WO2014203827A1

WO2014203827A1 - Ｍｒｉシステム

Info

Publication number: WO2014203827A1
Application number: PCT/JP2014/065763
Authority: WO
Inventors: 常広武田
Original assignee: 株式会社新領域技術研究所
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-12-24
Also published as: JP2015023882A

Abstract

　ＭＲＩ装置１０は、液体ヘリウムを収容するデュワ１２と、デュワ１２内に設置した超電導マグネットと、デュワ１２を取り囲むように配置された熱シールド１６とを有する。コールドチャンバ４０は、高温のヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する冷凍機第１ステージ４２と、極低温のヘリウムガスから液体ヘリウムを生成する冷凍機第２ステージ４４を含む。熱交換器２２付きトランスファーチューブ９０が液体ヘリウムおよびヘリウムガスの輸送を行う。冷凍機第１ステージ４２で得られた冷却ヘリウムガスを、トランスファーチューブ９０内を通って、熱交換器２２に供給して熱シールドを冷却する冷却ヘリウムガス輸送管と、熱交換器２２において熱シールドにより昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する高温ヘリウムガス輸送管を有する。

Description

ＭＲＩシステム

　本発明は、ＭＲＩ装置と冷凍機を含む、ＭＲＩシステムに関する。

　従来、生体の断層画像を得る装置として、核磁気共鳴を利用したＭＲＩ装置が広く利用されている。

　このＭＲＩ装置には超電導マグネットが利用され、そのために液体ヘリウムが用いられる。ＭＲＩシステムにおいて、液体ヘリウムの循環使用を可能とすることが重要である。ところで、現在市販されているＭＲＩ装置はほとんど全て冷凍機を直接搭載してヘリウムの蒸発を抑えている。すなわち、ＭＲＩ装置は振動ノイズに対して比較的許容度が高く、冷凍機をＭＲＩ装置に直接搭載する方式は熱効率に優れているので、市販のＭＲＩ装置はほとんど全て直接搭載型となっている。

　しかし、直接搭載型のＭＲＩ装置には以下のような問題がある。
（１）ＭＲＩ装置は振動ノイズに対して比較的許容度が高いといっても一定の限度があり、現状の冷凍機の振動によって画質の低下が避けられない状態である
（２）センサの近くに置いた冷凍機モータのスパークによるノイズの影響がある
（３）ＭＲＩ装置による強い磁場による冷凍機モータの劣化が早く生じる
（４）保守の時、冷凍機を引き抜く前に超電導状態を破壊して減磁し、冷凍機を取り換えた後に超電導状態に再び戻して昇磁する必要があり、長時間の作業が必要となり、多量のヘリウムを消費している
（５）冷凍機の保守点検の際、冷凍機を装置から外す必要があり、冷凍機を取り外す際に空気を吸い込んで冷却性能が劣化してクエンチの原因となったり、あるいは冷凍機を損傷するおそれがある
（６）冷凍機がＭＲＩ装置の上部に搭載されているため、天井が比較的高い部屋にしか設置できない制約がある
（７）冷凍機の音響ノイズによる、ＭＲＩ装置において診断を受ける患者への悪影響がある
　等である。

　本発明者は、すでに下記特許文献に開示されるような、ヘリウムガスの循環使用を可能にするシステムを提案し、脳磁計（ＭＥＧ）や超電導物性試験装置につけて実用化している。

米国特許第６４８８７５３号公報特開２０００－１０４９００号公報特開２０００－１９３３６４号公報特開２００７－３２１８７５号公報

　上記特許文献に示されるように、液体ヘリウム容器（デュワ）と冷凍機を別置きにし、液体ヘリウム、ヘリウムガスを適切なトランスファーチューブにより輸送することで、ヘリウムを循環利用して、ヘリウムの消費量を抑えつつ、市販冷凍機直接搭載型ＭＲＩの直面する諸問題を解決して好適なシステムとしたいという要求がある。

　本発明に係るＭＲＩ装置は、液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された第１熱シールドとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＭＲＩ装置と、比較的高温のヘリウムガスを冷凍機第１ステージで冷却するとともに冷凍機第２ステージにより冷却した凝縮器で凝縮することにより液体ヘリウムを生成するコールドチャンバと、前記ＭＲＩ装置と、前記コールドチャンバを接続するトランスファーチューブと、前記第１熱シールドを冷却する熱交換器と、を含むＭＲＩシステムであって、前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後のヘリウムガスを回収し、前記トランスファーチューブ内を通って、前記凝縮器に戻す第１ヘリウムガス輸送管と、前記凝縮器で得られた前記液体ヘリウムを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、前記冷凍機第１ステージで得られたヘリウムガスを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記熱交換器に供給する第２ヘリウムガス輸送管と、前記熱交換器において前記第１熱シールドにより昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する第３ヘリウムガス輸送管と、を有する。

　また、本発明の１つの実施形態では、前記デュワ内部の熱交換器で昇温したヘリウムガスを前記トランスファーチューブ内に配置した輸送管を介し、前記冷凍機第１ステージに供給し、前記熱交換器からの昇温したヘリウムガスを前記冷凍機第１ステージにより冷却し、得られた低温ヘリウムガスを熱交換器に供給し、ヘリウムガスの対流によるヒートパイプで冷却を行う。

　また、本発明に係るＭＲＩ装置は、液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された第１熱シールドとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＭＲＩ装置と、比較的高温のヘリウムガスを冷凍機第１ステージで冷却するとともに冷凍機第２ステージにより冷却した凝縮器で凝縮することにより液体ヘリウムを生成するコールドチャンバと、前記ＭＲＩ装置と、前記コールドチャンバを接続するトランスファーチューブと、を含むＭＲＩシステムであって、前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後のヘリウムガスを回収し、前記トランスファーチューブ内を通って、前記凝縮器に戻す第１ヘリウムガス輸送管と、前記凝縮器で得られた前記液体ヘリウムを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、前記冷凍機第１ステージで得られたヘリウムガスを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記熱交換器に供給する第２ヘリウムガス輸送管と、前記熱交換器において前記熱シールドにより昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する第３ヘリウムガス輸送管と、前記トランスファーチューブ内において前記液体ヘリウム輸送管と、前記第１および第２ヘリウム輸送管を覆って配置され、前記冷凍機第１ステージにおいて得られるヘリウムガスと同等の温度に冷却される第２熱シールドと、を含み、前記第１熱シールドと前記第２熱シールドを直接接続することで、前記第１熱シールドを冷却する。

　また、他の実施形態では、前記熱交換器に循環する冷媒として、ヘリウムに代えてネオンを用い、前記第２ヘリウム輸送管に代えて、前記冷凍機第１ステージで得られた液体ネオンを前記熱交換器に輸送する液体ネオン輸送管を用い、前記第３ヘリウムガス輸送管に代えて、前記熱交換器において蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送するネオンガス輸送管を用い、前記冷凍機第１ステージでネオンガスを液化して得られた液体ネオンを前記熱交換器に供給し、前記熱交換器において液体ネオンを蒸発しその蒸発熱で熱交換器を冷却し、蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送する。

　本発明の他の実施形態では、前記第２ヘリウムガス輸送管および前記熱交換器を省略して、前記第１熱シールドおよび前記第２熱シールドの直接結合によって前記第１熱シールドを冷却する。

　本発明の他の実施形態では、前記ＭＲＩ装置と前記コールドチャンバは、互いに別個であってそれぞれ異なる部屋に設置され、前記トランスファーチューブは、互いに異なる部屋に設置された前記ＭＲＩ装置と前記コールドチャンバとの間を接続する。

　本発明の他の実施形態では、前記トランスファーチューブは前記ＭＲＩ側部分と前記コールドチャンバ側部分に分離されており、前記ＭＲＩ側部分と前記コールドチャンバ側部分は、振動吸収部材（高真空ＴＴ振動減衰器）を介し接続される。

　本発明によれば、ＭＲＩシステムにおいて、冷凍機をＭＲＩ装置に直接搭載することなく、冷凍機を直接搭載した場合と同様な効果的な冷却が行える。それに加え、冷凍機の振動によるＭＲＩ装置への悪影響を抑制することが可能となり、画質の向上が達成でき、冷凍機の保守点検作業の容易化、並びにＭＲＩシステムの設置スペースに対するフレキシビリティが著しく向上する。また、ＭＲＩシステムを医療機器としてより患者に優しいものにできる。

ＭＲＩシステムの概略構成例を示す図である。ＭＲＩシステムの他の概略構成例を示す図である。ＭＲＩ装置にヘリウムを供給するための構成を示す図である。ＭＲＩシステムの配置を示す図である。コールドチャンバの構成を示すシステム構成図である。高真空ＴＴ振動減衰器の構成例を示す図である。高真空ＴＴ振動減衰器の他の構成例を示す図である。磁気流体シールドの構成例を示す図である。ＭＲＩシステムの全体構成を示す図である。ＭＲＩ装置にヘリウムを供給するための構成の他の例を示す図である。ネオンガスを利用する構成例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

「システム構成」
　図１は、実施形態に係るＭＲＩシステムの概略構成を示す図である。

　ＭＲＩ装置１０は、ドーナツ状であってその内部に液体ヘリウムを貯留するデュワ１２を有する。このデュワ１２内には、図示を省略した超電導マグネットが配置される。この例において、超電導マグネットは、円筒形の超電導コイルからなり、ドーナツ状のデュワ１２の内側空間に所定の磁場を生起する。

　超電導マグネットによって生起される磁場が形成されるデュワ１２の内側空間には、検査対象となる生体（例えば人体）が位置される。ＭＲＩ装置１０では、通常内側空間は水平方向に位置し、人体などを載せたテーブルが内側空間内を移動可能になっている。

　デュワ１２の外部には、デュワ１２を取り囲むようにして熱シールド１６が配置され、デュワ１２と内側空間との間、熱シールド１６とデュワ１２の間、およびＭＲＩ装置の外壁１７との間には真空層が形成されている。すなわち、真空断熱すると共に、熱シールド１６を低温に維持することで、デュワ１２の対流および輻射熱による温度上昇を抑制している。熱シールド１６は、熱交換器２２に接続されており、これによって低温に維持される。

　このＭＲＩ装置１０とは別体として、ＭＲＩ装置１０とは別室に、つまり壁１１２を間に挟んでコールドチャンバ（ＣＣ）４０が設けられており、このコールドチャンバ４０は、冷凍機第１ステージ４２、冷凍機第２ステージ４４、凝縮器４６を有する。さらに、ガスコントロール部が設けられ、ここに循環ポンプ５２が配置されている。デュワ１２とコールドチャンバ４０は、熱交換器２２、接合部３８及び高真空ＴＴ振動減衰器６０を備えるトランスファーチューブ９０で接続される。

　ＭＲＩ装置１０のデュワ１２内の液体ヘリウムの液面近くには、蒸発直後の４Ｋ程度の低温ヘリウムガス（４ＫＧ）を採取する細管が配置され、ここで得られた低温ヘリウムガス（４ＫＧ）がトランスファーチューブ９０を介してコールドチャンバ４０の凝縮器４６に供給される。そして、凝縮器４６において作られた４Ｋ程度の液体ヘリウム（４ＫＬ）がトランスファーチューブ９０を介してデュワ１２に返送される。これによって、デュワ１２内の液体ヘリウム（４ＫＬ）が維持される。

　デュワ１２の周囲に配置される熱シールド１６は、熱伝導率の高い金属などの部材からなっており、高効率の熱交換器２２に接続されている。トランスファーチューブ９０に設けられる熱交換器２２には、冷凍機第１ステージ４２において得られる４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガス（４０ＫＧ）が供給される。従って、デュワ１２の周囲は真空断熱されると共に、４０ＫＧ程度の熱シールド１６に対向することになり、デュワ１２の対流および輻射による吸熱が抑制されている。

　この熱交換器２２から排出される、５０Ｋ程度に温度上昇したヘリウムガス（５０ＫＧ）は、さらに循環系路において３００Ｋ程度まで温度上昇して循環ポンプ５２を介して冷凍機第１ステージ４２に送られる。そして、冷凍機第１ステージ４２において３００Ｋ程度から４０Ｋ程度に冷却され、冷却ヘリウムガス（４０ＫＧ）として、トランスファーチューブ９０を通って熱交換器２２に返送される。

　なお、これらの循環系統とは別にヘリウムガスボンベを設け、ヘリウムガスボンベからヘリウムガスをバルブを介して冷凍機第１ステージ４２、冷凍機第２ステージ４４で冷却され凝縮器４６に供給する構成としてもよい。系内のヘリウムが減少したときには、ヘリウムガスボンベからヘリウムガスを供給することで補充ができる。なお、凝縮器４６では、液化する過程で内部の圧力が低下するため、ヒータ等により圧力を適切に維持することが好適である。さらに、循環ポンプ５２へのヘリウムガスの吸引経路にはバッファを設けて流量を調整してもよい。

　本実施形態において、熱交換器２２へ供給する４０Ｋ程度のヘリウムガス（４０ＫＧ）の循環のため、循環ポンプ５２を用いた。低温で動作する循環ポンプを入手することは困難なため、熱交換器で暖められて５０Ｋ程度になったヘリウムガスを一度室温の３００Ｋガスにしてからポンプ循環している。このため、コールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージ４２は３００Ｋガスを４０Ｋガスにするために多くの冷却能力を消費する。

　そこで、本実施形態では、図２に示すように熱交換器２２で温められて５０Ｋ程度になったヘリウムガスを真空断熱２重管で回収して接合部３８に導き、さらにトランスファーチューブ９０の中を通してコールドチャンバ４０まで導いて、温度を上げることなく冷凍機第１ステージ４２に供給して冷却し、４０Ｋのガスにして、熱交換器２２に供給する。このようにして、より効果的に熱交換器２２を冷却可能となる。この場合、コールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージ４２には、４０Ｋガスを冷却するための熱交換器が設けられる。そして、冷凍機第１ステージ４２の熱交換器は、熱交換器２２からの５０Ｋ程度のヘリウムが上部から供給され、熱交換により冷却されて比重が重くなり下部に流れて、４０Ｋ程度のヘリウムガスとして熱交換器の底から排出する。これによって、冷凍機第１ステージ４２は、熱交換器２２からの５０Ｋ程度のヘリウムガスを冷却して熱交換器２２に供給するというヘリウムガスの対流を効果的に行うヒートパイプを構成し、これによって効果的な熱交換が達成される。

　本システムでは、ヘリウムを循環利用するため、液体ヘリウムの補充を不要とすることができる。すなわち、冷凍機の定期保守の際に損失するヘリウムの補充だけで十分であり、液体ヘリウムの補充は、ヘリウムガスボンベから供給されるヘリウムガスの液化によって行うことができる。

　図３には、他の実施形態であって、トランスファーチューブ９０内の熱シールドをＭＲＩ装置１０内の熱シールド１６に直接接続して熱シールド１６の冷却能力を向上させた例を示す。すなわち、接合部３８とＭＲＩ装置１０のヘリウムのやり取りを行う部分の構成が示されている。このように、接合部３８には、トランスファーチューブ９０が接続されるとともに、ＭＲＩ装置１０のケーシングに接続される外管３０が設けられている。なお、接合部３８内、外管３０内、ＭＲＩ装置１０のケーシング内側空間は真空に維持される。外管内には、Ｃｕなどで形成されるパイプ状の熱シールド３２が配置され、これが熱シールド１６まで伸びている。熱シールド３２（例えば、Ｃｕ）は、接合部３８内を介し、トランスファーチューブ９０内の熱シールドに接続されて、最終的にはコールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージに接続されている。

　熱シールド１６の熱シールド３２との接続部分には熱交換器２２が配置されている。この熱交換器２２は、４０Ｋ程度のヘリウムガスが底部に供給され、頂部から５０Ｋ程度のヘリウムガスが排出される。これらのヘリウムガスの輸送管は、熱シールド３２内に配置されたステンレスなどの金属パイプ３４の内部に収容されている。

　金属パイプ３４は液体ヘリウムを収容するデュワ１２まで伸びており、その内部には４Ｋ程度の液体ヘリウムおよび４Ｋ程度のヘリウムガスの輸送管が配置されている。金属パイプ３４内部も真空に維持されている。

　また、ＭＲＩ装置１０のケーシングと熱シールド１６の間および熱シールド１６とデュワ１２の外壁の間には、熱シールド３２を取り囲むようにしてベローズ３６が配置されており、外管３０、熱シールド３２と、その内部のヘリウムの輸送管を取り外した際に、ＭＲＩ装置の内部を真空に維持できるようになっている。

　外管３０とＭＲＩ装置１０のケーシング、熱シールド１６と熱シールド３２、金属パイプ３４とデュワ１２とはボルト締めなどの適宜手段で着脱可能にインジウムシールなどを介し固定されている。

　他の実施形態としては、熱シールドの冷却が十分に行われている場合には、冷凍機第１ステージを用いたヒートパイプによる冷却系を省略することもできる。この例を図１０に示す。このようにすれば、シールドの冷却性能は劣化することは避けられないが、ヒートパイプ系が省略されるために、コールドチャンバの熱交換器、トランスファーチューブの２つのガス輸送管および第１熱シールドの熱交換器が不必要になり、装置が簡略化される。

　ここで、ヘリウムガスは、窒素ガス、ネオンガス等とほぼ同等の比較的大きな熱容量を持っているが、蒸発熱は窒素ガス、ネオンガス等と比べて極めて小さい。また、低温ガスと金属等の熱交換は金属同士の伝導伝熱と比べて、効率が悪い。従って、ヘリウムガスを用いてＭＲＩ装置内の熱交換器２２でＭＲＩを熱シールドするためには大量のヘリウムガスを循環させなければならない。

　上述した、ヘリウムガスの冷却による比重の増加、熱交換器２２内における加熱による比重の減少による自然対流による冷却では、流量がそれほど大きくならない。このため、ＭＲＩ装置１０における熱交換器２２を十分に冷却することは比較的難しい。特に、必要とされる大量のヘリウムガスを低温で循環させるためには、低温で動作し新たな熱を発生しない循環ポンプが必要になるが、現在の技術では困難である。他方、必要なガスを循環するために、上述のようなシステムを組むと、１度室温に昇温してから、再度必要な温度まで冷却するために、大きな冷凍能力が必要となる。

　そこで、熱交換器２２の冷却をヘリウムガスで行わず、ネオン（Ｎｅ）ガスで行うことが好適になる。ネオンガスは窒素ガスに比べて液化温度が低いため、ＭＲＩの熱シールド１６を低温にできるため、熱シールド１６の冷却により効果的である。また、液化温度がヘリウムに比べ高いため、液体にするためにヘリウム程冷却する必要はない。とりわけ、ヘリウムに比べて約２０倍の蒸発熱を効果的な冷却に利用可能である。

　ここで、ネオンガスは大気圧において約２７Ｋで液化するが、蒸気圧が上昇すると液化温度が上昇し、液化温度が上昇すると、現在のＧＭ冷凍機では液化能力が増大するという特性がある。そこで、ネオンを６気圧程度の蒸気圧で、約３４Ｋ程度で液化してＭＲＩ装置１０内の熱交換器２２に貯留し、熱交換器２２内で蒸発させることで、オープンループ型ヒートパイプを構成して、効率的に熱交換器２２を冷却することができる。

　図１１に、液体ヘリウム、液体ネオンの循環系について、模式的に示してある。このように、冷凍機第２ステージ４４により冷却される凝縮器４６からデュワ１２へ４Ｋ程度の液体ヘリウムを供給し、デュワ１２内で得られた４Ｋ程度のヘリウムガスを凝縮器に循環することについては、上述した通りである。一方、デュワ１２を、取り囲むように配置されている熱シールド１６を冷却する熱交換器２２には、冷凍機第１ステージ４２において、３４Ｋ程度に冷却液化された液体ネオンが供給される。また、熱交換器２２内で蒸発した３４Ｋ程度のネオンガスが冷凍機第１ステージ４２に循環される。なお、この循環系には、ネオンボンベ９２からの高圧のネオンガスを供給できるようになっており、これによって熱交換器２２内を含めたネオンガスの圧力を６気圧程度に維持している。

　ここで、一実施形態としてはオープンループ型ヒートパイプを示したが、太い管で冷凍機第１ステージ４２の冷却部と熱交換器２２を結合した通常のヒートパイプでも実施可能である。また、液化圧および温度も状況に応じて必要な変更を加えることも可能である。

　本実施形態では、１台のＧＭ冷凍機を使用したが、ＭＲＩ装置１０の熱シールドの負荷が大きいときには２台以上の冷凍機を用いてもかまわない。その場合、蒸発熱の大きなネオンを液化するために、追加した冷凍機第１ステージを使うことも好適である。

　また、液体ネオンの冷凍機第１ステージ４２から熱交換器２２への輸送管、熱交換器２２から冷凍機第１ステージ４２への輸送管は、ヘリウムガスの輸送管と同様にして、トランスファーチューブ９０内に収容される。

「システムの配置」
　次に、ＭＲＩシステムの設置位置について、図４に基づいて説明する。ＭＲＩシステムは、基本的に病院などの建屋の検査室に配置される。現在、ほとんどのＭＲＩ装置は、冷凍機がＭＲＩのデュワに直接一体として備えられている。これに対し、本実施形態においては、既述したように、ＭＲＩ装置１０と冷凍機を有するコールドチャンバ（ＣＣ）４０とを別の部屋に設置する。建屋１００は、床１１０、壁１１２、天井１１４を有し、１つの階の空間が複数の部屋に区分されている。そして、１つの部屋である検査室１２０の床１１０上にＭＲＩ装置１０が設置される。一方、コールドチャンバ４０は、検査室１２０に隣接する配電室１２２に設置される。配電室１２２は各種機器への配電制御をする配電盤１３０が設けられている。

　コールドチャンバ４０とＭＲＩ装置１０との間は、壁１１２を貫通するトランスファーチューブ９０で接続され、壁に固定されている。このトランスファーチューブ９０内には、液体ヘリウム（４ＫＬ）や低温ヘリウムガス（４ＫＧ、４０ＫＧ）の輸送管が収容されている。４ＫＬ、４ＫＧの流路と４０ＫＧの流路を互いにＳＩ（スーパーインシュレータ）等で分離することで、４０ＫＧの輻射熱が４ＫＬ、４ＫＧの流路に流れ込んで効率が低下する事態を防ぎ、効率的な冷却が可能である。

　なお、図４において、破線で示したように、コールドチャンバ４０を天井を介した上の階の部屋に配置することも好適である。

「コールドチャンバ４０」
　コールドチャンバ４０について、図５に基づいて説明する。コールドチャンバ４０は、真空容器となっており、冷凍機第１ステージ４２と、冷凍機第２ステージ４４と、凝縮器４６を含む。冷凍機第１ステージ４２は、ポンプ５２で循環された３００Ｋ程度のヘリウムガスを４０Ｋ程度のヘリウムガス（４０ＫＧ）に冷却する。冷凍機第２ステージ４４は、４０Ｋ程度のヘリウムガス（４０ＫＧ）を４Ｋまで冷却する。凝縮器４６は、４Ｋのヘリウムガス（４ＫＧ）を４Ｋの液体ヘリウム（４ＫＬ）に液化する。上述したように、デュワ１２内の液体ヘリウム液面近傍の４Ｋ程度の低温ヘリウムガス（４ＫＧ）は、トランスファーチューブ９０を通って直接凝縮器４６に供給され、ここで液化される。

「トランスファーチューブ９０」
　トランスファーチューブ９０は、一番内側に液体ヘリウム（４ＫＬ）の輸送管、次に４Ｋ程度の低温ヘリウムガス（４ＫＧ）の輸送管、その次に４０Ｋの冷却ガス（４０ＫＧ）の輸送管を配置する多重管構造とすることが好ましいが、これに限定されない。最外管の内側は真空として、熱シールド管を配置し、その内側に各種輸送管を配置する。トランスファーチューブ９０は、ＭＲＩ装置１０の外壁にフランジ等を介して固定されるとともに、トランスファーチューブ９０に設けられた熱交換器２２は、デュワ１２を覆う熱シールド１６にフランジ等を介して固定される。トランスファーチューブ９０には、流路方向を変更する接合部３８に加え、振動伝達抑止用の高真空ＴＴ振動減衰器６０が設けられている。次に、高真空ＴＴ振動減衰器について説明する。

「高真空ＴＴ振動減衰器６０」
　図６には、振動伝達抑止用の高真空ＴＴ振動減衰器６０の構成を示してある。コールドチャンバ４０内の冷凍機は、ポンプを利用して断熱膨張を繰り返すなどの動作を行うため、ここに振動が発生することが避けられない。本実施形態では、コールドチャンバ４０をＭＲＩ装置１０とは、別置きとしており、冷凍機の振動がＭＲＩ装置１０に伝わりにくくしている。しかしながら、ＭＲＩ装置１０と、コールドチャンバ４０は、熱交換器２２を備えるトランスファーチューブ９０で接続されており、このトランスファーチューブ９０を介して冷凍機の振動がＭＲＩ装置１０に伝わり得る。この振動は、ＭＲＩ装置１０における分析、検出に悪影響を及ぼす。

　そこで、本実施形態では、トランスファーチューブ９０の途中に高真空ＴＴ振動減衰器６０を配置することで振動の伝達を抑止する。特に、トランスファーチューブ９０の外側管は両端がコールドチャンバ４０およびＭＲＩ装置１０に密着して固定されており、ここを伝わる振動を防止することが重要である。

　熱シールド管６２内には、複数のヘリウム輸送管が配置される。そして、熱シールド管６２を取り囲んで、外側パイプ６４を配置し、この外側パイプ６４の内部は真空に維持される。ここで、図における右側の外側パイプ６４ａ、左側の外側パイプ６４ｂは、それぞれ高真空ＴＴ振動減衰器６０に接続されて終端している。

　高真空ＴＴ振動減衰器６０は、内管６６と外管６８が入れ子構造で接続される構造を有している。すなわち、外側パイプ６４ａの端部は、内管６６に例えば溶接で固定されており、外側パイプ６４ｂの端部は、外管６８に例えば溶接で固定されており、内管６６が外管６８の内側に同心状に配置されている。

　また、この例では、内管６６の２箇所には、円環状の凹み７０が設けられ、ここにＯリング７２が挿入されている。従って、内管６６の外周面と、外管６８の内周面の隙間はＯリングにより２段階でシールされており、これによって外側パイプ６４内の真空状態が維持される。

　また、内管６６の右側端と、外管６８の右側端には、外側に伸びるフランジ７４，７６が形成されており、フランジ７４の左側面と、フランジ７６の右側面が対向配置されている。そして、この例では、両フランジ７４，７６の間には、衝撃吸収材７８が配置されている。衝撃吸収材７８は、振動を吸収するものであり、例えばシリコーンを主原料とした柔らかなゲル状の素材、αＧＥＬ（商品名）などを含んで構成されることが好適である。この衝撃吸収材７８を配置することで、振動の伝達を抑制するとともに、気密性も上昇する。

　なお、両フランジ７４，７６をそれぞれ別々にフレームなどに固定してもよい。このような構成によって衝撃吸収材７８を除けば、接触が減少するため、振動伝達性はさらに低くなる。

　衝撃吸収材７８は、リング状に設けることが好適であるが、気密性を向上させるためには、リング状の衝撃吸収材７８を同心円状に複数個設けるとよい。

　このように、本実施形態では、内管６６と、外管６８を入れ子構造とし内管６６の外周面と外管６８の内周面をＯリング７２で接続する構造とした。なお、内管６６の外周面と外管６８の内周面の間には間隙があり、Ｏリング７２の外周面が外管６８の内周面に接触することで、内管６６が外管６８を支持している。また、フランジ７４，７６の接続部にも衝撃吸収材７８を配置している。従って、外側パイプ６４ａ，６４ｂ（内管６６、外管６８）は、Ｏリング７２、衝撃吸収材７８を介し接続されることになり、一方に接続される冷凍機の振動が、他方に接続されるＭＲＩ装置１０に伝達されるのを効果的に防止することができる。

　図７には、Ｏリング７２に代えて、磁性流体シール８０を用いた例を示してある。この例では、円環状に磁性流体を配置することで、内管６６の外周面と外管６８の内周面の間の間隙をシールしている。磁性流体シール８０は、図８に示すように、適当数の軸方向に配置した磁石８２とその両側に接続される円環状の磁性体片８４ａ，８４ｂを有し、磁性体片８４ａ，８４ｂの先端に磁性流体８６を保持するものである。このような磁性流体シール８０によっても内管６６と外管６８の間をシールすることができる。なお、円環状の磁石を用いてもよい。

「実施形態の効果」
　本実施形態によれば、ヘリウムを循環利用するとともに、ＭＲＩ装置１０とコールドチャンバ４０を分離して別室に設置し、両者間を熱交換器２２付きトランスファーチューブ９０で接続している。従って、本実施形態では、従来のようにＭＲＩ装置１０に冷凍機を直接搭載する構造とする必要がなく、以下のような効果が得られる。
（１）冷凍機の振動がＭＲＩ装置１０に伝わりにくくなり、ＭＲＩ装置１０における振動が少なくなり画質が向上する。特に、別室に設置することや高真空ＴＴ振動減衰器を搭載することで、振動の伝達が著しく減少できる。
（２）冷凍機モータのスパークによるノイズの影響が除去される。
（３）ＭＲＩ装置１０による強い磁場による冷凍機モータの劣化が防げる。
（４）冷凍機を引き抜く前に超電導状態を破壊して減磁し、冷凍機を取り換え後に再び超電導状態に戻して昇磁する必要がなくなる。そのため、消費ヘリウムの量も大幅に減少する。
（５）冷凍機の定期保守の際、冷凍機を装置から外す必要がなくなり、冷凍機を損傷することがなくなる。
（６）冷凍機の定期保守の際、冷凍機を取り外す際に空気を吸い込んで冷却性能劣化や閉塞することがなくなる。
（７）上記の結果、保守が容易になり短時間化される。
（８）冷凍機をＭＲＩ装置の上に置く必要がなくなり、天井の低い部屋にも設置が可能になる。
（９）冷凍機を引き抜くための上方スペースが不要となる。
（１０）コールドチャンバを階上に設置してより低い部屋にも設置可能となる。
（１１）音響ノイズが少なくなり、ＭＲＩ装置１０において診断を受ける患者への悪影響が減少する。

　１０　ＭＲＩ装置、１２　デュワ、１６　熱シールド、２２熱交換器、４０　コールドチャンバ、４２　冷凍機第１ステージ、４４　冷凍機第２ステージ、４６　凝縮器、５２　循環ポンプ、６０　高真空ＴＴ振動減衰器、６２　熱シールド管、６４ａ，６４ｂ（６４）　外側パイプ、６６　内管、６８　外管、７２　Ｏリング、７４，７６　フランジ、７８　衝撃吸収材、８０　磁性流体シール、８２　磁石、８４ａ，８４ｂ　磁性体片、８６　磁性流体、９０　トランスファーチューブ、１００　建屋、１１０　床、１１２　壁、１１４　天井、１２０　検査室、１２２　配電室、１３０　配電盤。

Claims

　液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された第１熱シールドとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＭＲＩ装置と、
　比較的高温のヘリウムガスを冷凍機第１ステージで冷却するとともに冷凍機第２ステージにより冷却した凝縮器で凝縮することにより液体ヘリウムを生成するコールドチャンバと、
　前記ＭＲＩ装置と、前記コールドチャンバを接続するトランスファーチューブと、
　前記第１熱シールドを冷却する熱交換器と、
　を含むＭＲＩシステムであって、
　前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後のヘリウムガスを回収し、前記トランスファーチューブ内を通って、前記凝縮器に戻す第１ヘリウムガス輸送管と、
　前記凝縮器で得られた前記液体ヘリウムを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、
　前記冷凍機第１ステージで得られたヘリウムガスを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記熱交換器に供給する第２ヘリウムガス輸送管と、
　前記熱交換器において前記第１熱シールドにより昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する第３ヘリウムガス輸送管と、
　を有する、ＭＲＩシステム。
　請求項１に記載のＭＲＩシステムにおいて、
　前記デュワ内部の熱交換器で昇温したヘリウムガスを前記トランスファーチューブ内に配置した輸送管を介し、前記冷凍機第１ステージに供給し、前記熱交換器からの昇温したヘリウムガスを前記冷凍機第１ステージにより冷却し、得られた低温ヘリウムガスを前記熱交換器に供給し、ヘリウムガスの対流によるヒートパイプで冷却を行う、ＭＲＩシステム。
　液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された第１熱シールドとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＭＲＩ装置と、
　比較的高温のヘリウムガスを冷凍機第１ステージで冷却するとともに冷凍機第２ステージにより冷却した凝縮器で凝縮することにより液体ヘリウムを生成するコールドチャンバと、
　前記ＭＲＩ装置と、前記コールドチャンバを接続するトランスファーチューブと、
　を含むＭＲＩシステムであって、
　前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後のヘリウムガスを回収し、前記トランスファーチューブ内を通って、前記凝縮器に戻す第１ヘリウムガス輸送管と、
　前記凝縮器で得られた前記液体ヘリウムを、前記トランスファーチューブ内を通って、前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、
　前記冷凍機第１ステージで得られたヘリウムガスを、前記トランスファーチューブ内を通って、熱交換器に供給する第２ヘリウムガス輸送管と、
　前記熱交換器において前記熱シールドにより昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する第３ヘリウムガス輸送管と、
　前記トランスファーチューブ内において前記液体ヘリウム輸送管と、前記第１および第２ヘリウム輸送管を覆って配置され、前記冷凍機第１ステージにおいて得られるヘリウムガスと同等の温度に冷却される第２熱シールドと、
　を含み、
　前記第１熱シールドと前記第２熱シールドを直接接続することで、前記第１熱シールドを冷却する、ＭＲＩシステム。
　請求項２または３に記載のＭＲＩシステムにおいて、
　前記熱交換器に循環する冷媒として、ヘリウムに代えてネオンを用い、
　前記第２ヘリウム輸送管に代えて、前記冷凍機第１ステージで得られた液体ネオンを前記熱交換器に輸送する液体ネオン輸送管を用い、
　前記第３ヘリウムガス輸送管に代えて、前記熱交換器において蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送するネオンガス輸送管を用い、
　前記冷凍機第１ステージでネオンガスを液化して得られた液体ネオンを前記熱交換器に供給し、前記熱交換器において液体ネオンを蒸発しその蒸発熱で熱交換器を冷却し、蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送する、ＭＲＩシステム。
　請求項３に記載のＭＲＩシステムにおいて、
　前記第２ヘリウムガス輸送管および前記熱交換器を省略して、前記第１熱シールドおよび前記第２熱シールドの直接結合によって前記第１熱シールドを冷却する、ＭＲＩシステム。
　請求項１～５のいずれかに記載のＭＲＩシステムにおいて、
　前記ＭＲＩ装置と前記コールドチャンバは、互いに別個であってそれぞれ異なる部屋に設置され、
　前記トランスファーチューブは、互いに異なる部屋に設置された前記ＭＲＩ装置と前記コールドチャンバとの間を接続するＭＲＩシステム。
　請求項１～６のいずれか１つに記載のＭＲＩシステムにおいて、
　前記トランスファーチューブは前記ＭＲＩ側部分と前記コールドチャンバ側部分に分離されており、
　前記ＭＲＩ側部分と前記コールドチャンバ側部分は、振動吸収材を介し接続される、ＭＲＩシステム。