JPS63187606A - 極低温容器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、医療分野等において使用される核磁気共鳴
イメージング装置（以下ＭＲ工と略称する）において、
超電導形均−磁場マグネットに用いられる極低温容器（
クライオスタットとも呼ぶ）の構造に関する。

〔従来の技術〕

第４図は常電導形のＭＲ工用均−磁場マグネットの概略
構成を示す斜視断面図である。図において、１は複対へ
ルムホルツ形、あるいはソレノイド形の静磁場コイルで
あシ、静磁場コイル１に包囲された被検体７を収納する
中空部内に高度に均一な静磁場を図中２方向に発生する
。３は静磁場コイル１の内側に同軸状に配された絶縁材
チューブ等に装着された傾斜磁場の発生コイル（一般に
勾配磁場コイルとも呼ばれる）であり、静磁場内にＺ方
向、Ｘ方向、Ｙ方向のパルス状の傾斜磁場を発生する。

５は被検体７の要部を包囲するよう形成された高周波コ
イルであり、被検体に核磁気共鳴を起こすための高周波
磁界を発生させる。このように構成されたＭＲ工用マグ
ネットにおいては、高度に均一な静磁場中におかれた被
検体７　Ｋ１核磁気共鳴を起こすための高周波磁界と、
断層面の位置情報を得るための傾斜磁場を与えた状態で
、共鳴信号を高周波受信機で受信し、画像処理を行うこ
とによシ、被検体の断層像を可視化することができる。

第５図は傾斜磁場の発生コイルを示す斜視図であシ、絶
縁材チューブ２の外周面側には、互いに９０°　異なる
角度領域に装置された鞍形コイルからなるＸ方向傾斜磁
場コイル３Ｘ、Ｙ方向傾斜磁場コイル３Ｙ、！Ｊング状
に形成されたＺ方向傾斜磁場コイル３Ｚからなる傾斜磁
場の発生コイル３が装着されている。

ところで、鮮明な画、像をなるべく短時間で得るために
は、磁場の強さが０．５ないし２．ＯＴで磁場の均一度
が数１ＱＰＰｍ以下の静磁場と、立上シ。

立下り時間が１ｍｓ以下の台形パルス状の傾斜磁場とに
より、断層面の位置情報を的確かつ迅速に取り出すこと
が求められるが、静磁場コイル１を常電導形のコイルで
形成したのでは寸法９発熱量ともに大きくなるという問
題があシ、０．５Ｔを超える静磁場コイルには一般に超
電導形が使用される。

第６図は従来の超電導形マグネットの極低温容器を示す
断面図である。図において、１１は超電導形の静磁場コ
イルであシ、液体ヘリウム１日に浸漬された状態でヘリ
ウム容器１２中に収納されている。また１４は非磁性金
属からなる真空容器であり、ヘリウム容器１２に気密に
結合されてその内部が高真空に保持されるとともに、真
空容器１４のボアチューブ１４Ｂの中空部側には傾斜磁
場の発生コイル３が静磁場コイル１１と同軸状に配され
ている。また、ヘリウム容器１２と真空容器１４との間
の高真空部内には２層の輻射シールド１３および１７が
互いに間隔を保持して配されてお）、低温輻射シールド
１５は例えばヘリウム容器１２のボート１２Ａに伝熱結
合されることによシ例えば２０にないし５０にの低温に
保持され、高温輻射シールド１７は液体窒素１９を包蔵
した窒素容器１６に伝熱結合されることによシ例えば８
０に程度に保持され、真空容器１４側等高温側からの輻
射熱を吸収するよう形成されている。

ところで、真空容器１４のボアチューブ１４Ｂは傾斜磁
場の発生コイル３を近接して包囲する形となシ、マた輻
射シールド１７および１３のボアチューブ１７Ｂ、１５
Ｂも順次間隔を保持して発生コイル６を同軸状に包囲し
た形となる。したがってコイル５が発生するパルス状の
傾斜磁場は、コイル乙の外周側において上記ボアチュー
ブ１４Ｂ、１７Ｅ、１３Ｂと鎖交することにな勺、ボア
チューブが導電材料で形成されている場合には、ボアチ
ューブに渦電流を誘起する。ことにリング状に形成され
たＺ方向傾斜磁場コイル３２においてはボアチューブを
周方向に周回する大きな渦電流を誘起するので、極低温
容器の熱損失を増大させるばかυでなく、誘導渦電流に
よって生ずる反磁界によってパルス磁場が変歪してしま
うという問題が生ずる。

第７図は傾斜磁場（勾配磁場）の波形図であシ、立上シ
、立下シ時間がともにＴ□の台形波であるべき傾斜磁場
１０３が、渦電流の影響を受けることによって図中破線
曲線１１３で示すように、立上シ、立下シ時間Ｔ１がＴ
、に鈍化し、台形波から外れてしまい、被検体の断層面
からの位置情報を的確かつ迅速に取出すという要求性能
が得られなくなる。

これらの問題点を解決するために、コイル３に最も近接
した真空容器１４のボアチューブ１４Ｂを例えば繊維強
化プラスティク（ＦＲＰ　）等を用いて非金属化し、渦
電流の発生を回避したものが知られている。

また第８図に示すように、アルミニウム、銅等の熱良導
体で形成された輻射シールド１７．１３のボアチューブ
１７Ｂ、１３Ｂの周方向に分布して軸方向（２方向）に
延びる複数のスリット１５を形成し、渦電流の広が多を
阻止したもの（特開昭＋５０−２１７（５１１号公報参
照）が知られている。

さらに、第９図に示すように、輻射シールド１７．１３
のボアチューブ１７Ｂ　、　１３Ｂ等をＦ’ＲＰ等の非
導電材料で形成し、その外周面もしくは内周面に互いに
間隙２５Ａを保持して短冊状の金属箔を軸方向に伸びる
よう貼着したもの（特開昭６１−１４５８７９号公報参
照）が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の極低温容器において、ボアチューブ１
４ＢをＦ’ＲＰで形成し、輻射シールドのボアチューブ
に第８図に示すようなスリット１５を形成したとしても
、輻射シールドのボアチューブにはスリット１５端部の
連通部を介して周方向に周回する渦電流が発生し、十分
な渦電流阻止効果を得難いとともに、スリット部分にお
いて熱輻射効果が低下するという問題が新たに発生する
。

また、輻射シールドのボアチューブを第９図に示すよう
に絶縁材で形成し、金属箔からなる輻射層２５を間隙２
５Ａを保持して貼着した場合には、間隙２５Ａにおける
熱輻射効果の低下が残るとともに、絶縁材の伝熱性能が
低いために輻射シールドが十分冷却されないという問題
が発生する。また輻射シールドを透過した傾斜磁場はヘ
リウム容器のボアチューブと鎖交して渦電流を誘起し、
このボアチューブを巻枠とする静磁場コイルのクエンチ
を誘発する危険性がある。

この発明の目的は、輻射シールドの熱輻射性能を低下さ
せることなく、傾斜磁場のパルス波形の鈍化を防止し、
かつ静磁場コイルの超電導状態を安定比することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、超電
導コイルを収納した液体ヘリウム容器と絶縁材からなる
ボアチー−ブを有する真空容器との間に、冷却温度が異
なる複数の熱輻射シールドを備え、前記ボアチューブの
中空部側にパルス状の傾斜磁場の発生コイルが配された
ものにおいて、前記傾斜磁場による誘導渦電流を阻止す
るよう前記複数の熱輻射シールドのボアチューブの互い
に異なる角度領域に軸方向に沿って形成された絶縁部と
、前記液体ヘリウム容器を包囲するよう液体ヘリウム容
器に伝熱結合され前記傾斜磁場による誘導渦電流を妨げ
ない導電材からなるボアチューブを有する磁気シールド
とを備えるものとする。

〔作用〕

高温および低温輻射シールドのボアチューブを熱良導体
で形成し、その周方向に渦［流を阻止する絶縁部を設け
、かつ絶縁部を互いに異なる角度領域に絶縁部が互いに
対向しないよう形成したことによシ、高温輻射シールド
の絶縁部で漏れた輻射熱を低温輻射シールドで吸収でき
、冷却性能。

輻射性能に優れ、かつ渦電流損が低減された輻射シール
ドを得ることができるとともに、傾斜磁場のパルス波形
の変歪を阻止することができる。一方、ヘリウム容器と
低温輻射シールドとの間には、ヘリウム容器のより低温
部に伝熱結合された非磁性の熱良導体からなる磁気シー
ルドを設け、この磁気シールドのボアチューブには絶縁
部を設けず、したがってボアチューブを周回する渦電流
が自在に流れるようにした。一般に、パルス磁場の発生
コイルの外周側における傾斜磁場の強さは、距離の６乗
に逆比例して弱まるので、傾斜磁場の発生コイルから最
も離れた位置に配した磁気シールドのボアチューブに流
れる渦電流は大幅に減少し、したがって渦電流損ならび
に傾斜磁場の台形状のパルス波形に及ぼす影響を最小限
に抑さえることができる。また、磁気シールドに渦電流
が流れるととくよる磁気シールド作用によシヘリウム容
器側への傾斜磁場の漏れを阻止できるので、静磁場コイ
ルの巻枠を兼ねるヘリウム容器のボアチューブに渦電流
が流れるのを防止する作用が生じ、静磁場コイルのクエ
ンチが防止されて均一磁場の安定性を高めることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は実施例装置を示す要部の断面図であシ、従来技
術と同じ部分には同一参照符号を付すことによシ詳細な
説明を省略する。図において、液体ヘリウム１８および
静磁場コイル１１を収納したヘリウム容器１２と、低温
輻射シールド２３との間には、ヘリウム容器１２を近接
して包囲するよう形成された磁気シールド２５が設けら
れ、全体が板状のアルミニウム、銅等の熱良導体で形成
された磁気シールド２５は、ヘリウム容器１２の例えば
ボート１２Ａの根元部分に伝熱結合されることによシ、
例えば８０に程度に保持される高温輻射シールド２７．
２０に程度に保持される低温輻射シールド２３に比べ、
さらにヘリウム容器１２の温度に近づく側に効率よく冷
却される。また、真空容器１４のボアチューブ１４Ｂは
Ｆ’ＲＰ等の絶縁材で形成されている。

第２図は第１図における輻射シールドおよび磁気シール
ドのボアチューブ部分を示す模試断面図であシ、磁気シ
ールド２５のボアチューブ２５Ｂは熱良導体により周方
向に絶縁部を有しない筒状に形成されている。一方輻射
シールド２３および２７のボアチェー、プ２”３Ｂおよ
び２７Ｂは熱良導体によ多筒状に形成されるとともに、
それぞれ周方向の１８０’異なる角度領域で軸方向に伸
びるレール状の絶縁材によって周方向に１ターンを形成
しないよう電気的な絶縁部２８が形成されておシ、絶縁
材と熱良導体の端部は接着剤２９によシ固着されている
。

このように構成された極低温容器を用いたＭＲ工開用超
電導マグネットおいては、傾斜磁場の発生コイル乙によ
って発生した立上り、立下り時間が１ｍｓ以下の台形波
状の傾斜磁場が輻射シールドのボアチューブ２７Ｂおよ
び２３Ｂを貫通するよう分布しても、絶縁部２８によっ
てボアチューブを周回する渦電流が阻止されるので、こ
とにＺ方向傾斜磁場コイル３Ｚからの傾斜磁場による渦
電流が阻止され、Ｚ方向傾斜磁場波形に及ぼす渦電流の
影響を排除することができる。また、絶縁部２８をボア
チューブ２３Ｂ、２７Ｂ間で１８０゜周方向にずらして
形成したことによシ、ボアチューブ２７Ｂの絶縁部２８
を透過した輻射熱はボアチューブ２３Ｂによシ吸収され
、ボアチューブ２３Ｂの絶縁部で漏れた輻射熱は継ぎ目
の無い磁気シールド２５で吸収できるので、輻射損失の
少い極低温容器を得ることができ、かつ輻射シールド全
体が板状の熱良導体で形成されることによシ、輻射シー
ルドは優れた冷却性能を有し、ヘリウム損失を低減する
ことができる。

一方、磁気シールド２５のボアチューブにはボアチュー
ブを周回する渦電流が誘起されるが、発生コイル乙の外
側に分布する傾斜磁場の強さが距離の３乗に逆比例して
減少することにより、発生コイル３から極力能して配さ
れた磁気シールド２５のボアチューブに流れる渦電流は
大幅に減少し、傾斜磁場のパルス波形に与える影響を低
減できる。

また、渦電流損の発生量も少くて済み、かつ渦電流損に
よる発生熱は直ちにヘリウム容器１２のボート１２Ａ側
に伝えられ、磁気シールドは低温に保持されるので、磁
気シールド２５に輻射シールドとしての機能を持たせる
ことができる。

また、磁気シールド２５を特に設けて渦電流を流すよう
構成したことによシ、ヘリウム容器１２のボアチューブ
１２Ｂに渦電流が流れるのを防止できる。ヘリウム容器
１２のボアチューブは一般に超電導静磁場コイル１１の
巻枠を兼ねており、渦電流がボアチューブ１２Ｂに流れ
て局部的に温度が上昇した場合には、静磁場コイル１１
の超電導状態の不安定化、すなわちクエンチの発生に結
びつく危険性が高いが、磁気シールドを設けて渦電流を
流すよう構成したことによシこれらの危険性を排除でき
る利点が得られる。

第３図は異なる実施例を示す要部の模試断面図であり、
輻射シールド２７および２３のボアチューブ２７Ｂ、２
３Ｂそれぞれの複数個所（図では４個所）に絶縁部２８
が互いに同じ角度領域に重ならないよう周方向に位置を
ずらして形成された点が前述の実施例と異なっている。

このように形成したことにより、Ｚ方向傾斜磁場によシ
ボアチニープを周回する渦電流をよシ効果的に阻止でき
るとともに、Ｙ方向およびＸ方向傾斜磁場コイル３Ｙ、
３Ｘ等鞍形コイルによってローカルに発生する渦電流も
阻止できる。したがって、Ｚ方向。

Ｘ方向、Ｙ方向いずれの傾斜磁場に対しても立上シ、立
下りの鈍化を生じさせることなく所定の台形波形を保持
させることが可能となシ、被検体断層面の位置情報を的
確かつ迅速に検出して解像度の高い断層画像を可視化す
ることができる。

〔発明の効果〕 この発明は前述のように、台形パルス状の傾斜磁場によ
って輻射シールドのボアチューブに誘起する渦電流を阻
止するという傾斜磁場波形の変歪防止対策に加え、傾斜
磁場コイルから最も遠い距離に位置するヘリウム容器に
近接して渦電流を流す熱良導体からなる磁気シールドを
設けるよう極低温容器を構成した。その結果、傾斜磁場
コイルの外側の極低温容器側における傾斜磁場の強さが
距離の６乗に逆比例して減少することにより、磁気シー
ルドに流れる渦電流を最小限に抑制でき、磁気シールド
に発生する渦電流損および傾斜磁場の変歪を最小限に低
減できるとともに、従来技術においてヘリウム容器のボ
アチューブに流れていた渦Ｎ流が排除され、この渦１！
流によるヘリウム容器のボアチューブの局部的な温度上
昇によって静磁場コイルにクエンチが生ずる危険性を排
除でき、安定した均一磁場と、立上り、立下りの鈍化が
少く所定の台形パルス波形を有する傾斜磁場を発生でき
るＭＲ工用マグネットの極低温容器を提供することがで
きる。また、複数の輻射シールドを周方向に絶縁部を有
する熱良導体で形成して冷却性能および渦電流阻止性能
の向上を計るとともに、輻射シールド相互の絶縁部を周
方向の異なる角度領域に設け、絶縁部から漏れる輻射熱
がヘリウム容器に到達するのを阻止したことにより、磁
気シールドの熱輻射作用と併せて断熱性能に優れ。

ヘリウム気化損失の少い極低温容器を提供することがで
きる。さらに、安定した均一磁場と立上りの速い台形パ
ルス状の傾斜磁場とを発生できることによシ、被検体断
層面からの位置情報を的確かつ迅速に検出でき、したが
ってＭＲ工装置の解像度の向上および可視化時間の短縮
に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置を示す断面図、第２図は実施例装置
における要部の模試断面図、第３図は異なる実施例を示
す要部の模試断面図、第４図はＭＲ工用常電導マグネッ
トを示す斜視断面図、第５図は傾斜磁場コイル部分の斜
視図、第６図は従来の極低温容器を示す断面図、第７図
は傾斜磁場の波形図、第８図は異なる従来技術を示す要
部の模試図、第９図はさらに異なる従来技術を示す要部
の模試図である。 １１・・・静磁場コイル、１２・・・ヘリウム容器、３
．３ｚ、３ｘ、３ｙ・・・傾斜磁場コイル（常電導）、
１４・・・真空容器、１４Ｂ・・・真空容器のボアチュ
ーブ（Ｆ”ＲＰ）、１３．２３・・・低温輻射シールド
、１７．２７・・・高温輻射シールド、１６・・・窒素
容器、２５・・・磁気シールド、２３Ｂ、２５Ｂ、２７
Ｂ・・・ボアチューブ、２８・・・絶縁部、２９・・・
接着剤。 第２図　　　　　部３図 ７４図 ７６図 拳６図 第７図 第８図 ７Ｂ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）超電導コイルを収納した液体ヘリウム容器と絶縁材
   からなるボアチューブを有する真空容器との間に、冷却
   温度が異なる複数の熱輻射シールドを備え、前記ボアチ
   ューブの中空部側にパルス状の傾斜磁場の発生コイルが
   配されたものにおいて、前記傾斜磁場による誘導渦電流
   を阻止するよう前記複数の熱輻射シールドのボアチュー
   ブの互いに異なる角度領域に軸方向に沿って形成された
   絶縁部と、前記液体ヘリウム容器を包囲するよう液体ヘ
   リウム容器に伝熱結合され前記傾斜磁場による誘導渦電
   流を妨げない導電材からなるボアチューブを有する磁気
   シールドとを備えたことを特徴とする極低温容器。