[发明专利]用于在失超期间保护磁共振成像磁体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及用于磁共振成像(MRI)的超导磁体组件，以及更具体地，涉及使用外部倾卸电阻(dump resistor)、在超导操作的失超情况下的超导磁组件的保护。

背景技术

众所周知的，超导材料缠绕的磁体线圈在放置在相当冷的环境下能够产生超导。例如，当装入在低温恒温器或者类似的含有冷冻剂的压力容器中时磁体线圈可以产生超导。低操作温度能够使磁体线圈的超导导线处于超导状态，其中导线的电阻基本为0。电源可以在一定周期内连接到线圈，以提供通过线圈的斜坡上升或斜坡下降电流，并且由于线圈内电阻的缺乏，电流能够在电源从线圈断开后持续在其中流动。该恒定电流流经超导磁体而没有明显衰减的情况称为操作的“持续”模式，其已经在多种领域广泛应用，特别是MRI。

在典型的MRI磁体中，主超导磁体线圈装入在冷冻剂压力容器中，冷冻剂压力容器自身容纳在真空容器中。轴向成像孔形成在真空容器的中央，其中主磁体线圈在轴向成像孔的成像体积中产生强磁场。冷冻剂压力容器内使用的普通冷冻剂是液态氦。在超导操作中，液态氦沸腾产生氦气，其或者凝聚用于再循环或者排出到大气中。

超导磁体组件中的主要关注在于超导操作的中断，或者“失超”，这可能产生磁体内不期望的电压和温度。当能量扰动，例如磁体线圈的摩擦运动，加热超导导线的一部分并且使超导导线的温度上升到使导线失去其超导状态的临界水平之上时，则发生失超事件。该导线的受热部分变得有电阻，并且加热进一步升高了该导线部分的温度并且传播到邻近区域，因此增加了普通部分的尺寸。随后发生不可逆的失超，其中磁体的电磁能必须被快速倾卸或者转化为热能。

超导操作的突然失超能够导致尖锐的温度上升，这又能够毁坏超导导线。此外，由于该尖锐的温度上升所导致冷冻剂容器内分子密度的快速减少，降低了冷冻剂气体适当地隔离周围部件的能力，从而导致可能的电压崩溃。而且，由于冷冻剂容器内温度的上升，液态氦或者在冷冻剂容器内使用的其它冷冻剂快速变成气态，并且该气体(具有快速增加的压力)必须从冷冻剂容器中排出，从而导致昂贵冷冻剂的大量损耗。该失超还导致MRI扫描器使用中的显著停工时间，这是因为超导磁体必须在失超之后给予充足的时间进行重新冷却和重新形成斜坡(re-ramp)。

有利地，在超导磁体的每次失超之后，磁体通常在性能上显示出逐步改善。该现象(称为“训练”)使得磁体能够在一系列的训练失超之后习惯于基本上恒定的性能，从而磁体的最终失超电流明显高于初始失超电流。因此，训练失超是在MRI的超导磁体组件制造期间发生的常见现象。训练磁体到操作电流以上从而降低磁体组件在场中的持续模式操作时发生失超的可能性。然而，这些训练失超仍然包括不期望的昂贵冷冻剂的损耗、大量的系统停工时间、以及与传统失超关联的潜在部件损坏，如上所述。磁体设计参数的选择，特别是磁体操作临界电流的那部分，依赖于磁体稳定性和训练失超的量。如果训练失超的结果被消除或减少，将能够实现更为靠近临界电流操作、采用更少的超导体、以及具有更低的成本的更富进取性的磁体设计。

因此期望具有一种装置和方法，其能够为超导磁组件提供失超保护而不会损耗明显量的冷冻剂，同时也不会花费大量的系统停工时间以允许磁体的重新冷却。

发明内容

本发明的实施例提供一种超导磁体组件，包括：多个串联连接的超导磁体线圈部分以在容器中形成线圈串联电路从而提供磁场；耦接到多个超导磁体线圈部分的电源，以在操作的磁体斜坡模式期间向多个超导磁体线圈部分供给电力；以及设置在容器内并且耦接到多个超导磁体线圈部分的斜坡开关，其中该斜坡开关在操作的磁体斜坡模式期间断开并且在操作的持续模式期间闭合。该超导磁体组件还包括设置在容器外部的倾卸电阻，其中该倾卸电阻通过斜坡开关而与多个超导磁体线圈部分是可连接的；以及耦接到至少一个超导磁体线圈部分和斜坡开关的控制器，其中该控制器配置成基于从至少一个超导磁体线圈部分探测的信号而探测失超发生情况，以及当探测到失超发生情况时断开斜坡开关从而将磁能倾卸给倾卸电阻。