(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置において、冷却容器が液体ヘリウムレスの構成である場合において、クエンチの発生リスクを抑えること。【解決手段】ＭＲＩ装置は、超電導コイル２０８ａと、超電導コイルを支持するボビン２０８ｂとを含む超電導コイルユニット２０８と、超電導コイルユニット２０８を収納し、液体ヘリウムレスの冷却容器２０７と、超電導コイルユニット２０８上に配置され、超電導コイルユニット２０８を冷却する複数の冷凍機２０４ａ，２０４ｂと、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、前記超電導コイルを支持する支持部材とを含む超電導コイルユニットと、
前記超電導コイルユニットを収納し、液体ヘリウムレスの冷却容器と、
前記超電導コイルユニット上に配置され、前記超電導コイルユニットを冷却する複数の冷凍機と、
を有する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記複数の冷凍機の各冷凍機は、圧縮された冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生させるコールドヘッドである請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記複数の冷凍機は、前記超電導コイルユニットの前記ボビン上に配置される請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記複数の冷凍機は、被検体を載置する寝台の進退方向に平行な一直線上に並べて配置される請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記冷却容器の内部を真空とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記超電導コイルユニット上に配置され、前記超電導コイルユニットの温度を検知する温度センサと、
前記複数の冷凍機のうち少なくとも１個の冷凍機の動作中、前記検知された温度に基づいて前記少なくとも１つの冷凍機の冷却能力が低下したと判断する場合、動作を前記複数の冷凍機の残りの冷凍機に切り替える制御手段と、をさらに有する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記少なくとも１個の冷凍機と、前記残りの冷凍機とを交互に動作させる場合、前記少なくとも１個の冷凍機の動作中の温度が、前記残りの冷凍機の動作中の温度に比べて高い傾向を示した場合、前記少なくとも１個の冷凍機の冷却能力が低下したと判断する請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
前記複数の冷凍機の少なくとも１つは、冷却能力が可変である請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却能力が低下した旨を報知する請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
電源に接続される電力制御回路と、
前記電力制御回路に接続されたバッテリーと、をさらに有し、
前記電力制御回路は、前記電源から前記バッテリーに電力供給源を切り替える請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
前記超電導コイルに蓄えられたエネルギーを前記バッテリーに回生する減磁用電源回路をさらに有する請求項１０に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１２】
前記減磁用電源回路は、前記バッテリーの残量が所定量以下になると、前記超電導コイルに蓄えられたエネルギーを前記バッテリーに回生する請求項１１に記載の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】
本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ)装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージングは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数のＲＦ信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生するMR信号から画像を再構成する撮像法である。
【０００３】
ＭＲＩ装置では、液体ヘリウムによる浸漬冷却を利用した超電導マグネットを用いている。超電導マグネットは、液体ヘリウムを貯蔵したヘリウム容器中に超電導コイルを浸漬冷却させることによって、超伝導状態を維持するように構成されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６７２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヘリウムは希少物質であるため、大量な液体ヘリウムを用いないで超電導コイルの冷却が可能な超電導マグネットが求められている。そこで、超電導コイルの円周上に電子冷却部材を取り付けて超電導コイルを冷却する液体ヘリウムレスの技術も開示されている。しかしながら、この技術では、超電導コイルの冷却が十分なものとは言い難い。超電導コイルの冷却が不十分であれば、外部熱侵入などの要因によるクエンチのリスクが上昇してしまう。
【０００６】
本実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、冷却容器が液体ヘリウムレスの構成である場合において、クエンチの発生リスクを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、上述した課題を解決するために、超電導コイルと、前記超電導コイルを支持する支持部材とを含む超電導コイルユニットと、前記超電導コイルユニットを収納し、液体ヘリウムレスの冷却容器と、前記超電導コイルユニット上に配置され、前記超電導コイルユニットを冷却する複数の冷凍機と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成を示す概略図。
【図２】第１の実施形態に係るＭＲＩ装置における円筒型マグネットを示す図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＲＩ装置における超電導マグネットユニットの構成を示す図。
【図４】複数の冷凍機の第１の配置例を示す図。
【図５】複数の冷凍機の第２の配置例を示す図。
【図６】複数の冷凍機の第３の配置例を示す図。
【図７】複数の冷凍機の第４の配置例を示す図。
【図８】第２の実施形態に係るＭＲＩ装置における超電導マグネットユニットの構成を示す図。
【図９】超電導コイルを励磁する処理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成を示す概略図である。
【００１１】
図１は、第１実施形態のＭＲＩ装置１００を示す。ＭＲＩ装置１００は、被検体１５０に対して磁場を発生する静磁場発生部１及び傾斜磁場発生部２と、被検体１５０に対しＲＦパルスの照射とＭＲ信号の受信を行う送受信部３と、被検体１５０を載置する寝台４を備える。また、ＭＲＩ装置１００は、送受信部３によって受信されたＭＲ信号を再構成処理して画像データを生成する画像データ生成部５と、生成した画像データを表示する表示部６と、ＭＲ信号の収集条件や画像データの表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行う入力部７と、ＭＲＩ装置１００の各ユニットを制御する制御部９を備える。
【００１２】
静磁場発生部１は、超電導マグネットユニット１１と、超電導マグネットユニット１１に電流を供給する静磁場電源１２と、を備え、被検体１５０の周囲に静磁場を形成する。
【００１３】
傾斜磁場発生部２は、互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ軸方向の傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル２１と、傾斜磁場コイル２１の各々に対して電流を供給する傾斜磁場電源２２を備える。
【００１４】
傾斜磁場電源２２には、制御部９によって傾斜磁場制御信号が供給され、被検体１５０が置かれた空間の符号化が行なわれる。即ち、上記傾斜磁場制御信号に基づいて傾斜磁場電源２２からＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の傾斜磁場コイル２１に供給されるパルス電流を制御することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の傾斜磁場は合成されて互いに直交するスライス選択傾斜磁場Ｇｓ、位相エンコード傾斜磁場Ｇe及び読み出し（周波数エンコード）傾斜磁場Ｇｒが任意の方向に形成される。各方向の傾斜磁場は、超電導マグネットユニット１１によって形成された静磁場に重畳されて被検体１５０に加えられる。
【００１５】
送受信部３は、被検体１５０に対してＲＦパルスを照射すると共に被検体１５０にて発生したＭＲ信号を検出するための送受信コイル３１と、送受信コイル３１に接続された送信部３２及び受信部３３を備える。但し、送受信コイル３１は、送信コイルと受信コイルが分離して設けられていてもよい。
【００１６】
送信部３２は、超電導マグネットユニット１１の静磁場強度によって決定される磁気共鳴周波数と同じ周波数をもち、選択励起波形で変調されたＲＦパルス電流によって送受信コイル３１を駆動し、被検体１５０にＲＦパルスを照射する。一方、受信部３３は、送受信コイル３１がＭＲ信号として受信した電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換などの信号処理を行い、デジタル信号としてMR信号記憶部５１１に一旦保存する。
【００１７】
寝台４に備えられた天板は、所望の撮影位置を設定するために被検体１５０を体軸方向の任意の位置に移動させることが可能であり、ガントリの撮像空間に挿入可能な構造になっている。静磁場発生部１の超電導マグネットユニット１１、傾斜磁場発生部２の傾斜磁場コイル２１及び送受信部３の送受信コイル３１は、ガントリに設けられ寝台４と共に撮影室（シールドルーム）に設置される。
【００１８】
画像データ生成部５は、記憶部５１と高速演算部５２を備え、記憶部５１は、ＭＲ信号を記憶するＭＲ信号記憶部５１１と、画像データを記憶する画像データ記憶部５１２を備える。ＭＲ信号記憶部５１１には、受信部３３によってデジタル変換されたＭＲ信号が記憶され、画像データ記憶部５１２には、上述のＭＲ信号を再構成処理して得られた画像データが保存される。画像データ生成部５の高速演算部５２は、ＭＲ信号記憶部５１１に一旦保存されたＭＲ信号に対して２次元フーリエ変換による画像再構成処理を行ない、実空間の画像データを生成する。
【００１９】
表示部６は、不図示の表示データ生成回路と変換回路とモニタを備え、表示データ生成回路は、画像データ生成部５の画像データ記憶部５１２から供給された画像データと制御部９を介して入力部７から供給された被検体情報等の付帯情報を合成して表示データを生成し、変換回路は、表示データを所定の表示フォーマットに変換して生成した映像信号をＣＲＴあるいは液晶などで構成されるモニタに表示する。
【００２０】
入力部７は、操作卓上にスイッチやキーボード、マウスなどの各種入力デバイスや表示パネルを備えており、被検体情報の入力、ＭＲ信号の収集条件や画像データの表示条件の設定、天板４の移動指示信号や撮影開始コマンド信号等の入力を行う。
【００２１】
制御部９は、主制御部９１と、シーケンス制御部９２とを備える。主制御部９１は、図示しないコントロール回路（第１のＣＰＵ）と記憶回路などから構成され、ＭＲＩ装置１００を統括して制御する機能を有する。主制御部９１の記憶回路には、入力部７にて入力あるいは設定された被検体情報、ＭＲ信号の収集条件、画像データの表示条件、画像表示フォーマットに関する情報等が保存される。
【００２２】
主制御部９１の第１のＣＰＵは、入力部７から入力された上述の情報に基づくパルスシーケンス情報（例えば傾斜磁場コイル２１や送受信コイル３１に印加するパルス電流の大きさ、印加時間、印加タイミングなどに関する情報）を生成しシーケンス制御部９２に供給する。
【００２３】
制御部９のシーケンス制御部９２は、図示しないコントロール回路（第２のＣＰＵ）と記憶回路を備えており、主制御部９１から送られてきたパルスシーケンス情報を前記記憶回路に一旦記憶した後、このパルスシーケンス情報に従って傾斜磁場発生部２の傾斜磁場電源２２と送受信部３の送信部３２及び受信部３３を制御する。
【００２４】
次に、超電導マグネットユニット１１の構成につき図２及び図３を用いて説明する。ここでは、円筒型マグネットを用いた超電導マグネットユニット１１を例にとって説明する。
【００２５】
図２は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置における円筒型マグネットを示す図である。図３は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置における超電導マグネットユニット１１の構成を示す図である。
【００２６】
図３に示す超電導マグネットユニット１１のマグネットは、図２の円筒型マグネットが、円筒の中心軸Ｃを縦とする縦断面によって示される。図３に示すように、マグネットとして円筒型マグネットを用いた場合、冷凍機の設置部分を除き、円筒の中心軸Ｃに対して対称である。
【００２７】
超電導マグネットユニット１１のマグネットは、複数の冷凍機（小型極低温冷凍機：コールドヘッド）２０４ａ，２０４ｂ、真空容器２０５、熱シールド２０６、冷却容器２０７、超電導コイルユニット２０８、及び温度センサ２１０を備える。図３では、冷凍機として２個の冷凍機２０４ａ、２０４ｂが示されているが、これに限定されず、３個以上であってもよい。
【００２８】
超電導コイルユニット２０８は、超電導コイル２０８ａ及びボビン（支持部材）２０８ｂを含む。ボビン２０８ｂの外周には超電導コイル２０８ａを巻くための溝が設けられる。超電導コイル２０８ａは、その溝を介してボビン２０８ｂの上に配置される。
【００２９】
冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、冷却容器２０７内部の超電導コイルユニット２０８上に配置される。例えば、図２に示すように、冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、超電導コイルユニット２０８のボビン２０８ｂ上に配置される。そして、冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、圧縮された冷媒ガス（ヘリウムガス及び窒素ガス等）を膨張させて冷熱を発生させてボビン２０８ｂを直接的に冷却することで、ボビン２０８ｂ上に配置された超電導コイル２０８ａを冷却する。
【００３０】
又は、図示しないが、冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、超電導コイル２０８ａ上に配置されていてもよい。その場合、冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、圧縮された冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生させて超電導コイル２０８ａを直接的に冷却する。もちろん、図示しないが、冷凍機２０４ａ，２０４ｂは、超電導コイル２０８ａ及びボビン２０８ｂ上に跨って配置されていてもよい。
【００３１】
なお、インバータ、コンプレッサ、及びコールドヘッドの全体で「冷凍機」と呼ぶ場合もあるが、本実施形態では、コールドヘッドのみを「冷凍機」と呼ぶ。
【００３２】
冷却容器２０７は、外部の熱を遮断するように構成された真空容器２０５内に設けられ、内部が真空に維持されている。すなわち、冷却容器２０７は、液体ヘリウムレスの構成とされる。冷却容器２０７は、熱遮断効果を高めるために熱シールド２０６を有する。
【００３３】
熱シールド２０６は、複数層（通常、２層又は３層）で構成されることが好ましい。
【００３４】
少なくとも１つの温度センサ２１０は、超電導コイルユニット２０８（超電導コイル２０８ａ又はボビン２０８ｂ）上に設けられる。図２に示す例では、温度計測部２１２は、温度センサ２１０に接続され、温度センサ２１０の計測値から超電導コイルユニット２０８の温度を求める。
【００３５】
なお、図３の下側の真空容器２０５は、円筒型マグネットの下側断面であり、冷凍機２０４ａ、２０４ｂを除き中心軸で対称となる構造である。
【００３６】
図４乃至図７は、複数の冷凍機の配置例を示す図である。
【００３７】
図４乃至図７の左側は、図２の円筒型マグネットの正面（被検体１５０が挿入される側の面）を示す。図４乃至図７の右側は、図２の円筒型マグネットの側面を示す。
【００３８】
図４に示す配置例では、複数の冷凍機２０４ａ、２０４ｂは、円筒型マグネットの側面にランダムに配置される。
【００３９】
図５に示す配置例では、複数の冷凍機２０４ａ、２０４ｂは、円筒型マグネットの円周上に並べて配置される。
【００４０】
図６及び図７に示す配置例では、複数の冷凍機２０４ａ、２０４ｂは、寝台４の進退方向（中心軸Ｃ）に平行な一直線上に並べて配置される。また、３個以上の冷凍機が備えられる場合も同様に、中心軸Ｃに平行な一直線上に並べて配置される。
【００４１】
図６に示す配置例では、真空容器２０５の真上から超電導コイルユニット２０８に向かってそれぞれ挿入された冷凍機２０４ａ、２０４ｂが並べて配置される。図７に示す配置例では、真空容器２０５の斜め上から超電導コイルユニット２０８に向かってそれぞれ挿入された冷凍機２０４ａ、２０４ｂが並べて配置される。
【００４２】
ＭＲＩ装置１００における冷凍機２０４ａ、２０４ｂの配置は図４乃至図７のいずれであってもよい。しかしながら、図６及び図７に示す配置例では、マグネットを正面から見た場合に、後方の冷凍機２０４ｂが前方の冷凍機２０４ａに隠れるのでマグネットが小さく見える。よって、図６及び図７に示す配置例によれば、マグネットの正面を見ながらボアに挿入される被検体１５０の圧迫感を抑えるという効果が発生する。
【００４３】
図３の説明に戻って、冷凍機２０４ａ、２０４ｂは、コンプレッサ２０３ａ、２０３ｂから高圧の冷媒ガスを供給するための供給管をそれぞれ備える。冷凍機２０４ａ、２０４ｂは、冷凍機２０４ａ、２０４ｂの内部で膨張した気体をコンプレッサ２０３ａ、２０３ｂへ排出するための排出管をそれぞれ備える。
【００４４】
コンプレッサ２０３ａ、２０３ｂは、インバータ２０２ａ、２０２ｂにそれぞれ接続される。インバータ２０２ａ、２０２ｂは、コンバータ回路と、平滑回路と、インバータ回路とを含む。インバータ２０２ａ、２０２ｂは、商用電源２０１に接続され、商用電源２０１の交流電圧をコンバータ回路で直流電圧に変換した後、平滑回路で平滑化し、インバータ回路で直流電圧から任意の周波数の交流電圧に変換する。
【００４５】
インバータ制御回路２１１は、温度計測部２１２に接続される。インバータ制御回路２１１は、温度計測部２１２で計測した超電導コイルユニット２０８（超電導コイル２０８ａ又はボビン２０８ｂ）の温度に基づいて、超電導コイルユニット２０８の温度が設定温度となるように、インバータ２０２ａ、２０２ｂを制御する。
【００４６】
従来、液体ヘリウムによる冷却の他、熱伝導率の高い物質を用いて冷却する伝導冷却がある。伝導冷却で超電導コイルを冷却する場合、冷凍機１台で全ての超電導コイルを冷却する構造であるため、冷凍機の故障又は停電などで冷凍機が停止すると、外部からの熱侵入により、磁石コイルの温度が上昇する。そして、超電導コイルの超電導臨界温度に達したところで超電導マグネットが超伝導状態を保持できなくなり、一気に超電導コイルに蓄えられていたエネルギーを放出する（一般的にクエンチと称する）現象の恐れがある。
【００４７】
クエンチが発生すると、超電導コイルに蓄えられていたエネルギー、すなわち数〜数１０メガジュール程度のエネルギーが熱として放出される。超電導コイルに急激な熱が発生すると、超電導コイル本体やそれを保持するボビンに急激な熱ストレスが発生し、超電導マグネットに損傷を与えかねない。また、内部に発生した熱を取り除く再冷却のために多大な時間（通常、数週間）が必要である。
【００４８】
冷凍機は構造上、磨耗部品が存在するため、定期的なメインテナンスも必要である。この場合、冷凍機を一旦停止させる必要があり、上記理由によりクエンチが発生しないように、一旦磁場を落とす（減磁）ことと、メインテナンス後の再励磁が必要である。磁石の励磁・減磁作業は、クエンチのリスクが多いので、可能な限り回数を減らす仕組みが求められる。
【００４９】
第１の実施形態では、冷凍機を複数（２個以上）用いる。これによって、少なくとも１台の冷凍機が故障しても、残りの冷凍機の少なくとも１つに切り替えることにより、クエンチの発生を抑えることができる。図３を参照して、複数の冷凍機を切り替える処理について説明する。
【００５０】
（複数の冷凍機における第１の動作例）
【００５１】
複数の冷凍機２０４ａ、２０４ｂのうち、冷凍機２０４ａが使用中であり、冷凍機２０４ｂは使用していない場合に、冷凍機２０４ａが故障（性能劣化）した場合を例にとって説明する。
【００５２】
冷凍機２０４ａが故障したとすると、超電導コイルユニット２０８の温度が上昇する。制御部２１３は、温度計測部２１２で計測した温度が設定温度から所定温度以上上昇すると、冷凍機２０４ａの冷却能力が低下したと判断する。制御部２１３が冷凍機２０４ａの冷却能力が低下したと判断した場合、インバータ制御回路２１１を通してインバータ２０２ａへの商用電源２０１の供給を停止すると共に、インバータ２０２ｂへの商用電源２０１の供給を開始する。インバータ２０２ａは、商用電源２０１の供給が停止すると、コンプレッサ２０３ａへの交流電圧の供給を停止する。その結果、コンプレッサ２０３ａが停止し、冷凍機２０４ａの使用が停止する。
【００５３】
インバータ２０２ｂは、商用電源２０１の供給が開始すると、コンプレッサ２０３ｂへの交流電圧の供給を開始する。その結果、コンプレッサ２０３ｂが動作し、冷凍機２０４ｂの使用が開始する。
【００５４】
このように、複数の冷凍機のうち少なくとも１つが故障した場合、残りの冷凍機の少なくとも１つに切り替えることによって、クエンチの発生を抑えることが出来る。
【００５５】
冷凍機が停止すると、外部からの熱侵入が大きくなるため、冷凍機の少なくとも１個は、冷却能力が可変であることが望ましい。より望ましくは、冷凍機の少なくとも１個は、必要な冷却能力よりも高く（例えば、１１０％程度）に設定されることが好ましい。冷凍機の冷却能力は、インバータからコンプレッサに与えられる交流電圧の周波数を変更することによって変更することができる。具体的には、コンプレッサに与える交流電圧の周波数が高くすれば、コンプレッサのモータの回転数が上昇して冷却能力が高くなる。逆に、コンプレッサに与える交流電圧の周波数が低くすれば、コンプレッサのモータの回転数が減少して冷却能力が低下する。
【００５６】
（複数の冷凍機における第２の動作例）
【００５７】
複数の冷凍機２０４ａ、２０４ｂのうち、冷凍機２０４ａが使用中であり、冷凍機２０４ｂは使用していない場合に、冷凍機２０４ａのメインテナンスを行う場合を例にとって説明する。
【００５８】
この場合、第１の動作例で説明したように、停止させる冷凍機を残りの冷凍機に切り替えることにより、磁場を落とす（減磁）ことなく、メインテナンスを行うことができる。これにより、減磁・励磁作業が不要となり、クエンチのリスクを低減させることができる。
【００５９】
上記のシステムにおいては、少なくとも１個の冷凍機が停止しても、他の冷凍機により、十分な冷却性能が保持されることが重要である。このため、冷凍機の性能が低下し、メインテナンスが必要になったことを、予め操作者などに報知することが重要である。図３を参照して、その方法を説明する。
【００６０】
インバータ２０２ａ、コンプレッサ２０３ａ、冷凍機２０４ａ（以下、これらを総称して「ａ群」という）と、インバータ２０２ｂ、コンプレッサ２０３ｂ、冷凍機２０４ｂ（以下、これらを総称して「ｂ群」という）とは、決められた時間（例えば、１日から１週間など）ごとに運転を切り替えるものとする。
【００６１】
ａ群運転時の超電導コイルユニット２０８の温度と、ｂ群運転時における温度計測部２１２で測定した超電導コイルユニット２０８の温度とが、共に異常とならなければ問題がない。しかしながら、仮に片方の群で運転中に温度計測部２１２で測定した超電導コイルユニット２０８の温度が他の群に比べて高い傾向を示した場合は、温度が上がった方の群は性能が劣化し、メインテナンスが必要と判断する。この内容は、制御部２１３からシステム制御部９１を通じて操作者などに通知される。一部の群の性能が劣化した場合は、他の群にて冷却性能を保持する。また、２つ以上の群において性能劣化した場合は、２つ以上の群で性能を補完し合う形で冷却能力を保持するように制御部２１３が制御する。
【００６２】
以上のように、第１の実施形態のＭＲＩ装置１００によれば、冷却容器２０７が液体ヘリウムレスの構成である場合において、複数の冷凍機による超電導コイルユニット２０８の冷却によって、クエンチの発生リスクを抑えることができる。具体的には、第１の実施形態のＭＲＩ装置１００によれば、複数の冷凍機のうち、少なくとも１個の冷凍機の動作を停止しても、残りの冷凍機の少なくとも１つに切り替えることにより、クエンチの発生リスクを抑えることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成の概略図は、図１に示す第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成を示す概略図と同様であるので説明を省略する。
【００６４】
図８は、第２の実施形態に係るＭＲＩ装置における超電導マグネットユニットの構成を示す図である。
【００６５】
図８に示す第２の実施形態の各部について、図３の超電導マグネットユニット１１と同様の部分は、同一符号で示す。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、超電導マグネットユニット１１が、バッテリー３０４に蓄えられたエネルギーを用いることによって、停電等により商用電源等の商用電源２０１から電力が供給されなくなっても、冷凍機を継続して運転させることができる点である。なお、バッテリー３０４の容量は、超電導コイル２０８ａに蓄えられるエネルギー以上であることが望ましい。バッテリーとしては、特に限定されないが、産業用バッテリーを用いてもよいし、電気自動車用バッテリー（例えば、容量約１０ＭＪ以上）を用いてもよい。
【００６６】
ここで、超電導コイル２０８ａを励磁する処理について説明する。
【００６７】
図９は、超電導コイル２０８ａを励磁する処理を説明するための図である。
【００６８】
図９は、冷凍機２０４ａ、冷却容器２０７、超電導コイル２０８ａ、励磁用電源回路３０１、減磁用電源回路３０２、スイッチヒータ４０１、接続部４０２、及び線材４０３を示す。
【００６９】
図９では、図示を簡単にするため、冷凍機２０４ａだけを示しているが、他の冷凍機についても同様である。なお、減磁用電源回路３０２は電気的に切り離しておく。
【００７０】
まず、図９に示すＡ−Ｂ間に設置されたスイッチヒータ４０１をＯＮにする。すると、Ａ−Ｂ間の温度が上昇して、超伝導状態から常伝導状態になり、Ａ−Ｂ間に電圧が発生して所定の電流が流れる。Ａ−Ｂ間を流れる電流は、Ａ−Ｂ間の超伝導部分を通過し、超電導コイル２０８ａにエネルギーが蓄積される。Ａ−Ｂ間を流れる電流が臨界電流よりも低く設定された所定の電流値に達すると、スイッチヒータ４０１をＯＦＦにする。
【００７１】
次いで、Ａ−Ｂ間を冷却するために、冷凍機２０４ａに接続された熱伝導率の高い接続部４０２を用いて、Ａ−Ｂ間のヒータの熱を熱伝導により放出する。Ａ−Ｂ間が冷却されて超伝導状態になると、励磁用電源回路３０１を解して流れていた電流がＡ−Ｂ間を流れる状態となり、永久電流モードとなる。永久電流モードになると、励磁用電源回路３０１から流している電流を遮断する。
【００７２】
このようにＡ−Ｂ間のヒータの熱を熱伝導により放出するためには、スイッチヒータ４０１周辺の冷却構造を強化する必要がある。このような冷却構造としては、例えば、超電導コイル２０８ａと励磁用電源回路３０１とを接続する線材４０３を超伝導線材とすればよい。これにより、スイッチヒータ４０１をＯＦＦした後、スイッチヒータ４０１の冷却が効率良く行われ、超電導コイル２０８ａを容易に永久電流モードに遷移させることが可能となる。
【００７３】
次に、減磁手段について説明する。図９において、励磁用電源回路３０１の出力端子を電気的に切り離す。まず減磁用電源回路３０２に超電導マグネットに流れている電流と同じ電流を矢印方向に流す。その後、スイッチヒータ４０１をＯＮとして、Ａ−Ｂ間の超伝導状態を常伝導状態に遷移させる。その後の電流経路は、減磁用電源回路→Ａ点→超電導コイル２０８ａ→Ｂ点→減磁用電源回路となる。減磁用電源回路３０２の出力電圧をマイナスに減ずることで電流は徐々に減っていき、最終的に全ての磁場を消滅させる。この時、減磁用電源回路３０２から見ると、マイナスの出力電圧に対してプラスの電流を流しているため、磁石内部のエネルギーを外に取り出していることになる。通常は外部発熱素子にて熱エネルギーとして消費される。
【００７４】
図８の説明に戻って、電力制御回路３０３は、ＭＲＩ装置１００の各部の電力を制御する制御回路である。電力制御回路３０３は、商用電源２０１に接続され、商用電源２０１から供給された電力をバッテリー３０４、インバータ２０２ａ、２０２ｂ、インバータ制御回路２１１及びＭＲＩシステム３０５（ＭＲＩ装置１００の超電導マグネットユニット１１以外の構成）に供給する。
【００７５】
通常使用時は、電力制御回路３０３は、バッテリー３０４に蓄えられたエネルギーの残量が所定値（例えば、最大容量の９０％以上）となるようにバッテリー３０４を充電する。
【００７６】
停電時は、電力制御回路３０３は、電力供給源を商用電源２０１からバッテリー３０４に切り替えて、ＭＲＩシステム３０５を停止させる。この場合、電力制御回路３０３は、バッテリー３０４に蓄えられたエネルギーの残量を不図示のモニタに表示することが望ましい。電力制御回路３０３は、超電導コイル２０８ａに蓄えられるエネルギーを回生してもバッテリー３０４の残量が最大容量の１００％を超えない時点で、減磁用電源回路３０２及び変換回路３０６を動作させる。次いで、減磁用電源回路３０２は、超電導コイル２０８ａに蓄えられたエネルギーを変換回路３０６を通してバッテリー３０４に回生する。
【００７７】
回生原理は以下による。すなわち、従来熱エネルギーとして消費されていたエネルギーを熱ではなく、電気エネルギーのままバッテリー３０４に充電する。通常減磁の際に発生する回生起電力とバッテリー３０４の充電用電圧は異なる。そのため、電圧変換回路３０６を一旦介して、磁石から発生する回生起電力をバッテリー３０４の充電電圧に変換してバッテリー３０４を充電する。一方、電力制御回路３０３は、バッテリー３０４に蓄えられたエネルギーを用いて、インバータ２０２ａ、２０２ｂ及びインバータ制御回路２１１に電力を供給し続ける。減磁用電源回路３０２は、超電導コイル２０８ａのエネルギーを回生し、超電導コイル２０８ａの残留エネルギー残量がなくなるまで運転が可能である。さらに、バッテリーに蓄えられたエネルギーが無くなるまで冷凍機の運転が可能であるため、停電などが長期にわたる場合においても、冷却保持が可能となる。
【００７８】
以上のように、第２の実施形態のＭＲＩ装置１００によれば、第１の実施形態のＭＲＩ装置１００の効果に加え、バッテリーに蓄えられたエネルギーを用いることによって、停電等により商用電源から電力が供給されなくなっても、冷凍機を継続して運転させることができる。また、バッテリーの残量が所定量以下になると、減磁処理を行ってバッテリーに回生することにより、クエンチによる超電導マグネットの発熱を防止することができる。さらに、回生されたバッテリーのエネルギーにより、冷凍機をより長く運転することができる。
【００７９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１００  磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
２０４ａ，２０４ｂ  冷凍機
２０７  冷却容器
２０８  超電導コイルユニット
２０８ａ  超電導コイル
２０８ｂ  ボビン
【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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