一圏地焊接在上线圏骨架和下线 圏骨架上， 用于增大磁体传热交换器和上超导线圏、 下超导线圏 之间的热交换效率。

本发明上超导线圏和下超导线圏均通过磁体传 热交换器内的 氦气进行传热， 高压氦气容器分为上下两部分， 上下两部分由空 心的线圏之间内支撑杆连通。 磁体传热交换器分为上下两部分， 上下两部分由磁体热交换器连接管连接， 磁体热交换器连接管从 所述的线圏之间内支撑杆的内孔中穿过， 将高压氦气容器上部的 冷量传导到下超导线圏， 提供下超导线圏正常运行的低温环境。

本发明上超导线圏和下超导线圏使用 Λ¾Γ/或 超导线材 绕制形成， 与铁磁材料构成的上磁极和下磁极共同形成 C形结构 的磁场回路， 使本发明超导磁体系统结构变得简单。

本发明超导磁体采用环流 0.1 Mpa氦气循环和高压氦气容器 冷却上、 下超导线圏。 使用一台 GM制冷机提供系统的冷源， 结 构紧凑， 无需液氦。

本发明的上、下线圏骨架采用高强度的 6061-T6铝合金结构， 提供系统的结构支撑， 失超时加热线圏， 可提高失超传播速度。 同时热交换器可以很好对骨架传热， 从而提高超导线圏的冷却效 附图说明

图 1为根据本发明一个实施例的开放式超导磁体� �主体结构 的示意图。

图 2为根据本发明一个实施例的超导线圏和低温� �器导热结 构的局部示意图。

图 3为开放式传导冷却核磁共振超导磁体系统的� �个实施例 的外形图。 具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发 明。

图 1所示为本发明开放式核磁共振超导磁体系统� � 如图 1所 示， 本发明开放式核磁共振超导磁体系统包括制冷 机 1 , 低温真 空容器 2， 防热辐射屏 3, 高压氦气容器 4, 氦气冷却热交换器 5, 上超导线圏 6, 上线圏骨架 7, 磁体传热交换器 8, 线圏之间内支 撑杆 9, 吊装拉杆 10, 下超导线圏 11 , 下线圏骨架 12， 上线圏应 力支撑结构 13, 上磁极 14, 下磁极 15， C形结构支撑梁 16, 下 线圏应力支撑结构 17。

所述的制冷机 1安装在低温真空容器 2的上端， 制冷机 1的 一级冷头连接防热辐射屏 3, 制冷机 1的二级冷头连接高压氦气 容器 4, 制冷机 1的二级冷头下端面上装有氦气冷却热交换器 5, 低温真空容器 2和高压氦气容器 4均为各自封闭的一个腔体， 高 压氦气容器 4安装在低温真空容器 2内部， 在高压氦气容器 4内 上下对称布置有上超导线圏 6和下超导线圏 11。 上超导线圏 6和 下超导线圏 11之间装有连接上、 下超导线圏 11的线圏之间内支 撑杆 9， 所述的线圏之间内支撑杆 9支撑上超导线圏 6和下超导 线圏 11 , 承受上超导线圏 6和下超导线圏 11在轴向方向上相互 之间的电磁排斥力。 上线圏骨架 7和下线圏骨架 12采用 6061-T6 铝合金材料制作，上线圏骨架 7的表面和下线圏骨架 12的表面上 焊接有磁体传热交换器 8。 磁体传热交换器 8采用铜管结构， 铜 管内流通有一定压强传热气体氦气。 铜管一圏一圏地烊接在上线 圏骨架 7和下线圏骨架 12上。 上超导线圏 6和下超导线圏 11由 高压氦气容器 4作为外支撑和应力支撑骨架。 高压氦气容器 4、 上超导线圏 6和下超导线圏 11通过吊装拉杆 10支撑在低温真空 容器 2内部。上线圏应力支撑结构 13用于支撑上超导线圏 6径向 方向的电磁力。 下超导线圏 11绕制在下线圏骨架 12上， 下线圏 应力支撑结构 17用于支撑下超导线圏 11 , 承受下超导线圏 11径 向方向的电磁力。 上磁极 14和下磁极 15由高磁导率的铁磁材料 制成， 分别布置在低温真空容器 2的上下两端， 提供系统的均匀 磁场。 上磁极 14和下磁极 15的一侧由铁磁材料制成的 C型结构 的支撑梁 16连接， C型结构的支撑梁 16支撑整个系统的重量， 上磁极、 下磁极、 C型结构的支承梁与低温真空容器 2—起形成 本发明传导冷却核磁共振超导磁体系统的开放 式 C形结构。

如图 2所示， 本发明超导磁体的上超导线圏 6和上线圏骨架 7,下超导线圏 11和下线圏骨架 12之间有线圏与骨架之间的绝缘 隔离层 18, 线圏与骨架之间的绝缘隔离层 18是具有光滑结构的 中间层， 可保证所述线圏在受电磁力作用， 产生结构形变时不会 与支撑结构之间产生相互作用力。上线圏应力 支撑结构 13支承上 超导线圏 6, 上线圏应力支撑结构 13和下线圏应力支撑结构 17 支撑下超导线圏 11， 提高线圏骨架的支撑强度， 减小线圏变形。 上超导线圏 6和下超导线圏 17通过磁体传热交换器 8来传递冷量 冷却。 由于磁体传热交换器 8的铜管内有 O.lMpa左右压强的氦 气， 因此能够有效将高压氦气容器 4 内的冷量传到上超导线圏 6 上。 高压氦气容器 4的上下部分由空心的线圏之间内支撑杆 9连 通， 磁体传热交换器 8分为上下两部分， 上下两部分之间由磁体 热交换器连接管 19连接， 磁体热交换器连接管 19从线圏之间内 支撑杆 9的内孔中穿过， 将高压氦气容器 4上部的冷量传导到下 超导线圏 11 , 提供下超导线圏 11正常运行的低温环境。

如图 3所示， 本发明开放式传导冷却核磁共振超导磁体系统 实施例使用一台 GM制冷机 1提供系统的冷源， 结构紧凑， 无需 液氦。 重量轻， 特别适用于医学诊断和介入治疗。

附图标记列表

1 制冷机

2 低温真空容器

3 防热辐射屏

4高压氦气容器

5氦气冷却热交换器

6 上超导线圏

7上线圏骨架

8磁体传热交换器

9 线圏之间内支撑杆

10吊装拉杆

11下超导线圏

12下线圏骨架

13上线圏应力支撑结构

14 上磁极

15 下磁极

16 C形结构支撑梁

17下线圏应力支撑结构

18线圏与骨架之间的绝缘隔离层

19磁体热交换器连接管