超導磁鐵裝置以及磁共振成像裝置的制作方法

專利名稱：超導磁鐵裝置以及磁共振成像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及超導磁鐵裝置以及使用它的磁共振成像裝置(以下稱為MRI)，特別涉及不給受檢者閉塞感的適用于開放型MRI分析的超導磁鐵裝置以及使用它的MRI裝置。
背景技術：
MRI裝置，通過核/磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,以下稱為NMR) 現象測量氬原子核旋轉放出的電磁波，通過把該電磁波作為信號進行運算處 理，根據氫原子核密度對于受檢體進行斷層圖像化。為測量氫原子核旋轉放出 的電磁波，作為測量區域，需要生成高強度的、具有高的靜磁場均勻度的磁場 區域。通過氫原子核旋轉放出的電磁波的電磁場的強度，因為與均勻磁場區域 的靜磁場的強度成比例，所以為提高斷層圖像的分辨率需要提高靜磁場的強 度。因此，為發生高強度的靜磁場，使用超導磁鐵裝置。另外，為以高圖像質 量-高分辨率、無失真地形成斷層圖像，也需要提高均勻磁場區域的磁場均勻 度。于是，作為提高均勻磁場區域的靜磁場的強度、提高磁場均勻度的方法， 在超導磁鐵裝置內設置磁性材料。磁性材料， 一般配置在常溫的大氣中，但是提出了將其設置在了裝滿冷 卻超導線圈的極低溫度的液體氦的線圈容器內的MRI裝置(例如參照專利文 獻l、 2)。另外，也提出了磁性材料被設置在包圍極低溫度的線圈容器且屏蔽 來自真空容器的輻射熱的中低溫熱屏蔽系統中的MRI裝置(例如參照專利文 獻3)。專利文獻1特開2001-224571號公報專利文獻2特開平10-97917號公報專利文獻3特開2005-144132號公報
發明內容
但是，在常溫的大氣中配置磁性材料的場合，認為要發生以下兩個問題。(1) 在常溫大氣中配置的^ 茲性材料，由于對應變動的室溫的變化溫度變化 而膨脹收縮，尺寸變位。認為通過該變化要引起磁場均勻度變化。(2) 對于在超導線圈內施加永久電流的場合的振動或者來自外部的振動， 不可避免在磁鐵裝置的線圈容器和容納線圈容器的真空容器之間的相對位移。 這時，當磁性材料位于常溫的大氣中時，認為線圈容器內的超導線圈的位置和 磁性材料之間要產生相對位移，磁場均勻度要變化。上述(1)和(2)的問題，通過專利文獻l、 2提出的在線圏容器內配置磁性材 料有可能解決，但是在這時，認為要發生以下的問題。(3) 因為線圈容器在真空容器內被設置在熱屏蔽板中，所以磁性材料必然 從超導線圏的中心軸離開熱屏蔽板和線圈容器之間的間隙量、和熱屏蔽板和線 圈容器的板厚量那么遠。因此，由磁性材料對于超導線圈的中心軸上的磁場的 影響靈敏度降低該數量，所以為提高靈敏度，需要增加》茲性材料的體積，古磁 鐵重量增加。有時，即使增加體積也難以得到必要的靈敏度。另外，在專利文獻3中表示的熱屏蔽板內配置磁性材料的場合，認為要 發生以下的問題。(4) 由于熱屏蔽板的熱容量實質上增力口，有初始冷卻時費時的問題。另夕卜， 當由于停電停止冷卻熱屏蔽板的冷凍機時，熱屏蔽板和磁性材料的溫度上升， 但是，考慮到一旦上升的磁性材料的溫度不容易降低，》茲場均勻度在長時間內 變化。本發明為解決上述問題而提出的，其目的是，提供這樣一種超導磁鐵裝 置以及MRI裝置即使對于室溫變化、振動、由停電引起的冷凍機停止等干 擾，也無需增加磁性材料的體積而能夠得到高的磁場均勻度。為實現上述目的，本發明的超導磁鐵裝置以及MRI裝置的特征在于，磁 性材料的負載由線圈容器絕熱性的支持，且設置在真空容器內部。根據這樣的超導磁鐵以及MRI裝置，即使對于干擾，也能夠提供不增加 磁性材料的體積、而能夠得到高的磁場均勻度的超導磁鐵裝置以及MRI裝置。


圖1是本實施形態的磁共振成像裝置的立體圖。
圖2是本實施形態的超導》茲鐵裝置從上方看的透視圖。 圖3是圖2的A-A方向的截面圖。 圖4是圖2的B-B方向的截面圖的上半部分。 圖5是圖2的C-C方向的截面圖的上半部分。 圖6是另一實施形態的超導磁鐵裝置從上方看的透視圖。 圖7是圖6的D-D方向的截面圖。符號說明
1磁共振成像裝置 2超導磁鐵裝置 3真空容器 8熱屏蔽 9線圈容器 11超導線圈 12、 13磁性材料 15支持體 16、 17連接部件 23、 24孑L 25支持體 26、 27連接部件 28熱屏蔽袋 32、 33熱傳導體 34均勻f茲場區域具體實施方式
下面適當參照附圖詳細說明本發明的實施形態。如圖1所示，作為MRI (磁共振成像)裝置1，可以舉出開放型MRI裝 置。開放型MRI裝置，具有超導磁鐵裝置2、載放受檢體的床6、和控制裝置 7。超導磁鐵裝置2，具有上下兩個真空容器3，在下面的真空容器3上豎立兩 根支持部件4，通過這些支持部件4支持上面的真空容器3。因為是在通過支 持部件4隔開的上下真空容器3之間放入受檢體進行診斷，所以受檢體的視野
不閉塞是敞開的、開放型MRI裝置受到受檢者的好評。上下的真空容器3分 別是以Z軸為共同的中心軸的圓柱形。另外，對于以Z軸為法線的R面，上 下的真空容器3形成互相面對稱的形狀。如圖2和圖3所示，超導磁鐵裝置2,具有使在上下真空容器3的每一 個上流過永久電流發生磁場、中心軸與Z軸一致的圓環狀的超導線圈11;把 該超導線圈11與冷卻介質14一起收納的線圏容器9;和使包圍該線圏容器9 那樣設置的熱屏蔽8;上下真空容器3分別包圍該熱屏蔽8，保持內部為真空。 冷卻介質14直接冷卻超導線圈11,使用液體氦(He)。線圏容器9,為沿圓 環狀的超導線圈11收納它，形成以Z軸為中心軸的圓環狀，使容積盡可能縮 小。同樣，熱屏蔽8，為沿圓環狀的線圈容器9包圍，形成以Z軸為中心軸的 圓環狀，根據切斷侵入熱的關系盡可能減小表面積。超導磁鐵裝置2，即使在室溫的室內配置，因為真空容器3內成為真空， 所以也不通過傳導或對流向線圈容器9傳遞室內的熱。另外，熱屏蔽8，因為 用冷凍機冷卻，吸收來自真空容器3的輻射熱，向冷凍機放出，所以輻射熱不 升高線圈容器9的溫度。此外，也可以把熱屏蔽8設定為冷卻介質14的溫度 的極低溫和室溫中間的中低溫。超導線圈11和線圏容器9可以在冷卻介質14 的極低溫下穩定設置。然后，在各自的真空容器3中，裝備修正發生的磁場并形成均勻磁場區 域34的磁性材料(磁場修正用的磁性材料)12、 13。磁性材料12，是以Z軸 為中心軸的圓環狀，外徑比超導線圈11的內徑小。^磁性材料13,是以Z軸為 中心軸的圓柱狀，直徑比磁性材料12的內徑小。這樣，超導磁鐵裝置2，大 致構成為以Z軸為對稱軸的對稱的結構，另外，構成為以R面為對稱面的對 稱的結構。上下真空容器3，通過支持部件4互相連通。同樣，分別在上下真空容器 3內收納的線圈容器9，也設置有連通孔20，以便在支持部件4內互相連通。 另外，分別在上下真空容器3內收納的熱屏蔽8，在支持部件4內互相連接， 以使包圍連通孔20的周圍。超導線圈ll，由線圈容器9支持，熱屏蔽8也由線圈容器9支持。總負 荷變大的線圈容器9，被支持在作為基座的真空容器3上。
在上下真空容器3的互相相對的面的凹部中分別設置RF線圈和傾斜^茲場 線圈31。MRI裝置l,通過NMR現象測量氫原子核旋轉放出的核磁共振信號， 通過運算處理該核磁共振信號，根據氫原子核密度對于受檢體內進行斷層圖像 化。此時，在受檢體進入的均勻磁場區域34中，生成強度是0.2T以上的高強 度的、具有高的靜磁場均勻度的靜磁場。均勻磁場區域34的上下一對傾斜^茲 場線圈31,以獲得均勻磁場區域34內的位置信息為目的，在均勻磁場區域34 上施加使/磁場在空間變化的傾新"磁場。進而，均勻》茲場區域34的上下一對RF 線圏5，在均勻磁場區域34上施加為引起NMR現象的共振頻率的電磁波。通 過這些，對于均勻磁場區域34內的每一微小區域測量氫原子核旋轉放出的核 磁共振信號，通過運算處理該核磁共振信號，能夠根據氫原子核密度對于受檢 體體內進行斷層圖像化。如圖2到圖4所示，所述磁性材料12、 13用非磁性金屬性的連接部件17 結合成為一體。 一體化了的磁性材料12、 13,其負荷通過絕熱性的支持體15 支持在線圈容器9上。支持體15，因為從液體氦溫度的線圈容器9支持室溫 的磁性材料12、 13,所以用減低從磁性材料12、 13向線圈容器9的熱傳導那 樣的材料構成。例如，作為支持體可以使用低熱導率的纖維強化型塑料(FRP) 管。代替管形使用板形或者棒形的FRP也可以得到同樣的功能、效果。支持 體15,在與Z軸平行的鉛直方向上直立設置。支持體15的一端，固定在連接 部件17上，另一端，通過非磁性且金屬性的連接部件16固定在線圏容器9 上。連接部件16,連接支持體15和線圈容器9。所述磁性材料12、 13由支持 體15支持。通過所述支持體15貫通設置熱屏蔽8,磁性材料12、 13在熱屏蔽8的外 側配置，不在熱屏蔽8上覆蓋。在熱屏蔽8上，為覆蓋連接部件16,設置熱 屏蔽袋18。在熱屏蔽袋18上設置孔23,支持體15貫通該孔23。另外，如作為圖2的C-C方向的截面圖的上半部分的圖5所示，對于一 體化的^ 茲性材料12、 13，為抑制向與承載其負荷的方向成直角的方向的運動， 磁性材料13通過絕熱性的支持體25支持在線圈容器9上。支持體25,因為 從極低溫的線圈容器9支持室溫的磁性材料12、 13,所以使用減少從磁性材 料12、 13向線圈容器9的熱傳導那樣的FR口等材料構成。支持體25的形狀，
不限于管形，也可以板形或者棒形。支持體25,在和Z軸直交的水平方向 上橫著設置。支持體25的一端，在在磁性材料13上固定的非磁性的金屬性連 接部件27上固定，另一端通過非磁性的金屬性連接部件26固定在線圈容器9 上。連接部件26連接支持體25和線圈容器9。所述磁性材料12、 13，通過支 持體25無對于Z軸的動彈那樣支持。通過將所述支持體25貫通熱屏蔽8進行設置，磁性材料12、 13被配置 在熱屏蔽8的外側，不覆蓋熱屏蔽8。在熱屏蔽8上，為覆蓋連接部件26,設 置熱屏蔽袋28。在熱屏蔽袋28上設置孔24,支持體25貫通該孔24。磁性材料12、 13被設置在真空容器3中的真空中，但是因為在熱屏蔽8 的外側設置，所以通過來自真空容器3的輻射熱，磁性材料12、 13的溫度大 體和室-顯4目同。再有，磁性材料12、 13,即使由極低溫的線圈容器9絕熱支持，也能夠 把磁性材料12、 13的溫度大體維持在室溫。此時，因為磁性材料12、 13的熱 容量大，所以由于室溫隨時間的變化引起的真空容器3的溫度的變化不會左右 磁性材料12、 13的溫度，不會使磁性材料12、 13的位置、尺寸變化。磁性材料12、 13，因為不由熱屏蔽8支持，所以不互相傳導振動，難于 發生由于熱屏蔽8的溫度的變化引起的磁性材料12、 13的溫度的變化，也難 于發生磁性材料12、 13的位置、尺寸的變化，所以不用擔心磁場均勻度降低。因此，在由于停電使冷凍機停止等引起熱屏蔽8的溫度上升時，也能夠 抑制磁場均勻度的變化。另外，即使在超導線圏11斷開時，對于熱屏蔽8施 加過大的電磁力，塑性變形、熱屏蔽8的位置變化，但是因為超導線圈ll和 磁性材料12、 13的位置關系不變化，所以不用擔心斷開后的磁場均勻度變化。另外，即使通過給傾斜^f茲場線圈31通電，由發生的渦電流給熱屏蔽8施 加電磁力而發生振動，但是因為該振動難于傳遞到不與熱屏蔽8連接的磁性材 料12、 13上，所以超導線圈11和磁性材料12、 13的位置關系不變化，不用 擔心磁場均勻度變化。這樣，具有能夠構成在停電或者振動等干擾下具有高性 能的MRI裝置這樣的優點。此外，支持體15、 25的長度方向的中間地點成為熱支撐點，從該中間地 點連接向熱屏蔽8的傳熱片19、 29。傳熱片19、 29不能互相支持分別在兩端
連接的支持體15、 25和熱屏蔽8的負載，但是良好地傳導熱，把支持體15、 25的中間地點的溫度設定為熱屏蔽8的溫度。由此，抑制從支持體15、 25的 一端到另一端從室溫到極低溫的通過熱傳導引起的向極低溫的線圈容器9的 熱流0
根據以上說明的實施形態，因為通過在真空容器3中由線圈容器9絕熱 支持磁性材料12、 13的負載，能夠對于室溫變化或者振動等干擾減小磁場變 化，所以能夠提供高性能的MRI裝置。
下面說明本發明的另 一實施形態。
如圖6和圖7所示，另一實施形態，^t性材料12、 13用熱傳導體32、 33 和真空容器3連接這點和圖2和圖4所示的實施形態不同。熱傳導體32、 33 不能互相支持分別在兩端連接的真空容器3和磁性材料12、 13的負載，但是 良好地傳導熱。由此，真空容器3中的熱，因為不僅通過輻射向磁性材料12、 13傳遞，而且也通過傳導熱傳導體32、 33向^f茲性材料12、 13傳遞，所以能 夠更快地使i茲性材^l" 12、 13的溫度和真空容器3的溫度亦即室溫大體相同。
但是，室溫也以一日作為周期變動，不想使磁性材料12、 13的溫度追隨 該室溫的變動。因此，磁性材料12、 13,用真空容器3和熱傳導體32、 33連 接，而把熱傳導體32、 33的熱時間常數(為使真空容器3和磁性材料12、 13 的溫度差減小到30%所需要的時間)超過一日來進行設定。由此，因為磁性材 料12、 13的溫度變化不追隨由于以一日為周期的室溫的變化引起的真空容器 3的溫度變化，所以能夠穩定地保持磁場的均勻度，能夠提供磁場穩定性高的 MRI裝置。此外，熱傳導體32、 33的熱時間常數，能夠通過調整熱傳導體32、 33的個數或截面積或長度來變更。
反之，當熱傳導體32、 33的熱時間常數超過一周時，和不設置熱傳導體 32、 33的場合相同，在^茲性材料12、 13的溫度和室溫的^1定值相差^艮大的場 合，例如，當超導磁鐵裝置2的初始起動時在搬送過程中磁性材料的溫度比室 溫上升或者下降時，要考慮到磁性材料12、 13的溫度在室溫下成為恒定需要 時間，磁場均勻度在長期間不穩定這樣的問題。因此，熱傳導體32、 33的熱 時間常數，優選將熱傳導體32、 33的個數或截面積或長度調整為一周以下。 反之，在超導磁鐵裝置2的初始起動時，通過把磁性材料12、 13的初期的溫度預先設定為和室溫相同后來進行搬送，也能夠容易地使磁性材料12、 13的溫度在室溫下成為恒定。此外，熱傳導體32、 33是彈性系數小的具有可撓性的金屬，通過使熱傳 導體32、 33具有可撓性，能夠避免受真空容器3的振動的影響磁性材料12、 13振動而磁場均勻度變化。熱傳導體32、 33的例子可以舉出銅(Cu)或鋁(Al) 制的配線或者薄板疊層板。根據以上說明的另一實施形態，也在真空容器3由從線圈容器9絕熱支 持磁性材料12、 13，所以和實施形態相同對于干擾能夠減小磁場變化，再有， 通過調整熱傳導體32、 33的熱時間常數，能夠提供使對于由于溫度變化引起 的磁場變化的靈敏度對于干擾低、而在初期起動時高的高性能的MRI裝置。
權利要求
1.一種超導磁鐵裝置，具有發生磁場的環狀的超導線圈，把所述超導線圈和冷卻介質一起收納的線圈容器，被設置成包圍所述線圈容器的熱屏蔽，包圍所述熱屏蔽、并保持內部真空的真空容器，和在所述真空容器中設置的修正所述磁場用的磁性材料，其特征在于，所述磁性材料被支持在在所述線圈容器內固定的絕熱性的支持體上。
2. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于，所述磁性材料被 配置在所述熱屏蔽的外側。
3. 根據權利要求1或者2所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 所述支持體貫通所述熱屏蔽。
4. 根據權利要求1到3中任何一項所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 所述磁性材料用熱傳導體和所述真空容器連接。
5. 根據權利要求1到4中任何一項所述的超導》茲鐵裝置，其特征在于， 配置一對所述線圈容器、 一對所述熱屏蔽、和一對所述真空容器，使一對所述超導線圏相對，并在所述真空容器間形成均勻的所述磁場。
6. —種^茲共振成像裝置，其特征在于， 使用根據權利要求1到5中任何一項所述的超導磁鐵裝置。
全文摘要
本發明的目的是提供這樣一種超導磁鐵裝置即使對于干擾不增加磁性材料的體積，也能得到高的磁場均勻度。超導磁鐵裝置(2)，具有發生磁場的環狀的超導線圈(11)；把超導線圈(11)和冷卻介質(14)一起收納的線圈容器(9)；被設置成包圍線圈容器(9)的熱屏蔽(8)；包圍熱屏蔽(8)、并保持內部真空的真空容器(3)；和在真空容器(3)中設置的修正磁場用的磁性材料(12)、(13)；磁性材料(12)、(13)被支持在線圈容器(9)內固定的絕熱性的支持體(15)上。
文檔編號G01R33/3815GK101118798SQ20071013908
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月24日 優先權日2006年7月27日
發明者中山武, 千葉知雄, 川村淳, 浜館良夫, 渡邊洋之, 阿部充志, 高山邦浩 申請人:株式會社日立制作所;株式會社日立工程·并且·服務