KR20010023038A - Ｍｒｉ용 자계 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자장의 균일성을 손상시키지 않고, 온도의 불균일을 감소시켜 열효율을 높이고, 영구 자석의 온도 제어를 높은 정밀도로 할 수 있는 구성으로 이루어지는 MRI용 자계 발생 장치의 제공을 목적으로 하고 있다. 본 발명은 온도 제어용 히터(10, 11)를 자로 형성 부재의 베이스 요크(3, 3)에 매설 내장한 구성에 의해 온도 센서(12)의 온도 검지에 대응하여 온도 제어용 히터(10, 11)가 온도 조절기에 의해 가온될 때, 베이스 요크 근방에 배치된 영구 자석(5, 5)이 효율좋게 가열되기 때문에 제어 추종성이 우수하다. 또, 온도 제어용 히터가 베이스 요크 내부에 매설되고, 히터에서 발생되는 열이 베이스 요크를 전도하여 직접 영구 자석에 도달하기 때문에, 열이 외부로 방산해서 손실이 발생하는 일 없이 매우 효율좋게 열제어를 행할 수 있다.

Description

ＭＲＩ용 자계 발생 장치{MRI MAGNETIC FIELD GENERATOR}

MRI 장치는 강력한 자계를 형성하는 자계 발생 장치의 공극 내에 피검자의 일부 또는 전부를 삽입하여 대상물의 단층 이미지를 얻어 그 조직의 성질까지 그려낼 수 있는 장치이다.

상기 MRI 장치용 자계 발생 장치에 있어서, 공극은 피검자의 일부 또는 전부가 삽입될 수 있을 정도의 넓이가 필요하며, 또한 선명한 단층 이미지를 얻기 위해서 통상, 공극 내의 촬상 공간 내에는 0.02T∼2.0T 또 1×10^-4이하의 정밀도를 갖는 안정된 강력한 균일 자계를 형성할 것이 요구된다.

MRI 장치에 이용하는 자계 발생 장치로서, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 구성이 알려져 있다(일본국 특허 공고 평2-23010호 공보). 즉, 자계 발생원으로서 R-Fe-B 계 자석을 이용한 영구 자석(30, 30)을 한쌍의 베이스 요크(35, 35)의 대향면에 고착하고, 각각의 자극면에 자극편(31, 31)을 고착하여 대향시켜 자극편(31, 31) 사이의 공극(33) 내에 정자계(靜磁界)를 발생시킨다. 또, 도시하는 자기 회로는 한쌍의 판형 베이스 요크(35, 35) 사이에 기둥 형상의 지지 요크(36)를 접속하여 조립하고 있다. 도면 부호 "37"은 경사 자계 코일, 도면 부호 "38"은 공극(33) 내의 중앙부에 형성되는 촬상 공간이다.

자극편(31)은 통상, 전자 연철(軟鐵), 순철(純鐵) 등의 자성 재료를 깎아 낸 판형의 벌크(일체물)로 구성되어 공극(33) 내의 자계 분포의 균일도를 향상시키기 위해서, 주변부에 환상 돌기(32)를 설치하거나, 또 중앙부에 볼록형 돌기(도시하지 않음)를 설치한 구성(일본국 실용신안 공고 평5-37446호 공보) 등이 채용된다.

공극(33) 내에 정자계를 형성하는 자계 발생원으로서 유지 비용이 비교적 저렴하고, 또한 장치의 소형화 등의 관점에서 영구 자석의 이용도가 점점 더 높아지고 있다. 그러나, 이 영구 자석은 자석 자체가 원래 갖는 자기적인 특성에 의해 온도 변화에 따라서 자계 강도가 변화되기 쉬운 결점이 있다.

MRI 장치에 있어서, 공극 내에 형성되는 정자계의 자계 강도의 안정성이 중요하며, 자계 강도를 안정적으로 유지하기 위한 방법으로서 영구 자석을 일정 온도로 유지하도록 자계 발생 장치 전체 혹은 소요 부분을 단열재로 덮는 것 외에, 베이스 요크나 상기 단열재의 내측에 냉각 수단이나 가열 수단이 설치되어 있다.

예컨대, MRI 장치에서 발생하는 정자계에 온도 변화가 주는 영향을 감소시키기 위해서, 냉각 수단을 설치한 구성으로서 베이스 요크 외주면에 펠티에(peltier) 효과를 이용한 전자 냉각 소자를 배치한 냉각 장치에 의해 온도를 제어하는 구성이 알려져 있다(일본국 실용신안 공고 평3-56005호 공보). 즉, 상기 냉각 장치에 의해 자계 발생 장치 전체를 분위기 온도보다도 10℃∼50℃ 정도 낮은 온도 범위로 냉각하여 분위기 온도의 변화를 장치의 주위를 포위하는 단열재로 완화시키는 동시에, 소정 온도 범위로 미세 조정하는 구성이다.

MRI 장치에 의한 진단시에는 통상, 착의한 피검자가 쾌적하게 진단을 받을 수 있도록 실온을 22℃∼25℃ 정도로 제어하고 있다. 상기한 구성은 MRI 장치가 설치되는 실온보다도 항상 저온도로 제어할 필요가 있으며, 에너지 소비의 관점에서 효율적이 아니라는 점, 또 장치 전체를 냉각하는 구성은 후술하는 가열 수단을 설치하는 구성에 비해 장치가 대형이고 비싸지기 쉽다는 점에서 실용화되고 있지 못하다.

가열 수단을 설치한 구성은 상기한 냉각 장치를 설치한 구성에 비해서, 소형이며 저렴한 장치를 얻을 수 있고, 에너지 소비의 관점에서도 효율적이라고 여겨지고 있으며, 예컨대 일본국 특허 공개 소63-43649호 공보, 일본국 특허 공개 소63-278310호 공보에 나타내어진 구성이 알려져 있다.

즉, 자계 발생 장치 전체를 여러 가지 가열 수단을 이용하여 MRI 장치가 설치되는 실온보다 5℃∼10℃ 정도 높은 온도로 제어하는 구성이 많이 사용된다.

도 10에 도시하는 자계 발생 장치는 판형의 베이스 요크(42, 42)가 기둥 형상의 지지 요크(43)를 통해 대향 배치되고, 그 대향면에 영구 자석(40)이 설치되며, 그 자극면에 자극편(41)이 설치된 구성으로, 각각 베이스 요크(42)의 외측 표면에 면 형상 히터(44)를 배치하고, 또, 단열재(45)의 내측 표면에도 면 형상의 히터(도시하지 않음)를 배치하며, 이 요크 전체를 단열재(45)로 덮는 구성이다.

이러한 구성에 있어서, 도시하지 않은 전원으로부터 히터 전류가 통전되어 자기 회로의 온도를 제어한다.

일본국 특허 공개 소63-43649호에서는 상기한 단열재(45)의 내측 표면에만 면 형상 히터를 배치한 구성이 제안되었다. 그러나, 이 구성은 면 형상 히터에서 가열된 공기를 판형의 베이스 요크(42)와 단열재(45) 사이에 형성된 공기 흐름 통로에 팬으로 강제적으로 유통시켜 자기 회로의 온도를 제어하기 때문에, 장치가 복잡한데다, 공기를 통해 자기 회로를 가열하기 때문에 열 효율이 악화되는 문제를 갖고 있었다.

일본국 특허 공개 소63-278310호의 발명은 상기한 문제점을 해결할 목적으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 영구 자석(41)이 배치된 베이스 요크(42)의 외측 표면에 면 형상 히터(44)를 직접 배치하여 열 효율을 약간 향상시켰다. 그러나, 이것은 히터(44)를 베이스 요크(42)의 외측 표면, 즉 영구 자석(40)의 공극 대향면과는 반대측에 설치하기 때문에, 열이 자기 회로로부터 외측으로 방산되는 경향이 강하여, 열 효율의 향상 효과는 인정되지 않는다.

또한, 일본국 특허 공개 소63-278310호에 기재한 발명을 개량한 구성으로서, 일본국 특허 공개 평8-266506호 공보(USP 5,652,517 공보)가 개시되어 있다. 일본국 특허 공개 평8-266506호의 구성은 히터 수단을, 영구 자석을 부착한 하측 베이스 요크 및 상측 베이스 요크의 측면에 직접 혹은 기체가 아닌 열 전달재를 통해 장착한 것을 특징으로 한다.

일본국 특허 공개 평8-266506호의 히터 수단은 시트 히터의 형상을 하고 있으며, 베이스 요크의 측면에 aC 시트 히터와 DC 시트 히터가 상하 병렬되어 고정된다. 고정은 고정용 베이크판을 aC 시트 히터 및 DC 시트 히터의 위로부터 씌워, 볼트로 체결하여 이루어진다.

일본국 특허 공개 평8-266506호에는 상기한 구성에 의해서 일본국 특허 공개 소63-43649호와 일본국 특허 공개 소63-278310호에 개시된 구성에 비해 열 효율, 제어 추종성, 작업성을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다.

그러나, 일본국 특허 공개 평8-266506호의 구성도 면 형상 히터를 사용함으로써 본질적으로 요크와 접하는 면과는 반대측으로의 방열이 커서 열 효율이 나쁘다. 또한, 온도 센서는 상측 베이스 요크의 상면 중앙 부근에만 배치되고, 이 하나의 온도 센서의 검출 온도에 대응하여 모든 면 형상 히터의 온도를 제어하는 구성이 나타내어져 있다. 즉, 하나의 제어계로써 자기 회로 전체의 온도를 제어하는 구성이기 때문에 온도 분균일이 크고, 자계의 균일성도 손상되는 문제가 있다.

본 발명은 의료용 자기 공명 단층 촬영 장치(이하, MRI 장치라 함)에 이용하는 자계 발생 장치의 개량에 관한 것이다. 본 발명은 자계 발생원인 영구 자석의 온도를 측정하여 베이스 요크 등에 내장한 가열 수단이나 냉각 수단을 이용해 영구 자석의 온도를 제어하여, 촬상 공간(imaging space) 내에 발생되는 자계의 균일성을 손상시키지 않고 효율적으로 영구 자석의 온도 분포의 불균일성을 감소시키는 MRI용 자계 발생 장치에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 구성을 도시하는 정면 설명도, 도 1b는 도 1a의 주요부를 도시하는 종단 설명도.

도 2는 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 사시 설명도.

도 3은 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 다른 실시예의 주요부를 도시하는 종단 설명도.

도 4는 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 다른 실시예의 주요부를 도시하는 종단 설명도.

도 5는 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치에 이용하는 온도 제어용 수단의 빠짐 방지 수단의 개요를 나타내는 일부 종단 설명도.

도 6은 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치에 이용하는 온도 제어용 수단의 빠짐 방지 수단의 개요를 나타내는 일부 종단 설명도.

도 7a는 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 자극편의 구성을 도시하는 상면 설명도, 도 7b는 그 종단 설명도.

도 8은 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치의 온도 제어를 행하는 회로 설명도.

도 9a는 종래의 MRI용 자계 발생 장치의 구성을 도시하는 일부 종단 정면 설명도, 도 9b는 그 횡단 상면도.

도 10은 종래의 MRI용 자계 발생 장치의 다른 구성을 도시하는 일부 파단 사시 설명도.

본 발명의 목적은 MRI용 자계 발생 장치에 있어서, 영구 자석의 온도 제어에 관한 종래의 문제를 해소하는 것으로서, 자계의 균일성을 손상시키지 않고 온도 불균일을 감소시켜 열 효율을 높이며, 영구 자석의 온도 제어를 높은 정밀도로 실시할 수 있는 구성으로 이루어지는 MRI용 자계 발생 장치를 제공하는 것이다.

발명자들은 영구 자석의 온도 제어를 높은 정밀도로 실시할 수 있는 구성을 목적으로 여러 가지 검토한 결과, 종래에는 예컨대 가열 수단으로서 면 형상의 시트 히터를 채용하고 있었기 때문에 자기 회로와의 설치부 이외의 면으로부터 열이 방산되어 버려, 열 효율이 나빠지고 있었던 점에 착안하였다. 그래서, 온도 제어 수단, 주로 가열 수단만 혹은 가열 수단과 방열(냉각) 수단을 영구 자석이 설치되는 베이스 요크 등에 내장시킴으로써 열 효율을 향상시켜 운전 비용을 감소시키며, 또 영구 자석 근방에 상기 가열 수단 등의 온도 제어용 수단을 배치함으로써 온도 제어의 추종성도 향상하는 것을 도출하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 자계 발생원인 영구 자석과 자로(磁路) 형성 부재에 의해 자기 회로를 형성하고, 촬상 공간에 자계를 발생하는 MRI용 자계 발생 장치에 있어서, 상기 영구 자석과 자로 형성 부재의 적어도 한쪽에 상기 가열 수단 등의 온도 제어용 수단이 내장된 것을 특징으로 하는 MRI용 자계 발생 장치이다.

또한, 발명자들은 상기한 MRI용 자계 발생 장치에 있어서, 영구 자석과 자로 형성 부재의 적어도 한쪽에 온도 센서를 배치한 구성, 온도 센서가 검출한 온도에 대응하여 상기 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기를 갖는 구성, 상기 영구 자석 및/또는 자로 형성 부재의 온도에 대응하여 온도 제어용 수단을 정지시키는 수단을 갖는 구성을 아울러 제안한다.

특히, 바람직한 구성으로서, 한쌍의 영구 자석을 공극을 통해 대향 배치하는 MRI용 자계 발생 장치에 있어서, 한쌍의 영구 자석의 각각의 온도를 독립적으로 제어하는 적어도 2개의 제어 계통을 갖는 구성을 제안한다.

본 발명이 대상으로 하는 MRI용 자계 발생 장치는 자계 발생원인 영구 자석과 자로 형성 부재로 자기 회로를 형성하여, 촬상 공간에 자계를 발생하는 구성이라, 후술하는 실시예에 한정되지 않고, 어떠한 구성에도 적용할 수 있다.

예컨대, 한쌍의 판형 베이스 요크가 복수의 기둥 형상 지지 요크로써 결합된 구성, 혹은 대향하는 한쌍의 판형 베이스 요크의 한쪽 단을 판형 지지 요크로 지지하는 구성, 또 자계 발생원인 영구 자석의 공극 대향면에 자극편을 배치하는 구성, 또한, 자극편을 배치하지 않은 구성 등에도 적용할 수 있다.

또한, 판형 베이스 요크 등의 자로 형성 부재의 형상 치수 등도 요구되는 공극의 크기, 자계 강도 및 자계 균일도 등 여러 가지 특성에 따라서 적절하게 선정하면 된다.

자계 발생원이 되는 영구 자석으로는 페라이트 자석, 희토류 코발트계 자석 등의 공지의 자석 재료를 사용할 수 있다. 특히, R로서 Nd나 Pr를 중심으로 하는 자원적으로 풍부한 경희토류를 이용하고, B 및 Fe를 주성분으로 하여 30MGOe 이상의 매우 높은 에너지 곱을 나타내는 Fe-B-R계 영구 자석을 사용함으로써 장치를 현저하게 소형화할 수 있다. 또한, 상기 공지의 영구 자석을 조합시켜 배치하는 구성도 장치를 대형화하지 않고 경제적으로 우수한 자계 발생 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 자로 형성 부재인 요크의 재료로는 전자 연철, 순철 등의 종래부터 공지된 재료를 사용할 수 있다. 베이스 요크의 사용은 자계 강도의 균등화를 실현할 수 있고, 또한 자기 회로 전체의 기계적 강도를 확보하여 장치의 조립 작업성을 양호하게 할 수 있다.

지지 요크의 기능은 베이스 요크를 기계적으로 지지하여 목적으로 하는 공극 치수를 확보하는 동시에, 공극 내에 자계를 형성하기 위한 자로를 형성한다.

자극편을 구성하는 재료는 실시예의 재료에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 순철 혹은 연자성 가루를 전기 절연성 재료로 성형한 것 등을 채용할 수 있다. 또한 보자력이 작고 전기 저항이 높은 Mn-Zn계, Ni-Zn계 등 여러 가지 소프트 펠라이트 또는 규소 강판의 적층체, 혹은 이들을 조합시킨 자극편을 채용함으로써, 경사 자계 코일로 펄스 자계를 인가할 때 자극편에 발생하는 과전류나 잔류 자기를 감소시킬 수 있다.

특히, 규소 강판의 적층체는 소프트 펠라이트에 비하여 저렴하기 때문에 경제적 이점이 크다. 또, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 자극편(20)을 상기 규소 강판으로 구성할 때에 규소 강판의 적층체로 이루어지는 복수의 블록(23)을 자성재 베이스(21) 상에 배치하고, 이들 블록을 더 적층한 구성으로 함으로써 과전류나 잔자 현상의 감소 효과도 크고, 작업성 좋게 장착할 수 있다.

상기한 자극편 전체의 두께나 자성재 베이스(21)의 두께비를 최적화함으로써, 자극편의 기계적 강도를 확보하여, 자극편에 요구되는 자계 강도의 균등화와 과전류 및 잔자 현상의 방지 효과를 얻을 수 있다. 또한, 규소 강판의 적층체로 이루어지는 블록(23)의 고정 수단 등을 고안함으로써, 자성재 베이스(21)를 이용하지 않는 구성도 채용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 공극 내의 자계 균일도를 향상시키기 위해서, 자극편의 주변부에 전자 연철, 순철 등의 자성재 링으로 이루어지는 환상 돌기를 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 환상 돌기(22)의 둘레 방향으로 하나 이상의 슬릿을 설치하여 분할하면, 한층 더 과전류의 경감 효과를 얻을 수 있다.

환상 돌기의 단면 형상은 도시한 바와 같은 직사각형에 한정되지 않으며, 대략 삼각형이나 사다리꼴 등 경사 자계 코일의 배치 구성, 요구되는 자계 강도나 자계 균일도 등에 따라서 적절하게 선정된다. 또한, 자극편의 환상 돌기의 내측에 볼록형 돌기(24)를 배치하는 것도 균일 자계의 형성에 유효하다.

또, 본 발명에 있어서 자극편의 배치는 필수적이지 않다. 즉, 자극편을 채용함에 따른 단점, 예컨대 자극편 측면으로부터의 자속 누설에 기인하는 공극 중의 자계 강도의 저하, 자극편 내에 발생하는 과전류에 기인하는 경사 자계 상승 특성의 저하, 자기 회로 전체의 중량 증가 등을 피하기 위해 자극편을 배치하지 않은 구성도 유효하다. 자극편을 배치하지 않은 구성은 예컨대, 본원 발명자들이 먼저 제안한 일본국 특허 공개 평3-209803호 공보에 나타내는 구성 등을 채용할 수 있다.

본 발명에 의한 온도 제어는 온도 센서의 검출 온도에 대응하여 온도 조절기가 작동하고, 온도 제어용 수단에 의해 가열, 방열(냉각)할 때, 온도 제어용 수단이 영구 자석 자체, 영구 자석 근방에 배치되는 베이스 요크나 자극편에 내장되는 구성이기 때문에, 열의 외부 방산에 의한 손실이 감소되고 영구 자석이 매우 효율적으로 가열·냉각되어 제어 추종성이 좋다. 또한, 온도 센서를 복수 배치함으로써 복수의 제어 계통으로 부분적인 온도 제어가 가능하게 되기 때문에 자계 균일도의 대칭성이 저하되기 어려운 이점이 있다.

본 발명에 있어서, 영구 자석, 베이스 요크, 자극편 등에 내장하는 온도 제어용 수단은 실시예에 나타내는 구성에 한정되는 것은 아니며, 영구 자석, 베이스 요크, 자극편 등에 형성되는 구멍 내에 배치되어, 이들을 효율적으로 가열·냉각할 수 있는 구성이라면, 여러 가지 구성을 채용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 현재는 여러 가지의 관점에서 자계 발생 장치전체를 MRI 장치가 설치되는 실온보다 5℃∼10℃ 정도 높은 온도로 제어하는 구성이 많이 사용되고 있다. 본 발명에 있어서도 에너지 소비, 가격, 조작성 등의 관점에서는 온도 제어용 수단으로서 가열 수단을 채용하는 것이 바람직하다.

가열 수단은 열 효율이나 가열 수단 자체의 수명 등의 관점에서 베이스 요크 등의 피가열 부재와 충분히 접촉시켜 둘 필요가 있다. 혹은, 구멍 내에 배치할 때 내열성이 있는 충전재를 이용하여 직접적 혹은 간접적으로 피가열 부재와 밀착해 두는 것이 바람직하다.

가열 수단으로서 특히, 막대형 발열체는 영구 자석, 베이스 요크, 자극편에 형성되는 구멍 내에 용이하게 삽입 배치할 수 있고, 취급도 용이하기 때문에 바람직한 소자이다. 즉, 막대형 발열체는 금속 파이프 내에 발열체를 유지하고, 파이프 내부의 공간을 MgO 등의 절연물로 충전한 관 형상 히터 등으로 이루어지는 구성이다. 상기한 금속 파이프에는 철, 동, 알루미늄, 스테인레스 등의 금속, 합금 재료의 어느 것이라도 사용할 수 있다.

또한, 이들 가열 수단이 상기 베이스 요크 등의 피가열 부재에 설치한 구멍 내에서 이동하거나 사용 중에 구멍으로부터 꺼내지거나 하면, 목적으로 하는 온도 제어가 불가능하게 되기도 하고, 가열 수단 자체를 손상시키는 것도 우려된다. 따라서, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 가열 수단에 빠짐 방지 수단(retaing means)을 병용하는 것이 바람직하다.

도 5는 베이스 요크(5)에 형성된 구멍부에 나사식으로 고정된 볼트형의 빠짐 방지 수단(53)을 나타내는 것이다. 구멍 내에 삽입된 막대형 발열체(10)를 구성하는 금속 파이프(51)의 단부에 볼트형의 빠짐 방지 수단(53)이 접촉함으로써 막대형 발열체(10)를 유지한다. 도면 부호 "52"는 막대형 발열체(10)로부터 외부로 인출되는 리드선이다.

도 6은 막대형 발열체(10)를 구성하는 금속 파이프(51)의 단부에 접촉하도록 배치되는 L자형으로 가공된 금속 파이프(54)와, 금속 파이프(54)를 베이스 요크(5)에 고정하는 장착 금구(55)로 이루어지는 빠짐 방지 수단을 나타내는 것이다.

도 5 및 도 6에 도시하는 막대형 발열체로 이루어지는 가열 수단의 빠짐 방지 수단 이외에 여러 가지 구성을 채용할 수 있다. 예컨대, 막대형 발열체(10)를 구성하는 금속 파이프(51)의 외주면에 나사부를 형성하거나, 금속 파이프(51)의 단부에 플랜지부를 설치하여 베이스 요크(5)에 고정하는 등의 빠짐 방지 수단을 채용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 온도 제어용 수단으로서 냉각 수단을 이용하는 것도 가능하다. 장치의 대형화, 고가격화를 방지하고, 실용성을 높이기 위해서는 히트 파이프 등의 간단한 구조로 이루어지는 수단을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, 가열 수단과 동일한 방법으로 영구 자석, 베이스 요크 등의 자로 형성 부재에 설치한 구멍 내에 히트 파이프를 배치하여, 부재 밖으로 적극적으로 방열시켜 냉각하거나, 히트 파이프를 통해 냉열을 부재 내부로 도입함으로써 냉각할 수 있다.

또한, 영구 자석의 온도 제어를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 상기한 가열 수단인 막대형 발열체나, 냉각 수단인 히트 파이프(heat pipe) 등을 병용하여 이용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 온도 제어를 위해 배치하는 온도 센서로서는 열전쌍, 온도 측정 저항체, 써미스터 등 온도 제어계의 구성에 따라서 적절하게, 공지된 센서를 이용할 수 있다. 온도 센서의 배치 위치는 영구 자석, 베이스 요크, 자극편 등, 자기 회로의 구성에 따라서 적절하게 배치하면 된다.

통상은 영구 자석, 베이스 요크, 자극편의 표면에 배치함으로써 목적은 달성된다. 보다 정밀도가 높은 온도 검출을 달성하기 위해서, 상기한 각각의 부재의 소정 위치에 구멍을 형성하고, 그 구멍 내에 온도 센서를 배치하는 구성이 바람직하다.

특히, 온도 센서를 자극편에 배치하는 경우는 경사 자계 코일이 발생하는 자계에 의한 노이즈 발생 등을 고려하여, 경사 자계 코일로부터 떨어진 위치, 예컨대 환상 돌기의 외주부나 자극편 중앙부에 형성한 구멍부 내부 등에 배치하는 것이 바람직하다.

상기한 온도 제어용 수단과 온도 센서에 의한 영구 자석의 온도 제어에는 실시예에 나타내는 회로 구성 외에, 공지된 어느 전기적 제어 수단도 채용 가능하며, 단수의 제어계 혹은 필요에 따라서 복수의 제어계를 이용할 수 있다.

특히, 자계의 균일성을 손상시키지 않고 자기 회로 전체의 온도를 불균일하지 않게 제어하기 위해서는 복수의 제어계를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 자기 회로를 비교적 저온 상태에서 일정 온도까지 상승시킬 필요가 있는 경우, 승온 시간의 단축을 위해 용량이 큰 가열 수단을 병용할 수도 있다. 이 경우, 가속 승온용과 설정 온도 유지를 위한 미세 조정용의 2종류의 출력을 갖는 온도 조절기를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상술한 온도 제어를 한층 더 유효하게 활용하기 위해서는 자기 회로를 구성하는 영구 자석, 베이스 요크, 지지 요크, 자극편 중 비교적 표면적이 크고 영구 자석의 온도에의 영향이 큰 베이스 요크의 주위에 공기와의 열적인 차단을 하기 위한 단열재를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라 베이스 요크 이외의 지지 요크, 영구 자석, 자극편을 단열재로 포위하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 MRI용 자계 발생 장치에 있어서 상기한 온도 센서나 온도 조절기의 오동작 등에 의해서 영구 자석이 소정 온도보다 현저하게 상승한 경우, 온도 제어 수단의 작동을 정지시키는 수단을 설치할 수 있다. 예컨대, 영구 자석이 45℃ 이상으로 가열되는 것을 방지하기 위해서 강제적으로 가열 히터로의 통전을 차단하기 위한 서모스탯이나, 자기 회로 구성 부재나 단열재의 연소를 방지하기 위해서, 예컨대 90℃ 이상이 되면 강제적으로 가열 히터로의 통전을 차단하기 위한 온도 퓨즈 등을 배치하는 것이 바람직하다.

실시예

이하에 본 발명의 특징을, 도 1a, 도 1b 및 도 2에 나타내는 하나의 실시예에 기초하여 설명한다.

자계 발생 장치는 바닥(1) 위에 다리부(2)를 통해 자기 회로를 구성하는 자로 형성 부재를 배치하여 형성한다. 자로 형성 부재는 한쌍의 판형 베이스 요크(3, 3)를 4개의 기둥 형상 지지 요크(4)로 접속하고 있다. 자계 발생원은 R-Fe-B계 자석을 이용한 한쌍의 영구 자석(5, 5)이며, 이것을 베이스 요크(3, 3)의 대향면에 설치하고, 각각의 자극면에 자극편(6, 6)을 고착하여, 자극편(6, 6) 사이에 정자계를 발생시키는 공극(8)을 형성하고 있다. 자극편(6, 6) 사이의 공극(8) 내에는 촬상 공간(9)이 설정되고, 이 공간 내에 소정의 균일 자계를 발생시킨다. 또한, 자로 형성 부재인 자극편(6, 6)은 여기서는 환상 돌기(7)를 갖는 구성이며, 도 7a 및 도 7b에서 설명한 적층 규소 강판의 블록을 이용한 구성으로 형성되어 있다.

순철로 만든 베이스 요크(3, 3)에는 그 4 방향의 측면과 상면 혹은 하면 중앙에 막대형 발열체를 삽입하기 위해 막대형 발열체의 길이와 동일한 길이의 구멍부가 천공되어 있다. 복수의 막대형 발열체(관 형상 히터)(10, 11)는 베이스 요크(3, 3)에 형성된 구멍부에 충분히 접촉하도록 삽입 배치되어, 도시하지 않은 리드, 릴레이를 통해 온도 조절기에 접속된다.

여기서는, 도 8에 나타내는 구성으로 이루어지는 2계통의 온도 제어계(13, 14)에 접속되어 있다. 온도 제어계(13, 14)에서는 영구 자석(5, 5)의 외주부에 배치된 온도 센서(12)에 의해 감지된 영구 자석의 온도와 설정 온도의 차에 의해, 온도 조절기(16, 16)로부터 제어 신호가 SSR(솔리드 스테이트 릴레이)(15, 15)에 보내진다. SSR(15, 15)를 통하여, 제어된 전류가 막대형 발열체(10, 11)에 통전되어, 각각의 영구 자석(5, 5)의 온도에 대응한 적절한 가열이 실시된다. 그 결과, 자기 회로 특히, 영구 자석 전체에 온도의 분균일이 생기지 않고 소정 온도로 유지된다.

도 1a와 같이 상하의 베이스 요크(3, 3)에 영구 자석(5, 5)을 대향하여 배치하는 자기 회로에서는 한쪽의 영구 자석에 배치된 온도 센서의 검출만으로 상하의 베이스 요크(3, 3)에 배치되는 히터의 온도를 제어하면 온도 센서가 배치되어 있지 않은 쪽의 영구 자석을 배치하는 베이스 요크 내에 배치된 히터의 온도가 최적 온도보다 약간 낮게 제어되는 경향이 있다.

자기 회로 전체적으로 균일 온도로 제어하기 위해서는, 상하의 베이스 요크(3, 3)에서 도 8에 나타내는 각각의 온도 제어계(13, 14)를 가지고 있을 필요가 있다. 즉, 상측의 베이스 요크(3)에 내장되는 막대형 발열체(10)와 상측의 베이스 요크(3)에 배치되는 영구 자석(5)에 부착된 온도 센서(12), 하측의 베이스 요크(3)에 내장되는 막대형 발열체(10)와 하측의 베이스 요크(3)에 배치되는 영구 자석(5)에 부착된 온도 센서(12)는, 각각 독립된 하나의 제어계(13, 14)로서 전기 회로가 구성되어 있다.

또, 각 제어계(13, 14)에는 복수의 막대형 발열체(10, 11)를 접속하고 있다. 이것은 자기 회로의 국부적인 가열을 방지하여 전체를 균등하게 가열하기 위해서이다. 또한, 도시하지 않지만, 주위의 공기와 자기 회로를 열적으로 차단하기 위한 단열재를 적절하게 배치할 수 있다.

도 3의 구성은 막대형 발열체(10)로 이루어지는 온도 제어용 수단을 베이스 요크(3)뿐만 아니라, 자극편(6)에도 내장하고, 또한 자극편(6)의 공극 대향면에 온도 센서(12)를 설치한 구성이다. 즉, 자극편(6)에 내장한 막대형 발열체(10)와 자극편(6)에 배치한 온도 센서(12)를 하나의 제어계로 하여 전기 회로가 구성되어 있다.

도 4의 구성은 자극편을 배치하지 않고, 영구 자석(5)이 직접 자계 발생용 공극을 형성하는 구성으로 이루어진다. 즉, 막대형 발열체(10)로 이루어지는 온도 제어용 수단은 베이스 요크(3)와 영구 자석(5)에 내장 배치되어, 영구 자석(5)의 공극 대향면에 온도 센서(12)가 배치된 구성으로 이루어진다. 여기서는, 영구 자석(5)에 내장한 막대형 발열체(10)와 영구 자석(5)에 배치한 온도 센서(12)를 하나의 제어계로 하여 전기 회로가 구성되어 있다.

상기한 바와 같이, 온도 제어용 수단은 영구 자석, 베이스 요크, 자극편 중 어디에 내장하고 배치하는 것도 가능하다. 본 발명에 있어서의 온도 제어용 수단은 영구 자석의 온도를 제어하기 위해서 배치하는 것으로, 영구 자석에 직접 배치하는 구성이 열 효율의 관점에서 가장 유효하다.

그러나, 영구 자석의 근소한 온도 변화가 자계 변화에 직접 영향을 주기 때문에 영구 자석을 직접 가열·냉각하는 경우는 온도 센서에 의한 영구 자석 온도의 검출과 온도 제어용 수단으로의 피드백을 짧은 사이클로 자주 행하는 것이 바람직하다.

또한, 필요 이상으로 가열하면 자계 강도를 저하시키기 때문에, 영구 자석에 배치하는 온도 제어용 수단만으로 영구 자석의 온도를 제어하는 것은 바람직한 구성이라고는 말할 수 없다. 베이스 요크, 자극편 등에 배치하는 온도 제어용 수단과 병용하는 구성이 바람직하다.

베이스 요크에 온도 제어용 수단을 배치하는 구성은 영구 자석의 온도를 간접적으로 제어하기 때문에 열 효율의 관점에서는 반드시 효율적이라고 말하기는 어렵다. 그러나, 베이스 요크는 영구 자석에 비해서 매우 큰 체적을 갖고, 일단 소정 온도로 제어된 후에는 주위 온도 변화의 영향을 받기 어려워 온도가 안정되어 있기 때문에, 베이스 요크에 접속 배치하는 영구 자석의 온도를 일정하게 유지하는 것이 용이하게 실현된다. 또한, 영구 자석에 비해서 기계 가공이 용이하기 때문에, 막대형 발열체나 히트 파이프 등을 배치하는 구멍을 임의의 위치에 형성할 수 있다. 따라서, 베이스 요크 자체에 온도 분균일을 발생시키지 않고 균일한 온도 제어가 가능하게 된다.

자극편에 온도 제어용 수단을 배치하는 구성도 영구 자석의 온도를 간접적으로 제어하기 때문에 열 효율의 관점에서는 반드시 효율적이라고는 말하기 어렵다. 그러나, 베이스 요크에 배치하는 구성에 비하여 자극편의 체적은 작아 영구 자석과 거의 같은 정도이므로 효율적으로 가열·냉각할 수 있다. 더구나, 자극편의 온도를 제어함으로써 자극편 근방에 배치되는 경사 자계 코일의 발열에 의한 영구 자석에의 온도 변화의 영향을 감소시키는 것도 가능하다. 특히, 자극편의 방사상 위치에 복수의 온도 제어용 수단을 배치함으로써 자극편 전체의 온도를 균일하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서 온도 제어용 수단은 영구 자석, 베이스 요크, 자극편 중 어디에나 내장하여 배치할 수 있다. 영구 자석의 온도를 일정하게 유지하기 위해서, 각각의 체적이나 재질 등을 고려하여 온도 제어용 수단의 능력, 배치 장소, 배치 수량 등을 선정하는 것이 바람직하다.

도 1a 및 도 1b, 도 3, 도 4에 도시하는 실시예에서는 온도 제어용 수단으로서 막대형 발열체를 이용한 구성을 설명하였다. 동일한 구성에 있어서, 필요에 따라 히트 파이프 등을 이용한 냉각 수단을 병용하는 것도 가능하다. 즉, 베이스 요크, 자극편에 가열 수단을 설치하고, 영구 자석에 냉각 수단을 설치하거나, 혹은 베이스 요크에 가열 수단과 냉각 수단을 함께 설치하는 구성을 채용할 수 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시하는 본 발명의 자계 발생 장치는 도 8에 도시하는 2계통의 온도 제어계(13, 14)에 의해, 상하의 영구 자석(5, 5)의 각각의 목표 온도를 32℃로 설정하였기 때문에, 상하 자석의 온도차를 0.1℃의 범위로 유지하는 것이 가능하고, 소비 전력은 600W였다.

이에 대하여, 도 10에 나타내는 베이스 요크의 외측에 시트 히터를 배치하는 종래의 구성으로 이루어지는 자계 발생 장치의 경우, 1계통의 온도 제어계에 의한 제어이기 때문에 상하 자석의 온도차는 2∼3℃이며, 소비 전력은 1200W였다.

즉, 본 발명의 구성은 온도 제어를 높은 정밀도로 할 수 있을 뿐만 아니라, 소비 전력의 대폭적인 삭감이 가능하였다.

또한, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 본 발명의 자계 발생 장치에 있어서, 자극편에도 도 3의 구성에 상당하는 온도 제어용 수단을 배치하고, 4계통의 온도 제어계에 의해, 영구 자석(5, 5)의 각각의 목표 온도를 32℃로 설정하였기 때문에, 경사 자계 코일의 발열 등에 의한 외부로부터의 온도 변화에 대하여도 상하 자석의 온도차를 0.1℃의 범위로 유지할 수 있다는 것을 확인하였다.

본 발명에 의한 MRI용 자계 발생 장치는 온도 제어용 수단을 자로 형성 부재인 베이스 요크 등에 매설 내장한 구성을 특징으로 하며, 온도 센서의 온도 검지에 대응하여 온도 조절기에 의해 온도 제어용 수단이 가열·냉각을 실행할 때, 베이스 요크 등의 근방에 배치된 영구 자석이 효율적으로 가열·냉각되어 제어 신호에 대한 추종성이 좋다.

또, 베이스 요크 등의 내부에 매설된 온도 제어용 수단, 예컨대 가열 히터의 경우, 가열 히터로부터 발생되는 열이 베이스 요크 등을 전도하여 직접 영구 자석에 이르기 때문에 열이 외부로 방산하여 손실이 발생하는 일이 없고, 매우 효율적으로 온도 제어를 할 수 있다.

또한, 온도 센서를 영구 자석에 복수 배치함으로써 부분적인 온도 제어가 가능하게 된다. 또, 복수의 영구 자석을 각각 독립적으로 복수의 제어계로써, 온도 제어용 수단을 제어하여 온도 제어함으로써 자계 균일도의 대칭성을 확실하게 실현할 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

1. 자계 발생원인 영구 자석과 자로 형성 부재에 의해 자기 회로를 형성하고, 촬상 공간에 자계를 발생하는 MRI용 자계 발생 장치에 있어서,

   상기 영구 자석과 자로 형성 부재의 적어도 한쪽에 온도 제어용 수단이 내장된 것을 특징으로 하는 MRI용 자계 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석과 자로 형성 부재의 적어도 한쪽에 온도 센서를 배치하고, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 대응하여 상기 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기를 구비하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석 및/또는 자로 형성 부재의 온도에 대응하여 온도 제어용 수단의 작동을 정지시키는 수단을 구비하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 자로 형성 부재는, 촬상 공간을 갖는 공극을 형성하여 대향 배치함과 동시에 각각의 공극 대향면측에 영구 자석을 배치하는 한쌍의 베이스 요크와, 상기 베이스 요크를 접속 지지하는 지지 요크로 구성되며;

   상기 영구 자석과 베이스 요크의 적어도 한쪽에 온도 제어용 수단을 내장하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 영구 자석과 베이스 요크의 적어도 한쪽에 온도 센서를 배치하고, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 대응하여 상기 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기를 구비하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 자로 형성 부재는, 촬상 공간을 갖는 공극을 형성하여 대향 배치함과 동시에 각각의 공극 대향면측에 영구 자석을 배치하는 한쌍의 베이스 요크, 상기 베이스 요크를 접속 지지하는 지지 요크 및 상기 영구 자석의 공극 대향면측에 배치하는 한쌍의 자극편으로 구성되며;

   상기 영구 자석, 베이스 요크 및 자극편의 적어도 하나에 온도 제어용 수단을 내장하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 영구 자석, 베이스 요크 및 자극편의 적어도 하나에 온도 센서를 배치하고, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 대응하여 상기 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기를 구비하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
8. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 영구 자석에 배치된 온도 센서는 그 검출된 온도에 대응하여 베이스 요크에 내장된 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
9. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 영구 자석에 배치된 온도 센서는 그 검출된 온도에 대응하여 영구 자석에 내장된 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 영구 자석 또는 자극편에 배치된 온도 센서는 그 검출된 온도에 대응하여 자극편에 내장된 온도 제어용 수단의 온도를 제어하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
11. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 한쌍의 영구 자석의 각각의 온도를 독립적으로 제어하는 적어도 2개의 제어 계통을 구비하는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어용 수단은 가열 수단인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 가열 수단은 막대형 발열체인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 막대형 발열체에 빠짐 방지 수단을 설치한 것인 MRI용 자계 발생 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어용 수단은 냉각 수단인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어용 수단은 가열 수단과 냉각 수단으로 이루어지는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 온도 제어용 수단은 히트 파이프인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
18. 제5항 또는 제7항에 있어서, 적어도 베이스 요크의 주위를 단열재로 덮는 것인 MRI용 자계 발생 장치.