JP2011217913A

JP2011217913A - 温度制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2011217913A
Application number: JP2010089482A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Haishi; 智之拝師
Original assignee: MR TECHNOLOGY KK
Current assignee: MR TECHNOLOGY KK
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】永久磁石による安定で均一な静磁場を得ることができる、永久磁石を有する装置の温度制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を測定する磁石温度測定手段と、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極加熱手段と、永久磁石のＳ極を加熱するＳ極加熱手段と、磁石温度測定手段により測定された温度が、永久磁石に対する設定温度となるように、Ｎ極加熱手段及びＳ極加熱手段による加熱を制御する温度制御部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石を有する装置の温度制御方法及び装置であって、特に、永久磁石を装備した磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置の温度を制御する方法及び装置に関する。

近年、静磁場発生装置として永久磁石を用いた超小型ＭＲＩ装置が注目されている。磁石としては超伝導電磁石を用いたＭＲＩ装置もあるが、超伝導電磁石は冷却のために高価な冷剤（液体ヘリウムと液体窒素）と大掛かりな付帯設備を必要とする。これに対し、永久磁石を用いたＭＲＩ装置は、冷却のための冷材と大がかりな付帯設備が不要であり、磁石稼働のために大きなエネルギーを必要としないという利点がある。

永久磁石は温度の変動に伴って靜磁場強度が大きく変動するので、安定で均一な静磁場を得るために様々な技術が開発されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

国際特許公開ＷＯ９９／６５３９２号公報特開２０００−３０９３７号公報特開２００３−２４２９６号公報

しかしながら、従来の永久磁石は温度変動し易く、それに伴って靜磁場の強さの変動も大きいために、ＭＲＩ装置による精密測定に必要とされる均一な静磁場を得ることが困難であった。

本発明の目的は、永久磁石による安定で均一な静磁場を得ることができる、永久磁石を有する装置の温度制御方法及び装置を提供することにある。

本発明の一態様による温度制御装置は、永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を測定する磁石温度測定手段と、前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段と、前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段と、前記磁石温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する設定温度となるように、前記Ｎ極加熱手段及び前記Ｓ極加熱手段による加熱を制御する温度制御部とを有することを特徴とする。

上述した温度制御装置において、前記磁石温度測定手段は、複数の温度測定手段と、前記複数の温度測定手段により測定された複数の温度を統合する温度統合手段とを有し、前記温度統御手段により統合された温度を測定温度とするようにしてもよい。

本発明の一態様による温度制御装置は、永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、前記永久磁石の温度を測定する第１温度測定手段と、前記永久磁石を加熱する第１加熱手段と、前記永久磁石を支持する支持部の温度を測定する第２温度測定手段と、前記支持部を加熱する第２加熱手段と、前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御する第１温度制御手段と、前記第２温度測定手段により測定された温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御する第２温度制御手段とを有する温度制御部とを有することを特徴とする。

上述した温度制御装置において、前記永久磁石及び前記支持部の周囲の構造物の温度を測定する第３温度測定手段と、前記周囲の構造物を加熱する第３加熱手段を更に有し、前記温度制御部は、前記第３温度測定手段により測定された温度が、前記第２設定温度よりも低い第３設定温度となるように、前記第３加熱手段による加熱を制御する第３温度制御手段を更に有するようにしてもよい。

上述した温度制御装置において、前記永久磁石を有する装置が載置された部屋の温度を調節する空調装置の設定温度を、前記第２設定温度又は前記第３設定温度よりも低くするようにしてもよい。

上述した温度制御装置において、前記第１温度測定手段は、前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を測定し、前記第１加熱手段は、前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段と、前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段とを有し、前記温度制御部の前記第１温度制御手段は、前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する前記第１設定温度となるように、前記Ｎ極加熱手段及び前記Ｓ極加熱手段による加熱を制御するようにしてもよい。

本発明の一態様による温度制御装置は、永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、前記永久磁石を有する装置の温度を測定する第１温度測定手段と、前記第１温度測定手段により測定された温度に基づいて、擬似的に、前記永久磁石の擬似測定温度と前記支持部の擬似測定温度を生成する擬似測定温度生成手段と、前記永久磁石を加熱する第１加熱手段と、前記支持部を加熱する第２加熱手段と、前記永久磁石の擬似測定温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御する第１温度制御手段と、前記支持部の擬似測定温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御する第２温度制御手段とを有する温度制御部とを有することを特徴とする。

本発明の一態様による温度制御方法は、永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を磁石温度測定手段により測定し、前記磁石温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する設定温度となるように、前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段、及び、前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段とによる加熱を制御することを特徴とする。

本発明の一態様による温度制御方法は、永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、前記永久磁石の温度を第１温度測定手段により測定し、前記永久磁石を支持する支持部の温度を第２温度測定手段により測定し、前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記永久磁石を加熱する第１加熱手段による加熱を制御し、前記第２温度測定手段により測定された温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記支持部を加熱する第２加熱手段による加熱を制御することを特徴とする。

本発明の一態様による温度制御方法は、永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、前記永久磁石を有する装置の温度を第１温度測定手段により測定し、前記第１温度測定手段により測定された温度に基づいて、擬似的に、前記永久磁石の擬似測定温度と前記支持部の擬似測定温度を生成し、前記永久磁石の擬似測定温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御し、前記支持部の擬似測定温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御することを特徴とする。

以上の通り、本発明によれば、永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を磁石温度測定手段により測定し、磁石温度測定手段により測定された温度が、永久磁石に対する設定温度となるように、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極加熱手段、及び、永久磁石のＳ極を加熱するＳ極加熱手段とによる加熱を制御するようにしたので、永久磁石による安定で均一な静磁場を得ることができる。

本発明の第１実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を示す図である。本発明の第２実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を示す図である。本発明の第３実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を示す図である。本発明の第３実施形態における温度制御の原理についての説明図である。本発明の第４実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を示す図である。本発明の第５実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を示す図である。本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第１具体例を示す図である。本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第２具体例を示す図である。本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第３具体例を示す図である。本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第４具体例を示す図である。

［温度制御装置］
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置について図１乃至図６を用いて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を図１に示す。

本実施形態では、永久磁石の温度を測定する測温センサー１０が１個設けられている。１個の測温センサー１０は、例えば、永久磁石のＮ極又はＳ極の近傍に設ける。測温センサー１０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター１２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン１４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン１４は、ＰＩＤ制御により温度制御するためのコンピュータである。ＰはProportional（比例）、ＩはIntegral（積分）、ＤはDerivative（微分）を意味する。ＰＩＤ温調用マイコン１４には、ＭＣ電源１６から電源が供給されている。

本実施形態では、永久磁石のＮ極を加熱するためのＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するためのＳ極ヒーター２２とが設けられている。Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、共通のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４を介して、ヒーター電源トランス２６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン１４では、パルス長および頻度による出力制御をおこなうパルス制御信号をソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４に対して出力する。例えば、測温センサー１０による測定温度を、予め設定された永久磁石の設定温度と比較し、測定温度が設定温度よりも低ければオン信号をパルス的に出力し、測定温度が設定温度よりも高ければオン信号を出力しない。このオン信号のパルスの長さおよび頻度をマイコンによって制御して、より精細な温度コントロールを行える。たとえば、目標設定温度に測定温度が近付くにつれてＯＮパルスの印加時間および頻度を短くする比例動作、測定温度にとどまっている時間を加味してパルス印加時間を変化させる積分動作、および急な加熱による温度上昇を抑制する微分動作のような、ＰＩＤ制御をする。もしくはＰＩ制御のみでもよい。しかしながら、ハンチングを起こさないように、ＰＩＤ値は適切な値を選択する必要がある。

なお、ＰＩＤ制御又はＰＩ制御に代えて、通常のオンオフスイッチを用いたオンオフ制御により温度制御を行ってもよい。

本実施形態は、永久磁石のＮ極又はＳ極の近傍に設けたひとつの測温センサー１０からの測温信号に基づいて、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するＳ極ヒーター２２を共に制御している点に特徴がある。

従来、永久磁石の温度を精密に制御しようとすれば、永久磁石のＮ極とＳ極にそれぞれ測温センサーを設け、Ｎ極の測温センサーからの測温信号に基づいて、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極ヒーター２０を制御し、Ｓ極の測温センサーからの測温信号に基づいて、永久磁石のＳ極を加熱するＳ極ヒーター２２を制御し、それにより、永久磁石のＮ極とＳ極が同じ設定温度になるように制御していた。

しかしながら、永久磁石のＮ極とＳ極の温度を、安定的に同じ設定温度となるように厳密に制御することは極めて困難であり、安定して均一な静磁場を得ることは困難であった。つまり、永久磁石の温度制御に必要とされる計測精度がそもそも、測温体の計測精度よりも１桁ないし２桁高いのにもかかわらず、複数の測温体さらには複数の温度制御ヒーターが独立に用いられ、それらの計測誤差と制御誤差が重畳された温度調整が永久磁石に対して行われていた。

本願発明者は、鋭意研究の結果、安定して均一な静磁場を得るためには、上述のように計測誤差を含んだ状態で、永久磁石のＮ極とＳ極を同じ設定温度にすることが重要なのではなく、Ｎ極とＳ極を同様に温度制御することが重要であるという発想に至った。仮に永久磁石のＮ極とＳ極に微小な温度差があったとしても、Ｎ極とＳ極を同じように温度制御することにより温度差を固定化して、安定で均一な静磁場空間を実現することができる。

永久磁石のＮ極とＳ極は、永久磁石自体の構造や、永久磁石の設置状況、永久磁石周囲の構造等の複合的要因により、全く同じ吸熱及び放熱環境とすることができないだけでなく、Ｎ極とＳ極を別々の制御信号でヒーティングする場合にはどうしても不安定な温度差が生じてしまう。このため、精密な温度制御を行ったとしても、Ｎ極とＳ極が、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）等で要求されている高水準では安定して同一の設定温度とはならない。

本願発明者は、永久磁石のＮ極とＳ極の微小な温度差は、上述した複合的要因により生じる不可避なものとして受け入れ、それよりも、ひとつの測温センサーからの測温信号に基づいて、Ｎ極とＳ極の対称位置を単一の制御信号で温度制御するようにした。その結果、従来に比べて、飛躍的に安定して均一な静磁場を得ることができた。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を図２に示す。

本実施形態では、永久磁石の温度を測定する２個の測温センサー１０、１１を設けている。これら２個の測温センサー１０、１１は、例えば、永久磁石のＮ極の近傍とＳ極の近傍にそれぞれ設ける。２個の測温センサー１０、１１からの測温信号は結合されて、雑音を除去するノイズフィルター１２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン１４に入力される。その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様である。

本実施形態は、永久磁石のＮ極とＳ極の近傍に設けた２個の測温センサー１０、１１からの測温信号を結合したひとつの測温信号に基づいて、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するＳ極ヒーター２２を共に制御している点に特徴がある。

２個の測温センサー１０、１１を設けているが、永久磁石のＮ極を加熱するＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するＳ極ヒーター２２を、結合したひとつの測温信号に基づいて、同様に制御している。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を図３に示す。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、永久磁石の温度を測定する１個の測温センサー１０が設けられている。１個の測温センサー１０は、例えば、永久磁石のＮ極又はＳ極の近傍に設ける。測温センサー１０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター１２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン１４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン１４には、ＭＣ電源１６から電源が供給されている。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、永久磁石のＮ極を加熱するためのＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するためのＳ極ヒーター２２とが設けられている。Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、共通のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４を介して、ヒーター電源トランス２６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。

本実施形態では、更に、永久磁石の外部にある外部構造の温度を測定する測温センサー３０が設けられている。測温センサー３０は、例えば、永久磁石を支持する支持部の近傍に設ける。測温センサー３０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター３２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン３４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

本実施形態では、永久磁石の外部にある外部構造、例えば、永久磁石の支持部を加熱するための外部ヒーター４０が設けられている。外部ヒーター４０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）４４を介して、ヒーター電源トランス４６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー４４は、ＰＩＤ温調用マイコン３４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン３４には、設定パラメータ演算回路３３が設けられている。設定パラメータ演算回路３３は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からの信号に基づいて、外部構造の設定温度を定める設定温度信号を出力する。ＰＩＤ温調用マイコン３４は、測温センサー３０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー４４に対する制御信号を出力する。

外部構造の設定温度は、永久磁石の設定温度と外気温との間の温度帯で設定を行う。永久磁石と外気温の温度差をＤｇ℃とすると、例えば、永久磁石の設定温度に対して、０．１〜Ｄｇ℃の範囲で低く設定することが望ましい。これにより、永久磁石が直接に外気に曝されることを防ぐようにする。さらに、永久磁石の設定温度に対して、０．１〜０．５×Ｄｇ℃の範囲で低く設定することが更に望ましい。

次に、設定パラメータ演算回路３３の具体的動作について説明する。

ＰＩＤ温調用マイコン１４は測温センサー１０の温度情報ＰＶだけでなく、ＳＳＲ２４に対して出力している制御信号の稼働率情報ＭＶを保持しており、これらが設定パラメータ演算回路３３に入力される。設定パラメータ演算回路３３は、これらの情報を総合的に判断して、ＰＩＤ温調用マイコン３４の設定温度を適宜決定する。

例えば、測温センサー１０による計測のＰＩＤ温調用マイコン１４の現在温度ＰＶが設定値に到達していない場合、もしくは、ＰＩＤ温調用マイコン１４の稼働率ＭＶが１００％に到達してしまっている場合に、ＰＩＤ温調用マイコン３４の設定温度を適切に上げることにより、Ｎ極ヒーター２０及びＳ極ヒーター２２の周辺温度を上げ、Ｎ極ヒーター２０及びＳ極ヒーター２２の能力を補うことができる。この結果、ＰＩＤ温調用マイコン１４は、目標の温度設定を達成することができる。もちろん、ＰＩＤ温調用マイコン３４の設定温度は、ＰＩＤ温調用マイコン１４の情報に応じて低めな温度設定を行うことが安全性や省エネルギーの観点からも望ましい。

本実施形態における温度制御の原理について図４を用いて説明する。

永久磁石の磁気回路の上下部分、内外面、左右磁極などの各部位にはヒーターによる恒温制御時から定常的な温度差が存在している。ヒーターオフ後の熱の流出は、磁気回路全体の均一性が取れた形で進行したので、外気温の著しい変動にもかかわらず、また、磁気回路の温度の比較的速い降下にもかかわらず、磁気回路各部での温度の差は保持されたたまま、熱は主に磁気回路下部より外部に放出される。これは、熱の流出速度より、磁気回路内熱平衡の達成の方が速い状態にあり、金属内の熱伝達が、金属表面から空中への熱放出を上回っていることを示す。

従来の方式では、一般的には部屋下部の温度が低く、例えば、部屋の床付近が２〜３℃低い場合、図４（ａ）に示すように、永久磁石のヨークに装備されたヒーターの熱は下方への流れが強い。よって、磁極内には上下の温度傾斜が出来、静磁場の均一性が保てなくなる。また、これに対して、従来の個別の独立したセンサーとヒーターにより磁石全体の温度を均一化する場合では、熱の出口と流れの方向が定まらず、磁石内部に安定しない温度分布が生じるため，静磁場の均一性が揺らぐことになる。

これに対し、本発明の方式では、図４（ｂ）に示すように、磁気回路全体を対照的かつ複合的に制御し、下方へ向かう熱伝達を適度に抑制して磁極の上下方向における温度差を排除しないで低減して、軽微な温度傾斜を能動的に制御することによって、靜磁場の高い均一性を長時間維持することができる。

なお、図４（ｂ）に示された下方へ向かっている熱の流れを完全に停めてしまうと、熱の逃げ場所が無くなり、磁石の内部は予期しない温度分布になってしまう虞がある。微小な温度ムラであったとしても、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）等のような高水準な測定では問題となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を図５に示す。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、永久磁石の外部にある外部構造の温度を測定する測温センサー３０が設けられている。測温センサー３０は、例えば、永久磁石を支持する支持部の近傍に設ける。測温センサー３０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター３２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン３４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、永久磁石の外部にある外部構造、例えば、永久磁石の支持部を加熱するための外部ヒーター４０が設けられている。外部ヒーター４０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）４４を介して、ヒーター電源トランス４６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー４４は、ＰＩＤ温調用マイコン３４からのパルス制御信号により制御される。

本実施形態では、更に、永久磁石の外部にある外部構造の更に外部にある外部構造の温度を測定する測温センサー５０が設けられている。測温センサー５０は、例えば、永久磁石を支持する支持部の台座部の近傍に設ける。測温センサー５０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター５２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン５４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン５４には、ＭＣ電源５６から電源が供給されている。

本実施形態では、更に、永久磁石の外部にある外部構造の更に外部にある外部構造、例えば、永久磁石を支持する支持部の台座部を加熱するための外部ヒーター６０が設けられている。外部ヒーター６０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）６４を介して、ヒーター電源トランス６６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー６４は、ＰＩＤ温調用マイコン５４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン３４には、設定パラメータ演算回路３３が設けられている。設定パラメータ演算回路３３は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からの信号に基づいて、外部構造及び外部構造の更に外部にある外部構造の設定温度を定める設定温度信号を出力する。ＰＩＤ温調用マイコン３４は、測温センサー３０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー４４に対する制御信号を出力する。ＰＩＤ温調用マイコン５４は、測温センサー５０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー６４に対する制御信号を出力する。

外部構造のさらに外部に有る外部構造の設定温度は、外部構造の設定温度と外気温との間の温度帯で設定を行う。つまり、永久磁石の温度Ｔｍ＞外部構造の温度Ｔｉ＞外部構造のさらに外部に有る外部構造の温度Ｔｏ＞外気温Ｔａの順番となるように、設定を行う。

外部構造の設定温度Ｔｉは、永久磁石温度Ｔｍと外気温度Ｔａの温度差にしたがい、例えば、永久磁石の設定温度Ｔｍに対して、０．１〜（Ｔｍ−Ｔａ）℃の範囲で低く設定することが望ましい。さらに、永久磁石の設定温度に対して、０．１〜０．５×（Ｔｍ−Ｔａ）℃の範囲で低く設定することが更に望ましい。

外部構造の更に外部にある外部構造の設定温度Ｔｏは、外部構造Ｔｉと外気温Ｔａの温度差にしたがい、例えば、外部構造の設定温度Ｔｉに対して、０．１〜（Ｔｉ−Ｔａ）℃の範囲で低く設定することが望ましく、これにより、永久磁石が直接に外気に曝されることを防ぐ。さらに、外部構造の設定温度Ｔｉに対して、０．１〜０．５×（Ｔｉ−Ｔａ）℃の範囲で低く設定することが更に望ましい。

例えば、測温センサー１０による計測のＰＩＤ温調用マイコン１４の現在温度ＰＶが設定値に到達していない場合、もしくは、ＰＩＤ温調用マイコン１４の稼働率ＭＶが１００％に到達してしまっている場合に、ＰＩＤ温調用マイコン３４の設定温度を適切に上げることにより、Ｎ極ヒーター２０及びＳ極ヒーター２２の周辺温度を上げ、Ｎ極ヒーター２０及びＳ極ヒーター２２の能力を補うことができる。この結果、ＰＩＤ温調用マイコン１４は、目標の温度設定を達成することができる。なお、ＰＩＤ温調用マイコン３４の設定温度は、ＰＩＤ温調用マイコン１４に対して低い温度設定を行うことが安全性や省エネルギーの観点からも望ましい。

なお、図示していないが、永久磁石を有する装置が載置された部屋の温度を調節する空調装置の設定温度を、永久磁石の設定温度、外部構造の設定温度、外部構造の更に外部にある外部構造の設定温度に関連して定めるようにしてもよい。すなわち、永久磁石を有する装置が載置された部屋は、更なる外部構造の更に外部にあるものであるので、これら設定温度に関連して設定する。例えば、永久磁石を有する装置が載置された部屋の温度を調節する空調装置の設定温度を、永久磁石の設定温度、外部構造の設定温度、又は、外部構造の更に外部にある外部構造の設定温度よりも低く設定する。

たとえば、空調装置の設定温度を、外部構造の設定温度に対して、０．１℃〜３０℃の範囲で低く設定することが望ましく、０．１℃〜１０℃の範囲で低く設定することがさらに望ましい。

一方、外部構造、さらには、外部構造の更に外部にある外部構造の現在の温度と、永久磁石を有する装置の稼働率を監視しながら、室温コントロールに必要な電力を最小化してもよい。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による永久磁石を有する装置の温度制御装置を図６に示す。

本実施形態は、図３に示す第２実施形態と類似の構成であるが、永久磁石を有する装置の温度を測定するために測温センサーはひとつだけとし、その測温センサーの測定温度から温度情報演算器により、永久磁石の測定温度と，その外部構造の測定温度を擬似的に生成するようにしている。

ひとつの測温センサー７０は、永久磁石を有する装置の状態を把握するのに適した場所に設けることが望ましい。例えば、測温センサー７０は、永久磁石のＮ極又はＳ極の近傍、又は、永久磁石の外部にある外部構造、例えば、永久磁石を支持する支持部、又は支持部の台座部の近傍に設ける。

更に、永久磁石を有する装置の周囲の環境を把握するための測温センサー８０を別途設ける。例えば、測温センサー８０は、永久磁石を有する装置が設置された部屋内、又は、部屋の外部の外気温の測定箇所に設ける。

測温センサー７０、８０からの測温信号は、それぞれ、雑音を除去するノイズフィルター７２、８２を介して、温度情報演算器７４に入力される。

温度情報演算器７４は、温度情報データベース７６に蓄積された温度情報に基づいて、永久磁石の測定温度と、永久磁石の外部構造の測定温度を擬似的に生成する。温度情報データベース７６には、過去における永久磁石の温度、外部構造の温度、その時の永久磁石による静磁場分布等の情報が蓄積されている。この蓄積されたデータベースに基づき、測温センサー７０、８０の測定温度から、永久磁石の測定温度と、永久磁石の外部構造の測定温度を擬似的に生成する。温度情報演算器７４と温度情報データベース７６により、擬似測定温度生成手段を構成している。

温度情報演算器７４により擬似的に生成された永久磁石の擬似測定温度は、ＰＩＤ温調マイコン１４に出力される。温度情報演算器７４により擬似的に生成された外部構造の擬似測定温度は、ＰＩＤ温調マイコン３４に出力される。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、永久磁石のＮ極を加熱するためのＮ極ヒーター２０と、Ｓ極を加熱するためのＳ極ヒーター２２とが設けられている。Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、共通のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４を介して、ヒーター電源トランス２６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、永久磁石の外部にある外部構造、例えば、永久磁石の支持部を加熱するための外部ヒーター４０が設けられている。外部ヒーター４０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）４４を介して、ヒーター電源トランス４６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー４４は、ＰＩＤ温調用マイコン３４からのパルス制御信号により制御される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

［磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置］
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の具体例について図７乃至図１０を用いて説明する。

（第１具体例）
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第１具体例について図７を用いて説明する。

本具体例は、Ｕ字型縦置き永久磁石を有する磁気共鳴イメージング装置に、第３実施形態による温度制御装置を適用している。

本具体例の磁気共鳴イメージング装置１００は、永久磁石としてＵ字型縦置き永久磁石１１０を有している。Ｕ字型縦置き永久磁石１１０は、縦置きのＵ字型永久磁石のＮ極１１２とＳ極１１４とが対向している。Ｕ字型縦置き永久磁石１１０は、支持部１２０により支持されている。

本具体例では、１個の測温センサー１０はＳ極１１４の近傍に設けられている。Ｎ極ヒーター２０はＵ字型永久磁石のＮ極１１２を加熱するために設けられ、Ｓ極ヒーター２２はＵ字型永久磁石のＳ極１１４を加熱するために設けられている。測温センサー３０は、Ｕ字型縦置き永久磁石１１０を支持する支持部１２０に設けられ、外部ヒーター４０は支持部１２０を加熱するために設けられている。

測温センサー１０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター１２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン１４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン１４には、ＭＣ電源１６から電源が供給されている。

Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、共通のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４を介して、ヒーター電源トランス２６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。

測温センサー３０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター３２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン３４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

外部ヒーター４０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）４４を介して、ヒーター電源トランス４６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー４４は、ＰＩＤ温調用マイコン３４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン３４には、設定パラメータ演算回路３３が設けられている。設定パラメータ演算回路３３は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からの信号に基づいて、外部構造である支持部１２０の設定温度を定める設定温度信号を出力する。ＰＩＤ温調用マイコン３４は、測温センサー３０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー４４に対する制御信号を出力する。

本具体例では、例えば、Ｕ字型縦置き永久磁石１１０の設定温度を、室温（２５℃）より３℃高い２８℃とし、外部構造である支持部１２０の設定温度を、Ｕ字型縦置き永久磁石１１０の設定温度２８℃よりも０．５℃低い、２７．５℃とした。なお、一般的な室温空調がある部屋は、室温の上昇が２８℃までに抑えることができるので、磁石の設定温度を２８℃とした。

これにより、Ｕ字型縦置き永久磁石１１０による安定した均一な静磁場を実現することができた。

（第２具体例）
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第２具体例について図８を用いて説明する。

本具体例は、Ｃ字型横置き永久磁石を有する磁気共鳴イメージング装置に、第４実施形態による温度制御装置を適用している。

本具体例の磁気共鳴イメージング装置１３０は、永久磁石としてＣ字型横置き永久磁石１４０を有している。Ｃ字型横置き永久磁石１４０は、横置きのＣ字型永久磁石のＮ極１４２とＳ極１４４とが対向している。Ｃ字型横置き永久磁石１４０は、支持部１５０により支持されている。支持部１５０には台座部１５５が設けられている。

本具体例では、１個の測温センサー１０はＮ極１４２の近傍に設けられている。Ｎ極ヒーター２０はＣ字型永久磁石のＮ極１４２を加熱するために設けられ、Ｓ極ヒーター２２はＣ字型永久磁石のＳ極１４４を加熱するために設けられている。

測温センサー３０は、Ｃ字型横置き永久磁石１４０を支持する支持部１５０に設けられ、外部ヒーター４０は支持部１５０を加熱するために設けられている。測温センサー５０は、支持部１５０の台座部１５５に設けられ、外部ヒーター６０は台座部１５５を加熱するために設けられている。

測温センサー５０からの測温信号は、雑音を除去するノイズフィルター５２を介して、ＰＩＤ温調用マイコン５４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン５４には、ＭＣ電源５６から電源が供給されている。

外部ヒーター６０には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）６４を介して、ヒーター電源トランス６６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー６４は、ＰＩＤ温調用マイコン５４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン３４には、設定パラメータ演算回路３３が設けられている。設定パラメータ演算回路３３は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からの信号に基づいて、外部構造である支持部１５０の設定温度と、台座部１５５の設定温度を定める設定温度信号を出力する。

ＰＩＤ温調用マイコン３４は、測温センサー３０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー４４に対する制御信号を出力する。

ＰＩＤ温調用マイコン５４は、測温センサー５０からの測温信号と、設定パラメータ演算回路３３からの設定温度信号に基づいて、ソリッドステートリレー６４に対する制御信号を出力する。

本具体例では、例えば、Ｃ字型横置き永久磁石１４０の設定温度を、２８℃とし、外部構造である支持部１５０の設定温度を、Ｃ字型横置き永久磁石１４０の設定温度２８℃よりも０．１〜０．２℃低い、２７．８℃〜２７．９℃とし、外部構造である台座部１５５の設定温度を、Ｃ字型横置き永久磁石１４０の設定温度２８℃よりも０．３〜０．５℃低い、２７．５℃〜２７．７℃とした。

なお、Ｎ極ヒーター２０およびＳ極ヒーター２２によってＣ字型横置き永久磁石１４０の上部と下部に流入された熱は、上部からは空気中へ、下部からは支持部１５０に対して放熱が行われる。本具体例では、上方および下方への放熱のバランスがとれるように、支持部１５０および台座部１５５の設定温度を選択した。

これにより、一定の室温（２５℃）下で、Ｃ字型横置き永久磁石１４０による安定した均一な静磁場を実現することができた。

（第３具体例）
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第３具体例について図９を用いて説明する。

本具体例は、Ｕ字型横置き永久磁石を有する磁気共鳴イメージング装置に、第４実施形態による温度制御装置を適用している。

本具体例の磁気共鳴イメージング装置１６０は、永久磁石としてＵ字型横置き永久磁石１７０を有している。図９に示す台形磁石は上方から見た時にＵ字型である。Ｕ字型横置き永久磁石１７０は、横置きのＵ字型永久磁石のＮ極１７２とＳ極（図示せず）とが対向している。Ｕ字型横置き永久磁石１７０は、支持部１８０により支持されている。支持部１８０には台座部１８５が設けられている。

本具体例では、１個の測温センサー１０はＮ極１７２の近傍に設けられている。Ｎ極ヒーター２０はＵ字型永久磁石のＮ極１７２を加熱するために設けられ、Ｓ極ヒーター２２（図示せず）はＵ字型永久磁石のＳ極（図示せず）を加熱するために設けられている。

測温センサー３０は、Ｕ字型横置き永久磁石１７０を支持する支持部１８０に設けられ、外部ヒーター４０は支持部１８０を加熱するために設けられている。測温センサー５０は、支持部１８０の台座部１８５に設けられ、外部ヒーター６０は台座部１８５を加熱するために設けられている。

Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、それぞれ、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４を介して、ヒーター電源トランス２６からの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。

ＰＩＤ温調用マイコン３４には、設定パラメータ演算回路３３が設けられている。設定パラメータ演算回路３３は、ＰＩＤ温調用マイコン１４からの信号に基づいて、外部構造である支持部１８０の設定温度と、台座部１８５の設定温度を定める設定温度信号を出力する。

本具体例では、例えば、Ｕ字型横置き永久磁石１７０の設定温度を、２８℃とし、外部構造である支持部１８０の設定温度を、Ｃ字型横置き永久磁石１７０の設定温度２８℃よりも０．１〜０．２℃低い、２７．８〜２７．９℃とし、外部構造である台座部１８５の設定温度を、Ｃ字型横置き永久磁石１７０の設定温度２８℃よりも０．３〜０．５℃低い、２７．５〜２７．７℃とした。

なお、Ｎ極ヒーター２０およびＳ極ヒーター２２によってＵ字型横置き永久磁石１７０に流入された熱は、上部からは空気中へ、下部からは支持部１８０に対して放熱が行われる。上方および下方への放熱のバランスがとれるように、支持部１８０および台座部１８５の設定温度を選択した。

これにより、一定の室温（２５℃）下で、Ｕ字型横置き永久磁石１７０による安定した均一な静磁場を実現することができた。

（第４具体例）
本発明による永久磁石を有する装置の温度制御装置を適用した磁気共鳴イメージング装置の第４具体例について図１０を用いて説明する。

本具体例は、Ｕ字型縦置き永久磁石を有する磁気共鳴イメージング装置に、第５実施形態の変形による温度制御装置を適用している。

本具体例では、１個の測温センサー７０はＳ極１１４の近傍に設けられている。測温センサー７０の代わりに、永久磁石１１０の支持部１２０の近傍に、１個の測温センサー７０′を設けてもよい。

測温センサー７０又は７０′からの測温信号は、ノイズフィルター７２又は７２′を介して温度情報演算器７４に入力され、測温センサー８０からの測温信号は、ノイズフィルター８２を介して温度情報演算器７４に入力される。温度情報演算器７４は、測温センサー７０又は７０′からの測温信号と、測温センサー８０からの測温信号に基づき、温度情報データベース７６を参照して、永久磁石１１０と測定温度と、支持部１２０の測定温度とを擬似的に生成する。

Ｎ極ヒーター２０はＵ字型永久磁石のＮ極１１２を加熱するために設けられ、Ｓ極ヒーター２２はＵ字型永久磁石のＳ極１１４を加熱するために設けられている。外部ヒーター４０は支持部１２０を加熱するために設けられている。

温度情報演算器７４からの永久磁石１１０の擬似測温信号は、ＰＩＤ温調用マイコン１４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン１４には、ＭＣ電源１６から電源が供給されている。

Ｎ極ヒーター２０とＳ極ヒーター２２には、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２４Ａ、２４Ｂを介して、ヒーター電源トランス２６Ａ、２６Ｂからの電流が供給される。ソリッドステートリレー２４Ａ、２４Ｂは、ＰＩＤ温調用マイコン１４からのパルス制御信号により制御される。

温度情報演算器７４からの支持部１２０の擬似測温信号は、ＰＩＤ温調用マイコン３４に入力される。ＰＩＤ温調用マイコン３４には、ＭＣ電源３６から電源が供給されている。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、永久磁石を有する磁気共鳴イメージング装置に、本発明による温度制御装置を適用したが、他の永久磁石を有する装置、例えば、永久磁石を有する核磁気共鳴スペクトロメーター、電子共鳴スペクトロメーター、電子共鳴イメージング装置、磁石応用機器類、等に適用してもよい。

１０、１１…測温センサー
１２…ノイズフィルター
１４…ＰＩＤ温調用マイコン
１６…ＭＣ電源
２０…Ｎ極ヒーター
２２…Ｓ極ヒーター
２４、２４Ａ、２４Ｂ…ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）
２６、２６Ａ、２６Ｂ…ヒーター電源トランス
３０…測温センサー
３２…ノイズフィルター
３３…設定パラメータ演算回路
３４…ＰＩＤ温調用マイコン
３６…ＭＣ電源
４０…外部ヒーター
４４…ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）
４６…ヒーター電源トランス
５０…測温センサー
５２…ノイズフィルター
５４…ＰＩＤ温調用マイコン
５６…ＭＣ電源
６０…外部ヒーター
６４…ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）
６６…ヒーター電源トランス
７０、７０′…測温センサー
７２、７２′…ノイズフィルター
７４…温度情報演算器
７６…温度情報データベース
８０…測温センサー
８２…ノイズフィルター
１００…磁気共鳴イメージング装置
１１０…Ｕ字型縦置き永久磁石
１１２…Ｎ極
１１４…Ｓ極
１２０…支持部
１３０…磁気共鳴イメージング装置
１４０…Ｃ字型横置き永久磁石
１４２…Ｎ極
１４４…Ｓ極
１５０…支持部
１５５…台座部
１６０…磁気共鳴イメージング装置
１７０…Ｕ字型横置き永久磁石
１７２…Ｎ極
１８０…支持部
１８５…台座部

Claims

永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、
前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を測定する磁石温度測定手段と、
前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段と、
前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段と、
前記磁石温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する設定温度となるように、前記Ｎ極加熱手段及び前記Ｓ極加熱手段による加熱を制御する温度制御部と
を有することを特徴とする温度制御装置。
請求項１記載の温度制御装置において、
前記磁石温度測定手段は、複数の温度測定手段と、前記複数の温度測定手段により測定された複数の温度を統合する温度統合手段とを有し、前記温度統御手段により統合された温度を測定温度とする
ことを特徴とする温度測定装置。
永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、
前記永久磁石の温度を測定する第１温度測定手段と、
前記永久磁石を加熱する第１加熱手段と、
前記永久磁石を支持する支持部の温度を測定する第２温度測定手段と、
前記支持部を加熱する第２加熱手段と、
前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御する第１温度制御手段と、前記第２温度測定手段により測定された温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御する第２温度制御手段とを有する温度制御部と
を有することを特徴とする温度制御装置。
請求項３記載の温度制御装置において、
前記永久磁石及び前記支持部の周囲の構造物の温度を測定する第３温度測定手段と、
前記周囲の構造物を加熱する第３加熱手段を更に有し、
前記温度制御部は、前記第３温度測定手段により測定された温度が、前記第２設定温度よりも低い第３設定温度となるように、前記第３加熱手段による加熱を制御する第３温度制御手段を更に有する
ことを特徴とする温度制御装置。
請求項３又は４記載の温度制御装置において、
前記永久磁石を有する装置が載置された部屋の温度を調節する空調装置の設定温度を、前記第２設定温度又は前記第３設定温度よりも低くする
ことを特徴とする温度制御装置。
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の温度制御装置において、
前記第１温度測定手段は、前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を測定し、
前記第１加熱手段は、前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段と、前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段とを有し、
前記温度制御部の前記第１温度制御手段は、前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する前記第１設定温度となるように、前記Ｎ極加熱手段及び前記Ｓ極加熱手段による加熱を制御する
ことを特徴とする温度制御装置。
永久磁石を有する装置の温度制御装置であって、
前記永久磁石を有する装置の温度を測定する第１温度測定手段と、
前記第１温度測定手段により測定された温度に基づいて、擬似的に、前記永久磁石の擬似測定温度と前記支持部の擬似測定温度を生成する擬似測定温度生成手段と、
前記永久磁石を加熱する第１加熱手段と、
前記支持部を加熱する第２加熱手段と、
前記永久磁石の擬似測定温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御する第１温度制御手段と、前記支持部の擬似測定温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御する第２温度制御手段とを有する温度制御部と
を有することを特徴とする温度制御装置。
永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、
前記永久磁石のＮ極又はＳ極の温度を磁石温度測定手段により測定し、
前記磁石温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する設定温度となるように、前記永久磁石の前記Ｎ極を加熱するＮ極加熱手段、及び、前記永久磁石の前記Ｓ極を加熱するＳ極加熱手段とによる加熱を制御する
ことを特徴とする温度制御方法。
永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、
前記永久磁石の温度を第１温度測定手段により測定し、
前記永久磁石を支持する支持部の温度を第２温度測定手段により測定し、
前記第１温度測定手段により測定された温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記永久磁石を加熱する第１加熱手段による加熱を制御し、
前記第２温度測定手段により測定された温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記支持部を加熱する第２加熱手段による加熱を制御する
ことを特徴とする温度制御方法。
永久磁石を有する装置の温度を制御する温度制御方法であって、
前記永久磁石を有する装置の温度を第１温度測定手段により測定し、
前記第１温度測定手段により測定された温度に基づいて、擬似的に、前記永久磁石の擬似測定温度と前記支持部の擬似測定温度を生成し、
前記永久磁石の擬似測定温度が、前記永久磁石に対する第１設定温度となるように、前記第１加熱手段による加熱を制御し、
前記支持部の擬似測定温度が、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度となるように、前記第２加熱手段による加熱を制御する
ことを特徴とする温度制御装置。