(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）（１）  第１の中孔を取り囲んでいると共に、全体的に縦方向の第１の軸を有している全体的に円環形状の第１のコイル・ハウジングと、
（２）  前記第１の軸と全体的に同軸に整列しており、前記第１のコイル・ハウジング内に設けられていると共に少なくとも部分的に低温流体内に浸されている全体的に環状の第１の超伝導主コイルと
を含んでいる第１の超伝導コイル集合体と、
（ｂ）  前記第１の軸と全体的に同軸に整列していると共に、前記第１の超伝導主コイルから半径方向内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されているほぼ非永久的に磁化された第１の強磁性リングと、
（ｃ）（１）  前記第１のコイル・ハウジングから縦方向に間隔を置いて配置されており、第２の中孔を取り囲んでいる全体的に円環形状の第２のコイル・ハウジングであって、前記第１の軸と全体的に同軸に整列している全体的に縦方向の第２の軸を有している第２のコイル・ハウジングと、
（２）  前記第２の軸と全体的に同軸に整列しており、前記第２のコイル・ハウジング内に設けられていると共に少なくとも低温流体内に浸されている全体的に環状の第２の超伝導主コイルと
を含んでいる第２の超伝導コイル集合体と、
（ｄ）  前記第２の軸と全体的に同軸に整列していると共に、前記第２の超伝導主コイルから半径方向内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されているほぼ非永久的に磁化された第２の強磁性リングとを備えた開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項２】
前記第１の軸に対して垂直に向いていると共に、前記第１のコイル・ハウジングと前記第２のコイル・ハウジングとの中間に縦方向に設けられている平面に対して、前記第２の超伝導コイル集合体は、全体的に前記第１の超伝導コイル集合体の鏡像であり、前記第２の強磁性リングは前記平面に対して、全体的に前記第１の強磁性リングの鏡像である請求項１に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項３】
前記第１の強磁性リングは、円周方向に連続したリングを含んでいる請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項４】
前記第１及び第２の強磁性リングの各々は、炭素鋼で本質的に構成されている請求項３に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項５】
前記第１の強磁性リングは、前記第１のコイル・ハウジング内に設けられており、前記第２の強磁性リングは、前記第２のコイル・ハウジング内に設けられている請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項６】
前記第１の強磁性リングは、前記第１の中孔内の前記第１のコイル・ハウジングの外側に設けられており、前記第２の強磁性リングは、前記第２の中孔内の前記第２のコイル・ハウジングの外側に設けられている請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項７】
前記第１の強磁性リングは、前記第１のコイル・ハウジングに取り付けられており、前記第２の強磁性リングは、前記第２のコイル・ハウジングに取り付けられている請求項６に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項８】
前記第２の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体は、前記第１の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体から流体的に独立している請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項９】
前記第２の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体は、前記第１の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体と流体的に連通している請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【請求項１０】
前記第１の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体及び前記第２の超伝導主コイルを含んでいる前記低温流体の各々は、液体ヘリウムで本質的に構成されている請求項２に記載の開放形磁気共鳴作像磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には磁気共鳴作像（ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ））システムの一部として高磁場を発生するために使用される低温流体で冷却される（例えば、液体ヘリウムで冷却される）超伝導磁石に関し、更に詳しくは、開放形設計を有していると共に非常に一様な磁場を有しているこのような磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導磁石又は他の形式の磁石を採用しているＭＲＩシステムは、医用診断のような種々の分野で使用されている。公知の超伝導磁石は、液体ヘリウムで冷却される超伝導磁石と、低温冷却器（クライオクーラ）で冷却される超伝導磁石とを含んでいる。典型的には、ヘリウムで冷却される磁石の場合、超伝導コイル集合体は、超伝導主コイルを含んでおり、この超伝導主コイルは、ヘリウム・デュワー瓶に含まれている液体ヘリウムに少なくとも部分的に浸されている。ヘリウム・デュワー瓶は、二重の熱シールド（遮蔽）によって取り囲まれており、この二重の熱シールドは、真空エンクロージャによって取り囲まれている。Ｎｉ−Ｔｉ超伝導コイルは典型的には、ほぼ４ケルビンの温度で動作し、Ｎｂ−Ｓｎ超伝導コイルは典型的には、ほぼ１０ケルビンの温度で動作する。
【０００３】
公知の超伝導磁石の設計は、閉鎖形磁石と、開放形磁石とを含んでいる。閉鎖形磁石は典型的には、中孔（ボア）を有している単一の管状の超伝導コイル集合体を有している。超伝導コイル集合体は、半径方向に整列していると共に縦方向に間隔を置いて配置されているいくつかの超伝導主コイルを含んでおり、これらの超伝導主コイルの各々は、同一方向に等しい大電流を通す。従って、超伝導主コイルは、作像されるべき対象が配置されている磁石の中孔内に中心のある球形のイメージング（作像）体積内に高い一様性を有する磁場を形成するように設計されている。磁石はこのように、イメージング体積内で非常に一様な磁場を形成するように設計されているが、磁石の製造許容差により、及び磁石の現場における環境によって生じる磁場の乱れにより、通常、磁場のこのような僅かのむらについて磁石の補正を現場において行わなければならない。典型的には、鉄片を使用することにより、又は液体ヘリウムで冷却されるＮｂ−Ｔｉ超伝導磁石の場合には多数のＮｂ−Ｔｉ超伝導補正コイルを使用することにより、現場で磁石のシミングが行われる。補正コイルは、主コイルの近傍で半径方向に且つ主コイルの半径方向内側で、超伝導コイル集合体内に配置されている。各々の補正コイルは、主コイルに流れる電流の方向と反対の方向を含む任意の必要な方向に、異なるが小さい電流を通す。
【０００４】
開放形磁石は典型的には、間隔を置いて配置されている２つの超伝導コイル集合体を用いている。集合体と集合体との間に空間があるので、ＭＲＩ作像の間に、医者は手術又は他の医用手順のために接近することができる。患者はその空間に配置されてもよく、又は円環形状（ドーナツ形状）のコイル集合体の中孔に配置されてもよい。開放空間は、閉磁石設計で生じ得る閉所恐怖感を患者が克服するのを助ける。超伝導コイル集合体相互の間の開放空間が形成されることにより磁場が大きく歪み、イメージング体積内に一様性の低い磁場が形成されたときに、イメージング体積内に非常に一様な磁場が得られるように超伝導開放磁石を作成する方法について、文献はほとんど触れていない。このような磁場の歪みは、公知の磁石のシミング技術のみを用いて克服され得る歪みをはるかに超えている。
【０００５】
磁石の超伝導コイル集合体相互の間の開放空間によって生じる大きな磁場歪みにもかかわらず、イメージング体積内の磁場が非常に一様となるように設計された低温流体で冷却される開放形ＭＲＩ磁石が必要とされている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、そのイメージング体積内の磁場が非常に一様となるように設計されている低温流体で冷却される開放形超伝導ＭＲＩ磁石を提供することにある。
本発明の開放形ＭＲＩ磁石は、第１の超伝導コイル集合体を含んでおり、第１の超伝導コイル集合体は、全体的に円環形状（ドーナツ形）の第１のコイル・ハウジングと、全体的に環状の第１の超伝導主コイルとを含んでいる。第１のコイル・ハウジングは第１の中孔を取り囲んでいると共に、全体的に縦方向の第１の軸を有している。第１の主コイルは、全体的に第１の軸と同軸に整列しており、第１のコイル・ハウジング内に配設されていると共に、少なくとも部分的に低温流体内に浸されている。開放形ＭＲＩ磁石は又、第１の軸と全体的に同軸に整列していると共に第１の超伝導主コイルから半径方向内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されているほぼ非永久的に磁化された第１の強磁性リングを含んでいる。開放形ＭＲＩ磁石は付加的に、第２の超伝導コイル集合体を含んでおり、第２の超伝導コイル集合体は、全体的に円環形状の第２のコイル・ハウジングと、全体的に環状の第２の超伝導主コイルとを含んでいる。第２のコイル・ハウジングは、第１のコイル・ハウジングから縦方向に間隔を置いて配置されており、第２の中孔を取り囲んでいる。第２のコイル・ハウジングは又、第１の軸と全体的に同軸に整列している全体的に縦方向の第２の軸を有している。第２の主コイルは、全体的に第２の軸と同軸に整列しており、第２のコイル・ハウジング内に配設されていると共に、少なくとも部分的に低温流体内に浸されている。開放形ＭＲＩ磁石は更に、第２の軸と全体的に同軸に整列していると共に第２の超伝導主コイルから半径方向内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されているほぼ非永久的に磁化された第２の強磁性リングを含んでいる。好ましい実施例では、第２の超伝導コイル集合体は、全体的に第１の超伝導コイル集合体の鏡像となっており、第２の強磁性リングは、全体的に第１の強磁性リングの鏡像となっている。
【０００７】
本発明からいくつかの利益及び利点が得られる。本発明の開放形ＭＲＩ磁石設計では、（磁石の超伝導コイル集合体相互の間の開放空間によって形成されている）主コイルのイメージング体積内の大きな磁場歪みを克服してイメージング体積内に非常に一様な磁場を発生するように、磁場の解析によって強磁性リングを選択することができる。本発明の非常に一様な磁場によって、高品質のＭＲＩ作像（イメージング）が可能となる。本発明の開放形磁石の設計によって、患者の閉所恐怖感が解消される。非常に一様な磁場を有する開放形磁石の本発明の設計によって、高品質のＭＲＩ作像の間に、医者は手術等の医用手順のために患者に接近することができる。
【０００８】
【実施例】
図面は本発明の２つの好ましい実施例を示す。
図面を通じて、同じ参照番号は同じ構成要素を表している。図１及び図２は、本発明の開放形磁気共鳴作像（ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｉｎｇ））磁石１１０の第１の好ましい実施例を示す。磁石１１０は、全体的に円環形状（ドーナツ形状）の第１のコイル・ハウジング１１４を有している第１の超伝導コイル集合体１１２を含んでいる。第１のコイル・ハウジング１１４は、第１の中孔１１６を取り囲んでおり、全体的に縦方向の第１の軸１１８を有している。磁石１１０は又、全体的に円環形状の第２のコイル・ハウジング１２２を有している第２の超伝導コイル集合体１２０を含んでいる。第２のコイル・ハウジング１２２は、第２の中孔１２４を取り囲んでおり、全体的に縦方向の第２の軸１２６を有している。第２のコイル・ハウジング１２２は、構造ポスト１２８によって第１のコイル・ハウジング１１４から縦方向に間隔を置いて配置されており、第２の軸１２６は、第１の軸１１８に全体的に同軸に整列している（揃えられている）。第２の超伝導コイル集合体１２０は、第１の軸１１８に対して垂直に向いていると共に第１のコイル・ハウジング１１４と第２のコイル・ハウジング１２２との中間に縦方向に配設されている（横に立てて図２の破線のように見える）平面１３０に対して、全体的に第１の超伝導コイル集合体１１２の鏡像であることが好ましい。
【０００９】
第１のコイル・ハウジング１１４は、第１の軸１１８に向かって全体的に対向している全体的に円周状の第１の外側表面１３２と、円周状の第１の外側表面１３２から半径方向に間隔を置いて配置されており、全体的に第１の軸１１８の反対側を向いている全体的に円周状の第２の外側表面１３４とを含んでいる。第１のコイル・ハウジング１１４は又、平面１３０に向かって全体的に対向している全体的に環状の第１の外側表面１３６と、環状の第１の外側表面１３６から縦方向に間隔を置いて配置されており、全体的に平面１３０の反対側を向いている全体的に環状の第２の外側表面１３８とを含んでいる。
【００１０】
第１の超伝導コイル集合体１１２は又、全体的に環状の第１の超伝導主コイル１４０を含んでいると共に、好ましくは、全体的に環状の付加的な超伝導主コイル（図示していない）を含んでいる。当業者には知られているように、コイルに使用されている超伝導体の臨界電流密度を超えることなく磁石のイメージング体積内に高磁場強度を達成するために、付加的な超伝導主コイルが必要とされることがある。第１の超伝導主コイル１４０は、従来の方法でコイル枠（図示していない）に支持されている。第１の超伝導主コイル４０は、第１の軸１１８と全体的に同軸に整列しており、第１のコイル・ハウジング１１４内に配設されている。第１の超伝導主コイル４０は又、少なくとも部分的に低温流体１４２内に浸されており、第１の方向に第１の主電流を通す。第１の方向は、第１の軸１１８を中心として時計方向又は反時計方向の円周方向と定義される。但し、電流方向の僅かな縦方向成分は無視される。第１の超伝導主コイル１４０は典型的には、第１の超伝導主コイル１４０が超伝導線又は超伝導テープの対応する寸法よりもはるかに大きな縦方向の延長及び半径方向の延長（即ち、半径方向の厚さ）を有するように巻かれた超伝導線又は超伝導テープとなる。
【００１１】
磁石１１０は付加的、ほぼ非永久的に磁化された第１の強磁性リング１４４を含んでおり、第１の強磁性リング１４４は、第１の軸１１８と全体的に同軸に整列していると共に、第１の超伝導主コイル１４０から半径方向に内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されている。第１の強磁性リング１４４は、円周方向に連続したリングであってもよいし、円周方向に互いに当接したリング切片（セグメント）のアレイであってもよいし、又は間隔を置いて配置された円周方向に互いに隣接したリング切片のアレイ（セグメント）であって、円周方向に互いに隣接したリング切片相互の間の円周方向の空間の弧の長さがアレイを構成しているどのリング切片の弧の長さよりも必ず短いようなアレイであってもよい。第１の好ましい実施例では図２に示すように、第１の強磁性リング１４４は、第１の円周状の外側表面１３２に隣接して、且つ第１の環状の外側表面１３６に隣接して、第１のコイル・ハウジング１１４内に配設されている。構成例では、第１の強磁性リング１４４は、炭素鋼で本質的に（そして好ましくは）構成されている。
【００１２】
前に説明し、図１及び図２に示したように、第２の超伝導コイル集合体１２０は平面１３０に対して、全体的に第１の超伝導コイル集合体１１２の鏡像である。従って、第２のコイル・ハウジング１２２の他に、第２の超伝導コイル集合体１２０は又、全体的に環状の第２の超伝導主コイル１４６を含んでいると共に、好ましくは、全体的に環状の付加的な超伝導主コイルを含んでいる。当業者には明らかなように、第１の超伝導コイル集合体１１２の余分の付加的な超伝導主コイルと釣り合いを取るために、第２の超伝導コイル集合体１２０が付加的な超伝導主コイルを必要とすることがある。第２の超伝導主コイル１４６は、従来の方法でコイル枠（図示していない）に支持されている。
【００１３】
第２の超伝導主コイル１４６は、第２の軸１２６と全体的に同軸に整列しており、第２のコイル・ハウジング１２２内に配設されており、第１の方向に（即ち、第１の超伝導主コイル１４０の電流と同じ方向に）第２の主電流を通し、少なくとも部分的に低温流体１５０内に浸される。第１の好ましい実施例では図２に示すように、第２の超伝導主コイル１４６が入っている低温流体１５０は、第１の超伝導主コイル１４０が入っている低温流体１４２と流体連通している。具体化例では、第１の超伝導主コイル１４０が入っている低温流体１４２及び第２の超伝導主コイル１４６が入っている低温流体１５０の各々は、液体ヘリウムで本質的には（そして好ましくは）構成されている。
【００１４】
好ましい構成では、第１のデュワー瓶１５２が低温流体１４２を含んでおり、第１の超伝導主コイル１４０から間隔を置いて配置されていると共に第１の超伝導主コイル１４０を取り囲んでいる。又、第２のデュワー瓶１５４が低温流体１５０を含んでおり、第２の超伝導主コイル１４６から間隔を置いて配置されていると共に第２の超伝導主コイル１４６を取り囲んでいる。デュワー瓶導管１５６が、第１のデュワー瓶１５２と第２のデュワー瓶１５４とを流体的に相互接続している。底部の構造ポスト１２８のうちの１つを中空にして、その内部にデュワー瓶導管が配置されていることが好ましい。典型的には、２つのコイル・ハウジング１１４及び１２２、並びに中空の底部構造ポスト１２８は一緒に、真空エンクロージャを形成している。二重の熱シールド（わかり易くするために、図面では省略してある）が、各々のデュワー瓶１５２及び１５４から間隔を置いて配置されていると共に、各々のデュワー瓶１５２及び１５４を取り囲んでいる。二重の熱シールド自体は、対応するコイル・ハウジング１１４及び１２２から間隔を置いて配置されていると共に、コイル・ハウジング１１４及び１２２によって取り囲まれている。当業者には知られているように、従来の熱絶縁性のスペーサ（図示していない）が、間隔を置いて配置された別々の構成要素を分離している。
【００１５】
磁石１１０は更に、ほぼ非永久的に磁化された第２の強磁性リング１５８を含んでおり、第２の強磁性リング１５８は、第２の軸１２６と全体的に同軸に整列していると共に、第２の超伝導主コイル１４６から半径方向に内向きに且つ半径方向に間隔を置いて配置されている。第２の強磁性リング１５８は、円周方向に連続したリングであってもよいし、円周方向に互いに当接したリング切片（セグメント）のアレイであってもよいし、又は間隔を置いて配置された円周方向に互いに隣接したリング切片（セグメント）のアレイであって、円周方向に互いに隣接したリング切片相互の間の円周方向の空間の弧の長さがアレイを構成しているどのリング切片の弧の長さよりも必ず短いようなアレイであってもよい。第１の好ましい実施例では図２に示すように、第２の強磁性リング１５８は、第２の軸１２６に向かって半径方向内向きに向いている円周状の外側表面に隣接して、且つ平面１３０に向かって縦方向内向きに向いている環状の外側表面に隣接して、第２のコイル・ハウジング１２２内に配設されている。構成例では、第２の強磁性リング１５８は、炭素鋼で本質的に（そして好ましくは）構成されている。第２の強磁性リング１５８は平面１３０に対して、全体的に第１の強磁性リング１４４の鏡像であることが好ましい。
【００１６】
磁石１１０の超伝導主コイル１４０及び１４６は典型的には、平面１３０と第１の軸１１８との交点にほぼ中心がある（図２で点線の円で示されるような）全体的に球形のイメージング体積１６０を形成している。２つの超伝導コイル集合体１１２及び１２０の間の開放空間１６２の影響は、球形のイメージング体積１６０の磁場の一様さを歪めることである。球形のイメージング体積１６０を通って縦方向に動くとき、磁場の大きさは球形のイメージング体積１６０の中心からの距離が小さくなるにつれて小さくなる。これは、開放空間１６２を形成するために超伝導主コイルが除去されるからである。強磁性リング１４４及び１５８の影響は、球形のイメージング体積１６０の縦方向の縁に向かって磁場の大きさを、中心でのより小さい大きさに一致するように小さくすることである。強磁性リング１４４及び１５８は、ＭＲＩ作像の改善のために球形のイメージング体積１６０内に非常に均一な磁場を形成するように、当業者には知られている従来の磁場解析と共に、本明細書に開示された本発明の原理を用いて設計されている。磁石１１０は、従来の磁石床装着台１６４の上に支持されている。
【００１７】
図面を再び参照すると、図３及び図４は本発明の開放形磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）磁石２１０の第２の実施例を示す。磁石２１０は、本発明の第１の好ましい実施例の磁石１１０と同様であるが、相違点を以下に述べる。第２の超伝導主コイル２４６が入っている低温流体２５０は、第１の超伝導主コイル２４０が入っている低温流体２４２から流体的に独立している（即ち、第２の好ましい実施例では、２つのデュワー瓶２５２及び２５４を流体的に相互接続しているデュワー瓶導管がない。）。第１の強磁性リング２４４は第１の中孔２１６内で、第１のコイル・ハウジング２１４の外側に（内側ではない）配設されており、第２の強磁性リング２５８は第２の中孔２２４内で、第２のコイル・ハウジング２２２の外側に（内側ではない）配設されている。図３に示すように、第１の強磁性リング２４４は第１のコイル・ハウジング２１４に取り付けられていると共に、第２の強磁性リング２５８は第２のコイル・ハウジング２２２に取り付けられていることが好ましい。図４に示すように、第１の強磁性リング２４４は円周方向に連続したリングで構成されている。
【００１８】
本発明のいくつかの好ましい実施例の上述した説明は例示のためのものであった。この説明は網羅的なものでなく、又、開示された細部に本発明を限定するものでもない。上述した教示を参考にして多くの変形及び変更を行えることは明らかである。本発明の要旨を限定するのは、特許請求の範囲である。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部の強磁性リングを有している本発明の開放形ＭＲＩ磁石の第１の好適な実施例の透視図である。
【図２】磁石の床装着台を付加した図１のＭＲＩ磁石の概略側断面図である。
【図３】図２と同様の概略横断側面図であるが、外部の強磁性リングを有している本発明の開放形ＭＲＩ磁石の第２の好適な実施例の概略側断面図である。
【図４】図３の線４−４に沿って見た図３のＭＲＩ磁石の概略側断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０  開放形ＭＲＩ磁石
１１２  第１の超伝導コイル集合体
１１４、２１４  第１のコイル・ハウジング
１１６、２１６  第１の中孔
１１８、２１８  第１の軸
１２０  第２の超伝導コイル集合体
１２２、２２２  第２のコイル・ハウジング
１２４、２２４  第２の中孔
１２６、２２６  第２の軸
１３０  平面
１４０、２４０  第１の超伝導主コイル
１４２、１５０、２４２、２５０  低温流体
１４４、２４４  第１の強磁性リング
１４６、２４６  第２の超伝導主コイル
１５８、２５８  第２の強磁性リング
１６０  イメージング体積
【図１】
0003663262.tif 000002
【図２】
0003663262.tif 000003
【図３】
0003663262.tif 000004
【図４】
0003663262.tif 000005