核磁共振成像装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种MRI装置，在使用了高温超导线的超导磁铁中，即使在因停电或系统故障而导致冷冻机的冷却长时间停止的情况下，也能够避免真空槽的绝热功能下降，并在冷冻机重新开启后，能够迅速冷却到高温超导线的临界温度以下。为此，MRI装置具有：产生静磁场的超导线圈(105)；容纳超导线圈(105)的真空容器(107)；与超导线圈(105)热接触且对超导线圈(105)进行冷却的冷冻机；和在冷冻机的冷却功能下降或者停止的情况下防止真空容器的真空度下降的真空度下降防止部(205等)。
【专利说明】
核磁共振成像装置
技术领域
[0001 ] 本发明涉及使用了超导磁铁的核磁共振成像装置(Magnetic Resonance Imaging装置，以下称作MRI装置)，特别是涉及使用了通过冷冻机的传导冷却使超导线圈保持在临界温度以下的超导磁铁的MRI装置。
【背景技术】
[0002]使用了超导磁铁的MRI装置因强且高度均匀的磁场而具有较高的诊断能力。因此，在医疗机构多被用于临床检查。
[0003]该超导磁铁需要将要构成的超导线圈冷却保持在临界温度以下。
[0004]超导线圈大都是将由NbTi合金制成的超导线固定为螺线管状，在液态氦中冷却到约4开(-269Γ)的极低温而达成超导状态的。因此，超导磁铁为了稳定地维持该极低温度，采用具有由真空绝热槽覆盖的液态氦容器的低温恒温器(cryostat)。为了减少液态氦的消耗，一般由辐射热屏蔽结构或使气化的氦气体重新凝结的冷冻机构成。
[0005]此外，还公知一种具有贮存了液态氮的辐射热屏蔽槽的超导磁铁(专利文献I)。液态氮被贮存在辐射热屏蔽槽中，将辐射热屏蔽槽的温度恒定在氮的沸点77开来进行冷却。已被冷却的辐射热屏蔽槽降低向组装了超导线圈的氦容器的辐射热。在冷冻机因停电或系统故障而停止的情况下，液态氦、液态氮会作为蓄冷剂而发挥作用，因此超导线圈被稳定地维持在液态氦的沸点、即4开。
[0006]另一方面，还公知一种超导磁铁，该超导磁铁为了产生比现有的通过NbTi得到的磁场更强的磁场强度、以及为了在不使用液态氦冷媒的情况下达成超导状态，使用了高温超导线。该高温超导线约在20开至70开的范围内会变成超导状态，因而采用如下结构:将超导线圈配置在真空绝热槽内，持续基于冷冻机的传导冷却，维持成为超导的低温的同时进行运转。
[0007]但是，基于冷冻机的冷却并没有冷媒那样的蓄热效果，且仅通过真空绝热槽无法保持在变成超导的低温上，因此在冷冻机停止的同时超导线圈的温度便会上升。因此，构成为:由设置于外部的元件消耗掉超导线圈所积累的能量，使得超导线圈不会上升至高温。由此，在冷冻机的功能再次恢复时，能够在超导线圈的冷却上无需花费时间地使超导磁铁转移至励磁状态。
[0008]但是，通过冷冻机对高温超导线进行传导冷却的同时运转的结构的超导磁铁在冷冻机短时间停止的情况下，当冷冻机的动作重新开始时能够在短时间内恢复至励磁状态，但在冷冻机长时间停止的情况下，即使冷冻机的动作重新开始，也无法将超导线圈的温度冷却到变成超导状态的规定低温。例如，若超过超导线圈或辐射热屏蔽结构体的热容量而继续施加辐射热或传导热，超导线圈或辐射热屏蔽体的温度上升至氮的沸点、即77开以上，则在容纳了超导线圈的真空绝热槽内，之前一直被固定为固体的空气(氮和氧)分子会变成气体而开始漂浮在真空槽内，真空度会劣化。
[0009]若真空绝热槽的真空度一旦发生劣化，则空气分子会作为热传导介质而发挥作用，热传导率大幅增加。即使在该状态下重新开始冷冻机的运转，因为来自外部的热侵入量较大，超过了冷冻机的冷却能力，因而不能将超导线圈冷却到目标临界温度。另外，对于真空度发生了劣化的真空槽而言，若维修人员没有连接高性能的真空栗并经数天进行排气，则无法返回到发生劣化前的真空度。其间不能使用MRI装置。
[0010]因此，提出了一种方法，S卩，将在60开以下的极低温区域内比热高且密度小的冷媒(氮)以固体的状态保持在真空槽内作为蓄冷材料，使用其热容量来抑制停电时的超导线圈的温度上升(专利文献2)。
[0011]在先技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1: JP特开昭63-51849号公报
[0014]专利文献2: JP特开2011-82229号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的问题
[0016]但是，对于专利文献2的构成而言，可以认为其并未充分有效运用蓄冷材料的畜冷效果，如果冷冻机长时间停止，抑制超导线圈、辐射热屏蔽体的温度上升来避免真空槽的绝热功能的下降的能力并不充分。
[0017]为此，本发明鉴于上述情况而完成，提供一种MRI装置，该MRI装置在使用了高温超导线的超导磁铁中，即使在因停电或系统故障而导致冷冻机的冷却长时间停止的情况下，也能够避免真空槽的绝热功能下降，并在冷冻机重新开启后能够迅速冷却到高温超导线的临界温度以下。
[0018]用于解决问题的手段
[0019]为了达成上述目的，本发明的MRI装置的特征在于，具备:超导线圈，产生静磁场；真空容器，容纳超导线圈；冷冻机，与超导线圈热接触，对超导线圈进行冷却；以及冷媒容器，贮存冷媒，该冷媒在冷冻机的冷却功能下降或者停止的情况下冷却超导线圈，冷媒容器兼作卷绕超导线圈的线圈架(coil bobbin)。
[0020]或者，本发明的MRI装置的特征在于，具备:超导线圈，产生静磁场;真空容器，容纳超导线圈；冷冻机，与超导线圈热接触，对超导线圈进行冷却;配置在真空容器内且卷绕了超导线圈的线圈架以及与该线圈架接触的配置；以及冷媒容器，配置在真空容器外，贮存用于冷却超导线圈的冷媒，导管与冷媒容器连接，所述冷媒在导管内流动。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，即使是使用了高温超导线的超导磁铁，且由于停电或系统故障而导致冷冻机的冷却长时间停止的情况下，也能够避免真空槽的绝热功能下降。因此，在冷冻机重新开启后，能够迅速冷却到高温超导线的临界温度以下。
【附图说明】
[0023]图1是表示构成本发明的MRI装置的超导磁铁的真空容器的内部结构的剖视图。
[0024]图2是表示实施方式I的MRI装置的整体结构的框图。
[0025]图3是构成实施方式I的MRI装置的超导磁铁的剖视图。
[0026]图4是表示高温超导线圈和辐射屏蔽板的温度变化的曲线图。
[0027]图5是表示实施方式I的MRI装置的动作的流程图。
[0028]图6是表示实施方式2的MRI装置的整体结构的框图。
[0029]图7是表示图6所示的超导磁铁的真空容器的内部结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0030]在本发明中，提供一种MRI装置，如图1所示，MRI装置具有:超导线圈105，产生静磁场;真空容器107，容纳超导线圈105;冷冻机，与超导线圈105热接触，对超导线圈105进行冷却；以及真空度下降防止部205等，在冷冻机其冷却功能下降或者停止的情况下，防止真空容器的真空度下降。
[0031]以下，基于附图来说明本发明的实施方式。另外，在用于说明发明的实施方式的所有图中，针对具有同一功能的要素标注同一符号，省略其重复说明。
[0032]《实施方式I》
[0033]在实施方式I中，作为真空度下降防止部而具备冷媒容器205，冷媒容器205贮存用于冷却超导线圈105的冷媒。作为冷媒，使用在冷冻机冷却超导线圈105的温度下呈固态的冷媒(例如氮)。冷媒容器205配置在真空容器107内。冷媒容器205兼作卷绕超导线圈105的线圈架(coil bobbin)204。冷媒容器205与用于使冷媒流动的冷媒导管302相连，冷媒导管302的端部被引出到真空容器107的外部，向外部排出呈气态的冷媒。在冷媒导管302的端部具备逆止阀303。
[0034]此外，在真空容器107内配置有辐射热屏蔽板206，以便覆盖超导线圈105，冷媒导管302被配置成与辐射热屏蔽板206接触。优选沿着辐射热屏蔽板206以热接触的方式配置冷媒导管302的至少一部分的区间。
[0035]以下，进一步详细说明实施方式I的MRI装置。
[0036]〈实施方式I的MRI装置的整体结构〉
[0037]图2示出了将实施方式I的MRI装置设置于医疗设施中，拍摄作为被检测体的患者的医用诊断图像的状态。
[0038]被检测体101的检查部位配置在产生均匀静磁场的摄影空间102的中心。在该摄影空间102内产生均匀静磁场的超导磁铁103具备:具有成为NS极的两个磁极的铁轭104;—对高温超导线圈105;和磁铁电源106。铁轭104具有构成磁路的同时支撑一对配置有高温超导线圈105的真空容器107的功能。通过这样的构成，能够提供摄影空间102的前方(y轴)和左右两侧(X轴)无遮挡视野、开放式的检查环境。此外，通过基于铁轭104的磁路，能够将向超导磁铁103的外部蔓延的泄露磁场的扩散抑制到最小。
[0039]高温超导线圈105收纳于真空容器107内，并且由冷冻机108将其冷却到临界温度以下的20开，从而维持稳定的超传导状态。并且，从磁铁电源106施加160安培的电流，在摄影空间102内产生0.5特斯拉强度的沿着z轴的磁通量(将磁通量的朝向设为z轴是学术上的惯例)。
[0040]在铁轭104的两个磁极上安装倾斜磁场线圈组装体109，在摄影空间102内产生磁通量密度沿着彼此正交的3轴方向具有梯度的倾斜磁场。在图2中未加以区分，但在倾斜磁场线圈组装体109中，层叠有X、y、z三种线圈。例如，若在z倾斜磁场线圈中流动正的电流，则安装于上磁极的Z倾斜磁场线圈与高温超导线圈105所产生的磁通量相同，在+Z轴方向上产生磁通量，与高温超导线圈105所产生的磁通量重叠而增加其磁通量密度。另一方面，安装于下磁极的z倾斜磁场线圈产生与超导线圈105所产生的磁通量相反方向的沿着-Z轴的磁通量，减少其磁通量密度。
[0041]结果，能够生成沿着摄影空间102的z轴从下至上磁通量密度增加的倾斜磁场。X倾斜磁场线圈沿着摄影空间102的X轴，y倾斜磁场线圈沿着摄影空间102的y轴，使超导线圈105所产生的磁通量密度发生变化。X、y、z的倾斜磁场线圈与分别独立工作的倾斜磁场电源110连接，通过在各线圈中流动500安培的电流，从而能够产生每I米磁场强度变化25毫特斯拉的2 5mT /m的倾斜磁场。
[0042]另外，在倾斜磁场线圈组装体109的摄影空间102侧，组装有一对高频发射线圈111。高频发射线圈111构成为平板结构，以便不阻碍开放式的检查环境，并对线圈导体进行了印刷布线，以便产生与摄影空间102的x-y平面平行的磁通量。然后，组装多个电容元件(图2中未记载)，成为2IMHz的LC谐振电路。通过从高频电源112使2IMHz的高频电流流向高频发射线圈111，从而在摄影空间102内产生高频磁场。
[0043]通过将以上说明的静磁场、倾斜磁场和高频磁场相组合，从而对被检测体101的检查部位的氢核自旋激发核磁共振(以下称作NMR)现象，然后，在之后的缓和过程中，对氢核自旋的拉莫尔进动(Larmor precess1n)赋予x、y、z的位置信息。
[0044]由于以此方式来赋予位置信息并检测氢核自旋的拉莫尔进动作为匪R的电信号，因此在被检测体101的检查部位安装有高频接收线圈113。高频接收线圈113与高频发射线圈111同样地组装了电容元件(图2中未记载)，成为了21MHz的谐振电路。与高频发射线圈111的不同点在于，适合于检查部位的体型，使得通过电磁感应而作为电信号来高效地检测氢核自旋的拉莫尔进动。图2中，记载了检测被检测体101的头部的线圈。
[0045]由高频接收线圈113检测出的NMR信号被输入到由放大器等构成的信号处理单元114。信号处理单元114进行放大处理、检波处理、模拟/数字变换处理，使得NMR信号适合于计算机115所进行的运算处理。
[0046]在计算机115中，匪R信号被实施傅里叶变换等运算处理，从而变成在医学诊断中有效的断层图像、光谱分布图。这些数据被保存在计算机115的存储装置(图2中未记载)中，并且被显示于显示器116。
[0047]另一方面，计算机115为了将倾斜磁场电源110和高频电源112控制成随着被称作脉冲序列的时序图而工作，以便从被检测体101的检查部位获得目标匪R信号，经由被称作定序器(sequencer)117的接口电路而与各单元相连接。此外，由MRI装置的操作者选择脉冲序列的输入装置118与计算机115连接。
[0048]此外，在超导磁铁103的前方安装有用于将被检测体101的检查部位搬入/搬出摄影空间102的中心的患者台119。此外，超导磁铁103和患者台119设置在实施了电磁波遮蔽的检查室120内。进而，检查室120内与外的单元的连接经由滤波电路121而被连接。它们发挥防止计算机115或其他电源单元等产生的电磁波混入高频接收线圈113中而成为噪声的功能。
[0049]〈超导磁铁的结构〉
[0050]图1和图3是用于说明在图2中说明的超导磁铁103的结构及其功能的剖视图。超导磁铁103的结构具有一对真空容器107将磁场中心201夹在中间而相对配置的结构，由于除了线圈架结构以外，是相对于包含磁场中心201的x-y面而上下对称的结构，因此在图3中显示了上半部，省略了下半部。图1是示出了上下线圈架和真空容器107的内部结构的详细情况的剖视图。另外，也可以是具有一对真空容器107相对于包含磁场中心201的y-z面而左右对称配置的结构的超导磁铁。
[0051]超导磁铁103具有铁轭104、收纳有高温超导线圈105的真空容器107和将高温超导线圈105维持在临界温度以下的温度上的冷冻机108。
[0052]铁轭104是在一部分具有开口部的C型形状，开口的高度作为一例是55厘米，铁轭104的整体重量例如为14吨。在开口部，形成有摄影空间102。对于铁轭104而言，将其形状决定成向外泄露的磁通量非常少。此外，为了产生均匀的磁场，开口部具有被加工成凹面的一对磁极203。在磁极203的周围，安装有收纳了一对高温超导线圈105的甜甜圈状的真空容器107。从磁铁电源106向高温超导线圈105流过160安培的电流，从而在摄影空间102内产生例如0.5特斯拉的均匀磁场。
[0053]在真空容器107内，配置有在外周面具备凹部的线圈架204、和配置于线圈架204的周围的辐射热屏蔽板206以及覆盖辐射热屏蔽板207的外周面的超级绝缘体208。线圈架204与真空容器107的间隙构成规定压力的真空槽207，形成了绝热结构。
[0054]在线圈架204的凹部，如图1所示那样将高温超导线(例如MgB2线)以甜甜圈状卷绕规定Bi数，构成了高温超导线圈105。]\%132是在20开(-253°C )以下表现出稳定的超导特性的高温超导材料。线圈架204由传热性优异的铝形成。
[0055]在线圈架204内部，沿着周向形成有用于容纳氮冷媒301的空洞。即，线圈架204的一部分兼作冷媒容器205。为了防止对摄影空间102的磁场带来影响，期望该空洞(冷媒容器205)形成在比高温超导线圈105更远离磁场中心201的位置处。例如，在与磁场中心201相比配置于上侧的真空容器107中，线圈架204的空洞(冷媒容器205)与高温超导线圈105相比更靠上侧，在与磁场中心201相比配置于下侧的真空容器107中，线圈架204的空洞(冷媒容器205)与高温超导线圈105相比更靠下侧。
[0056]在构成冷媒容器205的线圈架204的一部分，设置有到达空洞内的贯通孔205a，并安装有冷媒导管302。关于冷媒导管302，将其至少一部分的区间以沿着覆盖线圈架204的辐射热屏蔽板206 (即沿着福射热屏蔽板206的外侧表面与内侧表面的至少一方的表面)而热接触的方式引出之后，将其前端经过设置于真空容器107的贯通孔后引出到真空容器107的外部。在冷媒导管302的前端，具备逆止阀303，防止了外气向冷媒导管302的侵入。冷媒导管302用于从真空容器107的外部向冷媒容器205内导入液态氮、以及用于将冷媒容器205内的液态氮气化而产生的氮气体排出到真空容器107的外部。为了抑制外部的热向线圈架204传导，冷媒导管302使用细且热传导率小的材质，例如使用不锈钢管。
[0057]辐射热屏蔽板206并非完全密闭结构，而是有不会影响到辐射热遮蔽的程度的狭缝或贯通孔，冷媒导管302经过这些狭缝等后被引出到辐射热屏蔽板206的外侧。超级绝缘体208(图1中仅记载了一部分)卷绕了数十层的聚酯片，有效地遮蔽了来自真空容器107的内表面的辐射热，其中，聚酯片是蒸镀铝并进行镜面处理而得到的。
[0058]为了相对于真空容器107固定线圈架204，在真空容器107上，每隔高温超导线圈105的1/4圆周安装有支撑柱209。希望支撑柱209确保抵抗电磁力的刚性，而另一方面希望其热传导极小。因此，在本实施方式中，使用由纤维增强塑料(FRP)构成的直径为5厘米的圆柱棒作为支撑柱209。此外，为了减小支撑柱209在线圈架204附近的温度梯度，使辐射热屏蔽板206与支撑柱209热接触。
[0059]如图3所示，在超导磁铁103的背面部分，设置有贯通铁轭104的开口，插入了冷冻机108。冷冻机108的前端的冷却部位配置在连结上下真空容器107的结合部210内，与线圈架105以及热辐射屏蔽板206热连接。具体来说，例如能够使用住友重机械工业株式会社制的型号为CH-208R作为冷冻机108。该冷冻机具有20开冷却部位211和70开冷却部位212，各自具有6瓦特和65瓦特的冷却能力。20开冷却部位211的前端211a通过铜网线213而与上下的线圈架204连接，进行热接触。70开冷却部位212的前端212a与辐射热屏蔽板206连接，进行热接触。
[0060]然后，在超导磁铁103内，组装有用于向高温超导线圈105施加电流的电流引线电路和温度传感器电路。上下一对高温超导线圈105在真空容器107内被串联连接，并与电流引线电路的电流引线(图1、3中未示出)连接。电流引线经由与70开冷却部位212的热接触后，被导出到真空容器107的外部，与磁铁电源106连接。此外，在线圈架204的多处(图1、3中仅示出了 I处)，埋设有温度传感器电路的温度传感器214。温度传感器214为了使热传导最少而连接了磷青铜线的引线(图1、3中未示出)，引线被导出到真空容器107的外部而与磁铁电源106的传感器输入端子连接，将与温度传感器214检测到的高温超导线圈105的温度相对应的信号传递给磁铁电源106。
[0061 ]通过这样的结构，在冷冻机108稳定运转时，福射热屏蔽板206被冷却到约70开。其结果，即使施加来自真空容器107的内表面的辐射热以及来自支撑柱209、引线电路和温度传感器电路的传导热，线圈架204和高温超导线圈105也可被冷却到20开。
[0062]〈关于氮的固相/液相的相变〉
[0063]说明冷冻机108正常运转，稳定地对高温超导线圈105和辐射热屏蔽板进行冷却的状态下，线圈架204以及高温超导线圈105的温度。
[0064]在图1、图3所示的超导磁铁103的结构中，从真空容器107的内表面透过数十层的超级绝缘体208而传递到辐射热屏蔽板206的辐射热和来自支撑柱209的传导热的总量约为50瓦特。通过冷冻机108的稳定运转时的70开、65瓦特的冷却能力，即使考虑从电流引线、温度传感器的引线产生的热传导所引起的损耗量，辐射热屏蔽板206也可被冷却到约70开。
[0065]施加到高温超导线圈105的热有来自70开辐射热屏蔽板206的内表面的辐射热以及来自支撑柱209和电流引线的传导热这两种，其热量的总和约为5瓦特。冷冻机108稳定运转时的20开的冷却能力为6瓦特，线圈架204的温度被冷却到20开。
[0066]因此，在冷冻机108正常运转的状态下，线圈架204的冷媒容器205部分的氮冷媒301存在形式为固态氮，在热方面没有变化。
[0067]接着，说明冷冻机108停止运转而冷却能力停止的情况下的线圈架204以及高温超导线圈105的温度。
[0068]由于来自真空容器107的内表面的辐射热和支撑柱209的传导热的总和50瓦特的热量施加在辐射热屏蔽板206上，因此辐射热屏蔽板206的温度会因冷冻机108的停止而有一定比例的上升。对于高温超导线圈105而言，来自福射热屏蔽板206的内表面的福射热以及来自支撑柱209和电流引线的传导热会随着从冷冻机108的停止开始的时间的流逝而呈指数函数增大。
[0069]此时，线圈架204的一部分的冷媒容器205内的固态氮作为蓄冷剂而发挥作用，抑制线圈架204的温度上升。因此，直到固态氮变成液态氮的相变完成为止，线圈架204以及高温超导线圈105的温度都恒定在63开(_210°C，这是氮的融点)上。
[0070]另外，若冷冻机108的运转停止期间持续，则液态氮吸收所传导的热量，相变为77开(-196Γ，这是氮的沸点)的氮气体。氮气体经过沿着辐射热屏蔽板206组装的冷媒导管302后，被排到真空容器107的外部。该77开的氮气体在经过冷媒导管302的期间会与辐射热屏蔽板206进行热交换，冷却辐射热屏蔽板206，因而起到抑制辐射热屏蔽板206的温度上升的作用。
[0071]由此，直到冷媒容器205内的液态氮完全转变成氮气体为止，高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的温度维持在77开。因此，真空槽207内的空气(氮和氧)不会呈气态而漂浮在真空槽207内，真空度的劣化得到抑制，因而在冷冻机108停止运转的期间也能够维持真空槽207的绝热性。
[0072]此外，当线圈架204的冷媒容器205内的液态氮全部转变为氮气体后还持续着冷冻机108的运转停止的情况下，通过从真空容器107的外侧的冷媒导管302的前端依次补充液态氮，从而能够将高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的温度维持在77开。
[0073]使用图4的曲线图来进一步详细说明高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的温度变化。在图4的曲线图中，横轴401表示时间经过，纵轴402表示温度。图4的曲线图403和404分别表示高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的温度。
[0074]时间轴的a时刻表示冷冻机108的停止时刻。从时间轴的开始点到冷冻机108停止的a时刻为止，是由冷冻机108稳定地进行冷却的期间，高温超导线圈105的温度维持在20开，辐射热屏蔽的温度维持在70开。从冷冻机108停止的a时刻到b时刻的期间，是因线圈架204、辐射热屏蔽板206等各构成物的热容量而维持一定温度的期间，高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的温度依然维持在20开和70开。
[0075]从b时刻起，高温超导线圈105的温度按照根据线圈架204和固态氮冷媒301的比热与施加到高温超导线圈105的热量的关系决定的比例而上升。由此，高温超导线圈105的温度上升到冷媒容器205的氮冷媒301的融点63开。c时刻到d时刻的期间是固态氮冷媒301相变为液态氮的期间，由于施加到高温超导线圈105的热量全部变成氮冷媒301的溶解热，因而没有高温超导线圈105的温度变化。
[0076]d时刻到e时刻的期间，是高温超导线圈105的温度按照根据液态氮冷媒301的比热与施加到高温超导线圈105的热量的关系决定的比例而再次上升的期间，高温超导线圈105上升到氮的沸点77开。
[0077]e时刻到f时刻，是线圈架204的冷媒容器205内的液态氮冷媒301作为氮气体而经过冷媒导管302后被排到外部的期间。在该期间，施加到高温超导线圈105的热量全部被消耗为液态氮的蒸发热，高温超导线圈105的温度表示77开的恒定值。
[0078]另一方面，辐射热屏蔽板206的温度从a时刻起到e时刻为止，按照根据其热容量与施加到福射热屏蔽板206的热量决定的一定梯度而上升，从e时刻起，由于还存在被流过冷媒导管302的氮气体冷却的作用，因此其温度上升变得缓慢。
[0079]f时刻是冷冻机108的运转重新开始的时刻，辐射热屏蔽板206和高温超导线圈105被冷却到平衡温度、即70开和20开。
[0080]〈MRI装置的操作流程〉
[0081]关于考虑了该超导线圈105和辐射热屏蔽206的温度变化的MRI装置的操作流程，使用图5的流程图来进行说明。该操作是计算机115读取预先保存在内置的存储器中的程序并加以执行，对磁铁电源106等进行控制，由此来实现的。计算机115即使在停电时也可使用从未图示的电池提供的电力，执行该程序。
[0082]在图5的流程中，包括正常状态的流程、和冷冻机108已停止时进行高温超导线圈105的温度管理并迅速返回到正常状态的流程。通过下述(I)?(5)来说明流程的概要。
[0083](I)图5的左端的过程501至过程506表示如下流程:冷冻机108正常工作，高温超导线圈105被冷却到临界温度以下的20开，在摄影空间102内产生稳定的磁场，实施成像检查。该过程对应于图4的从开始到a时刻的期间。
[0084](2)在由于停电或系统故障而导致冷冻机108停止的情况下，转移到右边的过程511至过程513的流程。冷冻机108的停止初期是高温超导线圈105因其结构物的热容量而依然被冷却保持在临界温度20开的期间，等待冷冻机108的运转恢复，迅速返回到正常的操作流程。对应于图4的a时刻?b时刻的期间。
[0085](3)然后，若冷冻机108的停止涉及较长时间，且高温超导线圈105的温度转变为上升，则操作流程进一步成为右边的过程521至过程527。由此，为了防止高温超导线圈105的损伤，将在线圈中流动的电流设为零，等待冷冻机108的运转恢复，冷冻机108的运转恢复后，确认高温超导线圈105的冷却温度，再次向线圈施加电流，返回到正常的操作流程。在图4中，对应于b时刻?c时刻的期间。
[0086](4)在冷冻机的停止涉及较长时间，且高温超导线圈105的温度从固态氮的融点63开到达氮沸点77开的期间，成为过程531至过程533。在图4中，对应于c时刻?e时刻的期间。
[0087](5)冷冻机108的停止涉及更长时间时的流程是过程541至过程542。由于冷媒的液态氮已气化且被排到大气中，因而该流程是从外部补充液态氮的同时等待冷冻机108的运转恢复的流程。在图4中，对应于e时刻?f时刻的期间。
[0088]以下，说明各过程的具体的各部分的动作。这些动作通过CPU115的控制来实现。
[0089]过程501:在进行当日的MRI检查之前，磁铁电源106使预先确定的电流160安培流过超导线圈105而使其产生磁场。该操作除了通过计算机115中编程的自动启动功能来进行的情况以外，也可以通过操作者对输入装置118的操作来进行。
[0090]过程502:冷冻机108通过连续运转，对高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206进行了冷却。由此，高温超导线圈105被冷却到20开，辐射热屏蔽板206被冷却到70开。在此，计算机115判定冷冻机108是在正常运转还是因停电或系统故障而停止。可以通过由计算机115从冷冻机108接收动作信号来判定是否在正常工作，也可以通过由计算机115接收配置在真空容器107内的温度传感器的输出信号来检测温度，由此判定是否在规定的温度内。在冷冻机108的运转正常的情况下，前进至步骤502。在冷冻机108的动作停止的情况下，前进至步骤 5110
[0091]过程503:计算机115执行最初的被检测体101的成像检查。
[0092]过程504?过程505:计算机115在过程504中，判定有无下一个被检测体101的检查。在有检查的情况下，返回至过程502，进行与上次的被检测体101的成像检查相同的过程。在没有下一个被检测体101的检查的情况下，前进至过程505，即，计算机115根据规定的判定基准来判定是前进至结束过程还是进入对急诊患者等预约以外的被检测体进行待机的状态。过程505的判定例如能够通过如下方法来进行:由输入装置118受理来自操作者的输入的方法，该输入是操作者判断出一天的检查结束且没有下一个被检测体的检查;或判定是否已经过了医疗设施的工作结束时间的方法。在过程505中，在判定为待机的情况下，返回至过程504。另一方面，在判定为结束的情况下，前进至过程506。
[0093]过程506:停止从超导磁铁103的磁铁电源106向高温超导线圈105的电流的提供，进行消磁作业。消磁作业除了由计算机115执行的自动消磁动作以外，也可以按照操作者对输入装置118的输入信号来进行。
[0094]在上述步骤502中，在冷冻机108的动作停止的情况下，前进至步骤511。
[0095]过程511:由于冷冻机108的动作停止，因此计算机115接收真空容器107内的温度传感器的输出，进行高温超导线圈105的温度测量。温度传感器的输出是经由定序器117来接收的。
[0096]过程512:判断高温超导线圈105的温度是否超过了作为稳定的超导状态的临界温度20开。若是20开以下，则前进至过程513，等待冷冻机108的运转恢复，进入再次回到温度测量的过程511的循环。在超过了 20开的情况下，前进至过程521。
[0097]过程521:若高温超导线圈105的温度超过临界温度20开，则线圈线材开始从超导转变为常导，出现电阻，因而若从磁铁电源106继续施加160安培的电流，则线圈会被烧坏。因此，通过减少磁铁电源106的输出电流，使其变为零，由此对超导线圈105进行消磁。
[0098]过程522?过程524:测量消磁后的高温超导线圈105的温度，若温度并未超过63开，则等待冷冻机的运转恢复。在这期间，线圈架204内的氮冷媒301吸收所侵入的热作为溶解热，对高温超导线圈105进行冷却。氮冷媒301全部转变为液体，在过程523中，若高温超导线圈105的温度超过63开，则前进至过程531。在达到63开之前，若冷冻机108重新开始运转，则前进至下一过程525。
[0099]过程525?过程527:由于冷冻机108的运转恢复，因此高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206的冷却重新开始。等到高温超导线圈105的温度被冷却到临界温度的20开，若已经被冷却，则将磁铁电源106的输出电流设为额定160安培，再次对超导线圈105进行励磁，返回至过程503，能够进行MRI检查。由此，使MRI装置的操作返回到正常的流程。
[0100]另一方面，在过程523中，若高温超导线圈105的温度超过63开，则前进至过程531。
[0101]过程531?过程533:进一步继续温度测量，若未超过液态氮的沸点77开，则等待冷冻机108的运转重新开始。这期间，线圈架204内的氮冷媒301吸收所侵入的热作为蒸发热的同时对高温超导线圈105进行冷却。若重新开始运转，则前进至上述的过程525，将超导线圈105冷却到20开之后，进行励磁，能够执行MRI检查。
[0102]另一方面，在过程532的温度判定是超过了77开的情况下，氮冷媒301气化而被排到大气中，因而前进至过程541。
[0103]过程541?过程542:计算机115在显示器116上，显示促使操作者从冷媒导管302的前端向冷媒容器205内供给液态氮的表示。接受这一显示后，操作者从外部杜瓦瓶依次补充液态氮的同时，等待冷冻机108的运转重新开始。若冷冻机108的运转重新开始，则前进至过程525，将超导线圈105冷却到20开之后，进行励磁，能够执行MRI检查。
[0104]如上所述，实施方式I的MRI装置即使在使用采用了高温超导线的超导线圈105的同时因停电等而导致冷冻机长时间停止的情况下，也能够使真空槽207长时间维持在77开以下。因此，能够防止因真空槽207的真空度劣化而引起的绝热功能的下降，在冷冻机的运转重新开始后能够迅速执行MRI检查，能够提供实用性优异的MRI装置。
[0105]另外，根据本发明，无需使用价格高且输送和保管都很困难的液态氦，因此即使在远离其服务网的地区或电力供给不稳定的地区，也能够使超导MRI装置稳定工作，可供高度的临床诊断使用。
[0106]另外，在实施方式I中，针对在线圈架204内内置容纳氮冷媒301的冷媒容器205的结构进行了说明，但线圈架204和冷媒容器205不需要一定是一体的，也可以分开设置线圈架204和冷媒容器205。在该情况下，冷媒容器205也优选由热传导性良好的材料构成，并与线圈架204密接地配置。
[0107]《实施方式2》
[0108]〈实施方式2的MRI装置的整体结构〉
[0109]图6示出了将实施方式2的MRI装置设置于医疗设施中，对作为被检测体的患者的医用诊断图像进行拍摄的状态。此外，图7是实施方式2的超导磁铁103的真空容器107的剖视图。
[0110]实施方式2的MRI装置与实施方式I的不同点在于:在检查室120的外部具备液态氮杜瓦瓶601 ；以及在线圈架204并未形成冷媒容器205而是将与液态氮杜瓦瓶601连接的冷媒导管701配置在真空容器107内。
[0111]冷媒导管701由表面热传导良好的例如铜管构成，与线圈架204密接地配置之后，进一步与辐射热屏蔽板206密接地配置。即，冷媒导管701被配置为，相对于氮冷媒的流动，在线圈架204的下游侧与辐射热屏蔽板接触。然后，冷媒导管701被引导到真空容器107的外部，排出氮气体(即气化的冷媒)。此外，在冷媒导管701的前端安装有逆止阀303，逆止阀303用于防止大气向冷媒导管701内的逆流。液态氮杜瓦瓶601经由绝热导管602而与冷媒导管701连接。在绝热导管602的中途配置有开闭阀603。
[0112]根据通过计算机115的控制而从磁铁电源106输出的控制信号，进行开闭阀603的开闭动作。例如，若冷冻机108停止，安装于线圈架204的温度传感器214的值例如达到了60开，则计算机115从组装于磁铁电源106的磁铁控制电路输出信号，使开闭阀603打开。由此，从液态氮杜瓦瓶601经由绝热导管602向冷媒导管701供给液态氮。
[0113]导入到冷媒导管701的液态氮在与线圈架204密接的冷媒导管701的部分，吸收线圈架204的热。由此，一部分转变为氮气体。一部分气体的液态氮进一步流过冷媒导管701，在与高温的辐射热屏蔽板206密接的冷媒导管701部分，吸收辐射热屏蔽板206的热。由此，液态氮相变为氮气体。氮气体进一步流过冷媒导管701，被排到真空容器107的外部。
[0114]这样，通过与从杜瓦瓶601导入的液态氮的热交换，从而高温超导线圈105和辐射热屏蔽板206被维持在液态氮的沸点77开以下的温度。由此，真空槽207中固态的空气游离的脱气的产生得到了抑制，真空绝热的性能得到了维持。
[0115]本实施方式2的MRI装置即使在因长时间停电或系统故障而导致冷冻机的运转停止的情况下，也能够从液态氮杜瓦瓶601自动地持续补充液态氮。此外，在真空容器107内不需要贮存冷媒的空间，能够实现小型的真空容器107。
[0116]实施方式2的MRI装置的其他构成与实施方式I相同，因此省略说明。
[0117]符号说明
[0118]101被检测体；102摄影空间；103超导磁铁；104铁轭；105高温超导线圈；106磁铁电源；107真空容器；108冷冻机；109倾斜磁场线圈组装体；110倾斜磁场电源；111高频发射线圈；112高频电源；114信号处理单元；115计算机；117定序器；118输入装置;203磁极;204线圈架;205冷媒容器;206辐射热屏蔽板;207真空槽;208超级绝缘体;214温度传感器;301氮冷媒;302冷媒导管;303逆止阀；601液态氮杜瓦瓶;602绝热导管;603开闭阀；701冷媒导管。
【主权项】
1.一种核磁共振成像装置，其特征在于，具备: 超导线圈，产生静磁场； 真空容器，容纳所述超导线圈； 冷冻机，与所述超导线圈热接触，对所述超导线圈进行冷却;和冷媒容器，贮存冷媒，该冷媒在所述冷冻机的冷却功能下降或者停止的情况下冷却所述超导线圈， 所述冷媒容器兼作卷绕所述超导线圈的线圈架。2.根据权利要求1所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 所述冷媒是在所述冷冻机冷却所述超导线圈的温度下呈固态的冷媒。3.根据权利要求1所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 用于使所述冷媒流动的导管与所述冷媒容器连接， 所述导管的端部被引出到所述真空容器的外部，排出呈气态的所述冷媒。4.根据权利要求3所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 在所述导管的端部具备逆止阀。5.根据权利要求3所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 在所述真空容器内配置辐射热屏蔽板以覆盖所述超导线圈， 所述导管被配置成与所述辐射热屏蔽板接触。6.根据权利要求5所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 沿着所述辐射热屏蔽板以热接触的方式配置所述导管的至少一部分的区间。7.根据权利要求1所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 所述冷媒容器配置在比所述超导线圈更远离磁场中心的位置处。8.根据权利要求7所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 一对所述真空容器在其间夹着所述磁场中心而被相对配置， 在与所述磁场中心相比更靠上侧的所述真空容器内，所述冷媒容器配置在比所述超导线圈更靠上侧的位置处， 在与所述磁场中心相比更靠下侧的所述真空容器内，所述冷媒容器配置在比所述超导线圈更靠下侧的位置处。9.一种核磁共振成像装置，其特征在于，具备: 超导线圈，产生静磁场； 真空容器，容纳所述超导线圈； 冷冻机，与所述超导线圈热接触，对所述超导线圈进行冷却； 配置在所述真空容器内且卷绕了所述超导线圈的线圈架以及与该线圈架接触的配置；和 冷媒容器，配置在所述真空容器外，贮存用于冷却所述超导线圈的冷媒， 所述核磁共振成像装置还具备:导管，与所述冷媒容器连接，用于使所述冷媒流动。10.根据权利要求9所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 所述导管的端部被引出到所述真空容器外，并具备逆止阀，排出呈气态的所述冷媒。11.根据权利要求9所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 在所述真空容器内配置辐射热屏蔽板以覆盖所述超导线圈， 所述导管被配置成相对于所述冷媒的流动在比所述线圈架更靠下游侧的位置处与所述辐射热屏蔽板接触。12.根据权利要求1所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 所述超导线圈是高温超导线圈。13.根据权利要求1所述的核磁共振成像装置，其特征在于， 所述冷媒是氮。
【文档编号】H01F6/04GK105873509SQ201480063284
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年11月13日
【发明人】津田宗孝
【申请人】株式会社日立制作所