CN101118798B - 超导磁铁装置以及磁共振成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供这样一种超导磁铁装置：即使对于干扰不增加磁性材料的体积，也能得到高的磁场均匀度。超导磁铁装置(2)，具有：发生磁场的环状的超导线圈(11)；把超导线圈(11)和冷却介质(14)一起收纳的线圈容器(9)；被设置成包围线圈容器(9)的热屏蔽(8)；包围热屏蔽(8)、并保持内部真空的真空容器(3)；和在真空容器(3)中设置的修正磁场用的磁性材料(12)、(13)；磁性材料(12)、(13)被支持在在线圈容器(9)内固定的绝热性的支持体(15)上。

Description

超导磁铁装置以及磁共振成像装置

技术领域

本发明涉及超导磁铁装置以及使用它的磁共振成像装置(以下称为MRI)，特别涉及不给受检者闭塞感的适用于开放型MRI分析的超导磁铁装置以及使用它的MRI装置。

背景技术

MRI装置，通过核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，以下称为NMR)现象测量氢原子核旋转放出的电磁波，通过把该电磁波作为信号进行运算处理，根据氢原子核密度对于受检体进行断层图像化。为测量氢原子核旋转放出的电磁波，作为测量区域，需要生成高强度的、具有高的静磁场均匀度的磁场区域。

通过氢原子核旋转放出的电磁波的电磁场的强度，因为与均匀磁场区域的静磁场的强度成比例，所以为提高断层图像的分辨率需要提高静磁场的强度。因此，为发生高强度的静磁场，使用超导磁铁装置。另外，为以高图像质量·高分辨率、无失真地形成断层图像，也需要提高均匀磁场区域的磁场均匀度。于是，作为提高均匀磁场区域的静磁场的强度、提高磁场均匀度的方法，在超导磁铁装置内设置磁性材料。

磁性材料，一般配置在常温的大气中，但是提出了将其设置在了装满冷却超导线圈的极低温度的液体氦的线圈容器内的MRI装置(例如参照专利文献1、2)。另外，也提出了磁性材料被设置在包围极低温度的线圈容器且屏蔽来自真空容器的辐射热的中低温热屏蔽系统中的MRI装置(例如参照专利文献3)。

【专利文献1】特开2001-224571号公报

【专利文献2】特开平10-97917号公报

【专利文献3】特开2005-144132号公报

发明内容

但是，在常温的大气中配置磁性材料的场合，认为要发生以下两个问题。

(1)在常温大气中配置的磁性材料，由于对应变动的室温的变化温度变化而膨胀收缩，尺寸变位。认为通过该变化要引起磁场均匀度变化。

(2)对于在超导线圈内施加永久电流的场合的振动或者来自外部的振动，不可避免在磁铁装置的线圈容器和容纳线圈容器的真空容器之间的相对位移。这时，当磁性材料位于常温的大气中时，认为线圈容器内的超导线圈的位置和磁性材料之间要产生相对位移，磁场均匀度要变化。

上述(1)和(2)的问题，通过专利文献1、2提出的在线圈容器内配置磁性材料有可能解决，但是在这时，认为要发生以下的问题。

(3)因为线圈容器在真空容器内被设置在热屏蔽板中，所以磁性材料必然从超导线圈的中心轴离开热屏蔽板和线圈容器之间的间隙量、和热屏蔽板和线圈容器的板厚量那么远。因此，由磁性材料对于超导线圈的中心轴上的磁场的影响灵敏度降低该数量，所以为提高灵敏度，需要增加磁性材料的体积，古磁铁重量增加。有时，即使增加体积也难以得到必要的灵敏度。

另外，在专利文献3中表示的热屏蔽板内配置磁性材料的场合，认为要发生以下的问题。

(4)由于热屏蔽板的热容量实质上增加，有初始冷却时费时的问题。另外，当由于停电停止冷却热屏蔽板的冷冻机时，热屏蔽板和磁性材料的温度上升，但是，考虑到一旦上升的磁性材料的温度不容易降低，磁场均匀度在长时间内变化。

本发明为解决上述问题而提出的，其目的是，提供这样一种超导磁铁装置以及MRI装置：即使对于室温变化、振动、由停电引起的冷冻机停止等干扰，也无需增加磁性材料的体积而能够得到高的磁场均匀度。

为实现上述目的，本发明的超导磁铁装置以及MRI装置的特征在于，磁性材料的负载由线圈容器绝热性的支持，且设置在真空容器内部。

根据这样的超导磁铁以及MRI装置，即使对于干扰，也能够提供不增加磁性材料的体积、而能够得到高的磁场均匀度的超导磁铁装置以及MRI装置。

附图说明

图1是本实施形态的磁共振成像装置的立体图。

图2是本实施形态的超导磁铁装置从上方看的透视图。

图3是图2的A-A方向的截面图。

图4是图2的B-B方向的截面图的上半部分。

图5是图2的C-C方向的截面图的上半部分。

图6是另一实施形态的超导磁铁装置从上方看的透视图。

图7是图6的D-D方向的截面图。

【符号说明】

1磁共振成像装置

2超导磁铁装置

3真空容器

8热屏蔽

9线圈容器

11超导线圈

12、13磁性材料

15支持体

16、17连接部件

23、24孔

25支持体

26、27连接部件

28热屏蔽袋

32、33热传导体

34均匀磁场区域

具体实施方式

下面适当参照附图详细说明本发明的实施形态。

如图1所示，作为MRI(磁共振成像)装置1，可以举出开放型MRI装置。开放型MRI装置，具有超导磁铁装置2、载放受检体的床6、和控制装置7。超导磁铁装置2，具有上下两个真空容器3，在下面的真空容器3上竖立两根支持部件4，通过这些支持部件4支持上面的真空容器3。因为是在通过支持部件4隔开的上下真空容器3之间放入受检体进行诊断，所以受检体的视野不闭塞是敞开的、开放型MRI装置受到受检者的好评。上下的真空容器3分别是以Z轴为共同的中心轴的圆柱形。另外，对于以Z轴为法线的R面，上下的真空容器3形成互相面对称的形状。

如图2和图3所示，超导磁铁装置2，具有：使在上下真空容器3的每一个上流过永久电流发生磁场、中心轴与Z轴一致的圆环状的超导线圈11；把该超导线圈11与冷却介质14一起收纳的线圈容器9；和使包围该线圈容器9那样设置的热屏蔽8；上下真空容器3分别包围该热屏蔽8，保持内部为真空。冷却介质14直接冷却超导线圈11，使用液体氦(He)。线圈容器9，为沿圆环状的超导线圈11收纳它，形成以Z轴为中心轴的圆环状，使容积尽可能缩小。同样，热屏蔽8，为沿圆环状的线圈容器9包围，形成以Z轴为中心轴的圆环状，根据切断侵入热的关系尽可能减小表面积。

超导磁铁装置2，即使在室温的室内配置，因为真空容器3内成为真空，所以也不通过传导或对流向线圈容器9传递室内的热。另外，热屏蔽8，因为用冷冻机冷却，吸收来自真空容器3的辐射热，向冷冻机放出，所以辐射热不升高线圈容器9的温度。此外，也可以把热屏蔽8设定为冷却介质14的温度的极低温和室温中间的中低温。超导线圈11和线圈容器9可以在冷却介质14的极低温下稳定设置。

然后，在各自的真空容器3中，装备修正发生的磁场并形成均匀磁场区域34的磁性材料(磁场修正用的磁性材料)12、13。磁性材料12，是以Z轴为中心轴的圆环状，外径比超导线圈11的内径小。磁性材料13，是以Z轴为中心轴的圆柱状，直径比磁性材料12的内径小。这样，超导磁铁装置2，大致构成为以Z轴为对称轴的对称的结构，另外，构成为以R面为对称面的对称的结构。

上下真空容器3，通过支持部件4互相连通。同样，分别在上下真空容器3内收纳的线圈容器9，也设置有连通孔20，以便在支持部件4内互相连通。另外，分别在上下真空容器3内收纳的热屏蔽8，在支持部件4内互相连接，以使包围连通孔20的周围。

超导线圈11，由线圈容器9支持，热屏蔽8也由线圈容器9支持。总负荷变大的线圈容器9，被支持在作为基座的真空容器3上。

在上下真空容器3的互相相对的面的凹部中分别设置RF线圈和倾斜磁场线圈31。MRI装置1，通过NMR现象测量氢原子核旋转放出的核磁共振信号，通过运算处理该核磁共振信号，根据氢原子核密度对于受检体内进行断层图像化。此时，在受检体进入的均匀磁场区域34中，生成强度是0.2T以上的高强度的、具有高的静磁场均匀度的静磁场。均匀磁场区域34的上下一对倾斜磁场线圈31，以获得均匀磁场区域34内的位置信息为目的，在均匀磁场区域34上施加使磁场在空间变化的倾斜磁场。进而，均匀磁场区域34的上下一对RF线圈5，在均匀磁场区域34上施加为引起NMR现象的共振频率的电磁波。通过这些，对于均匀磁场区域34内的每一微小区域测量氢原子核旋转放出的核磁共振信号，通过运算处理该核磁共振信号，能够根据氢原子核密度对于受检体体内进行断层图像化。

如图2到图4所示，所述磁性材料12、13用非磁性金属性的连接部件17结合成为一体。一体化了的磁性材料12、13，其负荷通过绝热性的支持体15支持在线圈容器9上。支持体15，因为从液体氦温度的线圈容器9支持室温的磁性材料12、13，所以用减低从磁性材料12、13向线圈容器9的热传导那样的材料构成。例如，作为支持体可以使用低热导率的纤维强化型塑料(FRP)管。代替管形使用板形或者棒形的FRP也可以得到同样的功能、效果。支持体15，在与Z轴平行的铅直方向上直立设置。支持体15的一端，固定在连接部件17上，另一端，通过非磁性且金属性的连接部件16固定在线圈容器9上。连接部件16，连接支持体15和线圈容器9。所述磁性材料12、13由支持体15支持。

通过所述支持体15贯通设置热屏蔽8，磁性材料12、13在热屏蔽8的外侧配置，不在热屏蔽8上覆盖。在热屏蔽8上，为覆盖连接部件16，设置热屏蔽袋18。在热屏蔽袋18上设置孔23，支持体15贯通该孔23。

另外，如作为图2的C-C方向的截面图的上半部分的图5所示，对于一体化的磁性材料12、13，为抑制向与承载其负荷的方向成直角的方向的运动，磁性材料13通过绝热性的支持体25支持在线圈容器9上。支持体25，因为从极低温的线圈容器9支持室温的磁性材料12、13，所以使用减少从磁性材料12、13向线圈容器9的热传导那样的FR

等材料构成。支持体25的形状，不限于管形，也可以板形或者棒形。支持体25，在和Z轴直交的水平方向上横着设置。支持体25的一端，在在磁性材料13上固定的非磁性的金属性连接部件27上固定，另一端通过非磁性的金属性连接部件26固定在线圈容器9上。连接部件26连接支持体25和线圈容器9。所述磁性材料12、13，通过支持体25无对于Z轴的动弹那样支持。

通过将所述支持体25贯通热屏蔽8进行设置，磁性材料12、13被配置在热屏蔽8的外侧，不覆盖热屏蔽8。在热屏蔽8上，为覆盖连接部件26，设置热屏蔽袋28。在热屏蔽袋28上设置孔24，支持体25贯通该孔24。

磁性材料12、13被设置在真空容器3中的真空中，但是因为在热屏蔽8的外侧设置，所以通过来自真空容器3的辐射热，磁性材料12、13的温度大体和室温相同。

再有，磁性材料12、13，即使由极低温的线圈容器9绝热支持，也能够把磁性材料12、13的温度大体维持在室温。此时，因为磁性材料12、13的热容量大，所以由于室温随时间的变化引起的真空容器3的温度的变化不会左右磁性材料12、13的温度，不会使磁性材料12、13的位置、尺寸变化。

磁性材料12、13，因为不由热屏蔽8支持，所以不互相传导振动，难于发生由于热屏蔽8的温度的变化引起的磁性材料12、13的温度的变化，也难于发生磁性材料12、13的位置、尺寸的变化，所以不用担心磁场均匀度降低。

因此，在由于停电使冷冻机停止等引起热屏蔽8的温度上升时，也能够抑制磁场均匀度的变化。另外，即使在超导线圈11断开时，对于热屏蔽8施加过大的电磁力，塑性变形、热屏蔽8的位置变化，但是因为超导线圈11和磁性材料12、13的位置关系不变化，所以不用担心断开后的磁场均匀度变化。

另外，即使通过给倾斜磁场线圈31通电，由发生的涡电流给热屏蔽8施加电磁力而发生振动，但是因为该振动难于传递到不与热屏蔽8连接的磁性材料12、13上，所以超导线圈11和磁性材料12、13的位置关系不变化，不用担心磁场均匀度变化。这样，具有能够构成在停电或者振动等干扰下具有高性能的MRI装置这样的优点。

此外，支持体15、25的长度方向的中间地点成为热支撑点，从该中间地点连接向热屏蔽8的传热片19、29。传热片19、29不能互相支持分别在两端连接的支持体15、25和热屏蔽8的负载，但是良好地传导热，把支持体15、25的中间地点的温度设定为热屏蔽8的温度。由此，抑制从支持体15、25的一端到另一端从室温到极低温的通过热传导引起的向极低温的线圈容器9的热流。

根据以上说明的实施形态，因为通过在真空容器3中由线圈容器9绝热支持磁性材料12、13的负载，能够对于室温变化或者振动等干扰减小磁场变化，所以能够提供高性能的MRI装置。

下面说明本发明的另一实施形态。

如图6和图7所示，另一实施形态，磁性材料12、13用热传导体32、33和真空容器3连接这点和图2和图4所示的实施形态不同。热传导体32、33不能互相支持分别在两端连接的真空容器3和磁性材料12、13的负载，但是良好地传导热。由此，真空容器3中的热，因为不仅通过辐射向磁性材料12、13传递，而且也通过传导热传导体32、33向磁性材料12、13传递，所以能够更快地使磁性材料12、13的温度和真空容器3的温度亦即室温大体相同。

但是，室温也以一日作为周期变动，不想使磁性材料12、13的温度追随该室温的变动。因此，磁性材料12、13，用真空容器3和热传导体32、33连接，而把热传导体32、33的热时间常数(为使真空容器3和磁性材料12、13的温度差减小到30％所需要的时间)超过一日来进行设定。由此，因为磁性材料12、13的温度变化不追随由于以一日为周期的室温的变化引起的真空容器3的温度变化，所以能够稳定地保持磁场的均匀度，能够提供磁场稳定性高的MRI装置。此外，热传导体32、33的热时间常数，能够通过调整热传导体32、33的个数或截面积或长度来变更。

反之，当热传导体32、33的热时间常数超过一周时，和不设置热传导体32、33的场合相同，在磁性材料12、13的温度和室温的设定值相差很大的场合，例如，当超导磁铁装置2的初始起动时在搬送过程中磁性材料的温度比室温上升或者下降时，要考虑到磁性材料12、13的温度在室温下成为恒定需要时间，磁场均匀度在长期间不稳定这样的问题。因此，热传导体32、33的热时间常数，优选将热传导体32、33的个数或截面积或长度调整为一周以下。反之，在超导磁铁装置2的初始起动时，通过把磁性材料12、13的初期的温度预先设定为和室温相同后来进行搬送，也能够容易地使磁性材料12、13的温度在室温下成为恒定。

此外，热传导体32、33是弹性系数小的具有可挠性的金属，通过使热传导体32、33具有可挠性，能够避免受真空容器3的振动的影响磁性材料12、13振动而磁场均匀度变化。热传导体32、33的例子可以举出铜(Cu)或铝(Al)制的配线或者薄板叠层板。

根据以上说明的另一实施形态，也在真空容器3由从线圈容器9绝热支持磁性材料12、13，所以和实施形态相同对于干扰能够减小磁场变化，再有，通过调整热传导体32、33的热时间常数，能够提供使对于由于温度变化引起的磁场变化的灵敏度对于干扰低、而在初期起动时高的高性能的MRI装置。

Claims (6)

1.一种超导磁铁装置，具有：

发生磁场的环状的超导线圈，

把所述超导线圈和冷却介质一起收纳的线圈容器，

被设置成包围所述线圈容器的热屏蔽，

包围所述热屏蔽、并保持内部真空的真空容器，和

在所述真空容器中设置的修正所述磁场用的磁性材料，其特征在于，

所述磁性材料被支持在在所述线圈容器内固定的绝热性的支持体上，并且所述磁性材料用热传导体和所述真空容器连接。

2.根据权利要求1所述的超导磁铁装置，其特征在于，所述磁性材料被配置在所述热屏蔽的外侧。

3.根据权利要求1或者2所述的超导磁铁装置，其特征在于，

所述支持体贯通所述热屏蔽。

4.根据权利要求1或者2所述的超导磁铁装置，其特征在于，

配置一对所述线圈容器、一对所述热屏蔽、和一对所述真空容器，使一对所述超导线圈相对，并在所述真空容器间形成均匀的所述磁场。

5.根据权利要求3所述的超导磁铁装置，其特征在于，

配置一对所述线圈容器、一对所述热屏蔽、和一对所述真空容器，使一对所述超导线圈相对，并在所述真空容器间形成均匀的所述磁场。

6.一种磁共振成像装置，其特征在于，

使用根据权利要求1到5中任何一项所述的超导磁铁装置。

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