JPH10155771A - 少なくとも１つの冷却アンテナを備えたアンテナ装置 - Google Patents
少なくとも１つの冷却アンテナを備えたアンテナ装置Info
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- JPH10155771A JPH10155771A JP9333452A JP33345297A JPH10155771A JP H10155771 A JPH10155771 A JP H10155771A JP 9333452 A JP9333452 A JP 9333452A JP 33345297 A JP33345297 A JP 33345297A JP H10155771 A JPH10155771 A JP H10155771A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少なくとも１つの冷却されたアンテナを備
え、このアンテナが少なくともアンテナの範囲において
磁場検出を妨害しない材料からなるクライオスタット容
器の内部に配置され、かつ作動媒体により低温動作温度
に保持される、外部電磁場或いはそれに対応する電磁場
勾配を検出するためのアンテナ装置において、液状の低
温媒体を使用せず、冷却されたアンテナを必要な熱絶縁
にも拘わらず検出される磁場にできるだけ近くに配置す
る。 【解決手段】 アンテナ装置７はクライオスタット容器
１７の内部に低温媒体Ｍによって冷却されるアンテナ１
６を含む。クライオスタット容器１７の内部にはパルス
チューブ冷凍機のコールドヘッド１５が設けられ、その
低温ＴＴにある低温部２０はアンテナ１６に熱的に結合
されている。この熱結合は誘電性熱接触体２７を介して
行われる。
え、このアンテナが少なくともアンテナの範囲において
磁場検出を妨害しない材料からなるクライオスタット容
器の内部に配置され、かつ作動媒体により低温動作温度
に保持される、外部電磁場或いはそれに対応する電磁場
勾配を検出するためのアンテナ装置において、液状の低
温媒体を使用せず、冷却されたアンテナを必要な熱絶縁
にも拘わらず検出される磁場にできるだけ近くに配置す
る。 【解決手段】 アンテナ装置７はクライオスタット容器
１７の内部に低温媒体Ｍによって冷却されるアンテナ１
６を含む。クライオスタット容器１７の内部にはパルス
チューブ冷凍機のコールドヘッド１５が設けられ、その
低温ＴＴにある低温部２０はアンテナ１６に熱的に結合
されている。この熱結合は誘電性熱接触体２７を介して
行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、外部電磁場或い
はこれに対応する電磁場勾配を検出するための少なくと
も１つの冷却されたアンテナを備えたアンテナ装置に関
する。このようなアンテナはクライオスタット容器の中
に配置され、少なくともそのアンテナ範囲において電磁
場の検出を妨げない材料からなり、作動媒体により低温
動作温度に保たれる。このようなアンテナ装置は、「サ
イエンス (Science)」、第５９巻１９９３年２月５日第
７９３乃至７９５頁に記載されている。
はこれに対応する電磁場勾配を検出するための少なくと
も１つの冷却されたアンテナを備えたアンテナ装置に関
する。このようなアンテナはクライオスタット容器の中
に配置され、少なくともそのアンテナ範囲において電磁
場の検出を妨げない材料からなり、作動媒体により低温
動作温度に保たれる。このようなアンテナ装置は、「サ
イエンス (Science)」、第５９巻１９９３年２月５日第
７９３乃至７９５頁に記載されている。
【０００２】
【従来の技術】銅などの常伝導材料或いは特に７７Ｋ以
上の高い臨界温度ＴC を持つ超伝導材料からなる冷却ア
ンテナは、室温で作動する従来の銅アンテナに較べて固
有ノイズが小さい点で優れている。従ってこのようなア
ンテナは、送信器、アンテナ及び増幅器のノイズから形
成されるノイズ全体のうちアンテナのノイズが最も支配
的であるようなところに適用する場合において特に好適
である。
上の高い臨界温度ＴC を持つ超伝導材料からなる冷却ア
ンテナは、室温で作動する従来の銅アンテナに較べて固
有ノイズが小さい点で優れている。従ってこのようなア
ンテナは、送信器、アンテナ及び増幅器のノイズから形
成されるノイズ全体のうちアンテナのノイズが最も支配
的であるようなところに適用する場合において特に好適
である。
【０００３】例えば医療診断の分野において、冷却アン
テナは、例えば脳や心臓から誘起されるバイオ磁場或い
はその勾配を検出するために使用される。一般にこのた
めに超伝導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）を備えた超伝導
電子機器に属する超伝導アンテナが使用される（例えば
「超伝導応用 (Applied Superconductivity)」１９９５
年第３巻第７乃至１０号第３９９乃至４２３頁参照）。
核磁気共鳴（ＮＭＲ）或いは磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）の
効果を利用した断層撮像に対しても冷却アンテナ、特に
超伝導アンテナが、患者の組織における核スピンによる
高周波信号を受信するために使用される（例えば「超伝
導応用に関するアイ・アイ・アイ・イー・トランザクシ
ョン (IEEE Trans. on Applied Supercond.)」１９９２
年８月第３巻第１号第２４５０乃至２４５３頁、ドイツ
連邦共和国特許第４２１８６３５号明細書或いは最初に
挙げた「サイエンス (Science)」の指摘箇所参照）。直
接患者の上に置かれるアンテナは、しばしば、表面コイ
ル或いは表面アンテナとも称される。
テナは、例えば脳や心臓から誘起されるバイオ磁場或い
はその勾配を検出するために使用される。一般にこのた
めに超伝導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）を備えた超伝導
電子機器に属する超伝導アンテナが使用される（例えば
「超伝導応用 (Applied Superconductivity)」１９９５
年第３巻第７乃至１０号第３９９乃至４２３頁参照）。
核磁気共鳴（ＮＭＲ）或いは磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）の
効果を利用した断層撮像に対しても冷却アンテナ、特に
超伝導アンテナが、患者の組織における核スピンによる
高周波信号を受信するために使用される（例えば「超伝
導応用に関するアイ・アイ・アイ・イー・トランザクシ
ョン (IEEE Trans. on Applied Supercond.)」１９９２
年８月第３巻第１号第２４５０乃至２４５３頁、ドイツ
連邦共和国特許第４２１８６３５号明細書或いは最初に
挙げた「サイエンス (Science)」の指摘箇所参照）。直
接患者の上に置かれるアンテナは、しばしば、表面コイ
ル或いは表面アンテナとも称される。
【０００４】前記の「サイエンス (Science)」の指摘箇
所にはクライオスタット容器の内部に液体ヘリウムで満
たされた空間を有するＮＭＲマイクロスコープのアンテ
ナ装置が記載されている。この空間には高温臨界温度を
持つ超伝導体材料ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX （ＹＢＣＯ）から
なるアンテナが壁近くの範囲に配置されている。その場
合クライオスタット容器は室温にある被検体ができるだ
けアンテナの近くに配置されるように構成されている。
その場合アンテナの近くに置かれる全ての部品は検出さ
れる高周波磁場に悪影響を及ぼさない材料から作られる
必要がある。
所にはクライオスタット容器の内部に液体ヘリウムで満
たされた空間を有するＮＭＲマイクロスコープのアンテ
ナ装置が記載されている。この空間には高温臨界温度を
持つ超伝導体材料ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX （ＹＢＣＯ）から
なるアンテナが壁近くの範囲に配置されている。その場
合クライオスタット容器は室温にある被検体ができるだ
けアンテナの近くに配置されるように構成されている。
その場合アンテナの近くに置かれる全ての部品は検出さ
れる高周波磁場に悪影響を及ぼさない材料から作られる
必要がある。
【０００５】同様にアメリカ合衆国特許第５４１７０７
３号明細書には、高温臨界温度を持つ超伝導体材料から
なり、液体窒素で満たされた空間に配置されたアンテナ
装置が開示されている。
３号明細書には、高温臨界温度を持つ超伝導体材料から
なり、液体窒素で満たされた空間に配置されたアンテナ
装置が開示されている。
【０００６】液状の低温媒体によるこのような冷却技術
は比較的面倒であり、特に核磁気共鳴断層撮像装置にお
けるような医療診断における恒常的使用の際には望まし
くない。
は比較的面倒であり、特に核磁気共鳴断層撮像装置にお
けるような医療診断における恒常的使用の際には望まし
くない。
【０００７】それ故この発明の課題は、冒頭に記載した
種類のアンテナ装置を液状の低温媒体での運転をしなく
てもすむように改良することにある。その場合冷却アン
テナは、必要な熱絶縁にも拘わらず検出すべき磁場或い
はその磁場勾配を作る磁場源にできるだけ近くに配置す
る必要がある。
種類のアンテナ装置を液状の低温媒体での運転をしなく
てもすむように改良することにある。その場合冷却アン
テナは、必要な熱絶縁にも拘わらず検出すべき磁場或い
はその磁場勾配を作る磁場源にできるだけ近くに配置す
る必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明によ
れば、クライオスタット容器の内部にパルスチューブ冷
凍機のコールドヘッドが配置され、そのコールドヘッド
が再生チューブ、パルスチューブ、この再生チューブと
パルスチューブとの間に少なくとも１つのオーバーフロ
ー通路を備えた低温にある低温部並びに前記再生チュー
ブ及びパルスチューブに接続された作動媒体供給管を含
む。その場合低温部はアンテナ装置に熱的に結合する必
要がある。
れば、クライオスタット容器の内部にパルスチューブ冷
凍機のコールドヘッドが配置され、そのコールドヘッド
が再生チューブ、パルスチューブ、この再生チューブと
パルスチューブとの間に少なくとも１つのオーバーフロ
ー通路を備えた低温にある低温部並びに前記再生チュー
ブ及びパルスチューブに接続された作動媒体供給管を含
む。その場合低温部はアンテナ装置に熱的に結合する必
要がある。
【０００９】この発明の構成に伴う利点は特に、パルス
チューブ冷凍機のコールドヘッドを比較的小さな従って
あまり空間を必要としない構造ユニットとして実現でき
ることにある。パルスチューブ冷凍機のこのようなコー
ルドヘッドのために必要な真空化クライオスタット容器
には、直接或いは間接的にコールドヘッドにより冷却さ
れるアンテナが収納される。このようなアンテナは非常
にコンパクトに構成され、しかもアンテナを検出すべき
磁場源の近くに配置することができる。
チューブ冷凍機のコールドヘッドを比較的小さな従って
あまり空間を必要としない構造ユニットとして実現でき
ることにある。パルスチューブ冷凍機のこのようなコー
ルドヘッドのために必要な真空化クライオスタット容器
には、直接或いは間接的にコールドヘッドにより冷却さ
れるアンテナが収納される。このようなアンテナは非常
にコンパクトに構成され、しかもアンテナを検出すべき
磁場源の近くに配置することができる。
【００１０】この発明によるアンテナ装置の好ましい実
施態様は従属請求項により明らかにされる。
施態様は従属請求項により明らかにされる。
【００１１】
【実施例】この発明をさらに説明するために以下に図面
を参照する。
を参照する。
【００１２】この発明によるアンテナ装置は、外部電磁
場を或いはその電磁場勾配をパルスチューブ冷凍機によ
り冷却される少なくとも１つのアンテナにより検出する
ための任意の装置である。この場合アンテナは、常伝導
或いは特に超伝導材料で構成され、好ましくは臨界温度
ＴC が７７Ｋ以上、即ち液体窒素（ＬＮ2 ）の沸騰温度
以上を持ついわゆる高温超伝導体（ＨＴＳ材）が使用さ
れる。
場を或いはその電磁場勾配をパルスチューブ冷凍機によ
り冷却される少なくとも１つのアンテナにより検出する
ための任意の装置である。この場合アンテナは、常伝導
或いは特に超伝導材料で構成され、好ましくは臨界温度
ＴC が７７Ｋ以上、即ち液体窒素（ＬＮ2 ）の沸騰温度
以上を持ついわゆる高温超伝導体（ＨＴＳ材）が使用さ
れる。
【００１３】特にこの発明によるアンテナ装置は核磁気
共鳴断層撮像装置に良好に使用される。このような装置
のアンテナ装置に係わる部分の実施例は図１により明ら
かである。全体を２で示すこの装置はシールドキャビン
３を有し、この中にＣ字形の基本磁場磁石４が配置され
ている（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３
７１３３号明細書参照）。磁石４は作用空間５に磁束Ｂ
の高度の均一性を持つ磁場を形成する。この磁場に被検
体６、例えば人体或いは人体の一部が配置されている。
図１には核磁気励磁に必要な高周波送信アンテナ並びに
グラジオメータコイルは示されていない。特定の核から
発する高周波信号を検出するためにこの発明によるアン
テナ装置７が直接被検体６の検出すべき範囲の傍に、例
えば手首或いは他の皮膚部分の傍に置かれている。それ
故そのアンテナは、表面アンテナ或いは表面コイルとも
称される。アンテナ装置２はパルスチューブ冷凍機のコ
ールドヘッドを有し、このヘッドは作動媒体供給管２４
を介してキャビン３内にあるパルスチューブ冷凍機の弁
駆動装置８に接続されている。弁駆動装置８はパルスチ
ューブ冷凍機のコールドヘッドに周期的に例えば２Ｈｚ
〜５０Ｈｚの周波数で、そのコールドヘッドに入るとき
ほぼ室温の例えばヘリウムのような作動媒体の高圧及び
低圧ガスを供給する。弁駆動装置８は、好ましくはＣ形
磁石から比較的離れた距離ｅ例えば１乃至４ｍの距離に
配置される。弁駆動装置８はまたキャビン３の外部に配
置することもできる。弁駆動装置８からは高圧及び低圧
のヘリウムの接続ホース１０及び１１がキャビン３から
外部にパルスチューブ冷凍機のコンプレッサ１２に向か
って引き出されいる。コンプレッサ１２は例えば弁駆動
装置８から約５ｍの距離ａに離れて配置されている。パ
ルスチューブ冷凍機のコールドヘッドはさらにもう１つ
の高温の供給管２２を介して作動媒体の緩衝容積９に接
続されている。図１にはさらに測定用電気導体１３が示
され、これを介してアンテナ装置７のアンテナがシール
ドキャビン３の中に或いは外にある信号処理電子回路
（図示せず）に接続されている。さらに弁駆動装置８を
制御する電気導体１４が示されている。
共鳴断層撮像装置に良好に使用される。このような装置
のアンテナ装置に係わる部分の実施例は図１により明ら
かである。全体を２で示すこの装置はシールドキャビン
３を有し、この中にＣ字形の基本磁場磁石４が配置され
ている（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３
７１３３号明細書参照）。磁石４は作用空間５に磁束Ｂ
の高度の均一性を持つ磁場を形成する。この磁場に被検
体６、例えば人体或いは人体の一部が配置されている。
図１には核磁気励磁に必要な高周波送信アンテナ並びに
グラジオメータコイルは示されていない。特定の核から
発する高周波信号を検出するためにこの発明によるアン
テナ装置７が直接被検体６の検出すべき範囲の傍に、例
えば手首或いは他の皮膚部分の傍に置かれている。それ
故そのアンテナは、表面アンテナ或いは表面コイルとも
称される。アンテナ装置２はパルスチューブ冷凍機のコ
ールドヘッドを有し、このヘッドは作動媒体供給管２４
を介してキャビン３内にあるパルスチューブ冷凍機の弁
駆動装置８に接続されている。弁駆動装置８はパルスチ
ューブ冷凍機のコールドヘッドに周期的に例えば２Ｈｚ
〜５０Ｈｚの周波数で、そのコールドヘッドに入るとき
ほぼ室温の例えばヘリウムのような作動媒体の高圧及び
低圧ガスを供給する。弁駆動装置８は、好ましくはＣ形
磁石から比較的離れた距離ｅ例えば１乃至４ｍの距離に
配置される。弁駆動装置８はまたキャビン３の外部に配
置することもできる。弁駆動装置８からは高圧及び低圧
のヘリウムの接続ホース１０及び１１がキャビン３から
外部にパルスチューブ冷凍機のコンプレッサ１２に向か
って引き出されいる。コンプレッサ１２は例えば弁駆動
装置８から約５ｍの距離ａに離れて配置されている。パ
ルスチューブ冷凍機のコールドヘッドはさらにもう１つ
の高温の供給管２２を介して作動媒体の緩衝容積９に接
続されている。図１にはさらに測定用電気導体１３が示
され、これを介してアンテナ装置７のアンテナがシール
ドキャビン３の中に或いは外にある信号処理電子回路
（図示せず）に接続されている。さらに弁駆動装置８を
制御する電気導体１４が示されている。
【００１４】この発明によるアンテナ装置７の構成は図
２に詳しく示されている。アンテナ装置７は、主として
それ自体公知のパルスチューブ冷凍機をそのコールドヘ
ッドで冷却されるアンテナと共に含む。図２ではパルス
チューブ冷凍機のコールドヘッドに関係する部分を１５
で、アンテナを１６で示している。このパルスチューブ
冷凍機におていはそれ自体公知の構成を基礎にしている
（例えば「クライオクーラー８(Cryocooler 8)」プレナ
ム出版、ニューヨーク１９９４年第３４５乃至４１０
頁、或いは「低温工学の進歩 (Advances in Cryogenic
Engineering)」第３５巻プレナム出版、ニューヨーク１
９９０年第１１９１乃至１２０５頁、或いはＶＤＩテク
ノロジーセンターの「インフォ・フィジィク・テック(I
NFO PHYS TECH)」第６号／１９９６年２月「パルスチュ
ーブ冷凍機、超伝導技術及び低温電子機器のための新し
い冷凍機械 (Pulsroehrenkuehler; Neue Kaeltemaschin
en fuer die Supraleitertechnik und Kryoelektroni
k)」第４頁参照）。真空弁ｖ１で絶縁真空Ｖに真空抜き
されたクライオスタット容器１７の内部にはコールドヘ
ッド１５が配置されている。コールドヘッド１５はパル
スチューブ１８と、これに並列に配置された再生チュー
ブ１９とを備えている。これらは必ずしも円筒管状に形
成される必要はないが、これらのチューブ１８及び１９
はフランジ状の低温部２０においてオーバーフロー通路
２１により接続されている。第一の供給管２４は、再生
チューブ１９に一般に冷却されてない特に室温ＲＴにあ
る作動媒体Ｍ例えばヘリウムガスを、高圧で２ＨZ 〜５
ＨZ の周波数で脈動的に供給する。パルスチューブ冷凍
機の弁駆動装置の低圧相の間この供給管２４を介して作
動ガスもまた再び排出される。パルスチューブ１８はそ
の室温側の端部においてこの接続通路２３ａを介して第
二の供給管２２に接続され、この供給管２２はパルスチ
ューブ冷凍機の構成に応じて作動媒体の貯蔵容積に或い
は例えば数リットルの量の緩衝容積に連通している。両
供給管２２及び２４はその場合共通の被覆ホース２５の
内部にある。再生チューブ１９で冷却された作動媒体
は、オーバーフロー通路２１を貫流する際にコールドヘ
ッド１５の低温部２０を熱交換機の方式によりその低温
ＴＴとして表される低温動作温度に維持する。さらに図
２から明らかなように、接続通路２３ａからはもう１つ
の接続通路２３ｂが分岐しており、この通路は再生チュ
ーブ１９と第一の供給管２４との接続端に連通してい
る。通路２３ａ及び２３ｂの少なくとも１つは調整可能
な弁として或いは毛細管として構成することができる。
両通路は一般にコールドヘッド１５の従って全体のパル
スチューブ冷凍機の正確な作動のために必要である。
２に詳しく示されている。アンテナ装置７は、主として
それ自体公知のパルスチューブ冷凍機をそのコールドヘ
ッドで冷却されるアンテナと共に含む。図２ではパルス
チューブ冷凍機のコールドヘッドに関係する部分を１５
で、アンテナを１６で示している。このパルスチューブ
冷凍機におていはそれ自体公知の構成を基礎にしている
（例えば「クライオクーラー８(Cryocooler 8)」プレナ
ム出版、ニューヨーク１９９４年第３４５乃至４１０
頁、或いは「低温工学の進歩 (Advances in Cryogenic
Engineering)」第３５巻プレナム出版、ニューヨーク１
９９０年第１１９１乃至１２０５頁、或いはＶＤＩテク
ノロジーセンターの「インフォ・フィジィク・テック(I
NFO PHYS TECH)」第６号／１９９６年２月「パルスチュ
ーブ冷凍機、超伝導技術及び低温電子機器のための新し
い冷凍機械 (Pulsroehrenkuehler; Neue Kaeltemaschin
en fuer die Supraleitertechnik und Kryoelektroni
k)」第４頁参照）。真空弁ｖ１で絶縁真空Ｖに真空抜き
されたクライオスタット容器１７の内部にはコールドヘ
ッド１５が配置されている。コールドヘッド１５はパル
スチューブ１８と、これに並列に配置された再生チュー
ブ１９とを備えている。これらは必ずしも円筒管状に形
成される必要はないが、これらのチューブ１８及び１９
はフランジ状の低温部２０においてオーバーフロー通路
２１により接続されている。第一の供給管２４は、再生
チューブ１９に一般に冷却されてない特に室温ＲＴにあ
る作動媒体Ｍ例えばヘリウムガスを、高圧で２ＨZ 〜５
ＨZ の周波数で脈動的に供給する。パルスチューブ冷凍
機の弁駆動装置の低圧相の間この供給管２４を介して作
動ガスもまた再び排出される。パルスチューブ１８はそ
の室温側の端部においてこの接続通路２３ａを介して第
二の供給管２２に接続され、この供給管２２はパルスチ
ューブ冷凍機の構成に応じて作動媒体の貯蔵容積に或い
は例えば数リットルの量の緩衝容積に連通している。両
供給管２２及び２４はその場合共通の被覆ホース２５の
内部にある。再生チューブ１９で冷却された作動媒体
は、オーバーフロー通路２１を貫流する際にコールドヘ
ッド１５の低温部２０を熱交換機の方式によりその低温
ＴＴとして表される低温動作温度に維持する。さらに図
２から明らかなように、接続通路２３ａからはもう１つ
の接続通路２３ｂが分岐しており、この通路は再生チュ
ーブ１９と第一の供給管２４との接続端に連通してい
る。通路２３ａ及び２３ｂの少なくとも１つは調整可能
な弁として或いは毛細管として構成することができる。
両通路は一般にコールドヘッド１５の従って全体のパル
スチューブ冷凍機の正確な作動のために必要である。
【００１５】例えばほぼ手の大きさのクライオスタット
容器１７はその低温部２０側の端面において高周波を透
過する窓２６を備えている。この窓２６は誘電損失係数
の小さい材料、例えばサファイア、ＡｌＮ、ＢｅＯ或い
はＡｌ2 Ｏ3 セラミック或いはまたポリスチロール或い
はポリスルホンのようなプラスチックからなる。この窓
２６の背後にはクライオスタット容器１７の絶縁真空域
Ｖの中に冷却アンテナ１６が好ましくは僅少な間隙２９
を維持して配置されている。この場合このアンテナは、
例えばセラミックの特に単結晶の基板の上のＨＴＳ材か
らなる薄膜或いはまた金属アンテナである。このアンテ
ナについては以下の図面でもその上にその都度導体が配
置される基板のみを示すことによって代える。アンテナ
は誘電性の熱接触体２７を介して低温部２０の場合によ
っては金属性の低温フランジに熱的に結合されている。
熱接触体は、高周波磁場の擾乱を回避するために、非金
属の材料例えばサファイア、ＡｌＮ、ＢｅＯ或いはＡｌ
2 Ｏ3 セラミックからなるのが良い。低温部２０が例え
ば場合によってはファイバーで強化したプラスチックの
ような非金属性材料或いはセラミックだけからなる場合
には、アンテナ１６は低温部に直接にも取付けることが
できる。その場合誘電性熱接触部の長さは、冷却が良い
にも係わらず金属部からアンテナ１６への帰還結合がで
きるだけ小さくなるように選ばれている。クライオスタ
ット容器１７も少なくともアンテナの範囲は単に非金属
性の例えばプラスチックの部分からなる。
容器１７はその低温部２０側の端面において高周波を透
過する窓２６を備えている。この窓２６は誘電損失係数
の小さい材料、例えばサファイア、ＡｌＮ、ＢｅＯ或い
はＡｌ2 Ｏ3 セラミック或いはまたポリスチロール或い
はポリスルホンのようなプラスチックからなる。この窓
２６の背後にはクライオスタット容器１７の絶縁真空域
Ｖの中に冷却アンテナ１６が好ましくは僅少な間隙２９
を維持して配置されている。この場合このアンテナは、
例えばセラミックの特に単結晶の基板の上のＨＴＳ材か
らなる薄膜或いはまた金属アンテナである。このアンテ
ナについては以下の図面でもその上にその都度導体が配
置される基板のみを示すことによって代える。アンテナ
は誘電性の熱接触体２７を介して低温部２０の場合によ
っては金属性の低温フランジに熱的に結合されている。
熱接触体は、高周波磁場の擾乱を回避するために、非金
属の材料例えばサファイア、ＡｌＮ、ＢｅＯ或いはＡｌ
2 Ｏ3 セラミックからなるのが良い。低温部２０が例え
ば場合によってはファイバーで強化したプラスチックの
ような非金属性材料或いはセラミックだけからなる場合
には、アンテナ１６は低温部に直接にも取付けることが
できる。その場合誘電性熱接触部の長さは、冷却が良い
にも係わらず金属部からアンテナ１６への帰還結合がで
きるだけ小さくなるように選ばれている。クライオスタ
ット容器１７も少なくともアンテナの範囲は単に非金属
性の例えばプラスチックの部分からなる。
【００１６】図２においては、さらに、アンテナへの測
定用電気導体１３並びにクライオスタット容器１７の高
温の容器壁に対して低温のパルスチューブ冷凍機を熱絶
縁するための超絶縁２８が示されている。
定用電気導体１３並びにクライオスタット容器１７の高
温の容器壁に対して低温のパルスチューブ冷凍機を熱絶
縁するための超絶縁２８が示されている。
【００１７】この発明によるアンテナ装置に対して好適
なパルスチューブ冷凍機は、慣用されている例えば連結
されたタンクへの二重注入口（いわゆる“ダブルインレ
ット”、「低温工学(Cryogenics)」１９９０年第３０巻
第５１４乃至５２０頁参照）の原理で動作する形態のい
ずれをも取り得る。このようなパルスチューブ冷凍機は
図２において採用されている。しかしまた４弁方式のパ
ルスチューブ冷凍機も使用できる（例えばアメリカ合衆
国特許第５３３５５０５号明細書参照）。パルスチュー
ブ１８及び再生チューブ１９は図２のように平行に或い
は同軸にも形成できる。さらに１段の並びに多数段の構
成例も可能である。図２において示されたコールドヘッ
ド１５のアンテナ１６の反対側には、ヘリウムの高圧及
び低圧ガスを周期的に供給するための接続管２４が配置
されている。もう１つの管２２も有益である。即ち“ダ
ブルインレット”方式の冷却器の場合には接続管２２は
図では示されてない貯留容積に連通されるかもしくはそ
れ自体が作動媒体のスペア容積を有している。４弁方式
のパルスチューブ冷凍機の場合にはこの管２２は、第一
の管２４のように、ヘリウムの高圧及び低圧ガスを供給
する。
なパルスチューブ冷凍機は、慣用されている例えば連結
されたタンクへの二重注入口（いわゆる“ダブルインレ
ット”、「低温工学(Cryogenics)」１９９０年第３０巻
第５１４乃至５２０頁参照）の原理で動作する形態のい
ずれをも取り得る。このようなパルスチューブ冷凍機は
図２において採用されている。しかしまた４弁方式のパ
ルスチューブ冷凍機も使用できる（例えばアメリカ合衆
国特許第５３３５５０５号明細書参照）。パルスチュー
ブ１８及び再生チューブ１９は図２のように平行に或い
は同軸にも形成できる。さらに１段の並びに多数段の構
成例も可能である。図２において示されたコールドヘッ
ド１５のアンテナ１６の反対側には、ヘリウムの高圧及
び低圧ガスを周期的に供給するための接続管２４が配置
されている。もう１つの管２２も有益である。即ち“ダ
ブルインレット”方式の冷却器の場合には接続管２２は
図では示されてない貯留容積に連通されるかもしくはそ
れ自体が作動媒体のスペア容積を有している。４弁方式
のパルスチューブ冷凍機の場合にはこの管２２は、第一
の管２４のように、ヘリウムの高圧及び低圧ガスを供給
する。
【００１８】この発明によるアンテナ装置の特にノイズ
のない実施例においては、クライオスタット容器１７の
内部に、例えば低温部２０を形成するフランジに、アン
テナ１６で検出された信号を処理する前段増幅器が配置
される。
のない実施例においては、クライオスタット容器１７の
内部に、例えば低温部２０を形成するフランジに、アン
テナ１６で検出された信号を処理する前段増幅器が配置
される。
【００１９】この構成によるアンテナ装置によれば以下
の一連の特別な利点が生ずる。これらの利点は核磁気共
鳴断層撮像装置において使用する際に特に有意義であ
る。
の一連の特別な利点が生ずる。これらの利点は核磁気共
鳴断層撮像装置において使用する際に特に有意義であ
る。
【００２０】パルスチューブ冷凍機の少なくともコール
ドヘッドが真鍮、青銅、銅、チタン合金のような非磁性
金属から或いは完全にプラスチックやセラミック、サフ
ァイアのようなその他の誘電体から構成できるので、Ｍ
ＲＩ磁石の高度に均質な基本磁場に大きな歪みが発生す
ることがない。
ドヘッドが真鍮、青銅、銅、チタン合金のような非磁性
金属から或いは完全にプラスチックやセラミック、サフ
ァイアのようなその他の誘電体から構成できるので、Ｍ
ＲＩ磁石の高度に均質な基本磁場に大きな歪みが発生す
ることがない。
【００２１】機械的可動部がなく、パルスチューブ冷凍
機のコールドヘッドの振動レベルがそれだけ低いことに
より、擾乱渦電流が誘起されることがない。コールドヘ
ッドの構成に誘電体だけを使用するときには、電気的高
周波磁場の擾乱性歪みが発生することがない。
機のコールドヘッドの振動レベルがそれだけ低いことに
より、擾乱渦電流が誘起されることがない。コールドヘ
ッドの構成に誘電体だけを使用するときには、電気的高
周波磁場の擾乱性歪みが発生することがない。
【００２２】パルスチューブ冷凍機の冷却出力が７７Ｋ
において数ワットと充分に高いことにより、そしてクラ
イオスタット容器に支配している高真空絶縁に基づき、
低温アンテナ面を被検体に僅か数ｍｍの距離に近づける
ことが可能である。
において数ワットと充分に高いことにより、そしてクラ
イオスタット容器に支配している高真空絶縁に基づき、
低温アンテナ面を被検体に僅か数ｍｍの距離に近づける
ことが可能である。
【００２３】窒素冷却に対して１段のパルスチューブ冷
凍機ですら７７Ｋ以下でなお充分な冷却出力を生ずるこ
とができるので、例えば４０乃至６０Ｋでの稼働も可能
である。このようにして例えば臨界温度ＴC が凡そ９０
ＫのＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX フィルムのようなＨＴＳ導体に
おいて臨界電流密度を高めることができる。さらに、高
周波表面抵抗が低下し、磁石の強い基本磁場において超
伝導体に侵入した磁力線によるノイズがかなり強い磁束
の固定に基づき低下する。
凍機ですら７７Ｋ以下でなお充分な冷却出力を生ずるこ
とができるので、例えば４０乃至６０Ｋでの稼働も可能
である。このようにして例えば臨界温度ＴC が凡そ９０
ＫのＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX フィルムのようなＨＴＳ導体に
おいて臨界電流密度を高めることができる。さらに、高
周波表面抵抗が低下し、磁石の強い基本磁場において超
伝導体に侵入した磁力線によるノイズがかなり強い磁束
の固定に基づき低下する。
【００２４】液体窒素で稼働させる場合に沸騰気泡を原
因として起こり付加的な擾乱を結果として生ずるような
確率的周波数変調が、パルスチューブ冷凍機での冷却の
際に生ずることがない。
因として起こり付加的な擾乱を結果として生ずるような
確率的周波数変調が、パルスチューブ冷凍機での冷却の
際に生ずることがない。
【００２５】さらに、この発明によるアンテナ装置は作
業者にとって優しい。例えば医療機器のオペレータは、
低温液体を扱うことなく当該機器を利用することができ
る。全ての低温部分は充分に絶縁されており、機器の投
入は押しボタンにより行われる。
業者にとって優しい。例えば医療機器のオペレータは、
低温液体を扱うことなく当該機器を利用することができ
る。全ての低温部分は充分に絶縁されており、機器の投
入は押しボタンにより行われる。
【００２６】パルスチューブ冷凍機は例えばジホード・
マクマホン冷凍機のような機械的に複雑な部品を内蔵し
ておらず、従ってコスト的にも有利である。ＬＮ2 の補
給も必要なく、電力消費も僅か約１ｋＷにすぎない。
マクマホン冷凍機のような機械的に複雑な部品を内蔵し
ておらず、従ってコスト的にも有利である。ＬＮ2 の補
給も必要なく、電力消費も僅か約１ｋＷにすぎない。
【００２７】図２に示されたアンテナ１６の実施例の変
形としてアンテナを複数個のサブアンテナによって形成
することもできる。図３及び図４はこのようなアンテナ
３１を備えたこの発明によるアンテナ装置３０を示す。
このアンテナは、例えばヘルムホルツ構成で互いに対向
して配置された２個のサブアンテナ３１ａ及び３１ｂで
構成されている。被検体として、例えば手首のような人
体部分３２を２つのサブアンテナの間に配置し、均質な
高周波感度分布において特別に高い分解能で検査するこ
とができる。その上同時にアンテナ３１の外側でより大
きな人体部分３３の検査が可能である。勿論、この場合
も少なくともサブアンテナ３１ａ及び３１ｂを包囲する
クライオスタット容器３５の部分を高周波を透過する窓
３６及び３７として形成することができる。
形としてアンテナを複数個のサブアンテナによって形成
することもできる。図３及び図４はこのようなアンテナ
３１を備えたこの発明によるアンテナ装置３０を示す。
このアンテナは、例えばヘルムホルツ構成で互いに対向
して配置された２個のサブアンテナ３１ａ及び３１ｂで
構成されている。被検体として、例えば手首のような人
体部分３２を２つのサブアンテナの間に配置し、均質な
高周波感度分布において特別に高い分解能で検査するこ
とができる。その上同時にアンテナ３１の外側でより大
きな人体部分３３の検査が可能である。勿論、この場合
も少なくともサブアンテナ３１ａ及び３１ｂを包囲する
クライオスタット容器３５の部分を高周波を透過する窓
３６及び３７として形成することができる。
【００２８】図４は図３のアンテナ装置３０を図のＩＶ
−ＩＶ切断線に沿って切断した断面図である。
−ＩＶ切断線に沿って切断した断面図である。
【００２９】パルスチューブ冷凍機のコールドヘッドの
少なくとも低温部が誘電材料から形成される場合には、
アンテナはまた低温部自体に組み込むこともできる。図
５はアンテナ装置３９のこのような実施例を示す。この
アンテナ装置は、例えばセラミック材からなる低温部４
０を備えたコールドヘッド１５を有し、その低温媒体の
オーバーフロー通路２１にアンテナ１６が配置されてい
る。
少なくとも低温部が誘電材料から形成される場合には、
アンテナはまた低温部自体に組み込むこともできる。図
５はアンテナ装置３９のこのような実施例を示す。この
アンテナ装置は、例えばセラミック材からなる低温部４
０を備えたコールドヘッド１５を有し、その低温媒体の
オーバーフロー通路２１にアンテナ１６が配置されてい
る。
【００３０】パルスチューブ冷凍機のコールドヘッドの
構造が比較的小さい場合には、例えばエンドスコープ検
査に好適な極小形アンテナ装置が実現できる。図６及び
図７は、それぞれアンテナ装置４２及び４３のこのよう
な２つの実施例を示す。これらのアンテナ装置は場合に
よっては複数個の小形の一列に配置されたアンテナを備
えることができる。図６によればパルスチューブ冷凍機
のコールドヘッド１５はエンドスコープに組み込まれて
いる。このためにこのコールドヘッド１５の低温部４４
は面積の大きい誘電熱接触体４５として形成され、この
熱接触体の上にアンテナループを受けるための複数個の
基板４６ａ乃至４６ｃが配置されている。図７に示され
るアンテナ装置４３の実施例においては、コールドヘッ
ド１５はアンテナ頭部４８から空間的に分離され、その
基板４６ａ乃至４６ｃで示されたアンテナは可撓熱接触
体４９、例えば銅の平板線を介して間接的に冷却され
る。アンテナ頭部４８を包囲するクライオスタット容器
４７の部分とコールドヘッド１５を包囲するクライオス
タット容器の部分との真空密な接続は、この場合可撓波
形管５０を使用することによって行われている。パルス
チューブ冷凍機のコールドヘッドはこのようにしてエン
ドスコープ検査の際に体外にとどめることができる。
構造が比較的小さい場合には、例えばエンドスコープ検
査に好適な極小形アンテナ装置が実現できる。図６及び
図７は、それぞれアンテナ装置４２及び４３のこのよう
な２つの実施例を示す。これらのアンテナ装置は場合に
よっては複数個の小形の一列に配置されたアンテナを備
えることができる。図６によればパルスチューブ冷凍機
のコールドヘッド１５はエンドスコープに組み込まれて
いる。このためにこのコールドヘッド１５の低温部４４
は面積の大きい誘電熱接触体４５として形成され、この
熱接触体の上にアンテナループを受けるための複数個の
基板４６ａ乃至４６ｃが配置されている。図７に示され
るアンテナ装置４３の実施例においては、コールドヘッ
ド１５はアンテナ頭部４８から空間的に分離され、その
基板４６ａ乃至４６ｃで示されたアンテナは可撓熱接触
体４９、例えば銅の平板線を介して間接的に冷却され
る。アンテナ頭部４８を包囲するクライオスタット容器
４７の部分とコールドヘッド１５を包囲するクライオス
タット容器の部分との真空密な接続は、この場合可撓波
形管５０を使用することによって行われている。パルス
チューブ冷凍機のコールドヘッドはこのようにしてエン
ドスコープ検査の際に体外にとどめることができる。
【００３１】図１によるＣ形の磁石を備えた核磁気共鳴
断層撮像装置５６において医療機器のオペレータが被検
体に近づくのを高周波アンテナによって妨げられないよ
うにするために、このアンテナは被検体ベッドに組み込
むことが有利である。図７及び図８はこのような被検体
ベッド５１を備えた核磁気共鳴断層撮像装置の部品とし
てのＣ形の磁石４の実施例を横断面及び縦断面として示
す。このようなベッド５１は、好ましいことに、面積の
大きいアンテナを或いはアンテナ配列をベッドに組み込
むことを可能にする。このような高周波アンテナの好ま
しくない磁場ジオメトリーのためにこの場合アンテナの
冷却が特に望ましい。さもないと、アンテナノイズが支
配的となるからである。それ故この発明によれば、クラ
イオスタット容器５３として形成されたベッド５１の一
部の真空空間５２にパルスチューブ冷凍機のコールドヘ
ッド１５が設けられている。同様にこの真空空間５２に
配置されるアンテナ５４への熱結合は熱母線として作用
する熱接触体５５を介して行われる。この熱接触体５５
は特に誘電固体として例えばサファイア、ＡｌＮ或いは
ＢｅＯから形成される。この代わりに閉鎖容器内でのガ
スもしくは液体の流れによる熱移送も可能である。この
移送は、例えば場合によっては平坦に形成される熱パイ
プいわゆる「ヒートパイプ」の形で、Ｎ2 、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｈ2 、炭化水素或いは混合ガスで行われる。自然対
流或いはガス或いは液体のポンプによる強制循環もこの
場合可能である。
断層撮像装置５６において医療機器のオペレータが被検
体に近づくのを高周波アンテナによって妨げられないよ
うにするために、このアンテナは被検体ベッドに組み込
むことが有利である。図７及び図８はこのような被検体
ベッド５１を備えた核磁気共鳴断層撮像装置の部品とし
てのＣ形の磁石４の実施例を横断面及び縦断面として示
す。このようなベッド５１は、好ましいことに、面積の
大きいアンテナを或いはアンテナ配列をベッドに組み込
むことを可能にする。このような高周波アンテナの好ま
しくない磁場ジオメトリーのためにこの場合アンテナの
冷却が特に望ましい。さもないと、アンテナノイズが支
配的となるからである。それ故この発明によれば、クラ
イオスタット容器５３として形成されたベッド５１の一
部の真空空間５２にパルスチューブ冷凍機のコールドヘ
ッド１５が設けられている。同様にこの真空空間５２に
配置されるアンテナ５４への熱結合は熱母線として作用
する熱接触体５５を介して行われる。この熱接触体５５
は特に誘電固体として例えばサファイア、ＡｌＮ或いは
ＢｅＯから形成される。この代わりに閉鎖容器内でのガ
スもしくは液体の流れによる熱移送も可能である。この
移送は、例えば場合によっては平坦に形成される熱パイ
プいわゆる「ヒートパイプ」の形で、Ｎ2 、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｈ2 、炭化水素或いは混合ガスで行われる。自然対
流或いはガス或いは液体のポンプによる強制循環もこの
場合可能である。
【図１】この発明によるアンテナ装置の核磁気共鳴断層
撮像装置における配置図。
撮像装置における配置図。
【図２】この発明によるアンテナ装置の構造の断面図。
【図３】この発明によるアンテナ装置の構造の異なる実
施例の断面図。
施例の断面図。
【図４】図３によるよるアンテナ装置の平面図。
【図５】この発明によるアンテナ装置の他の実施例の断
面図。
面図。
【図６】この発明によるアンテナ装置の異なる他の実施
例の断面図。
例の断面図。
【図７】この発明によるアンテナ装置のさらに異なる他
の実施例の断面図。
の実施例の断面図。
【図８】核磁気共鳴断層撮像装置の磁石に対するアンテ
ナ装置の横断面図。
ナ装置の横断面図。
【図９】核磁気共鳴断層撮像装置の磁石に対するアンテ
ナ装置の縦断面図。
ナ装置の縦断面図。
２ 核磁気共鳴断層撮像装置 ４ 電磁石 ６ 被検体 ７ アンテナ装置 ８ 弁駆動装置 ９ 貯蔵容積 １０ 接続管 １１ 接続管 １２ パルスチューブ冷凍機のコンプレッサ １３ 測定用電気導体 １４ 制御用電気導体 １５ コールドヘッド １６ アンテナ １７ クライオスタット容器 １８ パルスチューブ １９ 再生チューブ ２０ 低温部 ２１ オーバーフロー通路 ２２ 作動媒体供給管 ２３ａ 接続管 ２３ｂ 接続管 ２４ 作動媒体供給管 ２７ 熱接触体 ３１ アンテナ ３５ クライオスタット容器 ４０ 低温部 ４４ 低温部 ４５ 熱接触体 ４６ａ アンテナ ４６ｂ アンテナ ４６ｃ アンテナ ４７ クライオスタット容器 ４９ 熱接触体 ５３ クライオスタット容器 ５４ アンテナ ５６ 核磁気共鳴断層撮像装置
Claims (13)
- 【請求項１】 少なくとも１つの冷却されたアンテナを
備え、このアンテナが少なくともアンテナ範囲において
磁場検出を妨げない材料からなるクライオスタット容器
の内部に配置され、かつ作動媒体により低温動作温度に
保持されるようにした外部電磁場或いはそれに対応する
電磁場勾配を検出するためのアンテナ装置において、ク
ライオスタット容器（１７、３５、４７、５３）の内部
にパルスチューブ冷凍機のコールドヘッド（１５）が配
置され、このコールドヘッドがパルスチューブ（１
８）、再生チューブ（１９）、このパルスチューブと再
生チューブとの間にある少なくとも１つのオーバーフロ
ー通路（２１）を備えた低温（ＴＴ）にある低温部（２
０、４０、４４）並びにパルスチューブと再生チューブ
とに接続された作動媒体供給管（２４、２２）を有し、
その低温部でアンテナ（１６、３１、４６ａ乃至４６
ｃ、５４）と熱結合されていることを特徴とするアンテ
ナ装置。 - 【請求項２】 コールドヘッド（１５）の低温部（２
０、４４）とアンテナ（１６、３１、５４）との熱結合
のために少なくとも１つの熱接触体（２７、４５、４
９）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
装置。 - 【請求項３】 熱接触体（２７、４５、４９）が誘電材
料からなることを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 アンテナ（１６）が誘電材料からなる低
温部（４０）に直接或いはその中に配置されていること
を特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 アンテナ（１６、３１、４６ａ乃至４６
ｃ、５４）が超伝導材料を含むことを特徴とする請求項
１乃至４の１つに記載の装置。 - 【請求項６】 超伝導材料が７７Ｋ以上の臨界温度ＴC
を持つことを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 クライオスタット容器（１７、３５、４
７、５３）の中にアンテナ（１６、３１、４６ａ乃至４
６ｃ、５４）で検出された信号を処理するための前段増
幅器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６
の１つに記載の装置。 - 【請求項８】 コールドヘッド（１５）の低温部（２
０、４０、４４）に複数個のアンテナ（３１ａ、３１
ｂ、４６ａ乃至４６ｃ）が熱結合されていることを特徴
とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。 - 【請求項９】 アンテナ（３１ａ、３１ｂ）がヘルムホ
ルツコイルを形成していることを特徴とする請求項８記
載の装置。 - 【請求項１０】 核磁気共鳴断層撮影装置（２、５６）
に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の１
つに記載の装置。 - 【請求項１１】 被検体（６）のベッド（５１）に組み
込まれていることを特徴とする請求項１０記載の装置。 - 【請求項１２】 エンドスコピー装置に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の装置。 - 【請求項１３】 クライオスタット容器（４７）がパル
スチューブ冷凍機のコールドヘッド（１５）を収納する
部分及びアンテナ（４６ａ乃至４６ｃ）を収納する部分
を包含し、これらの部分が可撓波形管（５０）を介して
互いに真空密に結合されていることを特徴とする請求項
１２記載の装置。
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