JPH01107748A - 磁気システム - Google Patents

磁気システム

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JPH01107748A
JPH01107748A JP63236181A JP23618188A JPH01107748A JP H01107748 A JPH01107748 A JP H01107748A JP 63236181 A JP63236181 A JP 63236181A JP 23618188 A JP23618188 A JP 23618188A JP H01107748 A JPH01107748 A JP H01107748A
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JP
Japan
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tank
shield
cooling
cooler
liquid
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Pending
Application number
JP63236181A
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English (en)
Inventor
Bruce C Breneman
ブルース・チャールズ　ブレンマン
Raymond E Sarwinski
レイモンド・エドワード・サーウェンスキ
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General Atomics Corp
Original Assignee
General Atomics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）に用いられる磁
気システムに係り、特に低温沸騰を少なくし、あるいは
全く阻止し、熱放射シールドを略一定温度に保持する冷
却装置を有する磁気システムに関する。
［従来技術］ ＭＲＩ磁気システムは通常低温真空容器を有しており、
この容器は映像（以下イメージングと称する）対象を受
は入れる孔を有している。この真空容器内側の低温媒体
封入容器は、イメージングに必要な強力でかつ均一な磁
場を作り出す超伝導コイルを収容している。低温媒体封
入容器はまた上記コイルを臨界温度以下に維持する液体
ヘリウムを収容している。また真空容器と低温媒体封入
容器との間には少なくとも一つの熱放射シールドが設け
られている。上記孔の内側には勾配コイルが設けられて
おり、この勾配コイルは励起され、イメージングプロセ
スにおいて空間位置を決定する働きをする。真空容器の
第１の壁（円筒形をなし、直接前記孔を形成すると共に
真空と大気の間の隔壁としての役割を果たす）は上記勾
配コイルから発生する信号に対して実質的に透過性を有
し、これによって誘導された渦電流を素早く減衰させる
。
中間シールドの一つの機能はこれら信号の透過を阻止し
、低温媒体封入容器に届かないようにすることである。
これら信号は渦電流を発生させ、ヘリウム封入容器を加
熱し、高価な液体ヘリウムを蒸発させてしまうからであ
る。しかしながら熱放射シールドにおいて渦電流を発生
させる為には勾配コイルの励起を補償する必要がある。
シールド材の固有抵抗は温度の関数であり、この固有抵
抗が渦電流の発生に影響をあたえるので、一定の渦電流
補償を行うためにはシールドの温度を一定に保持する必
要がある。
液体窒素で熱放射シールドを冷却することが知られてい
る。しかしながら液体窒素が蒸発するので頻繁に磁気シ
ステムに補給しなければならない。
伝導体を介して冷凍機のクールヘッドを熱放射シールド
に接続することが知られている。しかじながら冷凍機の
出力はシールドの温度に与える影響を変化させる。冷却
装置の構成及び機能についての更に詳しい説明は米国特
許路４．５３７．０３３号を参照されたい。
核磁気共鳴診断装置の磁気システム用の他の冷却装置は
真空容器に設けられた二段階冷凍機を有しており、第１
段階において外部放射シールドを冷却するために供給さ
れた液体窒素を有する液体窒素タンクが冷却される。よ
り冷却効果の高い第２段階において内部放射シールドが
冷却される。
更に他の冷却装置は真空容器から物理的に間隔を置いて
設けられた単一段階冷却機を有しており、この冷却機は
ネオンを液化し、真空容器内のタンクに戻す。このタン
クはシールドを冷却する熱サイフオンの一部である。Ｍ
ＲＩｉｉｆｉシステ、ムに用いられる冷却装置の詳細に
ついては米国特許路４．５３５．５９５号及び第４．６
８０，９３６号に記載されている。
［問題点の解決手段１ 本発明のＭＨＩ磁気システム内には、改良された冷却装
置が設けられていることに気付くであろう。この冷却装
置は外部熱放射シールドを略一定の低い温度に維持し、
液化窒素が蒸発するのを防ぎ、低温媒体封入容器内のヘ
リウムの蒸発率を低く抑え、勾配コイルの励起に必要と
される一定の渦電流補償を可能にする。真空容器に設け
られた低温冷却機が適宜作動している限りは冷却装置は
閉サイクルモードを実行し、この結果液化窒素を継ぎ足
す必要は無い。しかしながらもし冷却機が、例えば壊れ
た、あるいは保守の為、あるいは停電等の理由によって
機能しなくなったとしても、冷却装置が開サイクル機能
を有しているのでイメージング作業を続行することがで
きる。磁気システムがその開サイクルで機能するために
外部放射シールドを冷却する液化窒素タンクは開かれ、
液体窒素を供給するため、同タンクの充填口に外部タン
クが接続され、次いで液化窒素タンク用の排出口が開か
れ、及びヘリウム冷却機からヘリウムが排出され、内部
放射シールドが冷却される。本発明にかかる冷却装置は
使用において信頼性が高く、また耐久性に優れ、さらに
製造が簡単でかつ経済的である。本発明の他の特徴の一
部は以上の記載から明らかであり、また一部は以下の明
細書の記載及び添付の図面から明らかになるであろう。
簡単に説明すると、本発明に係る磁気システムの種々の
実施例においては、イメージング対象を受は入れる孔を
画成する第１の壁部を備えた真空容器、及び同真空容器
内に支持された冷却媒体収容容器を有している。冷却媒
体収容容器は磁場を発生する超伝導ワイヤによって形成
されたコイル及び同ワイヤをその臨界温度以下に冷却維
持する液体ヘリウムを保持している。内部熱放射シール
ドが内容器の間に配置され、外部熱放射シールドが内部
シールドと真空容器の間に配置されている。
真空容器によって支持された低温冷却機は第１熱　１ス
テーションにおいて外部シールドを冷却し、第２熱ステ
ーションにおいて内部シールドを冷却する。また磁気シ
ステムは液体窒素を保持するタンクを備えた熱サイフオ
ンを有している。タンクは第１熱ステーションと良好な
熱転移関係を有しており、また熱サイフオンは蒸発した
窒素ガスをタンクに戻す手段を有しており、そこでガス
は冷却機の作用によって液化される。最後に磁気システ
ムはタンクからガスを逃がすための出口及び液化窒素を
供給する充填口を有している。外部熱放射シールドを冷
却する方法として、本発明は、イ）冷凍機に電流が供給
されているときは冷却機は外部シールドの冷却に用いら
れ、 口）しかしながら冷却機の電源が利用できなくなったと
き、あるいは冷却機の修理が必要になったとき、液化窒
素が、通常閉じている充填ポートを利用してタンク内に
供給され、及び窒素ガスが、通常閉じている排出ポート
から排出される。付加的な排出ポートが開けられ、これ
によって開サイクルによる蒸発したヘリウムガスが内部
放射シールドを冷却する。これによって冷却機が作動し
ていない間でも、外部シールドを一定の温度に維持しつ
つ、イメージングを続行することができる。
［実施例〕 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本発明に係る磁気システムに用いられる冷却装置が第１
図において符号２０により示されている。
磁気システムは真空容器２２を有しており、この真空容
器２２は円筒状の第１壁２４を有しており、この第１壁
２４がイメージング対象を収容する孔２６を画成してい
る。真空容器の内側は真空状態（０グサイア）に維持さ
れており、また容器の外側は常温（３００°Ｋ）にさら
されている。容器２２内には低温槽即ち冷却媒体収容容
器２８が配置されており、この冷却媒体収容容器２８は
、強力で、かつ略一様な磁場を孔２６内の所定の位置に
発生させる超伝導ワイヤからなるコイル３０、及びこの
コイルを臨界温度以下に冷却してその電気抵抗値をゼロ
にする液体ヘリウムが封入されている。
磁気システムの冷却媒体収容容器２８と真空容器２２と
の間にはまた、２０°にシールドとして知られている内
部放射シールド３２が配置されている。また８０°にと
して知られている外部熱放射シールド３４が内部シール
ド３２と真空容器２２の間に配置されている。各シール
ドは内部チューブ、外部チューブ及び各チューブを接続
する環状の端片から形成されている。放射シールドの構
成材としては熱及び電気伝導性に優れたアルミニウム合
金が好ましい。種々の容器とシールドとの間の空間には
所謂「超絶縁層」が設けられている（図示せず）。これ
は例えばアラミニラム化されたＭｙｌａｒ（ポリエステ
ルについてのデュポン社の登録商標）等からなる絶縁材
から形成されており、液体ヘリウムに流れ込む熱エネル
ギを減じる。
真空容器の外壁３６からは、コイル３０及び他の電気コ
ネクタのだめの電源リードを収容する第１タレツト３８
と、冷却機４２、及び液化窒素排出ポート４４及び充填
ポート４４Ａを支持する第２タレツト４０と、液体ヘリ
ウム充填ポート４６とが突設されている。第２図によれ
ば、市販の冷却機４２　（ＡＰＤ　Ｃｒｏｇｅｎｉｃｓ
、　Ｉｎｃ、製造のモデル２０８）は、窒素を液化する
のに十分な冷却温度（液化窒素の沸点は７７．３°Ｋ）
を作り出す第１段階熱ステーション４８と、約２０°に
の冷却温度を作り出す第２段階熱ステーション５０とを
有している。第１段階熱ステーション４８は、１ないし
１００１１ツトルの液化窒素５３を収容した小さな環状
のタンクを支持し、同タンクと熱的に良好な熱転移関係
にある。さらに説明すると、例えばアルミニウム合金か
ら形成され、高熱伝導材である板材５４が例えばボルト
（図示せず）によってステーシン４８に取り付けられて
いる。例えばインジウム若しくはガリウム等の高熱伝導
材である可鍛ガスケットが板材と熱ステーションの間に
用いられている。タンク５２は板材５４に従属しており
、また排出ポート４４は板材に形成された孔５６を通し
てチューブ手段５７によってタンクと連通している。排
出ポート４４は大気に開かれており、これによってタン
ク５２内の圧力が大気圧に維持される。チューブ５７は
柔軟部５８を有しており、この部分が、操作温度に冷却
することによって種々の部品に生じる収縮に伴う応力を
解放する。加えて、この部分が伸びて冷却機４２を持ち
上げ、０−リングの取り替えを可能にする。充填ポート
４４Ａ及びタンク５２に対するその接続部分は排出ポー
ト４４と同一の部品によって形成されている。
第２段階熱ステーション５０は外部放射シールド３４の
外殻３４Ａに形成された大窓６０を通して伸びており、
高熱伝導体である脚６２に接続されている。さらに脚６
２は、柔軟な熱ひもによって内部放射シールドの外殻３
２Ａに接続されている。上記熱ひもはスズめっきされた
銅製のひも６３で、外殻３２Ａとターレット４０と間で
良好に熱が伝導できるようにし、また互いに相対運動を
可能にしている。
外部シールド３２から間隔をおいて設けられた液体窒素
のタンク５２は熱サイフオンの一部をなし、外部シール
ド３４を一定温度、７７．３°Ｋに維持する。この温度
は大気圧（Ｉ５ブサイア）下における液体窒素の沸点で
ある。このような熱サイフオンについては米国特許第４
，６８０，９３６号に記載されている。このサイフオン
はまた、外部シールド３４との良好な熱転移関係の下で
沸騰させるため、液体窒素をタンク５２から移す移動手
段、及び冷却機４２によってタンク内で液化させるため
、沸騰により生じた窒素ガスをタンクに戻す返却手段を
有している。
さらに説明すると、タンク５２の基部には出力ポートロ
４が設けられており、この出力ポートロ４は二つのチュ
ーブラインに液体窒素を供給する。
各チュブラインは上方脚６６及び上方脚６８を有してお
り、これによって沸騰により生じたガスをタンクに戻す
。単純化して描いた第４図によれば、上方脚６６は外部
熱シールド３４の殻体３４Ａと接していない一方、上方
脚６８はその殻体３４Ａと接している。チューブ６６は
例えばステンレススチールのような熱伝導性に乏しい材
料で形成されている一方、チューブ脚６８は例えばアル
ミニウムのような熱伝導性に優れた材料で形成されてい
る。サイフオンが作動しているときには、液化窒素が上
方脚６６を通して排出ポート６４から流れ出し、上方脚
６８に流入する。上述したように上方脚は熱伝導性に優
れた材料によって形成されているので液体窒素は上方脚
内部で十分な熱を受けて沸騰する。大気圧下にむいては
液化窒素は７７゜３°にで沸騰し、これによって外部熱
放射シールドは一定温度に維持される。二つの脚肉の窒
素の密度が異なるので、これによって窒素が循環する。
本発明に係る冷却装置はＭＨＩ磁気システムに装備され
た従来の冷却装置を越える幾つかの利点を有している。
外部放射シールド３４の殻体３４Ａに直接１．熱的に接
する液体窒素が沸騰することによってそのシールドが一
定温度に維持され、勾配コイルの励起に必要な渦電流補
償が可能になる。
更に、従来は３０ないしＳＯリットルの液化窒素を収容
しなければならなかったが、本発明のタンクは比較的少
量の液化窒素を収容すれば良い。ポート４４及び４４Ａ
とこれに連絡するチューブ５７が圧力Ｏプサイアの真空
容器を通してタンク５２まで伸びているので冷却装置が
開サイクル機能を有する。冷却機４２に電力が供給され
、正常に作動しているような通常の状態においては、液
体窒素の蒸発によって生じた窒素ガスは第１段階冷却ス
テーション４８によってタンク内で液化される。このよ
うに液体窒素を補給する必要がないので、冷却機及び熱
サイフオンは本質的に閉サイクルモードにある。
しかしながら例えば冷却機４２に対する給電が停止し、
あるいは冷却機の修理が必要になった等、の非常事態に
おいてもイメージングは続行される。
ポート４４及び４４Ａと、チューブ５７は液体窒素の補
給及び窒素ガスの排出を可能にする。タンク内の液体窒
素の量を示す指示手段（図示せず）が設けられており、
これによって液体窒素の補給の必要の有無を確認するこ
とができる。
２０’シールドに接続された第２段階、及び８Ｇ’シー
ルドに冷却する第１段階を有する冷却機４２は磁気シス
テムから熱を奪い、冷却媒体収容容器２８に熱が達する
のを防ぐ。本発明の係る冷却装置によって、液体ヘリウ
ムの補給は３月に１回行うだけで良く、これによって磁
気システムの保守が極めて容易になる。
操作方法として本発明は以下のステップを有している。
即ち、 イ）電源から電力が供給が可能なとき冷却機４２は外部
熱放射シールド３４を冷却し、 口）シかしながら電源から電力の供給が不可能なとき、
あるいは冷却機の補修が必要なときは、ポート４４及び
４４Ａを利用して液体窒素がタンク５２内に供給され、
タンク内の液体窒素の供給を維持し、及び２０’にヘリ
ウム排出ポートが開かれ、これによってシステムの冷却
が続行され、イメージングの続行を可能にする。
上述の記載から明らかなように、本発明の目的が達成さ
れ、また他の利点が得られることが判るであろう。
本発明の範囲から逸脱することなく上述の構成に種々の
変向を加えることが可能である、従って上述の記載ある
いは図面に示された事項は単に実施例であってこれに限
定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にかかるＭＲＩ磁気システムを示す一部
切欠き斜視図、 第２図は第１図の２−２線に添って示した部分断面図、 第３図は第２図の３−３線視断面図、 第４図は液体窒素タンクを含む熱サイフオンを示す簡略
図である。 ２０：′８ｉ気システム、２２：真空容器、２４：第１
壁、２６：孔、２８：冷却媒体収容容器、３０：コイル
、３２：内部放射シールド、３２Ａ：内部放射シールド
の外殻、３４：外部熱放射シールド、３４Ａ：殻体、３
６：外壁、３８：第１タレツト、４０：第２タレツト、
４２：冷却機、４４：液化窒素排出ボート、４４Ａ：ポ
ート、４６：液体ヘリウム充填ポート、４８：第１段階
熱ステーション、５０：第２段階熱ステーション、５３
：液化窒素、５４：板材、５６：孔、５７：チューブ５
７．５８：柔軟部、６０：大窓、６２：脚、６３：ひも
、６４：出力ボート、６６：上方脚、６８：上方脚。 ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. １．核磁気共鳴映像装置に使用され、略一様な磁場を局
    所に集中して発生させる磁気システムであって、 イメージング対象を収容する孔を形成する第１壁を備え
    た真空容器と、 同真空容器内に支持された収容容器であって、超伝導ワ
    イヤから形成されて前記磁場を発生するメインコイルと
    共に同コイルをその臨界温度以下に冷却する液体ヘリウ
    ムを収容する冷却媒体収容容器と、 同冷却媒体収容容器と前記真空容器との間に配置された
    内部熱放射シールドと、 同内部シールドと前記真空容器との間に配置された外部
    熱放射シールドと、 前記真空容器に支持されると共に同真空容器内に伸びる
    冷却機であって、前記外部シールドを冷却する第１段階
    熱ステーション及び前記内部シールド冷却する第２段階
    熱ステーションを有する冷却機と を有してなる磁気システムにおいて、 液体ヘリウムの沸点よりは高いが常温よりはかなり低い
    沸点を有する第２の液体を収容し、前記外部シールドを
    冷却するタンクであって、前記真空容器と前記外部シー
    ルドとの間の前記第１段階熱ステーションに対して良好
    な熱転移関係を維持する一方、前記外部シールドに対し
    ては間隔をおいて支持されているタンクと、 前記タンクから前記対２の液体を転送し、前記外部シー
    ルドとの良好な熱転移関係の中で前記第２の液体を蒸発
    させる転移手段と、 前記タンク内において前記冷却機により液化させるため
    、前記第２の液体の蒸発によって生じたガスを前記タン
    クに戻す返送手段と を有することを特徴とする磁気システム。
  2. ２．前記タンクは環状に形成され、前記第１段階熱ステ
    ーションに支持されていることを特徴とする請求項第１
    項記載の磁気システム。
  3. ３．前記第２の液体は液体窒素であることを特徴とする
    請求項第１項記載の磁気システム。
  4. ４．前記各シールドは円筒状の外部殼体、円筒状の内部
    殼体、及び同外部殼体と内部殼体とを接続する環状の端
    板を有し、かつ前記外部シールドの外部殼体は前記第２
    段階熱ステーションを通過させる窓を有していることを
    特徴とする請求項第１項記載の磁気磁気システム。
  5. ５．前記窓は十分に大きくこれによって前記第２段階熱
    ステーションが前記外部シールドの外部殼体と接触しな
    いことを特徴とする請求項第４項記載の磁気システム。
  6. ６．前記タンク、前記転移手段、及び前記返送手段が熱
    サイフォンを構成することを特徴とする請求項第１項記
    載の磁気システム。
  7. ７． イ）核磁気共鳴映像装置に使用され、略一様な磁場を局
    所に集中して発生させる磁気システムであって、 ロ）イメージング対象を収容する孔を形成する第１壁を
    備えた真空容器と、 ハ）同真空容器内に支持された収容容器であって、超伝
    導ワイヤから形成されて前記磁場を発生するメインコイ
    ルと共に同コイルをその臨界温度以下に冷却する液体ヘ
    リウムを収容する冷却媒体収容容器と、 ニ）同冷却媒体収容容器と前記真空容器との間に配置さ
    れた内部熱放射シールドと、 ホ）同内部シールドと前記真空容器との間に配置された
    外部熱放射シールドと、 ヘ）前記真空容器に支持されると共に同真空容器内に伸
    びる冷却機であって、前記外部シールドを冷却する第１
    段階熱ステーション及び前記内部シールド冷却する第２
    段階熱ステーションを有する冷却機と ト） （ａ）液体ヘリウムの沸点よりは高いが常温よりはかな
    り低い沸点を有する第２の液体を収容し、前記外部シー
    ルド冷却するタンクであって、前記真空容器と前記外部
    シールドとの間の前記第１段階熱ステーションに対して
    良好な熱転移関係を維持する一方、前記外部シールドに
    対しては間隔をおいて支持されているタンク、 （ｂ）同タンクから前記対２の液体を転送し、前記外部
    シールドとの良好な熱転移関係の中で前記第２の液体を
    蒸発させる転移手段、及び （ｃ）前記タンク内において前記冷却機により液化させ
    るため、前記第２の液体の蒸発によって生じたガスを前
    記タンクに戻す返送手段 とを有する熱サイフォンと、 チ）前記タンクを大気に連通する排出手段とを有するこ
    とを特徴とする磁気システム。
  8. ８．核磁気共鳴映像装置に使用され、略一様な磁場を局
    所に集中して発生させる磁気システムであって、 イメージング対象を収容する孔を形成する第１壁を備え
    た真空容器と、 同真空容器内に支持された収容容器であって、超伝導ワ
    イヤから形成されて前記磁場を発生するメインコイルと
    共に同コイルをその臨界温度以下に冷却する液体ヘリウ
    ムを収容する冷却媒体収容容器と、 同冷却媒体収容容器と前記真空容器との間に配置された
    熱放射シールドと、 前記真空容器に支持されると共に同真空容器内に伸びる
    冷却機であって、前記シールドを冷却する熱ステーショ
    ンを備えた冷却機と 液体窒素を収容し、前記シールドを冷却するタンクであ
    って、前記熱ステーションに対して良好な熱転移関係を
    維持する一方、前記シールドに対しては間隔をおいて支
    持されているタンクと、前記タンクから前記液体窒素を
    転送し、前記外部シールドとの良好な熱転移関係の中で
    前記液体窒素を蒸発させる転移手段と、 前記タンク内において前記冷却機により液化させるため
    、前記液体窒素の蒸発によって生じたガスを前記タンク
    に戻す返送手段と、 前記タンクを大気に連通する排出手段と を有することを特徴とする磁気システム。
  9. ９．核磁気共鳴映像装置に使用され、略一様な磁場を局
    所に集中して発生させる磁気システムであって、 イメージング対象を収容する孔を形成する第１壁を備え
    た真空容器と、 同真空容器内に支持された収容容器であって、超伝導ワ
    イヤから形成されて前記磁場を発生するメインコイルと
    共に沸騰することによって同コイルをその臨界温度以下
    に冷却する液体ヘリウムを収容する冷却媒体収容容器と
    、 同冷却媒体収容容器と前記真空容器との間に配置された
    熱放射シールドと、 前記真空容器に支持されると共に同真空容器内に伸びる
    冷却機であって、前記シールドを冷却する熱ステーショ
    ンを備えた電気冷却機と 液体窒素を収容し、前記外部シールド冷却するタンクで
    あって、前記真空容器と前記シールドとの間の前記熱ス
    テーションに対して良好な熱転移関係を維持する一方、
    前記シールドに対しては間隔をおいて支持されているタ
    ンクと、 前記タンクから前記液体窒素を転送し、前記外部シール
    ドとの良好な熱転移関係の中で前記液体窒素を蒸発させ
    る転移手段と、 前記タンク内において前記冷却機により液化させるため
    、前記液体窒素の蒸発によって生じたガスを前記タンク
    に戻す返送手段と 前記タンクから前記真空容器外部に伸び前記タンクを大
    気に連通し、かつ前記液体窒素を前記タンクに供給する
    排出及び充填ポートと を有する磁気システムの熱放射シールドを冷却する方法
    において、 ａ）前記冷却機が機能しているときは、前記冷却機を使
    用して前記シールドを冷却し、 ｂ）前記冷却機が機能していないときは、前記排出ポー
    トを介して前記タンクから前記窒素ガスを排出しつつ、
    前記充填ポートを利用して前記タンク内に液体窒素を供
    給することを特徴とする磁気システムの熱放射シールド
    冷却方法。
JP63236181A 1987-09-28 1988-09-20 磁気システム Pending JPH01107748A (ja)

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