JP2005144132A - 超伝導磁石装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
室温変化や振動に対して磁場変化の少ないＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】
本発明のＭＲＩ装置用超伝導磁石装置においては、超伝導磁石装置の熱シールド系に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とするものである。また、真空容器中にある室温変化が伝わらない場所に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とするものである。
【効果】
本発明のＭＲＩ装置用超伝導磁石装置によれば、磁場補正効果を確保しつつ、室温変化や振動に対して磁場変化の少ないＭＲＩ装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は超伝導磁石装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩと称す)装置に係り、特に被検体に閉塞感を与えない開放型のＭＲＩ分析に適した超伝導磁石装置及びそれを用いたＭＲＩ装置に関する。

従来のＭＲＩ装置では磁性材を配置する場所として、一般的にＭＲＩ装置の超伝導磁石装置の常温部に磁性材を配置していた。

また、別の従来のＭＲＩ装置の超伝導磁石装置の一例として、特開２００１−224571号公報（以下、引例１と称す）には、極低温のヘリウムが満たされたコイル容器内に強磁性材を設置したＭＲＩ装置が開示されている。

特開２００１−２２４５７１号公報 特開平１０−９７９１７号公報

しかしながら、従来例に示された常温部に磁性材を配置する場合には、以下の問題が発生する。
（１）常温部に配置された磁性材は室温の変化を受けて寸法が変位し、磁場均一度が変化する。
（２）ＧＣを印加した場合の振動や、外部振動に対しては超伝導磁石装置の低温部と真空容器の間の相対変位が避けられない。この場合、磁場補正用磁性材が常温系にあると低温部での起磁力位置と常温部の磁場補正用磁性材の間で相対変位が生じ、磁場均一度が変化する。

また、上記問題は極低温のヘリウム液が満たされた容器内に磁性材を配置することにより解決される可能性があるが、この場合以下のような問題が生じる。
（１）ヘリウム液が満たされた容器はクライオスタット内において熱シールド板の中に設置されるため、熱シールド板とヘリウム液が満たされた容器間ギャップ、ヘリウム液が満たされた容器板厚分は必然的に磁石中心から遠ざかることとなる。従って、その分磁石中心に対する磁場の影響感度が落ちるため、磁場補正用磁性材の体積も増加することとなり、磁石重量が増加するとともに、場合によっては補正を行うことが困難になる。

本発明は上記の問題点を解決しようとするもので、その目的は、室温変化や振動に対して、発生磁場の変化を少なくするとともに、磁場補正用磁性材を用いてもなお重量増加を抑制することを特徴とする超伝導電磁石装置およびＭＲＩ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の超伝導電磁石装置では、磁場補正用磁性材を熱シールド板に設置することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の超伝導電磁石装置では、コイル容器の外部で、かつ、真空容器の内側に磁場補正用の磁性材を設置することを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明の超伝導電磁石装置では、コイル容器の外側で、かつ、真空容器中にある室温変化が伝わらない場所に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とするものである。

以上説明した本発明の超伝導磁石装置によれば、磁場補正用の磁性材を用いても、室温変化や振動に対して磁場変化を少なくすることが可能となるので、これらの超伝導磁石装置を用いた高性能なＭＲＩ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

本発明のＭＲＩ装置の一実施例の概要を説明する。ＭＲＩ装置は図６に示すように、超伝導コイル（図示せず）、該超伝導コイルを冷媒のヘリウム液と共に収納するコイル容器（図示せず）、該コイル容器を包囲し、且つ内部が真空に保持された真空容器４１，４２とＲＦコイル５及び傾斜磁場コイル６からなる超伝導磁石装置３００と、被検体を乗せるベッド４００と、被検体からの核磁気共鳴信号を解析する制御装置５００とから構成され、前記真空容器４１，４２を支持部材２０２，２０４で支えて相互に離間して相対向するように配置すると共に、両真空容器４１，４２間に垂直に磁場空間を形成し、ベッド400に乗った被検体を通して断層撮影を行うものである。

次に、上記ＭＲＩ装置に採用される本発明の実施例について以下に説明する。

図１は本発明の第１の実施例の超伝導磁石装置の構成を示したものであり、図６の実施例において超伝導磁石装置の中心を通る中心軸Ｚと、この中心軸Ｚに交わる軸Ｒを通る断面から見た構成を示したものである。

この図１の超伝導磁石装置はコイル容器２中に液体ヘリウム８が納められ、その極低温の液中に環状の超伝導コイル１が収容されている。そして、コイル容器２はその全周を熱シールド３１が覆っており、外部との断熱が図られている。また更に、熱シールド３１を真空容器４が覆うことで外部とコイル容器２との間を真空にして断熱を図っている。そして、計測空間に面した真空容器４には窪み部があり、この窪み部には傾斜磁場コイル６が納められその計測空間側にはＲＦコイル５が設けられている。

この装置の構成において、中心軸Ｚ上に磁場を補正する円柱状または円筒形状をした磁性材５１が設けられており、また、その磁性材５１の外側で中心軸Ｚを挟んだ軸対称の位置には環状形状をした磁性材５２が設けられている。そして、これらの磁性材５１，５２は上下に配置された板状の熱シールド３１によって保持されている。また、磁性材５２の外側には環状の磁性材５３が中心軸Ｚを挟んだ軸対称の位置に熱シールド３１に保持されて配置されている。

従来の構成の超伝導磁石装置においては真空容器に磁性材を配置していた為、室温が変化すると真空容器が熱収縮または熱膨張してしまい、真空容器の変位に応じて磁性材の位置、及び寸法も変化してしまっていたため、中心磁場の安定度を確保することが困難であったが、本発明の超伝導磁石装置では、図１に示すように、磁性材５１，５２，５３を熱シールド板で支持されるように設置することで、室温が変化して真空容器４が熱収縮または熱膨張しても熱シールド板によりその影響を受けずに、磁性材の位置，寸法を変化させることが無くなるので、磁場の均一度を安定して保つことが可能になる。

図２に本発明の第２の実施例を示す。

この実施例は超伝導磁石装置の中心軸Ｚと、この中心軸Ｚに交わる軸Ｒを通る断面のうち、中心軸Ｚと軸Ｒで挟まれた領域を示したものであり、特に言及することがない限りは、図２の実施例において図１の実施例と同じ符号のものは同一の構成，効果を有する。

この実施例においては、前述の実施例とは異なり磁性材５１，５２はコイル容器２を覆っている熱シールド３１によっては保持されておらず、熱シールド３１と同じ材質で構成された熱シールド６２，６４によって支持されている。そして、これら磁性材５１，５２及び熱シールド６２，６４は断熱板７により熱シールド３１から支持されており、この断熱板７の構成としては、垂直方向に立てた断熱板７が環状の磁性材５２の周囲の複数箇所に配置され、この断熱板７を介して磁性材５１，５２が熱シールド３１から支持されている。また、断熱板７の替わりに環状の形状をした断熱材を用いても同様の機能，効果を得ることが可能である。更に、熱シールド３１と同じ材質で構成された熱シールド６２，
６４の代わりに異なる材質による部材を用いることも可能である。

本実施例によれば、磁性材５１，５２の配置位置は断熱板７を介して熱シールド３１と一体化されているので第１の実施例と同様の効果が期待できる。さらに、断熱板７を介して磁性材５１，５２を支持することにより、磁性材５１，５２の熱量が熱シールド３１に伝熱されることが少なくなるので、熱シールド３１よりも磁性材５１，５２の温度が高い状態で装置を使用することが可能になる。これにより、磁性材５１，５２への真空容器４からの輻射侵入熱量が、シールド板で一体化して構成した図１の場合よりも減少する。熱シールド３１への熱侵入量が減少すると、液体ヘリウムを冷却している冷凍機(図示せず)への負荷が減ることとなりシステム構成上冷凍の余裕を確保することを実現出来る。

図３に本発明の第３の実施例を示す。

この実施例は図２の実施例と同様に超伝導磁石装置の中心軸Ｚと、この中心軸Ｚに交わる軸Ｒを通る断面を示したものであり、この実施例において、特に言及することがない限りは、前述の実施例と同じ符号のものは同一の構成，効果を有するものである。

この実施例において、磁性材５２はその外周の複数箇所で断熱支持体１０１，１０２を介して熱シールド３１から支持されており、また、磁性材５１もその外周の複数箇所で断熱支持体１０３，１０４を介して磁性材５２から支持されている。このように本実施例では磁性材５１，５２が熱シールド３１から断熱支持体１０１，１０２，１０３，１０４で支持される構成を有するものである。また、断熱支持体１０１，１０２，１０３，１０４の形状としては、板状の形状の替わりに環状または棒状の形状をした断熱材を用いても同様の機能，効果を得ることが可能である。

本実施例によれば、磁性材５１，５２は断熱支持体１０１，１０２，１０３，１０４を介して熱シールド３１と一体化されているので前述した各実施例と同様の効果が期待できる。さらに、断熱支持体を介することにより磁性材５１，５２の熱量が熱シールド３１に伝熱されることが少なくなるので、熱シールド３１よりも磁性材５１，５２の温度が高い状態で装置を使用することが可能になる。これにより、磁性材５１，５２への真空容器４からの輻射侵入熱量が、シールド板で一体化して構成した図１の場合よりも減少する。熱シールド３１への熱侵入量が減少すると、図２の実施例と同様に冷凍機（図示せず）への負荷が減ることとなりシステム構成上冷凍の余裕を確保することを実現出来る。

図４に本発明の第４の実施例を示す。

この図面は図７に示したＭＲＩ装置について、中心軸Ｚと支持部材２０２，２０４の中心部を通る断面で見た超伝導磁石装置を示したものであり、熱シールドの冷却機構を示したものである。

この実施例において、熱シールドの冷却用配管３１１は蒸発するヘリウムガスを外部に導くようにコイル容器２に接続されており、そこから、熱シールド３１に沿って支持部材２０４内を下方に延びている。そして、下側の真空容器４２に納められた磁性材６１，
６２を冷却するように磁性材６１，６２の近傍の熱シールド３１面に沿って延び、更には、支持部材２０２内を上方に延びて、今度は上側の真空容器４１に納められた磁性材５１，５２を冷却するように磁性材５１，５２の近傍の熱シールド３１面に沿って延びた後に外部に繋がる構成になっている。

本発明の装置のように熱シールド板に磁性材を設置した構造において、熱シールド板と磁性材を従来の装置のように冷凍機からの伝導冷却により冷却しようとすると、磁性材の熱容量により初期冷却に時間がかかってしまう。そこで、冷媒をコイル容器に注入した際に発生する蒸発ガスが磁性材近傍の熱シールドを冷却する構造とすることにより、主に初期予冷時の時間を短縮することが実現出来る。

また、冷却用配管は図５の実施例のように上下の真空容器毎に分割することも可能である。この実施例では熱シールドの冷却用配管３１１，３１２を備えており、冷却用配管
３１１，３１２は共に蒸発するヘリウムガスを外部に導くようにコイル容器２に接続されており、そこから、冷却用配管３１１は上部の真空容器４１に納められた熱シールド３１を冷却するように、傾斜磁場コイル６に対向している面の熱シールド３１に沿って配置され、そして、その後、熱シールド３１の上部に沿って配置された後に外部と繋がっている。また、冷却用配管３１２は熱シールド３１に沿って支持部材２０４内を下方に延びている。そして、下側の真空容器４２の熱シールド３１の下部に沿って延び、更に、傾斜磁場コイル６に対向している面の熱シールド３１に沿って配置された後に、支持部材２０４内を上方に延びて、外部に繋がる構成になっている。

磁性材の体積が大きい場合では一本の冷却配管で冷却しようとすると先に冷却する熱シールド板、例えば図５の実施例の下部の熱シールドと後で冷却する上部の熱シールドで温度差が付き、定常温度分布に達するまでに時間が掛かってしまうが、この実施例によれば、上下の真空容器中の磁性材を支持する熱シールドを別々に冷却するので、目指す定常温度分布に到達する時間を短縮することが実現出来る。

尚、これらの冷却用配管の構成は図２及び図３の装置構成においても適用することが可能である。図２の装置においては、熱シールド６２，６４に沿って配置することで磁性材を冷却し、また、図３の装置においては、磁性材に沿って冷却用配管を配置することで直接に磁性材を冷却することを実現出来る。

本発明の超伝導磁石装置の一実施例を示す断面図である。 本発明の他の実施例である超伝導磁石装置の断面図である。 本発明の他の実施例である超伝導磁石装置の断面図である。 本発明の他の実施例である超伝導磁石装置の断面図である。 本発明の他の実施例である超伝導磁石装置の断面図である。 本発明の超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。

符号の説明

１…超伝導コイル、２…コイル容器、４，４１，４２…真空容器、５…ＲＦコイル、６…傾斜磁場コイル、７…断熱板、８…液体ヘリウム、３１…熱シールド、５１，５２…磁場補正用磁性材、１０１，１０２，１０３，１０４…断熱支持体、３００…超伝導磁石装置、３１１，３１２…冷却用配管、４００…ベッド、５００…制御装置。

Claims (15)

1. 環状の超伝導コイルと、
   該環状超伝導コイルを冷媒と共に収納するコイル容器と、
   該コイル容器を包囲するように設けられた熱シールドと、
   前記コイル容器及び前記熱シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持された真空容器とを備え、
   前記コイル容器を相互に相対向するように配置すると共に、両コイル容器間に磁場空間を形成する超伝導磁石において、
   前記熱シールドに磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とした超伝導磁石装置。
2. 請求項１記載の超伝導磁石装置において、
   前記熱シールドから前記磁場補正用の磁性材を支持部材で支持したことを特徴とする超伝導磁石装置。
3. 請求項１記載の超伝導磁石装置において、
   前記熱シールドの冷却用配管を設置したことを特徴とする超伝導磁石装置。
4. 請求項１記載の超伝導磁石装置において、
   前記磁性材は前記両コイル容器間に形成された磁場空間の中心軸の軸対称の位置に配置されていることを特徴とする超伝導磁石装置。
5. 請求項４記載の超伝導磁石装置において、
   前記磁性材は前記磁場空間の中心軸上に配置されていることを特徴とする超伝導磁石装置。
6. 環状の超伝導コイルと、
   該環状超伝導コイルを冷媒と共に収納するコイル容器と、
   該コイル容器を包囲するように設けられた熱シールドと、
   前記コイル容器及び前記熱シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持された真空容器とを備え、
   前記コイル容器を相互に相対向するように配置すると共に、両コイル容器間に磁場空間を形成する超伝導磁石において、
   前記コイル容器の外部で、かつ、前記真空容器の内側に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とした超伝導磁石装置。
7. 請求項６記載の超伝導磁石において、
   前記コイル容器の外部で、かつ、前記熱シールドの内側に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とした超伝導磁石装置。
8. 請求項６記載の超伝導磁石において、
   前記熱シールドの外部でかつ、前記真空容器の内側に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とした超伝導磁石装置。
9. 請求項８記載の超伝導磁石において、
   前記熱シールドから前記磁場補正用の磁性材を支持部材で支持したことを特徴とする超伝導磁石装置。
10. 請求項６記載の超伝導磁石装置において、
    前記磁性材に冷却用配管を設置したことを特徴とする超伝導磁石装置。
11. 請求項６記載の超伝導磁石装置において、
    前記磁性材は前記両コイル容器間に形成された磁場空間の中心軸の軸対称の位置に配置されていることを特徴とする超伝導磁石装置。
12. 請求項６記載の超伝導磁石装置において、
    前記磁性材は前記磁場空間の中心軸上に配置されていることを特徴とする超伝導磁石装置。
13. 請求項１又は請求項６において、
    前記超伝導磁石装置を用いたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
14. 環状の超伝導コイルと、
    該環状超伝導コイルを冷媒と共に収納するコイル容器と、
    該コイル容器を包囲するように設けられた熱シールドと、
    前記コイル容器及び前記熱シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持された真空容器とを備え、
    前記コイル容器を相互に相対向するように配置すると共に、両コイル容器間に磁場空間を形成する超伝導磁石において、
    前記コイル容器の外側で、かつ、前記真空容器中にある室温変化が伝わらない場所に磁場補正用の磁性材を設置したことを特徴とする超伝導磁石装置。
15. 請求項１４記載の超伝導磁石装置において、
    前記真空容器中にある室温変化が伝わらない場所に、冷却用配管を設置したことを特徴とする超伝導磁石装置。
    

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