JP4565721B2 - 超電導磁石装置、及びｍｒｉ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者へのアクセス性および被検者の開放感の点から優れた、磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ装置と称する）に用いられる側面が開放された磁場発生源である上下に対向して配置された一対の超電導コイルから構成される開放型超電導磁石装置の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種のＭＲＩ装置用開放型超電導磁石装置は、例えば、特開平４−１３２５３９および特開平５−２３４７４６等に開示されている。これら従来技術に開示されている開放型超電導磁石装置では、上下に対向して配設される一対の超電導コイルを各々収容するドーナッツ形状の上下一対の冷却容器を電気的、熱的あるいは構造的に連結する連結管の構造および配置および、これら上下一対の冷却容器中に各々収容される一対の超電導コイルを冷却するための冷凍機の構造および配置について十分な配慮がなされておらず、そのためこれら連結管および冷凍機が術者の被検者へのアクセス性および被検者の開放感を阻害する原因ともなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被検者には高い開放感を与えかつ術者には被検者への高いアクセス性と広い作業スペースを与えるＭＲＩ装置用開放型超電導磁石装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、上下一対の冷却容器中にそれぞれ収容された上下一対の超伝導コイルを冷却する冷凍機を、上下一対の冷却容器の上側および下側に配設した上下一対の磁性材プレートを磁気的、機械的に結合している磁性材柱から遠い位置で上下一対の磁性材プレート中の上側の磁性材プレート上に配設し、上側の磁性材プレートに形成した切り欠き部を通して上下一対の冷却容器中の上側の冷却容器に結合することによって達成される。
【０００５】
上記した本発明の目的は、さらに、上下一対の冷却容器の上側および下側に配設した上下一対の磁性材プレートを磁気的および機械的に結合する磁性材柱を、上下一対のドーナッツ状冷却容器中に収容される上下一対の超電導コイルによって形成される被検者を挿入しＭＲＩ撮影を行うための均一磁場空間の中心から奥の方向に偏って配設しかつ上下一対の冷却容器を電気的、熱的に連結する連結管も上記均一磁場空間の中心から見て磁性材柱の配設方向とほぼ同じ方位に配設しかつドーナッツ形状の上下一対の冷却容器の外周部外側に配設することによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３によって本発明の第１の実施例である開放型超電導磁石装置を説明する。
【０００７】
上下一対の対称に配置された超電導コイル１０、１２にそれぞれ同一方向の直流励磁電流が流されると、この上下一対の超電導コイル１０、１２間に、上下方向に均一な静磁場が発生し、この磁石の中央に、被検者を挿入しＭＲＩ撮影を行うための均一磁場空間１４が形成される。
【０００８】
上下一対の超電導コイル１０、１２はそれぞれ上下一対の冷却容器１６、１８内に収容されている。
【０００９】
超電導コイル１０、１２の上下方向外側には磁石装置外部への漏洩磁場を抑制するためそれぞれの超電導コイル１０、１２に近接して上下一対の磁性材プレート２０、２２が配置されており、またこれら磁性材プレート２０、２２は２本の磁性材柱２４、２６によって磁気的に結合されると共に構造的にも支持されている。
【００１０】
上下一対の超電導コイル１０、１２の内側には、上下一対の突出部を有するポールピース２８、３０が設けられている。それぞれのポールピース２８、３０に包囲されたそれぞれの円形の凹部には、静磁場中の位置情報を与えるためのそれぞれ上下一対の傾斜磁場コイル３２、３４が設けられている。またそれぞれの傾斜磁場コイル３２、３４の背後には磁場均一度制御部材３６、３８が配設されている。
【００１１】
なおこの図１において、紙面の上下方向をＺ方向、左右方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向と定義する。
【００１２】
図２は超電導コイル１０と、冷却容器１６の部分の拡大図である。この超電導コイル１０はその超電導特性を発揮できる所定温度にまで冷却するため冷却容器１６の中に配置される。冷却容器１６としては最外部を真空槽４０で囲み、その内側に冷媒槽（本実施例では液体ヘリウム槽）４２を配置している。また、図示していないが、真空槽４０と冷媒槽４２の間には熱シールドを配置し、輻射による熱の流入を防止することで冷媒槽４２（最終的には、超電導コイル１０）への熱侵入を抑制している。
【００１３】
さらに、本超電導磁石装置では、上下の冷却容器１６、１８を電気的、熱的、あるいは上下超電導コイル１０、１２間に働く電磁力、および荷重に耐えられるように構造的に接続する連絡管４４、４６を設けている。上下の冷却容器１６、１８と同様に、これらの連結管４４、４６も真空槽と冷媒槽等から構成され、この冷媒槽により上下の冷却容器１６、１８を結合することで冷媒を連通させている。なお、上下の超電導コイル１０、１２を所定の距離で保持するために、この冷媒槽内に上下支持材を配置してもよい。本実施例では連結管４４、４６の周方向における配置個所は、均一磁場空間の中心から見て周方向の位置を磁性材柱２４、２６と同一にしたので視界が広がり、開放性が増加する。
【００１４】
本実施例では、ＩＶＲ等への利用を考え、被検者の側方が広く開けられるよう、２本の連結管４４、４６を使用しているが、本数はこれに限らず、１本、または３本以上でもよい。さらに、本実施例では、以下で説明する図４に示すように、連結管４４、４６、磁性材柱２４、２６を前後・非対称に、即ち被検者挿入方向の奥側に配置することで、前方側の両側方に十分に広いスペースを形成している。
【００１５】
連結管４４、４６の配置構造を更に説明するために、上方から見た中央断面を図４に示す。本実施例において、被検者は体軸をＹ方向として磁石内に挿入されるが、Ｘ方向の視野は２本の連結管４４、４６の間隔Ｗによって規定される。したがって、この間隔が狭いと開放感が得られにくい。本実施例で示すように、連結管をドーナッツ形状の冷却容器１８の外周部よりも径方向に更に外側に配置することで、間隔Ｗを広げることができ開放性を高められる。
【００１６】
また、連結管４４、４６の間隔を広げるため、磁性材柱２４、２６にくぼみを設け、その間にやわらかい構造の連結管４４、４６を配置することが有効である。この構造により、磁性材柱２４、２６の断面積の減少は最小に押さえられるので、漏洩磁場への影響も少ない。
【００１７】
なお、連結管４４、４６により上下の冷却容器１６、１８を構造的に連結することで、冷却容器１６、１８の全体を一体構造とすることは可能であるが、本実施例では、冷却容器１６、１８を磁性材プレート２０、２２に固定し、連結管４４、４６は単に上下冷却容器１６、１８の電気的あるいは、熱的な結合だけを受け持つ構造としたので、上下の超電導コイル１０、１２の間隔は、磁性材柱２４、２６によって間接的に規定されるが、連結管４４、４６で支持する場合に比べて構造体として高い剛性を得ることができる。また、磁性体柱２４、２６の方が、断面積も大きく、構造も簡素なため、寸法精度を得やすい。この結果、設計通りの上下の超電導コイル間距離を得やすいので、磁場均一度も高めやすい。
【００１８】
図１、図３に示すように、本実施例では超電導コイル１０、１２を冷却するための冷凍機（圧縮機）４８を上方の磁性材プレート２０の上方に配置している。
このことにより、均一磁場空間を取り巻く空間の側面に冷凍機４８を配設するスペースを必要としないので、側方からのアクセス性、作業性、開放性が改善される。また、冷凍機４８と超電導コイル１０、１２との間に磁性材プレート２０、２２が介在することにより、冷凍機４８に作用する漏洩磁場が大幅に低減する。
冷凍機４８に用いられる蓄冷材は一般に強磁場中では性能が劣化するので、この構造の採用により、蓄冷材の性能劣化が防止される。
【００１９】
次に本発明のもう一つの実施例を図４、５を使って説明する。先の実施例と同等部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００２０】
本実施例でも、連結管４４、４６と磁性材柱２４、２６の配置は先の実施例の図３に示されているように、均一磁場空間１４の中心から見て、周方向の同じ位置、方位に配設されている。
【００２１】
また、本実施例でも先の実施例と同様に超電導コイルを冷却するための冷凍機４８は上側の磁性材プレート２０の上方に配置されている。
【００２２】
更に、本実施例では、冷凍機４８と冷却容器１６とを接続する部位に相当する磁性材プレート２０を切り欠き、その空間を利用して両者を接続している。この構造により、接続部５０が上部冷却容器１６の外周直径よりもはみ出すことがないので、開放性を得ることができる。また、周囲を迂回して冷却容器１６に接続する場合に比べて経路を短くできるので、熱抵抗を低減できる。この結果、冷却効率が向上するので、冷媒の消費量を低減できる。あるいは、別の見方をすると、熱侵入量の増加に対応可能となるので、冷却容器の構造を簡素化できたり、超電導コイルの支持構造の剛性を向上できる等の利点が得られる。
【００２３】
図４、５に示すように冷凍機４８を磁性材プレート２０の前側に配置することの利点の一つは、磁石装置の高さを抑制できることである。漏洩磁場を抑制するための磁性材プレート２０は、その中を通る磁束の密度に応じて、その厚さを選ぶ必要がある。このため、磁性材柱２４、２６の位置を前後非対称に配置した場合には、磁束密度の低い磁性材プレート２０の前方は薄くできる。したがって、この位置に冷却機４８を配置することで、装置全体の高さを低くでき、装置の運搬、搬入が容易となる。また、この部分の磁性材プレート２０の磁束密度が低いので、この部分を切り欠いても漏洩磁場や磁場均一度への影響を微少とできる。
【００２４】
更に、冷凍機４８はそのピストンシリンダーの軸方向を鉛直方向に近付けるほど、冷凍機の動作効率は一般に良くなる。従って、図４、５のように冷凍機４８の軸方向を斜めに配置することで、冷却効率を高めることができる。なお、５２は冷凍機４８の支持部材である。
【００２５】
図６は図５の変形例で、ここでは冷凍機４８と冷却容器１６との接続部位をフレキシブルな配管５０ａで結ぐことにより、冷凍機４８の振動が超電導コイルに伝達することを防止している。さらに、フレキシブル接続とすることにより、冷却容器１６に対する冷凍機４８の取り付け位置精度の許容範囲が大きくできるので、組立て作業も容易となる。さらに、上記第１、第２の実施例では、冷却容器として冷媒槽を構成部品としていたが、本変形例では冷凍機４８で直接に超電導コイル１０を冷却する伝導冷却方式を採用したので、冷媒槽が不要となったので、冷却容器の構造が簡素になると共に、冷媒槽のスペースが不要になるので磁石装置全体の外径も小型化する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、上下一対の超電導コイルから成る超電導磁石装置の漏洩磁場抑制用上下一対の磁性プレートを支持する磁性材柱と超電導コイルを収容する同じく上下一対の冷却容器を連結する連結管の位置を均一磁場空間の中心から見て互いに重なり合うような方位でかつ被検者を挿入する方向の奥側に偏った位置に配設し、かつ超電導コイルを冷却する冷凍機を上側の磁性材プレート上であってかつ磁性材柱から遠い前方位置に配設することによって、被検者の開放感を高めると共に、術者の被検者への側方からのアクセス性を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の開放型超電導磁石装置の第１の実施例の概略縦断面図。
【図２】図１の第１の実施例中の超電導コイル部の拡大断面図。
【図３】図１の第１の実施例の概略横断面図。
【図４】本発明の開放型超電導磁石装置の第２の実施例の概略縦断面図。
【図５】本発明の開放型超電導磁石装置の第３の実施例の概略縦断面図。
【図６】図５の第３の実施例の変形例の概略縦断面図。
【符号の説明】
１０ 超電導コイル
１２ 超電導コイル
１４ 均一磁場空間
１６ 冷却容器
１８ 冷却容器
２０ 磁性材プレート
２２ 磁性材プレート
２４ 磁性材柱
２６ 磁性材柱
２８ ポールピース突出部
３０ ポールピース突出部
３２ 傾斜磁場コイル
３４ 傾斜磁場コイル
３６ 磁場均一度制御部材
３８ 磁場均一度制御部材
４０ 真空槽
４２ 冷媒槽
４４ 連結管
４６ 連結管
４８ 冷凍機
５０ 接続部
５０ａ フレキシブル接続部
５２ 冷凍機支持部材

Claims (4)

1. 上下に対向して配設される一対の超電導コイル、これを各々収容するドーナッツ形状の上下一対の冷却容器、これら上下一対の冷却容器を少なくとも電気的および熱的に連結する連結管、これら上下一対の冷却容器の上側および下側に配設された上下一対の磁性材プレート、これら上下一対の磁性材プレートを磁気的および機械的に結合する磁性材柱を有する開放型超電導磁石装置において、
   上記磁性体柱は上記連結管の両脇において凸部が形成されていて、
   上記連結管の少なくとも一部が上記両脇の凸部の間に挟まれた窪みの中に配置されていることを特徴とする開放型超電導磁石装置。
2. 請求項１に記載の開放型超電導磁石装置において、
   上記冷凍機は、上記上側磁性材プレート上に被検者挿入方向の前側に形成された切り欠き部を通して上記上側の冷却容器に結合されていることを特徴とする開放型超電導磁石装置。
3. 請求項２に記載の開放型超電導磁石装置において、
   上記冷凍機は、そのピストンシリンダー軸の方向が水平方向に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする開放型超電導磁石装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の開放型超電導磁石装置を有することを特徴とするＭＲＩ装置。

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