太阳城集团

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可运输磁共振成像系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201580038720.X

申请日:

2015.06.10

公开号:

太阳城集团CN106716166A

公开日:

2017.05.24

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 33/48申请日:20150610|||公开
IPC分类号: G01R33/48; G01R33/00; H01F5/00; H01F6/00 主分类号: G01R33/48
申请人: 维多利亚互联有限公司
发明人: R·思兰德; B·帕金松
地址: 新西兰惠灵顿
优先权: 2014.06.11 US 62/010,894
专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 马景辉
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法律状态
申请(专利)号:

CN201580038720.X

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2017.06.23|||2017.05.24

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

低成本、紧凑以及可容易运输的全身MRI系统在标准的运送集装箱中完全自包含。高温超导磁体被传导冷却而不使用低温液体,并具有0.5特斯拉到1特斯拉之间的场强度。超导磁体克服了与运送和安装常规液氦冷却的超导磁体相关联的复杂物流。使常规诊断MRI在发展中经济体中或者在安装常规固定或者移动MRI不经济或者不实际的地方是可负担的。

权利要求书

1.一种自容式可运输磁共振成像(MRI)系统包括:
标准的运送集装箱;
真空容器,安装在所述运送集装箱内;
超导磁体,适合于磁共振成像(MRI),所述超导磁体容纳在所述真空容器内,所述超导
磁体包括高温超导导线的预成形的线圈的堆叠,所述真空容器具有铁磁材料的外径壁,以
磁性地屏蔽所述超导磁体;
低温制冷器,安装在所述运送集装箱内,所述低温制冷器在所述真空容器中具有至少
一个冷却元件;
在所述真空容器中的冷却歧管,所述冷却歧管将所述至少一个冷却元件热耦合至所述
线圈,以冷却所述超导磁体;以及
铁磁材料,被添加至所述运送集装箱的面,以减小所述运送集装箱外部的边缘磁场覆
盖区。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述高温超导导线是REBCO导体和BSCCO导体中的
至少一种。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述高温超导导线是MgB2导体。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述低温制冷器和所述冷却歧管被
配置为在给所述超导磁体通电时将所述线圈的温度维持在十开氏度到三十开氏度之间。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述超导磁体具有腔,所述腔具有
直径,围绕所述腔同轴地定位所述线圈,所述线圈被配置在热耦合至所述冷却歧管的绕组
块中,以及所述绕组块的尺寸被设定为在所述腔内的具有所述腔直径的至少百分之四十的
腔成像容积上提供具有小于百万分之(ppm)二十的峰-峰的均匀性的磁场。
6.根据权利要求5所述的系统,其中所述绕组块由具有低导电率的材料的分隔件彼此
分隔开。
7.根据权利要求5所述的系统,其中所述绕组块由双饼形扁平线圈的堆叠制成。
8.根据权利要求7所述的系统,其中所述冷却歧管包括设置在所述双饼形扁平线圈的
面上的高导热率材料的环形板,以及将所述环形板热连接至所述低温制冷器的所述至少一
个冷却元件的热总线。
9.根据权利要求5所述的系统,其中所述绕组块包括螺旋形线圈的多个层。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述冷却歧管包括高导热率材料的圆柱形管,以
及使所述圆柱形管热连接至所述低温制冷器的所述至少一个冷却元件的热总线,所述绕组
块装配在所述圆柱形管内侧,用于从所述绕组块的外径到所述圆柱形管的内径的热传导。
11.根据权利要求10所述的系统,其中所述圆柱形管具有轴向狭缝的环状阵列。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括多层隔热毯,封闭所述超导线圈
组合件以反射热辐射。
13.根据权利要求12所述的系统,还包括热辐射屏蔽件,被设置在所述线圈和所述多层
隔热毯的外径的外侧,其中所述低温制冷器具有第二冷却元件并被配置为使所述第二冷却
元件维持在比所述至少一个冷却元件更高的温度处并具有比所述至少一个冷却元件更高
的冷却能力,所述热辐射屏蔽件被热锚固到所述第二冷却元件。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括将所述超导磁体刚性地定位在
所述真空容器内的鲁棒的轴向支撑件和径向支撑件的组合,其中至少所述轴向支撑件是以
挤压方式布置的,用于确保所述超导磁体在所述超导磁体的冷却、通电期间以及在暴露于
外部振动时保持准确定位在所述真空容器内。
15.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述超导磁体具有0.5特斯拉到1
特斯拉之间的中心通量密度。
16.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中添加到所述运送集装箱的所述面
的所述铁磁材料包括低碳钢片材,以及所述铁磁材料仅被添加至所述集装箱的一些面。
17.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括添加到所述运送集装箱的局部
的射频屏蔽件,用以关闭射频(RF)信号泄漏以及将所述运送集装箱的容纳所述超导磁体的
部分配置为法拉第笼。
18.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中添加到所述运送集装箱的所述面
的所述铁磁材料包括铁磁片材,将所述超导磁体安装至所述运送集装箱,按照在所有维度
中优于10mm的准确度相对于所述铁磁片材和所述运送集装箱的壁来定位所述超导磁体。
19.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括匀场元件,用于调节所述磁体的
均匀性。
20.根据权利要求19所述的系统,其中所述匀场元件包括安装在所述铁磁真空容器外
壳的表面上的可移动铁磁匀场元件。
21.根据权利要求19所述的系统,其中所述匀场元件包括电气匀场线圈,其包括在所述
真空容器中的超导线圈以及在所述腔内且在所述真空容器的外部的铜线圈中的至少一个。
22.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括电流源,其在所述真空容器外部
并电气地连接至所述磁体线圈和电气匀场线圈中的至少一个,并被布置为通过所述超导磁
体的核磁共振(NMR)频率的反馈来稳定所述超导磁体的腔中的磁场。
23.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括备用的不间断电力供应,用以在
对系统的外部电力有损耗时维持对所述低温制冷器的电力。
24.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述冷却歧管包括沿着所述超导
磁体的轴线取向的热总线,以及夹在所述超导磁体的相邻线圈之间的冷却板,所述冷却板
中的每一个被热锚固至所述热总线并包含至少一个完整切口以破坏所述冷却板中的每一
个中的圆周涡流的形成,所述轴向总线被连接至所述低温制冷器的所述至少一个冷却元
件。
25.根据权利要求1所述的系统,其中所述高温超导导线是MgB2和REBCO中的至少一个,
以及为了在万一发生失超时传送磁体电流,所述高温超导导线不与铜共绕组结合。
26.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述梯度线圈是至少部分未屏蔽
的,使得来自所述梯度线圈的返回通量穿透所述真空容器,但所述返回通量不在磁体结构
中生成至少部分地镜像所述梯度线圈的所述导体路径的涡流。
27.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中使用梯度脉冲预加重和施加至所
选择匀场线圈的脉冲电流足以抵消常规临床成像序列中在所述超导磁体和所述真空容器
中的至少一个中感生的涡流的影响。
28.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,其中所述超导磁体具有腔,在所述腔内
以及所述真空容器外部有成像容积,用于对患者的全身进行成像,所述成像容积具有如由
+/-20ppm的峰-峰变化限定的至少四十厘米的直径,以及所述MRI系统具有小于二十公吨的
总重量。
29.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括一组屏障面板,其可在所述运送
集装箱内运输,并被配置用于组建在所述运送集装箱外部以构建屏障,而将人们排除在由
所述超导磁体产生并延伸到所述运送集装箱外部的超过五高斯的磁场之外。
30.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统,还包括患者台,所述患者台相对于所述
超导磁体可滑动地安装,以滑动患者通过所述腔,所述超导磁体限定所述腔中的成像容积,
以及NMR探头,所述NMR探头被设置在所述成像容积内并在所述患者滑动通过所述腔时偏离
所述患者,其中所述NMR探头由能够生成NMR信号的材料构成。
31.根据权利要求30所述的系统,其中所述NMR探头安装在所述患者台中。
32.一种磁共振成像(MRI)系统包括:
成像磁体,具有腔并限定所述腔内的成像容积;
患者台,相对于所述成像磁体可滑动地安装,以滑动患者通过所述腔,所述成像磁体限
定所述腔中的成像容积,以及核磁共振(NMR)探头,其被设置在所述成像容积内并在所述患
者滑动通过所述腔时偏离所述患者,其中所述NMR探头由能够生成NMR信号的材料构成。
33.根据权利要求32所述的系统,其中所述NMR探头安装在所述患者台中。
34.根据权利要求32所述的系统,其中所述NMR探头安装在所述患者台下。
35.根据权利要求32至34中的任一项所述的系统,还包括太阳城集团所述NMR探头设置的NMR
信号接收线圈,用于接收由所述NMR探头生成的所述NMR信号。
36.一种磁共振成像(MRI)系统包括:
真空容器;
超导磁体,适合于磁共振成像(MRI),所述超导磁体容纳在所述真空容器内,所述超导
磁体包括高温超导导线的预成形的线圈的堆叠;
低温制冷器,附接至所述真空容器并在所述真空容器中具有至少一个冷却元件;以及
所述真空容器中的冷却歧管,所述冷却歧管将所述至少一个冷却元件热耦合至所述线
圈以冷却所述超导磁体,其中所述冷却歧管包括沿着所述超导磁体的轴线取向的热总线,
以及夹在所述超导磁体的相邻线圈之间的冷却板,所述冷却板中的每一个被热锚固至所述
热总线并包括至少一个完整切口以破坏所述冷却板中的每一个中的圆周涡流的形成,所述
轴向总线被连接至所述低温制冷器的所述至少一个冷却元件。
37.一种使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法,所述系统具有超导磁体和用于冷却
所述磁体的低温制冷器,以及用于对所述磁体供应电流的受控电流源,所述方法包括:
当所述系统断电时经过需要行进若干天的距离将所述系统运送至目标位置,以及在所
述目标位置处:
对所述低温制冷器供应电力并利用所述低温制冷器来冷却所述磁体,使得所述磁体变
得超导;
使用所述受控电流源给所述磁体通电;
使用标准化成像体模和诊断例行程序检查所述磁体的均匀性;以及当所述磁体均匀性
的检查指示需要对所述磁体的均匀性进行匀场时,对所述磁体的均匀性进行匀场;以及
使用所述磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。
38.一种使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法,所述系统具有超导磁体、用于冷却
所述磁体的低温制冷器、用于在所述系统的运输期间为所述低温制冷器供电的机载发电机
以及用于对所述磁体供应电流的受控电流源,所述方法包括:
将所述系统运送至目标位置,其中所述机载发电机运行以向所述低温制冷器供电来保
持所述磁体冷却但不通电;以及随后,在所述目标位置处:
使用所述受控电流源给所述磁体通电;
使用标准化成像体模和诊断例行程序检查所述磁体的均匀性,并当所述磁体的均匀性
的检查指示需要对所述磁体的均匀性进行匀场时对所述磁体的均匀性进行匀场;以及
使用所述磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

说明书

可运输磁共振成像系统

技术领域

本公开涉及可运输磁共振成像(MRI)系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)是用于研究健康患者和患病患者的身体的解剖结构和功能的医
学成像技术。MRI包括将患者放置在强磁场中、用射频信号激励患者以引起核磁共振、接收
指示核磁共振的射频信号以及由所接收的射频信号产生患者图像。典型地,通过使用脉冲
磁场梯度将空间太阳城集团编码到所接收的射频信号中。与X射线成像技术相反,MRI不使患者暴
露于电离辐射,并提供良好的软组织成像。

MRI系统可以使用永久磁体或者超导磁体,并可以被设计用于全身扫描或者用于
仅扫描身体的一部分(诸如,头、手臂或者腿)。永久磁体MRI系统常见地被配置为“C”形磁体
(也称为开放系统),在该系统中,把要成像的患者的身体部分插入在永久磁体的磁极之间。
全身永久磁体实际可达到的磁场强度被永久磁体材料的本征性质和实际重量限制限于0.2
特斯拉与0.4特斯拉之间(“低场”)。

超导磁体最常见地被配置为使得MRI系统围绕要成像的患者的身体部分闭合。超
导磁体以螺线管的形式,该螺线管具有使患者的身体部分插入其中的腔(bore)。对于全身
扫描,超导磁体典型地为低温超导(LTS)螺线管,使用液氦进行池冷却(bath-cooled)。对于
全身扫描,工作场典型地为1.5T至3T(“高场”),磁体重量在5-10公吨的范围中。液氦池冷却
的磁体很复杂,而且系统成本典型地为永久磁体系统成本的两到三倍,但是超导磁体的更
高的场提供更高的信噪比,可以用于提供提高的图像分辨率或者缩短的扫描太阳城集团。

可运输MRI系统对于在灾难救助和军事应用中的迅速部署以及对于在发展中国家
的偏僻地区中的一般性使用有意义。对于全身MRI扫描仪,与超导磁体相比,适合的永久磁
体的重量是明显的缺点,于是排除对可运输MRI系统使用永久磁体。例如在Getz等人的1998
年3月17日授权的美国专利5,727,353和Hobbs等人的美国专利7,733,089中公开了可运输
MRI系统的各种方面。

Getz等人的美国专利5,727,353涉及便携自容式诊断套件,其可以包括便携壳罩
(诸如,国际标准组织(ISO)批准的运送集装箱)中的MRI系统。

Hobbs等人的美国专利7,733,089涉及集成到标准的运送集装箱中使得运送集装
箱形成磁体低温恒温器的一部分的可运输MRI系统。MRI系统可以使用通过浸没在液体冷冻
剂中以冷却至其转变温度之下的超导磁体。

发明内容

本公开描述了自容式(self-contained)可运输磁共振成像(MRI)系统。MRI系统包
括标准的运送集装箱以及安装在运送集装箱内的真空容器。MRI系统还包括适合于磁共振
成像(MRI)的超导磁体,超导磁体包含在真空容器内。超导磁体包括高温超导导线的预成形
的线圈的堆叠。真空容器具有铁磁材料的外径壁,用于磁性地屏蔽超导磁体。MRI系统还包
括安装在运送集装箱内的低温制冷器,低温制冷器在真空容器中具有至少一个冷却元件。
MRI系统还在真空容器中包括冷却歧管。冷却歧管将至少一个冷却元件热耦合至线圈以冷
却超导磁体。MRI系统还包括添加至运送集装箱的内部面的铁磁材料,用于减小运送集装箱
外部的边缘磁场覆盖区。

根据另一个方面,本公开描述了磁共振成像(MRI)系统,包括具有腔以及在腔内限
定成像容积(imaging volume)的成像磁体,以及相对于成像磁体可滑动地安装的患者台,
用于滑动患者通过腔。成像磁体限定腔中的成像容积,核磁共振(NMR)探头设置在成像容积
内并在患者被滑动通过腔时偏离患者。NMR探头由能够生成NMR信号的材料组成。

根据另一个方面,本公开描述了磁共振成像(MRI)系统,包括真空容器、适合于磁
共振成像(MRI)并包含在真空容器内的超导磁体、附接至真空容器的低温制冷器以及真空
容器中的冷却歧管。超导磁体包括高温超导导线的预成形的线圈的堆叠。低温制冷器在真
空容器中具有至少一个冷却元件。冷却歧管将至少一个冷却元件热耦合至线圈,以冷却超
导磁体。冷却歧管包括沿着超导磁体的轴线取向的热总线以及夹在超导磁体的邻近线圈之
间的冷却板。冷却板中的每一个热锚固至热总线并包含至少一个完整切口以破坏所述冷却
板中的每一个中的圆周涡流的形成,轴向总线连接至低温制冷器的至少一个冷却元件。

根据又另一个方面,本公开描述了使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法。该系
统具有超导磁体和用于冷却磁体的低温制冷器以及用于对磁体供应电流的受控电流源。该
方法包括在系统断电时经过需要行进若干天的距离将系统运送至目标位置,以及在目标位
置处:对低温制冷器供应电力并用低温制冷器冷却磁体以使得磁体变成超导的;使用受控
电流源给磁体通电;使用标准化成像体模(imaging phantom)和诊断例行程序检查磁体的
均匀性;并当磁体均匀性的检查指示需要对磁体的均匀性进行匀场时,对磁体的均匀性进
行匀场;以及使用磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

根据又另一方面,本公开描述了使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法。系统具
有超导磁体、用于冷却磁体的低温制冷器、用于在运输系统期间对低温制冷器进行供电的
机载发电机以及用于对磁体供应电流的受控电流源。方法包括将系统运送至目标位置,其
中机载发电机运行以向低温制冷器供电来保持磁体冷却但不通电;以及随后,在目标位置
处:使用受控电流源给磁体通电;使用标准化成像体模和诊断例行程序检查磁体的均匀性,
并当磁体的均匀性的检查指示需要对磁体的均匀性进行匀场时对磁体的均匀性进行匀场;
以及使用磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

附图说明

图1是包括标准的运送集装箱的自容式可运输磁共振成像(MRI)系统的透视图,其
中去除了运送集装箱的侧壁以露出运送集装箱内的组件;

图2是示意性形式的图1中的MRI系统的俯视图,示出了运送集装箱外部的边缘磁
场覆盖区;

图3是示意性形式的图1中的MRI系统的侧视图,示出了运送集装箱内部的检查室
和控制室中的各种组件;

图4是MRI系统的真空容器和与真空容器中的超导磁体相关联的组件的横截面;

图5是真空容器和与真空容器中的超导磁体相关联的组件的纵截面;

图6是低温制冷器、冷却歧管和超导磁体组合件的端视图;

图7是图5的低温制冷器、冷却歧管和超导磁体组合件的侧视图,示出冷却歧管和
超导磁体组合件的截面;

图8是冷却歧管的一部分的仰视透视图;

图9是示出了用于给超导磁体通电的电路的电气原理图;

图10是由沿着Z方向产生磁场以及沿着Y方向产生磁场梯度的梯度线圈生成的电
流和磁场分量的示意图;

图11是由沿着Z方向产生磁场以及沿着Z方向产生磁场梯度的梯度线圈生成的电
流和磁场分量的示意图;

图12是在图10中示意性表示的梯度线圈的实施例的透视图;

图13是在图11中示意性表示的梯度线圈的实施例的透视图;

图14示出了组装到冷却歧管中的Y梯度线圈;

图15示出了匀场线圈的组合件;

图16示出了可移动铁磁匀场元件的组合件;

图17示出了经过行进若干天的距离,将可运输MRI系统运输至目标位置以及在目
标位置处使用可运输MRI系统的方法的流程图;

图18示出了在发电机运行的同时将可运输MRI系统运输至目标位置以及在目标位
置处使用可运输MRI系统的方法的流程图;

图19是低温制冷器、冷却歧管,和使用层缠绕绕组块的超导磁体组合件的端视图;

图20是沿着图19的线20-20的低温制冷器、冷却歧管和超导磁体组合件的截面侧
视图;以及

图21是图20中的冷却歧管的圆柱形管的侧视图。

虽然本发明容许各种修改和替代形式,但是在附图中示出了其特定实施例并且将
对其特定实施例进行了详细描述。然而,应当理解,这并不意图将本发明限制于所示出的特
定形式,而是相反地,本发明意在覆盖落入如由所附权利要求限定的本发明的范围内的所
有修改、等效物和替代方案。

具体实施方式

参照图1,示出了自容式可运输磁共振成像(MRI)系统100,包括标准的运送集装箱
101。标准的运送集装箱是标准化钢箱,可在全球集装箱化联运货物运输系统内运输,使得
标准的运送集装箱容易从船舶移动至铁路和卡车。在该示例中,标准的运送集装箱是二十
英尺ISO认可的运送集装箱,具有长度为19’10 1/2”(6.058m)、高度为8’6”(2.591m)以及宽
度为8’0”(2.438m)的外部尺寸。运送集装箱101的内部由隔墙102细分成检查室103和控制
室104。可从运送集装箱外部通过运送集装箱相对端105、106处的门105、106进入单独的房
间。在该示例中,门105、106在运送集装箱101的两个端壁中。

图1示出了检查室103包含环形真空容器107,该环形真空容器107包含超导MRI成
像磁体。真空容器107被支撑在安装于运送集装箱底壁的基座108上,该底壁充当检查室103
的地板和控制室104的地板。因此,基座108将真空容器和超导磁体安装到运送集装箱101。
在替换布置中,真空容器将从运送集装箱的顶壁悬垂,该顶壁充当检查室103和控制室104
的天花板。在又另一个布置中,真空容器将既由基座108支撑又从顶壁悬垂,使得它将在顶
壁和底壁之间的柱中间。这种柱将对磁体相对于运送集装箱101的壁和相对于运送集装箱
的面上安装的铁磁屏蔽件120、157的移动提供更好的控制。

患者台109可滑动地安装至真空容器,用于容纳人类患者110以及将患者的全身滑
进MRI成像容积中,该MRI成像容积在真空容器107外部且超导磁体的腔内。成像容积由已经
设计为提供适合于成像的均匀性的磁场区域限定,该磁场区域典型地为具有40-45cm直径
的球体,具有+/-20ppm(百万分之一)峰峰的场强最大偏差。实现该成像容积所需要的螺线
管线圈的内径典型地为84-93cm,腔内的成像容积为腔直径的至少百分之四十。全身成像所
需要的另外组件(梯度线圈组合件133和射频身体线圈142)布置在腔内部,使得收容患者的
隧道的直径典型地为60-70cm。在替换布置中,患者台109将安装在将附接至基座并将从基
座延伸至隔墙102并还将附接至隔墙的轨道上,使得隔墙将帮助支撑患者以及避免将患者
的重量放置在RF身体线圈142上。

图2是示意性形式的MRI系统100的俯视图,示出了延伸到运送集装箱101外部的边
缘磁场覆盖区121。在覆盖区121外围处的磁场为5高斯(0.5特斯拉),其是国际上接受的对
于MRI检查室103外部行人的安全限值,并主要被限定为保护装配有对弱磁场敏感的较旧心
脏起搏器的公众成员。为了将人们排除在超过五高斯限值的磁场之外,MRI系统100包括一
组屏障面板125、126、127等等,可在运送集装箱101内运输以及配置用于组建在运送集装箱
外部以构建如图2所示的屏障。例如,面板是联锁柔性面板,以及面板通过插入紧固件(诸
如,铰链销)进行联锁。面板可以设置有支脚128、129和130,用于支撑面板处于直立位置。

图3是示意性形式的MRI系统100的侧视图,示出了检查室103和控制室104中的各
种组件。环形真空容器107包含超导磁体131,并包括初级铁磁屏蔽件132,初级铁磁屏蔽件
132还可以起真空容器的外环形壁和环形端板的作用。真空容器的内腔可以由相对较低导
电率的材料(诸如,玻璃纤维或者不锈钢)制成的防渗管形成,该防渗管借助于胶或者o型圈
来密封至端板以形成真空密封的密封件。梯度线圈和匀场组合件133包括至少三个嵌套的
同轴管状梯度线圈,设置在真空容器外部且超导磁体131的腔内。梯度线圈和匀场组合件
133还可以包括匀场线圈或者铁磁匀场元件。因此,梯度线圈和匀场组合件133在室温和大
气压的周围环境中。吉福德-麦克马洪(GM)低温制冷器134安装至基座108并在真空容器107
内具有冷却元件135以冷却超导磁体131。在替换布置中,使用脉冲管制冷器(PTR)代替GM制
冷器。在该情况下,PTR将在真空容器中具有冷却元件,但是PTR还将安装在真空容器之上。
因此,PTR将更适合于真空容器107从运送集装箱101上壁悬挂下来或者真空容器107在运送
集装箱的上壁与下壁之间的柱中的替换实施例。GM制冷器可以安装在真空容器107之上或
者之下,这样它也适合于真空容器107从运送集装箱101顶壁悬挂下来或者在运送集装箱的
上壁与下壁之间的柱中的替换实施例。如将在下面进一步描述的,真空容器107、超导磁体
131和超导磁体与低温制冷器134之间的热连接被配置为相对便宜、紧凑、轻重量、便于运输
以及快速组建。

图3还示出了用于MRI的各种标准组件。这些组件包括用于驱动脉冲电流波形通过
梯度线圈和匀场组合件133中的梯度线圈的梯度功率放大器141、超导磁体131的腔中的射
频(RF)发射身体线圈142、用以激发MRI成像容积144中的身体部分的核自旋中的共振的RF
功率放大器143、用以从当前被成像的身体部分获取核磁共振(NMR)信号的特定于至少一个
身体部分的RF接收线圈145、发射-接收开关146、RF前置放大器147、用以执行脉冲序列和数
字化数据的频谱仪148、控制和系统监控计算机149、包括受控电流源的磁体电力供应150、
用于向低温制冷器134供应压缩氦气的压缩器151以及用于为梯度线圈和匀场组合件133中
的匀场线圈供电的有源匀场电力供应152。

图3还示出了经常在用于冷藏运送易腐物品的运送集装箱中找到的组件。这些组
件包括用于运输期间的电力和备用电力的不间断电力供应152(诸如柴油发电机组)和环境
控制单元154。在MRI系统100中使用不间断电力供应以在外部电源不可用时向低温制冷器
提供电力以及可选地向整个MRI系统提供电力。环境控制单元154使检查室103和控制室104
维持在舒适的室温处。

检查室103的壁被配置为法拉第笼155,使得超导磁体131和低信号电平RF组件(诸
如,RF接收器145)受到保护,免于外来RF干扰(诸如,由控制室104中的电气组件或者运送集
装箱101外部的RF源产生的干扰)的拾取。该法拉第笼的部分可以由运送集装箱101的钢壁
和/或次级铁磁屏蔽件156、157形成。过滤箱158允许往返于压缩器151的控制和监控电缆、
RF电缆、磁体和有源匀场电力以及氦气线路在不损害法拉第笼电磁完整性的情况下穿过法
拉第笼。围绕过滤箱154以及围绕门105到检查室103的区域可以包括局部的射频屏蔽(诸
如,铜网和铜金属镀层(copper flashing)),局部的射频屏蔽被添加至运送集装箱以关闭
射频(RF)信号泄漏。大多数电噪声或者高功率电子子系统被收纳在运送集装箱一端处的控
制室104中,在法拉第笼外部。

用隔热件159填充运送集装箱的壁,使得环境控制系统154可以在系统运转和运输
期间维持均一的温度。由于钢的铁磁性质随着温度变化明显,将影响到成像容积中磁场的
均匀性,因此在工作期间期望均一的温度。

如上面介绍的,MRI系统100的各种组件被配置为相对便宜、紧凑、轻重量、便于运
输和快速组建,使得系统尤其适合于在发展中国家的农村地区中提供常规医疗护理。MRI系
统100以比永久磁体MRI显著更高的场强度和低得多的重量提供可再定位或者可移动的全
身临床MR成像系统,并具有大幅低于高场超导磁体MRI的安装成本。超导磁体131使用高温
超导体并以某种方式耦合至低温制冷器134使得超导磁体131和真空容器107显著小于常规
全身MRI的正常大小,并且整个MRI系统适配于标准的20英尺运送集装箱101内部。尽管使用
超导磁体,但是不需要液体冷冻剂,这是优于固定和移动超导MRI的主要优点(特别是在可
运输系统中)。

无冷冻剂高温超导磁体131克服大多数商用超导MRI系统中使用的低温超导体
(LTS)磁体具有的各种问题。这些商用超导MRI系统典型地使用由NbTi LTS导体缠绕的螺线
管磁体,在大气压下在4.2开尔文下沸腾的液氦(LHe)中进行池冷却。出于安全原因,为了约
束它们的边缘磁场,更高场的LTS螺线管(>1T)被有源地屏蔽,即,商用超导MRI系统具有放
置在比初级场线圈半径大的相当多的半径处的一组次级反向旋向屏蔽线圈,用以约束磁体
的返回磁通量以及使5高斯边缘场覆盖区的尺寸最小化。添加有源屏蔽线圈的结果是全身
螺线管典型地具有超过2.2m的大外径。为了稳定、无失超的超导运转,初级线圈和屏蔽线圈
两者必须在它们的整个周长上保持低于大约6开尔文。这通过将它们部分地浸入LHe中来实
现。有源屏蔽线圈的大尺寸和LTS导体的低临界温度意味着有必要将线圈周长的至少部分
浸没在液体冷冻剂中或者与液体冷冻剂紧密接触,以维持线圈的全部在超导体的临界温度
以下。

因此,有源屏蔽的LTS螺线管磁体常规地包含在大的环形氦密封容器中,其本身放
置在环形真空容器内部。由于液体冷冻剂的存在,低温恒温器必须经过认证,以满足在将要
出售磁体的每个地域中执行的监管压力容器安全标准。氦容器内部的在初级线圈和屏蔽线
圈之间的径向空间被用作几千公升沸腾LHe的储液器。在正常工作期间,由适合的低温制冷
器(诸如,吉福德麦克马洪(GM)或者脉冲管制冷器(PTR))的第二级对氦蒸气进行再冷凝。为
了使氦容器和磁体冷却块上的辐射热负载最小化,氦容器被包裹在多层隔热件中并由至少
一个高导热率屏蔽件包围,该高导热率屏蔽件由制冷器的第一级进行冷却。

常规LTS磁体的实际运转需要大存储容积的LHe。其蒸发的潜热提供分布式冷却能
力源,允许磁体在低温制冷器不运转的情况下保持在4.2开尔文。磁体直到所有存储的LHe
已经沸腾才会变热,因此大储液器导致长“保持太阳城集团”。这允许制造商在工厂中将磁体冷却
至4.2开尔文,暂时地给它通电以用于测试,然后将它冷却地以及充满LHe地运送至客户地
点。由于使磁体冷却块从室温冷却至4.2Kelvin消耗几千公升的LHe(以显著的成本),以及
在财政上不期望进行超过必要次数的冷却,因此通常选择该方法。有源屏蔽磁体的大尺寸
导致大储液器和大约30天的保持太阳城集团。然而,将磁体从工厂运输到客户地点、安装、重新充
满氦以及给制冷器上电都必须在冷冻剂保持太阳城集团内完成。如果磁体由于运输延迟而变热,
那么必须以显著的开销和延迟使用额外的LHe使磁体重新冷却,其具有一定风险—在随之
出现的热循环期间的线圈移动,其将影响失超行为或者随后升流到场时的磁场均匀性。

这些问题通常排除了通过海路将磁体从工厂运输至地点,而在大多数情况下需要
通过陆路货运和/或航空货运进行运送。充满LHe的磁体的航空运输需要特别考虑安全性;
必须在所有可能的故障情况下减轻氦意外逸到飞机中的任何风险。在磁体冷冻剂保持太阳城集团
内将磁体传送至世界上的遥远地区通常需要航空运输。

大存储容积的液体冷冻剂的存在还需要安全设施以管道的形式结合到客户的建
筑物中以在万一出现磁体失超时安全地排放迅速放出的大容积氦气(自发逆转至正常传
导,其释放磁体的大量存储能量,引起LHe的爆发沸腾)。LTS磁体中的失超通常在磁体升流
期间出现,尤其是如果还没有预先给磁体通电或者在运输期间已经允许磁体加热至室温。
在罕见的情况下,当磁体在场处(at field)时,LTS磁体可能自发地失超。如果磁体有安全
问题(诸如,铁磁物体被拉到磁体中),则为磁体配备紧急停止运行开关,使得用户能够强制
失超。失超管道必须装配有单向阀以防止空气进入低温恒温器中,空气会冻结和阻塞失超
管道。

与液氦池冷却的磁体的运送、安装和运转的复杂性相关联的成本随着氦成本的增
大而变得更高,其中氦成本的增大是由于世界范围的增长需求和供应的限制。因此,消除了
液体冷冻剂的使用的磁体为运输到遥远位置或者经常重定位的MRI系统提供明显优势。

对于低成本和便携式系统,可以通过避免有源屏蔽梯度线圈来降低成本。LTS磁体
的热屏蔽典型地由铝合金制造,以便于热流动到制冷器以及最小化其表面区域上的温度变
化。遗憾的是,热屏蔽腔管为由MRI系统中使用的梯度线圈发出的杂散磁场给出高导电率表
面,这在当成像期间对梯度线圈施加电流脉冲时导致大瞬态涡流的生成。这些涡流反过来
在成像容积中生成不想要的瞬态磁场,创建图像伪影。因此,在二十世纪八十年代引入了有
源屏蔽(A/S)梯度(也称为自屏蔽梯度)以使热屏蔽中的涡流感应最小化。然而,A/S梯度比
常规未屏蔽梯度线圈显著更复杂并且更昂贵。它们还在每安培的梯度强度(mT/m/A)方面低
效得多并由此显著地增大用于驱动通过线圈的脉冲电流的梯度功率放大器的成本。因此,
避免在低成本MRI系统中使用有源屏蔽梯度线圈是所期望的。

在常规LTS螺线管中,通过使用具有高抗拉强度但弱导热性的材料(诸如,玻璃纤
维或者碳纤维或者不锈钢)的长细杆的系统自外部真空室悬挂磁体和氦容器来使从外部环
境向4.2开尔文冷却块传导热最小化。类似地悬挂热屏蔽。在公路运输移动应用中,必须设
计该悬挂系统以承受公路运输期间所施加的高冲击和振动负载,以防止容纳液氦的压力容
器与较暖的热屏蔽或者真空容器之间的接触,该接触会导致氦的爆性沸腾。悬挂系统还必
须使成像时磁体对地板传递振动的敏感性最小化。这是必须的,因为振动引起的热屏蔽或
者低温恒温器的其它导电组件相对于磁体的运动将引入低频涡流(具有图像伪影和畸变的
伴随问题)。对于低成本可运输MRI系统,通过简化磁体悬挂系统以降低磁体对冲击和振动
效应的灵敏度是所期望的。

LTS磁体安装带来的进一步复杂化是由有源屏蔽磁体对磁场源和其直接环境中的
含铁物体的灵敏度引入的。成像容积上的磁场的均匀性(对成像很关键)受建筑物结构中铁
磁组件(诸如,通常用于加固地板的结构钢梁)的存在的影响。结合现有全身MRI磁体很重的
重量,这使得在地面地板水平上的安装更昂贵得多。对每个磁体安装实施单独场地勘测以
评估场地的适合性。当磁体已经安装、加满了LHe以及升流回到场时,然后有必要检查和调
节磁场的均匀性,因为其将受到其新环境的影响。对磁体进行“匀场”的过程包括对成像容
积上的磁场变化进行映射,随后调节超导匀场线圈中的电流(“有源匀场”),或者计算必须
装载到磁体腔中以补偿场非均匀性的小铁片(垫片)的分布(“无源匀场”)。出于安全原因,
不能在场处实施这些铁磁垫片的装载,因为非均匀磁场具有使铁磁部件加速至高速度的潜
能,所以为了每个匀场迭代,磁体必须进行循环升流。典型地,需要若干匀场迭代,伴随磁体
将在其每次升流至场时发生失超的小风险。因为升流期间的额外的热负载使相当大量的
LHe沸腾,在匀场之后,必须将磁体再次加满LHe。

有源屏蔽超导磁体还对随太阳城集团变化的外部磁场电磁“透明”。比较而言,由于超导
线圈易于排除外部通量,因此铁屏蔽磁体固有地更加对外场影响免疫;遗憾的是,有源屏蔽
磁体中的反向旋进线圈无效了该效应。这使得有源屏蔽LTS磁体具有缠绕在主磁体上的额
外的独立超导线圈(称为外部干扰屏蔽线圈(EIS线圈))成为必要。因此,低成本便携式MRI
系统应当具有对其环境中或者附近的铁磁物体和来自其环境中或者附近的外部源的随时
间变化磁场的影响的提高的免疫性。

由高场磁体的有源屏蔽产生的额外的问题是围绕磁体的开放式腔生成强静止场
梯度,其中随着磁通量传递,从在初级磁体线圈内部流动到在初级线圈与屏蔽线圈之间流
动,磁场方向转过180度。由于铁磁物体上的力取决于场梯度,因此这些静止场梯度产生显
著的安全问题。铁磁物体(诸如,工具或者氧气瓶)在被引入到有源屏蔽磁体的边缘场中时
经受的吸引力随着距离迅速地变化(特别是在开放式腔周围),给疏忽的操作者很短的太阳城集团
在物体从它们的抓紧拉开之前作出反应,具有潜在严重安全后果。相同场梯度还可以在磁
体的开放式腔附近移动的导电物体(诸如,患者或者MRI技术人员的组织)中感生出显著的
电流。因此,使磁体周围的强静止场梯度生成最小化是所期望的。

综上所述,应当理解,常规池冷却和有源屏蔽LTS磁体的复杂的运送和安装的物
流,加上必须解决的若干安全考虑,造成不太适合移动或者可运输操作的昂贵设计。由于场
强度太低以及它们的重量过大,因此使用永久磁体不是令人满意的解决方案。因此,具有由
超导磁体给予的更高场运转(>0.5T)的好处但没有与LHe池冷却磁体相关联的复杂度的更
低成本的MRI系统是所期望的。

可以通过可运输MRI系统中的下列特征解决上述问题中的一个或者多个。可以单
独地或者以各种组合使用这些特征。

磁体可以被传导冷却并具有最小化的冷却块,其加速了冷却太阳城集团并省去了使用液
体冷冻剂所引入的非常显著的技术和物流复杂度。

磁体可以非常紧凑,但具有对于人类患者的全身进入通道以及类似于高场LTS螺
线管的大约45cm直径成像容积,但具有比现有LTS磁体显著更小的外径和更低的重量。这通
过消除有源屏蔽线圈、将场强度降低至0.5T-1T以及使用最小的铁屏蔽件控制杂散磁场来
实现。宽腔、短长度以及显著更小的外径的组合提供非常吸引人的美观外形以及患者焦虑
的减少。

磁体可以具有通过使用初级和次级铁屏蔽件实现的紧凑的5高斯边缘场,初级铁
屏蔽件和次级铁屏蔽件一个安装在磁体上,而第二个安装在运送集装箱的一些面(诸如,检
查室的侧壁)上。该方法还避免生成与有源屏蔽磁体相关联的强磁场梯度:提高安全性,并
还提高系统对局部环境中的含铁物品和/或外部磁场源的扰动的免疫性。这反过来允许在
工厂中对磁体进行无源匀场。

磁体可以使用高温超导电线(HTS),其通过使用来自低温制冷器的传导冷却,允许
磁体在更高温度(典型地,15K-30K)处运转,这反过来允许消除液体冷冻剂以及使用液体冷
冻剂涉及的复杂设计特征和物流。其还使低温恒温器构造能够被显著简化以及更鲁棒,这
降低成本并显著增大对冲击和振动的耐受度。因此,HTS磁体远比LTS磁体或者永久磁体更
适合于在移动应用或者可运输应用中使用。

如下面进一步描述的,最小化的冷却块以及以驱动模式运转的HTS导体的使用的
组合,给予容易地并且快速地根据需要对磁体进行通电和断电(“升流”和“降流”)的能力,
与常规LTS磁体和永久磁体相比,提供了灵活的运转和安全性的改善,即使在不使用MRI系
统时也连续地保持在场处。

在HTS磁体的典型运转温度范围(15K-30K)处的材料的热容显著高于在4.2K处的
材料的热容。与更低n值(导体的临界电流对温度和磁场的灵敏度)的HTS组合,允许HTS磁体
被设计为使得其在普通运转中将永不失超。

系统可以针对运输提供灵活运转模式,包括冷冻并且断电地运输磁体以在新位置
迅速部署的能力(在数小时内),或者允许磁体在较长行程期间变暖,一旦重新连接至电源
则需要2天-3天的冷却太阳城集团。通过使用结合有柴油发电机以运行磁体制冷器的运送集装箱
来实现冷冻运输。

系统可以提供全身扫描,同时具有小于二十公吨(20000kg)的低的总系统重量,总
系统重量包括了所有电子设备、辅助系统以及配备有柴油发电机的标准的运送集装箱,其
允许低成本和直向运输以及各种位置中的迅速部署,范围从军事战地医院或者灾难救助到
偏远或者农村区域中的半永久性部署。该概念特别很适合于没有发展良好的健康护理或者
运输基本设施的发展中国家。

在优选实施例中,通过使用与非常规构造的HTS磁体组合的未屏蔽梯度线圈,使磁
体与梯度线圈之间的涡流相互作用最小化,实现了系统功率消耗和成本的显著降低。

高温超导体(HTS)是具有高于三十开氏度数(-243.2℃)的转变温度的超导体。在
显著低于转变温度的温度处运转HTS MRI磁体以实现较高临界电流,并由此实现具有最小
化的超导导线长度的高磁场是所期望的。为此,在运转HTS磁体之前使HTS磁体冷却至大约
20开氏度以及在运转期间使HTS磁体维持在10开氏度到30开氏度之间并保持线圈暴露的磁
场远低于运转温度下的临界磁场是所期望的。

供HTS磁体使用的适合HTS导体是陶瓷超导体(诸如BSCCO(例如,Bi-2223)和REBCO
族超导体)以及使用二硼化镁(MgB2)的导体。REBCO超导体包括钡、铜、氧以及稀土元素中的
一个或者多个(由首字母缩写RE表示)。典型的REBCO超导体具有钙钛矿晶格结构(所谓的
123结构)以及化学式REBa2Cu3O7,其中RE是钇、铕或者铒。

尽管具有比陶瓷超导体显著更低的场中(in-field)临界电流以及更低的临界温
度,但是MgB2具有一些不同的优点,特别是对于在低至中场(mid-field)磁体中的操作;即,
临界电流对磁场角度可忽略的依赖性以及显著更低的成本。因此,MgB2是超导磁体的优选
导体,而REBCO以及BSCCO和YBCO是技术上适合的选择,它们仅仅由于成本原因而不太合意。

MgB2磁体的优选导线格式是通过预反应粉末装管(powder-in-tube)方法制造的
扁平带。磁体由一组绕组块形成,以及每个绕组块包括一个线圈或者许多邻接线圈。在优选
构造中,每个绕组块包括至少一组双饼形扁平(pancake)线圈。形成单个线圈的一种方式是
通过将扁平HTS带缠绕到形成器上以产生每层单匝的饼形扁平线圈,用适合的树脂或者蜡
浸渍线圈以在低温环境中提供结构完整性,以及从形成器上去除线圈。随后连接具有相反
缠绕方向的饼形扁平线圈对以形成双饼。使用适合的缠绕机器从单个长度的带缠绕双饼形
扁平线圈也是可行的,从而消除两个线圈之间的接头。随后将双饼形扁平线圈堆叠在绕组
块中的共同轴上,绕组块堆叠在公共轴上,在绕组块之间有间隙。

图4和图5示出了真空容器107中的HTS磁体131的细节。HTS磁体131是冷却块组合
件170的一部分,在该示例中,HTS磁体131包括四个绕组块301、302、303、304。典型磁体将包
含至少五个或者六个绕组块以实现期望的磁场均匀性,但是在图中,这被简化成了四个绕
组块,各自包含两个双饼形扁平线圈的外对301、304以及各自仅包含一个双饼形扁平线圈
的内对302、303。再次,在实践中,每个绕组块将包括至少一个双饼形扁平线圈但更常见地
包括同轴堆叠的多个双饼形扁平线圈。随后将冷却块组合件170包裹在通过反射热辐射以
减少辐射热负载的多层隔热件(MLI)177中,并装载到真空容器107中。真空容器107的外管
是由铁或者低碳钢制成的初级铁磁屏蔽件132,其还形成初级通量返回路径。真空容器107
具有由低导电率的非磁性材料(诸如,不锈钢)或者可选的非导电但真空密封的复合材料
(诸如,玻璃纤维)制成的内径178。用环形端板179、180闭合环形真空容器107,该端板可以
是铁磁的。在使用常规有限元电磁建模和最优化方法的绕组块301、402、303、304的位置设
计中允许初级铁磁屏蔽件132对场均匀性的影响。冷却歧管182包括柔性铜编织物305,其被
连接至低温制冷器134的第二级以使磁体131与来自低温制冷器的振动去耦。两级吉福德麦
克马洪(GM)制冷器或者脉冲管制冷器(PTR)是适合的。

由于磁体131在比LTS磁体的运转温度高得多的温度下运转,因此更大的冷却能力
可用以及可以耐受来自辐射的更高周围热负载。因此,可以完全省去螺线管磁体组合件的
内径向表面和端部上的热屏蔽件。可选地在冷却块170的外径向表面上设置热屏蔽件181。
热屏蔽件181附接至低温制冷器134的第一级冷却元件136以平衡辐射热负载并使热屏蔽件
维持在恒定温度处。低温制冷器134使第一级冷却元件136比第二级冷却元件135处于更高
的温度并具有更高的冷却能力,热辐射屏蔽件被热锚固至第一级冷却元件。该布置与常规
氦池冷却LTS磁体相比相当地简化了磁体构造并减少了系统成本。

使用非导电材料(诸如,以挤压形式布置的G10环氧玻璃纤维)的柱191、192、193、
194将冷却块组合件170刚性地附接至端板179、180。通过使用预压缩Bellville垫圈185、
196、197、198来补偿冷却块在冷却期间的收缩。例如,Bellville垫圈185、196、197、198与柱
191、192、193、194同轴,并设置在冷却块组合件170与邻近冷却块组合件的柱191、192、193、
194的端部之间。端板179、180和柱191、192将超导磁体131刚性地定位在真空容器107内,以
及Bellville垫圈191、192、193、194占据由冷却块在冷却时的收缩产生的松弛部分,确保超
导磁体131在超导磁体的冷却、通电期间以及在暴露于外部振动时保持准确地定位在真空
容器107内。

与LTS磁体上使用的常规悬挂系统相比,该设计造成传导的热负载的增大,但多亏
磁体的更高运转温度以及由此可从制冷器134得到的更大的冷却能力,使得这是可容忍的。
该构造方法的特别好处是磁体131的显著提高的承受冲击负载而不损坏的能力,以及磁场
的太阳城集团稳定性对来自外部源和来自制冷器134的振动的敏感性的明显减小。这些是移动或
者可运输系统高度期望的属性,其可以在运输期间经受剧烈振动和冲击,以及随后被期望
在具有未知的或者不好控制的振动环境的新位置中在没有调节的情况下工作。

图6和图7示出了低温制冷器134以及包括冷却歧管182和绕组块301、302、303、304
的冷却块组合件170的细节。分布式热传导通路(称为冷却歧管182)用于将来自绕组块的热
运输至低温制冷器134的冷却元件135。冷却歧管182包括环形板201、202、203、204、205、
206、207、208、209、210以及热耦合至低温制冷器134的第二级的冷却元件135的轴向热总线
211。环形板202、203、204、205、206、207、208和209设置在饼形扁平线圈171、172(171、172构
成绕组块301)、173(在302中)、174、(在303中)以及175和176(175和176在304中)的相应地
相邻对的面上。环形板201、202、203、204、205、206、207、208、209、210和热总线211由具有良
好导热性的材料(诸如,铜、铝或者蓝宝石或者这些材料的组合)构造。

在优选实施例中,环形板和热总线211由无氧铜板构造,把环形板热连接至热总
线。热连接可以使用铟垫片或者润滑脂以减小在环形板与热总线之间的接头两端的热阻。
还可以通过在接头区域处对环形板和热总线进行镀金并配置接头用于施加高压以将镀金
部分压到一起来获得良好的热连接。热总线被无氧铜编织物305连接至低温制冷器的第二
级冷却头,这准许冷却头与磁体组合件之间的少量相对运动并因此将双饼形扁平线圈与低
温制冷器134的振动隔离开。

通过在绕组块之间留出轴向间隙和/或选择每个双饼上的匝的数目以及内半径
和/或外半径来控制成像容积(在图3和图4中的144)中的磁场均匀性以实现成像容积144上
典型的20ppm的峰-峰的均一度。在绕组块之间留出大间隙以实现期望磁场均匀性,用分隔
件212、213、214填充这些间隙以支持在线圈上轴向作用的电磁力。在组装期间,可以通过轴
向拉杆或者扎带将环形盘、饼形扁平线圈和分隔件保持在一起。在组装之后,由来自端板
179、180和柱191、192的挤压将环形盘、饼形扁平线圈和分隔件保持在一起。当对超导磁体
通电时,由线圈之间的电磁吸引将组合件保持在一起。分隔件212、213、214可以由适合在低
温环境中使用的非传导结构材料(诸如,如G10环氧玻璃纤维的工程复合材料)制成。不锈钢
也是适合的,具有更好地限定热收缩的优点但具有较大导电率的缺点。环形分隔件可以是
连续的盘或者盘的片段。可以优选后者,因为其对使磁体中使用的材料块最小化以加速冷
却太阳城集团以及断开圆周涡流路径(如果使用导电材料(诸如不锈钢))有利。出于同样的原因,
可以优选使用具有低密度和/或低热容的材料(视具有足够机械强度而定)以最小化冷却
块。在可运输MRI系统100中,由于HTS磁体131设置有以柴油发电机形式的无间断电力供应
(图3中的153),因此不需要使用高容积的热容材料以在万一冷却电力故障时提供储热器来
延长穿越太阳城集团。

如图8所示,冷却歧管的环形板204、206具有完整狭槽215、216,用以防止给梯度线
圈通电时在环形板中感生圆周涡流。将在下面参照图14对此进行进一步描述。为此,图7所
示的环形板201、202、203、204、205、206、207、208、209、210的所有具有与热总线211在直径
上相对的类似完整狭槽。

在优选构造中,由低电阻焊接接头串联地连接线圈。虽然潜在地可以将MgB2导线
与超导接头连接而实现具有在持续电流模式下运转的能力的磁体,但是该技术当前发展地
不好(特别是对于在强背景场中的使用)。当然,不可以在持续电流模式下运转具有电阻接
头的磁体(如对常规LTS磁体所做的),但是通过使用外部电流源使磁体在驱动模式下运转,
解决了这个问题。下面对该方法的各种特征和优点进行描述。要注意使接头的电阻最小化
以降低对冷却块的额外热负载。

如上面介绍的,超导磁体131设置有初级铁磁屏蔽件(在图3、图4和图5中132)以及
包括图3示出的屏蔽板156、157的次级铁磁屏蔽件,以提供对于磁通量的返回路径并减少磁
体的边缘场覆盖区。次级铁磁屏蔽件还在与运送集装箱(在图1中101)的侧壁共面的检查室
(在图1中103)的壁上包括类似屏蔽板。例如,这些屏蔽板非常简单地由典型5-20mm厚的单
个低碳钢板构造。在立方体屏蔽件的与磁体轴对准的两个面上不需要屏蔽。通过有限元建
模来确定屏蔽板的轴向长度,以优化磁体杂散场的约束,同时使所使用钢的质量最小化。屏
蔽板可以与作为检查室103的壁的运送集装箱的端壁以及检查室103与控制室104之间的隔
墙102重合,或者可以更短。如果认为可以接受允许磁体边缘场在地板和天花板上这些面上
延伸到集装箱外部,则地板和天花板上的屏蔽板(图3中的156、157)也是可选的,如没有行
人进入集装箱上面或者下面区域的安装中的情况那样。初级铁屏蔽件和次级铁屏蔽件的组
合效应足以将磁体的5高斯等值线(在图2中121)拉到使用小于15000kg的总的钢质量的运
送集装箱外壁的50cm内。

用于实现相同的5G覆盖区,使用两个单独铁屏蔽件与使用有源屏蔽线圈相比显著
地减小磁体的外部尺寸。它还通过保持磁体和初级屏蔽件的重量低于15000kg来简化系统
的构造。如果把实现相同5G覆盖区所需要的所有铁屏蔽件合并成初级屏蔽件,则磁体将重
达若干公吨并将难以组装到运送集装箱内。将铁屏蔽件中的一些移动到集装箱的壁上使重
量更均匀地分布以及使构造更简单。

此外,消除大直径有源屏蔽线圈显著减小真空容器的大小、成本和复杂度。在距制
冷器的第二级最远的点处出现小直径主磁体线圈的直径上的最大温度差。通过适当选择冷
却歧管中的材料和尺寸,该温度差可以足够小以使得线圈的所有部分可以保持显著低于高
温超导体的临界温度,例如,不超过如由局部温度和超导线暴露的磁场在磁体结构内的任
何位置处所限定的超导体的临界电流的75%。如果从单个冷却头尝试大直径屏蔽线圈的传
导冷却,则在距冷却头较远的点产生过高温度上升,这将限制线圈的电流能力。

然而,使用两个铁屏蔽件不需要磁体和初级屏蔽件相对于次级屏蔽件准确定位以
避免在成像容积中生成大的场非均匀性。可以在磁体的无源匀场期间补偿在制造期间引入
的小的失准。可以通过在次级屏蔽板与集装箱壁之间并入隔热件以最小化运转期间出现的
初级屏蔽件与次级屏蔽件的相对位置的任何小变化,诸如潜在地由在系统重定位期间的机
械变形或者由于环境天气情况(例如:阳光照射到运送集装箱的一侧上)产生的热效应引起
的那些变化。可以通过调节装配至磁体的有源匀场线圈中的电流以补偿任何残余的变化。
有源匀场线圈是典型地以低阶和低度球面谐波的形式生成具有已知几何形状的磁场的额
外线圈。梯度线圈本身可以用作对于X、Y和Z球面谐波的有源匀场线圈。可以通过对这些线
圈施加适合的DC电流以生成必要的场校正,利用铜中的实际线圈电流达到中心场的百万分
之几。如果有必要补偿较大变化,则可为磁体装配位于真空空间的HTS匀场线圈,并以与电
磁线圈相同的方式使用低温制冷器对HTS匀场线圈进行冷却。

可运输MRI系统100的另一个特征是使用外部电力供应电源(或者电流源)。常规
LTS磁体以持久模式运转。使用位于低温恒温器外面的电力供应使磁体升流至场,并经由穿
过低温恒温器的电流引线连接至超导电路。随后闭合超导开关,并将电源断电。如果期望将
到4.2K冷却块的传导热泄漏绝对地最小化,则常常去除电力供应,以及有时可以在物理上
断开电流引线。通常包括电阻器和二极管的失超保护电路连接在LTS磁体两端,以在万一发
生失超时耗散其存储的能量。

比较地,如图9所示,HTS磁体131通过永久连接的电流引线223、224永久地连接至
磁体电力供应单元(在图3中的150)的受控电流源221。在一个实施例中,通过反馈超导磁体
的NMR频率来稳定受控电流源221。在另一个实施例中,NMR频率的反馈使为以下相对于图15
进一步描述的匀场线圈(在图15中273、274)提供电流的受控电流源(在图15中275、276)稳
定。在任一情况下,这使磁体腔中的磁场强度能够保持到恒定值。

在磁体131两端连接倾卸电阻器222以在外部电力供应关闭或者断开的情况下安
全地耗散其存储的能量。倾卸电阻器222还对来自电力供应的高频噪声呈现比高度反应性
HTS磁体131更低的阻抗,这帮助确保磁体电流的良好短期稳定性。受控电流源221既用来给
HTS磁体131通电,又用来维持运转期间的电流(抵消线圈之间的微弱电阻性接头中的损
耗)。

使受控电流源221一直连接至HTS磁体131,提供了当需要成像时能够使磁体升流
至场以及当不需要成像时(例如,当在位置之间运输时)的时段中能够回零的优点。受控电
流源221具有在升流之后迅速地稳定磁体的场强度的能力。升流通过自场感应在超导线圈
的各匝中感生遮蔽电流(screening current)。这些寄生遮蔽电流生成抵制并由此减小磁
体的按设计的场强度的磁场,还可以轻微改变整个成像容积上的场均匀性。然而,当通量钉
扎中心蠕变以及每个超导体绞线内的遮蔽电流重新分配时,遮蔽电流场随着小时或者天的
太阳城集团常量衰减。已经用实验方法证实可以通过在将电流减小至正常运转电流之前将磁体暂
时地升流至若干百分比的过场(overfield)以最小化HTS磁体中的遮蔽电流的衰减。场强度
和均匀性中的任何残余漂移都是非常可再现的并且由此可以被充分表征。因此,可以通过
使用来自NMR信号的闭环反馈以调节主磁体线圈中的电流来补偿遮蔽电流对场强度的影
响。可以通过在升流之后对有源匀场线圈施加适合的预编程电流来补偿遮蔽电流对磁场非
均匀性的影响,该有源匀场线圈对遮蔽电流生成相等并且相反的场贡献。尽管存在遮蔽电
流的衰减,但是该方法允许在升流的几分钟内迅速地稳定成像容积中的磁体场(允许无伪
影成像)。

可以由当前成像的对象或者成像容积144内放置的另外的NMR探头(图3中的161)
供应NMR反馈信号。用以放置该探头的适合位置将在患者台109下方或者内部。NMR探头161
包括可以生成NMR信号的液体、凝胶或者任何材料的小容器,其使用调谐的RF拾取线圈162
检测NMR频率。被选为提供反馈信号的NMR核可以是氢,或者另一个活性NMR核,诸如氘或者
钠或者具有非整数自旋的任何核。在优选实施例中,样本是同位素富集的D20(重水)。选择
氘,因为其NMR频率显著低于氢的NMR频率并因此避免因用于锁定磁体电流的NMR信号与来
自患者的氢信号之间的干扰的任何复杂化。来自探头161的NMR信号可以通过使用如在文献
建立的脉冲NMR或者连续波NMR来获取,并被转换为模拟电压信号或者NMR探头样本的频率
的数字表示,其与在探头样本容积上积分的磁场强度成比例。这种锁定磁场的方法通常用
于NMR光谱磁体,其中当前分析的化学样本溶解于氘化溶剂中,然而这里的区别是将NMR探
头161与样本在物理上分开定位。在NMR系统100中,NMR探头161当然不能占据与患者(在图1
中110)相同的空间,因此NMR探头161将偏离磁体的等中心,例如,NMR探头161在患者台下,
在那里它仍然在具有足够均匀性的成像区域内部以提供具有高频率分辨率的NMR信号。

由于探头161偏离磁体等中心,所以有源匀场电流中的DC电流的改变将改变NMR探
头的磁场测量,但是匀场电流是已知的,所以可以在控制系统中补偿该效应。同样地,梯度
脉冲还将暂时地影响探头的测量,但是这可以通过在梯度脉冲期间消隐来自NMR反馈信号
的输出,并用在上次没有梯度脉冲的情况下测量的相同场值处的恒定信号代替它来在磁体
电流控制系统中进行调节。换句话说,使用门控“采样及保持”测量,其中NMR探头在其场测
量有效时向磁体电流控制系统供应更新值。

可运输MRI系统100的另一个特征是其电力故障期间和之后的行为。以持久模式运
转的池冷却LTS磁体能够“穿越”干线电力故障几天或者甚至几周。由于沸腾液体冷冻剂的
冷却能力,使得磁体保持冷却,并且由于持久电流运转,使得磁体保持在场处。比较地,当干
线电力中断以及电流源停止供应电流时,以驱动模式运转的传导冷却磁体将立即穿过倾卸
电阻器降流。磁体还将由于来自制冷器的冷却能力的损耗而开始逐渐地变暖。由于在可以
重新开始成像之前磁体必须再次冷却并升流回场,因此该情形不是所期望的。然而,本公开
的一个方面是使用配备柴油发电机的运送集装箱(运输冷藏货物的标准选择)以向MRI系统
提供不间断电力供应。发电机使MRI超导磁体能够在短期电力故障期间保持冷却并在必要
时利用运行的低温制冷器进行运输。这将是在跨短距离运输系统的优选方式,因为它允许
在目的地处迅速部署,而不需要等待磁体冷却。该特征的额外好处是在不连接至外部电源
的情况下运转MRI系统的能力,这将在军事或者人道主义救援情形中具有很大好处。

可运输MRI系统100的另一个特征是在成像期间最小化磁体结构中的涡流。在梯度
线圈的脉冲出现期间,导电磁体组件中感生的涡流可以造成整个成像容积上的磁场均匀性
的瞬态畸变,这反过来产生图像伪影。消除内热屏蔽件去除了主要涡流源以及潜在地允许
使用未屏蔽梯度线圈,其比常规LTS磁体中使用的屏蔽梯度线圈显著地更简单并且更高效
能。然而,这使磁体直接地暴露于来自梯度线圈的杂散脉冲磁通量,其可以在任何导电组件
中感生涡流。先前描述的磁体构造确保大多数磁体组件由具有零导电性或者弱导电性的材
料(诸如,不锈钢)制成。然而,显著的例外是分布式铜冷却歧管。

使导电表面暴露于来自驱动电流路径的时变场,在导电结构中感生涡流,并且这
些涡流镜像驱动电流路径的形状。如果在导电表面上形成战略切口,则将破坏涡流图案,且
由它们生成的场减小。用这种方式,去除了冷却歧管的所有大导电表面,而仅保持冷却歧管
的“骨架”铜结构。因此,尽管冷却歧管不支持来自三个梯度线圈中的任何一个的镜像涡流,
但是仍然可以有效地将热从磁体的所有部分传导至低温制冷器的冷却元件。

在图10和图11中描绘了用于生成常规MR成像中需要的线性梯度磁场的基本导体
图案。这些图使用常规的笛卡尔轴命名法,Z轴在磁体中心处沿着磁场的方向取向,由此沿
着超导螺线管磁体(在图3中131)的轴向腔取向。图10示出横向梯度X和Y(即:和
如向量245描绘的)可以由具有适合的取向的高莱(Golay)鞍形线圈246、247对生
成。图11示出简单Z梯度(即:由向量250描绘磁场沿着z轴的变化)可以由相对的导
体回路251、252的麦克斯维尔对生成。为了实现梯度线性度、感应系数与效率(以mT/m/amp
表示)之间的最佳折衷,实际线圈具有若干匝以及更复杂的形状;在图12中示出了典型Y线
圈251的导体路径。典型X线圈的导体路径相同,除它们围绕Z轴旋转90度以外。在图13中示
出了典型Z线圈252的导体路径。

HTS磁体131的特征是具有高导电性的所有组件(诸如,铜冷却歧管)被分段,使得
不存在支持具有与X、Y或者Z梯度线圈相同对称性的涡流的通路。在必要时(诸如,需要
PATLOC成像),该原理可以扩展到覆盖生成其它场形状的梯度线圈。代替使用由不导电基体
(诸如,树脂)内的导电金属纤维网制成的复合材料,可以使用具有破坏涡流对称性的战略
放置的缺口的机械加工铜组件。

这在图14中示出,其仅描绘了磁体冷却块262的高传导性冷却歧管组件,其包括冷
却板263、264、265和266以及用于热连接磁体冷却块的所有元件的轴向热总线267。省略了
超导磁体的饼形扁平线圈以及间隔和支撑冷却板的结构组件。

在图14中,示出了位于冷却歧管内侧的Y梯度线圈268的导体图案。在运转中,X梯
度线圈和Z梯度线圈将以同轴方式与Y梯度线圈嵌套,且这些线圈可以以任何顺序彼此嵌
套。冷却板263、264、265和266全都具有至少一个完整的切口267,其防止感生出围绕它们的
外围流动的涡流。它还切断到Z梯度线圈的耦合,防止在对Z线圈脉冲调制时形成镜像涡流。

通过检查这些图,还应当显而易见的是,不能通过脉冲调制X或者Y线圈任一个而
在冷却歧管中感生镜像电流。对于所有三个梯度线圈,在优选涡流路径中总是有间隙。可以
形成较小的局部涡流,但是由这些涡流生成的场扰动弱得多、更局部化以及对图像质量具
有极小影响。可以在不锈钢组件(诸如,磁体腔管)中形成涡流,但是由于材料的弱导电性,
使得这些涡流寿命短。在实践中,如果采用所描述HTS磁体构造,则可以使用常规梯度脉冲
预加重技术补偿所有残余涡流效应。因此,所描述的HTS磁体构造允许对常规临床成像序列
使用未屏蔽梯度线圈以及MRI系统中的显著成本节约。

图14中的冷却歧管262的优选结构可以被描述为“脊柱”(轴向热总线267)和“肋”
(线圈之间的冷却板263、264、265、266,省略了线圈)。虽然图示出了具有一个脊柱和环绕线
圈完整周长的一组肋的实施例(仅在“胸骨”的位置处被小切口切断),但是冷却歧管可以具
有超过一个脊柱,各自具有其自己的对向更小角的肋组。例如,具有两组可以是有利的,其
中它们的脊柱在电磁线圈的相对侧上沿直径相对,肋对向稍微小于180度。每个脊柱可以连
接至它自己的制冷器冷却元件。该布置将减小线圈周围的温度变化并允许磁体在临界电流
的较高百分比下运行,从而生成更强磁场。

在低温超导(LTS)磁体中,将超导导线细丝(典型地,NbTi超导导线细丝)嵌入铜基
体中以提供稳定性以免磁通跳跃,并在出现局部失超的情况下为磁体电流提供替换路径。
如果在LTS磁体中确实出现失超,则在整个绕组上快速地传播(典型地,在几秒内),磁体电
流暂时地由铜基体传送并流经失超保护电路电阻器,这两者将磁体存储的能量以热量耗
散,煮沸和喷射所存储的LHe。正确设计的磁体将以这种方式安全地耗散其存储的能量并在
未受损坏的情况下幸免于失超。然而,在可以再次使用磁体之前,需要对磁体进行再冷却和
再通电。

HTS导体表现得完全不同。首先,它们在不需要导线结构中的大量铜稳定件的情况
下稳定地抵抗磁通跳跃。然而,如果出现局部失超,则其非常缓慢地传播(几分钟)。这产生
保护问题,因为磁体的感应将在不再超导的导线部分的两端生成非常大的电压,直到电弧
出现,这将毁坏线圈。仅通过共绕组的铜为电流提供替换路径不是令人满意的解决方案,因
为磁体的HTS导线的大部分坚持在超导模式,所以电流仅流过局部失超周围的铜。铜的电阻
引起局部加热,于是它快速熔化,产生高电阻,导致电弧和线圈的毁坏。其他人提出了具有
加热器的系统,在检测到失超时,触发加热器迅速地加热磁体并迫使电流更全局地通向至
共绕组的铜。然而,该方法很复杂并且增加显著的成本。此外,该方法需要使大量铜与HTS导
体共同缠绕。用于HTS导线的基体通常具有低导电率(例如:用于REBCO的不锈钢以及用于
MgB2的镍,尽管BSCCO使用银基体)。期望使磁体中的饼形扁平线圈的体导电率最小化以防
止在脉冲调制梯度线圈时形成涡流。

因此,HTS磁体131的另一个可选特征是线圈由没有铜稳定件的REBCO或者MgB2带
制成。这根据需要保持它们的体导电率低。还增大工程电流密度并简化线圈绕组。然而,万
一出现局部失超时,则线圈将烧坏。通过使磁体在不超过临界电流的75%下运行以及通过
连续地监控线圈温度和电压来减轻该风险。如果线圈温度和电压中的任一个开始上升,则
磁体电流源断开电路,于是磁体通过倾卸电阻器(在图9中222)放电。由于LTS磁体中的自发
失超是稀有事件但不是不可能事件,因此LTS磁体必须被设计为幸存于此。然而,由于正确
设计的HTS磁体中的自发失超具有低得多的概率,因此该失超保护方法在HTS磁体中是可接
受的。

图15示出了精细校正成像容积中的均匀性的有源匀场线圈组合件271的示例。在
该示例中,有源匀场具有用于产生相对纯的Z2球面谐波的一组线圈273、274和用于产生正
弦和余弦类型的球面谐波的一组鞍形线圈277、278。在该示例中,匀场线圈273、274、277、
278由相应的受控电流源275、276、277、278驱动。匀场线圈组合件271是管状的以使得它可
以以同轴方式与梯度线圈和匀场组合件(在图3中133)中的X、Y和Z梯度线圈嵌套在一起。替
换地,匀场线圈组合件271安装在真空容器(在图3中107)中,使得冷却块组合件(在图3中
170)嵌套在匀场线圈的组合件271中。

匀场线圈组合件包括管状非导电支撑件272以及安装在非导电支撑件上或者与非
导电支撑件集成在一起的匀场线圈273、274。例如,非导电支撑件273是通过将树脂浸渍的
玻璃纤维布围绕圆柱形心轴缠绕,然后固化树脂而制成的玻璃纤维管。围绕非导电支撑件
273周向地缠绕匀场线圈272、273。因此,这些线圈以类似于Z梯度线圈(在图13中252)的方
式起作用。匀场线圈277、278不围绕非导电支撑件272周向地缠绕。因此,这些线圈以类似于
X或者Y梯度线圈(在图12中251)的方式起作用。如果匀场线圈组合件271安装在真空容器外
部,在磁体腔与梯度线圈组合件之间或者梯度线圈组合件内侧,则匀场线圈由铜电线或者
铜箔条制成。可替换地,匀场线圈可以被制造为柔性印刷电路。如果匀场线圈组合件271安
装在真空容器内部(例如,磁体线圈内径的内侧),则匀场线圈可以被冷却并由HTS电线或者
带制成,这允许它们传送显著更高电流。

通过使用常规无源匀场实现成像容积中均匀性的总体校正。如图16所示,匀场元
件组合件291包括圆柱形形成器282,其设置有以轴向行和圆周环布置的凹穴283、284的规
则阵列。圆柱形形成器282是非导电支撑件,例如,玻璃纤维管。可以用薄钢板285、286(称为
“垫片板”)填充每个凹穴(典型地具有矩形形状)以提供铁的深度。当磁体被通电时,铁变得
轴向磁化,每个垫片的小偶极子场加至磁场,并且局部地改变磁场强度。从而,填充至正确
深度的凹穴阵列可以生成在整个成像容积上具有非均匀性的磁场,该非均匀性在某种意义
上与磁体自身的非均匀性近似相等但相反,从而校正非均匀性。

在实践中,可以凭经验对每个特定可运输MRI系统确定圆柱形形成器282上的铁磁
匀场元件285、286的大小、形状和位置。在理想系统中,为了获得成像容积中的最均匀磁场,
超导磁体将太阳城集团磁体腔的轴完美对称,超导磁体(在图3中131)的中心将位于运送集装箱
(在图3中101)的中心,并且系统的所有铁磁材料还将太阳城集团磁体腔的轴对称。在实践中,情况
不是这样的,因为除了其它事项外,期望将控制室放在运送集装箱的远离超导磁体的一端
处,患者台应当位于对患者来说更方便的水平处,运送集装箱可能在其钢结构部件的分布
中具有一定非均匀性,以及在次级铁磁屏蔽件相对于运送集装箱的钢壁的位置上将有一定
变化。配置并定位铁磁匀场元件以补偿这些变化。必要时,可以通过增大或者减小初级磁铁
屏蔽件在其表面的部分上的厚度来实现用以校正这些非对称性的额外总匀场(而不会损害
其真空完整性)。尽管如此,为了确保铁磁匀场元件有效,将超导磁体安装至运送集装箱,按
照在所有维度中优于10mm的准确度使超导磁体相对于次级屏蔽件的铁磁片材和运送集装
箱的壁定位。

例如,在没有匀场元件组合件281的情况下以及在匀场线圈273、274没被通电时对
系统进行组装和测试。通过使用常规电磁建模和最优化方法确定校正成像容积中测量到的
非均匀性所需要的匀场元件在每个凹穴中的深度。建模技术假设由于由超导磁体的磁场引
起的饱和,所以铁磁匀场元件285、286变得均匀磁化。一旦匀场元件285、286的分布已经装
载到凹穴阵列中,则将匀场元件组合件281插入磁体腔中。通过使用电气匀场电力供应单元
(在图3中152)驱动适合的直流电流通过有源匀场线圈(在图15中273、274)来实现磁场非均
匀性的精细调节。调节电流以获得成像容积中磁场的最佳均匀性。

在成像期间脉冲调制梯度线圈可以在磁体结构中感生瞬态涡流,该瞬态涡流使成
像容积中的均匀性畸变,使得合成场不是来自磁体的均匀静态背景场与来自正被脉冲调制
的梯度线圈的线性梯度场的期望叠加。例如,脉冲调制Y梯度线圈可以引入涡流,取决于涡
流的分布,涡流生成瞬态X或者Z或者Z2场非均匀性或者实际上具有任意形状的场。涡流还
可以生成整个成像容积上的磁场的瞬态均匀偏移,称为B0或者Z0偏移。如果生成这种不被期
望的瞬态场,则可以通过驱动适合的脉冲电流通过匀场线圈来对它们进行补偿。这是MR成
像中的标准技术。

图17示出了经过若干天行进的距离将可运输MRI系统运输至目标位置以及在目标
位置处使用可运输MRI系统的方法。在第一框301中,当系统断电时,经过需要若干天行进的
距离将可运输MRI系统运送至目标位置。接着,在框302中,在目标位置处,对低温制冷器供
应电力并利用低温制冷器冷却磁体,使得磁体变得超导。在框303中,通过使用受控电流源
给磁体通电。在框304中,通过使用标准化成像体模和诊断例行程序检查磁体的均匀性,并
且在当磁体均匀性的检查指示需要对磁体的均匀性进行匀场时通过使用电气有源匀场对
磁体的均匀性进行匀场。最后,在框305中,通过使用磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

图18示出了在发电机运行的同时将可运输MRI系统运输至目标位置以及在目标位
置处使用可运输MRI系统的方法。在典型情况下,将存在对于发电机的连续使用可接受的一
定持续太阳城集团,其可以取决于燃料箱的大小、再填充频率以及可能地对维护的需要。在该示例
中,可接受的发电机的连续使用太阳城集团是五天。在框311中,经过需要不超过五天的行进的距
离将系统运送至目标位置,其中机载发电机运行以向低温制冷器供电以保持磁体冷却而磁
体是断电的。在框312中,在目标位置处,使用受控电流源对磁体通电。在框313中,使用标准
化成像体模和诊断例行程序检查磁体的均匀性,并当磁体均匀性的检查指示需要对磁体的
均匀性进行匀场时通过使用电气有源匀场对磁体的均匀性进行匀场。最后,在框314中,通
过使用磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

图19和图20示出了冷却歧管382以及具有层缠绕绕组块371、372、373、374的超导
磁体组合件的替换构造。该替换构造可以代替图6和图7中示出的使用饼形扁平线圈的构
造。饼形扁平线圈最适合于具有高纵横比横截面(即,带)的超导导线。层缠绕绕阻块最适合
于具有低纵横比的超导导线,诸如低纵横比MgB2导体。

层缠绕绕组块的每个层是超导导线的螺旋形线圈,为了产生具有比饼形扁平线圈
低得多的直径长度比的绕组块,层缠绕绕组块可以有多个层,并且每层可以有许多匝。通过
在圆柱形心轴或者线轴上缠绕超导导线,层缠绕绕组块比饼形扁平线圈更容易被构造。然
而,层缠绕绕组块的更低的直径长度比在用于将绕组块热耦合至冷却歧管382的环形冷却
板401、402、403、405、406、407、408的端部处给出更小的表面区域。

为了提供用于热耦合的更多表面区域,冷却歧管382包括圆柱形管400,并且绕组
块371、372、373、375被装配在圆柱形管内侧,用于从绕组块外径到圆柱形管内径的热传导。
圆柱形管400坐靠于并热耦合至轴向热总线411。热总线411由柔性铜编织物505热耦合至低
温制冷器334的第二级的冷却元件335。

例如,在图19和图20的构造中,圆柱形管400和环形板401、402、403、404、405、406、
407、408以及热总线411由具有良好导热性的材料(诸如,铜、铝或者蓝宝石或者这些材料的
组合)构造。环形板401、402、403、405、406、407、408在外圆柱形管400内侧具有适贴配合。例
如,环形板被焊接至圆柱形管的内径,用于板与管之间的良好热传递。在该情况下,在组装
期间,端板407或者408中的一个被首先焊接到管400的端部,随后端部绕组块371或者374中
的一个被插入到管中,随后板402或者407中的下一个被插入到管400中并被焊接到管的内
径。随后,环形分隔件412或者414中的一个被插入到管400中,随后板403或者406中的下一
个被插入到管400中并被焊接到管的内径。随后,中央环形分隔件413被插入到管中,以及板
406或者403中的下一个被插入到管中并被焊接到管400的内径。重复该过程直到另一个端
板408或者407被焊接到管400的端部为止。可以用导热脂涂敷绕组块371、372、373、374的外
径和端面以辅助从绕组块到管400以及到板的热传递。将管400和柔性铜编织物505焊接到
轴向热总线411以辅助到低温制冷器334的第二级的冷却元件335的热传递。

几何地配置和构建冷却歧管382,从而不仅将热从绕组块371、372、373、374有效地
传送至冷却元件225,而且还减小成像期间来自梯度线圈的涡流。圆柱形管400和环形板
401、402、403、404、405、406中的每一个包括至少一个完整切口(在图19中的421、422),以破
坏圆柱形管和每一个冷却板中的圆周涡流的形成。在该示例中,完整切口(在图19中421、
422)在直径上与热总线411相对。圆柱形管400和环形板401、402、403、404、405、406中的每
一个可以具有额外的切口,以进一步破坏涡流的形成。可以选择额外切口的数量和布置以
显著地破坏涡流的形成,同时保持圆柱形管400和环形板401、402、403、404、405、406的一定
的结构刚度。

例如,如图19所示,环形板401具有从其内径几乎延伸至其外径的径向狭缝423、
424的环状阵列。围绕环形板401,按照相等角度间隔分隔径向切口422和径向狭缝423、424。
其它环形板可以具有类似的径向狭缝阵列,且其它环形板中的每一个可以具有与环形板
401相同的几何构造和取向。圆柱形管400还可以具有从其端部中的一个或者两者延伸的轴
向狭缝425、426的环状阵列。

例如,如图21所示,圆柱形管400具有从管400的第一端部几乎延伸至管的第二端
部的轴向狭缝425、426的环状阵列以及从管的第二端部几乎延伸至管的第一端部的轴向狭
缝427、428的环形阵列。狭缝被布置为使得切口(在图19中421)和狭缝围绕管400的周长按
照相等角度间隔被分隔开,交替狭缝从管400的交替端部延伸,并且管400的邻接材料围绕
管形成蛇形路径。

鉴于上述,已经描述了低成本、紧凑以及可容易运输的全身MRI系统,其在标准的
运送集装箱中完全自包含。不使用低温液体的高温超导磁体传导冷却,并具有0.5特斯拉与
1特斯拉之间的场强度。超导磁体克服了与运送和安装常规液氦冷却超导磁体相关联的复
杂物流。使常规诊断MRI在发展中经济体中或者在安装常规固定或者移动MRI不经济或者不
实际的地方是可负担的。

本文提供了许多示例用以增强对本公开的理解。提供一组特定示例如下。

在第一示例中,公开了一种自容式可运输磁共振成像(MRI)系统,包括:标准的运
送集装箱;安装在运送集装箱内的真空容器;适合于磁共振成像(MRI)的超导磁体,该超导
磁体容纳在真空容器内,该超导磁体包括高温超导导线的预成形的线圈的堆叠,该真空容
器具有铁磁材料的外径壁以磁性地屏蔽超导磁体;安装在运送集装箱内的低温制冷器,该
低温制冷器在真空容器中具有至少一个冷却元件;在真空容器中的冷却歧管,该冷却歧管
将至少一个冷却元件热耦合至线圈以冷却超导磁体;以及铁磁材料,其被添加至运送集装
箱的面以减小运送集装箱外部的边缘磁场覆盖区。

在第二示例中,公开了根据前述第一示例的系统,其中高温超导导线是REBCO导体
和BSCCO导体中的至少一种。

在第三示例中,公开了根据前述第一示例的系统,其中高温超导导线是MgB2导体。

在第四示例中,公开了根据前述第一至第三示例中的任何一个的系统,其中低温
制冷器和冷却歧管被配置为在给超导磁体通电时将线圈温度维持在十开氏度到三十开氏
度之间。

在第五示例中,公开了根据前述第一至第四示例中的任何一个的系统,其中超导
磁体具有腔,腔具有直径,围绕腔同轴地定位线圈,线圈被配置在热耦合至冷却歧管的绕组
块中,以及绕组块的尺寸被设定为在腔内的具有腔直径的至少百分之四十的成像容积上提
供具有小于百万分之(ppm)二十的峰-峰的均匀性的磁场。

在第六示例中,公开了根据前述第五示例的系统,其中绕组块由具有低导电率的
材料的分隔件彼此分隔开。

在第七示例中,公开了根据前述第五示例的系统,其中绕组块由双饼形扁平线圈
的堆叠制成。

在第八示例中,公开了根据前述第七示例的系统,其中冷却歧管包括设置在双饼
形扁平线圈的面上的高导热率材料的环形板,以及将环形板热连接至低温制冷器的至少一
个冷却元件的热总线。

在第九示例中,公开了根据前述第五示例的系统,其中绕组块包括螺旋形线圈的
多个层。

在第十示例中,公开了根据前述第九示例的系统,其中冷却歧管包括高导热率材
料的圆柱形管,以及将圆柱形管热连接至低温制冷器的至少一个冷却元件的热总线,绕组
块装配在圆柱形管内侧,用于从绕组块的外径到圆柱形管的内径的热传导。

在第十一示例中,公开了根据前述第十示例的系统,其中圆柱形管具有轴向狭缝
的环状阵列。

在第十二示例中,公开了根据前述第一至第十一示例中的任何一个的系统,还包
括多层隔热毯,其封闭超导线圈的组合件以反射热辐射。

在第十三示例中,公开了根据前述第十二示例的系统,还包括热辐射屏蔽件,其被
设置在线圈和多层隔热毯的外径的外侧,其中低温制冷器具有第二冷却元件并被配置为使
第二冷却元件维持在比所述至少一个冷却元件更高的温度处并具有比所述至少一个冷却
元件更高的冷却能力,热辐射屏蔽件被热锚固到第二冷却元件。

在第十四示例中,公开了根据前述第一至第十三示例中的任何一个的系统,还包
括将超导磁体刚性地定位在真空容器内的鲁棒的轴向和径向支撑件的组合,其中至少该轴
向支撑件是以挤压方式布置的,用于确保超导磁体在超导磁体的冷却、通电期间以及在暴
露于外部振动时保持准确定位在真空容器内。

在第十五示例中,公开了根据前述第一至第十四示例中的任何一个的系统,其中
超导磁体具有0.5特斯拉到1特斯拉之间的中心通量密度。

在第十六示例中,公开了根据前述第一至第十五示例中的任何一个的系统,其中
添加到运送集装箱的面的铁磁材料包括低碳钢片材,以及铁磁材料仅被添加至集装箱的一
些面。

在第十七示例中,公开了根据前述第一至第十六示例中的任何一个的系统,还包
括添加到运送集装箱的局部的射频屏蔽件,用以关闭射频(RF)信号泄漏以及将运送集装箱
的容纳超导磁体的部分配置为法拉第笼。

在第十八示例中,公开了根据前述第一至第十七示例中的任何一个的系统,其中
添加到运送集装箱的面的铁磁材料包括铁磁片材,将超导磁体安装至运送集装箱,运送集
装箱按照在所有维度中优于10mm的准确度相对于铁磁片材和运送集装箱的壁来定位超导
磁体。

在第十九示例中,公开了根据前述第一至第十八示例中的任何一个的系统,还包
括用于调节磁体的均匀性的匀场元件。

在第二十示例中,公开了根据前述第十九示例的系统,其中匀场元件包括安装在
铁磁真空容器外壳的表面上的可移动铁磁匀场元件,。

在第二十一示例中,公开了根据前述第十九示例或者第二十示例中的任何一个的
系统,其中匀场元件包括电气匀场线圈,其包括在所述真空容器中的超导线圈以及在所述
腔内且在所述真空容器的外部的铜线圈中的至少一个。

在第二十二示例中,公开了根据前述第一至第二十一示例中的任何一个的系统,
还包括电流源,其在真空容器外部并电气地连接至磁体线圈和电气匀场线圈中的至少一
个,并被布置为通过超导磁体的核磁共振(NMR)频率的反馈来稳定超导磁体的腔中的磁场。

在第二十三示例中,公开了根据前述第一至第二十二示例中的任何一个的系统,
还包括备用的无间断电力供应,用以在对系统的外部电力有损耗时维持对低温制冷器的电
力。

在第二十四示例中,公开了根据前述第一至第二十三示例中的任何一个的系统,
其中冷却歧管包括沿着超导磁体的轴线取向的热总线,以及夹在超导磁体的相邻线圈之间
的冷却板,冷却板中的每一个被热锚固至热总线并包括至少一个完整切口以破坏冷却板中
的每一个中的圆周涡流的形成,轴向总线被连接至低温制冷器的至少一个冷却元件。

在第二十五示例中,公开了根据前述第一至第二十四示例中的任何一个的系统,
其中高温超导导线是MgB2和REBCO中的至少一个,以及为了在万一发生失超时传送磁体电
流,高温超导导线不与铜共绕组结合。

在第二十六示例中,公开了根据前述第一至第二十五示例中的任何一个的系统,
其中梯度线圈是至少部分未屏蔽的,使得来自梯度线圈的返回通量穿透真空容器,但返回
通量不在磁体结构中生成至少部分地镜像梯度线圈的导体路径的涡流。

在第二十七示例中,公开了根据前述第一至第二十六示例中的任何一个的系统,
其中使用梯度脉冲预加重和施加至所选择匀场线圈的脉冲电流足以抵消常规临床成像序
列中在超导磁体和真空容器中的至少一个中感生的涡流的影响。

在第二十八示例中,公开了根据前述第一至第二十七示例中的任何一个的系统,
其中超导磁体具有腔,以及在腔内以及真空容器外部有成像容积,用于对患者的全身进行
成像,成像容积具有如由+/-20ppm的峰-峰变化限定的至少四十厘米的直径,以及MRI系统
具有小于二十公吨的总重量。

在第二十九示例中,公开了根据前述第一至第二十八示例中的任何一个的系统,
还包括一组屏障面板,其可在运送集装箱内运输并被配置用于组建在运送集装箱外部以构
建屏障,而将人们排除在由超导磁体产生并延伸到运送集装箱外部的超过五高斯的磁场之
外。

在第三十示例中,公开了根据前述第一到第二十九示例中的任何一个的系统,还
包括患者台,其相对于超导磁体可滑动地安装,以滑动患者通过腔,超导磁体限定腔中的成
像容积,以及NMR探头,其被设置在成像容积内并在患者滑动通过腔时偏离患者,其中NMR探
头由能够生成NMR信号的材料构成。

在第三十一示例中,公开了根据前述第三十示例的系统,其中NMR探头安装在患者
台中。

在第三十二示例中,公开了一种磁共振成像(MRI)系统,包括:具有腔并限定腔内
的成像容积的成像磁体;相对于成像磁体可滑动地安装以滑动患者通过腔的患者台,成像
磁体限定腔中的成像容积,以及核磁共振(NMR)探头,其被设置在成像容积内并在患者滑动
通过腔时偏离患者,其中NMR探头由能够生成NMR信号的材料构成。

在第三十三示例中,公开了根据前述第三十二示例的系统,其中NMR探头安装在患
者台中。

在第三十四示例中,公开了根据前述第三十二示例的系统,其中NMR探头安装在患
者台下。

在第三十五示例中,公开了根据前述第三十二至第三十四示例中的任何一个的系
统,还包括太阳城集团NMR探头设置的NMR信号接收线圈,用于接收由NMR探头生成的NMR信号。

在第三十六示例中,公开了磁共振成像(MRI)系统,包括:真空容器;适合于磁共振
成像(MRI)的超导磁体,该超导磁体容纳在真空容器内,超导磁体包括高温超导导线的预成
形的线圈的堆叠;低温制冷器,附接至真空容器并在真空容器中具有至少一个冷却元件;以
及真空容器中的冷却歧管,冷却歧管将至少一个冷却元件热耦合至线圈以冷却超导磁体,
其中冷却歧管包括沿着超导磁体的轴线取向的热总线,以及夹在超导磁体的相邻线圈之间
的冷却板,冷却板中的每一个被热锚固到热总线并包括至少一个完整切口以破坏所述冷却
板中的每一个中的圆周涡流的形成,轴向总线被连接至低温制冷器的至少一个冷却元件。

在第三十七示例中,公开了使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法,系统具有超
导磁体和用于冷却磁体的低温制冷器,以及用于对磁体供应电流是受控电流源,所述方法
包括:当系统断电时在经过需要行进若干天的距离将系统运送至目标位置,以及在目标位
置处:对低温制冷器供应电力并利用低温制冷器冷却磁体,使得磁体变得超导;使用受控电
流源给磁体通电;使用标准化成像体模和诊断例行程序检查磁体的均匀性;以及当磁体均
匀性的检查指示需要对磁体均匀性进行匀场时,对磁体的均匀性进行匀场;以及使用磁体
实施磁共振成像(MRI)扫描。

在第三十八示例中,公开了使用可运输磁共振成像(MRI)系统的方法,系统具有超
导磁体、用于冷却磁体的低温制冷器、用于在系统运输期间为低温制冷器供电的机载发电
机,以及用于对磁体供应电流的受控电流源,所述方法包括:将系统运送至目标位置,其中
该机载发电机运行以对低温制冷器供电来保持磁体冷却但不通电;以及随后,在目标位置
处:使用受控电流源给磁体通电;使用标准化成像体模和诊断例行程序检查磁体的均匀性,
并当磁体均匀性的检查指示需要对磁体的均匀性进行匀场时对磁体的均匀性进行匀场;以
及使用磁体实施磁共振成像(MRI)扫描。

上面描述的各种实施例仅通过例示的方式提供,而不应该被解释为限制本公开的
范围。因此,许多这种细节既未示出也未描述。即使已经在前面的描述中阐述了本技术的许
多特征和优点,连同本公开的结构和功能的细节一起,本公开也仅是例示性的,可以在由所
附权利要求中使用的术语的广泛一般含义指示的最大程度上在本公开的原则内在细节中
作出改变,尤其是在部件的形状、大小和布置的问题上。因此,应当理解,可以在所附权利要
求的范围内改变上面描述的实施例。提到“集合中的至少一个”的权利要求语言指示集合的
一个成员或者集合的多个成员满足该权利要求。

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