JP2009004693A - Superconductive magnet device and magnetic resonance imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超伝導磁石装置および磁気共鳴撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a superconducting magnet device and a magnetic resonance imaging apparatus.
超伝導磁石装置を構成する超伝導コイルや永久電流スイッチは、これを冷却するための液化した冷媒、例えば、液体ヘリウム等で冷却されてコイル容器に収納され、そしてコイル容器は、断熱真空層を形成する真空容器に収納される。コイル容器と真空容器との間には熱シールドが設置されており、この熱シールドによってコイル容器は、さらに断熱保護されている。
一般に、永久電流スイッチは、磁気共鳴撮像装置に適用される超伝導磁石装置において、上下一対として設けられたコイル容器のうち、上側のコイル容器の内部に配置されるものが知れられている。また、一対のコイル容器とは別体に設けられたタンク内に配置されたものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
The superconducting coil and the permanent current switch constituting the superconducting magnet device are cooled with a liquefied refrigerant for cooling the superconducting magnet device, such as liquid helium, and stored in the coil container, and the coil container has a heat insulating vacuum layer. It is stored in a vacuum container to be formed. A heat shield is provided between the coil container and the vacuum container, and the coil container is further insulated and protected by the heat shield.
In general, in a superconducting magnet device applied to a magnetic resonance imaging apparatus, a permanent current switch is known that is disposed inside an upper coil container among a pair of upper and lower coil containers. Moreover, what is arrange | positioned in the tank provided separately from a pair of coil container is known (for example, refer
ところで、超伝導コイルが通電されて磁場を発生しているときに超伝導コイルの一部分のコイル導体が動いたり、コイル導体を被覆等している含浸材にクラックが発生したりする等の機械的擾乱が発生すると、これが熱擾乱となって、超伝導コイルの一部分が温度上昇し、常伝導に転移する。このような熱擾乱による温度上昇が、周囲の冷媒による冷却を大きく上回ると、常伝導転移が超伝導コイル全体に至る現象、いわゆるクエンチを生じる。
このようなクエンチが発生すると、超伝導コイルから多量の熱が生じる。また、これとは別に、永久電流スイッチにおいて機械的擾乱等により常伝導転移が生じた場合にも、永久電流回路は閉回路を維持することができなくなり、クエンチに至ることがある。
By the way, when the superconducting coil is energized and a magnetic field is generated, a part of the coil conductor of the superconducting coil moves, or the impregnating material covering the coil conductor cracks. When a disturbance occurs, this becomes a thermal disturbance, and a part of the superconducting coil rises in temperature and transitions to normal conduction. When the temperature rise due to such thermal disturbance greatly exceeds the cooling by the surrounding refrigerant, a phenomenon in which the normal conduction transition reaches the entire superconducting coil, so-called quenching, occurs.
When such a quench occurs, a large amount of heat is generated from the superconducting coil. In addition, even when a normal transition occurs due to mechanical disturbance or the like in the permanent current switch, the permanent current circuit cannot maintain a closed circuit and may be quenched.
このような超伝導磁石装置により構成される磁気共鳴撮像装置は、近年、高強度の磁場を有するものの開発が進められており、構成要素である永久電流スイッチにおいても、動作状態における擾乱に対して高い電磁気的な安定性が要求されている。 In recent years, a magnetic resonance imaging apparatus constituted by such a superconducting magnet apparatus has been developed with a high-intensity magnetic field, and even in a permanent current switch as a component, a disturbance in an operating state is prevented. High electromagnetic stability is required.
しかしながら、前記した特許文献1では、永久電流スイッチが上側のコイル容器の内部に配置された構成であるため、上側の超伝導コイル等による高強度の磁場の影響を受けるおそれがあり、永久電流回路の閉回路を維持することができずにクエンチに至る等、超伝導磁石装置や磁気共鳴撮像装置の信頼性が低下するおそれがあった。
また、前記した特許文献2では、永久電流スイッチが別体に設けられたタンク内に配置されているため、構造が複雑になるという問題を有していた。
However, in
Further, in
このような観点から、本発明は、構造が簡単であるとともに、超伝導コイルの永久電流を長期的に安定保持することができ、信頼性の高い超伝導磁石装置および磁気共鳴撮像装置を提供することを課題とする。 From such a point of view, the present invention provides a highly reliable superconducting magnet device and magnetic resonance imaging apparatus that have a simple structure and can stably maintain the permanent current of the superconducting coil for a long period of time. This is the issue.
前記した課題を解決するための手段として本発明は、コイル容器を収納する一対の真空容器を上下方向に相対向させた状態で連結管で支持し、各コイル容器内の超伝導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチをこの連結管に配置した構成としたので、構造が簡単になり、しかも、従来のように上側のコイル容器の内部に永久電流スイッチを配置したものよりも、高強度の磁場の影響を永久電流スイッチが受け難くなり、超伝導コイルの永久電流を長期的に安定保持することができて、信頼性が高まるようになる。 As a means for solving the above-described problems, the present invention provides a pair of vacuum containers that accommodate coil containers, which are supported by a connecting pipe in a state of facing each other in the vertical direction, and a permanent current is supplied to the superconducting coils in each coil container. Because the permanent current switch that flows the current is arranged in this connecting pipe, the structure is simplified, and the magnetic field is stronger than the conventional one in which the permanent current switch is arranged inside the upper coil container. As a result, the permanent current switch is less likely to be affected, and the permanent current of the superconducting coil can be stably maintained for a long period of time, thereby improving the reliability.
本発明によれば、構造が簡単であるとともに、超伝導コイルの永久電流を長期的に安定保持することができ、信頼性の高い超伝導磁石装置および磁気共鳴撮像装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a highly reliable superconducting magnet device and magnetic resonance imaging apparatus that have a simple structure and can stably maintain the permanent current of the superconducting coil for a long period of time.
次に、本発明の超伝導磁石装置を備えた磁気共鳴撮像装置(以下、MRI装置という)の実施形態を図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
MRI装置は、図1に示すように、超伝導磁石装置1と、被検体(不図示、以下同様)を乗せるベッドBと、このベッドBに乗せられた被検体を磁場空間において均一磁場空間となる撮像領域Fへ搬送する、図示しない駆動機構が設けられた搬送手段B1と、この搬送手段B1によって撮像領域Fに搬送された被検体からの核磁気共鳴信号を解析するコンピュータ等の機器からなる解析手段30とから構成され、ベッドBに乗せられた被検体を通して断層撮影を行うものである。
Next, an embodiment of a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter referred to as an MRI apparatus) provided with the superconducting magnet apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the MRI apparatus includes a
図2に示すように、超伝導磁石装置1は、円環状に形成された超伝導コイル2を冷媒3とともに収納するコイル容器4を備え、内部を真空に保持された一対の真空容器1A,1Bに、コイル容器4が熱シールド5を介してそれぞれ囲繞されて収納された構成となっている。そして、一対の真空容器1A,1B間を磁場空間として、各真空容器1A,1Bは、上下方向に相対向させた状態で互いに連結する一対の連結管1C,1C(図2では一方のみ図示)で支持されている。
As shown in FIG. 2, the
超伝導コイル2は、コイル線材として、例えば、NbTi線材が用いられ、図示しない支持体によってコイル容器4の内部に支持されている。また、冷媒3としては、例えば、液体ヘリウムが用いられている。
The
コイル容器4は、密閉可能な容器で形成されており、冷媒3を蓄えておくタンクの役割を果たす。このようなコイル容器4には、このコイル容器4の内部に冷媒3を注入するための図示しない注入管路やコイル容器4の内部の気相状態の冷媒ガス(ヘリウムガス)を排出するため図示しない排気管路が連結されている。なお、コイル容器4の内部の圧力を検出するための図示しない管路等、幾つかの図示しない管路が真空容器1Aを貫通してコイル容器4に連結されている。
The
連結管1C,1Cは、超伝導磁石装置1の図示しない中心軸を挟んで超伝導磁石装置1の径方向両側に配置されている。そして、上側の真空容器1Aと下側の真空容器1Bとは、これらの連結管1C,1Cの内部において連結されており、各真空容器1A,1B内に収納されるコイル容器4、熱シールド5も、連結管1C,1Cの内部でそれぞれ連結されている。これによって、真空容器1A,1B間で冷媒3が通流可能に構成されている。なお、上側の真空容器1Aおよび下側の真空容器1Bには、撮像領域Fに面するように凹部が形成されており、この凹部に図示しない傾斜磁場コイル等が設けられている。
The connecting
本実施形態では、一方の連結管1Cの内部に、超伝導コイル2,2に連結された超伝導線2A(渡り線、一部省略して図示)と、この超伝導線2Aに接続された永久電流スイッチ7が配置されている。つまり、超伝導線2Aおよび永久電流スイッチ7は、連結管1Cの内部を通流可能な冷媒3に浸漬されている。
永久電流スイッチ7は、超伝導コイル2,2に永久電流を流すものであり、後記する永久電流スイッチヒータ7Bの通電・非通電によって常伝導状態または超伝導状態にされ、これによって超伝導コイル2,2の励磁・消磁を行うものである。
In the present embodiment, a
The permanent
具体的に、超伝導磁石装置1は、図3に示すように、超伝導コイル2、永久電流スイッチ7、省略可能な保護抵抗8が並列接続された回路に励磁電源E1、ヒータ電源E2が接続されてなる励磁回路を有している。永久電流スイッチ7は、超伝導体7Aとこれを加熱する永久電流スイッチヒータ7Bを備えており、ヒータ電源E2によって永久電流スイッチヒータ7BをON・OFFすることによって、超伝導体7Aの常伝導状態または超伝導状態を制御するものである。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
このような励磁回路を永久電流運転にする手順は次の通りである。
初めに、ヒータ電源E2により永久電流スイッチヒータ7Bに通電し、永久電流スイッチヒータ7Bの加熱によって超伝導体7Aを常伝導転移させ、永久電流スイッチ7をOFFにする。
その後、励磁電源E1により超伝導コイル2,2に通電し、定格電流まで超伝導コイル2,2を励磁する。そして、定格電流まで超伝導コイル2,2を励磁したら、永久電流スイッチヒータ7Bを非通電にして、永久電流スイッチ7をONにする。この操作で、超伝導コイル2,2と永久電流スイッチ7とからなる永久電流回路(閉回路)に電流が流れる。
その後、励磁電源E1の電流をゼロまで下げる。
以上のような手順によって励磁回路を永久電流運転に移行することができる。
The procedure for setting such an excitation circuit to permanent current operation is as follows.
First, the permanent
Thereafter, the
Thereafter, the current of the excitation power source E1 is lowered to zero.
The excitation circuit can be shifted to the permanent current operation by the procedure as described above.
なお、永久電流スイッチ7に使用する超伝導体7Aは、裸線やキュプロニッケル等により複合化されたものが用いられる。
The
図4は永久電流スイッチ7の周りにおける磁場状態を示したものであり、この実施形態では上下の超伝導コイル2,2の間に存在する磁場強度のうち、他よりも低強度となる領域、つまり、超伝導コイル2,2の作り出す磁場が互いに打ち消し合うことにより周囲よりも低強度となる磁場が生成される低強度領域R1に、永久電流スイッチ7が配置されている。これにより、永久電流スイッチ7は、連結管1Cの上下方向において略中央となる位置に配置されるようになっている。
FIG. 4 shows a magnetic field state around the permanent
なお、超伝導線2Aは、連結管1Cから超伝導コイル2,2の周方向へ引き回されて超伝導コイル2,2に設けられた図示しない接続口を介して接続されている。
また、超伝導磁石装置1の組立は、例えば、真空容器1A,1Bを先に組み立てておいてから、これらの真空容器1A,1Bを連結管1C,1Cでそれぞれ連結することにより行うことができる。つまり、連結工程による連結管1Cの連結が組立工程の最終段階に近いところで行う組立が行われて、超伝導磁石装置1が組み立てられる。
The
The
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
(1)本実施形態によれば、永久電流スイッチ7が連結管1Cの内部に配置されているので、超伝導コイル2,2に接続される超伝導線2Aの引き回しが短くて済み、超伝導線2Aの配索全長を短くすることができる。また、超伝導コイル2,2の周方向に対する超伝導線2Aの引き回し距離を短くすることが可能となり、その分、超伝導線2Aの引き回しによって生じる不整磁場の発生を好適に抑制することができる。したがって、超伝導磁石装置1により作り出される均一磁場への影響が最小限となるようにすることができ、信頼性の高い超伝導磁石装置1およびMRI装置が得られる。
(2)連結管1Cに永久電流スイッチ7が配置される構造であるので、組立時の最終段階となる真空容器1A,1Bを連結管1C,1Cでそれぞれ連結する工程時に、回路全体の健全性確認のために実施する電気試験、例えば、耐電圧試験や絶縁抵抗試験等を行うことができる。したがって、永久電流スイッチ7を含んだ励磁回路における電気試験の回数を少なくすることができる。これにより、コストを低減することができる。
また、電気試験の回数を少なくすることができるので、試験において永久電流スイッチ7に高電圧の印加される回数が自ずと少なくなる。これにより、絶縁劣化等による永久電流スイッチ7の故障を好適に防止することができる。
(3)連結管1Cの内部に永久電流スイッチ7が配置されるので、連結管1Cを通流可能な冷媒3に永久電流スイッチ7を常に浸漬することが可能であり、永久電流運転中に生じる熱擾乱、例えば、冷媒3の補給時に生じる蒸発ガスに永久電流スイッチ7が晒されることによる熱擾乱を防止することができる。これにより、永久電流スイッチ7が好適に冷却されて保護され、超伝導コイル2,2の永久電流が長期的に安定保持されたものとなる。したがって、超伝導磁石装置1およびMRI装置の信頼性の向上を図ることができる。
(4)永久電流スイッチ7は、連結管1Cの内部において、周囲よりも低強度となる磁場が生成される領域R1に配置されているので、永久電流運転中の不安定性を低減することができ、超伝導コイル2,2の永久電流を長期的に安定保持することができるようになる。これにより、信頼性の高い超伝導磁石装置1およびMRI装置を得ることができる。
また、高強度の磁場を形成する超伝導磁石装置1に対しても好適に適用することができるので、永久電流運転中の不安定性が低減されることと相俟って、診断精度の向上および診断時間の短縮化を図ることができるMRI装置が得られる。
(5)連結管1Cの内部に永久電流スイッチ7が配置されているので、従来のような別体のタンクを設置する必要がなく、別体のタンクを設けたときのように構造が複雑になることがない。したがって、構造が簡単であり、組み付けも行い易い。
(6)連結管1Cの内部に永久電流スイッチ7が配置されるので、永久電流スイッチ7を設けるための別途、特別なスペースを超伝導磁石装置1に設ける必要がなく、超伝導磁石装置1の小型化にも寄与する。
Below, the effect acquired in this embodiment is demonstrated.
(1) According to the present embodiment, since the permanent
(2) Since the permanent
In addition, since the number of electrical tests can be reduced, the number of times a high voltage is applied to the permanent
(3) Since the permanent
(4) Since the permanent
In addition, since it can be suitably applied to the
(5) Since the permanent
(6) Since the permanent
(第2実施形態)
図5に第2実施形態の超伝導磁石装置1’を示す。本実施形態が前記第1実施形態と異なるところは、前記した超伝導コイル2,2(超伝導主コイル)とは逆向きの磁場を発生する超伝導シールドコイル10,10を設けた点にあり、その他の点に変わりはない。
つまり、超伝導シールドコイル10,10には、超伝導コイル2,2に流れる第1の方向の電流とは逆方向となる第2の方向の電流が流れるように構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a
That is, the superconducting shield coils 10 and 10 are configured such that a current in the second direction that is opposite to the current in the first direction flowing through the
超伝導シールドコイル10,10は、真空容器1Aにおいて、外周部近傍の上端部側に配置されており、また、真空容器1Bにおいて、外周部近傍の下端部側に配置されている。つまり、超伝導シールドコイル10,10は、超伝導磁石装置1の撮像領域Fから遠い部位に位置しており、これによって、超伝導磁石装置1の側方へ漏れる漏洩磁場を抑制するように作用する。
Superconducting shield coils 10 and 10 are arranged on the upper end side in the vicinity of the outer peripheral portion in
このような超伝導シールドコイル10,10を備えた超伝導磁石装置1’において、連結管1Cに配置される永久電流スイッチ7は、超伝導コイル2,2、超伝導シールドコイル10,10の軸線方向(中心軸Oの軸線の延長方向)から見たときに、これらの超伝導コイル2,2、超伝導シールドコイル10,10の径方向において、前記超伝導コイル2,2と超伝導シールドコイル10,10との間に配置されるようになっている。
In the
図6はこのような超伝導シールドコイル10,10を備えた超伝導磁石装置1’における永久電流スイッチ7の周りにおける磁場状態を示したものである。この実施形態においても、上下の超伝導コイル2,2、超伝導シールドコイル10,10の間に存在する磁場強度のうち、他よりも低強度となる領域、つまり、超伝導コイル2,2、超伝導シールドコイル10,10の作り出す磁場が互いに打ち消し合うことにより周囲よりも低強度となる磁場が生成される低磁場領域R2に、永久電流スイッチ7が配置されている。この場合においても前記第1実施形態と同様に、永久電流スイッチ7は、連結管1Cの上下方向において略中央となる位置に配置されるようになっている。
FIG. 6 shows a magnetic field state around the permanent
以上のような超伝導磁石装置1’においても、前記第1実施例で説明した効果(1)〜(6)と同様の効果が得られるとともに、超伝導シールドコイル10,10の存在によって、永久電流スイッチ7が経験する経験磁場がより低減されるようになり、永久電流運転中の不安定性を低減し、信頼性の高いアクティブシールド型の超伝導磁石装置1’およびMRI装置が得られる。
Also in the
なお、前記第1,第2実施形態では、永久電流スイッチ7が、連結管1Cの内部において他よりも磁場強度が低強度となる低強度領域R1,R2に配置される構成としたが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、連結管1Cの外部の側方において、磁場強度が低強度となる低強度領域R3(図6参照)に配置されるように構成してもよい。この場合には、連結管1Cの内部等から図示しない配管を連結管1Cの側方へ延設して、永久電流スイッチ7を冷却するように構成することができる。つまり、連結管1Cの内部を通流可能に設けられた冷媒3を用いて、連結管1Cの側方に配置された永久電流スイッチ7を好適に冷却することができる。したがって、別途冷却用の装置等を設ける必要もなく経済性に優れる。また、永久電流スイッチ7が連結管1Cの側方に配置されているので、前記した電気試験がより行い易くなる。
また、このような構成においても永久電流スイッチ7は、他よりも磁場強度が低強度となる低強度領域R3に配置されるので、超伝導コイル2,2(超伝導シールドコイル10,10)の永久電流が長期的に安定保持されたものとなる。したがって、超伝導磁石装置1(1’)およびMRI装置の信頼性の向上を図ることができる。
In the first and second embodiments, the permanent
Even in such a configuration, the permanent
1,1’ 超伝導磁石装置
1A,1B 真空容器
1C 連結管
2 超伝導コイル
3 冷媒
4 コイル容器
5 熱シールド
7 永久電流スイッチ
7A 超伝導体
7B 永久電流スイッチヒータ
8 保護抵抗
10 超伝導シールドコイル
30 解析手段
B ベッド
B1 搬送手段
E1 励磁電源
E2 ヒータ電源
F 撮像領域
R1〜R3 低強度領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記各コイル容器をそれぞれ収納する一対の真空容器と、
前記真空容器間を磁場空間として、各真空容器を上下方向に相対向させた状態で支持する連結管と、
前記連結管を介して一対の前記コイル容器の前記超伝導コイル間に接続された超伝導線と、
前記超伝導線に接続され、前記超伝導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチと、
を備えた超伝導磁石装置であって、
前記連結管に前記永久電流スイッチが配置されていることを特徴とする超伝導磁石装置。 A pair of coil containers for storing a superconducting coil formed in an annular shape together with a refrigerant;
A pair of vacuum containers for respectively accommodating the coil containers;
A connecting pipe that supports each vacuum container in a state of facing each other in the vertical direction, with the space between the vacuum containers as a magnetic field space,
A superconducting wire connected between the superconducting coils of the pair of coil containers via the connecting pipe;
A permanent current switch connected to the superconducting wire and for passing a permanent current through the superconducting coil;
A superconducting magnet device comprising:
A superconducting magnet device, wherein the permanent current switch is disposed in the connecting pipe.
前記永久電流スイッチは、前記超伝導コイルの軸線方向から見たときに、当該超伝導コイルの径方向において、前記超伝導主コイルと前記超伝導シールドコイルとの間に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超伝導磁石装置。 The superconducting coil includes a superconducting main coil through which a current in a first direction flows, and a superconducting shield coil through which a current in a second direction opposite to the first direction flows.
The permanent current switch is disposed between the superconducting main coil and the superconducting shield coil in the radial direction of the superconducting coil when viewed from the axial direction of the superconducting coil. The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 3.
被検体を乗せるベッドと、このベッドに乗せられた前記被検体を一対の前記真空容器間の撮像領域へ搬送する搬送手段と、この搬送手段によって前記撮像領域に搬送された前記被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 A magnetic resonance imaging apparatus comprising the superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 5,
A bed on which the subject is placed, transport means for transporting the subject placed on the bed to the imaging region between the pair of vacuum containers, and a nucleus from the subject transported to the imaging region by the transport means A magnetic resonance imaging apparatus comprising: an analysis unit that analyzes a magnetic resonance signal.
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