[发明专利]用于主动控制超导磁体的失超保护的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及超导磁体系统，尤其涉及超导磁体系统的失超保护系统。

背景技术

在一个实例中，MR系统包括由超导磁体、磁体线圈支撑结构以及氦容器构成的冷却块。容纳在氦容器中的液氦向超导磁体提供冷却并将超导磁体维持在用于超导运行的低温下，这些将能被本领域技术人员所理解。液氦将超导磁体维持在接近和/或大致4.2开尔文(K)的液氦温度下。为了热绝缘，在一个实例中容纳液氦的氦容器包括真空容器内的压力容器。

MR超导磁体典型地包括几个线圈，一套在成像区域上产生均匀B0场的主线圈，和一套限制磁体边缘场的补偿线圈。这些线圈是用诸如NbTi或Nb3Sn导体这样的超导体缠绕而成的。磁体被冷却至液氦温度(4.2K)以使这些导体在其超导状态下工作。或者在“开放系统”中通过液氦的气化、或者在“封闭系统”中通过4K低温冷却器来消除诸如由来自环境的辐射和传导产生的磁体热负载。由于液氦的更换是昂贵的和低温冷却器的冷却功率是有限的，因此这种磁体通常被放置在低温恒温室中以使其热负载最小化。

超导磁体操作中的一个关注点是超导操作的不连续或失超，这会产生可能对超导磁体造成损害的电压或引起超导磁体中的过热。当诸如来自磁体线圈摩擦运动的能量扰动加热一段超导导线将其温度升高至高于超导操作的临界温度时会发生失超现象。被加热的那段(正常区域)导线变成带有一定电阻的正常状态。由此形成的I²R的焦耳热进一步升高了正常区域的温度和增加了正常区域的大小。于是发生称作失超的不可逆作用，其中超导磁体中的电磁能快速衰减或通过增强的焦耳加热转变为热能。为了给MRI操作提供成像区域中所需要的磁场均匀性，磁体线圈被划分成围绕超导磁体轴线且沿该轴线空间隔开以使它们之间没有热连接的多个子线圈。这样，在超导线圈之一出现失超的情况下，整个电磁能会衰减在这段失超线圈中从而引起热点并可能会对线圈造成损坏，除非合适的失超系统提供了可通过使其他线圈失超来完成的保护。

传统的超导磁体系统2使用如在图1中示意性示出的被动式失超保护系统4。超导磁体系统2包括多个串联电连接的超导磁体线圈6。超导开关8与多个超导磁体线圈6并联电连接。如图所示，被动式失超保护系统4包括对多对超导磁体线圈6进行分流的多个电阻分路10。然而各个电阻分路10可与少于或多于如图所示的那对超导磁体线圈6的线圈连接。在超导磁体线圈6失超时，与之连接的电阻分路10将允许超导磁体线圈6上的电流衰减比其他超导磁体线圈6更快。在处于失超状态中的超导磁体线圈6上形成的电压将加热嵌在其他线圈6中的加热器9以使正常区域扩散，经由大量超导线圈6将磁能转换为热能，并因此对超导磁体系统2进行保护。

然而，由多个电阻分路10部分形成的内部阻抗回路会与外部场或外部场变化(诸如MRI系统中的梯度线圈操作或移动金属扰动)发生磁耦合。在与外部场发生磁耦合时，电流会被感应在内部阻抗回路和阻抗分路10中。这些电流会形成由多个超导磁体线圈6产生的不均匀磁场。另外，电流根据内部阻抗回路的电阻随时间衰减。在MRI系统中，成像区域中的不均匀磁场和随时间衰减的电流会对MRI系统的成像质量造成不利的影响。此外，在失超期间超导磁体线圈6的电流很不相同，其会导致超导磁体的边缘场明显增长，从而导致边缘场产生模糊不清的假象。

因此需要有一个不使用内部阻抗回路的、能够在失超期间保护超导磁体的系统。

发明内容

本发明提供一种克服上述缺陷的超导磁体失超保护系统。

根据本发明的方面，一种MRI装置，包括磁共振成像(MRI)系统，其具有放置在超导磁体的镗孔周围以施加极化磁场的多个梯度线圈以及由脉冲模块控制以将RF信号传送至RF线圈组件来获取MR图像的RF收发器系统和RF开关。超导磁体包括多个超导磁体线圈。MRI装置还包括具有存储于其上的包括指令的计算机程序的计算机可读存储介质，当计算机执行所述指令时，所述指令使该计算机检测超导磁体的失超状态。所述指令还使计算机响应于所检测到的失超状态主动控制超导磁体的失超保护系统。

根据本发明的另一个方面，一种主动使超导磁体失超的方法，包括检测超导磁体的第一部分的失超电压和给热连接到超导磁体的第二部分的失超保护系统通电。该方法还包括通过给失超保护系统通电将超导磁体的第二部分加热到高于超导磁体的超导温度的温度。

根据本发明的另一个方面，超导磁体系统包括超导磁体和与超导磁体热接触的至少一个加热器。该系统还包括加热器电源和电桥，该电桥的输入被配置成使电桥形成和断开该至少一个加热器和加热器电源之间的电连接。控制器被耦合到超导磁体和被耦合到该输入。