JPH04225503A - 冷凍剤不要の能動遮蔽型磁気共鳴磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、消費性の冷凍剤（ｃｒ
ｙｏｇｅｎ　）を使用することなく冷凍（ｒｅｆｒｉｇ
ｅｒａｔｉｏｎ　）によって冷却され能動遮蔽型超伝導
磁気共鳴（ＭＲ）磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】医学的診断に使用される撮像（イメ―ジ
ング）用磁気共鳴磁石はその内部に均一な高強度靜磁界
を発生する。漂遊磁界が磁石の周りを取り囲み、磁石の
近くの電子装置が個々に遮蔽されていないか、または漂
遊磁界が小さくない場合には、これらの電子装置が悪影
響を受ける。例えば、ペ―スメ―カは１０ガウスの低い
漂遊磁界によって影響されることがわかっており（地球
の磁界は０．５ガウスである）、磁石を取り囲む領域へ
の自由な接近を規制することが必要である。

【０００３】漂遊磁界問題に対する１つの解決法は撮像
用に専用に確保された別個の建物内に磁石を置くことで
ある。これは別の不動産を必要とするので非経済的であ
る。混み入った都市におけるような場合には時として、
余分なスペ―スを設けることができない。

【０００４】他の解決法は磁石が設けられている部屋に
漂遊磁界が広がらないように作用する強磁性シ―トで部
屋を取り囲むことである。この方法の欠点は遮蔽処理に
よって部屋の重量に１００トンの重さが加えられること
であり、通常建物に構造的な変更を行う必要がある。ま
た、磁石の作用領域内の均一性が磁石を取り囲む強磁性
材料の非対称によって悪影響を受け、画像に歪が生じる
ことがある。

【０００５】漂遊磁界問題に対する更に他の解決法は米
国特許第４，６４６，０４５号に記載されており、この
特許では漂遊磁界を抑制するように磁石が充分な強磁性
材料で取り囲まれている。この方法はいくつかの潜在的
な欠点を有している。遮蔽は磁石のただ１つの磁界レベ
ルにおける最適動作に対して設計され、強磁性材料を磁
石に近づけると、作動領域の均一性が製造工程の間に導
入される何らかの対称性欠除に影響され易くなる。

【０００６】更に別の解決法は、米国特許第４，５８７
，５０４号に記載されている能動遮蔽型磁石を使用する
ことである。これは２つの異なる組のコイルを使用して
異なる強度の２つの均一磁界を形成し、これらの磁界を
互いに差し引いて、均一な磁界を発生するものである。 従来のヘリウム冷却式ＭＲ磁石における能動遮蔽は低温
保持装置の外形を５０％増大して、３メ―トル近くにし
、磁石のアンペアタ―ンを倍にするので、１．５テスラ
（１テスラ＝１０，０００ガウス）の磁石に対する受動
遮蔽すなわち部屋の遮蔽と同じ程の魅力はなく、すなわ
ち費用効果はない。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、同じ磁界強度および均
一性の従来のヘリウム冷却磁石とほぼ同じ中孔および外
形を有する冷凍剤不要の低価格軽量の能動遮蔽型ＭＲ磁
石を提供することにある。

【０００８】

【発明の概要】本発明の一面においては、能動遮蔽型超
伝導磁石が提供される。この磁石は軸方向に延在する中
孔を有するほぼ円筒形の真空容器を有している。複数の
超伝導主コイルが前記中孔を同心に取り囲み、かつ前記
中孔から隔たって真空容器内に設けられている。超伝導
主コイルよりも大きな直径を有する一対の超伝導遮蔽コ
イルが超伝導主コイルと同心に真空容器内に設けられて
いる。超伝導遮蔽コイルは超伝導主コイルの両端に配置
されている。超伝導遮蔽コイルおよび超伝導主コイルは
円周方向逆向きに電流を通すことができるように互いに
電気的に接続されている。熱遮蔽手段が超伝導主コイル
および遮蔽コイルを取り囲み、この熱遮蔽手段は真空容
器および超伝導主コイルおよび遮蔽コイルから隔たって
設けられている。超伝導主コイルおよび遮蔽コイルおよ
び熱遮蔽手段を冷却するために２段式クライオク―ラ（
ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）が設けられている。

【０００９】発明と見なされる内容は特に特許請求の範
囲に記載されている。しかしながら、本発明はその構成
および実施の方法について別の目的および利点とともに
添付図面を参照した次の説明からよく理解することがで
きるであろう。

【００１０】

【発明の詳しい説明】次に、図面、特に図１および図２
を参照すると、直径の小さな中心領域１３を有するほぼ
円筒形の真空容器１１が示されている。真空容器１１は
、ステンレス鋼から形成し得る軸方向に延在する中孔ス
リ―ブ１５を有する。真空容器の残りの部分は薄い炭素
鋼またはステンレス鋼で形成されている。円筒形真空容
器の環状端部１６は反ることなくより薄い材料を使用す
ることができるように凸状であることが好ましい。また
、湾曲部は曲げ応力が非常に小さいという利点があり、
より薄い部分を使用することができる。凹面形の部分が
真空容器の直径の大きい部分から中心に位置する直径の
小さい部分への移り変わり部により示されている。 凹面形および凸面形の部分は例えばスピンニング（ｓｐ
ｉｎｎｉｎｇ）の金属成形法によって形成される。スピ
ンニングにおいては、パタ―ンの形状を得るために材料
を変形するようにパタ―ンに対して材料を押し付ける工
具を使用しながら、対称なパタ―ンおよび材料を回転さ
せる。真空容器の種々の部分は溶接等により接合される
。

【００１１】円筒形の磁石カ―トリッジ１７が容器１１
の内部に同心に配置され、中孔スリ―ブ１５を取り囲み
、かつ中孔スリ―ブ１５から間隔をあけられている。 磁石カ―トリッジはほぼ同じ直径の３対の超伝導コイル
１８，１９および２１を有するとともに、超伝導主コイ
ルの直径の約２倍の直径を有する一対の超伝導遮蔽コイ
ル２３を有している。６個の主コイルを有する磁石カ―
トリッジの１つの形式が特願平２−２１５１３６号明細
書に示されている。対の超伝導コイル１８，１９，２１
および２３は磁石カ―トリッジの軸方向中央平面の周り
に対称に設けられるとともに、軸方向に存在する中心線
２６に沿って同心に設けられている。コイルの各々は自
立型のエポキシ含浸超伝導コイルである。

【００１２】円筒形のスペ―サを使用して、主コイルを
互いに位置決めして支持し、遮蔽コイルを支持し位置決
めしている。本実施例においては、５つのスペ―サ２５
，２７，２９，３１および３３が使用されている。円筒
形のスペ―サは好ましくは加工前に応力を軽減され、巻
かれて溶接されたアルミニウムで形成される。中心のス
リ―ブ２５は、内向きに延在して中央に位置する肩部を
スリ―ブの内側に有するように加工される。スペ―サ２
５，２７および２９は内径部に円周方向に延在する切込
みを形成するように両端が加工される。スペ―サ２５，
２７および２９は互いに間隔をあけて設けられるととも
に共通の軸方向に延在する軸の周りに同心に設けられる
。最も内側の対のコイル１８はスリ―ブの内側の中央に
設けられた肩部に当接する中央スペ―サの内側に設けら
れている。中央スペ―サ２５と２つの外側スペ―サ２７
および２９との間の切込みには第２のコイル対１９が設
けられている。第３の対のコイル２１は外側スペ―サ２
７および２９の端部から片持ち梁式に他のコイルと同心
に支持され、コイルの端部はスペ―サの切り込まれた端
部に設けられている。２つの遮蔽コイルはクライオク―
ラの大きい方の直径の端部内に設けられている。スペ―
サ３１および３３はその内径に円周方向に延在する切込
みを形成するように一端が加工されている。遮蔽コイル
２３は円筒形スペ―サ３１および３３の切り込まれた端
部内にエポキシで接合され、このスペ―サの切り込まれ
た端部は真空容器の中央平面から離れて面している。遮
蔽コイルはスペ―サ２７と３３の間およびスペ―サ２９
と３１との間に溶接などによって固定された放射状に延
在する補強部３５を介して主コイルによって支持されて
いる。例えば、８個ないし１２個の等間隔で円周方向に
設けられた補強部が各端部において使用され、図２では
８個の補強部が示されている。スペ―サは縮み嵌合を行
うためにコイルの端部を挿入する前に加熱される。切り
込まれた結合部の各々は低い熱接触抵抗を達成するよう
にエポキシ樹脂で接合される。アルミニウムは、その高
い熱伝導率、強度および軽量さのためにスペ―サおよび
補強分用に好ましい材料である。

【００１３】４つのコイル対の各コイルはＮｂ３　Ｓｎ
超伝導テ―プまたは超伝導ワイヤで螺旋状に巻かれ、堅
くなった、好ましくは穴のあいた銅の閉じた箔ル―プが
巻き層および複数の層の間に挿入され、中間に設けられ
るガラス布がエポキシ含浸前にコイルの全直径にわたっ
て巻かれる。特願平２−２１５１３７号明細書に記載さ
れている種類の超伝導テ―プ・エポキシ含浸コイルが使
用される。コイルは超伝導テ―プまたは超伝導ワイヤで
巻かれようと、特願平２−２１５１３５号明細書に記載
されているような取り外し可能コイル巻枠を使用して作
られる。

【００１４】各超伝導コイルはコイルに電圧が供給され
たときに発生する半径方向外向きの電磁力に抗して硬化
した銅箔ル―プおよび箔外被によって自己支持される。 この箔外被はスリ―ブの切込み部内に延在するコイルの
部分と一致するように充分な厚さを有している。スペ―
サはコイルに電圧が供給されたときにカ―トリッジの軸
方向中央平面へコイルを押し付けようとする軸方向内向
きの力に対してのみ支持を行うようになっている。円筒
形のスペ―サはコイルを互いに正確に位置決めしている
。

【００１５】主および遮蔽コイルの磁石カ―トリッジ１
７は、この磁石カ―トリッジを取り囲み、この磁石カ―
トリッジから間隔をあけて設けられている円筒形の遮蔽
部２５によって取り囲まれている。

【００１６】真空容器は、この真空容器１１の直径の小
さくなった部分から半径方向の外側に突出している円筒
形の延長部３７を有している。この円筒形の延長部は環
状のカバ―４１を有している。延長部の中心軸は真空容
器の中央平面上で円筒形の真空容器から延在している半
径方向の線上にある。円筒形の延長部およびカバ―は炭
素鋼またはステンレス鋼で形成される。

【００１７】磁石カ―トリッジ１７は３つの同心薄壁管
４３，４５および４７によって真空容器内に支持されい
る。最も内側の管４３は両端に外側ねじ部を有し、Ｇ−
１０エポキシ樹脂接合ガラス布のような低温で良好な熱
絶縁体である材料で形成される。最も内側の管４３は磁
石カ―トリッジで固定された内側にねじ部が形成された
コレット（ｃｏｌｌｅｔ）５１によって磁石カ―トリッ
ジに固定されている。コレット５１はアルミニウムのよ
うな材料で形成される。最も内側の管の一端はエポキシ
接合ねじ込み結合部によってコレットに固定される。互
いにねじ込む前にエポキシ樹脂をその部分に塗布するこ
とによって結合部は機械的に良好な強度を有し、相対的
に移動しない。また、エポキシ接合ねじ込み結合を行う
ことによって、スリ―ブが２つの部品の間で熱結合を行
う場合に有益な低い熱接触抵抗を達成することができる
。この支持システムは特願平２−２１５１３８号明細書
に記載されているものである。

【００１８】最も内側の管の他端は内側および外側ねじ
および内部に延在したフランジ部を有するコレット５３
内にエポキシ接合されねじ込まれている。

【００１９】中間の管４５は一端上に内側ねじを有する
とともに、他端上に外側ねじを有し、アルミニウムのよ
うな高い熱伝導率の材料から形成されている。内側ねじ
部を有するこの管の一端はコレット５３の外側ねじ部と
エポキシ接合されねじ込まれた結合部を形成している。 中間の管４５の外側ねじ部を形成された端部は内側およ
び外側ねじ部を有し、熱遮蔽部２５に固定されたリング
５５に接続されている。リングは熱遮蔽部の開口部を取
り囲んでいる。リング５５および熱遮蔽部２５は例えば
アルミニウムで形成され、互いに溶接されている。

【００２０】円筒形の真空容器延出部を閉じる環状カバ
―プレ―ト４１は内面にねじ部を形成された突起部５７
を有している。このねじ部を形成された突起部およびリ
ング５５は同じ直径であり、互いに同心関係にある。外
側の管４７はＧ−１０のような熱絶縁材料で形成され、
リングの外側ねじ部と突起部との間にエポキシ接合ねじ
込み結合部によって結合されている。

【００２１】サスペンションシステムは、磁石カ―トリ
ッジの重量を支持している上に、第１および第２段の熱
ステ―ション６７および７３上にそれぞれ押し付けられ
るクライオク―ラの冷却端部の第１および第２段によっ
て加えられる荷重を支持しなければならない。磁石カ―
トリッジは負荷がクライオク―ラの端部によって押し付
けられる所に近接して支持され、磁石カ―トリッジ上の
曲げ応力を低減している。内側管４３は、張力を加えら
れた状態にあるが、磁石カ―トリッジの重量の荷重のみ
ならずクライオク―ラの第２段の冷却端部によって磁石
カ―トリッジ上に加わる力を伝達することに加えて、磁
石カ―トリッジを熱放出遮蔽部２５から熱的に絶縁して
いる。磁石カ―トリッジおよび熱放出遮蔽部はそれぞれ
１０Ｋおよび５０Ｋで動作する。

【００２２】圧縮荷重を受けているアルミニウムの中間
管４５は、内側管４３からの荷重をリング５５に伝達す
ることに加えて、第１段の熱ステ―ション６７上のクラ
イオク―ラの第１段の荷重を伝達する。中間の管４５は
熱遮蔽部２５をクライオク―ラ８５の第１段に熱的に結
合する。

【００２３】外側の管４７は熱放出遮蔽部２５を真空容
器１１から熱的に絶縁し、クライオク―ラの境界部、磁
石カ―トリッジおよび遮蔽部の荷重を真空容器に伝達す
る。

【００２４】電気リ―ド線は、電流リ―ド線をクライオ
ク―ラに接続するための効率的な熱接合について説明し
ている米国特許第４，８７６，４１３号明細書に請求さ
れ記載されているように熱配置されている。主コイルお
よび遮蔽コイルは全て直列に接続されて、主磁界コイル
の電流とは逆方向に遮蔽コイルの電流が流れるようにな
っている。円筒形スペ―サから絶縁されている母線８７
が遮蔽コイルを主コイルに接続している。絶縁材料から
なるブリッジ部８９がスペ―サの間に使用され、母線に
対する支持を行うとともに、これらの動きを制限してい
る。片持ち梁式ブリッジ部分９０を使用して、電流を主
コイルに供給する母線を支持している。一実施例におけ
る１．５テスラの遮蔽付き磁石についてのコイル位置、
コイル寸法および電流密度の計算値が次の表１に示され
ている。値は磁石の一方の側に設けられているコイル対
の内の半分に対するものであり、測定は中孔の中心から
行われている。

【００２５】

【表１】 冷凍剤なしに冷却されるＭＲ磁石においては、ヘリウム
容器と周囲の熱遮蔽部が除去されているので、主コイル
の直径は従来のヘリウム冷却式磁石に比較して小さくな
っている。この結果、直径が約２メ―トルの能動遮蔽部
を主コイルの周りに配設して、漂遊磁界を磁石の中心か
ら３メ―トルのあたりで５ガウスに低減することができ
、しかも同じ磁界強度および中孔直径の従来のヘリウム
冷却式磁石と比較して能動遮蔽型磁石ではアンペアタ―
ンが３５％しか大きくなっていない。

【００２６】上述した説明は磁石カ―トリッジまたは真
空容器との境界部にすべり接触のない冷凍冷却式のＭＲ
磁石支持システムについて行った。

【００２７】本発明は特にその実施例を参照して説明し
たが、本技術分野に専門知識を有する者にとっては本発
明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更を
行うことができることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】水平中央平面より上の本発明による能動遮蔽型
冷凍冷却式のＭＲ磁石の側断面図である。

【図２】図１の線２−２に沿った横断面図である。

【図３】６メ―トル×７メ―トルの長さの部屋内に含ま
れる５ガウスの漂遊磁界の等値線の一象限を示すグラフ
であり、縦軸は磁石の中心から半径方向外側に測定した
磁界を示し、横軸は磁石の中心から軸方向に測定した磁
界を示している。

【符号の説明】

１１　　真空容器 １３　　直径の小さな中心領域 １５　　中孔スリ―ブ １６　　環状端部 １７　　磁石カ―トリッジ １８，１９，２１　　超伝導コイル ２３　　超伝導遮蔽コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸方向に延在する中孔を有するほぼ円
   筒形の真空容器と、前記真空容器内に設けられ、前記中
   孔を同心に取り囲み、かつ中孔から隔たって配置されて
   いる複数の超伝導主コイルと、前記超伝導主コイルと同
   心に前記真空容器内に設けられ、前記超伝導主コイルよ
   りも大きな直径を有する一対の超伝導遮蔽コイルであっ
   て、該超伝導遮蔽コイルは前記超伝導主コイルの両端に
   設けられ、該超伝導遮蔽コイルと前記超伝導主コイルは
   円周方向逆向きに電流を通すように互いに電気的に接続
   されている一対の超伝導遮蔽コイルと、前記超伝導主コ
   イルおよび遮蔽コイルを取り囲み、かつ前記真空容器か
   ら隔たって設けられている熱遮蔽手段と、前記超伝導主
   コイルおよび遮蔽コイルならびに前記熱遮蔽手段を冷却
   するための２段式クライオク―ラ手段と、を有する能動
   遮蔽型超伝導磁石。
2. 【請求項２】　　前記超伝導遮蔽コイルは前記超伝導コ
   イルの直径の約２倍である請求項１記載の能動遮蔽型超
   伝導磁石。
3. 【請求項３】　　各超伝導主コイルおよび超伝導遮蔽コ
   イルはエポキシ含浸自立コイルで構成され、前記超伝導
   主コイルは熱伝導材料の主コイル円筒形スリ―ブによっ
   て分離および支持され、前記超伝導遮蔽コイルの各々は
   熱伝導材料の遮蔽コイル円筒形スリ―ブによって支持さ
   れ、前記超伝導遮蔽コイルおよび遮蔽コイル円筒形スリ
   ―ブの各々は複数の放射状に延在した熱伝導支持体によ
   って主コイル円筒形スリ―ブから支持されている請求項
   ２記載の能動遮蔽型超伝導磁石。