(57)【要約】【課題】超伝導マグネットデバイスを冷却するための冷却システム及び方法を提供すること。【解決手段】超伝導マグネットコイルを冷却するための冷却システム及び方法を提供する。超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステムの１つは、少なくとも１つのコイル支持シェルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブと、を有する冷却システムを含む。本マグネットシステムはさらに、閉循環冷却系を形成するように複数の冷却用チューブと流体結合させた冷媒冷凍機システムを含む。【選択図】図１
2014517702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのコイル支持シェルと、
前記少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、
前記少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブと、
前記複数の冷却用チューブと流体結合させた閉循環冷却系を形成する冷媒冷凍機システムと、
を備える超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステム。
【請求項２】
前記冷媒冷凍機システムは非ベント式システムを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項３】
前記冷媒冷凍機システムは通常のボイルオフベントレベルより高いベント圧を有するベントを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項４】
前記冷媒冷凍機システムは少なくとも１つのヘリウムガスタンクを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項５】
前記ヘリウムガスタンクは約３０気圧（ａｔｍ）において約３００リットル未満のヘリウムガスを貯蔵する、請求項４に記載のマグネットシステム。
【請求項６】
前記ヘリウムガスタンクはトロイダル形状であると共に前記少なくとも１つのコイル支持シェルを囲繞する、請求項４に記載のマグネットシステム。
【請求項７】
前記冷媒冷凍機システムは少なくとも１つの液体ヘリウムタンクを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項８】
前記液体ヘリウムタンクは約１０リットルの液体ヘリウムを貯蔵する、請求項７に記載のマグネットシステム。
【請求項９】
前記液体ヘリウムタンクはハーメチック封止したインレットポートを備える、請求項７に記載のマグネットシステム。
【請求項１０】
さらに、予冷却チューブをそれと熱的に結合させて有する熱シールドを備える請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１１】
前記予冷却チューブは液体窒素を包含する、請求項１０に記載のマグネットシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのコイル支持シェルは熱伝導性の円筒状金属シェルを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのコイル支持シェルは、複数の超伝導コイルを受け容れるように構成された複数の放射状ステップを備えたマグネットコイル支持を備えており、該複数の超伝導コイルのうちの幾つかは異なるサイズである、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１４】
さらに、少なくとも１つの追加の非主（ｎｏｎ−ｍａｉｎ）マグネットコイルを備える請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１５】
さらにバッキングコイルを備えており、前記複数の超伝導コイルは主マグネットを含むと共に、前記主マグネットコイルと該バッキングコイルは円筒状の支持シェルによって同軸性に整列されかつ各々支持されている、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１６】
さらに、前記円筒状の支持シェルを結合させている補強輪を備える請求項１５に記載のマグネットシステム。
【請求項１７】
前記複数の超伝導コイルはモールドコイルとエポキシ付きコイルのうちの一方を備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１８】
前記冷媒冷凍機システムは再凝縮器を有するクライオクーラを備える、請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項１９】
さらに、前記複数の冷却用チューブに接続させた蒸気帰還マニホールドを備える請求項１に記載のマグネットシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、
コイル支持シェルと熱的に結合されると共に冷媒冷凍システムの第２段を形成している複数の冷却用チューブと、
冷媒冷凍システムの第１段と熱的に結合させた熱シールドと、
前記複数の冷却用チューブに接続させたハーメチック封止した液体ヘリウムタンク及びヘリウムガスタンクと、
を備える超伝導マグネットデバイス用マグネットシステム。
【請求項２１】
前記熱シールドと熱的に結合させる複数の冷却用チューブはその内部に液体窒素を有する予冷却チューブであり、かつ前記少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブはその内部に液体ヘリウムを有する、請求項２０に記載のマグネットシステム。
【請求項２２】
さらに、コイル支持シェル上に支持されておりかつ少なくとも１つのコイル支持シェル上に支持された複数の超伝導マグネットコイルと同軸性に整列させたバッキングコイルを備える請求項２０に記載のマグネットシステム。
【請求項２３】
少なくとも１つのコイル支持シェルと、
前記少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、
前記少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブと、
前記複数の冷却用チューブと流体結合させた非ベント式冷媒冷凍機システムと、
を備える超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステム。
【請求項２４】
前記非ベント式冷媒冷凍機システムはハーメチック封止のインレットポートを有する少なくとも１つの液体ヘリウムタンクを備える、請求項２３に記載のマグネットシステム。
【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デバイスに関し、またより具体的には超伝導マグネット（特に、電気的機械、磁気記憶及び磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内のもの）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、マグネットデバイスを形成する超伝導コイル）は、ヘリウム容器を用いて冷媒冷却されるのが典型的である。これら従来のマグネットデバイスにおける超伝導コイルは、液体ヘリウム（Ｈｅ）浴内で冷却されており、液体Ｈｅ内にそのコイルが浸漬されるようにしている。この冷却機構では、数千リットルの液体Ｈｅを包含するような極めて大きな高圧力容器の使用が必要である。こうして得られる構造は製造費用が高いだけでなく、重量も大きい。多くの状況において、マグネットデバイスをその上に配置させる床の補強が必要であるのみならず、典型的なエレベータではＭＲＩシステムなどこうしたマグネットデバイスの重量の支持が不可能であるためマグネットデバイスの据え付けにクレーンの利用が必要となる。さらに、液体ヘリウムの送達やサービス提供を利用できないような多くの地域（例えば、サービスの十分でない区域や未開発な区域）が存在する。したがって、従来のマグネットデバイスはこれらの箇所に据え付けることが不可能である。
【０００３】
さらに、これらのシステム内にある液体Ｈｅはクエンチ事象の際など時にボイルオフを起こし、マグネットコイルが浸漬されている冷媒浴からボイルオフしたヘリウムが抜け出す可能性がある。クエンチが起きるたびに続いてマグネットに対する再充填及び再ランピングがあり、これには費用及び時間がかかる。さらに、従来の超伝導マグネットデバイスでは、マグネットクエンチ後にボイルオフしたヘリウムなどの気体をベント用配管を通じてベントさせるために外部ベントシステムが必要である。ベント用配管は据え付けが困難であり、またある種の状況では据え付けが不可能である。したがって追加のコストが生じており、またある種の状況では、ヘリウムベントにおいて環境や規制上の懸念が伴う可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、マグネットデバイス向けの従来の冷却機構では特殊な据え付け要件に繋がり、ある種の区域ではこれらのシステムの据え付けが不可能となり、また維持コストの上昇に繋がる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
少なくとも１つのコイル支持シェルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブと、を含んだ様々な実施形態に従った超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステムを提供する。本マグネットシステムはさらに、閉循環冷却系を形成する複数の冷却用チューブと流体結合させた冷媒冷凍機システムを含む。
【０００６】
別の実施形態では、それに熱的に結合されると共に冷媒冷凍システムの第２段を形成している複数の冷却用チューブを有する少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルを含むような超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステムを提供する。本マグネットシステムはさらに、冷媒冷凍システムの第１段と熱的に結合させた熱シールドを含む。マグネットシステムはさらに、ハーメチック封止した液体ヘリウムタンクと複数の冷却用チューブに接続させたヘリウムガスタンクとを含む。
【０００７】
さらに別の実施形態では、少なくとも１つのコイル支持シェルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルによって支持された複数の超伝導マグネットコイルと、該少なくとも１つのコイル支持シェルと熱的に結合させた複数の冷却用チューブと、を含んだ超伝導マグネットデバイス用のマグネットシステムを提供する。本マグネットシステムはさらに、複数の冷却用チューブと流体結合させた非ベント式冷媒冷凍機システムを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムの冷却機構を表したブロック図である。
【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側面概略図である。
【図４】一実施形態に従って形成したコイル支持シェルの側面図である。
【図５】様々な実施形態に従った超伝導コイルを熱サイフォン冷却系を用いて冷却する方法の流れ図である。
【図６】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システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、これらの機能ブロックのうちの１つまたは幾つかは、単一のハードウェアの形で実現することや、複数のハードウェアの形で実現することができる。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。さらに、様々な図面におけるシステムブロックは配列や構成を変更することができる。
【００１０】
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こうした構成要素を追加的に含むことがある。
【００１１】
様々な実施形態により超伝導マグネットを冷却するため（具体的には、超伝導マグネットのコイルにおいてその電源切断、付勢または定常動作時に転送される熱を減少させるため）のシステム及び方法を提供する。例えば様々な実施形態により、電気的機械、磁気記憶及び／または磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム向けの超伝導マグネットの冷却など、超伝導マグネットデバイスに対して冷却が提供される。本実施形態のうちの少なくとも１つの実施によれば、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットなどの超伝導マグネットを冷却するために必要となる液体ヘリウム（Ｈｅ）が少なくなり、これによりＭＲＩシステムの重量が軽減されまたこれらのシステムの据え付け要件が緩和される。さらに、少なくとも１つの実施形態の実施によって失われる可能性があるＨｅの量が削減される。
【００１２】
様々な実施形態は一般に、ＭＲＩシステムの超伝導コイルなどの超伝導コイルを含む超伝導マグネットデバイスを冷却するための冷却システム（２段系とすることがある）を含む。この冷却システムは、様々な実施形態では閉ループ系としたヘリウム熱サイフォンシステムを用いて冷却を提供する冷媒冷凍機を含む。したがって幾つかの実施形態では非ベント式の（または、極高圧設定のベントによる）冷媒冷凍機構を提供する。様々な実施形態ではさらに、ハーメチック封止の液体ヘリウムタンクを含むようにし、これによりマグネットデバイスを冷却用流体で満たした後にその内部を空気や気体が通過するのを防止するために様々な実施形態において冷却用流体ポートの位置に気密封止が設けられているようなマグネットシステムも提供する。
【００１３】
様々な実施形態についてＭＲＩシステム向けの超伝導マグネットに関連して説明することがあるが、この様々な実施形態は任意のタイプの超伝導マグネットデバイスなど超伝導マグネットを有する任意のタイプのシステムに接続して実現し得ることに留意すべきである。この超伝導マグネットはさらに、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も実現することができる。
【００１４】
図１は、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の簡略図である。様々な実施形態では冷却機構２０は、冷却用チューブ２２や適当な別の冷却経路（冷媒冷凍機を用いて冷却された冷却用チューブ２２の内部をＨｅ循環させている）を含むヘリウム熱サイフォンシステムとして構成されている。冷却用チューブ２２は、ＭＲＩマグネットコイル（図示した実施形態ではＭＲＩシステムの主モールド（ｍｏｌｄｅｄ）コイル２６である）の位置を支持または維持している１つまたは複数のコイル支持シェル２４と熱的に結合されている。例えば主モールドコイル２６は、シュリンクフィットさせて１つまたは複数のコイル支持シェル２４（円筒状の金属コイル支持シェルとし得る）の内部にボンディングさせ、これによりこれらの間に熱接触を提供することがある。例えばエポキシ付きコイルなど別のタイプのコイル２６を設けることがある。
【００１５】
これらの様々な実施形態は、２段冷却機構を介して冷却が提供される図２のブロック図に示したような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。図面全体を通じて同じ番号が同じ部分を表していることに留意すべきである。図２は全体として、冷却用流体経路及び２段冷却機構を表している。
【００１６】
コイル支持シェル２４は、熱伝導性材料（例えば、アルミニウム）から形成されており、これによりマグネットコイル２６の位置の維持またはその支持を行うコールドマス支持構造が提供される。冷却用チューブ２２は、適当な任意の金属（例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、その他）から形成されることがあり、該冷却用チューブ２２は複数の液体Ｈｅ貯蔵タンクから形成させることがある液体Ｈｅ貯蔵システム３２と流体連通している。液体Ｈｅ貯蔵システム３２は、ＭＲＩマグネットシステム３０のマグネットコイル２６を冷却するための閉ループ冷却系で用いられる液体Ｈｅを包含している。冷却用チューブ２２と液体Ｈｅ貯蔵システム３２の間の流体連通は、１つまたは複数の流体通路３４（例えば、流体チューブ、コンジット、その他）を介して提供することがある。したがって液体Ｈｅ貯蔵システム３２は、マグネットコイル２６を冷却するために冷却用チューブ２２を通って流れる液体Ｈｅを提供する。
【００１７】
様々な実施形態では、液体冷媒（例えば、液体Ｈｅ）を冷却機構２０内に提供するためにインレットポートを設けている。図２に表したように一実施形態では、冷媒インレットポート３３を液体ヘリウム貯蔵システム３２の一部として設けている。冷媒インレットポート３３は、閉ループ冷却系が得られるようにハーメチック封止構成を提供しており、マグネットデバイスを冷却用流体（例えば、液体Ｈｅ）で満たした後の空気や気体のその中の通過が気密封止によって防止（あるいは、大幅に制限）される。例えば気密封止によって酸素、湿気、湿度及び／または外部の不純物の封止した閉ループ冷却機構への侵入が防止されると共に、系からの冷却剤の放出も防止される。しかし、任意のタイプの適当な封止機構を代替として設けることもできる。図示した実施形態の冷却機構２０は、ベントを含まない。しかし幾つかの実施形態では任意選択で、例えば従来のベントと比べてかなり高い非常に高いベント圧レベルを有するベント３５を用いるなどベントを備け、例えば、通常のベントシステムに対する圧力レベルより高い圧力レベルでボイルオフしたヘリウムに対するベントだけが生じるようにすることがある。例えば幾つかの実施形態ではベント３５は、システムによる喪失障害への対処が可能な最高圧力（あるいは、その事前定義のレンジ域内）でベントを提供できるように構成されている。しかしベント３５を含む実施形態では、システム要件、規制要件、その他に基づくような別の圧力レベルを提供することがある。したがって幾つかの実施形態では、冷媒冷凍機システムは通常のボイルオフベントレベルまたは通常のクエンチ事象ベントレベルより高いベント圧を有するベント３５を含む。
【００１８】
冷却用チューブ２２はさらに、蒸気帰還マニホールド４４と流体連通しており、また蒸気帰還マニホールド４４は再凝縮器４２を通してＨｅガス貯蔵システム３６と流体連通している。Ｈｅガス貯蔵システム３６（１つまたは複数のＨｅガス貯蔵タンク（例えば、トロイダル形状の２つのタンク）から形成させることがある）は、マグネットコイル２６からの熱を除去する冷却用チューブ２２からのＨｅ蒸気として受け取るＨｅガスを包含すると共に、閉ループ冷却系の一部を形成する。再凝縮器４２とＨｅガス貯蔵システム３６の間の流体連通は１つまたは複数の通路３８を通じて提供することがある。
【００１９】
Ｈｅガス貯蔵システム３６は再凝縮器４２を含む冷媒冷凍機４０と流体連通しており、この流体連通は１つまたは複数の流体通路３８を通じて提供することがある。様々な実施形態ではその再凝縮器４２は、マグネットコイル２６及びコイル支持シェル２４を極低温まで冷却するための自由対流循環ループを形成するように動作するＨｅガス貯蔵システム３６からＨｅガスを引き出すと共に、１つまたは複数の通路４５を通じて液体Ｈｅ貯蔵システム３２を液体Ｈｅで満たしている。様々な実施形態ではその液体Ｈｅ貯蔵システム３２は、約８〜１０リットルの液体Ｈｅを含む。液体Ｈｅ貯蔵システム３２内の液体Ｈｅは、サービスの間など冷媒冷凍機４０の電源中断時またはシャットダウン時の（例えば、１０〜１２時間にわたる）マグネットコイル２６に対する冷却の提供のために用いることがある。
【００２０】
コールドヘッドや適当な別のクライオクーラとし得る冷媒冷凍機４０は、様々な実施形態のＭＲＩマグネットシステム３０及び冷却用構成要素をその内部に包含する真空容器４６を通過して延びている。冷媒冷凍機４０は、スリーブまたはハウジング（図示せず）の内部を延びることがある。したがって、冷媒冷凍機４０の低温端部は、真空容器４６内部の真空に悪影響を生じることなくスリーブの内部に位置決めすることができる。冷媒冷凍機４０は、１つまたは複数のフランジ及びボルト、あるいは適当な別の手段など適当な任意の手段を用いてスリーブ内部に挿入され（または、受け容れられ）かつ確保されている。さらに、真空容器４６の外部に冷媒冷凍機４０のモータ４８が設けられている。
【００２１】
図２に示したように様々な実施形態の冷媒冷凍機４０は、冷媒冷凍機４０の下側端部にＨｅガス貯蔵システム３６と並列に蒸気帰還マニホールド４４から受け取ったボイルオフしたヘリウムガスを再凝縮させる再凝縮器４２を含む。再凝縮器４２は、ボイルオフしたヘリウムガスのＨｅガス貯蔵システム３６から液体Ｈｅ貯蔵システム３２への転送に対応している。
【００２２】
様々な実施形態ではモールドコイルとしたマグネットコイル２６は、ＭＲＩ画像データの収集のために本明細書でより詳細に記載したようなＭＲＩシステムの動作中に制御を受ける主超伝導マグネット５０を形成している。ＭＲＩシステムの動作中にはさらに、液体Ｈｅが超伝導マグネット５０を冷却している。超伝導マグネット５０は、例えば４．２ケルビン（Ｋ）などの超伝導温度まで冷却されることがある。この冷却過程には、本明細書に記載したような再凝縮器４２によってボイルオフしたヘリウムガスを液体にまで再凝縮させ液体Ｈｅ貯蔵システム３２まで戻すことを含むことがある。
【００２３】
様々な実施形態はさらに熱シールド５２を備えており、熱シールド５２はＨｅガス貯蔵システム３６と熱的に接触させることがある。様々な実施形態では、そのＭＲＩマグネットシステム３０及び様々な実施形態の冷却用構成要素を、その内部及び／またはその間に熱シールド５２を含んだ真空容器４６（例えば、スチール製の真空容器）の内部に設けている。熱シールド５２は複数の冷却用チューブ５４（例えば、予冷却チューブ）と熱的に結合させており、このチューブ５４は様々な実施形態では冷却用チューブ２２と異なっており、また冷却用チューブ２２と流体連通していない。例えば冷却用チューブ２２はＨｅを用いて冷却を提供しており、また冷却用チューブ５４は液体窒素（ＬＮ2）を用いて冷却または予冷却を提供することがある。したがって、冷却用チューブ５４に関する熱シールド５２は、対流冷却を備えた断熱輻射シールドとして動作させることができる。
【００２４】
様々な実施形態では、多段冷却機構（図では２段冷却機構とした）を設けている。具体的には熱シールド５２に関する冷却は、ＭＲＩシステムを据え付けて最初にオンにしたときなどに予冷却を提供し得るようにＬＮ2を用いて例えば約７７Ｋと８０Ｋの間の温度で第１段の冷却を提供することがある。第２段の冷却はＨｅ冷却を用いて提供しており、また定常動作時及び／または電源喪失状態中に冷却を提供し、約４．２Ｋの動作温度を提供するような「ライドスルー（ｒｉｄｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）」モードに対応することがある。したがって、様々な実施形態におけるマグネットコイル２６を冷却するための冷却機構は冷凍機タイプ方式で動作し、またさらに電源断状態中のＨｅのボイル（例えば、５〜１０時間の電源断）に対応しており、これによりさらにＭＲＩシステムをマグネットクエンチ前に断にすることが可能となる。
【００２５】
ＭＲＩマグネットシステム３０の一構成を図３に示している。様々な実施形態ではそのＭＲＩマグネットシステム３０は、本明細書でより詳細に記載したような冷媒冷凍を提供する低冷媒（ｌｏｗ  ｃｒｙｏｇｅｎ）ＭＲＩマグネット機構である。この実施形態ではＭＲＩマグネットシステム３０は、高熱伝導率の円筒状シェル（コイル支持シェル２４及びコイル支持シェル５８）の内部に支持された共軸性の超伝導主コイル２６とバッキングコイル５６から形成されると共に、ヘリウム熱サイフォンシステムを通じて冷媒冷凍機４０によって冷却を受ける超伝導ＭＲＩマグネット５０を含む。したがって様々な実施形態では、その各々が異なるコイル支持シェル２４と５８のそれぞれの上に支持されている超伝導主コイル２６とバッキングコイル５６の間に放射状の空間が存在している。様々な実施形態ではそのコイル支持シェル２４及びコイル支持シェル５８を、金属から形成するなどした円筒状のシェルとして形成しており、この際にコイル支持シェル２４の外面に対して冷却用チューブ２２を熱的に結合（例えば、ボンディング）させている。例えば支持シェル２４とコイル支持シェル５８は、その内部に１つのボアが画定された円周性に延びる中実の金属壁である。
【００２６】
様々な実施形態ではその超伝導コイル２６及び／または５６は、エポキシ樹脂でモールドされている。例えばこのモールドしたコイルは、湿潤エポキシを巻き付けると共に自己支持型構造を形成するように硬化させることがある。次いで超伝導コイル２６及び／または５６は、コイル支持シェル２４と５８のそれぞれに対して（例えば、アルミニウムから形成し得るコイル支持シェル２４と５８の外面に対して）ボンディングさせることがある。形成させる超伝導コイル２６及び／または５６は、対象（例えば、患者）の撮像のために用いられる貫通するボア６０をその内部に画定するようなサイズとしている。例えば視野域（ＦＯＶ）６２は、本明細書により詳細に記載したような対象のある具体的な部分を撮像できるように規定される。
【００２７】
ヘリウム熱サイフォン機構は、コイル支持シェル２４及び／または５８に熱的に取り付けられた複数の冷却用チューブ２２と、冷媒冷凍機４０に熱的に取り付けられた再凝縮器４２と、Ｈｅ貯蔵容器（液体Ｈｅ貯蔵システム３２及びＨｅガス貯蔵システム３６を形成するタンクとして図示）と、をこれらすべてをマグネット真空容器４６内部に包含して有する蒸気器システムを含むことが理解できよう。超伝導モールドコイル２６及び５６は、幾つかの実施形態では良好な熱接触を提供するように円筒状の支持シェル２４及び５８のそれぞれの内部でシュリンクフィット及びボンディングを受ける。
【００２８】
様々な実施形態ではその主コイル支持シェル２４は、図４に示したように複数の放射状ステップ６４（例えば、一連の逓昇ステップ）を有しており、これにより主コイル支持シェル２４の中心の近傍またはこれに向かってより小さいコイル２６から始め、サイズを大きくしながら主コイル支持シェル２４の終端に向かってより大きなコイル２６へと（主コイル支持シェル２４の内部に（例えば、ボンディングによって）コイル２６を確保して）軸方向にコイル２６を順次組み上げることが可能である。様々な実施形態のバッキングコイル支持シェル５８は、超伝導マグネット５０の中間面の近傍で単一のバッキングコイル５６または一対のバッキングコイル５６を支持または収容するように形成されている。バッキングコイル支持シェル５８は支持部材によって主コイル支持シェル２４に接続されている、これをディスク６６を補強するための離散的構成要素とし得る補強ガスケット６８を有するディスク６６（例えば、補強輪）として図示している。
【００２９】
様々な実施形態のヘリウム熱サイフォンシステムは、約２００〜約３００リットルのＨｅガスを包含するＨｅガス貯蔵システム３６を含んでおり、この量は必要なまたは所望の冷却量に基づいて変化する。様々な実施形態ではそのＨｅガス貯蔵システム３６は、３０気圧（ａｔｍ）で２６０リットル未満のＨｅガスを提供する。さらに液体Ｈｅ貯蔵システム３２は、約１０リットル（または、１０リットル未満）〜約４０リットルの液体Ｈｅを含んでおり、また液体Ｈｅ貯蔵システム３２は再凝縮器４２から液体Ｈｅを受け取ると共にコールドマス支持構造（すなわち、コイル支持シェル２４及び／または５８）に結合させた冷却用チューブ２２に液体Ｈｅを供給している。
【００３０】
マニホールド４４は冷却用チューブ２２から蒸気Ｈｅ（Ｈｅガス）を受け取り、このＨｅガスを再凝縮器４２に戻している。様々な実施形態ではそのＨｅガス貯蔵システム３６は最初に、周囲温度で３０〜４０ａｔｍのＨｅガスで満たされている。動作時に冷媒冷凍機４０をオンにすると、再凝縮器４２は、Ｈｅガス貯蔵システム３６からＨｅを引き出すと共に、コイル２６及び５６並びに支持マス（コイル支持シェル２４及び／または５８）の温度を極低温まで低下させかつ液体Ｈｅ貯蔵システム３２を約８〜１０リットルの液体Ｈｅで満たしている自由対流循環ループを確立させる。動作時において液体Ｈｅ貯蔵システム３２内の液体Ｈｅは、例えば電源中断時や冷媒冷凍機４０のシャットダウン中（サービスのためなど）に最長１０〜１２時間にわたってマグネット５０に冷却を提供するために用いられる。様々な実施形態では、熱サイフォンシステムがオンになると、システムは自身を冷却し、これにより自由対流循環システムが形成される。
【００３１】
ＭＲＩマグネットシステム３０はさらに、コイル２６及び５６に電力供給するための電源リード７２を受け容れているサービスボックス７０、並びに本明細書に記載したようなＭＲＩマグネットシステム３０の別の構成要素を含むことに留意すべきである。
【００３２】
したがって様々な実施形態では、４．２Ｋの温度で動作可能な高熱伝導率の円筒状シェルにより伝導性に冷却されると共に構造的に支持されたモールド型超伝導コイルを有するＭＲＩマグネットシステムを提供している。さらに様々な実施形態では、超伝導マグネットで用いられるのが一般的である大型の液体Ｈｅ貯蔵容器が排除されること並びにコイル支持構成要素がアルミニウムから製作されることによってマグネット重量が軽減される。様々な実施形態では、冷媒に対する追加やサービス作業が不要であり、また全体のシステム重量が約２０００ポンド〜２５００ポンドとなる。
【００３３】
さらに、超伝導マグネット向けの熱サイフォン冷却系も提供する。２段冷却系による冷却は、例えば図５に表した方法８０に示したようにして実行されることがある。方法８０は、熱サイフォン冷却系にＨｅガスを充填しタンクを満たすことを含む。例えばＨｅ貯蔵タンクは、最初に周囲温度で３０〜４０ａｔｍのＨｅガスを充填することがある。任意選択ではその予冷却チューブ５４を液体窒素（ＬＮ2）でフラッシュして事実上これにより満たし、これにより超伝導コイルを最初に冷却する速度を増大させることがある。初期冷却の後は、ＬＮ2を系から除去する（排出する）ことがある。
【００３４】
その後であるいは同時に、ステップ８６で冷媒冷凍機をオンにし、再凝縮器によって貯蔵タンクからＨｅを引き出させかつコイル及び支持マスを極低温まで温度低下させる自由対流冷却循環ループを確立する。液体Ｈｅ貯蔵タンクは、例えば電源中断時またはシステムのシャットダウン時における超伝導マグネットに対する冷却の提供に用いる液体Ｈｅで満たされている。
【００３５】
超伝導コイルは次いで、対象のＭＲＩ画像の収集などのためにステップ８８で電力供給を受けることがある。例えば、適当なＭＲＩ撮像磁場を発生させるように冷却された超伝導コイルが電力供給を受けることがある。
【００３６】
これら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接続して実現することができる。例えばこれらの様々な実施形態は図６に示したＭＲＩシステム１００で用いられる超伝導コイルによって実現することができる。システム１００を単一モダリティ撮像システムとして図示しているが、これらの様々な実施形態はマルチモダリティ撮像システム内あるいはこれによって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おり、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、あるいは人の画像などの画像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。さらにこれらの様々な実施形態は、人を対象とした撮像のための医用撮像システムに限定されるものではなく、人以外の対象、手荷物、その他を撮像するための獣医学や非医用のシステムを含むことができる。
【００３７】
図６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受けるモールドコイルなどのコイルから形成した超伝導マグネット５０を含む。冷却用チューブ２２を通じて１つまたは複数のＨｅタンク３２及び／または３６が液体Ｈｅを提供する（これらすべては、図１〜３に表している）。超伝導マグネット５０をコイル支持シェル２４が囲繞しており、このコイル支持シェル２４は冷却用チューブ２２と熱的に結合させている。この液体ヘリウムは超伝導マグネット５０のコイルの冷却のために用いられており、これには本明細書でより詳細に説明するような冷却用チューブ２２への液体ヘリウムの提供を含む。コイル支持シェル２４の外側表面と超伝導マグネット５０の内側表面とを囲繞するように断熱体１１２を設けることがある。超伝導マグネット５０の内部に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５０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。
【００３８】
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。
【００３９】
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５０への付勢用電流の供給も制御している。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
上の記述は例示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ある。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）。
【００４６】
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】
【００４７】
２０  冷却機構
２２  冷却用チューブ
２４  コイル支持シェル
２６  マグネットコイル
３０  ＭＲＩマグネットシステム
３２  液体Ｈｅ貯蔵システム
３３  冷媒インレットポート
３４  流体通路
３５  ベント
３６  Ｈｅガス貯蔵システム
４０  冷媒冷凍機
４２  再凝縮器
４４  蒸気帰還マニホールド
４５  通路
４６  真空容器
４８  モータ
５０  超伝導マグネット
５２  熱シールド
５４  冷却用チューブ
５６  バッキングコイル
５８  コイル支持シェル
６２  視野域
６４  放射状ステップ
６６  ディスク、補強輪
６８  補強ガスケット
７０  サービスボックス
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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