JP3673556B2 - 超伝導遮蔽体を設けた開放型磁気共鳴イメージング磁石 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に、磁気共鳴イメージング(MRI)診断システムの一部として一様な磁界を発生するために使用される開放型超伝導磁石に関するものであり、更に詳しくは磁石から発生する漂遊磁界から磁石のまわりの領域を防護するための超伝導遮蔽体を有する開放型磁石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
超伝導磁石または他の型の磁石を用いるMRIシステムは、医用診断のような種々の分野で使用される。公知の超伝導磁石には、液体ヘリウムで冷却される超伝導磁石および低温冷却器で冷却される超伝導磁石がある。通常、低温冷却器で冷却される磁石の場合、超伝導コイル組立体が超伝導主コイルを含み、超伝導主コイルは熱遮蔽体によって取り囲まれ、熱遮蔽体は真空エンクロージャによって取り囲まれている。低温冷却器のコールドヘッドが外部で真空エンクロージャに取り付けられ、コールドヘッドの第1段が熱遮蔽体と熱的に接触し、第2段が超伝導主コイルと熱的に接触している。
【0003】
公知の超伝導磁石の設計では、閉鎖型磁石と開放型磁石がある。閉鎖型磁石は通常、内腔(bore)を持つ単一の管状の超伝導コイル組立体を有する。この超伝導コイル組立体は、半径方向に整列し且つ縦方向に間隔を置いて配置された複数の超伝導主コイルを含み、その各々は同一方向に等しい大電流を通す。このように設計された超伝導主コイルは、イメージング対象物が配置される磁石の内腔内に中心合わせされた球形のイメージング容積の中に非常に一様な磁界を作成する。主コイルにより発生された主コイルの周りの高磁界が磁石近傍の電子装置に悪影響を及ぼさないように、単一の管状の超伝導遮蔽組立体が使用される。このような遮蔽組立体は、半径方向に整列し且つ縦方向に間隔を置いて配置された複数の超伝導遮蔽コイルを含む。各超伝導遮蔽コイルは、主コイルの半径方向外側に配置され、主コイルに流れる電流とほぼ等しいアンペア数で、方向が逆の電流を通す。
【0004】
開放型磁石では、通常、隔たって配置された2つの超伝導コイル組立体が用いられる。組立体相互の間に空間があるので、MRIイメージングの間、医者が手術や他の医用手順のために接近することができる。患者はその空間に配置してもよく、あるいはドーナツ形のコイル組立体の内腔に配置してもよい。開放空間は、閉鎖型磁石で生じ得る閉所恐怖感を患者が克服するのを助ける。開放型磁石を受動的に遮蔽することもできるが、そうすると磁石の開放性が失われる。そこで(磁石の代わりに)部屋を遮蔽してもよいが、それはコストが高過ぎて、多くの設備では考慮されることはない。
【0005】
【発明の概要】
本発明の目的は、超伝導遮蔽体を有する開放型超伝導MRI磁石を提供することである。
本発明の開放型磁気共鳴イメージング磁石は、ほぼ環状の超伝導性の第1の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第1のコイル組立体、第1のコイル組立体から隔たって配置された、ほぼ環状の超伝導性の第2の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第2のコイル組立体、および各々が第1のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第2のコイル組立体に取り付けられた第2の端とを持つ、相隔たって配置されたほぼ平行な少なくとも2つのコイル組立体間ポストを含む。磁石はまた、第1のコイル組立体から隔たってコイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽組立体を含み、この第1の遮蔽組立体は内径が第1の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽コイルを含む。磁石は更に、各々が第1のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第1の遮蔽組立体に取り付けられた第2の端とを持つ、相隔たって配置された少なくとも2つの第1の組立体ポストを含む。磁石は更に、第2のコイル組立体から隔たってコイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽組立体を含み、この第2の遮蔽組立体は内径が第2の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽コイルを含む。磁石は更にまた、各々が第2のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第2の遮蔽組立体に取り付けられた第2の端1を持つ、相隔たって配置された少なくとも2つの第2の組立体ポストを含む。第1および第2のコイル組立体、主コイル、第1および第2の遮蔽組立体ならびに遮蔽コイルのすべてがほぼ同軸に整列している。
【0006】
本発明からいくつかの利益および利点が得られる。(超伝導遮蔽コイルを有する)環状の遮蔽コイル組立体および各超伝導コイル組立体に取り付けられた隔たって配置された組立体ポストの設計によって、磁石の開放性を維持しつつ、遮蔽された開放型MRI磁石が得られる。このような開放性によって、MRIイメージングの間、医師が手術等の医用手順のために接近することができるとともに、閉鎖型磁石設計で生じ得る閉所恐怖感を患者が克服することが助けられる。
【0007】
【詳しい説明】
付図は本発明の実施例を示す。図を通じて、同じ参照番号は同じ素子を表す。図1および図2は本発明の開放型磁気共鳴イメージング(MRI)磁石10を示す。磁石10は、ほぼドーナツ形の第1の超伝導コイル組立体12、第1の超伝導コイル組立体12から隔たって配置されたほぼドーナツ形の第2の超伝導コイル組立体14、および相隔たって配置されたほぼ平行な複数(好ましくは4個)のコイル組立体間ポスト16を含む。各コイル組立体間ポスト16は、第1のコイル組立体12に取り付けられた第1の端18、および第2のコイル組立体14に取り付けられた第2の端20を有する。磁石10はまた、第1のコイル組立体12から隔たってコイル組立体間ポスト16側とは反対側に配置されたほぼ環状の第1の超伝導遮蔽組立体22、ならびに相隔たって配置された複数(好ましくは6個)の第1の組立体ポスト24を含む。第1の組立体ポスト24の各々は、その一端26が第1のコイル組立体12に取り付けられ、もう1つの端28が第1の遮蔽組立体22に取り付けられている。磁石10は更に、第2のコイル組立体14から隔たってコイル組立体間ポスト16側とは反対側に配置されたほぼ環状の第2の超伝導遮蔽組立体30、ならびに相隔たって配置された複数(好ましくは6個)の第2の組立体ポスト32も含む。第2の組立体ポスト32の各々は、その一端34が第2のコイル組立体14に取り付けられ、もう1つの端36が第2の遮蔽組立体30に取り付けられている。
【0008】
第1のコイル組立体12はほぼ環状の第1の超伝導主コイル38を含み、第1の遮蔽組立体22は内径が第1の主コイル38の外径より大きいほぼ環状の第1の超伝導遮蔽コイル40を含む。同様に、第2のコイル組立体14はほぼ環状の第2の超伝導主コイル42を含み、第2の遮蔽組立体30は内径が第2の主コイル42の外径より大きいほぼ環状の第2の超伝導遮蔽コイル44をむ。第1のコイル組立体12、第2のコイル組立体14、主コイル38および42、第1の遮蔽組立体22、第2の遮蔽組立体30、遮蔽コイル40および44はすべて、ほぼ同軸に整列していて、共通の縦軸46を有する。開放型MRI磁石10の(図2に点線で示された)イメージング容積48の中の磁界の不均一度を医用イメージングに許容できるレベルまで小さくするために、第1のコイル組立体12には第1のバッキング(bucking)コイル50が付加的に含まれ、第2のコイル組立体14には第2のバッキングコイル52が付加的に含まれている。
【0009】
第1の主コイル38は第1の方向に電流を通す。「第1の方向」は、縦軸46を中心として時計方向または反時計方向の内の一方の円周方向と定義される。ただし、電流方向の僅かな縦方向成分は無視される。第1の遮蔽コイル40(と第1のバッキングコイル50)は、第1の方向とは逆の方向に(すなわち、第1の主コイル38が通す電流の方向とは逆の方向に)電流を通す。第2の主コイル42は、第1の主コイル38の電流の方向と同じ方向に電流を通す。第2の遮蔽コイル44は、第1の遮蔽コイル40の電流の方向と同じ方向に電流を通す。第2のバッキングコイル52は、第1のバッキングコイル50の電流の方向と同じ方向に電流を通す。これらの電流はすべて、アンペア数がほぼ等しいことが好ましい。
【0010】
第1のコイル組立体12は、第1の主コイル38(ならびに第1のバッキングコイル50)を支持する第1の主コイル枠54、第1の主コイル38および第1の主コイル枠54からほぼ隔たって配置されて第1の主コイル38および第1の主コイル枠54をほぼ取り囲む熱遮蔽体56、および第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56から隔たって配置されて該熱遮蔽体56をほぼ取り囲むハウジング58を有する。第1の遮蔽組立体22は、第1の遮蔽コイル40を支持する第1の遮蔽コイル枠60、第1の遮蔽コイル40および第1の遮蔽コイル枠60から隔たって配置されて第1の遮蔽コイル40および第1の遮蔽コイル枠60をほぼ取り囲む熱遮蔽体62、および第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62から隔たって配置されて該熱遮蔽体62をほぼ取り囲むハウジング64を有する。第1の組立体ポスト24の少なくとも1個(好ましくは全部)は、第1の遮蔽コイル枠60および第1の主コイル枠54と熱接触する第1の中心部材66、第1の中心部材66から隔たって配置されて第1の中心部材66をほぼ取り囲み、且つ第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62および第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触する熱遮蔽体68、および少なくとも1個の第1の組立体ポスト24の熱遮蔽体68から隔たって配置されて熱遮蔽体68をほぼ取り囲み、且つ第1の遮蔽組立体22のハウジング64および第1のコイル組立体12のハウジング58と熱接触するハウジング70を含む。
【0011】
第2のコイル組立体14は、平面72(その縁が図2に破線で示されている)に対して第1のコイル組立体12のほぼ鏡像である。平面72は、コイル組立体間ポスト16に対して(そして縦軸46に対して)ほぼ垂直であり、第1のコイル組立体12と第2のコイル組立体14から等距離の所に位置する。同様に、第2の遮蔽組立体30は、平面72に対して第1の遮蔽組立体22のほぼ鏡像である。また相隔たって配置された複数の第2の組立体ポスト32も、平面72に対して、相隔たって配置された複数の第1の組立体ポスト24のほぼ鏡像になっている。
【0012】
やはり磁石10の一部を構成する、たとえばギフォド・マクマホン(Gifford−McMahon)低温冷却器のような低温冷却器のコールドヘッド74が、第1のコイル組立体12のハウジング58に取り付けられたハウジング76を含む。低温冷却器のコールドヘッド74は、第1段78および第2段80を有する。第1段78は、第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触し、ほぼ40ケルビンの温度に維持される。第2段80は、第1のコイル組立体12の第1の主コイル枠54と熱接触し、ほぼ10ケルビンの温度に維持される。
【0013】
コイル組立体間ポスト16の少なくとも1個(好ましくは全部)は、第1の主コイル枠54と熱接触する内側部材82を有する。この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16は、内側部材82から隔たって配置されて内側部材82をほぼ取り囲み、且つ第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触する熱遮蔽体84も有する。この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16は更に、この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16の熱遮蔽体84から隔たって配置されて該熱遮蔽84をほぼ取り囲み、且つ第1のコイル組立体12のハウジング58と熱接触するハウジング86も有する。床取付台88が磁石10を支持する。
【0014】
真空エンクロージャが、第1の遮蔽組立体22のハウジング64、第1の組立体ポスト24のハウジング70、第1のコイル組立体12のハウジング58、コイル組立体間ポスト16のハウジング86、ならびに上述の鏡像関係にある第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応するハウジング(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。熱遮蔽体の配列体が、第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62、第1の組立体ポスト24の熱遮蔽体68、第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56、コイル組立体間ポスト16の熱遮蔽体84、ならびにそれぞれ鏡像関係にあるの第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応する熱遮蔽体(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。熱導体構造が、第1の遮蔽組立体22の第1の遮蔽コイル枠60、第1の組立体ポスト24の第1の中心部材66、第1のコイル組立体12の第1の主コイル枠54、コイル組立体間ポスト16の内側部材82、ならびに上述の鏡像関係にある第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応する部材(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。
【0015】
超伝導コイル38、40、50、42、44および52は、途切れのない一本の(並列の銅の安定化部材が付加された)NbSn超伝導テープで構成することが好ましい(あるいは、あまり望ましくはないが、複数本のテープを超伝導継手で一緒に接続して構成する)。このようなテープは、超伝導コイル38、40、50、42、44および52のすべてを単一の電気経路として一緒に形成するように巻かれる。通常、第1の主コイル枠54はガラス繊維で構成され(それに、図示しないアルミニウムリングが、熱伝導を行い、且つ大形の主コイル38および42にかかる半径方向外向きの電磁力に対する支持を行うために設けられ)、また第1の遮蔽コイル枠60は非磁性ステンレス鋼で構成される。通常、第1の組立体ポスト24の第1の中心部材66およびコイル組立体間ポスト16の内側部材82は銅で構成され、熱遮蔽体62、68、56、および84はアルミニウムで構成され、ハウジング64、70、58および86は非磁性ステンレス鋼で構成される。互いに隔たって配置された種々の素子(たとえば、第1の主コイル枠54から隔たって配置された熱遮蔽体56)は(図示していない、通常ガラス繊維で構成される)熱絶縁管等によって隔てられる。必要に応じて、(図示していない、通常、銅またはアルミニウムで構成される)熱伝導性のリング、プレート、帯等を付加してもよく、これにより、単一の低温冷却器のコールドヘッド74の第2段80が超伝導コイル38、40、50、42、44および52のすべてから(ならびに前に説明した熱導体構造から)熱を除去するための熱経路が得られる。注意すべきことは、第2のコイル組立体14および第2の遮蔽組立体30の超伝導コイル42、44および52を冷却するために別個の低温冷却器のコールドヘッドが必要とされないということである。
【0016】
本発明の磁石10のコンピュータシミュレーションを行った。これは、直径が25センチメートルの球形イメージング容積の中にピーク・ピーク磁界不均一度が7.4ppmの0.3テスラの磁界を発生するように設計された2500ポンドの磁石に対して行った。当業者の技術の範囲内にあるような従来の磁界解析とともに、本明細書で前に開示された本発明の原理を使用して、本発明者はこの特定の磁石10のための遮蔽体の設計を行った。第1の主コイル38はほぼ414600アンペアターン、第1の遮蔽コイル40はほぼ118680アンペアターン、そして第1のバッキングコイル50はほぼ104400アンペアターンとした。第1の主コイル38は平均半径がほぼ36.0cmであり、第2の主コイル42から縦方向に平均距離がほぼ120.6cmのところに配置した。第1の遮蔽コイル40は第1の主コイル38から半径方向外側に平均距離がほぼ35.3cmで、縦方向外側に平均距離がほぼ39.0cmのところに配置した。第1のバッキングコイル50は第1の主コイル38から半径方向内側に平均距離がほぼ15.1cmで、縦方向内側に平均距離がほぼ6.8cmのところに配置した。「平均半径」とは内側半径と外側半径との和の半分である。2つのコイルの間の「平均距離」とは各コイルの中の円の間の最も近い距離であり、この円はその中心がコイルの縦方向の境界から等距離のコイルの縦軸上に位置し、円の半径がコイルの平均半径に等しい円である。コンピュータシミュレーションの示すところによれば、本発明による遮蔽を行った場合には、5ガウスの漂遊磁界が磁石10のイメージング容積48の中心から縦方向距離2.5mで、半径方向距離3.5mのところに位置していた。本発明のこのような遮蔽が無かった場合には、5ガウスの漂遊磁界が磁石10のイメージング容積48の中心から縦方向距離7.6mで、半径方向距離6.2mのところに位置していた。本発明による有効な超伝導磁気遮蔽により、液体冷凍剤を使用せず、医用検査室に開放型磁石10を配置することが容易となり、開放型磁石設計の開放性が維持される。
【0017】
本発明の上記の実施例は、説明のため例示したものであり、すべてを網羅したものでは無く、また開示された細部に本発明を限定するものでもない。上記の教示を参考にして多数の変形および変更を行えることは明らかである。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超伝導遮蔽体を含む開放型超伝導MRI磁石の斜視図であり、わかりやすくするため、磁石に関連する低温冷却器のコールドヘッドおよび床取付台を省略して示してある。
【図2】低温冷却器のコールドヘッドおよび床取付台を付加した図1のMRI磁石の概略側面断面図である。
【符号の説明】
10 開放型磁気共鳴イメージング磁石
12 第1の超伝導コイル組立体
14 第2の超伝導コイル組立体
16 コイル組立体間のポスト
18 コイル組立体間ポストの第1の端
20 コイル組立体間ポストの第2の端
22 第1の超伝導遮蔽組立体
24 第1の組立体ポスト
26,28 第1の組立体ポストの端
30 第2の超伝導遮蔽組立体
32 第2の組立体ポスト
34,36 第2の組立体ポストの端
38 第1の超伝導主コイル
40 第1の超伝導遮蔽コイル
42 第2の超伝導主コイル
44 第2の超伝導遮蔽コイル
50 第1のバッキングコイル
54 第1の主コイル枠
56 第1のコイル組立体の熱遮蔽体
58 第1のコイル組立体のハウジング
60 第1の遮蔽コイル枠
62 第1の遮蔽組立体の熱遮蔽体
64 第1の遮蔽組立体のハウジング
66 第1の中心部材
68 第1の組立体ポストの熱遮蔽体
70 第1の組立体ポストのハウジング
72 平面
74 低温冷却器のコールドヘッド
76 コールドヘッドのハウジング
78 コールドヘッドの第1段
80 コールドヘッドの第2段
82 内側部材
84 コイル組立体間ポストの熱遮蔽体
86 コイル組立体間ポストのハウジング
【産業上の利用分野】
本発明は一般に、磁気共鳴イメージング(MRI)診断システムの一部として一様な磁界を発生するために使用される開放型超伝導磁石に関するものであり、更に詳しくは磁石から発生する漂遊磁界から磁石のまわりの領域を防護するための超伝導遮蔽体を有する開放型磁石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
超伝導磁石または他の型の磁石を用いるMRIシステムは、医用診断のような種々の分野で使用される。公知の超伝導磁石には、液体ヘリウムで冷却される超伝導磁石および低温冷却器で冷却される超伝導磁石がある。通常、低温冷却器で冷却される磁石の場合、超伝導コイル組立体が超伝導主コイルを含み、超伝導主コイルは熱遮蔽体によって取り囲まれ、熱遮蔽体は真空エンクロージャによって取り囲まれている。低温冷却器のコールドヘッドが外部で真空エンクロージャに取り付けられ、コールドヘッドの第1段が熱遮蔽体と熱的に接触し、第2段が超伝導主コイルと熱的に接触している。
【0003】
公知の超伝導磁石の設計では、閉鎖型磁石と開放型磁石がある。閉鎖型磁石は通常、内腔(bore)を持つ単一の管状の超伝導コイル組立体を有する。この超伝導コイル組立体は、半径方向に整列し且つ縦方向に間隔を置いて配置された複数の超伝導主コイルを含み、その各々は同一方向に等しい大電流を通す。このように設計された超伝導主コイルは、イメージング対象物が配置される磁石の内腔内に中心合わせされた球形のイメージング容積の中に非常に一様な磁界を作成する。主コイルにより発生された主コイルの周りの高磁界が磁石近傍の電子装置に悪影響を及ぼさないように、単一の管状の超伝導遮蔽組立体が使用される。このような遮蔽組立体は、半径方向に整列し且つ縦方向に間隔を置いて配置された複数の超伝導遮蔽コイルを含む。各超伝導遮蔽コイルは、主コイルの半径方向外側に配置され、主コイルに流れる電流とほぼ等しいアンペア数で、方向が逆の電流を通す。
【0004】
開放型磁石では、通常、隔たって配置された2つの超伝導コイル組立体が用いられる。組立体相互の間に空間があるので、MRIイメージングの間、医者が手術や他の医用手順のために接近することができる。患者はその空間に配置してもよく、あるいはドーナツ形のコイル組立体の内腔に配置してもよい。開放空間は、閉鎖型磁石で生じ得る閉所恐怖感を患者が克服するのを助ける。開放型磁石を受動的に遮蔽することもできるが、そうすると磁石の開放性が失われる。そこで(磁石の代わりに)部屋を遮蔽してもよいが、それはコストが高過ぎて、多くの設備では考慮されることはない。
【0005】
【発明の概要】
本発明の目的は、超伝導遮蔽体を有する開放型超伝導MRI磁石を提供することである。
本発明の開放型磁気共鳴イメージング磁石は、ほぼ環状の超伝導性の第1の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第1のコイル組立体、第1のコイル組立体から隔たって配置された、ほぼ環状の超伝導性の第2の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第2のコイル組立体、および各々が第1のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第2のコイル組立体に取り付けられた第2の端とを持つ、相隔たって配置されたほぼ平行な少なくとも2つのコイル組立体間ポストを含む。磁石はまた、第1のコイル組立体から隔たってコイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽組立体を含み、この第1の遮蔽組立体は内径が第1の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽コイルを含む。磁石は更に、各々が第1のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第1の遮蔽組立体に取り付けられた第2の端とを持つ、相隔たって配置された少なくとも2つの第1の組立体ポストを含む。磁石は更に、第2のコイル組立体から隔たってコイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽組立体を含み、この第2の遮蔽組立体は内径が第2の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽コイルを含む。磁石は更にまた、各々が第2のコイル組立体に取り付けられた第1の端と第2の遮蔽組立体に取り付けられた第2の端1を持つ、相隔たって配置された少なくとも2つの第2の組立体ポストを含む。第1および第2のコイル組立体、主コイル、第1および第2の遮蔽組立体ならびに遮蔽コイルのすべてがほぼ同軸に整列している。
【0006】
本発明からいくつかの利益および利点が得られる。(超伝導遮蔽コイルを有する)環状の遮蔽コイル組立体および各超伝導コイル組立体に取り付けられた隔たって配置された組立体ポストの設計によって、磁石の開放性を維持しつつ、遮蔽された開放型MRI磁石が得られる。このような開放性によって、MRIイメージングの間、医師が手術等の医用手順のために接近することができるとともに、閉鎖型磁石設計で生じ得る閉所恐怖感を患者が克服することが助けられる。
【0007】
【詳しい説明】
付図は本発明の実施例を示す。図を通じて、同じ参照番号は同じ素子を表す。図1および図2は本発明の開放型磁気共鳴イメージング(MRI)磁石10を示す。磁石10は、ほぼドーナツ形の第1の超伝導コイル組立体12、第1の超伝導コイル組立体12から隔たって配置されたほぼドーナツ形の第2の超伝導コイル組立体14、および相隔たって配置されたほぼ平行な複数(好ましくは4個)のコイル組立体間ポスト16を含む。各コイル組立体間ポスト16は、第1のコイル組立体12に取り付けられた第1の端18、および第2のコイル組立体14に取り付けられた第2の端20を有する。磁石10はまた、第1のコイル組立体12から隔たってコイル組立体間ポスト16側とは反対側に配置されたほぼ環状の第1の超伝導遮蔽組立体22、ならびに相隔たって配置された複数(好ましくは6個)の第1の組立体ポスト24を含む。第1の組立体ポスト24の各々は、その一端26が第1のコイル組立体12に取り付けられ、もう1つの端28が第1の遮蔽組立体22に取り付けられている。磁石10は更に、第2のコイル組立体14から隔たってコイル組立体間ポスト16側とは反対側に配置されたほぼ環状の第2の超伝導遮蔽組立体30、ならびに相隔たって配置された複数(好ましくは6個)の第2の組立体ポスト32も含む。第2の組立体ポスト32の各々は、その一端34が第2のコイル組立体14に取り付けられ、もう1つの端36が第2の遮蔽組立体30に取り付けられている。
【0008】
第1のコイル組立体12はほぼ環状の第1の超伝導主コイル38を含み、第1の遮蔽組立体22は内径が第1の主コイル38の外径より大きいほぼ環状の第1の超伝導遮蔽コイル40を含む。同様に、第2のコイル組立体14はほぼ環状の第2の超伝導主コイル42を含み、第2の遮蔽組立体30は内径が第2の主コイル42の外径より大きいほぼ環状の第2の超伝導遮蔽コイル44をむ。第1のコイル組立体12、第2のコイル組立体14、主コイル38および42、第1の遮蔽組立体22、第2の遮蔽組立体30、遮蔽コイル40および44はすべて、ほぼ同軸に整列していて、共通の縦軸46を有する。開放型MRI磁石10の(図2に点線で示された)イメージング容積48の中の磁界の不均一度を医用イメージングに許容できるレベルまで小さくするために、第1のコイル組立体12には第1のバッキング(bucking)コイル50が付加的に含まれ、第2のコイル組立体14には第2のバッキングコイル52が付加的に含まれている。
【0009】
第1の主コイル38は第1の方向に電流を通す。「第1の方向」は、縦軸46を中心として時計方向または反時計方向の内の一方の円周方向と定義される。ただし、電流方向の僅かな縦方向成分は無視される。第1の遮蔽コイル40(と第1のバッキングコイル50)は、第1の方向とは逆の方向に(すなわち、第1の主コイル38が通す電流の方向とは逆の方向に)電流を通す。第2の主コイル42は、第1の主コイル38の電流の方向と同じ方向に電流を通す。第2の遮蔽コイル44は、第1の遮蔽コイル40の電流の方向と同じ方向に電流を通す。第2のバッキングコイル52は、第1のバッキングコイル50の電流の方向と同じ方向に電流を通す。これらの電流はすべて、アンペア数がほぼ等しいことが好ましい。
【0010】
第1のコイル組立体12は、第1の主コイル38(ならびに第1のバッキングコイル50)を支持する第1の主コイル枠54、第1の主コイル38および第1の主コイル枠54からほぼ隔たって配置されて第1の主コイル38および第1の主コイル枠54をほぼ取り囲む熱遮蔽体56、および第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56から隔たって配置されて該熱遮蔽体56をほぼ取り囲むハウジング58を有する。第1の遮蔽組立体22は、第1の遮蔽コイル40を支持する第1の遮蔽コイル枠60、第1の遮蔽コイル40および第1の遮蔽コイル枠60から隔たって配置されて第1の遮蔽コイル40および第1の遮蔽コイル枠60をほぼ取り囲む熱遮蔽体62、および第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62から隔たって配置されて該熱遮蔽体62をほぼ取り囲むハウジング64を有する。第1の組立体ポスト24の少なくとも1個(好ましくは全部)は、第1の遮蔽コイル枠60および第1の主コイル枠54と熱接触する第1の中心部材66、第1の中心部材66から隔たって配置されて第1の中心部材66をほぼ取り囲み、且つ第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62および第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触する熱遮蔽体68、および少なくとも1個の第1の組立体ポスト24の熱遮蔽体68から隔たって配置されて熱遮蔽体68をほぼ取り囲み、且つ第1の遮蔽組立体22のハウジング64および第1のコイル組立体12のハウジング58と熱接触するハウジング70を含む。
【0011】
第2のコイル組立体14は、平面72(その縁が図2に破線で示されている)に対して第1のコイル組立体12のほぼ鏡像である。平面72は、コイル組立体間ポスト16に対して(そして縦軸46に対して)ほぼ垂直であり、第1のコイル組立体12と第2のコイル組立体14から等距離の所に位置する。同様に、第2の遮蔽組立体30は、平面72に対して第1の遮蔽組立体22のほぼ鏡像である。また相隔たって配置された複数の第2の組立体ポスト32も、平面72に対して、相隔たって配置された複数の第1の組立体ポスト24のほぼ鏡像になっている。
【0012】
やはり磁石10の一部を構成する、たとえばギフォド・マクマホン(Gifford−McMahon)低温冷却器のような低温冷却器のコールドヘッド74が、第1のコイル組立体12のハウジング58に取り付けられたハウジング76を含む。低温冷却器のコールドヘッド74は、第1段78および第2段80を有する。第1段78は、第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触し、ほぼ40ケルビンの温度に維持される。第2段80は、第1のコイル組立体12の第1の主コイル枠54と熱接触し、ほぼ10ケルビンの温度に維持される。
【0013】
コイル組立体間ポスト16の少なくとも1個(好ましくは全部)は、第1の主コイル枠54と熱接触する内側部材82を有する。この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16は、内側部材82から隔たって配置されて内側部材82をほぼ取り囲み、且つ第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56と熱接触する熱遮蔽体84も有する。この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16は更に、この少なくとも1個のコイル組立体間ポスト16の熱遮蔽体84から隔たって配置されて該熱遮蔽84をほぼ取り囲み、且つ第1のコイル組立体12のハウジング58と熱接触するハウジング86も有する。床取付台88が磁石10を支持する。
【0014】
真空エンクロージャが、第1の遮蔽組立体22のハウジング64、第1の組立体ポスト24のハウジング70、第1のコイル組立体12のハウジング58、コイル組立体間ポスト16のハウジング86、ならびに上述の鏡像関係にある第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応するハウジング(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。熱遮蔽体の配列体が、第1の遮蔽組立体22の熱遮蔽体62、第1の組立体ポスト24の熱遮蔽体68、第1のコイル組立体12の熱遮蔽体56、コイル組立体間ポスト16の熱遮蔽体84、ならびにそれぞれ鏡像関係にあるの第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応する熱遮蔽体(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。熱導体構造が、第1の遮蔽組立体22の第1の遮蔽コイル枠60、第1の組立体ポスト24の第1の中心部材66、第1のコイル組立体12の第1の主コイル枠54、コイル組立体間ポスト16の内側部材82、ならびに上述の鏡像関係にある第2のコイル組立体14、第2の組立体ポスト32および第2の遮蔽組立体30の対応する部材(図2に示されているが、参照番号は付されていない)の組み合わせによって形成される。
【0015】
超伝導コイル38、40、50、42、44および52は、途切れのない一本の(並列の銅の安定化部材が付加された)NbSn超伝導テープで構成することが好ましい(あるいは、あまり望ましくはないが、複数本のテープを超伝導継手で一緒に接続して構成する)。このようなテープは、超伝導コイル38、40、50、42、44および52のすべてを単一の電気経路として一緒に形成するように巻かれる。通常、第1の主コイル枠54はガラス繊維で構成され(それに、図示しないアルミニウムリングが、熱伝導を行い、且つ大形の主コイル38および42にかかる半径方向外向きの電磁力に対する支持を行うために設けられ)、また第1の遮蔽コイル枠60は非磁性ステンレス鋼で構成される。通常、第1の組立体ポスト24の第1の中心部材66およびコイル組立体間ポスト16の内側部材82は銅で構成され、熱遮蔽体62、68、56、および84はアルミニウムで構成され、ハウジング64、70、58および86は非磁性ステンレス鋼で構成される。互いに隔たって配置された種々の素子(たとえば、第1の主コイル枠54から隔たって配置された熱遮蔽体56)は(図示していない、通常ガラス繊維で構成される)熱絶縁管等によって隔てられる。必要に応じて、(図示していない、通常、銅またはアルミニウムで構成される)熱伝導性のリング、プレート、帯等を付加してもよく、これにより、単一の低温冷却器のコールドヘッド74の第2段80が超伝導コイル38、40、50、42、44および52のすべてから(ならびに前に説明した熱導体構造から)熱を除去するための熱経路が得られる。注意すべきことは、第2のコイル組立体14および第2の遮蔽組立体30の超伝導コイル42、44および52を冷却するために別個の低温冷却器のコールドヘッドが必要とされないということである。
【0016】
本発明の磁石10のコンピュータシミュレーションを行った。これは、直径が25センチメートルの球形イメージング容積の中にピーク・ピーク磁界不均一度が7.4ppmの0.3テスラの磁界を発生するように設計された2500ポンドの磁石に対して行った。当業者の技術の範囲内にあるような従来の磁界解析とともに、本明細書で前に開示された本発明の原理を使用して、本発明者はこの特定の磁石10のための遮蔽体の設計を行った。第1の主コイル38はほぼ414600アンペアターン、第1の遮蔽コイル40はほぼ118680アンペアターン、そして第1のバッキングコイル50はほぼ104400アンペアターンとした。第1の主コイル38は平均半径がほぼ36.0cmであり、第2の主コイル42から縦方向に平均距離がほぼ120.6cmのところに配置した。第1の遮蔽コイル40は第1の主コイル38から半径方向外側に平均距離がほぼ35.3cmで、縦方向外側に平均距離がほぼ39.0cmのところに配置した。第1のバッキングコイル50は第1の主コイル38から半径方向内側に平均距離がほぼ15.1cmで、縦方向内側に平均距離がほぼ6.8cmのところに配置した。「平均半径」とは内側半径と外側半径との和の半分である。2つのコイルの間の「平均距離」とは各コイルの中の円の間の最も近い距離であり、この円はその中心がコイルの縦方向の境界から等距離のコイルの縦軸上に位置し、円の半径がコイルの平均半径に等しい円である。コンピュータシミュレーションの示すところによれば、本発明による遮蔽を行った場合には、5ガウスの漂遊磁界が磁石10のイメージング容積48の中心から縦方向距離2.5mで、半径方向距離3.5mのところに位置していた。本発明のこのような遮蔽が無かった場合には、5ガウスの漂遊磁界が磁石10のイメージング容積48の中心から縦方向距離7.6mで、半径方向距離6.2mのところに位置していた。本発明による有効な超伝導磁気遮蔽により、液体冷凍剤を使用せず、医用検査室に開放型磁石10を配置することが容易となり、開放型磁石設計の開放性が維持される。
【0017】
本発明の上記の実施例は、説明のため例示したものであり、すべてを網羅したものでは無く、また開示された細部に本発明を限定するものでもない。上記の教示を参考にして多数の変形および変更を行えることは明らかである。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超伝導遮蔽体を含む開放型超伝導MRI磁石の斜視図であり、わかりやすくするため、磁石に関連する低温冷却器のコールドヘッドおよび床取付台を省略して示してある。
【図2】低温冷却器のコールドヘッドおよび床取付台を付加した図1のMRI磁石の概略側面断面図である。
【符号の説明】
10 開放型磁気共鳴イメージング磁石
12 第1の超伝導コイル組立体
14 第2の超伝導コイル組立体
16 コイル組立体間のポスト
18 コイル組立体間ポストの第1の端
20 コイル組立体間ポストの第2の端
22 第1の超伝導遮蔽組立体
24 第1の組立体ポスト
26,28 第1の組立体ポストの端
30 第2の超伝導遮蔽組立体
32 第2の組立体ポスト
34,36 第2の組立体ポストの端
38 第1の超伝導主コイル
40 第1の超伝導遮蔽コイル
42 第2の超伝導主コイル
44 第2の超伝導遮蔽コイル
50 第1のバッキングコイル
54 第1の主コイル枠
56 第1のコイル組立体の熱遮蔽体
58 第1のコイル組立体のハウジング
60 第1の遮蔽コイル枠
62 第1の遮蔽組立体の熱遮蔽体
64 第1の遮蔽組立体のハウジング
66 第1の中心部材
68 第1の組立体ポストの熱遮蔽体
70 第1の組立体ポストのハウジング
72 平面
74 低温冷却器のコールドヘッド
76 コールドヘッドのハウジング
78 コールドヘッドの第1段
80 コールドヘッドの第2段
82 内側部材
84 コイル組立体間ポストの熱遮蔽体
86 コイル組立体間ポストのハウジング
Claims (10)
- 開放型磁気共鳴イメージング磁石に於いて、
(a)ほぼ環状の超伝導性の第1の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第1のコイル組立体、
(b)上記第1のコイル組立体から隔たって配置された、ほぼ環状の超伝導性の第2の主コイルを含むほぼドーナツ形の超伝導性の第2のコイル組立体、
(c)各々が上記第1のコイル組立体に取り付けられた第1の端と上記第2のコイル組立体に取り付けられた第2の端を持つ、相隔たって配置されたほぼ平行な複数のコイル組立体間ポスト、
(d)上記第1のコイル組立体から隔たって上記コイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽組立体であって、内径が上記第1の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第1の遮蔽コイルを含む第1の遮蔽組立体、
(e)各々が上記第1のコイル組立体に取り付けられた一端と上記第1の遮蔽組立体に取り付けられたもう1つの端を持つ、相隔たって配置された複数の第1の組立体ポスト、
(f)上記第2のコイル組立体から隔たって上記コイル組立体間ポスト側とは反対側に配置されたほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽組立体であって、内径が上記第2の主コイルの外径より大きいほぼ環状の超伝導性の第2の遮蔽コイルを含む第2の遮蔽組立体、および
(g)各々が上記第2のコイル組立体に取り付けられた一端と上記第2の遮蔽組立体に取り付けられたもう1つの端を持つ、相隔たって配置された複数の第2の組立体ポストを含み、上記第1および第2のコイル組立体、及び上記第1および第2の遮蔽組立体のすべてがほぼ同軸に順次整列していることを特徴とする開放型磁気共鳴イメージング磁石。 - 上記第1の遮蔽組立体が、上記第1の遮蔽コイルを支持する第1の遮蔽コイル枠を含み、上記第1のコイル組立体が、上記第1の主コイルを支持する第1の主コイル枠を含み、少なくとも1つの上記第1の組立体ポストが、上記第1の遮蔽コイル枠および上記第1の主コイル枠に熱接触する第1の中心部材を含む請求項1記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記第1の遮蔽組立体が、上記第1の遮蔽コイルおよび上記第1の遮蔽コイル枠から隔たって、上記第1の遮蔽コイルおよび上記第1の遮蔽コイル枠をほぼ取り囲むように配置された熱遮蔽体を含み、上記第1のコイル組立体が、上記第1の主コイルおよび上記第1の主コイル枠から隔たって、上記第1の主コイルおよび上記第1の主コイル枠をほぼ取り囲むように配置された熱遮蔽体を含み、上記の少なくとも1つの第1の組立体ポストが、上記第1の中心部材から隔たって上記第1の中心部材をほぼ取り囲むように配置され、且つ上記第1の遮蔽組立体の上記熱遮蔽体および上記第1のコイル組立体の上記熱遮蔽体と熱接触するように配置された熱遮蔽体を含む請求項2記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記第1の遮蔽組立体が、上記第1の遮蔽組立体の上記熱遮蔽体からほぼ隔たって上記第1の遮蔽組立体の上記熱遮蔽体をほぼ取り囲むように配置されたハウジングを含み、上記第1のコイル組立体が、上記第1のコイル組立体の上記熱遮蔽体から隔たって上記第1のコイル組立体の上記熱遮蔽体をほぼ取り囲むように配置されたハウジングを含み、上記の少なくとも1つの第1の組立体ポストが、上記の少なくとも1つの第1の組立体ポストの上記熱遮蔽体から隔たって上記の少なくとも1つの第1の組立体ポストの上記熱遮蔽体をほぼ取り囲むように配置され、且つ上記第1の遮蔽組立体の上記ハウジングおよび上記第1のコイル組立体の上記ハウジングと熱接触するように配置されたハウジングを含む請求項3記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 更に、上記第1のコイル組立体の上記ハウジングに取り付けられたハウジング、上記第1のコイル組立体の上記熱遮蔽体と熱接触する第1段、および上記第1のコイル組立体の上記第1の主コイル枠と熱接触する第2段を有する低温冷却器のコールドヘッドが設けられている請求項4記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記コイル組立体間ポストの少なくとも1つが、上記第1の主コイル枠と熱接触する内側部材を有する請求項5記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記の少なくとも1つのコイル組立体間ポストが、上記内側部材から隔たって配置されて上記内側部材をほぼ取り囲み、且つ上記第1のコイル組立体の上記熱遮蔽体と熱接触する熱遮蔽体を有する請求項6記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記の少なくとも1つのコイル組立体間ポストが、上記の少なくとも1つのコイル組立体間ポストの上記熱遮蔽体から隔たって配置されて上記の少なくとも1つのコイル組立体間ポストの熱遮蔽体をほぼ取り囲み、且つ上記第1のコイル組立体の上記ハウジングと熱接触するハウジングを有する請求項7記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記コイル組立体間ポストに対してほぼ垂直に伸びていて、上記第1のコイル組立体と上記第2のコイル組立体からほぼ等距離の所にある平面に対して、上記第2のコイル組立体が上記第1のコイル組立体とほぼ鏡像関係にあり、上記平面に対して上記第2の遮蔽組立体が上記第1の遮蔽組立体とほぼ鏡像関係にあり、上記平面に対して上記複数の第2の組立体ポストが上記複数の第1の組立体ポストとほぼ鏡像関係にある請求項8記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
- 上記第1のコイル組立体が第1のバッキングコイルを含み、上記第1の主コイルがほぼ414600アンペアターンであり、上記第1の遮蔽コイルがほぼ118680アンペアターンであり、上記第1のバッキングコイル50がほぼ104400アンペアターンであり、上記第1の主コイルは平均半径がほぼ36.0cmであって、上記第2の主コイル42から縦方向に平均距離がほぼ120.6cmのところに配置されており、上記第1の遮蔽コイルは上記第1の主コイルから半径方向外側に平均距離がほぼ35.3cmで、縦方向外側に平均距離がほぼ39.0cmのところに配置されており、上記第1のバッキングコイルは上記第1の主コイルから半径方向内側に平均距離がほぼ15.1cmで、縦方向内側に平均距離がほぼ6.8cmのところに配置されている請求項9記載の開放型磁気共鳴イメージング磁石。
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