(57)【要約】      （修正有）【課題】コンプレッサーの停止回数の制約条件を満たしながら、コールドヘッドの温度変化を最小限にとどめて寿命を長く保ちつつ、コンプレッサーの運転時間を短くして電力消費量を削減する。【解決手段】冷媒容器１０７および超電導コイルを備えた超電導磁石１１１と、超電導磁石に備えられたクライオシステムと、クライオシステムの動作を制御する制御部１０５とを有するＭＲＩ装置が提供される。クライオシステムは、冷媒容器に備えられた、コールドヘッドと、冷凍機と、冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーと、冷媒容器内の圧力を検出する検出部とを備えている。コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められている。制御部は、検出部の検出した圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的にコンプレッサーを停止させ、コンプレッサーの所定期間内の停止回数が、停止可能回数の上限値になるように制御する。【選択図】図１
2017109108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒容器および超電導コイルを備えた超電導磁石と、前記超電導磁石に備えられたクライオシステムと、クライオシステムの動作を制御する制御部とを有し、
前記クライオシステムは、前記冷媒容器に備えられた、コールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーと、前記冷媒容器内の圧力を検出する検出部とを備え、
前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められており、
前記制御部は、前記検出部の検出した圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的に前記コンプレッサーを停止させ、前記コンプレッサーの前記所定期間内の停止回数が、前記停止可能回数の上限値になるように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２】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記コンプレッサーを停止させたのち、前記検出部の検出した圧力が所定の上限圧力値に達するか、もしくは、停止からの経過時間が所定の停止時間に達した場合には前記コンプレッサーを運転させ、前記圧力が所定の下限圧力値に達し、かつ、前回の停止から所定のサイクル時間が経過した場合には前記コンプレッサーを停止させ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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記サイクル時間が経過するたびに、前記所定期間の残りで、前記停止可能回数の残り回数だけ前記コンプレッサーを停止させるための前記サイクル時間と前記停止時間を計算により求めて再設定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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記所定期間内に予め定めた連続運転時間を設定し、前記所定期間から前記連続運転時間を差し引いた残りで、前記停止可能回数の残り回数だけ前記コンプレッサーを停止させるための前記サイクル時間と前記停止時間を計算により求めて再設定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４に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記下限圧力値を、前記サイクル時間の経過のたびに前回よりも高い値に再設定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２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記コンプレッサーのサイクル時間ごとの停止時間の累積が予め定めた時間に達した場合、その後はコンプレッサーを連続運転させ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】
コールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーとを有し、超電導磁石を冷却するクライオシステムを制御する制御装置であって、
前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められており、
前記冷媒容器内の圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的に前記コンプレッサーを停止させ、前記コンプレッサーの前記所定期間内の停止回数を、前記停止可能回数の上限値に制御することを特徴とするクライオシステムの制御装置。
【請求項８】
コールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーとを有し、前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められているクライオシステムを制御する方法であって、
前記所定期間内の停止回数が、前記停止可能回数の上限値に達し、かつ、前記冷媒容器内の圧力が所定の上限値以下になるように、断続的に前記コンプレッサーを停止させることを特徴とするクライオシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号と呼ぶ）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと呼ぶ）装置に関し、特に、超伝導磁石を有するＭＲＩ装置におけるクライオシステムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。ＮＭＲ信号のＳＮ比は、ＭＲＩ装置の静磁場強度と正の相関があるため、ＭＲＩ装置には高い静磁場強度が得られる超伝導磁石が用いられる。
【０００３】
超伝導磁石は、磁場を発生させるコイルの超伝導状態を維持するために、液体ヘリウムの入ったヘリウム容器内に配置され、その沸点温度（４．２Ｋ）に冷却されている。液体ヘリウムは蒸発して失われていくため、超電導磁石には、クライオシステムが備えられ、気化したヘリウムを極低温面に凝縮させて捕捉し、液体ヘリウムに戻す構造になっている。クライオシステムは、ヘリウム容器に取り付けられ、気化したヘリウムを凝縮するコールドヘッド、および、コールドヘッドを冷却する冷凍機と、冷凍機を駆動させるコンプレッサー１０３とを備えて構成される。
【０００４】
通常、気化したヘリウムの再凝縮は常に行われる。また、気化したヘリウムの再凝縮により、ヘリウム容器内の圧力が下がりすぎた場合には、ヘリウム容器内に配置されたヒーターを微小に発熱させてヘリウムを気化させる圧力制御が行われる。
【０００５】
このように、クライオシステムは、ＭＲＩ装置が使用されていない時にも駆動し、電力を消費し続けるため、例えば特許文献１には、クライオシステムの電力消費を抑える技術が提案されている。特許文献１の技術では、コンプレッサーにタイマーが接続され、深夜や早朝の時間帯にコンプレッサーを停止させることにより、クライオシステムを停止させる。一方、特許文献２には、冷凍機の振動による画質劣化を防ぐために、ＭＲＩ装置での検査中にクライオシステムを停止させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９９１３５号公報
【特許文献２】特開２０１５−５４２１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術は、深夜や早朝の時間帯に長時間にわたり連続してコンプレッサーが停止させ、クライオシステムも停止させるため、コールドヘッドの温度が上昇して膨張する。そのため、コンプレッサーの稼働を再開する際に、コールドヘッドが摩耗し、寿命を短くするという問題がある。また、コンプレッサーを長時間停止するため、ヘリウム容器の温度も上昇し、ボイルオフによりヘリウムを損失する可能性が高くなる。
【０００８】
特許文献２の技術では、温度に閾値を設けてクライオシステムの運転を制御するが、温度変化を最小限に止める制御はなされておらず、コールドヘッドの摩耗については考慮されていない。
【０００９】
一方、コンプレッサーは、再起動時にモーターに負荷が掛かることから、メーカーにより停止回数に制約が課されている。停止回数の制約の具体例としては、２４回／日以下かつ６回／ｈ以下である。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされ、コンプレッサーの停止回数の制約の元で、コールドヘッドの温度変化を最小限にとどめて寿命を長く保ちつつ、コンプレッサーの運転時間を短くして電力消費量を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、冷媒容器および超電導コイルを備えた超電導磁石と、超電導磁石に備えられたクライオシステムと、クライオシステムの動作を制御する制御部とを有するＭＲＩ装置が提供される。クライオシステムは、冷媒容器に備えられた、コールドヘッドと、冷凍機と、冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーと、冷媒容器内の圧力を検出する検出部とを備えている。コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められている。制御部は、検出部の検出した圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的にコンプレッサーを停止させ、コンプレッサーの所定期間内の停止回数が、停止可能回数の上限値になるように制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コンプレッサーの停止回数の制約条件を満たしながら、コールドヘッドの温度変化を最小限にとどめて寿命を長く保ちつつ、コンプレッサーの運転時間を短くして電力消費量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のＭＲＩ装置の超電導磁石とクライオシステムの構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態のディジタル信号処理装置の動作を示すフローチャート。
【図３】（ａ）及び（ｂ）第1実施形態のヘリウム容器内の圧力の時間変化を示すグラフ。
【図４】第２実施形態のディジタル信号処理装置の動作を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態のヘリウム容器内の圧力の時間変化を示すグラフ。
【図６】第３実施形態のディジタル信号処理装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
【００１５】
＜＜第１実施形態＞＞
本実施形態のＭＲＩ装置は、図１に示すように、超電導磁石１１１と、超電導磁石１１１の圧力と温度を維持するクライオシステムと、クライオシステムの動作を制御するディジタル信号処理装置（制御部）１０５とを備えている。
【００１６】
超伝導磁石１１１は、磁場を発生させるメインコイル１０８、漏洩磁場を防ぐシールドコイル１０９、コイル１０８，１０９を収容して冷媒の沸点（例えば４．２Ｋ）まで冷却する冷媒（ヘリウム）容器１０７、放射熱を防ぐための４０Ｋシールド１１０、および、これら全体を収容する真空容器１０６を備えている。
【００１７】
クライオシステムは、コールドヘッド１０１、冷凍機１０２、コンプレッサー１０３、ヒーター１１２、検出部１１３および磁石監視ユニット１０４を備えて構成される。コールドヘッド１０１と冷凍機１０２は、クライオポンプを構成し、ヘリウム容器１０７および真空容器１０６に設けられた開口に備えられている。コンプレッサー１０３は、冷凍機１０２に圧縮した冷媒ガスを供給し、コールドヘッド１０１内部の可動部を駆動することにより、コールドヘッド１０１を冷媒の沸点以下の温度まで冷却する。磁石監視ユニット１０４には、３つの機能がある。一つ目は、検出部１１３の出力信号から、ヘリウム容器１０７の圧力と、その壁面の温度を測定する機能である。二つ目は、コンプレッサー１０３の運転／停止の制御機能である。三つ目は、ヘリウム容器１０７の圧力が低すぎ、予め定めた圧力以下である場合に、ヘリウム容器１０７内にあるヒーター１１２を動作させ、温度を上昇させることで、ヘリウム容器１０７の圧力を微小に上昇させる機能である。
【００１８】
ディジタル信号処理装置１０５は、磁石監視ユニット１０４を介して、ヘリウム容器１０７の圧力と温度を取得する。加えて、ヘリウム容器１０７の圧力と温度の情報に基づいて、磁石監視ユニット１０４を介して、コンプレッサー１０３を運転／停止させる。
【００１９】
これにより、超電導磁石１１１は、撮像空間１１４に均一な静磁場を発生する。また、ＭＲＩ装置は、超電導磁石１１１以外に、撮像空間１１４に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、撮像空間１１４に配置された被検体に高周波パルスを照射する送信コイルと、被検体が発生したＮＭＲ信号を受信する受信コイルと、受信コイルの受信信号を処理して画像を再構成する画像再構成部を備えている。ディジタル信号処理装置１０５は、画像再構成部を兼用することができる。
【００２０】
なお、ディジタル信号処理装置１０５は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリにより構成され、プロセッサがメモリに予め格納されたプログラムを実行することにより、少なくともクライオシステムを制御する機能を実現することが可能である。また、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のハードウエアにより、ディジタル信号処理装置１０５の機能の一部または全部を実現することも可能である。
【００２１】
ディジタル信号処理装置１０５がクライオシステムを制御する動作を図２を用いて以下説明する。尚、以下の説明において、圧力と温度はヘリウム容器１０７の圧力と温度を指す。
【００２２】
本実施形態では、ディジタル信号処理装置１０５は、検出部１１３の検出した圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的にコンプレッサー１０３を停止させ、コンプレッサー１０３の所定期間内の停止回数が、コンプレッサー１０３の停止可能回数の上限値になるように制御する。例えば、ディジタル信号処理装置１０５は、図３（ａ）に示したように、コンプレッサー１０３を停止させたのち、停止からの経過時間が所定の「停止時間」に達するか、もしくは、検出部１１３の検出した圧力が所定の上限圧力値（Ｕｐｐｅｒ  ｌｉｍｉｔ）に達した場合にはコンプレッサー１０３を運転させ、圧力が所定の下限圧力値（Ｌｏｗｅｒ  ｌｉｍｉｔ）に達し、かつ、前回の停止から所定の「サイクル時間」が経過した場合には再びコンプレッサーを停止させる。ディジタル信号処理装置１０５は、サイクル時間が経過するたびに、所定期間の残りで、停止回数の残り回数だけコンプレッサー１０３を停止させるため、サイクル時間と停止時間を計算により求めて再設定する。以下、具体的に説明する。
【００２３】
まず、図２の処理２０１において、ディジタル信号処理装置１０５は、運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏ［単位なし］と、圧力上昇速度Ｖｐ［Ｐａ／ｓ］の設定を行う。
【００２４】
運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏは、前回のコンプレッサーの停止から今回のコンプレッサーの停止までの時間（サイクル時間）におけるコンプレッサー１０３の停止時間の割合である。処理２０１で設定する初期値の運転停止比率を定める「サイクル時間」としては、コンプレッサー１０３を停止時間だけ停止させた後、それにより上昇した圧力をコンプレッサー停止前の圧力に戻すのに必要な時間を用いる。運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏは、大気圧、外部からの入熱量、ＭＲＩ装置の傾斜磁場による輻射熱、コンプレッサー１０３及び冷凍機の性能の影響を受けるが、ここでは、磁石の個体差や環境を考慮しない、予め定めた値を設定する。例えば、初期値の運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏは、１／３といった数値である。これは、コンプレッサー停止前の圧力に戻すための時間（サイクル時間）が、コンプレッサー停止時間の約２倍かかるという意味である。
【００２５】
圧力上昇速度Ｖｐ［Ｐａ／ｓ］は、コンプレッサー１０３の停止時間における温度の上昇の速度である。このパラメーターは、外部からの入熱量、ＭＲＩ装置の傾斜磁場による輻射熱の影響を受けるが、ここでも、予め定めた値を設定する。発明者らの経験では、０.３８［Ｐａ／ｓ］といった数値である。
【００２６】
処理２０２では、ディジタル信号処理装置１０５は、圧力Ｐ［Ｐａ］が決められた圧力の下限値ＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔ［Ｐａ］になるまでコンプレッサーを運転する。
【００２７】
圧力が下限圧力値に達したならば、処理２０３において、ディジタル信号処理装置１０５は、コンプレッサー１０３の停止可能回数Ｎ［１／ｄａｙ］の設定を行う。所定期間（例えば１日）における停止可能回数の上限値（以下、停止可能回数と称す）Ｎ［１／ｄａｙ］は、コンプレッサー１０３のメーカーにより指定された値を用いる。本実施形態では、クライオシステムの制御を２４時間（１ｄａｙ）で区切るため、停止可能回数Ｎの単位を［１／ｄａｙ］としている。停止可能回数Ｎは、例えば２４［１／ｄａｙ］といった数値である。
【００２８】
処理２０４では、ディジタル信号処理装置１０５は、運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏと停止可能回数Ｎを使用して、サイクル時間Ｔｃ［ｓ］と停止時間Ｔｈ［ｓ］の初期値をそれぞれ次式（１）、（２）に従い算出する。
【数１】
2017109108.tif 000003
式（１）により、サイクル時間Ｔｃ［ｓ］の初期値は、２４時間をコンプレッサーの停止可能回数Ｎ［１／ｄａｙ］で等分割したものに設定される。式（２）により、停止時間Ｔｈ［ｓ］の初期値は、サイクル時間Ｔｃ中のコンプレッサー１０３の停止時間が設定される。以上が最初にコンプレッサーを停止させるまでの処理である。
【００２９】
次に、処理２０５において、現在の時刻を記録し、処理２０６にて、ディジタル信号処理装置１０５は、コンプレッサー１０３を停止状態にする。
【００３０】
処理２０７で、ディジタル信号処理装置１０５は、適当な時間（例えば６０ｓ）待機させる。この待機時間はＭＲＩ装置の状態によって変更してもよい。例えば、ＭＲＩ装置が撮像中の時には、圧力の変化が大きいことが予想されることから、待機時間を１０ｓといったように短くしてもよい。
【００３１】
分岐処理２０８では、ディジタル信号処理装置１０５は、検出部１１３が検出した現在の圧力Ｐが決められた圧力の上限値ＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔに達しているかどうか判断する。ディジタル信号処理装置１０５は、圧力ＰがＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔを超えていれば処理２１０に進み、コンプレッサー１０３を運転する。一方、圧力ＰがＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔ以下であれば、ディジタル信号処理装置１０５は、分岐処理２０９に移る。ここで、圧力上限値ＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔは、サイクル時間内での最大圧力の予測値であり、処理２０１で初期値を設定した圧力上昇速度Ｖｐと、処理２０４で求めた停止時間Ｔｈと、下記式（３）から算出される。
【数３】
2017109108.tif 000004
このようにディジタル信号処理装置１０５は、圧力Ｐが、圧力上限値ＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔに達したならばコンプレッサー１０３を運転することにより、傾斜磁場の印加等に起因する急激な圧力変化を防ぐことができる。
【００３２】
一方、分岐処理２０９では、ディジタル信号処理装置１０５は、処理２０４で設定した停止時間Ｔｈが経過したかどうかを確認する。コンプレッサー１０３を停止してからの時間が停止時間Ｔｈ未満であれば、再び処理２０７に戻り、さらに一定時間待機する。コンプレッサー１０３を停止してからの時間が停止時間Ｔｈ以上であれば、処理２１０に移り、ディジタル信号処理装置１０５は、処理２１０では、コンプレッサーを運転状態に切り替える。
【００３３】
処理２１１において、ディジタル信号処理装置１０５は、処理２０７と同様に待機時間の経過を待ったのち、分岐処理２１２に進む。
【００３４】
分岐処理２１２では、ディジタル信号処理装置１０５は、コンプレッサーの停止時間とコンプレッサーの運転時間がサイクル時間Ｔｃを超え、かつ、圧力Ｐが、圧力下限値ＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔに達していれば、処理２１４に移る。そうでない場合には処理２１１に戻る。加えて、分岐処理２１２において、コンプレッサーの運転後、初めて圧力Pが圧力下限値ＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔに達した際に、コンプレッサー運転開始からの現在時刻までの時間をＣｏｏｌｄｏｗｎＴｉｍｅとして記録しておく。
【００３５】
処理２１４では、ディジタル信号処理装置１０５は、次式に従い運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏ及び圧力上昇速度Ｖｐ［Ｐａ／ｓ］を今回のサイクル時間Ｔｃにおける、実際のコンプレッサー１０３の正味の停止時間ＨａｌｔｅｄＴｉｍｅ［ｓ］と、最大圧力ＭａｘＰｒｅｓｓｕｒｅ［Ｐａ］を用いて、式（４）、（５）により再計算し、更新する。
【数４】
2017109108.tif 000005
【００３６】
次に処理２１５では、ディジタル信号処理装置１０５は、所定期間（２４時間）中の残り時間において、コンプレッサー１０３を停止する停止可能回数Ｎを式（６）から算出して更新する。すなわち、式（６）で更新した停止可能回数Ｎは、所定時間（２４時間）の残り時間においてあと何回コンプレッサー１０３を停止させるべきかを示している。
【数６】
2017109108.tif 000006
【００３７】
処理２１６では、ディジタル信号処理装置１０５は、更新された運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏ及び停止可能回数Ｎから、サイクル時間Ｔｃ［ｓ］と停止時間Ｔｈ［ｓ］を、式（７）、（８）により再計算する。
【数７】
2017109108.tif 000007
ここで、ＥｌａｐｓｅｄＴｉｍｅ［ｓ］は、処理２０５にて記録された前回コンプレッサーを停止した時刻からの経過時間［ｓ］である。式（７）の右辺は、所定期間（２４時間）からＥｌａｐｓｅｄＴｉｍｅ［ｓ］を差し引いた残りの期間を、処理２１５で更新した運転停止回数Ｎで等分した時間を示している。
【００３８】
そして分岐処理２１７によって、ディジタル信号処理装置１０５は、処理２０５にて記録された時刻からの経過時間［ｓ］が、所定期間（２４時間）を超えていない場合は処理２０６に戻って、次のサイクルを行う。経過時間が所定期間（２４時間）を超えている場合は、処理２０３に戻って新たな所定期間についての動作を開始する。
【００３９】
図３（ａ）、（ｂ）は、ヘリウム容器１０７の圧力の変化を図示したものである。図３（ａ）のグラフ３０１は、サイクル時間Ｔｃが長くコンプレッサー１０３の停止時間が長い場合の圧力変化であり、図３（ｂ）のグラフ３０２はサイクル時間Ｔｃが短く、コンプレッサー１０３の停止時間が短い場合の圧力変化である。グラフ３０１に比べて、グラフ３０２はサイクル時間が短いため、圧力の変化が少ない。従ってコールドヘッドの温度変化もグラフ３０１のケースに比べて少なくなる。本実施形態の図２のフローで説明したクライオシステムの制御処理を行うと、所定期間内に、コンプレッサー１０３を停止可能回数の上限値の回数で停止させるため、可能な限りサイクル時間を短くすることができ、グラフ３０２のように変化の少ない圧力変化となる。よって、コールドヘッドの寿命を運転の停止によって短縮することなく、運転停止による消費電力の削減を達成できる。
【００４０】
ここまで説明したように、従来技術ではコンプレッサーの停止回数の制約について考慮されていないが、本実施形態ではコンプレッサーの停止可能回数の制約のもとで、停止可能回数の上限までコンプレッサー１０３を停止させるように、コンプレッサー１０３の停止時間と運転時間を決定している。これにより、本実施形態では、消費電力を抑制しつつ、コンプレッサー１０３の連続停止時間を短くすることができるため、コールドヘッド１０１の温度変化を最小限に留め、コールドヘッド１０１の摩耗を抑制する。また、本実施形態では、サイクル時間が短く、コンプレッサー１０３の１回の停止時間も短いため、圧力の上昇量も少なく、ボイルオフの可能性を低くすることができる。
【００４１】
＜＜第２実施形態＞＞
本実施形態では、ＭＲＩ装置が使用される典型的な時間帯にコンプレッサーを連続運転させ、その他の時間帯ではある一定の圧力上昇を許容してクライオシステムの制御を行うことを特徴とする。
【００４２】
具体的には、第２実施形態では、ディジタル信号処理装置１０５は、所定期間内に予め定めた連続運転時間を設定する。そして、ディジタル信号処理装置１０５は、所定期間から連続運転時間を差し引いた残りで、停止可能回数の残り回数だけコンプレッサー１０３を停止させるためのサイクル時間と停止時間を計算により求めて再設定する。このとき、ディジタル信号処理装置１０５は、下限圧力値を、サイクル時間の経過のたびに前回よりも高い値に再設定することを許容する。本実施形態の他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４３】
本実施形態のディジタル信号処理装置１０５の処理の流れを図４を用いて具体的に説明する。図４中の処理で第１実施形態の図２の処理と同じものには同じ符号を付けている。
【００４４】
以下、図４の処理を第１実施形態と異なる部分について説明する。まず、処理４０１において、ディジタル信号処理装置１０５は、運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏ［単位なし］と圧力上昇速度Ｖｐ［Ｐａ／ｓ］に加えて、図５のように、連続運転時間の設定を行う。連続運転時間は、コンプレッサーを連続運転させる時間帯を指定するものであり、一日の中でＭＲＩ装置を使った検査が行われる時間帯に設定することが望ましい。例えば、９：００〜１７：００を連続運転時間として指定する。連続運転時間に、ヘリウム容器１０７を十分に冷却できるため、本実施形態では、連続運転時間以外の時間帯に、コンプレッサー１０３を停止可能回数の上限値の回数で断続的に停止させる。このため、連続運転以外の時間帯は、サイクル時間の終点において、そのサイクル時間の開始点（すなわち、前回のサイクル時間の終点）の圧力よりも高い圧力になることを許容する。また、運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏも、連続運転時間を考慮して第一実施形態よりも大きな値に設定する。具体的には下記式（９）に従って運転停止比率ＨａｌｔＲａｔｉｏを設定する。
【数９】
2017109108.tif 000008
ここで、ＯｒｉｇｉｎａｌＨａｌｔＲａｔｉｏは、第１の実施形態の処理２０１のＨａｌｔＲａｔｉｏと同様に、サイクル内で圧力を元の状態に戻すために必要な運転停止比率である。またＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＲｕｎｎｉｎｇは、連続運転時間であり、上述の９：００〜１７：００の設定の場合には８［ｈ］である。
【００４５】
処理２０２〜２０３は、第１の実施形態と同様に行う。処理４０３は、第１実施形態の処理２０４と同様の計算方法で行うが、ＨａｌｔＲａｔｉｏは、式（９）で求めたものを用いる。また、処理２０９において、ディジタル信号処理装置１０５は、停止時間が経過したならば、分岐処理４０４に進み、ディジタル信号処理装置１０５は、現在の時刻が連続運転時間（９：００〜１７：００）内であるかを判定し、連続運転時間内であれば、処理４０６に進む。処理４０６では、ディジタル信号処理装置１０５は、定められた時間だけコンプレッサー１０３を運転させる。この処理４０６は、コンプレッサーの連続運転時間の経過し、かつ、圧力が、上述のＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔ以下であることを条件として処理を終了する。
【００４６】
一方、連続運転時間ではない場合、処理２１１の後、分岐処理４０３に進み、ディジタル信号処理装置１０５は、サイクル時間が経過し、かつ、圧力がＴｅｍｐＬｉｍｉｔ以下になっているかどうかを判断する。ここでＴｅｍｐＬｉｍｉｔは下記式（１０）で定義する。
【数１０】
2017109108.tif 000009
ここで、ＩｎｉｔｉａｌＰｒｅｓｓｕｒｅはそのサイクルの開始点における圧力である。すなわち処理２０６でコンプレッサー１０３を停止する直前の圧力である。またＲｉｓｅＲａｔｉｏは、予め定めた許容する単位時間当たりの圧力上昇量である。例えば、１時間当たり５０［Ｐａ］の圧力上昇を許容するとすれば、ＲｉｓｅＲａｔｉｏは約０．０１３９［Ｐａ／ｓ］である。更に上式（１０）のｔはサイクル内の経過時間［ｓ］である。これにより、式（１０）で計算される、そのサイクルの開始点における圧力よりもＲｉｓｅＲａｔｉｏ×ｔだけ高い圧力まで圧力が低下し、かつ、サイクル時間が経過したならば、処理２１４〜２１６で運転停止比率等を更新した後、処理２０６へ戻り、コンプレッサー１０３を停止して、次のサイクルに移行する。
【００４７】
なお、処理４０３において、ディジタル信号処理装置１０５は、サイクル時間が経過していない、または、圧力がＴｅｍｐＬｉｍｉｔ以下になっていない場合、ディジタル信号処理装置１０５は、分岐処理４０５進み、時刻が連続運転時間であれば、処理４０６にすすみ、定められた時間だけコンプレッサーを運転させる。
【００４８】
図５は本実施形態を適用した場合の圧力変化を図示したものである。連続運転時間以外では、サイクルを繰り返す毎に圧力が上昇するが、連続運転時間中にＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔまで圧力を低下させる。また、連続運転時間外では、コンプレッサー１０３の停止可能回数の上限値で、運転が停止される。
【００４９】
ここまで説明したように、本実施形態ではコンプレッサーを連続運転する時間を設ける場合であっても、コンプレッサー１０３の停止可能回数の上限値で運転が停止されるため、圧力変化を抑制しつつ、消費電力を削減することができる。また、コンプレッサーを連続運転する時間を設けることで、ＭＲＩ装置の使用中の急激な圧力変化によるボイルオフの可能性を下げることができる。加えて、連続運転時間にヘリウム容器が十分に冷却され、圧力が下がることを考慮して、非連続運転時に一定の圧力上昇を許容することでコンプレッサーの停止時間を長くすることができる。
【００５０】
＜＜第３実施形態＞＞
本実施形態では、第１の実施形態と同様にコンプレッサー１０３をサイクル時間ごとに停止させ、その停止時間の累積が予め定めた時間に達した後はコンプレッサーを連続運転させることを特徴とする。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態の処理の流れを図６に示す。図６中の処理で第１実施形態と同じものには同じ番号を付けている。以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。まず、ディジタル信号処理装置１０５は、第１の実施形態と同様に処理２０１〜２１６を行った後、処理６０１に進み、これまでの累積停止時間Ｔｓを算出する。累積停止時間Ｔｓは所定の期間（２４時間）内にコンプレッサー１０３を停止した時間の総和である。続く分岐処理６０２では、ディジタル信号処理装置１０５は、累積停止時間Ｔｓと規定停止時間Ｔｄを比較し、規定時間Ｔｄを超えていたならば、所定期間の残りの時間は、コンプレッサー１０３を連続運転させる。すなわち、連続運転する時間は、処理２０５において記録した時刻から２４時間が経過するまでの時間である。
【００５２】
規定停止時間Ｔｄは、２４時間内でコンプレッサーを停止させる上限の時間であり、コンプレッサーを停止させることで削減する消費電力から予め決定しておく。例えば、コンプレッサーが５ｋＷの電力を消費する場合、一日当たり２０ｋＷｈの消費電力を削減したい場合には規定停止時間Ｔｄとして４［ｈ］を設定する。
【００５３】
なお、処理６０２において、累積停止時間Ｔｓが規定停止時間Ｔｄを超えていない場合、および、処理６０３においてコンプレッサー１０３を連続運転した後は、ステップ２１７に進む。その他の処理は第１実施形態と同様である。
【００５４】
このように、本実施形態では規定停止時間Ｔｄを定義し、コンプレッサーの停止時間がＴｄを超えれば、コンプレッサーを停止させることなく連続運転する。これにより、コンプレッサーの停止に伴う温度変化の回数を最低限に抑制し、コンプレッサー及びコールドヘッドの摩耗を最小限に留めることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。上記実施形態では、ヘリウム容器の圧力によりコンプレッサー停止のタイミングを判断したが、ヘリウム容器の温度を判定基準にしてもよい。また、クライオシステムの制御を行う期間を、一例として２４時間で区切る例を示したが、２４時間でなくてもよい。また、分岐処理２０８において判断基準を、ＭＲＩ装置の撮像開始や、クライオシステムの冷却能力を超える圧力変化が生じた場合、に変更しても良い。また、第２実施形態では、ＭＲＩ装置が稼働する時間帯を設定したが、週末や休日はＭＲＩ装置が稼働しないといった設定を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…コールドヘッド、１０２…冷凍機、１０３…コンプレッサー、１０５…ディジタル信号処理装置（制御部）、１０６…真空容器、１０７…冷媒（ヘリウム）容器、１０８…メインコイル、１０９…シールドコイル、１１０…シールド、１１１…超電導磁石、１１２…ヒーター、１１３…検出部、１０４…磁石監視ユニット
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月3日(2017.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒容器および超電導コイルを備えた超電導磁石と、前記超電導磁石に備えられたクライオシステムと、クライオシステムの動作を制御する制御部とを有し、
前記クライオシステムは、前記冷媒容器に備えられたコールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーと、前記冷媒容器内の圧力を検出する検出部とを備え、
前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められており、
前記制御部は、前記検出部の検出した圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的に前記コンプレッサーを停止させ、前記コンプレッサーの前記所定期間内の停止回数が、前記停止可能回数の上限値になるように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２】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記コンプレッサーを停止させたのち、前記検出部の検出した圧力が所定の上限圧力値に達するか、もしくは、停止からの経過時間が所定の停止時間に達した場合には前記コンプレッサーを運転させ、前記圧力が所定の下限圧力値に達し、かつ、前回の停止から所定のサイクル時間が経過した場合には前記コンプレッサーを停止させ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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記サイクル時間が経過するたびに、前記所定期間の残りで、前記停止可能回数の残り回数だけ前記コンプレッサーを停止させるための前記サイクル時間と前記停止時間を計算により求めて再設定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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記所定期間内に予め定めた連続運転時間を設定し、前記所定期間から前記連続運転時間を差し引いた残りで、前記停止可能回数の残り回数だけ前記コンプレッサーを停止させるための前記サイクル時間と前記停止時間を計算により求めて再設定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４に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記下限圧力値を、前記サイクル時間の経過のたびに前回よりも高い値に再設定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２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記制御部は、前記コンプレッサーのサイクル時間ごとの停止時間の累積が予め定めた時間に達した場合、その後はコンプレッサーを連続運転させ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】
コールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーとを有し、超電導磁石に備えられた冷媒容器の内部を冷却するクライオシステムを制御する制御装置であって、
前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められており、
前記冷媒容器内の圧力が所定の上限値以下になる範囲内で、断続的に前記コンプレッサーを停止させ、前記コンプレッサーの前記所定期間内の停止回数を、前記停止可能回数の上限値に制御することを特徴とするクライオシステムの制御装置。
【請求項８】
コールドヘッドと、冷凍機と、前記冷凍機に圧縮されたガスを供給するコンプレッサーとを有し、前記コンプレッサーには、所定期間内の停止可能回数の上限値が予め定められているクライオシステムを用いて冷媒容器の内部を冷却するためのクライオシステムの制御方法であって、
前記所定期間内の停止回数が、前記停止可能回数の上限値に達し、かつ、前記冷媒容器内の圧力が所定の上限値以下になるように、断続的に前記コンプレッサーを停止させることを特徴とするクライオシステムの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
超伝導磁石は、磁場を発生させるコイルの超伝導状態を維持するために、液体ヘリウムの入ったヘリウム容器内に配置され、その沸点温度（４．２Ｋ）に冷却されている。液体ヘリウムは蒸発して失われていくため、超電導磁石には、クライオシステムが備えられ、気化したヘリウムを極低温面に凝縮させて捕捉し、液体ヘリウムに戻す構造になっている。クライオシステムは、ヘリウム容器に取り付けられ、気化したヘリウムを凝縮するコールドヘッド、および、コールドヘッドを冷却する冷凍機と、冷凍機を駆動させるコンプレッサーとを備えて構成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
処理２０２〜２０３は、第１の実施形態と同様に行う。処理４０２は、第１実施形態の処理２０４と同様の計算方法で行うが、ＨａｌｔＲａｔｉｏは、式（９）で求めたものを用いる。また、処理２０９において、ディジタル信号処理装置１０５は、停止時間が経過したならば、分岐処理４０４に進み、ディジタル信号処理装置１０５は、現在の時刻が連続運転時間（９：００〜１７：００）内であるかを判定し、連続運転時間内であれば、処理４０６に進む。処理４０６では、ディジタル信号処理装置１０５は、定められた時間だけコンプレッサー１０３を運転させる。この処理４０６は、コンプレッサーの連続運転時間の経過し、かつ、圧力が、上述のＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔ以下であることを条件として処理を終了する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
なお、処理６０２において、累積停止時間Ｔｓが規定停止時間Ｔｄを超えていない場合、および、処理６０３においてコンプレッサー１０３を連続運転した後は、分岐処理２１７に進む。その他の処理は第１実施形態と同様である。