JPH0479304A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気共鳴（Ｍ　Ｒ：　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒ
ｅｓｏｎａｎｃｅ）現象を利用して被検体（生体）のス
ライス画像等の形態情報やスペクトロスコピー等の形態
情報を得るＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）等
における静磁界を発生する超電導マグネット装置に関す
る。

（従来の技術） 磁気共鳴現象は、静磁界中に置かれた零でないスピン及
び磁気モーメントをもつ原子核が特定の周波数の電磁波
のみを共鳴的に吸収・放出する現象であり、この原子核
は下記式に示す角周波数ω。（ω。＝２πＶＩＩＩＶＩ
Ｉニラーモア周波数）で共鳴する。

ω。＝γＢ０ ここで、γは原子核の種類に固有の磁気回転比であり、
また、Ｂｏは静磁界の強度である。

以上の原理を利用して生体診断を行うＭＲＩ装置は、上
述の共鳴吸収の後に誘起される上記と同じ周波数の電磁
波を信号処理して、原子核密度、縦緩和時間Ｔ□、横緩
和時間Ｔ２．流れ、化学シフト等の情報が反映された診
断情報例えば被検体のスライス像等を無侵襲で得るよう
にしている。

そして、磁気共鳴による診断情報の収集は、静磁界中に
配置した被検体の全部位を励起し、かつ、信号収集する
ことができるものではあるが、装置構成上の制約やイメ
ージング像の臨床上の要請から実際の装置としては特定
の部位に対する励起とその信号収集とを行なうようにし
ている。

この場合、イメージング対象とする特定部位は。

一般にある厚さを持ったスライス部位であるのが通例で
あり、このスライス部位からのエコー信号やＦＩＤ信号
の磁気共鳴信号（ＭＲ倍信号を、例えば位相エンコード
法であれば多数回のデータエンコード過程を実行するこ
とにより収集し、これらデータ群を、例えば２次元フー
リエ変換法により画像再構成処理することにより前記特
定スライス部位の画像を生成するようにしている。

かかるＭＲＩ装置にあって、Ｂ、つまり静磁界強度は、
数千〜敵方ガウスを必要とし、一般には超電導マグネッ
ト常電導マグネットを用いている。

一方、磁石内の診断空間内に形成される静磁界は、高磁
界にするほど、一般に高画質になるため、超電導マグネ
ットが普及している。その超電導マグネットは第８図に
示す様になっている。例えば文献（Ｊ　、　Ａｌｃｏｒ
ｎ、　ｅｔａｌ＋　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｔｉｏｎｓ
　ｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ、　Ｖｏｌ　２４．　Ｎｏ２
　ｔ　Ｍａｒｃｈ　１９８８．　ｐ１２８０）に示され
ている。すなわち、超電導コイル（ト）は１気圧の液体
ヘリウム■の中に浸漬され、その液体ヘリウムを保持す
るヘリウム容器（３）がある。液体ヘリウムの温度は約
４．２Ｋであり、常温部からの放射熱を低減するために
、ヘリウム容器■と常温にある真空容器４との間に、熱
シールド板■を入れる。熱シールド板は一般に、約２０
Ｋに保持される２０にシールド板（５１）と、約８０Ｋ
に保持される８０にシールド板（５２）から構成される
ことが多いが、場合によっては１枚の熱シールド板で構
成されることもある。

熱シールド板■は一般的に、小型冷凍機■の冷却面に熱
的に接触されて、温度が維持されている。

従って、熱シールド板の温度は小型冷凍機の能力と熱シ
ールド板に入ってくる熱量と平衡した温度になる。８０
にと２０にの２段の冷却ステージをもった小型冷凍機の
場合には、２枚の熱シールド板を用いることができる。

一方、小型冷凍機を用いない場合は、熱シールド板の一
方は約７７にの液体チッ素を用いる。あるいは、液体ヘ
リウムの蒸発したヘリウムガスを循環させて、熱シール
ド板の温度を低く保つ方法がとられている。

また、液体ヘリウム容器（３）と熱シールド板■、真空
容器（４）の間には、図示されていないが、多層断熱層
が配置されて、低温側への熱の侵入を低減している。

液体ヘリウム容器■と真空容器４との間の空間は真空に
保たれて、常温からの熱の対流を抑えている。

従来の超電導マグネット装置は主として以上に述べたも
のによって構成されている。

（発明が解決しようとする課題） 上に述べた超電導マグネット装置では、液体ヘリウム容
器が１気圧の液体ヘリウムを貯蔵し。

かつ、外側の真空領域に対して耐えられる強度を有する
ために、ヘリウム容器の肉厚は厚くなり、同時に重くな
る欠点がある。また、超電導マグネット装置の軸長も長
くなる。さらに、半径方向には、ヘリウム容器に液体ヘ
リウムを貯蔵するための空間が必要となって、超電導マ
グネット装置の高さが高くなる欠点があった。また、液
体ヘリウムを注入するために用いるトランスアアーチュ
ーブを挿入する空間が必要となり、超電導マグネット装
置の高さの上方に空間を設けることになって、超電導マ
グネット装置を収納する建屋の室内の高さが高くなる欠
点があった。また、診断を受ける患者は、超電導マグネ
ット装置のほぼ中央にある診断領域でイメージングを受
けるために、軸長が長いと不安感が生じるなどの欠点が
あった。

上記問題点に鑑み、本発明は軽量でコンパクトな超電導
マグネット装置を提供し、患者の不安感を極力取り除く
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の超電導マグネット装置は、液体ヘリウム温度ま
たはそれ以下の温度に冷却できる小型冷凍機を備え、そ
の冷却面に熱伝導の良い高純度アルミニウム等からなる
伝熱板を熱的に接触させ、その伝熱板を超電導コイルに
熱的に接触させて超電導コイルを冷却する構成とする。

（作用） このように構成すると、超電導コイルは伝熱板の熱伝導
で冷却されるため、液体ヘリウムおよび液体ヘリウムを
貯蔵する容器が不用となり、全体的に軽量でコンパクト
な超電導マグネット装置が得られ、軸長も短くなる。

（実施例） 本発明の一実施例について第１図を参照して説明する。

液体ヘリウム温度または、それ以下の温度に冷却できる
小型冷凍機■の冷却面を、純度９９％以上で熱伝導度の
良い高純度アルミニウムなどで作られた板（５）の一端
に熱的に接触させる。上記アルミニウム板（８）は超電
導コイル■の外周あるいは内周あるいは両者に電気絶縁
物を介して熱的に接触させる。電気絶縁物にはフェス、
エポキシ等の接着材を用いて、超電導コイルとアルミニ
ウム板の間を埋める構成にすると、熱的な接触が良くな
る。

このように構成すると、超電導コイル■は絶縁物、およ
びアルミニウム板を介して小型冷凍機■により冷却され
、超電導状態が得られる。

このような構成では液体ヘリウムがなくなるため、ヘリ
ウム容器が不用となり、軽量でコンパクトな超電導マグ
ネット装置が得られる。また、ヘリウム容器がなくなる
と同時に、重量物を支持する断熱支持材も小さなもので
済み、断熱空間が短くなるため、装置の軸長も短くなっ
て、患者の不安感が少なくなる効果がある。

なお、第１図では小型冷凍機■は上方に取付けられてい
るが、任意の位置に取付けても同じ効果が得られる。

アルミニウム板■の代りに銅や無酸素銅の板を用いても
よい。

（他の実施例１） 他の一実施例を第２図に示す。熱伝導の良いアルミニウ
ム板（８）は一端を４６２Ｋ以下に冷却できる小型冷凍
機■の冷却面に熱的に接触される。また、アルミニウム
板（８）は超電導コイル■に絶縁物を介して熱的に接触
される。アルミニウム板は超電導コイルの軸方向と同じ
方向にスリット（９）が入れられる。スリット０）は片
端のみで熱的に接続していてもよい。あるいは、超電導
コイルと接触する部分はスリット０が両端まで切れてい
ても良いが、超電導コイルから離れた位置では接合され
ている。

このように構成すると、超電導コイル■はアルミニウム
板（ハ）を介して小型冷凍機■により冷却され、超電導
状態になる。また、スリットｅ）をアルミニウム板■に
入れることにより、超電導コイルがクエンチした場合に
、アルミニウム板（ハ）に流れる誘導電流が少なくなり
、過度の加熱がなくなる。

また、ＭＲ両画像とるために用いられる傾斜磁場コイル
が発生するパルス的な磁場による渦電流も少なくなる。

このように、アルミニウム板（８）にスリット■）を入
れることにより、前の実施例と同じ効果が得られ、さら
に、クエンチ時あるいは、傾斜磁場コイルによる影響も
少なくなる。また、第２図では、アルミニウム板（８）
が超電導コイルの外側に配しであるが、内側あるいは両
側にあっても同じ効果が得られる。

（他の実施例２） 他の一実施例を第３図に示す。超電導コイルが多数個に
分割さ九ている場合には、アルミニウム板（８）は多数
個の超電導コイル■に絶縁物を介して熱的に接触される
。また、アルミニウム板ら）の一端あるいは一部は４．
２Ｋ以下に冷却できる小型冷凍機ωの冷却面に熱的に接
触される。

このように構成すると、多数個の超電導コイル■はアル
ミニウム板（ハ）を通して小型冷凍機■より冷却され、
超電導状態が得られる。

したがって、多数個の超電導コイル■を冷却するために
複雑な構成となるヘリウム容器が不用となるため、前の
実施例と同じ効果が得られる。また、アルミニウム板（
８）にスリットを入れても良い。

（他の実施例３） 他の一実施例を第４図に示す。アルミニウム板（ハ）は
超電導コイル■の層間に配置する。

このように構成すると、アルミニウム板（８）と超電導
コイルのとの熱的な接触が良くなるため、前の実施例と
同じ効果が得られるのに加えて、冷却が早くできる効果
がある。

（他の実施例４） 他の一実施例を第５図に示す。アルミニウム、銅、また
はステンレスなどで作られたパイプ（１０）を超電導コ
イル■の周囲に巻きつけ、一端を小型冷凍機■に取付け
、そこでヘリウムを冷却し、液化させ、液体ヘリウムの
重力をもちいて超電導コイルを冷却する。ヘリウムは通
常の４Ｈｅでもその同位元素の’Ｈｅでも良い。

また、パイプ（１０）は超電導コイル■の表面に絶縁物
を介して取付けた熱伝導の良いアルミニウム板に熱的に
接触させても良い。

このように構成すると、前の実施例と同じ効果が得られ
る。

（他の実施例５） 他の一実施例を第６図に示す。複数個の超電導コイルか
ら構成された超電導マグネットにおいて、両端のコイル
を他のコイルより径を大きくし、かつ、他のコイルと逆
方向の磁界を中心に発生するように構成し、両端のコイ
ルの中心径よりも小さい径を有する磁性体（１１）を配
置する。

このように配置すると、磁性体（１１）は中心の磁界を
強めることになり、超電導コイルの重量を低減できる。

前の実施例と同じ効果が得られるとともに、軽量化に寄
与できる。

（他の実施例６） 他の一実施例を第７図に示す。超電導コイル■を診断空
間（１０２）の中央で分割し、超電導コイル■にアルミ
ニウム板（ハ）を絶縁物を介して熱的に接触させる。ア
ルミニウム板（８）の一端を小型冷凍機の冷却面に熱的
に接触させる。診断空間（１０２）の真上に超電導マグ
ネット装置の外まで貫通した穴（１０１）を設ける。

穴（１０１）の形は径が大きくなるに従って広くなる様
にしても良い。あるいは、円周方向に扇形に開いている
様にしても良い。

また、真空容器の端部から穴（１０１）までの長さしは
１ｍ以内にする。

このように構成すると、前と同し実施例の効果が得られ
る以外に、患者は診断空間から外部を見ることができる
ため、不安感が少なくなる効果がある。また、真空容器
の軸方向の長さを１ｍ以下にしようとすると超電導コイ
ルの起磁力が大きくなったが、２分割にすることにより
、起磁力も少なくなって、不安感の減少が得られる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、液体ヘリウ
ム温度以下に冷却できる小型冷凍機の冷却面に高純度ア
ルミニウム板等の伝熱板を熱的に接触し、超電導コイル
に絶縁物を介して熱的に接触する構成としたので、ヘリ
ウム容器を不用とでき、軽量でかつコンパクトな超電導
マグネット装置が得られるとともに、患者の不安感を和
らげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超電導マグネット装置
の上半の断面図、第２図は他の実施例における超電導コ
イルとアルミ板と小型冷凍機の配置を示す斜視図、第３
図から第６図は他の実施例の主要な部分の断面図、第７
図はさらに他の実施例の断面図、第８図は従来の超電導
マグネット装置の上半の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）４．２Ｋ以下の温度を発生する小型冷凍機と、こ
   の冷凍機で冷却される伝熱板と、絶縁物を介して前記伝
   熱板に熱的に接触した超電導コイルとを備えたことを特
   徴とする超電導マグネット装置。 （２）伝熱板は高純度アルミニウムまたは無酸素銅から
   なることを特徴とする請求項（１）記載の超電導マグネ
   ット装置。 （３）伝熱板は円筒形の超電導コイルの軸と同じ方向に
   スリットを入れたことを特徴とする請求項（１）記載の
   超電導マグネット装置。 （４）超電導コイルは多数個の巻線部で構成され、その
   各々に伝熱板を配したことを特徴とする請求項（１）記
   載の超電導マグネット装置。 （５）円筒状の超電導コイルをなす複数個のコイルブロ
   ックの各軸が同じであり、両端のコイルブロックが内側
   のコイルブロックより径が大きく配置され、内側のコイ
   ルブロックの外周に磁性体を配置したことを特徴とする
   請求項（４）記載の超電導マグネット装置。（６）同軸
   の複数個のブロックで構成される円筒状の超電導コイル
   において、コイル軸方向の中央に常温空間の穴を形成し
   たことを特徴とする請求項４記載の超電導マグネット装
   置。 （７）常温空間の穴から超電導マグネット装置の端部ま
   での長さを１ｍ以内としたことを特徴とする請求項（６
   ）記載の超電導マグネット装置。 （８）伝熱板は超電導コイル巻線の１つ以上の層間に挿
   入されたことを特徴とする請求項（１）記載の超電導マ
   グネット装置。 （９）ヘリウムが封じ込められたパイプの一端が４．２
   Ｋ以下の温度を発生する小型冷凍機に接触され、他端が
   超電導コイルの周囲に巻回されたことを特徴とする超電
   導マグネット装置。