(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアセンブリと第２のアセンブリとを備えた開放型超伝導磁石であって、前記第１のアセンブリは、
（ａ１）第１のボアを包囲していると共に、全体的に縦方向に伸びている第１の軸を有している全体的にトロイド形の第１の真空密閉容器と、
（ａ２）前記第１の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、第１の主電流を第１の方向に流す全体的に円環形の第１の超伝導主コイルと、
（ａ３）前記第１の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第１の超伝導主コイルより縦方向外側で前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、第１の遮蔽電流を前記第１の方向とは反対の方向に流す全体的に円環形の第１の超伝導遮蔽コイルと、
（ａ４）縦方向において前記第１の超伝導主コイルと前記第１の超伝導遮蔽コイルとの間に設けられており、前記第１の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、前記第１の超伝導主コイル及び遮蔽コイルから離隔して設けられている磁化可能で且つ全体的に円環形の第１のリングと、
（ａ５）前記第１の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第１のボアの内部に且つ前記第１の真空密閉容器の外部に設けられている磁化可能で且つ全体的に円筒形の第１の磁極片とを含んでおり、また、前記第２のアセンブリは、
（ｂ１）第２のボアを包囲していると共に、前記第１の軸と全体的に同軸状に整列している全体的に縦方向に伸びている第２の軸を有していて、前記第１の真空密閉容器から縦方向に離隔して設けられている全体的にトロイド形の第２の真空密閉容器と、
（ｂ２）前記第２の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第２の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、第２の主電流を前記第１の方向に流す全体的に円環形の第２の超伝導主コイルと、
（ｂ３）前記第２の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第２の超伝導主コイルより縦方向外側で前記第２の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、第２の遮蔽電流を前記反対の方向に流す全体的に円環形の第２の超伝導遮蔽コイルであって、ここで、前記第１及び第２の超伝導主コイル同士が前記第１及び第２の超伝導遮蔽コイル同士よりも互いに縦方向に近接している、第２の超伝導遮蔽コイルと、
（ｂ４）縦方向において前記第２の超伝導主コイルと前記第２の超伝導遮蔽コイルとの間に設けられており、前記第２の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第２の真空密閉容器の内部に設けられていると共に、前記第２の超伝導主コイル及び遮蔽コイルから離隔して設けられている磁化可能で且つ全体的に円環形の第２のリングと、
（ｂ５）前記第２の軸と全体的に同軸状に整列していて、前記第２のボアの内部で前記第２の真空密閉容器の外部に設けられていると共に、前記第１の磁極片から縦方向に離隔して設けられて、該第１の磁極片への磁化可能な実体経路を有していない磁化可能で且つ全体的に円筒形の第２の磁極片とを含んでいること、を特徴とする開放型超伝導磁石。
【請求項２】
前記第１の磁極片は前記第１の真空密閉容器に取り付けられており、前記第２の磁極片は前記第２の真空密閉容器に取り付けられており、前記磁石はまた、前記第１及び第２の磁極片を接続する唯一の支持部材を含んでおり、該支持部材は、縦方向において完全に前記第１の磁極片と前記第２の磁極片との間に配置されている非磁化可能な支持部材であり、前記支持部材を全体的に二分する切断平面内に前記第１の軸が完全に位置するような切断平面により形成される前記磁石の断面から見ると、前記支持部材並びに前記第１及び第２のアセンブリは組み合わさって全体的にＣ字形の形状を構成している請求項１に記載の開放型超伝導マグネット。
【請求項３】
前記第２のアセンブリは、前記第１及び第２のアセンブリの間に縦方向に等距離に配置されると共に前記第１の軸に対して全体的に垂直に配向する平面に関して、前記第１のアセンブリの全体的な鏡映像である請求項１に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項４】
前記磁石はまた、前記第１及び第２のアセンブリの間に全体的に縦方向に等距離に配置される磁気共鳴イメージング空間を含んでいる請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項５】
前記イメージング空間は、前記第１の軸の上に全体的に位置する中心を有している全体的に球状のイメージング空間である請求項４に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項６】
前記第１の真空密閉容器の内部に設けられている超伝導コイルは、前記第１の超伝導主コイル及び前記第１の超伝導遮蔽コイルのみである請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項７】
前記磁石はまた、冷却段を有しているクライオクーラ・コールドヘッドを含んでおり、前記冷却段は、前記第２の超伝導遮蔽コイルと実体として熱伝導接触している請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項８】
前記第１の超伝導主コイルは、前記第１のリングに対して、前記第１の超伝導遮蔽コイルが前記第１のリングに対するよりも縦方向に近接して設けられている請求項７に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項９】
前記平面への前記第１のリングの縦方向投影が、前記平面への前記第１の超伝導主コイルの縦方向投影を完全にカバーしていると共に、前記平面への前記第１の超伝導遮蔽コイルの縦方向投影を完全にカバーしている請求項７に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１０】
前記平面への前記第１の超伝導遮蔽コイルの縦方向投影が、前記平面への前記第１の超伝導主コイルの縦方向投影の少なくとも２分の１をカバーする請求項７に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１１】
前記第１のアセンブリはまた、前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていて、前記第１の超伝導主コイルを支持していると共に、前記第１のリングに隣接している主コイル側フランジを有している主コイル巻型と、前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていて、前記第１の超伝導遮蔽コイルを支持していると共に、前記第１のリングに隣接している遮蔽コイル側フランジを有している遮蔽コイル巻型と、前記第１の軸の周りに円周方向に配列されていて、それぞれ前記第１の真空密閉容器の内部に設けられて、それぞれ前記第１の軸に全体的に平行に整列していると共に、それぞれ前記主コイル側フランジ、前記第１のリング及び前記遮蔽コイル側フランジを完全に貫通している複数の隔設されたボルトとを含んでいる請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１２】
前記ボルトはそれぞれ、前記遮蔽コイル側フランジの縦方向外側に、該フランジを越えて伸びている雄ねじ付き縦方向外側端部を有しており、前記ボルトはそれぞれ、前記主コイル側フランジの縦方向内側に、該フランジを越えて伸びている雄ねじ付き縦方向内側端部を有しており、前記第１のアセンブリは更に、前記ボルトの前記縦方向内側及び縦方向外側の各端部にねじ係合する多数の雌ねじ付きナットを含んでいる請求項１１に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１３】
前記第１の磁極片は実質的に鉄から成り、前記第１のリングは実質的に炭素鋼から成る請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１４】
前記磁石はまた、前記第１の真空密閉容器の内部に設けられていると共に前記第１の超伝導主コイル及び遮蔽コイル並びに前記第１のリングを包囲している第１の冷凍剤容器を含んでおり、該第１の冷凍剤容器は液体冷凍剤を収容している請求項３に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１５】
前記第１のアセンブリはまた、すべて前記第１の真空密閉容器の内部に設けられている第１の熱遮蔽体と、内側支持円筒と、外側支持円筒とを含んでおり、前記第１の熱遮蔽体は、前記第１の冷凍剤容器と前記第１の真空密閉容器との間に、これらから離隔して設けられており、前記内側支持円筒は、前記第１の軸と全体的に同軸状に整列しており、前記第１の真空密閉容器に固定されている第１の端部と、前記第１の熱遮蔽体に固定されている第２の端部とを有しており、前記外側支持円筒は前記第１の軸と全体的に同軸状に整列しており、前記外側支持円筒は、前記第１の熱遮蔽体に固定されている第１の端部と、前記第１の冷凍剤容器に固定されている第２の端部とを有している請求項１４に記載の開放型超伝導磁石。
【請求項１６】
前記内側支持円筒及び外側支持円筒はそれぞれ、実質的に繊維強化複合材から成り、前記液体冷凍剤は実質的に液体ヘリウムから成る請求項１５に記載の開放型超伝導磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、一様な磁場を形成するのに用いられる開放型超伝導磁石に関し、より具体的には、磁石から発生する迷走磁場から磁石の周囲の区域を保護する遮蔽を有している上述の磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導磁石には、医用診断等の様々な用途に用いられる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの一部である超伝導磁石がある。また公知の超伝導磁石では、液体ヘリウム冷却式超伝導磁石及びクライオクーラ冷却式超伝導磁石がある。典型的には、超伝導コイル・アセンブリは、第１の熱遮蔽体によって包囲されている超伝導主コイルを含んでいる。第１の熱遮蔽体は、真空密閉容器によって包囲されている。クライオクーラ冷却式磁石では好ましくはまた、この真空密閉容器に外部から装着されているクライオクーラ・コールドヘッドが含まれている。クライオクーラ・コールドヘッドの第１の冷却段が上述の熱遮蔽体と熱的に接触しており、第２の冷却段が超伝導主コイルと熱的に接触している。液体ヘリウム冷却式磁石では好ましくはまた、超伝導主コイルを包囲している液体ヘリウム容器と、液体ヘリウム容器を包囲している第１の熱遮蔽体を更に包囲する第２の熱遮蔽体とが含まれている。
【０００３】
公知の超伝導磁石設計には、閉鎖型磁石及び開放型磁石がある。閉鎖型磁石は典型的には、ボア（中孔）を有している単一の筒形の超伝導コイル・アセンブリを有している。この超伝導コイル・アセンブリは、半径方向に整列し且つ縦方向に隔設されているいくつかの超伝導主コイルを含んでおり、これらの超伝導主コイルの各々は同じ方向に同一の大電流を流す。このようにして、超伝導主コイルは、磁石ボア内に中心を有する典型的には球状のイメージング空間内に高度に一様性の磁場を形成するように設計されており、その中にイメージング対象の物体が置かれる。また、単一の筒形の超伝導遮蔽アセンブリを用いて、主コイルを包囲するように主コイルによって形成される高磁場が磁石の付近の電子設備と不利な相互作用をするのを防止してもよい。このような遮蔽アセンブリは、半径方向に整列し且つ縦方向に隔設されているいくつかの超伝導遮蔽コイルを含んでいる。これらの超伝導遮蔽コイルは、主コイルに流れる電流とほぼ等しいアンペア数を有するがその反対方向に電流を流し、また主コイルの半径方向外側に配置されている。
【０００４】
Ｃ字形磁石を含めた開放型磁石は典型的には、２つの隔設された超伝導コイル・アセンブリを用いており、これらのアセンブリの間の空間がイメージング空間を収容し、またこの空間によって、磁気共鳴イメージング中に外科的処置または他の医療処置を行う医療人員が近付き得るようになっている。患者は、この空間に配置してもよいし、またはトロイド形コイル・アセンブリのボア内に配置してもよい。開放空間になっていると、閉鎖型磁石設計の場合に経験されることのある閉所恐怖症的なあらゆる感覚を患者が克服する助けになる。遮蔽を有している公知の開放型超伝導磁石設計には、各々の超伝導コイル・アセンブリが、開放したボアを有していると共に、縦方向に且つ超伝導主コイル（１つまたは複数）より半径方向外側に配置されている超伝導遮蔽コイルを含んでいるものがある。遮蔽コイルの磁場減殺効果を克服するためには、主コイルに高価な超伝導体が大量に必要とされる。計算によると、０．７５テスラの磁石の場合、ほぼ２３００ポンドの超伝導体が必要とされ、ここからほぼ１２０００ポンドの重量の高価な磁石が得られる。この重量は適度であり、この磁石は利用可能性のある磁石設計となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
超伝導コイル・アセンブリのボア内に鉄製の磁極片を設けた開放型磁石設計もまた公知であり、この設計では超伝導遮蔽コイルを含んでいない。鉄製の磁極片は、磁場の強度を増強し、また磁極片の表面を成形することにより磁石を磁気的にシミング(shimming)して磁場の均一性を向上させる。２つの鉄製磁極片を接続するために、鉄製の戻り経路（リターン・パス）が用いられる。鉄製の磁極片はまた、磁石を遮蔽するように作用することに留意されたい。しかしながら、強い磁石に対する遮蔽を達成するためには、鉄製の磁極片に大量の鉄が必要とされる。計算によると、０．７５テスラの磁石の場合には、ほぼ２００ポンドの超伝導体しか必要とされないが、ここから７００００ポンドを上回る重量の磁石が得られ、これは病院等の医療施設で用いるには重すぎる。この重量では、この磁石は利用可能性のある磁石設計とはならない。
【０００６】
従って、医療施設で用いるのに十分軽量で且つ公知の設計よりも安価な遮蔽付き開放型超伝導磁石設計が必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の開放型超伝導磁石は、第１のアセンブリと第２のアセンブリとを含んでいる。第１のアセンブリは、全体的にトロイド形の第１の真空密閉容器と、全体的に円環形の第１の超伝導主コイルと、全体的に円環形の第１の超伝導遮蔽コイルと、磁化可能で且つ全体的に円環形の第１のリングと、磁化可能で且つ全体的に円筒形の第１の磁極片とを含んでいる。第１の真空密閉容器は第１のボアを包囲しており、また全体的に縦方向に伸びている第１の軸を有する。第１の超伝導主コイル、第１の超伝導遮蔽コイル及び第１のリングは、第１の軸と全体的に同軸状に整列していると共に、第１の真空密閉容器の内部に配置されている。第１の超伝導主コイルは第１の主電流を第１の方向に流し、第１の超伝導遮蔽コイルは第１の遮蔽電流を第１の方向とは反対の方向に流す。第１の超伝導遮蔽コイルは第１の超伝導主コイルより縦方向外側に配置されている。第１のリングは第１の超伝導主コイル及び遮蔽コイルから離隔して設けられている。第１の磁極片は、第１の軸と全体的に同軸状に整列していると共に、第１のボアの内部に且つ第１の真空密閉容器の外部に配置されている。
【０００８】
第２のアセンブリは、全体的にトロイド形の第２の真空密閉容器と、全体的に円環形の第２の超伝導主コイルと、全体的に円環形の第２の超伝導遮蔽コイルと、磁化可能で且つ全体的に円環形の第２のリングと、磁化可能で且つ全体的に円筒形の第２の磁極片とを含んでいる。第２の真空密閉容器は、第２のボアを包囲しており、また第１の軸と全体的に同軸状に整列して全体的に縦方向に伸びている第２の軸を有する。第２の超伝導主コイル、第２の超伝導遮蔽コイル及び第２のリングは、第２の軸と全体的に同軸状に整列していると共に、第２の真空密閉容器の内部に配置されている。第２の超伝導主コイルは第１の主電流を上記で定義した第１の方向に流し、第２の超伝導遮蔽コイルは第１の遮蔽電流を上記で定義したような反対の方向に流す。第２の超伝導遮蔽コイルは第２の超伝導主コイルより縦方向外側に配置されている。第２のリングは第２の超伝導主コイル及び遮蔽コイルから離隔して設けられている。第２の磁極片は、第２の軸と全体的に同軸状に整列していると共に、第２のボアの内部に且つ第２の真空密閉容器の外部に配置されている。第２の真空密閉容器は第１の真空密閉容器から縦方向に離隔して設けられている。第２の磁極片は、第１の磁極片から縦方向に離隔して設けられていて、第１の磁極片への磁化可能な実体（solid ）経路を有していない。第１及び第２の超伝導主コイルは、第１及び第２の超伝導遮蔽コイル同士よりも互いに縦方向に近接している。例示的な構成では、第１及び第２の磁極片は実質的に鉄から成り、第１及び第２のリングは実質的に炭素鋼から成る。
【０００９】
本発明から、様々な長所及び利点が得られる。磁極片及びリングは、磁場の強度を増強するので、主コイルに必要な超伝導体が少なくて済む。炭素鋼製のリングは、主コイルのための部分的な磁束戻り路を提供し、これにより磁極片に必要とされる鉄が減少し、また主コイルに必要とされる超伝導体の量が減少する。炭素鋼製のリングはまた、遮蔽コイルを主コイルから磁気的に減結合(decouple)して、遮蔽コイルからの磁束線が鉄製リングによって捕捉されるようにすると共に主コイルからの磁束線に影響を及ぼさないようにする。このように、遮蔽コイルからの磁束線は、炭素鋼製リングの存在によって阻止されるので、これらの磁束線の磁場低減効果を相殺するために磁極片の鉄の質量を増大させたり主コイル内の超伝導体の量を増大させたりする必要がない。コンピュータ・シミュレーションによると、本発明に従った０．７テスラの磁石では、ほぼ８００ポンドの超伝導体を用い、ここからほぼ１６０００ポンドの重量の磁石が得られ（この重量は医療施設に設置するのに十分に軽量である）、しかも、利用可能性のある等価な従来の磁石に比べて僅か半分の経費しか掛からない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、図面を参照して説明する。図面では、類似の参照番号は、全体を通して類似の構成要素を表している。図１〜図４は、本発明の開放型超伝導磁石の第１の好ましい実施例１０を示している。好ましくは、磁石１０は、０．５テスラまたはそれよりも強い磁石である。磁石１０は、第１のアセンブリ１２を含んでいる。第１のアセンブリ１２は、全体的にトロイド形の第１の真空密閉容器１４を含んでおり、第１の真空密閉容器１４は第１のボア１６を包囲しており、また全体的に縦方向に伸びている第１の軸１８を有する。好ましくは、第１の真空密閉容器１４は実質的に非磁性のステンレス鋼またはアルミニウムから成る。
【００１１】
第１のアセンブリ１２はまた、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列していると共に第１の真空密閉容器１４の内部に設けられている全体的に円環形の第１の超伝導主コイル２０を含んでいる。第１の超伝導主コイル２０は、第１の主電流を第１の方向に流す。この第１の方向は、電流方向のあらゆる微弱な縦方向成分を無視した状態で、第１の軸１８を巡る時計回りまたは反時計回りの円周方向のいずれかであるものと定義される。当業者に公知のように、磁石のイメージング空間内で、超伝導コイルに用いられている超伝導体の臨界電流密度を超えることなく高い磁場強度を達成するためには、追加の第１の超伝導主コイルが必要とされる可能性があることを特記しておく。第１の超伝導主コイル２０として好ましい超伝導体は、ニオブ−チタンである。
【００１２】
第１のアセンブリ１２は加えて、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列している全体的に円環形の第１の超伝導遮蔽コイル２２を含んでいる。第１の超伝導遮蔽コイル２２は、第１の超伝導主コイル２０の縦方向外側で、第１の真空密閉容器１４の内部に設けられている。第１の超伝導遮蔽コイル２２は、第１の遮蔽電流を上で定義した第１の方向と反対の方向に流す。第１の超伝導遮蔽コイル２２として好ましい超伝導体は、ニオブ−チタンである。
【００１３】
第１のアセンブリ１２は更に、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列していると共に第１の真空密閉容器１４の内部に設けられている磁化可能で且つ全体的に円環形の第１のリング２４を含んでいる。第１のリング２４は、第１の超伝導主コイル２０及び遮蔽コイル２２から離隔して設けられている。好ましくは、第１のリング２４は実質的に強磁性物質から成る。好ましい構成では、第１のリング２４は実質的に炭素鋼から成る。
【００１４】
第１のアセンブリ１２は更に、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列している磁化可能で且つ全体的に円筒形の第１の磁極片２６を含んでいる。第１の磁極片２６は、第１のボア１６の内部に且つ第１の真空密閉容器１４の外部に配置されている。好ましくは、第１の磁極片２６は実質的に強磁性物質から成る。好ましい構成では、第１の磁極片２６は実質的に鉄から成る。一実施例では、第１の磁極片２６は第１の真空密閉容器１４に取り付けられている。
【００１５】
開放型超伝導磁石１０はまた、第２のアセンブリ２８を含んでいる。第２のアセンブリ２８は、全体的にトロイド形の第２の真空密閉容器３０を含んでおり、第２の真空密閉容器３０は第２のボア３２を包囲しており、また第１の軸１８と全体的に同軸状に整列しており全体的に縦方向に伸びている第２の軸３４を有している。第２の真空密閉容器３０は、第１の真空密閉容器１４から縦方向に離隔して設けられている。好ましくは、第２の真空密閉容器３０は実質的に非磁性のステンレス鋼またはアルミニウムから成る。
【００１６】
第２のアセンブリ２８はまた、第２の軸３４と全体的に同軸状に整列していると共に第２の真空密閉容器３０の内部に設けられている全体的に円環形の第２の超伝導主コイル３６を含んでいる。第２の超伝導主コイル３６は、第２の主電流を上記で定義した第１の方向に流す。当業者に公知のように、第１のアセンブリに追加の第１の超伝導主コイルが存在しているならば、これと均衡を取るためには、追加の第２の超伝導主コイルが必要とされる可能性があることを特記しておく。第２の超伝導主コイル３６として好ましい超伝導体は、ニオブ−チタンである。
【００１７】
第２のアセンブリ２８は更に、第２の軸３４と全体的に同軸状に整列している全体的に円環形の第２の超伝導遮蔽コイル３８を含んでいる。第２の超伝導遮蔽コイル３８は、第２の超伝導主コイル３６の縦方向外側で、第２の真空密閉容器３０の内部に設けられている。第２の超伝導遮蔽コイル３８は、第２の遮蔽電流を上記で定義したような反対の方向に流す。第１及び第２の超伝導主コイル２０及び３６は、第１及び第２の超伝導遮蔽コイル２２及び３８同士よりも互いに縦方向に近接している。第２の超伝導遮蔽コイル３８として好ましい超伝導体は、ニオブ−チタンである。
【００１８】
第２のアセンブリ２８は更に、第２の軸３４と全体的に同軸状に整列していると共に第２の真空密閉容器３０の内部に設けられている磁化可能で且つ全体的に円環形の第２のリング４０を含んでいる。第２のリング４０は、第２の超伝導主コイル３６及び遮蔽コイル３８から離隔して設けられている。好ましくは、第２のリング４０は実質的に強磁性物質から成る。好ましい構成では、第２のリング４０は実質的に炭素鋼から成る。
【００１９】
第２のアセンブリ２８は更に、第２の軸３４と全体的に同軸状に整列している磁化可能で且つ全体的に円筒形の第２の磁極片４２を含んでいる。第２の磁極片４２は、第２のボア３２の内部に且つ第２の真空密閉容器３０の外部に配置されている。第２の磁極片４２は、第１の磁極片２６から縦方向に離隔して設けられていると共に、第１の磁極片２６への磁化可能な実体経路を有していない。好ましくは、第２の磁極片４２は実質的に強磁性物質から成る。好ましい構成では、第２の磁極片４２は実質的に鉄から成る。一実施例では、第２の磁極片４２は第２の真空密閉容器３０に取り付けられている。
【００２０】
図示例の構成では、開放型超伝導磁石１０は、第１のアセンブリ１２と第２のアセンブリ２８とを接続する唯一の支持部材４４を含んでおり、支持部材４４は、望ましくは第１及び第２のアセンブリ１２及び２８の第１の磁極片２６と第２の磁極片４２とを接続している。好ましくは、支持部材４４は、実質的に非磁性のステンレス鋼から成る非磁化可能な支持部材である。支持部材４４は、縦方向に完全に第１の磁極片２６と第２の磁極片４２との間に配置されている。好ましくは、切断平面によって形成される磁石１０の断面から見ると、支持部材４４、第１のアセンブリ１２及び第２のアセンブリ２８は組み合わせて、全体的にＣ字形の形状を構成する。このとき、第１の軸１８は切断平面内に完全に位置しており、切断平面は支持部材４４を全体的に二分しているものとする。上記で定義した断面は、図３に示されている断面であり、図３を反時計回りに９０°回転させることによりＣ字形に見えることを特記しておく。
【００２１】
好ましくは、第２のアセンブリ２８は、第１のアセンブリ１２と第２のアセンブリ２８との間に縦方向に等距離に配置されると共に第１の軸１８に対して全体的に垂直に配向する平面４６（その縁部が図３の破線で示されている）に関して、第１のアセンブリ１２の全体的な鏡映像となっている。磁石１０がＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）用磁石として用いられるときには、磁石１０は、第１のアセンブリ１２と第２のアセンブリ２８との間に全体的に縦方向に等距離に配置される磁気共鳴イメージング空間４８（図１〜図３では点線で示されている）を含んでいる。好ましくは、イメージング空間４８は、全体的に球状のイメージング空間であり、第１の軸１８の上に全体的に位置している中心５０を有している。図１及び図２では、イメージング位置に患者５１が示されている。
【００２２】
超伝導コイル２０、２２、３６及び３８は、好ましくは、液体ヘリウムなどの冷凍剤(cryogen)による冷却、クライオクーラによる冷却またはこれらの併用による冷却によって、各コイルの臨界温度よりも低い温度に冷却されて、超伝導を実現すると共に維持することを特記しておく。また、第１及び第２のリング２４及び４０は、超伝導コイル２０、２２、３６及び３８と同じ極低温に冷却されることを特記しておく。冷却方法の第１の選択肢（図４を参照）では、第１のアセンブリ１２に図示されているように、磁石１０はまた第１の冷凍剤容器５２を含んでいる。第１の冷凍剤容器５２は、第１の真空密閉容器１４の内部に設けられていると共に、第１の超伝導主コイル２０及び遮蔽コイル２２並びに第１のリング２４を包囲している。第１の冷凍剤容器５２は、液体ヘリウムから実質的に成るもの等の液体冷凍剤５４を収容している。好ましくは、第１の冷凍剤容器５２は実質的にアルミニウムまたは非磁性のステンレス鋼から成る。
【００２３】
冷却方法の第１の選択肢では、好ましくは、第１のアセンブリ１２はまた第１の熱遮蔽体５６と内側支持円筒５８と外側支持円筒６０とを含んでおり、これらはすべて第１の真空密閉容器１４の内部に設けられている。第１の熱シールド５６は、第１の冷凍剤容器５２と第１の真空密閉容器１４との間に、これらから離隔して設けられている。内側支持円筒５８は、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列しており、その第１の端部が第１の真空密閉容器１４に固定され、第２の端部が第１の熱遮蔽体５６に固定されている。外側支持円筒６０は、第１の軸１８と全体的に同軸状に整列しており、その第１の端部が第１の熱シールド５６に固定され、第２の端部が第１の冷凍剤容器５２に固定されている。例示的な構成では、第１の熱遮蔽体５６は実質的にアルミニウムから成り、内側及び外側の支持円筒５８及び６０は実質的に繊維強化複合材から成る。好ましくは、非金属の各支持円筒の各端部の上述したような固定は、支持円筒の端部に丸みのついたリムを形成し、リムを把捉する金属製リングを用いることにより達成され、いくつかのこれらのようなリングが、当業者には理解され得るように、金属製真空密閉容器、金属製熱シールドまたは金属製冷凍剤容器に適当に取り付けられている。内側及び外側の支持円筒５８及び６０には張力が働いており、これらの円筒５８及び６０が、当業者には理解され得るように、磁石１０によって発生される磁力に対して第１の真空密閉容器１４の内部の磁石構成要素を機械的に支持するための優れたシステムを形成していることを特記しておく。
【００２４】
冷却方法の第２の選択肢では、第２のアセンブリ２８に図示されているように、磁石１０はまたクライオクーラ・コールドヘッド６２を含んでおり、クライオクーラ・コールドヘッド６２は、第２の真空密閉容器３０に取り付けられているハウジング６４と、冷却段６６とを有している。冷却段６６は、第２の超伝導遮蔽コイル３８と実体として熱伝導接触していると共に、相互接続用熱バス・バー（図面には示されていない）によって第２の超伝導主コイル３６と熱伝導接触している。
【００２５】
冷却方法のその他の選択肢（図面には示されていない）には、各々のアセンブリが個有の冷凍剤容器を有しており、一方の冷凍剤容器内の液体冷凍剤が、支持部材の内部に又は支持部材に並行して設けられている相互接続用断熱導管を介して他方の冷凍剤容器内の液体冷凍剤と流体連通するものがある。代替的には、支持部材内に実体の熱伝導経路を設けて、第２の真空密閉容器上に設けられているクライオクーラ・コールドヘッドが、第１の真空密閉容器内の超伝導主コイル及び遮蔽コイルをも冷却し得るようにすることもできる。典型的には、１つ（図４に示すような）またはそれ以上の熱遮蔽体が、超伝導主コイル及び遮蔽コイルから離隔して設けられ、これらを包囲している。冷凍剤による冷却の場合には、これらのような熱遮蔽体（図４に示すような）は、クライオジェン容器の外部に配置される。２つのアセンブリを熱的に相互接続するためには、各々のアセンブリの真空密閉容器、熱遮蔽体及び（存在しているならば）クライオジェン容器は、好ましくは支持部材の近傍で相互接続される。当業者に公知のように、いずれの選択肢の冷却方法の場合でも、磁石１０は更に、必要に応じて、磁石構成要素を適正に離隔配置すると共に支持するための熱スペーサ及びコイル巻型を含むことを特記しておくが、これらのスペーサは、簡明にするために図面から省略されており、また、コイル巻型については以下で述べる。
【００２６】
好ましい構成では、第１のアセンブリ１２は、主コイル巻型６８と、遮蔽コイル巻型７０と、隔設されている複数のボルト７２（うち１つのみを図面に示す）と、多数の雌ねじ付きナット７４（うち２つのみを図面に示す）とを含んでいる。主コイル巻型６８は第１の真空密閉容器１４の内部に設けられており、第１の超伝導主コイル２０を支持していると共に、第１のリング２４に隣接している主コイル側フランジ７６を有している。遮蔽コイル巻型７０は、第１の真空密閉容器１４の内部に設けられており、第１の超伝導遮蔽コイル２２を支持していると共に、第１のリング２４に隣接している遮蔽コイル側フランジ７８を有している。ボルト７２はそれぞれ第１の真空密閉容器１４の内部に設けられており、これらのボルトは第１の軸１８の周りに円周方向に配列されている。ボルト７２はそれぞれ、第１の軸１８と全体的に平行に整列していて、主コイル側フランジ７６、第１のリング２４及び遮蔽コイル側フランジ７８を完全に貫通している。ボルト７２の各々は、遮蔽コイル側フランジ７８の縦方向外側にこのフランジ７８を越えて伸びている雄ねじ付き縦方向外側端部と、主コイル側フランジ７６の縦方向内側にこのフランジ７６を越えて伸びている雄ねじ付き縦方向内側端部とを有している。ナット７４は、ボルト７２の縦方向内側端部及び縦方向外側端部にねじ係合している。第１及び第２のリング２４及び４０が、好ましくは炭素鋼製であって、極低温では脆性であるので、ねじを全く含んでいないことを特記しておく。好ましくは、主コイル巻型６８及び遮蔽コイル巻型７０は、実質的にガラス繊維から成る。熱及び応力に関する理由から望ましい場合には、当業者には理解され得るように、ガラス繊維断熱材を超伝導コイルと冷凍剤容器との間に設けることもできるし、アルミニウム製のオーババンド(overband)が（ガラス繊維断熱材を挟んで）超伝導コイルを包囲していてもよい。
【００２７】
例示的な設計では、第１のリング２４は縦方向において第１の超伝導主コイル２０と遮蔽コイル２２との間に設けられており、第２のリング４０は縦方向において第２の超伝導主コイル３６と遮蔽コイル３８との間に設けられている。また、第１の超伝導主コイル２０は、第１のリング２４に対して、第１の超伝導遮蔽コイル２２が第１のリング２４に対するよりも縦方向に近接して設けられており、そして第２の超伝導主コイル３６は、第２のリング４０に対して、第２の超伝導遮蔽コイル３８が第２のリング４０に対するよりも縦方向に近接して設けられている。更に、前に定義した平面４６への第１のリング２４の縦方向投影は、前に定義した平面４６への第１の超伝導主コイル２０の縦方向投影を完全にカバーしていると共に、前に定義した平面４６への第１の超伝導遮蔽コイル２２の縦方向投影を完全にカバーしている。同様に、前に定義した平面４６への第２のリング４０の縦方向投影は、前に定義した平面４６への第２の超伝導主コイル３６の縦方向投影を完全にカバーしていると共に、前に定義した平面４６への第２の超伝導遮蔽コイル３８の縦方向投影を完全にカバーしている。加えて、前に定義した平面４６への第１の超伝導遮蔽コイル２２の縦方向投影は、前に定義した平面４６への第１の超伝導主コイル２０の縦方向投影の少なくとも２分の１をカバーしており、また、前に定義した平面４６への第２の超伝導遮蔽コイル３８の縦方向投影は、前に定義した平面４６への第２の超伝導主コイル３６の縦方向投影の少なくとも２分の１をカバーしている。好ましくは、第１の真空密閉容器１４の内部に設けられている超伝導コイルは、第１の超伝導主コイル２０及び遮蔽コイル２２のみであり、第２の真空密閉容器３０の内部に設けられている超伝導コイルは、第２の超伝導主コイル３６及び遮蔽コイル３８のみである。
【００２８】
当業者は、従来の磁場分析手法に基づくコンピュータ・シミュレーション及び本発明の教示を用いて、所望の磁場強度、所望の磁場不均一度、及び所望の遮蔽レベル（すなわち、開放型超伝導磁石のイメージング空間の中心からの所望の５ガウスの迷走磁場の位置）を有する開放型磁石を設計し得ることを特記しておく。当業者には理解され得るように、このような分析から判明することとして、図３に示すように、磁石１０の性能に影響を及ぼすことなく、同軸状に整列する鉄の円板を第１の磁極片２６の縦方向外側の区域８０から除去し得ることを特記しておく。前述のように、磁極片及びリングは、磁場の強度を増強するので、主コイルに必要な超伝導体が少なくて済む。炭素鋼製のリングは、主コイルのための部分的な磁束戻り路を提供し、これにより磁極片に必要とされる鉄が減少し、また主コイルに必要とされる超伝導体の量が減少する。炭素鋼製のリングはまた、遮蔽コイルを主コイルから磁気的に減結合して、遮蔽コイルからの磁束線が炭素鋼製リングによって捕捉されるように且つ主コイルからの磁束線に影響を及ぼさないようにする。このように、遮蔽コイルからの磁束線は、炭素鋼製リングの存在によって阻止されるので、これらの磁束線の磁場低減効果を相殺するために磁極片の鉄の質量を増大させたり主コイル内の超伝導体の量を増大させたりする必要がない。コンピュータ・シミュレーションによると、本発明に従った０．７テスラの磁石では、５ガウスの迷走磁場が磁石１０のイメージング空間４８の中心５０から垂直方向に３．８メートルの範囲内及び水平方向に４．８メートルの範囲内に含まれている場合には、ほぼ８００ポンドの超伝導体を用いて、ほぼ１６０００ポンドの重量の磁石が得られ（この重量は、医療施設に設置するのに十分に軽量である）、しかも、利用可能性のある等価な従来の磁石に比べて僅か半分の経費しか掛からない。
【００２９】
本発明のいくつかの好ましい実施例についての以上の説明は、例示の目的のためになされている。この説明は網羅的なものではなく又発明を開示された厳密な形態に限定するものでもなく、以上の教示に照らすと多くの改変及び変形が可能であることは明らかである。本発明の要旨は特許請求の範囲によって画定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の開放型超伝導磁石の第１の好ましい実施例の概略正面図である。
【図２】図１の磁石の概略上面図である。
【図３】図１及び図２の磁石を図２の線３−３に沿って見たときの断面図であり、クライオクーラ・コールドヘッドを付加して示している図である。
【図４】図３に示す磁石の下方右側部分の詳細図である。
【符号の説明】
１０    開放型超伝導磁石
１２    第１のアセンブリ
１４    第１の真空密閉容器
１６    第１のボア
１８    第１の軸
２０    第１の超伝導主コイル
２２    第１の超伝導遮蔽コイル
２４    第１のリング
２６    第１の磁極片
２８    第２のアセンブリ
３０    第２の真空密閉容器
３２    第２のボア
３４    第２の軸
３６    第２の超伝導主コイル
３８    第２の超伝導遮蔽コイル
４０    第２のリング
４２    第２の磁極片
４４    支持部材
４６    鏡映面
４８    磁気共鳴イメージング空間
５２    第１の冷凍剤容器
５４    液体冷凍剤
５６    第１の熱遮蔽体
５８    内側支持円筒
６０    外側支持円筒
６２    クライオクーラ・コールドヘッド
６４    ハウジング
６６    冷却段
６８    主コイル巻型
７０    遮蔽コイル巻型
７２    ボルト
７４    ナット
７６    主コイル側フランジ
７８    遮蔽コイル側フランジ
８０    第１の磁極片の縦方向外側区域
【図１】
0004266425.tif 000002
【図２】
0004266425.tif 000003
【図３】
0004266425.tif 000004
【図４】
0004266425.tif 000005