JP5149134B2 - Superconducting magnet device - Google Patents

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本発明は超電導コイルを用いた超電導磁石装置に係わり、特に、磁気共鳴イメージング(以下MRIと称する)装置に好適であり、運転の安定性を向上した超電導磁石装置とそれを用いたMRI装置に関する。   The present invention relates to a superconducting magnet apparatus using a superconducting coil, and more particularly to a superconducting magnet apparatus which is suitable for a magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as MRI) apparatus and has improved operational stability and an MRI apparatus using the same.

従来、MRI装置は静磁場発生用の磁石装置として細長い筒状のソレノイドコイルを用いたものが主流であったが、近年、患者が寝かせられる検査空間を開放した開放型MRI装置が開発されている。開放型MRI装置は、検査空間の上下に静磁場発生用の磁石を配置した構造を有し、インターベンショナル手技、即ちMRI検査を行ないながら手術、内視鏡検査等を行なうことを可能にしている。開放型MRI装置の初期のものは、磁石として永久磁石を採用した低・中磁場用であったが、近年、開放型MRI装置においても、高画質化、高機能化のために超電導磁石の導入が計られつつある。   Conventionally, the mainstream of MRI devices is a magnet device for generating a static magnetic field that uses a slender cylindrical solenoid coil. Recently, however, open MRI devices have been developed that open up examination spaces where patients can lie down. . The open MRI system has a structure in which magnets for generating a static magnetic field are arranged above and below the examination space, enabling interventional procedures, that is, performing surgery, endoscopy, etc. while performing MRI examinations. Yes. The initial version of the open-type MRI system was for low and medium magnetic fields that adopted a permanent magnet as a magnet. However, in recent years, superconducting magnets have also been introduced in the open-type MRI system for higher image quality and higher functionality. Is being measured.

MRI装置の高画質化、高機能化を実現するためには、単に静磁場発生用磁石として高い磁場強度を発生する磁石を用いるのみならず、高速の撮影手法と、高性能でかつ高速動作する傾斜磁場発生手段と、短時間で被検者の検査部位の核スピンを励起する高周波磁場発生手段と、高感度でNMR信号を検出する高周波コイル(RFコイル)も必要な構成要素である。従って、超電導磁石を用いた開放型MRI装置においても、このような高性能の傾斜磁場コイルや高周波コイル等が搭載されるようになってきている。   In order to realize high image quality and high functionality of the MRI system, not only a magnet that generates a high magnetic field strength is used as a magnet for generating a static magnetic field, but also a high-speed imaging method and high-performance and high-speed operation. The gradient magnetic field generating means, the high frequency magnetic field generating means for exciting the nuclear spin at the examination site of the subject in a short time, and the high frequency coil (RF coil) for detecting the NMR signal with high sensitivity are also necessary components. Accordingly, such high-performance gradient magnetic field coils, high-frequency coils, and the like have been mounted on open-type MRI apparatuses using superconducting magnets.

ところで、一般に、超電導磁石を用いた磁石装置においては、磁場を発生する超電導コイルは液体ヘリウムを充填したクライオスタット中に設置されており、液体ヘリウムによって臨界温度以下に保たれた超電導コイルが励磁され、所定の永久電流値を達成した後に、永久電流スイッチ(PCS)をオンすることによって超電導コイルへ永久電流が流れるようにしている。このような超電導コイルを用いたMRI装置では、超電導コイルが置かれる環境の温度変化などによって永久電流の状態が一度、破壊されると、撮像が全く不能になるばかりでなく、その復旧に多大の時間と手間を要することになる。一方、患者様態変化などの突発的事情により撮像中であっても静磁場強度を急速にブレイクしなければならない状況もあり得る。このため、超電導コイルを用いたMRI装置では、クライオスタットの液体ヘリウム量を監視するモニター回路や、緊急時に超電導コイルの温度を臨界温度以上に上昇させて減磁して磁石装置の運転を止める緊急減磁ユニットなどを備えた装置が開発されている(例えば、特許文献1など)。また超電導コイルを永久電流モード運転に切り替える際に励磁電源が発するノイズを低減する技術が特許文献2に記載されている。   By the way, in general, in a magnet device using a superconducting magnet, a superconducting coil that generates a magnetic field is installed in a cryostat filled with liquid helium, and the superconducting coil kept below the critical temperature by liquid helium is excited, After a predetermined permanent current value is achieved, the permanent current switch (PCS) is turned on so that the permanent current flows to the superconducting coil. In such an MRI apparatus using a superconducting coil, once the state of the permanent current is destroyed due to a change in the temperature of the environment where the superconducting coil is placed, not only imaging becomes impossible, but a great deal of recovery is required. It will take time and effort. On the other hand, there may be situations where the static magnetic field strength must be rapidly broken even during imaging due to sudden circumstances such as changes in the patient's condition. For this reason, in an MRI apparatus using a superconducting coil, a monitor circuit that monitors the amount of liquid helium in the cryostat or an emergency reduction that stops the operation of the magnet device by demagnetizing the superconducting coil by raising the temperature of the superconducting coil above the critical temperature in an emergency. An apparatus including a magnetic unit has been developed (for example, Patent Document 1). Patent Document 2 describes a technique for reducing noise generated by an excitation power source when switching a superconducting coil to permanent current mode operation.

特願2001-75814号Japanese Patent Application No. 2001-75814 特開2001-110626号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-110626

上述した超電導磁石を用いたMRI装置において、超電導磁石として開放型のものを採用するとともに上述した高機能化、高画質化を実現しようとすると、次のような問題が生じることがわかった。即ち、短時間で強い高周波磁場を発生するユニットや、また高速でスイッチングしかつ高い傾斜磁場強度を発生するユニットでは、必然的にそれらを駆動する電源の容量も増加することとなり、MRI装置自身や周辺の電気回路に電磁気的干渉によるノイズを誘起する。また開放型MRI装置では、高周波磁場を発生するRFコイルと傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルの形状も平板状であるため、従来の円筒状のものに比べ漏洩電磁界が多くなり、上述した電源容量の増加と同様に、MRI装置自身や周辺の電気回路に電磁気的干渉によるノイズを誘起する原因となる。   In the MRI apparatus using the above-described superconducting magnet, it has been found that the following problems arise when an open type superconducting magnet is employed and the above-described enhancement in function and image quality is realized. That is, in a unit that generates a strong high-frequency magnetic field in a short time, or a unit that switches at high speed and generates a high gradient magnetic field strength, the capacity of the power source that drives them inevitably increases. Induces noise due to electromagnetic interference in surrounding electrical circuits. In the open MRI system, the shape of the RF coil that generates a high-frequency magnetic field and the gradient magnetic field coil that generates a gradient magnetic field are also flat. Similar to the increase in capacity, it causes noise due to electromagnetic interference in the MRI apparatus itself and in the surrounding electric circuit.

そこで本発明は、MRIのスキャンに伴う傾斜磁場や高周波磁場による磁束の変化に起因する超電導コイル回路への影響を排除し、超電導磁石を確実に安定運転することが可能な超電導磁石並びにそれを用いたMRI装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention eliminates the influence on the superconducting coil circuit due to the change in magnetic flux due to the gradient magnetic field and the high frequency magnetic field accompanying the MRI scan, and uses the superconducting magnet capable of reliably and stably operating the superconducting magnet. The purpose is to provide an MRI apparatus.

上記目的を達成するために、本発明者らは、MRI装置において超電導コイル回路に影響を与える可能性を周辺電気回路について詳細に検討した。その結果、超電導コイルを収納する容器内に設置され容器内の環境を測定するためのセンサー素子や緊急減磁用のヒータ等とそれらが接続された外部制御回路或いは外部モニター回路と、超電導コイル回路との間に、従来の装置では予想できなかった電磁気的結合による閉ループ回路が形成されること、特に計測空間を挟んで一対の超電導磁石を配置し、それらを連結管を介して接続した装置において電磁気的結合が大きいこと、そしてMRIのスキャンに伴い傾斜磁場や高周波磁場による磁束の変化が前記閉ループ回路を通過すると、前記制御回路やモニター回路が誤動作した状態が生じ、それによって永久電流状態が破壊されることがあり得るということを見出し、本発明に至ったものである。   In order to achieve the above object, the present inventors have examined in detail the peripheral electric circuit for the possibility of affecting the superconducting coil circuit in the MRI apparatus. As a result, a sensor element for measuring the environment in the container installed in the container for storing the superconducting coil, a heater for emergency demagnetization, etc., an external control circuit or an external monitor circuit connected to them, and a superconducting coil circuit A closed loop circuit due to electromagnetic coupling, which could not be expected with conventional devices, in particular, in a device in which a pair of superconducting magnets are arranged across a measurement space and connected via a connecting pipe When the electromagnetic coupling is large, and the magnetic flux change due to the gradient magnetic field or the high frequency magnetic field passes through the closed loop circuit due to the MRI scan, the control circuit or the monitor circuit malfunctions, thereby destroying the permanent current state. The present inventors have found that this can be done, and have arrived at the present invention.

即ち、本発明の超電導磁石装置は、超電導コイルとこの超電導コイルに永久電流スイッチとを有する超電導コイル回路と、前記超電導コイルを超電導状態で維持する温度で収納する容器とを備えた超電導磁石装置であって、前記超電導コイル回路を当該超電導コイル回路の外部に対して電磁気的に遮蔽する手段を設けたことを特徴とする超電導磁石である。 That is, the superconducting magnet device of the present invention is a superconducting magnet device comprising a superconducting coil, a superconducting coil circuit having a permanent current switch in the superconducting coil, and a container for storing the superconducting coil at a temperature for maintaining the superconducting coil in a superconducting state. The superconducting magnet is characterized in that means for electromagnetically shielding the superconducting coil circuit from the outside of the superconducting coil circuit is provided.

また本発明の超電導磁石装置は、超電導コイルとこの超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチとを有する超電導コイル回路と、前記超電導コイルを超電導状態を維持する温度で収納する容器とを備えた超電導磁石装置であって、前記容器は容器内に設置される素子を外部回路に接続するための端子部を備え、前記端子部に、前記容器の外壁とこの外壁に設けられた接地点とを含む閉ループ回路を形成する手段を設けたことを特徴とするものである。   The superconducting magnet apparatus according to the present invention further includes a superconducting coil circuit having a superconducting coil and a permanent current switch for passing a permanent current through the superconducting coil, and a container for storing the superconducting coil at a temperature that maintains the superconducting state. In the magnet device, the container includes a terminal portion for connecting an element installed in the container to an external circuit, and the terminal portion includes an outer wall of the container and a grounding point provided on the outer wall. A means for forming a closed loop circuit is provided.

本発明のMRI装置は、静磁場発生装置としてこのような超電導磁石装置を備えたものであり、例えば、超電導コイルとこの超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチとを有する超電導コイル回路と、前記超電導コイルの減磁を制御する又は液体ヘリウム量を測定する素子とをヘリウム容器内に収納して成る超電導磁石と、前記素子と電気的に接続された制御回路又はモニター回路とを備え、制御回路又はモニター回路が前記超電導コイル回路に対し閉ループ回路を形成するのを遮断する手段を備えたことを特徴とするものである。   The MRI apparatus of the present invention is equipped with such a superconducting magnet device as a static magnetic field generator, for example, a superconducting coil circuit having a superconducting coil and a permanent current switch for passing a permanent current through the superconducting coil, A control circuit comprising a superconducting magnet having an element for controlling demagnetization of a superconducting coil or measuring the amount of liquid helium contained in a helium vessel, and a control circuit or a monitor circuit electrically connected to the element. Alternatively, the monitor circuit is provided with means for blocking the formation of a closed loop circuit with respect to the superconducting coil circuit.

本発明のMRI装置において、遮断手段としては、例えば濾波回路ユニット或いはスイッチ回路を採用することができ、このような遮断手段は素子と制御回路又はモニター回路との間に接続される。濾波回路ユニットは、例えば、外郭ケースとこの外郭ケースに収納されたフィルター素子とを含むものとすることができ、この場合、外郭ケースに接続された導体が制御回路又はモニター回路と閉ループ回路を形成する。   In the MRI apparatus of the present invention, for example, a filtering circuit unit or a switch circuit can be adopted as the blocking means, and such blocking means is connected between the element and the control circuit or monitor circuit. The filtering circuit unit may include, for example, an outer case and a filter element accommodated in the outer case, and in this case, a conductor connected to the outer case forms a closed loop circuit with a control circuit or a monitor circuit.

本発明の超電導磁石装置及びMRI装置によれば、制御回路やモニター回路と超電導コイル回路との結合によって生じる閉ループ回路を実質的遮断することができるので、例えばMRI装置の傾斜磁場や高周波磁場の動作による電磁気的干渉が生じても、これによる誘起電流は超電導コイル回路に流れることがなく、超電導コイル回路の安定した運転を確保することができる。   According to the superconducting magnet apparatus and the MRI apparatus of the present invention, the closed loop circuit generated by the coupling of the control circuit, the monitor circuit, and the superconducting coil circuit can be substantially cut off. Even if electromagnetic interference occurs due to, the induced current does not flow to the superconducting coil circuit, and stable operation of the superconducting coil circuit can be ensured.

また本発明のMRI装置は、超電導コイルとこの超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチとを有する超電導コイル回路と、前記超電導コイルの減磁を制御する又は液体ヘリウム量を測定する素子とをヘリウム容器内に収納して成る超電導磁石と、前記素子と電気的に接続された制御回路又はモニター回路と、前記超電導磁石が発生する静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、被検体に印加する高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段とを備え、前記制御回路又はモニター回路が前記超電導コイル回路に対し閉ループ回路を形成するのを遮断する手段を備えたものである。   The MRI apparatus of the present invention also includes a superconducting coil circuit having a superconducting coil and a permanent current switch for passing a permanent current through the superconducting coil, and an element for controlling the demagnetization of the superconducting coil or measuring the amount of liquid helium. A superconducting magnet housed in a container; a control circuit or a monitor circuit electrically connected to the element; and a gradient magnetic field generating means for generating a gradient magnetic field that gives a magnetic field gradient to a static magnetic field generated by the superconducting magnet; A high-frequency magnetic field generating means for generating a high-frequency magnetic field to be applied to the subject, and a means for blocking the control circuit or the monitor circuit from forming a closed loop circuit with respect to the superconducting coil circuit.

このMRI装置において、好適には、前記遮断手段は、少なくとも、前記傾斜磁場発生手段の駆動周波数及び高周波磁場の周波数帯域の信号をカットする濾波回路である。   In this MRI apparatus, preferably, the blocking means is a filtering circuit that cuts at least a signal of a driving frequency of the gradient magnetic field generating means and a frequency band of a high frequency magnetic field.

本発明は、超電導磁石の超電導コイルが、被検体が置かれる測定空間を挟んで一対が配置されているMRI装置に好適に適用することができる。また傾斜磁場発生手段及び高周波磁場発生手段が、被検体が置かれる測定空間を挟んで各々平板状コイルを配置したものであるMRI装置に好適に適用することができる。これらMRI装置において、特に良好な効果を得ることができる。   The present invention can be suitably applied to an MRI apparatus in which a pair of superconducting coils of a superconducting magnet is disposed across a measurement space in which a subject is placed. Further, the gradient magnetic field generating means and the high-frequency magnetic field generating means can be suitably applied to an MRI apparatus in which flat coils are respectively arranged across a measurement space where a subject is placed. In these MRI apparatuses, particularly good effects can be obtained.

本発明によれば、MRIのスキャンに伴う傾斜磁場や高周波磁場による磁束の変化に起因する超電導コイル回路への影響を排除し、MRI装置を確実に安定運転することができる。   According to the present invention, it is possible to eliminate the influence on the superconducting coil circuit caused by the change in magnetic flux due to the gradient magnetic field and the high-frequency magnetic field accompanying the MRI scan, and to reliably operate the MRI apparatus stably.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明を適用したMRI装置の全体構成図である。このMRI装置は被検体101が置かれる検査空間を挟むように配置された一対の静磁場発生磁石102と、これら静磁場発生磁石102の検査空間側にそれぞれ配置された傾斜磁場コイル103と、さらにその内側に配置された高周波コイル105と、被検体101から発生するNMR信号を検出する検出コイル107と、被検体101を静磁場発生磁石102の中心空間に配設する搬送テーブル114とを備えている。これらの傾斜磁場コイル103と高周波コイル105は開放型磁石の利点を阻害しないように各々上下一対の板状構造をしている。なお、図では高周波コイル105と検出コイル107とは別個のコイルを示しているが、一つの高周波コイルが高周波磁場照射用と検出用とを兼ねていても良い。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of an MRI apparatus to which the present invention is applied. This MRI apparatus includes a pair of static magnetic field generating magnets 102 arranged so as to sandwich an examination space where the subject 101 is placed, a gradient magnetic field coil 103 arranged on the examination space side of each of the static magnetic field generating magnets 102, and A high-frequency coil 105 disposed inside thereof, a detection coil 107 for detecting an NMR signal generated from the subject 101, and a transfer table 114 for arranging the subject 101 in the central space of the static magnetic field generating magnet 102 are provided. Yes. The gradient magnetic field coil 103 and the high frequency coil 105 have a pair of upper and lower plate-like structures so as not to disturb the advantages of the open magnet. In the figure, the high frequency coil 105 and the detection coil 107 are shown as separate coils, but one high frequency coil may serve both for high frequency magnetic field irradiation and detection.

静磁場発生磁石102、傾斜磁場コイル103、高周波コイル105、検出コイル107及び搬送テーブル114は電磁波遮蔽されたシールド検査室115に設置されている。電磁波遮蔽は検出コイル107に外来の電磁波が飛来するのを防ぐもので、検査に用いる原子核の共鳴周波数帯域(通常、用いられる水素原子核で42メガヘルツ)で例えば、約70デシベルの減衰率を有している。   The static magnetic field generating magnet 102, the gradient magnetic field coil 103, the high frequency coil 105, the detection coil 107, and the transfer table 114 are installed in a shield inspection chamber 115 that is shielded from electromagnetic waves. Electromagnetic shielding prevents foreign electromagnetic waves from flying into the detection coil 107, and has an attenuation factor of, for example, about 70 dB in the resonance frequency band of the nucleus used for inspection (usually 42 megahertz for hydrogen nuclei used). ing.

シールド検査室115の外側には、傾斜磁場コイル103を駆動する傾斜磁場電源104、高周波コイル105を駆動する高周波電力アンプ106、検出コイル107が検出した信号を受信する受信器108、各コイルの動作タイミングを制御するシーケンサ109及び装置の制御を行うとともにNMR信号を処置し画像化するコンピュータ110が配備されている。   Outside the shield examination room 115, there are a gradient magnetic field power source 104 for driving the gradient magnetic field coil 103, a high frequency power amplifier 106 for driving the high frequency coil 105, a receiver 108 for receiving a signal detected by the detection coil 107, and the operation of each coil. A sequencer 109 for controlling the timing and a computer 110 for controlling the apparatus and processing and imaging the NMR signal are provided.

これらシールド検査室115外に設置された電源や制御機器と、シールド検査室内の各種コイルや静磁場発生磁石102及び搬送テーブル114とは、シールド検査室115に接地されたフィルター回路116を介して接続されるか、或いは外部がシールド層で覆われている同軸ケーブルで接続される(図では同軸ケーブルの区別は記載してない)。これにより、シールド検査室115内に外来ノイズを引き込まないようにしている。   The power supply and control equipment installed outside the shield inspection room 115 are connected to various coils, the static magnetic field generating magnet 102, and the transfer table 114 in the shield inspection room 115 through a filter circuit 116 grounded to the shield inspection room 115. Or connected by a coaxial cable whose outer part is covered with a shield layer (the distinction between coaxial cables is not shown in the figure). This prevents external noise from being drawn into the shield inspection room 115.

静磁場発生磁石102は、図示する実施例では、上下に分割された一対のクライオスタット117、各クライオスタット117の内部に組み込まれた超電導コイルと、超電導コイルの発生する磁束に対して磁気回路を構成する鉄ヨーク(図示せず)とから構成されている。超電導コイルは、被検体101の配設される空間に均一な強度の静磁場を発生させる。その磁場強度は例えば1.0テスラで、磁束の方向は床から天井に向っており、その磁場均一度は被検体101が配設される直径40センチメートルの球空間で約5ppm以下になるように調整されている。この磁場均一度調整はパッシブシミング方式或いはアクティブシミング方式のシミングにより調整される、パッシブシミングでは、例えば一対のクライオスタット117の表面に複数の磁性体小片(図では記載されていない)を貼り付ける。   In the illustrated embodiment, the static magnetic field generating magnet 102 constitutes a magnetic circuit for a pair of cryostats 117 divided into upper and lower parts, a superconducting coil incorporated in each cryostat 117, and a magnetic flux generated by the superconducting coil. It consists of an iron yoke (not shown). The superconducting coil generates a static magnetic field having a uniform strength in the space in which the subject 101 is disposed. The magnetic field strength is, for example, 1.0 Tesla, the direction of magnetic flux is from the floor to the ceiling, and the magnetic field uniformity is adjusted to be about 5 ppm or less in a spherical space with a diameter of 40 centimeters where the subject 101 is disposed. Has been. The magnetic field uniformity is adjusted by passive shimming or active shimming. In passive shimming, for example, a plurality of small magnetic pieces (not shown) are attached to the surfaces of a pair of cryostats 117.

さらに静磁場発生磁石102は、図1には示していないが、励磁用の電源や永久電流を保つための永久電流スイッチ(PCS)などの内部回路を備えるとともに、その運転を制御する、即ち、緊急事態に静磁場発生磁石102の発生磁場を速やかに減衰させる緊急減磁ユニット120及び一対のクライオスタット117の内部情報をモニターする計測ユニット121が接続されている。計測ユニット121は、フィルター回路116を介してコンピュータ110に接続され、計測した内部情報を電気信号としてコンピュータ110に送出する。図示する例では、緊急減磁ユニット120はシールド検査室115の壁面に、計測ユニット121は搬送テーブル114の後方に取り付けられている。これらの緊急減磁ユニット120や計測ユニット121の信号ケーブルはフィルター回路122を介してクライオスタット117内部に設置されたヒータや計測用の素子等に接続されている。   Further, although not shown in FIG. 1, the static magnetic field generating magnet 102 includes an internal circuit such as a power source for excitation and a permanent current switch (PCS) for maintaining a permanent current, and controls its operation. An emergency demagnetizing unit 120 that quickly attenuates the magnetic field generated by the static magnetic field generating magnet 102 in an emergency situation and a measurement unit 121 that monitors internal information of the pair of cryostats 117 are connected. The measurement unit 121 is connected to the computer 110 via the filter circuit 116, and sends the measured internal information to the computer 110 as an electrical signal. In the illustrated example, the emergency demagnetization unit 120 is attached to the wall surface of the shield inspection chamber 115, and the measurement unit 121 is attached to the rear of the transfer table 114. The signal cables of the emergency demagnetization unit 120 and the measurement unit 121 are connected to a heater, a measurement element, and the like installed inside the cryostat 117 via the filter circuit 122.

傾斜磁場コイル103は、互いに直交するx、y、zの3軸方向に磁束密度を変化させるように巻かれた3組のコイルからなり、それぞれ傾斜磁場電源104に接続され、傾斜磁場発生手段を構成する。シーケンサ109からの制御信号に従って傾斜磁場電源104を駆動して傾斜磁場コイル103に流れる電流値を変化させることにより3軸からなる傾斜磁場Gx、Gy、Gzを被検体101の配設空間の静磁場に重畳するようになっている。この傾斜磁場は、被検体101の検査部位から得られるNMR信号の空間的な分布を識別するために用いられる。   The gradient magnetic field coil 103 is composed of three sets of coils wound so as to change the magnetic flux density in three axial directions of x, y, and z orthogonal to each other, each connected to the gradient magnetic field power source 104, and the gradient magnetic field generating means Configure. The gradient magnetic field power supply 104 is driven in accordance with a control signal from the sequencer 109 to change the current value flowing through the gradient magnetic field coil 103, thereby changing the gradient magnetic fields Gx, Gy, and Gz consisting of three axes into the static magnetic field in the installation space of the subject 101. It is designed to be superimposed on. This gradient magnetic field is used to identify the spatial distribution of NMR signals obtained from the examination site of the subject 101.

高周波コイル105は、高周波コイル105に高周波電流を流すための高周波電力アンプ106に接続され、被検体101の検査部位の水素原子核を共鳴励起するための、例えば42メガヘルツの高周波磁場を発生する。高周波電力アンプ106もシーケンサ109の制御信号で制御されている。   The high-frequency coil 105 is connected to a high-frequency power amplifier 106 for causing a high-frequency current to flow through the high-frequency coil 105, and generates a high-frequency magnetic field of, for example, 42 megahertz for resonance excitation of hydrogen nuclei at the examination site of the subject 101. The high frequency power amplifier 106 is also controlled by the control signal of the sequencer 109.

検出コイル107は受信器108に接続されており、NMR信号を検出する手段を構成する。受信器108は検出コイル107で検出したNMR信号を増幅・検波するとともに、コンピュータ110による処理が可能なディジタル信号に変換する。受信器108もシーケンサ109でその動作タイミングが制御されている。   The detection coil 107 is connected to the receiver 108 and constitutes a means for detecting the NMR signal. The receiver 108 amplifies and detects the NMR signal detected by the detection coil 107 and converts it to a digital signal that can be processed by the computer 110. The operation timing of the receiver 108 is also controlled by the sequencer 109.

コンピュータ110はディジタル量に変換されたNMR信号を用いて画像再構成、スペクトル計算等の演算を行うとともに、シーケンサ109を介してMRI装置の各ユニットの動作を定められたタイミングで制御する。コンピュータ110と処理後のデータを表示するディスプレイ装置111と操作入力する操作卓112とで演算処理系が構成される。   The computer 110 performs operations such as image reconstruction and spectrum calculation using the NMR signal converted into a digital quantity, and controls the operation of each unit of the MRI apparatus via the sequencer 109 at a predetermined timing. The computer 110, the display device 111 that displays the processed data, and the console 112 that performs operation input constitute an arithmetic processing system.

磁場発生装置である静磁場発生磁石102の詳細を更に説明する。静磁場発生磁石102の内部は、図2に示すように、一対のクライオスタット117が連結管201で接続されて被検者の配設される空間118を挟んで上下に配置されている。一対のクライオスタット117内部は高真空に保たれ、内部に液体ヘリウムで満たされた上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203が組込まれている。上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203内には一対の超電導コイル204が収められており、この超電導コイル204が液体ヘリウムによって4.2度ケルビンの低温に維持された状態で、超電導コイル204へ例えば400アンペアの永久電流が流され、空間118に1.0テスラの磁場強度を発生している。図2では一対の超電導コイル204を示しているが、磁場強度や磁場均一度あるいは漏洩磁場強度を所定の値に設定するため、大きさや巻き数の異なる複数の超電導コイルを収める場合もある。   The details of the static magnetic field generating magnet 102 which is a magnetic field generator will be further described. As shown in FIG. 2, a pair of cryostats 117 are connected by a connecting pipe 201, and the static magnetic field generating magnet 102 is arranged above and below a space 118 in which a subject is arranged. The inside of the pair of cryostats 117 is maintained at a high vacuum, and an upper helium tank 202 and a lower helium tank 203 filled with liquid helium are incorporated therein. A pair of superconducting coils 204 is housed in the upper helium tank 202 and the lower helium tank 203, and this superconducting coil 204 is maintained at a low temperature of 4.2 degrees Kelvin by liquid helium, and is supplied to the superconducting coil 204, for example, 400 amperes. A permanent electric current of 1.0 Tesla is generated in the space 118. FIG. 2 shows a pair of superconducting coils 204. However, in order to set the magnetic field strength, the magnetic field uniformity, or the leakage magnetic field strength to a predetermined value, a plurality of superconducting coils having different sizes and winding numbers may be accommodated.

クライオスタット117と、上ヘリウム槽202及び下ヘリウム槽203との間には、ヘリウム槽を取り囲んで熱シールド205が設けられている。熱シールド205は、図では1層のみを示しているが2層以上でもよく、例えば1ミリメートル厚のアルミニューム板から成る。熱シールド205はヘリウム冷凍機206と接触ポイント207で熱的に接続されており、例えば20度ケルビンの低温に維持されている。このように低温の熱シールド205で上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203を覆うことによって、室温(300度ケルビン)からの直接の輻射熱を防ぐことになり、液体ヘリウムの蒸発を極少にすることができる。上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203、熱シールド205、一対のクライオスタット117は連結管201の部分で接続され上下ヘリウム槽内の温度が同じになるようになっている。   A heat shield 205 is provided between the cryostat 117 and the upper helium tank 202 and the lower helium tank 203 so as to surround the helium tank. Although only one layer is shown in the figure, the heat shield 205 may be two or more layers, and is made of, for example, an aluminum plate having a thickness of 1 mm. The heat shield 205 is thermally connected to the helium refrigerator 206 at a contact point 207, and is maintained at a low temperature of 20 degrees Kelvin, for example. Covering the upper helium tank 202 and the lower helium tank 203 with the low-temperature heat shield 205 in this way prevents direct radiant heat from room temperature (300 degrees Kelvin), thereby minimizing the evaporation of liquid helium. it can. The upper helium tank 202, the lower helium tank 203, the heat shield 205, and the pair of cryostats 117 are connected at the connecting pipe 201 so that the temperatures in the upper and lower helium tanks are the same.

上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203内には超電導コイル204の他に永久電流スイッチ(PCS)208や緊急消磁用ヒータ素子209や液体ヘリウムのレベルを測定するセンサー素子210や超電導コイルの保護素子(図では示してない)などが組み込まれている。これらヒータ素子209及びセンサー素子210は、コネクタ211を介して、超電導磁石102の外部に設置された制御回路(緊急減磁ユニット120、計測ユニット121)との接続が行われる。上ヘリウム槽202と下ヘリウム槽203内の各素子の接続と一対の超電導コイル204を接続するリード線212は束ねられて連結管201内にまとめて組み込まれる。   In the upper helium tank 202 and the lower helium tank 203, in addition to the superconducting coil 204, a permanent current switch (PCS) 208, a heater element 209 for emergency demagnetization, a sensor element 210 for measuring the level of liquid helium, and a protective element for the superconducting coil ( (Not shown in the figure). The heater element 209 and sensor element 210 are connected to a control circuit (emergency demagnetization unit 120, measurement unit 121) installed outside the superconducting magnet 102 via a connector 211. The lead wires 212 connecting the elements in the upper helium tank 202 and the lower helium tank 203 and the pair of superconducting coils 204 are bundled and assembled together in the connecting pipe 201.

このような静磁場発生磁石102の超電導コイル回路と外部制御回路の等価回路を図3に示す。   FIG. 3 shows an equivalent circuit of the superconducting coil circuit of the static magnetic field generating magnet 102 and the external control circuit.

超電導コイル回路は、直列に接続された一対の超電導コイル204と、その両端に並列に接続された永久電流スイッチPCS208と、超電導コイルを励磁するための励磁電源303aと、PCS208に内蔵されたヒータ306用のヒータ電源303bとから成り、超電導コイル204及びPCS208は、図中点線で示すクライオスタット117内にあり、外部の励磁電源303a及びヒータ電源303bとそれぞれ端子301、302、304及び305で接続されている。クライオスタット117はシステム・グランドであるフィルタ・ボックスの接地点123に接続されグランド電位に維持されている。   The superconducting coil circuit includes a pair of superconducting coils 204 connected in series, a permanent current switch PCS208 connected in parallel at both ends thereof, an excitation power source 303a for exciting the superconducting coil, and a heater 306 built in the PCS208. The superconducting coil 204 and the PCS 208 are in a cryostat 117 indicated by a dotted line in the figure, and are connected to an external excitation power source 303a and a heater power source 303b by terminals 301, 302, 304, and 305, respectively. Yes. The cryostat 117 is connected to the ground point 123 of the filter box, which is the system ground, and is maintained at the ground potential.

また図示していないが、超電導コイル204の保護やチェックを行なうための保護ダイオード素子や閉ループ内の各ポイントの電圧や抵抗を測定するリード線が接続されている。これらリード線及び超電導コイル204やPCS208を端子と接続する超電導線は、束ねられて連結管201内に通されている。   Although not shown, a protection diode element for protecting and checking the superconducting coil 204 and a lead wire for measuring the voltage and resistance at each point in the closed loop are connected. These lead wires and the superconducting wires connecting the superconducting coil 204 and the PCS 208 to the terminals are bundled and passed through the connecting pipe 201.

超電導コイル204を励磁するときは、PCS208の端子304、305にヒータ電源303bを接続し、内蔵ヒータ306の発熱により超電導コイル204を常電導状態に保ちながら、励磁電源303aからの出力を漸次増加させる。超電導コイル204に流れる電流が所望の電流値となった時点でヒータ306の電源303bを切り、PCS208と超電導コイル204の閉ループ(矢印300)を形成し、超電導状態による永久電流が閉ループ300を流れるようにする。   When exciting the superconducting coil 204, connect the heater power supply 303b to the terminals 304 and 305 of the PCS 208, and gradually increase the output from the exciting power supply 303a while keeping the superconducting coil 204 in the normal conducting state due to the heat generated by the built-in heater 306. . When the current flowing through the superconducting coil 204 reaches a desired current value, the power supply 303b of the heater 306 is turned off to form a closed loop (arrow 300) between the PCS 208 and the superconducting coil 204 so that the permanent current due to the superconducting state flows through the closed loop 300. To.

このような駆動回路とは別に、静磁場発生磁石102の運転を維持管理するための制御回路及びモニター回路(以下、制御・モニター回路と省略する場合もある)として、クライオスタット117内には、緊急時に磁場を減衰させるためのヒータ素子209や上下のヘリウム槽202、203の液体ヘリウム量を計測するセンサー素子210が設けられている。ヒータ素子209は、緊急減磁ユニット120から電圧を印加されると発熱する抵抗素子からなり、端子211を介して緊急減磁ユニット120に接続されている。センサー素子210は、例えば、温度によってその抵抗値が変化する超電導材料からなり、上下のヘリウム槽にそれぞれ設置され、上下のセンサー素子は電気的に接続され、各端部と両センサー素子の中点とが端子211を介して液体ヘリウム計測ユニット121に接続されている。ヒータ素子209及びセンサー素子210と端子211とを接続するリード線も束ねられて連結管201内を通されている。   Aside from such a drive circuit, as a control circuit and a monitor circuit for maintaining and managing the operation of the static magnetic field generating magnet 102 (hereinafter sometimes abbreviated as a control / monitor circuit), the cryostat 117 has an emergency Sometimes a heater element 209 for attenuating the magnetic field and a sensor element 210 for measuring the amount of liquid helium in the upper and lower helium tanks 202 and 203 are provided. The heater element 209 is a resistance element that generates heat when a voltage is applied from the emergency demagnetization unit 120, and is connected to the emergency demagnetization unit 120 via a terminal 211. The sensor element 210 is made of, for example, a superconducting material whose resistance value changes depending on temperature, and is installed in upper and lower helium tanks. The upper and lower sensor elements are electrically connected to each other, and the middle point of each sensor element. Are connected to the liquid helium measurement unit 121 via a terminal 211. Lead wires connecting the heater element 209 and sensor element 210 and the terminal 211 are also bundled and passed through the connecting pipe 201.

このように超電導コイル回路を構成するリード線と、制御・モニター回路(緊急減磁ユニット120、液体ヘリウム計測ユニット121)を構成するリード線は、上下のクライオスタット117を連結する細い連結管201内を通されているため、互いに強く結合する。この結合は、図3において浮遊容量307、308として示されている。この浮遊容量の値は、磁石の形状やリード線の束ね方や配設方法に大きく影響を受けるが、本実施例の装置の場合、典型的には超電導コイル回路と制御・モニター回路との間の浮遊容量307が0.7ナノヘンリー、超電導コイル回路とクライオスタット117との間の浮遊容量308が6ナノヘンリー程度であることがわかった。このような結合の結果、図5に示すように、制御・モニター回路120、121から端子211、リード線、浮遊容量307、超電導コイル回路、浮遊容量308およびクライオスタットの接地点123を通って閉ループ回路501が形成される。   Thus, the lead wire constituting the superconducting coil circuit and the lead wire constituting the control / monitor circuit (emergency demagnetization unit 120, liquid helium measurement unit 121) pass through the thin connecting pipe 201 connecting the upper and lower cryostats 117. Because they are threaded, they bind strongly to each other. This coupling is shown as stray capacitances 307, 308 in FIG. The value of this stray capacitance is greatly affected by the shape of the magnet, how the lead wires are bundled and how they are arranged, but in the case of the device of this embodiment, typically, it is between the superconducting coil circuit and the control / monitor circuit. It was found that the stray capacitance 307 was 0.7 nanohenry, and the stray capacitance 308 between the superconducting coil circuit and the cryostat 117 was about 6 nanohenry. As a result of such coupling, as shown in FIG. 5, the closed loop circuit from the control / monitor circuit 120, 121 through the terminal 211, the lead wire, the stray capacitance 307, the superconducting coil circuit, the stray capacitance 308, and the ground point 123 of the cryostat. 501 is formed.

本実施形態のMRI装置は、このような浮遊容量307、308を通って、超電導コイル回路に電流が流れることを防止するために、端子211と外部の制御・モニター回路との間に回路遮断手段310が設けられている。回路遮断手段310として、具体的には、フィルター回路、スイッチ回路或いはこれらを組み合わせたものが採用される。   The MRI apparatus of the present embodiment is a circuit interruption means between the terminal 211 and the external control / monitor circuit in order to prevent the current from flowing through the superconducting coil circuit through the stray capacitances 307 and 308. 310 is provided. Specifically, a filter circuit, a switch circuit, or a combination of these is employed as the circuit interrupting means 310.

フィルター回路の一実施例を図4に示す。フィルター回路は、電流貫通型フィルター素子407からなる。電流貫通型フィルター素子407は、図示するように、インダクタンス素子410を金属筒408からなる外装(外郭ケース)に組み込み、その入力端子と出力端子で貫通型コンデンサー409を構成したπ型フィルター素子であり、このような電流貫通型フィルター素子を用いることで、外部からのノイズ電圧の誘導を避けると共に、入力端子の信号電圧は誘導ノイズのような高周波成分が除去され、低周波数である(一般に直流電流である)センサー素子の電気信号のみがその出力端子に伝達される。   An embodiment of the filter circuit is shown in FIG. The filter circuit includes a current feed type filter element 407. As shown in the figure, the current feed-through filter element 407 is a π-type filter element in which an inductance element 410 is incorporated in an exterior (outer case) made of a metal tube 408, and a feed-through capacitor 409 is configured with its input terminal and output terminal. By using such a current feed-through filter element, induction of noise voltage from the outside is avoided, and the signal voltage of the input terminal is low frequency by removing high frequency components such as induction noise (generally DC current Only the electrical signal of the sensor element is transmitted to its output terminal.

電流貫通型フィルター407は、コネクタ401を介して、クライオスタット側の各端子(図3、211)に接続されるとともに、コネクタ402、403を介して、計測ユニット121、緊急減磁ユニット120に接続される。例えば、コネクタ401の端子404A、404Bは、センサー素子であるヘリウム液面センサーの両端に電圧を印加するための端子、端子404C、404D、404Eは液面センサーの両端及び中点に接続され、端部と中点との間の抵抗の変化を測定するための端子である。また端子404F、404Gは、上ヘリウム槽及び下ヘリウム槽のヒータ209に接続される。   The current feed-through filter 407 is connected to each terminal (FIG. 3, 211) on the cryostat side via the connector 401, and is connected to the measurement unit 121 and the emergency demagnetization unit 120 via the connectors 402, 403. The For example, the terminals 404A and 404B of the connector 401 are terminals for applying a voltage to both ends of a helium liquid level sensor as a sensor element, and the terminals 404C, 404D and 404E are connected to both ends and a middle point of the liquid level sensor. This is a terminal for measuring the change in resistance between the center and the middle point. The terminals 404F and 404G are connected to the heaters 209 of the upper helium tank and the lower helium tank.

次にこのようなフィルター回路を設けた場合の動作について図5及び図6を参照して説明する。図5はフィルター回路を設けない従来の回路構成図、図6は回路遮断手段としてフィルター回路400を設けた回路構成図である。   Next, the operation when such a filter circuit is provided will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a conventional circuit configuration diagram in which a filter circuit is not provided, and FIG.

まず回路遮断手段を設けない場合には、図5に示すように、端子211に液体ヘリウム計測回路121や緊急減磁ユニット120を接続した状態ではクライオスタット117のグランドポイント123と液体ヘリウム計測回路121や緊急減磁ユニット120のグランドポイントを通る大きなループ回路501が形成される。この状態で、MRI装置のスキャン(撮像)が開始されると、このループ回路501に、撮像に伴いパルス駆動される傾斜磁場や高周波磁場の磁束が通過することになり、数ボルトから十数ボルトの誘導電圧が発生する。   First, when no circuit interruption means is provided, the ground point 123 of the cryostat 117 and the liquid helium measurement circuit 121 and the liquid helium measurement circuit 121 and the emergency demagnetization unit 120 are connected to the terminal 211 as shown in FIG. A large loop circuit 501 passing through the ground point of the emergency demagnetizing unit 120 is formed. In this state, when scanning (imaging) of the MRI apparatus is started, the magnetic flux of the gradient magnetic field and high-frequency magnetic field that are pulse-driven along with imaging pass through the loop circuit 501, and several volts to several tens of volts. Inductive voltage is generated.

こうして端子211にパルス状の誘導電圧が印加されると、図中矢印で示すように、センサー素子回路から浮遊容量307を経由して永久電流が流れる閉ループ回路300に誘起電流が流れることになる。超電導コイル204のインダクタンスは極めて高く、例えば、本実施例の場合36ヘンリーを示している。このためパルス状の誘起電流の大部分は抵抗値がゼロであるPCS208側の回路からクライオスタット117のグランドに流れる。この電流はパルス状の誘導ノイズであるため、PCS208の超電導線の表皮など局所的に流れ、超電導線が有している固有の臨界電流を超える場合がある。臨界電流を一瞬でも越えるとPCS208は常電導状態に転移し、閉ループ回路300の電流400アンペアはPCS208の常電導抵抗で熱エネルギーとして消費され、磁石にクェンチ現象が発生し、磁場が消滅する。   When the pulsed induced voltage is applied to the terminal 211 in this way, an induced current flows through the closed loop circuit 300 through which a permanent current flows from the sensor element circuit via the stray capacitance 307 as indicated by an arrow in the figure. The inductance of the superconducting coil 204 is extremely high, and, for example, 36 Henry is shown in this embodiment. For this reason, most of the pulsed induced current flows from the circuit on the PCS 208 side having a resistance value of zero to the ground of the cryostat 117. Since this current is pulse-like induced noise, it may flow locally, such as the superconducting skin of PCS208, and may exceed the intrinsic critical current of the superconducting wire. When the critical current is exceeded for a moment, the PCS 208 transitions to the normal conducting state, and the current 400 amperes of the closed loop circuit 300 is consumed as thermal energy by the normal conducting resistance of the PCS 208, a quench phenomenon occurs in the magnet, and the magnetic field disappears.

これに対し、図6に示すように、端子211と外部制御回路との間にフィルター回路400を組み込んだ場合には、クライオスタット117の外装ケースと、グランドポイント123と、フィルター回路400の外郭ケースと、液体ヘリウム計測回路121や緊急減磁ユニット120の接続ケーブルとで閉ループ(図中矢印601)が構成される。この状態で傾斜磁場や高周波磁場がパルス駆動され、その磁束がループ回路601を通過すると、数ボルトから十数ボルトの誘導電圧が発生する。ここでクライオスタット117の内部は図5の場合と変わりなく同じ回路定数になるが、端子211のインピーダンスはフィルター回路400の存在によって非常に高い値となる。このインピーダンス値は通過する電流の周波数に依存するが、撮影シーケンスに従ってパルス駆動される傾斜磁場や高周波磁場の磁束変化は数百キロヘルツ以上であることから、そのインピーダンス値は数メガオームの値である。一方、フィルター回路400の入力端子409とグランド間のインピーダンス値は数オーム以下となる。この結果、パルス状の誘起電流はフィルター回路400の外郭ケースを経てクライオスタット117のケースに直接流れ、クライオスタット117の内部には流れることがない。即ち、フィルター回路400により、クライオスタット117の内部回路と液体ヘリウム計測回路121や緊急減磁ユニット120の接続ケーブルとで実質的なループ回路(図5の501)が形成されるのを遮断することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 6, when the filter circuit 400 is incorporated between the terminal 211 and the external control circuit, the outer case of the cryostat 117, the ground point 123, and the outer case of the filter circuit 400 The liquid helium measurement circuit 121 and the connection cable of the emergency demagnetization unit 120 form a closed loop (arrow 601 in the figure). In this state, when a gradient magnetic field or a high-frequency magnetic field is pulse-driven and the magnetic flux passes through the loop circuit 601, an induced voltage of several volts to several tens of volts is generated. Here, the inside of the cryostat 117 has the same circuit constant as in the case of FIG. 5, but the impedance of the terminal 211 becomes a very high value due to the presence of the filter circuit 400. Although this impedance value depends on the frequency of the passing current, since the magnetic flux change of the gradient magnetic field and the high frequency magnetic field pulse-driven according to the imaging sequence is several hundred kilohertz or more, the impedance value is a value of several mega ohms. On the other hand, the impedance value between the input terminal 409 of the filter circuit 400 and the ground is several ohms or less. As a result, the pulsed induced current flows directly through the outer case of the filter circuit 400 to the case of the cryostat 117 and does not flow into the cryostat 117. That is, the filter circuit 400 can block the formation of a substantial loop circuit (501 in FIG. 5) between the internal circuit of the cryostat 117 and the connection cable of the liquid helium measurement circuit 121 and the emergency demagnetization unit 120. it can.

このようにクライオスタット117の内部回路と外部とを接続する端子211部分に遮断回路としてフィルター回路400を設けることにより、内部回路にMRIスキャンに伴う誘起電流が流入するのを抑制し、安定した超電導磁石装置の運転を確保することができる。   In this way, by providing the filter circuit 400 as a cutoff circuit in the terminal 211 portion connecting the internal circuit of the cryostat 117 and the outside, it is possible to suppress the inductive current from flowing into the internal circuit due to the MRI scan, and a stable superconducting magnet The operation of the device can be ensured.

フィルター回路400の、更に具体的な構造を図7に示す。図7において、図4に示す要素に対応するものは同一の符号で示している。   A more specific structure of the filter circuit 400 is shown in FIG. In FIG. 7, the elements corresponding to the elements shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

この構造において、電流貫通型フィルター素子407は銅プレート701に強固に固定され、一方の側はリード線を介してコネクタ401に接続され、他方の側は計測ユニット121のコネクタ402、緊急減磁ユニット120のコネクタ403に接続されている。尚、図では2個のフィルター素子407しか示していないが、実際には図4に示すようにコネクタ401の端子と同数のフィルター素子が設けられる。コネクタ401は金属シェルで構成され外部からのノイズがその芯線に誘起することがない構造となっている。またコネクタ401の金属シェルと電流貫通型フィルター素子407を固定する銅プレート701はシールド銅網702にて電気的に接続されている。さらにコネクタ401の金属シェルの外周及びクライオスタット117の端子部211はシールド銅線703で巻かれており、このシールド銅線703は補強バンド704で強固に固定されている。これによってコネクタ401の金属シェルは、クライオスタット117の外装ケースのグランドポイント123のグランド電位に確実に接続されるように構成されている。   In this structure, the current feed type filter element 407 is firmly fixed to the copper plate 701, one side is connected to the connector 401 via the lead wire, and the other side is the connector 402 of the measuring unit 121, the emergency demagnetizing unit. It is connected to 120 connectors 403. Although only two filter elements 407 are shown in the figure, actually, as many filter elements as the terminals of the connector 401 are provided as shown in FIG. The connector 401 is composed of a metal shell and has a structure in which external noise is not induced in the core wire. The copper plate 701 that fixes the metal shell of the connector 401 and the current feed filter element 407 is electrically connected by a shield copper net 702. Further, the outer periphery of the metal shell of the connector 401 and the terminal portion 211 of the cryostat 117 are wound with a shield copper wire 703, and the shield copper wire 703 is firmly fixed with a reinforcing band 704. Thus, the metal shell of the connector 401 is configured to be reliably connected to the ground potential of the ground point 123 of the outer case of the cryostat 117.

以上、回路遮断手段としてフィルター回路を採用した実施形態を説明した。本実施形態によれば、傾斜磁場や高周波磁場に起因して誘起される電流の周波数成分と直流電流レベルを扱う超電導磁石の制御・モニター回路の周波数差を利用して、誘起電流のみをクライオスタットの金属表面に流し、その影響を完全に除去することができる。   As described above, the embodiment in which the filter circuit is employed as the circuit interruption means has been described. According to the present embodiment, only the induced current of the cryostat is obtained by using the frequency difference of the current component induced by the gradient magnetic field or the high frequency magnetic field and the frequency difference of the superconducting magnet control / monitor circuit that handles the DC current level. The effect can be completely removed by flowing on the metal surface.

次に本発明のMRI装置の別の実施形態として、回路遮断手段としてスイッチ回路を備えた装置を説明する。図8は、装置の全体概要を示す図であり、図1と同じ構成要素については同じ符号で示してある。また図8では、シールド検査室115外に設置された電源や制御機器は省略しているが、これらは図1と同様である。   Next, as another embodiment of the MRI apparatus of the present invention, an apparatus provided with a switch circuit as a circuit interruption means will be described. FIG. 8 is a diagram showing an overall outline of the apparatus, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 8, the power supply and control equipment installed outside the shield inspection room 115 are omitted, but these are the same as those in FIG.

この装置では、図1の装置と異なり、緊急減磁ユニット801や計測ユニット802の信号ケーブルはフィルター回路などを介することなく静磁場発生磁石102の内部回路に接続されている。さらに緊急減磁ユニット801と計測ユニット802には、傾斜磁場や高周波磁場のパルス駆動に合わせて信号ケーブルに誘導ノイズが誘起することがないようにスイッチ回路が組込まれている。   In this apparatus, unlike the apparatus of FIG. 1, the signal cables of the emergency demagnetizing unit 801 and the measuring unit 802 are connected to the internal circuit of the static magnetic field generating magnet 102 without passing through a filter circuit or the like. Further, the emergency demagnetization unit 801 and the measurement unit 802 are incorporated with a switch circuit so that induction noise is not induced in the signal cable in accordance with the pulse drive of the gradient magnetic field or the high frequency magnetic field.

緊急減磁ユニット801は、図9に示すように、商用電源901に接続され、商用電源の電圧(100〜120V)を所望の電圧に変圧するトランス902と、整流用のダイオード903と、トランス902の二次側に接続され、停電時の電源として機能する蓄電池904と、電流駆動回路905と、電流駆動回路905とコネクタ907との間に設けられたスイッチ回路906とを備えている。商用電源に接続される電源ケーブルは三相ケーブルで、一本の線はグランドケーブルで電気安全の基準に従い、緊急減磁ユニット801のケースを含むユニットグランドに接続されている。   As shown in FIG. 9, the emergency demagnetization unit 801 is connected to a commercial power source 901, and transforms a commercial power source voltage (100 to 120V) to a desired voltage, a rectifying diode 903, a transformer 902, and the like. A secondary battery 904 functioning as a power source during a power failure, a current drive circuit 905, and a switch circuit 906 provided between the current drive circuit 905 and the connector 907. The power cable connected to the commercial power source is a three-phase cable, and one wire is a ground cable connected to the unit ground including the case of the emergency demagnetizing unit 801 in accordance with the electrical safety standard.

コネクタ907は、クライオスタット117の端子211に接続され、クライオスタット117内の緊急減磁用ヒータ209に接続されている。スイッチ回路906は、図示しない外部ボタンを押下することにより動作し、グランド電位に接続された線と電圧が印加される線の両方を遮断する。このように両方の線を遮断することにより、グランド電位を通じて形成される閉ループ回路(図5、501)を完全に遮断することができる。この場合、スイッチ回路906及びコネクタ907は絶縁ケースで覆うことにより安全性を確保する。   The connector 907 is connected to the terminal 211 of the cryostat 117 and is connected to the emergency demagnetization heater 209 in the cryostat 117. The switch circuit 906 operates by pressing an external button (not shown), and cuts off both the line connected to the ground potential and the line to which the voltage is applied. By blocking both lines in this way, the closed loop circuit (FIG. 5, 501) formed through the ground potential can be completely blocked. In this case, the switch circuit 906 and the connector 907 are covered with an insulating case to ensure safety.

このような構成において、操作者は緊急減磁が必要な時に緊急減磁ユニット801の外部ボタンを押してスイッチ回路906を動作させる。この状態で、商用電源からの電圧はトランス902で変圧された後、ダイオード903の整流回路で整流され、蓄電池904を充電するとともに電流駆動回路905に入力される。電流駆動回路905の出力はスイッチ回路906を介して、ヒータ素子に接続されたコネクタ907に伝えられる。これによりヒータ素子が発熱し、超電導状態が破壊され、超電導コイルは常電導状態となり急速に減磁する。   In such a configuration, the operator presses the external button of the emergency demagnetizing unit 801 to operate the switch circuit 906 when emergency demagnetization is necessary. In this state, the voltage from the commercial power supply is transformed by the transformer 902, then rectified by the rectifier circuit of the diode 903, charges the storage battery 904, and is input to the current drive circuit 905. The output of the current drive circuit 905 is transmitted via a switch circuit 906 to a connector 907 connected to the heater element. As a result, the heater element generates heat, the superconducting state is destroyed, and the superconducting coil becomes a normal conducting state and rapidly demagnetizes.

一方、通常の状態、即ちスイッチ回路906が遮断状態のときには、ヒータ素子を含む閉回路は形成されていないので、緊急減磁ユニットとクライオスタットの内部回路との間で、図5に示すような閉ループ回路501は形成されない。   On the other hand, when the switch circuit 906 is in a shut-off state in a normal state, a closed circuit including a heater element is not formed. Therefore, a closed loop as shown in FIG. 5 is formed between the emergency demagnetizing unit and the internal circuit of the cryostat. The circuit 501 is not formed.

計測ユニット802は、図10に示すように、MRI装置の計算機110(図1)とデータ信号及びコントロール信号のやりとりを行なうインターフェイス回路1001と、液面センサーに所定の電圧を印加するとともに液面センサーの抵抗値を測定し、測定した計測したから液体ヘリウム量を計算するヘリウム計測回路1002と、ヘリウム計測回路1002と液面センサーに接続されたコネクタ1005との間に設けられるスイッチ回路1003と、インターフェイス回路1001からのコントロール信号に基きヘリウム計測回路1002及びスイッチ回路1003の動作を制御するコントロール回路1004とを備えている。ここでもスイッチ回路1003は、プラスとマイナスの両方を断続するスイッチを用いる。また緊急減磁ユニット801の場合と同様に、スイッチ回路1003及びコネクタ1005は絶縁ケースで覆われている。   As shown in FIG. 10, the measurement unit 802 applies a predetermined voltage to the interface circuit 1001 for exchanging data signals and control signals with the computer 110 (FIG. 1) of the MRI apparatus, and the liquid level sensor. A helium measurement circuit 1002 that calculates the amount of liquid helium from the measured measurement value, a switch circuit 1003 provided between the helium measurement circuit 1002 and the connector 1005 connected to the liquid level sensor, and an interface A control circuit 1004 for controlling the operation of the helium measurement circuit 1002 and the switch circuit 1003 based on a control signal from the circuit 1001 is provided. Here again, the switch circuit 1003 uses a switch for intermittently connecting both plus and minus. As in the case of the emergency demagnetizing unit 801, the switch circuit 1003 and the connector 1005 are covered with an insulating case.

このような構成において、MRI装置の計算機110に備えられた入力装置(例えば操作卓112)からヘリウム量計測の指令が入力されると、その信号がインターフェイス回路1001を介してコントロール回路1004に入力され、これによってスイッチ回路1003が閉成するとともにヘリウム計測回路1002が動作開始する。ヘリウム計測回路1002は、例えば、液面センサー210に400ミリアンペアの電流を約10秒間流すとともに、電流印加時の液面センサー素子の抵抗値を測定する。既に述べたように、液面センサー素子は温度により抵抗値が変化する材料からなり、400ミリアンペアの電流を流すことによりセンサー素子自体の温度が上昇する。但し、液体ヘリウムに浸っている部分は温度の上昇が起こらないため、ヘリウム液面から上にある部分の長さに比例した抵抗値を示す。従って抵抗値の変化を計測することにより液量の減少を求めることができる。ヘリウム計測回路1002が計測した液量はデータ信号としてインターフェイス回路1001を介してMRI装置の計算機110に入力し、ディスプレイ111に表示する。   In such a configuration, when a command for measuring the amount of helium is input from an input device (for example, the console 112) provided in the computer 110 of the MRI apparatus, the signal is input to the control circuit 1004 via the interface circuit 1001. As a result, the switch circuit 1003 is closed and the helium measurement circuit 1002 starts operating. For example, the helium measurement circuit 1002 applies a current of 400 milliamperes to the liquid level sensor 210 for about 10 seconds, and measures the resistance value of the liquid level sensor element when the current is applied. As already described, the liquid level sensor element is made of a material whose resistance value varies depending on the temperature, and the current of the sensor element rises by passing a current of 400 milliamperes. However, since the temperature of the portion immersed in liquid helium does not increase, the resistance value is proportional to the length of the portion above the helium liquid surface. Therefore, the decrease in the liquid amount can be obtained by measuring the change in the resistance value. The liquid amount measured by the helium measurement circuit 1002 is input as a data signal to the computer 110 of the MRI apparatus via the interface circuit 1001 and displayed on the display 111.

このようなヘリウム量の計測は、例えば、装置の定期点検時や起動時などに1度行なえばよいので、それ以外の場合には、スイッチ回路1003により計測ユニット802のモニター回路802は遮断されている。従って、緊急減磁ユニット801と同様に、計測ユニット8とクライオスタットの内部回路との間で、図5に示すような閉ループ回路501は形成されない。   Such a measurement of the amount of helium may be performed once, for example, at a regular inspection or startup of the apparatus. In other cases, the monitor circuit 802 of the measurement unit 802 is cut off by the switch circuit 1003. Yes. Therefore, similarly to the emergency demagnetization unit 801, the closed loop circuit 501 as shown in FIG. 5 is not formed between the measurement unit 8 and the internal circuit of the cryostat.

このように回路遮断手段としてスイッチ回路を挿入した本実施形態のMRI装置では、緊急減磁ユニット及び計測ユニットがその機能を果たす時と、被検者を検査する時が決して一致しないことを利用してスイッチ回路を動作させ、傾斜磁場や高周波磁場が駆動中は実質的な閉ループが構成されないようにする。従って、緊急時及び定期点検時などの決められた時以外は、制御回路及びモニター回路自体が完全に超電導磁石102から切り離された状態となるので、MRI装置のスキャンによって傾斜磁場や高周波磁場が駆動されても、それによって誘起される誘起電流は、図6に示すフィルター回路を備えた装置の場合と同様に、クライオスタット117の外装ケースを通ってグランドに流れ、内部回路に影響を与えることがない。一方、緊急減磁ユニット801の動作を必要とする時はスイッチ回路が接続状態となり、クライオスタット117と緊急減磁ユニット801とその接続ケーブルで閉ループが構成されるが、緊急減磁ユニット801の動作はもともと超電導磁石102の磁場を減衰させる時であり、閉ループが構成され傾斜磁場や高周波磁場の駆動による誘導ノイズが誘起して磁場減衰が起きたとしても全く問題がない。また、液体ヘリウム計測ユニット802の動作する時は、MRI装置の保守・点検時であり傾斜磁場や高周波磁場の非駆動時である。たとえ閉ループが構成されても誘導ノイズが誘起することがない。   As described above, the MRI apparatus of the present embodiment in which the switch circuit is inserted as the circuit interruption means utilizes the fact that the time when the emergency demagnetization unit and the measurement unit perform their functions and the time when the subject is inspected never coincide. The switch circuit is operated so that a substantially closed loop is not formed while the gradient magnetic field or the high-frequency magnetic field is driven. Therefore, the control circuit and the monitor circuit itself are completely disconnected from the superconducting magnet 102 except in the case of an emergency or periodic inspection, so that the gradient magnetic field and the high-frequency magnetic field are driven by the scanning of the MRI apparatus. However, the induced current induced thereby flows to the ground through the outer case of the cryostat 117 and does not affect the internal circuit, as in the case of the apparatus having the filter circuit shown in FIG. . On the other hand, when the operation of the emergency demagnetization unit 801 is required, the switch circuit is connected, and the cryostat 117, the emergency demagnetization unit 801, and the connection cable form a closed loop. Originally, when the magnetic field of the superconducting magnet 102 is attenuated, there is no problem even if a closed loop is formed and induction noise is induced by driving a gradient magnetic field or a high-frequency magnetic field to cause magnetic field attenuation. The liquid helium measurement unit 802 operates when the MRI apparatus is maintained and inspected, and when the gradient magnetic field or the high frequency magnetic field is not driven. Even if a closed loop is formed, no induction noise is induced.

以上、本発明の実施形態として、回路遮断手段にフィルター回路を採用した実施形態及びスイッチ回路を採用した実施形態を説明したが、フィルター回路とスイッチ回路の両方を備えても良い。また以上の実施形態では、MRI装置を中心に説明したが、本発明の超電導磁石装置はMRI装置のみならず、一般に超電導コイルと外部回路との接続用端子を備えた超電導磁石装置に適用することができる。   As described above, as the embodiment of the present invention, the embodiment in which the filter circuit is employed as the circuit interrupting means and the embodiment in which the switch circuit is employed have been described, but both the filter circuit and the switch circuit may be provided. In the above embodiments, the MRI apparatus has been mainly described. However, the superconducting magnet apparatus of the present invention is not only applied to the MRI apparatus, but generally applied to a superconducting magnet apparatus having a terminal for connecting a superconducting coil and an external circuit. Can do.

本発明のMRI装置の一実施形態を示す図The figure which shows one Embodiment of the MRI apparatus of this invention 図1のMRI装置が採用する磁場発生装置の詳細を示す図The figure which shows the details of the magnetic field generator which the MRI equipment of Figure 1 adopts 図2の磁場発生装置の等価回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit of the magnetic field generator of FIG. フィルター回路を示す回路図Circuit diagram showing the filter circuit 従来のMRI装置における閉ループ回路の形成を説明する図The figure explaining formation of a closed loop circuit in the conventional MRI apparatus 本発明のMRI装置における回路遮断手段の機能を説明する図The figure explaining the function of the circuit interruption means in the MRI apparatus of this invention フィルター回路の構造を示す図Diagram showing the structure of the filter circuit 本発明のMRI装置の他の実施形態を示す図The figure which shows other embodiment of the MRI apparatus of this invention スイッチ回路を含む緊急減磁ユニットを示す回路図Circuit diagram showing emergency demagnetization unit including switch circuit スイッチ回路を含むヘリウム計測ユニットを示すブロック図Block diagram showing helium measurement unit including switch circuit

符号の説明Explanation of symbols

102 超電導磁石、103 傾斜磁場コイル、105 高周波コイル、120 緊急減磁ユニット、121 計測ユニット、310 回路遮断手段、400 フィルター回路、906、1003 スイッチ回路   102 Superconducting magnet, 103 Gradient magnetic field coil, 105 High frequency coil, 120 Emergency demagnetization unit, 121 Measurement unit, 310 Circuit breaker, 400 Filter circuit, 906, 1003 Switch circuit

Claims (3)

シールド検査室内に収容され、超電導コイルとこの超電導コイルに永久電流を流すかを
切り替える永久電流スイッチを有する超電導コイル回路と、前記超電導コイルを収納す
る容器とを備え
前記超電導コイル回路の運転を維持管理するための制御手段が前記容器の内外に信号ケ
ーブルを介して接続されており、前記超電導コイル回路に前記シールド検査室内で発生し
た誘導ノイズが流入するのを抑制する抑制手段を前記信号ケーブルに設けられている超電導磁石装置であって、
前記抑制手段は、傾斜磁場や高周波磁場に起因して誘起される誘導ノイズの周波数成分と直流電流レベルを扱う超電導磁石の制御回路の周波数差を利用して、誘導ノイズのみをクライオスタットの金属表面に流すことを特徴とする超電導磁石装置。
A superconducting coil circuit housed in a shield inspection chamber and having a superconducting coil and a permanent current switch for switching whether or not to pass a permanent current through the superconducting coil, and a container for housing the superconducting coil ,
Control means for maintaining and managing the operation of the superconducting coil circuit is connected to the inside and outside of the container via a signal cable, and the inductive noise generated in the shield inspection chamber is prevented from flowing into the superconducting coil circuit. A superconducting magnet device provided in the signal cable with a suppression means to perform,
The suppression means uses the frequency component of the induced noise induced by the gradient magnetic field or the high-frequency magnetic field and the frequency difference of the control circuit of the superconducting magnet that handles the direct current level, and only induces the induced noise on the metal surface of the cryostat. A superconducting magnet device characterized by flowing.
請求項1記載の超電導磁石装置において、前記制御手段は、前記容器内に収納された少
なくとも前記超電導コイルの消磁を制御するヒータ素子および/又は液体ヘリウム量を測定するセンサー素子と、前記容器外に備えられた、前記ヒータ素子と電気的に接続された制御回路および/又は前記センサー素子と電気的に接続されたモニター回路であることを特徴とする超電導磁石装置。
2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the control means includes a heater element for controlling demagnetization of at least the superconducting coil housed in the container and / or a sensor element for measuring the amount of liquid helium, and the outside of the container. a provided, the superconducting magnet apparatus characterized by a heater element and electrically connected to the control circuit and / or a monitor circuit electrically connected to the sensor element.
請求項2記載の超電導磁石装置であって、前記抑制段は、前記ヒーター素子と制御回路との間に接続されたフィルター回路および/又は前記センサ素子とモニタ回路との間に接続されたフィルター回路であることを特徴とする超電導磁石装置。 A superconducting magnet apparatus according to claim 2, wherein the suppression hand stage, connected filter between the connected filter circuit and / or the sensor element and a monitor circuit between the heater element and control circuit A superconducting magnet device characterized by being a circuit.
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