(57)【要約】【課題】ＭＲＩシステムにおける冷媒消費を低減する。【解決手段】第１の供給ライン１６は、冷却する第１の冷媒冷却用流体２０をマグネット・アセンブリ１２まで連通させ、第１の帰還ライン１８は、第１の冷媒冷却用流体が該マグネット・アセンブリから出るように連通させている。ブロワー・アセンブリ２２は、第１の供給ラインと第１の帰還ラインの間にこれらと連通して位置決めされている。再生式熱交換器３６は、ブロワー・アセンブリとマグネット・アセンブリの間に位置決めされ、第１の供給ラインから第１の帰還ラインまで熱エネルギー２９を転送している。第２の供給ライン２８は、再生式熱交換器とマグネット・アセンブリの間に位置決めされた予冷却器アセンブリ２４を通るように第２の冷媒流体２６を搬送している。予冷却器アセンブリは第１の供給ラインから第２の供給ラインまで熱エネルギーを転送している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネット・アセンブリ（１２）と、
第１の冷媒冷却用流体（２０）と、
前記マグネット・アセンブリ（１２）と連通している、前記第１の冷媒冷却用流体（２０）を前記マグネット・アセンブリ（１２）まで搬送するための第１の供給ライン（１６）と、
前記マグネット・アセンブリ（１２）と連通している、前記マグネット・アセンブリ（１２）から出た前記第１の冷媒冷却用流体（２０）を搬送するための第１の帰還ライン（１８）と、
前記第１の供給ライン（１６）と前記第１の帰還ライン（１８）の間にあってこれらと連通するように位置決めされたブロワー・アセンブリ（２２）と、
前記第１の供給ライン（１６）及び前記第１の帰還ライン（１８）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から前記第１の帰還ライン（１８）まで熱エネルギーを転送しており、前記ブロワー・アセンブリ（２２）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされている再生式熱交換器（３６）と、
第２の冷媒流体（２６）を搬送している第２の供給ライン（２８）と、
前記再生式熱交換器（３６）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされており、前記第１の供給ライン（１６）及び前記第２の供給ライン（２８）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から前記第２の供給ライン（２８）まで熱エネルギーを転送している予冷却器アセンブリ（２４）と、
を備えるＭＲＩシステム（１０）。
【請求項２】
前記第１の供給ライン（１６）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から熱エネルギーを逃がすように転送している最終冷却器熱交換器（３８）をさらに備える請求項１に記載のＭＲＩシステム（１０）。
【請求項３】
前記再生式熱交換器（３６）は、前記第１の帰還ライン（１８）を通って移動している前記第１の冷媒冷却用流体（２０）が実質的に室温で前記再生式熱交換器（３６）から出るように構成されている、請求項１に記載のＭＲＩシステム（１０）。
【請求項４】
前記最終冷却器熱交換器（３６）は前記ブロワー・アセンブリ（２２）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされている、請求項２に記載のＭＲＩシステム（１０）。
【請求項５】
ＭＲＩマグネット・アセンブリ（１２）と一緒に使用するためのＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）であって、
第１の冷媒冷却用流体（２０）と、
前記マグネット・アセンブリ（１２）と連通しており、前記第１の冷媒冷却用流体（２０）を前記マグネット・アセンブリ（１２）まで搬送するための第１の供給ライン（１６）と、
前記マグネット・アセンブリ（１２）と連通しており、前記マグネット・アセンブリ（１２）から出た前記第１の冷媒冷却用流体（２０）を搬送するための第１の帰還ライン（１８）と、
前記第１の供給ライン（１６）と前記第１の帰還ライン（１８）の間にあってこれらと連通するように位置決めされたブロワー・アセンブリ（２２）と、
前記ブロワー・アセンブリ（２２）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされており、前記第１の供給ライン（１６）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から室温環境まで熱エネルギーを転送している最終冷却器熱交換器（３８）と、
第２の冷媒流体（２６）を搬送している第２の供給ライン（２８）と、
前記再生式熱交換器（３６）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされており、前記第１の供給ライン（１６）及び前記第２の供給ライン（２８）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から前記第２の供給ライン（２８）まで熱エネルギーを転送している予冷却器アセンブリ（２４）と、
を備えるＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）。
【請求項６】
前記第１の供給ライン（１６）及び前記第１の帰還ライン（１８）と連通しており、前記第１の供給ライン（１６）から前記第１の帰還ライン（１８）まで熱エネルギーを転送しており、前記ブロワー・アセンブリ（２２）と前記マグネット・アセンブリ（１２）の間に位置決めされている再生式熱交換器（３６）をさらに備える請求項５に記載のＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）。
【請求項７】
前記第１の帰還ライン（１８）と連通しており、前記再生式熱交換器（３６）と前記ブロワー・アセンブリ（２２）の間に位置決めされている補給気体サプライ（３４）をさらに備える請求項５に記載のＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）。
【請求項８】
前記再生式熱交換器（３６）は、前記第１の帰還ライン（１８）を通って移動している前記第１の冷媒冷却用流体（２０）が実質的に室温で前記再生式熱交換器（３６）から出るように構成されている請求項５に記載のＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）。
【請求項９】
前記最終冷却器熱交換器（３８）は前記第１の供給ライン（１６）から室温環境（４０）内に熱エネルギーを転送している請求項５に記載のＭＲＩ冷却アセンブリ（１４）。
【請求項１０】
ＭＲＩマグネット（１２）を冷却する方法であって、
ブロワー・アセンブリ（２２）を用いてＭＲＩマグネット（１２）を通過させて第１の冷媒（２０）を循環させる工程であって、前記ブロワー・アセンブリ（２２）は第１の供給ライン（１６）を用いて前記第１の冷媒（２０）をＭＲＩマグネット（１２）に供給しており、前記ブロワー（２２）は第１の帰還ライン（１８）を用いてＭＲＩマグネット（１２）から前記第１の冷媒（２０）を受け取っているような循環工程と、
前記第１の帰還ライン（１８）が前記ブロワー・アセンブリ（２２）に入る前に、前記第１の供給ライン（１６）から前記第１の帰還ライン（１８）まで熱エネルギーを転送させる工程と、
前記第１の供給ライン（１６）と熱的連絡している第２の冷媒（２６）を利用して、前記第１の冷媒（２０）がＭＲＩマグネット（１２）に入る直前に前記第１の供給ライン（１６）内の前記第１の冷媒（２０）を予冷却する工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、さらに詳細には、ＭＲＩシステムにおける冷媒消費を低減するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、患者に関する詳細画像、１次元画像、２次元画像及び３次元画像を取得するためのよく知られた医学的手技であって、核磁気共鳴（ＮＭＲ）の手法を使用している。ＭＲＩは、軟部組織の描出によく適しており、また疾病の病状や内部の損傷を診断するために主に使用される。
【０００３】
典型的なＭＲＩシステムは、強力で均一な磁場を患者または患者の一部分の周りに発生させることが可能な超伝導マグネットと、送信器及び受信器コイルを含むと共に患者の一部分を囲繞するか該一部分上に入射している無線周波数（ＲＦ）送信器／受信器システムと、患者の一部分を同じく囲繞している傾斜コイル・システムと、受信器コイルから信号を受信してこの信号を処理し視覚的イメージなどの解釈可能なデータにしているコンピュータ処理／イメージング・システムと、を含んでいる。
【０００４】
超伝導マグネットは傾斜コイル・アセンブリと連携して使用されており、この傾斜コイル・アセンブリは、ＭＲＩデータの収集シーケンス中に主磁場内に制御された傾斜のシーケンスを生成させるように時間的パルス制御を受けている。超伝導主マグネットは均一な磁場を発生させているため、空間特性はその磁場に曝されている空間内の場所によって異なることがなく、したがって、その磁場強度に空間的（並びに、時間的）変動を生じさせるための補助的手段を導入しないと、空間情報（特に画像に関連する空間情報）はここからはまったく抽出することができない。この機能は、上述の傾斜コイル・アセンブリによって満足させることができ、また空間情報が一般にエンコードを受けるのはこの傾斜磁場を操作する手段によってである。
【０００５】
超伝導マグネットは、極めて低い温度下で動作する。この温度は液体ヘリウムなどの冷媒（ｃｒｙｏｇｅｎ）の使用を通じて実現するのが一般的である。適正な効率を提供するには多くの場合、この冷媒を低い温度下で貯蔵しかつ配給しなければならない。しかし、液体ヘリウムなどの冷媒は潤沢ではなく、したがってＭＲＩシステムの動作コストに多大な影響を及ぼす可能性がある。さらに、液体ヘリウムが室温のマグネットに曝されると液体ヘリウムが沸騰し、これによってＭＲＩシステムの動作性能及び効率にマイナスの影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
室温から、液体ヘリウムの最終的な動作温度に近い温度であるある中間的な温度までＭＲマグネットの構成要素を冷却することによって、冷媒ベースのＭＲＩシステムの経済性及び効率が改善される可能性があることが知られている。ＭＲマグネットの構成要素に対する予冷却（ｐｒｅ−ｃｏｏｌｉｎｇ）は、低コストで容易に入手可能な冷媒材料によって実現することが好ましい。既存の予冷却設計は、冷却剤／冷媒をより多く消費するような熱力学的に非効率な動作となっている。これによって、液体ヘリウム系のコスト部分が強調される。さらに、この非効率性によって、望ましくない凝縮物／着氷の発生を生ずる可能性がある。こうなると、ブロワー軸受けの凍結や溶着を生じる可能性がある。軸受けの凍結の影響を最小限にするために、このブロワーや軸受けを設計し直すことがある。しかしこのためには、特殊なブロワーを使用することが必要となり、ＭＲＩシステムの初期コストとメンテナンス及び交換用ブロワーのコストとの両方が増加することになる。
【特許文献１】米国特許第６，５６０，９６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、冷却効率を改善させかつ冷媒消費を低下させたＭＲＩ冷却アセンブリがあることが極めて望ましい。さらに、高価で特殊なブロワー・アセンブリを必要とせずに実現が可能であるようなＭＲＩ冷却アセンブリがあることが極めて望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様ではＭＲＩシステムを提供する。本ＭＲＩシステムはマグネット・アセンブリを含んでいる。このマグネット・アセンブリを冷却するためには、第１の冷媒冷却用流体が利用されている。第１の供給ラインは、この第１の冷媒冷却用流体をマグネット・アセンブリまで連通させている。第１の帰還ラインは、この第１の冷媒冷却用流体が該マグネット・アセンブリから出るように連通させている。ブロワー・アセンブリは、第１の供給ラインと第１の帰還ラインの間にこれらと連通して位置決めされている。再生式熱交換器は、第１の供給ライン及び第１の帰還ラインと連通させた状態としている。再生式熱交換器は、第１の供給ラインから第１の帰還ラインまで熱エネルギーを転送している。再生式熱交換器は、ブロワー・アセンブリとマグネット・アセンブリの間に位置決めされている。第２の供給ラインは、予冷却器アセンブリを通るように第２の冷媒流体を搬送している。予冷却器アセンブリは、再生式熱交換器とマグネット・アセンブリの間に位置決めされている。予冷却器アセンブリは第１の供給ラインから第２の供給ラインまで熱エネルギーを転送している。
【０００９】
本発明自体並びに付随する利点は、添付の図に関連して取り上げている以下の詳細な説明を参照することによって最良に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に関するより完全な理解を得るために、ここで、添付の図にさらに詳細に図示すると共に以下に本発明の単に一例として記載している実施形態を参照することにする。
【００１１】
ここで図１を参照すると、本発明によるＭＲＩシステム１０の概要図を表している。本発明は、広範な磁気共鳴イメージング設計内に実現することが可能であり、記載したこれら特定の実施形態に限定すべきでないことが企図される。ＭＲＩシステム１０はマグネット・アセンブリ１２を含むことが企図される。マグネット・アセンブリ１２の使用については、医学的イメージングの分野ではよく知られている。多種多様なマグネット・アセンブリ１２が企図されるが、実施の一形態では、超伝導式のマグネット・アセンブリ１２を使用するように企図している。
【００１２】
マグネット・アセンブリ１２は、最適な動作性能を得るためにある特定の温度幅を維持することが必要である。このため、本発明はさらに、ＭＲＩ冷却アセンブリ１４を含んでいる。ＭＲＩ冷却アセンブリは、マグネット・アセンブリ１２と連通する第１の供給ライン１６及び第１の帰還ライン１８を含んでいる。第１の供給ライン１６及び第１の帰還ライン１８は、第１の冷媒冷却用流体２０をマグネット・アセンブリ１２に搬送し、かつこのマグネット・アセンブリ１２からの第１の冷媒冷却用流体２０を搬送している。第１の供給ライン１６及び第１の帰還ライン１８は、この目的に適した多種多様な構成で形成させることができることを理解すべきである。同様に、多種多様な第１の冷媒冷却用流体２０が企図されるが、実施の一形態では第１の冷媒冷却用流体２０としてヘリウム流体／気体を利用している。
【００１３】
ブロワー／コンプレッサ・アセンブリ２２は、マグネット・アセンブリ１２の反対側で第１の供給ライン１６と第１の帰還ライン１８の間に位置決めされている。ブロワー・アセンブリ２２は、ＭＲＩ冷却アセンブリ１４の全体にわたって第１の冷媒冷却用流体２０を移動させる役割をしている。ＭＲＩ冷却アセンブリ１４を通過させてヘリウム／第１の冷媒２０を圧縮及び移動させることによって、予冷却動作の間にマグネット・アセンブリ１２の温度を低下させることができる。しかし、こうしたシステムを単独で動作させている熱非効率性のためにＭＲＩ冷却アセンブリ１４の設計に影響が及ぶことがある。したがって、本発明はさらに予冷却器アセンブリ２４を含んでいる。
【００１４】
予冷却器アセンブリ２４は、第１の供給ライン１６を介して第１の冷媒冷却用流体２０と熱的に連絡している。予冷却器アセンブリ２４は、マグネット・アセンブリ１２の直ぐ近傍に位置決めすることが好ましい。直ぐ近傍に（ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）という表現は、この後で記載する熱交換器と比べてフローの近接性に関してマグネット・アセンブリ１２により近いと規定されるように意図したものである。予冷却器アセンブリ２４は、多種多様な方式で構成させることができる。実施の一形態は、第２の供給ライン２８を通って流れる第２の冷媒流体２６の使用を企図している。予冷却器アセンブリ２４はこの第２の供給ライン２８を第１の供給ライン１６と熱的連絡して配置させており、これにより第１の供給ライン１６からの熱エネルギー２９が第２の供給ライン２８内に引き込まれるようにしている。これによって、マグネット・アセンブリ１２に入る前に第１の冷媒２０の温度を低下させている。またこれによって、ＭＲＩ冷却アセンブリ１４の効率が改善される。
【００１５】
第２の冷媒流体２６は多種多様な方式で提供することが可能であるが、実施の一形態は、第２の供給ライン２８と連通しているような、圧縮された冷媒の供給源３０を使用するように企図している。この圧縮を受けている第２の冷媒２６は、第１の冷媒２０の予冷却を制御するために、第２の供給ライン２８内に制御式で放出させることができる。この実施形態では、圧縮冷媒供給源３０と反対側の位置に第２の供給ライン２８と連通させてベント（ｖｅｎｔ）３２を配置させることがある。このベント３２は、第２の冷媒２６を大気中に逃がすことができるようするために利用される。このベント３２は、その動作環境の大きさに応じて、第２の冷媒２６を外気中に逃がすようにして位置決めすることが望ましい。第２の冷媒２６は多種多様な材料から構成させることがあるが、実施の一形態では液体窒素を使用するように企図している。これによって比較的安価な冷却剤を利用することが可能となり、一方より高価な冷媒は第１の冷媒２０のフロー経路の比較的閉じたループ系の内部に保護しておくことができる。第１の冷媒２０のフローは閉ループと見なすことができるが、通常の動作中に第１の冷媒２０の損失が企図されることを理解すべきである。このため、本発明はさらに、第１の冷媒２０の損失を補充するために、第１の帰還ライン１８と連通する補給気体サプライ３４を含むことができる。
【００１６】
予冷却器アセンブリ２４を使用することに基づく懸念は、マグネット・アセンブリ１２からブロワー・アセンブリ２２まで帰還させる第１の冷媒２０の温度が低いことに由来している。本発明は、第１の供給ライン１６と第１の帰還ライン１８の両方と連通する再生式熱交換器３６を含めることによってこの問題に対処している。再生式熱交換器３６はマグネット・アセンブリ１２とブロワー・アセンブリ２２の間に位置決めされている。再生式熱交換器３６では、第１の供給ライン１６から第１の帰還ライン１８内に熱エネルギー２９を転送できるように、第１の供給ライン１６を第１の帰還ライン１８と熱的連絡させて配置している。この方式では、供給ライン１６内に包含されている熱エネルギー２９を利用して、ブロワー・アセンブリ２２内に入る第１の冷媒２０の温度を上昇させることができる。これによって、第１の冷媒２０がブロワー・アセンブリ２２の軸受けを凍結または溶着させるのを防止している。第１の帰還ライン１８を通って流れる第１の冷媒２０は室温か室温に近い温度で再生式熱交換器３６から出ることが好ましい。これによってありふれた低コストの室温ブロワー・アセンブリ２２の使用が可能となる。「室温ブロワー・アセンブリ」という語は、摂氏５〜５０度の間の温度で動作するように設計されたある範囲のブロワー・アセンブリを含むものとして知られている。この範囲は本質的に、単に例示であることを理解すべきである。これらのブロワー・アセンブリ２２によれば、効率を向上させたコストの低いＭＲＩ冷却アセンブリ１４が可能となる。こうして得られる効率のため高価な冷却剤の使用が可能となる。
【００１７】
本発明は、最終冷却器熱交換器３８を含めることによってさらに効率を向上させている。最終冷却器熱交換器３８は第１の供給ライン１６と熱的に連絡しており、第１の冷媒２０から室温環境４０まで熱エネルギー２９を転送している。周囲の室温はそのＭＲＩアセンブリ１０の場所及び関連する部屋の状態に依存することを理解すべきである。最終冷却器熱交換器３８は、再生式熱交換器３６とブロワー・アセンブリ２２の間に位置決めすることが好ましい。これによって、圧縮熱が冷却媒質内ではなく周囲の室温内に入るのが拒絶される。このため、第２の冷媒２６の消費が減少し、熱力学的な処理効率が上昇する。また一方このために、エントロピー生成が最小限となり冷却剤コストを軽減させることができる。
【００１８】
本明細書の上において多数の熱交換器に言及しているが、熱エネルギーの転送のためには、本発明では、記載しかつ特許請求したように機能する既存のまたはこれから登場する任意の方法を使用することを企図していることを理解すべきである。さらに、再生式熱交換器３６及び予冷却器アセンブリ２４は、冷媒の標準的な工業的通例に従って温度や湿度などの周囲の室内の状態から保護することができることが企図される。
【００１９】
当業者であれば、上述の装置は、様々な目的に適応することが可能であり、またＭＲＩシステム、磁気共鳴分光システム、予冷却が機能的及び／または経済的に有用であるようなその他の用途などのシステムに限定されないことが理解できよう。上述した発明はさらに、添付の特許請求の範囲の意図に従いながら本発明の精神及び趣旨を逸脱することなく変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の一形態によるＭＲＩシステムの概要図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ＭＲＩシステム
１２  マグネット・アセンブリ
１４  ＭＲＩ冷却アセンブリ
１６  第１の供給ライン
１８  第１の帰還ライン
２０  第１の冷媒冷却用流体
２２  ブロワー／コンプレッサ・アセンブリ、ブロワー・アセンブリ
２４  予冷却器アセンブリ
２６  第２の冷媒流体
２８  第２の供給ライン
２９  熱エネルギー
３０  圧縮冷媒供給源
３２  ベント
３４  補給気体サプライ
３６  再生式熱交換器
３８  最終冷却器熱交換器
４０  室温環境
【図１】
2005028132.tif 000003
【外国語明細書】
2005028132000001.pdf