JP2001353136A - 電気コイル - Google Patents

電気コイル

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JP2001353136A JP2001122749A JP2001122749A JP2001353136A JP 2001353136 A JP2001353136 A JP 2001353136A JP 2001122749 A JP2001122749 A JP 2001122749A JP 2001122749 A JP2001122749 A JP 2001122749A JP 2001353136 A JP2001353136 A JP 2001353136A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】改善された冷却可能な電気コイル、特に磁気共
鳴装着用の傾斜磁場コイルを提供する。 【解決手段】電気コイルが、少なくとも１つの導体１２
と、支持構造物１５ａと、冷却装置の冷却管１１ａと、
導体１２の少なくとも１つの部分のために導体１２と支
持構造物１５ａとの間に配置されている熱絶縁物１３ａ
とを備えている。導体１２の少なくとも一部分は冷却媒
体を流通させるために中空円筒状に形成されている。支
持構造物１５ａは磁場の非均一性を減少させるための手
段１４、パッシブシム装置を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気コイル、特に磁
気共鳴装置用の傾斜磁場コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気コイルの技術的使用範囲は多様であ
る。その場合、多くの例において電気コイルは、なかん
ずく、高い絶縁強度と高い構造的強度を得るためにモー
ルド、例えば合成樹脂からなるモールドを備えている。
さらに、電気コイルを、なかんずく、その出力性能を上
げるために電気コイルの使用中に冷却することは公知で
ある。このために例えば冷却装置がコイル導体に流れる
電流により生ずる熱を電気コイルから放散する。
【０００３】高耐圧電気コイルの１つの例は例えば磁気
共鳴装置の傾斜磁場コイルである。この場合、磁気共鳴
装置は、なかんずく、急速に開閉される傾斜磁場を作る
ための傾斜磁場コイルシステムと基本静磁場を作るため
の基本静磁場システムとを備えている。この傾斜磁場コ
イルシステムは、その場合しばしば、基本静磁場の不均
一性を減少させるための手段（いわゆるシム装置）を有
している。パッシブシム装置においては例えば傾斜磁場
コイルシステムにいくつかの鉄片が適当な配置で挿入さ
れている。このために、基本静磁場が鉄片を挿入する前
に測定され、この測定値からこの鉄片の適当な数と配置
とを計算プログラムで求めている。
【０００４】傾斜磁場コイルの動作中にコイル導体に流
れる電流の振幅は数１００Ａになる。電流上昇及び下降
率は数１００ｋＡ／ｓに達する。このコイル電流を駆動
するための電圧は数ｋＶまでになる。このような高い電
力を制御するために傾斜磁場コイルはしばしば冷却され
る。このために例えばドイツ特許出願公開第１９７２１
９８５号及び／又は同第１９７２２２１１号明細書から
は傾斜磁場コイルの導体を間接的に冷却する冷却装置が
公知である。この冷却装置においては、注型樹脂でモー
ルドされた中空円筒状の傾斜磁場コイルシステムの円筒
外被状面に、密接して配置された可撓性冷却配管を設
け、これに冷却媒体を傾斜磁場コイルの冷却のために流
している。
【０００５】傾斜磁場コイルを冷却するための他の例
は、例えばドイツ特許出願公開第１９８３９９８７号明
細書に記載されている。この例においては、セグメント
導体として形成された導体により包囲されている内部冷
却通路に冷却媒体を通流させることにより傾斜磁場コイ
ルの導体を直接冷却する。
【０００６】米国特許第５７８６６９５号明細書から
は、例えば、シム効果の安定した精度のためにパッシブ
シム装置の安定した温度が重要であることが知られてい
る。傾斜磁場コイルの導体に熱が発生すると、パッシブ
シム装置は温度変化するので、基本静磁場の均一性、従
って磁気共鳴画像の品質が低下する。パッシブシム装置
の上述の温度変動を防止するために、上述の特許明細書
では、シム装置を、高度の温度安定性を得るために冷却
ダクトにより冷却可能であるように傾斜磁場コイルシス
テムに配置することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、改善
された冷却可能な電気コイルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、電気コイル、特に磁気共鳴装置用の傾斜磁場コイ
ルが、少なくとも１つの導体と、支持構造物と、冷却装
置の少なくとも１つの構成要素と、導体の少なくとも一
部分のためにこの導体と支持構造物との間に配置されて
いる熱絶縁物とを備えることにより解決される。
【０００９】これによりコイル導体は、同時に支持構造
物（例えば樹脂モールド）が危険な程に高い温度を受け
ることなく、高温で使用可能である。これにより、好ま
しいことに、支持構造物の熱膨張が減少し、特に磁気共
鳴装置において傾斜磁場及び基本静磁場の時間安定性が
向上する。導体は支持構造物に較べて高い温度を取るこ
とができるので、冷却装置の冷却媒体は高い温度勾配で
もって流すことができ、これによりコイル内の高い出力
密度を可能にする。
【００１０】本発明の１つの有利な実施態様として、導
体の少なくとも一部分は冷却媒体を通流させるために中
空円筒状に形成されている。上述の導体内部冷却の構成
例は最初に挙げたドイツ特許出願公開第１９８３９９８
７号明細書に記載されている。特に導体を中空円筒状導
体として構成することは、さらに、例えば表皮効果に関
して、良好な高周波特性を生み出す。
【００１１】また本発明の１つの有利な実施態様とし
て、冷却装置の構成要素は導体の少なくとも一部分を冷
却するために形成されている。例えば、導体を銅或いは
アルミニウムから構成した場合に、この導体の良好な熱
伝導特性により、冷却装置の構成要素は、ただ導体の一
部分に対して形成するだけでも、導体のかなりの部分に
対して良好な冷却効果を得るために充分である。なお、
上述の部分的に行われる冷却の場合には、冷却装置の構
成要素を備えていない導体部分は前述の熱絶縁物を備え
る。これにより、冷却位置から比較的離れた熱絶縁され
た導体部分に生ずる温度及び温度変動（これらは冷却位
置におけるより大きい）でも、周囲の支持構造物に不利
に影響することはない。ただ部分的に行われる前述の冷
却によりそれだけ簡単な冷却装置を形成することができ
る。
【００１２】このために、１つの有利な実施態様とし
て、導体の冷却される部分はコイルの空間的に延長され
た縁部領域に、コイルが例えば中空円筒に沿って空間的
に延長された場合中空円筒の少なくとも１つの端面領域
に配置される。これによる簡単な接近性と短い距離によ
り、冷却装置はその場合特に簡単にかつコスト的に有利
に構成可能である。さらに、中央領域には他の構成要素
のためのスペースを提供できる。
【００１３】１つの有利な実施態様として、熱絶縁物は
導体を取囲んでいる。これにより導体の全面の熱絶縁が
行われる。
【００１４】本発明の１つの有利な実施態様として、熱
絶縁物は支持構造物よりも低い熱伝導度を持っている。
例えば、熱絶縁物の熱伝導度は支持構造物の熱伝導度の
３分の１以下である。主として樹脂モールドから形成さ
れる支持構造物は例えば約０．１５Ｗ／（ｋ・ｍ）より
大きい熱伝導度をもっている。これに対して、ガラス、
セラミックス、鉱物及び／又はポリマー材を含む、繊維
状及び／又は剛性発泡体状の熱絶縁物は約０．０５Ｗ／
（ｋ・ｍ）或いはそれ以下の熱伝導度をもっている。
【００１５】１つの有利な実施態様として、支持構造物
は磁場の非均一性を減少させるための手段、例えば冒頭
に記載したパッシブシム装置を備えている。その場合、
上述の手段としては先に支持構造物について記載したも
のが該当する。高度の温度安定性を得るための前記の手
段を費用をかけて別々に冷却することは必要でない。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のその他の利点、特徴及び
詳細を、以下に、図面に示した本発明の実施例を基に説
明する。
【００１７】図１は、少なくとも１つの傾斜磁場コイル
を有する中空円筒状の傾斜磁場コイルシステム１を備え
た磁気共鳴装置の概略を示す。この装置において、傾斜
磁場コイルシステム１は急速に開閉可能な傾斜磁場を作
るために形成されている。さらに、磁気共鳴装置はでき
るだけ均一な基本静磁場を作るための基本静磁場システ
ム２並びに例えば患者４を載せるベッド装置３を備えて
いる。
【００１８】図２は、本発明の１つの実施例として中空
円筒状傾斜磁場コイルシステム１ａの第一の構成例を部
分断面で示す。この図において、分かりよくする理由か
ら、説明のために傾斜磁場コイルの導体１２の断面並び
に基本静磁場の非均一性を減少させるための手段１４が
拡大されて示されている。導体１２は例えば銅或いはア
ルミニウムからなり、中空円筒状に形成されている。こ
の中空円筒状の導体１２の中には冷却装置の１つの構成
要素として冷却管１１ａが通っており、この中を導体１
２の冷却のために冷却媒体（例えば水）が貫流する。そ
の場合、冷却管１１ａは非導電性の或いは僅かに導電性
の材料、特に可撓性プラスチックから形成されている。
【００１９】傾斜磁場コイルシステム１ａの導体１２
と、例えば注型樹脂モールドから成る支持構造物１５ａ
との間には、導体１２を取巻く熱絶縁物１３ａが配置さ
れている。この場合、熱絶縁物は繊維状及び／又は剛性
発泡体状に形成され、ガラス、セラミックス、鉱物及び
／又はポリマー材を含み、熱絶縁物１３ａの熱伝導度は
例えば支持構造物１５ａの熱伝導度より３分の１程度に
小さい。これにより導体１２は支持構造物１５ａに較べ
て比較的高い温度をとることができ、冷却媒体を高出力
密度を得るために大きな温度勾配をもって流すことが可
能である。導体１２を取り巻く支持構造物１５ａを交互
に加熱、冷却することによる構造的損傷はこれにより回
避される。さらに基本静磁場の非均一性を減少させるた
めの手段１４として、例えば鉄片として構成されたパッ
シブシム装置が設けられ、これにより高度の温度安定
性、従って高品質の磁気共鳴画像が得られる。１つの実
施例では導体１２並びに冷却管１１ａは例えば最初に挙
げたドイツ特許出願公開第１９８３９９８７号明細書に
応じて形成されている。
【００２０】図３は本発明の別の実施例として中空円筒
状傾斜磁場コイルシステム１ｂの第二の構成例を側面で
示す。この図において、分かりやすくする理由から、説
明例として傾斜磁場コイルシステムの円筒外被状面に対
して一次傾斜磁場コイルの馬蹄形導体部分２１だけが示
されている。この導体部分２１は完全に熱絶縁物１３ｂ
により取囲まれている。中空円筒状傾斜磁場コイルシス
テム１ｂの１つの端面において馬蹄形導体部分２１は接
続導体２２を介してここでは図示されていない例えば同
様に馬蹄形に形成された別の二次コイル導体部分に接続
されている。この場合、二次コイルの導体も、一次傾斜
磁場コイルの円筒外被状面を同心的に包囲する同様に円
筒外被状面に配置されている。傾斜磁場コイルの端面側
の接続導体２２は、冷却装置の構成要素としての冷却ダ
クト１１ｂによって密着パッケージに包囲されているこ
とにより冷却可能に形成されている。この冷却ダクト１
１ｂを通して冷却媒体が通流可能である。
【００２１】上述の構成は、特に、冷却装置の構成要素
１１ｂが容易に接近可能な端面２３に配置されているの
で、冷却装置をそれに応じて簡単かつコスト的に有利に
形成できる、という利点を持っている。その場合、馬蹄
形導体部分２１に内在している高い熱伝導度が利用さ
れ、これにより接続導体２２を強力に冷却すると同時に
馬蹄形導体部分２１の効果的冷却が行われる。熱絶縁物
１３ｂは図２と同様に構成されている。この熱絶縁物
は、特に接続導体２２から比較的遠くに離れて位置する
導体部分２１に発生する温度及び温度変動（これらは接
続導体２２に発生するより大きい）が周囲の支持構造物
１５ｂに不利に影響しないように作用している。
【図面の簡単な説明】
【図１】傾斜磁場コイルシステムを備えた磁気共鳴装置
の概略図。
【図２】傾斜磁場コイルシステムの第一の構成例の部分
的断面図。
【図３】傾斜磁場コイルシステムの第二の構成例の側面
図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 傾斜磁場コイルシステム ２ 基本静磁場システム ３ ベッド装置 ４ 患者 １１ａ 冷却管 １１ｂ 冷却ダクト １２ 導体 １３ａ，１３ｂ 熱絶縁物 １４ 磁場の非均一性を減少させるための
手段 １５ａ，１５ｂ 支持構造物 ２１ 馬蹄形導体部分 ２２ 接続導体 ２３ 端面

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの導体（１２，２１，２
    ２）と、支持構造物（１５ａ，１５ｂ）と、冷却装置の
    少なくとも１つの構成要素（１１ａ，１１ｂ）と、導体
    （１２，２１）の少なくとも一部分のためにこの導体
    （１２，２１）と支持構造物（１５ａ，１５ｂ）との間
    に配置されている熱絶縁物（１３ａ，１３ｂ）とを備え
    ている電気コイル。
  2. 【請求項２】導体（１２）の少なくとも一部分が冷却媒
    体を通流させるために中空円筒状に形成されている請求
    項１に記載の電気コイル。
  3. 【請求項３】冷却装置の構成要素（１１ａ，１１ｂ）が
    導体（１２，２２）の少なくとも一部分を冷却するため
    に形成されている請求項１又は２に記載の電気コイル。
  4. 【請求項４】導体（１２，２２）の一部分がコイルの空
    間延長の縁部領域に走っている請求項３に記載の電気コ
    イル。
  5. 【請求項５】コイルが中空円筒に沿って空間的に延長さ
    れ、導体（１２）の一部分が中空円筒の少なくとも１つ
    の端面（２３）の領域に走っている請求項３又は４に記
    載の電気コイル。
  6. 【請求項６】熱絶縁物（１３ａ，１３ｂ）が導体（１
    ２，２１）を取囲んでいる請求項１乃至５の１つに記載
    の電気コイル。
  7. 【請求項７】熱絶縁物（１３ａ，１３ｂ）が支持構造物
    （１５ａ，１５ｂ）より低い熱伝導度を持っている請求
    項１乃至６の１つに記載の電気コイル。
  8. 【請求項８】熱絶縁物（１３ａ，１３ｂ）の熱伝導度が
    支持構造物（１５ａ，１５ｂ）の熱伝導度の３分の１以
    下である請求項７に記載の電気コイル。
  9. 【請求項９】支持構造物（１５ａ，１５ｂ）が樹脂モー
    ルドを有している請求項１乃至８の１つに記載の電気コ
    イル
  10. 【請求項１０】支持構造物（１５ａ，１５ｂ）が磁場の
    非均一性を減少させるための手段（１４）を有している
    請求項１乃至９の１つに記載の電気コイル。
  11. 【請求項１１】熱絶縁物（１５ａ，１５ｂ）が繊維状及
    び／又は剛性発泡体状に形成され、ガラス、セラミック
    ス、鉱物及び／又はポリマー材を含む請求項１乃至１０
    の１つに記載の電気コイル。
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