JP4065747B2

JP4065747B2 - 超電導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP4065747B2
Application number: JP2002266204A
Authority: JP
Inventors: 洋之渡邊; 勉山本; 芳英和田山; 弘隆竹島; 健二榊原; 孝男本名
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2003159230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超伝導磁石及びそれを用いた磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置にかかわり、特に被検体に閉塞感を与えない開放型のＭＲＩ装置に好適な超電導磁石及びそれを用いたＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置に使用される従来の超伝導磁石の一例が特開平１０−１７９５４６号公報に記載されている。これに記載されている従来の超電導磁石は、冷却媒体である液体ヘリウムに浸されて超電導コイルを収納しているコイル容器が、液体ヘリウムを貯えるヘリウムタンクを兼用しており、しかも、液体ヘリウムを冷却する冷凍機がコイル容器（ヘリウム容器）に直接設置されて構成されている。
【０００３】
また、冷凍機振動に対する対策として冷凍機と冷凍機を設置するクライオスタット部との間にベローズ等のフレキ部を設置する方式が特開平１１−１６７１９号公報に記載されている。この方式では確かにクライオスタットと冷凍機コールドヘッド間の振動絶縁が図られるであろうが、冷却性能を確保しつつ確実な振動絶縁を施すためには、上記特許に記載されているような種々の工夫をこらす必要があり、コスト増を招いている。
【特許文献１】
特開平１０−１７９５４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６７１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＲＩ装置用の超電導磁石では、以下のような問題点がある。
【０００５】
即ち、液体ヘリウムを冷却する冷凍機がコイル容器に直接設置されているため、冷凍機の振動が直接コイル容器に伝わってしまい、この振動により内部に収納されている超電導コイルも振動して、発生する磁束が振れ、これが画像に対して悪影響を与えてしまい鮮明な画像が得られない。
【０００６】
また、従来は、冷却媒体タンクとコイル容器とを一体に形成していたため、どうしても装置が大型化してしまい、装置が大型化した場合には、被検体の入る空間が制約されて狭いものとなり、検査時に被検体に圧迫感を与えてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その一つの目的は、超電導コイルが収納されているコイル容器に冷凍機からの振動が伝わるのを少なくして超電導コイルの発生磁束の振れを抑制し画像に悪影響を与えないようにした超電導磁石及びそれを用いたＭＲＩ装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、装置を小型化したものであっても、被検体が入る空間を大きくとることができ、被検体に圧迫感を与えないＭＲＩ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、超電導コイルを冷却媒体と共に収納するコイル容器に冷却媒体を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、かつ、該冷却媒体タンクに冷却媒体を冷却する冷凍機を設置すると共に、冷却媒体タンクとコイル容器とを冷却媒体流通用の通路で連絡し、前記冷却媒体流通用の通路の途中にフレキシブル部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、他の目的を達成するために、本発明では、該超電導コイルを冷却媒体と共に収納するコイル容器の冷却媒体を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、かつ、コイル容器内の冷却媒体を超電導を保つ必要最小限の量とするか、あるいは、前記超電導磁石の中心から上下コイル容器の開放部を見たときに前記磁極で制限される上下方向の角度である視野角が３０°以上であるか、又は前記コイル容器に液体冷媒を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、これら両者を通路で連絡すると共に、超電導コイルからの渡り線が前記冷却媒体タンク内で配線され、この冷却媒体タンク内で渡り線と永久電流スイッチが接続されていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、請求項１及至８のいずれかに記載の超電導磁石と、被検体を乗せ、相対する前記超電導磁石のコイル容器間を移動可能なベッドと、被検体からの核磁気共鳴信号を解析する制御装置とを備えたＭＲＩ装置としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【００１３】
まず、ＭＲＩ装置の概略構成について説明する。ＭＲＩ装置は図１７に示す如く、超電導コイル（図示せず）、該超電導コイルを冷却媒体（例えば液体ヘリウム）と共に収納するコイル容器１１，１２、前記冷却媒体を冷却する冷却媒体タンク４１、及び冷却媒体を冷却する冷凍機５１から超電導磁石８０と、被検体を乗せるベッド９０と、被検体からの核磁気共鳴信号を解析する制御装置１００とから構成され、前記コイル容器１１，１２を相互に離間して相対向するように配置すると共に、両者コイル容器１１，１２間に磁場空間を形成し、ここをベッド９０に乗った被検体を通して断層撮影を行うものである。
【００１４】
次に、上記ＭＲＩ装置に採用される超電導磁石の各実施例について以下に説明する。
【００１５】
図１，図２及び図３に超電導磁石の第１の実施例を示す。図３は図１から磁極支持部材７１，７２、磁極８１，８２、サポート部材６３を除いたものである。
【００１６】
該図に示す如く、本実施例は、コイル容器１１，１２に冷却媒体を供給する冷却媒体タンク（以下Ｈｅタンクという）４１をコイル容器１１，１２とは別体に設けると共に、該Ｈｅタンク４１に前記冷凍機５１を設置し、かつ、前記Ｈｅタンク４１とコイル容器１１，１２とをそれぞれ冷却媒体流通用の通路３１，３２（配管）で接続している。そして、コイル容器１１，１２は通路３１，３２を介してＨｅタンク４１に支持されている。
【００１７】
コイル容器１１，１２には円環状の空間が形成され、その中に強磁性体製の磁極８１，８２を設置し、磁極８１，８２を含めた上コイル部と下コイル部の支持を、サポート部材６３にて行なうようにしている。
【００１８】
つまり、磁極８１，８２を備えた上下のコイル容器１１，１２を磁極支持部材７１，７２で支持し、これを介して上下のコイル容器１１，１２がサポート部材６３に支持されている。この磁極支持部材７１，７２は強磁性体で構成されている。
【００１９】
コイル容器１１，１２とＨｅタンク４１はそれぞれ通路３１，３２で接続され、これによりＨｅタンク４１からコイル容器１１，１２へ液体Ｈｅが供給される。上記した如く、Ｈｅタンク４１には冷凍機５１が設置されているが、この冷凍機５１はガス化した冷媒を液化するためのものである。
【００２０】
次に、図２に示す如く、コイル容器１１，１２は、Ｈｅ容器１１２，１２２に超電導コイル１１３，１２３が冷却媒体と共に収納され、更にシールド板１１１，１２１を備え、真空断熱されるとともに冷凍機５１にて冷却されている。超電導コイル１１３，１２３からは超電導渡り線７１１がＨｅタンク４１の内部まで配線され、ここで超電導スイッチ６０２や保護抵抗６０１と接続されている。超電導コイルは液体Ｈｅ(４.２Ｋ) により冷却され、この温度では電流の流れに対して零点抵抗を有する。超電導コイルは超電導遷移温度未満で超電導となる（即ち電流の流れに対してほぼ零点抵抗を示す）低温または高温超電導体のような、任意の材料で形成することもできる。
【００２１】
一般に低温超電導体は、絶対０度に近い温度で超電導遷移を行う。高温超電導体は、絶対０度よりかなり高い温度で超電導遷移を行う。
【００２２】
一例として、低温超電導体としては、ニオブ・チタンをフィラメントにして銅をマトリクスにしたものが挙げられる。あるいはまた、他の低温超電導体または高温超電導体として類別された材料のような、超電導に適したいずれかの材料を、この用途に利用することもできる。
【００２３】
また、超電導コイル１１３，１２３はパワーリード８１１に電源８０５を接続することにより励磁される。励磁後は電源８０５はパワーリード８１１から切り離す。
【００２４】
パワーリード８１１は低温部電流導入端子８１２を経由して永久電流スイッチ６０２と保護抵抗６０１を挟む超電導渡り線７１１に接続されている。
【００２５】
Ｈｅタンク４１には圧力センサ８０１が設置されており、圧力センサ８０１からの出力信号は制御ボックス８０２に取り込まれ、ヒータ８０３の通電量を制御することにより、タンク内圧をほぼ一定にできるので、液体Ｈｅ量が適量に保たれる。
【００２６】
即ち、冷凍機５１は連続的に運転され、液体Ｈｅ量はＨｅタンク４１内の圧力を検知してヒータ８０３によって制御される。
【００２７】
本構成によればコイル容器１１，１２とＨｅタンクが通路３１，３２を介して離れた位置にあるので、冷凍機５１の振動がコイル容器１１，１２に伝播しにくい構造となっている。従って、超電導コイルで形成する磁場空間での磁場均一度に影響を与えるのを低減することが可能となる。また、磁極８１，８２を設けているので、不均一になりやすい中央部の磁場を磁石の増やすことなく均一な磁場が形成せきるので安価にＭＲＩを構成できる。
【００２８】
また、Ｈｅタンク４１が磁場空間と遠ざかることにより、Ｈｅタンク４１内部に永久電流スイッチ６０２及び永久電流スイッチの超電導接続７０１を設置することにより経験磁場が低減するので、これらの負荷率を低く（余裕度を大きく）設定することが可能となりコスト低減が達成されるとともに信頼性が向上する。また、永久電流スイッチや超電導接続部をＨｅタンク内に配置することによりコイル容器の大きさを必要最小限に抑えることが可能となる。即ち、コイルを超伝導に保持するに足る必要最小限の液体ヘリウム量とすることにより、コイル容器内の液体ヘリウムの量を削減できるので、コイル容器寸法を小型化できる。これにより、被検体の入る空間をより広く取ることが可能になると共に、被検体にとって圧迫感が少なくなる。さらに、画像を見ながら手術するという、検査中の被検体に対するという医療的アクセスがより容易となる。
【００２９】
図４は図１のコイル周辺を表す模式図である。この図を用いて視野角を定義する。即ち、磁石８１，８２の中心０から上コイル１１と下コイル１２の開放部を見たときに、磁極で制限される上下方向の角度を視野角と呼ぶ。本実施例では、実施例１に述べたようにコイル容器をコンパクトにすることにより、磁極部高さ（図中ｂ寸法）よりもコイル容器高さ（図中ａ寸法）を低くすることにより、視野角を大きくとることができ、例えば３０°以上の構成が可能である。
【００３０】
図５の実施例２は、上述した実施例１に記載されているコイル容器１１，１２とＨｅタンク４１を接続する通路３１，３２の途中にベローズ等の振動隔離手段３３，３４を設けた例である。本発明は、冷凍機が設置されている冷却媒体タンク４１とコイル容器１１，１２との間に通路を設けて距離を確保しているので本質的に冷凍機振動を受けにくい構造であるが、さらに上記のような振動隔離手段を通路３１，３２に設けることにより、振動絶縁が確実なものとなる。
【００３１】
これにより、冷凍機振動のコイル容器への伝達をより効果的に抑制することが可能となる。
【００３２】
図６に超電導磁石の第３の実施例を示す。
【００３３】
本実施例はコイル容器１１，１２に冷却媒体を供給する冷却媒体タンク（以下Ｈｅタンクという）４１をコイル容器１１，１２とは別体に設けると共に、該Ｈｅタンク４１に前記冷凍機５１を設置し、かつ、前記Ｈｅタンク４１とコイル容器１１，１２とを冷却媒体流通用の通路３１（配管）で接続しているものである。そして、コイル容器１１，１２は支持部材６１を介してＨｅタンク４１に支持されている。
【００３４】
更に、上下のコイル容器１１，１２は連結通路２１で接続され、この中を液体Ｈｅ，Ｈｅガスが通るとともに、コイル接続線等が通っている。また、コイル容器１１とＨｅタンク４１は通路３１で接続され、これによりＨｅタンク４１からコイル容器１１へ液体Ｈｅが供給されるとともにＨｅガスはＨｅタンク４１へ回収されるようになっている。上記した如く、Ｈｅタンク４１には冷凍機５１が設置されているが、この冷凍機５１はＨｅタンク４１へ回収されたＨｅガスを凝縮するためのものである。
【００３５】
本構成によればコイル容器１１，１２とＨｅタンクが通路３１を介して離れた位置にあるので、冷凍機５１の振動がコイル容器１１，１２に伝播しにくい構造となっている。従って、超電導コイルで形成する磁場空間での磁場均一度に影響を与えるのを低減することが可能となる。
【００３６】
図７に超電導磁石の第４の実施例を示す。
【００３７】
本実施例は、第３の実施例において上下のコイル容器１１，１２をサポートするコイル容器支持部材６２をＨｅタンク４１とは別に用意した場合の構成である。このように構成してもその効果は第１の実施例と同様だが、Ｈｅタンク４１をコンパクトに構成できる場合は、コイル容器支持部材６２を設けた方が実施例１よりも合理的に構成できる。
【００３８】
図８に超電導磁石の第５の実施例を示す。
【００３９】
本実施例は、第３の実施例の構成に加え、強磁性体部材７１，７２をコイル容器１１，１２の外側（コイル対向面とは反対側）に配置した場合である。この構成でもその効果は第１の実施例と同様だが、強磁性体部材７１，７２をこの位置に配置することにより、漏れ磁場を低減させることが可能となる。場合によってはアクティブシールド用コイルを強磁性体部材７１，７２の上に配置して、磁場シールド性能を向上させることも可能である。コイル容器１１とＨｅタンク４１は通路（図示せず）を介して接続されている。
【００４０】
図９，図１０に超電導磁石の第６の実施例を示す。図１０は、図９から磁極支持部材７１，７２、磁極，サポート部材６３を除いたものである。
【００４１】
本実施例は、強磁性体部材７１，７２が外側に配置されているコイル容器１１，１２をＨｅタンク４１とは別の部材６３で支持した場合である。
【００４２】
第４の実施例で述べた如く、Ｈｅタンク４１をコンパクトに構成できる場合は、Ｈｅタンク４１とは別にサポート６３を設けた方が安価にできる。また、このサポートを強磁性体（鉄材）で構成すると上下の強磁性体部材７１，７２と合わせて磁気回路が構成されることにより、漏洩磁場を抑制することがより効果的に可能となる。
【００４３】
図１１に超電導磁石の第７の実施例を示す。
【００４４】
本実施例は、コイル容器１１ａ，１２ａに円環状の空間を形成し、その中に強磁性体製の磁極８１，８２を設置し、磁極８１，８２を含めた上コイル部と下コイル部の支持を、Ｈｅタンク４１で兼用して行うようにしている。即ち、このＨｅタンク４１に支持部材６４，６５を介して磁極８１，８２が設置されたコイル容器１１ａ，１２ａを支持している。この支持部材６４，６５は非磁性体で構成されている。
【００４５】
本実施例の構成でも上述した第３の実施例と同様な効果が得られることは勿論、磁極８１，８２を設けているので、磁場強度や磁場均一度によっては、この磁極８１，８２がある方が安価に構成できる。
【００４６】
図１２に超電導磁石の第８の実施例を示す。
【００４７】
本実施例は、コイル容器１１，１２の支持をＨｅタンク４１ではなく、Ｈｅタンク４１とは別にサポート部材６３を設け、これを支持部材６４，６５を一体にして支持している。本実施例でもその効果は上述した第１の実施例と同様であり、しかも、Ｈｅタンク４１をコンパクトに構成できる場合は、安価にできる。
【００４８】
図１３に超電導磁石の第９の実施例を示す。
【００４９】
本実施例は、磁極を備えた上下のコイル容器１１，１２を磁極支持部材７１，７２で覆い、これを介してＨｅタンク４１に支持している例である。この磁極支持部材７１，７２は強磁性体で構成されている。本実施例の構成とすることにより、上述した実施例と同様の効果が得られることは勿論、漏洩磁場を低減させるためには有効である。更に、漏洩磁場を低減させるためには、強磁性体の外側に磁場シールド用コイルを設置した方が効果がある。
【００５０】
図１４，図１５に超電導磁石の第１０の実施例を示す。図１５は、図１４から磁極支持部材７１，７２、磁極，サポート部材６３を除いたものである。
【００５１】
本実施例は、Ｈｅタンク４１とは別にサポート部材６３を設け、これとコイル容器１１，１２を覆うように設けられた磁極支持部材７１，７２を一体にしてコイル容器１１，１２を支持し、しかも、磁極支持部材７１，７２を強磁性体で構成すると共に、上下のコイル容器１１，１２を連結するサポート部材６３にも強磁性を使用した場合である。
【００５２】
本実施例の構成とすることにより、上述した実施例と同様な効果が得られることは勿論、磁極８１，８２に磁気回路を組みあわせることにより磁束を封じ込め、より漏洩磁場を低減させることが可能となる。
【００５３】
図１６に示す実施例は、上下コイル部サポート６３が複数（本例では２本）の場合である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、超電導コイルに対する冷凍機振動の影響を抑制することができるので、画像の乱れが防止できるという効果がある。また、装置が小型化しても被検体が入る空間を大きく取ることができるので、被検体に圧迫感を与えないでＭＲＩ装置に採用する場合には有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導磁石の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図６】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図８】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１３】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１５】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施例である超電導磁石の斜視図である。
【図１７】本発明の超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。
【符号の説明】
１１，１２…コイル容器、２１…連結通路、３１，３２…通路、４１…Ｈｅタンク、５１…冷凍機、６４，６５…支持部材、８１，８２…磁極、１１１…シールド板、１１２…コイル用Ｈｅ容器、１１３…超電導コイル巻線、６０１…保護抵抗、６０２…永久電流スイッチ、７０１…超電導接続、７１１…超電導渡り線。

Claims

超電導コイルと、
該超電導コイルを冷却媒体と共に収納するコイル容器と、
前記冷却媒体を冷却する冷凍機とを備え、
前記コイル容器を相互に離間して相対向するように配置すると共に、両者コイル容器間に磁場空間を形成する超電導磁石において、
前記コイル容器に冷却媒体を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、かつ、該冷却媒体タンクに前記冷凍機を設置すると共に、冷却媒体タンクとコイル容器とを冷却媒体流通用の通路で連絡し、
前記冷却媒体流通用の通路の途中にフレキシブル部が設けられていることを特徴とする超電導磁石。
超電導コイルと、
該超電導コイルを冷却媒体と共に収納するコイル容器と、
前記冷却媒体を冷却する冷凍機とを備え、
前記コイル容器を相互に離間して相対向するように配置すると共に、両者コイル容器間に磁場空間を形成する超電導磁石において、
前記コイル容器に冷却媒体を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、かつ、該冷却媒体タンクに前記冷凍機を設置すると共に、冷却媒体タンクとコイル容器とを冷却媒体流通用の通路で連絡し、前記コイル容器に円環状の空間部を形成すると共に、その空間部に強磁性体磁極を配置し、
前記冷却媒体流通用の通路の途中にフレキシブル部が設けられていることを特徴とする超電導磁石。
前記各コイル容器の相対向する面とは反対側に強磁性体部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導磁石。
前記各コイル容器同士を連結通路で連結すると共に、該連結通路の内部を前記各コイル容器内の超電導コイルを接続するリード線が通っていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の超電導磁石。
前記磁極を含めた各コイル容器は、非磁性体の支持部材を介して前記冷却媒体タンクに支持されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の超電導磁石。
超電導コイルと、
該超電導コイルを冷却媒体と共に収納するコイル容器と、
前記冷却媒体を冷却する冷凍機とを備え、
前記コイル容器を相互に離間して相対向するように配置すると共に、両者コイル容器間に磁場空間を形成する超電導磁石において、
前記コイル容器に液体冷媒を供給する冷却媒体タンクを前記コイル容器とは別体に設け、これら両者を通路で連絡すると共に、前記超電導コイルからの渡り線が前記冷却媒体タンク内で配線され、この冷却媒体タンク内で渡り線と永久電流スイッチが接続されている超電導磁石。
請求項１乃至６の何れかに記載の超電導磁石と、
被検体を乗せ、相対する前記超電導磁石のコイル容器間を移動可能なベッドと、
被検体からの核磁気共鳴信号を解析する制御装置を有する磁気共鳴イメージング装置。