クライオスタット熱負荷を低減するための貫通チューブアセンブリ
【課題】貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷を有利に低減させる一方で、クライオクーラの寿命を強化している貫通チューブアセンブリのロバストな設計を開発すること。
【解決手段】クライオスタット向けの貫通アセンブリを提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器の内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている。
【解決手段】クライオスタット向けの貫通アセンブリを提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器の内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はクライオスタットに関し、またより詳細にはクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリであって、貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷を低減するように構成された貫通チューブアセンブリの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムや核磁気共鳴（ＮＭＲ）撮像システムのための超伝導マグネットを収容するためには、例えば液体冷媒を包含した周知のクライオスタットが使用される。典型的にはクライオスタットは、内側クライオスタット容器と、複数の超伝導コイルを含んだマグネットカートリッジを囲繞するヘリウム容器と、を含む。さらにマグネットカートリッジを囲繞するヘリウム容器は典型的には、マグネットを冷却するための液体ヘリウムで満たされている。さらにこのヘリウム容器を熱放射シールドが囲繞している。さらにこの高温熱放射シールドを外側クライオスタット容器、真空容器が囲繞している。さらに外側クライオスタット容器は一般に排気されている。
【０００３】
さらにクライオスタットは一般に、容器壁を通過する少なくとも１つの貫通を含んでおり、該貫通はヘリウム容器に対する様々な接続を容易にするように構成されている。これらの貫通は、真空容器とヘリウム容器の間の真空を維持しながら真空容器とヘリウム容器の間の熱伝導を最小化するように設計されることに留意されたい。さらにこうした貫通は、真空容器とヘリウム容器の熱膨張及び収縮の差を補償することが望ましい。さらにこうした貫通によって、マグネットクエンチの場合にヘリウムガスのフロー経路も提供できる。
【０００４】
貫通があると潜在的に、室温から極低温までクライオスタットに対する熱負荷が増加する。熱負荷のメカニズムには典型的には、熱伝導、マクロ及びマイクロの熱対流、熱放射、並びに熱マイクロ対流が含まれる。さらに熱負荷メカニズムにはまた、材料の熱伝導、コールドヘッドへの熱リンク、ヘリウムカラムの熱伝導、クライオスタットのサイドから上部への熱放射、及びクライオクーラへの熱接触リンクが含まれる。大気に対して開かれておりかつヘリウムガスのフローが逃げることにより冷却を受けるクライオスタット貫通と異なり、クライオスタット上の閉鎖式またはハーメチック封止式の貫通はクライオスタットにとって主要な熱入力源となる。さらに貫通には一般に、マグネットの突然のエネルギーダンプやクエンチあるいは真空不良や結氷閉塞（ｉｃｅ ｂｌｏｃｋａｇｅ）の場合における冷媒気体の迅速かつ安全な放出を保証するための安全手段が装備されている。
【０００５】
従来における初期のＮＭＲ及びＭＲＩシステムは、クライオスタットのヘリウム浴からのボイルオフを利用すると共に、このボイルオフ気体を貫通の周りまたはその中を通過させて熱交換をしていた。貫通内部に熱交換気体を存在させることは、効率のよい冷却に利用することが可能である。具体的には、設計が適正であれば、熱交換気体が存在することによって冷媒システムに対する熱負荷が実質的に最小化される。しかしＮＭＲ及びＭＲＩマグネットシステム並びに別の冷媒用途では、コストの理由から貫通を通じた気体の大気への放出が許容されない。さらにヘリウムコストのかなりの上昇のために、冷媒システムはボイルオフ気体を完全に再凝縮させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７７９１２２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、気体ストリームの冷却が利用可能でないことにより、貫通は全熱負荷予算をかなり増大させる。さらに、貫通に関する寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）熱負荷は、クライオスタットに対する総熱負荷の２０〜４０％程度の高さになる可能性がある。この熱負荷は、クライオクーラに対する不都合かつ高価な早期の交換や改装に繋がるので不利である。クライオクーラ交換があると次いで、例えばＭＲＩマグネットの寿命サイクルコストが増大する。
【０００８】
さらに、貫通チューブアセンブリにより生じるクライオスタット熱負荷を低減するために目下利用可能な別のある技法では、ヒートシンクの役割をするコールドヘッド冷却段とリンクさせたヒートステーションを用いて貫通チューブアセンブリを冷却することが必要である。しかしながら、これらの技法を用いるとコールドヘッドの冷却力が低下する。さらに別の技法は貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタット熱負荷の冷却の問題に対して、貫通チューブアセンブリの物理的寸法を最小化することによって対処している。しかし貫通チューブアセンブリの寸法の最小化は、内部圧力が設計圧力よりかなり高くまで増大するに至ることによって高いクエンチレートでクライオスタットにマイナスの影響を及ぼす可能性がある。さらに従来では貫通チューブとしてべローズを用いており、べローズの回旋部によって追加の熱的長さが提供されていた。しかし、追加の熱的長さがある場合であっても、べローズからヘリウム容器までの熱伝導負荷は有意となる可能性がある。
【０００９】
したがって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷を有利に低減させる一方で、クライオクーラの寿命を強化している貫通チューブアセンブリのロバストな設計を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技法の態様によるクライオスタット向けの貫通アセンブリを提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている。
【００１１】
本技法の態様によるクライオスタット向けの貫通アセンブリの別の実施形態を提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材は互いの内部にネスト構造にした複数のチューブを含んでおり該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されており、かつ該複数のチューブは波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている。
【００１２】
本技法のさらに別の態様では、磁気共鳴撮像のためのシステムを提示する。本システムは画像データ標本を収集するように構成された収集サブシステムを含んでおり、該収集サブシステムはその内部に患者を受け入れるように構成された超伝導マグネット及び該超伝導マグネットをその内部に包含する冷媒容器を含んだクライオスタットを含んでおり、該クライオスタットは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を含んでいる熱負荷最適化貫通チューブアセンブリを含む。さらに本システムは、収集サブシステムと動作可能に関連付けされると共に収集画像データを処理するように構成された処理サブシステムを含む。
【００１３】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】クライオスタット構造の部分断面図である。
【図２】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の一実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図３】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図４】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材のさらに別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図５】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図６】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図７】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図８】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材のさらに別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書の以下で詳細に説明することにするが、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリに関して該貫通チューブアセンブリの熱有効長を増強するように構成させた様々な実施形態を提示する。具体的には、貫通チューブアセンブリに関するこの様々な実施形態によれば、貫通チューブアセンブリの熱有効長の増強によって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷が低減される。以下に記載する貫通アセンブリの利用によって、貫通によって生じるクライオスタット熱負荷を劇的に低減することができる。
【００１６】
図１を参照すると、クライオスタット１０１を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの断面像１００を表した概要図を示している。クライオスタット１０１は超伝導マグネット１０２を含む。さらにクライオスタット１０１は、マグネットカートリッジ１０２を囲繞すると共にマグネットの冷却のための冷媒１１８で満たされている環状冷媒容器１０４を含む。冷媒容器１０４はまた、クライオスタット１０１の内側壁と呼ぶこともある。クライオスタット１０１はさらに、冷媒容器１０４を囲繞している環状熱放射シールド１０６を含む。さらにクライオスタット１０１は、熱放射シールド１０６を囲繞すると共に典型的には排気されている環状真空容器または外側真空チェンバー（ＯＶＣ）１０８を含む。ＯＶＣはまた、クライオスタット１０１の外側壁と呼ぶこともある。さらにクライオスタット１０１は、冷媒容器１０４と外側真空チェンバー１０８と熱放射シールド１０６とを貫通し、これによって電気リード線向けのアクセスを提供している貫通チューブアセンブリ１１０を含む。図１に示した実施形態では貫通チューブアセンブリ１１０は、ある種の実施形態においてカバープレート１１２を有する閉鎖型の貫通アセンブリである。さらに参照番号１２６は全体として貫通チューブアセンブリ１１０内の開口部を示している。
【００１７】
さらに参照番号１１４は全体として貫通チューブアセンブリ１１０の壁部材を示している。壁部材１１４の第１の端部をＯＶＣ１０８と動作可能に結合させることがある一方、壁部材１１４の第２の端部を冷媒容器１０４と動作可能に結合させることがあることに留意されたい。したがって、壁部材１１４の第１の端部を約３００度ケルビン（Ｋ）の第１の温度とすることがある一方、壁部材１１４の第２の端部を約４度Ｋの温度とすることがある。
【００１８】
さらに冷媒容器１０４内の冷媒１１８は、ある種の実施形態においてヘリウムを含むことがある。しかしある種の別の実施形態ではその冷媒１１８は、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含むことがある。本明細書において様々な実施形態を冷媒１１８としたヘリウムに関連して記載することに留意されたい。したがって、冷媒容器とヘリウム容器という用語を区別なく用いることがある。
【００１９】
さらに図１に示したように、ＭＲＩシステム１００はスリーブ１１６を含む。ある種の実施形態では、このスリーブ１１６内にクライオクーラ１２０を配置させることがある。クライオクーラ１２０は、冷媒容器１０４内の冷媒１１８を冷却し液化するために利用される。さらに参照番号１２２は全体として患者ボアを示している。スキャン手技の間に患者ボア１２４内部に患者１２４が位置決めされるのが典型的である。
【００２０】
上で指摘したように、何らかの貫通があると室温から極低温までのクライオスタットに対する熱負荷の増加に繋がる可能性がある。本技法の態様では、図１のクライオスタット１０１などのクライオスタット内に用いられる貫通チューブアセンブリに関してクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減するように構成された様々な実施形態を提示する。具体的には、本明細書の以下に提示する貫通チューブアセンブリは、貫通チューブアセンブリの熱有効長を増強することによってクライオスタットに対する熱負荷を低減するように構成されている。
【００２１】
図２には、図１のクライオスタット１０１などのクライオスタット内で用いるための例示的な貫通チューブアセンブリ２００の一実施形態を表している。具体的に図２は、クライオスタット１０１内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材２０４（図１の壁部材１１４など）の一実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。より具体的に図２は、貫通チューブアセンブリ２００のうち貫通チューブアセンブリの対称軸２０２の一方の側に配置された部分を表している。一実施形態では、貫通チューブアセンブリは、薄壁の円形断面を有する円筒状のチューブを含むことがある。本技法の態様では例示的な貫通チューブアセンブリ２００は、熱有効長を増強するように構成された壁部材２０４を含んでおり、これにより貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷の低減が支援される。熱有効長（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｌｅｎｇｔｈ）という用語は一般に、壁部材２０４の熱伝導経路の長さを示すために用いている。一実施形態ではその貫通チューブアセンブリ２００は、熱伝導経路の長さを約５０ｍｍから約３００ｍｍの範囲で増強するように構成されることがある。
【００２２】
具体的に図２に示した実施形態では、貫通チューブアセンブリ２００は第１の端部２０６及び第２の端部２０８を有する壁部材２０４を含む。一実施形態ではその壁部材２０４の第１の端部２０６を、第１のフランジ２１０を用いてＯＶＣ１０８（図１参照）に結合させることがある。さらに、壁部材２０４の第２の端部２０８は、クライオスタット１０１の冷媒容器１０４（図１参照）に結合させることがある。一実施形態では、壁部材２０４の第２の端部２０８は、第２のフランジ２１２を用いて冷媒容器１０４に結合させることがある。一実施形態では、第１のフランジ２１０及び第２のフランジ２１２はステンレス鋼フランジを含むことがある。しかし、第１及び第２のフランジ２１０、２１２の形成のために銅またはアルミニウムを用いることもある。
【００２３】
上で指摘したように、壁部材２０４の第１の端部２０６はＯＶＣ１０８に結合させている。したがって、壁部材２０４の第１の端部２０６は高温領域と連絡可能に結合されている。同様に、壁部材２０４の第２の端部２０８はクライオスタット１０１の冷媒容器１０４の内部に配置させた冷媒１１８（図１参照）と連絡可能に結合されているため、壁部材２０４の第２の端部２０８は低温領域に連絡可能に結合されている。さらに高温領域は、約８０度ケルビン（Ｋ）〜約３００度Ｋの範囲の温度を有することがある。したがって、高温領域に連絡可能に結合された壁部材２０４の第１の端部２０６は、約８０度Ｋ〜約３００度Ｋの範囲の温度とすることがある。
【００２４】
冷媒は、液体ヘリウム、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含み得ることに留意されたい。さらに、壁部材２０４の第２の端部２０８がクライオスタット１０１の冷媒容器１０４の内部に配置させた冷媒と動作可能に関連付けされているため、第２の端部２０８を低温領域に結合させることができる。この低温領域は、ある種の用途では約４度Ｋ〜約７７度Ｋの範囲の温度とすることがある。一例として、その冷媒１１８が液体水素であれば、低温領域を約４度Ｋ〜約２０度Ｋの範囲の温度とすることがある。さらにその冷媒１１８が液体ネオンであれば、低温領域を約４度Ｋ〜約２７度Ｋの範囲の温度とすることがある。さらに別の冷媒では、低温領域を約４度Ｋ〜約７７度Ｋの範囲の温度とすることがある。
【００２５】
本技法の態様では貫通チューブアセンブリ２００の壁部材２０４は、貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長を変更またさらに具体的には増強し、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷を低減するように構成されている。具体的には壁部材２０４は、貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長を約５０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲で変更するように構成されている。このために図２の実施形態では壁部材２０４は、互いの内部にネスト構造にした複数のチューブを含む。目下企図される構成では壁部材２０４は、第１のチューブ２１４、第２のチューブ２１６及び第３のチューブ２１８を互いの内部にネスト構造を成して含む。具体的には各チューブは、少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されている。一例として、第１のチューブ２１４の第２の端部を第１のジョイント２２０の位置において第２のチューブ２１６の第１の端部と動作可能に結合させている。同様の方式で第２のチューブ２１６の第２の端部を、第２のジョイント２２２の位置において第３のチューブ２１８の第１の端部と動作可能に結合させている。第１のチューブ２１４の第２のチューブ２１６へのこの結合並びに第２のチューブ２１６の第３のチューブ２１８へのこの結合によって１つの直列接続が形成されている。したがって３つのチューブ２１４、２１６、２１８は１本の長いチューブではなく直列に互いの内部にネスト構造と成している。
【００２６】
引き続き図２を参照するとある種の実施形態では、第１のチューブ２１４及び第３のチューブ２１８をステンレス鋼を用いて形成させることがある一方、第２のチューブ２１６の形成にはガラス繊維強化エポキシを用いることがある。さらにある種の別の実施形態では、チューブ２１４、２１６、２１８を形成するために、ＴｉＡｌ6Ｖ4や同様のＴｉ合金あるいはアルミニウムが利用されることがある。
【００２７】
さらに別の実施形態では第１のフランジ２１０は、第１のジョイント２２０の熱シールド１０６への結合を可能にするようにＯＶＣ１０８に結合させることがある。一例として、第１のジョイント２２０を熱シールド１０６に結合させるために中間リンク（図２では図示せず）を利用することがある。熱シールド１０６は約４５度Ｋの温度であることに留意されたい。中間リンクは、銅リングに結合させた柔軟な編み組または銅ワイヤを含み、これをさらに熱シールド１０６に結合させることがある。中間リンクの使用によって、中間リンクを約４５度Ｋの温度にある熱シールド１０６に結合させたときに３００度Ｋから４度Ｋまでの熱負荷の低減が支援される。
【００２８】
さらに貫通チューブアセンブリ２００は、１つまたは複数のスペーサ素子２２４を含む。これらのスペーサ素子２２４は、壁部材２０４内で３つのチューブ２１４、２１６、２１８の各々の間である決定された間隔が維持されるように構成されている。スペーサ素子２２４を使用することによってチューブ２１４、２１６、２１８が撓んで熱短絡に繋がり得るように別のチューブとの接触が無いように保証することが支援される。さらにスペーサ素子２２４は、熱不伝導材料を用いて形成させることがある。一実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、ナイロン製スペーサ素子を含むことがある。ある種の実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、クエンチ中の圧力平衡を可能にするために不連続リングを含むことがあることに留意されたい。さらにある種の実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、チューブ２１４、２１６、２１８を冷媒容器１０４の圧力にすることを可能にする穴を含むことがある。さらにある種の別の実施形態では、チューブ２１４、２１６、２１８上に多層式絶縁（ＭＬＩ）（図２では図示せず）を配置させることがある。ＭＬＩは、熱ブランケットの役割をして冷媒の対流を減少させ、これが次いでクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減させる。
【００２９】
図２を参照して記載したようにして貫通アセンブリを実現すると貫通アセンブリのコンパクト設計を提供できる。具体的には図２の貫通アセンブリでは、３００度Ｋから４度Ｋにある貫通チューブアセンブリの総経路全長をより短く維持しながら有効熱伝導経路の長さの増強が提供される。このためマグネットのクエンチ時の貫通チューブアセンブリ２００の利用可能断面積を追加の熱負荷ペナルティなしに増大させている。貫通チューブアセンブリ２００の利用可能断面積のこの増加によって次いで、熱放散の増強が容易となり、これにより貫通チューブアセンブリ２００が生じさせるクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減することができる。さらに図２の壁部材２０４によれば、従来から熱有効長の増強に使用されているべローズ及び／または波形付きチューブを用いることなく貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長が増強されるので有利である。
【００３０】
さらにこれらのネスト構造チューブ２１４、２１６、２１８は、マグネットのクエンチ時の貫通チューブの収縮及び／または膨張に関して最適化することができる。一例として第１のチューブ２１４が上方向で収縮することがあり、第２のチューブ２１６が下方向で収縮することがあり、一方第３のチューブ２１８もまた上方向で収縮することがある。チューブ２１４、２１６、２１８を本明細書の上で記載したようにネスト構造にすることによって、総収縮の約３３％の補償が可能となる。さらにネスト構造のチューブ２１４、２１６、２１８はまた、クライオスタット１０１の運搬に関して最適化することができる。一例として壁部材２０４の設計またさらに具体的にはチューブ２１４、２１６、２１８の設計を、チューブの収縮を最小化するような適当な材料の組み合わせを用いて最適化することができる。一例として、４度Ｋまで冷却したときに膨張する「Ｄｙｎｅｅｍａ」と呼ばれる材料が利用されることがあり、これにより貫通チューブアセンブリ全体の総収縮をさらに最小化することが可能である。
【００３１】
さらに一実施形態ではそのチューブ２１４、２１６、２１８は、直径の異なるステンレス鋼チューブを含むことがある。しかしチューブを形成するためには、チタンの合金、インコネル、非金属エポキシ及び炭素ベースのチューブ（ただし、これらに限らない）などの別の材料を用いることもある。ある種の実施形態ではその第１のジョイント２２０及び第２のジョイント２２２をリング形状とし得ることに留意されたい。さらに一例として、冷媒容器１０４がアルミニウム容器であればリング形状の第２のジョイント２２２をアルミニウムから形成させることがある。さらに第１のジョイント２２０をステンレス鋼チューブに対して摩擦溶接することがある。さらに第１及び第２のジョイント２２０、２２２は、熱シールド１０６への熱リンク用の箇所として用いる場合に、摩擦溶接した銅から形成させることがある。しかしチューブ２１４、２１６、２１８が非金属チューブを含む場合は、ジョイントリングを金属製リング上に接着させることがある。
【００３２】
ここで図３を参照すると、クライオスタット内で用いるように構成した貫通チューブアセンブリの例示的な壁部材３０２の別の実施形態３００を表している。具体的に図３は、クライオスタット１０１（図１参照）で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材３０２に関する別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号３０４は全体として貫通チューブの対称軸を示している。壁部材３０２は第１の固定端部３０６及び第２の固定端部３０８を有する。さらに、壁部材３０２を形成するために不伝導性の複合材料を利用することがある。図３の実施形態では、壁部材３０２はガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）チューブを含む。別法としてその壁部材３０２は、ある種の実施形態により炭素繊維複合材（ＣＦＣ）チューブを含むことがある。
【００３３】
さらに、壁部材３０２を形成するために外側ＧＲＰチューブ表面上に薄いステンレス製テープ３１０を巻き付けている。外側チューブ表面上にステンレス鋼テープ３１０を巻き付けることによって、ＧＲＰまたはＣＦＣタイプの貫通チューブを通るヘリウムガスの透過を最小化することが支援される。ステンレス鋼テープ３１０はしたがって、効率よい透過バリアの役割をする。さらにステンレス鋼テープ３１０は、ＧＲＰチューブの補強のためにも利用される。さらにステンレス鋼テープ３１０は、クエンチ中の内部圧力の蓄積に由来するＧＲＰチューブの膨張の防止も支援する。ステンレス鋼テープ３１０はまた、チューブの周りに編み組み層メッシュを施すことによって薄壁のチューブの圧力支持力も増強する。さらに一実施形態ではそのステンレス鋼テープ３１０は、約１ミル〜約５ミルの範囲の厚さを有することがある。
【００３４】
さらにある種の実施形態ではその壁部材３０２はまたヒートステーションリング３１２も含むことがある。ヒートステーションリング３１２は、一実施形態では銅を用いて形成させることがある。さらにヒートステーションリング３１２は、図１のクライオクーラ１２０などのクライオクーラへの熱リンクを提供する。具体的にはヒートステーションリング３１２は、マグネットのクエンチ中の内部チューブ圧力の蓄積に由来するＧＲＰチューブの座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）の防止を支援するように構成及び位置決めされる。ヒートステーションリング３１２はまた、図１のクライオスタット１０１の熱シールド１０６（図１参照）と動作可能に結合されることがある。ヒートステーションリング３１２を熱シールド１０６と動作可能に結合させると共に貫通チューブアセンブリから外への熱の伝達を可能にするように１つまたは複数の柔軟な編み組（図３では図示せず）を利用することがある。ある種の実施形態では、その柔軟な編み組は銅編み組を含むことがある。さらに、壁部材３０２の熱シールド１０６への結合を容易にするために銅リング（図３では図示せず）を用いることがある。一実施形態ではその銅リングを壁部材３０２内に埋め込むことがある。さらに、熱シールド１０６に対して図１のクライオクーラ１２０などのクライオクーラを結合させ、このクライオクーラを用いて約４５度Ｋの熱シールド温度が維持されることがある。
【００３５】
壁部材３０２の第２の端部３０８は第１のフランジ３１４を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。さらに図３の目下企図される構成では、壁部材３０２の第１の端部３０６は波形付きチューブ部材３１６と動作可能に結合させることがある。次いで波形付きチューブ部材３１６は、第２のフランジ３１８を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４に結合させている。ある種の実施形態ではその第１のフランジ３１４及び第２のフランジ３１８をステンレス鋼、アルミニウムまたは銅を用いて形成させることがある。
【００３６】
クライオスタットの通常動作時では貫通チューブアセンブリの長さ全体にわたって約３００度Ｋから約４度Ｋまでの温度勾配が存在することが理解されよう。しかしクエンチ中ではこの温度勾配が衰退し、このため貫通チューブアセンブリの長さ全体にわたって実質的に均一の温度が存在することになり、チューブ温度は約５度Ｋ〜約１０度Ｋの範囲まで低下する。温度勾配のこの消失は貫通チューブアセンブリの応力及び歪みを増大させるので不利であると共に、マグネットのクエンチ中に壁部材３０２のＧＲＰチューブの収縮を生じさせことになりかねない。図３の実施形態では、波形付き外側壁部材３１６は、壁部材３０２の熱有効長の増強を支援するように構成されている。具体的には波形付きチューブ部材３１６は、クエンチ時のＧＲＰチューブの収縮を補償し、これにより貫通チューブアセンブリ内部の軸方向応力集中を実質的に最小化するために利用される。波形付きチューブ部材３１６はまた、運搬時の貫通チューブアセンブリの熱膨張の補償を支援する。図３に示したような貫通チューブアセンブリの実現によって、クライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が実質的に最小化される。
【００３７】
図４は、図１のクライオスタットなどのクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材４０２のさらに別の実施形態４００を表している。具体的に図４は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材４０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号４０８は全体として貫通チューブの対称軸を示している。壁部材４０２は、第１の端部４０４及び第２の端部４０６を有すると共に壁部材４０２の熱有効長を増強するように構成されている。図４に示した実施形態では、壁部材４０２は波形付きチューブを含む。この波形付きチューブは、壁部材４０２の熱有効長の増強を支援する。
【００３８】
さらに貫通チューブアセンブリ４００は、壁部材４０２の近傍に配置された薄壁のチューブ４１０を含む。ある種の実施形態ではその薄壁のチューブ４１０は、エポキシチューブを含むことがある。別法としてある種の別の実施形態では、薄壁のチューブ４１０はステンレス鋼チューブを含むことがある。さらに薄壁のチューブ４１０はある種の実施形態において平滑なチューブとし、これによりクエンチ気体フローの増強を支援することがある。ある種の実施形態では、薄壁のチューブ４１０も波形付きチューブとすることがある。
【００３９】
さらに本技法の態様では、薄壁のエポキシチューブ４１０と壁部材４０２の間の環状の空間内にフォイル４１２を配置させることがある。フォイル４１２は、マイラー（Ｍｙｌａｒ）フォイル、ナイロンフォイル、ポリエチレンタイプフォイル、その他を含むことがあることに留意されたい。フォイル４１２は、チューブ４０２と４１０の間の対流及び伝導によって熱交換を最小化するように構成させることがある。一例としてフォイル４１２は、ベルナール型の気体マイクロ対流によって熱交換を最小化するように構成させることがある。このタイプの対流は典型的には、異なる温度に維持された平行な２つの水平表面間に現れる。波形部内部のマイクロ対流は潜在的に熱経路長を「ショート（ｓｈｏｒｔ ｏｕｔ）」させ、このために熱経路長が実質的に短縮されて熱負荷が室温から約４度Ｋまで上昇する可能性がある。
【００４０】
さらに一実施形態では、波形付きチューブ壁部材４０２と薄壁のエポキシチューブ４１０の間に１つまたは複数のスペーサ素子４１４を配置させることがある。これらのスペーサ素子４１４は、波形付き壁部材４０２と薄壁のステンレス鋼またはエポキシチューブ４１０の間の均一間隔の維持を支援する。スペーサ素子４１４は、ある種の実施形態において貫通穴を有するナイロンスペーサ素子を含むことがある。さらにスペーサ素子４１４はまた、フォイル４１２に対する構造支持体の役割もする。さらにスペーサ素子４１４の配置によって熱シールド１０６への熱リンクの形成が可能となる。具体的にはその熱リンクを吸熱用（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｎｋｉｎｇ）ステーションとすることがある。一実施形態ではその熱リンクを、スペーサ素子４１４を熱シールド１０６に結合させているリング形状フランジとすることがある。別法としてその熱リンクは、柔軟な銅編み組を含むことがある。参照番号４１６は全体として波形付きチューブ壁部材４０２の第１の端部４０４のＯＶＣ１０８（図１参照）への結合を支援するフランジを示している。
【００４１】
さらに波形付き壁部材４０２の第２の端部４０６は、丸みのあるエントリ部フランジ４１８を用いて冷媒容器１０４（図１参照）と動作可能に結合させている。ある種の実施形態ではその丸みのあるエントリ部フランジ４１８を、冷媒容器１０４内の開口部に溶接している。丸みのあるエントリ部フランジ４１８は、入口フロー抵抗を低下させ、これによりクエンチ気体フローを増強すると共にヘリウム容器内の圧力蓄積を低減するように構成されている。貫通チューブアセンブリを図４に示したようにして実現することによって、波形付きチューブ壁部材４０２が一実施形態においてスペーサ素子４１４を介して熱シールド１０６と動作可能に結合されるため、チューブ４０２、４１０が構造的に安定化される。
【００４２】
ここで図５を見ると、図１のクライオスタットなどのクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材５０２の別の実施形態５００を表している。具体的に図５は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材５０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。一実施形態ではその壁部材５０２を図４の薄壁のチューブ４１０で示すことがある。さらに参照番号５１６は全体として貫通チューブの対称軸を示している。図５に示した実施形態では、薄壁のエポキシチューブの全体を参照番号５０２で表すことがある。さらに薄壁のエポキシチューブ５０２は第１の端部５０４及び第２の端部５０６を有する。薄壁のエポキシチューブ５０２の第１の端部５０４は第１のフランジ５０８を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合される一方、薄壁のエポキシチューブ５０２の第２の端部５０６は第２のフランジ５１０を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。ある種の実施形態ではその第１及び第２のフランジ５０８、５１０を、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００４３】
さらに本技法の態様では、薄壁のエポキシチューブ５０２は波形付きチューブ部材５１２を含む。波形付きチューブ部材５１２は、マグネットのクエンチ中における壁部材５０２の熱有効長の増強を支援する。具体的には波形付きチューブ部材５１２は、クエンチ中の壁部材５０２の突然の収縮を補償するように構成されている。さらに一実施形態ではその薄壁のチューブ５０２は、ＴｉＡｌ6Ｖ4を用いて形成させることがある。薄壁のチューブ５０２の形成にＴｉＡｌ6Ｖ4を用いることによって、薄壁のチューブ５０２の圧力支持力が実質的に増強される。
【００４４】
さらに本技法の態様では薄壁のチューブ５０２は、薄壁のチューブ５０２と動作可能に結合された１つまたは複数の補強体または補強用素子５１４を含む。これらの補強用素子５１４は、ある種の実施形態においてステンレス鋼から形成させることがある。しかしある種の別の実施形態ではその補強用素子５１４をＴｉＡｌ6Ｖ4を用いて形成させることがある。さらに補強用素子５１４は、薄壁のチューブ５０２の圧力支持力を増強するように構成されている。具体的には補強用素子５１４は、薄壁のチューブ５０２に対して内部にある圧力と薄壁のチューブ５０２に対して外部にある圧力とによって実質的に同様の方式で作用する。さらに補強用素子５１４を用いることは、クライオスタット１０１に対する熱負荷に大きな悪影響を及ぼさない。補強用素子５１４を含むように薄壁のチューブ５０２を実現することによって、厚さを抑えた薄壁のチューブの利用が可能となる。
【００４５】
ここで図６を参照すると、図１のクライオスタット１０１の貫通チューブアセンブリで用いるように構成された壁部材６０２の別の実施形態６００を表している。具体的には図６は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材６０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号６０８は全体として貫通チューブの対称軸を示している。図６に示した実施形態では、壁部材６０２は柔軟なチューブ６０４を含む。柔軟なチューブ６０４は、ポリエチレン塩化ビニル（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）ＰＶＣ、ナイロン、ポリアミド、ポリスチロール、ポリエチレン、炭素またはエポキシ複合材構造、あるいはこれらの組み合わせを用いて形成させることがある。さらに壁部材６０２は、柔軟なチューブ６０４の上または周りに配置させた柔軟ならせん状チューブ部材６０６を含む。柔軟ならせん状チューブ部材６０６は、ある種の実施形態においてステンレス鋼ワイヤを含むことがある。柔軟なチューブ６０４は、圧力下において膨張するように構成されており、かつ柔軟な複合材チューブ６０４の周りに巻き付けたらせん状チューブ部材６０６によって支持されている。図６の実施形態の設計によって、クエンチ中に柔軟なチューブ６０４の周りに配置させたらせん状チューブ系６０６により強化を受けた比較的薄壁の柔軟なチューブ６０４の使用が可能となる。さらに図６の壁部材６０２によれば壁部材６０２は、柔軟なチューブ部材６０４の周りに配置させた柔軟ならせん状チューブ系６０６のためにクエンチ後の開いた直径を迅速に低減することが可能となる。
【００４６】
さらに壁部材６０２の第１の端部は第１のフランジ６１２を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合される一方、壁部材６０２の第２の端部は第２のフランジ６１４を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。第１及び第２のフランジ６１２、６１４は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００４７】
図７は、クライオスタットの貫通チューブアセンブリ内で用いるように構成された壁部材７０２のさらに別の実施形態７００を表している。具体的に図７は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材７０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号７１６は全体として貫通チューブの対称軸を示している。この実施形態では壁部材７０２は、第１の端部７０６及び第２の端部７０８を有する薄壁のチューブ７０４を含む。薄壁のチューブ７０２の第１の端部７０４は第１のフランジ７１８を介してＯＶＣ１０８に結合されており、また薄壁のチューブ７０２の第２の端部７０６は第２のフランジ７２０を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４に結合されている。ある種の実施形態では、第１及び第２のフランジ７１８、７２０をステンレス鋼を用いて形成させることがある。
【００４８】
薄壁のチューブ７０４は、低熱伝導率を有する材料を用いて形成させることがある。一例としてこの低熱伝導率材料は、インバール、インコネル、チタン合金、またはガラス繊維強化エポキシや炭素繊維複合材構造（ただし、これらに限らない）などの複合材タイプ材料を含むことがある。
【００４９】
さらに本技法の態様では壁部材７０２は、薄壁のチューブ７０４の外側壁表面上に配置された編み組みスリーブ７１０を含む。編み組みスリーブ７１０は、薄壁のチューブ７０４を強化するように構成されている。さらに編み組みスリーブ７１０は、低熱伝導率を有する材料を用いて形成させることがある。一例として編み組みスリーブ７１０を形成するために、ポリエチレン、ナイロン、ポリアミド、ＧＲＰ、ＣＦＣ、その他を利用することがある。クエンチ中にクライオスタット１０１内に圧力が蓄積されると、薄壁のチューブ７０４は座屈に至る傾向がある。薄壁のチューブ７０４上に編み組みスリーブ７１０を用いることによって、クエンチ中の薄壁のチューブ７０４の内部圧力の低減が支援される。
【００５０】
さらに、薄壁のチューブ７０４の第１の端部７０６に第１の波形付き部材７１２を結合させることがあり、一方薄壁のチューブ７０４の第２の端部７０８に第２の波形付き部材７１４を結合させることがある。これらの波形付き部材７１２、７１４はまた、クエンチ中における壁部材７０２の熱有効長の増強、また同時にチューブ内における軸方向応力蓄積の最小化を支援する。さらにクエンチ中において、冷媒１１８（図１参照）は冷媒容器１０４から薄壁のチューブ７０４内の開口部７２２を通ってＯＶＣ１０８まで流れる。図７に示した実施形態にはヒートステーションリングが無い。しかしある種の実施形態では、ヒートステーションリングの利用も想定される。貫通チューブアセンブリを図７に示したようにして実現することによって壁部材７０４の熱有効長が増強され、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が低減される。さらに編み組みスリーブ７１０を用いることによって、薄壁のチューブ７０４の圧力支持力が増強される。
【００５１】
ここで図８を見ると、図１のクライオスタット１０１の貫通チューブアセンブリ内で用いるように構成された壁部材８０２の別の実施形態８００を表している。目下企図される構成では壁部材８０２は一体にコイル状にした１対の柔軟な波形付きチューブ系８０４を含む。具体的には柔軟な波形付きチューブ系８０４は、チューブのすべての断面積によってクエンチ気体の放出が可能となるように選択される。さらに柔軟なチューブ系８０４は、壁部材８０２の全熱有効長が増強されるようにらせん形態で製作される。さらに柔軟なコイルチューブ系８０４は、クエンチされた気体の放出を支援するために膨張や収縮するように構成されている。ある種の実施形態ではその壁部材８０２は非円筒状のチューブを含み得ることに留意されたい。
【００５２】
さらに、図１の貫通チューブアセンブリ１１０の比較的広い開口部は、比較的より小さい１つまたは複数の開口部に区画分けされており、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が低減される。具体的に図８に示した実施形態では、貫通チューブアセンブリ８００は閉じた第１の端部と閉じた第２の端部を有する。さらに壁部材８０２また具体的には柔軟な波形付きチューブ系８０４は、第１の端部８０６及び第２の端部８０８を有する。壁部材８０２の第１の端部８０６は第１のフランジ８１０を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合されており、一方壁部材８０２の第２の端部８０８は第２のフランジ８１２を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。上で指摘したように第１及び第２のフランジ８１０、８１２は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００５３】
本技法の態様では、柔軟な波形付きチューブ系８０４の第１の端部８０６は開口部８１４を介してＯＶＣ１０８に対して開いている一方、柔軟な波形付きチューブ系８０４の第２の端部８０８は開口部８１６を介して冷媒容器１０４に対して開いている。具体的には貫通チューブアセンブリの閉じた第２の端部８０８を比較的小さい１つまたは複数の開口部８１６となるように区画分けしている。より具体的には閉じた第２の端部８０８は、柔軟な波形付きチューブ系８０４を通じた冷媒（図１参照）の冷媒容器１０４（図１参照）からＯＶＣ１０８（図１参照）までの移動を可能とさせる開口部８１６を有する。一例としてクエンチ中における冷媒容器１０４からのヘリウムなどの冷媒１１８は、開口部８１６を通って柔軟なチューブ８０４に入ると共に、チューブ８０４を通過して開口部８１４を通ってＯＶＣ１０８に向かって流れる。貫通チューブアセンブリを図８に示したようにして実現することによって、壁部材８０２のコイル状の幾何学形状に由来してクライオスタット１０１上に現れる熱負荷が極めて低くなる。
【００５４】
本明細書の上で記載したクライオスタット内で使用するように構成された貫通チューブアセンブリの例示的な壁部材の様々な実施形態によれば、貫通チューブアセンブリの壁部材の熱有効長が増強されることによって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷が劇的に低減される。クライオスタットに対する熱負担のこの低下によって、ライドスルー時間の増大、コールドヘッドサービス時間の延長及びコスト削減が得られるので有利である。一例としてこの貫通チューブアセンブリの簡略設計によればシステム全体のコストが低減される。さらにこの例示的な貫通チューブアセンブリを用いると、ある例ではコールドヘッドへの熱リンクが不要になる。さらに上で指摘したようにこうした貫通は、システムの熱負荷の少なくとも３０〜４０％を占める。本明細書の上で記載した例示的な貫通チューブアセンブリの利用に由来するクライオスタットに対する低熱負荷のため、クライオスタット内で要求される総ヘリウム在庫の低減の支援も可能となる。したがって本明細書の上で記載した貫通チューブアセンブリの様々な実施形態によって、好結果なクライオスタット設計にとっての主要因の１つである熱負荷を最適化した貫通が提示される。
【００５５】
さらにある種の実施形態では、壁部材の熱有効長はべローズを用いることなく増強することができる。さらにこの例示的貫通チューブアセンブリによれば、自由通路を有効にすることによってマグネットのクエンチ時の気体フローの容易さが増強される。
【００５６】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１００ ＭＲＩシステム
１０１ クライオスタット
１０２ 超伝導マグネット
１０４ 冷媒容器
１０６ 熱シールド
１０８ 外側真空チェンバー
１１０ 貫通チューブアセンブリ
１１２ カバープレート
１１４ 壁部材
１１６ スリーブ
１１８ 冷媒
１２０ クライオクーラ
１２２ 患者ボア
１２４ 患者
１２６ 貫通チューブアセンブリ内の開口部
２００ 貫通チューブアセンブリ
２０２ 貫通チューブの対称軸
２０４ 壁部材
２０６ 壁部材の第１の端部
２０８ 壁部材の第２の端部
２１０ フランジ
２１２ フランジ
２１４ 第１のチューブ
２１６ 第２のチューブ
２１８ 第３のチューブ
２２０ 第１のジョイント
２２２ 第２のジョイント
２２４ スペーサ素子
３００ 貫通チューブアセンブリ
３０２ 壁部材
３０４ 貫通チューブの対称軸
３０６ 壁部材の第１の端部
３０８ 壁部材の第２の端部
３１０ ステンレス鋼テープ
３１２ ヒートステーション
３１４ フランジ
３１６ 波形付きチューブ部材
３１８ フランジ
４００ 貫通チューブアセンブリ
４０２ 壁部材
４０４ 壁部材の第１の端部
４０６ 壁部材の第２の端部
４０８ 貫通チューブの対称軸
４１０ 薄壁のエポキシチューブ
４１２ フォイル
４１４ スペーサ素子
４１６ フランジ
４１８ 丸みのあるフランジ
５００ 貫通チューブアセンブリ
５０２ 壁部材
５０４ 壁部材の第１の端部
５０６ 壁部材の第２の端部
５０８ フランジ
５１０ フランジ
５１２ 波形付きチューブ部材
５１４ 補強体素子
５１６ 貫通チューブの対称軸
６００ 貫通チューブアセンブリ
６０２ 壁部材
６０４ 柔軟なチューブ
６０６ らせん状チューブ系
６０８ 貫通チューブの対称軸
６１２ フランジ
６１４ フランジ
７００ 貫通チューブアセンブリ
７０２ 壁部材
７０４ 薄壁のチューブ
７０６ 壁部材の第１の端部
７０８ 壁部材の第２の端部
７１０ 編み組みスリーブ
７１２ 波形付き部材
７１４ 波形付き部材
７１６ 貫通チューブの対称軸
７１８ フランジ
７２０ フランジ
７２２ 開口部
８００ 貫通チューブアセンブリ
８０２ 壁部材
８０４ 柔軟ならせん状チューブ系
８０６ 第１の端部
８０８ 第２の端部
８１０ 第１のフランジ
８１２ 第２のフランジ
８１４ 開口部
８１６ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はクライオスタットに関し、またより詳細にはクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリであって、貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷を低減するように構成された貫通チューブアセンブリの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムや核磁気共鳴（ＮＭＲ）撮像システムのための超伝導マグネットを収容するためには、例えば液体冷媒を包含した周知のクライオスタットが使用される。典型的にはクライオスタットは、内側クライオスタット容器と、複数の超伝導コイルを含んだマグネットカートリッジを囲繞するヘリウム容器と、を含む。さらにマグネットカートリッジを囲繞するヘリウム容器は典型的には、マグネットを冷却するための液体ヘリウムで満たされている。さらにこのヘリウム容器を熱放射シールドが囲繞している。さらにこの高温熱放射シールドを外側クライオスタット容器、真空容器が囲繞している。さらに外側クライオスタット容器は一般に排気されている。
【０００３】
さらにクライオスタットは一般に、容器壁を通過する少なくとも１つの貫通を含んでおり、該貫通はヘリウム容器に対する様々な接続を容易にするように構成されている。これらの貫通は、真空容器とヘリウム容器の間の真空を維持しながら真空容器とヘリウム容器の間の熱伝導を最小化するように設計されることに留意されたい。さらにこうした貫通は、真空容器とヘリウム容器の熱膨張及び収縮の差を補償することが望ましい。さらにこうした貫通によって、マグネットクエンチの場合にヘリウムガスのフロー経路も提供できる。
【０００４】
貫通があると潜在的に、室温から極低温までクライオスタットに対する熱負荷が増加する。熱負荷のメカニズムには典型的には、熱伝導、マクロ及びマイクロの熱対流、熱放射、並びに熱マイクロ対流が含まれる。さらに熱負荷メカニズムにはまた、材料の熱伝導、コールドヘッドへの熱リンク、ヘリウムカラムの熱伝導、クライオスタットのサイドから上部への熱放射、及びクライオクーラへの熱接触リンクが含まれる。大気に対して開かれておりかつヘリウムガスのフローが逃げることにより冷却を受けるクライオスタット貫通と異なり、クライオスタット上の閉鎖式またはハーメチック封止式の貫通はクライオスタットにとって主要な熱入力源となる。さらに貫通には一般に、マグネットの突然のエネルギーダンプやクエンチあるいは真空不良や結氷閉塞（ｉｃｅ ｂｌｏｃｋａｇｅ）の場合における冷媒気体の迅速かつ安全な放出を保証するための安全手段が装備されている。
【０００５】
従来における初期のＮＭＲ及びＭＲＩシステムは、クライオスタットのヘリウム浴からのボイルオフを利用すると共に、このボイルオフ気体を貫通の周りまたはその中を通過させて熱交換をしていた。貫通内部に熱交換気体を存在させることは、効率のよい冷却に利用することが可能である。具体的には、設計が適正であれば、熱交換気体が存在することによって冷媒システムに対する熱負荷が実質的に最小化される。しかしＮＭＲ及びＭＲＩマグネットシステム並びに別の冷媒用途では、コストの理由から貫通を通じた気体の大気への放出が許容されない。さらにヘリウムコストのかなりの上昇のために、冷媒システムはボイルオフ気体を完全に再凝縮させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７７９１２２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、気体ストリームの冷却が利用可能でないことにより、貫通は全熱負荷予算をかなり増大させる。さらに、貫通に関する寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）熱負荷は、クライオスタットに対する総熱負荷の２０〜４０％程度の高さになる可能性がある。この熱負荷は、クライオクーラに対する不都合かつ高価な早期の交換や改装に繋がるので不利である。クライオクーラ交換があると次いで、例えばＭＲＩマグネットの寿命サイクルコストが増大する。
【０００８】
さらに、貫通チューブアセンブリにより生じるクライオスタット熱負荷を低減するために目下利用可能な別のある技法では、ヒートシンクの役割をするコールドヘッド冷却段とリンクさせたヒートステーションを用いて貫通チューブアセンブリを冷却することが必要である。しかしながら、これらの技法を用いるとコールドヘッドの冷却力が低下する。さらに別の技法は貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタット熱負荷の冷却の問題に対して、貫通チューブアセンブリの物理的寸法を最小化することによって対処している。しかし貫通チューブアセンブリの寸法の最小化は、内部圧力が設計圧力よりかなり高くまで増大するに至ることによって高いクエンチレートでクライオスタットにマイナスの影響を及ぼす可能性がある。さらに従来では貫通チューブとしてべローズを用いており、べローズの回旋部によって追加の熱的長さが提供されていた。しかし、追加の熱的長さがある場合であっても、べローズからヘリウム容器までの熱伝導負荷は有意となる可能性がある。
【０００９】
したがって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷を有利に低減させる一方で、クライオクーラの寿命を強化している貫通チューブアセンブリのロバストな設計を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技法の態様によるクライオスタット向けの貫通アセンブリを提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている。
【００１１】
本技法の態様によるクライオスタット向けの貫通アセンブリの別の実施形態を提示する。本貫通アセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材を含んでおり、該壁部材は互いの内部にネスト構造にした複数のチューブを含んでおり該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されており、かつ該複数のチューブは波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている。
【００１２】
本技法のさらに別の態様では、磁気共鳴撮像のためのシステムを提示する。本システムは画像データ標本を収集するように構成された収集サブシステムを含んでおり、該収集サブシステムはその内部に患者を受け入れるように構成された超伝導マグネット及び該超伝導マグネットをその内部に包含する冷媒容器を含んだクライオスタットを含んでおり、該クライオスタットは、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を含んでいる熱負荷最適化貫通チューブアセンブリを含む。さらに本システムは、収集サブシステムと動作可能に関連付けされると共に収集画像データを処理するように構成された処理サブシステムを含む。
【００１３】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】クライオスタット構造の部分断面図である。
【図２】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の一実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図３】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図４】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材のさらに別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図５】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図６】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図７】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【図８】本技法の態様による図１のクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材のさらに別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書の以下で詳細に説明することにするが、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリに関して該貫通チューブアセンブリの熱有効長を増強するように構成させた様々な実施形態を提示する。具体的には、貫通チューブアセンブリに関するこの様々な実施形態によれば、貫通チューブアセンブリの熱有効長の増強によって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷が低減される。以下に記載する貫通アセンブリの利用によって、貫通によって生じるクライオスタット熱負荷を劇的に低減することができる。
【００１６】
図１を参照すると、クライオスタット１０１を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの断面像１００を表した概要図を示している。クライオスタット１０１は超伝導マグネット１０２を含む。さらにクライオスタット１０１は、マグネットカートリッジ１０２を囲繞すると共にマグネットの冷却のための冷媒１１８で満たされている環状冷媒容器１０４を含む。冷媒容器１０４はまた、クライオスタット１０１の内側壁と呼ぶこともある。クライオスタット１０１はさらに、冷媒容器１０４を囲繞している環状熱放射シールド１０６を含む。さらにクライオスタット１０１は、熱放射シールド１０６を囲繞すると共に典型的には排気されている環状真空容器または外側真空チェンバー（ＯＶＣ）１０８を含む。ＯＶＣはまた、クライオスタット１０１の外側壁と呼ぶこともある。さらにクライオスタット１０１は、冷媒容器１０４と外側真空チェンバー１０８と熱放射シールド１０６とを貫通し、これによって電気リード線向けのアクセスを提供している貫通チューブアセンブリ１１０を含む。図１に示した実施形態では貫通チューブアセンブリ１１０は、ある種の実施形態においてカバープレート１１２を有する閉鎖型の貫通アセンブリである。さらに参照番号１２６は全体として貫通チューブアセンブリ１１０内の開口部を示している。
【００１７】
さらに参照番号１１４は全体として貫通チューブアセンブリ１１０の壁部材を示している。壁部材１１４の第１の端部をＯＶＣ１０８と動作可能に結合させることがある一方、壁部材１１４の第２の端部を冷媒容器１０４と動作可能に結合させることがあることに留意されたい。したがって、壁部材１１４の第１の端部を約３００度ケルビン（Ｋ）の第１の温度とすることがある一方、壁部材１１４の第２の端部を約４度Ｋの温度とすることがある。
【００１８】
さらに冷媒容器１０４内の冷媒１１８は、ある種の実施形態においてヘリウムを含むことがある。しかしある種の別の実施形態ではその冷媒１１８は、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含むことがある。本明細書において様々な実施形態を冷媒１１８としたヘリウムに関連して記載することに留意されたい。したがって、冷媒容器とヘリウム容器という用語を区別なく用いることがある。
【００１９】
さらに図１に示したように、ＭＲＩシステム１００はスリーブ１１６を含む。ある種の実施形態では、このスリーブ１１６内にクライオクーラ１２０を配置させることがある。クライオクーラ１２０は、冷媒容器１０４内の冷媒１１８を冷却し液化するために利用される。さらに参照番号１２２は全体として患者ボアを示している。スキャン手技の間に患者ボア１２４内部に患者１２４が位置決めされるのが典型的である。
【００２０】
上で指摘したように、何らかの貫通があると室温から極低温までのクライオスタットに対する熱負荷の増加に繋がる可能性がある。本技法の態様では、図１のクライオスタット１０１などのクライオスタット内に用いられる貫通チューブアセンブリに関してクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減するように構成された様々な実施形態を提示する。具体的には、本明細書の以下に提示する貫通チューブアセンブリは、貫通チューブアセンブリの熱有効長を増強することによってクライオスタットに対する熱負荷を低減するように構成されている。
【００２１】
図２には、図１のクライオスタット１０１などのクライオスタット内で用いるための例示的な貫通チューブアセンブリ２００の一実施形態を表している。具体的に図２は、クライオスタット１０１内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材２０４（図１の壁部材１１４など）の一実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。より具体的に図２は、貫通チューブアセンブリ２００のうち貫通チューブアセンブリの対称軸２０２の一方の側に配置された部分を表している。一実施形態では、貫通チューブアセンブリは、薄壁の円形断面を有する円筒状のチューブを含むことがある。本技法の態様では例示的な貫通チューブアセンブリ２００は、熱有効長を増強するように構成された壁部材２０４を含んでおり、これにより貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷の低減が支援される。熱有効長（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｌｅｎｇｔｈ）という用語は一般に、壁部材２０４の熱伝導経路の長さを示すために用いている。一実施形態ではその貫通チューブアセンブリ２００は、熱伝導経路の長さを約５０ｍｍから約３００ｍｍの範囲で増強するように構成されることがある。
【００２２】
具体的に図２に示した実施形態では、貫通チューブアセンブリ２００は第１の端部２０６及び第２の端部２０８を有する壁部材２０４を含む。一実施形態ではその壁部材２０４の第１の端部２０６を、第１のフランジ２１０を用いてＯＶＣ１０８（図１参照）に結合させることがある。さらに、壁部材２０４の第２の端部２０８は、クライオスタット１０１の冷媒容器１０４（図１参照）に結合させることがある。一実施形態では、壁部材２０４の第２の端部２０８は、第２のフランジ２１２を用いて冷媒容器１０４に結合させることがある。一実施形態では、第１のフランジ２１０及び第２のフランジ２１２はステンレス鋼フランジを含むことがある。しかし、第１及び第２のフランジ２１０、２１２の形成のために銅またはアルミニウムを用いることもある。
【００２３】
上で指摘したように、壁部材２０４の第１の端部２０６はＯＶＣ１０８に結合させている。したがって、壁部材２０４の第１の端部２０６は高温領域と連絡可能に結合されている。同様に、壁部材２０４の第２の端部２０８はクライオスタット１０１の冷媒容器１０４の内部に配置させた冷媒１１８（図１参照）と連絡可能に結合されているため、壁部材２０４の第２の端部２０８は低温領域に連絡可能に結合されている。さらに高温領域は、約８０度ケルビン（Ｋ）〜約３００度Ｋの範囲の温度を有することがある。したがって、高温領域に連絡可能に結合された壁部材２０４の第１の端部２０６は、約８０度Ｋ〜約３００度Ｋの範囲の温度とすることがある。
【００２４】
冷媒は、液体ヘリウム、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含み得ることに留意されたい。さらに、壁部材２０４の第２の端部２０８がクライオスタット１０１の冷媒容器１０４の内部に配置させた冷媒と動作可能に関連付けされているため、第２の端部２０８を低温領域に結合させることができる。この低温領域は、ある種の用途では約４度Ｋ〜約７７度Ｋの範囲の温度とすることがある。一例として、その冷媒１１８が液体水素であれば、低温領域を約４度Ｋ〜約２０度Ｋの範囲の温度とすることがある。さらにその冷媒１１８が液体ネオンであれば、低温領域を約４度Ｋ〜約２７度Ｋの範囲の温度とすることがある。さらに別の冷媒では、低温領域を約４度Ｋ〜約７７度Ｋの範囲の温度とすることがある。
【００２５】
本技法の態様では貫通チューブアセンブリ２００の壁部材２０４は、貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長を変更またさらに具体的には増強し、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷を低減するように構成されている。具体的には壁部材２０４は、貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長を約５０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲で変更するように構成されている。このために図２の実施形態では壁部材２０４は、互いの内部にネスト構造にした複数のチューブを含む。目下企図される構成では壁部材２０４は、第１のチューブ２１４、第２のチューブ２１６及び第３のチューブ２１８を互いの内部にネスト構造を成して含む。具体的には各チューブは、少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されている。一例として、第１のチューブ２１４の第２の端部を第１のジョイント２２０の位置において第２のチューブ２１６の第１の端部と動作可能に結合させている。同様の方式で第２のチューブ２１６の第２の端部を、第２のジョイント２２２の位置において第３のチューブ２１８の第１の端部と動作可能に結合させている。第１のチューブ２１４の第２のチューブ２１６へのこの結合並びに第２のチューブ２１６の第３のチューブ２１８へのこの結合によって１つの直列接続が形成されている。したがって３つのチューブ２１４、２１６、２１８は１本の長いチューブではなく直列に互いの内部にネスト構造と成している。
【００２６】
引き続き図２を参照するとある種の実施形態では、第１のチューブ２１４及び第３のチューブ２１８をステンレス鋼を用いて形成させることがある一方、第２のチューブ２１６の形成にはガラス繊維強化エポキシを用いることがある。さらにある種の別の実施形態では、チューブ２１４、２１６、２１８を形成するために、ＴｉＡｌ6Ｖ4や同様のＴｉ合金あるいはアルミニウムが利用されることがある。
【００２７】
さらに別の実施形態では第１のフランジ２１０は、第１のジョイント２２０の熱シールド１０６への結合を可能にするようにＯＶＣ１０８に結合させることがある。一例として、第１のジョイント２２０を熱シールド１０６に結合させるために中間リンク（図２では図示せず）を利用することがある。熱シールド１０６は約４５度Ｋの温度であることに留意されたい。中間リンクは、銅リングに結合させた柔軟な編み組または銅ワイヤを含み、これをさらに熱シールド１０６に結合させることがある。中間リンクの使用によって、中間リンクを約４５度Ｋの温度にある熱シールド１０６に結合させたときに３００度Ｋから４度Ｋまでの熱負荷の低減が支援される。
【００２８】
さらに貫通チューブアセンブリ２００は、１つまたは複数のスペーサ素子２２４を含む。これらのスペーサ素子２２４は、壁部材２０４内で３つのチューブ２１４、２１６、２１８の各々の間である決定された間隔が維持されるように構成されている。スペーサ素子２２４を使用することによってチューブ２１４、２１６、２１８が撓んで熱短絡に繋がり得るように別のチューブとの接触が無いように保証することが支援される。さらにスペーサ素子２２４は、熱不伝導材料を用いて形成させることがある。一実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、ナイロン製スペーサ素子を含むことがある。ある種の実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、クエンチ中の圧力平衡を可能にするために不連続リングを含むことがあることに留意されたい。さらにある種の実施形態ではそのスペーサ素子２２４は、チューブ２１４、２１６、２１８を冷媒容器１０４の圧力にすることを可能にする穴を含むことがある。さらにある種の別の実施形態では、チューブ２１４、２１６、２１８上に多層式絶縁（ＭＬＩ）（図２では図示せず）を配置させることがある。ＭＬＩは、熱ブランケットの役割をして冷媒の対流を減少させ、これが次いでクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減させる。
【００２９】
図２を参照して記載したようにして貫通アセンブリを実現すると貫通アセンブリのコンパクト設計を提供できる。具体的には図２の貫通アセンブリでは、３００度Ｋから４度Ｋにある貫通チューブアセンブリの総経路全長をより短く維持しながら有効熱伝導経路の長さの増強が提供される。このためマグネットのクエンチ時の貫通チューブアセンブリ２００の利用可能断面積を追加の熱負荷ペナルティなしに増大させている。貫通チューブアセンブリ２００の利用可能断面積のこの増加によって次いで、熱放散の増強が容易となり、これにより貫通チューブアセンブリ２００が生じさせるクライオスタット１０１に対する熱負荷を低減することができる。さらに図２の壁部材２０４によれば、従来から熱有効長の増強に使用されているべローズ及び／または波形付きチューブを用いることなく貫通チューブアセンブリ２００の熱有効長が増強されるので有利である。
【００３０】
さらにこれらのネスト構造チューブ２１４、２１６、２１８は、マグネットのクエンチ時の貫通チューブの収縮及び／または膨張に関して最適化することができる。一例として第１のチューブ２１４が上方向で収縮することがあり、第２のチューブ２１６が下方向で収縮することがあり、一方第３のチューブ２１８もまた上方向で収縮することがある。チューブ２１４、２１６、２１８を本明細書の上で記載したようにネスト構造にすることによって、総収縮の約３３％の補償が可能となる。さらにネスト構造のチューブ２１４、２１６、２１８はまた、クライオスタット１０１の運搬に関して最適化することができる。一例として壁部材２０４の設計またさらに具体的にはチューブ２１４、２１６、２１８の設計を、チューブの収縮を最小化するような適当な材料の組み合わせを用いて最適化することができる。一例として、４度Ｋまで冷却したときに膨張する「Ｄｙｎｅｅｍａ」と呼ばれる材料が利用されることがあり、これにより貫通チューブアセンブリ全体の総収縮をさらに最小化することが可能である。
【００３１】
さらに一実施形態ではそのチューブ２１４、２１６、２１８は、直径の異なるステンレス鋼チューブを含むことがある。しかしチューブを形成するためには、チタンの合金、インコネル、非金属エポキシ及び炭素ベースのチューブ（ただし、これらに限らない）などの別の材料を用いることもある。ある種の実施形態ではその第１のジョイント２２０及び第２のジョイント２２２をリング形状とし得ることに留意されたい。さらに一例として、冷媒容器１０４がアルミニウム容器であればリング形状の第２のジョイント２２２をアルミニウムから形成させることがある。さらに第１のジョイント２２０をステンレス鋼チューブに対して摩擦溶接することがある。さらに第１及び第２のジョイント２２０、２２２は、熱シールド１０６への熱リンク用の箇所として用いる場合に、摩擦溶接した銅から形成させることがある。しかしチューブ２１４、２１６、２１８が非金属チューブを含む場合は、ジョイントリングを金属製リング上に接着させることがある。
【００３２】
ここで図３を参照すると、クライオスタット内で用いるように構成した貫通チューブアセンブリの例示的な壁部材３０２の別の実施形態３００を表している。具体的に図３は、クライオスタット１０１（図１参照）で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材３０２に関する別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号３０４は全体として貫通チューブの対称軸を示している。壁部材３０２は第１の固定端部３０６及び第２の固定端部３０８を有する。さらに、壁部材３０２を形成するために不伝導性の複合材料を利用することがある。図３の実施形態では、壁部材３０２はガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）チューブを含む。別法としてその壁部材３０２は、ある種の実施形態により炭素繊維複合材（ＣＦＣ）チューブを含むことがある。
【００３３】
さらに、壁部材３０２を形成するために外側ＧＲＰチューブ表面上に薄いステンレス製テープ３１０を巻き付けている。外側チューブ表面上にステンレス鋼テープ３１０を巻き付けることによって、ＧＲＰまたはＣＦＣタイプの貫通チューブを通るヘリウムガスの透過を最小化することが支援される。ステンレス鋼テープ３１０はしたがって、効率よい透過バリアの役割をする。さらにステンレス鋼テープ３１０は、ＧＲＰチューブの補強のためにも利用される。さらにステンレス鋼テープ３１０は、クエンチ中の内部圧力の蓄積に由来するＧＲＰチューブの膨張の防止も支援する。ステンレス鋼テープ３１０はまた、チューブの周りに編み組み層メッシュを施すことによって薄壁のチューブの圧力支持力も増強する。さらに一実施形態ではそのステンレス鋼テープ３１０は、約１ミル〜約５ミルの範囲の厚さを有することがある。
【００３４】
さらにある種の実施形態ではその壁部材３０２はまたヒートステーションリング３１２も含むことがある。ヒートステーションリング３１２は、一実施形態では銅を用いて形成させることがある。さらにヒートステーションリング３１２は、図１のクライオクーラ１２０などのクライオクーラへの熱リンクを提供する。具体的にはヒートステーションリング３１２は、マグネットのクエンチ中の内部チューブ圧力の蓄積に由来するＧＲＰチューブの座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）の防止を支援するように構成及び位置決めされる。ヒートステーションリング３１２はまた、図１のクライオスタット１０１の熱シールド１０６（図１参照）と動作可能に結合されることがある。ヒートステーションリング３１２を熱シールド１０６と動作可能に結合させると共に貫通チューブアセンブリから外への熱の伝達を可能にするように１つまたは複数の柔軟な編み組（図３では図示せず）を利用することがある。ある種の実施形態では、その柔軟な編み組は銅編み組を含むことがある。さらに、壁部材３０２の熱シールド１０６への結合を容易にするために銅リング（図３では図示せず）を用いることがある。一実施形態ではその銅リングを壁部材３０２内に埋め込むことがある。さらに、熱シールド１０６に対して図１のクライオクーラ１２０などのクライオクーラを結合させ、このクライオクーラを用いて約４５度Ｋの熱シールド温度が維持されることがある。
【００３５】
壁部材３０２の第２の端部３０８は第１のフランジ３１４を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。さらに図３の目下企図される構成では、壁部材３０２の第１の端部３０６は波形付きチューブ部材３１６と動作可能に結合させることがある。次いで波形付きチューブ部材３１６は、第２のフランジ３１８を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４に結合させている。ある種の実施形態ではその第１のフランジ３１４及び第２のフランジ３１８をステンレス鋼、アルミニウムまたは銅を用いて形成させることがある。
【００３６】
クライオスタットの通常動作時では貫通チューブアセンブリの長さ全体にわたって約３００度Ｋから約４度Ｋまでの温度勾配が存在することが理解されよう。しかしクエンチ中ではこの温度勾配が衰退し、このため貫通チューブアセンブリの長さ全体にわたって実質的に均一の温度が存在することになり、チューブ温度は約５度Ｋ〜約１０度Ｋの範囲まで低下する。温度勾配のこの消失は貫通チューブアセンブリの応力及び歪みを増大させるので不利であると共に、マグネットのクエンチ中に壁部材３０２のＧＲＰチューブの収縮を生じさせことになりかねない。図３の実施形態では、波形付き外側壁部材３１６は、壁部材３０２の熱有効長の増強を支援するように構成されている。具体的には波形付きチューブ部材３１６は、クエンチ時のＧＲＰチューブの収縮を補償し、これにより貫通チューブアセンブリ内部の軸方向応力集中を実質的に最小化するために利用される。波形付きチューブ部材３１６はまた、運搬時の貫通チューブアセンブリの熱膨張の補償を支援する。図３に示したような貫通チューブアセンブリの実現によって、クライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が実質的に最小化される。
【００３７】
図４は、図１のクライオスタットなどのクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材４０２のさらに別の実施形態４００を表している。具体的に図４は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材４０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号４０８は全体として貫通チューブの対称軸を示している。壁部材４０２は、第１の端部４０４及び第２の端部４０６を有すると共に壁部材４０２の熱有効長を増強するように構成されている。図４に示した実施形態では、壁部材４０２は波形付きチューブを含む。この波形付きチューブは、壁部材４０２の熱有効長の増強を支援する。
【００３８】
さらに貫通チューブアセンブリ４００は、壁部材４０２の近傍に配置された薄壁のチューブ４１０を含む。ある種の実施形態ではその薄壁のチューブ４１０は、エポキシチューブを含むことがある。別法としてある種の別の実施形態では、薄壁のチューブ４１０はステンレス鋼チューブを含むことがある。さらに薄壁のチューブ４１０はある種の実施形態において平滑なチューブとし、これによりクエンチ気体フローの増強を支援することがある。ある種の実施形態では、薄壁のチューブ４１０も波形付きチューブとすることがある。
【００３９】
さらに本技法の態様では、薄壁のエポキシチューブ４１０と壁部材４０２の間の環状の空間内にフォイル４１２を配置させることがある。フォイル４１２は、マイラー（Ｍｙｌａｒ）フォイル、ナイロンフォイル、ポリエチレンタイプフォイル、その他を含むことがあることに留意されたい。フォイル４１２は、チューブ４０２と４１０の間の対流及び伝導によって熱交換を最小化するように構成させることがある。一例としてフォイル４１２は、ベルナール型の気体マイクロ対流によって熱交換を最小化するように構成させることがある。このタイプの対流は典型的には、異なる温度に維持された平行な２つの水平表面間に現れる。波形部内部のマイクロ対流は潜在的に熱経路長を「ショート（ｓｈｏｒｔ ｏｕｔ）」させ、このために熱経路長が実質的に短縮されて熱負荷が室温から約４度Ｋまで上昇する可能性がある。
【００４０】
さらに一実施形態では、波形付きチューブ壁部材４０２と薄壁のエポキシチューブ４１０の間に１つまたは複数のスペーサ素子４１４を配置させることがある。これらのスペーサ素子４１４は、波形付き壁部材４０２と薄壁のステンレス鋼またはエポキシチューブ４１０の間の均一間隔の維持を支援する。スペーサ素子４１４は、ある種の実施形態において貫通穴を有するナイロンスペーサ素子を含むことがある。さらにスペーサ素子４１４はまた、フォイル４１２に対する構造支持体の役割もする。さらにスペーサ素子４１４の配置によって熱シールド１０６への熱リンクの形成が可能となる。具体的にはその熱リンクを吸熱用（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｎｋｉｎｇ）ステーションとすることがある。一実施形態ではその熱リンクを、スペーサ素子４１４を熱シールド１０６に結合させているリング形状フランジとすることがある。別法としてその熱リンクは、柔軟な銅編み組を含むことがある。参照番号４１６は全体として波形付きチューブ壁部材４０２の第１の端部４０４のＯＶＣ１０８（図１参照）への結合を支援するフランジを示している。
【００４１】
さらに波形付き壁部材４０２の第２の端部４０６は、丸みのあるエントリ部フランジ４１８を用いて冷媒容器１０４（図１参照）と動作可能に結合させている。ある種の実施形態ではその丸みのあるエントリ部フランジ４１８を、冷媒容器１０４内の開口部に溶接している。丸みのあるエントリ部フランジ４１８は、入口フロー抵抗を低下させ、これによりクエンチ気体フローを増強すると共にヘリウム容器内の圧力蓄積を低減するように構成されている。貫通チューブアセンブリを図４に示したようにして実現することによって、波形付きチューブ壁部材４０２が一実施形態においてスペーサ素子４１４を介して熱シールド１０６と動作可能に結合されるため、チューブ４０２、４１０が構造的に安定化される。
【００４２】
ここで図５を見ると、図１のクライオスタットなどのクライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材５０２の別の実施形態５００を表している。具体的に図５は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材５０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。一実施形態ではその壁部材５０２を図４の薄壁のチューブ４１０で示すことがある。さらに参照番号５１６は全体として貫通チューブの対称軸を示している。図５に示した実施形態では、薄壁のエポキシチューブの全体を参照番号５０２で表すことがある。さらに薄壁のエポキシチューブ５０２は第１の端部５０４及び第２の端部５０６を有する。薄壁のエポキシチューブ５０２の第１の端部５０４は第１のフランジ５０８を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合される一方、薄壁のエポキシチューブ５０２の第２の端部５０６は第２のフランジ５１０を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。ある種の実施形態ではその第１及び第２のフランジ５０８、５１０を、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００４３】
さらに本技法の態様では、薄壁のエポキシチューブ５０２は波形付きチューブ部材５１２を含む。波形付きチューブ部材５１２は、マグネットのクエンチ中における壁部材５０２の熱有効長の増強を支援する。具体的には波形付きチューブ部材５１２は、クエンチ中の壁部材５０２の突然の収縮を補償するように構成されている。さらに一実施形態ではその薄壁のチューブ５０２は、ＴｉＡｌ6Ｖ4を用いて形成させることがある。薄壁のチューブ５０２の形成にＴｉＡｌ6Ｖ4を用いることによって、薄壁のチューブ５０２の圧力支持力が実質的に増強される。
【００４４】
さらに本技法の態様では薄壁のチューブ５０２は、薄壁のチューブ５０２と動作可能に結合された１つまたは複数の補強体または補強用素子５１４を含む。これらの補強用素子５１４は、ある種の実施形態においてステンレス鋼から形成させることがある。しかしある種の別の実施形態ではその補強用素子５１４をＴｉＡｌ6Ｖ4を用いて形成させることがある。さらに補強用素子５１４は、薄壁のチューブ５０２の圧力支持力を増強するように構成されている。具体的には補強用素子５１４は、薄壁のチューブ５０２に対して内部にある圧力と薄壁のチューブ５０２に対して外部にある圧力とによって実質的に同様の方式で作用する。さらに補強用素子５１４を用いることは、クライオスタット１０１に対する熱負荷に大きな悪影響を及ぼさない。補強用素子５１４を含むように薄壁のチューブ５０２を実現することによって、厚さを抑えた薄壁のチューブの利用が可能となる。
【００４５】
ここで図６を参照すると、図１のクライオスタット１０１の貫通チューブアセンブリで用いるように構成された壁部材６０２の別の実施形態６００を表している。具体的には図６は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材６０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号６０８は全体として貫通チューブの対称軸を示している。図６に示した実施形態では、壁部材６０２は柔軟なチューブ６０４を含む。柔軟なチューブ６０４は、ポリエチレン塩化ビニル（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）ＰＶＣ、ナイロン、ポリアミド、ポリスチロール、ポリエチレン、炭素またはエポキシ複合材構造、あるいはこれらの組み合わせを用いて形成させることがある。さらに壁部材６０２は、柔軟なチューブ６０４の上または周りに配置させた柔軟ならせん状チューブ部材６０６を含む。柔軟ならせん状チューブ部材６０６は、ある種の実施形態においてステンレス鋼ワイヤを含むことがある。柔軟なチューブ６０４は、圧力下において膨張するように構成されており、かつ柔軟な複合材チューブ６０４の周りに巻き付けたらせん状チューブ部材６０６によって支持されている。図６の実施形態の設計によって、クエンチ中に柔軟なチューブ６０４の周りに配置させたらせん状チューブ系６０６により強化を受けた比較的薄壁の柔軟なチューブ６０４の使用が可能となる。さらに図６の壁部材６０２によれば壁部材６０２は、柔軟なチューブ部材６０４の周りに配置させた柔軟ならせん状チューブ系６０６のためにクエンチ後の開いた直径を迅速に低減することが可能となる。
【００４６】
さらに壁部材６０２の第１の端部は第１のフランジ６１２を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合される一方、壁部材６０２の第２の端部は第２のフランジ６１４を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。第１及び第２のフランジ６１２、６１４は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００４７】
図７は、クライオスタットの貫通チューブアセンブリ内で用いるように構成された壁部材７０２のさらに別の実施形態７００を表している。具体的に図７は、クライオスタット内で用いるための貫通チューブアセンブリの壁部材７０２の別の実施形態の軸方向断面像の一部を表した概要図である。さらに参照番号７１６は全体として貫通チューブの対称軸を示している。この実施形態では壁部材７０２は、第１の端部７０６及び第２の端部７０８を有する薄壁のチューブ７０４を含む。薄壁のチューブ７０２の第１の端部７０４は第１のフランジ７１８を介してＯＶＣ１０８に結合されており、また薄壁のチューブ７０２の第２の端部７０６は第２のフランジ７２０を介してクライオスタット１０１の冷媒容器１０４に結合されている。ある種の実施形態では、第１及び第２のフランジ７１８、７２０をステンレス鋼を用いて形成させることがある。
【００４８】
薄壁のチューブ７０４は、低熱伝導率を有する材料を用いて形成させることがある。一例としてこの低熱伝導率材料は、インバール、インコネル、チタン合金、またはガラス繊維強化エポキシや炭素繊維複合材構造（ただし、これらに限らない）などの複合材タイプ材料を含むことがある。
【００４９】
さらに本技法の態様では壁部材７０２は、薄壁のチューブ７０４の外側壁表面上に配置された編み組みスリーブ７１０を含む。編み組みスリーブ７１０は、薄壁のチューブ７０４を強化するように構成されている。さらに編み組みスリーブ７１０は、低熱伝導率を有する材料を用いて形成させることがある。一例として編み組みスリーブ７１０を形成するために、ポリエチレン、ナイロン、ポリアミド、ＧＲＰ、ＣＦＣ、その他を利用することがある。クエンチ中にクライオスタット１０１内に圧力が蓄積されると、薄壁のチューブ７０４は座屈に至る傾向がある。薄壁のチューブ７０４上に編み組みスリーブ７１０を用いることによって、クエンチ中の薄壁のチューブ７０４の内部圧力の低減が支援される。
【００５０】
さらに、薄壁のチューブ７０４の第１の端部７０６に第１の波形付き部材７１２を結合させることがあり、一方薄壁のチューブ７０４の第２の端部７０８に第２の波形付き部材７１４を結合させることがある。これらの波形付き部材７１２、７１４はまた、クエンチ中における壁部材７０２の熱有効長の増強、また同時にチューブ内における軸方向応力蓄積の最小化を支援する。さらにクエンチ中において、冷媒１１８（図１参照）は冷媒容器１０４から薄壁のチューブ７０４内の開口部７２２を通ってＯＶＣ１０８まで流れる。図７に示した実施形態にはヒートステーションリングが無い。しかしある種の実施形態では、ヒートステーションリングの利用も想定される。貫通チューブアセンブリを図７に示したようにして実現することによって壁部材７０４の熱有効長が増強され、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が低減される。さらに編み組みスリーブ７１０を用いることによって、薄壁のチューブ７０４の圧力支持力が増強される。
【００５１】
ここで図８を見ると、図１のクライオスタット１０１の貫通チューブアセンブリ内で用いるように構成された壁部材８０２の別の実施形態８００を表している。目下企図される構成では壁部材８０２は一体にコイル状にした１対の柔軟な波形付きチューブ系８０４を含む。具体的には柔軟な波形付きチューブ系８０４は、チューブのすべての断面積によってクエンチ気体の放出が可能となるように選択される。さらに柔軟なチューブ系８０４は、壁部材８０２の全熱有効長が増強されるようにらせん形態で製作される。さらに柔軟なコイルチューブ系８０４は、クエンチされた気体の放出を支援するために膨張や収縮するように構成されている。ある種の実施形態ではその壁部材８０２は非円筒状のチューブを含み得ることに留意されたい。
【００５２】
さらに、図１の貫通チューブアセンブリ１１０の比較的広い開口部は、比較的より小さい１つまたは複数の開口部に区画分けされており、これによりクライオスタット１０１に対して貫通チューブアセンブリが生じさせる熱負荷が低減される。具体的に図８に示した実施形態では、貫通チューブアセンブリ８００は閉じた第１の端部と閉じた第２の端部を有する。さらに壁部材８０２また具体的には柔軟な波形付きチューブ系８０４は、第１の端部８０６及び第２の端部８０８を有する。壁部材８０２の第１の端部８０６は第１のフランジ８１０を介してＯＶＣ１０８（図１参照）に結合されており、一方壁部材８０２の第２の端部８０８は第２のフランジ８１２を介して冷媒容器１０４（図１参照）に結合されている。上で指摘したように第１及び第２のフランジ８１０、８１２は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムを用いて形成させることがある。
【００５３】
本技法の態様では、柔軟な波形付きチューブ系８０４の第１の端部８０６は開口部８１４を介してＯＶＣ１０８に対して開いている一方、柔軟な波形付きチューブ系８０４の第２の端部８０８は開口部８１６を介して冷媒容器１０４に対して開いている。具体的には貫通チューブアセンブリの閉じた第２の端部８０８を比較的小さい１つまたは複数の開口部８１６となるように区画分けしている。より具体的には閉じた第２の端部８０８は、柔軟な波形付きチューブ系８０４を通じた冷媒（図１参照）の冷媒容器１０４（図１参照）からＯＶＣ１０８（図１参照）までの移動を可能とさせる開口部８１６を有する。一例としてクエンチ中における冷媒容器１０４からのヘリウムなどの冷媒１１８は、開口部８１６を通って柔軟なチューブ８０４に入ると共に、チューブ８０４を通過して開口部８１４を通ってＯＶＣ１０８に向かって流れる。貫通チューブアセンブリを図８に示したようにして実現することによって、壁部材８０２のコイル状の幾何学形状に由来してクライオスタット１０１上に現れる熱負荷が極めて低くなる。
【００５４】
本明細書の上で記載したクライオスタット内で使用するように構成された貫通チューブアセンブリの例示的な壁部材の様々な実施形態によれば、貫通チューブアセンブリの壁部材の熱有効長が増強されることによって貫通チューブアセンブリが生じさせるクライオスタットに対する熱負荷が劇的に低減される。クライオスタットに対する熱負担のこの低下によって、ライドスルー時間の増大、コールドヘッドサービス時間の延長及びコスト削減が得られるので有利である。一例としてこの貫通チューブアセンブリの簡略設計によればシステム全体のコストが低減される。さらにこの例示的な貫通チューブアセンブリを用いると、ある例ではコールドヘッドへの熱リンクが不要になる。さらに上で指摘したようにこうした貫通は、システムの熱負荷の少なくとも３０〜４０％を占める。本明細書の上で記載した例示的な貫通チューブアセンブリの利用に由来するクライオスタットに対する低熱負荷のため、クライオスタット内で要求される総ヘリウム在庫の低減の支援も可能となる。したがって本明細書の上で記載した貫通チューブアセンブリの様々な実施形態によって、好結果なクライオスタット設計にとっての主要因の１つである熱負荷を最適化した貫通が提示される。
【００５５】
さらにある種の実施形態では、壁部材の熱有効長はべローズを用いることなく増強することができる。さらにこの例示的貫通チューブアセンブリによれば、自由通路を有効にすることによってマグネットのクエンチ時の気体フローの容易さが増強される。
【００５６】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１００ ＭＲＩシステム
１０１ クライオスタット
１０２ 超伝導マグネット
１０４ 冷媒容器
１０６ 熱シールド
１０８ 外側真空チェンバー
１１０ 貫通チューブアセンブリ
１１２ カバープレート
１１４ 壁部材
１１６ スリーブ
１１８ 冷媒
１２０ クライオクーラ
１２２ 患者ボア
１２４ 患者
１２６ 貫通チューブアセンブリ内の開口部
２００ 貫通チューブアセンブリ
２０２ 貫通チューブの対称軸
２０４ 壁部材
２０６ 壁部材の第１の端部
２０８ 壁部材の第２の端部
２１０ フランジ
２１２ フランジ
２１４ 第１のチューブ
２１６ 第２のチューブ
２１８ 第３のチューブ
２２０ 第１のジョイント
２２２ 第２のジョイント
２２４ スペーサ素子
３００ 貫通チューブアセンブリ
３０２ 壁部材
３０４ 貫通チューブの対称軸
３０６ 壁部材の第１の端部
３０８ 壁部材の第２の端部
３１０ ステンレス鋼テープ
３１２ ヒートステーション
３１４ フランジ
３１６ 波形付きチューブ部材
３１８ フランジ
４００ 貫通チューブアセンブリ
４０２ 壁部材
４０４ 壁部材の第１の端部
４０６ 壁部材の第２の端部
４０８ 貫通チューブの対称軸
４１０ 薄壁のエポキシチューブ
４１２ フォイル
４１４ スペーサ素子
４１６ フランジ
４１８ 丸みのあるフランジ
５００ 貫通チューブアセンブリ
５０２ 壁部材
５０４ 壁部材の第１の端部
５０６ 壁部材の第２の端部
５０８ フランジ
５１０ フランジ
５１２ 波形付きチューブ部材
５１４ 補強体素子
５１６ 貫通チューブの対称軸
６００ 貫通チューブアセンブリ
６０２ 壁部材
６０４ 柔軟なチューブ
６０６ らせん状チューブ系
６０８ 貫通チューブの対称軸
６１２ フランジ
６１４ フランジ
７００ 貫通チューブアセンブリ
７０２ 壁部材
７０４ 薄壁のチューブ
７０６ 壁部材の第１の端部
７０８ 壁部材の第２の端部
７１０ 編み組みスリーブ
７１２ 波形付き部材
７１４ 波形付き部材
７１６ 貫通チューブの対称軸
７１８ フランジ
７２０ フランジ
７２２ 開口部
８００ 貫通チューブアセンブリ
８０２ 壁部材
８０４ 柔軟ならせん状チューブ系
８０６ 第１の端部
８０８ 第２の端部
８１０ 第１のフランジ
８１２ 第２のフランジ
８１４ 開口部
８１６ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオスタット向けの貫通チューブアセンブリであって、
第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を備える貫通チューブアセンブリ。
【請求項２】
前記高温領域は約８０度Ｋ〜約３００度Ｋの範囲の温度を有する、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項３】
前記冷媒は、液体ヘリウム、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項４】
前記壁部材は、壁部材の熱有効長を約５０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲で変更するように構成されている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項５】
前記壁部材は複数のチューブを互いの内部にネスト構造にして備えており、かつ該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項６】
前記複数のチューブは、波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている、請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項７】
前記複数のチューブは、ステンレス鋼チューブ、ガラス繊維強化エポキシチューブ、ＴｉＡｌ6Ｖ4チューブ、アルミニウムチューブ、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項８】
前記複数のチューブの中の各チューブ間の決定された間隔を維持するように構成された１つまたは複数のスペーサ素子をさらに備える請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項９】
前記壁部材は、
ガラス繊維強化プラスチックチューブと、
前記ガラス繊維強化プラスチックチューブの外側壁表面上に配置されたステンレス鋼テープと、
を備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１０】
前記ガラス強化プラスチックチューブに結合されると共にクライオスタットに対する熱負荷を減少させるように構成された熱リンクをさらに備える請求項９に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１１】
前記ガラス強化プラスチックチューブの第１の端部と動作可能に結合されると共に該ガラス強化プラスチックチューブの熱有効長を変更するように構成された波形付き区画をさらに備える請求項９に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１２】
前記壁部材は波形付きチューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１３】
前記壁部材の近傍に配置された薄壁のチューブと、
前記薄壁のチューブと壁部材の間の環状の空間内に配置されると共に、冷媒と壁部材の間の熱交換を最小化するように構成されたフォイルと、
をさらに備える請求項１２に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１４】
前記壁部材と薄壁のチューブの間に配置されると共に、該壁部材と薄壁のチューブの間の決定された間隔を維持するように構成された１つまたは複数のスペーサ素子をさらに備える請求項１３に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１５】
前記壁部材に沿って配置されると共に、該壁部材の座屈を最小化するように壁部材の圧力支持力を上昇させかつ壁部材を強化するように構成された１つまたは複数の補強用素子をさらに備える請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の補強用素子は、ステンレス鋼補強用素子、ＴｉＡｌ6Ｖ4補強用素子、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項１５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１７】
前記壁部材は、
薄壁のチューブと、
その上に配置された柔軟ならせん状チューブ系と、
を備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１８】
前記壁部材は、
薄壁のチューブと、
前記薄壁のチューブの外側表面上に配置された編み組みホースと、
を備えた複合材チューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１９】
前記壁部材の第１の端部、第２の端部あるいは該第１の端部と第２の端部の両者と動作可能に結合された波形付き区画をさらに備える請求項１８に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２０】
前記壁部材はらせんの形態でパターン形成された複数の柔軟なチューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２１】
前記複数の柔軟なチューブの各々はクライオスタットの外側真空チェンバーの内部に開いた第１の端部と、クライオスタットの冷媒容器の内部に開いた第２の端部と、を備えると共に、該第２の端部によって柔軟なチューブを通り冷媒容器から該第１の端部を通り外側真空チェンバーまでの冷媒の流れを可能としている、請求項２０に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２２】
クライオスタット向けの貫通チューブアセンブリであって、
第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材は複数のチューブを互いの内部にネスト構造にして備えおり、該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されており、かつ該複数のチューブは波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている壁部材を備える貫通チューブアセンブリ。
【請求項２３】
患者を表す画像データを収集するように構成された収集サブシステムであって、該収集サブシステムは、
その内部に患者を受け入れるように構成された超伝導マグネットと、
前記超伝導マグネットをその内部に包含する冷媒容器を備えている、熱負荷最適化貫通チューブアセンブリを備えたクライオスタットであって、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を備えているクライオスタットと、
を備えている収集サブシステムと、
前記収集サブシステムと動作可能に関連付けされると共に収集した画像データを処理するように構成された処理サブシステムと、
を備える磁気共鳴撮像向けのシステム。
【請求項１】
クライオスタット向けの貫通チューブアセンブリであって、
第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を備える貫通チューブアセンブリ。
【請求項２】
前記高温領域は約８０度Ｋ〜約３００度Ｋの範囲の温度を有する、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項３】
前記冷媒は、液体ヘリウム、液体水素、液体ネオン、液体窒素、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項４】
前記壁部材は、壁部材の熱有効長を約５０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲で変更するように構成されている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項５】
前記壁部材は複数のチューブを互いの内部にネスト構造にして備えており、かつ該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項６】
前記複数のチューブは、波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている、請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項７】
前記複数のチューブは、ステンレス鋼チューブ、ガラス繊維強化エポキシチューブ、ＴｉＡｌ6Ｖ4チューブ、アルミニウムチューブ、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項８】
前記複数のチューブの中の各チューブ間の決定された間隔を維持するように構成された１つまたは複数のスペーサ素子をさらに備える請求項５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項９】
前記壁部材は、
ガラス繊維強化プラスチックチューブと、
前記ガラス繊維強化プラスチックチューブの外側壁表面上に配置されたステンレス鋼テープと、
を備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１０】
前記ガラス強化プラスチックチューブに結合されると共にクライオスタットに対する熱負荷を減少させるように構成された熱リンクをさらに備える請求項９に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１１】
前記ガラス強化プラスチックチューブの第１の端部と動作可能に結合されると共に該ガラス強化プラスチックチューブの熱有効長を変更するように構成された波形付き区画をさらに備える請求項９に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１２】
前記壁部材は波形付きチューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１３】
前記壁部材の近傍に配置された薄壁のチューブと、
前記薄壁のチューブと壁部材の間の環状の空間内に配置されると共に、冷媒と壁部材の間の熱交換を最小化するように構成されたフォイルと、
をさらに備える請求項１２に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１４】
前記壁部材と薄壁のチューブの間に配置されると共に、該壁部材と薄壁のチューブの間の決定された間隔を維持するように構成された１つまたは複数のスペーサ素子をさらに備える請求項１３に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１５】
前記壁部材に沿って配置されると共に、該壁部材の座屈を最小化するように壁部材の圧力支持力を上昇させかつ壁部材を強化するように構成された１つまたは複数の補強用素子をさらに備える請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の補強用素子は、ステンレス鋼補強用素子、ＴｉＡｌ6Ｖ4補強用素子、あるいはこれらの組み合わせを含む、請求項１５に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１７】
前記壁部材は、
薄壁のチューブと、
その上に配置された柔軟ならせん状チューブ系と、
を備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１８】
前記壁部材は、
薄壁のチューブと、
前記薄壁のチューブの外側表面上に配置された編み組みホースと、
を備えた複合材チューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項１９】
前記壁部材の第１の端部、第２の端部あるいは該第１の端部と第２の端部の両者と動作可能に結合された波形付き区画をさらに備える請求項１８に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２０】
前記壁部材はらせんの形態でパターン形成された複数の柔軟なチューブを備えている、請求項１に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２１】
前記複数の柔軟なチューブの各々はクライオスタットの外側真空チェンバーの内部に開いた第１の端部と、クライオスタットの冷媒容器の内部に開いた第２の端部と、を備えると共に、該第２の端部によって柔軟なチューブを通り冷媒容器から該第１の端部を通り外側真空チェンバーまでの冷媒の流れを可能としている、請求項２０に記載の貫通チューブアセンブリ。
【請求項２２】
クライオスタット向けの貫通チューブアセンブリであって、
第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材は複数のチューブを互いの内部にネスト構造にして備えおり、該複数のチューブのうちの各チューブは少なくとも１つの別のチューブと直列に動作可能に結合されており、かつ該複数のチューブは波形付きチューブを用いることなく壁部材の熱有効長を変更するように構成されている壁部材を備える貫通チューブアセンブリ。
【請求項２３】
患者を表す画像データを収集するように構成された収集サブシステムであって、該収集サブシステムは、
その内部に患者を受け入れるように構成された超伝導マグネットと、
前記超伝導マグネットをその内部に包含する冷媒容器を備えている、熱負荷最適化貫通チューブアセンブリを備えたクライオスタットであって、第１の端部及び第２の端部を有すると共にその熱有効長を変更するように構成された壁部材であって、該壁部材の第１の端部は高温領域と連絡可能に結合されておりかつ該壁部材の第２の端部はクライオスタットの冷媒容器内部に配置された冷媒と連絡可能に結合されている壁部材を備えているクライオスタットと、
を備えている収集サブシステムと、
前記収集サブシステムと動作可能に関連付けされると共に収集した画像データを処理するように構成された処理サブシステムと、
を備える磁気共鳴撮像向けのシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５００３２（Ｐ２０１２−２５００３２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１１９１９４（Ｐ２０１２−１１９１９４）
【出願日】平成２４年５月２５日（２０１２．５．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１９１９４（Ｐ２０１２−１１９１９４）
【出願日】平成２４年５月２５日（２０１２．５．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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