(57)【要約】  予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、定格電流により励磁された超電導コイルを一旦消磁し、冷媒により冷却した状態のまま、超電導磁石を設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、設置すべき施設に超電導磁石を据え付け、超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有する磁気共鳴イメージング装置の調整方法である。
2010143603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、
前記定格電流により励磁された前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を前記設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、前記超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項２】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記励磁用施設には、ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、前記プラントから前記超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプとが備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項３】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記冷却・励磁工程では、前記超電導コイルに前記外部電源より電流供給する際に、所定の上昇率で電流値を上昇させ、前記超電導コイルにクエンチが生じ、冷媒が蒸発した場合には、再び冷媒を注入し、前記外部電源から所定の電流値上昇率で電流値を上昇させていくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項４】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記冷却・励磁工程では、前記超電導コイルに前記定格電流が流れた後、前記外部電源を切り離して永久電流が流れる閉ループとし、所定時間その状態を保持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項５】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま輸送することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項６】
請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま所定日数保管することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項７】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記保管の際に、前記超電導磁石のクライオクーラの運転、および、冷媒補充の少なくとも一方を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項８】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記保管の際に、前記超電導磁石のクライオクーラおよびクライオヒータを動作させ、超電導磁石の冷媒容器内の圧力を一定範囲内に維持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項９】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程で前記超電導コイルの温度が所定値以上に上昇した場合には、前記据え付け工程での励磁の際に前記外部電源から供給する電流を所定の電流値上昇率で上昇させていくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１０】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給することにより、前記超電導コイルに生じた歪みを解放させるトレーニングを行うトレーニング工程と、前記トレーニング後の前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、前記超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１１】
ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、前記プラントから前記超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプと、前記超電導磁石に励磁用電流を供給するための電源と、該電源と前記超電導磁石とを接続するためのパワーリードとを有することを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１２】
請求項11に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプは、口径の異なる少なくとも2本が配置され、口径の大きい回収パイプは、クエンチ発生時に超電導磁石内で蒸発したヘリウムガスを外部に排気するための緊急排気孔に接続されることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１３】
請求項12に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記口径の大きい回収パイプには、回収パイプ内の圧力が所定圧を超えた場合に開放される定圧バルブが備えられていることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１４】
請求項13に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記定圧バルブが開放された場合に放出されるヘリウムガスを拡散させるためのファンを備えることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１５】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に向けて輸送する第1の輸送工程と、
前記励磁用施設で、冷媒により冷却され、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返された後、一旦消磁された超電導磁石を、前記冷媒により冷却された状態のまま、前記超電導磁石を前記設置すべき施設まで輸送する第2の輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、前記超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１６】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、
前記定格電流により励磁された前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を前記設置すべき施設に向けて輸送する消磁・輸送工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石を用いた磁気共鳴イメージング(以下、MRIと称する)装置に係わり、特に、高エネルギーを貯えた高磁場を発生する超電導磁石を用いたMRI装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置はエックス線を用いた診断装置と同じように広く医療施設で普及している。その理由は、MRI装置がエックス線を用いた診断装置とは異なる機能を有していることによる。診断にあたって検査内容の充実のため、エックス線を用いた診断機器と共に必要不可欠な診断装置となっている。このMRI装置の診断機能には、形態的な画像情報のみならず機能的な診断情報が得られることである。例えば、MRI装置は、発症初期の脳梗塞病変部を明確に描出することができる。特に、磁場強度が1テスラを超え、その磁場均一度が3ppm以下の高い磁場性能を有する磁石を用いたMRI装置では、その磁場性能を活かして新たな診断機能が多く開発され、実際の臨床で適用されるようになっている。【０００３】
MRI装置の高い診断機能を達成するには、被検者を配設する撮影空間の磁場強度を強くすることと、その磁場均一度を高くすることが必要である。磁場強度を強くすることは、検査部位から検出される核磁気共鳴(NMR)信号の強度を強め、診断画像の信号対ノイズ比やコントラスト対ノイズ比を高め、診断画像の質を向上させる。そして、信号対ノイズ比が高いことは、検査時間を短縮した高速撮影手法が可能となることを示す。一方、磁場均一度を高くすることは、検査部位から得られるNMR信号のわずかな共鳴周波数の差異も識別することができ、診断画像の空間分解能やスペクトル診断の解析能力を向上させることができる。【０００４】
診断画像などの質の高い検査結果を得るには、MRI装置の性能のみならず、被検者の緊張感を和らげる優しい検査環境の実現も重要である。検査環境の改善のために、被検者の配設される撮影空間を開放的な構造にしたオープンMRI装置が実現されている(特許文献1)。特許文献1のMRI装置は、超電導コイルを被検者の配設される空間を挟んで上下に分割して配置した構造の超電導磁石を用いることにより、開放的な検査空間を実現している。【０００５】
一方、巻回された超電導線の間に熱硬化樹脂(エポキシ樹脂)を浸透させ硬化させてなる超電導コイルは、特許文献2に記載されているように、超電導線と樹脂との熱収縮率の違いにより、冷却による歪が発生する。この歪みにより、超電導線が数μｍ動くと、超電導線に局部的な発熱が生じ、常電導に転移するクエンチを生じることが知られている。MRI装置の超電導磁石でクエンチが生じると、超電導磁石として機能しなくなるだけでなく、発熱により冷媒が大量に気化し、緊急排気口から放出される。このため、病院等に設置されたMRI装置でクエンチが生じるのは回避する必要がある。【０００６】
特許文献2には、長期間に渡って永久電流を保持するMRI装置において、突発的にクエンチが発生するのを回避するために、超電導線と樹脂に生じる歪みエネルギーを励消磁時に発生する電磁力を複数回(少なくとも3回)繰り返すことで低減することや、あるいは、外部から熱を加えて強制的にクエンチさせることで、超電導コイルの歪エネルギーを解放させる超電導磁石の調整方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開WO2002/071942A1公報
【特許文献２】特開2006-324411号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献2に記載の超電導磁石の調整方法は、超電導磁石稼動時に永久電流として流す電流が、超電導線に流せる最大電流(これを臨界電流と称する)より遥かに低い値で設定される静磁場強度1テスラ以下の比較的磁場強度の低い超電導磁石では効果が認められる。【０００９】
しかし、静磁場強度を高くするために、超電導線に流す永久電流の値を高めていくと、特許文献2に記載の調整方法では、歪みを解放しきれない。その理由は、特許文献2に記載の励消磁や、強制的クエンチにより生じる電磁力のエネルギーは、超電導線と樹脂の冷却時に生じる歪エネルギーの10分の1程度と計算され、歪エネルギーをすべて解放するには小さすぎるためである。このため、高磁場超電導磁石を特許文献2に記載の方法により調整した場合、歪みが残存するため、低磁場超電導磁石ではクエンチに至らなかった僅かな擾乱(超電導コイルの移動による発熱や、磁界の影響)であっても、高磁場超電導磁石ではクエンチに至るという問題が生じる。【００１０】
特に、オープンMRI装置に用いられる超電導磁石は、撮影空間を挟んで上下に超電導コイルを配置する複雑な構造であるため、冷却歪や電磁力歪の影響を受けやすい。このため、調整時に、歪みを完全に解放するまでに必要なクエンチ回数が多くなる傾向にあり、冷却歪の解放のために時間を要する。【００１１】
以下、歪みを解放するためにクエンチを生じさせることをトレーニングと呼ぶ。また、歪みを解放するまでに必要なクエンチの回数をトレーニング回数と呼ぶ。【００１２】
超電導磁石の冷却歪エネルギーを完全に解放する作業を困難にしている別の要因として、必要なトレーニング回数が、現在の技術力では把握できないことにある。このため、従来のように、医療機関に搬入してから、使用できる状態になるまでの工事期間を確定することが難しい。その一方、超電導磁石の医療機関への据え付け工事は、検査業務の中断期間を短くするため、工期の短縮が望まれている。【００１３】
また、トレーニング時には、クエンチにより超電導コイルが発熱し、大量の液体ヘリウム(例えば複数回のトレーニングで数万リットル)が蒸発し、その700倍のヘリウムガスが発生して大気を冷却するため、大気中の水蒸気が白煙のように立ちのぼる。このため、病院施設やその近隣でトレーニングを行うと、病院職員や近隣住民が火事と誤認してしまうことがある。【００１４】
しかし、トレーニングを病院施設から離れた場所で行うと、病院まで超電導磁石を輸送する必要があり、歪みが完全に解放されたと判断していた超電導磁石であっても、輸送の際に超電導コイルの温度を上昇させ再び冷却した場合には、再冷却時の歪により、トレーニングが必要な場合もある。【００１５】
更に、トレーニングには、大量の液体ヘリウムが蒸発するため、コストがかかるという問題もある。歪をすべて解放するまでに、複数回のクエンチを生じさせる必要があるため、一例としては数万リットルの液体ヘリウムが必要であり、コストがかかる。【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的は、医療施設に搬入してからのその据付工事期間を確定するとともに、短縮することのできる超電導磁石の冷却および励磁方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様では、以下のような超電導磁石を備えたMRI装置の調整方法が提供される。【００１８】
すなわち、予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、定格電流により励磁された超電導コイルを一旦消磁し、冷媒により冷却した状態のまま、超電導磁石を設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有するMRI装置の調整方法である。このように、励磁用施設において冷却・励磁工程を行うことにより、定格電流が流れるまで何回生じるかわからない、回数不確定なクエンチを励磁用施設で生じさせて、超電導コイルの歪みを除去(トレーニング)することができる。消磁した後、冷却した状態を維持したまま輸送することにより、設置すべき施設で行う据え付け工程では、再度のトレーニングは不要であり、据え付け工程に要する期間を確定でき、かつ、短縮できる。【００１９】
上記励磁用施設に、ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、プラントから超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、超電導磁石からプラントまでヘリウムガスを送る回収パイプとが備えられている場合には、プラントから直接超電導磁石に液体ヘリウムを供給できるため、ヘリウムの輸送コストを低減できる。また、超電導磁石から排出されるヘリウムガスを回収して再利用することができる。【００２０】
冷却・励磁工程では、超電導コイルに外部電源より電流供給する際に、例えば、所定の上昇率で電流値を上昇させ、超電導コイルにクエンチが生じ、冷媒が蒸発した場合には、冷媒を注入し、外部電源から所定の電流値上昇率で電流値を上昇させていく方法により、トレーニングを行うことができる。【００２１】
冷却・励磁工程では、超電導コイルに定格電流が流れた後、外部電源を切り離して永久電流が流れる閉ループとし、所定時間その状態を保持することが望ましい。このように保持している間クエンチが生じないことを確認することにより、歪みが解放されていること(トレーニング終了)を確認することができる。【００２２】
消磁・輸送工程では、消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま輸送することが望ましい。【００２３】
消磁・輸送工程では、消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま所定日数保管することが可能である。保管の際には、超電導磁石のクライオクーラの運転、および、冷媒補充の少なくとも一方を実施することが望ましい。また、保管の際に、超電導磁石のクライオクーラおよびクライオヒータを動作させ、超電導磁石の冷媒容器内の圧力を一定範囲内に維持することが望ましい。【００２４】
消磁・輸送工程で超電導コイルの温度が所定値以上に上昇した場合には、再冷却の際に超電導コイルに再び歪みが生じている可能性があるため、据え付け工程での励磁の際に外部電源から供給する電流を所定の電流値上昇率で上昇させ、トレーニングを行うことが望ましい。【００２５】
また、本発明の第2の態様によれば、以下のような、超電導磁石を備えたMRI装置の調整方法が提供される。【００２６】
すなわち、予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給することにより、超電導コイルに生じた歪みを解放させるトレーニングを行うトレーニング工程と、
トレーニング後の超電導コイルを一旦消磁し、冷媒により冷却した状態のまま、超電導磁石を設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、
設置すべき施設に超電導磁石を据え付け、超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有するMRI装置の調整方法である。【００２７】
また、本発明の第3の態様によれば、MRI装置の調整に用いる超電導磁石励磁用ドックが提供される。【００２８】
すなわち、ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、プラントから超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、超電導磁石からプラントまでヘリウムガスを送る回収パイプと、超電導磁石に励磁用電流を供給するための電源と、電源と超電導磁石とを接続するためのパワーリードとを有する超電導磁石励磁用ドックである。このようなドックを設けることにより、ヘリウムプラントに直結した場所で、超電導磁石を低コストに冷却・励磁することができる。また、クエンチ時に蒸発するヘリウムガスを回収して再利用できる。【００２９】
超電導磁石からプラントまでヘリウムガスを送る回収パイプは、口径の異なる少なくとも2本が配置され、口径の大きい回収パイプは、クエンチ発生時に超電導磁石内で蒸発したヘリウムガスを外部に排気するための緊急排気孔に接続されることが望ましい。これにより、トレーニング時のクエンチで大量の液体ヘリウムが一気に蒸発した場合であっても、大口径の回収パイプにより回収することができる。【００３０】
口径の大きい回収パイプには、回収パイプ内の圧力が所定圧を超えた場合に開放される定圧バルブが備えられていることが望ましい。また、定圧バルブが開放された場合に放出されるヘリウムガスを拡散させるためのファンを備えることが好ましい。ヘリウムガスにより生じる白煙を拡散させることにより、火事等との誤認を回避することができる。【００３１】
本発明の第4の態様としては、以下のような超電導磁石を備えたMRI装置の調整方法が提供される。【００３２】
すなわち、予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に向けて輸送する第1の輸送工程と、
励磁用施設で、冷媒により冷却され、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返された後、一旦消磁された超電導磁石を、冷媒により冷却された状態のまま、超電導磁石を前記設置すべき施設まで輸送する第2の輸送工程と、
設置すべき施設に超電導磁石を据え付け、超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有するMRI装置の調整方法である。【００３３】
また、本発明の第5の態様によれば、以下のような超電導磁石を備えたMRI装置の調整方法が提供される。【００３４】
すなわち、予め製造された超電導磁石を、励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、
定格電流により励磁された前記超電導コイルを一旦消磁し、冷媒により冷却した状態のまま、超電導磁石を前記設置すべき施設に向けて輸送する消磁・輸送工程とを有するMRI装置の調整方法である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のMRI装置の調整方法により、下記の効果が得られる。
(1)超電導磁石のトレーニングが完了した超電導磁石を医療施設に搬入できる。
(2)据付け期間に所要時間が不確定なトレーニング工程を排除でき、かつ、据付け期間の短縮可能である。特に、医療施設の現行のMRI装置を、磁場強度が高く、解放構造を有する超電導磁石を用いたオープンMRI装置に置き換える場合、現在の検査の中断期間を最小限にとどめることができる。
(3)冷却と励磁とトレーニング時に必要とするヘリウムの供給を容易にし、ヘリウム回収など、ヘリウムプラントの設備を活用でき、コスト低減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のMRI装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図1に示すMRI装置の超電導磁石の構造を示す断面図。
【図３】第1の実施形態の超電導磁石の冷却および励磁方法を示すフロー。
【図４】第1の実施形態において、保管時にヘリウム容器203の温度と圧力の維持に使用される構成を示すブロック図。
【図５】第2の実施形態で用いられる超電導ドック50の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施形態のMRI装置の超電導磁石の励磁方法について説明する。
【００３８】
＜MRI装置の全体構成＞
まず、本実施形態で励磁するMRI装置の構成について説明する。図1は、本実施形態で励磁したMRI装置が医療機関に据付けられた状態での全体構成を示す。このMRI装置は、静磁場を発生する磁石として、図2に示す開放構造の超電導磁石101を用いている。MRI装置は、傾斜磁場コイル111と、高周波コイル113と、シムプレート110と、被検者102を搭載する移動テーブル119と、磁石制御ユニット109と、傾斜磁場パワーアンプ112と、高周波パワーアンプ114と、高周波増幅回路116と、コンピュータ117と、ディスプレイ118とを備えて構成される。
【００３９】
図1および図2のように、開放構造の超電導磁石101は、被検者102が配置される撮影空間103を挟んで上下に起磁力源となる超電導コイル205、206がそれぞれ組み込まれた上クライオスタット104と下クライオスタット105を備えている。上クライオスタット104と下クライオスタット105は、支柱となる連結管106によって連結されている。これにより、撮影空間103の前後左右が広く空いた開放的な構造となるため、被検者102に与える圧迫感を和らげることができ、被検者102にとって優しい検査環境を提供することができる。
【００４０】
この超電導磁石101は、クライオクーラ107を備えており、上クライオスタット104と下クライオスタット105内で気化したヘリウムガスをクライオクーラ107により冷却し、再び液体ヘリウムにして上クライオスタット104に戻すことにより、完全密閉式のクライオスタットを構成している。これにより、超電導磁石101は、超電導コイル205、206を冷却する液体ヘリウムの消費を抑えている。
【００４１】
また、超電導磁石101には、その運転状態をモニターするための温度センサーや圧力センサー(図では示してない)が複数組み込まれており、その接続端子108には磁石制御ユニット109に接続されている。
【００４２】
超電導磁石101は、撮影空間103に磁場強度1テスラの安定な静磁場を発生している。その磁場均一度を所定値以下に改善するために、上クライオスタット104と下クライオスタット105の撮影空間103の面には、一対からなるシムプレート110が取り付けられている。シムプレート110には複数のネジ穴(図では示してない)が開けられ、適切な位置に磁性体のネジが装着されている。磁性体のネジの磁束により、超電導磁石101が発生する磁束の分布を補正することで、磁場均一度が目標の3ppm以下に調整されている。
【００４３】
シムプレート110の撮影空間103の面には、勾配磁場を発生する一対の傾斜磁場コイル111が配置されている。この傾斜磁場コイル111は、超電導磁石101の開放的な構造を妨げることがないように平板構造で設計製作されている。上下一対の傾斜磁場コイル111はそれぞれ、互いに直交する3軸方向に勾配磁場を生じさせるxとyとzの3種のコイルが積層されている。xコイル、yコイル、zコイルには、それぞれ独立に電流を印加する傾斜磁場パワーアンプ112が接続されている。
【００４４】
例えば、zコイルの動作について述べると、上zコイルと下zコイルに傾斜磁場パワーアンプ112より、例えば＋電流が印加されると、上zコイルは超電導磁石101の発生する磁束と同じ向きの磁束を発生し、下zコイルにはそれとは反対向きの磁束を発生する。この結果、撮影空間103のz軸(垂直軸)の上から下に向けて磁束密度が徐々に少なくなる勾配磁場が形成される。同様に、xコイルおよびyコイルは、それぞれx軸、y軸(ともに水平軸)の勾配磁場を形成する。これにより、超電導磁石101の発生する磁場に所定の軸方向の勾配磁場を重畳する。
【００４５】
傾斜磁場コイル111の撮影空間103側には一対の高周波コイル113が取り付けられている。この高周波コイル113は、超電導磁石101の開放的な構造を妨げることがないように平板構造である。上下一対の高周波コイル113には高周波パワーアンプ114が接続され、高周波電流が供給される。これにより、被検者102の検査部位に所定周波数の高周波磁界を照射し、検査部位の核スピンに核磁気共鳴を生じさせる。本実施形態の場合では、1テスラの磁場強度で水素原子核が核磁気共鳴を起こす42メガヘルツの高周波磁場を発生する。傾斜磁場コイル111の形成する勾配磁場と、この高周波磁場を組み合わせることにより、被検者102の検査部位の水素原子核を選択的に核磁気共鳴現象を起こさせ、その後の核スピンが歳差運動しながら減衰する過程で、その歳差運動に三次元的位置情報を付加することができる。
【００４６】
被検者102の検査部位には、核スピンの歳差運動を検出する検出コイル115が配置されている。この検出コイル115は、前述の核スピンの歳差運動を電気信号として検出し、接続されている高周波増幅回路116に受け渡す。高周波増幅回路116では、検出信号を増幅、検波してデジタル信号に変換処理する。
【００４７】
コンピュータ117は、デジタル信号に変換された検出信号を医療診断に供するための画像等に変換処理してコンピュータ117内の記憶装置(図では示してない)に保存するとともに、ディスプレイ118に表示する。コンピュータ117には、上述の超電導磁石101の高性能な特性に合わせて、高度な診断機能が組み込まれている。例えば、拡散強調エコープレーナーイメージング機能やスペクトル解析機能などである。
【００４８】
コンピュータ117は更に、バスライン120を介して各ユニットの動作を制御する。すなわち、上述の磁石制御ユニット109、傾斜磁場パワーアンプ112、高周波パワーアンプ114、高周波増幅回路116はそれぞれコンピュータ117に接続されている。コンピュータ117は、各ユニットをプログラムされた内容で制御し、各ユニットの状態を記録し、かつ、通信制御装置(図では示してない)を経由して、遠隔監視を可能にしている。
【００４９】
その他の主要なユニットとして、被検者102を撮影空間103の中心に搬送する移動テーブル119が超電導磁石101の前面に組み込まれている。超電導磁石101および移動テーブル119は電磁シールドを施した検査室121に設置されている。
【００５０】
次に、図2を用いて超電導磁石101の構造についてさらに説明する。
【００５１】
超電導磁石101の最外殻は、例えば厚さ10mmのステンレススチールで作られた真空容器201である。真空容器201の内部には、真空層202を介して15mm厚のステンレススチールで作られたヘリウム容器203が組み込まれている。ヘリウム容器203と真空容器201との間には、複数の荷重支持体204が配置されている。荷重支持体204はヘリウム容器203に真空容器201の熱を伝えないようにするために、熱伝導率が低く強度の強いFRP(繊維強化プラスチック)樹脂等で構成されている。
【００５２】
ヘリウム容器203内には一対の主超電導コイル205と一対のシールド超電導コイル206が配置され、かつ液体ヘリウム207で満たされている。上下一対の主超電導コイル205は撮影空間103に強度1テスラの磁場を発生するために電流が流れ、上下一対のシールド超電導コイル206は真空容器201の外部に漏洩する磁束をキャンセルするように電流が流されている。この構成により、1テスラ以上の高磁場を用いたMRI装置でも検査室121の外部に漏洩する磁束密度を管理基準の5mT以下に抑えることができる。
【００５３】
磁石制御ユニット109は、熱進入により気化する液体ヘリウム量と、クライオクーラ107の冷却部209の冷却能力により液化するヘリウムガスの量とが平衡するようにヒーター208に流す電流を制御する。これにより、ヘリウム容器203内の圧力を一定(例えば10kPa)に制御する。
【００５４】
ヘリウム容器203の上部には、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを注入するための注入ポート210が設けられている。注入ポート210には、先述のヒーター208や液体ヘリウム207の液量計やその他のセンサーへの接続端子108が配置されている。また、ヘリウム容器203の上部には、容器内の圧力が、所定圧力(例えば20kPa)に達すると、外部にヘリウムガスを放出する定圧バルブ211が取り付けられている。更に、クエンチした場合に大量ヘリウムガスを瞬時に放出する破壊ディスク212を備えた緊急排気孔213も設けられている。また、真空容器201内を真空排気するシールオフバルブ214が、真空容器201の側面に備えられている。
【００５５】
＜超電導磁石の冷却励磁＞
第1の実施形態では、MRI装置の超電導磁石101を工場で製造し組み立てた後、室温で実施できる試験だけを工場で行なって、最終設置場所である医療施設に近い倉庫などの作業拠点に輸送する。そして、超電導磁石101は、その拠点で冷却と励磁とトレーニングを実施する。トレーニング完了を確認した後、消磁し、冷却状態を維持したまま医療施設へ輸送する。医療施設では、液体ヘリウムの補充を行った後、励磁する。
【００５６】
この様にすることで、超電導磁石101を医療施設に据付ける工程で、医療施設におけるトレーニング作業を回避することができ、確実な作業工程のみで稼動状態に移行できる。
また、超電導磁石を冷却されたままの状態で医療施設に搬入するので、医療施設での据付け作業を最少とし、MRI装置の更新需要にも短時間で対応可能となるメリットがある。
【００５７】
以下、本実施形態のMRI装置の製造、冷却・励磁、据え付けの作業フローを図3を用いて説明する。
【００５８】
MRI装置は、超電導磁石101を含め、メーカの工場で、製造および組み立てられる(ステップ401)。超電導磁石101の製造は、超電導磁石101のステンレススチール材料を切削や溶接加工、超電導線のコイル巻き、コイルの樹脂含浸、その試験を実施するに最適な場所、例えば、メーカの工場で行うのが最適である。組立後、メーカの工場で、真空容器201とヘリウム容器203にピンホール等のリーク箇所がないか調べるリーク試験を実施する。具体的には、超電導磁石101の真空容器201のシールオフバルブ214を真空ポンプに接続して、内部が所定圧力(例えば1Pa以下)になるまで真空排気する。リーク試験の他に常温で試験できる項目、例えば超電導コイル回路定数を確認する試験等を実施する(ステップ402)。常温での試験の合否判定後、合格品は、真空排気した状態のまま出荷梱包が実施される(ステップ403)。
【００５９】
梱包された超電導磁石101は、陸上輸送あるいは海上輸送を経て、最終的に据付けられる医療施設の比較的近傍に設けられた倉庫等の作業拠点に運ばれ、仮設置される(ステップ404、405)。この作業拠点で、冷却・励磁を行う。
【００６０】
拠点に仮設置された超電導磁石101は、再び真空排気作業が実施される(ステップ406)。これにより、輸送期間中に、超電導磁石101のヘリウム容器203の壁面や真空容器201に組み込まれた断熱用の多層シート(スーパーインシュレータ)の表面に付着していた空気の気体分子が、徐々に真空層202に浮遊して劣化した真空度を再び改善する。
【００６１】
真空層202の圧力が、所定圧力に1Pa以下に達したころで、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206を配したヘリウム容器203を冷却し、冷却後液体ヘリウムを充填する(ステップ407、408)。冷却方法としては、以下の3つの方法のいずれかにより行う。
【００６２】
第1の方法は、液体窒素を注液ポート210より注入し、液体窒素の沸点である77ケルビン温度まで冷却後、ヘリウムガスと置換して、最後に液体ヘリウムを注入して4.2ケルビン温度まで冷却する方法である。第2の方法として、例えば20ケルビン温度に冷却したヘリウムガスを注液ポート210から注入して、ヘリウム容器203内を循環させて緊急排気孔213からヘリウムガスを回収し、ヘリウム容器203が冷却したヘリウムガス温度まで冷却された時点で、液体ヘリウムを注入して4.2ケルビン温度まで冷却する。第3の方法は、クライオクーラ107を運転して、その冷却力でヘリウム容器203を冷却し、最後にヘリウム容器203に液体ヘリウムを充填する。第1〜第3の方法には、それぞれ利点があるが、本実施形態ではいずれの方法でも用いることができる。
【００６３】
冷却完了した超電導磁石101は、液体ヘリウムを充填後、24時間放置する(ステップ408)。これは、ボビンに積層で巻かれ、樹脂で固められた主超電導コイル205とシールド超電導コイル206の最深部まで充分に冷却させるためである。主超電導コイル205およびシールド超電導コイル206のコイルボビン材料のステンレススチールと、銅を主体とした超電導線と、超電導線を固定しているエポキシ樹脂は、それぞれの熱収縮率が異なるため、ステップ407,408の冷却および液体ヘリウム充填により、熱収縮歪み(構造的な歪)が生じている。
【００６４】
24時間経過後、超電導磁石101の注入ポート210にパワーリードを組み込み、パワーリード端子部と励磁電源を接続する(ステップ409)。予め定められた電流上昇率に従って、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206に電流を上昇させていく(ステップ410)。この電流供給により、主超電導コイル205はもう一方の主超電導コイル205と電磁気的に引き合い、近傍にあるシールド超電導コイル206に対しては反発する方向の力を受ける。これにより、超電導コイル205,206には、電磁力歪が生じる。
【００６５】
ステップ407,408で生じている冷却時の熱収縮歪と、ステップ410で生じている電磁力歪のエネルギーは、定格電流(例えば500アンペア)に到達する前の励磁の途中で、エポキシ樹脂がひび割れを生じ、超電導線がわずかに移動することにより、その一部が解放される。超電導線が移動すると、超電導線に局部的な発熱が生じ、主超電導コイル205あるいはシールド超電導コイル206の一部が常電導状態に転移し、クエンチが発生する(ステップ411)。このように冷却・励磁の段階でクエンチが生じることにより、冷却時の熱収縮歪と励磁時の電磁力歪のエネルギーが解放され、MRI装置の稼働後のクエンチを防止することができる。これを超電導磁石101のトレーニングと称する。
【００６６】
クエンチを生じると、超電導コイル205,206の発熱により液体ヘリウム207が気化し、低圧バルブ211および緊急排気孔213から大量のヘリウムガスが排気される。
【００６７】
その後、ステップ408に戻り、ヘリウム容器203に再び液体ヘリウムを充填し、所定時間(例えば、少なくとも12時間、好ましくは24時間以上)をかけて、クエンチした超電導コイル部分を十分に冷却する。
【００６８】
冷却後、上述のステップ409,410と同様に、再びパワーリードを挿入することにより励磁電源を接続して主超電導コイル205とシールド超電導コイル206に電流を流す。再びクレンチが生じた場合には、ステップ408に戻りトレーニングを繰り返す(ステップ411)。
【００６９】
このように、クエンチを繰り返すことにより、熱収縮歪みと電磁力歪みのエネルギーを解放していく。通常、何回クエンチが生じれば歪エネルギーがすべて解放されるのかは予測困難であるため、ステップ408〜411を装置ごとに試行錯誤的に繰り返す。
【００７０】
ステップ408〜411を繰り返し、主超電導コイル205の電流が定格電流500アンペアに到達し、撮影空間103に1テスラの磁場が発生した場合には、励磁が完了する(ステップ412)。
【００７１】
公知の手法により、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206を閉ループとし、パワーリードを抜き、永久電流モード運転に移行する(ステップ413)。
【００７２】
この後、トレーニング完了を確認する。すなわち、永久電流モード状態で所定時間(例えば24時間)保持および静置し、クエンチが生じないことを確認する(ステップ414)。この間に、磁場強度の安定性や磁場均一度など超電導磁石101としての性能確認試験を実施する。
【００７３】
以上で、トレーニングが終了するので、作業拠点から医療施設へ搬送するために、超電導コイル205,206を消磁する。具体的には、再びパワーリードを注液ポート210に挿入し、超電導コイル205,206に励磁電源を接続して、消磁する(ステップ415)。消磁後に、ヘリウム容器203の温度を維持し、医療施設への据え付けの日程にあわせて、医療施設への輸送の日まで保管する(ステップ416)。
【００７４】
保管時には、クライオクーラ107と磁石制御ユニット109を運転させた状態で保管する。この様にすることで、ヘリウム容器203の液体ヘリウム量は維持され、超電導磁石101を液体ヘリウム温度4.2ケルビンに維持することができる。クライオクーラ107を運転するための電源が得られない場合や、停電などでクライオクーラ107の運転停止が発生した場合は、注液ポート210より液体ヘリウムを補充し、超電導磁石101が液体ヘリウム温度を維持する。
【００７５】
クライオクーラ107と磁石制御ユニット109により、超電導磁石101の冷却状態を維持しながら保管する際の動作を図4を用いて説明する。クライオクーラ107の冷却部209は、所定の冷却能力(例えば1ワット)を有している。冷却能力1ワットの場合、1分間に14リットルのヘリウムガスを冷却して、0.02リットルの液体ヘリウムとしてヘリウム容器203に戻す。これにより、ヘリウム容器203の温度を維持する。
【００７６】
クライオクーラ107により、ヘリウムガスが液体ヘリウムに転移する時、その体積は約700分の1に縮小するので、ヘリウム容器203の圧力が減少することになる。ヘリウム容器203にはその内部圧力を検出する圧力センサー501が組み込まれており、クライオ容器203の圧力が減少すると、その圧力信号電圧502も低下する。磁石制御ユニット109は、増幅・反転回路とヒーター電流駆動回路505とを備え、圧力信号電圧502を増幅・反転回路503で処理した後、ヒーター電流駆動回路505でヒーター208の駆動電流に変換する。すなわち、圧力信号電圧502が減少傾向の場合、増幅・反転回路503の出力信号電圧504は増加傾向となり、ヒーター208の駆動電流も増加する。ヒーター208は、液体ヘリウムを加熱し、気化させることによりヘリウム容器の圧力を上昇させる。これにより、ヘリウム容器203内の圧力を一定に維持する。
【００７７】
具体的な一例としては、ヒーター208の抵抗値が25オーム、駆動電流506が100ミリアンペアとすれば、ヒーター208での発熱は250ミリワットとなり、毎分0.005リットルの液体ヘリウムを気化させる。0.005リットルの液体ヘリウムは体積比で約700倍の3.5リットルのヘリウムガスとなり、ヘリウム容器203の圧力を上昇させる。圧力上昇は圧力センサー501の出力信号電圧502の上昇となって磁石制御ユニット109に入力されるため、ヘリウム容器203の圧力は、磁石制御ユニット109とヒーター208を介した負帰還ループを構成しており、ヘリウム容器203は一定の圧力に収斂する。
【００７８】
このように、クライオクーラ107と磁石制御ユニット109を動作させることにより、液体ヘリウム容器203の温度と圧力とを維持しながら、超電導磁石101を保管することができる。
【００７９】
保管後、最終据付け場所である医療施設に輸送する。その際、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを100％充填して、冷却状態を維持するようにして輸送する(ステップ417)。輸送時間が長い(例えば10日間)場合には、ヘリウム容器203の温度が液体ヘリウム温度4.2Kよりも高くならないように、途中で冷却状態を維持する手法、例えば液体ヘリウムを途中で注液するか、もしくは、クライオスタットを途中で稼働させる(ステップ418)。
【００８０】
医療施設において、据え付け工程を行い、注入ポート210から液体ヘリウムを補充する。その後パワーリードを挿入して、超電導コイル205,206に励磁電源から電流を供給する。定格電流に達したならば超電導コイル205,206を閉ループにして、パワーリードを抜く(ステップ419)。これにより、超電導磁石は、所定の磁場を発生し、MRI装置を稼働することができる。
【００８１】
この医療施設で行う励磁のステップ419では、トレーニングは行う必要がない。というのは、輸送前の作業拠点においてステップ408〜411において十分にトレーニングを行って超電導磁石の歪エネルギーを解放しており、しかも、冷却して液体ヘリウム温度4.2Kが維持されたままの状態で保管および輸送しているため、再び歪が生じることがない。
【００８２】
また、医療施設で据え付け工程を行う際に、何回クエンチが生じるか予測困難なトレーニングを行う必要がないため、据え付け工程を予めわかった工事期間で、かつ、短期間で行うことができる。
【００８３】
また、医療施設でトレーニングを行わないため、クエンチに伴い大量の液体ヘリウムが蒸発することがなく、病院職員や近隣住民を白煙で驚かせることもない。
【００８４】
＜第2の実施形態＞
第2の実施形態では、超電導磁石のトレーニングを行うために、図5に示した専用設備(超電導磁石ドック)50が複数配置されたドックステーションを設ける。工場で製造したMRI装置の超電導磁石101は、まず、超電導磁石ドックステーションに輸送し、冷却と励磁とトレーニングを実施する。トレーニング完了を確認した後、消磁し、冷却状態を維持したまま医療施設へ輸送する。医療施設では、液体ヘリウムの補充を行った後、励磁する。
【００８５】
超電導磁石ドックステーションは、ヘリウム精製・液化プラントに設け、液体ヘリウムの供給および回収を行う。
【００８６】
超電導ドックステーションの構成についてまず説明する。超電導ドックステーションには、複数の超電導ドック50が間隔をあけて備えられ、複数台の超電導磁石101が互いに干渉することなく冷却・励磁することができる。
【００８７】
超電導ドック50は、木製の磁石架台701と、冷媒の注液アダプター703と、通常時の冷媒ガスの回収パイプ704と、クエンチ時の冷媒ガスの回収のための大口径パイプ705が備えられている。注液アダプター703、回収パイプ704、大口径パイプ705は、ヘリウム精製・液化プラント720に接続され、注液アダプターには、冷媒が供給され、回収パイプ704および大口径パイプ705から回収した冷媒ガスは、プラント720で精製および液化される。
【００８８】
また、超電導ドック50には、励磁作業を行なうための、励磁用の電源ユニット711、ケーブル712とパワーリードアダプター713が備え付けられている。電源ユニット711には超電導磁石に流す電流値等を記録するコンピュータ714が接続されている。
【００８９】
さらに、超電導ドック50には、トレーニングが完了後の超電導磁石101の発生磁場強度と磁場均一度を計測する機器として、超電導磁石101の磁場空間の中心に配置されるフィールドカメラ(NMRセンサー)715と、その信号を処理するNMRスペクトロメーター716と、磁場強度安定性や磁場均一度を計算するための処理プログラムが組み込まれた磁場計算コンピュータ717が設置されている。
【００９０】
また、超電導磁石101を冷却した状態を維持するための設備として、クライオクーラ107を駆動するためにコンプレッサー718が設置されている。また、磁石制御ユニット109の出力を記録等するためにコンピュータ109と、ディスプレイ710が配置されている。
【００９１】
このような構成の超電導磁石ドック50では、超電導磁石101は木製の磁石架台701の上に設置される。これにより、鉄筋コンクリート床の磁性体の影響を軽減するため、床面から約30センチメートルから離す。磁石架台701は超電導磁石ドックステーション内の移動が容易なように、フォークリフト作業孔702が設けられている。また、超電導磁石101は種々の作業が容易なように周辺部に十分な作業空間が確保されている。この作業空間は、磁場が発生した場合、周辺磁性体の影響排除と安全空間としても機能する。
【００９２】
超電導磁石101の注入ポート210には、超電導ドック50の注液アダプター703が接続され、ヘリウム精製・液化プラント720から超電導磁石を冷却するための冷媒が注入される。
超電導磁石101の定圧バルブ211は開放にされ、ステンレススチール製の回収パイプ704が接続される。クエンチ時に短時間で大量の冷媒ガスが放出される緊急排気孔213には、ステンレススチール製の大口径パイプ705が接続される。気化した冷媒は、回収パイプ704および大口径パイプ705により回収され、ヘリウム精製・液化プラント720に送られ、精製・液化される。
【００９３】
注液アダプター703、回収パイプ704、大口径パイプ705はステンレススチール製とすることで、冷媒ガスが通過することで、結露による腐食防止や、冷媒ガスへの不純物の混入を防ぐことができる。
【００９４】
大口径パイプ702はクエンチ時の大量の冷媒ガスを通すことができるよう、その直径は例えば30センチメートルの大口径となっている。大口径パイプ702には、定圧バルブ706が備えられている。定圧バルブ706は、万一、例えばヘリウム精製液化プラントの故障などで大口径パイプ705の圧力が上昇した場合、所定の安全圧力(例えば42キロパスカル)で開封され、大気中に冷媒ガスを放出することにより、所定値以上の圧力に上昇するのを防止する。定圧バルブ706の近傍には、換気扇708と警報機707が配置されている。定圧バルブ706が作動した時には警報器707が警報を発するとともに、換気扇708が作動し、冷媒ガスをいち早く大気中に拡散させる。これにより、放出された冷媒ガスが白煙となって大気中に放出され、火災等と誤認されるのを防止している。
【００９５】
各種磁石センサーの接続端子108に接続された磁石制御ユニット109には、コンピュータ709に接続されている。コンピューター709は、磁石センサーの出力をディスプレイ710に大きく表示させる。これにより、超電導磁石101近傍での作業者が容易に確認可能になっている。
【００９６】
励磁作業を行なうため励磁用の電源ユニット711は、超電導磁石101の発生磁場に影響されない距離(例えば、7メートル)を隔てて設置されている。パワーリードアダプター713は冷却が完了した時点で注液アダプター703を抜き取った後の注入ポート201に挿入され、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206に接続され、励磁のための電流を供給する。電源ユニット711には超電導磁石に流す電流値等を記録するコンピュータ714が接続されている。
【００９７】
また、フィールドカメラ715、その信号を処理するNMRスペクトロメーター716は、トレーニングが完了し、定格の永久電流稼動時の超電導磁石101の発生磁場強度と磁場均一度を計測する。コンピュータ717は、磁場強度安定性や磁場均一度を計算するための処理プログラムが組み込まれている。
【００９８】
以下、第2の実施形態のMRI装置の製造、冷却・励磁、据え付けの作業フローを、第1の実施形態と同様に図3を用いて説明する。
【００９９】
図3の作業フローは、超電導磁石の製造から医療施設の据付までの各工程をそれぞれ最適な場所で実施して、超電導磁石の品質確保と作業に要するコストを最小限にする方法である。即ち、超電導磁石の冷却と励磁とトレーニングのために大量のヘリウムガスや液体ヘリウムを必要とする過程を超電導ドックステーションで実施し、トレーニング完了を確認した後消磁され、冷却状態を維持したまま一時保管し、医療施設へ輸送される。医療施設への輸送は、できる限り冷却状態を維持できるように、輸送行程が長い場合は、輸送の途中で液体ヘリウムを補充する。
【０１００】
この様にすることで、第1の実施形態と同様に、超電導磁石101を医療施設に据付ける場合に、医療施設での所要期間の不確定なトレーニング作業を回避して、確定した作業時間で稼動状態に移行できる。また、超電導磁石を冷却されたままの状態で医療施設に搬入するので、医療施設での据付け作業を最少とし、MRI装置の更新需要にも短時間で対応可能となるメリットがある。これに加えて、第2の実施形態では、更に、冷却と励磁とトレーニング時に必要となる大量のヘリウムガスや液体ヘリウムの調達が容易であり、かつ、ヘリウムガスを回収および再利用できる専用設備(超電導ドック50)で行うことにより、コスト低減が可能となる。
【０１０１】
まず、図3のようにメーカの工場で超電導磁石101を組立て、室温でできる試験を実施し、室温での試験の合否判定後、合格品は出荷梱包し、冷却・励磁のための拠点(超電導ドック50)まで陸上輸送あるいは海上輸送する。これらの工程は、第1の実施形態の図3のステップ401〜404と同様である。第2の実施形態では、この輸送により超電導ドックステーションに超電導磁石101を輸送し、超電導ドック50に仮設置する(ステップ405)。すなわち、図5の架台701上に超電導磁石101を搭載する。また、注液アダプター703、回収パイプ704、大口径パイプ705をそれぞれ、超電導磁石101の注入ポート210、定圧バルブ211、緊急排気孔213に接続する。
【０１０２】
超電導ドック50に仮設置された超電導磁石101は、第1の実施形態と同様に、再び真空排気作業が実施され(ステップ406)、所定に圧力に達したならば、冷却し、液体ヘリウムを充填する作業を行う(ステップ407、408)。
【０１０３】
この冷却作業は、第1の実施形態とは異なり、第2の実施形態では、超電導ドック50の設備を用いて行う。第1の冷却方法としては、冷媒(例えば、液体窒素)を注液アダプター703から注液ポート210に注入し、ヘリウム容器203を温度77ケルビンまで冷却後、ヘリウムガスを注液アダプター703から注液ポート210に供給して置換し、最後に液体ヘリウムを注液アダプター703から注液ポート210に注入して4.2ケルビン温度まで冷却する。この間、定圧バルブ211から排気される冷媒ガスは、回収パイプ704から回収し、ヘリウム精製・液化プラント720において精製して液化し、再利用する。
【０１０４】
第2の冷却方法としては、冷却したヘリウムガスを注液アダプター703から注液ポート210に注入して、ヘリウム容器203内を循環させて緊急排気孔213から大口径パイプ705を通してヘリウムガスを回収する。最終的に液体ヘリウムを注液アダプター703から注液ポート210に注入して4.2ケルビン温度まで冷却する。大口径パイプ705から回収した液体ヘリウムは、リウム精製・液化プラント720において精製して液化し、再利用する。
【０１０５】
第3の冷却方法は、コンプレッサー718をクライオクーラ107に接続し、クライオクーラ107を運転して、その冷却能力でヘリウム容器203を冷却し、最後に、注液アダプター703から注液ポート210に注入してヘリウム容器203に液体ヘリウムを充填する。
【０１０６】
このように超電導ドック50で冷却作業を行うことにより、ヘリウム精製・液化プラント720から冷却されたヘリウムガスや液体ヘリウムを輸送する必要がなく、冷媒の調達が効率的である。また、液体ヘリウムの輸送によるロスもなく、また超電導磁石101より排出されるヘリウムガスをヘリウム精製・液化プラント720で回収して再利用することができる。
【０１０７】
次に、冷却完了した超電導磁石101は、液体ヘリウムを充填して24時間放置して、超電導コイル205、206の最深部まで充分に冷却した後、ステップ409〜411のトレーニングを行う。このとき、注液アダプター703と、大口径パイプ705は、超電導磁石101に接続したままとする。トレーニングのクエンチ時に気化する大量のヘリウムガスを回収するとともに、ステップ408に戻ってヘリウムを再充填する際に、注液アダプター703から容易に冷媒を注入できるようにするためである。
【０１０８】
具体的なトレーニングの作業は、第1の実施形態のステップ409〜411と同様である。超電導磁石101の注入ポート210にパワーリードアダプター713を挿入し、超電導コイル205,206に励磁電源を接続して電流を流す。電流値は、予め定められた電流上昇率に従って上昇させる。熱収縮歪み、電磁力歪みが解放される際に、クエンチが発生した場合には、緊急排気孔213から大量のヘリウムガスが放出される。本実施形態では、これを大口径パイプ705により回収して、ヘリウム精製・液化プラント720により、精製および液化する。
【０１０９】
ステップ408に戻り、再び注液アダプター703から注入ポート210に液体ヘリウムを注入することにより、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを充填し、所定時間(24時間)放置を行なう(ステップ408)。再び、パワーリードアダプター713を組み込み、超電導コイル205、206に電流を供給し、電流値を所定の上昇率が上昇させる(ステップ409,410)。クエンチが生じた場合には(ステップ411)ステップ408〜410を繰り返す。
【０１１０】
超電導コイル205,206の電流が定格電流に到達したならば、永久電流モード運転に移行し、トレーニング完了を確認するため、永久電流モード状態で例えば24時間保持・静置する(ステップ412〜414)。この間に、磁場強度の安定性や磁場均一度など超電導磁石101としての性能試験を実施する。この後、超電導コイル205,206を消磁し、クライオクーラ107と磁石制御ユニット109を動作させて、冷却状態で超電導磁石101を保管する(ステップ415,416)。
【０１１１】
超電導磁石101を超電導ドックステーションから最終設置場所である医療施設へ輸送する際には、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを100％充填して運ぶ(ステップ418)。輸送時間が長い場合には、ヘリウム容器203の温度が液体ヘリウム温度4.2Kよりも高くならないように、途中で冷却状態を維持する手法、例えば液体ヘリウムを注液する等、を行う(ステップ418)。医療施設において、据え付け工程を行い、超電導コイル205,206に定格電流を供給して励磁する(ステップ419)。これらの手順は、第1の実施形態と同様である。
【０１１２】
この医療施設で行う据え付け工程のステップ419では、トレーニングを行う必要がない。輸送前の作業拠点においてステップ408〜411において十分にトレーニングを行って超電導磁石の歪エネルギーを解放しており、しかも、冷却したままの状態で保管および輸送しているため、再び歪が生じることがないためである。よって、要する時間が不確定なトレーニングを医療施設で行う必要がなく、据え付け工程を予めわかった工事期間で、かつ、短期間で行うことができる。また、医療施設でトレーニングを行わないため、クエンチに伴い大量の液体ヘリウムが蒸発することがなく、病院職員や近隣住民を驚かせることもない。
【０１１３】
しかも、超電導ドックステーションでトレーニングを行うことにより、クエンチ時に大量に必要な液体ヘリウムを容易に供給でき、しかも、ヘリウムガスを回収して再利用することができるため、コスト低減を実現できる。
【０１１４】
なお、輸送期間が長く、輸送途中で、液体ヘリウム容器203に液体ヘリウムを補充することができない場合には、ヘリウム容器203が4.2Kよりも上昇してしまう場合もある。この場合、医療施設での据え付け工程時に、液体ヘリウム温度まで再冷却する必要があり、再冷却により熱収縮歪みが生じ、クエンチ(トレーニング)が生じる場合がある。よって、再冷却を行う場合には、据え付け工程において、図3のステップ408〜412を行い再トレーニングを行う。再トレーニングを行う場合であっても、輸送中の温度上昇により生じる熱収縮歪みは小さいため、少ないトレーニング回数(クエンチ回数)で歪みを解放することができる。よって、医療施設における不確定なトレーニング期間を、短縮することができる。
【０１１５】
なお、上述の実施形態では、超電導磁石101のクライオスタットが上クライオスタット104と下クライオスタット105に分かれた開放型の垂直磁場方式のものを例に説明したが、本発明はこの形状の超電導磁石101に限られるものではなく、トンネル型の水平磁場方式の超電導磁石に適用することももちろん可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
101  超電導磁石、102  被検体、103  撮影空間、107  クライオクーラ、109  磁石制御ユニット、111  傾斜磁場コイル、112  傾斜磁場電源、113  高周波コイル、114  高周波電源、115  検出コイル、116  高周波増幅回路、117  コンピュータ、201  真空容器、203  ヘリウム容器、205  主超電導コイル、206  シールド超電導コイル、208  ヒーター、406  真空引き工程、407  冷却工程、410  励磁工程、411  トレーニング、416  冷却保管工程、501  圧力センサー、701  架台、703  注液アダプター、704  回収パイプ、705  大口径パイプ
【図１】
2010143603.tif 000003
【図２】
2010143603.tif 000004
【図３】
2010143603.tif 000005
【図４】
2010143603.tif 000006
【図５】
2010143603.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月21日(2012.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、
前記定格電流により励磁された前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を前記設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、前記超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項２】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記励磁用施設には、ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、前記プラントから前記超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプとが備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項３】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記冷却・励磁工程では、前記超電導コイルに前記外部電源より電流供給する際に、所定の上昇率で電流値を上昇させ、前記超電導コイルにクエンチが生じ、冷媒が蒸発した場合には、再び冷媒を注入し、前記外部電源から所定の電流値上昇率で電流値を上昇させていくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項４】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記冷却・励磁工程では、前記超電導コイルに前記定格電流が流れた後、前記外部電源を切り離して永久電流が流れる閉ループとし、所定時間その状態を保持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項５】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま輸送することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項６】
請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記消磁後、超電導コイルを液体ヘリウム温度以下に維持したまま所定日数保管することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項７】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記保管の際に、前記超電導磁石のクライオクーラの運転、および、冷媒補充の少なくとも一方を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項８】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程では、前記保管の際に、前記超電導磁石のクライオクーラおよびクライオヒータを動作させ、超電導磁石の冷媒容器内の圧力を一定範囲内に維持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項９】
請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置の調整方法において、前記消磁・輸送工程で前記超電導コイルの温度が所定値以上に上昇した場合には、前記据え付け工程での励磁の際に前記外部電源から供給する電流を所定の電流値上昇率で上昇させていくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１０】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給することにより、前記超電導コイルに生じた歪みを解放させるトレーニングを行うトレーニング工程と、前記トレーニング後の前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を設置すべき施設まで輸送する消磁・輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、前記超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１１】
ヘリウムガスを液体ヘリウムに濃縮するプラントと、超電導磁石を搭載する架台と、前記プラントから前記超電導磁石まで液体ヘリウムを送る供給パイプと、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプと、前記超電導磁石に励磁用電流を供給するための電源と、該電源と前記超電導磁石とを接続するためのパワーリードとを有することを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１２】
請求項11に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記超電導磁石から前記プラントまでヘリウムガスを送る回収パイプは、口径の異なる少なくとも2本が配置され、口径の大きい回収パイプは、クエンチ発生時に超電導磁石内で蒸発したヘリウムガスを外部に排気するための緊急排気孔に接続されることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１３】
請求項12に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記口径の大きい回収パイプには、回収パイプ内の圧力が所定圧を超えた場合に開放される定圧バルブが備えられていることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１４】
請求項13に記載の超電導磁石励磁用ドックにおいて、前記定圧バルブが開放された場合に放出されるヘリウムガスを拡散させるためのファンを備えることを特徴とする超電導磁石励磁用ドック。
【請求項１５】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、設置すべき施設とは異なる励磁用施設に向けて輸送する第1の輸送工程と、
前記励磁用施設で、冷媒により冷却され、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返された後、一旦消磁された超電導磁石を、前記冷媒により冷却された状態のまま、前記超電導磁石を前記設置すべき施設まで輸送する第2の輸送工程と、
前記設置すべき施設に前記超電導磁石を据え付け、該超電導磁石の超電導コイルに外部電源から所定の定格電流を供給して励磁する据え付け工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【請求項１６】
超電導磁石を備えた磁気共鳴イメージング装置の調整方法であって、
予め製造された超電導磁石を、励磁用施設に輸送して仮設置し、超電導磁石の超電導コイルを冷媒により冷却し、外部電源より電流供給して励磁する作業を、所定の定格電流が流れるまで繰り返す冷却・励磁工程と、
前記定格電流により励磁された前記超電導コイルを一旦消磁し、前記冷媒により冷却した状態のまま、前記超電導磁石を設置すべき施設に向けて輸送する消磁・輸送工程とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の調整方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
ヘリウム容器203の上部には、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを注入するための注液ポート210が設けられている。注液ポート210には、先述のヒーター208や液体ヘリウム207の液量計やその他のセンサーへの接続端子108が配置されている。また、ヘリウム容器203の上部には、容器内の圧力が、所定圧力(例えば20kPa)に達すると、外部にヘリウムガスを放出する定圧バルブ211が取り付けられている。更に、クエンチした場合に大量ヘリウムガスを瞬時に放出する破壊ディスク212を備えた緊急排気孔213も設けられている。また、真空容器201内を真空排気するシールオフバルブ214が、真空容器201の側面に備えられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
24時間経過後、超電導磁石101の注液ポート210にパワーリードを組み込み、パワーリード端子部と励磁電源を接続する(ステップ409)。予め定められた電流上昇率に従って、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206に電流を上昇させていく(ステップ410)。この電流供給により、主超電導コイル205はもう一方の主超電導コイル205と電磁気的に引き合い、近傍にあるシールド超電導コイル206に対しては反発する方向の力を受ける。これにより、超電導コイル205,206には、電磁力歪が生じる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
クエンチを生じると、超電導コイル205,206の発熱により液体ヘリウム207が気化し、定圧バルブ211および緊急排気孔213から大量のヘリウムガスが排気される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
クライオクーラ107により、ヘリウムガスが液体ヘリウムに転移する時、その体積は約700分の1に縮小するので、ヘリウム容器203の圧力が減少することになる。ヘリウム容器203にはその内部圧力を検出する圧力センサー501が組み込まれており、ヘリウム容器203の圧力が減少すると、その圧力信号電圧502も低下する。磁石制御ユニット109は、増幅・反転回路とヒーター電流駆動回路505とを備え、圧力信号電圧502を増幅・反転回路503で処理した後、ヒーター電流駆動回路505でヒーター208の駆動電流に変換する。すなわち、圧力信号電圧502が減少傾向の場合、増幅・反転回路503の出力信号電圧504は増加傾向となり、ヒーター208の駆動電流も増加する。ヒーター208は、液体ヘリウムを加熱し、気化させることによりヘリウム容器の圧力を上昇させる。これにより、ヘリウム容器203内の圧力を一定に維持する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
医療施設において、据え付け工程を行い、注液ポート210から液体ヘリウムを補充する。その後パワーリードを挿入して、超電導コイル205,206に励磁電源から電流を供給する。定格電流に達したならば超電導コイル205,206を閉ループにして、パワーリードを抜く(ステップ419)。これにより、超電導磁石は、所定の磁場を発生し、MRI装置を稼働することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
超電導磁石101の注液ポート210には、超電導ドック50の注液アダプター703が接続され、ヘリウム精製・液化プラント720から超電導磁石を冷却するための冷媒が注入される。
超電導磁石101の定圧バルブ211は開放にされ、ステンレススチール製の回収パイプ704が接続される。クエンチ時に短時間で大量の冷媒ガスが放出される緊急排気孔213には、ステンレススチール製の大口径パイプ705が接続される。気化した冷媒は、回収パイプ704および大口径パイプ705により回収され、ヘリウム精製・液化プラント720に送られ、精製・液化される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
励磁作業を行なうため励磁用の電源ユニット711は、超電導磁石101の発生磁場に影響されない距離(例えば、7メートル)を隔てて設置されている。パワーリードアダプター713は冷却が完了した時点で注液アダプター703を抜き取った後の注液ポート201に挿入され、主超電導コイル205とシールド超電導コイル206に接続され、励磁のための電流を供給する。電源ユニット711には超電導磁石に流す電流値等を記録するコンピュータ714が接続されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
まず、図3のようにメーカの工場で超電導磁石101を組立て、室温でできる試験を実施し、室温での試験の合否判定後、合格品は出荷梱包し、冷却・励磁のための拠点(超電導ドック50)まで陸上輸送あるいは海上輸送する。これらの工程は、第1の実施形態の図3のステップ401〜404と同様である。第2の実施形態では、この輸送により超電導ドックステーションに超電導磁石101を輸送し、超電導ドック50に仮設置する(ステップ405)。すなわち、図5の架台701上に超電導磁石101を搭載する。また、注液アダプター703、回収パイプ704、大口径パイプ705をそれぞれ、超電導磁石101の注液ポート210、定圧バルブ211、緊急排気孔213に接続する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
具体的なトレーニングの作業は、第1の実施形態のステップ409〜411と同様である。超電導磁石101の注液ポート210にパワーリードアダプター713を挿入し、超電導コイル205,206に励磁電源を接続して電流を流す。電流値は、予め定められた電流上昇率に従って上昇させる。熱収縮歪み、電磁力歪みが解放される際に、クエンチが発生した場合には、緊急排気孔213から大量のヘリウムガスが放出される。本実施形態では、これを大口径パイプ705により回収して、ヘリウム精製・液化プラント720により、精製および液化する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
ステップ408に戻り、再び注液アダプター703から注液ポート210に液体ヘリウムを注入することにより、ヘリウム容器203に液体ヘリウムを充填し、所定時間(24時間)放置を行なう(ステップ408)。再び、パワーリードアダプター713を組み込み、超電導コイル205、206に電流を供給し、電流値を所定の上昇率が上昇させる(ステップ409,410)。クエンチが生じた場合には(ステップ411)ステップ408〜410を繰り返す。
【国際調査報告】
2010143603.tif 000008
2010143603.tif 000009
2010143603.tif 000010
2010143603.tif 000011