CN104676994A - 磁共振成像***的冷却设备和方法 - Google Patents

磁共振成像***的冷却设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁共振成像***的冷却设备，其包括：一调节单元，用于基于预先收集的所述磁共振成像***在至少一个状态下的冷却功率需求驱动冷媒对所述磁共振成像***进行制冷循环。相应地，本发明还提供了一种磁共振成像***的冷却方法。通过本发明的冷却设备和冷却方法，节省了冷却磁共振成像设备所需的能量。

Description

磁共振成像***的冷却设备和方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像设备领域，尤其是涉及一种磁共振成像***的冷却设备和方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)***在医学上有着广泛的应用。在磁共振成像***中有许多高发热功率***部件，比如冷头压缩机、梯度线圈(GC)、梯度功率放大器(GPA)和射频功率放大器(RFPA)。为了冷却这些高发热功率的***部件，通常需要一个冷却***。
图1是现有的一个磁共振成像设备的冷却设备。如图1所示，第一泵4将低温的冷却水供给冷却MRI设备M的管道，吸收MRI设备工作发出的热量。变热后的冷却水被送到蒸发器8中与蒸发器中的制冷剂进行热交换，温度降低，重新送给第一泵4。而在蒸发器8中因为热交换而温度升高变成蒸汽的制冷剂，经由压缩机5压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器10。在冷凝器10中，蒸汽向冷却介质放热，冷凝为高压液体，再经过膨胀阀9变成低压低温的制冷剂。在冷凝器10中，与制冷剂进行热交换后温度变高的水被送给泵6，经由风扇7降温处理后送回冷凝器10。但是在这样一种冷却设备中，通常需要压缩机、泵、风扇，不间断地工作，消耗的能量比较多。另外，对于一些在高负荷和低负荷之间来回转换工作的MRI***，冷却设备的供水温度会有大的波动，而致使用水冷却的MRI***的稳定性受到影响。
发明内容
本发明一方面提出了一种磁共振成像***的冷却设备，其包括：一冷媒和一调节单元，所述冷媒用于对所述磁共振成像***进行制冷，所述调节单元用于基于预先收集的与所述磁共振成像***的状态对应的冷却功率需求驱动所述冷媒。
本发明另一方面还提出了一种磁共振成像***的冷却方法，包括：基于与所述磁共振成像***的状态对应的预先收集的冷却功率需求，驱动冷媒对所述磁共振成像***进行制冷。
本发明还提供了一种磁共振成像***，其中包括一控制单元所述冷却设备，所述控制单元用于将所述磁共振成像***的状态发送给所述调节单元。
通过所述磁共振成像***的冷却设备、冷却方法，将能耗的节省和对冷却液温度波动控制结合起来，用一种闭环控制的方式，以更高的精度实现了对MRI***的冷却。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1是现有的一个磁共振成像***的冷却设备示意图；
图2是根据本发明一个实施例的磁共振成像***的冷却设备示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的磁共振成像***的冷却设备示意图；
图4是根据本发明一个实施例的磁共振成像***的冷却方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下列举实施例对本发明进一步详细说明。
图2是本发明一个实施例的磁共振成像***M的冷却设备的示意图。该冷却设备包括作为控制单元的主机1、调节单元2、频率转换器3、第一泵4、压缩机5、第二泵6、风扇7、蒸发器8、膨胀阀9和冷凝器10。主机1用于给磁共振成像***M发送进行序列扫描操作的扫描序列，并将预先收集的与该扫描序列对应的冷却功率需求发送给调节单元2；调节单元2用于基于冷却功率需求的计算，得出至少一个动力部件所需的步进频率，并将步进频率转换成调节信号，发送给所述频率转换器3；频率转换器3用于根据调节信号调节动力部件的步进频率来调节至少一个动力部件的转速；至少一个动力部件用于在调节后的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。
具体地，主机1上存储有使磁共振成像设备M进行不同的扫描操作的多组扫描序列和对应的预先测量的冷却功率需求。扫描序列是指射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关参数的设置及其在时序上的排列。MR成像主要依赖于四个因素：即质子密度、弛豫时间T1、T2、流空效应，应用不同的磁共振扫描序列可以得到反映这些因素不同侧重点的图像。
接下来，以扫描序列A为例说明如何预先测量其对应的冷却功率需求。例如，运行扫描序列A，磁共振成像设备M根据扫描序列A定义的相关参数进行扫描，与此同时，利用测量工具(例如，包括流量传感器，温度传感器等等)测量磁共振成像设备M整体的冷却液流量，以及进出冷却液的温度差，据此可以计算出磁共振成像设备M在运行扫描序列A的时间范围内，每个时间点的冷却功率需求(或实时冷却功率需求)。该功率需求可以用“冷却功率-扫描时间”这样的图表形式表达。
在MRI设备和冷却设备工作时，用户，比如医生，在主机1上选择一组扫描序列。主机1将该扫描序列发送给磁共振成像设备M，并将对应的冷却功率需求发送给调节单元2。调节单元2可以用单独的单片机或者印刷电路板或者印刷电路板组件(PCBA)来实现。主机1和调节单元2之间的通讯方式可以为有线或者无线的方式。调节单元2基于对上述冷却功率需求的计算得出冷却设备的动力部件所需的特定步进频率，并将该步进频率对应的调节信号发送给频率转换器3。
如上所述，因为预先测量得到了磁共振成像***M在运行扫描序列A时的实时冷却功率需求。调节单元2可以根据上述实时冷却功率需求的具体数值和设备最大冷却功率数值，可以计算得到每个时间点上“实时冷却功率需求／最大制冷功率”的百分比。调节单元2基于此百分比和当前工况下的供电电源频率，可以计算出与上述实时冷却功率需求所匹配的步进频率输出。这个频率输出结果例如可以用“步进频率-扫描时间”的图表形式表达。在该实施例冷却设备中，对于动力部件，它们的步进频率可以相同，也可以根据不同的动力部件的参数，得出不同的步进频率。
然后，频率转换器3根据调节信号将特定步进频率的电力提供给动力部件，调节动力部件的转速。在该例子中，动力部件例如为第一泵4、压缩机5、第二泵6、风扇7。然后这些动力部件在调节后的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。冷媒例如为水、空气、氟里昂等等。
如图2所示，在制冷循环中，包括一个由第一泵4和蒸发器8以及冷却液管道构成的作用于磁共振成像设备M上的冷却液回路。在该冷却液回路中，第一泵4将低温的冷却液供给冷却MRI设备M的管道，吸收MRI设备工作发出的热量。变热后的冷却液被送到蒸发器8中与蒸发器中的制冷剂进行热交换，温度降低，重新送给第一泵4。制冷剂例如为氟利昂。冷却液可以为水或者其它液体。
而在蒸发器8中因为热交换而温度升高变成蒸汽的制冷剂，经由压缩机5压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器10。在冷凝器10中，蒸汽向冷却介质(在本实施例中，例如为水)放热，冷凝为高压液体，再经过膨胀阀9变成低压低温的制冷剂，进行下一个循环。在冷凝器10中，与制冷剂进行热交换后温度变高的水被送给泵6，经由风扇7降温处理后送回冷凝器10，进行下一个循环。
这样一种冷却设备实现了在MRI***不同工况下的主动功率调节，节省了能量的损耗。
另外，在主机1中还存储有磁共振成像***M在待机状态下或关闭状态下的冷却功率需求。当磁共振成像***M在待机状态下或者关闭状态下时，主机1会将相对应的冷却功率需求发送给调节单元2，接下来的操作如上文所描述的。
在一个具体示例中，假设当磁共振成像***M的最大冷却需求为100％时，电源电压为400V，频率为50Hz。当用户选择了一个冷却功率需求为50％的扫描序列给磁共振成像***M时，相应地，频率转换器3输出25Hz的频率给动力部件压缩机5、第一泵2、第二泵7和风扇8。然后，动力部件以50％的转速运转。
图3是根据本发明另一个实施例的磁共振成像设备的冷却设备示意图。其中，本发明实施例进一步通过测量冷却磁共振成像设备后的冷却液的温度T(即，冷却MRI***M后送给蒸发器9的冷却液的温度)来对调节单元向频率转换器发送的信号进行细调。具体地，比如设置一个温度阈值，当检测到的冷却液温度T高于该阈值时，在一定范围内提高动力部件的转速。反之，在一定范围内降低动力部件的转速。所述冷却液温度的测量可以用各种温度传感器，比如负温度系数(NTC)温度传感器。
通过对冷却液温度的采集，在节省能耗的基础上，用一种闭环控制方式进一步通过调节单元2和频率转换器3对动力部件进行细调，控制了冷却液温度的波动，以更高的精度实现了对MRI***的冷却。
图4是根据本发明一个实施例的磁共振成像设备的冷却方法流程图。如图4所示，在步骤410，当作为控制单元的主机1将用户选择的一个扫描序列发送给MRI***M，MRI***根据扫描序列进行序列扫描操作时，主机1同时将预先测量和收集的与扫描序列对应的冷却功率需求发送给调节单元2，由调节单元2基于对冷却功率需求的计算得出冷却设备的动力部件所需的特定步进频率，并将其转换为调节信号发送给频率转换器3。在步骤420中，频率转换器3根据所述调节信号调节冷却设备的动力部件的步进频率，控制动力部件在步进频率对应的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。
扫描序列是指射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关参数的设置及其在时序上的排列。MR成像主要依赖于四个因素：即质子密度、弛豫时间T1、T2、流空效应，应用不同的磁共振扫描序列可以得到反映这些因素不同侧重点的图像。
以扫描序列A为例说明如何预先测量其对应的冷却功率需求。例如，运行扫描序列A，磁共振成像设备M根据扫描序列A定义的相关参数进行扫描，与此同时，利用测量工具(例如，包括流量传感器，温度传感器等等)测量磁共振成像设备M整体的冷却液流量，以及进出冷却液的温度差，据此可以计算出磁共振成像设备M在运行扫描序列A的时间范围内，每个时间点的冷却功率需求(或实时冷却功率需求)。该功率需求可以用“冷却功率-扫描时间”这样的图表形式表达。
具体地，在图4所示的步骤410中，用户，比如医生，在主机1上选择一组扫描序列，主机1将该扫描序列发送给磁共振成像***M，并将对应的冷却功率需求发送给调节单元2。调节单元2基于对上述冷却功率需求的计算得出冷却设备的动力部件所需的特定步进频率，并将该步进频率对应的调节信号发送给频率转换器3。
如上所述，因为预先测量得到了磁共振成像***M在运行扫描序列A时的实时冷却功率需求。调节单元2可以根据上述实时冷却功率需求的具体数值和***最大冷却功率数值，可以计算得到每个时间点上“实时冷却功率需求／最大制冷功率”的百分比。调节单元2基于此百分比和当前工况下的供电电源频率，可以计算出与上述实时冷却功率需求所匹配的步进频率输出。这个频率输出结果例如可以用“步进频率-扫描时间”的图表形式表达。
在该实施例方法中，对于动力部件，它们的步进频率可以相同，也可以根据不同的动力部件的参数，得出不同的步进频率。
在该实施例方法中，调节单元2可以用单独的单片机或者印刷电路板或者印刷电路板组件(PCBA)来实现。主机1和调节单元2之间的通讯方式可以为有线或者无线的方式。
然后，在步骤420中，频率转换器3根据调节信号将特定步进频率的电力提供给动力部件，调节动力部件的转速。在该例子中，动力部件例如为第一泵4、压缩机5、第二泵6、风扇7。然后这些动力部件在调节后的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。冷媒例如为水、空气、氟里昂等等。
在上述冷却方法中，在制冷循环中用一个由第一泵4和蒸发器8及冷却液管道构成的冷却液回路，作用于所述磁共振成像设备上，对其冷却。在该冷却液回路中，第一泵4将低温的冷却液供给冷却MRI设备M的管道，吸收MRI设备工作发出的热量。变热后的冷却液被送到蒸发器8中与蒸发器中的制冷剂进行热交换，温度降低，重新送给第一泵4。制冷剂例如为氟利昂。冷却液可以为水或者其它液体。
在蒸发器8中因为热交换而温度升高变成蒸汽的制冷剂，经由压缩机5压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器10。制冷剂例如为氟利昂。在冷凝器10中，蒸汽向冷却介质(在本实施例中，例如为水)放热，冷凝为高压液体，再经过膨胀阀9变成低压低温的制冷剂，进行下一个循环。在冷凝器10中，与制冷剂进行热交换后温度变高的水被送给泵6，经由风扇7降温处理后送回冷凝器10，进行下一个循环。
进一步地，在步骤420中，在磁共振成像设备M待机状态下或者关闭状态下，主机1将预先收集的与待机状态或者关闭状态对应的冷却功率需求发送给调节单元2。调节单元2基于对冷却功率需求的计算得出使冷却设备的动力部件运转的步进频率，将步进频率转换成调节信号发送给频率转换器3。频率转换器3根据调节信号控制动力部件在步进频率对应的转速下运转，驱动冷媒进行制冷循环。
另外，在步骤420中，进一步通过测量冷却磁共振成像设备后的冷却液的温度T(即，冷却MRI设备M后送给蒸发器9的冷却液的温度)来对调节单元向频率转换器发送的信号进行细调。具体地，比如设置一个温度阈值，当检测的冷却液温度高于该阈值时，在一定范围内提高动力部件的转速。反之，在一定范围内降低动力部件的转速。所述冷却液温度的测量可以用各种温度传感器，比如负温度系数(NTC)温度传感器。
通过用本发明实施例的方法，在节省能耗的基础上，用一种闭环控制方式进一步通过调节单元2和频率转换器3对动力部件进行细调，控制冷却液的温度波动，以更高的精度实现了对MRI设备的冷却。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种磁共振成像***的冷却设备，包括一冷媒和一调节单元，所述冷媒用于对所述磁共振成像***进行制冷，所述调节单元用于基于预先收集的与所述磁共振成像***的状态对应的冷却功率需求驱动所述冷媒。
2.根据权利要求1的冷却设备，其特征在于，所述冷却设备还包括至少一个动力部件；所述调节单元用于基于所述冷却功率需求得出所述至少一个动力部件的步进频率信号，所述至少一个动力部件用于基于所述步进频率信号驱动所述冷媒进行所述制冷循环。
3.根据权利要求2的磁共振成像***的冷却设备，其还包括一频率转换器，用于基于所述步进频率信号调节所述至少一个动力部件的转速，驱动所述冷媒进行所述制冷。
4.根据权利要求2的磁共振成像***的冷却设备，其中所述制冷包括作用于所述磁共振成像***的一冷却液回路。
5.根据权利要求4的磁共振成像***的冷却设备，其中所述调节单元还用于实时采集所述冷却液回路返回的冷却液温度，并根据该冷却液温度进一步调节所述步进频率信号。
6.根据权利要求1的磁共振成像***的冷却设备，其中所述状态包括序列扫描状态、待机状态或者关闭状态。
7.一种磁共振成像***，其中包括一控制单元和如权利要求1-6中任一所述的冷却设备，所述控制单元用于将所述磁共振成像***的状态发送给所述调节单元。
8.一种磁共振成像***的冷却方法，包括：
基于与所述磁共振成像***的状态对应的预先收集的冷却功率需求，驱动冷媒对所述磁共振成像***进行制冷。
9.根据权利要求8的冷却方法，该方法进一步包括：
基于所述冷却功率需求，得出使一冷却设备的至少一个动力部件运转的步进频率信号；所述动力部件基于所述步进频率信号驱动所述冷媒进行所述制冷。
10.根据权利要求9的冷却方法，其中所述制冷包括用一冷却液回路作用于所述磁共振成像***。
11.根据权利要求10的冷却方法，该方法进一步包括：实时采集所述冷却液回路返回的冷却液温度，并根据该冷却液温度进一步调节所述步进频率信号。
12.根据权利要求8的冷却方法，其中所述状态包括序列扫描状态、待机状态或者关闭状态。
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