JP2005144132A - Superconductive magnet device and magnetic resonance imaging device using the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a superconducting magnet apparatus and a magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as MRI) apparatus using the same, and more particularly to a superconducting magnet apparatus suitable for open-type MRI analysis that does not give a sense of blockage to a subject. It relates to the used MRI apparatus.
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。 In the conventional MRI apparatus, the magnetic material is generally disposed in the room temperature portion of the superconducting magnet apparatus of the MRI apparatus as a place where the magnetic material is disposed.
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。 In addition, as an example of another conventional superconducting magnet device of an MRI apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-224571 (hereinafter referred to as Reference 1) discloses a ferromagnetic material in a coil container filled with cryogenic helium. An MRI apparatus in which is installed is disclosed.
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。
However, when a magnetic material is disposed in the room temperature portion shown in the conventional example, the following problems occur.
(1) The magnetic material disposed in the normal temperature part is subjected to a change in room temperature, and the dimension is displaced, and the magnetic field uniformity is changed.
(2) Relative displacement between the low temperature part of the superconducting magnet device and the vacuum vessel is inevitable with respect to vibrations when GC is applied and external vibrations. In this case, if the magnetic material for magnetic field correction is in the normal temperature system, a relative displacement occurs between the magnetomotive force position in the low temperature part and the magnetic material for magnetic field correction in the normal temperature part, and the magnetic field uniformity changes.
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。
The above problem may be solved by arranging a magnetic material in a container filled with a cryogenic helium liquid. In this case, the following problem occurs.
(1) Since the container filled with helium liquid is installed in the heat shield plate in the cryostat, the gap between the heat shield plate and the container filled with helium liquid, and the thickness of the container plate filled with helium liquid are Inevitably, it will move away from the magnet center. Therefore, the sensitivity of the influence of the magnetic field on the center of the magnet is reduced accordingly, and the volume of the magnetic material for magnetic field correction is increased, increasing the magnet weight and making correction difficult in some cases.
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。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the change in the generated magnetic field against changes in room temperature and vibration, and to suppress an increase in weight even when a magnetic material for magnetic field correction is used. It is an object of the present invention to provide a superconducting electromagnet apparatus and an MRI apparatus.
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。 In order to achieve the above object, the superconducting electromagnet device of the present invention is characterized in that a magnetic material for magnetic field correction is installed on a heat shield plate.
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。 In order to achieve the above object, the superconducting electromagnet apparatus of the present invention is characterized in that a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the coil container and inside the vacuum container.
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。 Furthermore, in order to achieve the above object, in the superconducting electromagnet apparatus of the present invention, a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the coil container and in a vacuum container where a change in room temperature is not transmitted. It is a feature.
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。 According to the superconducting magnet device of the present invention described above, even if a magnetic material for magnetic field correction is used, the magnetic field change can be reduced with respect to room temperature change and vibration. It is possible to provide a high-performance MRI apparatus using this.
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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。
An outline of an embodiment of the MRI apparatus of the present invention will be described. As shown in FIG. 6, the MRI apparatus includes a superconducting coil (not shown), a coil container (not shown) that houses the superconducting coil together with a helium liquid refrigerant, surrounds the coil container, and the inside is a vacuum. A
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。 Next, an embodiment of the present invention employed in the MRI apparatus will be described below.
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。 FIG. 1 shows the configuration of the superconducting magnet device according to the first embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 6, the central axis Z passing through the center of the superconducting magnet device intersects with the central axis Z. The structure seen from the cross section which passes along the axis | shaft R is shown.
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。
In the superconducting magnet apparatus of FIG. 1,
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。
In the configuration of this apparatus, a columnar or cylindrical
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。
In the conventional superconducting magnet device, since the magnetic material is arranged in the vacuum vessel, when the room temperature changes, the vacuum vessel is thermally contracted or expanded, and the position of the magnetic material is changed according to the displacement of the vacuum vessel. However, since it has been difficult to ensure the stability of the central magnetic field, the superconducting magnet device according to the present invention uses
図2に本発明の第2の実施例を示す。 FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
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。 This embodiment shows a region sandwiched between the central axis Z and the axis R in the cross section passing through the central axis Z of the superconducting magnet device and the axis R intersecting the central axis Z. Unless otherwise indicated, the same reference numerals in the embodiment of FIG. 2 as those in the embodiment of FIG. 1 have the same configuration and effects.
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。
In this embodiment, unlike the previous embodiment, the
Instead of 64, a member made of a different material can be used.
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。
According to the present embodiment, the arrangement positions of the
図3に本発明の第3の実施例を示す。 FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
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。 This embodiment shows a cross section passing through the central axis Z of the superconducting magnet device and the axis R intersecting with the central axis Z as in the embodiment of FIG. 2, and in this embodiment, particular mention is made. Unless otherwise indicated, the same reference numerals as those in the above-described embodiments have the same configuration and effect.
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。
In this embodiment, the
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。
According to the present embodiment, since the
図4に本発明の第4の実施例を示す。 FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
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。
This drawing shows the superconducting magnet device as seen in a cross section passing through the central axis Z and the central part of the
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。
In this embodiment, the
The
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。 In a structure in which a magnetic material is installed on a heat shield plate as in the device of the present invention, when the heat shield plate and the magnetic material are cooled by conduction cooling from a refrigerator as in the conventional device, the initial heat capacity of the magnetic material is increased. It takes time to cool down. Thus, by adopting a structure in which the evaporative gas generated when the refrigerant is injected into the coil container cools the heat shield in the vicinity of the magnetic material, it is possible to realize mainly shortening the initial precooling time.
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。
Also, the cooling pipe can be divided into upper and lower vacuum vessels as in the embodiment of FIG. In this embodiment, heat
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。 When the volume of the magnetic material is large, there is a temperature difference between the heat shield plate that cools first when it is cooled by one cooling pipe, for example, the lower heat shield in the embodiment of FIG. 5 and the upper heat shield that is cooled later. However, according to this embodiment, since the heat shield supporting the magnetic material in the upper and lower vacuum vessels is separately cooled, the target steady temperature distribution is reached. Time can be shortened.
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。
These cooling pipe configurations can also be applied to the apparatus configurations shown in FIGS. In the apparatus of FIG. 2, the magnetic material is cooled by being disposed along the
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。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
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。 An annular superconducting coil;
A coil container that houses the annular superconducting coil together with a refrigerant;
A heat shield provided to surround the coil container;
A vacuum vessel that surrounds the coil vessel and the heat shield and that is held in a vacuum inside;
In the superconducting magnet which arranges the coil containers so as to face each other and forms a magnetic field space between the two coil containers,
A superconducting magnet device, wherein a magnetic material for magnetic field correction is installed on the heat shield.
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。 The superconducting magnet device according to claim 1,
A superconducting magnet device, wherein the magnetic material for magnetic field correction is supported by a support member from the heat shield.
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。 The superconducting magnet device according to claim 1,
A superconducting magnet apparatus comprising a cooling pipe for the heat shield.
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。 The superconducting magnet device according to claim 1,
The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the magnetic material is disposed at an axially symmetrical position with respect to a central axis of a magnetic field space formed between the two coil containers.
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。 The superconducting magnet device according to claim 4, wherein
The superconducting magnet device, wherein the magnetic material is disposed on a central axis of the magnetic field space.
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。 An annular superconducting coil;
A coil container that houses the annular superconducting coil together with a refrigerant;
A heat shield provided to surround the coil container;
A vacuum vessel that surrounds the coil vessel and the heat shield and that is held in a vacuum inside;
In the superconducting magnet which arranges the coil containers so as to face each other and forms a magnetic field space between the two coil containers,
A superconducting magnet device, wherein a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the coil container and inside the vacuum container.
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。 The superconducting magnet according to claim 6,
A superconducting magnet device, wherein a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the coil container and inside the heat shield.
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。 The superconducting magnet according to claim 6,
A superconducting magnet device, wherein a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the heat shield and inside the vacuum vessel.
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。 The superconducting magnet according to claim 8,
A superconducting magnet device, wherein the magnetic material for magnetic field correction is supported by a support member from the heat shield.
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。 The superconducting magnet device according to claim 6, wherein
A superconducting magnet device, wherein a cooling pipe is installed on the magnetic material.
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。 The superconducting magnet device according to claim 6, wherein
The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the magnetic material is disposed at an axially symmetrical position with respect to a central axis of a magnetic field space formed between the two coil containers.
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。 The superconducting magnet device according to claim 6, wherein
The superconducting magnet device, wherein the magnetic material is disposed on a central axis of the magnetic field space.
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。 In claim 1 or claim 6,
A magnetic resonance imaging apparatus using the superconducting magnet apparatus.
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。 An annular superconducting coil;
A coil container that houses the annular superconducting coil together with a refrigerant;
A heat shield provided to surround the coil container;
A vacuum vessel that surrounds the coil vessel and the heat shield and that is held in a vacuum inside;
In the superconducting magnet which arranges the coil containers so as to face each other and forms a magnetic field space between the two coil containers,
A superconducting magnet device, wherein a magnetic material for magnetic field correction is installed outside the coil container and in a place where a change in room temperature is not transmitted in the vacuum container.
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。
The superconducting magnet device according to claim 14,
A superconducting magnet device, wherein a cooling pipe is installed in a place where a change in room temperature is not transmitted in the vacuum vessel.
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