(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導コイルと、
前記超伝導コイルを支持する複数の支持ビームであって、少なくとも１つの支持ビームがヘリウムガスを貯蔵するためのヘリウムガスタンクを画定している複数の支持ビームと、
前記超伝導コイルに結合されかつ前記少なくとも１つの支持ビームに接続された複数の冷却チューブであって、液体ヘリウムをその中を通って転送するように構成された複数の冷却チューブと、
を備える超伝導コイル支持機構。
【請求項２】
超伝導コイルと、
前記超伝導コイルを支持しておりかつその内部に冷却用流体を貯蔵するためのタンクを画定している少なくとも１つの支持ビームと、
前記超伝導コイルに結合されかつ前記少なくとも１つの支持ビームに接続された複数の冷却チューブであって、冷却用流体をその中を通って転送するように構成された複数の冷却チューブと、
前記複数の冷却チューブを、（ｉ）熱シールド冷却チューブを介してコールドヘッドの再凝縮器に対して、あるいは（ｉｉ）直接再凝縮器に対して接続し、前記熱シールド冷却チューブを介して前記再凝縮器に流れる冷却用流体の量及び、再凝縮器に直接流れる冷却用流体の量を制御する流体分割器と、
を備える超伝導コイル支持機構。
【請求項３】
前記超伝導コイルは複数のコイルを含みかつ前記複数の冷却チューブは該複数のコイルの外周に結合されている、請求項１または２に記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項４】
前記冷却チューブから分離されていると共にその中を通って流れる冷却用流体を有している複数の予冷却チューブをさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項５】
前記複数の冷却チューブ内の冷却用流体は液体ヘリウムであり、かつ前記予冷却チューブ内の冷却用流体は非ヘリウム液体であり、
前記複数の予冷却チューブは、前記超伝導コイルに沿って整列するように構成された剛性のチューブを含む、請求項４に記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項６】
前記少なくとも１つの支持ビームは前記超伝導コイルの軸と平行に延びる複数の支持ビームを含み、前記複数の支持ビームは前記超伝導コイルの外周に沿って互いに離れて配置される、請求項１乃至５のいずれかに記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項７】
熱シールドと、該熱シールドの周囲を囲繞する複数の熱シールド冷却チューブと、を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項８】
前記複数の冷却チューブは、パルスチューブ冷却器タイプのコールドヘッドまたは４Ｋ Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ（ＧＭ）タイプのコールドヘッドのうちの一方を含むコールドヘッドの再凝縮器に接続されている、請求項１乃至７のいずれかに記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項９】
その少なくとも１つが超伝導コイルと締め嵌めされておりかつその少なくとも１つが超伝導コイルと恒久的に結合されている複数の支持ビームをさらに備える請求項１乃至８のいずれかに記載の超伝導コイル支持機構。
【請求項１０】
超伝導マグネットのコイルを冷却するための方法であって、
複数の冷却チューブを超伝導マグネットのコイルに結合させるステップと、
その内部に冷却用液体タンクを有しかつ超伝導マグネットのコイルを支持するように構成された少なくとも１つのコイル支持体を形成するステップと、
複数の冷却チューブを熱シールドに結合させるステップと、
（ｉ）超伝導マグネットのコイルに結合された複数の冷却チューブ及び（ｉｉ）熱シールドに結合された複数の冷却チューブに対して接続させて流体分割器を設けるステップと、を含む方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの支持体は前記超伝導コイルの軸と平行に延びる複数の支持体を含み、前記複数の支持体は前記超伝導コイルの外周に沿って互いに離れて配置される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、全般的には超伝導マグネットに関し、またさらに詳細には超伝導マグネットを冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導コイル（例えば、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットを形成する超伝導コイル）は、ヘリウムリザーバを用いて冷媒冷却されている。これらのＭＲＩシステムの幾つかの冷媒冷却システムは、システム動作中の超伝導マグネットコイルを絶えず冷却するために気化した冷媒を再凝縮させるように動作するコールドヘッドを含む。
【０００３】
さらに、これらのＭＲＩマグネットは、コイル通電時に軸方向及び半径方向に大きな電磁気（ＥＭ）力を受ける可能性がある。ＭＲＩシステムでは、そのマグネットコイルは半径方向で自己支持することが可能である。しかし軸方向では、コイル間力が大きいため、マグネットコイルは支持構造（例えば、コイル巻型）との界面を介してコイルフランジの位置に支持を有する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マグネットコイルが通電時などにおいて半径方向に膨張していると、スティックスリップ動作によってコイル支持体とマグネットコイルの間に摩擦熱が発生し放出される。発生した熱は、コイルの局在的箇所を過熱させ導体が超伝導特性を失い通常抵抗状態に移行する常伝導ゾーンを生成させる可能性がある。この常伝導ゾーンは、ジュール熱及び熱伝導のためにコイルを通じて拡散し、クエンチ事象に至ることになる。このクエンチには、マグネットコイルを浸漬させている冷媒浴からヘリウムが逃げ出す急速なボイルオフが伴う。クエンチがあるごとに、その後で再充填とマグネットの再ランピングがなされるため、クエンチは費用が高くつきかつ時間の無駄となる事象である。
【０００５】
スタートアップ及び通常状態動作中にコイルを冷却するために様々なデバイス及び方法が使用されてきた。例えば、様々な伝導冷却方法が使用されてきた。しかしこれらの伝導冷却方法は効率が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様々な実施形態に従って、超伝導コイルと、該超伝導コイルを支持しておりかつその内部に冷却用流体を貯蔵するためのタンクを画定している少なくとも１つの支持ビームと、を含んだ超伝導コイル支持機構を提供する。本超伝導コイル支持機構はさらに、超伝導コイルに結合されかつ少なくとも１つの支持ビームに接続された複数の冷却チューブであって、冷却用流体をその中を通って転送するように構成された複数の冷却チューブを含む。
【０００７】
別の実施形態では、超伝導マグネット向けの多段冷却機構を提供する。本多段冷却機構は、その内部に冷却用液体を有する複数の液体冷却タンクと、超伝導マグネットのコイルに結合された複数の冷却チューブと、ボイルオフした冷却用液体を再凝縮させるように構成されたコールドヘッドと、を含む。本多段冷却機構はさらに、熱シールドと、複数の冷却チューブの間においてかつ（ｉ）直接コールドヘッドに対してまたは（ｉｉ）熱シールドを介してコールドヘッドに対して接続された流体分割器と、を含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、超伝導マグネットのコイルを冷却するための方法を提供する。本方法は、複数の冷却チューブを超伝導マグネットのコイルに結合させるステップと、その内部に冷却用液体タンクを有しかつ超伝導マグネットのコイルを支持するように構成された少なくとも１つのコイル支持体を形成するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】様々な実施形態に従って形成した超伝導コイルマグネットに対する冷却を備えた一体型巻型の簡略ブロック図である。
【図２】様々な実施形態に従って形成した冷却機構を表した磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムの簡略ブロック図である。
【図３】様々な実施形態に従って形成した冷却機構を表したＭＲＩマグネットシステムの概要図である。
【図４】様々な実施形態に従って形成した冷却を備えた一体型巻型の分解斜視図である。
【図５】様々な実施形態に従って形成した冷却を備えた一体型巻型の斜視図である。
【図６】様々な実施形態に従って形成した冷却チューブを有する単一コイルの斜視図である。
【図７】図５及び６の一体型巻型の断面図である。
【図８】様々な実施形態に従って形成した冷却経路を表した一体型巻型の斜視図である。
【図９】様々な実施形態に従って形成した冷却経路をコイルを除去して表した一体型巻型の斜視図である。
【図１０】様々な実施形態に従って形成した熱シールドを表した一体型巻型の斜視図である。
【図１１】様々な実施形態に従って形成した熱サイホン冷却ループの概要ブロック図である。
【図１２】様々な実施形態に従った熱シールドから気体供給を受けているコールドヘッドを表したブロック図である。
【図１３】様々な実施形態に従って形成した冷却機構をその内部に実現し得るＭＲＩシステムの絵画図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述した要約並びにある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックからなる図を表している場合も、必ずしもこれらの機能ブロックがハードウェア間で分割されることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロックは、単一のハードウェアの形や複数のハードウェアの形で実現させることがある。こうした様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１１】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。
【００１２】
様々な実施形態は、通電中またはその通常状態動作時などにおいて超伝導マグネットを冷却するためのシステム及び方法（特に超伝導マグネットのコイルが発生させる熱の低減）を提供する。実施形態の少なくとも１つを実現することによって、（例えば、ボイルオフ中の）ヘリウムの喪失の恐れ及びそのコストを低減しているより複雑でないマグネット冷却機構が提供される。
【００１３】
様々な実施形態は、超伝導マグネットのコイルを冷却する熱サイホン冷却／熱交換機構を含む。ヘリウム冷却式コイルを有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム向けの超伝導マグネットでは、様々な実施形態における熱サイホン機構はコンベンション及び伝導冷却を用いている。コイル支持構造がさらに、ボイルオフしたヘリウムガスが熱シールドを含むシステムの冷却に使用され、ボイルオフしたヘリウムがさらに液体ヘリウムにまで再凝縮されているような冷却ループの一部として用いられている。
【００１４】
幾つかの実施形態をＭＲＩシステムに関する超伝導マグネットに関連して記載することがあるが、様々な実施形態を超伝導マグネットを有する任意のタイプのシステムに関連して実現できることに留意すべきである。この超伝導マグネットは、別のタイプの医用撮像デバイス、並びに非医用撮像デバイスで実現することもできる。
【００１５】
図１に示すように、様々な実施形態に従って形成した超伝導マグネットを冷却するための冷却機構２０は、コイル支持体２４（例えば、コイル巻型）と連携して設けられた冷却経路２２（例えば、冷却ループ）を含む。コイル支持体２４は、超伝導マグネットの１つまたは複数のコイル２６を支持するような形状及びサイズとしている。コイル支持体２４は例えば、冷却を備えた一体型巻型とすることがある。したがってコイル支持体２４は、１つまたは複数のコイル２６に対する構造的支持（軸方向及び半径方向の力からの支持など）、またさらには１つまたは複数のコイル２６を冷却するための冷却経路を提供する。
【００１６】
様々な実施形態は、２段熱サイホン冷却機構を介して冷却が提供されている図２及び３に示したようなＭＲＩマグネットシステム３０の一部として実現することができる。図面の全体を通じて同じ参照番号は同じ部分を表していることに留意すべきである。
【００１７】
具体的には、マグネットシステム３０のコールドヘッド３２に流体（具体的には、ヘリウム）を転送するために２つの経路が設けられている。この実施形態では、第１段と第２段の間の流体フローを制御するために流体分割器３５が用いられる。流体分割器３５は、ヘリウムリザーバ３４また具体的にはヘリウムリザーバ３４を有する一体型巻型２４の冷却経路２２（図１参照）を熱シールド３６及びコールドヘッド３２に接続している。ヘリウムリザーバ３４は、本明細書に記載したような１つまたは複数の通路３７を有する一体型巻型２４の一部を形成する１つまたは複数のタンク（液体タンクとすることも気体タンクとすることもあり得る）から形成させることがある。本明細書でより詳細に記載するように、熱シールド３６は対流冷却機構を含む。
【００１８】
ＭＲＩマグネットシステム３０の容器３４は液体ヘリウムなどの液体冷媒を保持している。ヘリウムリザーバ３４はさらに、熱シールド３６をその内部及び／またはその間に含む真空容器４４によって囲繞されている。熱シールド３６は例えば、本明細書に記載したような対流冷却を備えた熱隔絶用放射シールドとすることがある。
【００１９】
コールドヘッド３２（様々な実施形態では、クライオクーラとしている）は、コールドヘッドスリーブ４６（例えば、ハウジング）内部で真空容器４４を通って延びている。したがって、真空容器４４内部の真空に悪影響を及ぼすことなくコールドヘッド３２の低温端部をコールドヘッドスリーブ４６の内部に位置決めすることができる。コールドヘッド３２は、１つまたは複数のフランジ及びボルト、あるいは当技術分野で周知の別の手段など適当な任意の手段を用いてコールドヘッドスリーブ４６内部に挿入され（すなわち、受け容れられ）かつ確保される。さらに、真空容器２４の外部にはコールドヘッド２８のモータ４８が設けられる。
【００２０】
コールドヘッドスリーブ４６は、ヘリウムリザーバ３４の内部への開放端部を含む。図３に示すように様々な実施形態におけるコールドヘッド３２は、コールドヘッド３２をコールドヘッドスリーブ４６内部に挿入し受け容れたときに開放端部を通ってヘリウムリザーバ３４内まで延びる部分を有するコールドヘッド３２の下側端部にある再凝縮器５０を含む。再凝縮器５０は、ヘリウムリザーバ３４からボイルオフしたヘリウムガスを再凝縮させる。再凝縮器５０は、１つまたは複数の通路３８、４０及び４２を介してヘリウムリザーバ３４に結合されており、これによりヘリウムリザーバ３４からボイルオフしたヘリウムガスを再凝縮器５０まで転送することを可能にしており、再凝縮器５０は次いで再凝縮したヘリウム液体をヘリウムリザーバ３４に戻すように転送することがある。
【００２１】
ヘリウムリザーバ３４の内部には、様々な実施形態では１つまたは複数のコイル２６から形成した超伝導マグネットとしている超伝導マグネット５２が設けられており、これが本明細書でより詳細に記載するようなＭＲＩシステムの動作時にＭＲＩ画像データを収集するように制御を受ける。さらに、ＭＲＩシステムの動作時に、ＭＲＩマグネットシステム３０のヘリウムリザーバ３４の内部にある液体ヘリウムによって周知のようなコイルアセンブリとして構成し得る超伝導マグネット５２が冷却されている。超伝導マグネット５２は、例えば４．２ケルビン（Ｋ）などの超伝導温度まで冷却させることがある。この冷却過程は再凝縮器５０によりボイルオフしたヘリウムガスを液体まで再凝縮させかつヘリウムリザーバ３４まで戻すことを含むことがある。
【００２２】
具体的に図示したような２段冷却機構について見ると、流体経路３８がコイル支持体２４の冷却経路２２を流体分割器３５と繋いでおり、流体分割器３５は熱シールド３６及び／またはコールドヘッド３２に転送するヘリウム流体の量を制御するように動作可能である。流体分割器３５は、流体分割器３５を熱シールド３６に接続している流体経路４０と流体分割器３５をコールドヘッド３２に接続している流体経路４２とを伴う２つの出力を有するようなマルチチャンネルバルブとすることがある。図３では流体経路３８、４０及び４２は、複数の経路（それぞれ２つの経路として図示）から形成し得ることに留意すべきである。
【００２３】
したがって動作時において、第１段（熱シールド段）と第２段（コールドヘッド３２に至る）との間でヘリウム流体が、２経路冷却機構によって分配されかつその量及び流れが制御されている。したがって第１段では、冷却経路２２からのヘリウムガスが先ず熱シールド３６によって冷却され、次いでコールドヘッド３２によって再凝縮される。第２段では冷却経路２２からのヘリウムガスは、前もって熱シールド３６を通過させることなく直接コールドヘッド３２によって再凝縮されている。
【００２４】
流体分割器３５によって熱シールド３６及び／またはコールドヘッド３２に対して及び／またはこれらの間で転送されるヘリウム流体の量は、希望によりまたは必要に応じて様々とし得ることに留意すべきである。例えば、ヘリウム流体の一部分が熱シールド３６とコールドヘッド３２の両方に導かれる際に、その百分率を等しくすることも等しくしないこともあり、全部を熱シールド３６に導くことも全部をコールドヘッド３２に導くこともある。流体分割器３５の選択動作は、自動で制御されることも手作業で制御されることもある。さらに、熱シールド３６及びコールドヘッド３２に導かれるヘリウム流体の量が動的に調整されることがある。
【００２５】
図４〜６には、様々な実施形態に従って形成した冷却を有する一体型巻型６０を表している。一体型巻型６０は、マグネット５２を形成する複数のコイル２６と熱接続させて設けた複数の冷却チューブ６２を含む。図示した実施形態では、図６（単一コイル２６として図示）により明瞭に示したような複数のコイル２６の各々の周りでかつこれと結合させて冷却チューブ６２が巻き付けられている。冷却チューブ６２は、金属（例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、その他）などの適当な任意の材料から形成されると共に、機械的な留め具（例えば、ボルト）や粘着物質（例えば、熱エポキシ）などの適当な締結手段を用いてコイル２６の外周に結合されることがある。冷却チューブ６２はさらに、別の形状及びサイズを有するように形成させることもある。
【００２６】
冷却チューブ６２はさらに、１つまたは複数のポート６４を含む（例として、流入ポートと流出ポートを図示している）。ポート６４によって冷却チューブ６２を通る流体フローを提供するように、流体が冷却チューブ６２の各々に対して出入りすることが可能となる。ポート６４によってさらに、複数のコイル２６に対応する複数の冷却チューブ６２同士の相互接続が可能となる。
【００２７】
一体型巻型６０はさらに、冷却チューブ６２を備えた複数のコイル２６を結合させる先となる横方向に延びる複数の支持体６６を含む。例えば、コイルアセンブリまたはカートリッジを画定するように離間させた４つの支持体６６を設けることがある。幾つかの実施形態ではその支持体６６は、適当な材料（例えば、金属）から形成した中空のビームであると共に、複数のコイル２６に結合させることがある。例えば図示した実施形態では、支持体のうちの３つ６６ａ〜ｃ（図４参照）を、溝または締め嵌めを用いて複数のコイル２６に結合させることがある。最後の支持体６６ｄは、溶接などによりさらに確実かつ恒久的な取り付けを提供するような別の方式または追加的な方式で複数のコイル２６に結合させることがある。
【００２８】
冷却チューブ６２の各々のポート６４は、液体タンクを画定する支持体６６のうちの１つまたは幾つか（例えば、支持体６６ａ〜ｃ（図５参照））に接続するように構成されることがある。したがって、（液体タンクを画定する）中空の支持体６６ａ、６６ｂ及び６６ｃ内部のキャビティから、冷却チューブ６２を通りさらに（気体タンクを画定する）支持体６６ｄまで戻る流体経路が設けられる。様々な実施形態におけるこれらのタンクを画定する中空の支持体６６ａ〜６６ｄはヘリウムリザーバ３４（図２参照）を画定している。
【００２９】
一体型巻型６０はさらに、チャージャラインや閉鎖冷却系とし得る別の冷却チューブ６８の組を含むことがある。図示した実施形態では冷却チューブ６８は、別の流体を含むことや別の支持体に接続し得る別の冷却システムに接続されている。冷却チューブ６８は、冷却チューブ６２と異なる流体（例えば、液体窒素（ＬＮ2））を循環させる予冷却チューブとして動作させることがあり、またコイル２６の近くまたはこれに隣接するように構成されることがある。
【００３０】
例えば冷却チューブ６２は、本明細書でより詳細に記載するようにＭＲＩシステムからボイルオフしたヘリウムを循環させることがある。冷却チューブ６８（予冷却チューブとし得る）は液体窒素を循環させることがあると共に、これが熱エネルギーを蓄積するため（例えば、冷却チューブ６２を通って流れるヘリウムが熱を吸収し転送する前に複数のコイル２６からの熱を吸収するため）のリザーバとして使用されている。冷却チューブ６２は、熱伝達を向上するための熱バッテリが形成されるように熱容量が高い冷媒で満たすことがある。支持体６６は、その内部に様々な流体または気体を有しかつ様々な冷却チューブに接続された様々なタンクを画定することがあることに留意すべきである。
【００３１】
追加の構造支持部材が設けられることがある。例えば支持ビーム６６の間に、離間された円周方向に延びる複数の支持体７０を接続させることがある。さらに複数のコイル２６に対する整列及び軸方向支持を提供する（例えば、ストッパとして動作する）ような堅固な方式で冷却チューブ６８を形成させることがあることに留意すべきである。
【００３２】
したがってコイル２６を６コイル構成で表している図７に示すように冷却チューブ６２は、コイル２６の外周で粘着物質（例えば、接着剤）を用いて支持ビーム６６に結合させて設けられている。図７はさらに、支持ビーム６６内部のキャビティ７４をより明瞭に表している。
【００３３】
図８及び９に示したように、１つまたは複数の円周方向に延びる冷却チューブ７６（熱シールド３６（図１０参照）の周縁を囲むように延びることがある）によって追加の冷却経路が提供されることがある。冷却チューブ７６はさらに、ヘリウムがその中を通って流れるように支持ビーム６６のうちの１つまたは幾つか（例えば、支持ビーム６６ｂ及び６６ｄ）に接続させることがある。冷却用流体の供給や冷却機構からの冷却用流体の除去のために冷却チューブ７６に対して、供給ポート（例えば、ＬＮ2予冷却ポート）として構成し得るようなポート（図示せず）を接続させることがある。したがって熱シールド３６は、コールドヘッドスリーブ４６の設計が簡略化されると共に熱シールド３６をより薄くし得る対流冷却を用いて動作する。
【００３４】
様々な実施形態は、図１１に示すような熱サイホン冷却機構８０を提供することがある。熱サイホン冷却機構８０は、ヘリウムが支持体６６ａ〜ｃ（液体タンクを画定している）を通りさらにコイル２６の周りで冷却チューブ６２内に入りその中を流れるような熱サイホン冷却ループまたはシステムを規定することがある。熱がそれから除去されると共に液体ヘリウムがヘリウムガスとなり、これが排出される（例えば、クエンチ排出）ことがある。さらにこのヘリウムガスは、第１段を画定する熱シールド３６のうちの１つに対して及び／または第２段を画定する再凝縮器５０に対して直接導かれる。熱シールド３６の冷却／熱シールド３６からの排出も提供される。さらに図示した実施形態においてコールドヘッド３２はコールドヘッドスリーブ４６を含まないことに留意すべきである。
【００３５】
さらに、第１及び第２段のそれぞれに対する流体フローの量を制御する制御器８２が設けられる。制御器８２は、コイル２６の計測温度あるいはＭＲＩシステムの動作条件（例えば、コイル通電や通常状態）に基づくなどにより第１及び第２段のそれぞれまで流れる流体の量を自動的に制御することがある。
【００３６】
ライドスルー条件あるいはコールドヘッド３２のオフ切替えを要する時点では、コールドヘッド３２及びコールドヘッドスリーブ４６によってクライオスタットに対して不用な寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）熱負荷が加えられることがある。したがって様々な実施形態ではその流体分割器３５は、熱シールド３６を横切るようにかつコールドヘッド３２の第２段を介してそのフローを最適に分配させるように制御器８２によって駆動される。
【００３７】
これによりＭＲＩシステム内などにある超伝導マグネット向けの様々な実施形態に従った冷却機構が提供される。この冷却機構は、冷却を備えた一体型巻型、並びに任意選択では熱シールドに対するコンベンション冷却を含む。さらに、２段式の制御可能冷却構成が提供される。
【００３８】
図１２は、熱シールド３６（図２参照）から気体供給（例えば、ボイルオフしたヘリウムガス）を受け取っているコールドヘッド３２を表している。例えばコールドヘッド３２はパルスチューブ冷却器タイプや４Ｋ  Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ（ＧＭ）タイプのコールドヘッドとすることができる。この構成では、熱シールド３６からの交換気体を受け取っているチューブ８４はヘリウムガス予冷却のために効率よく使用することが可能であり、またしたがって液化速度が上昇する。図示したように、熱交換器８６はクライオクーラ機構（再生器チューブ９１を含む）の第１段８８を囲繞しており、また熱交換器９０は熱シールド３６に向かうクライオクーラ機構の第２段９４の再生器チューブ９２を囲繞している。したがって、第１段８８に熱シールド３６からヘリウムガス９６が導入されることがある。次いで伝達されたヘリウムガス９６は、本明細書に記載したような熱の交換によって再凝縮器５０を用いて冷却されることがある。例えば、再生器チューブ９２との熱接触によって、熱が交換されると共に再凝縮器５０によってヘリウムガス９６が再凝縮されることがある。
【００３９】
この様々な実施形態は、ＭＲＩシステム用の超伝導コイルなど様々なタイプの超伝導コイルと連携して実現することができる。例えばこの様々な実施形態は、図１３に示したＭＲＩシステム１００で使用するための超伝導コイルで実現することができる。システム１００について単一モダリティの撮像システムとして図示しているが、この様々な実施形態はマルチモダリティ撮像システム内であるいはこれと一緒に実現し得ることを理解されたい。システム１００はＭＲＩ撮像システムとして図示していると共に、コンピュータ断層（ＣＴ）、陽電子放出断層（ＰＥＴ）、単一光子放出コンピュータ断層（ＳＰＥＣＴ）、並びに超音波システム、あるいは特に人間を対象とした画像の作成が可能な別の任意のシステムなど様々なタイプの医用撮像システムと組み合わせることができる。さらにこの様々な実施形態は人間を対象とした撮像用の医用撮像システムに限定されるものではなく、人間以外の対象物、手荷物、その他の撮像のための獣医学システムや非医用システムを含むことができる。
【００４０】
図１３を参照するとＭＲＩシステム１００は一般に、撮像部分１０２と、プロセッサまたは別のコンピュータ処理デバイスや制御器デバイスを含み得る処理部分１０４と、を含む。ＭＲＩシステム１００はガントリ１０６の内部に、例えば本明細書に記載したような冷却を備えた巻型上に支持されたコイルなどのコイルから形成された超伝導マグネット５２を含む。ヘリウムリザーバ３４（容器とすることやクライオスタットと呼ばれることもある）が超伝導マグネット５２を囲繞すると共に、液体ヘリウムで満たされている。この液体ヘリウムは、超伝導マグネットのコイルを冷却する（本明細書でより詳細に記載したように冷却チューブに液体ヘリウムを提供することを含む）ために使用することができる。ヘリウムリザーバ３４の外側表面と超伝導マグネット５２の内側表面とを囲繞するような断熱体１１２が設けられている。超伝導マグネット５２の内部には複数の磁場傾斜コイル１１４が設けられており、またこの複数の磁場傾斜コイル１１４の内部にはＲＦ送信コイル１１６が設けられている。幾つかの実施形態ではそのＲＦ送信コイル１１６は、送信／受信コイルで置き換えられることがある。ガントリ１０６内部の構成要素は全体として撮像部分１０２を形成している。超伝導マグネット５２を円筒形状としているが、別の形状のマグネットも使用可能であることに留意すべきである。
【００４１】
処理部分１０４は一般に、制御器１１８と、主磁場制御１２０と、傾斜磁場制御１２２と、メモリ１２４と、表示デバイス１２６と、送信受信（Ｔ−Ｒ）スイッチ１２８と、ＲＦ送信器１３０と、受信器１３２と、を含む。
【００４２】
動作時において撮像しようとする患者やファントームなどの対象体を、ボア１３４内で適当な支持体（例えば、患者テーブル）上に配置させる。超伝導マグネット１０８は、ボア１３４を横断する均一で静的な主磁場Ｂ0を生成する。ボア１３４内及び対応する患者内部の電磁場強度は、主磁場制御１２０を介して制御器１１８によって制御されており、主磁場制御１２０はさらに超伝導マグネット５２への付勢用電流の供給も制御している。
【００４３】
超伝導マグネット１０８内部でボア１３４内の磁場Ｂ0に対して直交する３つの方向ｘ、ｙ及びｚのうちの任意の１つまたは幾つかの方向で磁場傾斜を印加できるように、磁場傾斜コイル１１４（１つまたは複数の傾斜コイル素子を含む）が設けられている。磁場傾斜コイル１１４は、傾斜磁場制御１２２により付勢される共に、さらに制御器１１８により制御を受けている。
【００４４】
複数のコイルを含み得るＲＦ送信コイル１１６は、磁気パルスを送信するように、かつ／またはＲＦ受信コイルとして構成された表面コイルなどの受信コイル素子も設けられている場合に任意選択で同時に患者からのＭＲ信号を検出するように配列されている。ＲＦ受信コイルは、例えば単独の受信表面コイルなど任意のタイプの構成とすることができる。受信表面コイルはＲＦ送信コイル１１６の内部に設けられたＲＦコイルからなるアレイとすることがある。
【００４５】
ＲＦ送信コイル１１６及び受信表面コイルは、Ｔ−Ｒスイッチ１２８によってＲＦ送信器１３０と受信器１３２のそれぞれの１つに選択可能に相互接続させている。ＲＦ送信器１３０及びＴ−Ｒスイッチ１２８は、ＲＦ送信器１３０によってＲＦ磁場パルスまたは信号を発生させると共に、これを患者に選択的に印加し患者内に磁気共鳴を励起させるように制御器１１８によって制御されている。ＲＦ励起パルスが患者に加えられている間に、さらに受信表面コイルを受信器１３２から切断するようにＴ−Ｒスイッチ１２８を作動させている。
【００４６】
ＲＦパルスの印加に続いてＴ−Ｒスイッチ１２８を再度作動させ、ＲＦ送信コイル１１６をＲＦ送信器１３０から切断しかつ受信表面コイルを受信器１３２に接続させている。受信表面コイルは、患者内の励起した原子核に由来するＭＲ信号を検出または検知するように動作すると共に、このＭＲ信号を受信器１３２に伝送している。検出したこれらのＭＲ信号は一方、制御器１１８に伝送される。制御器１１８は、例えば患者の画像を表す信号を生成するためのＭＲ信号の処理を制御するプロセッサ（例えば、画像再構成プロセッサ）を含む。
【００４７】
画像を表すこの処理済み信号はまた、画像の視覚的表示を提供するために表示デバイス１２６に送られる。具体的にはＭＲ信号は観察可能な画像が得られるようにフーリエ変換を受けるｋ空間を満たすまたはこれを形成している。画像を表すこの処理済み信号は次いで表示デバイス１２６に送られる。
【００４８】
上の記述は例示の意図であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を様々な実施形態の教示に適応させるようにその趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが様々な実施形態のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく単なる例示である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。様々な実施形態の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
【００４９】
この記載では、様々な実施形態（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む様々な実施形態の実施を可能にするために例を使用している。この様々な実施形態の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、その例が本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、その例が本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００５０】
２０  マグネット冷却機構
２２  冷却経路
２４  コイル支持体、一体型巻型
２６  コイル
２８  コールドヘッド
３０  ＭＲＩマグネットシステム
３２  コールドヘッド
３４  ヘリウムリザーバ
３５  流体分割器
３６  熱シールド
３８  流体経路
４０  流体経路
４２  流体経路
４４  真空容器
４６  コールドヘッドスリーブ
４８  モータ
５０  再凝縮器
５２  超伝導マグネット
６０  一体型巻型
６２  冷却チューブ
６４  ポート
６６  支持体
６８  冷却チューブ
７０  支持体
７４  キャビティ
７６  冷却チューブ
８４  チューブ
８６  熱交換器
８８  第１段
９０  熱交換器
９１  クライオクーラ機構
９２  再生器チューブ
９４  第２段
９６  ヘリウムガス
１００  ＭＲＩシステム
１０２  撮像部分
１０４  処理部分
１０６  ガントリ
１０８  超伝導マグネット
１１２  断熱体
１１４  磁場傾斜コイル
１１６  ＲＦ送信コイル
１１８  制御器
１２０  主磁場制御
１２２  傾斜磁場制御
１２４  メモリ
１２６  表示デバイス
１２８  送信受信（Ｔ−Ｒ）スイッチ
１３０  ＲＦ送信器
１３２  受信器
１３４  ボア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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