[发明专利]用于如磁共振成像系统的脉管制冷器的减振装置

说明书

本发明提供了一种包括基座头和回热器管组件的脉管制冷器(PTR)，所述PTR在冷却磁共振成像系统方面具有特定的应用性。PTR包括基座头和至少一个冷台，至少一个冷台安装在相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的相对于基座头而言的远端，相关联的回热器管和相关联的脉管一起向至少一个冷台提供加压的冷却剂气体，其中，相关联的回热器管和相关联的脉管均沿着大致平行的轴线延伸；并且还设置为：当脉管制冷器工作时，响应于冷却剂压力的循环变化，相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的远端的位移大致相同。

技术领域

本发明涉及脉管制冷器的减振装置。当在磁共振成像(MRI)系统的冷却系统中实施本发明时，本发明具有特别的优点。

背景技术

诸如超导等低温特性现在被广泛用于包括磁共振成像(MRI)、超导磁体、传感器在内的各种不同的应用和基础研究。历史上，诸如氮或氦等低温液体的蒸发被用作冷却机制，以达到此类应用所需的低温。低温液体(特别是氦)的相关缺点在于：由于气化气体的不完全复原而使得它们通常为“可耗尽的”。此外，用于存储或以其他方式处置低温液体的这种装置通常是庞大的，并且需要特殊的处置步骤。这种装置和步骤与患者护理环境在一定程度上相冲突。

最近，脉管制冷器(PTR)被用于代替低温液体，以提供替代的低温制冷机制。与低温液体的蒸发相反，PTR不依赖于冷却剂内的相变。相反，PTR基于使用与诸如氦等工作气体冷却剂的压缩和膨胀的工作相关联的冷却的原理运行。因此，对于用于诸如MRI系统等医疗应用的冷却装置而言，PTR系统的使用具有特别的意义。

PTR能够以相对适中的几瓦的冷却功率将冷台冷却到4K以下的温度。这些低温是通过在热力循环中膨胀和压缩工作气体而产生的。为了运行该循环，典型的PTR系统包括三个主要部件：压缩机、阀组件和基座部分。压缩机经由高压管路向低温制冷机(cryocooler)供应诸如氦等高压压缩气体，并且在低压管路中接收从低温制冷机返回的气体。基座部分包括：一个或多个脉管；一个或多个回热器管，其包括提供冷却能力且用于与输入和输出的气体进行热交换的不同回热器材料；以及一个或多个冷台，其与待冷却的对象热连接。阀组件将压缩机的高压侧和低压侧连接至基座部分内的脉管和回热器，并且对压缩机和基座部分之间的气体流动的定时和分配进行控制，以便实现热力循环和后续的冷却。

PTR的主要优点在于：与诸如吉福德麦克马洪(Gifford McMahon)冷却器等可选的制冷器不同，PTR具有很少的运动部件，这使得它们在需要低水平振动噪声的应用场合下特别有益。此类应用的实例包括MRI成像，其中除了期望提高图像分辨率之外，还期望减少振动和可闻噪声的需求，这是因为众所周知，在许多MRI手术期间患者变紧张而中止此类手术。此外，与低温恒温器紧密接触的PTR冷头的振动可能会导致MRI磁场内的周期性振动。这可能会对MRI数据的质量产生不利的影响。PTR的其它应用包括：降至非常低的温度的制冷器，在该制冷器中，振动是发热源；以及灵敏的光学、磁性或电子实验，在这些实验中，振动会干扰测量，并且需要额外的工作来降低振动水平。

然而，PTR的基座内的气体的循环流动会在基座的管内产生在大的范围内的压力，通常范围为从约5巴到28巴。由于结构材料的弹性，这些压力变化引起基座管的膨胀和收缩，并且膨胀和收缩作为振动传递至冷台，膨胀和收缩通常可在10微米-50微米的范围内。

降低冷台的振动的尝试都集中于增加基座中的管的刚度。例如，JP-A-2003329323公开了一种两级PTR，在该PTR中，第二(冷却器)级脉管的壁厚设置为大于第一级脉管的壁厚，以增大管的刚度。刚度的这种增大降低了第二冷台的振动幅度。

US-A-2008/0173026在基座部分的管中使用可变壁厚，使得在高温端部处管比较厚，以增大管的刚度，并由此减少振动，并且使得在低温端部处管比较薄，以便使冷却性能的降低达到最小。壁呈阶梯状地或连续地从较厚的高温部分向较薄的低温部分倾斜。

然而，由于脉管制冷器的重要性和广泛使用，因此持续地需要减少此类制冷器中存在的振动。