(57)【要約】【課題】  組立調整時に冷媒容器の取付位置を真空容器の外部から調整できる超電導磁石装置、およびそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を得る。【解決手段】  所定の空間９を挟み対向して配置され一対の真空容器１１，１５と、その内部に配置され冷媒容器１２，１６と、その内部に冷媒と共に収容され空間９内に均一静磁場空間領域１０を発生させる主磁石１４，１８と、冷媒容器１２，１６を内包して外部からの熱侵入を阻止する熱シールド１３，１７と、両真空容器１１，１５を連結し支持する連結支持部３とを備えた超電導磁石装置であって、冷媒容器１２，１６を真空容器１１，１５に支持する支持部材３４に、真空状態で真空容器１１，１５の外部から支持寸法の調整が可能な位置調整手段を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間を挟み対向して配置された一対の真空容器と、上記真空容器の内部に上記真空容器の内壁から離隔して配置された冷媒容器と、上記冷媒容器の内部に冷媒と共に収容され超電導特性を有する材料からなり上記所定の空間内に均一静磁場空間領域を形成させる主磁石と、上記真空容器と上記冷媒容器との間に配置され外部からの熱侵入を阻止する熱シールドと、上記両真空容器を連結し支持する連結支持部とを備えた超電導磁石装置において、上記冷媒容器を上記真空容器に支持する支持部材に、上記真空容器内を真空にした状態で上記真空容器の外部から支持寸法の調整が可能な位置調整手段を設けたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１記載の超電導磁石装置において、上記支持部材を上記熱シールドに熱的に連結したことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の超電導磁石装置において、上記位置調整手段は、上記真空容器の外部から寸法調整が可能な調整ボルトと、上記真空容器の内部を外気から真空遮断するためのベローズとを有することを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の超電導磁石装置において、上記位置調整手段は、上記真空容器の外部から寸法調整が可能な調整ボルトを有し、上記真空容器の内部を外気から真空遮断するために、Ｏリングを介して摺動可能なスライド部を上記調整ボルトに設けたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置において、上記位置調整手段を有する支持部材は、上記冷媒容器の相対位置を水平方向に調整できる位置に設けたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項６】
超電導磁石装置と、上記均一静磁場空間領域を挟み対向して配置した一対の傾斜磁場発生装置および一対の高周波磁場発生装置とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、上記超電導磁石装置は請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超電導磁石装置を用いたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体の画像診断に利用されるＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置（通称「磁気共鳴イメージング装置」）に使用される超電導磁石装置、および磁気共鳴イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置は、磁石装置の形状により大別して円筒形と、一対の磁石部の間に球状の均一静磁場空間領域を形成する対向形とがあり、近年では、被検者に対する開放性や診断関係者の診断時の立ち回り等の利便性に優れた対向形が主流になりつつある。この対向形の磁気共鳴イメージング装置における計測空間である球状の均一静磁場空間領域の磁界強度は、一般的には１００００ガウス前後であり、その許容誤差は通常は数ｐｐｍである。なお、対向形の磁気共鳴イメージング装置の大きさや重さは、例えば、高さ３ｍ前後、平面における最大長２ｍ前後、重さ４０トン前後である。
【０００３】
前述のような対向形の磁気共鳴イメージング装置においては、球状の均一静磁場空間領域に磁界強度の均一性を確保するためには、一対の磁石装置間の距離を正確に保つことが重要である。磁石装置として超電導磁石装置を用いた場合は、真空容器の中に冷媒容器が配置され、冷媒容器の中に超電導コイルからなる主磁石が収納されて構成されているが、この冷媒容器を真空容器に固定する従来の技術として、例えば、超電導磁石装置の計測空間を挟んで上下に配置された超電導コイルを収容する上下の冷却容器（冷媒容器に同じ）が、上下の真空容器内に複数の支持部材によって支持され、かつ冷却容器全体としての重心を基準にして、各支持部材の前後、左右、上下方向の座標とばね定数との積の和がそれぞれ０となるように各支持部材が支持されている超電導磁石装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５９４６６号公報（第２頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の超電導磁石装置は以上のように構成されているので、冷却容器の支持系の支持剛性のバランスがとれ、上下の冷却容器は外部加振に対しほぼ同じ振動をするので、運転時に振動が加わっても計測空間の磁場はほとんど変化しないという効果はあるが、冷却容器は真空容器に固定支持されているので、現地での組立試験調整時において均一静磁場空間領域の磁場均一度を調整する際に、上下の冷却容器すなわち上下の超電導コイルの相対位置関係を真空容器の外部から調整することはできなかった。超電導コイルの相対位置のミリ単位のずれが均一静磁場空間領域の位置や磁場均一度に影響する。また、例えば、製作時に工場内で正確に調整されていても、現地に搬入して設置した場合、現地の設置環境、すなわち設置場所近傍の鉄体（例えば床面の鉄筋等）の影響で均一静磁場空間領域の中心がずれたり、均一度が乱れたりする場合がある。このため、磁場調整として、対向する真空容器の表面近傍に磁性体シム（取り外し可能な鉄片）を多数取り付けて調整する方法がとられており、この調整に多大の時間と労力を費やしているという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、組立調整時に冷媒容器の取付位置を真空容器の外部から調整できる超電導磁石装置、およびそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる超電導磁石装置は、所定の空間を挟み対向して配置された一対の真空容器と、真空容器の内部に真空容器の内壁から離隔して配置された冷媒容器と、冷媒容器の内部に冷媒と共に収容され超電導特性を有する材料からなり前記空間内に均一静磁場空間領域を形成させる主磁石と、真空容器と冷媒容器との間に配置され外部からの熱侵入を阻止する熱シールドと、両真空容器を連結し支持する連結支持部とを備えた超電導磁石装置において、冷媒容器を真空容器に支持する支持部材に、真空容器内を真空にした状態で真空容器の外部から支持寸法の調整が可能な位置調整手段を設けたものである。
【０００８】
また、この発明に係わる磁気共鳴イメージング装置は、超電導磁石装置と、均一静磁場空間領域を挟み対向して配置した一対の傾斜磁場発生装置および一対の高周波磁場発生装置とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、超電導磁石装置として上記の超電導磁石装置を用いたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の超電導磁石装置によれば、冷媒容器を真空容器に支持する支持部材に、真空容器内を真空にした状態で真空容器の外部から支持寸法の調整が可能な位置調整手段を設けたので、組立調整時に冷媒容器の取付位置を真空容器の外部から調整できるため、均一静磁場空間領域の磁場調整が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図３により説明する。図１は対向形の磁気共鳴イメージング装置全体の主要部の構成の一例を示す平面図、図２は図１のII−II線における断面を矢印方向に見た断面図、図３は図２の要部の詳細断面図である。
【００１１】
磁気共鳴イメージング装置は、まず全体の外観を説明すると、上下（または左右）方向に対向して配置され外観が円柱状をした第１のクライオスタット（極低温断熱容器）部１および第２のクライオスタット部２とこれら両クライオスタット部１，２を連結する連結支持部３とで主に構成される超電導磁石装置と、両クライオスタット部１，２の対向面側にそれぞれ設けた、後述の傾斜磁場コイル４，５および高周波コイル６，７とで、主に構成されている。
【００１２】
第１のクライオスタッ卜部１と第２のクライオスタット部２とは、図示のように軸線８の同軸上に配設され、両者の対向面間には所定の空間９が、連結支持部３によって保持されている。なお、空間９に、被検者の画像診断に必要な球状の均一静磁場空間領域１０が存在する。
【００１３】
第１のクライオスタット部１は、内部を真空断熱するための、円筒状をした非磁性金属製の真空容器１１と、この真空容器１１の内壁から離隔して配設され、極低温を維持するための液体ヘリウム（Ｈｅ）等の冷媒を収容するための、高熱伝導性材料からなる冷媒容器１２と、この冷媒容器１２と真空容器１１との間に冷媒容器１２および真空容器１１から離隔して冷媒容器１２を包囲するように配設され、真空容器１１から冷媒容器１２ヘの幅射熱を遮る熱シールド１３と、冷媒容器１２の内部に冷媒に浸漬されて収容され、超電導特性を有する材料からなり空間９内に一方向の均一な静磁場を発生さて均一静磁場空間領域１０を形成する主磁石１４とで、主として構成されている。なお、熱シールド１２は、後述の冷凍機に接続されて、通常、外側が７０Ｋ（ケルビン）内側が２０Ｋ程度の温度に保たれた２層の熱シールド層で構成されているが、図では代表して１層のみを示している。
【００１４】
同様に、第２のクライオスタット部２も、真空容器１５と、この真空容器１５内に配設された冷媒容器１６と、真空容器１５と冷媒容器１６との間に配設された熱シールド１７と、冷媒容器１６に内蔵された主磁石１８とで、主に構成されている。
【００１５】
一対の冷媒容器１２，１６は冷媒容器接続管１９により接続され、また、一対の真空容器１１，１５は、冷媒容器接続管を内包して設けられた真空容器接続管２０により接続されている。冷媒容器接続管１９と真空容器接続管２０との間には、一対の熱シールド１３，１７に熱的に繋がった接続管熱シールド２１が設けられている。
【００１６】
第１のクライオスタット部１と第２のクライオスタット部２とを連結支持する連結支持部３は、両クライオスタット部１，２を支持固定すると共に上記の真空接続管２０を内包し保護する垂直方向の連結柱部３ａと、第２のクライオスタット部２を支持し磁気シールドの機能を持つ鋼鈑製の支持部３ｂとを有している。また、図示していないが、両クライオスタット部１，２の周辺には主磁石１４，１８によって発生した磁束によって装置の外部に広がる漏洩磁場を低減するために、強磁性体からなる磁気シールドやシールドコイル等が配置されている。また、冷媒容器１２，１６および熱シールド１３，１７を極低温に冷却するための冷凍機２２が、連結支持部３の上部に設置されている。
なお、図では両クライオスタット部１，２を１本の垂直方向の連結柱部３ａで支持した場合を示しているが、連結柱部３ａは２本以上としても良い。以上が超電導磁石装置である。
【００１７】
更に、ＭＲＩ装置としての機能を発揮するためには、均一静磁場空間領域１０を挟んで対向して、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生装置としての傾斜磁場コイル４，５や、磁気共鳴を起こさせ共鳴の結果生体から発せられる信号を受信する高周波磁場発生装置としての高周波コイル６，７等が配置され、また、超電導磁石装置の外部には、被検者を寝載して均一静磁場空間領域に挿入するテーブル装置、超電導磁石装置や各コイルに電力を供給する電源装置、ＭＲＩ装置全体を制御する制御装置、被検者から得たＭＲ信号に基づきＭＲ画像を生成する画像装置等が付加される。
【００１８】
次に、本実施の形態の発明の特徴部である冷媒容器の支持部の構成について、図３を参照しながら説明する。図３はクライオスタット部１側の真空容器１１に冷媒容器１２を支持した場合を示している。冷媒容器１２は真空容器１１に複数の支持部材で支持されている。前述のように、冷媒容器１２は極低温に維持することが必要なため、真空容器１１内に収容されて外部からの熱が侵入しないように真空断熱されているが、支持部材からの伝導による伝熱も無視できない。そこで、伝熱を少しでも抑制するため、支持部材の本数や断面積、材質、寸法等が考慮されている。
【００１９】
図３において、冷媒容器１２側の支持部には、支持部の伝熱距離を長くするために、有底円筒状の取付部材２３を設けている。その底面に、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂等の低熱伝導率の材料からなる支持棒２４の一端を固定している。支持棒２４の他端側には雌ねじを設けている。一方、真空容器１１側の支持部には取付座２５を設け、この取付座２５に、中央部にねじ穴加工した取り付けカバー２６をＯリング２７を介しボルト２８によって取り付けている。取付カバー２６のねじ穴に調整ボルト２９の大径ねじ部をねじ込み、その先端側の一段径が細くなった小径ねじ部（ねじ方向は同じ）を支持棒２４に設けた雌ねじに螺合させている。調整ボルト２９の大径ねじ部と小径ねじ部を異なるねじピッチとしているので、調整ボルト２９を回せばねじピッチ差分だけ支持棒２４が上下方向に移動する。調整ボルト２９の頭部と取付カバー２６との間にはロックナット３０を挿入している。また、支持棒２４にはベローズ３１の一端を気密に固定しており、ベローズ３１の他端には取付部３１ａを設けて、この取付部３１ａを取付カバー２６にＯリング３２を介しビス３３によって気密に固定する。
上記２３〜３３で支持部材３４を構成し、２４，２９〜３３で位置調整手段３５を構成している。
【００２０】
また、支持棒２４の温度を極低温に維持するため、支持棒２４を熱シールド１３に高熱伝導性材料からなるたわみ導体３６で熱的に接続しサーマルアンカー３７としている。なお、熱シールド１３は、前述のように通常２層で構成されているが、図では１層のみを示している。
【００２１】
ＭＲＩ装置において、超電導磁石装置によって形成される均一静磁場空間領域１０は、ミリ単位の正確な位置調整が必要であり、工場組立調整時および現地組立調整時にはこの位置調整に多大の時間と労力を費やしている。一対のクライオスタット部１，２に対する均一静磁場空間領域１０の相対位置や磁場の均一度の調整は、通常、両クライオスタット部１，２の対向面近傍に配置した図示しない磁性体シム（磁性体の小片）によって行われている。すなわち、着脱可能な磁性体シムをクライオスタット部１，２の対向面近傍に多数配置しその位置や個数を調整することによって、磁場の均一度や相対位置を調整している。この磁性体シムによる調整の煩わしさを軽減するため、本実施の形態による発明では、均一静磁場空間領域１０の相対位置を冷媒容器１２，１６の位置移動（すなわち冷媒容器内に配設した主磁石の位置移動）によって実現するものである。
【００２２】
次に支持部材３４の寸法調整方法について説明する。支持部材３４は図３のように組み立てられており、真空容器１１は所定の真空度まで真空引きされ、冷媒容器１２はヘリウム等の冷媒が封入されて内部に収納した主磁石１４を超電導温度以下に冷却している。位置調整手段３５に設けたベローズ３１によって真空容器１１内部は外部から真空遮断されている。
寸法調整作業に先立ち、均一磁場空間測定器具等によって均一磁場空間を測定し、その測定データから計算機シミュレーション等により冷媒容器１２の移動方向と移動量を計算する。その計算結果により寸法調整を開始するが、先ず、ロックナット３０を緩め、次に調整ボルト２９を回転させて所定量だけ上または下に移動する。このとき、複数の支持箇所にある支持部材の寸法調整を並行して作業し、位置が確定すればロックナット３０を締める。所定の均一磁場空間が得られるように、必要に応じてこれらの作業を繰り返し実施する。
【００２３】
なお、図３は支持部材および位置調整手段の構成の一例を示すもので、調整ボルトによる調整とベローズによる真空維持を行う構成であれば、細部の構成は図３に限定するものではなく、類似の別の構成にしても良い。例えば、図で大径ねじ部と小径ねじ部のいずれか片側を逆ねじにすれば、調整ボルト２９を回転させることにより、同方向ねじの場合より大きく支持棒２４側（すなわち冷媒容器１２）が上下移動する。またこの場合は、両方のねじ径およびねじピッチを同じにしても良い。
【００２４】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、冷媒容器を真空容器に支持する支持部材に、真空容器内を真空にした状態で真空容器の外部から支持寸法の調整が可能な位置調整手段を設けたので、組立調整時に冷媒容器の相対位置を真空容器の外部から調整できる。このため、均一静磁場空間領域の磁場調整において、シム調整の作業が軽減され、均一磁場調整を容易に行うことができる。
【００２５】
また、支持部材を熱シールドに連結して冷却しているので、支持部材を伝導して冷媒容器への熱が侵入するのを抑制することができる。
【００２６】
更に、支持部材の寸法調整手段に設けたベローズによって、真空容器の内部を外気から真空遮断しているので、確実に外気の侵入を遮断して冷媒容器の相対位置の調整を行うことができる。
【００２７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による超電導磁石装置の冷媒容器の支持部の詳細断面図である。ＭＲＩ装置の全体の構成は、実施の形態１で説明した図１および図２と同等なので、詳細な説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。実施の形態１と相違する部分は、冷媒容器１２を真空容器１１へ支持する支持部材の構造である。図４において、１１〜１３，２３，２４，３６，３７は図３と同等なので符号の説明は省略する。
【００２８】
本実施の形態による調整ボルト３８は、先端部に支持棒２４の雌ねじ部に係合する雄ねじが加工されており、中央部に先端部の雄ねじ部より大径の、機械加工されたスライド部３８ａを設け、頭部側にはそのスライド部３８ａより大径の雄ねじ部（ねじ方向は同じ）を設けている。大径ねじ部のねじピッチを小径ねじ部のねじピッチより大きくしているので、調整ボルト３８を回転させればねじピッチ差分だけ支持棒２４が上下方向に移動するようになっている。真空容器１１に設けた取付座３９には中央に調整ボルト３８のスライド部３８ａが貫通する貫通穴を設け、Ｏリング４０を挿着している。取付座３９を塞ぐ取付カバー４１の中央部には調整ボルト３８の大径ねじ部が螺合するねじ穴が設けられており、ボルト４２によって取付座３９に締め付けられている。図のように調整ボルト３８は真空容器１１の外部から挿入できるようになっており、スライド部３８ａにおいてＯリング４０によって気密が保たれている。調整ボルト３８の頭部と取付カバー４１との間にはロックナット４３が挿入されている。
上記２３，２４，３８〜４３で支持部材４４を構成し、２４，３８，４０，４３で位置調整手段４５を構成している。
【００２９】
真空容器１１内を真空にした状態で冷媒容器１２の取付寸法を調整するときは、ロックナット４３を緩め調整ボルト３８を回転させて上または下に移動させる。これにより、大径ねじ部と小径ねじ部とのねじピッチの差分だけ冷媒容器１２が上下方向に移動する。移動量と移動方向は、実施の形態１と同様に、均一静磁場空間領域の磁場を測定し、その結果から計算機シミュレーション等により決定する。移動調整後にロックナット４３を強固に締め付けて固定する。
【００３０】
なお、図４は支持部材および位置調整手段の構成の一例を示すもので、調整ボルトによる調整と、その調整ボルトに設けたスライド部とＯリングとにより真空維持を行う構成であれば、細部の構成は図４に限定するものではなく、類似の別の構成にしても良い。例えば、大径ねじ部と小径ねじ部の片方を逆ねじにすれば、調整ボルトの少しの回転で、同方向のねじの場合に比べ冷媒容器の移動を大きくすることができる。
【００３１】
本実施の形態の発明によれば、冷媒容器の真空容器への支持部材に位置調整手段を設け、位置調整手段である調整ボルトのスライド部とＯリングとによって真空容器の内部を外部から真空遮断するようにしたので、実施の形態１に比べて簡単な構成により組立調整時に確実に外気の侵入を遮断して、冷媒容器の相対位置を真空容器の外部から調整することができ、これにより磁場調整を容易に行うことができる。
【００３２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による超電導磁石装置のうち、上部クライオスタット部の側面断面図である。ＭＲＩ装置の全体の構成は、実施の形態１で説明した図１および図２とほぼ同等なので、同等部分の説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。なお、図２と同等部分は同一符号で示している。本実施の形態では、位置調整手段をもつ支持部材を、真空容器１１の側面に設けたものである。
【００３３】
図示のように、真空容器１１の側面に、寸法調整手段を有する水平支持部材４６を設け、上面にはメインの支持部である垂直支持部材４７を設けている。水平支持部材４６の詳細な構造は、実施の形態１で説明した図３，または実施の形態２で説明した図４の支持部材、またはそれらの変形例と同等なので説明は省略する。垂直支持部材４７は冷媒容器１２の荷重の大半を支持できるものであればその構造は問わない。
【００３４】
寸法の調整は、実施の形態１と同様に、計算機シミュレーション等により得た移動方向と移動量に従って、調整ボルトを回転させて、調整後にロックナットを強固に締結し固定する。
なお、水平支持部材４６の取付本数や取付位置は図に限定するものではなく、真空容器の周方向に複数箇所設けても良い。
【００３５】
本実施の形態の発明によれば、位置調整手段を有する支持部材を真空容器の側面に設け、真空引き状態で冷媒容器の相対位置を水平方向に調整できるようにしたので、均一静磁場空間領域の磁場調整が容易となる。
【００３６】
なお、上記では位置調整手段を有する支持部材を真空容器の側面のみに設けた場合について説明したが、垂直支持部材４７も実施の形態１または２と同様な支持部材としても良い。そうすれば、調整範囲の自由度が増し、より容易に均一静磁場空間の磁場調整が可能となる。
また、図５はクライオスタット部を上下方向に対向配置した場合について説明したが、左右方向に対向配置した場合は、水平方向の支持部材を水平支持部材とする。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
一対の超電導磁石装置の間に球状の均一静磁場空間領域を形成する対向形の磁気共鳴イメージング装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１による磁気共鳴イメージング装置の主要部の構成の一例を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線における断面を矢印方向に見た断面図である。
【図３】図２の要部の詳細断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による超電導磁石装置の要部の詳細断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による超電導磁石装置の上部クライオスタット部の側面断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
３  連結支持部                          ４，５  傾斜磁場コイル
６，７  高周波コイル                    ９  空間
１０  均一静磁場空間領域                １１，１５  真空容器
１２，１６  冷媒容器                    １３，１７  熱シールド
１４，１８  主磁石                      ２９，３８  調整ボルト
３１  ベローズ                          ３４，４４  支持部材
３５，４５  位置調整手段                ３８ａ  スライド部
４０  Ｏリング                          ４６  水平支持部材。
【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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