超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置
【課題】液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持する。
【解決手段】超伝導磁石装置１は、撮像領域ＦＯＶを挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル１１、およびメインコイル１１と逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイル１２と、メインコイル１１およびシールドコイル１２を液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器３０と、液体ヘリウム容器３０を内包して真空断熱する真空容器１０Ａ，１０Ｂと、を有し、真空容器１０Ａ，１０Ｂ内における液体ヘリウム容器３０の外部に設けられた断熱材を介して、液体ヘリウム容器３０に直接支持される磁性体を備え、磁性体の反撮像領域ＦＯＶ側には、磁性体を所定の温度まで冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【解決手段】超伝導磁石装置１は、撮像領域ＦＯＶを挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル１１、およびメインコイル１１と逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイル１２と、メインコイル１１およびシールドコイル１２を液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器３０と、液体ヘリウム容器３０を内包して真空断熱する真空容器１０Ａ，１０Ｂと、を有し、真空容器１０Ａ，１０Ｂ内における液体ヘリウム容器３０の外部に設けられた断熱材を介して、液体ヘリウム容器３０に直接支持される磁性体を備え、磁性体の反撮像領域ＦＯＶ側には、磁性体を所定の温度まで冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導コイルを用いた高磁場オープン型の超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超伝導コイルを用いて静磁場を生成する超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））装置は、特に、医療診断の分野で広く利用されている。オープン型磁気共鳴イメージング装置では、被検体へのアクセスを容易にし、また、被検体のへ閉塞感を低減するために、被検体が仰臥するために十分なガントリーキャップを設けて、撮像領域（赤道面を含む領域）を挟んで上下に磁極が対局配置されている。
上下の各磁極には、超電導コイルを冷却するための液体ヘリウム容器が設置されており、超伝導コイルは、この液体ヘリウム容器内に充填された液体ヘリウムに浸されている。
液体ヘリウム容器の外側には、外部からの熱侵入を低減するための輻射シールドが設置され、さらにその外側には真空断熱層を挟んで真空容器が設置されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のＭＲＩ装置では、磁性体の磁化の温度変化を抑えるために、磁場均一度を調整するための磁性体を、液体窒素温度に冷却した輻射シールド内に設置し、これを輻射シールドから支持するものが開示されている。
しかしながら、輻射シールドには反射率の高いアルミ合金等が用いられており、アルミ合金は、ステンレス鋼に比べて強度が低いものであるため、結果的にシールド厚が分厚くなってしまい、内包される磁性体は、撮像領域から離れた位置に設置せざるを得ない。このため、撮像領域の磁場均一度が劣化するおそれがあった。また、磁性体を支持している輻射シールドと超電導コイルを内包する液体ヘリウム容器との間に、振動等に起因する相対変位が生じた場合にも、撮像領域の磁場均一度が劣化するおそれがあった。
【０００４】
この点、特許文献２に記載のＭＲＩ装置では、磁性体を撮像領域に近付けるために、輻射シールドの外に磁性体が設置されたものが開示されている。また、コイルと補正鉄の相対変位を抑制するために、コイルボビンを接合した液体ヘリウム容器から、断熱材を用いた荷重支持体を介して磁性体が支持されたものが開示されている。
そして、このＭＲＩ装置では、磁性体を設置する位置を調整して磁性体に加わる電磁力を低減し、荷重支持体の断面積を低減することにより、室温にある磁性体から液体ヘリウム容器への熱侵入量を液体ヘリウム系の熱侵入量の許容値以下に制限している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４３８５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３０７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、磁気共鳴イメージング装置では、より鮮明な画像を得るために装置の高磁場化が進んでいる。ここで、磁気共鳴イメージング装置を高磁場化するには、超電導コイルの起磁力を増加する手法と、磁性体を増加する手法との二通りの手法がある。
このうち、超電導コイルの起磁力を増加する手法では、コイルの線材長の増加によるコスト増加を招き、また、コイルの最大経験磁場が高くなることから、超電導コイルのクエンチが発生し易くなる。超電導コイルのクエンチは、高価な液体ヘリウムの消費量を増大させるだけでなく、医療機関における診療スケジュールの遅延を招来するため、極力発生させたくない。
そこで、コスト低減および超電導コイルのクエンチを低減するという観点からは、超電導コイルの起磁力の増加を必要最小限に抑えて、磁性体を増加させるようにすることが望ましい。
【０００７】
一方、磁性体を増加させると、磁性体に加わる電磁力の増加を招く。このため、液体ヘリウム容器から磁性体を支持している荷重支持体の断面積を増加する必要がある。ところが、荷重支持体の断面積の増加は、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くこととなるため、所定の時間内に装置の冷却を完了するためには、熱侵入量の増加に応じた液体ヘリウム用冷凍機の増強が必要となってくる。このため、コストが増加するという問題が生じる。
【０００８】
ここで、前記特許文献２では、断熱材を用いた荷重支持体で液体ヘリウム容器から磁性体を支持している。しかしながら、磁性体は室温にあるたため、冷却時には、液体ヘリウム容器のみが熱収縮する。このため、特に径方向の荷重支持体に熱応力が発生し、この熱応力を緩和する構造が不可欠となる。
そこで、荷重支持体にばねをつけて熱応力を緩和することが考えられる。しかし、そのような構造にすると、ばね定数のバラツキにより磁性体が本来の位置から変位して、磁場均一度の劣化を生じるおそれがある。このような磁場均一度の劣化が生じるのを避けるためには、高品質のばねを高精度で加工して精度よく設置する必要があるが、製造コストの増加を招く。
【０００９】
このような観点から、本発明は、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するための手段として本発明の超伝導磁石装置は、撮像領域を挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル、および前記メインコイルと逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイルと、前記メインコイルおよび前記シールドコイルを液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器と、前記液体ヘリウム容器を内包して真空断熱する真空容器と、を有する超伝導磁石装置であって、前記真空容器内における前記液体ヘリウム容器の外部に設けられた断熱材を介して、前記液体ヘリウム容器に直接支持される磁性体を備え、前記磁性体の反撮像領域側には、前記磁性体を所定温度まで冷却するための冷却手段が設けられている構成とした。これにより、磁性体を所定温度（例えば、室温より低く液体ヘリウム温度より高い温度、略液体窒素温度等）まで冷却することができ、荷重支持体の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器等の液体ヘリウム系への熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。したがって、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる。また、冷却手段は、磁性体の反撮像領域側に設けられているので、磁性体を撮像領域側に近付けることができ、磁場均一度を向上させることが可能となる。
また、本発明の超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示した説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置の構造を示した模式断面図である。
【図３】超伝導磁石装置の主たる構造を示した模式平面図である。
【図４】流路の変形例を示した模式断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置を示した模式断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置を示した模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）の第１実施形態を図面を参照して詳細に説明する。ＭＲＩ装置は、図１に示すように、超伝導磁石装置１と、被検体Ｈを乗せるベッド２と、このベッド２に乗せられた被検体Ｈを撮像領域ＦＯＶ（Field of View）へ搬送する、図示しない駆動機構が設けられた搬送手段３と、この搬送手段３によって撮像領域ＦＯＶに搬送された被検体Ｈからの核磁気共鳴信号を解析するコンピュータ等の機器を含んだ解析手段４とから構成され、ベッド２に乗った被検体Ｈを通して断層撮影を行うものである。ここで、図２中符号Ｚを付して示した軸線は、超伝導磁石装置１の中心を通る中心軸であり、また、符号Ｘを付して示した軸線は、中心軸Ｚに交わるとともに撮像領域ＦＯＶの中心部を横切る水平軸（赤道面を通る軸）である。
【００１４】
本実施形態の超伝導磁石装置１は、撮像領域ＦＯＶを挟んで上下に配置された一対の真空容器１０Ａ，１０Bが支柱１０ａにより連結されている。超伝導磁石装置１の起磁力は、図２に示すように、赤道面（水平軸Ｘ）に関して対向配置され、真空容器１０Ａ，１０B内にそれぞれ配置されたメインコイル１１、シールドコイル１２、第１磁性体２１、および第２磁性体２２から構成されている。ここで、一対の真空容器１０Ａ，１０Ｂは、同様の構成であるので、以下においては、主として上側の真空容器１０Ａの構成部材について説明し、適宜下側の真空容器１０Ｂの構成部材について説明する。
【００１５】
メインコイル１１およびシールドコイル１２は、液体ヘリウム容器３０内に収納された共通のコイルボビン１３に巻き付けられており、いずれも環状に形成されている。
メインコイル１１は、図２中矢印Ｚ１の向きの磁場を発生する超伝導コイルであり、また、シールドコイル１２は、漏洩磁場を抑えるため、メインコイル１１と逆向きに電流が流される超伝導コイルである。シールドコイル１２は、超伝導磁石装置１の撮像領域ＦＯＶから最も遠い部位に位置しており、これによって、超伝導磁石装置１の側方へ漏れる漏洩磁場を抑制している。
ここで、メインコイル１１およびシールドコイル１２のコイル線材としては、例えば、ＮｂＴｉ線材が用いられる。
なお、コイルボビン１３は、液体ヘリウム容器３０の天板３１に内側から直接接合されて固定されている。ここでは、コイルボビン１３を利用して、メインコイル１１およびシールドコイル１２を設けたが、これに限られることはなく、図示しない超伝導補正コイル等をコイルボビン１３に対して設けてもよい。また、コイルボビン１３は、メインコイル１１、シールドコイル１２毎に液体ヘリウム容器３０内に別々に設けられていてもよい。
【００１６】
液体ヘリウム容器３０は、密閉可能な容器であり、内部には、超伝導用冷媒として液体ヘリウムが充填されている。液体ヘリウム容器３０内において、メインコイル１１およびシールドコイル１２は、充填された液体ヘリウムによって冷却されて、超電導状態を保持している。
液体ヘリウム容器３０の外側には、液体ヘリウム容器３０への熱侵入を抑制するための反射率の高いアルミ合金等からなる輻射シールド３２が液体ヘリウム容器３０の周囲を覆うように設置されている。輻射シールド３２は、真空断熱層を挟んで真空容器１０Ａ内に設置されている。
なお、液体ヘリウム容器３０には、この液体ヘリウム容器３０の内部に液体ヘリウムを注入するための図示しない液体ヘリウム注液管が連結されており、また、液体ヘリウム容器３０の内部の気相状態のヘリウムガスを排出するための図示しないヘリウムガス排出管等が連結されている。
【００１７】
また、液体ヘリウム容器３０を構成している天板３１には、第１磁性体２１を支持するための荷重支持体４０と、第２磁性体２２を支持するための荷重支持体４１が設けられている。
荷重支持体４０，４１は、剛性を有するとともに断熱性を有する材料からなる柱状の部材である。このうち荷重支持体４０は、第１磁性体２１および第２磁性体２２を鉛直方向（中心軸Ｚに沿う方向）に支持するために、液体ヘリウム容器３０と第１磁性体２１との間に設けられている。
【００１８】
具体的に、荷重支持体４０は、上側の真空容器１０Ａ内において、天板３１の下面から下方へ垂設され、第１磁性体２１の上面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５０の上面）に接続されて第１磁性体２１を支持している。
また、荷重支持体４０は、下側の真空容器１０Ｂ内において、天板３１の上面から上方へ突設され、第１磁性体２１の下面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５０の下面）に接続されて第１磁性体２１を支持している。
このような荷重支持体４０は、図３に示すように、第１磁性体２１の周方向に所定の間隔を空けて複数本設けられており、本実施形態では、計８本設けられている。
なお、荷重支持体４０は、冷却板５０に対してではなく、第１磁性体２１に対して、直接接続されるように構成してもよい。
【００１９】
一方、荷重支持体４１は、第１磁性体２１および第２磁性体２２を水平方向（赤道面に沿う方向、水平軸Ｘに沿う方向）に支持するために、液体ヘリウム容器３０と第２磁性体２２との間に設けられている。
【００２０】
具体的に、荷重支持体４１は、上側の真空容器１０Ａ内において、天板３１の上面に取付部材４１ａを介して一端（真空容器１０Ａの径方向外側端）が接続され、他端（真空容器１０Ａの径方向内側端）が取付部材４１ｂを介して第２磁性体２２の上面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５５の上面）に接続されている。
また、荷重支持体４１は、下側の真空容器１０Ｂ内において、天板３１の下面に取付部材４１ａを介して一端（真空容器１０Ｂの径方向外側端）が接続され、他端（真空容器１０Ｂの径方向内側端）が取付部材４１ｂを介して第２磁性体２２の下面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５５の下面）に接続されている。
なお、荷重支持体４１は、冷却板５５に対してではなく、第２磁性体２２に対して、直接接続されるように構成してもよい。
以上のような荷重支持体４０，４１は、輻射シールド３２に形成された貫通孔３２ａ，３２ｂにそれぞれ挿通されて、輻射シールド３２と非接触状態に挿通配置されている。
【００２１】
第１磁性体２１は、図３に示すように、環状を呈しており、液体ヘリウム容器３０の内径よりも外径が小さくされて液体ヘリウム容器３０を覆う輻射シールド３２（図２参照）の径方向内側に配置されている。そして、第１磁性体２１は、前記したように、荷重支持体４０を介して真空容器１０Ａ内における液体ヘリウム容器３０の天板３１に直接支持されており、その図示しない中心軸は、メインコイル１１（シールドコイル１２）の中心軸Ｚ（図２参照）に合致している。
このような第１磁性体２１には、図２に示すように、反撮像領域ＦＯＶ側となる面、つまり、上側の真空容器１０Ａ内においては第１磁性体２１の上面、また、下側の真空容器１０Ｂ内においては第１磁性体２１の下面に、冷却手段として機能する冷却板５０が設けられている。
また、第１磁性体２１の上面（下側の真空容器１０Ｂにあっては下面）を除く周面は、断熱膜（断熱材）２５で覆われている。断熱膜２５は、例えば、ポリエステルなどの合成繊維にアルミを蒸着した積層構造のスーパーインシュレータを用いることができる。
【００２２】
冷却板５０は、第１磁性体２１の上面（下側の真空容器１０Ｂ内においては下面）に取り付けられる円環板状の部材であり、熱伝導性に優れた材料、例えば、ステンレス合金、アルミニウム合金、銅合金等からなる。冷却板５０の内部には、液体窒素が一方向に通流する流路５１が設けられている。これにより冷却板５０は、略液体窒素温度（所定の温度）まで冷却されることとなる。
【００２３】
流路５１は、図３に示すように、冷却板５０の周方向に沿って冷却板５０の周方向略全体に行き渡るように平面視で円弧状に配設されており、一端が上面縁部に設けられた導入口５１ａに接続され、他端が同じく導出口５１ｂに接続されている。導入口５１ａおよび導出口５１ｂには、超伝導磁石装置１の外部に設けられた図示しない窒素供給回収装置に設けられた供給管、回収管が接続されるようになっている。
【００２４】
第２磁性体２２は、図２に示すように、外面が段状とされた円柱状を呈しており、第１磁性体２１の外径よりも外径がさらに小さくされて、第１磁性体２１の径方向内側に配置されている（図３参照）。そして、第２磁性体２２は、前記したように、荷重支持体４１（取付部材４１ａ，４１ｂを介して真空容器１０Ａ内における液体ヘリウム容器３０の天板３１に水平方向に直接支持されており、その図示しない中心軸は、メインコイル１１（シールドコイル１２）の中心軸Ｚ（図２参照）に合致している。
このような第２磁性体２２には、図２に示すように、反撮像領域ＦＯＶとなる側、つまり、上側の真空容器１０Ａ内においては第２磁性体２２の上面、また、下側の真空容器１０Ｂ内においては第２磁性体２２の下面に、冷却手段として機能する冷却板５５が設けられている。
また、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂにあっては下面）を除く周面は、スーパーインシュレータ等の断熱膜２５で覆われている。
【００２５】
冷却板５５は、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂ内においては下面）に取り付けられる円板状の部材であり、熱伝導性に優れた材料、例えば、ステンレス合金、アルミニウム合金、銅合金等からなる。冷却板５５の内部には、液体窒素が一方向に通流する流路５６が設けられている。これにより冷却板５５は、略液体窒素温度（所定の温度）まで冷却されることとなる。
【００２６】
流路５６は、図３に示すように、冷却板５５の周方向に沿って冷却板５５の周方向略全体に行き渡るように平面視で略円形状に配設されており、一端が上面縁部に設けられた導入口５５ａに接続され、他端が同じく導出口５５ｂに接続されている。導入口５５ａおよび導出口５５ｂには、前記した冷却板５０と同様に、超伝導磁石装置１の外部に設けられた図示しない窒素供給回収装置に設けられた供給管、回収管が接続されるようになっている。
なお、図３において、流路５６は模式的に示しており、図示しない荷重支持体４１が設けられる部分では、適宜これを迂回するように設けられている。また、図３において、荷重支持体４０は、その水平断面を円形で示しているが、荷重支持体４０，４１の断面形状は円形に限らず、加工しやすいように適宜変更してもよい。さらに、軸方向に沿って断面積を変更することも可能である。
また、流路５１や流路５６に対して、他の冷却媒体を通流させて冷却板５０および冷却板５５を冷却するように構成してもよい。この場合、他の冷却媒体としては、第１磁性体２１および第２磁性体２２を室温より低く液体ヘリウム温度より高い温度（所定の温度）まで冷却することのできるものであることが望ましい。
【００２７】
このような第１磁性体２１と第２磁性体２２とは、図２、図３に示すように、連結部材６０で連結されている。連結部材６０は、図２、図３に示すように、水平方向の荷重支持体４１と同一の垂直面内に設置するほか、荷重支持体４１とは中心軸から水平方向に角度をずらして設置することも可能である。
なお、連結部材６０を伝熱材、例えば、アルミニウム合金、ステンレス合金等で構成して、第１磁性体２１と第２磁性体２２との間で連結部材６０を介して伝熱作用が得られるように構成してもよい。
【００２８】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）真空容器１０Ａ（１０Ｂ）内における液体ヘリウム容器３０の外部に設けられた荷重支持体４０，４１を介して、第１磁性体２１，第２磁性体２２が液体ヘリウム容器３０に直接支持されており、第１磁性体２１および第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側には、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度までそれぞれ冷却するための冷却板５０，５５がそれぞれ設けられているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。したがって、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
例えば、特許文献２に記載されたもの（磁性体が室温であるもの）に比べて本実施形態では、第１磁性体２１および第２磁性体２２と、液体ヘリウム容器３０との温度差を約１／４に低減することができる。
（２）冷却板５０，５５は、第１磁性体２１の反撮像領域ＦＯＶ側、第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側にそれぞれ設けられているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２自体を撮像領域ＦＯＶ側に近付けることができるようになり、その結果、磁場均一度を向上させることが可能となる。
なお、図４に示すように、第１磁性体２１および第２磁性体２２の磁性体内に流路５７をそれぞれ設け、この流路５７に対して液体窒素が直接通流するように構成してもよい。なお、流路５７は、蓋部材５７ａで閉じることで、密閉することができる。
このように構成することによって、冷却板５０，５５による冷却と流路５７を通じて行われる冷却とによって、より一層好適に、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
また、液体ヘリウム系の冷凍機増設によるコストアップを防止することが可能となる。
（３）第１磁性体２１および第２磁性体２２は、外表面（冷却板５０，５５が設けられる面を除いた面）が断熱膜（断熱材）で覆われているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２に対する外部からの熱侵入を抑制することができ、第１磁性体２１および第２磁性体２２が冷却板５０，５５で冷却されることとの相乗効果により、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで好適に冷却されることとなる。これによって、荷重支持体４０，４１に熱応力が生じるのを好適に抑制することができ、磁場均一度の劣化が生じるのを好適に防止することができる。
なお、第１磁性体２１および第２磁性体２２は、外表面の一部を断熱膜（断熱材）で覆うように構成してもよい。
また、断熱膜（断熱材）で覆う代わりに、または、断熱膜（断熱材）と併用して、第１磁性体２１および第２磁性体２２の表面に、輻射熱を反射することが可能な反射材を塗布してもよい。この場合においても、第１磁性体２１および第２磁性体２２に対する外部からの熱侵入を抑制することができ、第１磁性体２１および第２磁性体２２が冷却板５０，５５で冷却されることとの相乗効果により、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで好適に冷却されることとなる。
（４）荷重支持体４０，４１に熱応力を緩和するための高品質のばね等を設置する必要がなくなるので、第１磁性体２１および第２磁性体２２の組み付けや調整が簡単になり、その分、コストが増加するのを好適に防止することができる。
（５）本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、真空容器１０Ａに冷凍機７０を設置して、この冷凍機７０により第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却するように構成した点である。
【００３０】
冷凍機７０は、真空容器１０Ａの上部中央に設けられた凹部１ａ内に設置されて、第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側に配置されている。冷凍機７０には、図示しない冷却ヘッドを備えており、この冷却ヘッドに伝熱材７１が接続されている。伝熱材７１は、真空容器１０Ａに設けられた貫通孔１ｂを通じて真空容器１０Ａ内に挿通され、第２磁性体２２の上面（反撮像領域ＦＯＶ側の面）に接続されている。つまり、第２磁性体２２は冷凍機７０に接続された伝熱材７１によって直接的に略液体窒素温度まで冷却されるようになっている。
【００３１】
第２磁性体２２と第１磁性体２１との間には、板状の伝熱材６５が介設されており、冷凍機７０により冷却された第２磁性体２２により伝熱材６５が冷却され、この冷却された伝熱材６５を通じて第１磁性体２１が冷却されるように構成されている。なお、伝熱材６５は、前記した連結部材６０とともに設けてもよいし、膜状や網状とされていてもよい。
【００３２】
本実施形態によっても第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。したがって、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
【００３３】
また、冷却板５０，５５を設ける必要がないので、その分、構造が簡素になり、コストの低減を図ることも可能となる。
また、液体窒素の補充が不要となるので、メンテナンスに要する手間が省けコストを低減することができる。
なお、本実施形態では、冷凍機７０を用いているが、特許文献２で示した装置において液体ヘリウム側に冷凍機を増設する場合に比べて、到達温度が液体窒素温度であり、かつ、断熱材ではなく伝熱材を介して冷却するため、運転開始時に所定の冷却時間で熱平衡に到達し、冷凍機７０に求められる冷却能力を低減することが可能である。したがって、冷凍機７０に要するコストを低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３５】
（第３実施形態）
図６に示すように、本実施形態が前記第１，第２実施形態と異なるところは、冷凍機７０と輻射シールド３２の間に伝熱材７２を設置し、この冷凍機７０により輻射シールド３２を冷却して、輻射シールド３２から第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却するように構成した点である。
【００３６】
冷凍機７０は、第１磁性体２１および第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側となる、真空容器１０Ａにおける輻射シールド３２の上方に設置されており、真空容器１０Ａの外側から輻射シールド３２まで貫通するように設置した伝熱材７２を有している。
伝熱材７２は、輻射シールド３２を略液体窒素温度まで冷却可能である。
【００３７】
輻射シールド３２と第１磁性体２１との間には、伝熱材６６が介設されており、また、輻射シールド３２と第２磁性体２２との間には、伝熱材６７が介設されており、これらの間が熱的に接続されている。
つまり、冷凍機７０によって輻射シールド３２が冷却されると、輻射シールド３２から伝熱材６６，６７を介して、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで冷却されることとなる。
【００３８】
本実施形態によっても第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができ、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
また、液体窒素の補充が不要となるので、メンテナンスに要する手間が省けコストを低減することができる。
そして、本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３９】
なお、前記第１実施形態で説明した冷却板５０，５５は、第１磁性体２１、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂにおいては下面）の全体を覆うように構成したが、これに限られることはなく、上面（下面）の一部を覆うように構成してもよく、上面（下面）において周方向に所定の間隔を空けて所々に設置してもよい。また、上面から周面に亘って設けてもよい。
また、流路５１の数や延設長さ等は、第１磁性体２１や第２磁性体２２の形状、大きさ等に対応して種々設定することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 超伝導磁石装置
２ ベッド
３ 搬送手段
４ 解析手段
１０Ａ 真空容器
１０Ｂ 真空容器
１１ メインコイル
１２ シールドコイル
２１ 第１磁性体（磁性体）
２２ 第２磁性体（磁性体）
２５ 断熱膜
３０ 液体ヘリウム容器
３１ 天板
３２ 輻射シールド
４０，４１ 荷重支持体
５０ 冷却板（冷却手段）
５５ 冷却板（冷却手段）
６５ 伝熱材（冷却手段）
６６ 伝熱材（冷却手段）
６７ 伝熱材（冷却手段）
７０ 冷凍機（冷却手段）
７１ 伝熱材（冷却手段）
７２ 伝熱材（冷却手段）
ＦＯＶ 撮像領域
Ｈ 被検体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導コイルを用いた高磁場オープン型の超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超伝導コイルを用いて静磁場を生成する超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））装置は、特に、医療診断の分野で広く利用されている。オープン型磁気共鳴イメージング装置では、被検体へのアクセスを容易にし、また、被検体のへ閉塞感を低減するために、被検体が仰臥するために十分なガントリーキャップを設けて、撮像領域（赤道面を含む領域）を挟んで上下に磁極が対局配置されている。
上下の各磁極には、超電導コイルを冷却するための液体ヘリウム容器が設置されており、超伝導コイルは、この液体ヘリウム容器内に充填された液体ヘリウムに浸されている。
液体ヘリウム容器の外側には、外部からの熱侵入を低減するための輻射シールドが設置され、さらにその外側には真空断熱層を挟んで真空容器が設置されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のＭＲＩ装置では、磁性体の磁化の温度変化を抑えるために、磁場均一度を調整するための磁性体を、液体窒素温度に冷却した輻射シールド内に設置し、これを輻射シールドから支持するものが開示されている。
しかしながら、輻射シールドには反射率の高いアルミ合金等が用いられており、アルミ合金は、ステンレス鋼に比べて強度が低いものであるため、結果的にシールド厚が分厚くなってしまい、内包される磁性体は、撮像領域から離れた位置に設置せざるを得ない。このため、撮像領域の磁場均一度が劣化するおそれがあった。また、磁性体を支持している輻射シールドと超電導コイルを内包する液体ヘリウム容器との間に、振動等に起因する相対変位が生じた場合にも、撮像領域の磁場均一度が劣化するおそれがあった。
【０００４】
この点、特許文献２に記載のＭＲＩ装置では、磁性体を撮像領域に近付けるために、輻射シールドの外に磁性体が設置されたものが開示されている。また、コイルと補正鉄の相対変位を抑制するために、コイルボビンを接合した液体ヘリウム容器から、断熱材を用いた荷重支持体を介して磁性体が支持されたものが開示されている。
そして、このＭＲＩ装置では、磁性体を設置する位置を調整して磁性体に加わる電磁力を低減し、荷重支持体の断面積を低減することにより、室温にある磁性体から液体ヘリウム容器への熱侵入量を液体ヘリウム系の熱侵入量の許容値以下に制限している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４３８５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３０７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、磁気共鳴イメージング装置では、より鮮明な画像を得るために装置の高磁場化が進んでいる。ここで、磁気共鳴イメージング装置を高磁場化するには、超電導コイルの起磁力を増加する手法と、磁性体を増加する手法との二通りの手法がある。
このうち、超電導コイルの起磁力を増加する手法では、コイルの線材長の増加によるコスト増加を招き、また、コイルの最大経験磁場が高くなることから、超電導コイルのクエンチが発生し易くなる。超電導コイルのクエンチは、高価な液体ヘリウムの消費量を増大させるだけでなく、医療機関における診療スケジュールの遅延を招来するため、極力発生させたくない。
そこで、コスト低減および超電導コイルのクエンチを低減するという観点からは、超電導コイルの起磁力の増加を必要最小限に抑えて、磁性体を増加させるようにすることが望ましい。
【０００７】
一方、磁性体を増加させると、磁性体に加わる電磁力の増加を招く。このため、液体ヘリウム容器から磁性体を支持している荷重支持体の断面積を増加する必要がある。ところが、荷重支持体の断面積の増加は、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くこととなるため、所定の時間内に装置の冷却を完了するためには、熱侵入量の増加に応じた液体ヘリウム用冷凍機の増強が必要となってくる。このため、コストが増加するという問題が生じる。
【０００８】
ここで、前記特許文献２では、断熱材を用いた荷重支持体で液体ヘリウム容器から磁性体を支持している。しかしながら、磁性体は室温にあるたため、冷却時には、液体ヘリウム容器のみが熱収縮する。このため、特に径方向の荷重支持体に熱応力が発生し、この熱応力を緩和する構造が不可欠となる。
そこで、荷重支持体にばねをつけて熱応力を緩和することが考えられる。しかし、そのような構造にすると、ばね定数のバラツキにより磁性体が本来の位置から変位して、磁場均一度の劣化を生じるおそれがある。このような磁場均一度の劣化が生じるのを避けるためには、高品質のばねを高精度で加工して精度よく設置する必要があるが、製造コストの増加を招く。
【０００９】
このような観点から、本発明は、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するための手段として本発明の超伝導磁石装置は、撮像領域を挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル、および前記メインコイルと逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイルと、前記メインコイルおよび前記シールドコイルを液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器と、前記液体ヘリウム容器を内包して真空断熱する真空容器と、を有する超伝導磁石装置であって、前記真空容器内における前記液体ヘリウム容器の外部に設けられた断熱材を介して、前記液体ヘリウム容器に直接支持される磁性体を備え、前記磁性体の反撮像領域側には、前記磁性体を所定温度まで冷却するための冷却手段が設けられている構成とした。これにより、磁性体を所定温度（例えば、室温より低く液体ヘリウム温度より高い温度、略液体窒素温度等）まで冷却することができ、荷重支持体の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器等の液体ヘリウム系への熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。したがって、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる。また、冷却手段は、磁性体の反撮像領域側に設けられているので、磁性体を撮像領域側に近付けることができ、磁場均一度を向上させることが可能となる。
また、本発明の超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、磁性体を強固に支持することができる超伝導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示した説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置の構造を示した模式断面図である。
【図３】超伝導磁石装置の主たる構造を示した模式平面図である。
【図４】流路の変形例を示した模式断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置を示した模式断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の磁気共鳴イメージング装置に適用される超伝導磁石装置を示した模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）の第１実施形態を図面を参照して詳細に説明する。ＭＲＩ装置は、図１に示すように、超伝導磁石装置１と、被検体Ｈを乗せるベッド２と、このベッド２に乗せられた被検体Ｈを撮像領域ＦＯＶ（Field of View）へ搬送する、図示しない駆動機構が設けられた搬送手段３と、この搬送手段３によって撮像領域ＦＯＶに搬送された被検体Ｈからの核磁気共鳴信号を解析するコンピュータ等の機器を含んだ解析手段４とから構成され、ベッド２に乗った被検体Ｈを通して断層撮影を行うものである。ここで、図２中符号Ｚを付して示した軸線は、超伝導磁石装置１の中心を通る中心軸であり、また、符号Ｘを付して示した軸線は、中心軸Ｚに交わるとともに撮像領域ＦＯＶの中心部を横切る水平軸（赤道面を通る軸）である。
【００１４】
本実施形態の超伝導磁石装置１は、撮像領域ＦＯＶを挟んで上下に配置された一対の真空容器１０Ａ，１０Bが支柱１０ａにより連結されている。超伝導磁石装置１の起磁力は、図２に示すように、赤道面（水平軸Ｘ）に関して対向配置され、真空容器１０Ａ，１０B内にそれぞれ配置されたメインコイル１１、シールドコイル１２、第１磁性体２１、および第２磁性体２２から構成されている。ここで、一対の真空容器１０Ａ，１０Ｂは、同様の構成であるので、以下においては、主として上側の真空容器１０Ａの構成部材について説明し、適宜下側の真空容器１０Ｂの構成部材について説明する。
【００１５】
メインコイル１１およびシールドコイル１２は、液体ヘリウム容器３０内に収納された共通のコイルボビン１３に巻き付けられており、いずれも環状に形成されている。
メインコイル１１は、図２中矢印Ｚ１の向きの磁場を発生する超伝導コイルであり、また、シールドコイル１２は、漏洩磁場を抑えるため、メインコイル１１と逆向きに電流が流される超伝導コイルである。シールドコイル１２は、超伝導磁石装置１の撮像領域ＦＯＶから最も遠い部位に位置しており、これによって、超伝導磁石装置１の側方へ漏れる漏洩磁場を抑制している。
ここで、メインコイル１１およびシールドコイル１２のコイル線材としては、例えば、ＮｂＴｉ線材が用いられる。
なお、コイルボビン１３は、液体ヘリウム容器３０の天板３１に内側から直接接合されて固定されている。ここでは、コイルボビン１３を利用して、メインコイル１１およびシールドコイル１２を設けたが、これに限られることはなく、図示しない超伝導補正コイル等をコイルボビン１３に対して設けてもよい。また、コイルボビン１３は、メインコイル１１、シールドコイル１２毎に液体ヘリウム容器３０内に別々に設けられていてもよい。
【００１６】
液体ヘリウム容器３０は、密閉可能な容器であり、内部には、超伝導用冷媒として液体ヘリウムが充填されている。液体ヘリウム容器３０内において、メインコイル１１およびシールドコイル１２は、充填された液体ヘリウムによって冷却されて、超電導状態を保持している。
液体ヘリウム容器３０の外側には、液体ヘリウム容器３０への熱侵入を抑制するための反射率の高いアルミ合金等からなる輻射シールド３２が液体ヘリウム容器３０の周囲を覆うように設置されている。輻射シールド３２は、真空断熱層を挟んで真空容器１０Ａ内に設置されている。
なお、液体ヘリウム容器３０には、この液体ヘリウム容器３０の内部に液体ヘリウムを注入するための図示しない液体ヘリウム注液管が連結されており、また、液体ヘリウム容器３０の内部の気相状態のヘリウムガスを排出するための図示しないヘリウムガス排出管等が連結されている。
【００１７】
また、液体ヘリウム容器３０を構成している天板３１には、第１磁性体２１を支持するための荷重支持体４０と、第２磁性体２２を支持するための荷重支持体４１が設けられている。
荷重支持体４０，４１は、剛性を有するとともに断熱性を有する材料からなる柱状の部材である。このうち荷重支持体４０は、第１磁性体２１および第２磁性体２２を鉛直方向（中心軸Ｚに沿う方向）に支持するために、液体ヘリウム容器３０と第１磁性体２１との間に設けられている。
【００１８】
具体的に、荷重支持体４０は、上側の真空容器１０Ａ内において、天板３１の下面から下方へ垂設され、第１磁性体２１の上面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５０の上面）に接続されて第１磁性体２１を支持している。
また、荷重支持体４０は、下側の真空容器１０Ｂ内において、天板３１の上面から上方へ突設され、第１磁性体２１の下面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５０の下面）に接続されて第１磁性体２１を支持している。
このような荷重支持体４０は、図３に示すように、第１磁性体２１の周方向に所定の間隔を空けて複数本設けられており、本実施形態では、計８本設けられている。
なお、荷重支持体４０は、冷却板５０に対してではなく、第１磁性体２１に対して、直接接続されるように構成してもよい。
【００１９】
一方、荷重支持体４１は、第１磁性体２１および第２磁性体２２を水平方向（赤道面に沿う方向、水平軸Ｘに沿う方向）に支持するために、液体ヘリウム容器３０と第２磁性体２２との間に設けられている。
【００２０】
具体的に、荷重支持体４１は、上側の真空容器１０Ａ内において、天板３１の上面に取付部材４１ａを介して一端（真空容器１０Ａの径方向外側端）が接続され、他端（真空容器１０Ａの径方向内側端）が取付部材４１ｂを介して第２磁性体２２の上面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５５の上面）に接続されている。
また、荷重支持体４１は、下側の真空容器１０Ｂ内において、天板３１の下面に取付部材４１ａを介して一端（真空容器１０Ｂの径方向外側端）が接続され、他端（真空容器１０Ｂの径方向内側端）が取付部材４１ｂを介して第２磁性体２２の下面（反撮像領域ＦＯＶ側となる面、冷却板５５の下面）に接続されている。
なお、荷重支持体４１は、冷却板５５に対してではなく、第２磁性体２２に対して、直接接続されるように構成してもよい。
以上のような荷重支持体４０，４１は、輻射シールド３２に形成された貫通孔３２ａ，３２ｂにそれぞれ挿通されて、輻射シールド３２と非接触状態に挿通配置されている。
【００２１】
第１磁性体２１は、図３に示すように、環状を呈しており、液体ヘリウム容器３０の内径よりも外径が小さくされて液体ヘリウム容器３０を覆う輻射シールド３２（図２参照）の径方向内側に配置されている。そして、第１磁性体２１は、前記したように、荷重支持体４０を介して真空容器１０Ａ内における液体ヘリウム容器３０の天板３１に直接支持されており、その図示しない中心軸は、メインコイル１１（シールドコイル１２）の中心軸Ｚ（図２参照）に合致している。
このような第１磁性体２１には、図２に示すように、反撮像領域ＦＯＶ側となる面、つまり、上側の真空容器１０Ａ内においては第１磁性体２１の上面、また、下側の真空容器１０Ｂ内においては第１磁性体２１の下面に、冷却手段として機能する冷却板５０が設けられている。
また、第１磁性体２１の上面（下側の真空容器１０Ｂにあっては下面）を除く周面は、断熱膜（断熱材）２５で覆われている。断熱膜２５は、例えば、ポリエステルなどの合成繊維にアルミを蒸着した積層構造のスーパーインシュレータを用いることができる。
【００２２】
冷却板５０は、第１磁性体２１の上面（下側の真空容器１０Ｂ内においては下面）に取り付けられる円環板状の部材であり、熱伝導性に優れた材料、例えば、ステンレス合金、アルミニウム合金、銅合金等からなる。冷却板５０の内部には、液体窒素が一方向に通流する流路５１が設けられている。これにより冷却板５０は、略液体窒素温度（所定の温度）まで冷却されることとなる。
【００２３】
流路５１は、図３に示すように、冷却板５０の周方向に沿って冷却板５０の周方向略全体に行き渡るように平面視で円弧状に配設されており、一端が上面縁部に設けられた導入口５１ａに接続され、他端が同じく導出口５１ｂに接続されている。導入口５１ａおよび導出口５１ｂには、超伝導磁石装置１の外部に設けられた図示しない窒素供給回収装置に設けられた供給管、回収管が接続されるようになっている。
【００２４】
第２磁性体２２は、図２に示すように、外面が段状とされた円柱状を呈しており、第１磁性体２１の外径よりも外径がさらに小さくされて、第１磁性体２１の径方向内側に配置されている（図３参照）。そして、第２磁性体２２は、前記したように、荷重支持体４１（取付部材４１ａ，４１ｂを介して真空容器１０Ａ内における液体ヘリウム容器３０の天板３１に水平方向に直接支持されており、その図示しない中心軸は、メインコイル１１（シールドコイル１２）の中心軸Ｚ（図２参照）に合致している。
このような第２磁性体２２には、図２に示すように、反撮像領域ＦＯＶとなる側、つまり、上側の真空容器１０Ａ内においては第２磁性体２２の上面、また、下側の真空容器１０Ｂ内においては第２磁性体２２の下面に、冷却手段として機能する冷却板５５が設けられている。
また、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂにあっては下面）を除く周面は、スーパーインシュレータ等の断熱膜２５で覆われている。
【００２５】
冷却板５５は、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂ内においては下面）に取り付けられる円板状の部材であり、熱伝導性に優れた材料、例えば、ステンレス合金、アルミニウム合金、銅合金等からなる。冷却板５５の内部には、液体窒素が一方向に通流する流路５６が設けられている。これにより冷却板５５は、略液体窒素温度（所定の温度）まで冷却されることとなる。
【００２６】
流路５６は、図３に示すように、冷却板５５の周方向に沿って冷却板５５の周方向略全体に行き渡るように平面視で略円形状に配設されており、一端が上面縁部に設けられた導入口５５ａに接続され、他端が同じく導出口５５ｂに接続されている。導入口５５ａおよび導出口５５ｂには、前記した冷却板５０と同様に、超伝導磁石装置１の外部に設けられた図示しない窒素供給回収装置に設けられた供給管、回収管が接続されるようになっている。
なお、図３において、流路５６は模式的に示しており、図示しない荷重支持体４１が設けられる部分では、適宜これを迂回するように設けられている。また、図３において、荷重支持体４０は、その水平断面を円形で示しているが、荷重支持体４０，４１の断面形状は円形に限らず、加工しやすいように適宜変更してもよい。さらに、軸方向に沿って断面積を変更することも可能である。
また、流路５１や流路５６に対して、他の冷却媒体を通流させて冷却板５０および冷却板５５を冷却するように構成してもよい。この場合、他の冷却媒体としては、第１磁性体２１および第２磁性体２２を室温より低く液体ヘリウム温度より高い温度（所定の温度）まで冷却することのできるものであることが望ましい。
【００２７】
このような第１磁性体２１と第２磁性体２２とは、図２、図３に示すように、連結部材６０で連結されている。連結部材６０は、図２、図３に示すように、水平方向の荷重支持体４１と同一の垂直面内に設置するほか、荷重支持体４１とは中心軸から水平方向に角度をずらして設置することも可能である。
なお、連結部材６０を伝熱材、例えば、アルミニウム合金、ステンレス合金等で構成して、第１磁性体２１と第２磁性体２２との間で連結部材６０を介して伝熱作用が得られるように構成してもよい。
【００２８】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）真空容器１０Ａ（１０Ｂ）内における液体ヘリウム容器３０の外部に設けられた荷重支持体４０，４１を介して、第１磁性体２１，第２磁性体２２が液体ヘリウム容器３０に直接支持されており、第１磁性体２１および第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側には、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度までそれぞれ冷却するための冷却板５０，５５がそれぞれ設けられているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。したがって、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
例えば、特許文献２に記載されたもの（磁性体が室温であるもの）に比べて本実施形態では、第１磁性体２１および第２磁性体２２と、液体ヘリウム容器３０との温度差を約１／４に低減することができる。
（２）冷却板５０，５５は、第１磁性体２１の反撮像領域ＦＯＶ側、第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側にそれぞれ設けられているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２自体を撮像領域ＦＯＶ側に近付けることができるようになり、その結果、磁場均一度を向上させることが可能となる。
なお、図４に示すように、第１磁性体２１および第２磁性体２２の磁性体内に流路５７をそれぞれ設け、この流路５７に対して液体窒素が直接通流するように構成してもよい。なお、流路５７は、蓋部材５７ａで閉じることで、密閉することができる。
このように構成することによって、冷却板５０，５５による冷却と流路５７を通じて行われる冷却とによって、より一層好適に、第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
また、液体ヘリウム系の冷凍機増設によるコストアップを防止することが可能となる。
（３）第１磁性体２１および第２磁性体２２は、外表面（冷却板５０，５５が設けられる面を除いた面）が断熱膜（断熱材）で覆われているので、第１磁性体２１および第２磁性体２２に対する外部からの熱侵入を抑制することができ、第１磁性体２１および第２磁性体２２が冷却板５０，５５で冷却されることとの相乗効果により、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで好適に冷却されることとなる。これによって、荷重支持体４０，４１に熱応力が生じるのを好適に抑制することができ、磁場均一度の劣化が生じるのを好適に防止することができる。
なお、第１磁性体２１および第２磁性体２２は、外表面の一部を断熱膜（断熱材）で覆うように構成してもよい。
また、断熱膜（断熱材）で覆う代わりに、または、断熱膜（断熱材）と併用して、第１磁性体２１および第２磁性体２２の表面に、輻射熱を反射することが可能な反射材を塗布してもよい。この場合においても、第１磁性体２１および第２磁性体２２に対する外部からの熱侵入を抑制することができ、第１磁性体２１および第２磁性体２２が冷却板５０，５５で冷却されることとの相乗効果により、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで好適に冷却されることとなる。
（４）荷重支持体４０，４１に熱応力を緩和するための高品質のばね等を設置する必要がなくなるので、第１磁性体２１および第２磁性体２２の組み付けや調整が簡単になり、その分、コストが増加するのを好適に防止することができる。
（５）本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、真空容器１０Ａに冷凍機７０を設置して、この冷凍機７０により第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却するように構成した点である。
【００３０】
冷凍機７０は、真空容器１０Ａの上部中央に設けられた凹部１ａ内に設置されて、第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側に配置されている。冷凍機７０には、図示しない冷却ヘッドを備えており、この冷却ヘッドに伝熱材７１が接続されている。伝熱材７１は、真空容器１０Ａに設けられた貫通孔１ｂを通じて真空容器１０Ａ内に挿通され、第２磁性体２２の上面（反撮像領域ＦＯＶ側の面）に接続されている。つまり、第２磁性体２２は冷凍機７０に接続された伝熱材７１によって直接的に略液体窒素温度まで冷却されるようになっている。
【００３１】
第２磁性体２２と第１磁性体２１との間には、板状の伝熱材６５が介設されており、冷凍機７０により冷却された第２磁性体２２により伝熱材６５が冷却され、この冷却された伝熱材６５を通じて第１磁性体２１が冷却されるように構成されている。なお、伝熱材６５は、前記した連結部材６０とともに設けてもよいし、膜状や網状とされていてもよい。
【００３２】
本実施形態によっても第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができる。したがって、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
【００３３】
また、冷却板５０，５５を設ける必要がないので、その分、構造が簡素になり、コストの低減を図ることも可能となる。
また、液体窒素の補充が不要となるので、メンテナンスに要する手間が省けコストを低減することができる。
なお、本実施形態では、冷凍機７０を用いているが、特許文献２で示した装置において液体ヘリウム側に冷凍機を増設する場合に比べて、到達温度が液体窒素温度であり、かつ、断熱材ではなく伝熱材を介して冷却するため、運転開始時に所定の冷却時間で熱平衡に到達し、冷凍機７０に求められる冷却能力を低減することが可能である。したがって、冷凍機７０に要するコストを低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３５】
（第３実施形態）
図６に示すように、本実施形態が前記第１，第２実施形態と異なるところは、冷凍機７０と輻射シールド３２の間に伝熱材７２を設置し、この冷凍機７０により輻射シールド３２を冷却して、輻射シールド３２から第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却するように構成した点である。
【００３６】
冷凍機７０は、第１磁性体２１および第２磁性体２２の反撮像領域ＦＯＶ側となる、真空容器１０Ａにおける輻射シールド３２の上方に設置されており、真空容器１０Ａの外側から輻射シールド３２まで貫通するように設置した伝熱材７２を有している。
伝熱材７２は、輻射シールド３２を略液体窒素温度まで冷却可能である。
【００３７】
輻射シールド３２と第１磁性体２１との間には、伝熱材６６が介設されており、また、輻射シールド３２と第２磁性体２２との間には、伝熱材６７が介設されており、これらの間が熱的に接続されている。
つまり、冷凍機７０によって輻射シールド３２が冷却されると、輻射シールド３２から伝熱材６６，６７を介して、第１磁性体２１および第２磁性体２２が略液体窒素温度まで冷却されることとなる。
【００３８】
本実施形態によっても第１磁性体２１および第２磁性体２２を略液体窒素温度まで冷却することができ、荷重支持体４０，４１の断面積を増加させた場合においても、液体ヘリウム容器３０への熱侵入量を可及的に小さな値にすることができ、熱侵入量を許容値以下に抑制することができる。
これによって、液体ヘリウム容器３０を含む液体ヘリウム系への熱侵入量の増加を招くことなく、第１磁性体２１および第２磁性体２２を強固に支持することができる。
また、液体窒素の補充が不要となるので、メンテナンスに要する手間が省けコストを低減することができる。
そして、本実施形態の超伝導磁石装置１を用いた磁気共鳴イメージング装置によれば、装置の高磁場化が可能となり、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３９】
なお、前記第１実施形態で説明した冷却板５０，５５は、第１磁性体２１、第２磁性体２２の上面（下側の真空容器１０Ｂにおいては下面）の全体を覆うように構成したが、これに限られることはなく、上面（下面）の一部を覆うように構成してもよく、上面（下面）において周方向に所定の間隔を空けて所々に設置してもよい。また、上面から周面に亘って設けてもよい。
また、流路５１の数や延設長さ等は、第１磁性体２１や第２磁性体２２の形状、大きさ等に対応して種々設定することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 超伝導磁石装置
２ ベッド
３ 搬送手段
４ 解析手段
１０Ａ 真空容器
１０Ｂ 真空容器
１１ メインコイル
１２ シールドコイル
２１ 第１磁性体（磁性体）
２２ 第２磁性体（磁性体）
２５ 断熱膜
３０ 液体ヘリウム容器
３１ 天板
３２ 輻射シールド
４０，４１ 荷重支持体
５０ 冷却板（冷却手段）
５５ 冷却板（冷却手段）
６５ 伝熱材（冷却手段）
６６ 伝熱材（冷却手段）
６７ 伝熱材（冷却手段）
７０ 冷凍機（冷却手段）
７１ 伝熱材（冷却手段）
７２ 伝熱材（冷却手段）
ＦＯＶ 撮像領域
Ｈ 被検体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域を挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル、および前記メインコイルと逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイルと、
前記メインコイルおよび前記シールドコイルを液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器と、
前記液体ヘリウム容器を内包して真空断熱する真空容器と、を有する超伝導磁石装置であって、
前記真空容器内における前記液体ヘリウム容器の外部に設けられた断熱材を介して、前記液体ヘリウム容器に直接支持される磁性体を備え、
前記磁性体の反撮像領域側には、前記磁性体を所定の温度まで冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする超伝導磁石装置。
【請求項２】
前記所定の温度は略液体窒素温度であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導磁石装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、液体窒素が通流する流路が設けられた冷却板であり、
前記冷却板は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、冷凍機と、この冷凍機に一端が接続された伝熱材とを備えており、
前記伝熱材は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に他端が接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項５】
前記液体ヘリウム容器には、外部からの熱侵入を抑制するための輻射シールドが設けられており、
前記冷却手段は、前記輻射シールドに一端が接続された伝熱材であり、
前記伝熱材は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に他端が接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項６】
前記磁性体は、外表面の少なくとも一部が断熱材で覆われるか、または、外表面の少なくとも一部が輻射熱を反射する部材を塗布されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超伝導磁石装置。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超伝導磁石装置を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
被検体を乗せるベッドと、このベッドに乗せられた前記被検体を前記撮像領域へ搬送する搬送手段と、この搬送手段によって前記撮像領域に搬送された前記被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１】
撮像領域を挟んで上下に対向配置され、磁場を発生する少なくとも一対のメインコイル、および前記メインコイルと逆方向の磁場を発生する少なくとも一対のシールドコイルと、
前記メインコイルおよび前記シールドコイルを液体ヘリウム中に収納する液体ヘリウム容器と、
前記液体ヘリウム容器を内包して真空断熱する真空容器と、を有する超伝導磁石装置であって、
前記真空容器内における前記液体ヘリウム容器の外部に設けられた断熱材を介して、前記液体ヘリウム容器に直接支持される磁性体を備え、
前記磁性体の反撮像領域側には、前記磁性体を所定の温度まで冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする超伝導磁石装置。
【請求項２】
前記所定の温度は略液体窒素温度であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導磁石装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、液体窒素が通流する流路が設けられた冷却板であり、
前記冷却板は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、冷凍機と、この冷凍機に一端が接続された伝熱材とを備えており、
前記伝熱材は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に他端が接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項５】
前記液体ヘリウム容器には、外部からの熱侵入を抑制するための輻射シールドが設けられており、
前記冷却手段は、前記輻射シールドに一端が接続された伝熱材であり、
前記伝熱材は、前記磁性体の反撮像領域側において前記磁性体に他端が接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超伝導磁石装置。
【請求項６】
前記磁性体は、外表面の少なくとも一部が断熱材で覆われるか、または、外表面の少なくとも一部が輻射熱を反射する部材を塗布されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超伝導磁石装置。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超伝導磁石装置を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
被検体を乗せるベッドと、このベッドに乗せられた前記被検体を前記撮像領域へ搬送する搬送手段と、この搬送手段によって前記撮像領域に搬送された前記被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９４１３６（Ｐ２０１１−１９４１３６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６３６９（Ｐ２０１０−６６３６９）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
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