СИСТЕМА МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ЖИДКОСТНОЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ
MAGNETIC RESONANCE INVESTIGATION SYSTEM WITH LIQUID COOLING UNIT

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к системе магнитно-резонансных исследований с охлаждающей установкой для отвода тепла от компонентов системы магнитно-резонансных исследований во время работы.
Способы магнитно-резонансной визуализации (МРТ) на основе взаимодействия между магнитными полями и атомными спинами для того, чтобы сформировать двумерные или трехмерные изображения, широко используются в настоящее время, особенно в области медицинской диагностики, поскольку для визуализации мягких тканей они превосходят другие способы визуализации во многих отношениях, не требуют ионизирующего излучения и, как правило, являются неинвазивными.
0
0
1
В соответствии с МР способом обычно тело пациента, подлежащего обследованию, располагается в сильном однородном магнитном поле B, направление которого в то же время определяет ось (обычно ось Z) системы координат, с которой связано измерение. Магнитное поле Bсоздает различные энергетические уровни для отдельных атомных спинов в зависимости от напряженности магнитного поля, которые могут возбуждаться (спиновый резонанс) посредством наложения электромагнитного переменного поля (РЧ-поля) определенной частоты (так называемой Ларморовской частоты, или МР частоты). С макроскопической точки зрения, распределение отдельных атомных спинов производит общую намагниченность, которая может отклоняться за пределы состояния равновесия посредством применения электромагнитного импульса соответствующей частоты (РЧ импульса), в то время как соответствующее магнитное поле B РЧ импульса распространяется перпендикулярно оси Z, так что намагниченность совершает прецессию вокруг оси Z. Это движение намагниченности описывает поверхность конуса, чей угол апертуры именуется углом поворотов спинов. Величина угла поворотов спинов зависит от силы и продолжительности приложенного электромагнитного импульса. В примере так называемого 90° импульса, намагниченность отклоняется от оси Z в поперечную плоскость (угол поворотов спинов 90°).
1
2
После окончания радиочастотного импульса намагниченность релаксирует обратно к исходному состоянию равновесия, в котором намагниченность в направлении Z восстанавливается снова с первой постоянной времени T (времени спин-решеточной или продольной релаксации) и намагниченность в направлении, перпендикулярном к направлению Z, релаксирует со второй и меньшей постоянной времени Т (времени спин-спиновой или поперечной релаксации). Поперечная намагниченность и ее изменение может быть обнаружено посредством приемных радиочастотных антенн (массивов катушек), которые расположены и ориентированы внутрь исследуемого объема системы магнитно-резонансных исследований так, что изменение намагниченности измеряется в направлении, перпендикулярном оси z. Ослабление поперечной намагниченности сопровождается дефазировкой, которая происходит после радиочастотного возбуждения, вызванного локальными неоднородностями магнитного поля, облегчая переход из упорядоченного состояния с одинаковой фазой в состояние, в котором все фазовые углы равномерно распределены. Дефазировка может быть компенсирована посредством РЧ-импульса перефокусировки (например, 180° импульс). Это дает эхо-сигнала (спин-эхо) в приемных катушках.
0
Для того чтобы реализовать пространственное разрешение в субъекте, который подлежит визуализации, таком как пациент, подлежащий обследованию, постоянные градиенты магнитного поля, проходящие вдоль трех главных осей, накладываются на однородное магнитное поле B, что приводит к линейной зависимости пространственной спин-резонансной частоты. Сигнал, подобранный в приемных антеннах (массивах катушек), в таком случае содержит компоненты различных частот, которые могут быть связаны с разными местоположениями в теле. Данные сигнала, полученные с помощью приемных катушек, соответствуют пространственно-частотной области волновых векторов сигналов магнитного резонанса называются данными k-пространства. Данные k -пространства, как правило, включают в себя несколько строк, полученных с различным фазовым кодированием. Каждая строка оцифровывается посредством сбора ряда образцов. Набор данных k-пространства преобразуется в МР изображение с помощью преобразования Фурье.
Поперечная намагниченность дефазирует также при наличии постоянных градиентов магнитного поля. Этот процесс можно обратить вспять, подобно формированию индуцированных РЧ (спиновых) эхо-сигналов, путем соответствующего изменения направления градиента на обратное, формируя так называемое градиентное эхо. Однако в случае градиентного эха влияние основных неоднородностей поля, химический сдвиг и другие нерезонансные воздействия не перефокусируются, в отличие от РЧ-перефокусированного (спинового) эха.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Такая система магнитно-резонансных исследований известна из патентной заявки США US2002/0148604.
Известная система магнитно-резонансных исследований снабжена системой отвода тепла от устройства МР-визуализации для поддержания внутренних температур ниже максимальных эксплуатационных значений. Для регулирования температуры теплоносителя для рассеивания тепла от градиентных катушек предусмотрены теплообменник, насос для теплоносителя и контроллер.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предоставление системы магнитно-резонансных исследований с более простым контуром охлаждения системы для отвода тепла от охлаждаемого клиента, такого как градиентная катушка.
Эта задача достигается посредством системы магнитно-резонансных исследований, содержащей
- охлаждаемого клиента;
- контур охлаждения системы в тепловом сообщении с охлаждаемым клиентом и в тепловом сообщении с тепловым стоком; включающий в себя
- главный насос, расположенный в контуре охлаждения системы для подачи потока текучей среды в контур охлаждения системы, причем
- в тепловом сообщении с контуром охлаждения системы расположен источник тепла.
Система магнитно-резонансных исследований включает в себя несколько компонентов, которые необходимо охлаждать, например, для поддержания оптимальной рабочей температуры компонента по той причине, что тепло, выделяемое этими компонентами во время работы, должно отводиться. Эти компоненты в рамках настоящего изобретения называются охлаждаемыми клиентами. Примерами этих компонентов, которые необходимо охлаждать, являются градиентные катушки, градиентные усилители или радиочастотные (РЧ) усилители системы магнитно-резонансных исследований. Тепло, выделяемое этими компонентами, отводится в тепловой сток. Окружающий (наружный или внешний) воздух часто служит удовлетворительным тепловым стоком по той причине, что тепло от охлаждаемых клиентов может быть отведено наружным воздухом. Для отвода тепла от охлаждаемого клиента (-ов) предлагается охлаждающая установка с контуром охлаждения системы с внутренней охлаждающей текучей средой, которая находится в тепловом сообщении с охлаждаемым клиентом. Охлаждающая установка работает на основе циркулирующего теплоносителя, такого как охлаждающая текучая среда, например, охлаждающая текучая среда, которая поглощает тепло от охлаждаемых клиентов и рассеивает тепло через тепловой сток. Таким образом, внутренняя охлаждающая текучая среда поглощает избыточное тепло от охлаждаемых клиентов. Охлаждающая текучая среда в контуре охлаждения системы нормально функционирует при поддержании в движении главным насосом. Главный насос обычно работает при высоком расходе около 100 л/мин, высоком давлении 2-3 бар и имеет мощность 2-3 кВт. Согласно изобретению предусмотрен источник тепла, который находится в тепловом сообщении с контуром охлаждения системы. Когда температура внутренней охлаждающей текучей среды ниже заданного предела, предпочтительно немного выше температуры замерзания внутренней охлаждающей текучей среды, тогда охлаждающая установка настраивается таким образом, что источник тепла переносит тепло к внутренней охлаждающей текучей среде. Это может быть достигнуто, например, когда источник тепла находится в фиксированном тепловом сообщении с контуром охлаждения системы, путем включения источника тепла. Альтернативно, источник тепла может работать непрерывно и, когда температура внутренней охлаждающей текучей среды падает ниже заданного предела, то регулируется или включается тепловое взаимодействие источника тепла с контуром охлаждающей системы, так что внутренней охлаждающей текучей среде передается достаточное количество тепла. В примере практического осуществления криогенный холодильный аппарат, который также является охлаждаемым клиентом, от которого необходимо отводить тепло, функционирует как источник тепла. Особым свойством криогенного холодильного аппарата является то, что он всегда включен (пока главные магнитные катушки поддерживаются в сверхпроводящем состоянии), и всегда выделяет тепло, которое можно использовать для предотвращения замораживания внутренней охлаждающей текучей среды. Охлаждаемые клиенты, в частности, криогенный холодильный аппарат и другие охлаждаемые клиенты, такие как градиентная катушка, усилитель градиента и радиочастотный усилитель, обслуживаются одним и тем же контуром охлаждения системы. Как подробно объясняется далее, вода может использоваться в качестве теплоносителя в системе охлаждения системы. Таким образом, тепло, выделяемое источником тепла в дополнение к теплу от (если таковые имеются) охлаждаемого клиента(ов) не допускает замерзания внутренней охлаждающей текучей среды, так что охлаждение охлаждаемых клиентов возможно даже при низких температурах, близких температуре замерзания внутренней текучей среды. Таким образом, получается, что контур охлаждения системы может находиться частично за пределами здания или находиться по меньшей мере в тепловом сообщении с тепловым стоком, образованным, например, наружным воздухом, в который рассеивается отводимое тепло. Предпочтительно, чтобы оборудование, которое имеется в системе магнитно-резонансных исследований для другой функции системы магнитно-резонансных исследований, и которое выделяет тепло, можно было использовать в качестве источника тепла. Функция источника тепла может быть выполнена гелиевым компрессором криогенного холодильного аппарата системы магнитно-резонансных исследований. Функция криогенного холодильного аппарата заключается в охлаждении и сжижении гелия, который затем используется для охлаждения обмотки главного магнита магнитной системы магнитно-резонансных исследований ниже их критической температуры для сверхпроводимости. Поскольку гелиевый компрессор будет активен практически во всех режимах работы, даже в режиме ожидания, когда система магнитно-резонансных исследований не собирает данные изображения, гелиевый компрессор почти во всех режимах работы выделяет некоторое количество тепла. Это тепло подается в соответствии с изобретением внутренней охлаждающей текучей среде с тем, чтобы предотвратить ее замерзание и избежать необходимости в антифризе.
Поскольку охлаждающая установка системы магнитно-резонансных исследований не требует антифриза в контуре охлаждения системы, можно использовать текучую среду с относительно низкой вязкостью, так что можно использовать главный насос с относительно низким давлением. Поскольку данное изобретение гарантирует, что внутренняя охлаждающая текучая среда находится в движении, и может принять некоторое количество тепла от источника тепла, риск замерзания, например, при очень низкой внешней температуре вблизи точки замерзания внутренней охлаждающей текучей среды, становится очень низким или даже исчезает. Таким образом, не требуются дополнительных технических мер, таких как использование антифриза. Кроме того, можно использовать текучую среду, имеющую относительно высокую теплоемкость охлаждающей текучей среды, такую как вода, которая более эффективна при переносе тепла от охлаждаемого клиента (клиентов). Понимание настоящего изобретения заключается в том, что в системе магнитно-резонансных исследований обычно в той или иной форме выделяется тепло, а именно, гелиевым компрессором криогенного холодильного аппарата, который может представлять собой источник тепла, присутствующее даже тогда, когда система магнитно-резонансных исследований находится в режиме ожидания, при котором не происходит сбора данных МР-изображения. Достаточно установить тепловое сообщение между внутренней текучей средой и источником тепла, чтобы в сочетании с потоком внутренней текучей среды предотвратить замерзание внутренней текучей среды. То есть, даже если температура окружающей среды около теплового стока, такого как наружный воздух, близка к температуре замерзания внутренней текучей среды или ниже ее, замерзание предотвращается, и система охлаждения системы остается работоспособной. Еще одно понимание настоящего изобретения заключается в том, что антифриз обычно основан на растворе (этилен или пропилен) гликоля в воде. Такой антифриз обладает более высокой вязкостью и меньшей теплоемкостью, чем вода, поэтому эффективность переноса тепла ниже. Таким образом, можно избежать использования антифриза, и изобретение обеспечивает эффективное охлаждение при низком давлении при перекачке. Также можно использовать относительно узкие охлаждающие каналы, которые занимают относительно мало места в системе магнитно-резонансных исследований. На практике пригодны охлаждающие каналы диаметром 4-10 мм. Поскольку могут использоваться узкие охлаждающие каналы, охлаждающие каналы оставляют достаточно места для электропроводящей, например, медной, обмотки градиентной катушки.
Вкратце, система магнитно-резонансных исследований по настоящему изобретению содержит охлаждаемых клиентов, от которых тепло отводится посредством контура охлаждения системы. Источник тепла, сформированный, например, одним из охлаждаемых клиентов, такой как криогенный холодильный аппарат, находится в тепловом контакте с контуром охлаждения системы. Главный насос подает поток теплоноситель в контур охлаждения системы. Теплоноситель находится в движении и может нагреваться источником тепла. Таким образом, замерзание теплоносителя исключается и без использования антифриза. Резервный насос с более низкими требованиями к производительности может поддерживать поток теплоносителя даже если главный насос отказывает. Можно использовать теплоноситель с низкой вязкостью, такой как вода.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут дополнительно подробно разобраны со ссылкой на варианты осуществления, приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из вариантов осуществления изобретения предусмотрен резервный насос системы для обеспечения поддержания текучей среды в контуре охлаждения системы в движении, даже если главный насос отказывает. Резервный насос системы соединен параллельно с главным насосом. Резервный насос может иметь сравнительно низкую производительность, так как резервный насос работает при сравнительно низком давлении и малом потоке текучей среды, таком как 10 л/мин при 0,3 бар. В случае отказа резервного насоса главный насос может поддерживать протекание внутренней охлаждающей текучей среды и отводить тепло от источника тепла, чтобы избежать замерзания. Резервный насос дополнительно обеспечивает более надежную работу охлаждающей установки. Кроме того, потребление электроэнергии уменьшается в режиме ожидания системы магнитно-резонансных исследований, потому что главный насос не должен находиться в работе. Это еще больше продлевает срок службы главного насоса. В случае отказа главного насоса резервный насос способен поддерживать поток внутренней охлаждающей текучей среды, хотя, в зависимости от производительности резервного насоса, система магнитно-резонансных исследований остается в режиме ожидания. Альтернативно, резервный насос может быть идентичен главному насосу или иметь такую же производительность для обеспечения полной функциональной поддержки главного насоса.
Предпочтительно чтобы резервный насос имел ограниченную производительность, достаточную для поддержания потока внутренней охлаждающей текучей среды к источнику тепла, например, гелиевому компрессору криогенного холодильного аппарата. Этого можно достичь при малом расходе 10 л/мин, что намного ниже, чем поток, создаваемый главным насосом около 100 л/мин. Предпочтительно, когда внутренняя охлаждающая текучая среда поддерживается в движении только резервным насосом, чтобы система магнитно-резонансных исследований оставалась в режиме ожидания, а внутренняя охлаждающая текучая среда не проходила возле охлаждаемых клиентов. Это повышает устойчивость к замораживанию внутренней текучей среды даже в течение пролонгированной продолжительности режима ожидания.
Предпочтительно, чтобы резервный насос был расположен параллельно главному насосу в контуре охлаждения системы. Односторонний клапан при закрытии закрывает путь возврата текучей среды для внутренней охлаждающей текучей через главный насос. Функция одностороннего клапана состоит в недопущении потока внутренней охлаждающей текучей среды вдоль нежелательного пути текучей среды. Закрытие одностороннего клапана гарантирует, что внутренняя охлаждающая текучая среда продолжает поступать к охлаждаемому клиенту(ам). Необязательно, дополнительные резервные насосы, каждый из которых связан со своим обратным клапаном, могут гарантировать, что внутренняя охлаждающая текучая среда продолжает достигать охлаждаемого клиента(ов). Таким образом, даже в том случае, если главный насос не работает, из-за того, что он отключен или из-за отказа, однонаправленный поток текучей среды поддерживается в контуре охлаждения системы. В случае если главный насос не работает, односторонний клапан препятствует внутренней охлаждающей текучей среде течь в обратном направлении через главный насос. Аналогичным образом на резервном насосе имеется односторонний клапан, чтобы предотвратить обратный поток через резервный насос, когда работает главный насос.
В дополнительном варианте осуществления может быть предусмотрен отдельный резервный нагреватель для контура охлаждения системы. Это позволяет избежать замерзания внутренней охлаждающей текучей среды при низких температурах чуть выше температуры замерзания, даже если другие источники тепла в тепловом сообщении с контуром охлаждения системы не работают, так как они отключены или неисправны.
В дополнительном варианте осуществления изобретения в состав входит холодильный аппарат. Холодильный аппарат включает в себя охлаждающий контур холодильного аппарата, в котором внешняя охлаждающая текучая среда расширяется для охлаждения внешней охлаждающей текучей среды и поглощения тепла, когда внешняя охлаждающая текучая среда расширяется или испаряется, и внешняя охлаждающая текучая среда сжимается и, когда она сжимается или конденсируется, отдает тепло в тепловой сток, например, наружному воздуху. То есть, обычно внешняя охлаждающая текучая среда расширяется в виде газа или пара, который впоследствии конденсируется в виде жидкости. Между контуром охлаждения системы и контуром холодильного аппарата расположен теплообменник для передачи тепла от контура охлаждения системы в контур холодильного аппарата, из которого тепло окончательно уносится в тепловой сток, например, наружный воздух (вне здания, в котором находится система магнитно-резонансных исследований). Внешняя охлаждающая текучая среда предпочтительно относится к типу фреонов или гидрофторуглеродов HFC (ГФУ), имеющих высокую удельную теплоемкость. Настоящее изобретение снижает риск замерзания внутренней охлаждающей текучей среды и, следовательно, не требует промежуточного оборудования, такого как дополнительная камера жидкостного охлаждения между холодильным аппаратом и контуром охлаждения системы.
В другом варианте осуществления изобретения контур охлаждения системы включает в себя (а) запорный клапан (клапаны), который может быть расположен выше или ниже по потоку от охлаждаемого клиента(ов) так что, когда запорный клапан (клапаны) закрыт, поток внутренней охлаждающей текучей среды клиента(ов), за исключением криогенного холодильного аппарата, останавливается. Запорный клапан обеспечивает минимальный поток к источнику тепла, например, к гелиевому компрессору криогенного холодильного аппарата. Когда система магнитно-резонансных исследований переключается в режим ожидания, запорный клапан к охлаждаемому клиенту закрывается. В этом случае необходимо циркулировать меньшему количеству текучей среды, и только насоса с низкими эксплуатационными характеристиками, в частности резервного насоса системы достаточно для поддержания циркуляции в контуре охлаждения системы. Это препятствует замерзанию внутренней охлаждающей текучей среды, когда ее температура снижается до температуры замерзания.
В дополнительном варианте осуществления изобретения система охлаждения системы включает в себя перемычку, параллельную запорному клапану, и перемычка находится в тепловом сообщении с источником тепла. Перемычка гарантирует, что внутренняя охлаждающая текучая среда подается к источнику тепла, независимо от состояния запорного клапана.
В дополнительном варианте осуществления изобретения внутренняя охлаждающая текучая среда является текучей средой с низкой вязкостью, например водой. Это требует только низкого давления для нагнетания и поддержания низкого напора текучей среды в контуре охлаждения системы. Кроме того, внутренняя охлаждающая текучая среда может иметь высокую теплоемкость, такую как вода, которая обеспечивает отвод тепла от нагреваемого клиента (-ов) с высокой эффективностью даже при умеренном потоке.
Поскольку резервный насос(ы) системы имеет сравнительно низкую мощность по сравнению с главным насосом, в режиме ожидания система магнитно-резонансных исследований имеет более низкое энергопотребление для функции охлаждения.
Изобретение также относится к способу работы охлаждения охлаждаемых клиентов в системе магнитно-резонансных исследований. В рамках настоящего изобретения система магнитно-резонансных исследований имеет режим ожидания, в котором не собирают данные МР-изображения. Система магнитно-резонансных исследований также имеет режим визуализации, в котором генерируют и осуществляют сбор магнитного резонансного сигнала. В режиме визуализации охлаждаемые клиенты, такие как градиентный усилитель, градиентная катушка (катушки) и РЧ-усилитель потребляют электроэнергию и сгенерировали при своей работе ту, которая отводится. Режим визуализации также может включать в себя режим «готовности к сканированию», в котором пока не генерируется или не собирается реальный магнитный резонансный сигнал, но система магнитно-резонансных исследований готовится к генерации и сбору сигналов магнитного резонанса.
В режиме визуализации главный насос включают, чтобы поддерживать поток текучей среды в контуре охлаждения системы, для отвода тепла от охлаждаемого клиента(ов), которые как правило работают в режиме визуализации. В режиме ожидания, охлаждаемые клиенты как правило не активны, так что главный насос может быть отключен, а резервный насос включен, чтобы поддерживать низкую температуру в контуре охлаждения системы. В режиме ожидания источник тепла, такой как гелиевый компрессор, обычно активен и производит тепло. Поток текучей среды в контуре охлаждения системы затем поглощает тепло от источника тепла, и замерзание контура охлаждения системы предотвращается. В режиме ожидания, так как охлаждаемые клиенты не нуждаются в охлаждении, а запорный клапан может быть закрыт, так что внутренняя охлаждающая текучая среда проходит только вдоль источника тепла. То есть запорный клапан открыт в режиме визуализации и закрыт в режиме ожидания.
В примере способа по изобретению может возникнуть режим тепловой неисправности, в котором источник тепла, например гелиевый компрессор, может выйти из строя. В таком режиме тепловой неисправности главный насос включается, даже если система магнитно-резонансных исследований находится в режиме ожидания. Затем работа главного насоса будет вырабатывать достаточный поток тепла и текучей среды, чтобы избежать замерзания контура охлаждения системы. Необязательно, чтобы подать тепло во избежание замерзания контура охлаждения системы включается также один из охлаждаемых клиентов (например, градиентный усилитель).
В следующем примере способа согласно изобретению в случае отказа резервного насоса системы, то есть в режиме резервной неисправности, система магнитно-резонансных исследований переключается из режима ожидания в режим визуализации, в котором включается главный насос и, при необходимости, один или более охлаждаемых клиентов активируются для получения достаточного количества тепла, чтобы избежать замерзания контура охлаждения системы. Это может быть реализовано так, что в случае отказа резервного насоса, система охлаждения работает в режиме визуализации. В другой реализации отдельный резервный нагреватель включается в режим тепловой неисправности для генерации некоторого количества тепла, чтобы избежать замерзания контура охлаждения системы.
В следующем примере способа согласно изобретению в случае отказа главного насоса система магнитно-резонансных исследований переключается с режима визуализации в режим ожидания, в котором включен резервный насос. Необязательно, резервный насос может быть включен, а отсекающий клапан оставаться открытым, так что для охлаждаемых клиентов предусматривается некоторая охлаждающая мощность, и некоторые функции визуализации могут сохраняться, хотя и при более низкой производительности, чем в режиме визуализации. В этой ситуации гелиевый компрессор остается в рабочем состоянии, так что из-за того, что внутренняя охлаждающая текучая среда движется, а тепло подается гелиевым компрессором, создается препятствие замерзанию охлаждающей текучей среды.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут пояснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления и со ссылкой на прилагаемых чертежи, на которых
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фигуре 1 схематично показан пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований;
на Фигуре 2 схематично показан более доработанный пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований;
на Фигуре 3 схематично показан более сложный пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований и
на Фигуре 4 показано схематическое изображение системы магнитно-резонансных исследований, в которой используется изобретение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фигуре 1 схематично показан пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований. Контур 101 охлаждения системы включает в себя каналы 102, по которым течет внутренняя охлаждающая текучая среда, нагнетаемая главным насосом 107. Контур охлаждения системы поглощает тепло от охлаждаемых клиентов 113, 115, 115 и отводит тепло к тепловому стоку 105. Нагреваемыми клиентами являются, например, градиентные катушки 12, градиентный усилитель 21 или радиочастотный (РЧ) усилитель 15 системы магнитно-резонансных исследований. Любое оборудование системы магнитно-резонансных исследований, которое вырабатывает тепло во время работы и должно охлаждаться, может функционировать в качестве охлаждаемого клиента в рамках настоящего изобретения. Вентилятор 151 предназначен для повышения теплоотдачи от охлаждающей текучей среды в контуре охлаждения системы к тепловому стоку 105, такому как окружающий или наружный воздух. При температурах ниже 15-20°C контур охлаждения системы обычно может обслуживать охлаждаемых клиентов при их рабочей температуре около 25°C. Кроме того, контур охлаждения системы находится в тепловом сообщении с источником 109 тепла. Тепловой сток, окружающий воздух или наружный, или внешний воздух, 105 могут иметь температуры ниже температуры замерзания текучей среды. Это может иметь место, когда контур охлаждения системы, частично находится вне здания, в котором установлена система магнитно-резонансных исследований. Поскольку внутренняя охлаждающая текучая среда нагревается источником тепла 109, даже если система магнитно-резонансных исследований находится в режиме ожидания, а охлаждаемые клиенты, такие как градиентные катушки, градиентные усилители и РЧ-усилитель не активны, внутренняя охлаждающая текучая среда циркулирует, нагнетаемая главным насосом 107, что предотвращает замерзание контура охлаждения системы. Таким образом, нет необходимости применять, например, антифриз на основе гликоля, который уменьшит теплоемкость и повышает вязкость охлаждающей текучей среды в контуре охлаждения системы. Поэтому, изобретение делает возможным более низкую производительность, мощность и расход главного насоса. Например, в зависимости от температуры вязкость смеси вода-гликоль примерно в 2-3 раза выше вязкости воды. Таким образом, изобретение делает возможным то, что падение давления по охлаждаемым клиентами в контуре охлаждения системы примерно в 3 раза меньше, чем при использовании антифриза.
На Фигуре 2 схематично показан более доработанный пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований. В примере с Фигуры 2 предусмотрен холодильный аппарат 117 с контуром 103 охлаждения холодильного аппарата, который имеет каналы, в которых циркулирует внешняя охлаждающая текучая среда. Холодильный аппарат находится в тепловом контакте с тепловым стоком, например, окружающим или наружным воздухом. Вентилятор 151 расположен на холодильном аппарате для повышения теплоотдачи от внешней охлаждающей текучей среды окружающему или наружному воздуху. Контур охлаждения холодильного аппарата и контур охлаждения системы находятся в тепловом сообщении через теплообменник 119. В этом примере резервный насос 121 предусмотрен параллельно главному насосу для нагнетания внутренней охлаждающей текучей среды в контур 102 охлаждения системы. Резервный насос 121 нуждается только в достаточной мощности, чтобы поддерживать охлаждающую жидкость в движении, когда система магнитно-резонансных исследований не находится в режиме визуализации, и от охлаждаемых клиентов 113, 115, 117 не должно отводиться тепло. Таким образом, система магнитно-резонансных исследований не полагается на главный насос 107, чтобы поддерживать движение внутренней охлаждающей текучей среды, а принимает тепло от источника 109 тепла и избегает замерзания охлаждающей текучей среды системы, даже при очень низкой наружной температуре. Таким образом, этот пример изобретения позволяет использовать систему магнитно-резонансных исследований так, чтобы контур охлаждения системы находился частично снаружи здания или иным образом мог находиться при низких температурах ниже температуры замерзания охлаждающей текучей среды. Кроме того, главный насос 107 снабжен односторонним клапаном 125, а резервный насос 121 снабжен односторонним клапаном 123. Односторонние клапаны обеспечивают однонаправленный поток текучей среды, даже если один или оба насоса выключены.
Источник 109 тепла может быть частью оборудования системы магнитно-резонансных исследований, которое при эксплуатации выделяет тепло. Например, источник 109 тепла может быть сформирован гелиевым компрессором, который остается в рабочем состоянии, когда система магнитно-резонансных исследований не находится в режиме визуализации, т.е. в режиме ожидания системы магнитно-резонансных исследований гелиевый компрессор остается в рабочем состоянии, чтобы поддерживать обмотки главной катушки ниже их критической температуры для сверхпроводимости. Источник тепла, образованный гелиевым компрессором криогенного холодильного аппарата, на самом деле также является охлаждаемым клиентом. Альтернативно, функция источника тепла может выполняться любым из охлаждаемых клиентов 113, 115, 117 путем оставления их включенными, даже если не выполняется визуализация. Кроме того, может быть предусмотрен отдельный резервный обогрев, который может поддерживать источник 109 тепла.
На Фигурах 1 и 2 схематически показаны дополнительные местоположения для внешней стены 160 здания. Вентилятор 151 будет снаружи, а главный насос может находиться внутри или снаружи. Часть холодильного аппарата 117 может находиться снаружи, также как параллельная компоновка главного насоса и резервного насоса системы.
На Фигуре 3 схематично показан более сложный пример охлаждающей установки системы магнитно-резонансных исследований. Предлагается вариант осуществления охлаждающей установки с перемычкой 141 и запорным клапаном 127. Когда система магнитно-резонансных исследований находится в режиме ожидания, охлаждение охлаждаемых клиентов не требуется, запорный клапан закрывается, и охлаждающая текучая среда течет только через перемычку 141 через источник тепла, например, гелиевый компрессор. Таким образом, необходимо перекачивать меньшее количество текучей среды в режиме ожидания системы магнитно-резонансных исследований. В этом варианте осуществления резервный насос 121 снабжен своим односторонним клапаном 123 в перемычке 141. Односторонние клапаны 123 и 125 не допускают возникновения паразитных путей потока.
На Фигуре 4 показано схематическое изображение системы магнитно-резонансных исследований, в которой используется изобретение. Система магнитно-резонансной визуализации включает в себя главный магнит с набором основных катушек 10, посредством которых генерируется постоянное однородное магнитное поле. Основные катушки выполнены, например, таким образом, что образуют туннель, чтобы окружить туннелеобразное пространство для исследования. Пациент, подлежащий обследованию, помещается на устройство транспортировки пациента, которое входит в это туннелеобразное пространство для исследования. Система магнитно-резонансной визуализации также включает в себя некоторое число градиентных катушек 11, 12, в которых магнитные поля, имеющие пространственные изменения, особенно в виде временных градиентов в отдельных направлениях, генерируются так образом, чтобы быть наложенными на однородное магнитное поле. Градиентные катушки 11, 12 соединены с устройством управления 21 градиентом, которое включает в себя один или более усилителей градиента и управляемый блок питания. Градиентные катушки 11, 12 запитываются посредством подачи электрического тока с помощью блока 21 питания; с этой целью блок питания оснащен электронной схемой усиления градиента, которая подает электрический ток к градиентным катушкам, чтобы генерировать градиентные импульсы (также называемые «градиентными колебаниями») соответствующей временной формы. Сила, направление и продолжительность градиентов управляются с помощью блока питания. Система магнитно-резонансной визуализации также включает в себя передающую и приемную антенны (катушки или матрицы катушек) 13, 16 для генерации РЧ-импульсов возбуждения и для приема сигналов магнитно-резонансной визуализации, соответственно. Передающая катушка 13 предпочтительно выполнена в виде катушки 13 для исследований всего тела, которая может окружать (часть) подлежащего исследованию объекта. Катушка для исследований всего тела обычно располагается в системе магнитно-резонансной визуализации так, что пациент 30, подлежащий обследованию, заключается в катушку 13 для исследований всего тела, когда он или она располагается в системе магнитно-резонансной визуализации. Катушка 13 для исследований всего тела выступает в качестве передающей антенны для передачи РЧ-импульсов возбуждения и РЧ-импульсов перефокусировки. Предпочтительно, чтобы катушка 13 для исследований всего тела вызывала пространственно однородное распределение интенсивности передаваемых РЧ-импульсов (RFS). Та же самая катушка или антенна обычно используется попеременно как передающая катушка и приемная катушка. Как правило, принимающая катушка включает в себя множество элементов, каждый из которых обычно образует одну петлю. Как правило, принимающая катушка включает в себя множество элементов, каждый из которых обычно образует одну петлю. Возможны различные геометрии формы петли и расположения различных элементов. Передающая и принимающая катушка 13 соединена с электронной передающей и приемной схемой 15.
Следует отметить, что существует один (или более) радиочастотных антенных элементов, которые могут работать как передающие и приемные; дополнительно, как правило, пользователь может выбрать использование приемной антенны, связанной с конкретным применением, которая обычно формируется как массив принимающих элементов. Например, массивы 16 поверхностных катушек можно использовать в качестве приемных и/или передающих катушек. Такие массивы поверхностных катушек имеют высокую чувствительность в сравнительно небольшом объеме. Принимающая катушка соединена с предусилителем 23. Предусилитель 23 усиливает РЧ-резонансный сигнал (MS), принимаемый приемной катушкой 16, и усиленный РЧ-резонансный сигнал подается на демодулятор 24. Приемные антенны, такие как массивы поверхностных катушек, соединены с демодулятором 24, а принятые предварительно усиленные магнитно-резонансные сигналы (МS) демодулируются с помощью демодулятора 24. Предусилитель 23 и демодулятор 24 могут быть реализованы в цифровом виде и встроены в массив поверхностных катушек. Демодулированные магнитно-резонансные сигналы (DMS) подаются на блок реконструкции. Демодулятор 24 демодулирует усиленный РЧ-резонансный сигнал. Демодулированный резонансный сигнал содержит фактическую информацию о локальных плотностях спина в части объекта, которая будет отображаться. Кроме того, передающая и приемная схема 15 соединена с модулятором 22. Модулятор 22 и передающая и приемная схема 15 активируют передающую катушку 13, чтобы передавать РЧ импульсы возбуждения и перефокусировки. В частности, массивы 16 приемных поверхностных катушек соединены с передающей и приемной схемой посредством беспроводной линии связи. Данные магнитно-резонансного сигнала, принятые массивами 16 поверхностных катушек, передаются на передающую и приемную схему 15 и управляющие сигналы (например, для настройки и расстройки поверхностных катушек) отправляются на поверхностные катушки по беспроводной линии связи.
Блок реконструкции извлекает один или более сигналов изображения из демодулированных магнитно-резонансных сигналов (DMS), причем сигналы изображения представляют информацию изображения отображаемой части объекта, подлежащего обследованию. Блок 25 реконструкции на практике выполнен предпочтительно как блок 25 цифровой обработки изображений, который запрограммирован так, чтобы извлекать демодулированные магнитно-резонансные сигналы, которые представляют информацию изображения части объекта, который отображается. Сигнал на выходе реконструкции подается на монитор 26, так что реконструированное магнитно-резонансное изображение может отображаться на мониторе. Альтернативно возможно хранить сигнал от блока 25 реконструкции в блоке 27 буфера, пока ожидается дальнейшая обработка или отображение.
Система магнитно-резонансной визуализации по изобретению также снабжена блоком 20 управления, например, в виде компьютера, который включает в себя (микро) процессор. Блок 20 управления управляет выполнением РЧ-возбуждений и применением временных градиентных полей. С этой целью компьютерная программа по изобретению загружается, например, в блок 20 управления и блок 25 реконструкции.