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発明の名称 MRI用超電導磁石
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−7111(P2007−7111A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−190873(P2005−190873)
出願日 平成17年6月30日(2005.6.30)
代理人 【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
発明者 根本 武夫 / 安藤 竜弥 / 渡邊 洋之
要約 課題

GM冷凍機は、磁性体が収納されたピストンが往復運動することによってMRIの検査空間の磁場を乱すため、これを防止する課題がある。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
超電導コイルと、この超電導コイルを冷却する液体ヘリウムの液溜槽と、この液溜槽を収納する熱シールドと、この熱シールドを収納する真空容器と、この真空容器から超電導コイルを支持固定する荷重支持体と、蒸発したヘリウムガスを凝縮する熱交換器を冷却する多段式冷凍機の第2寒冷部と、熱シールドを冷却する冷凍機の第1寒冷部を備えたMRI用超電導磁石において、
前記冷凍機の第1寒冷部から第2寒冷部の外周に磁気シールドを設けたことを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項2】
請求項1記載のMRI用超電導磁石において、
前記磁気シールドと前記液溜槽内の液体ヘリウムと熱的に接続するサーマルアンカを設けたことを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項3】
請求項1記載のMRI用超電導磁石において、
前記磁気シールドを異材継手を介して熱シールドに設置したことを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項4】
請求項1記載のMRI用超電導磁石において、
前記磁気シールドを熱シールドから超電導コイルの間に設置したことを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項5】
請求項1記載のMRI用超電導磁石において、
前記磁気シールドを前記冷凍機の第2寒冷部と熱的に接続したことを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項6】
請求項1記載のMRI用超電導磁石において、
前記冷凍機が前記超電導磁石の端部に設置され、前記磁気シールドを前記冷凍機の第1寒冷部と第2寒冷部と超電導コイルとの間に設置するとともに、前記磁気シールドが1枚若しくは複数の扇形板で形成されていることを特徴とするMRI用超電導磁石。
【請求項7】
請求項2記載のMRI用超電導磁石において、
磁気シールドを真空容器内に収納したことを特徴とするMRI用超電導磁石。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、MRI用超電導磁石に関するものである。
【背景技術】
【0002】
MRI用超電導磁石は、液体ヘリウムで超電導磁石を冷却している。この液体ヘリウムは、沸点が約4.2Kと低く、僅かな侵入熱量によっても蒸発する性質を持っている。この液体ヘリウムの蒸発量を小さくする一手段として、GM(ギホード・マクマホン)式冷凍機を使用して蒸発したガスを再凝縮して再び液として戻す技術が知られている。
【0003】
また、磁気シールドについては下記の特許文献1「超電導マグネット」にも記載されているように、超電導コイルで発生した電磁力によって磁性体を収納したディスプレーサに力が働くとディスプレーサを駆動するためのモータに大きな負荷が加わるため冷凍機が正常に動作しなくなる。このため、磁気シールドはこの超電導コイルの磁場を遮蔽することで、冷凍機運転が正常になることを目的として使われている。使用されている磁気シールドの材質は鉄である。
【0004】
仮に、この磁気シールドをMRI用超電導磁石に適用すると装置が大型化するばかりでなく、材質が鉄であることや高磁場では肉厚を厚くしなければならないことから重量が増えることが考えられる。
【0005】
【特許文献1】特開2004−135653号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
MRI用超電導磁石システムで重要なことは患者の状態を映し出す写真の鮮明度である。GM冷凍機を使用した場合の問題は、ディスプレーサ内の磁性体が冷凍機を運転すると動くため、その磁性体の動きと超電導コイルの磁界によって総合誘導作用が働き、鮮明な画像が得られないことにある。
【0007】
本発明の目的は、鮮明な画像で患者の健康状態を映し出すことが可能なMRI用超電導磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的は、超電導コイルと、この超電導コイルを冷却する液体ヘリウムの液溜槽と、この液溜槽を収納する熱シールドと、この熱シールドを収納する真空容器と、この真空容器から超電導コイルを支持固定する荷重支持体と、蒸発したヘリウムガスを凝縮する熱交換器を冷却する多段式冷凍機の第2寒冷部と、熱シールドを冷却する冷凍機の第1寒冷部を備えたMRI用超電導磁石において、前記冷凍機の第1寒冷部から第2寒冷部の外周に磁気シールドを設けたことにより達成される。
【0009】
また、上記目的は、前記磁気シールドと前記液溜槽内の液体ヘリウムと熱的に接続するサーマルアンカを設けたことにより達成される。
【0010】
また、上記目的は、前記磁気シールドを異材継手を介して熱シールドに設置したことにより達成される。
【0011】
また、上記目的は、前記磁気シールドを熱シールドから超電導コイルの間に設置したことにより達成される。
【0012】
また、上記目的は、前記磁気シールドを前記冷凍機の第2寒冷部と熱的に接続したことにより達成される。
【0013】
また、上記目的は、前記冷凍機が前記超電導磁石の端部に設置され、前記磁気シールドを前記冷凍機の第1寒冷部と第2寒冷部と超電導コイルとの間に設置するとともに、前記磁気シールドが1枚若しくは複数の扇形板で形成されていることにより達成される。
【0014】
また、上記目的は、磁気シールドを真空容器内に収納したにより達成される。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、鮮明な画像で患者の健康状態を映し出すことが可能なMRI用超電導磁石を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の一実施例を図に従って説明する。
【実施例1】
【0017】
図1は、本発明の一実施例を備えたMRI用超電導磁石の断面図である。
図1において、超電導コイル1は、水平に置かれた円筒形状の巻き枠2に巻き付けられている。また、その超電導コイル1を冷却するための液体ヘリウム3は、液溜槽4内に満たされている。超電導コイル1を形成している線は、液体ヘリウム温度で超伝導になっているニオブ・チタン等の超伝導体から成る。液溜槽4の外周には、熱シールド5が設置されている。熱シールド5の外側の表面に取り付けるスーパインシュレータ(図示せず)は、室温の真空容器6からの輻射熱を遮蔽するために取り付けられている。液体ヘリウム3は超電導コイル1を冷却するためのものであるが液溜槽4を支持する断熱荷重支持体11やその他の伝導熱及び周りからの輻射熱によって蒸発する。蒸発したガスを液化するため冷凍機7を取り付けている。冷凍機7の第1寒冷部8と第2寒冷部9に熱シールド5と熱交換器10が取り付けられている。この熱交換器10は、蒸発したヘリウムガスを再凝縮して再び液として戻す役目を持っている。熱交換器10の材質は銅及びアルミニウム等の高熱伝導体であり、熱交換器10は、伝熱面積を増やして液化量を増やす目的でフィン加工が施されている。
【0018】
冷凍機7は、冷凍機7を真空容器6に直接取り付けた場合、冷凍機運転時の冷凍機の振動が真空容器6から荷重支持体11を介して超電導コイル1に伝播して超電導コイル1を振動させてしまうことになり、その振動によって画像が鮮明に写らなくなる恐れがある。そこで、冷凍機7と真空容器6間にベローズ12を設けている。ベローズ12は、熱シールド5と液溜槽4の間に設置して冷凍機7の振動を抑制している。
【0019】
冷凍機7は、通常1年間使用した後メンテナンスが必要であり、メンテナンスされた冷凍機7をすばやく交換しなければならない。冷凍機7と真空容器6と熱シールド5とベローズ12と配管14と伝熱板15,16とベローズ12をそれぞれ気密に連結して、密封された液溜槽4が形成されている。この密封構造によって冷凍機7の着脱が容易になっている。冷凍機7の第1寒冷部8と伝熱板15とが接触して熱シールド5を冷却している。この接触は、冷凍機7の鉛直方向の押し付け力による。
【0020】
17は、磁気シールドである。この場合の磁気シールド材質は、純アルミニウムである。また、ステンレス鋼製の液溜槽4に磁気シールド17を取り付けるため、異材継手18を両者間に挟んで接合している。磁気シールドの下方端部には、液体ヘリウム3に浸されている高熱伝導のサーマルアンカ19を取り付け、磁気シールド17が液体ヘリウム温度に冷却されている。磁気シールドの磁気遮蔽効果は、電気伝導率に比例している。また、電気伝導度は、アルミニウムでは温度に逆比例している。このため、磁気遮蔽効果を上げるために磁気シールドを冷却することは有効な方法である。この他の超電導体の磁気シールドでも同じ効果が得られる。
【実施例2】
【0021】
図2は、本発明の第2の実施例を備えたMRI用超伝導磁石の断面図である。
図2において、磁気シールド17は、第2寒冷部9と熱的に接続されている。第2寒冷部9の下方に取り付けた熱交換器10の伝熱面積を増やすこと及び磁気シールド17を最も低い温度に下げることで磁気遮蔽効果を上げている。
【実施例3】
【0022】
図3は、本発明の第3の実施例を備えたMRI用超伝導磁石の断面図である。
図3において、冷凍機7を円筒形状の真空容器6の側面近傍に搭載した実施例である。水平円筒状の超電導コイル1が作る磁界は、通常中央部が高い。水平円筒状の超電導コイル1の両端が低磁界中にあるため同じ磁気シールド構造では磁気遮蔽効果は上がる。また磁気シールドは、板状の磁気シールドを積層する構造にできること及び磁気シールドの表面積も広くできるため、磁気遮蔽効果は増大する利点がある。20は連通孔であり、液体ヘリウム3の液面が一定になるようしたものである。
【0023】
図4は、超電導磁石を端面から見た断面図である。
図4において、磁気シールドが扇形をしており、超電導磁石のデッドスペースを有効に使っているため、超電導磁石の小型化にも有効である。20は連通孔であり、液体ヘリウム3の液面が一定になるようしたものである。
【0024】
本発明である磁気シールドを水平円筒型の超電導磁石を例として説明してきたが、円筒の軸を鉛直方向にして超電導磁石を2つ重ねた超電導磁石にも本磁気シールドは適用可能である。
【実施例4】
【0025】
図5は、本発明の第4の実施例を備えたMRI用超伝導磁石の断面図である。
図5において、第2寒冷部9近傍に設置する磁気シールド17が高純度のアルミニウムであれば、熱伝導率が高いため、磁気シールド近傍のヘリウムガスの温度を均一にしてしまう。このため、磁気シールド周りの温度が上昇するため、第2寒冷部9への侵入熱量が増大する。最悪の場合、熱交換器10の温度が上昇してしまい再液化は困難になる。そこで、磁気シールド17外周に真空容器22を設置することで、真空容器22周りの温度は均一化することがないので第2寒冷部9への侵入熱量を小さく抑えることができる。この断熱効果は、磁気シールド17と第2寒冷部9が接近しているときに発揮される。
【0026】
なお、21は、インジューム箔であり、熱交換器10と第2寒冷部9との間の接触熱コンダクタンスを増加するために使用され、冷却効率を上げる効果がある。
【0027】
本発明は以上のごとく、冷凍機を運転するMRI用超電導磁石は、磁性体を収納したディスプレーサが振動で上下あるいは左右に往復運動するので超電導コイルが発生した磁界との誘導作用により画像が劣化する可能性がある。この誘導作用を取り除くためにディスプレーサ周りに超電導体を含めた低抵抗体の磁気シールドを設置し、また、磁気シールドが冷却できるよう液体ヘリウム中に浸したサーマルアンカを磁気シールドに取り付けることで磁気遮蔽効果を増大させたものである。さらに、冷凍機の最低温度が得られる第2寒冷部に磁気シールドを取り付けて磁気遮蔽効果を向上させた。このため、誘導作用による磁気的外乱がなくなったため、MRI画像解像度を高め効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の一実施形態であるMRI用超電導磁石の断面図おである。
【図2】本発明の他の実施形態であるMRI用超電導磁石の断面図である。
【図3】本発明の他の実施形態であるMRI用超電導磁石の断面図である。
【図4】図3の側面からみたMRI用超電導磁石の断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態であるMRI用超電導磁石の断面図である。
【符号の説明】
【0029】
1…超電導コイル、3…液体ヘリウム、4…液溜槽、7…冷凍機、8…第1寒冷部、9…第2寒冷部、17…磁気シールド、19…サーマルアンカ。




 

 


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