(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）長手方向に延在する軸と、
ｂ）第１のアセンブリであって、
（１）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記軸から第１の半径方向距離に配置されていて、第１の主電流を第１の方向に通す超伝導主コイルと、
（２）前記超伝導主コイルを取り囲む低温流体と、
（３）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記第１のアセンブリの前記主コイルから離隔し且つ前記低温流体と直接接触している磁化可能な磁極片と、
を含む第１のアセンブリとを備え、
前記磁極片の大部分が前記主コイルの半径方向内方に配置され、また前記磁極片が前記低温流体中において前記軸から半径方向外方に前記第１の半径方向距離の少なくとも７５パーセントに等しい距離だけ延在しており、且つ動作時に前記磁極片を冷却すると共に、前記主コイルの温度を超伝導温度まで冷却する前記冷却流体が前記磁極片と直接的な熱的接触を行う、超伝導マグネット。
【請求項２】
ａ）長手方向に延在する軸と、
ｂ）第１のアセンブリであって、
（１）前記軸と概して同軸状に整列していて、第１の主電流を第１の方向に通す超伝導主コイルと、
（２）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記第１のアセンブリの前記主コイルから離隔していて、表面部分を有する磁化可能な磁極片であって、該磁極片の大部分が前記主コイルの半径方向内方に配置されている磁極片と、
（３）前記主コイルを取り囲んでいて、前記磁極片の前記表面部分により一部が規定されている内部表面を有する極低温流体用デュワー瓶と、
（４）前記主コイルと熱的に接触し、前記磁極片と直接接触する、前記デュワー瓶内の冷却流体と、
を含んでいる第１のアセンブリと、を備えている超伝導マグネット。
【請求項３】
さらに、ｃ）前記第１のアセンブリから長手方向に離隔した第２のアセンブリであって、
（１）前記軸と概して同軸状に整列していて、第２の主電流を前記第１の方向に通す超伝導主コイルと、
（２）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記第２のアセンブリの前記主コイルから離隔していて、表面部分を有する磁化可能な磁極片であって、当該第２のアセンブリの該磁極片の大部分が当該第２のアセンブリの前記主コイルの半径方向内方に配置されている磁極片と、
（３）当該第２のアセンブリの前記主コイルを取り囲んでいて、当該第２のアセンブリの前記磁極片の前記表面部分により一部が規定されている内部表面を有する極低温流体用デュワー瓶とを含んでいる第２のアセンブリを備えている請求項２に記載のマグネット。
【請求項４】
さらに、前記第１のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第１のアセンブリの前記主コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体と、前記第２のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第２のアセンブリの前記主コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体とを含んでいる請求項３に記載のマグネット。
【請求項５】
さらに、前記第１のアセンブリの前記磁極片に構造上装着された第１の端部および前記第２のアセンブリの前記磁極片に構造上装着された第２の端部を有すると共に、表面部分を有する概して磁化されない支持ポストを含んでいる請求項３に記載のマグネット。
【請求項６】
さらに、前記第１のアセンブリの前記デュワー瓶および前記第２のアセンブリの前記デュワー瓶と流体連通していて、前記支持ポストの前記表面部分により一部が規定される内部表面を有するデュワー瓶コンジットを含んでいる請求項５に記載のマグネット。
【請求項７】
さらに、前記第１および第２のアセンブリの前記磁極片および前記デュワー瓶と前記支持ポストと前記デュワー瓶コンジットとから離隔していると共に、概してこれらを取り囲む熱シールドを含んでいる請求項６に記載のマグネット。
【請求項８】
さらに、前記熱シールドから離隔していると共に、これを気密に取り囲む真空容器を含んでいる請求項７に記載のマグネット。
【請求項９】
さらに、前記第１のアセンブリの前記磁化可能な磁極片に装着されていて前記第１のアセンブリの前記主コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体と、前記第２のアセンブリの前記磁化可能な磁極片に装着されていて前記第２のアセンブリの前記主コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体とを含んでいる請求項８に記載のマグネット。
【請求項１０】
さらに、極低温流体が前記第１および第２のアセンブリの前記デュワー瓶内と前記デュワー瓶コンジット内とに配置されている請求項９に記載のマグネット。
【請求項１１】
さらに、極低温流体が前記第１および第２のアセンブリの前記デュワー瓶内に配置されている請求項３に記載のマグネット。
【請求項１２】
さらに、概して前記軸上で、前記第１アセンブリと第２のアセンブリとの間で長手方向に等距離に中心を位置させた磁気共鳴イメージング空間を含んでいる請求項３に記載のマグネット。
【請求項１３】
ａ）長手方向に延在する軸と、
ｂ）第１のアセンブリであって、
（１）前記軸と概して同軸状に整列していて、第１の主電流を第１の方向に通す超伝導主コイルと、
（２）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記第１のアセンブリの前記主コイルより長手方向外方に配置されていて、第１のシールド電流を前記第１の方向とは反対方向に通す超伝導シールド・コイルと、
（３）前記軸と概して同軸状に整列し且つ前記軸と交差していると共に、前記主コイルおよび前記シールド・コイルから離隔していて、表面部分を有している磁化可能で且つ概して円筒形の磁極片であって、該磁極片の大部分が長手方向において前記主コイルおよび前記シールド・コイルの間にあり且つこれらのコイルの半径方向内方に配置されている磁極片と、
（４）前記主コイルおよび前記シールド・コイルを取り囲み、且つ前記磁極片の前記表面部分により一部が規定される内部表面を有している極低温流体用デュワー瓶と、
を含んでいる第１のアセンブリと、
ｃ）前記第１のアセンブリから長手方向に離隔した第２のアセンブリであって、
（１）前記軸と概して同軸状に整列していて、第２の主電流を前記第１の方向に通す超伝導主コイルと、
（２）前記軸と概して同軸状に整列し且つ当該第２のアセンブリの前記主コイルより長手方向外方に配置されていて、第２のシールド電流を前記反対方向に通す超伝導シールド・コイルと、
（３）前記軸と概して同軸状に整列し且つこれと交差していると共に、当該第２のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルから離隔していて、表面部分を有している磁化可能で且つ概して円筒形の磁極片であって、当該第２のアセンブリの該磁極片の大部分が長手方向において当該第２のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルの間にあり且つこれらの半径方向内方に配置されている磁極片と、
（４）当該第２のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルを取り囲み、且つ当該第２のアセンブリの前記磁極片の前記表面部分により一部が規定される内部表面を有する極低温流体用デュワー瓶と、
を含んでいる第２のアセンブリと、
を備えている開放形超伝導マグネット。
【請求項１４】
さらに、前記第１のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第１のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体と、前記第２のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第２のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体とを含んでいる請求項１３に記載の開放形マグネット。
【請求項１５】
さらに、互いに離隔した概して磁化されない第１および第２の支持ポストを含んでおり、これらの第１および第２の支持ポストは、その各々が前記第１のアセンブリの前記磁極片に構造上装着される第１の端部を有し、またその各々が前記第２のアセンブリの前記磁極片に構造上装着される第２の端部を有し、且つその各々が表面部分を有している請求項１３に記載の開放形マグネット。
【請求項１６】
さらに、各々が前記第１のアセンブリの前記デュワー瓶および前記第２のアセンブリの前記デュワー瓶と流体連通する第１および第２のデュワー瓶コンジットを含んでおり、前記第１のデュワー瓶コンジットは前記第１の支持ポストの前記表面部分により一部が規定される内部表面を有し、且つ前記第２のデュワー瓶コンジットは前記第２の支持ポストの前記表面部分により一部が規定される内部表面を有している請求項１５に記載の開放形マグネット。
【請求項１７】
さらに、前記第１および第２のアセンブリの前記磁極片および前記デュワー瓶と前記第１および第２の支持ポストと前記第１および第２のデュワー瓶コンジットとから離隔していると共に、概してこれらを取り囲む熱シールドを含んでいる請求項１６に記載の開放形マグネット。
【請求項１８】
さらに、前記熱シールドから離隔していると共に、これを気密に取り囲む真空容器を含んでいる請求項１７に記載の開放形マグネット。
【請求項１９】
さらに、前記第１のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第１のアセンブリの前記主コイルおよび前記シールド・コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体と、前記第２のアセンブリの前記磁極片に装着されていて前記第２のアセンブリの前記主コイルおよびシールド・コイルを支持する概して磁化されないコイル支持体とを含んでいる請求項１８に記載の開放形マグネット。
【請求項２０】
さらに、極低温流体が前記第１および第２のアセンブリの前記デュワー瓶内と前記第１および第２のデュワー瓶コンジット内に配置されている請求項１９に記載の開放形マグネット。
【請求項２１】
さらに、極低温流体が前記第１および第２のアセンブリの前記デュワー瓶内に配置されている請求項１３に記載の開放形マグネット。
【請求項２２】
さらに、概して前記軸上で、前記第１アセンブリと第２のアセンブリとの間で長手方向に等距離に中心を位置させた磁気共鳴イメージング空間であって、前記第１および第２の支持ポストは前記軸の周りに概して１１０ないし１５０度の角度離隔をもち且つ前記イメージング空間より半径方向外方に配置されている磁気共鳴イメージング空間を含んでいる請求項１３に記載の開放形マグネット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には均一な磁場を発生させるために用いられる超伝導マグネットに関し、より詳細には磁極片を有するマグネットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネットには、医学的診断および処置など様々な応用例で使用される磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの一部としての抵抗型マグネットや超伝導マグネットなどがある。周知の超伝導マグネットとしては、液体ヘリウム冷却式の超伝導マグネットやクライオクーラ冷却式の超伝導マグネットなどがある。通常、この超伝導コイルアセンブリは、真空容器により取り囲まれた第１の熱シールドにより取り囲まれる超伝導主コイルを含む。通常、クライオクーラ冷却式のマグネットはまた、その真空容器の外部に取り付けられ、その熱シールドと熱的接触する第１の極低温段階を有し、且つその超伝導主コイルと熱的接触する第２の極低温段階と有するクライオクーラ・コールドヘッドを含む。通常液体ヘリウム冷却式マグネットはまた、超伝導主コイルを取り囲む液体ヘリウム用デュワー瓶と、この液体ヘリウム用デュワー瓶を取り囲む第１の熱シールドを取り囲む第２の熱シールドとを含む。
【０００３】
周知の抵抗型および超伝導型のマグネットの設計には、閉鎖形マグネットや開放形マグネットなどがある。閉鎖形マグネットは通常、ボア（ｂｏｒｅ）を有する、単一で管状の抵抗型または超伝導コイルアセンブリを含む。このコイルアセンブリは、半径方向に整列し長手方向に離隔させた、それぞれが大きな同一の電流を同一の方向に通す幾つかの抵抗型または超伝導主コイルを含む。このため、この主コイルは画像作成しようとする物体を位置させ、マグネットのボア内の中心に位置する通常は球形のイメージング空間（ｉｍａｇｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）内に、均一性が高い磁場を生成するように設計される。また単一で管状のシールド用アセンブリを用いて、主コイルによって生成され且つこれを取り囲む高い磁場がマグネットの周辺にある電子機器と不利な相互作用をするのを防ぐことがある。こうしたシールド用アセンブリは、半径方向に整列し長手方向に離隔した幾つかの抵抗型または超伝導型のシールド・コイルであって、主コイルに流れる電流と電流量が概して等しく方向が反対の電流を通し、且つ主コイルの半径方向外方に位置させたシールド・コイルを含む。
【０００４】
開放形マグネット（「Ｃ」字形のマグネットを含む）は通常、２個の互いに離隔したコイル・アセンブリを利用する。このアセンブリ間のスペースはイメージング空間を含み、且つこの磁気共鳴イメージングの間に外科的処理その他の処置のために医療従事者がアクセスできるようにしている。このスペース内、あるいはまた環状コイルアセンブリのボア内に患者を位置させることができる。この開放スペースは、閉鎖形マグネット設計で患者が起こすことがある閉所恐怖の感覚を克服するのに役立つ。シールドを有する周知の開放形マグネット設計は、各々のコイルアセンブリが開放形のボアを有すると共に、この抵抗性または超伝導の主コイルから長手方向且つ半径方向外方に位置する抵抗性または超伝導シールド・コイルを包含するようにした設計を含む。超伝導マグネットの場合、シールド・コイルの影響を差し引くように磁場に対処するため、主コイルで高価な超伝導体を大量に必要とする。計算により、０．７５テスラのマグネットのためには、概して２３００ポンドの超伝導体が必要であり、概して１２０００ポンドの重量をもつ高価なマグネットになることが示されている。この適度な重量では、妥当なマグネット設計ができる。
【０００５】
開放形マグネット設計では、鉄製の磁極片をシールド用コイルのない抵抗型または超伝導コイルアセンブリのボア内に配置することもまた周知である。この鉄製の磁極片により磁場の強度を高めることができ、また磁極片の表面を成型することにより、そのマグネットを磁気的にシム（補正）し、磁場の均一性を改善させることができる。２個の鉄製磁極片を接続するためには鉄製の帰還経路が用いられる。この鉄製磁極片はまた、マグネットをシールドする役割をすることに留意されたい。しかし、強力なマグネットでシールドを実現するためには、鉄製磁極片で大量の鉄が必要となる。超伝導マグネットの場合、計算により０．７５テスラのマグネットのためには、必要となる超伝導体は概して２００ポンドのみで、概して７００００ポンドを超える重量をもつマグネットになることが示されており、この重量では重すぎて病院などの医療施設で使用することはできない。この重量では妥当なマグネット設計ができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
周知の設計と比較して物理的により稠密（コンパクト）であり、且つマグネットのイメージング空間内により高い磁場の均一性を提供する超伝導マグネット設計が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の実施形態では、超伝導マグネットは、長手方向に延在する軸と、超伝導主コイルおよび磁化可能な磁極片を有する第１のアセンブリとを含む。主コイルは、その軸と概して同軸状に整列し、第１の主電流を第１の方向に通し、且つこの軸から第１の半径方向距離に位置する。磁極片はこの軸と概して同軸状に整列し、且つ前記第１のアセンブリの主コイルから離隔される。前記第１のアセンブリの磁極片の大部分は、前記第１のアセンブリの主コイルの半径方向内方に配置される。また前記第１のアセンブリの磁極片はこの軸から半径方向外方に第１の半径方向距離の少なくとも７５パーセントに等しい距離だけ延在する。マグネットの動作時には、第１のアセンブリの磁極片は、第１のアセンブリの主コイルの温度と概して等しい温度を有する。
【０００８】
本発明の第２の実施形態では、超伝導マグネットは、長手方向に延在する軸を含み、また超伝導主コイル、磁化可能な磁極片および極低温流体用デュワー瓶を有する第１のアセンブリを含む。主コイルはその軸と概して同軸状に整列し、且つ第１の主電流を第１の方向に通す。磁極片はこの軸と概して同軸状に整列し、第１のアセンブリの主コイルから離隔し、且つ表面部分を有する。第１のアセンブリの磁極片の大部分は第１のアセンブリの主コイルの半径方向内方に配置される。デュワー瓶は第１のアセンブリの主コイルを取り囲み、且つ第１のアセンブリの磁極片の表面部分により一部が規定される内部表面を有する。
【０００９】
本発明の第３の実施形態では、超伝導開放形マグネットは、長手方向に延在する軸と、互いに長手方向に離隔した第１および第２のアセンブリとを含み、これらの第１および第２のアセンブリの各々は、超伝導主コイル、超伝導シールド・コイル、磁化可能であり概して円筒形の磁極片、および極低温流体用デュワー瓶を有する。主コイルの各々はこの軸と概して同軸状に整列し、第１の主電流を同じ第１の方向に通す。磁極片の各々はこの軸と概して同軸状に整列し且つこれと交差し、その対応する主コイルから離隔し、且つ表面部分を有する。磁極片の各々は、その大部分がその対応する主コイルの半径方向内方に位置する。デュワー瓶の各々は、その対応する主コイルおよびシールド・コイルを取り囲み、且つその対応する磁極片の表面部分により一部が規定される内部表面を有する。
【００１０】
一つの構造では、その開放形マグネットはまた、互いに離隔した概して磁化されない第１および第２の支持ポストを含む。これら支持ポストはそれぞれ、第１のアセンブリの磁極片に構造上装着される第１の端部を有し、第２のアセンブリの磁極片に構造上装着される第２の端部を有し、且つ表面部分を有する。この構造では、その開放形マグネットはさらに、それぞれが第１のアセンブリのデュワー瓶および第２のアセンブリのデュワー瓶と流体連通する第１および第２のデュワー瓶コンジット（導管）を含む。ここで第１のデュワー瓶コンジットは第１の支持ポストの表面部分により一部が規定される内部表面を有し、また第２のデュワー瓶コンジットは第２の支持ポストの表面部分により一部が規定される内部表面を有する。
【００１１】
本発明による第１の方法は、磁化可能な磁極片および臨界温度をもつ超伝導主コイルを有する超伝導マグネットのために均一な磁気共鳴イメージング空間を提供するために、以下のステップａ）およびステップｂ）を含む。即ち、ａ）主コイルをその臨界温度と等しいかこれより低い温度まで冷却するステップと、ｂ）磁極片を主コイルの温度と概して等しい温度まで冷却するステップとを含む。
【００１２】
本発明の第２の方法では、磁化可能な磁極片および超伝導主コイルを有する超伝導マグネットのために、物理的稠密性と均一なイメージング空間の双方を提供し、以下のステップａ）ないしステップｄ）を含む。即ち、ａ）概して磁化されないコイル支持体を用意するステップと、ｂ）このコイル支持体を磁極片に装着するステップと、ｃ）主コイルをこのコイル支持体で支持するステップと、ｄ）主コイルを取り囲み且つ磁極片の表面部分により一部が規定される内部表面を有するように、極低温流体用デュワー瓶を製作し配置するステップとを含む。
【００１３】
本発明の第３の方法では、長手方向に延在する軸を有し、且つその各々が、その軸、超伝導主コイルおよび超伝導シールド・コイルと交差する磁化可能であり概して円筒形の磁極片を含む互いに長手方向に離隔し概して同軸状に整列させた第１および第２のアセンブリを有する超伝導開放形マグネットのために、物理的稠密性と均一な磁気共鳴イメージング空間の双方を提供し、以下のステップａ）ないしステップｊ）を含む。即ち、ａ）概して磁化されない第１のコイル支持体を用意するステップと、ｂ）第１のコイル支持体を第１のアセンブリの磁極片に装着するステップと、ｃ）第１のアセンブリの主コイルおよびシールド・コイルを第１のコイル支持体で支持するステップと、ｄ）第１のアセンブリの主コイルおよびシールド・コイルを取り囲み、且つ第１のアセンブリの磁極片の表面部分により一部が規定される内部表面を有するように、極低温流体用デュワー瓶を製作し配置するステップと、ｅ）概して磁化されない第２のコイル支持体を用意するステップと、ｆ）第２のコイル支持体を第２のアセンブリの磁極片に装着するステップと、ｇ）第２のアセンブリの主コイルおよびシールド・コイルを第２のコイル支持体で支持するステップと、ｈ）第２のアセンブリの主コイルおよびシールド・コイルを取り囲み、且つ第２のアセンブリの磁極片の表面部分により一部が規定される内部表面を有するように、極低温流体用デュワー瓶を製作し配置するステップと、ｉ）概して磁化されない支持ポストの第１の端部を第１のアセンブリの磁極片に装着し、且つこの支持ポストの第２の端部を第２のアセンブリの磁極片に装着するステップと、ｊ）第１のアセンブリのデュワー瓶および第２のアセンブリのデュワー瓶と流体連通し、この支持ポストの表面部分により一部が規定される内部表面を有するデュワー瓶コンジットを製作し配置するステップとを含む。
【００１４】
本発明より幾つかの恩恵および利点がもたらされる。磁極片を極低温磁極片として製作することにより、従来の室温磁極片設計で温度変動により生じていたような室温変化に起因する磁場の不均一性が排除されるため、そのマグネットのイメージング空間内で高い磁場の均一性が得られる。磁極片をデュワー瓶の一部として製作することにより、本発明の極低温磁極片を極低温流体用デュワー瓶により完全に取り囲みようとするために余分なスペースを必要としないため物理的稠密性が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで同じ番号は一貫して同じ要素を表すようにした図面を参照して説明する。図１および２は、本発明によるマグネット１０の実施の一形態を示している。ある応用例では、マグネット１０は、医学的診断で用いられる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）用システム（図示しない）に静止磁場を提供する。本発明を記述するにあたり、マグネットがコイル、磁極片、またはデュワー瓶その他のコンポーネントを含むと述べた場合、このマグネットが少なくとも一つのコイル、少なくとも一つの磁極片、または少なくとも一つのデュワー瓶その他を含むという意味である理解すべきであることに留意されたい。
【００１６】
本発明の第１の形態では、超伝導マグネット１０は、長手方向に延在する軸１２および第１のアセンブリ１４を含む。この第１のアセンブリ１４は、超伝導主コイル１６および磁化可能な磁極片１８を含む。この主コイル１６は軸１２と概して同軸状に整列し、第１の主電流を第１の方向に通し、且つ軸１２から第１の半径方向距離に配置される。この第１の方向は、電流の方向の僅かな長手方向成分を無視すると、軸１２の周りの時計廻りあるいは反時計廻りのいずれかの円周方向と規定される。磁極片１８は軸１２と概して同軸状に整列し、且つ第１のアセンブリ１４の主コイル１６から離隔する。第１のアセンブリ１４の磁極片１８の大部分は、第１のアセンブリ１４の主コイル１６の半径方向内方に配置される。第１のアセンブリ１４の磁極片１８は軸１２から半径方向外方に第１の半径方向距離の少なくとも７５パーセントに等しい距離だけ延在する。マグネット１０の動作時には、第１のアセンブリ１４の磁極片１８は第１のアセンブリ１４の主コイル１６の温度と概して等しい温度を有する。第１のアセンブリ１４はテーブル・マグネット（図示しない）として単独で用いられることがあり、あるいは（図に示すような）開放形マグネットの２つのアセンブリの一つとして用いられることがあることに留意すべきである。マグネット１０の動作時には、第１のアセンブリ１４の主コイル１６および磁極片１８はクライオクーラのコールドヘッド（図示しない）、および／または極低温流体その他により冷却される。
【００１７】
本発明の第２の形態では、超伝導マグネット１０は長手方向に延在する軸１２および第１のアセンブリ１４を含む。この第１のアセンブリ１４は超伝導主コイル１６、磁化可能な磁極片１８、および極低温流体用デュワー瓶２０を含む。この超伝導主コイル１６は軸１２と概して同軸状に整列し、且つ第１の主電流を第１の方向に通す。この磁極片１８は軸１２と概して同軸状に整列し、主コイル１６から離隔し、且つ表面部分２２を有する。磁極片１８の大部分は、主コイル１６の半径方向内方に配置される。デュワー瓶２０は主コイル１６を取り囲み、且つ磁極片１８の表面部分２２により一部が規定される内部表面２４を有する。
【００１８】
特定のマグネット設計では、マグネットのイメージング空間内に大きな磁場強度を達成するために第１のアセンブリ１４に別の超伝導主コイル（図示しない）を必要とすることがある。この際、当業者には周知のように、超伝導コイルで用いられている超伝導体の臨界電流密度を超えることがないようにする。超伝導主コイル１６用の超伝導体の一例はニオブ・チタンである。磁極片１８用の素材の一例は鉄である。
【００１９】
一例では、マグネット１０はまた、第１のアセンブリ１４から長手方向に離隔した第２のアセンブリ２６を含む。この第２のアセンブリ２６は、超伝導主コイル２８、磁化可能な磁極片３０および極低温流体用デュワー瓶３２を含む。超伝導主コイル２８は軸１２と概して同軸状に整列し、且つ第１の主電流を上記の第１の方向に通す。磁極片３０は軸１２と概して同軸状に整列し、主コイル２８から離隔し、且つ表面部分３４を有する。この磁極片３０の大部分は、主コイル２８の半径方向内方に配置される。デュワー瓶３２は主コイル２８を取り囲み、且つ磁極片３０の表面部分３４により一部が規定される内部表面３６を有する。図１および２に示す例では、その磁極片１８はデュワー瓶２０の内部表面２４を規定しない別の表面部分２３を含み、またその磁極片３０はデュワー瓶３２の内部表面３６を規定しない別の表面部分３５を含む。
【００２０】
１つの構造では、そのマグネット１０はまた、磁極片１８に装着され、第１のアセンブリ１４の主コイル１６を支持する概して磁化されないコイル支持体３８を含み、またさらに磁極片３０に装着され、第２のアセンブリ２６の主コイル２８を支持する概して磁化されないコイル支持体４０を含む。ここで「磁化されない」とは、非磁性のステンレス鋼と同程度にしか磁化できないことを意味する。コイル支持体３８および４０用の素材の一例は、非磁性のステンレス鋼またはファイバーグラスである。
【００２１】
あるマグネット設計では、そのマグネット１０はまた、第１のアセンブリ１４の磁極片１８に構造上装着される（たとえば溶接される）第１の端部を有し、第２のアセンブリ２６の磁極片３０に構造上装着される（たとえば溶接される）第２の端部を有し、且つ表面部分４４を有する概して磁化されない（第１の）支持ポスト４２を含む。（第１の）支持ポスト４２用の素材の一例は、非磁性のステンレス鋼である。この設計では、そのマグネット１０はさらに、第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０および第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２と流体連通する（第１の）デュワー瓶コンジット（導管）４６を含む。この（第１の）デュワー瓶コンジット４６は、（第１の）支持ポスト４２の表面部分４４により一部が規定される内部表面４８を有する。ここで、プレートアセンブリ５０は第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０の内部表面の一部を規定している第１の部分５２と、第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２の内部表面の一部を規定している第２の部分５４と、（第１の）デュワー瓶コンジット４６の内部表面の一部を規定している第３の部分５６とを含む内部表面を有する。この例では、そのマグネット１０はさらに、熱シールド５８および真空容器６０を含む。この熱シールド５８は、第１および第２のアセンブリ１４および２６に対する磁極片１８および３０とデュワー瓶２０および３２、（第１の）支持ポスト４２並びに（第１の）デュワー瓶コンジット４６から離隔すると共に、概してこれらを取り囲む。この真空容器６０は、熱シールド５８から離隔し、且つこれを気密に取り囲む。プレートアセンブリ５０、熱シールド５８および真空容器６０用の素材の一例は非磁性のステンレス鋼である。この例において、上記した「離隔」は、従来のスペーサ６２を用いて達成できることに留意すべきである。
【００２２】
動作時には、マグネット１０は、第１および第２のアセンブリ１４および２６のデュワー瓶２０および３２内、並びに（第１の）デュワー瓶コンジット４６内に配置された極低温流体６４を含むことになる。極低温流体の一例は液体ヘリウムである。クライオクーラのコールドヘッド（図示しない）は、熱シールド５８と接触するコールドヘッドの第１段階を有し、且つデュワー瓶２０および３２の最高点近くでデュワー瓶のボイド空間（ｖｏｉｄ  ｖｏｌｕｍｅ）  内に貫通するコールドヘッドの第２段階を有することにより、気化した液体ヘリウムを再凝縮させるために使用されることがある。本発明のマグネットの別の実施形態（図示しない）では、第１および第２のアセンブリ１４および２６はそれぞれ、自己完結型のデュワー瓶、熱シールドおよび真空容器を有することになる。この際、支持ポストにより真空容器は相互接続されることになるか、あるいは２つのアセンブリ１４および２６は「Ｃ」字形アーム、床および／または壁に対するボルト留め、またはその他の手段によって、離隔された関係で支持されることになる。図示しないこの実施形態では、その極低温流体６４は、（第１の）デュワー瓶コンジット４６がないため、第１および第２のアセンブリ１４および２６のデュワー瓶２０および３２内のみに配置されることになる。図１および２に示す実施形態では、そのマグネット１０はまた、概して軸１２上で第１および第２のアセンブリ１４および２６の間で長手方向に等距離に位置する中心を有する磁気共鳴イメージング空間６６を含む。イメージング空間６６の形状の一つは球形である。第２のアセンブリ２６は通常、軸１２と垂直であり、且つ第１および第２のアセンブリ１４および２６間の概して等距離に配置される面（図示しない）に対して第１のアセンブリ１４の鏡面像となることに留意すべきである。
【００２３】
本発明の第３の形態では、開放形超伝導マグネット１０は長手方向に延在する軸１２と、第１のアセンブリ１４と、第１のアセンブリ１４と長手方向に離隔した第２のアセンブリ２６とを含む。第１のアセンブリ１４は、超伝導主コイル１６と、超伝導シールド・コイル６８と、磁化可能であり概して円筒形の磁極片１８と、極低温流体用デュワー瓶２０とを含む。超伝導主コイル１６は、軸１２と概して同軸状に整列し、且つ第１の主電流を第１の方向に通す。超伝導シールド・コイル６８は軸１２と概して同軸状に整列し、主コイル１６から長手方向外方に配置され、且つ第１のシールド電流を上記の第１の方向と反対方向に通す。磁極片１８は軸１２と概して同軸状に整列し且つこれと交差し、主コイル１６およびシールド・コイル６８から離隔し、且つ表面部分２２を有する。磁極片１８の大部分は、長手方向で主コイル１６およびシールド・コイル６８の間であり、且つこれらの半径方向内方に配置される。デュワー瓶２０は主コイル１６およびシールド・コイル６８を取り囲み、且つ磁極片１８の表面部分２２によりその一部が規定される内部表面２４を有する。第２のアセンブリ２６は超伝導主コイル２８と、超伝導シールド・コイル７０と、磁化可能であり概して円筒形の磁極片３０と、極低温流体用デュワー瓶３２とを含む。超伝導主コイル２８は軸１２と概して同軸状に整列し、且つ第２の主電流を上記の第１の方向に通す。超伝導シールド・コイル７０は軸１２と概して同軸状に整列し、主コイル２８より長手方向外方に配置され、且つ第２のシールド電流を上記の反対方向に通す。磁極片３０は軸１２と概して同軸状に整列し且つこれと交差し、主コイル２８およびシールド・コイル７０から離隔し、且つ表面部分３４と有する。磁極片３０の大部分は、長手方向で主コイル２８およびシールド・コイル７０の間であり、且つこれらの半径方向内方に配置される。デュワー瓶３２は主コイル２８およびシールド・コイル７０を取り囲み、且つ磁極片３０の表面部分３４によりその一部が規定される内部表面３６を有する。
【００２４】
１つの構造では、その開放形マグネット１０はまた、磁極片１８に装着されると共に第１のアセンブリ１４の主コイル１６およびシールド・コイル６８を支持する概して磁化されないコイル支持体３８および７２を含み、またさらに磁極片３０に装着されると共に第２のアセンブリ２６の主コイル２８およびシールド・コイル７０を支持する概して磁化されないコイル支持体４０および７４を含む。あるマグネット設計では、その開放形マグネット１０はまた、その各々が第１のアセンブリ１４の磁極片１８に構造上装着される第１の端部を有し、その各々が第２のアセンブリ２６の磁極片３０に構造上装着される第２の端部を有し、且つその各々が表面部分４４を有する、概して磁化されない第１の支持ポスト４２および第２の支持ポスト（図示しないが第１の支持ポスト４２と同一である）を含む。この設計では、その開放形マグネット１０はさらに、それぞれ第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０および第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２と流体連通する、第１のデュワー瓶コンジット４６および第２のデュワー瓶コンジット（図示しないが第１のデュワー瓶コンジット４６と同一である）を含む。第１のデュワー瓶コンジット４６は、第１の支持ポスト４２の表面部分４４によりその一部が規定される内部表面４８を有し、また第２のデュワー瓶コンジットは、第２の支持ポストの表面部分によりその一部が規定される内部表面を有する。この例では、その開放形マグネット１０はさらに、熱シールド５８および真空容器６０を含む。熱シールド５８は、第１および第２のアセンブリ１４および２６の磁極片１８および３０とデュワー瓶２０および３２、第１の支持ポスト４２および第２の支持ポスト、並びに第１のデュワー瓶コンジット４６および第２のデュワー瓶コンジットから離隔し、且つこれらを概して取り囲む。真空容器６０は、熱シールド５８から離隔し、且つこれを気密に取り囲む。第１の支持ポスト４２および第１のデュワー瓶コンジット４６は真空容器６０の第１の部分７６内に配置されること、第２の支持ポストおよび第２のデュワー瓶コンジットはこの真空容器の第２の部分７８内に配置されること、並びに真空容器６０のこれら第１および第２の部分７６および７８は図１に示されていることに留意すべきである。動作時には、マグネット１０は、上記の極低温流体６４および磁気共鳴イメージング空間（単に「イメージング空間」とも言う）６６を含むことになる。ある構造では、第１の支持ポスト４２および第２の支持ポストは（図１に示す真空容器６０の第１および第２の部分７６および７８から分かるように）軸１２の周りに概して１１０ないし１５０度の角度離隔をもち、且つイメージング空間６６より半径方向外方に配置される。一例では概して１３０度の角度間隔により、イメージング空間６６内に患者（図示しない）を都合良く配置できる。
【００２５】
１つの応用例では、その開放形マグネット１０はそのイメージング空間６６内に概して１．４ないし１．５テスラの磁場を有する。開放形マグネット１０がある向きの場合、その真空容器６０の第１および第２の部分７６および７８は（図１に示すように）水平方向に整列し、患者は通常イメージング空間６６内で立った姿勢をとることになる。開放形マグネット１０が別の向きの場合（図示しない）には、真空容器６０の第１および第２の部分７６および７８は垂直方向に整列し、患者は通常イメージング空間６６内で患者用寝台に横たえられることになる。磁極片１８および３０によりコイル１６、２８、６８および７０、並びにデュワー瓶２０および３２を含むマグネット１０の主構造支持体が提供されること、磁極片１８および３０はイメージング空間６６内により均一な磁場を提供するような形状とする（たとえばリング状ステップを有する）ことに留意すべきである。磁場不均一性に対する別の補正は、当業者の技術範囲内にあるような能動型シミングにより達成されることがある。図に示す例において、マグネット１０は、アセンブリ１４および２６のそれぞれが分離された一対の平坦なシールド型傾斜ＲＦコイルに関するイメージング空間６６に対面するくぼみ８０を真空容器６０内に有するように設計されること、その際磁極片１８および３０のポールフェースは、当業者よって評価されるように、層構造でないことにさらに留意すべきである。
【００２６】
本発明による第１の方法は、以下のステップａ）およびステップｂ）を含み、且つ磁化可能な磁極片１８および臨界温度（すなわち、その温度およびその温度以下で超伝導が起こる温度）をもつ超伝導主コイル１６を有する超伝導マグネット１０のために均一な磁気共鳴イメージング空間６６を提供する。ここで、ステップａ）は、主コイル１６をその臨界温度と等しいかこれより低い温度まで冷却することを含む。ステップｂ）は、磁極片１８を主コイル１６の温度と概して等しい温度まで冷却することを含む。マグネット１０の動作時には、第１のアセンブリ１４の主コイル１６および磁極片１８はクライオクーラのコールドヘッド（図示しない）、および／または極低温流体その他により冷却される。
【００２７】
本発明の第２の方法では、ステップａ）ないしステップｄ）を含み、磁化可能な磁極片１８および超伝導主コイル１６を有する超伝導マグネット１０のために、物理的稠密性と均一な磁気共鳴イメージング空間６６の双方を提供する。ここで、ステップａ）は、概して磁化されないコイル支持体３８を用意することを含む。ステップｂ）は、このコイル支持体３８を磁極片１８に装着することを含む。ステップｃ）は、主コイル１６をこのコイル支持体３８で支持することを含む。ステップｄ）は、主コイル１６を取り囲み且つ磁極片１８の表面部分２２により一部が規定される内部表面２４を有するように、極低温流体用デュワー瓶２０を製作し配置することを含む。
【００２８】
本方法の一実施例では、磁極片１８およびデュワー瓶２０から離隔し、且つこれらを概して取り囲むように熱シールド５８を配置するためのステップが追加される。この実施例では、この熱シールド５８から離隔し、且つこれを気密に取り囲むように真空容器６０を配置するためのステップがさらに追加される。これに、極低温流体６４をデュワー瓶２０内に配置するためのステップがさらに追加される。
【００２９】
本方法の１つの応用例では、ステップｄ）により、磁極片１８の表面部分２２が、磁極片１８の全表面積の概して４０パーセントと概して６０パーセントとの間にあるようにデュワー瓶２０を製作する。この同じ応用例あるいは別の応用例では、ステップｄ）によりボイド空間を有するようにデュワー瓶２０を製作し、このボイド空間の少なくとも概して６０パーセントを磁極片１８の長手方向外方に位置させる。
【００３０】
本発明の第３の方法では、ステップａ）ないしステップｊ）を含み、長手方向に延在する軸１２を有し、且つその各々が、軸１２、超伝導主コイル１６および２８、並びに超伝導シールド・コイル６８および７０と交差する磁化可能であり概して円筒形の磁極片１８および３０を含む互いに長手方向に離隔し概して同軸状に整列させた第１および第２のアセンブリ１４および２６を有する超伝導開放形マグネット１０のために、物理的稠密性と均一な磁気共鳴イメージング空間６６の双方を提供する。ここで、ステップａ）は、概して磁化されない第１のコイル支持体３８および７２を用意することを含む。ステップｂ）は第１のコイル支持体３８および７２を第１のアセンブリ１４の磁極片１８に装着することを含む。ステップｃ）は、主コイル１６およびシールド・コイル６８を第１のアセンブリ１４の第１のコイル支持体３８および７２で支持することを含む。ステップｄ）は、第１のアセンブリ１４の主コイル１６およびシールド・コイル６８を取り囲み、且つ磁極片１８の表面部分２２により一部が規定される内部表面２４を有するように、極低温流体用デュワー瓶２０を製作し配置することを含む。ステップｅ）は、概して磁化されない第２のコイル支持体４０および７４を用意することを含む。ステップｆ）は、第２のコイル支持体４０および７４を第２のアセンブリ２６の磁極片３０に装着することを含む。ステップｇ）は、主コイル２８およびシールド・コイル７０を第２のアセンブリ２６の第２のコイル支持体４０および７４で支持することを含む。ステップｈ）は、第２のアセンブリ２６の主コイル２８およびシールド・コイル７０を取り囲み、且つ磁極片３０の表面部分３４により一部が規定される内部表面３６を有するように、極低温流体用デュワー瓶３２を製作し配置することを含む。ステップｉ）は、概して磁化されない（第１の）支持ポスト４２の第１の端部を第１のアセンブリ１４の磁極片１８に装着し、且つ（第１の）支持ポスト４２の第２の端部を第２のアセンブリ２６の磁極片３０に装着することを含む。ステップｊ）は、第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０および第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２と流体連通し、（第１の）支持ポスト４２の表面部分４４により一部が規定される内部表面４８を有する（第１の）デュワー瓶コンジット４６を製作し配置することを含む。
【００３１】
本方法の一実施例では、第１および第２のアセンブリ１４および２６の磁極片１８および３０とデュワー瓶２０および３２、（第１の）支持ポスト４２、並びに（第１の）デュワー瓶コンジット４６から離隔し、且つこれらを概して取り囲むように熱シールド５８を配置するためのステップが追加される。この実施例では、この熱シールド５８から離隔し、且つこれを気密に取り囲むように真空容器６０を配置するためのステップがさらに追加される。これに、第１および第２のアセンブリ１４および２６のデュワー瓶２０および３２内、並びに（第１の）デュワー瓶コンジット４６内に極低温流体６４を配置するためのステップがさらに追加される。
【００３２】
本方法の１つの応用例では、ステップｄ）により、磁極片１８の表面部分２２が、磁極片１８の全表面積の概して４０パーセントと概して６０パーセントの間にあるように第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０を製作し、またステップｈ）により、磁極片３０の表面部分３４が、磁極片３０の全表面積の概して４０パーセントと概して６０パーセントの間にあるように第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２を製作する。この同じ応用例あるいは別の応用例では、ステップｄ）により、ボイド空間を有するように第１のアセンブリ１４のデュワー瓶２０を製作し、デュワー瓶２０のボイド空間の少なくとも概して６０パーセントを磁極片１８の長手方向外方に位置させ、またステップｈ）により、ボイド空間を有するように第２のアセンブリ２６のデュワー瓶３２を製作し、デュワー瓶３２のボイド空間の少なくとも概して６０パーセントを磁極片３０の長手方向外方に位置させる。一例では、ステップｊ）により、（第１の）支持ポスト４２の半径方向外方にその全体が位置するボイド空間を有するように（第１の）デュワー瓶コンジット４６を製作する。
【００３３】
本発明より幾つかの恩恵および利点がもたらされる。磁極片を極低温磁極片として製作することにより、従来の室温磁極片設計で温度変動により生じていたような室温変化に起因する磁場の不均一性が排除されるため、そのマグネットのイメージング空間内で高い磁場の均一性が得られる。磁極片をデュワー瓶の一部として製作することにより、本発明の極低温磁極片を極低温流体用デュワー瓶により完全に取り囲みようとするために余分なスペースを必要としないため物理的稠密性が得られる。
【００３４】
当業者であれば、従来の磁場分析技法を基にコンピュータ・シミュレーションを使用すること、並びに本発明による教示を用いることで、所望の磁場強度、所望レベルの磁場の不均一性および所望レベルのシールド（すなわち、漂遊磁場が５ガウスとなる開放形超伝導マグネットのイメージング空間６６の中心からの所望の位置）をもつシールド付き開放形超伝導マグネット１０を設計できる。磁極片は磁場の強度を強めるため、主コイルで必要とする超伝導体はより少なくてすむ。磁極片の半径方向で最外側の部分により、局部的な磁束の帰還が主コイルにもたらされ、これにより磁極片で必要となる鉄を少なくし、且つ主コイルで必要となる超伝導体の量を減らすことができる。またこの磁極片の半径方向で最外側の部分により、シールド用コイルの主コイルからの磁気結合が遮断されるため、シールド用コイルからの磁力線は磁極片の半径方向で最外側の部分により捕捉され、主コイルからの磁力線に到達することはない。このため、シールド用コイルからの磁力線の影響を差し引くように磁場を相殺するために、磁極片の鉄の質量を増加させる必要はなく、また主コイルの超伝導体の量を増加させる必要はない。その理由は、磁極片の半径方向で最外側の部分があることによってこの磁力線が阻止されるからである。
【００３５】
コンピュータ・シミュレーションにより、図に示す直径３５センチメートルの球形のイメージング空間を有する１．４テスラのＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）用マグネットであれば、重量が約３００００ポンドであり、また５ガウス漂遊磁場はイメージング空間６６の中心から垂直方向に４．５メートル、水平方向に５．５メートルの広がりをもつことになることが示されている。１２０００ポンドのルーム・シールドを使用することにより、この５ガウス漂遊磁場は垂直方向に２．５メートル、水平方向に３．５メートルに抑えることができる。このマグネットは一辺が１８０センチメートルの立方体（すなわち、長さ、幅および高さがすべて１８０センチメートルの立方体）の内部に収まることになる。
【００３６】
本発明のマグネットおよび本発明に関する幾つかの方法の実施形態に関し、その幾つかの表現形を上記で述べてきたが、これは例示を目的として提示してきたものである。すべてを網羅したり、本発明を開示した詳細の形態に限定する意図ではなく、上記の教示に照らして多くの修正形態や変形形態が可能であることは明らかである。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により規定されるように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネットの実施の一形態の斜視略図である。
【図２】図１の線２−２に沿って見た図１のマグネットの断面略図である。
【符号の説明】
１０  （開放形）マグネット
１２  長手方向に延在する軸
１４  第１のアセンブリ
１６  第１のアセンブリの超伝導主コイル
１８  第１のアセンブリの磁極片
２０  第１のアセンブリのデュワー瓶
２２  第１のアセンブリの磁極片の表面部分
２３  第１のアセンブリの磁極片の別の表面部分
２４  第１のアセンブリのデュワー瓶の内部表面
２６  第２のアセンブリ
２８  第２のアセンブリの超伝導主コイル
３０  第２のアセンブリの磁極片
３２  第２のアセンブリのデュワー瓶
３４  第２のアセンブリの磁極片の表面部分
３５  第２のアセンブリの磁極片の別の表面部分
３６  第２のアセンブリのデュワー瓶の内部表面
３８  第１のアセンブリの超伝導主コイルのコイル支持体
４０  第２のアセンブリの超伝導主コイルのコイル支持体
４２  （第１の）支持ポスト
４４  （第１の）支持ポストの表面部分
４６  （第１の）デュワー瓶コンジット
４８  （第１の）デュワー瓶コンジットの内部表面
５０  第１のアセンブリのデュワー瓶、第２のアセンブリのデュワー瓶および（第１の）デュワー瓶コンジット用のプレートアセンブリ
５２  プレートアセンブリの内部表面の第１の部分
５４  プレートアセンブリの内部表面の第２の部分
５６  プレートアセンブリの内部表面の第３の部分
５８  熱シールド
６０  真空容器
６２  スペーサ
６４  極低温流体
６６  イメージング空間
６８  第１のアセンブリの超伝導シールド・コイル
７０  第２のアセンブリの超伝導シールド・コイル
７２  第１のアセンブリの超伝導シールド・コイル用のコイル支持体
７４  第２のアセンブリの超伝導シールド・コイル用のコイル支持体
７６  真空容器の第１の部分
７８  真空容器の第２の部分
８０  くぼみ
【図１】
0003615119.tif 000002
【図２】
0003615119.tif 000003