(57)【要約】  ＭＲＩシステム内で液体ヘリウムを冷却する単一コールドヘッドに結合されるデュアルコンプレッサを含む冷凍システムを有するＭＲＩシステムが提供される。単一コールドヘッドは、使用されているコンプレッサに関係なくヘリウムガスを受け取るので、冗長コールドヘッドでは生じる許容できない冷却喪失が回避される。２つのコンプレッサを単一コールドヘッドに結合することによって、何れかのコンプレッサが故障しても連続運転が提供される。デュアル冷凍システムは、一次コンプレッサ又は冷却水循環システムが故障した場合にＭＲＩシステムの信頼性を高めるために、水冷式コンプレッサ及び空冷式コンプレッサを含む。或いは、それぞれ自身の独立水システムを有する２つの水冷式コンプレッサが設けられてもよい。逆止め弁を使用して、何れかのコンプレッサからコールドヘッドへの冷媒ガス流のパッシブ制御が可能にされ、これにより、信頼性が更に向上される。
2019506923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩシステム用の冷凍システムであって、
第１のコンプレッサと、
第２のコンプレッサと、
前記第１のコンプレッサの出力部を、前記第２のコンプレッサの出力部及び前記ＭＲＩシステムのコールドヘッドの入力部に結合する第１のマニホールドと、
前記第１のコンプレッサの入力部を、前記第２のコンプレッサの入力部及び前記ＭＲＩシステムの前記コールドヘッドの出力部に結合する第２のマニホールドと、
を含む、冷凍システム。
【請求項２】
前記第１のコンプレッサの不具合を検出し、前記不具合を検出すると、前記第２のコンプレッサの動作を可能にするコントローラを含む、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記コントローラは、温度センサ、電流センサ及び流れセンサの１つ以上からの１つ以上の信号に基づいて、前記不具合を検出する、請求項２に記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記第１のマニホールドは、前記第１のコンプレッサに結合される第１の逆止め弁及び前記第２のコンプレッサに結合される第２の逆止め弁を含む、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記第１のコンプレッサ及び前記第２のコンプレッサは水冷式である、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記第１のコンプレッサは水冷式であり、前記第２のコンプレッサは空冷式である、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記第１のコンプレッサ及び前記第２のコンプレッサは空冷式である、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項８】
前記第１のコンプレッサが動作モードにある場合、前記第２のコンプレッサは、前記動作モードへの高速遷移を可能にするアイドルモードにある、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項９】
前記第１のコンプレッサ及び前記第２のコンプレッサは、ヘリウムガス冷媒を使用する、請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項１０】
前記コールドヘッドは、前記ＭＲＩシステムの液体ヘリウムのリザーバからの熱を除去する膨張機関として機能する、請求項９に記載の冷凍システム。
【請求項１１】
ＭＲＩ筐体と、
冷凍システムと、
を含み、
前記ＭＲＩ筐体は、
前記ＭＲＩ筐体の構成要素を冷却するように循環される液体ヘリウムのリザーバと、
前記リザーバ内の前記液体ヘリウムから熱を除去する冷媒の流れを供給するコールドヘッドと、
を含み、
前記冷凍システムは、
第１のコンプレッサと、
第２のコンプレッサと、
前記第１のコンプレッサの出力部を、前記第２のコンプレッサの出力部及びＭＲＩシステムのコールドヘッドの入力部に結合する第１のマニホールドと、
前記第１のコンプレッサの入力部を、前記第２のコンプレッサの入力部及び前記ＭＲＩシステムの前記コールドヘッドの出力部に結合する第２のマニホールドと、
を含む、ＭＲＩシステム。
【請求項１２】
前記第１のコンプレッサの不具合を検出し、温度センサ、電流センサ及び流れセンサの１つ以上からの１つ以上の信号に基づいて前記不具合を検出すると、前記第２のコンプレッサの動作を可能にするコントローラを含む、請求項１１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項１３】
前記第１のマニホールドは、前記第１のコンプレッサに結合される第１の逆止め弁及び前記第２のコンプレッサに結合される第２の逆止め弁を含む、請求項１１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項１４】
前記第１のコンプレッサは水冷式であり、前記第２のコンプレッサは空冷式である、請求項１１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項１５】
前記第１のコンプレッサが動作モードにある場合、前記第２のコンプレッサは、前記動作モードへの高速遷移を可能にするアイドルモードにある、請求項１１に記載のＭＲＩシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療システムの分野に関し、具体的には、信頼性動作のための冗長冷却コンプレッサを有するＭＲＩシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩシステムは、液体ヘリウムを使用して超電導磁気コイルを冷却する。熱は、コールドヘッドとコンプレッサとの組み合わせを含む冷凍システムを使用して、液体ヘリウムから除去される。通常、コールドヘッドは、磁石の液体ヘリウムを冷却するクライオスタット内へと延在する。冷凍システムも、磁石の液体ヘリウムとは別箇の冷媒としてヘリウムを使用する。冷媒ガスは、コンプレッサによって圧縮され、コールドヘッドは、熱を除去する膨張機関として機能する。従来では、冷凍システムは、ヘリウムガスの圧縮によって生成される熱を分散するためにコンプレッサに結合される水循環システムを含む。
【０００３】
冷凍システムは、通常、液体ヘリウムの蒸発及びそれに続く減少を阻止するために、連続的に（「２４／７（毎日２４時間、週７日間）」）稼働する。コンプレッサか水循環システムのいずれかが故障すると、高価な液体ヘリウムが減少し始め、すぐに修理しなければ、磁気撮像機能が失われてしまう。したがって、通常、高い緊急修理サービスが必要となる。
【０００４】
サイズ及び効率の制約によって、冗長冷凍システムを設けることは非現実的である。第２のコールドヘッドは、クライオスタットリザーバ内に置かれる必要があり、当該第２の冷凍システムが「バックアップ」（非動作）モードにある場合に、相当量の周囲熱（冷却の喪失）がリザーバ内にもたらされる。
【０００５】
この問題を更に複雑にしているのは、ますます進んでいる技術進歩によって、リザーバのサイズが縮小し、これにより、必要となる高価な液体ヘリウムの量が少なくてよいことである。小さいリザーバでは、比較的少量の液体ヘリウムの蒸発でもＭＲＩシステムの運転を停止させてしまう。したがって、リザーバのサイズ縮小は、液体ヘリウムの蒸発を最小限に抑えるための冷凍システムの信頼性への依存を増加させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンプレッサ又は冷却水システムが故障したとしても、冷凍システムの連続運転を可能にするＭＲＩ冷凍システムを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記利点等は、ＭＲＩシステム内で液体ヘリウムを冷却する単一コールドヘッド（膨張機関）に結合されるデュアルコンプレッサを含む冷凍システムを有するＭＲＩシステムを提供することによって実現される。単一コールドヘッドは、使用されているコンプレッサに関係なくヘリウムガスを受け取るので、冗長コールドヘッドでは生じる許容できない冷却喪失が回避される。２つのコンプレッサを単一コールドヘッドに結合することによって、コールドヘッドの不具合以外あらゆる単一障害点について連続運転が提供される。コールドヘッドは比較的機械的に「パッシブ」であるので、コールドヘッドの不具合の可能性は非常に低い。デュアル冷凍システムは、水循環システムが故障した場合でも連続運転を提供するように、水冷式コンプレッサ及び空冷式コンプレッサを含む。或いは、それぞれ自身の独立水システムを有する２つの水冷式コンプレッサが設けられてもよい。逆止め弁を使用して、何れかのコンプレッサからコールドヘッドへの冷媒ガス流のパッシブ制御が可能にされ、これにより、信頼性が更に向上される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明は、添付図面を参照して、更に詳細に且つ例として説明される。
【０００９】
【図１】図１は、デュアルコンプレッサを有する冷凍システムを含む例示的なＭＲＩシステムを示す。
【図２】図２は、デュアルコンプレッサを有する例示的なＭＲＩシステム用の例示的な制御システムを示す。
【００１０】
図面全体を通して、同じ参照符号は、同様の若しくは対応する特徴又は機能を示す。図面は、例示目的で含まれるものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の説明において、限定ではなく説明のために、本発明の概念の十分な理解を提供するように、具体的な構造、インターフェース、技術等といった特定の詳細が記載される。しかし、当業者には、本発明が、これらの特定の詳細から離れる他の実施形態において実施されうることは明らかであろう。同様に、この説明の文章は、図面に示される例示的な実施形態に向けられたものであり、請求項に掛かる発明を請求項に明示的に含まれる範囲を超えて限定することを意図していない。簡潔さ及び明瞭さのために、よく知られたデバイス、回路及び方法の詳細な説明は、不必要な詳細で本発明の説明を曖昧としないために省略される。
【００１２】
図１は、デュアルコンプレッサを含む例示的なＭＲＩシステム１００を示す。第１のコンプレッサ１１０は、従来の水冷式コンプレッサであり、水システム１１５が、コンプレッサを冷却するための水循環を提供する。第２のコンプレッサ１２０は、従来の空冷式コンプレッサであり、放熱フィン１２５又は他の放熱要素を使用してコンプレッサを冷却する。通常、第２の空冷式コンプレッサ１２０の少なくとも一部が、周囲外部環境に露出される。
【００１３】
コントローラ１３０が、連続運転を確実にするために、システム１００の動作をモニタリングする。コンプレッサのうちの１つが、一次コンプレッサと見なされ、もう１つのコンプレッサが、バックアップコンプレッサと見なされる。バックアップコンプレッサは、バックアップコンプレッサが圧縮ヘリウムガスをコールドヘッドに供給するのに必要なリードタイムに依存して、アイドルモードにあるか、電源が切られている。コントローラ１３０が一次コンプレッサは正常に動作していないと判断すると、コントローラは、バックアップコンプレッサを動作モードに切り替え、不具合動作の性質に応じて、一次コンプレッサをアイドル状態又はオフに切り替える。
【００１４】
バックアップコンプレッサが動作モードにある間、一次コンプレッサを修理することができる。ＭＲＩシステム１００は、二次コンプレッサを使用して正常に動作しているので、修理の緊急性は、従来の単一冷凍ＭＲＩシステムにおける緊急性よりも著しく少なく、また、液体ヘリウムの減少量が最小限に抑えられる。緊急性が下がることにより、修理費用を削減でき、また、十分な時間がないときに行われる修理よりもより包括的な修理のための十分な時間を可能にする。一次コンプレッサは、修理されると、動作モードにされ、バックアップシステムはアイドルモードに戻される。任意選択的に、バックアップコンプレッサは動作モードの状態を維持し、一次コンプレッサと見なされ、前の一次コンプレッサがアイドルモードにされ、バックアップコンプレッサと見なされてもよい。
【００１５】
コントローラ１３０は、例えば予防保全又は定期検査のために、コンプレッサのうちの１つを「オフライン」で取ることを可能にするように、動作コンプレッサの手動選択を可能にする。通常、一次コンプレッサは、より効率的に動作し、又は、動作に費用が掛からないことが予想されるコンプレッサである。２つのコンプレッサが、両方とも空冷式又は水冷式といったように同じタイプである場合、動作コンプレッサの選択は定期的に交互に行われて、２つのシステム間の摩耗及び断裂のバランスが取られる。
【００１６】
コンプレッサの不具合は、様々な内部構成要素の不具合によって生じる可能性がある。バックアップコンプレッサは、バックアップコンプレッサが水冷式であるか空冷式であるかに関わらず、システムの信頼性を増加させる。両方のコンプレッサが水冷式であるならば、各プロセッサは、好適には、もう１つのコンプレッサの水システムとは無関係の水システムに結合され、水システムの不具合によるＭＲＩシステム１００の不具合を回避する。
【００１７】
上記されたように、デュアル冷凍ＭＲＩシステム１００は、動作コンプレッサ又は水システムの不具合に関係なく、信頼性のある磁石動作を提供する。当業者であれば、コントローラ１３０も冗長性を含んでよく、バックアップ発電部が、通常、ＭＲＩシステム１００が設置されている可能性のある医療システムに設けられることは認識するであろう。したがって、ＭＲＩシステム１００の冷却システム内の唯一の単一障害点は、比較的機械的にパッシブである要素であり、比較的高い信頼性を有するコールドヘッドである。
【００１８】
マニホールド１４０が、動作コンプレッサからの圧縮ヘリウムガスをＭＲＩ機器に供給し、マニホールド１４５が、ＭＲＩ機器からの膨張ヘリウムガスを動作コンプレッサに戻す。ＭＲＩ筐体は、通常、円筒構造であり、構成要素は、同心円状に取り付けられる。図１に示されるように、ＭＲＩシステム１８０の内部構成要素、具体的には、超電導磁気コイル（図示せず）は、液体ヘリウムによって冷却される。このようにすると、超電導磁気コイルからの熱は、コールドヘッド１５０によって冷却される液体ヘリウムのリザーバ１６０に伝達されて戻る。この開示の目的として、「リザーバ」は、本明細書では、コールドヘッドによって冷却される液体ヘリウムを含むボリュームとして定義される。
【００１９】
動作コンプレッサからコールドヘッド１５０へのヘリウムガスの経路設定は、アクティブ又はパッシブ制御される。アクティブ制御を有するマニホールドでは、コントローラ１３０は、適切な流量を提供するように弁を開閉するモータを制御する。パッシブ制御システムでは、逆止め弁（一方向弁）を使用して、コールドヘッドへのヘリウムガスの流れが自動的に制御される。これらの逆止め弁は、出力マニホールド１４０又は戻りマニホールド１４５内に具現化されてよい。現在アクティブであるコンプレッサに関連付けられる逆止め弁は、アクティブコンプレッサによって生成される流れによって、外部電力又は影響なしに「開」状態に機械的に置かれる。非アクティブコンプレッサに関連付けられる逆止め弁は、アクティブコンプレッサからの「逆流」及び／又は非アクティブコンプレッサによって生成される流れがないことによって、外部電力又は影響なしに「閉」状態に置かれる。
【００２０】
図２は、デュアルコンプレッサを有する例示的なＭＲＩシステム用の例示的な制御システムを示す。コントローラ１３０は、様々なセンサから１つ以上の信号を受信する。これらの信号から、動作コンプレッサの動作状態が決定される。図２には、４つの例示的なセンサ２１０、２２０、２３０、２４０が示されるが、当業者であれば、冗長センサを含む他のセンサが使用されてもよいことを認識するであろう。
【００２１】
水流センサ２１０が、第１のコンプレッサ１１０と水システム１１５（図１）との間の水の流れをモニタリングする。
【００２２】
ヘリウム流センサ２２０が、動作コンプレッサとコールドヘッドとの間のヘリウムガスの流れをモニタリングする。この流れは、マニホールド１４０の出力部若しくはマニホールド１４５入力部、又は、ＭＲＩシステムの他のどこかにおいて測定される。
【００２３】
電流センサ２３０が、動作コンプレッサ（及び、ある場合には、その水システム）への電流の流れをモニタリングする。
【００２４】
温度センサ２４０が、通常、ＭＲＩ機器の温度、コンプレッサ、出力マニホールド１４０及び入力マニホールド１４５におけるヘリウムの温度、水システム１１５によって提供される水の温度等をモニタリングする複数の温度センサを含む。
【００２５】
コントローラ１３０は、１つ以上のセンサから信号を受信し、モニタリングした各パラメータが、所与の範囲セット内であるかどうかを決定する。センサが動作コンプレッサの不具合を示唆する場合、バックアップコンプレッサを動作させる。図２は、選択されたコンプレッサに電力２６０を向ける単純なスイッチ２５０に結合されるコントローラ１３０を示す。しかし、当業者であれば、１つのコンプレッサの２値のオン／オフ選択は、本明細書では、説明を容易にするために提示されていることを認識するであろう。上記されたように、コントローラ１３０は、非動作コンプレッサを、動作モードへの高速変換を可能にするアイドルモードにする。
【００２６】
コントローラ１３０は更に、動作コンプレッサの不具合以外の事象について、冷凍システムをモニタリングする。コントローラ１３０は、アイドルモードにある非動作システムの動作をモニタリングしてもよい。また、正常動作について、動作システムをモニタリングしてもよい。異常が検出されると、コントローラ１３０は、ＭＲＩシステム１００のオペレータに警告を出す。オペレータは、前の動作コンプレッサに対する予防保全又は改良保全を可能とするように、非動作システムを動作モードに手動で切り替えるといった修正措置を取る。
【００２７】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示及び説明されたが、当該例示及び説明は、例示であって、限定と解釈されるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００２８】
例えば両プロセッサ１１０、１２０が同時に動作モードになることが可能である実施形態において本発明を実現することも可能である。この同時動作は、追加冷却が必要である場合に提供されるか、又は、動作ユニットをアイドルモードにする前に、バックアップコンプレッサが動作モードに完全に入ることを可能とするように提供される。当業者であれば、本発明は、コントローラ１３０なしでも具体化可能であることを認識するであろう。この場合、１つのコンプレッサからもう１つのコンプレッサへの切り替えは手動で行われる。
【００２９】
当業者であれば更に、本発明は、ＭＲＩ構成要素から熱を除去する液体ヘリウムから熱を除去するために、ヘリウムガスを使用する従来のＭＲＩシステムとの使用に特に適しているが、他の冷媒を使用してもよいことを認識するであろう。
【００３０】
開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2019506923.tif 000006
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