JP4661189B2 - Superconducting magnet device and MRI apparatus and NMR analyzer equipped with the superconducting magnet device - Google Patents
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Description
本発明は超電導磁石装置、及び超電導磁石装置を備えた磁気共鳴イメージング(MRI)装置,核磁気共鳴(NMR)分析装置に関する。 The present invention relates to a superconducting magnet device, and a magnetic resonance imaging (MRI) device and a nuclear magnetic resonance (NMR) analyzer provided with the superconducting magnet device.
磁気共鳴イメージング装置は、生体の大部分を構成する水素原子核の核磁気共鳴(NMR)現象が組織によって異なることを利用して、生体組織を画像化するもので、共鳴の強さや、共鳴の時間的変化の速さが画像のコントラストとして現われる。生体組織の画像を撮像するためには、0.3T以上の強い磁場強度と10ppm程度の高い静磁場均一度,高い磁場安定性が必要であるので超電導磁石が使用されている。 A magnetic resonance imaging device uses the fact that the nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon of the hydrogen nuclei that make up most of the living body to vary from tissue to tissue, and images biological tissue. The speed of the change is shown as the contrast of the image. In order to take an image of a living tissue, a superconducting magnet is used because it requires a strong magnetic field strength of 0.3 T or more, a high static magnetic field uniformity of about 10 ppm, and a high magnetic field stability.
〔特許文献1〕には、超電導磁石装置の静磁場発生源を均一磁場の発生領域を挟んで対向配置された2組の超電導コイルで構成し、各組のコイル群は、一定の方向の電流を流す主コイルと、主コイルとは逆方向の電流を流す打ち消しコイルと、磁場均一度を補正する補正用コイルで構成した超電導磁石装置が記載されている。 In [Patent Document 1], a static magnetic field generation source of a superconducting magnet device is composed of two sets of superconducting coils arranged opposite to each other across a uniform magnetic field generation region, and each group of coils has a current in a certain direction. A superconducting magnet device is described that includes a main coil that flows current, a canceling coil that flows current in a direction opposite to the main coil, and a correction coil that corrects the magnetic field uniformity.
〔特許文献2〕には、円筒状の超電導コイルと、この超電導コイルを包囲するように配置され軸方向に複数本のスリットを適宜の間隔で設けた円筒体からなる輻射シールドと、超電導コイル及び輻射シールドを同軸的に収納し、中央部に常温ボアを有する真空容器を備えたMRI装置用超電導マグネットが記載されている。 [Patent Document 2] includes a cylindrical superconducting coil, a radiation shield composed of a cylindrical body disposed so as to surround the superconducting coil and provided with a plurality of slits in the axial direction at appropriate intervals, a superconducting coil, and There is described a superconducting magnet for an MRI apparatus that includes a vacuum vessel that coaxially houses a radiation shield and has a normal temperature bore in the center.
〔特許文献3〕には、最大経験磁場と中心磁場との比が1.3 以下でコイルの中心軸が水平方向になるように横置きされたスプリット型多層円筒超電導コイル系の中心軸に第1の室温空間をクライオスタットを貫通して形成し、第1の温室空間には磁場均一度を良くするための室温シムコイル系を配置し、鉛直方向にスプリットギャップの中心を通る第2の室温空間をクライオスタットを貫通して形成させ、第2の室温空間に被測定試料およびソレノイド型プローブコイルを有するNMRプローブを挿入したNMR分析装置が記載されている。 [Patent Document 3] states that the center axis of a split type multi-layer cylindrical superconducting coil system is placed horizontally so that the ratio of the maximum empirical magnetic field to the central magnetic field is 1.3 or less and the central axis of the coil is horizontal. 1 room temperature space is formed through the cryostat, a room temperature shim coil system is arranged in the first greenhouse space to improve the magnetic field uniformity, and a second room temperature space passing through the center of the split gap in the vertical direction is formed. An NMR analyzer is described that is formed by penetrating a cryostat and inserting a sample to be measured and an NMR probe having a solenoid type probe coil in a second room temperature space.
MRI装置においては、被験者に圧迫感を与えない開放感と、被験者へ容易にアクセスできる構造が望まれており、真空容器間を可能な限り広げて配置する必要がある。一方、強力で均一な磁場を撮像空間に形成するためには、対向して配置されている超電導コイルを互いに近づける必要がある。そのため、被験者に圧迫感を与えない程度に測定空間を確保し、超電導コイルはできるだけ撮像空間に近い位置に配置する構造になるように設計される。 In the MRI apparatus, a feeling of opening that does not give the subject a feeling of pressure and a structure that allows easy access to the subject are desired, and it is necessary to arrange the vacuum containers as wide as possible. On the other hand, in order to form a strong and uniform magnetic field in the imaging space, it is necessary to bring the superconducting coils arranged facing each other closer to each other. Therefore, the measurement space is secured to such an extent that the subject does not feel pressure, and the superconducting coil is designed to be arranged as close to the imaging space as possible.
しかし、〔特許文献1〕に記載のMRI装置においては、一般的には、図13に示すように電流の向きが同じ2つの超電導コイル25A,26Aが同軸で対向する位置に配置される。この場合、励消磁時及び励磁後の運転時(以下、定格運転時という)には、超電導コイル25A,26Aに同じ方向の電流が流れているので、矢印7,8で示すZ方向に電磁力が働く。
However, in the MRI apparatus described in [Patent Document 1], generally, as shown in FIG. 13, two superconducting coils 25 </ b> A and 26 </ b> A having the same current direction are coaxially arranged at positions facing each other. In this case, during excitation and demagnetization and during operation after excitation (hereinafter referred to as rated operation), current in the same direction flows through the
一方、超電導コイル26Aがクエンチした時には、コイルの周囲で電気伝導度が一番高い輻射シールド3Aの撮像空間側に渦電流が流れ磁場との相互作用によって、矢印9で示すように定格運転時と逆向きの電磁力が働く。このため、超電導コイル26Aの撮像空間側にも支持部材11Aを設ける必要があり、この支持部材11Aがあるため超電導コイルを撮像空間に近い位置に配置することができないという問題がある。
On the other hand, when the
又、超電導コイル25A,26Aには矢印7,8で示す方向に互いに引き合う電磁力が働くため、超電導コイル25A,26Aの間に設けられる口出し線10は支持部材11A側に出ている。よって、クエンチ時に逆向きの電磁力によって超電導コイル26Aが矢印9の方向に動くと、超電導コイル26Aの口出し線10が切れるという問題も発生する。又、クエンチ時の渦電流によって、輻射シールド3が破損或いは変形するという問題も発生する。MRI装置の場合、輻射シールドの破損,変形によって断熱性能が低下するだけでなく、傾斜磁場の印加により輻射シールド3に渦電流が流れると、電磁力による僅かな振動によって実用に堪える撮像ができないという問題が発生する。
Further, since the electromagnetic forces attracting each other in the directions indicated by the
そこで、〔特許文献2〕に記載のように、輻射シールドにスリットを入れ、かつスリットに電気絶縁物等を嵌め込むことによって剛性強度が強化されるので、渦電流による電磁力が発生しても変形及び振動が起きず、実用に堪え得る撮像が可能となる。しかし、輻射シールドの伝熱性能が低下して高温になるという問題があった。 Therefore, as described in [Patent Document 2], since the rigidity strength is enhanced by inserting a slit in the radiation shield and fitting an electric insulator or the like into the slit, even if electromagnetic force due to eddy current is generated. Imaging that can withstand practical use is possible without deformation and vibration. However, there has been a problem that the heat transfer performance of the radiation shield is lowered and the temperature becomes high.
一方、NMR分析装置にも、MRI装置と同様に測定空間に均一な静磁場を発生させるための超電導磁石が用いられる。NMR分析装置は、測定する試料に電磁波を照射した時に発生する水素原子核の核磁気共鳴現象を利用して、試料の物理的,化学的性質を解析する装置である。現在、タンパク質などの複雑な分子構造を持つ有機化合物を感度良く分析するニーズが高まっている。 On the other hand, a superconducting magnet for generating a uniform static magnetic field in the measurement space is used for the NMR analyzer as well as the MRI apparatus. An NMR analyzer is an apparatus that analyzes the physical and chemical properties of a sample using the nuclear magnetic resonance phenomenon of hydrogen nuclei that occurs when an electromagnetic wave is irradiated to the sample to be measured. Currently, there is an increasing need for sensitive analysis of organic compounds having complex molecular structures such as proteins.
しかし、感度を向上させるためには、10T以上の高磁場、0.1ppm以下の測定空間の高均一磁場化が必要であり、装置が大型化するという問題があった。そこで、〔特許文献3〕に記載のような設置性,操作性に優れたコンパクトな高分解能NMR分析装置の開発が進められている。 However, in order to improve the sensitivity, a high magnetic field of 10 T or more and a highly uniform magnetic field in a measurement space of 0.1 ppm or less are necessary, which causes a problem that the apparatus becomes large. Therefore, development of a compact high-resolution NMR analyzer excellent in installation property and operability as described in [Patent Document 3] has been underway.
NMR装置においても、一般的には、図14に示すように電流の向きが同じで径が異なる2つの超電導コイル系36a,36bが同心で配置される。この場合、定格運転時には、超電導コイル系36a,36bに同じ方向の電流が流れているので、矢印44,45で示すように半径方向に電磁力が働く。
Also in the NMR apparatus, generally, as shown in FIG. 14, two
超電導コイル系36aがクエンチした際には、コイルの周囲で電気伝導度が一番高い輻射シールド33の径方向の外側に渦電流が流れ、磁場との相互作用によって矢印46で示すように定格運転時と逆向きの電磁力が働く。このため、超電導コイル系36aの径方向外側を支持する必要が生じ、装置のコンパクト化が図れないという問題があった。
When the
本発明の第1の目的は、輻射シールドの伝熱性能を良好に保ち、超電導コイルがクエンチした場合の電磁力の向きを、定格運転時と同方向にすることによって、無駄な支持部材を省いたMRI装置を提供することにある。 The first object of the present invention is to save wasteful support members by maintaining good heat transfer performance of the radiation shield and by making the direction of electromagnetic force when the superconducting coil is quenched to be the same direction as during rated operation. It is to provide a conventional MRI apparatus.
本発明の第2の目的は、十分な測定空間を確保して高磁場化,測定空間の高均一磁場化をしたMRI装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide an MRI apparatus that secures a sufficient measurement space, increases the magnetic field, and increases the measurement space.
本発明の第3の目的は、超電導コイルがクエンチした場合の電磁力の向きを、定格運転時と同方向にすることによって、無駄な支持部材を省いたコンパクトなNMR分析装置を提供することにある。 The third object of the present invention is to provide a compact NMR analyzer that eliminates useless support members by setting the direction of electromagnetic force when the superconducting coil is quenched to the same direction as during rated operation. is there.
上記の目的を達成するために、本発明は、定格運転時の電流の向きが同じで互いに引き合う電磁力が働いている少なくとも2個の超電導コイルを含み、撮像空間に均一磁場を発生するための複数の超電導コイル及び超電導コイルを支持する支持部材を収納する一対の冷媒容器と、該各冷媒容器を覆う一対の輻射シールドを備え、前記輻射シールドより前記超電導コイルに近い位置で前記2個の超電導コイルの間に非磁性良導体を配置するものである。 In order to achieve the above object, the present invention includes at least two superconducting coils having the same direction of current during rated operation and an electromagnetic force attracting each other, and for generating a uniform magnetic field in an imaging space. A plurality of superconducting coils and a pair of refrigerant containers that house a supporting member that supports the superconducting coils, and a pair of radiation shields that cover the refrigerant containers, the two superconducting coils at positions closer to the superconducting coils than the radiation shields A nonmagnetic good conductor is disposed between the coils.
超電導コイルのクエンチ時に発生する渦電流の大部分が非磁性良導体に流れるので、渦電流が輻射シールドのみに流れた場合に起こる輻射シールドの破損や変形による断熱性能の低下を防ぐことができる。 Since most of the eddy current generated during quenching of the superconducting coil flows through the non-magnetic good conductor, it is possible to prevent the heat insulation performance from being deteriorated due to damage or deformation of the radiation shield that occurs when the eddy current flows only through the radiation shield.
その結果、装置の安定性を確保でき、輻射シールドに強度を持たせるためのコスト及びコイルの支持部材に要するコストを低減できる。 As a result, the stability of the apparatus can be ensured, and the cost required to give the radiation shield strength and the cost required for the coil support member can be reduced.
又、超電導コイルがクエンチした場合においても、超電導コイルに働く電磁力の向きは定格運転時と変わらないので、超電導コイルと撮像空間の間の支持部材が不要となる。これによって、感度を向上させるための高磁場化,測定空間の高均一磁場化を図る上で、測定空間が狭くなるのを防ぐことができる。また、コイルの口出し線が切れるのを防止できる。 Further, even when the superconducting coil is quenched, the direction of the electromagnetic force acting on the superconducting coil is not changed from that during rated operation, so that a support member between the superconducting coil and the imaging space becomes unnecessary. As a result, it is possible to prevent the measurement space from becoming narrower in order to increase the magnetic field for improving the sensitivity and to increase the uniformity of the measurement space. Moreover, it can prevent that the lead wire of a coil cuts.
本発明の第1の実施例を図1から図6により説明する。図1はMRI装置の縦断面図で、図2はその外観を示す斜視図である。但し、図2では主コイル21A,21Bを図示しており、その他の超電導コイルは省略して図示している。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an MRI apparatus, and FIG. 2 is a perspective view showing an appearance thereof. However, in FIG. 2, the
図1,図2に示すように、磁場中心軸12方向にZ軸をとり、Z軸に垂直な水平方向にX軸,Y軸をとっている。被験者は、自身の検査領域が撮像領域1の中に納まるようにベッドに横たわる。矢印6で示すZ方向に形成される均一磁場の発生源は、撮像領域1を挟んで対向位置に配置された3組の超電導コイルで構成される。3組の超電導コイルは、一定方向の電流を流す主コイル21A,21B、主コイル21A,21Bとは逆方向の電流を流す打ち消しコイル22A,22B、磁場均一度を補正する補正コイル23A,23Bである。3組の超電導コイルは、Z軸の周りに超電導線材を巻回してコイルが形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the Z axis is taken in the direction of the magnetic field
主コイル21A,打ち消しコイル22A,補正コイル23Aは冷却用の冷媒とともに冷媒容器2Aに収納され、冷媒容器2Aの周囲には輻射シールド3Aが設けられ、輻射シールド3Aは真空容器4Aに収納されている。多くの場合、低温で熱伝導が高い材料は電気伝導度も高くなることが知られており、輻射シールド3A,3Bには、熱伝導性が良い材料、例えばアルミニウムが使用される。主コイル21B,打ち消しコイル22B,補正コイル23Bも同様に冷却用の冷媒とともに冷媒容器2Bに収納され、冷媒容器2Bの周囲には輻射シールド3Bが設けられ、輻射シールド3Bは真空容器4Bに収納されている。真空容器4Aと真空容器4Bとは対向された状態で支柱5により連結されている。
The
真空容器4A,4Bの撮像領域1側には、位置情報を得るために、均一磁場に重畳する形で磁場を空間的に変化させる傾斜磁場コイル24A,24Bが配置されている。傾斜磁場コイル24A,24Bは、Z軸の周りに超電導線材を巻回して形成したコイルと、図示していないX方向,Y方向に傾斜磁場を発生するコイルが設置されている。
On the
図3は、真空容器4Aの縦断面図で、図1のX>0,Z>0の領域の一部を示している。真空容器4Aの内部には輻射シールド3Aが支持部材17を介して設置されており、輻射シールド3Aの内部には支持部材17を介して冷媒容器2Aが設置されている。これらの支持部材17は、外部から熱が侵入しないように低熱伝導の材料、例えばFRP(繊維強化プラスチック)が用いられ、十分な強度が確保できる範囲で各容器との接触面積が小さくなるように設定している。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the
冷媒容器2Aの内部には複数の超電導コイルが設置されるが、図3では複数ある超電導コイルのうち、定格運転時の電流の向きが同じで、互いに引き合う電磁力が働いている超電導コイル25A,26Aを図示している。超電導コイル25A,26Aは、支持部材
11内に同軸で互いに対向して配置されている。
A plurality of superconducting coils are installed inside the
図3に示すように、超電導コイル25Aと超電導コイル26Aとの間で、超電導コイル25A又は超電導コイル26Aのいずれかと支持部材11との間には、例えばアルミ,アルミ合金,銅,低温でアルミ相当の電気伝導度を有する材料で形成された円環状の非磁性良導体13が配置されている。又、超電導コイル26Aと非磁性良導体13との距離が、超電導コイル26Aと輻射シールド3Aとの距離よりも短くなるように設定されている。すなわち、超電導コイル25A又は26Aと非磁性良導体13との距離が、超電導コイル25A又は26Aと輻射シールド3Aとの距離よりも短くなるように設定されている。
As shown in FIG. 3, between the
非磁性良導体13は円環形状である。図4に示すように、支持部材11に非磁性良導体13を重ね、外周部分を複数個のボルト16で固定している。ネジ穴15は、クエンチ時の発熱によって非磁性良導体13が熱膨張することを考慮した大きさ分ボルト16の径より大きな径とし、コイルと非磁性良導体13が接する面、支持部材11と非磁性良導体
13が接する面には剥離処理及び絶縁処理を施している。
The nonmagnetic
このように、非磁性良導体13と超電導コイル26Aとの距離が、輻射シールド3Aと超電導コイル26Aとの距離より短いため、超電導コイルのクエンチ時に発生する渦電流は非磁性良導体13を流れる。このため、超電導コイル26Aに働く電磁力は、定格運転時と同じ方向のZ方向の上向きとなり、超電導コイル26Aの下側部分に支持部材11Aを設ける必要がない。この結果、超電導コイル26Aと、撮像領域1の下方に配置されている超電導コイルとの距離を小さくできるので、撮像領域1に高い磁場均一度と強い磁場強度の磁場を形成でき、高い開放度を確保することができる。又、コイルの口出し線が切れるという問題も解決できる。又、非磁性良導体13が絶縁層を介して超電導コイルの周囲に配置されているため、超電導コイルのクエンチ発生時にクエンチバックの効果が期待できる。
Thus, since the distance between the nonmagnetic
次に、図5に示すように、超電導コイル25A,26Aが撮像領域1から離れた位置に、同軸で互いに対向して配置されている場合についても同様に、例えばアルミ,アルミ合金,銅,低温でアルミ相当の電気伝導度を持つ材料である非磁性良導体13を配置することにより、超電導コイル25Aに働く電磁力の向きが定格運転時と同じZ方向の下向きになるので、支持部材が不要となりコイルの口出し線が切れるという問題も解決できる。又、非磁性良導体13が絶縁層を介して超電導コイルの周囲に配置されているため、超電導コイルのクエンチ時にクエンチバックの効果が期待できる。
Next, as shown in FIG. 5, when the
又、図6に示すように、径の異なる超電導コイル25A,26Aを同心で配置した場合、超電導コイル25A又は超電導コイル26Aのいずれかと支持部材11との間に非磁性良導体13を配置することによって、超電導コイル25Aに働く電磁力の向きを定格運転時と同方向になるので、支持部材が不要となり、コイルの口出し線が切れるという問題が解決でき、非磁性良導体13が絶縁層を介して超電導コイルの周囲に配置されているため、超電導コイルのクエンチ時にクエンチバックの効果が期待できる。
Further, as shown in FIG. 6, when
本発明の第2の実施例を図7により説明する。図7は、真空容器4Aの縦断面図で、図1のX>0,Z>0の領域の一部を示している。図3と同様に、冷媒容器2Aの内部には複数の超電導コイルが設置されるが、図7では複数ある超電導コイルのうち、定格運転時の電流の向きが同じで、互いに引き合う電磁力が働いている超電導コイル25A,26Aを図示している。超電導コイル25A,26Aは、支持部材11内に同軸で互いに対向して配置されている。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the
図7に示すように、本実施例の円環状の非磁性良導体13は、超電導コイル25A,
26Aで挟まれた部分の支持部材11内に配置している。超電導コイル26Aと非磁性良導体13との距離は、超電導コイル26Aと輻射シールド3Aとの距離よりも短くなるように配置されている。
As shown in FIG. 7, the annular nonmagnetic
It arrange | positions in the
又、図8は、図7で示す例の変形例である。図8で示す例は、図7で示す例と同様に構成されているが、この例では、非磁性良導体13は、超電導コイル25A,26Aで挟まれた部分の支持部材11の外周側に配置し、外周側から複数個のボルト16で固定されている。内周側にスペースがある場合は支持部材11の内周側に固定してもよい。超電導コイル26Aと非磁性良導体13との距離は、超電導コイル26Aと輻射シールド3Aとの距離よりも短くなるように配置されている。
FIG. 8 is a modification of the example shown in FIG. The example shown in FIG. 8 is configured in the same manner as the example shown in FIG. 7, but in this example, the nonmagnetic
図3に示す例と同様に、非磁性良導体13は円環形状である。図4に示すように、支持部材11に非磁性良導体13を重ね、外周部分を複数個のボルト16で固定している。ネジ穴15は、クエンチ時の発熱によって非磁性良導体13が熱膨張することを考慮した大きさ分ボルト16の径より大きな径とし、支持部材11と非磁性良導体13が接する面には剥離処理及び絶縁処理を施している。その他の部分は、図3に示す例と同様に構成されている。
Similar to the example shown in FIG. 3, the nonmagnetic
本実施例においても非磁性良導体13と超電導コイル26Aとの距離が、輻射シールド3Aと超電導コイル26Aとの距離より短いため、超電導コイルのクエンチ時に発生する渦電流は非磁性良導体13を流れる。よって、超電導コイル26Aに働く電磁力は定格運転時と同じのZ方向の上向きとなるので、超電導コイル26Aの下側部分の支持部材は必要でない。
Also in this embodiment, since the distance between the nonmagnetic
この結果、超電導コイル26Aと、撮像領域1の下方に配置されている超電導コイルとの距離を小さくできるので、撮像領域1に高い磁場均一度と強い磁場強度の磁場を形成でき、高い開放度を確保することができる。又、コイルの口出し線が切れるという問題も解決できる。
As a result, since the distance between the
又、本実施例においても、図5に示すように超電導コイル25A,26Aを撮像領域1から離れた位置に同軸で対向して配置した場合、図5で説明した作用,効果を奏する。又、図6に示すように、径の異なる超電導コイル25A,26Aを同心で配置した場合も、図6で説明した作用,効果を奏する。
Also in this embodiment, when the
本発明の第3の実施例について、図9により説明する。図9の例は、図3に示す例と同様に構成されているが、図9に示す例では、支持部材11の一部、すなわち超電導コイル25Aと26Aとの間の領域、を円環状の非磁性良導体13で形成し、非磁性良導体13は周方向に内周側から複数個のボルト16で支持部材11に固定されている点が異なる。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 is configured in the same manner as the example shown in FIG. 3, but in the example shown in FIG. 9, a part of the
本実施例においても非磁性良導体13と超電導コイル26Aとの距離が、輻射シールド3Aと超電導コイル26Aとの距離より短いため、超電導コイルのクエンチ時に発生する渦電流は非磁性良導体13を流れ、超電導コイル26Aに働く電磁力は定格運転時と同じZ方向の上向きとなるので、超電導コイル26Aの下側部分の支持部材は必要でない。
Also in this embodiment, since the distance between the nonmagnetic
この結果、超電導コイル26Aと、撮像領域1の下方に配置されている超電導コイルとの距離を小さくできるので、撮像領域1に高い磁場均一度と強い磁場強度の磁場を形成でき、高い開放度を確保することができる。又、コイルの口出し線が切れるという問題も解決できる。又、非磁性良導体13が絶縁層を介して超電導コイルの周囲に配置されているため、超電導コイルのクエンチ時にクエンチバックの効果が期待できる。
As a result, since the distance between the
又、本実施例においても、図5に示すように超電導コイル25A,26Aを撮像領域1から離れた位置に同軸で対向して配置した場合、図5で説明した作用,効果を奏する。又、図6に示すように、径の異なる超電導コイル25A,26Aを同心で配置した場合も、図6で説明した作用,効果を奏する。
Also in this embodiment, when the
本発明の第4の実施例について、図15を用いて説明する。図15はスリットを設けた上側輻射シールドの撮像領域側の面を示した図である。第1,第2,第3の実施例で示した非磁性良導体13の配置構造に加えて、輻射シールド3Aの撮像領域側の面に、複数本のスリット47を周方向に適宜の間隔で設ける。これにより、輻射シールド3Aに発生する渦電流をさらに低減する効果が期待できる。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a view showing the surface on the imaging region side of the upper radiation shield provided with the slits. In addition to the arrangement structure of the nonmagnetic
又、本実施例においても、図5に示すように超電導コイル25A,26Aを撮像領域1から離れた位置に同軸で対向して配置した場合、図5で説明した作用,効果を奏する。又、図6に示すように、径の異なる超電導コイル25A,26Aを同心で配置した場合も、図6で説明した作用,効果を奏する。
Also in this embodiment, when the
次に、NMR分析装置に適用した例について、図10から図12を用いて説明する。図10はNMR分析装置の一例を示す縦断面図で、図11はその外観を示す斜視図である。但し、図11では超電導コイル系36を左右に1つずつ図示しその他は省略している。
Next, an example applied to the NMR analyzer will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of the NMR analyzer, and FIG. 11 is a perspective view showing the appearance thereof. However, in FIG. 11, one
図10に示すように、磁場中心軸方向にZ軸をとり、Z軸に垂直な方向にX軸,Y軸をとっている。矢印35で示すZ方向に形成される均一磁場の発生源は超電導コイル系36である。各超電導コイル系36は、図12に示すように、Z軸周りに超電導線材を巻回して形成される。NMR分析装置は、超電導コイル系36を図示しない冷媒とともに収容した冷媒容器32と、冷媒容器32を覆う輻射シールド33と、輻射シールド33を覆うクライオスタット34で構成される。クライオスタット34には、Z軸に沿ってクライオスタット34を貫く第1の室温空間37と、X軸に沿ってクライオスタット34を貫く第2の室温空間38と、Y軸に沿ってクライオスタット34を貫く図示しない第3の室温空間が形成されている。第1,第2,第3の温室空間の交点部分には、被測定試料31が設置される。輻射シールド33には、主に熱伝導性が良い材料、例えばアルミニウムが使用されている。多くの場合、低温で熱伝導が高い材料は電気伝導度も高くなることが知られている。NMR分析装置においては、図示はしていないが、NMRプローブ,超電導シムコイル系,電磁波照射系,電磁波検出系などが設けられる。
As shown in FIG. 10, the Z axis is taken in the direction of the magnetic field center axis, and the X axis and Y axis are taken in the direction perpendicular to the Z axis. The source of the uniform magnetic field formed in the Z direction indicated by the
図12は、輻射シールド33の縦断面図で、図10のX>0,Z>0の領域の一部を示している。輻射シールド33の内部には支持部材43を介して冷媒容器32が設置されている。これらの支持部材17は、外部から熱が侵入しないように低熱伝導の材料、例えばFRP(繊維強化プラスチック)が用いられ、十分な強度が確保できる範囲で各容器との接触面積が小さくなるように設定している。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the
冷媒容器32の内部には複数の超電導コイルが設置されるが、図12では複数ある超電導コイルのうち、定格運転時の電流の向きが同じで、互いに引き合う電磁力が働いている超電導コイル系36a,36bを含む超電導コイル系36を図示している。径の異なる超電導コイル系36a,36bは、支持部材39内に同心で配置されている。
A plurality of superconducting coils are installed inside the
図12に示すように、超電導コイル系36aと超電導コイル系36bとの間で、超電導コイル系36a又は超電導コイル系36bのいずれかと支持部材39との間には、例えばアルミ,アルミ合金,銅,低温でアルミ相当の電気伝導度を有する材料で形成された円環状の非磁性良導体40が配置されている。又、超電導コイル系36aと非磁性良導体40との距離が、超電導コイル系36aと輻射シールド33との距離よりも短くなるように設定されている。
As shown in FIG. 12, between the
非磁性良導体40は円環形状である。図12に示すように、非磁性良導体40は外周部分を複数個のボルト41で支持部材39に固定されている。ネジ穴42は、クエンチ時の発熱によって非磁性良導体40が熱膨張することを考慮した大きさ分ボルト41の径より大きな径とし、コイルと非磁性良導体40が接する面、支持部材39と非磁性良導体40が接する面には剥離処理及び絶縁処理を施している。
The nonmagnetic
冷媒容器32と輻射シールド33との間の支持部材43は、外部から熱が侵入しないように、低い熱伝導性の材料、例えばFRP(繊維強化プラスチック)を使用し、強度が保てる範囲内で各容器との接触面積を小さくしている。非磁性良導体40と超電導コイル系
36aとの距離は、輻射シールド33と超電導コイル系36aとの距離より短いため、クエンチ時に発生する渦電流は非磁性良導体40を流れ、超電導コイル系36aに働く電磁力は定格運転時と同じZ方向下向きとなる。この結果、超電導コイル系36aの上部の領域は支持部材を設ける必要がなくなる。又、非磁性良導体40が絶縁層を介して超電導コイルの周囲に配置されているため、超電導コイルのクエンチ時にクエンチバックの効果が期待できる。
The
なお、超電導コイル,非磁性良導体は、同軸,円環状で説明したが、厳密に同軸でなく非円形でもよい。又、第2の実施例,第3の実施例,第4の実施例はNMR装置にも適用できる。 In addition, although the superconducting coil and the nonmagnetic good conductor have been described as being coaxial and annular, they may not be strictly coaxial but may be noncircular. The second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment can also be applied to an NMR apparatus.
以上説明したように、各実施例によれば、超電導コイルのクエンチ時に発生する渦電流が非磁性良導体に流れるので、渦電流が輻射シールドに流れた場合に起こる輻射シールドの破損や変形による断熱性能の低下を防ぐことができる。 As described above, according to each embodiment, since the eddy current generated at the time of quenching the superconducting coil flows to the non-magnetic good conductor, the heat insulation performance due to the breakage or deformation of the radiation shield that occurs when the eddy current flows to the radiation shield. Can be prevented.
その結果、装置の安定性を確保でき、輻射シールドに強度を持たせるためのコスト及びコイルの支持部材に要するコストを低減できる。 As a result, the stability of the apparatus can be ensured, and the cost required to give the radiation shield strength and the cost required for the coil support member can be reduced.
又、超電導コイルがクエンチした場合においても、超電導コイルに働く電磁力の向きは定格運転時と変わらないので、撮像空間側の超電導コイルを支持する支持部材が不要となり、超電導コイルと撮像空間の下方に配置されている超電導コイルとの距離を小さくできるので、撮像空間に高い磁場均一度と強い磁場強度の磁場を形成でき、高い開放度を確保することができる。この結果、被験者の開放感と被験者へのアクセス性を向上させることができる。 In addition, even when the superconducting coil is quenched, the direction of the electromagnetic force acting on the superconducting coil is not different from that during rated operation, so a support member for supporting the superconducting coil on the imaging space side is unnecessary, and the superconducting coil and the imaging space below Since the distance from the superconducting coil arranged in the can be reduced, a magnetic field with high magnetic field uniformity and strong magnetic field strength can be formed in the imaging space, and a high degree of openness can be ensured. As a result, the subject's feeling of opening and accessibility to the subject can be improved.
又、コイルの口出し線が切れるという問題も解決できる。又、非磁性良導体が絶縁層を介して超電導コイルと接している場合は、超電導コイルのクエンチ時にクエンチバックの効果が期待できる。 Moreover, the problem that the lead wire of the coil is cut can be solved. In addition, when the nonmagnetic good conductor is in contact with the superconducting coil through the insulating layer, a quench back effect can be expected when the superconducting coil is quenched.
このように、高画質の画像が得られ、被験者へのアクセス性と測定空間の解放性が高いMRI装置を安価に作ることができる。又、NMR装置においても、上述した効果と同様の効果を奏し、超電導コイルがクエンチした場合においても、超電導コイルに働く電磁力の向きは定格運転時と変わらないので、支持部材の量が低減される。これによって、感度を向上させるための高磁場化及び測定空間の高均一磁場化を図る上で、装置の大型化を抑えることができる。このように、高感度でコンパクトなNMR分析装置を安価に作ることができる。 In this way, a high-quality image can be obtained, and an MRI apparatus having high accessibility to the subject and high measurement space can be manufactured at low cost. Also, the NMR apparatus has the same effect as described above, and even when the superconducting coil is quenched, the direction of the electromagnetic force acting on the superconducting coil is the same as that during rated operation, so the amount of the support member is reduced. The This can suppress an increase in the size of the apparatus in order to achieve a high magnetic field for improving sensitivity and a highly uniform magnetic field in the measurement space. Thus, a highly sensitive and compact NMR analyzer can be made at low cost.
1…撮像領域、2A,2B,32…冷媒容器、3,3A,3B,33…輻射シールド、4A,4B…真空容器、5…支柱、10…口出し線、11,17,39,43…支持部材、13,40…非磁性良導体、14…測定空間、15,42…ネジ穴、16,41…ボルト、21A,21B…主コイル、22A,22B…打ち消しコイル、23A,23B…補正コイル、24A,24B…傾斜磁場コイル、25A,26A…超電導コイル、31…被測定試料、34…クライオスタット、36,36a,36b…超電導コイル系、37…第1の室温空間、38…第2の室温空間、44,45,46…電磁力、47…スリット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記輻射シールド内に設置される冷媒容器と、
前記冷媒容器内に収納され、定格運転時の電流の向きが同じで互いに引き合う電磁力が作用するように配置された第1の超電導コイル及び第2の超電導コイルと、
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルと接してこれらを支持する支持部材と、
前記第1の超電導コイルと前記第2の超電導コイルの間に設けられた非磁性良導体とを備え、
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルのいずれか一方が、前記冷媒容器に接してさらに支持され、
前記第1又は第2の超電導コイルと前記非磁性良導体との距離を、前記輻射シールドと前記第1又は第2の超電導コイルとの距離より短くしたことを特徴とするMRI装置。 A radiation shield arranged so as to face each other across an imaging space which is an examination area of the subject,
A refrigerant container installed in the radiation shield;
A first superconducting coil and a second superconducting coil which are housed in the refrigerant container and arranged so that electromagnetic forces attracting each other act in the same direction of current during rated operation;
A support member that contacts and supports the first superconducting coil and the second superconducting coil;
A nonmagnetic good conductor provided between the first superconducting coil and the second superconducting coil;
Either one of the first superconducting coil and the second superconducting coil is further supported in contact with the refrigerant container,
An MRI apparatus, wherein a distance between the first or second superconducting coil and the nonmagnetic good conductor is shorter than a distance between the radiation shield and the first or second superconducting coil.
前記第1の超電導コイル及び第2の超電導コイルを収容する冷媒容器と、
前記冷媒容器を覆う輻射シールドと、
該輻射シールドを覆うクライオスタットと、
前記第1の超電導コイル及び第2の超電導コイルの間に設けられる非磁性良導体とを備え、
前記支持部材が前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルと接してこれらを支持し、
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルのいずれか一方が、前記冷媒容器に接してさらに支持され、
前記第1又は第2の超電導コイルと前記非磁性良導体との距離を、前記輻射シールドと前記第1又は第2の超電導コイルとの距離より短くしたことを特徴とするNMR分析装置。 A first superconducting coil and a second superconducting coil having different diameters, which are arranged coaxially in the support member, in which the electromagnetic force attracting each other acts in the same direction of current during rated operation;
A refrigerant container containing the first superconducting coil and the second superconducting coil;
A radiation shield covering the refrigerant container;
A cryostat covering the radiation shield;
A nonmagnetic good conductor provided between the first superconducting coil and the second superconducting coil,
The support member is in contact with and supports the first superconducting coil and the second superconducting coil;
Either one of the first superconducting coil and the second superconducting coil is further supported in contact with the refrigerant container,
An NMR analyzer characterized in that a distance between the first or second superconducting coil and the nonmagnetic good conductor is shorter than a distance between the radiation shield and the first or second superconducting coil.
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルの間に設けられた非磁性良導体とを備え、
前記支持部材が前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルと接してこれらを支持し、
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルのいずれか一方が、前記冷媒容器に接してさらに支持され、
前記第1又は第2の超電導コイルと前記非磁性良導体との距離を、前記輻射シールドと前記第1又は第2の超電導コイルとの距離より短くしたことを特徴とする超電導磁石装置。 Among a plurality of superconducting coils housed in a refrigerant container installed in a radiation shield arranged so as to face each other with an imaging space interposed therebetween, electromagnetic waves attracting each other with the same current direction during rated operation in a support member A first superconducting coil and a second superconducting coil arranged so that a force acts;
A nonmagnetic good conductor provided between the first superconducting coil and the second superconducting coil,
The support member is in contact with and supports the first superconducting coil and the second superconducting coil;
Either one of the first superconducting coil and the second superconducting coil is further supported in contact with the refrigerant container,
A superconducting magnet apparatus, wherein a distance between the first or second superconducting coil and the nonmagnetic good conductor is shorter than a distance between the radiation shield and the first or second superconducting coil.
前記第1の超電導コイルと第2の超電導コイルの間に設けられた非磁性良導体とを備え、
前記支持部材が前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルと接してこれらを支持し、
前記第1の超電導コイル及び前記第2の超電導コイルのいずれか一方が、前記冷媒容器に接してさらに支持され、
前記第1又は第2の超電導コイルと前記非磁性良導体との距離を、前記輻射シールドと前記第1又は第2の超電導コイルとの距離より短くしたことを特徴とする超電導磁石装置。 Among a plurality of superconducting coils housed in a refrigerant container installed in a radiation shield arranged so as to face each other with an imaging space interposed therebetween, electromagnetic waves attracting each other with the same current direction during rated operation in a support member A first superconducting coil and a second superconducting coil arranged so that a force acts;
A nonmagnetic good conductor provided between the first superconducting coil and the second superconducting coil;
The support member is in contact with and supports the first superconducting coil and the second superconducting coil;
Either one of the first superconducting coil and the second superconducting coil is further supported in contact with the refrigerant container,
A superconducting magnet apparatus , wherein a distance between the first or second superconducting coil and the nonmagnetic good conductor is shorter than a distance between the radiation shield and the first or second superconducting coil .
前記複数の超電導コイルのそれぞれと接してこれらを支持する支持部材を収納する一対の冷媒容器と、
該各冷媒容器を覆う一対の輻射シールドと、
前記複数の超電導コイルのうち2個の超電導コイルの間に配置された非磁性良導体を備え、
前記2個の超電導コイルのいずれか一方が、前記冷媒容器に接してさらに支持され、
前記2個の超電導コイルと前記非磁性良導体との距離を、前記輻射シールドと前記2個の超電導コイルとの距離より短くしたことを特徴とする超電導磁石装置。 A plurality of superconducting coils including at least two superconducting coils in which the electromagnetic directions attracting each other with the same current direction during rated operation;
A pair of refrigerant containers for accommodating a support member that contacts and supports each of the plurality of superconducting coils;
A pair of radiation shields covering each of the refrigerant containers;
A non-magnetic good conductor disposed between two superconducting coils of the plurality of superconducting coils ;
Either one of the two superconducting coils is further supported in contact with the refrigerant container,
A superconducting magnet apparatus , wherein a distance between the two superconducting coils and the nonmagnetic good conductor is shorter than a distance between the radiation shield and the two superconducting coils .
前記第1,第2の超電導コイルのいずれかと前記支持部材との間、前記第1,第2の超電導コイルの間に設けられた支持部材の中、前記第1,第2の超電導コイルの間に設けられた支持部材の内周側あるいは外周側のいずれかの位置に設置されている、又は前記第1,第2の超電導コイルの間に絶縁層を介して設置されていることを特徴とする請求項1に記載のMRI装置。 The nonmagnetic good conductor is
Between one of the first and second superconducting coils and the support member, among the support members provided between the first and second superconducting coils, between the first and second superconducting coils. It is installed in the position of either the inner peripheral side or the outer peripheral side of the support member provided in, or is installed via the insulating layer between the first and second superconducting coils. The MRI apparatus according to claim 1.
前記第1,第2の超電導コイルのいずれかと前記支持部材との間、前記第1,第2の超電導コイルの間に設けられた支持部材の中、前記第1,第2の超電導コイルの間に設けられた支持部材の内周側あるいは外周側のいずれかの位置に設置されている、又は前記第1,第2の超電導コイルの間に絶縁層を介して設置されていることを特徴とする請求項2に記載のNMR分析装置。 The nonmagnetic good conductor is
Between one of the first and second superconducting coils and the support member, among the support members provided between the first and second superconducting coils, between the first and second superconducting coils. It is installed in the position of either the inner peripheral side or the outer peripheral side of the support member provided in, or is installed via the insulating layer between the first and second superconducting coils. The NMR analyzer according to claim 2.
一定方向の電流を流す主コイルと、前記主コイルとは逆方向の電流を流す打ち消しコイルと、撮像空間の磁場均一度を補正する補正コイルと、撮像空間の位置情報を得るために磁場を空間的に変化させる傾斜磁場コイルとを有する前記超電導磁石装置を備えたMRI装置。 A superconducting magnet apparatus according to any one of claims 3 to 5,
A main coil for supplying a constant current direction, the the main coil cancel flowing reverse current and the coil, and a correction coil for correcting the magnetic homogeneity of the imaging space, space a magnetic field to obtain a location information of the imaging space MRI apparatus having the greater conductivity magnet apparatus having a magnetic field gradient coil for to change.
前記輻射シールドを覆うクライオスタットと、該クライオスタットを貫く複数の温室空間とを有する前記超電導磁石装置を備えたNMR分析装置。 A superconducting magnet apparatus according to any one of claims 3 to 5,
A cryostat for covering the radiation shield, NMR analyzer having the greater conductivity magnet device having a plurality of greenhouse space penetrating the cryostat.
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