Brevet FR2542916A1 — publié le 19840921

U L'invention concerne des appareils de diagnostic par IRMN avec formation d'image et plus particulièrement des systèmes d'aimant cryogène destinés à servir dans de tels appareils. On utilise des systèmes d'aimant supraconducteur dans beaucoup des appareils de diagnostic par RMN avec formation d'image qui sont actuellement disponibles et proposés On uti- lise l'hélium liquide pour refroidir les électro-aimants à la basse température nécessaire L'un des inconvénients des systèmes refroidis à l'hélium liquide est qu'une basse tempé- rature est maintenue par l'ébullition de l'hélium liquide, qui se produit quand sa température atteint 4,2 K ( à la pression atmosphérique) Par suite de l'ébullition, il faut remplacer fréquemment l'hélium Ainsi, il faut un remplacement coûteux et gênant de l'hélium au bout de temps relativement courts. Une solution apparente est d'utiliser un liquéfacteur pour recomprimer l'hélium liquide échappé par ébullition Tou- tefois, ces liquéfacteurs sont de grands appareils, peu mania- bles et coûteux. Une solution proposée est de diminuer la quantité d'hé- lium liquide qui bout en abaissant la température d'un écran de rayonnement qui entoure la cuve à hélium liquide. En théorie, de telles solutions paraissent prometteuses. Toutefois, elles posent de nombreux problèmes pratiques Il faut résoudre les problèmes si l'on veut disposer d'un refroi- disseur cryogène qui puisse être amené à une température as- sez basse pour réduire efficacement la différence de tempéra- ture entre l'écran et le récipient à hélium. Selon l'invention, on propose des systèmes perfectionnés d'aimantcryogène destinés à servir dans des appareils de diagnostic par RMN avec formation d'image et comprenant un électro-aimant plongé dans une première cuve contenant un premier gaz liquide, la première cuve étant placée dans un récipient dans lequel on a créé un vide poussé, un système de réfrigération extérieur à la première cuve, des écrans de rayonnement entourant la première cuve, des moyens d'accouplement servant à accoupler le réfrigérant du système de réfrigération pour soustraire de la chaleur aux écrans de rayonnement et les moyens d'accouplement comprenant des moyens élastiques et servant à assurer un bon transfert de chaleur entre le ré- frigérant et l'écran. Une particularité de l'invention est l'utilisation de la force magnétique pour relier les moyens d'accouplement à l'écran de rayonnement. L'invention fournit des systèmes perfectionnés d'aimant cryogène qui évite de remplacer l'hélium presque tous les mois, de façon longue et coûteuse, comme il était nécessaire avec les systèmes antérieurs Le présent système peut fonc- tionner efficacement pendant environ un an sans que l'on doi- ve remplacer l'hélium liquide ou l'azote liquide communément utilisés dans ces systèmes. Les buts et particularités ci-dessus de l'invention se- ront mieux compris si on les considère conjointement avec la description ci-après, portant sur quelques modes d'exécution préférentiel de l'invention et faite à propos des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue latérale arrachée du système magnétique cryogène, montrant quelques-uns des composants principaux et la figure 2 est une coupe du système de la figure 1, montrant des détails de l'accouplement mécanique et du cou- plage thermique entre le réfrigérateur extérieur et les cuves intérieures à gaz liquide. Le système d'aimant cryogène 11 de la figure 1 comprend une enveloppe extérieure 12 approximativement en forme de cy- lindre creux Le volume cylindrique 13 entre les tiretés est creux On place le patient ou le sujet dans cet espace pour obtenir les images RMN Ainsi, la partie extérieure 12 est formée de deux tubes cylindriques à la température ambiante 14 et 16 Les tubes sont réunis par des moyens tels que des flasques d'extrémité 17. Une première cuve cylindrique creuse 18 est pratiquement remplie d'un premier gaz liquide, l'hélium étant le gaz préfé- rentiel pour cette cuve La cuve contient aussi l'électro- aimant supraconducteur, indiqué généralement en 19. L'aimant supraconducteur 19 comprend une bobine formée d'enroulements de fil supraconducteur 21 qui, à basse tempé- rature, de façon bien connue, réduit à zéro la résistance de -3 la bobine Une fois que la bobine est excitée jusqu'à donner un champ magnétique désiré, on ferme un interrupteur supracon- ducteur, on coupe le courant et l'électro-aimant garde son magnétisme pratiquement indéfiniment. La cuve à hélium est entourée par un vide étant donné qu'elle est placée dans une chambre à vide défini par les tu- bes à la température ambiante Des tubes d'écran de rayonne- ment 23 et 26 et la plaque terminale d'écran de rayonnement 27 forment une chambre protégée de la chaleur 24 pour la cuve à hélium Un autre récipient, formé de tubes 29 et 30 réunis par des flasques d'extrémité 32, entoure le récipient protégé contre le rayonnement Une cuve à azote 33, faisant corps avec le tube 30, est définie par le tube 30 et la paroi intérieure 34 avec pièce terminale solidaire 36. Dans le mode d'exécution préférentiel, le refroidissement de l'écran de rayonnement est assuré non seulement par l'ébul- lition de l'hélium liquide mais aussi par conduction, au moyen de réfrigérateurs extérieurs, comme représenté en détail par la figure 2 Le réfrigérateur extérieur est indiqué sur la- figure 1 par la référence générale 31. Le réfrigérateur extérieur est d'un type qui se trouve facilement dans le commerce, c'est-à-dire un réfrigérateur cryogène à cycle fermé comprenant un compresseur 38 et la tête froide 39 La tête froide amène le réfrigérant, qui peut être aussi de l'hélium liquide, à une position contre l'écran de rayonnement entourant la cuve à hélium 18. Une chambre de pénétration de cuve à azote 41 est formée dans la cuve à azote La tête froide 39 passe à travers cette chambre, préservant ainsi l'integrité de la cuve à azote Un moyen de transfert de chaleur 42 est placé contre la cuve à azote pour lui soustraire aussi de la chaleur. Un moyen de transfert de chaleur 43, placé contre l'écran à rayonnement, est décrit plus en détail à propos de la figu- re 2. Il faut noter qu'une tourelle de service 46 est prévue pour fournir les gaz liquides utilisés et aussi pour relier la bobine supraconductrice à une source d'énergie électrique. Des moyens sont prévus pour assurer l'intégrité du vide dans la chambre définie par les tubes à la température ambian- te 14 et 16 Plus particulièrement, le réfricérateur est ac- couplé au tube 14 par des moyens d'attache (non représentés) qui accouplent une plaque 51 et un joint 52 pour boucher 1 ' ouverture 53 du tube 14. Des moyens supplémentaires sont prévus pour préserver 1 ' intégrité de la cuve à azote définie par les tubes 30 et 34. Plus particulièrement, un passage inviolable 41 passe à tra- vers la cuve à azote En section, le passage 41 est défini par une partie 56 présentant une première section large 57 et une section perforée plus étroite 58. Le transfert de chaleur entre la chambre 24 protégée con- tre le rayonnement et la tête froide 39 est facilité par des moyens de conduction de chaleur Plus particulièrement, la tête 39 est réunie au tube d'écran 23 par une matière spon- gieuse telle que de la laine de cuivre conductrice de la cha- leur ("laine d'acier") indiquée en 59 Pour assurer la juxta- position forcée des moyens de transfert ou de conduction de chaleur 59 et du tube d'écran de rayonnement 23, une plaque 61 en matière magnétisable est prévue La plaque 61 est fixée à une autre couche de matière de transfert de chaleur 62. La force magnétique tire aussi sur la-tête froide-pour assurer qu'une bonne application et un bon transfert de cha- leur s'effectue à l'endroit du réseau 63, de la plaque 64 et du réseau 66 On notera que les réseaux ("laine d'acier") pourraient être en matière magnétisable ou non magnétisable mais avoir de bonnes propriétés de conduction de chaleur dans le cadre de -l'invention. Des moyens sont prévus pour enlever les moyens extérieurs de transfert de chaleur sans rompre le joint à vide, ce qui entraînerait l'ébullition des gaz liquides Plus particuliè- rement, on peut utiliser une disposition de soufflet et des valves pour retirer la tête froide et maintenir le vide Quand la tête froide se trouve au dessus de la valve, on la ferme pour préserver le vide. Bien que l'on ait expliqué l'invention à propos de cer- tains exemples d'exécution, il est entendu qu'elle n'y est pas limitée REVEND ICATIONS 1 Système perfectionné d'aimant supraconducteur destiné à servir dans des appareils R 4 N et caractérisé par le fait qu'il comprend: un électroaimant ( 19) plongé dans une première cuve ( 18) contenant un premier gaz liquide, la première cuve ( 18) étant montée dans un récipient sous vide ( 14, 15) des écrans de rayonnement ( 23, 26, 27) entou- rant la première cuve ( 18). un système réfrigérateur ( 31) extérieur au récipient à vide, des moyens d'accouplement entre une tête froide ( 39) du ré- frigérateur extérieur ( 31) et les écrans, pour abaisser la température des écrans et diminuer l'ébullition du premier gaz liquide. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour utiliser les forces ma- gnétiques du système RMN pour assurer la butée entre la tête froide ( 39) et les écrans de rayonnement ( 23, 26, 27). 3 Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tête froide ( 39) comprend de la laine métallique ( 59,62) juxtaposée à l'écran de rayonnement ( 23, 26, 27) et une plaque magnétisable ( 61) servant à pousser la laine métal- lique contre les écrans de rayonnement, la laine métallique étant bonne conductrice de la chaleur. 4 Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la laine métallique est formée de matière magnéti- sable. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la laine métallique est fermement fixée à la tête froide de manière à attirer celle-ci en réponse à des forces magnétiques. 6 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour retirer la tête froide ( 39) sans détruire l'intégrité du vide. 7 Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens servant à retirer la tête froide ( 39) comprennent un soufflet. 8 Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens servant à retirer la tête froide ( 39) comorennent des calves. 9 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une deuxième cuve à liquide ( 33) entou- rant les écrans ( 23, 26, 26). 10 Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le premier gaz liquide est l'hélium. 11 Système selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le deuxième gaz liquide est l'azote. 12 Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour que la tête froide ( 39) traverse la cuve à azote ( 33). 13 Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens de traversée comprennent un passage inviolable.