JPH0559568B2 - - Google Patents

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（cryogen）を使用することなく冷凍
（refrigeration）によつ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
（イメージング）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、ペースメーカは10ガウスの低い漂遊
磁界によつて影響されることがわかつており（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。混み入つた都市におけるよ
うな場合には時として、余分なスペースを設ける
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
シー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つて部屋の重量に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
によつて悪影響を受け、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4646045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
4587504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メートル近くにし、磁石のア
ンペアターンを倍にするので、1.5テスラ（１テ
スラ＝10000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つて真
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つて設けられ
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段式クライオクー
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１
３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ーブ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（spinning）の金
属成形法によつて形成される。スピンニングにお
いては、パターンの形状を得るために材料を変形
するようにパターンに対して材料を押し付ける工
具を使用しながら、対称なパターンおよび材料を
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】 円筒形の磁石カートリツジ１７が容器
１１の内部に同心に配置され、中孔スリーブ１５
を取り囲み、かつ中孔スリーブ１５から間隔をあ
けられている。磁石カートリツジはほぼ同じ直径
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ートリツ
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は磁石カートリツ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に沿つ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】 円筒形のスペーサを使用して、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
つのスペーサ２５，２７，２９，３１および３３
が使用されている。円筒形のスペーサは好ましく
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。中心のスリーブ２５
は、内向きに延在して中央に位置する肩部をスリ
ーブの内側に有するように加工される。スペーサ
２５，２７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。
スペーサ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はスリーブの内側の中央に設けられた肩
部に当接する中央スペーサの内側に設けられてい
る。中央スペーサ２５と２つの外側スペーサ２７
および２９との間の切込みには第２のコイル対１
９が設けられている。第３の対のコイル２１は外
側スペーサ２７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
スペー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ーラの大きい方の
直径の端部内に設けられている。スペーサ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は円筒形スペーサ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
ー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。遮蔽コイルはスペーサ２７
と３３の間およびスペーサ２９と３１との間に溶
接などによつ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つて支持されてい
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。スペーサ
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ーサおよび補強分
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Nb₃Sn超
伝導テープまたは超伝導ワイヤで螺旋状に巻か
れ、堅くなつた、好ましくは穴のあいた銅の閉じ
た箔ルー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つて巻かれる。特願平２
−215137号明細書に記載されている種類の超伝導
テープ・エポキシ含浸コイルが使用される。コイ
ルは超伝導テー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ープおよび箔外被によつて
自己支持される。この箔外被はスリーブの切込み
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。スペーサはコイルに電圧
が供給されたときにカートリツジの幅方向中央平
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つている。円
筒形のスペー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ートリツ
ジ１７は、この磁石カートリツジを取り囲み、こ
の磁石カートリツジから間隔をあけて設けられて
いる円筒形の遮蔽部２５によつて取り囲まれてい
る。

【0016】 真空容器は、この真空容器１１の直径
の小さくなつ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ー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ーは炭素鋼または
ステンレス鋼で形成される。

【0017】 磁石カートリツジ１７は３つの同心薄
壁管４３，４５および４７によつて真空容器内に
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は磁石カートリツジで固
定された内側にねじ部が形成されたコレツト
（collet）５１によつて磁石カートリツジに固定
されている。コレツト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つてコレツトに固定
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つ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つて、ス
リーブが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
レツト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
ツト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
カバープレート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
よつて結合されている。

【0021】 サスペンシヨンシステムは、磁石カー
トリツジの重量を支持している上に、第１および
第２段の熱ステーシヨン６７および７３上にそれ
ぞれ押し付けられるクライオクーラの冷却端部の
第１および第２段によつて加えられる荷重を支持
しなければならない。磁石カートリツジは負荷が
クライオクーラの端部によつて押し付けられる所
に近接して支持され、磁石カートリツジ上の曲げ
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、磁石カートリツジの重量の
荷重のみならずクライオクーラの第２段の冷却端
部によつて磁石カートリツジ上に加わる力を伝達
することに加えて、磁石カートリツジを熱放出遮
蔽部２５から熱的に絶縁している。磁石カートリ
ツ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５
５に伝達することに加えて、第１段の熱ステーシ
ヨン６７上のクライオクーラの第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
クーラ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、クライオクーラの
境界部、磁石カートリツジおよび遮蔽部の荷重を
真空容器に伝達する。

【0024】 電気リード線は、電流リード線をクラ
イオクー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4876413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つている。円筒形ス
ペー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
リツジ部８９がスペーサの間に使用され、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。片持ち梁式ブリツジ部分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】 ■■■ 亀の甲 ［0002］ ■■■ 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つている。この結果、直径が
約２メー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メートルの
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
ターンが35％しか大きくなつていない。

【0026】 上述した説明は磁石カートリツジまた
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つた。

【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
つ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に沿つた横断面図であ
る。

【図３】６メートル×７メー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……中孔スリーブ １６……環状端部 １７……磁石カートリツジ １８，１９，２１……超伝導コイル ２３……超伝導遮蔽コイル ２５，２７，２９，３１，３３……スペーサ。

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、かつ中孔から隔たつ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つて、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つて設けられてい
   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
   ーラ手段と、 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
   形スリーブによつ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
   円筒形スリーブによつて支持され、前記超伝導遮
   蔽コイルおよび遮蔽コイル円筒形スリーブの各々
   は複数の放射状に延在した熱伝導支持体によつて
   主コイル円筒形スリー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。