JP4261764B2 - 単一循環形の冷却循環路を備えた磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、傾斜磁場コイルシステムを冷却するための、冷却媒体で作動する単一循環形の冷却循環路を備え、これにより傾斜磁場コイルシステムの少なくとも１つの表面の温度が設定可能な温度範囲内で変動するようにした磁気共鳴装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴装置を断層撮影装置として構成する場合、基本磁場磁石によって作られる静磁場に、傾斜磁場コイルシステムによって作られ、急速開閉される傾斜磁場が重畳される。通常、この傾斜磁場コイルシステムは、３つの互いに直交する磁場傾斜を作るために、複数の傾斜磁場コイルを備えている。今日、しばしば使用される、積極的に遮蔽された傾斜磁場コイルシステムにおいては、有効傾斜磁場を作る所謂一次コイルに付加して、傾斜磁場コイルシステムを取り囲む基本磁場磁石の金属部分に渦流が発生するのを阻止する二次コイルを設けている。
【０００３】
典型的には、傾斜磁場コイルシステムにはパルス状の電流が流される。その場合、この電流は５０Ａの数倍までの振幅値に達し、５０ｋＡ／秒の数倍の上昇率及び下降率をもって高頻度にかつ急速に電流方向を変える。傾斜磁場コイルシステムのオーム抵抗により上述の電流はかなりのエネルギー量を熱に変換する。傾斜磁場コイルシステムの完全効率を維持し又は検査機器に配置された患者に対して好ましくない加熱を阻止するために、或いはその両方のために、上記の熱は適当な方法で放出される。このために、傾斜磁場コイルシステムは、例えば冷却媒体が通流される多数の冷却通路を備えている。
【０００４】
ある構成例においては、基本磁場磁石は永久磁石として形成されている。その場合、安定した基本磁場が高品質の磁気共鳴画像のための前提である。永久磁石の温度変動による基本磁場の変動を減少させるために、この永久磁石はそれに応じた温度安定性をもって動作せねばならない。このために、永久磁石は、絶縁及び制御に大きな経費を費やして、例えば３２℃の動作温度に保持される。傾斜磁場コイルシステムは永久磁石に直接或いはその直近に配置されているので、その動作による傾斜磁場コイルシステムの加熱は永久磁石の動作温度を非常に狭い範囲でしか変えることができない。その場合、例えばその動作温度はある温度帯域で、即ちその幅が、例えば１０分の時間間隔で取られる磁気共鳴信号の中心周波数が互いに２０Ｈｚ以上はずれていないことによって予め設定されている温度帯域で動くように確保せねばならない。
【０００５】
電気的に常伝導の基本磁場磁石を備えた磁気共鳴装置においては、その動作中に発生する基本磁場磁石並びに傾斜磁場コイルシステムの熱はそれぞれ１つの二次液体冷却循環路を介して放出される。その場合、両二次液体冷却循環路は、その熱を中間熱交換器において一次液体冷却循環路に与える。この一次液体冷却循環路は、その熱を外気に放出するために、さらに別の屋外設置形の熱交換器を備えている。特に上記の中間熱交換器及び屋外設置形の熱交換器は、全体の冷却システムを複雑にしかつコストを集中させる要因である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、従って、冒頭に挙げたような磁気共鳴装置を、傾斜磁場コイルシステムの冷却循環路が永久磁石による基本磁場の要求を満たし、かつ従来の技術の欠点が回避されるように構成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、この発明によれば、請求項１の特徴により解決される。その有利な構成例はその他の請求項に記載されている。
【０００８】
請求項１によれば、傾斜磁場コイルシステムを冷却するための、冷却媒体で作動する単一循環形の冷却循環路を備えた、この発明による磁気共鳴装置は以下の特徴を備えている。即ち、
・冷却循環路の定格出力は傾斜磁場コイルシステムの平均オーム損失電力に一致している。
・冷却循環路は少なくともオン・オフが可能な熱交換器を備えている。
・熱交換器は高いオン・オフ動作サイクルを持っている。
・傾斜磁場コイルシステムは高い平均比熱を持っている。
・冷却媒体は設定可能な温度範囲を越えた動作温度範囲を持っている。
この発明によれば、従って、傾斜磁場コイルシステムのしばしば元々備わっている高い平均比熱を利用して、この傾斜磁場コイルシステムの少なくとも１つの表面の温度が設定可能な温度範囲内で動くことを保証する、極めてコスト的に有利な冷却循環路が実現可能である。
【０００９】
１つの有利な実施例において、オン・オフ動作サイクルは約１０分より短い。
【００１０】
さらに１つの有利な実施例においては、平均的な比熱は約１（Ｊ／ｇＫ）より大きい。その場合、平均比熱は傾斜磁場コイルシステムに使用される複数の物質の比熱から、その質量比に応じて形成される。その場合、特に傾斜磁場コイルシステムの電気導体を電気的絶縁及び／又は機械的強度向上の目的で被覆する物質の高い比熱が有益である。多くの実施例において、この物質は元々高い比熱を備えている注型樹脂である。
【００１１】
１つの有利な実施例において、熱交換器は屋内設置形の空冷熱交換器である。特に、屋内設置用に設計された熱交換器は、屋外設置用の熱交換器に較べて明らかにコストメリットを持っている。
【００１２】
さらに１つの有利な実施例において、この磁気共鳴装置はさらに以下の特徴を備えている。即ち、
・冷却循環路は入口温度を検出するための温度センサを備えている。
・この冷却循環路は、その制御量が入口温度であり、その調整量が熱交換器のオン・オフを制御する２点制御器を備えている。
・この２点制御器は、高いオン・オフ動作サイクルを得るために小さい作動ギャップを持っている。
これにより、簡単かつコスト的に有利な２点制御器で並びに入口温度の簡単な検出により高いオン・オフ動作サイクルの生成及び制御が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明のその他の利点、特徴及び詳細は図面を参照して以下に記載するこの発明の実施例により明らかにする。
【００１４】
図１は、この発明の１つの実施例として、傾斜磁場コイルシステム２を冷却するための冷却液で作動する単一循環形の冷却循環路１を示す。この傾斜磁場コイルシステム２は、その導体路のみが破線で示されている電気導体４及び注型樹脂被覆５の他に、冷却液を通流させるための冷却通路を備えている。この傾斜磁場コイルシステム２は、永久磁石３として形成されている基本磁場磁石に直接に配置されている。冷却循環路１は、特に傾斜磁場コイルシステム２において吸収された熱を屋内の空気に放出するための熱交換器６、冷却液の入口温度を検出するための温度センサ７並びに冷却液を一定流速で送り込むためのポンプ８を備えている。この熱交換器６は、冷却循環路１から熱を取り出し、それに応じて屋内の周囲に放出する冷媒循環路９を備えている。なお、この冷媒循環路９は膨張弁１０並びに冷凍コンプレッサ１１を備えている。
【００１５】
既に最初に記載したように、永久磁石３に対しては、その動作温度が例えば温度帯域で、即ち、その幅が、例えば、１０分の時間間隔で取られる磁気共鳴信号の中心周波数が互いに２０Ｈｚ以上外れていないことによって、予め設定されている温度帯域で動くように確保されていなければならない。傾斜磁場コイルシステム２は直接永久磁石３に接して配置されているので、この要求は傾斜磁場コイルシステム２の接触表面に伝えられる。特に注型樹脂被覆５によりこの傾斜磁場コイルシステム２は高い平均熱容量を持っている。その場合、傾斜磁場コイルシステム２の電気導体４を包囲している注型樹脂被覆５は約１．７（Ｊ／ｇＫ）の比熱を持っている。このことは、傾斜磁場コイルシステム２の電気導体４における電流の流れによる加熱も、また冷却液による冷却も、傾斜磁場コイルシステム２の表面をそれぞれ時間的に遅れて加熱し、冷却することを意味する。これにより、特に傾斜磁場コイルシステム２の内部においては、傾斜磁場コイルシステム２の表面における温度帯域が決めているより、電流による大きい加熱を許容し、同時に冷却液による強い冷却を許容することが可能となる。
【００１６】
冷却循環路１は、さらに２点制御器１２を備えており、この制御器は制御量として冷却液の入口温度を温度センサ７から供給され、調整量として冷凍コンプレッサ１１のオン・オフを制御している。冷凍コンプレッサ１１の高いオン・オフ動作サイクルを得るために、下限の入口温度ｔ１と上限の入口温度ｔ２との間の作動ギャップがそれに応じて小さく設定される。この温度帯域によって設定される傾斜磁場コイルシステム２の表面温度を維持するために、傾斜磁場コイルシステム２の内部には前記の温度帯域を越えた部分的な加熱もしくは冷却が、冷却循環路１の充分に高いオン・オフ動作サイクルによって傾斜磁場コイルシステム２に発生した熱の充分な放出が確保されている限り許容される。
【００１７】
図２は、この発明の異なる実施例として、磁気共鳴装置の傾斜磁場コイルシステム２に設けた単一循環形の冷却循環路１を示す。この冷却循環路１は直接空冷される熱交換器６ａを備えている。図２に示された熱交換器６ａと図１に示された熱交換器６の違いは、熱交換器６ａが冷凍サイクル９を備えておらず、それに代わって通風機１３を備え、そしてこの通風機が、冷凍コンプレッサ１１に代わって、２点制御器１２によって制御されることにある。その他の点では図１及び２に示す冷却システムは同一である。
【００１８】
図３及び４は、それぞれ、図１及び２による冷却循環路１に対して、入口温度Ｔ_Kの時間的経過２１並びに永久磁石３における温度と同一である傾斜磁場コイルシステム２の表面温度Ｔ_Mの時間的経過２２を示している。図３において、入口温度Ｔ_Kにより冷却循環路１の比較的高いオン・オフ動作サイクル並びに永久磁石３によって規定される温度帯域を越える冷却液の比較的広い動作温度範囲が認められる。これにより、望みどおりに、傾斜磁場コイルシステム２の表面温度Ｔ_Mに対しては、理想的な一定の経過２２が生ずる。
【００１９】
図５及び６は、比較の目的で、従来の液体冷却循環路の、図３及び４に関し対応する経過２３及び２４を示す。この液体冷却循環路では、諸値が異なるため、比較的低いオン・オフ動作サイクル並びに液体の比較的小さい動作温度範囲に関連して、望ましくない、時間的に変化する永久磁石の温度Ｔ_Mが生じている。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍サイクルを備えている熱交換器を備えた傾斜磁場コイルシステムのための単一循環形の冷却循環路を示す。
【図２】直接空冷される熱交換器を備えた傾斜磁場コイルシステムのための単一循環形の冷却循環路を示す。
【図３】図１及び２による冷却循環路における入口温度の時間的経過を示す。
【図４】図１及び２による冷却循環路の傾斜磁場コイルシステムにおける表面温度の時間的経過を示す。
【図５】比較の目的で、従来の液体冷却循環路における入口温度の時間的経過を示す。
【図６】比較の目的で、従来の液体冷却循環路の傾斜磁場コイルシステムにおける表面温度の時間的経過を示す。
【符号の説明】
１ 冷却循環路
２ 傾斜磁場コイルシステム
３ 永久磁石
４ 電気導体
５ 注型樹脂被覆
６，６ａ 熱交換器
７ 温度センサ
８ ポンプ
９ 冷媒循環路
１０ 膨張弁
１１ 冷凍コンプレッサ
１２ ２点制御器
１３ 通風機
２１，２３ 入口温度Ｔ_Kの時間的経過
２２，２４ 温度Ｔ_Mの時間的経過
Ｔ_K 入口温度
Ｔ_M 傾斜磁場コイルシステムの表面温度
ｔ１ 下限の入口温度
ｔ２ 上限の入口温度

Claims (7)

1. 傾斜磁場コイルシステム（２）を冷却するための、冷却媒体で作動する単一循環形の冷却循環路（１）を備え、これによりこの傾斜磁場コイルシステムの少なくとも１つの表面の温度が設定可能な温度範囲内で変動するようにした磁気共鳴装置において、
   冷却循環路（１）が少なくともオン・オフが可能な熱交換器（６，６ａ）を備え、この熱交換器（６，６ａ）が高いオン・オフ動作サイクルを持ち、この熱交換器（６，６ａ）が屋内設置形の空冷熱交換器であり、
   冷却循環路（１）が入口温度を検出するための温度センサ（７）を備え、
   この冷却循環路（１）は、制御量が入口温度でありかつ調整量が熱交換器（６，６ａ）のオン・オフを制御する２点制御器（１２）を備え、この２点制御器（１２）は、オン・オフ動作サイクルを得るために下限の入口温度（ｔ１）と上限の入口温度（ｔ２）との間の作動ギャップを持っており、
   傾斜磁場コイルシステム（２）が、その電気導体（４）を覆う注型樹脂被覆（５）を備えて、１（Ｊ／ｇＫ）より大きい平均比熱を持ち、
   冷却媒体が設定可能な温度範囲を越えた動作温度範囲を持っている
   ことを特徴とする磁気共鳴装置。
2. オン・オフ動作サイクルが約１０分より短い請求項１記載の磁気共鳴装置。
3. 熱交換器（６ａ）が少なくともオン・オフ可能に形成された通風機（６ａ）を備えている請求項１又は２記載の磁気共鳴装置。
4. 熱交換器（６）が、少なくともオン・オフ可能に形成された冷凍コンプレッサ（１１）を含む冷媒循環路（９）を備えている請求項１乃至３の１つに記載の磁気共鳴装置。
5. 冷却媒体が冷却液体である請求項１乃至４の１つに記載の磁気共鳴装置。
6. 冷却液体が水である請求項５記載の磁気共鳴装置。
7. 磁気共鳴装置が基本磁場磁石として永久磁石（３）を備え、傾斜磁場コイルシステム（２）がこの永久磁石（３）に配置されている請求項１乃至６の１つに記載の磁気共鳴装置。

Images