JP2007143625A - 超電導磁石を用いたｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開放構造の超電導磁石でもクライオクーラーの着脱作業が安全で容易に行うことができるメンテナンス方法を提供する。
【解決手段】超電導磁石１０３のクライオクーラー装着位置に対して所定位置に予め設定した線に沿ってクライオクーラー１０６を移動させ、クライオクーラー１０６を超電導磁石１０３から取り外しまたは取り付ける。例えば、超電導磁石１０３あるいは周辺部に取付けた軌道４０１と、クライオクーラー１０６を搭載し、軌道４０１に沿って移動する移動体４０７とを用いる。これにより、交換前後のクライオクーラー１０６の位置合わせを容易におこなうことができるとともに、超電導磁石１０３の磁場によるクライオクーラー１０６の引き寄せに対抗できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと称する）装置に係わり、特に、クライオクーラーを備えたＭＲＩ装置に関する。

被検体を静磁場空間に配置して、その核磁気共鳴（以下、ＮＭＲと称する）信号から医学的診断画像を撮るＭＲＩ装置は、多様な撮像手法により、形態的な画像のみならず、生体の機能や代謝をも画像化することが可能であり、優れた病巣検出能を有する。その中でも、特許文献１に開示されている開放構造の超電導磁石を用いたＭＲＩ装置は、磁場強度が均一で強く、しかも被検者の配置される磁石内の空間が明るく開放的な印象を与えるという特長がある。しかしながら、開放構造の超電導磁石は、従来の円筒形状の超電導磁石と比較すると、クライオスタット内に収められる超電導コイルの支持機構の数が多く、しかもクライオスタットの表面積が大きくなるため、クライオスタット内への熱侵入が多くなる。そこで、特許文献２には、外部からの幅射熱を遮蔽する熱シールド板をクライオスタット内に多重に組込むとともに、気化したヘリウムガスをその沸点以下に再冷却して液体ヘリウムに戻す冷却能力を有するクライオクーラーをクライオスタットに取り付けることが開示されている。

クライオクーラーは運転時間の経過に伴い、可動部分の磨耗や不純物の蓄積等により冷却能力が低下するため、定期的（通常は１０，０００時間毎）にメンテナンス作業を行って、冷却能力を維持回復する必要がある。特に、クライオクーラーは、ヘリウムを沸点（４．２ケルビン温度）以下にする冷却能力を維持していることが必要条件であり、クライオクーラーのメンテナンス作業がＭＲＩ装置を維持するために重要である。メンテナンス作業では、クライオクーラーを超電導磁石から取外す必要がある。

従来、クライオクーラーの取外しは複数の作業者の人力で行なわれている。クライオクーラーは、先端部分がクライオスタットに設けられた挿入孔に挿入された構成であるため、取り外しの作業手順は、一人がクライオクーラーを持ち上げながら挿入孔から引抜き、もう一人が素早く挿入孔に蓋をし、クライオスタット内へ常温空気が侵入するのを防止するという手順になる。この作業を容易にするため、クライオクーラーの挿人孔に開閉可能なシャッター機構を取り付け、挿入孔を素早く塞ぐことができるようにした構造（特許文献３）や、挿入口にグローブボックスを取り付ける方法（特許文献４）が開示されている。また、クライオスタットにＬ字型の接続要素体を取り付けることにより、低い天井の部屋でもクライオクーラーを水平移動だけで着脱可能にした構造（特許文献５）なども開示されている。
特開２００２−３３６２１６号公報 特願２００４−４７３９１号公報 特開平６−６９０２９号公報 特開２００４−１６９９９１号公報 特開２００３−１１１７４５号公報

しかし、上記した特許文献３〜５では、クライオクーラー交換時の挿入孔への常温空気の侵入や、クライオクーラーの移動方向については、改善が図られているが、それでもまだクライオクーラーのメンテナンス作業は容易ではなかった。開放構造の超電導磁石は、被検者の配置空間を挟んで上下に超電導コイルを配置するため、上側のクライオスタットの高さが高く、しかも天井との間の空間は狭くなっている。また、熱侵入量に対応した、大容量の冷却能力を有するクライオクーラーは大きくて重い（例えば長さ８５ｃｍ、重さ３０ｋｇ程度）ため、高くて狭い空間で、これを着脱する作業は、作業者にとって容易ではない。

更に、クライオクーラーの内部には駆動モーター等の強磁性体が組込まれているため、クライオスタットから取り外した途端に、超電導磁石が形成する強い磁場によって引き寄せられ、作業員が意図しない方向に移動することがある。作業員は、クライオクーラーの重さだけでなく、超電導磁石がクライオクーラーを引き寄せる力に対抗してクライオクーラーを支えなければならないが、磁場による引き寄せ力は磁場空間に近い位置ほど強く作用するため、作業員が油断するとクライオクーラーが超電導磁石に衝突する可能性もある。

また、クライオスタットに設けられたクライオクーラー挿入孔は、熱対流を防ぐためにクライオクーラーの外径に対して余分な間隙が生じないようにわずかなクリアランスに設計されているが、挿入孔とクライオクーラーとの中心軸を合わせる作業は、作業者の目視と人力で行われている。しかも、装着時には、常温の空気がクライオスタット内部に侵入しないように急いで作業を行う必要がある。そのため、作業員の目視で中心軸を合わせても、挿入孔の内側壁にクライオクーラーの先端を接触させることが避け難かった。クライオクーラーの先端部分は、ヘリウム液化の４．２ケルビン温度以下の冷却を達成する極めてデリケートな部分で、衝撃や、僅かな曲げモーメントの力が加わることにより、その冷却能力が悪影響を受けるという問題があった。

特許文献３〜５の作業改善策を施したとしても、高所で狭い空間での作業であることや、超電導磁石の電磁力によりクライオクーラーが引き寄せられるという問題や、目視の中心軸合わせによりクライオクーラーの先端を挿入孔の内壁にクライオクーラーをぶつけるという問題は、解決できない。そればかりか、クライオクーラーの挿入孔にシャッター機構やグローブボックスが存在すると、作業員が中心軸を直視することが困難となり、かえって作業時間を要する場合もある。

本発明の目的は、開放構造の超電導磁石であってもクライオクーラーの着脱作業が安全で容易に行うことができるメンテナンス方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法であって、
超電導磁石のクライオクーラー装着位置に対して所定位置に予め想定した線に沿ってクライオクーラーを移動させることにより、クライオクーラーを超電導磁石から取り外しまたは超電導磁石に取り付けるメンテナンス方法を提供する。このように、予め想定された線に沿ってクライオクーラーを移動させることにより、交換前後のクライオクーラーの位置合わせを容易におこなうことができるとともに、超電導磁石の磁場によるクライオクーラーの引き寄せに対抗できる。線は、例えば、クライオクーラー装着位置の中心軸の延長線と一致させる。

例えば、線に沿ってクライオクーラーを移動させる際にクライオクーラーを支持する手段を超電導磁石あるいは周辺部に配置することができる。これにより、クライオクーラーの中心軸と、クライオクーラー装着位置の中心軸との位置関係を少なくとも上下方向について維持することが可能になる。

上記クライオクーラーを支持する手段として、例えば、線に沿って超電導磁石あるいは周辺部に取付けた軌道と、クライオクーラーを搭載し、軌道に沿って移動する移動体とを有する構成を用いることができる。軌道は、少なくともその一部において曲線を描いているものを用いることができる。このとき、軌道の接線方向は、クライオクーラーが超電導磁石へ取り付けられる挿入孔の位置において、挿入孔の軸方向と平行にすることができる。

上記クライオクーラーを搭載する移動体は、搭載したクライオクーラーの位置を少なくとも上下方向に調整する手段を有しているものを用いることができる。

また、本発明の別の態様によれば、クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法であって、
超電導磁石またはその周辺に軌道を配置し、軌道に沿って移動する移動体を前記軌道に搭載し、
移動体に設けられたクライオクーラー搭載部の高さを、超電導磁石のクライオ挿入孔に装着されている状態のクライオクーラーと一致させた後、クライオクーラーをクライオクーラー搭載部に搭載し、
移動体を軌道に沿って超電導磁石から遠ざけた後、クライオクーラーをクライオクーラー搭載部から取り外し、移動体の前記クライオクーラー搭載部の高さを変更することなく、新たなクライオクーラーを搭載し、
軌道に沿って移動体を移動させ、新たなクライオクーラーを超電導磁石のクライオ挿入孔に装着するメンテナンス方法が提供される。
また、本発明によれば、以下のような磁気共鳴イメージング装置が提供される。すなわち、クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置であって、超電導磁石には、メンテナンス時にクライオクーラーを搭載した移動体を移動させるための軌道が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。このとき、軌道は曲線を描く構成にすることが可能であり、その場合軌道の接線方向はクライオクーラーが超電導磁石へ装着される挿入孔の位置において、挿入孔の軸方向と平行に設定する。

また、本発明によれば、以下のような磁気共鳴イメージング装置が提供される。すなわち、クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置であって、超電導磁石には、メンテナンス時にクライオクーラーを移動させる際に用いる軌道を固定するための軌道固定部が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

本発明によれば、開放構造の超電導磁石であってもクライオクーラーの着脱作業が安全で容易に行うことができる。これにより、クライオクーラーの冷却能力を保つことができるため、超電導磁石を高性能に維持した状態で運転することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

第１の実施の形態のオープンＭＲＩ装置の全体概要を図１に示す。図１のように、このオープンＭＲＩ装置は、被検体１０２が配置される撮像空間に静磁場を発生するための開放構造の超電導磁石１０１と、超電導磁石１０１の冷媒（ヘリウム）を沸点以下に再冷却するためのクライオクーラー１０６と、撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル１０８と、撮像空間に高周波磁場を照射する高周波コイル１１０と、被検体１０２からのＮＭＲ信号を検出する検出コイル１１２とを備えている。これらは、電磁遮蔽１１７によって覆われている。さらに、ＭＲＩ装置は、クライオクーラー１０６に圧縮されたヘリウムガスを送る圧縮機ユニット１０７と、傾斜磁場コイル１０８に駆動電流を供給する傾斜磁場パワーアンプ１０９と、高周波コイル１１０に高周波電流を供給する高周波パワーアンプ１１１と、検出コイル１１２の検出信号を増幅する高周波増幅ユニット１１３と、これらの動作を制御するコンピュータ１１４と、ディスプレイ１１６とを備えている。これらは電磁遮蔽１１７の外側に配置され、フィルター回路１１８を介して電磁遮蔽１１７内の構成と接続されている。なお、図１は、被検体１０２を点線で示しているが、ＭＲＩ装置のメンテナンス作業中は、実際には被検体１０２は配置されない。

開放構造の超電導磁石１０１は、撮像空間を挟んで配置された上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４とを有する。そのため、撮像空間の前後左右は大きく開放された構造になっている。上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４は、図２に示すように、外側から順に真空容器２１１、熱シールド板２０９、ヘリウム容器２０３が配置された多層構造である。真空容器２１１は、１５ミリメートル厚のステンレススチールで形成されている。真空容器２１１とヘリウム容器２０３の間隙は真空層になっており、その中間に存在する熱シールド板２０９と共にヘリウム容器２０３への熱侵入を防いでいる。

上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４のヘリウム容器２０３の内部には、図２に示したようにそれぞれ超電導コイル２０１、２０２が収容され、撮像空間に静磁場を発生している。その磁場強度は、撮像空間の中心で０．７テスラであり、かつその磁場均一度は、直径４０センチメートルの球空間で３ｐｐｍ以下を達成している。なお、図２には上下のクライオスタット１０３，１０４にそれぞれ１つずつの超電導コイル２０１、２０２が配置されている例を示したが、通常は磁場強度および磁場均一度を高め、漏洩磁場強度を下げるために複数の超電導コイルが組み合わせて配置される。

上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４の間には、連結管１０５が配置され、上下のクライオスタット１０３，１０４の内部空間を接続している。この連結管１０５により、上下に配置された超電導コイル２０１，２０２を電気的に接続することができる。また、連結管１０５により上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４をそれぞれ冷媒（液体ヘリウム）で満たすことができる。

上クライオスタット１０３の上部には、図２および図３に示すように、Ｌ字型の蒸気貯めパイプ２１０が連接されている。蒸気貯めパイプ２１０は、クライオスタット１０３と同様の真空容器２１１、熱シールド板２０９、ヘリウム容器２０３の多層構造である。蒸気貯めパイプ２１０の開口２０６は、水平方向に向けられており、クライオクーラー挿入孔として用いられる。クライオクーラー挿入孔２０６には、クライオクーラー１０６の先端部（１段目ステージ２０７，２段目ステージ２０８）が挿入され、図３のようにクライオクーラー１０６のフランジ４０３がボルト４０４で真空容器２１１に固定されている。

クライオクーラー１０６は、圧縮機ユニット１０７と接続されており、圧縮ヘリウムガスの供給を受ける。供給された圧縮ヘリウムガスは、クライオクーラー１０６内の蓄冷材が詰められた複数ステージ２０７，２０８を移動する過程で膨脹して、温度が低下し、徐々に蓄冷材を冷却する。本実施例では２段のステージを有しており、１段目ステージ２０７には鉛玉の蓄冷材が詰められ、２段目ステージ２０８にはホロビウム銅化合物（ＨｏＣｕ_２）の蓄冷材が詰められている。１段目ステージ２０７のアウターケースは５０度ケルビン温度に、２段目ステージ２０８のアウターケースは３．７度ケルビン温度に冷却される。

１段目ステージ２０７のアウターケースは、上クライオスタット１０３の熱シールド板２０９に熱接触しており、これを５０度ケルビンまで冷却して幅射熱の侵入を極力低下させる。２段目ステージ２０８のアウターケースは、蒸気貯めパイプ２１０の内部空間に位置しており、クライオスタット１０３内で気化し、蒸気貯めパイプ２１０に貯まったヘリウムガスを直接その沸点（４．２度ケルビン温度）以下に冷却して、液体ヘリウムに戻す機能を有している。ここでは、直接ヘリウムガスを冷却する構造を用いているが、熱伝導の良好なインジューム材等を介して上ヘリウム容器２０３の一部を冷却する間接的な方法もある。

１段目ステージ２０７のアウターケースと熱シールド板２０９とが接触する面の間には熱伝導の良好な材料、例えばインジューム線３０１が挟み込まれ、両接触面は噛み合わされている。これによって、接触面間の良好な熱伝導を実現している。

傾斜磁場コイル１０８は、超電導磁石１０１の上下クライオスタット１０３、１０４の撮像空間側にそれぞれ配置されている。傾斜磁場コイル１０８は、超電導磁石１０１の開放的な構造を妨げることがないように平板構造であり、それぞれｘ、ｙ、ｚコイル（図には示していない）を有する。上下一対の傾斜磁場コイル１０８のｘ、ｙ、ｚコイルによって互いに直交する３軸方向に磁場勾配を生じさせる。例えば、上側のｚコイルと下側のｚコイルに電流が印加されると、上ｚコイルは、超電導磁石１０１の発生する磁束と同じ向きの磁束を発生し、下ｚコイルはそれとは１８０度向きの異なる磁束を発生する。この結果、撮像空間の垂直軸（ｚ軸）の上から下に向けて磁束密度が徐々に少なくなる勾配が作られることになる。同様に、ｘコイルおよびｙコイルも超電導磁石１０１の発生する磁場の磁束密度についてそれぞれｘ軸、ｙ軸に沿って勾配を付与する。傾斜磁場パワーアンプ１０９は、傾斜磁場コイル１０８のｘコイル、ｙコイル、ｚコイルにそれぞれ独立して所望の時間だけ電流を供給する。これにより、被検体１０２の検査部位の核スピンに三次元的な位置情報をラベリングすることができる。

傾斜磁場コイル１０８の撮像空間側には、それぞれ高周波コイル１１０が組込まれている。この高周波コイル１１０も超電導磁石１０１の開放的な構造を妨げることがないように平板構造のコイルが採用されている。上下一対の高周波コイル１１０は、高周波パワーアンプ１１１より核スピンの共鳴周波数に対応した高周波電流の供給を受け、撮像空間の被検体１０２に高周波磁場を照射し、核スピンをほぼ一様に共鳴励起する。例えば、０．７テスラの磁場強度で水素原子核が核磁気共鳴を起こす２９．８メガヘルツの高周波磁場を照射する。傾斜磁場とこの高周波磁場を組み合わせることで、特定位置の水素原子核スピンを選択的に共鳴励起することが可能となる。

検出コイル１１２は、被検体１０２の検査部位の近傍に配置されている。検出コイル１１２は、核スピンの磁気的な運動により放出されるＮＭＲ信号を受信し、電気信号に変換する。電気信号に変換されたＮＭＲ信号は、高周波増幅ユニット１１３に入力され、増幅された後、コンピュータ処理に適したディジタル信号に変換される。

コンピュータ１１４は、上記傾斜磁場パワーアンプ１０９、高周波パワーアンプ１１１、高周波増幅ユニット１１３の動作を定められたタイミングで制御する。例えば、コンピュータ１１４に内蔵されるパルスシーケンサー（図では示してない）は、システム信号ライン１１５を介して信号を傾斜磁場パワーアンプ１０９、高周波パワーアンプ１１１、高周波増幅ユニット１１３に出力し、所望の撮像パルスシーケンスを実行させる。一方で、コンピュータ１１４は、ディジタル信号に変換されたＮＭＲ信号を診断に供するためのスペクトルや画像に変換処理してコンピュータ１１４内のメモリー装置（図には示してない）に保存するとともに、ディスプレイ１１６に表示させる。更に、コンピュータ１１４は、ＭＲＩ装置の動作状態を常時あるいは一定の間隔をおいて監視し、その状態を記録する。

電磁遮蔽１１７およびフィルター回路１１８は、コンピュータ１１４などが発生する電磁波ノイズが検出コイル１１２に達するのを遮蔽している。

通常時では、図２のようにクライオスタット１０３，１０４のヘリウム容器２０３には、液体ヘリウムが超電導コイル２０１を浸漬する深さまで満たされており、外部から侵入した熱等により気化したヘリウム蒸気は、蒸気貯めパイプ２１０内でクライオクーラー１０６の２段目ステージ２０８により冷却され、液体ヘリウムに戻される。これにより、ヘリウム容器２０３内の液体ヘリウム量は一定に保たれ、超電導コイル２０１の超伝導状態が維持される。超電導磁石１０１は、撮像空間に均一静磁場を発生する。コンピュータ１１４は、各部の動作を制御し、所定の撮像パルスシーケンスを実行させることにより、撮像空間に配置された被検体１０２について撮像を行う。

クライオクーラー１０６は、運転時間の経過に伴い、可動部分の磨耗や不純物の蓄積等により冷却能力が低下するため、定期的（例えば１０，０００時間毎）にメンテナンス作業を行って冷却能力を維持回復させる。メンテナンス作業では、クライオクーラーを超電導磁石から取外す。本実施の形態では、図４（ａ）、（ｂ）および図５に示すように、メンテナンス時には、上クライオスタット１０３の上面に２本の直線状レール４０１を取り付け、このレール４０１上に台車４０７を搭載し、台車４０７にクライオクーラー１０６を取り付ける。これにより、クライオクーラー１０６を、レール４０１に沿って、挿入孔２０６の延長線上を移動させることができる。

図５〜図７を用いて、レール４０１、台車４０７の構造について説明する。レール４０１には、図５に示すように、台車の球体の車輪４０８と対応する断面が半円形の溝がレール４０１に沿って形成されている。レール４０１は、クライオクーラー１０６の全長よりも長く、しかも、超電導磁石１０１の磁場で急激に引き寄せられることのない位置までクライオクーラー１０６をクライオクーラー挿入孔２０６から遠ざけることができる長さと、クライオクーラー１０６の重量に耐える強度を有している。

台車４０７は、図５および図６のように、ベース部５０１と、クライオクーラー１０６のフランジ部４０３を支持するための支持部５０２と、４個の車輪４０８と、車輪４０８の位置調整機構４０９と、引き手４１０とを有している。支持部４０２には、図５のようにクライオクーラー１０６の基部２１６を挿入するための取り付け穴４２２と、クライオクーラー１０６のフランジ４０３をボルト４０６によって固定するためのボルト穴４１３が設けられている。取り付け穴４２２とボルト穴４１３は、クライオクーラー１０６と支持部４０２との左右方向の位置調整を可能にするために、左右方向に長い長円形状に形成されている。

位置調整機構４０９は、車輪４０８に対するベース部５０１の高さを調整することにより、支持部５０２の高さを、クライオスタット１０３に固定された状態のクライオクーラー１０６の高さに一致させるための機構である。ここでは、図７に示すように、位置調整機構４０９は、車輪４０８を保持する車輪支持棒５０３と、ベース部５０１に取り付けられたホルダー５０４と、ナット５０６とを含む。車輪支持棒５０３には、ネジ加工が施されている。一方、ホルダー５０４には、同じピッチの雌ネジ加工が施されている。これにより、車輪支持棒５０３は、ホルダー５０４内を回転するとともに上下に移動するため、車輪４０８に対するベース部５０１の高さ方向の位置調整を実現できる。車輪指示棒５０３の回転は車輪支持棒５０３の下部に設けられたハンドル５０５を回すことで行なうことができ、かつハンドル５０５に加わるトルクカで、作業者は車輪４０８とレール４０１の接触の程度を判断することができる。また、ハンドル５０５を操作し、上下の位置調整が完了したならば、その位置から車輪支持棒５０３が回転しないように、固定ナット５０６を締め上げることにより車輪指示棒５０３を固定できる。これにより、台車４０７のクライオクーラー１０６と新しいクライオクーラー４１２と積み換える際にも、車輪４０８の高さが変化することがなく、レール４０１に対するクライオクーラー１０６の高さ方向の位置関係を、積み換え前後に渡って維持できる。車輪支持棒５０３とホルダー５０４は、ネジ山間隔を１ミリメートルに設定しているので、車輪４０８の高さを極めて正確に調整することが可能である。また、４個の車輪４０８の高さ調整を個別に行なうことで、レール４０１設置時の水平度の多少の誤差をも吸収することができる。

図４（ａ），（ｂ）および図５を用いて、クライオクーラー１０６の着脱作業の手順を説明する。まず、現在、クライオスタット１０３に固定されているクライオクーラー１０６を取り外す手順を説明する。
（１−１）クライオスタット１０３の上面プレート（真空容器２１１）に、クライオクーラー挿入孔２０６の中心軸の延長線を挟むように２本のレール４０１を、取付け金具４０２を用いて平行に取り付ける。２本のレール４０１の間隔は、台車４０７の車輪４０８の間隔に設定する。なお、上クライオスタット１０３の上部には、製造時に、取り付け金具４０２を固定するためのネジ穴を予め設けておく。また、取り付け金具４０２用のネジ穴がなくても、上クライオスタット１０３の運搬用や組み立て用として、製造時には上面には複数のネジ穴が形成されているので、その内のクライオクーラー挿入孔２０６近傍に位置するネジ穴を利用することも可能である。金具４０２は２本のレール４０１の平行度や水平度を調整するためのもので、複数枚のステンレスシートで構成されている。その形状は、上クライオスタット１０３の上面のネジ穴の位置と、レール４０１を配置すべき位置とに合わせて予め設計されている。レール４０１は、ここでは長さ１メートルであり、２０キログラムのクライオクーラー１０６が移動してもたわむことがないステンレス鋼で形成されている。

（１−２）クライオクーラー１０６のフランジ部４０３を挿入孔２０６に固定しているボルト４０４を取外す。クライオクーラー１０６と挿入孔２０６の間隙には、ヘリウムガスが対流してクライオクーラー１０６の高温の部分と低温の部分とで熱置換が生じるのを防ぐためのフェルト３０２が詰められている。このため、ボルト４０４を外してもフェルト３０２が支えとなって、クライオクーラー１０６と超電導磁石１０１の相互の位置関係はほとんど変化しない。

（１−３）レール４０１上に台車４０７を搭載し、をクライオクーラー１０６に接近させ、図４（ｂ）および図５のように、台車４０７の取り付け穴４２２にクライオクーラー１０６の基部２１６を挿入する。フランジ部４０３と支持部５０２のボルト穴４１３とを別のボルト４０６により固定する。

（１−４）位置調整機構４０９を調整して４個の車輪４０８が２本のレール４０１の溝に正確に接するように上下方向の位置調整を行う。

（１−５）作業者は、台車４０７の引き手４１０に水平に引く力を加えて、図４（ｂ）の点線で示したように、台車４０７をクライオクーラー１０６とともに直線状レール４０１に沿って移動させる。これにより、クライオクーラー１０６の全体が挿入孔２０６から完全に抜け出る位置まで移動させる。この時点で、挿入孔２０６に遮蔽蓋（図には記載してない）をする。これは超電導磁石１０１内に空気が入り込み、内部で固結するのを防ぐためである。遮蔽蓋をする作業は、作業者が行ってもよいが、特開平６−６９０２９号公報（特許文献３）に記載されているように自動的に蓋が閉まる機構を設けてもよい。

さらに、台車４０７を移動させて挿入孔２０６から遠ざける。例えば、クライオクーラー１０６の先端が挿入孔２０６から１メートル程度離れる程度遠ざける。これにより、クライオクーラー１０６が超電導磁石１０１の電磁力により引き寄せられて意図しない移動軌跡を描くことなく、安全にクライオスタット１０３の上面から机上等に降ろすことができる。

上記（１−１）〜（１−５）によるクライオクーラー１０６の取り外し作業は、レール４０１と台車４０７を用い、これらがクライオクーラー１０６を支持するため、（１−５）においてクライオクーラー１０６を挿入孔２０６から引き抜く際にもクライオクーラー１０６の重量を支える上向きの力を作業員が加える必要は一切なく、作業員は水平移動の力だけを台車４０７の引き手４１０に加えればよい。従来は、作業員が人力でクライオクーラー１０６の重量を支えていたため、作業員は、クライオクーラー１０６を水平移動させて引抜く力と、クライオクーラー１０６重量を支える上向きの力とを加える必要があった。その結果、斜め上方に向かう力がクライオクーラー１０６に加えられ、どうしても引出す瞬間にクライオクーラー１０６の先端部分を挿入孔２０６の壁面と接触させることが避け難かったが、本実施の形態の作業ではこのような接触を生じさせることがない。

また、従来は、クライオクーラー１０６が抜けた瞬間に超電導磁石１０１の電磁力が作用して、予期しない移動軌跡を描く恐れがあったが、本実施の形態では移動軌跡は台車４０７とレール４０１によって定められているため、クライオクーラー１０６が超電導磁石１０１に引き寄せられる恐れがない。さらに本実施の形態では、台車４０７とレール４０１を用いることにより、クライオクーラー１０６の移動が容易であるため、作業のスピードをあげることができ、素早く挿入孔２０６に遮蔽板を当てることが可能である。よって、クライオスタット１０３に巻き込まれる空気も最小限にすることができる。

次に、新たなクライオクーラー４１２をクライオスタット１０３に装着する手順について説明する。
（２−１）安定な机上に降ろした台車４０７のボルト４０６を外して、台車４０７からクライオクーラー１０６を分離する。このとき重要なポイントは、この分離作業に当たって、位置調整機構４０９のボルト５０６を緩めたり、ハンドル５０５を動かしたりしないようにすることである。

（２−２）クライオクーラー１０６と同型の、新たに装着すべきクライオクーラー４１２を台車４０７に搭載し、基部２１６を図５のように取り付け穴４２２に挿入し、ボルト４０６をボルト穴４１３に固定し、フランジ４０３を台車４０７に固定する。このとき、ボルト４０６のボルト穴４１３における位置は、交換前のクライオクーラー１０６が固定されていた時の位置とほぼ同じ位置にすることが望ましい。これにより、左右方向の位置合わせを大まかに行うことができる。位置調整機構４０９は動かしていないので、上下方向の位置調整は、クライオクーラー１０６をクライオクーラー４１２に交換する前後で維持されている。

（２−３）新たなクライオクーラー４１２を取り付けた台車４０７をレール４０１に搭載する。

（２−４）挿入孔２０６の遮蔽蓋を外すと同時に、台車４０７の引き手４１０を押す。レール４０１に沿ってまっすぐに台車４０７を移動させ、新たなクライオクーラー４１２を挿人孔２０６に接近させる。このとき、作業員は、クライオクーラー４１２と挿入孔２０６の水平方向の位置がずれていないか確認し、ずれている場合にはボルト４０６を緩め、長穴になっているボルト穴４１３の範囲内でクライオクーラー４１２を水平方向にずらし、位置調整をする。この位置調整時には、クライオクーラー４１２の重量（２０〜３０ｋｇ）が台車４０７とレール４０１によって支持されているため、作業員は自由な体勢で容易に水平方向の位置を確認でき、容易に調整をすることができる。また、位置調整機構４０９の高さを交換の前後で変化させていないため、上下方向の位置合わせについては、クライオクーラー１０６を台車４０７に搭載した時点で完了している。

作業員は、台車４０７をさらに移動させ、クライオクーラー４１２の先端を挿入孔２０６に挿入する。新たなクライオクーラー４１２の１段目ステージ２０７の外周には対流防止用のフェルト３０２が図６のように取り付けられているが、これが挿入孔２０６との間で圧縮されるように、力を加えて台車４０７を移動させ、クライオクーラー４１２を挿入孔２０６に押し込む。

（２−５）人力で挿入できる限界の位置まで挿入したならば、この状態でクライオクーラー４１２は挿入孔２０６によって支持されているので、フランジ部４０３のボルト４０６を外し、台車４０７を新たなクライオクーラー４１２から取外す。

（２−６）フランジ部４０３と超電導磁石１０１とを固定用ボルト４０４で締める。これにより、新たなクライオクーラー４１２は超電導磁石１０１に固定される。この作業により、インジューム線３０１が熱シールド板２０９と強固に同定される。新たなクライオクーラー４１２を約２時間程度運転して、熱収縮によりインジューム線３０１と熱シールド板２０９との熱接触が緩んだならば、ボルト４０３の増し締め作業を実施する。この間に、台車４０７、レール４０１ならびに金具４０２をクライオスタット１０３の上面から取外し、超電導磁石１０１を元の状態にする。これにより、メンテナンスが必要なクライオクーラー１０６を新しいクライオクーラー４１２に交換する作業が終了する。

上記（２−１）〜（２−６）による新たなクライオクーラー４１２の取り付け作業においては、レール４０１と台車４０７とを用いるため、（２−４）の作業において、作業員は新たなクライオクーラー４１２の重量を支える必要がない。しかも、台車４０７の位置調整機構４０９により、クライオクーラー１０６の取り外し作業時の上下方向の位置関係をクライオクーラー４１２についても維持できるため、上下方向の位置合わせ作業は完了している。よって、水平移動に押す力だけを引き手４１０に加えればよく、容易に挿入孔２０６にクライオクーラー４１２を挿入できる。従来は、新たなクライオクーラー４１２を水平方向に移動させて挿入孔２０６に押し込む力と、新たなクライオクーラー４１２を狭い挿入孔２０６内で上下動しないように支持する上向きの力が必要であったため、結果として斜め上方に向かう力が新たなクライオクーラー４１２に働き、クライオクーラー４１２の先端部分を挿入孔２０６の壁面と接触させることが避け難かったが、本実施の形態ではこれを回避することができる。

また、本実施の形態では、作業員がクライオクーラー４１２の先端を挿入孔２０６に挿入する作業時が容易であり、かつ、作業のスピードをあげることができるため、挿入孔２０６の遮蔽蓋を外すと同時に、素早く新たなクライオクーラー４１２を挿入できる。よって、クライオスタット１０３内に巻き込まれる空気を最小限にすることができる。

上記（２−４）において、クライオクーラー１０６の取り外し作業時の上下方向の位置関係をクライオクーラー４１２についても維持するために重要なポイントは、台車４０７の位置調整機構４０９の高さを変化させることなく、取り外したクライオクーラー１０６を新たなクライオクーラー４１２に載せ替えることである。これによって、クライオスタット１０３の挿入孔２０６と、台車４０７のクライオクーラー４１２取り付け用ボルト穴４１３との上下方向の位置関係が変化しない。即ち、旧新クライオクーラーの中心軸と挿入孔２０６の中心軸とが上下方向に正確に一致させることができ、上下方向の位置調整を行わなくてもクライオクーラーの先端部分に損傷を与えるトラブルを防止することができる。

なお、水平方向の位置調整については、ボルト穴４１３が水平方向に長い長穴であり、クライオクーラー４１２の重量は台車４０７が支持しているので、作業者が目視等で位置を確認し、クライオクーラー４１２を水平に押すことにより、容易に位置合わせすることができる。

なお、本実施の形態では、水平方向の位置調整機構は長穴のボルト穴４１３のみであるが、上下方向の位置調整機構４０９と同様の位置調整機構を設けることも可能である。例えば、台車４０７の支持部５０２に上下および水平方向の位置調整機構を設けることが可能である。この場合は、上記（１−３）において、台車４０７をレール４０１上を移動させてクライオクーラー１０６に接近させ、フランジ部４０３と支持部５０２が一致するように上下および水平方向に調整してから、ボルト４０６を固定すればよい。上下および水平方向の位置調整機構を設けた場合には、旧新のクライオクーラー１０６（４１２）の中心線と超電導磁石１０１の挿入孔２０６の中心線の位置関係を上下方向のみならず水平方向にも一致させることができる。

本発明の第２の実施の形態を図８を用いて説明する。第１の実施の例と大きく異なる点は、直線状のレール４０１に代えて、その一部が曲線を描いているレール６０１を用いていることである。超電導磁石１０１の設置空間の制約から、クライオスタット１０３にはシールド１１７の側壁や天井が間近に迫り、クライオクーラー１０６（４１２）の着脱作業に十分な空間を確保できないことがあるが、曲線を描いたレール６０１を用いることにより第１の実施の形態と同様にレール６０１と台車４０７を用いてメンテナンスを行うことが可能になる。なお、レール６０１以外の構成については、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。

第２の実施の形態では、レール６０１が曲線を描いているため、これに沿って台車４０７を移動させるにしたがって、クライオクーラー１０６（４１２）の中心軸は挿入孔２０６の中心軸に対して斜め方向を向くため、クライオクーラー１０６（４１２）の全長より短い幅の空間でもクライオクーラーの着脱作業が可能になる。このように曲線レール６０１を用いても、着脱作業が可能なのは、クライオクーラー１０６（４１２）の先端部分（第２ステージ２０８）が基部（第１ステージ２０７）よりも細くなっていることを利用したものであり、先端部分は挿入孔２０６内である角度までは斜め向きになることができる。よって、レール６０１の描く曲線は、クライオクーラー１０６（４１２）が挿入孔２０６に対して斜め向きになっても挿入孔２０６の内壁には触れず、かつ、挿入孔２０６からは着脱可能な限界を予め計算により求めた曲率半径に設計する。また、曲線レール６０１は、その接線方向が、挿入孔２０６の開口位置において挿入孔２０６の中心軸と平行になるように設置する。これにより、曲線レール６０１に沿って曲線の軌跡を描いて移動してきたクライオクーラー１０６を、挿入孔２０６に挿入することができる。

なお、第１および第２の実施の形態では、メンテナンスの度に上クライオスタット１０３上にレール４０１、６０１を取り付ける構成であったが、上クライオスタット１０３の製造時にレール４０１、６０１の一部を固定しておくことも可能である。例えば、上クライオスタット１０３の径の範囲内の長さのレール４０１、６０１を製造時に固定しておき、メンテナンス時にはこれを延長するレール４０１，６０１を連結して用いる構成にすることが可能である。

上述してきたように、本実施の形態によれば、第１に開放構造の超電導磁石でも実質的に冷媒の消費がゼロとなるような冷却能力の高いクライオクーラーの着脱作業が安全かつ容易に実施できる。第２に、クライオクーラーの着脱作業に当たって、クライオクーラーに損傷を与えることなく作業が実施できる。第３に、超電導磁石の設置空間の制約から作業に必要十分な空間を確保できない場所であっても、クライオクーラーの着脱作業が実施可能となる。

第１の実施の形態のオープンＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。 図１に示すオープンＭＲＩ装置を構成する超電導磁石１０１の詳細構成を示す断面図。 図２のクライオスタット１０３の上部のクライオクーラー１０６とその挿入孔２０６の構造を示す断面図。 （ａ）第１の実施の形態においてクライオクーラー１０６の取り外しのためにレール４０１を取り付けた状態を示す説明、（ｂ）レール４０１上の台車４０７にクライオクーラー１０６を固定し、移動させることを示す説明図。 第１の実施の形態において台車４０７にクライオクーラー１０６を固定した状態の正面図。 第１の実施の形態において台車４０７にクライオクーラー１０６（４１２）を搭載した状態の側面図。 第１の実施の形態の台車４０７の位置調整機構４０９の詳しい構成を示す断面図。 第２の実施の形態において曲線状レール６０１用いて、台車４０７でクライオクーラー１０６（４１２）を移動させる状態を示す上面図。

符号の説明

１０１…超電導磁石、１０２…被検体、１０３…上クライオスタット、１０４…下クライオスタット、１０５…連結管、１０６…クライオクーラー、１０８…傾斜磁場コイル、１１０…高周波コイル、１１８…フィルター回路、２０１、２０２…超電導コイル、２０３…ヘリウム容器、２０６…挿入孔、２０７…１段目ステージ、２０８…２段目ステージ、２０９…熱シールド板、２１０…蒸気貯めパイプ、２１１…真空容器、２１６…基部、３０１…インジューム線、３０２…フェルト、４０１…レール、４０３…フランジ、４０４…ボルト、４０６…ボルト、４０７…台車、４０８…車輪、４０９…位置調整機構、４１０…引き手、４１２…クライオクーラー、４１３…ボルト穴、４２２…取り付け穴、５０２…支持部、５０１…ベース部、５０３…車輪支持棒、５０４…ホルダー、５０５…ナット、６０１…レール。

Claims (10)

1. クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法であって、
   前記超電導磁石のクライオクーラー装着位置に対して所定位置に予め想定した線に沿って前記クライオクーラーを移動させることにより、前記クライオクーラーを前記超電導磁石から取り外しまたは前記超電導磁石に取り付けることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法において、前記線に沿って前記クライオクーラーを移動させる際に前記クライオクーラーを支持する手段を前記超電導磁石あるいは周辺部に配置し、前記クライオクーラーの中心軸と、前記クライオクーラー装着位置の中心軸との位置関係を少なくとも上下方向について維持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法において、前記クライオクーラーを支持する手段として、前記線に沿って前記超電導磁石あるいは周辺部に取付けた軌道と、前記クライオクーラーを搭載し、前記軌道に沿って移動する移動体とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
4. 請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法において、前記軌道は、少なくともその一部において曲線を描いていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
5. 請求項３または４に記載の磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法において、前記軌道の接線方向は、前記クライオクーラーが前記超電導磁石へ取り付けられる挿入孔の位置において、該挿入孔の軸方向と平行であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
6. 請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法において、前記クライオクーラーを搭載する移動体は、搭載したクライオクーラーの位置を少なくとも上下方向に調整する手段を有していることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
7. クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法であって、
   前記超電導磁石またはその周辺に軌道を配置し、
   前記軌道に沿って移動する移動体を前記軌道に搭載し、
   前記移動体に設けられたクライオクーラー搭載部の高さを、前記超電導磁石のクライオ挿入孔に装着されている状態の前記クライオクーラーと一致させた後、該クライオクーラーを前記クライオクーラー搭載部に搭載し、
   前記移動体を前記軌道に沿って前記超電導磁石から遠ざけた後、前記クライオクーラーを前記クライオクーラー搭載部から取り外し、
   前記移動体の前記クライオクーラー搭載部の高さを変更することなく、新たなクライオクーラーを搭載し、
   前記軌道に沿って前記移動体を移動させ、前記新たなクライオクーラーを前記超電導磁石のクライオ挿入孔に装着することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のメンテナンス方法。
8. クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記超電導磁石には、メンテナンス時に前記クライオクーラーを搭載した移動体を移動させるための軌道が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記軌道は曲線を描いており、その接線方向は、前記クライオクーラーが前記超電導磁石へ装着される挿入孔の位置において、該挿入孔の軸方向と平行であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. クライオクーラーが装着された超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記超電導磁石には、メンテナンス時に前記クライオクーラーを移動させる際に用いる軌道を固定するための軌道固定部が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
    

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