JP2010005198A - ポンプシステムおよび磁気共鳴診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置のために必要なスペースを小さくする。
【解決手段】真空ポンプ２４は、気体を吸引する。通気ダクト２１は、通気ダクト２３を介して真空ポンプ２４と密閉空間１８とをつなぐ。通気ダクト２２は、寝台内ダクトおよび通気ダクト２３を介して真空ポンプ２４と吸熱ダクト１７とをつなぐ。バルブ２５は、通気ダクト２１における通気率を変化させる。制御回路２７は、密閉空間１８における真空度を閾値以上に保つように予め定められた条件に従ってバルブ２５を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、傾斜磁場コイルの周囲に密閉空間と、発熱部品の発熱を吸収するための気流を生じさせる吸熱通路とを有した磁気共鳴診断装置と、このような磁気共鳴診断装置に適応するポンプシステムに関する。

傾斜磁場コイルの振動に起因する騒音を低減して静音化を図るために、傾斜磁場コイルの周囲を真空とする磁気共鳴イメージング装置が特許文献１により知られている。

特許文献１に記載された磁気共鳴イメージング装置は、それぞれ円筒状のボアチューブと静磁場磁石との間に生じる空間を、ボアチューブの側端および静磁場磁石の側端にそれぞれ固定された真空容器により密閉することによって、傾斜磁場コイルの周辺に密閉空間を形成している。そしてこの密閉空間の空気を真空ポンプによって吸い出すことによって、傾斜磁場コイルの周囲を真空としている。

一方、本出願人は、高周波コイルを空冷する冷却機構を備えた磁気共鳴装置を特許文献２として出願している。

特許文献２に記載された磁気共鳴イメージング装置は、高周波コイルに面する空間（吸熱通路）を形成して、この空間にファンによって気流を生じさせることによって、この気流により高周波コイルを空冷している。
特開平１０−１１８０４３号公報 特願２００７−３０３２４６

ところで、傾斜磁場コイルや高周波コイルは、その内部に被検体を置くことが可能な空間を確保しなければならないために大型であり、傾斜磁場コイルの周囲の密閉空間や、高周波コイルに面した吸熱通路の容積も大きい。このため、真空ポンプやファンは大型のものが必要になる。特許文献１の技術と特許文献２の技術との双方を備えた装置の場合、このような大型の真空ポンプおよびファンをそれぞれ設置しなければならず、そのために大きな設置スペースが必要になる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、設置のために必要なスペースを小さくすることにある。

本発明の第１の態様によるポンプシステムは、傾斜磁場コイルの周囲に密閉空間と、発熱部品の発熱を吸収するための気流を生じさせる吸熱通路とを有した磁気共鳴診断装置に適応するポンプシステムであって、吸引ポンプと、前記吸引ポンプと前記密閉空間とをつなぐ第１の通気ダクトと、前記吸引ポンプと前記吸熱ダクトとをつなぐ第２の通気ダクトと、前記第１の通気ダクトにおける通気率を変化させる第１のバルブと、前記密閉空間における真空度を閾値以上に保つように予め定められた条件に従って前記第１のバルブを制御する第１の制御手段とを備える。

本発明の第２の態様による磁気共鳴診断装置は、傾斜磁場コイルの周囲に密閉空間と、発熱部品の発熱を吸収するための気流を生じさせる吸熱通路とを有した磁気共鳴診断装置であって、吸引ポンプと、前記吸引ポンプと前記密閉空間とをつなぐ第１の通気ダクトと、前記吸引ポンプと前記吸熱ダクトとをつなぐ第２の通気ダクトと、前記第１の通気ダクトにおける通気率を変化させる第１のバルブと、前記密閉空間における真空度を閾値以上に保つように予め定められた条件に従って前記第１のバルブを制御する第１の制御手段とを備える。

本発明によれば、設置のために必要なスペースを小さくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係る磁気共鳴診断装置の一部の構造を一部破断して示す図である。

この磁気共鳴診断装置は、図示しない本体、ガントリ１００およびポンプシステム２００を含む。

本体は、ガントリ１００において被検体から収集される磁気共鳴信号に基づいて被検体に関する医用画像やＭＲスペクトルなどの医用診断情報を得る。この本体の具体的な構造は、周知の磁気共鳴診断装置に準ずるものであって良い。

ガントリ１００には、静磁場磁石１、傾斜磁場コイルユニット２、ボアチューブ３、ボディコイルユニット４、カバー５、寝台レール６、真空容器７、固定具８，９、Ｏリング１０、Ｏリング押さえ１１、防振材１２、支持部材１３、防振材１４、支持部材１５および温度センサ１６が設けられている。

なお図１において、静磁場磁石１、傾斜磁場コイルユニット２、ボアチューブ３、ボディコイルユニット４およびカバー５は、静磁場磁石の軸心を通る鉛直面での断面を示している。また図１においては、静磁場磁石１、傾斜磁場コイルユニット２、ボアチューブ３、ボディコイルユニット４およびカバー５の一端側の図示を省略している。この図示を省略している部分の構造は、例えば図１に示される他端側の構造と対称の構造で良い。さらに静磁場磁石１および傾斜磁場コイルユニット２は、外側の枠体のみを示し、内部の具体的な構造の図示は省略している。

静磁場磁石１は、中空の円筒形をなし、内部の空間に一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１としては、例えば永久磁石または超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイルユニット２は、中空の円筒形をなす。傾斜磁場コイルユニット２は、その軸心を静磁場磁石１の軸心とほぼ一致させる状態で静磁場磁石１の内側に配置される。傾斜磁場コイルユニット２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３種類のコイルが組み合わされている。傾斜磁場コイルユニット２は、上記の３種類のコイルが傾斜磁場電源から個別に電流供給を受けて、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って傾斜する傾斜磁場を発生する。なお、Ｚ軸方向は、例えば静磁場方向と同方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇeおよびリードアウト用傾斜磁場Ｇrにそれぞれ対応される。スライス選択用傾斜磁場Ｇsは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相をエンコードするために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇrは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数をエンコードするために利用される。傾斜磁場コイルユニット２としては、いわゆるアクティブシールド型傾斜磁場コイル（actively shielded gradient coil：ＡＳＧＣ）が使用可能である。

ボアチューブ３は、中空の円筒形をなす。ボアチューブは、その軸心を傾斜磁場コイルユニットの軸心とほぼ一致させる状態で傾斜磁場コイルユニット２の内側に配置される。ボアチューブ３は、その内部に被検体を載置して撮影を行うための撮影空間を形成する。

ボディコイルユニット４は、中空の円筒形をなすとともに、両端に外側に張り出したフランジを有するベース部４１および仕切り材４２，４３を含む。ベース部４１は、ボアチューブ３の内側に配置され、フランジの先端がボアチューブ３の内側の表面に取り付けられる。そしてベース部４１の外側の表面に、ホールボディ（ＷＢ）コイルが実装されている。ＷＢコイルは、例えばバードケージコイルである。かくして、ベース部４１とボアチューブ３との間には、円形の帯状をなす空間が形成されている。そしてＷＢコイルは、この空間の内部に配置されている。なお、図１においてはＷＢコイルの図示は省略している。仕切り材４２，４３は、例えばウレタンフォームなどを用いてなり、ほぼリング状をなす。仕切り材４２，４３は、その内径がベース部４１の外径にほぼ等しく、かつ幅がベース部４１のフランジの張り出し量とほぼ等しい。そして仕切り材４２，４３は、ベース部４１の外側に配置されている。かくして仕切り材４２，４３は、ベース部４１とボアチューブ３との間の空間を３つの空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃに仕切っている。ただし、仕切り材４２，４３には、外側の一箇所に切欠を形成してあり、空間４４ａと空間４４ｂとの間および空間４４ｂと空間４４ｃとの間をそれぞれ連通させる開口４２ａ，４３ａを形成している。なお、空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃおよび開口４２ａ，４３ａには後述するように空気が流されるのであり、空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃおよび開口４２ａ，４３ａはダクトとして機能する。そこで以降においては、空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃおよび開口４２ａ，４３ａにより形成されたダクトを吸熱ダクト１７と称する。

カバー５は、撮影空間に載置された被検体がボディコイルユニット４に触れることがないように、ボディコイルユニット４をカバーする。

寝台レール６は、ボディコイルユニット４の内側を貫通する状態で配置される。寝台レール６は、図１の右方より送り込まれる図示しない天板を図１の左右方向に案内する。寝台レール６の内部には、複数のダクト（以下、寝台内ダクトと称する）が形成されている。これらの寝台内ダクトは、空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃのいずれかに連通される。また寝台ダクトの１つには、ポンプシステム２００が接続される。

真空容器７は、中央に円形の穴が開いた円盤状をなす。中央の穴の径は、ボアチューブ３の外径よりも若干大きくなっており、この穴にボアチューブ３が通されている。真空容器７は、その外周側の辺縁近傍において、静磁場磁石１に設けられた固定軸１ａに固定具８，９によって固定される。また真空容器７には円弧状の凸部７ａが形成されている。凸部７ａは、静磁場磁石１に当接される。

真空容器７の上記の穴に面した辺縁には外側に向かって広がるテーパ７ｂが円周状に形成されている。このテーパ７ｂとボアチューブ３の外側面との間には、Ｏリング１０が配置される。Ｏリング１０は、Ｏリング押さえ１１によってテーパ７ｂおよびボアチューブ３とに当接した状態に押さえられる。また真空容器７とボアチューブ３の外側面との間隙には、ボアチューブ３の上側の一部に防振材１２が配置される。

ボアチューブ３は、下方に取り付けられた支持部材１３が真空容器７に設けられた凸部７ｃに防振材１４を介して当接することにより支持される。

傾斜磁場コイルユニット２は、その側端に取り付けられた支持部材１５を介して静磁場磁石１に設けられた固定軸１ａに固定される。凸部７ａは、固定軸１ａと干渉しないように形成されている。

かくして以上のような構造により、傾斜磁場コイルユニット２の周囲には、静磁場磁石１、ボアチューブ３、真空容器７およびＯリング１０により密閉された空間（以下、密閉空間と称する）１８が形成される。この密閉空間１８には、ポンプシステム２００が接続される。

温度センサ１６は、ボディコイルユニット４に取り付けられており、その温度を検出する。温度センサ１６による検出温度は、ポンプシステム２００に入力される。

ポンプシステム２００は、通気ダクト２１，２２，２３、真空ポンプ２４、バルブ２５，２６および制御回路２７を含む。

通気ダクト２１は、一端が密閉空間１８に連通され、他端が通気ダクト２３に接続されている。通気ダクト２２は、一端が寝台内ダクトの１つに連通され、他端が通気ダクト２３に接続されている。通気ダクト２３は、一端が通気ダクト２１，２２に共通に連通され、他端が真空ポンプ２４に接続されている。

真空ポンプ２４は、通気ダクト２３から吸気する。

バルブ２５は、通気ダクト２１の途中に取り付けられており、通気ダクト２１における通気率を変化させる。バルブ２６は、通気ダクト２２の途中に取り付けられており、通気ダクト２２における通気率を変化させる。

制御回路２７は、真空ポンプ２４およびバルブ２５，２６を後述するように制御する。

なお、通気ダクト２１，２２、バルブ２５，２６および制御回路２７は、ガントリ１００が設置される部屋（ここでは撮影室とする）に配置される。これに対して真空ポンプ２４は、撮影室とは別の部屋（ここでは機械室とする）に設置される。通気ダクト２１，２２と通気ダクト２３との接続部は、撮影室内に位置する。通気ダクト２３は、撮影室から機械室に渡って配設される。なお制御回路２７は、機械室か、あるいは撮影室および機械室とは異なる部屋に設置されても良い。

次に以上のように構成された磁気共鳴診断装置の動作について説明する。

バルブ２５を開いた状態で真空ポンプ２４を動作させることにより、密閉空間１８から空気を排出して、密閉空間１８を真空にできる。このように密閉空間１８を真空とすることによって、傾斜磁場コイルユニット２で発生した騒音が周囲に伝達されるのを防止することができ、静音化を測ることができる。

一方、バルブ２５を開いた状態で真空ポンプ２４を動作させることにより、複数の寝台内ダクトのうちの通気ダクト２２が接続されたのとは異なるものへと吸入された空気が、ボディコイルユニット４の下方より空間４４ａおよび空間４４ｃに流れ込み、空間４４ａおよび空間４４ｃを通ってボディコイルユニット４の上方に至る。さらに空気は、開口４２ａ，４３ａを通って空間４４ｂへと流れ込み、空間４４ｂを通ってボディコイルユニット４の下方に至る。この後、空気はボディコイルユニット４から通気ダクト２２が連通された寝台内ダクトへと流れ出し、当該寝台内ダクトと通気ダクト２２，２３を通って真空ポンプ２４に吸引される。

このようにして、吸熱ダクト１７を通って空気が流れる。このとき、吸熱ダクト１７を流れる空気は、ボディコイルユニット４を空冷する。

以上のように本実施形態によれば、密閉空間１８からの空気の排出と、吸熱ダクト１７での気流の生成とを、同一の真空ポンプ２４により行う。このため、上記２つの目的のためにそれぞれ別々のポンプを配置するよりも、設置スペースが小さくて良い。

また本実施形態によれば、通気ダクト２１，２２を撮影室内にて通気ダクト２３に接続し、通気ダクト２３を撮影室から機械室に渡って配設しているので、通気ダクト２１，２２をそれぞれ撮影室から機械室に渡って配設するのに比べて、配管をシンプルにできる。これにより、配管が邪魔になる確率を低減できるとともに、配管作業も用意となる。

ところで、真空ポンプ２４を常時動作させて、密閉空間１８からの空気の排出と、吸熱ダクト１７での気流の生成とをいずれも常時行っても良い。この場合には、温度センサ１６、バルブ２５，２６および制御回路２７を省略することも可能である。

しかしながら、真空ポンプ２４の劣化を防ぐためや、消費電力の低減を図るためには、真空ポンプ２４を適宜に停止させることが望ましい。そこで制御回路２７は、以下に説明するような制御を行う。

図２は制御回路２７による真空ポンプ２４およびバルブ２５，２６の制御の様子の一例を示すタイミング図である。

密閉空間１８に空気が流入することを完全に防止することは困難であるため、真空ポンプ２４を停止させたとすると、密閉空間１８の真空度は徐々に低下する。そこで制御回路２７は図２に示すように、密閉空間１８から空気を排出して真空度を高める期間Ｐａと、密閉空間１８からの空気の排出を休止する期間Ｐｂとを繰り返すようにバルブ２５を開閉させる。なお期間Ｐａの長さは、密閉空間１８の真空度を十分に高めることが可能なように予め定めておく。期間Ｐｂの長さは、密閉空間１８の真空度が予め定められた最低値以下に下がってしまうことがないように予め定めておく。期間Ｐａおよび期間Ｐｂは、例えば２０分および５分である。

一方、制御回路２７は、温度センサ１６での検出温度に基づいて、バルブ２６を開閉させる。具体的には例えば、検出温度が閾値ＴＨ２を越えたことをトリガとしてバルブ２６を開き、ボディコイルユニット４の冷却を開始する（例えば、Ｔ１時点およびＴ３時点）。そして冷却の効果として検出温度が閾値ＴＨ１（ＴＨ１＜ＴＨ２）を下回ったことをトリガとしてバルブ２６を閉じる（例えば、Ｔ２時点およびＴ４時点）。ただし図２では、検出温度の変化はバルブ２６の開閉タイミングを分かり易く表すように模式的に示したものであり、ボディコイルユニット４の実際の温度変化を必ずしも表していない。

さて制御回路２７は、以上のようなバルブ２５，２６の開閉に同期して、以下のように真空ポンプ２４の吸引能力を変化させる。

(1) バルブ２５，２６の双方を閉じる期間（例えば期間Ｐ４）においては、真空ポンプ２４の動作を停止させる。

(2) バルブ２５を閉じて、バルブ２６を開いている期間（例えば期間Ｐ５）においては、真空ポンプ２４の吸引能力をＰＷ１とする。

(3) バルブ２５を開いて、バルブ２６を閉じている期間（例えば期間Ｐ１，Ｐ３）においては、真空ポンプ２４の吸引能力をＰＷ２とする。

(4) バルブ２５，２６の双方を開いている期間（例えば期間Ｐ２，Ｐ６）においては、真空ポンプ２４の吸引能力をＰＷ３とする。

ここで、吸引能力は、ＰＷ１＜ＰＷ２＜ＰＷ３なる関係にある。吸引能力ＰＷ１は、所要の効率でボディコイルユニット４の冷却するのに必要な気流を吸熱ダクト１７に生じさせることができる大きさに予め定めておく。吸引能力ＰＷ２は、所要の割合で密閉空間１８の真空度を上昇するのに必要な大きさに予め定めておく。そして吸引能力ＰＷ３は、所要の効率でボディコイルユニット４の冷却しつつ、所要の割合で密閉空間１８の真空度を上昇するのに必要な大きさに予め定めておく。従って、吸引能力ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３のそれぞれの大きさは、必ずしも図２に示した関係にはならない。

このような制御回路２７による制御の結果、真空ポンプ２４は常に必要最小限の吸引能力で動作することになるため、動作に伴う真空ポンプ２４の劣化を防止し、また真空ポンプ２４での消費電力を低減することができる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

ポンプシステム２００は、磁気共鳴診断装置に必要に応じて接続して使用される独立したシステムとして実現されても良い。

冷却対称となる発熱部品は、ボディコイルユニット４以外の部品であっても良い。

通気ダクト２１，２２をそれぞれ撮影室から機械室に渡って配設し、それらを機械室に配置された通気ダクト２３を介して、または直接に真空ポンプ２４に接続しても良い。

吸熱ダクト１７の構造は、任意に変更が可能である。

密閉空間１８を形成するための構造は、任意に変更が可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る磁気共鳴診断装置の一部の構造を一部破断して示す図。 図１中の制御回路２７による真空ポンプ２４およびバルブ２５，２６の制御の様子の一例を示すタイミング図。

符号の説明

１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイルユニット、３…ボアチューブ、４…ボディコイルユニット、５…カバー、６…寝台レール、７…真空容器、８，９…固定具、１０…Ｏリング、１１…Ｏリング押さえ、１２，１４…防振材、１３，１５…支持部材、１６…温度センサ、１７…吸熱ダクト、１８…密閉空間、２１，２２，２３…通気ダクト、２４…真空ポンプ、２５，２６…バルブ、２７…制御回路、１００…ガントリ、２００…ポンプシステム。

Claims (5)

1. 傾斜磁場コイルの周囲に密閉空間と、発熱部品の発熱を吸収するための気流を生じさせる吸熱通路とを有した磁気共鳴診断装置に適応するポンプシステムであって、
   吸引ポンプと、
   前記吸引ポンプと前記密閉空間とをつなぐ第１の通気ダクトと、
   前記吸引ポンプと前記吸熱ダクトとをつなぐ第２の通気ダクトと、
   前記第１の通気ダクトにおける通気率を変化させる第１のバルブと、
   前記密閉空間における真空度を閾値以上に保つように予め定められた条件に従って前記第１のバルブを制御する第１の制御手段とを具備したことを特徴とするポンプシステム。
2. 前記第１および第２の通気ダクトは、前記吸引ポンプ側では共通であり、途中で分岐されて前記密閉空間および前記吸熱ダクトに個別につながることを特徴とする請求項１に記載のポンプシステム。
3. 前記第２の通気ダクトにおける通気率を変化させる第２のバルブと、
   前記発熱部品の温度を第２の閾値以下に保つように予め定められた条件に従って前記バルブを制御する第２の制御手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプシステム。
4. 前記第１および第２のバルブのそれぞれの状態に応じて、前記吸引ポンプの吸引能力を制御する第３の制御手段をさらに具備したことを特徴とする請求項３に記載のポンプシステム。
5. 傾斜磁場コイルの周囲に密閉空間と、発熱部品の発熱を吸収するための気流を生じさせる吸熱通路とを有した磁気共鳴診断装置であって、
   吸引ポンプと、
   前記吸引ポンプと前記密閉空間とをつなぐ第１の通気ダクトと、
   前記吸引ポンプと前記吸熱ダクトとをつなぐ第２の通気ダクトと、
   前記第１の通気ダクトにおける通気率を変化させる第１のバルブと、
   前記密閉空間における真空度を閾値以上に保つように予め定められた条件に従って前記第１のバルブを制御する第１の制御手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴診断装置。

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