[发明专利]能够快速地进行场斜变的磁共振成像系统

说明书

提供了用于使超导磁体的磁场快速斜变的系统和方法，所述超导磁体诸如适用于磁共振成像系统的超导磁体。通过改变超导磁体中的电流密度同时监测和控制超导磁体的温度以保持在转变温度以下，可以使磁场迅速地斜升或斜降。超导开关用于在所连接的电路中连接超导磁体和电源。然后调节由电源产生的电流，以增加或减小超导磁体中的电流密度，以便以受控的方式分别使磁场强度斜升和斜降。基于超导磁体的操作参数和由电源产生的电流来确定和优化磁场强度改变的斜变速率。

发明背景

本发明的领域是用于磁共振成像(“MRI”)的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于MRI的系统和方法，其中MRI扫描仪的磁场可以根据需要快速地斜升和斜降。

MRI系统通常利用两种类型的磁体组件中的一种来产生用于成像的强主磁场。一种类型使用永磁体产生主磁场。这种类型的系统不太受欢迎，因为利用这种系统可以实现的磁场强度有限。此外，这些系统倾向于非常沉重，并且对温度波动非常敏感。永磁体也不能关闭，因此没有办法去除磁场。

第二类型的MRI系统使用超导电磁体来产生主磁场。使用超导磁体允许高电流密度通过电磁体的导体而没有功率耗散，这进而使得能够实现高磁场强度。对于要超导的磁体，磁体线圈必须被冷却到极低的温度(例如，约4K)。

用于将超导磁体线圈冷却到这种低温的一种方法是通过将导体浸入液氦浴中来进行。因为液体致冷剂(例如，液氦)的高成本，所以这些超导系统趋于非常昂贵。此外，不容易快速地打开或关闭由这些系统产生的磁场。例如，为了快速关闭磁场，通常需要加热导电磁体线圈，使得它们产生可以耗散其存储的能量的电阻。该电阻产生热量，这使得提供冷却的液体致冷剂转化为快速膨胀的气体。液态制冷剂的这种蒸发去除了系统的冷却能力，并且因此去除了由磁体线圈产生的磁场。但是，该磁场不能重新生成，直到液体制冷剂被更换并且磁体线圈被冷却回到超导温度，该过程通常涉及数日和可观的费用。

或者，可以非常缓慢地去除或添加电流到超导磁体系统，而不引起足够的加热以使液体制冷剂蒸发。在这些情况下，完全添加或去除电流需要很多个小时，以这种方式快速打开或关闭磁场是不可行的。

出于安全原因，MRI扫描仪能够将磁场快速关闭将是有益的。例如，被强磁场吸引的大金属物体是与这些装置相关联的主要风险之一。传统的超导磁体已经实施了一种在紧急情况下通过以上述方式对磁体“淬火”来快速关闭磁场的机构，其中所有液体低温制冷剂非常快速地蒸发。然而，对磁体淬火需要在重新建立磁场之前进行的耗时且昂贵的液体致冷剂的更换。

使MRI系统的磁场快速斜升和斜降而没有损失和更换昂贵液体致冷剂这些昂贵花费的能力对于介入和移动成像应用将是非常有用的。在这些情况下，使MRI系统的磁场斜降是有利的，这样其可以被安全地存储(例如，在手术套间中)或被运输，同时允许根据需要快速地(例如，在几分钟内)斜升磁场供使用。

发明内容

本发明通过提供用于使由超导磁体(例如，适于在磁共振成像(“MRI”)系统中使用的超导磁体)产生的磁场快速地斜升和斜降的系统和方法来克服上述缺点。

因此，本发明的一个方面是提供一种用于使与机械制冷机热接触的超导磁体的磁场斜变(ramping)的控制系统。该控制系统通常包括超导开关，该超导开关选择性地将超导磁体连接到电源，并且具有打开状态和关闭状态。当处于关闭状态时，超导开关在所连接的电路中连接超导磁体和电源。控制系统还包括控制器，该控制器被编程为通过选择限定至少一个斜变速率的斜变函数来将由超导磁体产生的磁场从当前磁场强度斜变到目标磁场强度；将由电源产生的电流设置为初始电流值；激活超导开关到其关闭位置，从而在所连接的电路中连接超导磁体和电源；根据所选择的斜变函数调节由电源产生的电流；以及当达到目标磁场强度时，将超导开关激活到其打开位置，从而将超导磁体和电源从所连接的电路断开，并且将超导磁体置于闭合电路中。