JP5199741B2

JP5199741B2 - 超電導電磁石装置

Info

Publication number: JP5199741B2
Application number: JP2008151429A
Authority: JP
Inventors: 修一中川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009297060A

Description

本発明は、医療用の断層撮像装置（ＭＲＩ装置）等の超電導電磁石装置に関するものである。

医療用の断層撮像装置（ＭＲＩ装置）の静磁場発生源として使用される超電導電磁石装置の構成としては水平円筒ソレノイド型がある。また、被検者の開放感と検査技師の被検者へのアクセス性の観点から、水平円筒ソレノイド型ＭＲＩ装置の短尺化が進んでいる。

水平円筒ソレノイド型超電導電磁石装置は、例えば、特許文献１に開示されているように、低温容器が収納された真空断熱容器と、低温容器内に配置された磁場を発生させる複数の超電導コイルとを備えており、低温容器内に液体ヘリウムが封入されている。また、真空断熱容器と低温容器の間には一つまたは複数の輻射熱シールドを備えている。真空断熱容器の内側空間がＭＲＩ装置として被検者が入るための空間である。

真空断熱容器の内周側空間には被検者を取り囲むように画像処理のためのパルス磁場を発生させる傾斜磁場コイルを備えている。また、真空断熱容器の内周側の外表面には磁性体シムを備え、その磁性体シムにより、中心部近傍に作られた均一磁場空間の磁場均一度を向上させている。

特開平７−１７１１２３号公報（第２頁−３頁、図１、図３）

ところが、上記特許文献１に記載のような従来の構成の超電導電磁石の場合、傾斜磁場コイルは動作させると温度上昇し、その輻射熱で磁性体シムの温度が上昇して磁性体シムの磁化率が変動し、磁場均一度が悪化するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、磁性体シムの磁化率の変化を少なくすることができ、超電導電磁石の磁場均一度の悪化を抑制できる超電導電磁石装置を得ることを目的とする。

本発明に係る超電導電磁石装置は、液体ヘリウムが封入された円筒状の低温容器と、上記低温容器内に配置されて磁場を発生させる複数の超電導コイルと、上記低温容器が収納された円筒状の真空断熱容器と、上記低温容器の外壁面を取り囲むように配置された輻射熱シールドと、上記真空断熱容器の内周側外壁面に取り付けられ上記真空断熱容器の内側空間の中心部近傍に上記超電導コイルによって作られる均一磁場空間の磁場均一度を向上させる複数個の磁性体シムと、上記磁性体シムの内周側に配置され画像処理のためのパルス磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、上記磁性体シムと上記傾斜磁場コイルとの間に配置され上記傾斜磁場コイルの熱が上記磁性体シムに侵入するのを抑制する断熱絶縁材料とを備え、
上記断熱絶縁材料は、複数層に巻かれたスーパーインシュレーションであり、上記スーパーインシュレーションの各層は両端を突き合わせた合わせ目を有し、上記合わせ目は、１層ごとまたは複数層ごとに下層の上記合わせ目がない位置にずらして配置されるものである。

本発明に係る超電導電磁石装置によれば、液体ヘリウムが封入された円筒状の低温容器と、上記低温容器内に配置されて磁場を発生させる複数の超電導コイルと、上記低温容器が収納された円筒状の真空断熱容器と、上記低温容器の外壁面を取り囲むように配置された輻射熱シールドと、上記真空断熱容器の内周側外壁面に取り付けられ上記真空断熱容器の内側空間の中心部近傍に上記超電導コイルによって作られる均一磁場空間の磁場均一度を向上させる複数個の磁性体シムと、上記磁性体シムの内周側に配置され画像処理のためのパルス磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、上記磁性体シムと上記傾斜磁場コイルとの間に配置され上記傾斜磁場コイルの熱が上記磁性体シムに侵入するのを抑制する断熱絶縁材料とを備え、
上記断熱絶縁材料は、複数層に巻かれたスーパーインシュレーションであり、上記スーパーインシュレーションの各層は両端を突き合わせた合わせ目を有し、上記合わせ目は、１層ごとまたは複数層ごとに下層の上記合わせ目がない位置にずらして配置されるものであるので、上記磁性体シムの磁化率の変化を少なくすることができ、超電導電磁石装置の磁場均一度の悪化を抑制できる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態１を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１に示したように、本実施の形態１の超電導電磁石装置は、液体ヘリウム４が封入された円筒状の低温容器１と、低温容器１内に配置されて磁場を発生させる複数の超電導コイル３と、低温容器１が収納された円筒状の真空断熱容器２と、低温容器１の外壁面を取り囲むように配置された一つまたは複数の輻射熱シールド５と、真空断熱容器２の内周側外壁面に配置された鉄等からなる磁性体シム８と、磁性体シム８の内周側に配置され、画像処理のためのパルス磁場を発生させる傾斜磁場コイル７と、磁性体シム８と傾斜磁場コイル７との間に配置され傾斜磁場コイル７の熱が磁性体シム８に進入するのを抑制する複数層に巻かれたスーパーインシュレーション１１等の断熱絶縁材とを備えている。ＭＲＩ装置において、真空断熱容器２の内側空間６が被検者が入るための空間である。磁性体シム８は、内側空間６の中心部近傍に作られる均一磁場空間の磁場均一度を向上させている。

スーパーインシュレーション１１は、例えば、ポリエステルネットとアルミ蒸着ポリエステルフィルムを積層したものである。連続したスーパーインシュレーション１１を複数層に巻き付けた場合は蒸着アルミの熱伝導によって熱進入が生じる。そこで、複数層巻き付けたスーパーインシュレーション１１は熱伝導による熱侵入を防ぐため各層ごとに独立した状態であることが必要であり、必ずスーパーインシュレーションの合わせ目１２が存在する。本実施の形態１では、スーパーインシュレーションの合わせ目１２は突き合わせとし、上層のスーパーインシュレーションの合わせ目１２は１層または複数層ごとに下層の合わせ目１２のない位置にずらして配置する。

本実施の形態１によれば、磁性体シム８と傾斜磁場コイル７との間に配置したスーパーインシュレーション１１により、発熱する傾斜磁場コイル７からの輻射熱で磁性体シム８の温度が上昇するのを抑制することができ、磁性体シム８の磁化率の変化を少なくすることができ、超電導電磁石装置の磁場均一度の悪化を抑制できる。

また、スーパーインシュレーションの合わせ目１２を１層または複数層ごとに下層の合わせ目１２のない位置にずらして配置しているので、スーパーインシュレーションの合わせ目１２の隙間部分からの熱侵入を防ぐことができる。

また、スーパーインシュレーションの合わせ目１２を重ねずに突き合わせとしているので層方向の厚さがかさばることなく、配置可能な空間を最大に利用することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態２を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図２に示したように、本実施の形態２では、スーパーインシュレーション１１に代えて、磁性体シム８と傾斜磁場コイル７との間にアルミ箔等の輻射熱断熱材２１を配置している。

本実施の形態２によれば、磁性体シム８と傾斜磁場コイル７との間にアルミ箔等の輻射熱断熱材２１を配置することにより、傾斜磁場コイル７の輻射熱が磁性体シム８に侵入するのを低減することができるため、磁性体シム８の磁化率の変化を少なくすることができ、超電導電磁石装置の磁場均一度の悪化を抑制できる。

実施の形態３．
図３は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態３を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図３に示したように、本実施の形態３では、磁性体シム８同士の隙間に銅やアルミなどの熱良導体３１を配設して熱良導体３１で磁性体シム８同士を接続する。

本実施の形態３によれば、傾斜磁場コイル７が全体にわたって不均一に発熱した場合でも、磁性体シム８の温度を磁性体シム８同士を接続する熱良導体３１で全体に均一にすることができるため、磁性体シム８全体の磁化率の変化を均一にすることができ、超電導電磁石装置の磁場均一度をよくすることができる。

なお、本実施の形態３において、図３に示したように、スーパーインシュレーション１１を用いた例を示したが、上記実施の形態２のように輻射熱断熱材２１を用いた場合にも同様に適用できる。

実施の形態４．
図４は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態４を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図４に示したように、本実施の形態４では、磁性体シム８の内周面全面を覆って接触する銅板やアルミ板のような熱良導体板３１ａを設け、磁性体シム８の内周面同士を接続する。

本実施の形態４によれば、傾斜磁場コイル７が全体にわたって不均一に発熱した場合でも、磁性体シム８の温度を磁性体シム８同士を接続する熱良導体板３１で全体に均一にすることができるため、磁性体シム８全体の磁化率の変化を均一にすることができ、超電導電磁石装置の磁場均一度をよくすることができる。

なお、本実施の形態４において、図４に示したように、スーパーインシュレーション１１を用いた例を示したが、上記実施の形態２のように輻射熱断熱材２１を用いた場合にも同様に適用できる。

実施の形態５．
図５は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態５を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図５に示したように、本実施の形態５では、磁性体シム８の取り付け量のうち予め設計的に決まっており変更のない部分（本願請求項６における磁性体シムの一部の相当する）については、真空断熱容器２の内周側の内壁面に真空断熱容器内用の磁性体シム８として取り付け、電磁石製作後の磁場均一度の測定結果によって必要なものについては真空断熱容器２の内周側の外壁面に空間用の磁性体シム８として取り付ける。

本実施の形態５によれば、全体として必要な磁性体シム８の一部を真空断熱容器２の真空側の内周壁に取り付けるので、傾斜磁場コイル７の発熱による輻射熱で温度上昇の影響を受ける磁性体シム８の量を少なくでき、超電導電磁石の磁場均一度の悪化を小さくできる。

なお、本実施の形態５において、図５に示したように、スーパーインシュレーション１１を用いた例を示したが、上記実施の形態２のように輻射熱断熱材２１を用いた場合にも同様に適用できる。

実施の形態６．
図６は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態６を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図６に示したように、本実施の形態６では、磁性体シム８の取り付け量のうち予め設計的に決まっており変更のない部分（本願請求項７における磁性体シムの一部の相当する）については、低温容器１の内周側の外壁面に低温容器取付用の磁性体シム８として取り付け、電磁石製作後の磁場均一度の測定結果によって必要なものについては真空断熱容器２の内周側の外壁面に空間用の磁性体シム８として取り付ける。

本実施の形態６によれば、低温容器１は液体ヘリウム４が満たされ、温度は−２６９℃（４．２Ｋ）で変化がないので、磁性体シム８への熱影響を小さくでき、傾斜磁場コイル７の発熱による輻射熱で温度上昇の影響を受ける磁性体シム８の量を少なくでき、超電導電磁石の磁場均一度の悪化を抑制できる。

なお、本実施の形態６において、図６に示したように、スーパーインシュレーション１１を用いた例を示したが、上記実施の形態２のように輻射熱断熱材２１を用いた場合にも同様に適用できる。

実施の形態７．
図７は、本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態７を示す断面図であり、図１と同一符号は、同一部分または相当部分を示す。

図７に示したように、本実施の形態７では、磁性体シム８と傾斜磁場コイル７との間に配置されるスーパーインシュレーション１１の外周にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートなどの絶縁シート４１を取り付ける。

本実施の形態７によれば、スーパーインシュレーション１１の外周に絶縁シート４１を取り付けることにより、スーパーインシュレーション１１を真空断熱容器の内側空間６の中に挿入する時に、磁性体シム８でスーパーインシュレーション１１に傷がつくのを防止できる。

また、傾斜磁場コイル７の動作時に磁性体シム８とスーパーインシュレーション１１が接触するとノイズが発生するが、絶縁シート４１により磁性体シム８とスーパーインシュレーション１１が接触するのを防ぎ、ノイズが発生することを防止できる。

本発明に係る超電導電磁石装置は、医療用の断層撮像装置（ＭＲＩ装置）等の静磁場発生源として有効に利用できる。

本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態１を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態２を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態３を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態４を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態５を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態６を示す断面図である。本発明に係る超電導電磁石装置の実施の形態７を示す断面図である。

１低温容器、２真空断熱容器、３超電導コイル、４液体ヘリウム、
６真空断熱容器の内側空間、７傾斜磁場コイル、８磁性体シム、
５輻射熱シールド、１１スーパーインシュレーション、
１２スーパーインシュレーションの合わせ目、２１輻射熱断熱材、３１熱良導体、
３１ａ熱量導体板、４１絶縁シート。

Claims

液体ヘリウムが封入された円筒状の低温容器と、上記低温容器内に配置されて磁場を発生させる複数の超電導コイルと、上記低温容器が収納された円筒状の真空断熱容器と、上記低温容器の外壁面を取り囲むように配置された輻射熱シールドと、上記真空断熱容器の内周側外壁面に取り付けられ上記真空断熱容器の内側空間の中心部近傍に上記超電導コイルによって作られる均一磁場空間の磁場均一度を向上させる複数個の磁性体シムと、上記磁性体シムの内周側に配置され画像処理のためのパルス磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、上記磁性体シムと上記傾斜磁場コイルとの間に配置され上記傾斜磁場コイルの熱が上記磁性体シムに侵入するのを抑制する断熱絶縁材料とを備え、
上記断熱絶縁材料は、複数層に巻かれたスーパーインシュレーションであり、上記スーパーインシュレーションの各層は両端を突き合わせた合わせ目を有し、上記合わせ目は、１層ごとまたは複数層ごとに下層の上記合わせ目がない位置にずらして配置されることを特徴とする超電導電磁石装置。
上記磁性体シム同士を熱良導体で接続したことを特徴する請求項１に記載の超電導電磁石装置。
上記複数個の磁性体シム同士の内周面を接続する熱良導体の板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
上記磁性体シムの一部を上記真空断熱容器の内周側の内壁面に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
上記磁性体シムの一部を上記低温容器の内周側外壁面に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
上記スーパーインシュレーションの外周に絶縁シートを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。