JP2000126153A

JP2000126153A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JP2000126153A
Application number: JP10318316A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tazaki; 寛田崎; Takao Honna; 孝男本名; Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島; Mitsuru Onuma; 満大沼
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】広い開口にすることで被検者に開放感を与
え、また、検査者に対へのアクセスを容易にする超電導
磁石装置を提供する。【解決手段】中空を有する連結管１０と一体形成の機
械的強度の大なる材質よりなる連結柱１１とを計測空間
５の上下方向の中心軸（Ｚ軸）に対し奥側に配置して上
下に配置した冷却容器８を支持し、連結柱１１の径は連
結管１０の径より細く形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に適した超電導磁
石装置に係り、特に、広い開口を有することで被検者に
開放感を与え、また、検査者に対しては被検者へのアク
セスを容易にし、さらにまた、超電導磁石の低温部への
外気による熱侵入が少なく、装置維持費が安価である超
電導磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来例は、特願平８−３０３９６
５号に開示されたもので、図１４は超電導磁石装置の全
体斜視図，図１５は図１４の計測空間における横断面図
である。図１４において、磁場発生源である超電導コイ
ルを収納する冷却容器８が計測空間（均一磁場発生領
域）５を挟んで上下方向に対向して対称に配置されてい
る。この磁場発生源である超電導コイルは、計測空間５
に上下方向に高強度の均一磁場を発生させるものであ
る。円形の超電導コイルを収納する冷却容器８も円筒形
状をしており、上下方向に対称に配置されている。この
冷却容器８は真空容器と冷媒容器を含み、超電導コイル
を超電導状態に冷却，維持する。２つの冷却容器８はそ
の間に配置された連結管２１によって所定の距離を保持
して支持される。この連結管２１は、機械的に上下の冷
却容器８を支える働きをしているが、必要によっては、
上下の冷媒容器（冷媒は液体ヘリウムなど使用）を熱的
に接続させる働きを持たせても良い。この場合の連結管
２１の１例の断面図を、図１６に示す。最も外側の殻１
６０が、機械的に上下の静磁場発生源を支える働きを持
つ。その内側に、熱シールド３、その内側に冷媒１６１
を収容する容器１６２と中央に、上下の超電導コイルを
直列に接続するための超電導線１６３が通される。この
ようにすることで、冷凍機を上下の冷却容器８に１台ず
つ設ける必要がなくなり、システムに１台の冷凍機で間
に合わせることが可能となったり、液体ヘリウムを供給
するためのバルブを上側１箇所のみで間に合わせること
が可能となったりする。また、このようにすることで、
上下の超電導コイルに対して独立に永久電流スイッチを
設ける必要がなくなったり、上下の超電導コイルのどち
らかでクエンチが発生した場合、瞬時に上下に流れる電
流が減衰するので、力学的アンバランスが生じなくなる
といった利点がある。

【０００３】また、連結管２１の配置は、図示では計測
空間５の左右に配置しているが、この本数はこれに限定
されず、１本ずつでも３本ずつでも良いし、また、本数
が左右非対称でもよい。

【０００４】一方、磁場発生源である超電導コイルによ
って発生された磁束による装置外部における漏洩磁場を
低減するために、冷却容器８の外周部には鉄による磁気
シールドが設けられている。具体的には、上下の冷却容
器８の上下を円形の鉄板２３で囲み、更に上下の鉄板２
３を断面円板状の鉄柱２２の部分との磁気的結合を高め
て、漏洩磁場を抑制するために、両者の間に補助鉄材２
４を設けている。補助鉄材２４は鉄板２３と鉄柱２２の
外周をなめらかな形状にして接続することにより、両者
の間で磁束がスムーズに流れるので、磁気飽和が生じに
くくなる。このように磁場発生源の周囲を鉄などの強磁
性体で囲むことで、装置外部に発生する磁束に対し磁路
（帰路）が形成されるので、漏洩磁場が遠方にまで広が
ることを抑制できる。

【０００５】ここで、今後の説明のために、計測空間
（均一磁場発生領域）５の中心を原点とする３次元直交
座標を定義しておく。この座標系は、一例として、図１
４において上下方向にＺ軸，前後方向にＹ軸，左右方向
にＸ軸をそれぞれ持っている。上述の超電導磁石をＭＲ
Ｉ装置に適用した場合、検査用テーブルに載せられた被
検者は、一般にＹ軸方向に沿って超電導磁石装置の計測
空間５の中に挿入される。

【０００６】この第１の従来例では、冷却容器８の連結
管２１および鉄柱２２は、Ｘ軸上には配置されておら
ず、計測空間５の上下方向の中心軸であるＺ軸より奥側
（後方）に配置されている。すなわち、冷却容器８はＺ
軸より奥側で連結管２１により支持され、鉄柱２２は鉄
板２３とＺ軸より奥側で磁気的に接続されているため
に、Ｘ軸上に連結管２１も鉄柱２２も存在しない。この
ため、装置外部から計測空間５に挿入された被検者に対
して、検査者は装置の横側から自由にアクセスすること
ができる。この結果、検査者はＩＶＭＲなどを含む種々
の処置をより容易に行うことができる。また、超電導磁
石装置の計測空間５の中に入った被検者から見た場合に
は、横方向の視野が広がったことにより、開放感が大き
くなるため、安心して検査が受けられるという効果が生
まれる。

【０００７】一方、第２の従来例として、漏洩磁場を低
減することを、強磁性体によってでなく、シールドコイ
ルによって行なうアクティブシールド方式超電導磁石
も、提案されている（特願平７−３３６０２３）。この
アクティブシールド方式超電導磁石では、多量の強磁性
体を用いないので、装置の重量が大きくならない、とい
う利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上、第１の従来例の
超電導磁石は、液体ヘリウムを用いる超電導磁石の例で
あるが、近年他方面で開発，製品化が行なわれている伝
導冷却方式超電導磁石（冷凍機により直接超電導コイル
を冷却する）は、冷媒を用いず、超電導コイルを冷却す
る。この磁石の場合、連結管内に熱伝導率の良い金属を
通し、上か下の片側にのみ配置した冷凍機により、もう
片方の超電導コイルを冷却するために用いる場合があ
る。

【０００９】このように超電導磁石は、液体ヘリウムを
用いたり、液体ヘリウムを用いなかったりする場合があ
るが、連結管の役割を、次の４種類に分類した。

【００１０】（ａ）機械的に上下の冷却容器を支える働
き上下の超電導コイルには、各コイル間及び、上下の磁気
シールドとの間に力が働く。この力は直接冷却容器に伝
わるが、連結管はこれに対抗するため、上下の冷却容器
を接続し、上下の冷却容器の距離を一定に保つ働きを持
つ。

【００１１】（ｂ）冷媒または、冷媒ガスを通す働き上記、冷媒を用いる超電導磁石の場合、液体ヘリウムを
補給するためのバルブを上側１つとするために、連結管
を用いる。連結管を用いれば、上側冷媒容器に液体ヘリ
ウムを補給するだけで下側へ液体ヘリウムが流れ落ちる
ので、バルブは１個だけで良くなる。

【００１２】（ｃ）熱を伝達する働き上記、冷媒を用いない超電導磁石の場合、設置する冷凍
機の個数を（例えば）上側１つとするために、連結管内
に熱伝導率の良い金属を通し、下側の超電導コイルを冷
却する働きを持つ。

【００１３】（ｄ）上下の超電導コイルを直列に連結す
る働き上下の超電導コイルを、直列に接続する。このことによ
って、上下の超電導コイルに対して独立に永久電流スイ
ッチを設ける必要がなくなったり、上下の超電導コイル
のどちらかでクエンチが発生した場合、瞬時に上下に流
れる電流が減衰するので、力学的アンバランスが生じな
くなる。

【００１４】この連結管では、次の２つの課題がある。（１）連結管内部の極低温部への熱侵入を少なくする連結管を通しての熱の侵入量が多い場合、冷媒の蒸発量
が大きくなり、冷媒を補給する回数が多くなったりす
る。また冷凍機を用いて冷媒を再液化する超電導磁石の
場合には、冷凍機に必要な容量が大きくなり、運転コス
トが大きくなる。

【００１５】（２）被検者へのアクセス性を良くする連結管が図１６のような構造の場合、連結管は内部への
熱侵入を少なくするために熱シールドを設けなければな
らず、太くなる傾向にある。その場合、連結管は計測空
間である均一磁場発生領域付近に存在するために、装置
の外部から被検者にアクセスしにくい問題がある。術者
は外部より検査者ヘアクセスするが、ＩＶＭＲの場合、
手術ではカテーテル等の器具を外部より引っぱってこな
ければならず、また、被検者に対して手術（作業）をす
る際にも腕を自由に動かす必要がある。その点、磁場発
生領域付近に連結管が存在すると術者の行動が制限さ
れ、不便となる。また、被検者にとっても磁石の中に入
った状態で、横方向の視野が狭くなるために圧迫感を受
けるという問題がある。従って、この問題点を緩和する
ためには、少しでも連結管が細く、なるべく被検者から
離れた位置に設置されている、あるいは連結管の本数が
少ないことが、術者及び被検者の双方から要望されてい
る課題である。

【００１６】従って、本発明は、上記（１），（２）の
問題点を解決し、連結管を通しての熱の侵入が少ない、
あるいは術者の被検者へのアクセス性の良い超電導磁石
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は上下に配置された冷却容器を、超電導線、
熱シールドおよび冷媒を通す中空を有する少なくとも１
本の連結管と、機械的強度大なる材質よりなる一体形成
の少なくとも１本の連結柱とにより支持し、この連結柱
の径は前記連結管の径より細くしたことにある。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１〜３は本発明に係る超電導磁
石装置の第１の実施例である。図１は全体斜視図、図２
は図１の計測空間における横断面図、図３は図１の点線
上の断面図である。以後、各図において従来例と同一部
分は同一記号で示す。この第１の実施例では、連結管１
０および連結柱１１は図１４の従来の連結管２１と同じ
位置に配置したもので、連結管１０は従来と同様に図１
６に示す断面形状をしており、連結柱１１は機械的強度
の高い材質例えばステンレス鋼により、中空を有せず一
体に形成したもので、その径は連結管１０の径よりも細
く形成してある。図３において、鉄板２３の上下に配置
された冷却容器８は超電導コイル２を有する冷却容器７
と熱シールド３を有する真空容器６よりなっている。連
結管１０および連結柱１１は上下の冷却容器８の間に配
置されて冷却容器８を機械的に支持している。さらに連
結管１０はその空胴に超電導線１６３および熱シールド
３が配置され、それぞれ、上下の超電導コイル２および
熱シールド３に接続されている。

【００１９】この第１の実施例は図２に示すように第１
の従来例と同様に、連結管１０，連結柱１１および鉄柱
２２は、Ｘ軸上には配置されておらず、計測空間５の上
下方向の中心軸であるＺ軸より奥側（後方）に配置され
ている。すなわち、冷却容器８はＺ軸より奥側で連結管
１０および連結柱１１により支持され、鉄柱２２は鉄板
２３とＺ軸より奥側で磁気的に接続されているために、
Ｘ軸上に連結管も鉄柱も存在しない。

【００２０】ところが、従来例では、連結管の各々が受
け持つ役割についての言及はなく、何れも同等な扱いが
されていた。即ち、どの連結管も前記（ａ)，（ｂ)，
（ｄ）の働きを持つため、同じ太さになっていた。さら
に、各連結管内をヘリウムが通るため、外部から極低温
部へ連結管を通して熱が侵入する割合が大きくなり、冷
媒の蒸発量が多くなる。このために、運転コストが増大
するので、熱の侵入をなるべく小さくすることが課題と
なる。

【００２１】一方、第１の実施例では、４本ある連結管
のうち左右１本づつの連結柱１１が連結管の役割（ａ）
を持ち、他の２本の連結管１０には連結管の役割
（ｂ），（ｄ）を持つ。そのため、熱の侵入する連結管
の数が２分の１になり、それに応じて侵入する熱の量
が、第１の従来例の場合の２分の１になる。また、連結
管の役割（ａ）を持つ連結柱１１は、機械的強度の大き
な材質を用いているので連結管の役割（ｂ），（ｄ）を
持つ連結管１０よりその径を細くすることができ、その
点で術者が被検者ヘアクセスする上でのスペースが広が
り、手術等の場面で便利となる。

【００２２】次に第２の実施例を図４〜６を用いて説明
する。この実施例は第１の実施例に比べ、１本の連結管
と１本の連結柱で構成したことに特徴がある。磁場強度
が大のＭＲＩ装置の場合には、第１の実施例のように２
本の連結管と２本の連結柱とで冷却容器を機械的に支え
る必要があるが、磁場強度がこれより比較的小の場合に
は連結管および連結柱の本数を少なくして冷却容器を支
えることができる。この第２の実施例では、それぞれ一
本の連結管１０および連結柱１１により上下の冷却容器
８を支持している。そこで図６に示すように、連結管１
０は外側の導管により冷却容器８を支えるとともに、第
１の実施例と同様に、その中空に配置した超電導線およ
び熱シールドにより、それぞれ、上下冷却容器８内の超
電導コイル２および熱シールド３を接続している。連結
柱１１は第１の実施例と同様の材質よりなり、専ら冷却
容器８を支持する作用をする。本例では、冷媒ガスを通
す働きと、上下の超電導コイル２を直列に接続する働き
が１本の連結管１０にまとめられているので、連結管１
０を通して侵入する熱の量を第１の実施例と同様に低減
することができる。左側の連結柱１１は機械的に上下の
冷却容器を支える働きを持たせるが、ＭＲＩ装置の磁場
強度の比較的小の場合に用いるので、第１の実施例のよ
うにその径を細くすることができる。そのため、第１の
実施例と同様に、術者が被検者ヘアクセスする上でのス
ペースが広がり、手術等の場面で便利となる。

【００２３】次に第３の実施例について説明する。第３
の実施例は、第２の実施例の変形である。ただし、第３
の実施例は、図７のように鉄柱２２の本数が１本の場合
である。本例では連結管の役割（ａ）を持つ連結柱１１
を鉄柱２２から離れた位置に、連結管の役割（ａ)，
（ｂ)，（ｄ）を持つ連結管１０を鉄柱２２に近い位置
に設置している。鉄柱２２の本数を１本にしようとする
と鉄柱から離れた位置で、鉄板２３及び冷却容器８が電
磁力と重力によりたわみ、磁場強度の大きな磁石を製作
するには困難であった。しかし、本発明により鉄柱から
離れた位置で連結柱１１により機械的に上下の冷却容器
を支えることができるので、磁場強度の大きな磁石が製
作可能となった。しかも、そのための連結柱１１は機械
的な働きのみで良いために、細くできるので、術者が被
検者ヘアクセスする上でも大きな妨げとならないように
することができる。

【００２４】次に第４の実施例について説明する。第４
の実施例は、第３の実施例の変形である。第４の実施例
では、図８のように連結管の役割（ａ）を持つ連結柱１
１が両端においてその径が太くなっている。このことに
よって、両端で冷媒容器８に加わる単位面積あたりの力
が小さくなり、冷媒容器の連結柱１１に接する面に局部
的に強い力が加わり破壊しないようになっている。ま
た、連結柱１１の中央の径が細くなっているので、術者
の患者に対するアクセスが容易になる。

【００２５】次に第５の実施例を図９に示す。この実施
例ではＸ軸の線上に沿つて上側の冷却容器８に縁部８′
を設ける。そしてこの縁部８’に連結柱１１の一端を連
結する。連結柱１１の他端はＭＲＩ装置が設置される場
所の床に固定される。連結柱１１の連結管１０に対する
位置は縁部８’の長さに相当する距離だけ広がるので、
術者の被検者へのアクセス性はさらに向上する。以上実
施例はすべて、パッシブシールド型超電導磁石の例であ
るが、アクティブシールド型超電導磁石の場合も、同様
の効果は期待できる。

【００２６】アクティブシールド型超電導磁石の例とし
て、第６の実施例を示す。第６の実施例は、連結管の本
数が２本の場合である。図１０は外観図、図１１は横断
面図である。

【００２７】アクティブシールド型磁石は、均一磁場空
間に対抗して配置された円形のメインコイルを有する第
１のクライオスタット１００と、メインコイルの外側に
配置された円形のシールドコイルを有する第二のクライ
オスタット１１０とを一組にして、これを上下に配置し
たものよりなる。このメインコイルは均一磁場発生用の
コイルであり、シールドコイルは漏洩磁場を低減するた
めに用いられる。シールドコイルの外径はシールド効果
を上げるためにメインコイルよりも大きくしている。こ
れに応じてシールドコイルを収納する第二のクライオス
タット１１０の外径も、メインコイルを収納する第１の
クライオスタット１００の外径より大きくしている。２
本の連結管１０は図１１に示すようにＸ−Ｙ’軸および
Ｘ’−Ｙ’軸のほぼ４５度の方向に位置にして上下の第
１および第２のクライオスタット１００および１１０を
支持するようにする。

【００２８】第６の実施例では、２本の連結管がＹ’方
向にシフトしているので、被検者の真横（Ｘ’，Ｘから
の方向）からのアクセスが可能となる。しかし、本実施
例では、上下のクライオスタットに働く電磁力によっ
て、Ｚ方向にクライオスタットが引き合い、たわみやす
くなる。第６の実施例では、このたわみを緩和するため
に、補強材１２０が設置されている。補強材１２０は、
連結管１０の側面とメインコイルを収納するクライオス
タット１００を接合しており、このことにより、上下の
クライオスタットが電磁力によりたわむことを防ぐ。た
だし、Ｘ−Ｘ’方向から操作者が被検者ヘアクセスする
ことができるように、Ｘ−Ｘ’方向の操作可能空間を残
して、補強している。

【００２９】次に第７の実施例を図１２および１３に示
す。この実施例もアクティブシールド型超電導磁石の例
であり、連結管２本および連結柱１本を配置した場合で
ある。２本の連結管１０は図１０および１１の連結管と
同様の位置に設けられる。これに対して、連結柱１１は
連結管１０に対応してＹ−Ｙ’軸上に設置されている。
この構成により、磁場強度の大なＭＲＩ装置の場合に
も、クライオスタットのＺ方向のたわみを緩和すること
ができる。この場合、図１０のような補強材を設けなく
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、中空
を有する連結管と、これにより径の細い連結柱とを組合
せて、上下の冷却容器またはクライオスタットを支持す
るようにしたので、術者の被検者へのアクセスを改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。

【図２】図１の計測空間における横断面図である。

【図３】図１の点線上の断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。

【図５】図４の計測空間における横断面図である。

【図６】図４の点線上の断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す斜視図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第６の実施例を示す斜視図である。

【図１１】図１１は図１０の計測空間における横断面図
である。

【図１２】本発明の第７の実施例を示す斜視図である。

【図１３】図１２の計測空間における横断面図である。

【図１４】従来の装置を示す斜視図である。

【図１５】図１２の計測空間における横断面図である。

【図１６】従来の連結管の断面を示す図である。

【符号の説明】

２超電導コイル３熱シールド５計測空間６真空容器７冷媒容器８冷却容器８′ 縁部１０連結管１１連結柱２２鉄柱１００第１のクライオスタット１１０第２のクライオスタット１２０補強材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大沼満東京都国分寺東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所デザイン研究所内Ｆターム(参考） 4C096 AB37 AB42 AB47 AD08 CA02 CA22 CA32 CA36 CA59

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下に配置された冷却容器を、超電導
線、熱シールドおよび冷媒を通す中空を有する少なくと
も１本の連結管と、機械的強度大なる材質よりなる一体
形成の少なくとも１本の連結柱とにより支持し、この連
結柱の径は前記連結管の径より細くしたことを特徴とす
る超電導磁石装置。