(57)【要約】  超電導磁石のヘリウム槽に侵入する熱量を把握して、組み合わせるクライオクーラを選別することで、液体ヘリウムの消費を抑え、安定的に静磁場を発生するＭＲＩ装置を提供する。  超電導磁石は、超電導コイルと冷媒とを収容する容器内の圧力を一定に保った状態で、容器から流出する冷媒ガスの流量を計測する手段を備え、この流量を用いて容器に侵入する熱量と冷却部の冷却能力を求める。容器に侵入する熱量と冷却部の冷却能力とを正確に計測することで、組み合わせる冷却部の冷却能力が熱侵入量より余裕のある組み合わせを可能とする。
2008007574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、
前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、
前記パイプに接続されて該パイプ内を流れるガスを一定圧力に制御してガス流量を計測するガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記ガスの排出を低減するように前記ヒータの発熱量を制御する発熱量制御部を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記ガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記クライオスタットへの熱侵入量を算出する熱侵入量算出部をさらに備え、
前記発熱量制御部は、前記クライオスタットへの熱侵入量と前記ヒータの発熱量との和と、前記クライオクーラの冷却能力と、をバランスさせるよう前記ヒータの発熱量を制御すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記ガス流量計測装置は、所定の時間間隔で前記ガス流量を計測し、
前記発熱量制御部は、前記ガス流量の変化に対応して、前記ヒータの発熱量を制御すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置において、
通知部をさらに備え、
前記発熱量制御部は前記ヒータの発熱量を監視し、
前記通知部は、当該発熱量が所定の閾値以下になった場合、当該発熱量が所定の閾値以下になったことを通知すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
通知部と、
前記熱侵入量算出部が算出した前記クライオスタットへの熱侵入量を用いて、前記クライオクーラに必要な冷却能力を算出する冷却能力算出部と、
前記熱侵入量算出部が算出した熱侵入量および前記冷却能力算出部が算出した冷却能力が、それぞれ所定の許容範囲内であるか否か判別する判別部と、をさらに備え、
前記通知部は、前記判別部の判別結果を通知すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記熱侵入量算出部と前記冷却能力算出部とが算出した前記熱侵入量と前記冷却能力とを、それぞれ算出した時刻に対応づけて保持する算出結果保持部をさらに備え、
前記通知部は、前記算出結果保持部に保持された前記熱侵入量と前記冷却能力との少なくとも一方を時系列に表示することにより通知すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記冷却能力算出部が算出した冷却能力から前記熱侵入量算出部が算出した熱侵入量を減算し、前記クライオクーラの余裕の度合いを算出する裕度算出部をさらに備え、
前記通知部は、前記裕度算出部が算出した裕度を通知すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記ガス流量計測装置は、
前記パイプ内ガスの圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部が計測した前記圧力が一定になるよう前記パイプ内ガスの流量を制御する流量制御部と、
前記流量制御部による制御後の前記パイプ内のガスの流量を計測する流量計測部と、
前記流量計測部による計測結果を出力するガス流量出力部と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記熱侵入量算出部が算出した前記クライオスタットへの熱侵入量を用いて、前記クライオクーラに必要な冷却能力を算出する冷却能力算出部を、さらに備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記熱侵入量算出部は、前記クライオスタットによる冷却および前記ヒータによる熱量の付与を停止させて前記流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記熱侵入量を算出し、
前記冷却能力算出部は、前記熱侵入量算出部により算出された熱侵入量を上回るように前記クライオクーラに必要な冷却能力を算出すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、
前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を備える超電導磁石において、
前記パイプに接続されて該パイプ内を流れるガスを一定圧力に制御してガス流量を計測するガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記ガスの排出を低減するように前記ヒータの発熱量を制御する発熱量制御部を備えること
を特徴とする超電導磁石。
【請求項１２】
請求項１１記載の超電導磁石において、
前記ガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記クライオスタットへの熱侵入力を算出する熱侵入量算出部をさらに備え、
前記発熱量制御部は、前記クライオスタットへの熱侵入量と前記ヒータの発熱量との和と、前記クライオクーラの冷却能力と、をバランスさせるよう前記ヒータの発熱量を制御すること
を特徴とする超電導磁石。
【請求項１３】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、
前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、冷媒の蒸発を低減する冷媒蒸発低減方法であって、
前記パイプ内を流れる前記冷媒ガスのガス圧力を計測するステップと、
前記計測されたガス圧が所定のガス圧となるように前記冷媒ガスのパイプ内流量を制御するステップと、
前記パイプ内を流れるガス流量を計測するステップと、
前記計測されたガス流量に基づいて、前記ヒータの発熱量を制御するステップと、を備えること
を特徴とする冷媒蒸発低減方法。
【請求項１４】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記冷媒が気化したガスを再凝縮させるためのクライオクーラと、前記冷媒が気化したガスを前記クライオスタットから排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、前記クライオクーラに必要な冷却能力を算出する冷却能力算出方法であって、
前記パイプ内を流れる前記冷媒ガスのガス圧力を計測するステップと、
前記計測されたガス圧が所定のガス圧となるように前記冷媒ガスのパイプ内流量を制御するステップと、
前記パイプ内を流れるガス流量を計測するステップと、
前記計測されたガス流量に基づいて前記クライオスタットへの熱侵入量を求めるステップと、
前記熱侵入量に基づいて前記クライオクーラの冷却能力を算出するステップと、を備えること
を特徴とする冷却能力算出方法。
【請求項１５】
静磁場を発生するための超電導コイルと該超電導コイルを冷却するための冷媒とを内包するクライオスタットと、前記冷媒が気化したガスを再凝縮させるためのクライオクーラと、前記クライオスタットに所望の熱量を印加するヒータと、前記クライオスタットから前記冷媒ガスを排出するためのパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置における前記クライオクーラの冷却能力適否判定方法であって、
(ａ)前記パイプ内を流れる前記冷媒ガスのガス圧力を計測するステップと、
(ｂ)前記計測されたガス圧が所定のガス圧となるように前記冷媒ガスのパイプ内流量を制御するステップと、
(ｃ)前記パイプ内を流れるガス流量を計測するステップと、
(ｄ)前記計測されたガス流量に基づいて、前記クライオクーラへの冷却能力低下分を求めるステップと、
(ｅ)前記クライオクーラへの冷却能力低下分に対応して前記ヒータの発熱量を制御するステップと、
(ｆ)前記発熱量に基づいて前記クライオクーラの冷却能力が適正か否かを決定するステップと、を備えること
を特徴とする冷却能力適否判定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の冷却能力適否判定方法において、
前記ステップ（ｆ）の後に、前記ステップ（ａ）〜（ｆ）を一定間隔で複数回繰り返すステップを備えること
を特徴とする冷却能力適否判定方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の冷却能力適否判定方法において、
勾配磁場および高周波磁場の少なくとも一方を印加して被検体を撮影中に前記各ステップが実行されること
を特徴とする冷却能力適否判定方法。
【請求項１８】
請求項４から１０いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置と、当該磁気共鳴イメージング装置に通信制御装置を介して接続される遠隔監視装置とを備える磁気共鳴イメージング装置の遠隔監視支援システムであって、
前記遠隔監視装置は、前記磁気共鳴イメージング装置から送信された情報を提示する提示部を備え、
前記通知部が通知する情報または前記ガス流量出力部から出力される情報は、前記遠隔監視装置に送信されること
を特徴とする遠隔監視支援システム。
【請求項１９】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれ気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、冷媒ガスを外部に排出するパイプに接続され、前記パイプ内を流れるガスの流量を一定圧力に制御して計測するガス流量計測装置と、
を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置の据付支援方法であって、
前記ガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記クライオスタットへの熱侵入量を算出する熱侵入量算出ステップと、
前記熱侵入量を用いて前記クライオクーラの冷却能力を算出する冷却能力算出ステップと、
前記熱侵入量算出ステップと前記冷却能力算出ステップとが算出した前記熱侵入量および前記冷却能力が、それぞれ予め定めた許容範囲内であるか否か判別する判別ステップと、
前記判別結果を作業者に提示する提示ステップと、を備えること
を特徴とする据付支援方法。
【請求項２０】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれ気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、冷媒ガスを外部に排出するパイプに接続され、前記パイプ内を流れるガスの流量を一定圧力に制御して計測するガス流量計測装置と、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置の運用監視支援方法であって、
１）前記ガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記クライオスタットへの熱侵入量を算出する熱侵入量算出ステップと、
２）前記熱侵入量を用いて前記クライオクーラの冷却能力を算出する冷却能力算出ステップと、
３）前記冷却能力算出ステップで算出した前記冷却能力から前記熱侵入量算出ステップで算出した前記熱侵入量を減算した裕度を算出し、前記裕度に基づいて前記クライオクーラの冷却能力の余裕の有無の判別を行う前記状態判別ステップと、
４）前記状態判別ステップでの判別結果および裕度を作業者に提示する提示ステップと、を備えること
を特徴とする運用監視支援方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の運用監視支援方法であって、
５）前記熱侵入量算出ステップにおいて算出した前記熱侵入量および前記冷却能力算出ステップで算出した前記冷却能力を、前記算出時刻に対応づけて保持する記録保持ステップをさらに備え、
前記１）から５）の一連のステップを、所定の時間間隔で行い、前記提示ステップでは、前記記録保持ステップで保持した情報もさらに提示すること
を特徴とする運用監視支援方法。
【請求項２２】
静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれ気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、冷媒ガスを外部に排出するパイプに接続され、前記パイプ内を流れるガスの流量を一定圧力に制御して計測するガス流量計測装置と、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置と、当該磁気共鳴イメージング装置に通信制御装置を介して接続される遠隔監視装置と、を備える磁気共鳴イメージング装置監視システムにおける遠隔監視支援方法であって、
前記ガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記クライオスタットへの熱侵入量を算出する熱侵入量算出ステップと、
前記熱侵入量を用いて前記クライオクーラの冷却能力を算出する冷却能力算出ステップと、
前記冷却能力算出ステップで算出した前記冷却能力から前記熱侵入量算出ステップで算出した前記熱侵入量を減算した裕度を算出する裕度算出ステップと、
前記裕度を前記遠隔監視装置に送信する送信ステップと、
前記遠隔監視装置において受信した前記裕度を作業者に提示する提示ステップと、を備えること
を特徴とする遠隔監視支援方法。
【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装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）に係わり、特に、必要な冷却能力を有するクライオクーラの選択に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体を均一な磁場空間に配置して、その核磁気共鳴（以下、ＮＭＲと称する）信号から医学的診断を行うＭＲＩ装置は、従来のＣＴ装置やＲＩ装置での検査と同じように医療機関で用いられる。特に、ＭＲＩ装置を用いた検査は優れた病巣検出能力がある。この高い病巣検出能力は、ＭＲＩ画像が単なる形態的な診断画像のみならず、代謝などの機能的な診断情報をも画像化する多様な検査法が可能なことによる。【０００３】
このＭＲＩ装置において医学的に有効なＭＲＩ画像を得るには、高い磁場強度と、その偏差がＰＰＭオーダーの高い均一磁場空間とを長期にわたって安定に保持することとが可能な静磁場発生手段が必要である。これらの必要条件を満たす静磁場発生装置として、クライオスタット内に超電導コイルを収容して構成された超電導磁石が用いられる。【０００４】
この超電導磁石には、円筒形状のクライオスタット内に超電導ソレノイドコイルを収容した円筒型超電導磁石と、２分割されたクライオスタットを対向配置して各クライオスタット内に超電導ループコイルを同心円状に収容した開放型超電導磁石とがある（特許文献１参照。）。【０００５】
いずれの型の超電導磁石においても、伝導や輯射によるクライオスタット内への熱侵入により、超電導コイルを冷却するために用いられる液体ヘリウム冷媒を気化させて消費してしまう問題がある。そこで、液体ヘリウムの消費を防ぐために、一度気化したヘリウムガスを再び凝縮する冷却能力を有するクライオクーラを組み込んだ超電導磁石も開発されている（特許文献２参照。）。【０００６】
組み込まれたクライオクーラで、気化したヘリウムガスを完全に凝縮して液体ヘリウムに戻す密閉型のクライオスタットを実現するには、クライオスタットへの熱侵入量と、クライオスタットに組み込んだ状態でのクライオクーラの冷却能力と、その冷却能力の経時的変化との定量的な把握が必要である。【０００７】
なぜなら、クライオクーラの冷却能力は経時的に劣化していくので、クライオスタットへの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力の劣化とに対応して、ヘリウム消費を抑制する必要があるためである。また、クライオクーラの冷却能力を維持するために一定間隔（通常は稼働１万時間毎）で分解清掃作業が必要で、新しいクライオクーラを付け直すか、保守作業後に再びクライオスタットに組み込む。この付け直しまたは組み込み作業には、クライオクーラの低温部分とクライオスタット内の熱遮蔽板との熱接触を確保する作業が含まれ、その作業の質が装置全体の冷却能力を大きく左右する。それ故、ヘリウム消費を抑制するためには、クライオクーラ単体ではなく、クライオスタットに組み込んだ状態でのクライオクーラの冷却能力の定量的把握が必要となるためである。【０００８】
クライオクーラを組み込んだクライオスタットの装置全体の冷却能力の把握法には、クライオスタット内に組み込まれた液面計により、液体ヘリウムの液面の変化を観察するという従来の方法がある。【０００９】
一方、クライオスタットの熱侵入量測定装置として、冷媒の蒸発ガスを冷媒の貯液槽の外部に放出するガス放出管の出口部に前記貯液槽の内部の圧力を任意の値に保つ精密圧力制御装置を備え、前記ガス放出管を通って放出される蒸発ガスの流量を測定することにより、クライオスタットの熱侵入量を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３３６２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３７４１７号公報
【特許文献３】特開平５−１７２９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
通常、クライオスタットは、液体ヘリウムを蓄えるヘリウム容器への熱侵入を極力下げるために、銅やアルミニュームで構成された熱遮蔽板やアルミ蒸着フイルム（スパーインシュレータと称する）を熱遮蔽のためにその内部に組み込んだ真空容器となっている。熱遮蔽板やスパーインシュレータの配置空間を大きくすると被検体の空間が縮小されるので、これらは出来るだけ狭い間隙に組み込むことを要求され、取り付け精度を上げることは難しい。熱遮蔽板やスパーインシュレータの寸法や取付け精度の僅かな誤差はヘリウム容器への熱侵入量に大きく影響する。従って、装置によって熱侵入量が異なるため、完成後の超電導磁石の液体ヘリウムの蒸発量も装置によって異なる。【００１１】
また、超電導磁石の製造場所から、医療施設までの輸送による振動で、熱遮蔽板やスパーインシュレータは多少変位する。この結果、製造段階でのヘリウム容器への熱侵入量と医療施設に設置後の熱侵入量との間にも差異が生じる場合がある。あるいは、超電導磁石は励磁過程などでクエンチが発生する場合がある。このクエンチによる急激な磁場変化で、熱遮蔽板に電磁力が加わり、その形状が多少変化することにより熱侵入量が変化することがある。【００１２】
更には、ＭＲＩ画像を得るための傾斜磁場や高周波磁場のパルス動作がヘリウム容器に渦電流や機械的振動を誘起させ、結果的に侵入熱が増加する。ＭＲＩ撮像技術の高速化や、新たな撮像手法により、傾斜磁場や高周波磁場の強度と変化速度の向上も、ヘリウム容器への熱侵入を益々増加させる傾向にある。【００１３】
以上のように、クライオスタットへの熱侵入量は複雑に変化する。従って、クライオスタットへの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを適正にバランスさせるために、クライオスタットへの正確な熱侵入量と、クライオスタットを含めた装置全体の冷却能力とを即座に把握する必要が生じる。【００１４】
しかし、液面計を用いる従来技術では、ヘリウムガスの凝縮の状態を把握するには比較的長い時間を要する。そのため、クライオクーラの組み込み作業の質や、新たに組み込んだクライオクーラがクライオスタットへの熱侵入量に対して適正な冷却能力を有しているか否かを即座に判定することができない。【００１５】
また、特許文献３に開示された技術では、クライオスタットへの熱侵入量を正確に測定できても、クライオスタットに組み込んだ状態でのクライオクーラの冷却能力及び装置全体の冷却能力やその取り付け作業の品質を評価する手段を有していない。また、クライオクーラの冷却能力の経時的劣化に対応して、ヘリウム消費を抑制することは考慮されていない。また、製造過程・医療サイト設置時・日常の可動時の管理運用については考慮されていない。【００１６】
また、クライオスタットを含めた装置全体の冷却能力は、稼動状況、環境により変化する。特許文献３に開示された技術では、クライオスタットを含めた装置全体の冷却能力を即座に把握できないため、保守、点検のタイミングを知ることは未解決の課題として残されている。【００１７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、装置の状況や環境等によらずに、クライオスタットへの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力を適正にバランスさせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明は、静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、前記パイプに接続されて該パイプ内を流れるガスを一定圧力に制御してガス流量を計測するガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記ガスの排出を低減するように前記ヒータの発熱量を制御する発熱量制御部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置を提供する。【００１９】
また、上記課題を解決するため、本発明は、静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を備える超電導磁石において、前記パイプに接続されて該パイプ内を流れるガスを一定圧力に制御してガス流量を計測するガス流量計測装置により計測されたガス流量に基づいて、前記ガスの排出を低減するように前記ヒータの発熱量を制御する発熱量制御部を備えることを特徴とする超電導磁石を提供する。【００２０】
また、上記課題を解決するため、本発明は、静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記クライオスタットに組み込まれて気化した前記冷媒を再凝縮させるクライオクーラと、前記クライオスタットに熱量を与えるヒータと、前記冷媒が気化したガスを外部に排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、冷媒の蒸発を低減する冷媒蒸発低減方法であって、前記パイプ内を流れる前記冷媒ガスのガス圧力を計測するステップと、前記計測されたガス圧が所定のガス圧となるように前記冷媒ガスのパイプ内流量を制御するステップと、前記パイプ内を流れるガス流量を計測するステップと、前記計測されたガス流量に基づいて、前記ヒータの発熱量を制御するステップと、を備えることを特徴とする冷媒蒸発低減方法を提供する。【００２１】
また、上記課題を解決するため、本発明は、静磁場を発生するための超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却するための冷媒を内包するクライオスタットと、前記冷媒が気化したガスを再凝縮させるためのクライオクーラと、前記冷媒が気化したガスを前記クライオスタットから排出するパイプと、を有する超電導磁石を備える磁気共鳴イメージング装置において、前記クライオクーラに必要な冷却能力を算出する冷却能力算出方法であって、前記パイプ内を流れる前記冷媒ガスのガス圧力を計測するステップと、前記計測されたガス圧が所定のガス圧となるように前記冷媒ガスのパイプ内流量を制御するステップと、前記パイプ内を流れるガス流量を計測するステップと、前記計測されたガス流量に基づいて前記クライオスタットへの熱侵入量を求めるステップと、前記熱侵入量に基づいて前記クライオクーラの冷却能力を算出するステップと、を備えることを特徴とする冷却能力算出方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、クライオスタットへの熱侵入量を即座に正確に把握することができる。これにより、装置の状況や環境等によらずに、クライオスタットへの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力を適正にバランスさせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。【００２３】
上記本発明の基本的効果は、以下の具体的場面では、それぞれ以下のような具体的効果を有することになる。即ち、
（１）医療施設に設置されたクライオスタットの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを適正にバランスさせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。
（２）超電導磁石の輸送やクエンチなどの原因により、クライオスタットへの熱侵入量が変化した場合でも、その変化を定量的に把握して、適正な冷却能力を有するクライオクーラを組み合わせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。
（３）医療施設で用いられる種々の撮像法によるクライオスタットの熱侵入量を定量的に把握して、適正な冷却能力のクライオクーラを組み合わせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。
（４）クライオスタットの熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを定期的に計測し、装置全体が適正な冷却能力で運転されているか否かを判定し、否の場合の是正処置を実施することで、超電導磁石の冷媒量を安定なレベルに維持し運転することができる。【００２４】
また、本発明によれば、クライオスタットへの熱侵入量とクライオスタットを含めた装置全体の冷却能力とを即座に把握し、作業者または保守管理者に提示できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し説明は省略する。【００２６】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態を説明する。本実施形態は、ヘリウム容器内圧力を一定に制御して、ヘリウム容器からのヘリウムガス流出量を計測することにより、ヘリウム容器への熱侵入量を正確に求める形態である。そして、この求められた熱侵入量を上回る冷却能力を有する最適なクライオクーラを選択して超電導磁石に組み込むことにより、超電導磁石の固体差に対応して最適な冷却能力を有するクライオ系を構成する。以下、図１〜図５に基づいて本実施形態を詳細に説明する。【００２７】
最初に、本実施形態の全体構成の概要を図１に基づいて説明する。図１は本発明が適用された超電導磁石を用いた超電導ＭＲＩ装置の全体構成を示す図である。なお、本実施形態では、図１に示すように開放型の超電導磁石を用いた所謂オープン超電導ＭＲＩ装置の場合を例に挙げて説明する。しかし、水平磁場を発生する円筒形状の超電導磁石を用いた所謂クローズ超電導ＭＲＩ装置でも良い。【００２８】
このオープン超電導ＭＲＩ装置の静磁場を発生する開放構造の超電導磁石１０１は被検体１０２が配置される撮影空間を挟んで、上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４とから構成される。そのため、撮影空間の前後左右は大きく開放された構造となる。上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４とは細い連結管１０５で接続され、上下クライオスタット１０３、１０４への液体ヘリウムの供給や磁石の運転状態などをモニタする複数のセンサ回路が組み込まれる。このように連結管１０５を配することで、クライオスタットを２つに分割した超電導磁石１０１でも、一個のクライオスタットの超電導磁石と同じように、気化したヘリウムガスを再凝縮して再利用する密閉型のクライオスタットを構成して運転管理することが可能になる。センサ回路の出力信号は、上クライオスタット１０３の端子１０６から取り出され、クライオ制御ユニット１０７に入力される。更に、上クライオスタット１０３の上部にはクライオクーラ１０８が取付けられる。クライオクーラ１０８は、クライオクーラ１０８に圧縮されたヘリウムガスを送る圧縮機ユニット１０９に接続される。また、上クライオスタット１０３の上部には、液体ヘリウムを注入する機能やクライオクーラ１０８の故障などで凝縮できなくなったヘリウムガスを外部に放出する機能を有するサービスポート１１０が取付けられる。サービスポート１１０の先端には後で詳述するヘリウムガス計測ユニット１１１が接続される。【００２９】
超電導磁石１０１の内側には勾配磁場を発生する傾斜磁場コイル１１２が取付けられる。この傾斜磁場コイル１１２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のコイルが用いられる。上下一対のコイルによって、互いに直交する３軸方向に磁場勾配を生じさせるｘ、ｙ、ｚのコイル（図では区別されてない）が積層される。例えば、上ｚコイルと下ｚコイルとに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コイルはそれとは１８０度向きの異なる磁束を発生する。この結果、被検体１０２が配置される撮影空間の垂直軸（ｚ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作られる。同様に、ｘコイルもｙコイルもそれぞれｘ軸、ｙ軸に沿って超電導磁石１０１の発生する磁束密度に勾配を付与する。この傾斜磁場コイル１１２のｘコイル、ｙコイル、ｚコイルにそれぞれ独立して所望の時間だけ電流が流れるように傾斜磁場パワーアンプ１１３が接続される。【００３０】
傾斜磁場コイル１１２の内側には高周波コイル１１４が組込まれる。この高周波コイル１１４も超電導磁石１０１の開放的な構造を妨げることがないように平板構造のコイルが採用される。上下一対の高周波コイル１１４は、高周波パワーアンプ１１５より核スピンの共鳴周波数に対応する高周波電流が供給されて、被検体１０２が配置される撮影空間に核スピンを共鳴励起するために必要な高周波磁界を発生する。本実施形態の場合では、例えば、０．７テスラの磁場強度で水素原子核が核磁気共鳴を起こす２９．８メガヘルツが選ばれている。前述の傾斜磁場と、この高周波磁場とを組み合わせ、被検体１０２の特定部位の水素原子核スピンを選択的に共鳴励起し、歳差運動する核スピンに三次元的な位置の情報を付与する。【００３１】
最も内側、即ち、被検体１０２の検査部位の近傍に、ＮＭＲ信号を検出する検出コイル１１６が置かれる。この検出コイル１１６は前述の核スピンの歳差運動を電気信号として効率よく検出する。電気信号に変換されたＮＭＲ信号は高周波増幅ユニット１１７に入力され、増幅された後、コンピュータ処理に適したディジタル信号に変換処理される。【００３２】
上述のクライオ制御ユニット１０７、圧縮機ユニット１０９、傾斜磁場パワーアンプ１１３、高周波パワーアンプ１１５、及び高周波増幅ユニット１１７は、コンピュータ１１８にシステム信号バスライン１１９で接続される。コンピュータ１１８内のパルスシーケンサ（不図示）の制御信号により、システム信号バスライン１１９を介して各ユニットの動作は制御される。一方で、コンピュータ１１８は、ディジタル信号に変換されたＭＲ信号を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１１８内のメモリ装置（図には示してない）に保存し、また、ディスプレイ１２０に表示する。更に、コンピュータ１１８は、システム信号バスライン１１９を介して各ユニットの動作状態を常時あるいは一定の間隔をおいて監視し、その状態の記録を掌るとともに、装置の動作管理情報をモデムやＬＡＮなどの通信制御装置１２１を経由して遠隔監視センタ１２３に送信する。遠隔監視センタ１２３はこれらの情報に基づいて遠隔監視を行う。一例として、クライオ制御ユニット１０７からの信号により、超電導磁石１０１の液体ヘリウムの残量を示す値を、コンピュータ１１８は、一定の時間間隔、例えば、朝一番に、メモリ内に記録し、その消費量を計算して管理し、通信制御装置１２１よりその情報を出力し、ディスプレイ１２０にその内容を表示する。【００３３】
次に、図２を用いて超電導磁石１０１の詳細構成を説明する。図２は図１に示したオープンＭＲＩ装置に用いられる超電導磁石１０１を詳細に示した静磁場方向に平行な断面図である。本図において、上クライオスタット１０３と下クライオスタット１０４とには磁場を発生する上超電導コイル２０１と下超電導コイル２０２とが収められている。上下超電導コイル２０１、２０２の中心である直径約４０センチメートルの撮影空間２０３では、磁場強度０．７テスラ、その磁場均一度は３ｐｐｍ以下を達成している。本図ではそれぞれ、１個の超電導コイルから構成される場合を示すが、通常は磁場強度や磁場均一度の向上と漏洩磁場の強度を下げるために複数の超電導コイルを組合せて構成される。目的の磁場均一度を達成するために本実施形態の超電導磁石１０１では、撮影空間２０３に面する側に一対のシムプレート２０４が配置される。このシムプレート２０４内には複数のシムコイル（不図示）が組み込まれ、これらのシムコイルは電流を供給されて、必要な補正磁場を発生する。本実施形態はさらに、シムプレート２０４内に複数の小鉄片（不図示）を組み込むことで、上下超電導コイル２０１、２０２が発生する磁束分布を補正して、その磁場均一度を向上する方法を組み合わせる。【００３４】
上下超電導コイル２０１、２０２は、それぞれその周囲を液体ヘリウムを蓄える上ヘリウム容器２０５と下ヘリウム容器２０６とに囲まれる。上ヘリウム容器２０５と下ヘリウム容器２０６とは連結管１０５で接続され、上ヘリウム容器２０５と下ヘリウム容器２０６とに同時に液体ヘリウムが充たされる。また、連結管１０５には上下超電導コイル２０１、２０２を接続する超電導リード線や、後述のセンサ回路が配置される。【００３５】
上下ヘリウム容器２０５、２０６の外周には熱遮蔽板２０７が組み込まれる。熱遮蔽板２０７は熱伝導の良好な銅板やアルミニューム板で、その厚さを例えば２ミリメートルに構成される。上下ヘリウム容器２０５、２０６への輯射熱侵入防ぐため、熱遮蔽板２０７の外側にはアルミ蒸着で鏡面に仕上げたポリエチレンフィルムのスパーインシュレータ２０８が隙間なく貼り付けられる。【００３６】
最外部には１５ミリメートル厚のステンレススチールで作られた真空容器２０９が設けられる。真空容器２０９と、上ヘリウム容器２０５、下ヘリウム容器２０６および連結管１０５との間隙は真空層であり、それぞれ熱伝導率の低いガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で作られた複数の荷重支持棒（不図示）で固定される。撮影空間２０３をできるだけ広く確保するため、内側の真空層は極力狭く形成され、そこに熱遮蔽板２０７とスパーインシュレータ２０８とが組み込まれる。上ヘリウム容器２０５には液体ヘリウム液面を計測する液面センサ２１０、温度センサ２１１、ヒータ２１２が組み込まれ、その信号線は端子１０６より外部に出力できるよう接続される。また、クライオ制御ユニット１０７はヒータ２１２用の電源部が内蔵されており、クライオ制御ユニット１０７によって直接的にこの電源部が制御されることにより、ヒータ２１２の発熱量が制御される。【００３７】
また、上ヘリウム容器２０５には、液体ヘリウムの注入と、上下ヘリウム容器２０５、２０６で気化したヘリウムガスの外部への放出のためのサービスポート１１０が取付けられる。サービスポート１１０には液体ヘリウム注入時等に手動で開閉できるバルブ２１３と、内部からの気化したヘリウムガスを外部に放出し、外気が上ヘリウム容器２０５に逆流するのを防止する一方向性バルブ２１４との二つのバルブが組み込まれる。【００３８】
更に、上ヘリウム容器２０５の上部中央にはクライオクーラ挿入孔２１５が設けられ、クライオクーラ１０８の先端が組込まれている。圧縮機ユニット１０９から圧縮されたヘリウムガスが印加されるようにクライオクーラ１０８の注入ポート２１６に接続される。クライオクーラ１０８に組み込まれているディスプレーサ（不図示）の往復運動に同期して、圧縮されたヘリウムガスはディスプレーサ内の蓄冷材を移動する過程で膨脹し、その温度を低下させる。膨張したヘリウムガスは排気ポート２１７より圧縮機ユニット１０９に戻され、再び圧縮されて循環するように配管される。本実施形態では、クライオクーラ１０８は２段のディスプレーサを有し、１段目のディスプレーサ内には鉛玉の蓄冷材が詰められ、１段目のディスプレーサのアウターケース２１８は５０度ケルビン温度まで冷却される。２段目のディスプレーサ内にはホロビウム銅化合物（ＨｏＣｕ２）の蓄冷材が詰められ、２段目のディスプレーサのアウターケース２１９は３．７度ケルビン温度にまで冷却される。【００３９】
一段目のディスプレーサのアウターケース２１８は上下ヘリウム容器２０５、２０６の外周を覆う熱遮蔽板２０７に熱接触するよう配置される。この熱接触では、一段目のディスプレーサのアウターケース２１８と熱遮蔽板２０７との接触面間に熱伝導の良好な材料、例えばインジューム線（不図示）を噛合せることで良好な熱伝導を得る。二段目のディスプレーサのアウターケース２１９は上ヘリウム容器２０５のクライオクーラ挿入孔２１５の中に配置され、気化したヘリウムガスを直接冷却する様に構成される。本実施形態では、二段目のディスプレーサのアウターケース２１９が直接ヘリウムガスを冷却する方法を用いているが、熱伝導の良好なインジューム材等を介して上ヘリウム容器２０５の一部を冷却することでヘリウムガスを液化する間接的な方法でもよい。【００４０】
ここで、クライオクーラ１０８のヘリウムガスを液化する割合は上下ヘリウム容器２０５、２０６から気化するヘリウムガス量と等しいことが理想である。すなわち、クライオクーラ１０８の冷却能力と上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量とが等しくすることが望ましい。本実施形態では、クライオクーラ１０８として上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量より充分に高い冷却能力を有するものを用い、さらに、上ヘリウム容器にヒータ２１２を備え、クライオクーラ１０８の冷却能力の過剰分をヒータ２１２の発熱量で相殺する。【００４１】
次に、図３〜図５を用いてヘリウム容器への熱侵入量を計測する手段及び方法の詳細を説明する。
（ヘリウムガス流量の計測）
最初に図３を用いてヘリウムガス計測ユニット１１１の全体構成を説明する。図３は、図１に示したヘリウムガス計測ユニット１１１の一例の全体構成を表す図である。サービスポート１１０にＴ型ジョイント３０１が取付けられる。Ｔ型ジョイント３０１の一方はゴムホース３０２を介してレギュレータ３０３に接続され、他方はゴムホース３０２を介して圧力センサ３０４に取り付けられる。また、圧力センサ３０４の出力信号はコントロール回路３０５の入力端に入力され、コントロール回路３０５の出力信号はレギュレータ３０３の制御部３０６に入力される。また、レギュレータ３０３の他方の口金３０７はゴムホース３０２を介して流量計３０８に接続される。流量計３０８には計測した信号を流量に換算して表示する流量表示計３０９が接続される。また、コントロール回路３０５と流量表示計３０９とは、システム信号バスライン１１９を介してコンピュータ１１８に接続され、制御信号及び各種計測情報の送受信を行う。【００４２】
次に、図４を用いてレギュレータ３０３の詳細構成を説明する。レギュレータ３０３の内部には、図４に示すように、ニードル４０１とそのニードル４０１を内部に収容して嵌合する台座４０２とが組み込まれる。ニードル４０１は、円錐形状の先端部と円柱形状の胴体部とを有する。台座４０２は、ニードル４０１の先端部と嵌合する円錐形状の凹部とニードル４０１の胴体部と嵌合する円柱形状の空隙部を有する。ニードル４０１の胴体部は、Ｏ−リング４０３でシールされた側面が台座４０２の空隙部側面に沿って上下に摺動可能なように制御部３０６に繋がる。Ｏ−リング４０３は、台座４０２の円柱形状空隙部の側面凹部に組み込まれて固定される。制御部３０６がニードル４０１の円錐形状先端部を上下移動させて台座４０２の円錐形状凹部との間隙を変化させることで、入り口金４０４から出口金３０７へのガス流量を変化させる。【００４３】
上記図３、図４に示す構成により、上下ヘリウム容器２０５、２０６内ガス圧が常に所定の一定値となるように制御される。具体的には、コントロール回路３０５が、圧力センサ３０４からの入力信号が常に所定の一定値を保つようにレギュレータ３０３の制御部３０６を制御する。例えば、レギュレータ３０３内のガス流量が大きくなり、供給側である入口金４０４の圧力が所定値よりも低下すると、その圧力値は圧力センサ３０４の出力信号の変化となってコントロール回路３０５の入力端子に伝達される。コントロール回路３０５の出力信号はレギュレータ３０３の制御部３０６に印加され、ニードル４０１を下降させ、ニードル４０１の円錐形状先端部と台座４０２の円錐形状凹部との間隙を狭めるように制御する。これで、ガス流量が減少し供給側の上下ヘリウム容器２０５、２０６内のガス圧力が所定値に戻る。逆に、ガス流量が小さくなって、供給側である入口金４０４の圧力が所定値より増大すると、コントロール回路３０５は、ニードル４０１を上昇させて円錐形状先端部と台座４０２の円錐形状凹部との間隙を広げるように制御する。これにより、ガス流量が増大し供給側の上下ヘリウム容器２０５、２０６内のガス圧力が低下して所定値に戻る。【００４４】
つまり、図３、図４に示す構成は、上下ヘリウム容器２０５、２０６内のガス圧を常に所定の一定値に保持するためのフィードバック制御ループとみなすことができる。この制御ループという観点で図３と図４に示す構成を再表現すると図５の様になる。ゴムホース３０２を流れるガスの流量と圧力とを媒体として、圧力センサ３０４、コントロール回路３０５、及びレギュレータ３０３がフィードバック制御ループを構成する。そして、コントロール回路３０５や制御部３０６の速度を調整し、ニードル４０１の上下運動のレスポンスを適正に設定することで、ガスの圧力を極めて正確に常に所定の一定値になるように制御する。以上のように制御された一定圧力の下で、流量計３０８によりガス流量が検出され、その信号は流量に換算され流量表示計３０９に表示される。【００４５】
図３〜図５に示す構成によりガス圧を一定に保持してガス流量を計測する実例は次の通りである。即ち、超電導磁石１０１のサービスポート１１０に図３に示すヘリウムガス計測ユニット１１１の接続を実施した後、手動バルブ２１３をオープンするとともに、一方向性バルブ２１４の出力を完全に閉じる。この換作により、上下ヘリウム容器２０５、２０６内で気化するヘリウムガスは手動バルブ２１３、レギュレータ３０３、及び流量計３０８を経由して外部に放出される。次に、操作者はコントロール回路３０５に備えられた入力手段（不図示）を介して圧力値を設定する。例えば７６０ｍｍＡｑに設定する。コントロール回路３０５は圧力センサ３０４からの入力信号が常に設定された圧力値（ここでは、７６０ｍｍＡｑ）になるようにレギュレータ３０３の制御部３０６を制御する。このようにして、上クライオ容器２０５を７６０ｍｍＡｑの一定圧力下に保ったまま、操作者は気化したヘリウムガス量を流量表示計３０９で読み取ることができる。あるいは、システム信号バスライン１１９を経由してコンピュータ１１８が設定されたガス圧とそのときに計測されたガス流量とを読み取り、コンピュータ１１８内のメモリ装置に保存したり、ディスプレイ１２０に表示したりしてもよい。【００４６】
以上の様にして、超電導磁石１０１のサービスポート１１０にヘリウム計測ユニット１１１を接続することで、上ヘリウム容器２０５の圧力を変化させることなく常に一定に保持でき、上下ヘリウム容器２０５、２０６で気化したヘリウムガス流量を正確に計測することができる。【００４７】
以上がガス圧を一定に保持してガス流量を計測するための各部の構成及び動作の説明である。ガス圧を一定に保持してガス流量を計測するための制御フローを纏めると図６の様になる。図６は、この制御フローを示すフローチャートである。以下、図６の制御フローを構成する各ステップを詳細に説明する。【００４８】
ヘリウムガス計測ユニット１１１にヘリウムガスが供給される（ステップ６０１）。具体的には、超電導磁石１０１のサービスポート１１０にヘリウム計測ユニット１１１を接続した後、操作者が手動バルブ２１３をオープンするとともに、一方向性バルブ２１４の出力を完全に閉じる。【００４９】
操作者が一定とすべき圧力値を設定する（ステップ６０２）。具体的には、コントロール回路３０５に圧力値を設定する。例えば７６０ｍｍＡｑを設定する。【００５０】
ガス圧センサ３０４は、上下ヘリウム容器２０５、２０６内ガス圧を計測する（ステップ６０３）。具体的には、ゴムホース３０２を流れるガスの圧力をガス圧センサ３０４が計測する。計測されたガス圧は、コントロール回路３０５に入力される。【００５１】
コントロール回路３０５は、ステップ６０３で計測されたガス圧がステップ６０２で設定されたガス圧の設定値よりも大きいか否か判別する（ステップ６０４）。計測値が大きければステップ６０５に移行し、大きくなければステップ６０６に移行する。【００５２】
コントロール回路３０５は、ガス圧を低下させる（ステップ６０５）。具体的には、コントロール回路３０５は、レギュレータ３０３のニードル４０１を上昇させて円錐形状先端部と台座４０２の円錐形状凹部との間隙を広げるように制御する。これにより、ゴムホース３０２を流れるガスのガス流量が増大して、供給側の上下ヘリウム容器２０５、２０６内のガス圧が減少して設定値に近づく。この後、ステップ６０３にもどり、コントロール回路３０３は、再度ガス圧を計測する。【００５３】
一方、コントロール回路３０５は、ステップ６０３で計測されたガス圧がステップ６０２で設定されたガス圧の設定値よりも大きくないと判別された場合、今度は、ステップ６０２で設定されたガス圧の設定値よりも小さいか否か判別する（ステップ６０６）。計測値が小さければステップ６０７に移行し、小さくなければガス圧が設定値に等しいことを意味するため、ガス圧が設定値に等しくなったことを示す信号をコンピュータ１１８に送信し、ステップ６０８に移行する。【００５４】
コントロール回路３０５は、ガス圧を増大させる（ステップ６０７）。具体的には、コントロール回路３０５が、レギュレータ３０３のニードル４０１を下降させて円錐形状先端部と台座４０２の円錐形状凹部との間隙を狭めるように制御する。これにより、ゴムホース３０２を流れるガスのガス流量が減少して、供給側のヘリウム容器（２０５、２０６）内のガス圧が増大して設定値に近づく。この後、ステップ６０３にもどり、コントロール回路３０５は、再度ガス圧を計測する。【００５５】
上下ヘリウム容器２０５、２０６内のガス圧がステップ６０２で設定されたガス圧の設定値と等しい状態となったことをコンピュータ１１８から通知されると、流量計３０８は、ガス流量を計測する（ステップ６０８）。具体的には、ゴムホース３０２を流れるガス流量を流量計３０８により取得し、流量表示計３０９に表示する。さらに、システム信号バスライン１１９を経由してコンピュータ１１８が設定されたガス圧とそのときに計測されたガス流量とを読み取り、コンピュータ１１８内のメモリ装置に保存したり、ディスプレイ１２０に表示したりしてもよい。【００５６】
コントロール回路３０５は、ガス流量の計測を終了するか否かを判断する（ステップ６０９）。継続する場合はステップ６０３に戻って、上記ステップ６０３〜ステップ６０８を繰り返す。このような制御フローにより、設定された圧力にガス圧を保持してガス流量を計測することが可能になる。【００５７】
（ヘリウム容器への熱侵入量の推定）
次に、図７に基づいてヘリウム容器に侵入する熱量の推定について説明する。図７は、前述の図１〜図５に示す構成を、熱収支の観点から再表現した構成図である。図３に示すように、超電導磁石１０１のサービスポート１１０にヘリウム計測ユニット１１１を接続することで、上ヘリウム容器２０５内圧力を変化させることなく、上下ヘリウム容器２０５、２０６で気化したヘリウムガス量を正確に計測することができる。この様な構成において、上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａと上ヘリウム容器２０５に取付けたヒータ２１２の発熱量Ｂとの和がクライオクーラ１０８の冷却能力Ｃに等しいときは、液体ヘリウムは気化することがない。ここで、ヒータ２１２とクライオクーラ１０８とを停止すると、上ヘリウム容器２０５の上部には伝導や輻射による熱侵入Ａにより気化したヘリウムガスが蓄えられる。この蓄えられたヘリウムガスは、サービスポート１１０からレギュレータ３０３を経由して外部に放出される。その際、圧力センサ３０４とコントロール回路３０５とレギュレータ３０３とはゴムホース３０２内を流れるヘリウムガスを介して図５に示すフィードバック制御ループを構成するため、ガス圧が一定になるように制御される。このようにして、上ヘリウム容器２０５内圧力を変化させることなく一定に保持して、ヒータ２１２とクライオクーラ１０８とを停止した際に上ヘリウム容器２０５に蓄えられたヘリウムガス流量を流量計３０８で測定することができる。【００５８】
上記のように一定圧力の下で流量計３０８で取得され流量表示計３０９に表示されるヘリウムガス流量を用い、上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量を計算する。この計算は、毎分放出されるヘリウムガス量、液体ヘリウムの潜熱、液体ヘリウム容器内での液体ヘリウムとヘリウムガスとの占める容積変化による圧力を校正して、放出されるヘリウムガス量から計算される熱量として正確に計算で求めることができる。すなわち、毎分放出されるヘリウムガス量を０℃１気圧で校正してＬＨｅ（リットル／ｍｉｎ）、液体ヘリウムの蒸発潜熱をＨＨｅ（ｋｃａｌ/ｋｇ）、ヘリウムガスの密度をＤＧＨｅ（ｇ/ｍ３）とすると、この放出されるヘリウムガス量から計算される熱量ＣＶ（Ｗ）は以下の（式１）で表される。
ＣＶ＝ＬＨｅ×ＤＧＨｅ×ＨＨｅ×１０−３×４．２／６０      （式１）
ここで、１ｃａｌ＝４．２Ｊ、１Ｊ／ｓｅｃ＝１Ｗである。【００５９】
ヘリウムの物理／化学定数は以下の通りである。
液体ヘリウムの蒸発潜熱ＨＨｅ：５．５０ｋｃａｌ／ｋｇ
ヘリウムガスの密度ＤＧＨｅ：１７８ｇ／ｍ３（０℃、１  気圧）
従って、超電導磁石より消費された液体ヘリウムが０℃１気圧の下で１.０リットル／ｍｉｎ放出されたとすると、熱量ＣＶ、すなわち、熱侵入量は以下のとおり求められる。
ＣＶ＝１．０リットル／ｍｉｎ×１７８ｇ/ｍ３×５．５ｋｃａｌ／ｋｇ×１０−３×４．２Ｊ／ｃａｌ／６０
＝０．０６９Ｗ      （∵１Ｊ／ｓｅｃ＝１Ｗ）【００６０】
また、例えば、図１に示すＭＲＩ装置の場合は、上下ヘリウム容器（２０５，２０６）の容積はそれぞれ３７０リットルであり、一例として、ガス圧７６０ｍｍＡｑに設定保持された状態で毎分５リットルのヘリウムガスが放出される場合の上下ヘリウム容器への進入熱量は３４３ミリワットと求められる。このように、気化したヘリウムガスは圧力によって容易にその体積が変化するので、一定圧力で超電導磁石から排出されるヘリウムガス流量を測ることが正確な熱量を計算するうえで必須となる。【００６１】
（クライオクーラの選択）
最後に、前述の様にして正確に求められたヘリウム容器への熱侵入量に対して充分な冷却能力を有するクライオクーラの選択について説明する。例えば、容量７４０リットルのヘリウム容器を有する超電導磁石を何もせずに放置した状態でガス圧を７６０ｍｍＡｑに設定保持しているときのヘリウムガスの放出量が１分間あたり５リットルの場合、そのヘリウム容器への侵入熱量は３４３ミリワットと計算される。この状態で更に、撮影のための傾斜磁場や高周波磁場を駆動させた時に放出するヘリウムガスが０．５リットル増加して、全体のヘリウムガスの放出量が５．５リットルとなった場合は、３５ミリワットが撮影時に増加する熱侵入量で、熱侵入量の総量は３７８ミリワットと求めることができる。【００６２】
上記の様な熱侵入量を有する超電導磁石に組み込むべきクライオクーラ１０８には、組み合わせ時に発生する損失、例えば５０ミリワット、更に、クライオクーラの次の定期保守の期間までに経時変化で劣化する冷却能力、例えば、７０ミリワットを考慮して、３７８ミリワットに１２０ミリワットをプラスした約５００ミリワット以上の冷却能力が必要になると判断される。このような冷却能力を有するクライオクーラ１０８を選択して超電導磁石に組み合わせることで、安定してヘリウムガスを液化して、安定して超電導コイルを冷却する液体ヘリウムをヘリウム容器内に蓄えることができる。【００６３】
上記の様に選択された冷却能力を有するクライオクーラ１０８を超電導磁石に組み込んだ当初は、クライオクーラ１０８の冷却能力がクライオスタットへの熱侵入量を上回る。このため、ヒータ２１２による発熱量を増加させてクライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しくなるようにする（Ｃ＝Ａ＋Ｂ）。その後の経時変化によるクライオクーラ１０８の冷却能力の低下に応じて、ヒータ２１２による発熱量を制御して常にクライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しくなるようにする。【００６４】
このヒータ２１２の発熱量Ｂの制御は、例えば、次の様に行う。前述の図３の構成を有するヘリウムガス計測ユニット１１１を用いて、設定圧力値の下で上下ヘリウム容器２０５、２０６からのヘリウムガス流量を求める。ヘリウムガス流量がゼロであれば、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しい状態であることを意味する。一方、上下ヘリウム容器２０５、２０６からのヘリウムガス流量がゼロでなければ、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和より小さい状態であることを意味する（Ｃ＜Ａ＋Ｂ）。このヘリウムガス流量がクライオクーラ１０８の冷却能力の低下分であり、その低下分に相当する上下ヘリウム容器２０５、２０６への仮想的な熱侵入量を求めることができる。そこで、このような状態になったときにヒータ２１２の発熱量Ｂを制御して、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃを上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しくさせる。つまり、ヒータ２１２の発熱量Ｂを上記仮想的な熱侵入量分減少させる。そして、ヒータ２１２の発熱量Ｂをゼロにしても、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量Ａを下回る（Ｃ＜Ａ）直前に、クライオクーラ１０８の保守又は交換を行うようにする。具体的には、ヒータ２１２の発熱量Ｂの所定の閾値Ｂ０において、Ｃ＜Ａ＋Ｂ０となった場合、その旨、または、クライオクーラの保守点検が必要であることを作業者に通知し、保守交換を促す。【００６５】
さらに、コンピュータ１１８が、クライオ制御ユニット１０７及びシステム信号バスライン１１９を経由してヒータ２１２の発熱量を読み取ってメモリ装置に保存したり、ディスプレイ１２０に表示したりしてもよい。また、コンピュータ１１８が、時系列に保存された発熱量データを後で読み出して、その時間的変化からクライオクーラ１０８の保守又は交換のタイミングを予測したり、ディスプレイ１２０にその時間的変化を表示したりしてもよい。【００６６】
以上が、ヘリウム容器への熱侵入量を正確に求めて、必要な冷却能力を有するクライオクーラを選択し、選択されたクライオクーラを組み込んで冷媒の消費を実質的に０にするよう制御しながら稼動させるための処理の説明であるが、この処理を纏めると図８の様になる。図８は、本処理の処理フローを示すフローチャートである。以下、図８の処理フローを構成する各ステップを詳細に説明する。ここでは、保守点検の要否を判断する発熱量の閾値Ｂ０が０である場合を例にあげて説明する。【００６７】
上下ヘリウム容器２０５、２０６からのヘリウムガス流量が計測される（ステップ８０１）。この計測は、ヒータ２１２とクライオクーラ１０８とを停止して行う。好ましくは、ヘリウム容器への熱侵入量が最大となる状態で、例えば、拡散強調画像を取得するためのシーケンスや、ＥＰＩシーケンスを実行しながらヘリウムガス流量を計測する。ヘリウムガス流量計測の詳細は前述の通りである。【００６８】
ステップ８０１で計測されたヘリウムガス流量に基づいて、上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量が求められる（ステップ８０２）。【００６９】
ステップ８０２で求めた上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量に基づいて、クライオクーラに必要な冷却能力が決定され、当該冷却能力を有するクライオクーラが選択される（ステップ８０３）。【００７０】
ステップ８０３で選択された冷却能力を有するクライオクーラ１０８が超電導磁石に組み込まれる（ステップ８０４）。そして、選択されたクライオクーラ１０８の過剰冷却能力に見合う分をヒータ２１２の発熱量として設定される。この様に組み合わされた状態で、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃがヘリウム容器に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しくなり、液体ヘリウムの気化が抑制される。この状態で暫くＭＲＩ装置を運転して、実際の撮影を行いながら、以下のステップ８０５〜ステップ８０９が繰り返される。【００７１】
一定時間後にヘリウムガス流量が計測される（ステップ８０５）。具体的には、クライオクーラ１０８とヒータ２１２とを稼動させながら、前述の図３の構成を有するヘリウムガス計測ユニット１１１を用いて、設定圧力値の下でヘリウム容器からのヘリウムガス流量が求められる。【００７２】
ヘリウムガス流量の有無が判別される（ステップ８０６）。ヘリウムガス流量が有ればステップ８０７に移行する。無ければステップ８０５に戻ってヘリウムガス流量計測が繰り返される。【００７３】
ヒータ２１２の発熱量が制御される（ステップ８０７）。一般的には経時変化によりクライオクーラ１０８の冷却能力が低下しているので、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６に侵入する熱量Ａとヒータ２１２の発熱量Ｂとの和に等しくなるようにヒータ２１２の発熱量Ｂが減少される。具体的には、ステップ８０５で計測されたヘリウムガス流量に基づいて、上下ヘリウム容器２０５、２０６への仮想的な熱侵入量が評価される。この仮想的な熱侵入量はクライオクーラ１０８の冷却能力の低下分に相当する。この仮想的な熱侵入量分だけヒータ２１２の発熱量Ｂが低減される。【００７４】
ヒータ２１２の発熱量がゼロか否かが判別される（ステップ８０８）。ゼロであればその旨を表示するとともにステップ８０９に移行し、ゼロでなければステップ８０５に移行する。【００７５】
ヒータ２１２の発熱量が０の場合、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量Ａを下回る程に低下したことを意味するため、作業者は、クライオクーラ１０８の保守・交換を行う。保守・交換後は、必要に応じて再度ステップ８０１から始める（ステップ８０９）。【００７６】
このような処理フローにより、適切な冷却能力を有するクライオクーラ１０８を選択出来ると共に、常にクライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量Ａを上回るように制御できる。さらに、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃが上下ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量Ａを下回った場合にも、適切なタイミングでクライオクーラ１０８の保守と交換とを行うことが出来る。【００７７】
以上が本実施形態の説明である。本実施形態によれば、ヘリウム容器への熱侵入量を正確に求めることが可能になるので、ヘリウム容器への熱侵入量に応じて最適な冷却能力を有するクライオクーラを選択することができる。この基本的効果により、ヘリウム容器への熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを適正にバランスさせ、冷媒である液体ヘリウムの消費を長期に亘って実質ゼロにすることが可能になる。また、ヘリウム容器への熱侵入量が変化した場合でも、その変化を定量的に把握して、適正な冷却能力を有するクライオクーラを組み合わせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。また、医療施設で用いられる種々の撮像法によるヘリウム容器の熱侵入量を定量的に把握して、適正な冷却能力のクライオクーラを組み合わせ、冷媒の消費を実質ゼロにすることができる。【００７８】
尚、本実施形態は超電導磁石単体においても同様に実施することができ、同様の効果を得ることができる。【００７９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。本実施形態は、ヘリウムガス流量の計測及びヒータの発熱量の制御を一定周期で行うと共に、クライオクーラの保守・交換を報知する形態である。本実施形態におけるＭＲＩ装置、ヘリウムガス流量の計測及びヒータの発熱量の制御は、前述の第一の実施形態と同様であるので、これらの詳細な説明は省略し、異なる点のみ以下に詳細に説明する。以下、図１，図３に基づいて本実施形態を詳細に説明する。【００８０】
本実施形態では、図１および図３に示すように、超伝導磁石１０１のサービスポート１１０にヘリウム計測ユニット１１１が常時接続される。バルブ２１３及び一方向性バルブ２１４は、それぞれ図示せぬ駆動部（バルブ駆動部）及びこのバルブ駆動部を制御する制御部（バルブ制御部）を備える。そして、バルブ制御部は、コンピュータ１１８に接続されてコンピュータ１１８の制御の下にバルブ駆動部を制御する。また、図１に示すようにヘリウムガス計測ユニット１１１は、コンピュータ１１８に接続され、コンピュータ１１８からの制御信号により動作すると共に、計測結果をコンピュータ１１８に通知する。より詳細には、図３に示す様に、ヘリウムガス計測ユニット１１１内のコントロール回路３０５と流量表示計３０９とが、それぞれコンピュータ１１８に接続され、コンピュータ１１８からの制御信号により動作し、計測結果をコンピュータに通知する。例えば、コンピュータ１１８からコントロール回路３０５に圧力の設定値が入力され、流量表示計３０９からコンピュータ１１８にガス流量値が通知される。また、ヒータ２１２は、クライオ制御ユニット１０７を介してコンピュータ１１８に接続され、コンピュータ１１８の制御の下にクライオ制御ユニット１０７を介してその発熱量が制御される。【００８１】
このような構成において、コンピュータ１１８は、バルブ２１３をオープンするとともに、方向性バルブ２１４の出力を完全に閉じた後に、図８に示す処理フローのステップ８０５〜ステップ８０８の処理を一定間隔で繰り返し行う様に、コントロール回路３０５、流量表示計３０９、及びヒータ２１２を制御する。その際、コントロール回路３０５に設定したガス庄、流量表示計３０９から得られるガス流量、及びヒータ２１２の発熱量を逐次ディスプレイ１２０に表示しても良い。そして、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃがヘリウム容器への熱侵入量Ａを下回った場合に、ステップ８０９でその旨を報知して操作者に警告するともに、クライオクーラ１０８の保守・交換を促す。例えば、ディスプレイ１２０に警告メッセージを表示したり、警報を鳴らしたりしても良い。一方、ステップ８０５〜ステップ８０８の処理を終えた際、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃがヘリウム容器への熱侵入量Ａを上回っている場合は、上記ガス流量計測を終了すると共に、バルブ２１３を完全に閉じ、一方向性バルブ２１４の出力をオープンにして計測前の状態に戻す。【００８２】
以上が本実施形態の説明である。本実施形態によれば、ヘリウム容器の熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを定期的に計測し、装置全体が適正な冷却能力で運転されているか否かを判定し、否の場合の是正処置の実施を操作者に促すことで、超電導磁石の冷媒量を安定なレベルに維持し運転することが可能になる。【００８３】
尚、本実施形態は超電導磁石単体においても同様に実施することができ、同様の効果を得ることができる。【００８４】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。本実施形態は、遠隔監視により、ヘリウムガス流量の計測及びヒータの発熱量の制御を一定周期で行うと共に、クライオクーラの保守・交換の必要の有無を把握する形態である。本実施形態におけるＭＲＩ装置、ヘリウムガス流量の計測及びヒータの発熱量の制御は、前述の第一の実施形態と同様であるので、これらの詳細な説明は省略し、異なる点のみ以下に詳細に説明する。以下、図１に基づいて本実施形態を詳細に説明する。【００８５】
図１に示すように、本実施形態のコンピュータ１１８は、モデムやＬＡＮなどの通信制御装置１２１を経由して遠隔監視センタ１２３に接続される。コンピュータ１１８が通信制御装置１２１を介してＭＲＩ装置の動作管理情報を遠隔監視センタ１２３に通知することにより、遠隔監視センタ１２３においてＭＲＩ装置の遠隔監視を行う。そして、遠隔監視センタ１２３からの制御情報がコンピュータ１１８に送信される。前述の第二の実施形態と同様に、ヘリウムガス計測ユニット１１１は、コンピュータ１１８を介して遠隔監視センタ１２３からの制御情報に従って制御されると共に、計測結果を遠隔監視センタ１２３に通知する。より詳細には、遠隔監視センタ１２３からコンピュータ１１８を介してコントロール回路３０５に圧力の設定値が入力され、流量表示計３０９からコンピュータ１１８を介してガス流量値が遠隔監視センタ１２３に通知される。また、ヒータ２１２の発熱量はコンピュータ１１８を介して遠隔監視センタ１２３から制御される。【００８６】
このような構成において、遠隔監視センタ１２３は、コンピュータ１１８を介して、図８に示す処理フローのステップ８０５〜ステップ８０８の処理（遠隔監視処理）を定期的に繰り返し行って、コントロール回路３０５、流量表示計３０９、及びヒータ２１２を制御する。その際、コントロール回路３０５に設定したガス圧、流量表示計３０９から得られるガス流量、及びヒータ２１２の発熱量を逐次遠隔監視センタ１２３のディスプレイに表示しても良い。そして、ステップ８０５〜ステップ８０８の処理を終えた際、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃがヘリウム容器への熱侵入量Ａを下回った場合に、その旨を報知して遠隔監視センタ１２３の管理者に警告する。例えば、ディスプレイに警告メッセージを表示したり、警報を鳴らしたりしても良い。警告を受けた遠隔監視センタ１２３の管理者は直ちにＭＲＩ装置の所在地に向かってクライオクーラ１０８の保守・交換を行う。一方、クライオクーラ１０８の冷却能力Ｃがヘリウム容器への熱侵入量Ａを上回っている場合は、何もせず次回の遠隔監視処理を待つ。【００８７】
以上が本実施形態の説明である。本実施形態によれば、遠隔監視センタからの遠隔監視により、ＭＲＩ装置の操作者を煩わせることなく、３６５日２４時間いつでもヘリウム容器の熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを監視して、装置全体が適正な冷却能力で運転されているか否かを判定でき、否の場合の是正処置を早急に実施することができるので、超電導磁石の冷媒量を安定なレベルに維持し運転することが可能になる。【００８８】
尚、本実施形態は超電導磁石単体においても同様に実施することができ、同様の効果を得ることができる。【００８９】
（第四の実施形態）
次に本発明の第四の実施形態を説明する。本実施形態におけるＭＲＩ装置、ヘリウムガス流量の計測およびヒータの発熱量の制御は、基本的に上記各実施形態のいずれかと同様である。ただし、本実施形態のコンピュータ１１８は、クライオクーラ１０８の冷却能力とクライオスタット１０１、１０４のヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量とを算出し、予め定められた適正範囲内か否かを判別し、判別結果を作業者に提示する機能を有する。また、本実施形態では、ヒータ２１２の発熱量ではなく、クライオクーラ１０８の冷却能力とヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量との差を監視し、保守点検のタイミングを抽出する。【００９０】
上述したように、クライオスタット１０３、１０４は、熱遮蔽板やスパーインシュレータの寸法や取り付け精度により個々の装置のヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量が異なる。また、組み込むクライオクーラ１０８にも個体差がある。このため、製造完了段階で、そのヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量およびクライオクーラ１０８の冷却能力が許容範囲であるか判別する必要がある。また、上述したように、クライオスタット１０１、１０４は、製造場所から設置する医療サイトへの輸送中の熱遮蔽板やスパーインシュレータの変位により、製造段階と医療サイトへの設置後との、ヘリウム容器への熱侵入量およびクライオクーラ１０８の冷却能力に差異が生じる。【００９１】
このため、本実施形態では、上記各実施形態のクライオスタット１０１、１０４が有する、ヘリウム容器２０５、２０６から気化するヘリウムガス流量を正確に計測する機能を用い、製造段階および医療サイト設置時のヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量およびクライオクーラ１０８の冷却能力を算出し、算出結果が許容範囲内であるか判別する。判別結果は表示等の手段で作業者に通知する。作業者は、通知結果に基づき、必要に応じて、対策を講じる。【００９２】
本実施形態のコンピュータ１１８は、熱侵入量算出部と、冷却能力算出部と、装置状態記録部と、グラフ作成部と、装置状態判別部と、状態監視制御部と、機器許容度判定部と、を備える。【００９３】
熱侵入量算出部は、上記各実施形態と同様の手法で、ヘリウムガス計測ユニット１１１が計測したヘリウムガス流量からヘリウム容器２０５、２０６の熱侵入量を算出する。作業者から熱侵入量を算出する指示を受け付け、または、状態監視制御部からの指示を受け付けると、ヒータ２１２とクライオクーラ１０８とを停止させ、第一の実施形態のステップ８０１の手法で計測を行い算出する。クライオクーラ１０８が取り付けられていない場合は、ヒータ２１２のみ停止させて計測する。【００９４】
冷却能力算出部は、クライオクーラ１０８の冷却能力を算出する。クライオクーラ１０８の冷却能力は、上述のように、ヘリウムガス流量が０になるようヒータ２１２の発熱量を調整した際の、ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量とヒータ２１２の発熱量との合計である。冷却能力算出部も、作業者からの指示、または、状態監視制御部からの指示を受け付けると、熱侵入量の計測を行い、ヒータ２１２の発熱量と合計し、算出する。【００９５】
装置状態記録部は、熱侵入量算出部および冷却能力算出部がそれぞれ各時点で算出したヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量およびクライオクーラ１０８の冷却能力を受け取り、受け取ったタイミングに対応づけてメモリ等の記録手段に保持する。本実施形態では、記録単位を日単位とする。なお、製造完了時および医療サイトへの据え付け時は、日付ではなく、製造完了時および据付時を特定する情報に対応づけて記録するよう構成してもよい。【００９６】
グラフ作成部は、装置状態記録部が保持しているデータを用い、冷却能力および熱侵入量の少なくとも一方を時系列にプロットしたグラフを表示させるグラフ画面データを作成する。グラフの作成は、装置状態記録部にこれらのデータが格納されたタイミング、または、作業者からの指示を受け付けたタイミングで行う。また、グラフ画面データには、グラフとともに、グラフ表示された熱侵入量、冷却能力をの最新の値を数値で表示させる。【００９７】
装置状態判別部は、クライオクーラ１０８の冷却能力の余裕の度合いを示す裕度（Ａｌｌｏｗａｎｃｅ）を算出し、クライオクーラの冷却能力の余裕の有無を判別する。裕度は、クライオクーラ１０８の冷却能力から熱侵入量を引いて算出する。装置状態判別部は、裕度として算出した値が正の場合、冷却能力に余裕があり正常な運用が行われているものと判別し、負の場合、冷却能力に不足が生じていると判別する。裕度の算出結果および判別結果は、グラフ作成部に渡され、表示情報としてグラフ画面データに組み込まれる。なお、装置状態判別部は、装置状態記録部にデータが格納されたタイミングで裕度を算出する。【００９８】
図９は、グラフ作成部が作成したグラフ画面データに基づいてディスプレイ１２０等の表示装置に表示されるグラフ画面９００の一例である。グラフ画面９００は、グラフ部９１０と、数値表示部９２０とを備える。本図に示すように、グラフ部９１０に表示されるグラフの、縦軸はミリワット（ｍＷ）単位で示した熱量、横軸は時間（ここでは、単位は日）である。本図において、（Ｃｒｙｏ−Ｃｏｏｌｅｒ）はクライオクーラ１０８の冷却能力を示し、（Ｍａｇｎｅｔ）は超電導磁石のヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量を示している。なお、数値表示部９２０には、クライオクーラ１０８の冷却能力と熱侵入量との最新のデータおよび裕度が数値で表示される。また、状態表示として裕度が正の値の場合「Ｎｏｒｍａｌ」が、負の値の場合「Ｗａｒｎｉｎｇ」が表示される。【００９９】
なお、図１０に示すように、グラフ画面９００は、さらに、設置時の冷却能力および熱侵入量を表示させる指示を受け付ける設置時データ表示ボタン９３０を備えてもよい。グラフ作成部は、グラフ画面９００の設置時データ表示ボタン９３０を介して作業者からの指示を受け付けると、設置時の冷却能力および熱侵入量をグラフ部９１０のグラフ上に表示させる。【０１００】
状態監視制御部は、予め定められた時間間隔で、熱侵入量算出部と冷却能力算出部とにそれぞれ、ヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量とクライオクーラ１０８の冷却能力とを計測させる。状態監視制御部は、作業者からＭＲＩ装置が運用に入ったことの指示を受け、稼動する。【０１０１】
機器許容度判定部は、各時点で算出したヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量およびクライオクーラの冷却能力が、予め保持する標準の値を基準とする所定の許容範囲内であるか否か判別し、判別結果を表示等の手段により作業者に提示する。熱侵入量に対しては、所定の値以下であれば、許容範囲内と判断し、冷却能力については、所定の値以上であれば許容範囲内と判断する。判別結果は、両者とも許容範囲（正常）、熱侵入量が許容範囲外（熱侵入量不良）、冷却能力が許容範囲外（冷却能力不良）、熱侵入量および冷却能力がともに許容範囲外（熱侵入量不良および冷却能力不良）、の４種がある。なお、機器許容度判定部は、有さなくてもよい。例えば、上記グラフ画面９００を用い、算出したヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量およびクライオクーラの冷却能力を表示装置等に表示し、ユーザが適否を判別し、判別結果を入力するよう構成してもよい。【０１０２】
なお、グラフ作成部が作成したグラフ画面データの表示は、コンピュータ１１８に直接接続されているディスプレイ１２０に限らず、通信制御装置１２１を介して接続される遠隔監視センタ１２３の表示装置に表示されるよう構成してもよい。【０１０３】
上記コンピュータ１１８が備える各機能は、コンピュータ１１８が有するメモリに格納されたプログラムを、コンピュータ１１８のＣＰＵが実行することにより実現される。【０１０４】
次に、本実施形態のＭＲＩ装置を製造後、医療サイトへ運搬し、据え付け、運用を開始し、保守点検が必要になるまでの作業の流れを説明する。図１１は、本実施形態のＭＲＩ装置の作業の流れを説明するための図である。【０１０５】
作業者がクライオクーラ以外の組み立ての完了した超電導磁石をＭＲＩ装置に組込んだ時点から説明する。まず、作業者は、本実施形態のＭＲＩ装置に必要冷却能力算出処理を行わせ、組み込むクライオクーラに必要な冷却能力を算出させる（ステップ１１０１）。作業者は、その算出結果から組み込むクライオクーラを選択し、組み込む（ステップ１１０２）。【０１０６】
クライオクーラが組み込まれると、作業者は、本実施形態のＭＲＩ装置に、製造時の性能チェック処理を行わせる（ステップ１１３１）。ここでは、製造場所で、冷却能力の算出を行う（ステップ１１０３）。ここで、ステップ１１０１の冷却能力算出処理時に算出した熱侵入量と、ステップ１１０３で算出した冷却能力とが予め定めた許容範囲であるか否かを判別する（ステップ１１０４）。そして、両者とも許容範囲であれば、算出結果を記録する（ステップ１１０５）とともに、判別結果を通知する。一方、熱侵入量および冷却能力の少なくとも一方が許容範囲外である場合は、判別結果を通知する。通知は、上述の４種のいずれかである。【０１０７】
熱侵入量および冷却能力の少なくとも一方が許容範囲外である通知を受けると、作業者は、対策を講じ（ステップ１１２１）、再度製造時の性能チェック処理を行うよう指示をする。なお、ステップ１１２１では、熱侵入量不良と判定された場合、作業者は、クライオスタットへの断熱対策を施す。ここでは、例えば、真空度低下や輸送による変位を修復する。また、冷却能力不良と判定された場合、作業者は、クライオクーラを組み込み直す等の対策を施す。ここでは、例えば、クライオクーラの低温部分とクライオスタット内の熱遮蔽板との熱接触を確保する作業の品質を高める。両者ともに不良の場合は、両方の対策を行う。【０１０８】
また、熱侵入量および冷却能力のいずれか一方が許容範囲外である場合、許容範囲内であった算出結果は保持し、対策後は、許容範囲外であった性能のみ算出するよう構成してもよい。【０１０９】
製造時の性能チェック処理で、熱侵入量および冷却能力がともに許容範囲内であり、合格した場合、作業者はＭＲＩ装置を医療サイトに運搬し、据え付ける（ステップ１１０６）。据え付け後、作業者は、本実施形態のＭＲＩ装置に、据付時の性能チェック処理を行わせる（ステップ１１３２）。ここでは、据え付け場所で熱侵入量および冷却能力の算出を行い（ステップ１１０７）、これらの性能が予め定めた許容範囲であるか否かを判別する（ステップ１１０８）。そして、両者とも許容範囲であれば、算出結果を記録する（ステップ１１０９）とともに、その旨通知する。一方、熱侵入量および冷却能力の少なくとも一方が許容範囲外である場合は、その旨通知する。【０１１０】
熱侵入量および冷却能力の少なくとも一方が許容範囲外であるとの通知を受けると、作業者は、対策を講じ（ステップ１１２２）、再度製造時の性能チェック処理を行うよう指示をする。なお、ここで講じる対策は、製造時の性能チェック処理時のものと同じである。【０１１１】
据付時の性能チェック処理で、熱侵入量および冷却能力がともに許容範囲内の場合、作業者はＭＲＩ装置の運用を開始する（ステップ１１１０）とともに、ＭＲＩ装置に状態監視処理を開始するよう指示を行う（ステップ１１３３）。ここでは、所定の時間が経過する毎に（ステップ１１１１）、熱侵入量と冷却能力とを算出し（ステップ１１１２）、両者から求められる裕度が０未満であるか否かを判別する（ステップ１１１３）。裕度が０未満でなければ、グラフ表示を行い（ステップ１１１４）、ステップ１１１１に戻り、次の算出時間を待つ。一方、裕度が０未満となった場合、作業者にその旨通知する。作業者は通知を受け、状態監視処理を終了させ、保守点検を行う。なお、ＭＲＩ装置運用中は、本実施形態においても、第一の実施形態と同様にヒータの発熱量の制御が行われる。【０１１２】
次に、上記の手順において、本実施形態のＭＲＩ装置のコンピュータ１１８が行う各処理について以下に説明する。【０１１３】
まず、上記ステップ１１０１の必要冷却能力算出処理について説明する。図１２は、本実施形態の必要冷却能力算出処理の処理フローである。【０１１４】
作業者から必要冷却能力算出処理開始の指示を受け付けると、コンピュータ１１８は、熱侵入量算出部にヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量を算出させる（ステップ１２０１）。そして、コンピュータ１１８は、算出した熱侵入量をメモリに格納するとともに、第１の実施形態の手法でクライオクーラに必要な冷却能力を算出する（ステップ１２０２）。コンピュータ１１８は、結果を作業者に提示し（ステップ１２０３）、処理を終了する。なお、本実施形態では、組み込むクライオクーラに必要な冷却能力の算出を、コンピュータ１１８が行うよう構成しているが、これに限られない。例えば、熱侵入量算出部が算出した熱侵入量を作業者に提示し、作業者が、組み込むクライオクーラに必要な冷却能力の算出を行うよう構成してもよい。【０１１５】
次に、ステップ１１３１の製造時の性能チェック処理、および、ステップ１１３２の据付時の性能チェック処理について説明する。これらはほぼ同じであるため、運用開始前の性能チェック処理として、以下に説明する。図１３は、本実施形態の運用開始前の性能チェック処理の処理フローである。【０１１６】
作業者から運用開始前の性能チェック処理を開始するよう指示を受け付けると、コンピュータ１１８は、熱侵入量算出部および冷却能力算出部にそれぞれ熱侵入量および冷却能力を算出させる（ステップ１３０１、１３０２）。算出を終えると、コンピュータ１１８は、機器許容度判定部に、熱侵入量および冷却能力が許容範囲であるか否か判別させる（ステップ１３０３）。なお、製造時の性能チェック処理では、ステップ１３０１の熱侵入量算出部による熱侵入量の算出を行わず、冷却能力算出処理時にメモリに保持された熱侵入量を用い、ステップ１３０３の判別を行う。【０１１７】
ステップ１３０３の判別結果が、熱侵入量および冷却能力のいずれも許容範囲内である場合、コンピュータ１１８は、装置状態記録部に算出結果を記録させる（ステップ１３０４）とともに、グラフ作成部にグラフ画面データを生成させ、表示させる（ステップ１３０５）。ステップ１３０４において、製造時は、製造時の記録であることを示す情報に対応づけて記録し、据付時は、据え付け時の記録であることを示す情報に対応づけて記録する。なお、グラフ画面データに機器許容度判定部の判別結果を表示させるよう構成してもよい。【０１１８】
一方、ステップ１３０３の判別結果が、熱侵入量および冷却能力の少なくとも一方が許容範囲外であることを示すものである場合、コンピュータ１１８は、機器許容度判定部にその判別結果を表示させる（ステップ１３０６）。作業者は、この表示を見ることにより、対策の必要性を判断できる。【０１１９】
なお、機器許容度判定部を有しない構成の場合、ステップ１３０３およびステップ１３０６の処理を行わない。また、製造時の性能チェック処理においても、ステップ１３０１の処理を行うよう構成してもよい。【０１２０】
次に、ステップ１１３３の状態監視処理について説明する。図１４は、本実施形態の運用開始後の性能チェック処理の処理フローである。【０１２１】
作業者から状態監視処理の開始の指示を受け付けると、コンピュータ１１８は、状態監視制御部を稼動させる（ステップ１４０１）。状態監視制御部は、指示を受けたときから所定時間が経過すると、熱侵入量算出部および冷却能力算出部にそれぞれ熱侵入量および冷却能力を算出させる（ステップ１４０２、１４０３）。なお、熱侵入量および冷却能力の算出は、予め定められた時刻になったら、行うよう構成してもよい。【０１２２】
算出を終えると、状態監視制御部は、装置状態判別部に裕度を算出させ（ステップ１４０４）、装置状態記録部に、算出時刻を特定する情報とともに、熱侵入量、冷却能力、および裕度を記録させる（ステップ１４０５）。また、算出結果において、裕度が０以上の場合（ステップ１４０６）、グラフ作成部にグラフ画面データを生成させ、表示させる（ステップ１４０８）。一方、裕度が０未満の場合、保守点検が必要であることを示す表示データをグラフ作成部に作成させ、表示させる（ステップ１４０７）。ここでは、グラフ画面データにおいて、状態を「ｗａｒｎｉｎｇ」にしたものを表示させる。そして、状態監視制御部は、作業者から終了の指示を受け付けなければ（ステップ１４０９）、所定時間のカウントをリセットして、ステップ１４０１に戻る。【０１２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、上下ヘリウム容器から気化するヘリウムガス流量を正確に計測することができるため、それを用いて、クライオスタットへの熱侵入量を即座かつ正確に算出することができる。従って、ヒータを停止させてクライオスタットへの熱侵入量を算出することにより、伝導や輻射によるクライオスタットへの熱侵入量（基礎熱侵入量）を即座かつ正確に算出し、製造者に提示することができる。製造者は、得られた基礎熱侵入量に基づいて、設置時に、個々のＭＲＩ装置に必要十分な冷却能力を有するクライオクーラを容易に選択することができる。【０１２４】
また、本実施形態によれば、上下ヘリウム容器から気化するヘリウムガス流量を正確に計測することができるため、それを用いてヒータの発熱量を制御することができる。このヒータの発熱量の制御により、ＭＲＩ装置稼動時の熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを均衡させることができ、冷媒の消費を抑えることができる。【０１２５】
また、本実施形態によれば、上記ヘリウムガス流量から算出したクライオスタットへの熱侵入量と、ヒータ発熱量とから、クライオスタットに組み込んだ状態のクライオクーラの冷却能力、すなわち、クライオスタットを含めた装置全体の冷却能力を算出することができる。従って、１つのヘリウムガス流量計測ユニットを備えるという簡易な構成で、熱侵入量と冷却能力とを即座に得ることができる。【０１２６】
また、本実施形態によれば、上述のように熱侵入量と冷却能力とを即座に得ることができるため、それを用いて、クライオクーラ組込直後の冷却能力を算出することができ、作業者に提示することができる。作業者は、この結果により、クライオクーラ取り付け作業の質をその場で判定することができる。【０１２７】
また、本実施形態によれば、上述のように熱侵入量と冷却能力とを即座に得ることができるため、それを用いて、据付時の熱侵入量と冷却能力とを算出し、作業者に提示することができる。これにより、作業者は、輸送時のトラブルや据付作業の質を判定することができる。なお、医療サイト据付後の機器許容度判定部による判定の基準値を、製造時の熱侵入量および冷却能力とするよう構成してもよい。この場合、製造時との差が明確になり、輸送中のトラブルや据え付け作業の質をより明確に判定することができる。【０１２８】
また、本実施形態によれば、上述のように熱侵入量と冷却能力とを即座に得ることができる。従って、運用開始後、所定の時間間隔で容易に熱侵入量と冷却能力とを算出することができる。また、本実施形態によれば、算出結果を稼動時間の経過に伴う熱侵入量および冷却能力の変化を示すグラフとして表示するため、作業者はメンテナンスを必要とする時期の目安を得ることができる。【０１２９】
このグラフ表示から、作業者は、検査（スキャン）により超電導磁石内に発生する渦電流や振動による熱侵入量の変化、天候による変化を容易に把握することができる。通常、熱侵入量の変化は、検査（スキャン）と天候による影響以外要因はない。このため、通常把握されているこれらの影響を超える変化を示す場合は、作業者はそのグラフから、超電導磁石の真空レベルの劣化など断熱特性に劣化があると判断でき、装置の不具合を早めに把握することができる。【０１３０】
また、本実施形態では、据付時の熱侵入量および冷却能力もグラフに表示可能なように構成している。このため、作業者に設置時との差異を明確に示すことができる。作業者は装置の運転状態、環境をさらに把握しやすく、必要な対策を早めに講ずることができる。【０１３１】
なお、上記表示は、据付時の熱侵入量および冷却能力の代わりに、製造完了時のこれらの値であってもよい。製造完了時の熱侵入量および冷却能力を表示させることで、据付作業者は装置の輸送中の変化や据え付け後の装置の状態を容易に把握できる。据え付け前は、製造完了時の値を保持し、据付完了後に製造完了時の値を据付時の値に書き込むよう構成してもよい。なお、本領域には、製造完了時、据付時以外の特定の時点のデータを保持するよう構成してもよい。また、１時点の値だけでなく、複数時点（例えば、製造完了時と据付完了時）を保持し、表示させるよう構成してもよい。【０１３２】
また、本実施形態では、算出した熱侵入量および冷却能力から、冷却能力の余裕の度合いを算出し、上記のグラフおよびクライオスタットの状態を示す情報とともに提示している。従って、作業者は、直感的にクライオクーラの保守点検の必要性を知ることができる。【０１３３】
さらに、本実施形態によれば、運用開始後の熱侵入量と冷却能力との算出および結果の提示を、コンピュータにより自動的に行うよう構成できる。従って、操作者の関与無しに、熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを均衡させ、冷媒の消費を最適にして運用でき、一方、操作者は、保守、点検のタイミングを知ることができる。【０１３４】
さらに、本実施形態によれば、コンピュータにより自動的に行う運用開始後の熱侵入量と冷却能力との算出結果等を、遠隔地に通知することができる。従って、操作者および遠隔地の監視者の関与無しに熱侵入量とクライオクーラの冷却能力とを均衡させて冷媒の消費を最適にして運用でき、一方、操作者のみならず遠隔地の監視者も、保守、点検のタイミングを知ることができる。【０１３５】
なお、本実施形態では、クライオクーラ１０８の冷却能力とヘリウム容器２０５、２０６への熱侵入量との差を監視し、保守点検のタイミングを作業者に提示している。しかし、第一〜第三の各実施形態同様、ヒータ２１２の発熱量を監視し、これによりタイミングを判別し、作業者に提示するよう構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本実施の形態のオープンＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１のＭＲＩ装置を構成する超電導磁石の断面の概略構成を示す説明図。
【図３】図１のＭＲＩ装置のヘリウムガス計測ユニットの詳細構成図。
【図４】図３のレギュレータの内部構造の概略を示す図。
【図５】図３のヘリウムガス計測ユニットの動作を示す説明図。
【図６】ヘリウムガス圧を一定に制御してヘリウムガス流量を計測するための制御フローを表すフローチャート。
【図７】図１のＭＲＩ装置のヘリウム計測の機能を示す説明図。
【図８】クライオクーラに必要な冷却能力を見積もるための処理フローを表すフローチャート。
【図９】第四の実施形態のグラフ画面の一例を示す図。
【図１０】第四の実施形態のグラフ画面の他の例を示す図。
【図１１】第四の実施形態の作業の流れを説明するための図。
【図１２】第四の実施形態の必要冷却能力算出処理の処理フローチャート。
【図１３】第四の実施形態の運用開始前の性能チェック処理の処理フローチャート。
【図１４】第四の実施形態の運用開始後の性能チェック処理の処理フローチャート。
【符号の説明】
【０１３７】
１０１：超電導磁石、１０８：４Ｋクライオクーラ、１１１：ヘリウムガス計測ユニット、１１８：コンピュータ、２１２：ヒータ、３０３：レギュレータ、３０４：圧力センサ、３０８：流量計
【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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【図１４】
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【国際調査報告】
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