СИСТЕМА МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ С АВАРИЙНЫМ ПРЕРЫВАНИЕМ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM WITH EMERGENCY INTERRUPTION OF SUPERCONDUCTIVITY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе магнитно-резонансной томографии, содержащей сверхпроводящий магнит с обмотками для генерирования магнитного поля, аварийную кнопку и логическую схему, соединенную с магнитом и аварийной кнопкой для управления магнитом, а также к способу и долговременному машиночитаемому носителю для управления работой сверхпроводящего магнита системы магнитно-резонансной томографии.
Уровень техники
Для систем магнитно-резонансной томографии (МРТ) со сверхпроводящим магнитом существует возможность постепенного уменьшения магнитного поля магнита путем рассеяния энергии, накопленной в магните, во внешнее отводящее устройство, такое как электрическая нагрузка. Это может предотвращать «разогрев» магнита и обеспечивает возможность почти немедленного повторного выхода на рабочий режим без дополнительного периода охлаждения или значительной потери криогена для магнита, обычно жидкого гелия.
Кроме того, практически все сверхпроводящие магниты систем МРТ имеют возможность т.н. квенча, т.е. прерывания сверхпроводящего состояния с переходом в состояние обычной проводимости, что обеспечивает быструю ликвидацию магнитного поля в аварийной ситуации. Как правило, сверхпроводящие системы МРТ снабжены одной или несколькими кнопками прерывания сверхпроводимости, которые пользователь может нажать в аварийной ситуации. В случае прерывания сверхпроводимости части обычно сверхпроводящих обмоток магнита намеренно нагреваются, что приводит к переходу сверхпроводника в состояние нормальной проводимости. Это состояние быстро распространяется по всему магниту, и энергия, накопленная в магните, рассеивается в виде тепла в проводах обмоток магнита и внутренней конструкции. Если магнит содержит жидкий гелий в качестве криогена, то этот гелий обычно испаряется и выбрасывается из магнита. Во время прерывания сверхпроводимости провода обмоток магнита нагреваются, при этом для их остывания требуется значительное дополнительное время, прежде чем магнитное поле можно будет снова вывести на рабочий режим. Следовательно, прерывание сверхпроводимости является дорогостоящим и времязатратным событием.
Однако нет необходимости прерывать сверхпроводимость магнита в каждой аварийной ситуации, при этом несколько более медленное управляемое постепенное уменьшение магнитного поля, как раскрыто далее, будет столь же эффективным. Соответственно, в таких случаях выгодно постепенно уменьшать магнитное поле магнита и рассеивать энергию вне магнита, чтобы после устранения аварийной ситуации магнит можно было снова быстро вывести на рабочий режим.
Сверхпроводящий магнит представляет собой электромагнит, выполненный из катушек/обмоток сверхпроводящего провода. Во время работы для достижения сверхпроводимости катушки нужно охладить до криогенных температур. В своем сверхпроводящем состоянии провод имеет, по существу, нулевое сопротивление, и ток, подаваемый в провод, будет течь без рассеяния. Когда концы токоведущей сверхпроводящей петли провода замкнуты (соединены), ток продолжает течь без затухания (или с очень медленным затуханием). Сверхпроводящее состояние позволяет токам течь постоянно с «нулевым» рассеянием и без необходимости внешнего источника питания. Обычный электрический провод также может нести большой ток (в зависимости от толщины), но он также генерирует много тепла и нецелесообразен для применения в МРТ с сильными полями. Сверхпроводящий провод позволяет создавать компактные магниты с сильными магнитными полями и не требует непрерывной подачи внешней энергии для поддержания поля. Поэтому сверхпроводящие магниты используются в системах МРТ в больницах, где для исследования человеческого тела требуются очень сильные магнитные поля.
Во время работы магнитная катушка должна быть охлаждена ниже ее критической температуры, то есть температуры, при которой материал обмотки выходит из нормального резистивного состояния и становится сверхпроводящим. Для поддержания обмоток магнита при температурах, достаточных для поддержания сверхпроводимости, обычно используются два типа охлаждения, то есть жидкостное или механическое охлаждение. Когда применяется жидкостное охлаждение, обычно в качестве криогена используется жидкий гелий. Однако некоторые сверхпроводящие системы могут также охлаждаться с использованием двухступенчатого механического охлаждения.
Сверхпроводящие магниты с жидкостным охлаждением, которые конденсируют газообразный гелий обратно в жидкий гелий, часто называют магнитами с нулевым выкипанием (ZBO, от англ. zero boil-off). Газообразный гелий, образующийся при кипении жидкого гелия в сосуде для гелия высокого давления со сверхпроводящим магнитом, протекает через каналы в конденсаторе, охлаждаемом криоохладителем, для повторной конденсации газообразного гелия обратно в жидкий гелий для возврата в ванну с жидким гелием в сосуде высокого давления.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является обеспечение простого и надежного способа управления сверхпроводящим магнитом системы МРТ в случае, когда магнитное поле должно быть отключено.
Указанная задача решена объектом независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, в соответствии с изобретением, обеспечена система магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащая сверхпроводящий магнит с обмотками для генерирования магнитного поля, аварийную кнопку и логическую схему, соединенную с магнитом и аварийной кнопкой для управления магнитом, причем
магнит выполнен с возможностью работы в сверхпроводящем состоянии и в состоянии нормальной проводимости, соответственно, при этом
аварийная кнопка и логическая схема выполнены таким образом, что при работе магнита в сверхпроводящем состоянии приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным первым образом инициирует постепенное уменьшение магнитного поля с рассеянием энергии, накопленной в обмотках магнита во внешнее рассеивающее устройство, а приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным вторым образом, отличным от первого, инициирует сброс магнитного поля с прерыванием сверхпроводимости путем нагревания по меньшей мере части обмоток магнита, что приводит к рассеянию энергии, накопленной в обмотках магнита, в виде дополнительного нагрева магнита.
Следовательно, изобретение обеспечивает возможность того, чтобы в случае аварийной ситуации или при иных обстоятельствах пользователь системы МРТ мог быстро выбирать между немедленным прерыванием сверхпроводимости магнита или управляемым постепенным уменьшением магнитного поля последнего, что является предпочтительным из-за малого риска повреждения магнита и возможности быстро привести магнит в рабочее состояние после устранения аварийной ситуации. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения этот выбор делается в зависимости от того, сколько раз приведена в действие аварийная кнопка, как более подробно изложено ниже.
Изобретение, в общем, применимо ко всем типам сверхпроводящих магнитов, включая как ZBO, так и, так называемые, герметизированные или не содержащие гелия магниты. В магнитах ZBO прерывание сверхпроводимости магнита предполагает еще и неконтролируемое испарение жидкого гелия. Кроме того, как в магнитах ZBO, так и в не содержащих гелий магнитах прерывание сверхпроводимости вызывает рассеяние магнитной энергии, накопленной в обмотках катушки. Это приводит к нагреву обмоток катушки, и, прежде чем магнит снова можно будет привести в рабочее состояние, обмотки магнита необходимо снова охладить, что может занять несколько часов или даже несколько дней. Управляемое нагревание обмоток катушки также может вызвать механическое повреждение обмоток катушки и их опорной конструкции. Им можно оснащать существующие системы МРТ, когда также предусмотрена возможность управляемого постепенного ослабления магнита с рассеянием энергии вне магнита.
Если в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрен криоген для охлаждения магнита, чтобы достичь его сверхпроводящего состояния, приведение в действие пользователем аварийной кнопки первым образом инициирует постепенное уменьшение магнитного поля без кипения криогена, а приведение в действие пользователем аварийной кнопки вторым образом инициирует сброс магнитного поля с прерыванием сверхпроводимости по меньшей мере с частичным выкипанием криогена.
Для приведения в действие аварийной кнопки пользователем первым образом и для приведения в действие аварийной кнопки пользователем вторым образом, как правило, возможно множество различных типов действий пользователя, соответственно. Поскольку кнопка может быть приведена в действие совершенно по-разному первым и вторым образом, соответственно, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, приведение в действие аварийной кнопки пользователем первым образом является первым действием пользователя, а приведение в действие аварийной кнопки пользователем вторым образом включает в себя комбинацию первого действия пользователя и второго действия пользователя. Это означает, что согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения приведение в действие аварийной кнопки вторым образом включает в себясовершение первого действия пользователя по меньшей мере дважды. Однако первое действие пользователя также может повторяться несколько раз или может добавляться другое действие пользователя. Предпочтительно, второе действие пользователя представляет собой повторение первого действия пользователя в пределах заданного периода времени.
Кроме того, приведение в действие кнопки может включать в себя касание, поворот или наклон аварийной кнопки различными способами. Однако, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, приведение в действие пользователем аварийной кнопки первым образом представляет собой однократное нажатие, а приведение в действие аварийной кнопки пользователем вторым образом представляет собой двукратное нажатие с первым нажатием и вторым нажатием, причем второе нажатие происходит в пределах заданного периода времени после первого нажатия. Этот способ позволяет очень легко и надежно выключить систему МРТ нужным образом.
Изобретение также относится к способу управления работой сверхпроводящего магнита системы магнитно-резонансной томографии, в которой
магнит выполнен с возможностью работы в сверхпроводящем состоянии и в состоянии нормальной проводимости, соответственно, и содержит обмотки для генерирования магнитного поля, и
система магнитно-резонансной томографии содержит аварийную кнопку,
данный способ содержит следующие шаги:
обеспечивают работу магнита в сверхпроводящем состоянии, и
в ответ на приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным первым образом постепенно уменьшают магнитное поле с рассеянием энергии, накопленной в обмотках магнита, во внешнее рассеивающее устройство, или
в ответ на приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным вторым образом, отличающимся от первого, инициируют сброс магнитного поля с прерыванием сверхпроводимости путем нагревания по меньшей мере части обмоток магнита, что приводит к рассеянию энергии, накопленной в обмотках магнита, в виде дополнительного нагрева магнита.
Кроме того, изобретение также относится к долговременному машиночитаемому носителю для управления работой сверхпроводящего магнита системы магнитно-резонансной томографии, причем магнит выполнен с возможностью работы в сверхпроводящем состоянии и в состоянии нормальной проводимости, соответственно, и содержит обмотки для генерирования магнитного поля, а система магнитно-резонансной томографии содержит аварийную кнопку, причем долговременный машиночитаемый носитель содержит сохраненные на нем инструкции, которые при исполнении на процессоре обеспечивают выполнение следующих шагов:
обеспечивают работу магнита в сверхпроводящем состоянии, и
в ответ на приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным первым образом постепенно уменьшают магнитное поле с рассеянием энергии, накопленной в обмотках магнита, во внешнее рассеивающее устройство, или
в ответ на приведение в действие пользователем аварийной кнопки заданным вторым образом, отличающимся от первого, инициируют сброс магнитного поля с прерыванием сверхпроводимости путем нагревания по меньшей мере части обмоток магнита, что приводит к рассеянию энергии, накопленной в обмотках магнита, в виде дополнительного нагревания магнита.
Предпочтительные варианты осуществления, раскрытые выше, также применимы к способу и долговременному машиночитаемому носителю для управления работой сверхпроводящего магнита системы магнитно-резонансной томографии, соответственно
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления, раскрытые ниже. Однако эти варианты осуществления вовсе не обязательно представляют полный объем изобретения, поэтому для интерпретации объема изобретения в настоящем документе необходимо использовать формулу изобретения.
На чертежах:
на фиг. 1 схематически представлена система МРТ в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, и
на фиг. 2 представлена блок-схема способа в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Как схематически изображено на фиг. 1, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения система 1 магнитно-резонансной томографии содержит сверхпроводящий магнит 2 с обмотками 3 для генерирования магнитного поля, аварийную кнопку 4 и логическую схему 5, соединенную с магнитом и аварийной кнопкой для управления магнитом 2. Магнит 2 может работать в сверхпроводящем состоянии и в состоянии нормальной проводимости, соответственно. В ситуации, изображенной на фиг. 1, магнит 2 работает в своем сверхпроводящем состоянии, которое необходимо для нормальной работы системы 1 МРТ. Поэтому обмотки 3 магнита 2 охлаждаются криогеном 7, который представляет собой жидкий гелий в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения. На случай выкипания гелия предусмотрена аварийная выпускная труба 8 для выпуска избыточного газообразного гелия в атмосферу. Кроме того, в качестве внешнего рассеивающего устройства 6 предусмотрена электрическая нагрузка, которая может использоваться для рассеивания тепла, генерируемого в обмотках 3 магнита 2, когда магнит 2 постепенно выходит с рабочего режима управляемым образом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения аварийная кнопка 4 и логическая схема 5 выполнены таким образом, что приведение в действие аварийной кнопки 4 первым или вторым образом, соответственно, приводит к различным результатам. Аварийная кнопка 4 выполнена таким образом, что она установлена в пределах досягаемости пользователя системы 1 МРТ и может быть приведена в действие нажатием, например, ладонью.
p
p
Как представлено на блок-схеме фиг. 2, определяют, была ли нажата аварийная кнопка 4 или нет, то есть определяют действие первого нажатия. При определении такого действия первого нажатия дополнительно проверяют, было ли определено действие второго нажатия в пределах заданного периода времени t после действия первого нажатия. Если это не так, то есть, если пользователь привел в действие аварийную кнопку 4 посредством действия однократного нажатия, то выполняют планомерное и управляемое постепенное уменьшение магнитного поля магнита 2. Это означает, что энергия, накопленная в обмотках 3 магнита 2, рассеивается во внешнее рассеивающее устройство 6 и, таким образом, предотвращается «разогрев» магнита 2. Однако если вместо этого будет определено действие второго нажатия в пределах заданного периода времени t после действия первого нажатия, то есть, если пользователь привел в действие аварийную кнопку 4 посредством действия двукратного нажатия, то инициируют немедленный сброс магнитного поля с прерыванием сверхпроводимости магнита 2. Это означает, что по меньшей мере часть обмоток 3 магнита 2 нагревают, что приводит к рассеянию энергии, накопленной в обмотках 3 магнита 2, в качестве дополнительного нагрева магнита 2. Хотя недостатком этого является то, что во время этой процедуры магнит 2 может быть поврежден, и потребуется дополнительное время для охлаждения магнита 2, прежде чем его можно будет снова вывести на рабочий режим, в опасной ситуации магнитное поле таким образом можно ликвидировать очень быстро.
Хотя изобретение было представлено и подробно раскрыто на чертежах и в вышеприведенном описании, такие представление и раскрытие следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, но не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Для специалистов в данной области техники могут быть понятными и осуществимыми варианты осуществления, отличные от раскрытых, на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или шагов, а употребление единственного числа не исключает множественности. Сам факт того, что определенные признаки раскрыты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих признаков не может быть успешно использована. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
Список ссылочных обозначений
1
система МРТ
2
магнит
3
обмотки магнита
4
аварийная кнопка
5
логическая схема
6
внешнее рассеивающее устройство
7
криоген