超導磁鐵裝置及磁共振成像裝置的制作方法

專利名稱：超導磁鐵裝置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及使用該裝置的磁共振成像(以下稱之為
"MRT)裝置，尤其涉及不會對被檢測體造成堵塞感的開放型的適于MR1分 析的超導磁鐵裝置及使用它的MRI裝置。
背景技術：
MRI裝置利用核^茲共振(Nuclear Magnetic Resonance,以下稱之為"NMR") 現象測量氫原子核自旋放出的電磁波，將該電磁波作為信號進行運算處理，從 而通過氬原子核密度對一皮;險測體進行斷層成像。
由氳原子核自旋放出的電磁波得到的電磁場的強度與測量區域的靜磁場 的強度成比例，所以為了提高斷層像的分辨率有必要提高靜磁場的強度。于是， 為了產生高強度的靜磁場而使用超導磁鐵裝置。另外，為了消除畸變而使斷層 像具有高的圖像質量、高析像度，還有必要提高測量區域的磁場均勻度。為此， 在超導磁鐵裝置內設有磁性材料。這樣，在測量區域中生成具有高強度、高靜 磁場均勻度的均勻磁場區域。
磁性材料一般配置在常溫的大氣中，但也提出了設置在充滿冷卻超導線圈 的極低溫度的液體氦的線圈容器內的MRI裝置的方案(例如，參照專利文獻 1—日本特開2001 -224571號公報、專利文獻2—日本特開平10-97917號公 報)。另外，還提出了將磁性材料設置在屏蔽來自覆蓋極低溫度的線圈容器的 真空容器的輻射熱的中低溫的熱屏蔽部件中的MRI裝置的方案(例如，參照 專利文獻3—日本特開2005 - 144132號公報)。
在常溫的大氣中配置磁性材料的場合，可以認為磁性材料的溫度隨著室溫 的變化而變化，磁性材料的尺寸移位，磁場均勻度產生變化。并且，在線圈容 器內配置磁性材料的場合，可以認為，雖然磁性材料的溫度不隨室溫的變化而 變化，但由于磁性材料配置在線圈容器內，因而磁性材料必然遠離均勻磁場區 域，磁性材料對均勻磁場區域的影響靈敏度降低，有必要增加磁性材料的體積。另外，在熱屏蔽板上配置磁性材料的場合，可以認為，由于實質上熱屏蔽材料 的熱容量增加，所以冷卻時花費時間。
于是，可以考慮將磁性材料配置在常溫的真空容器內。由此，由于磁性材 料放置在真空中，所以能夠抑制磁性材料的溫度隨著室溫的變化而變化。另外， 在均勻磁場區域形成于真空容器的表側時，由于能將磁性材料配置在該真空容 器的正里側，所以能夠提高磁性材料對均勻磁場區域的影響靈敏度。并且，通 過將磁性材料絕熱地支撐在線圈容器上，因而能夠避免向熱屏蔽板配置磁性材 料。
但是，在將磁性材料配置在常溫的真空容器內的場合，可以認為產生以下 兩個問題。
(1 )由于磁性材料位于真空中，所以磁性材料的溫度短時間內不會變化， 但受到季節變動這樣的經長時間的室溫變化而平穩地變化。由于該變化，磁性 材料的尺寸移位，磁場均勻度產生變化。
(2)由于磁性材料的溫度只平穩地變化，所以若要搬運超導磁鐵裝置并 重裝在其它地方時，則存在磁性材料的溫度因搬運中的外部氣溫而上升的情 況。這樣，當磁性材料的溫度因任何原因而變動時，則其后磁性材料的溫度變 得非常不穩定，直到磁場均勻度達到恒定要花費較長的時間，在短時間內無法 返回到磁性材料的溫度。

發明內容
本發明就是要解決上述問題，其目的在于提供一種即使對于經長時間的室 溫變化也能將磁性材料的溫度變化抑制得較小且減少磁場均勻度的變化，另一 方面還能在短時間內改變磁性材料的溫度的超導磁鐵裝置及MRI裝置。
為了達到上述目的，本發明的超導》茲鐵裝置及MRI裝置的特點是具有設 置在上述真空容器的外側并與上述真空容器熱連接且供給或者吸收熱的第一 熱供給吸收部，以及設置在上述真空容器的內側并熱連接上述真空容器和上述 磁性材料的第 一導熱材料。
本發明具有如下效果。
根據這種超導磁鐵裝置及MRI裝置，能夠提供即使對于經長時間的室溫 變化也能將磁性材料的溫度變化抑制得較小且減少磁場均勻度的變化，另一方
5面還能在短時間內改變磁性材料的溫度的超導磁鐵裝置及MRI裝置。


圖1是實施方式的^F茲共振成像裝置的立體圖。
圖2是從實施方式的超導磁鐵裝置的上方看到的透視圖。
圖3是圖2的A-A方向的剖視圖。
圖4是圖2的B -B方向的剖視圖的上半部分。
圖5是實施方式的超導磁鐵裝置的磁性材料的溫度的控制方框圖。
圖6是實施方式的變形例的超導磁鐵裝置的磁性材料的溫度的控制方框
圖。 圖中
1-磁共振成像裝置(MRI裝置)，2-超導磁鐵裝置，3-真空容器， 8-熱屏蔽部件，9-線圈容器，11-超導線圈， 12a、 12b、 13a、 13b-磁性材料,14-制冷劑，24-溫度控制部， 25、 26、 27-導熱材料，28-第一電源，29-第二電源， 34 -均勻-茲場區域，41 -凹入部，42 -凹入部側壁，43 -凹入部底部， 44 -第 一熱供給吸收部，45 -第二熱供給吸收部，46 -絕熱材料， 47 -傳熱板。
具體實施例方式
下面，參照適當附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。 如圖1所示，作為MRI (磁共振成像裝置)裝置1,可列舉開放型MRI 裝置1。開放型MRI裝置具有超導磁鐵裝置2, RF線圈5，放置被檢測體 的床6，以及控制超導磁鐵裝置2、 RF線圈5和床6并對來自被檢測體的任何 位置的核磁共振信號進行解析的控制裝置7。超導磁鐵裝置2具有內部保持 為真空的真空容器3，溫度控制部24和通過溫度控制部24控制輸出的第一電 源28和第二電源29。真空容器3具有壁面凹入的凹入部36和凹入部41 、 上下配置的一對第一真空容器3a和第二真空容器3b以及真空連接管3c。在 第二真空容器3b上立起兩根真空連接管3c，通過這些真空連接管3c支撐第 一真空容器3a。由于真空連接管3c與第一真空容器3a和第二真空容器3b連 通，所以能夠將第一真空容器3a和第二真空容器3b的內部氣壓設置為相等壓
6力的減壓狀態。
開放型MRI裝置由于在由真空連接管3c分離的第一真空容器3a和第二 真空容器3b之間放入被檢測體進行診療，所以被檢測體的視野不被封閉而是 敞開的，得到祐)險測體稱贊。在凹入部36的內部配置有RF線圈5。在凹入部 41的內部以鋪滿的方式配置絕熱材料46。第一真空容器3a和第二真空容器 3b分別是將Z軸作為共用的中心軸的圓柱形。另外，第一真空容器3a和第二 真空容器3b^f故成相對以Z軸為法線的R面為相互面對稱的形狀。
圖2是從超導磁鐵裝置2的上方看到的透視圖。圖3是圖2的A - A方向 的剖視圖，圖4是圖2的B-B方向的剖面的上半部分。
如圖3所示，超導磁鐵裝置2具有永久電流流過并產生均勻磁場區域 34且中心軸與Z軸一致的圓環狀的兩對超導線圈lla、 lib;將超導線圈lla、 llb與制冷劑14一起容納的線圈容器9;以包圍線圈容器9的方式設置的熱屏 蔽部件8;包圍線圈容器9和熱屏蔽部件8且內部保持為真空的真空容器3; 以及設置在真空容器3的內側且配置在熱屏蔽部件8的外側并由線圈容器9 被絕熱地支撐且對均勻磁場區域34的磁場進行補償的磁性材料12a、 12b、 13a、 13b。在均勻磁場區域34產生的磁場與Z軸平行，被檢測體通過該均勻磁場 區域34，進行由斷層攝像得到的診斷。
制冷劑14直接冷卻超導線圈lla、 lib,使用液體氦(He)。線圈容器9 以沿著圓環狀的超導線圈lla、 llb并容納它們的方式形成為以Z軸為中心軸 的圓環狀，使容積盡可能得小。同樣地，熱屏蔽部件8以沿著圓環狀的線圈容 器9覆蓋的方式形成為以Z軸為中心軸的圓環狀，從阻斷熱侵入的關系出發 使表面積盡可能減小。
超導磁鐵裝置2即使配置在室溫的室內，由于真空容器3內為真空，所以 室內的熱不會因傳導或對流而傳遞到線圈容器9。另外，熱屏蔽部件8由于通 過用未圖示的冷凍機冷卻而吸收來自真空容器3的輻射熱并向冷凍機放出，所 以線圈容器9不會因輻射熱而升溫。再有，熱屏蔽部件8設定為制冷劑14的 溫度的極低溫度和室溫之間的中低溫即可。超導線圈lla、 11b和線圏容器9 能夠穩定地設定為制冷劑14的極低溫度。
磁場補償用的上述磁性材料12a、 12b是以Z軸為中心軸的圓環狀，外徑
7比超導線圈lla、 llb的內徑小。磁場補償用的上述石茲性材料13a、 13b是以Z軸為中心軸的圓柱狀，直徑比^f茲性材料12a、 12b的內徑小。
上述線圈容器9具有內部裝有上述超導線圈11a的第一線圈容器9a;內部裝有上述超導線圈11b并從第一線圈容器9a離開的第二線圏容器9b;以及連接第一線圈容器9a和第二線圈容器9b并通有制冷劑14的線圈連接管9c。線圈連接管9c配置在第一線圈容器9a和第二線圈容器9b的外周部。線圈連接管9c既可以是l根，也可以是2根以上。
上述熱屏蔽部件8具有內部裝有第一線圈容器9a的第一熱屏蔽部件8a;內部裝有第二線圈容器9b并從第一熱屏蔽部件8a離開的第二熱屏蔽部件8b;以及連接第一熱屏蔽部件8a和第二熱屏蔽部件8b且內部裝有線圈連接管9c的屏蔽連接管8c。屏蔽連接管8c配置在第一熱屏蔽部件8a和第二熱屏蔽部件8b的外周部。屏蔽連接管8c與線圈連接管9c的根數相符，既可以是1根，也可以是2根以上。
上述真空容器3具有內部裝有第一線圈容器9a和第一熱屏蔽部件8a和磁性材料12a、 13a的第一真空容器3a;內部裝有第二線圈容器9b和第二熱屏蔽部件8b和磁性材料12b、 13b且從第一真空容器3a離開的第二真空容器3b;以及連接第一真空容器3a和第二真空容器3b且內部裝有上述線圈連接管9c和屏蔽連接管8c的真空連接管3c。真空連接管3c配置在第一真空容器3a和第二真空容器3b的外周部。真空連接管3c與線圈連接管9c的根數相符，既可以是l根，也可以是2根以上。
這樣，以兩對、至少一對的超導線圈lla、 lib相對的方式配置一對第一線圈容器9a和第二線圏容器9b, —對第一屏蔽部件8a和第二屏蔽部件8b，一對第一真空容器3a和第二真空容器3b， 一對磁性材料12a、 12b，以及一對磁性材料13a、 13b。由此，能夠在一對第一真空容器3a和第二真空容器3b之間形成均勻磁場區域34。超導磁鐵裝置2大致構成為以Z軸為對稱軸的對稱構造，并且，構成為以R面為對稱面的對稱構造。
再有，超導線圈lla、 11b支撐在線圈容器9上，熱屏蔽部件8絕熱地支撐在線圈容器9上。總載荷變大的線圈容器9絕熱地支撐在作為底座的真空容器3上。在第一真空容器3a和第二真空容器3b的彼此相對的壁面的凹入部36上按照從均勻磁場區域34側朝向真空容器3側的順序依次分別設有RF線圈5、傾斜磁場線圈31及可對均勾磁場區域34的磁場進行微調的調整板32。 RF線圈5、傾斜磁場線圈31、調整板32固定在第一真空容器3a和第二真空容器3b上。MRI裝置1通過利用NMR現象測量氬原子核自旋放出的核磁共振信號，并對該核磁共振信號進行運算處理，從而通過氫原子核密度而對被檢測體內進行斷層成像。此時，在被檢測體進入的均勻磁場區域34內產生強度為0.2T以上的高強度、并具有高靜磁場均勻度的靜磁場。均勻磁場區域34的上下一對傾斜磁場線圏31以得到均勻磁場區域34內的位置信息為目的而將使磁場在空間上變化的的傾斜磁場施加到均勻磁場區域34上。再有，均勻磁場區域34的上下一對的RF線圈5將用于引起NMR現象的共振頻率的電磁波施加到均勻磁場區域34上。這樣一來，通過對均勻磁場區域34內的每一個微小區域測量氫原子核自旋放出的核磁共振信號，并對該核磁共振信號進行運算處理，從而能夠由氫原子核密度對被檢測體內進行斷層成像。
另外，當為產生傾斜磁場而對傾斜/磁場線圈31通電時，則在傾斜磁場線圏31上作用電磁力，使傾斜磁場線圈31和固定著傾斜磁場線圈31的真空容器3振動。該振動由于不容易傳遞到僅通過第一導熱材料25、 27而連接的磁性材料12a、 12b、 13a、 13b上，所以磁性材料12a、 12b、 13a、 13b不振動。超導線圈lla、 11b和磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的位置關系不產生變化，不擔心磁場均勻度產生變化。
如圖2、圖3、圖4所示，上述磁性材料12a和13a用非磁性的金屬性連接部件17結合并做成一體。另外，上述磁性材料13b、 13b用非磁性的金屬性的連接部件17結合并做成一體。 一體化后的磁性材料12a、 13a與一體化后的磁性材料12b、 13b的各自的載荷通過絕熱性的支撐體15支撐在線圈容器9上。由于由液體氦溫度的線圈容器9支撐室溫的磁性材料12a、 12b、 13a、 13b,所以支撐體15用減少從^磁性材料12a、 12b、 13a、 13b向線圈容器3的導熱之類的原材料構成。例如，作為支撐體15使用低導熱系數的纖維強化性塑料(FRP)管。也可以使用做成板狀或者棒狀的FRP來代替管狀。支撐體15在與Z軸平行的鉛直方向上豎立設置。支撐體15的一端固定在連接部件17上，另一端通過非磁性的金屬性連接部件16固定在線圏容器9上。連接部件16連接著支撐體15和線圈容器9。磁性材料12a、 12b、 13a、 13b支撐在支撐體15上。
上述支撐體15通過設置成貫通熱屏蔽部件8,從而磁性材料12a、 12b、13a、 13b配置在熱屏蔽部件8的外側而不會被熱屏蔽部件8覆蓋。為了覆蓋連接部件16而在熱屏蔽部件8上設有熱屏蔽袋18。在熱屏蔽袋18上設有孔23，支撐體15穿過該孔23。
磁性材料12a、 12b、 13a、 13b雖設置在真空容器3中的真空中，但由于設置在熱屏蔽部件8的外側，所以磁性材料12a、 12b、 13a、 13b因來自真空容器3的輻射熱而基本上與室溫相等。另外，^磁性材料12a、 12b、 13a、 13b即使從極低溫度的線圈容器9被絕熱地支撐，也可將磁性材料12a、 12b、 13a、13b的溫度大致維持為室溫。這時，由于;茲性材料12a、 12b、 13a、 13b的熱容量大，所以磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度不會受到因室溫在短時間內的變化而引起的真空容器3的溫度的變化左右，不會使磁性材料12a、 12b、13a、 13b的位置、尺寸變化。
磁性材料12a、 12b、 13a、 13b由于不被熱屏蔽部件8支撐，所以熱不會從熱屏蔽部件8傳導，不易產生磁性材料12a、 12b、 13a、 13b因熱屏蔽部件8的溫度變化而引起的溫度變化，也不易產生磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的位置、尺寸的變化，所以不擔心磁場均勻度降低。由此，在因停電等引起的冷凍機停止等導致的熱屏蔽部件8的溫度上升時，也可抑制均勻磁場區域34的磁場均勻度的變化。另外，超導線圈lla、 lib斷開時等，即便對熱屏蔽部件8施加過大的電磁力而產生塑形變形，熱屏蔽部件8的位置產生變化，超導線圈lla、 11b和磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的位置關系也不會產生變化，因而斷開后不擔心^f茲場均勻度產生變化。
再有，支撐體15的長度方向的中間點成為熱匯，從該中間點向熱屏蔽部件8連接傳熱片19。傳熱片19雖然不能相互支撐分別連接在兩端的支撐體15和熱屏蔽部件8的載荷，但良好地導熱，并將支撐體15的中間點的溫度設定為熱屏蔽部件8的溫度。由此，從支撐體15的一端至另一端的室溫到達極低溫度的溫度分布與裝置無關地保持一定。在上述真空容器3中設有凹入部41。凹入部41由圓筒狀側壁42和圓盤狀底部43構成。凹入部41分別設置在第一真空容器3a的上面和第二真空容器3b的底面上。在凹入部41的底部43上配置有第一熱供給吸收部44。通過將第一熱供給吸收部44設置在真空容器3的外側、即常溫大氣側，從而使其與真空容器3熱連接，供給或者吸收熱。與一對第一真空容器3a和第二真空容器3b相對應地配置一對第一熱供給吸收部44。
在第一熱供給吸收部44附近的真空容器3的外側可以設置第二熱供給吸收部45。第二熱供給吸收部45也與真空容器3熱連接，能夠供給或者吸收比由第一熱供給吸收部44供給或者吸收的熱更多的熱，并可裝卸地安裝在真空容器3上。絕熱材料46以覆蓋第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的方式設置在凹入部41內。
第一導熱材料25、 27設置在真空容器3的內側并與真空容器3和磁性材料12a、 12b、 13a、 13b熱連接。第二導熱材料26也設置在真空容器3的內側，熱連接多個相互離開的磁性材料12a、 13a之間和磁性材料12b、 13b之間。第一熱吸收供給部44和第一導熱材料25、 27隔著真空容器3的凹入部41的底部43地相對配置。
真空容器3和磁性材料12a的各個上熱連接有多個(4個)第一導熱材料27。真空容器3和磁性材料13a的各個上熱連接有多個(4個)第一導熱材料25。真空容器3和磁性材料12b的各個上熱連接有多個(4個)第一導熱材料27。真空容器3和磁性材料13b的各個上熱連接有多個(4個)第一導熱材料25。第一導熱材料25、 27能夠在數個到數10個范圍內構成。
這樣，通過設置多個第一導熱材料25、 27，從而能夠減少在磁性材料12a、12b、 13a、 13b各個中的溫度分布不均。但是，沒有必要消除溫度分布不均而使溫度均勻，在超導磁鐵裝置2的工作運轉中只要使溫度分布不均小、也沒有移動而恒定不變即可。作為溫度分布不均小的程度，只要是通過使用了調整板32的磁性體的補償能對均勻磁場區域34的磁場均勻度進行調整的程度即可。并且，通過從第一熱供給吸收部44借助于第一導熱材料25、 27供給、吸收熱，從而能將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的各個溫度分布設定為不會移動而恒定不變。在真空容器3 (凹入部41的底部43 )和第一導熱材料25、 27之間設有傳熱板47。傳熱板47與真空容器3 (凹入部41的底部43 )和第一導熱材料25、27熱連接。傳熱板47的熱阻比真空容器3的壁、例如凹入部41的底部43的熱阻小。
第一導熱材料25、 27雖然不能相互支撐分別連接在兩端的傳熱板47和磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的載荷，但良好地進行導熱。由此，將第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45作為熱源傳遞到真空容器3 (凹入部41的底部43)的熱，由于不僅通過輻射傳遞到磁性材料12a、 12b、 13a、 13b，而且還通過第一導熱部件25、 27進行傳導而傳到;f茲性材料12a、 12b、 13a、13b,所以能夠使磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度更快地與真空容器3 (凹入部41的底部43 )的溫度、即第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的溫度大致相同。
第二導熱材料26雖然不能相互支撐分別連接在兩端的磁性材料12a、 12b和磁性材料13a、 13b的載荷，但良好地進行導熱。由此，第一導熱材料25、27進行傳導到達磁性材料12a、 12b和磁性材料13a、 13b的熱，由于不僅通過連接部件17相互傳導，而且還通過第二導熱材料26進行傳導，在磁性材料12a、 12b和磁性材料13a、 13b之間相互地傳遞，因此能夠使磁性材料12a、12b、 13a、 13b的溫度更快地與真空容器3 (凹入部41的底部43 )的溫度、即第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的溫度大致相同。
再有，第一導熱材料25、 27和第二導熱材料26能夠使用彈性系數小具有撓性的金屬。由于磁性材料12a、 12b、 13a、 13b由線圈容器9被絕熱地支撐，所以在進行超導磁l^裝置2的制造組裝的常溫時和進行工作運轉的低溫時，通過熱收縮來改變磁性材料12a、 12b、 13a、 13b相對真空容器3的相對位置。由此，第一導熱材料25、 27和第二導熱材料26需要有吸收因熱收縮引起的移位的撓性。另外，通過使第一導熱材料25、 27和第二導熱材料26具有撓性，從而可以避免磁性材料12a、 12b、 13a、 13b受到面對外界的真空容器3的振動引起的影響而振動，并避免均勻磁場區域34的磁場均勻度產生變化。作為第一導熱材料25、 27和第二導熱材料26的例子，能夠使用銅(Cu)和鋁(Al)制的配線和編織線、薄板層疊板。
12再有，期望上述底部43做成與傳熱板47—體結構，期望用傳熱板47將真空和大氣隔開，也就是，第一熱供給吸收部44和第一導熱材料25、 27在較寬廣的面積范圍內直接接觸。但是，期望傳熱板47是導熱系數高的導熱材料，存在無法用與需要較強剛性的真空容器3相同的金屬材料構成的情況。這種情況，如果真空容器3和傳熱板47是可焊接的金屬，則只要焊接真空容器3和傳熱板47做成層疊形狀的一體結構即可。真空容器3是不銹鋼，而傳熱版47是鋁的場合，很難通過焊接結合，但能夠通過HIP和爆炸成形而接合成一體結構。
再有，可以通過在傳熱板47所接觸的底部43使用為承受大氣壓所需最小限度板厚的不銹鋼而降低第一熱供給吸收部44和傳熱板47之間的熱阻。為此，將凹入部41處真空容器3的厚度，即側壁42和底部43的厚度做得比構成凹入部43以外的真空容器3的壁的厚度更薄。另外，凹入部41的側壁42的厚度也做得比構成凹入部41以外的真空容器3的壁的厚度更薄。通過減薄側壁42的厚度而能夠提高對從底部43向凹入部41以外的真空容器3的導熱的熱阻。由此，使從第一熱供給吸收部44通過底部43流動的熱不容易向凹入部41以外的真空容器3流動，而容易向傳熱板47流動。這樣，在真空容器3中設置凹入部41并在凹入部41中設置第一熱供給吸收部44的理由是盡可能地使由第一熱供給吸收部44供給、吸收的熱不傳遞到真空容器3，而要通過底部43傳遞到傳熱板47。為此，期望凹入部41的底部43的深度越深越好，凹入部41的側壁42和底部43的板厚是強度上所需最小限度的板厚。
再有，即使底部43和傳熱板47不是一體結構，也可以通過使底部43和傳熱板47緊密貼合而傳熱。作為緊密貼合的方法，可采用將銅、鋁、銦等的具有高導熱系數的柔軟金屬夾在底部43和傳熱板47之間并用螺栓等施加表面壓力的方法，用粘接劑粘合并一體化的方法、將具有高導熱系數的潤滑脂插入其間并施加表面壓力的方法等。這些緊密貼合的方法與采用 一體結構的方法相比可廉價地制作。當然，在真空容器3用鋁和銅等具有高導熱系數的材料構成的場合，由于真空容器3兼作傳熱板47,所以能夠省略傳熱板47。
在凹入部41中，為了避免通過大氣的空氣對流而傳熱設有絕熱材料46。再有，真空容器3的板厚十分薄的場合，由于壁面方向的傳熱變少而不需設置
13凹入部41。但是，即便這種場合，為了避免因空氣對流引起的傳熱絕熱材料
46也是必要的。為了避免因對流引起的傳熱雖還有真空絕熱這種方法，但需 要設置抽真空用的設備和配管，沒有成本上的優點。
測量磁性材料13a、 13b溫度的溫度傳感器30設置在磁性材料13a、 13b 上。再有，可以認為，溫度傳感器30通過測量磁性材料13a、 13b的溫度而還 間接地測量石茲性材津牛12a、 12b的溫度。
通過已測量的磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度，控制第一熱供給吸 收部44和第二熱供給吸收部45的熱的供給或者吸收的溫度控制部24設置在 真空容器3的外側。溫度控制部24設置兩個， 一個根據設于第一真空容器3a 上的磁性材料12a、 13a的溫度，控制設于第一真空容器3a上的第一熱供給吸 收部44和第二熱供給吸收部45的熱的供給或者吸收。另 一個根據設于第二真 空容器3b上的磁性材料12b、 13b的溫度，控制設于第二真空容器3b上的第 一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的熱的供給或者吸收。
另外，通過溫度控制部24控制輸出的第一電源28和第二電源29設于真 空容器3的外側。第一電源28和第二電源29分別設置兩個， 一方的第一電源 28和第二電源29設于第一真空容器3a上，通過由設于第一真空容器3a上的 溫度控制部24控制輸出，從而能夠控制設于第一真空容器3a上半部的第一熱 供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的熱的供給或者吸收。另一方的第一電 源28和第二電源29設于第二真空容器3b上，通過由設于第二真空容器3b 上的溫度控制部24控制輸出，從而能夠控制設于第二真空容器3b上的第一熱 供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的熱的供給或者吸收。
在由第一熱供給吸收部44產生熱或者供給的熱通過凹入部41的底部43 傳遞到設于底部43的真空側的傳熱板47,從傳熱板47在設于真空中的第一 導熱材料25、 27中傳遞并傳遞到磁性材料12a、 12b、 13a、 13b，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度上升。當第一熱供給吸收部44排出熱或吸收熱時，則 磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的熱沿著與上述傳導路徑相反的傳導路徑排出， 磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度降低。
第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45由于設置在真空容器3的常 溫大氣側，所以在維修時等有必要更換第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的場合，不用破壞真空就能進行更換。
其次，對磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度控制進行說明。
如圖5所示，通過設于》茲性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度傳感器30測 量磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度，并將已測得的溫度的溫度信號發送 到溫度控制部24。在溫度控制部24中預先輸入并存^f諸作為》茲性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度的目標值的溫度控制目標值48。在溫度控制部24中，比較相 當于已輸入的溫度信號的溫度和溫度控制目標值48,按照它們的大小關系將 控制信號發送到第一電源28和第二電源29。第一電源28在接收到控制信號 時，則按照控制信號進行對第一熱供給吸收部44的通電、斷電的通電控制。 第二電源29在接收到控制信號時，則按照控制信號進行對第二熱供給吸收部 45的通電、斷電的通電控制。第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45 通過進行通電，從而進行熱的供給、吸收，在真空容器3 (凹入部41的底部 43)或者傳熱板47之間產生熱流。
通過該熱流，熱就在真空容器3 (凹入部41的底部43 )或者傳熱板47、 和第一導熱材料25、 27之間流動。通過該熱流，熱就在第一導熱材料25、 27 和磁性材料12a、 12b、 13a、 13b之間流動。這樣，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度產生變化。已變化的溫度如上所述通過溫度傳感器30測量。通過 構成這樣一連串的循環，從而可實現將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度 在時間上恒定地維持在溫度控制目標值48附近這種溫度控制。再有，作為溫 度控制的控制方法，也可以利用PID控制方法。
作為第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45能夠采用電加熱器。雖 然能用電加熱器供暖，但無法進行冷卻來吸收熱。于是，還可以與電加熱器并 用使用佩爾捷元件等的電子冷卻。但是，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b在熱 屏蔽部件8和線圈容器9附近相對地配置的場合，因來自熱屏蔽部件8和線圈 容器9的吸熱，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度比室溫低。由此，通過 將溫度控制目標值49設定得比室溫高，從而僅用電加熱器也能進行溫度控制。
磁性材料12a、 12b、 13a、 13b由于位于真空容器3內的真空中，所以被 絕熱，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度不會隨著短時間的室溫的變化而 短時間地產生變化。
15但是，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b雖說是被絕熱，但由于多少會有來 自真空容器3的輻射熱，所以由于該輻射熱，使溫度隨著季節變動這樣的經長 時間的室溫變化而平穩地變化。但是，通過進行上述溫度控制，從而能使^磁性 材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度不受季節等影響而保持恒定。并且，相對于 經長時間的室溫變化可以將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度變化抑制得 較小，可以將在均勻磁場區域34的磁場均勻度的變化抑制得較小。
若要搬運超導磁鐵裝置2并裝在其它地方工作時，則存在磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度因搬運中的外部氣溫而比工作地的室溫上升或者下降的 情況。這樣，當^茲性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度因何種理由從室溫離開 時，則在安裝調試時，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度只有緩慢變化， 所以磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度變得很不恒定，安裝調試需要花費 較長時間。但是，通過進行上述溫度控制，當要使磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度與室溫一致時，則能夠對磁性材料12a、 12b、 13a、 13b供給熱或 者吸收熱。并且，能夠在短時間內將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度設 定為室溫。
反之，在超導磁鐵裝置2的搬運中為了不讓磁性材料12a、 12b、 13a、 13b 的溫度離開室溫，則可以在搬運中也進行上述溫度控制，將^f茲性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度設定為搬運目的地的室溫。這樣一來，在安裝調試時可以不 花費時間就將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度設定為室溫。
再有，在超導磁鐵裝置2工作時，磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度 由于通過上述溫度控制與溫度控制目標值48沒有大的差異，所以應由第一熱 供給吸收部44供給、吸收的熱量不多。由此，只要使第一熱供給吸收部44 工作即可，而不必使第二熱供給吸收部45工作。
但是，在安裝調試時，存在磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度與溫度 控制目標值48有較大差異的情況。這種情況，不僅由第一熱供給吸收部44 而且也由第二熱供給吸收部45供給、吸收熱，從而供給、吸收更多的熱，能 夠在更短時間內接近溫度控制目標值48。
對于這種第二熱供給吸收部45,預先做成可裝卸的，以便能僅在安裝調 試時對其進行安裝使其工作，而在超導磁鐵裝置2工作時將其分，。第二熱供給吸收部45由于設置在真空容器3的外側而能容易地裝卸。
通過將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b由線圏容器9絕熱地支撐在真空容 器3中，使用設于磁性材料13a、 13b上的溫度傳感器30進行將熱從設于真空 容器3的大氣側的第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45向磁性材料 12a、 12b、 13a、 13b進行供給、吸收這樣的控制，從而相對于室溫變化也能 夠將磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度維持恒定，能夠使均勻磁場區域34 的磁場均勻度的變化非常得小。并且，這樣一來，能夠提供高性能的MRI裝 置1。
另外，通過將第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45設置在常溫大 氣側，從而在因第一熱供給吸收部44和第二熱供給吸收部45的不良而需要更 換時，無需對超導磁鐵裝置2進行升溫和消磁就能對其進行更換。
下面，對實施方式的變形例的超導磁鐵裝置2的磁性材料12a、 12b、 13a、 13b的溫度控制進行說明。如圖6所示，在實施方式的變形例中，不同點在于 使用熱交換器50來代替第一熱供給吸收部44。由此，將第一電源28變為水 溫控制裝置49。用熱交換器50來進行水等流體的溫度控制。其優點是，通過 進行流體的溫度控制，不僅能很容易地加熱，還能很容易地冷卻。
1權利要求
1.一種超導磁鐵裝置，具有產生磁場的環狀的超導線圈，與制冷劑一起容納上述超導線圈的線圈容器，包圍上述線圈容器且內部保持為真空的真空容器，以及設置在上述真空容器的內側并由上述線圈容器絕熱地支撐且對上述磁場進行補償的磁性材料；其特征在于，具有設置在上述真空容器的外側且與上述真空容器熱連接并供給或者吸收熱的第一熱供給吸收部；以及設置在上述真空容器的內側且與上述真空容器和上述磁性材料熱連接的第一導熱材料。
2. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于，具有 測量上述磁性材料溫度的溫度傳感器，以及根據已測量的上述溫度，控制上述第一熱供給吸收部的熱的供給或吸收的 溫度控制部。
3. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 上述第一熱供給吸收部和上述第一導熱材料夾著上述真空容器相對地配置。
4. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 上述第一導熱材料具有撓性。
5. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 在上述真空容器和上述磁性材料的各個上熱連接有多個上述第一導熱材料。
6. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 具有設置在上述真空容器的內側且熱連接多個相互分離的上述磁性材料之間的第二導熱材料。
7. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 具有傳熱板，該傳熱板設置在上述真空容器和上述第一導熱材料之間并與上述真空容器和上述第一導熱材料熱連接且熱阻比上述真空容器小。
8. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 上述真空容器具有凹入部，在上述凹入部的底部配置上述第一熱供給吸收部，上述凹入部處上述真空容器的厚度比上述凹入部以外的上述真空容器的 厚度薄。
9. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于，具有覆蓋上述第一熱供給吸收部的絕熱材料。
10. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 可裝卸地具有第二熱供給吸收部，該第二熱供給吸收部設置在上述第一熱供給吸收部附近的上述真空容器的外側，與上述真空容器熱連接，供給或者吸 收比由上述第 一供給吸收部供給或者吸收的熱更多的熱。
11. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于，以一對上述超導線圈相對地方式配置一對上述線圈容器、 一對上述真空容 器、 一對上述f茲性材料、以及一對上述第一熱供給吸收部，將上述磁場形成于 一對上述真空容器之間。
12. 根據權利要求1所述的超導磁鐵裝置，其特征在于， 具有以包圍上述線圈容器的方式設置的熱屏蔽部件， 上述磁性材料配置在上述熱屏蔽部件的外側。
13. —種磁共振成像裝置，其特征在于，使用了權利要求1 ~ 12任一項所述的超導磁鐵裝置。
全文摘要
本發明提供相對于經長時間的室溫變化也能將磁性材料的溫度變化抑制得較小且減少磁場均勻度的變化，另一方面還能在短時間內改變磁性材料的溫度的超導磁鐵裝置。在具有產生磁場的環狀的超導線圈(11a、11b)，與制冷劑(14)一起容納超導線圈(11a、11b)的線圈容器(9)，包圍線圈容器且內部保持為真空的真空容器(3)，及設置在真空容器內側并由線圈容器絕熱地支撐且對磁場進行補償的磁性材料(12a、12b、13a、13b)的超導磁鐵裝置(2)中，具有設置在真空容器外側且與真空容器熱連接并供給或吸收熱的第一熱供給吸收部(44)；及設置在真空容器內側且與真空容器和磁性材料熱連接的第一導熱材料(25、27)。
文檔編號G01R33/387GK101493505SQ20091000596
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月22日 優先權日2008年1月24日
發明者千葉知雄, 唐司茂樹, 渡邊洋之, 竹內博幸, 竹島弘隆, 阿部充志 申請人:株式會社日立制作所;株式會社日立醫藥