JP5920924B2 - 超電導磁石装置及び磁気共鳴撮像装置 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の第1の実施形態に係る超電導磁石装置14の斜視図を示す。図1は、超電導磁石装置14の第1運転モードから第2運転モードへの変更の様子を示している。超電導磁石装置14は、後記するがMRI装置の静磁場発生源として用いることができる。超電導磁石装置14は、C字型をした鉄心1と、このC字型をした鉄心1の開口部(ギャップ)2の両端に対向して配置される円環状で一対のコイル容器3、4(上側コイル容器3と下側コイル容器4)と、円環状の上側コイル容器3の内周側に設けられる上側磁極板(第1磁極板)16と、円環状の下側コイル容器4の内周側に設けられる下側磁極板(第1磁極板)17と、第1運転モードから第2運転モードへの変更の際に鉄心1に取り付けられる追加の鉄心材19とを有している。上側磁極板16と下側磁極板17の間に、MRI装置において撮像領域となる磁場強度が強力かつ均一な磁場空間(均一磁場空間)7が形成される。そして、第1運転モードにおいては、均一磁場空間7に形成された静磁場による磁束は、C字型をした鉄心1を通り帰還する。追加の鉄心材19は、ねじ穴20、19aによって、鉄心1に対して着脱可能になっている。第2運転モードでは、鉄心1に、追加の鉄心材19が、それぞれのねじ穴20、19aを用いて取り付けられる。これにより、第2運転モードにおいては、均一磁場空間7に形成された静磁場による磁束は、鉄心1と追加の鉄心材19とを通り帰還する。後記するが、第2運転モードでは、第1運転モードより、均一磁場空間7に形成される静磁場の磁場強度を大きくしている。そのため、第2運転モードでは、第1運転モードより、磁束(磁力線)の本数が増えている。磁束(磁力線)の本数が増えても、その分は、追加の鉄心材19を通って帰還することができるので、第1運転モードだけでなく第2運転モードでも、外部に磁束が漏れるのを抑制することができる。
具体的に、超電導コイル5、6を、ビスマス系(Bi-2223)の酸化物超電導体からなる線材で構成した場合、超電導コイル5、6の運転温度を30Kから4.2Kへ下げることで、均一磁場空間7に作る静磁場の磁場強度を、0.5テスラから0.7テスラへ増やすことが可能である。
図5に、本発明の第2の実施形態に係る超電導磁石装置14の構成図を示す。第1の実施形態では、超電導コイル5、6の運転温度の低下を、冷却能力の高い第2冷凍機24に交換することで実現した。第2の実施形態では、超電導コイル5、6の運転温度の低下を、第1冷凍機11の冷却能力を高めることで実現する。一般的に、冷凍機では、気体の圧縮と膨張が繰り返し実施される。そして、この圧縮と膨張の繰り返しの駆動周期は、一般的に一定で駆動(運転)されている。そこで、この駆動周期を短くすると、単位時間当たりの圧縮と膨張の回数を増加させることができ、冷却能力を高めることができる。第2の実施形態では、第2運転モードにおける駆動周期を、第1運転モードより短くしている。すなわち、第2運転モードにおける駆動周波数を、第1運転モードより高めている。具体的には、超電導磁石装置14に、駆動周波数を変換する周波数変換機30を設けている。超電導磁石装置14は、第1冷凍機11と、その第1冷凍機11内の気体等を圧縮・膨張させる圧縮機ユニット37と、その圧縮機ユニット37を駆動する電源の周波数を商用電源の周波数から変換し、前記圧縮・膨張の駆動周波数を変える周波数変換機30を備えている。周波数変換機30は、第2運転モードでは、第1運転モードより駆動周波数を高くしている。なお、第1運転モードでは、周波数変換機30を省いて取り付けずに、圧縮機ユニット37を商用電源の商用周波数(50Hz又は60Hz)で駆動させてもよい。この場合、第2運転モードに切り替える際に、周波数変換機30を取り付ければよい。そして、周波数変換機30は、入力する商用周波数より高い駆動周波数の電力を、圧縮機ユニット37に出力できればよい。また、逆に、第1運転モードで、商用周波数より低い駆動周波数の電力を圧縮機ユニット37に出力する周波数変換機30を設けてもよい。この場合、第2運転モードでは、周波数変換機30を取り外して省き、圧縮機ユニット37を商用電源の商用周波数で駆動させる。これらによっても、第2運転モードにおける駆動周波数を、第1運転モードより高めることができる。
図6に、本発明の第3の実施形態に係る超電導磁石装置の上側超電導コイル5周辺の縦断面図を示す。第3の実施形態が、第1の実施形態と異なっている点は、超電導コイル5が液体冷媒38に浸されて冷却されている点である。上側コイル容器3は、略中空円環状に形成された真空容器であり、内側が真空に保持されている。その内側には、上側コイル容器3からの輻射入熱を抑制するための輻射シールド板31が配置されている。さらにその内側には、超電導コイル5とそれを冷却するための液体冷媒、例えば液体ヘリウムや液体窒素等とを保持するための冷媒容器32が配置されている。液体冷媒38の液面38aは、超電導コイル5と巻枠8を浸すために、超電導コイル5と巻枠8の上方や側方に維持されている。このため、冷媒容器32内の上部は、液体冷媒38が気化したガスで満たされている。そして、第2運転モードでは、第1運転モードより、冷媒容器32内の気圧を低くしている。
図7に、本発明の第4の実施形態に係る超電導磁石装置14の縦断面図を示す。図7は、第1運転モードから第2運転モードへの変更の様子を示している。第1運転モードから第2運転モードへの変更では、第4の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、第1冷凍機11をより能力の高い第2冷凍機24に交換し、超電導コイル5、6の運転温度を下げ、静磁場強度を増強している。この交換に伴い、第1の実施形態では、磁極板16、17を取り替えたり、追加の鉄心材19(図1参照)を取り付けたりしたが、第4の実施形態では、これらを省いている。このため、第4の実施形態では、磁極板16、17を着脱可能に設ける必要はなく、強固に固定することができる。また、追加の鉄心材19を取り付ける必要がないので、ねじ穴20を形成する必要がない。そして、第4の実施形態では、第1運転モードから第2運転モードへの変更の際に、シミングを行う。シミングについては、例えば、特許第04902787号公報に記載されているが、シムトレイ41上のシム(磁性体片)42の配置の分布を調整し、均一磁場空間7における磁場強度の均一性を向上させる。なお、シミングは、第1運転モードで運転する当初にも実施されている。すなわち、第1運転モードから第2運転モードへの変更の際には、シム42の分布を、第1運転モード用から第2運転モード用へ変更する。
図8に、本発明の第5の実施形態に係る超電導磁石装置14の斜視図を示す。第5の実施形態が第1の実施形態と異なっている点は、超電導コイル5、6の円環状の中心軸Oが、水平方向に配置されている点である。超電導コイル5、6は、中心軸が中心軸Oに一致する円筒形状のコイル容器3内に収納されている。そして、第1運転モードにおいては、第1冷凍機11が、コイル容器3の上部に設けられている。第1運転モードから第2運転モードへの切り替えにおいては、第1の実施形態と同様に、第2冷凍機24へ交換すればよい。また、第1運転モードから第2運転モードへの切り替えにおいて、第2の実施形態に記載した第1冷凍機11の駆動周波数を変化させる方法や、第3の実施形態に記載した冷媒容器32内部の気圧を変化させる方法を用いてもよい。
図9に、本発明の第6の実施形態に係るMRI装置40の縦断面図を示す。図9は、MRI装置40の第1運転モードから第2運転モードへの変更の様子を示している。MRI装置40には、第1の実施形態の超電導磁石装置14が用いられている。超電導磁石装置14において、第1運転モードから第2運転モードへ変更する際には、第1冷凍機11と、磁極板16、17等を取り替えた。これに伴い、MRI装置40では、RFコイル33と、傾斜磁場コイル34とを、異なるものに取り替えている。第1運転モードから第2運転モードへ変更して、超電導コイル5、6が発生させる静磁場強度が増強すると、磁気共鳴を誘起するための高周波パルスの周波数が変わるから、RFコイル33や受信コイル(図示省略)の動作点が変わる。さらに、第1運転モードから第2運転モードへの変更においては、静磁場強度を強くしてS/N比が上がる利点を画像の空間解像度の改善に充てるので、傾斜磁場コイル34が発生する勾配磁場の勾配を強くする。これらのため、第2運転モードでは、RFコイル33および傾斜磁場コイル34を、増強された新たな磁場強度に対応したRFコイル35および傾斜磁場コイル36に取り替える。さらに、静磁場強度の増強に伴って可能になる撮像方法を実施するためのソフトウェア等が、MRI装置40の制御部(コンピュータ)に実施可能なようにメモリに書き込まれることが望ましい。なお、第6の実施形態では、第1の実施形態の超電導磁石装置14を用いたが、これに限られず、第2の実施形態に記載した第1冷凍機11の駆動周波数を変化させる超電導磁石装置14や、第3の実施形態に記載した冷媒容器32内部の気圧を変化させる超電導磁石装置14を用いてもよい。
2 C字型鉄心の開口部(ギャップ)
3 上側コイル容器
4 下側コイル容器
5 上側超電導コイル(超電導コイル)
6 下側超電導コイル(超電導コイル)
7 均一磁場空間(撮像領域)
8 巻枠
9 積層断熱材
10 伝熱部材
11 第1運転モード用の第1冷凍機
12 連結管
13 電流導入端子
14 超電導磁石装置
15 直流電源装置
16 第1運転モード用の上側磁極板(第1磁極板)
17 第1運転モード用の下側磁極板(第1磁極板)
18 ばね
19 追加の鉄心材
19a ねじ穴
20 ねじ穴
21 冷凍機取り付け部
22 第1冷凍機の一段の低温部
23 第1熱接触部
24 第1冷凍機よりも冷凍能力の高い第2冷凍機
25 第2冷凍機の一段目の低温部
26 第2冷凍機の二段目の低温部
27 第2熱接触部
28 第2運転モード用の上側磁極板(第2磁極板)
29 第2運転モード用の下側磁極板(第2磁極板)
30 周波数変換機
31 輻射シールド板
32 冷媒容器
33 第1運転モード用のRFコイル
34 第1運転モード用の傾斜磁場コイル
35 第2運転モード用のRFコイル
36 第2運転モード用の傾斜磁場コイル
37 圧縮機ユニット(駆動電源の入力により駆動して圧縮機に圧縮動作をさせる駆動機)
38 液体冷媒
38a 液体冷媒液面
40 磁気共鳴撮像装置
Claims (10)
- 超電導状態で通電することで磁場を生成する超電導コイルと、
前記超電導コイルからの熱を伝える伝熱部材と、を備え、
前記超電導状態を維持できる第1運転温度で、前記超電導コイルに通電する第1運転モードと、
前記第1運転温度より低い第2運転温度で、前記超電導コイルに通電する第2運転モードとを有し、
前記第1運転モードでは、第1冷凍機で前記超電導コイルを冷却し、
前記第2運転モードでは、前記第1冷凍機より冷却能力の高い第2冷凍機で前記超電導コイルを冷却し、
前記第1冷凍機は、一段式であり、一段の低温部を有し、超電導磁石装置に取り付けられると、前記一段の低温部が前記伝熱部材に熱接触して、前記超電導コイルを冷却し、
前記第2冷凍機は、二段式であり、前記一段の低温部と同等の冷却能力を有する一段目の低温部と、前記一段の低温部より冷却能力の高い二段目の低温部とを有し、超電導磁石装置に取り付けられると、前記二段目の低温部が前記伝熱部材に熱接触して、前記超電導コイルを冷却し、
前記伝熱部材は、前記二段目の低温部に熱接触する際に移動し、前記一段目の低温部から離れることを特徴とする超電導磁石装置。 - 前記第1運転モードと、前記第2運転モードとでは、同じ前記超電導コイルが用いられ、
前記第2運転モードでは、前記第1運転モードより、前記超電導コイルに流す電流が大きいことを特徴とする請求項1に記載の超電導磁石装置。 - まず、前記第1運転モードで使用され、
次に、前記第2運転モードで使用されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の超電導磁石装置。 - 略C字型をした鉄心を有し、
前記鉄心の略C字型の開いた両端部のそれぞれに、前記超電導コイルが設けられ、
前記超電導コイルは、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。 - 前記第1運転モードでは、前記超電導コイルの円環状の内側に、前記磁場の磁場強度の均一性を向上させる第1磁極面を有する第1磁極板が設けられ、
前記第2運転モードでは、前記超電導コイルの円環状の内側に、前記第1磁極板に替えて、前記磁場の磁場強度の均一性を向上させ前記第1磁極面とは異なる第2磁極面を有する第2磁極板が設けられることを特徴とする請求項4に記載の超電導磁石装置。 - 前記第2運転モードでは、前記鉄心に追加の鉄心材が取り付けられていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の超電導磁石装置。
- 前記鉄心には、前記追加の鉄心材を取り付け可能なねじ穴が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の超電導磁石装置。
- 前記超電導コイルの円環状の中心軸は水平方向に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
- 前記超電導コイルには、銅酸化物超電導体又は鉄系超電導体が用いられることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の超電導磁石装置を有し、
前記第1運転モードと前記第2運転モードとでは、異なるRFコイルと異なる傾斜磁場コイルを用いることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
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