JP2004033260A - 超電導磁石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】磁石の開放性、設置性を損ねることなく、かつ、大幅なコストアップを伴うことなく、冷凍機が停止した場合のクエンチに至るまでの期間を延長することができる超電導磁石を実現する。
【解決手段】ヘリウムタンク１の側面上方部分は上連結管４Ｕにより上コイル容器５Ｕに連結され、タンク１の側面下方部分は下連結管４Ｌにより下コイル容器５Ｌに連結される。タンク１の内部にはガスヘリウム貯槽２が配置されている。ガスヘリウム貯槽２はタンク１の底面内部に支持され上面は閉鎖され下面は開放されガスヘリウム貯槽２の下部とタンク１の内部とが連通する。冷凍機が停止すると、ガスヘリウム３Ｇが発生し、ガスヘリウム貯槽２の内部上方部分とタンク１の内部上方部分に溜まる。ガスヘリウム貯槽２の内部に発生される量だけタンク１の内部上面からの液体ヘリウム３Ｇの低下を防止できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置に係わり、特に、被検体に閉塞感を与えない開放型（オープン型）の磁気共鳴イメージング装置に使用される超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置においては、静磁場発生用に超電導磁石が用いられるものがある。
【０００３】
この超電導磁石は、コイル容器に超電導コイルが収容され、このコイル容器に冷却媒体である液体ヘリウムを満たすことにより構成されている。つまり、コイル容器がヘリウムタンクをも兼ねる構成となっている。また、コイル容器には、ヘリウムを冷却する冷凍機が結合されている。
【０００４】
コイル容器に冷凍機が直接設置されていると、冷凍機の作動による振動が直接コイル容器に伝わり、超電導コイルが振動し、発生する磁束も振れ、得られる画像に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００５】
そこで、冷凍機の振動に対する対策として、冷凍機と冷凍機を設置するクライオスタット部との間にベローズ等のフレキ部を設置し、クライオスタットと冷凍機との間の振動絶縁を図る技術が、特開平１１−１６７１９号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようする課題】
ところが、上記公報に記載された技術にあっては、クライオスタットと冷凍機との間の振動絶縁を図ることが可能であるが、ベローズ等のフレキ部が必要であり、コストアップを招いてしまう。
【０００７】
また、コイル容器の内容積は開放性を向上するため、余り大きくすることができず、冷凍機が停止した場合に液体ヘリウムがすぐに無くなってしまう。
【０００８】
そこで、コイル容器と、ヘリウムタンクとを別体とし、別体となったコイル容器と、ヘリウムタンクとを連結管で連絡し、コイル容器内もヘリウムで満たされるように構成する。そして、ヘリウムタンクに冷凍機を設置すれば、大幅なコストアップを招くことなく、冷凍機の作動による振動のコイル容器への伝達を抑制することができる。また、液体ヘリウムの貯蔵量も多くすることができる。
【０００９】
ところで、近年においては、磁気共鳴イメージング装置の開放性を向上するために、検査空間をオープン状としたオープン型の磁気共鳴イメージング装置が実用化されている。
【００１０】
このオープン型の磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）に、上述した、コイル容器とヘリウムタンクとを別体とする超電導磁石を適用することが考えられる。このオープン型の場合、装置の開放性を向上させるために、コイル収納容器は可能な限り容量を小さく設定する必要がある。
【００１１】
一方、停電や故障などにより冷凍機が停止した場合にも液体ヘリウムの保持期間を長くし、クエンチまでの時間を延長するためには、ヘリウムタンクを大容量とすることが望ましい。
【００１２】
しかし、ヘリウムタンクを大きくすると、磁石全体の外形が大きくなり、開放感、設置性が悪化する。したがって、ヘリウムタンクの容量も適切なものに制限される。
【００１３】
ここで、オープン型のＭＲＩ装置であって、図１０に示すように、上コイル６Ｕと下コイル６Ｌとの上下にコイルが分離している場合には、各コイル容器５Ｕ、５Ｌが、それぞれ連結管４Ｕ、４Ｌを介してヘリウムタンク１００と連結される。
【００１４】
このため、ヘリウムの蒸発が進むと、図１０に示すように、ヘリウムタンク１００の上側部分が先にガス状となっていき、先に上側コイル６Ｕがヘリウムに満たされなくなるため、短時間でクエンチを発生することとなる。
【００１５】
これを回避するためには、ヘリウムタンクの容量を大とすることが考えられるが、上述したように、ヘリウムタンクの容量は適切なもの制限されるため、制限された容量で、クエンチまでの時間を延長する対策が求められる。
【００１６】
本発明の目的は、開放型ＭＲＩ装置において、磁石の開放感、設置性を損ねることなく、かつ、大幅なコストアップを伴うことなく、冷凍機が停止した場合のクエンチに至るまでの期間を延長することができる超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【００１８】
（１）均一磁場を発生させるための超電導コイルを有する超電導磁石において、上記超電導コイルを冷却するための冷媒を収容するための冷媒容器と、上記冷媒容器と離間し、上記冷媒を貯蔵する冷媒貯蔵容器と、上記冷媒容器と冷媒貯蔵容器とに接続され、冷媒貯蔵容器から冷媒を供給するための冷媒用連結管と、冷媒貯蔵容器に貯蔵された冷媒を冷却する冷凍機と、上記冷媒貯蔵容器内に配置され、冷媒貯蔵容器の底部との間に冷媒の連絡通路を有し、冷媒の気化によって気体状となった冷媒を、上記冷媒貯蔵容器とは独立して収容する気体貯蔵用容器とを備える。
【００１９】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記気体貯蔵用容器内部と外部とを連通するか否かを選択できる外部接続管を備える。
【００２０】
（３）また、好ましくは、上記（１）又は（２）において、上記超電導コイルは、互いに対向する上コイルと下コイルからなる一対のコイルである。
【００２１】
（４）また、好ましくは、上記（１）、（２）又は（３）において、上記超電導コイルは上記冷媒容器と接触することにより冷却される。
【００２２】
（５）また、好ましくは、上記（１）、（２）又は（３）において、上記超電導コイルは、上記冷媒容器の内部に配置され、冷媒容器に収容された冷媒により冷却される。
【００２３】
（６）均一磁場を発生させるための超電導コイルを有する超電導磁石において、上記超電導コイルを冷却するための冷媒を収容するための冷媒容器と、上部冷媒貯蔵部と、下部気体貯蔵部と、上部冷媒貯蔵部と下部気体貯蔵部とを連通する冷媒押上用連絡通路とを有し、上記冷媒容器と離間して上記冷媒を貯蔵する冷媒貯蔵容器と、上記冷媒容器と冷媒貯蔵容器とに接続され、冷媒貯蔵容器から冷媒を供給するための冷媒用連結管と、冷媒貯蔵容器に貯蔵された冷媒を冷却する冷凍機とを備え、冷媒の温度上昇によって気体状となった冷媒を、上記上部冷媒貯蔵部とは独立して、上記下部気体貯蔵部が収容する。
【００２４】
（７）好ましくは、上記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）において、上記気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部に圧力制御手段を配置し、上記気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部内の気体圧力を制御する。
【００２５】
（８）超電導磁石を有する静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送受信手段と、画像処理手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、上記（１）〜（７）の超電導磁石を備える。
【００２６】
冷凍機が停止すると、冷媒の気化によって冷媒は気体となる。気体状の冷媒は、冷媒貯蔵容器又は上部冷媒貯蔵部の内部上方部分と、気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部の内部上方部分に集積する。気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部の内部に発生される冷媒気体の量だけ、冷媒貯蔵容器又は上部冷媒貯蔵部の内部上面からの液体冷媒の低下を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
まず、図９を参照して、本発明が適用される開放型の磁気共鳴イメージング装置の概略構成について説明する。
【００２８】
図９において、１はヘリウムタンク（冷媒貯蔵容器）であり、このヘリウムタンク１に冷凍機（図示せず）が設置されている。２０は静磁場発生手段である超電導磁石であり、この超電導磁石２０は、強磁性体部材３１、３２、上下コイル容器（冷媒容器）５Ｕ、５Ｌを備えている。
【００２９】
また、４０はベッドであり、このベッド４０に被検体が寝かせられ撮影が行われる。２００は、制御装置であり、この制御装置２００は表示手段を備えている。
【００３０】
なお、図示していないが、磁気共鳴イメージング装置は、傾斜磁場発生手段、高周波発生手段、送受信用コイルを備える。
【００３１】
そして、静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波発生手段、送受信用コイル、ベッド等の動作制御、画像処理等は制御装置２００により行われる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。図１において、ヘリウムタンク１の側面上方部分は、上連結管（冷媒用連結管）４Ｕにより上コイル容器５Ｕに連結され、ヘリウムタンク１内の液体ヘリウム（冷媒）が上連結管４Ｕを介して、上コイル容器５Ｕに供給され、この上コイル容器５Ｕに配置された上コイル（超電導コイル）６Ｕが液体ヘリウムで冷却される。
【００３３】
また、ヘリウムタンク１の側面下方部分は、下連結管（冷媒用連結管）４Ｌにより下コイル容器５Ｌに連結され、ヘリウムタンク１内の液体ヘリウムが下連結管４Ｌ　を介して、下コイル容器５Ｌ　に供給され、この下コイル容器５Ｌに配置された下コイル（超電導コイル）６Ｌが液体ヘリウムで冷却される。
【００３４】
ヘリウムタンク１の内部には、ガスヘリウム貯槽（気体貯蔵用容器）２が配置されている。このガスヘリウム貯槽２は、図２に示すように、支持部材２Ｓにより、ヘリウムタンク１の底面内部に支持されている。また、ガスヘリウム貯槽２の上面は閉鎖され、下面は開放されている。
【００３５】
つまり、このガスヘリウム貯槽２は、４つの側面部と、上面部とを有し、ヘリウムタンク１の内部上面及び側面とは間隔を持って、配置され、ガスヘリウム貯槽２の下部と、ヘリウムタンク１の内部とが連通する構成となっている。
【００３６】
冷凍機が停止していない場合は、ヘリウムタンク１内は、液体ヘリウム３Ｌで満たされているが、冷凍機が停止すると、図１に示すように、ガスヘリウム３Ｇの割合が増加する。ガスヘリウム３Ｇは、ガスヘリウム貯槽２の内部上方部分と、ヘリウムタンク１の内部上方部分に発生するが、ガスヘリウム貯槽２の内部に発生する量だけ、ヘリウムタンク１の内部上面からの液体ヘリウム３Ｇの低下を防止することができる。
【００３７】
したがって、上連結管４Ｕとヘリウムタンク１との内部接続部分までがガスヘリウムとなるまでの時間は、ガスヘリウム貯槽２が配置されていない場合と比較して延長される。
【００３８】
また、ヘリウムタンク１内にガスヘリウム貯槽２を配置することは安価に実現できることである。
【００３９】
したがって、本発明の第１の実施形態によれば、開放型ＭＲＩ装置において、磁石の開放感、設置性を損ねることなく、かつ、大幅なコストアップを伴うことなく、冷凍機が停止した場合のクエンチに至るまでの期間を延長することができる超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【００４０】
図３は、本発明の第２の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図であり、図４は図３に示したヘリウムタンク１の概略内部透視図である。
【００４１】
図３及び図４において、ヘリウムタンク１は、隔壁８により、上部ヘリウムタンク（上部冷媒貯蔵部）１Ｕと下部ヘリウムタンク（下部気体貯蔵部）１Ｌとに２分割されている。そして、上部ヘリウムタンク１Ｕと下部ヘリウムタンク１Ｌとは、ヘリウム連結管（冷媒押上用連絡通路）７を介して連通されている。
【００４２】
このヘリウム連結管７は、下部ヘリウムタンク１Ｌの底面部近辺まで、延びている。
【００４３】
また、上連結管４Ｕは、上部ヘリウムタンク１Ｕと上コイル容器５Ｕとを連結し、下連結管４Ｌ　は、下部ヘリウムタンク１Ｌと下コイル容器５Ｌとを連結している。
【００４４】
冷凍機が停止していない場合は、ヘリウムタンク１内は、液体ヘリウム３Ｌで満たされているが、冷凍機が停止すると、図３に示すように、ガスヘリウム３Ｇが発生する。
【００４５】
ガスヘリウム３Ｇは、上部ヘリウムタンク１Ｕの内部上方部分と、下部ヘリウムタンク１Ｌの内部上方部分に発生するが、下部ヘリウムタンク１Ｌ（ガスヘリウム貯槽２）の内部上方部分に発生するガスの圧力により、液体ヘリウムが連結管７を介して、上部ヘリウムタンク１Ｕに押し上げられる。
【００４６】
これによって、上部ヘリウムタンク１Ｕの液面レベルの降下速度が減少され、上連連結管４Ｕと上部ヘリウムタンク１Ｕとの接続部分までが、ガスヘリウムとなるまでの時間は、従来例の場合と比較して延長することができる。
【００４７】
また、ヘリウムタンク１内に、上部ヘリウムタンク１Ｕ、下部ヘリウムタンク１Ｌ、連結管７を形成することは安価に実現できることである。
【００４８】
したがって、本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４９】
図５は、本発明の第３の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図であり、図６は図５に示した例の動作説明図である。
【００５０】
この第３の実施形態においては、上述した第２の実施形態において、隔壁８を、上連結管４Ｕが接続される面側に向かって傾斜する構成としている。これは、冷却を開始する際の、ヘリウムタンク１への液体ヘリウムの充填に際して、ガスヘリウム貯槽２内にガスが溜まらないように傾斜を設けてある。
【００５１】
さらに、ガスヘリウム貯槽２の上部に設けた外部接続管９により、ガスヘリウム貯槽２と大気とが連結されるようにする。そして、外部接続管９の中間にバルブ１０を設け、液体ヘリウムを液体ヘリウムタンク１内に移送する際には、バルブ１０を開放としておく。
【００５２】
これにより、図６に示すように、初期段階ではガスヘリウム貯槽２内にも液体ヘリウムを充填しておくことが可能となる。
【００５３】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、外部接続管９の中間にバルブ１０を設け、液体ヘリウムを液体ヘリウムタンク１内に移送する際には、バルブ１０を開放としておくことにより、ガスヘリウム貯槽２内から余分な気体を排気して液体ヘリウムを充満しておくことが可能となる。
【００５４】
したがって、冷凍機が停止した場合のクエンチに至るまでの期間を、さらに延長することができる。
【００５５】
なお、液体ヘリウム移送の際に、下部ヘリウムタンク１Ｌにはヘリウム連結管７を経由して液体ヘリウムが満たされるため、ヘリウム連結管７の上面高さを適切に設定する必要がある。
【００５６】
すなわち、高すぎると、下部ヘリウムタンク１Ｌに液体ヘリウムを溜めることが困難となり、低すぎると、冷凍機が停止した際に上部ヘリウムタンク１Ｕに溜まる液体ヘリウムが少なくなるからである。
【００５７】
図７は、本発明の第４の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。この図７の例においては、超電導コイル６Ｕ、６Ｌは、コイル容器内には配置されておらず、液体ヘリウムには浸されてはいない。超電導コイル６Ｕ、６Ｌは、液体ヘリウムが満たされたコイル冷却管１１Ｕ、１１Ｌと接触することにより、冷却されている。
その他の構成は、図１の例と図７の例とは同様となっている。
【００５８】
本発明の第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、超電導コイルを容器内に収容する必要がないので、冷却のための構造を簡素化できるという効果を得ることができる。
【００５９】
図８は、本発明の第５の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。この第５の実施形態においては、図１に示した第１の実施形態のガスヘリウム貯槽２を、ヘリウムタンク１の上連結管４Ｕが接続された面とは反対側の面側に寄せた構成、つまり、ガスヘリウム貯槽２とヘリウムタンク１との部材を共用した構成となっている。
【００６０】
また、ヘリウムタンク１とコイル容器５Ｕ、５Ｌとの連結管は上側連結管１２のみであり、下側連結管は省かれている構成となっている。上下のコイル容器５Ｕと５Ｌとは上下連結管１３で連結されている。
その他は、第１の実施形態と同様となっている。
【００６１】
この第５の実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、ガスヘリウムがガスヘリウム貯槽２に溜まることによって、液体ヘリウムタンク１内の液体ヘリウム液面が上昇し、上コイル容器５Ｕは液体ヘリウムで満たされるようになる。
【００６２】
つまり、この第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００６３】
上述した本発明の何れの実施形態においても、ガスヘリウム貯槽と液体ヘリウムタンクとのガスヘリウム圧力の差によって、ヘリウムタンクにおける液体ヘリウム液面が押し上げられるが、これらの容器に、バルブ（図示せず）を接続し、開放圧力の調整を行うことで、液体ヘリウム液面の設定が可能である。
【００６４】
また、ヘリウムタンクの下部側（ガスヘリウム貯槽）に対して上部側の液体ヘリウム量の減少が早い場合には、下部側にヒーター（図示せず）等の圧力制御手段を配置し、このヒーターを動作させることで、積極的に上部側の液体ヘリウム面を上昇させることも可能である。
【００６５】
また、上述した例は、上下に超電導コイルを配置する場合の例であるが、ヘリウムタンクに対して比較的上部側に超電導コイルを配置する場合には、一つの超電導コイルしか有さない場合の例についても同様に本発明は適用可能である。
【００６６】
また、外部接続管９及びバルブ１０は、第３の実施形態のみならず、他の実施形態についても、設置することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、開放型ＭＲＩ装置において、磁石の開放感、設置性を損ねることなく、かつ、大幅なコストアップを伴うことなく、冷凍機が停止した場合のクエンチに至るまでの期間を延長することができる超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。
【図２】図１の例におけるガスヘリウム貯槽の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。
【図４】図３の例におけるガスヘリウム貯槽の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。
【図６】図５の例の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。
【図８】本発明の第５の実施形態である超電導磁石の概略構成説明図である。
【図９】本発明が適用される開放型の磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。
【図１０】コイル容器とヘリウムタンクとを、単に別体とした場合の例の改善点を説明するための図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　ヘリウムタンク
１Ｕ　　　　　　　　上部ヘリウムタンク
１Ｌ　　　　　　　　下部ヘリウムタンク
２　　　　　　　　ガスヘリウム貯槽
２Ｓ　　　　　　　　支持部材
３Ｇ　　　　　　　　ガスヘリウム
３Ｌ　　　　　　　　液体ヘリウム
４Ｕ　　　　　　　　上連結管
４Ｌ　　　　　　　　下連結管
５Ｕ　　　　　　　　上コイル容器
５Ｌ　　　　　　　　下コイル容器
６Ｕ　　　　　　　　上コイル
６Ｌ　　　　　　　　下コイル
７　　　　　　　　ヘリウム連結管
８　　　　　　　　隔壁
９　　　　　　　　外部接続管
１０　　　　　　　バルブ
１１Ｕ　　　　　　　上コイル冷却管
１１Ｌ　　　　　　　下コイル冷却管
１２　　　　　　　上連結管
１３　　　　　　　上下連結管
３１、３２　　　　強磁性体
４０　　　　　　　ベッド
２００　　　　　　制御装置

Claims (8)

1. 均一磁場を発生させるための超電導コイルを有する超電導磁石において、
   上記超電導コイルを冷却するための冷媒を収容するための冷媒容器と、
   上記冷媒容器と離間し、上記冷媒を貯蔵する冷媒貯蔵容器と、
   上記冷媒容器と冷媒貯蔵容器とに接続され、冷媒貯蔵容器から冷媒を供給するための冷媒用連結管と、
   冷媒貯蔵容器に貯蔵された冷媒を冷却する冷凍機と、
   上記冷媒貯蔵容器内に配置され、冷媒貯蔵容器の底部との間に冷媒の連絡通路を有し、冷媒の気化によって気体状となった冷媒を、上記冷媒貯蔵容器とは独立して収容する気体貯蔵用容器と、
   を備えることを特徴とする超電導磁石。
2. 請求項１記載の超電導磁石において、上記気体貯蔵用容器内部と外部とを連通するか否かを選択できる外部接続管を備えることを特徴とする超電導磁石。
3. 請求項１又は２記載の超電導磁石において、上記超電導コイルは、互いに対向する上コイルと下コイルからなる一対のコイルであることを特徴とする超電導磁石。
4. 請求項１、２又は３のうちのいずれか一項記載の超電導磁石において、上記超電導コイルは上記冷媒容器と接触することにより冷却されることを特徴とする超電導磁石。
5. 請求項１、２又は３のうちのいずれか一項記載の超電導磁石において、上記超電導コイルは、上記冷媒容器の内部に配置され、冷媒容器に収容された冷媒により冷却されることを特徴とする超電導磁石。
6. 均一磁場を発生させるための超電導コイルを有する超電導磁石において、
   上記超電導コイルを冷却するための冷媒を収容するための冷媒容器と、
   上部冷媒貯蔵部と、下部気体貯蔵部と、上部冷媒貯蔵部と下部気体貯蔵部とを連通する冷媒押上用連絡通路とを有し、上記冷媒容器と離間して上記冷媒を貯蔵する冷媒貯蔵容器と、
   上記冷媒容器と冷媒貯蔵容器とに接続され、冷媒貯蔵容器から冷媒を供給するための冷媒用連結管と、
   冷媒貯蔵容器に貯蔵された冷媒を冷却する冷凍機と、
   を備え、冷媒の温度上昇によって気体状となった冷媒を、上記上部冷媒貯蔵部とは独立して、上記下部気体貯蔵部が収容することを特徴とする超電導磁石。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６のうちのいずれか一項記載の超電導磁石において、上記気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部に圧力制御手段を配置し、上記気体貯蔵用容器又は下部気体貯蔵部内の気体圧力を制御することを特徴とする超電導磁石。
8. 超電導磁石を有する静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送受信手段と、画像処理手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、請求項１、２、３、４、５、６又は７のうちのいずれか一項記載の超電導磁石を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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