JPH0793211B2 - 核磁気共鳴断層撮影設備の磁石コイル装置 - Google Patents
核磁気共鳴断層撮影設備の磁石コイル装置Info
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- JPH0793211B2 JPH0793211B2 JP63135376A JP13537688A JPH0793211B2 JP H0793211 B2 JPH0793211 B2 JP H0793211B2 JP 63135376 A JP63135376 A JP 63135376A JP 13537688 A JP13537688 A JP 13537688A JP H0793211 B2 JPH0793211 B2 JP H0793211B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/42—Screening
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超電導基本磁界コイルと放射シールドとを
備えた核磁気共鳴断層撮影設備の磁石コイル装置に関す
る。
備えた核磁気共鳴断層撮影設備の磁石コイル装置に関す
る。
［従来の技術］ 均質な基本磁界を発生させるための超電導コイルと、傾
斜磁界を形成するために基本磁界コイルにより周囲を画
成された内部空間の中に置かれた常電導コイルと、導電
性かつ伝熱性の材料から成り傾斜磁界コイルと超電導基
本磁界コイルとの間に配置され冷却された少なくとも一
つの放射シールドとを備えた核磁気共鳴断層撮影設備に
磁石コイル装置は、欧州特許出願公開第0144171号公報
に記載されている。
斜磁界を形成するために基本磁界コイルにより周囲を画
成された内部空間の中に置かれた常電導コイルと、導電
性かつ伝熱性の材料から成り傾斜磁界コイルと超電導基
本磁界コイルとの間に配置され冷却された少なくとも一
つの放射シールドとを備えた核磁気共鳴断層撮影設備に
磁石コイル装置は、欧州特許出願公開第0144171号公報
に記載されている。
医療技術の分野では、検査すべき特に人体又はその一部
の所定の元素の計算により又は測定技術により集成され
た核磁気共鳴信号が解析されるという画像診断法が開発
されている。そのようにして得られた空間的なスピン密
度分布及び／又は緩和時間分布から、Ｘ線コンピュータ
断層写真に類似した画像が再構成又は計算できる。かか
る方法は一般的に「核磁気共鳴断層撮影法」又は「NMR
断層撮影法」（Nuclear Magnetic Resonance、またしば
しば「MRI」（Magnetic Resonance Imaging）又は「MR
S」（Magnetic Resonance Spectroscopy）とも呼ばれ
る）の名称で知られている。
の所定の元素の計算により又は測定技術により集成され
た核磁気共鳴信号が解析されるという画像診断法が開発
されている。そのようにして得られた空間的なスピン密
度分布及び／又は緩和時間分布から、Ｘ線コンピュータ
断層写真に類似した画像が再構成又は計算できる。かか
る方法は一般的に「核磁気共鳴断層撮影法」又は「NMR
断層撮影法」（Nuclear Magnetic Resonance、またしば
しば「MRI」（Magnetic Resonance Imaging）又は「MR
S」（Magnetic Resonance Spectroscopy）とも呼ばれ
る）の名称で知られている。
核磁気共鳴断層撮影法のための前提は基本磁界磁石によ
り発生された磁界であり、この磁界の中に検査すべき身
体またはそに一部が一般に基本磁界の方向軸線に一致す
る軸線に沿って運び込まれる。基本磁界は相応の撮影範
囲又は検査範囲の中で十分に均質でなければならず、そ
の際その磁束密度はその箇所で数テスラにまで達するこ
とがある。しかしながらかかる高い磁束密度は、相応の
極低温装置の中に収容された超電導磁石コイルによって
初めて経済的に発生させることができる。室温の超電導
基本磁界コイルへの熱伝達を制限するために、かかる極
低温装置は少なくとも一つの冷却された放射シールドを
備えている。かかる放射シールドは熱的な理由から一般
に良伝熱性の従ってまた良導電性の材料から作られる。
基本次回は常電導コイルにより発生される静的な及び／
又は脈動する傾斜次回を重畳され、常電導コイルは基本
磁界コイルの極低温装置により周囲を画成された内部空
間の中に配置され一般にほぼ室温に置かれる。身体また
はその一部の中の個々の原子核に歳差運動を励起するた
めに、更に特別なアンテナ装置が必要であり、このアン
テナ装置により短時間の間高周波交番磁界が発生でき
る。場合によってはこのアンテナ装置は、励磁された原
子核から発生された高周波信号の受信にためにも用いる
ことができる。
り発生された磁界であり、この磁界の中に検査すべき身
体またはそに一部が一般に基本磁界の方向軸線に一致す
る軸線に沿って運び込まれる。基本磁界は相応の撮影範
囲又は検査範囲の中で十分に均質でなければならず、そ
の際その磁束密度はその箇所で数テスラにまで達するこ
とがある。しかしながらかかる高い磁束密度は、相応の
極低温装置の中に収容された超電導磁石コイルによって
初めて経済的に発生させることができる。室温の超電導
基本磁界コイルへの熱伝達を制限するために、かかる極
低温装置は少なくとも一つの冷却された放射シールドを
備えている。かかる放射シールドは熱的な理由から一般
に良伝熱性の従ってまた良導電性の材料から作られる。
基本次回は常電導コイルにより発生される静的な及び／
又は脈動する傾斜次回を重畳され、常電導コイルは基本
磁界コイルの極低温装置により周囲を画成された内部空
間の中に配置され一般にほぼ室温に置かれる。身体また
はその一部の中の個々の原子核に歳差運動を励起するた
めに、更に特別なアンテナ装置が必要であり、このアン
テナ装置により短時間の間高周波交番磁界が発生でき
る。場合によってはこのアンテナ装置は、励磁された原
子核から発生された高周波信号の受信にためにも用いる
ことができる。
前記の欧州特許出願公開公報によれば、超電導基本磁界
コイル装置又はその極低温装置の放射シールドは例えば
アルミニウムのような良導電性の材料から作られてい
る。しかしながらかかる放射シールドの中には常電導傾
斜磁界コイルによりうず電流が誘導され、うず電流自体
は再び反作用により検査範囲の有効容積の中に傾斜磁界
に作る。一般に用いられる放射シールドの有限の導電率
のために、このうず電流は一般に0.05秒ないし0.3秒の
時定数τで減衰する。このことは傾斜磁界の脈動ひずみ
を招くか、又は限界周波数fgの下方で運転電流当たりの
傾斜磁界強さとして定義されたコイル装置の感度の低い
周波数ｆ＜fg＝（２πτ）-1へ向かって向上する周波数
応答を生じる。しかし特別の対策を講じなければこのこ
とは核磁気共鳴断層写真の画像の不鮮明をもたらす。こ
れに関連して放射シールドを例えば低導電性の材料によ
り又はスリットを備えて、磁気遮蔽性の無いように構成
することも一般にまた実用的でない。すなわちそのとき
は傾斜磁界が超電導基本磁界コイルのヘリウム極低温の
範囲にまで達し、そこで極低温の場合に特に妨げとなる
熱を発生するおそれがある。
コイル装置又はその極低温装置の放射シールドは例えば
アルミニウムのような良導電性の材料から作られてい
る。しかしながらかかる放射シールドの中には常電導傾
斜磁界コイルによりうず電流が誘導され、うず電流自体
は再び反作用により検査範囲の有効容積の中に傾斜磁界
に作る。一般に用いられる放射シールドの有限の導電率
のために、このうず電流は一般に0.05秒ないし0.3秒の
時定数τで減衰する。このことは傾斜磁界の脈動ひずみ
を招くか、又は限界周波数fgの下方で運転電流当たりの
傾斜磁界強さとして定義されたコイル装置の感度の低い
周波数ｆ＜fg＝（２πτ）-1へ向かって向上する周波数
応答を生じる。しかし特別の対策を講じなければこのこ
とは核磁気共鳴断層写真の画像の不鮮明をもたらす。こ
れに関連して放射シールドを例えば低導電性の材料によ
り又はスリットを備えて、磁気遮蔽性の無いように構成
することも一般にまた実用的でない。すなわちそのとき
は傾斜磁界が超電導基本磁界コイルのヘリウム極低温の
範囲にまで達し、そこで極低温の場合に特に妨げとなる
熱を発生するおそれがある。
この問題に関連して主として二つの対策が知られてい
る。すなわち、 （１） 相応の放射シールドの中に誘導されたうず電流
の磁界は直接の傾斜磁界のほぼ10ないし30％に達し、主
としてやはり本来の傾斜磁界に逆向きで従ってこれを弱
める傾斜磁界である。この効果が傾斜磁界コイルの設計
及び形成の際に考慮できるので、合わせて再び空間的に
高品質の傾斜磁界が発生される（例えば「ジャーナル
オブ フィジックス（J.Phys.）Ｅ類」、第19巻、1986
年、第876〜879ページ参照）。このために傾斜磁界コイ
ルに供給する電流パスルの周波数応答修正により、うず
電流の周波数応答を補償することができる。しかし、一
般にかかる修正は個々に各磁石装置に対して別個に調整
されなければならない。なせならば放射シールドとして
採用された板の導電率が極低温でばらつくからである。
更にうず電流の空間的な分布が減衰の際に不変のままで
あるということは保証できない。すなわちこの対策で前
提となった放射シールドに関する傾斜磁界の空間的及び
時間的挙動からの分離可能性は容易には与えられない。
る。すなわち、 （１） 相応の放射シールドの中に誘導されたうず電流
の磁界は直接の傾斜磁界のほぼ10ないし30％に達し、主
としてやはり本来の傾斜磁界に逆向きで従ってこれを弱
める傾斜磁界である。この効果が傾斜磁界コイルの設計
及び形成の際に考慮できるので、合わせて再び空間的に
高品質の傾斜磁界が発生される（例えば「ジャーナル
オブ フィジックス（J.Phys.）Ｅ類」、第19巻、1986
年、第876〜879ページ参照）。このために傾斜磁界コイ
ルに供給する電流パスルの周波数応答修正により、うず
電流の周波数応答を補償することができる。しかし、一
般にかかる修正は個々に各磁石装置に対して別個に調整
されなければならない。なせならば放射シールドとして
採用された板の導電率が極低温でばらつくからである。
更にうず電流の空間的な分布が減衰の際に不変のままで
あるということは保証できない。すなわちこの対策で前
提となった放射シールドに関する傾斜磁界の空間的及び
時間的挙動からの分離可能性は容易には与えられない。
（２） 別の対策として、傾斜磁界コイルの補助的な装
置を導入することが例えば「ジャーナル オブ フィジ
ックス（J.Phys.）Ｄ類」、第19巻、1986年、第L129〜L
131ページから知られており、この装置は本来の一次傾
斜磁界コイル装置と放射シールドとの間にできるだけ放
射シールドに密接して配置される。これにより確かに少
なくともほぼ滑らかな周波数応答が有利に達成できる。
しかし一般にソレノイド状の超電導基本磁界コイルの内
部で場所が狭められるので困難が生じる。すなわちその
ときほぼ20％大きい半径しか実現できないので、負に磁
化される補助的な各傾斜磁界コイルが相応の一次コイル
のすぐそばに置かれる。このことは傾斜磁界効果が大部
分再び相殺され、それゆえに（１）で述べた対策より明
らかに大きい供給電圧と供給電流とが必要である。この
ことは、（１）の対策に基づき設計された磁石コイル装
置では極低温のかつ従って高導電性の放射シールドの中
で受動的に発生されるうず電流が、ほぼ室温にある補助
的な傾斜磁界コイルの中に流される電流より、消費ジュ
ール電力が少ないということに起因する。更に誘導性の
無効電流（１）の対策の方が少ない。なぜならば放射シ
ールドは（２）の対策に基づく補助的な傾斜磁界コイル
よりさらに半径方向外側に存在するからである。しかし
ながら特に速やかな画像作成のための最近の及び未来の
パルス周波数では常に一層強い傾斜磁界が要求されるの
で、傾斜磁界コイルの給電のためのパワーエレクトロニ
クスは特に（２）の対策の場合には全装置の相応に費用
のかかる部分となる。
置を導入することが例えば「ジャーナル オブ フィジ
ックス（J.Phys.）Ｄ類」、第19巻、1986年、第L129〜L
131ページから知られており、この装置は本来の一次傾
斜磁界コイル装置と放射シールドとの間にできるだけ放
射シールドに密接して配置される。これにより確かに少
なくともほぼ滑らかな周波数応答が有利に達成できる。
しかし一般にソレノイド状の超電導基本磁界コイルの内
部で場所が狭められるので困難が生じる。すなわちその
ときほぼ20％大きい半径しか実現できないので、負に磁
化される補助的な各傾斜磁界コイルが相応の一次コイル
のすぐそばに置かれる。このことは傾斜磁界効果が大部
分再び相殺され、それゆえに（１）で述べた対策より明
らかに大きい供給電圧と供給電流とが必要である。この
ことは、（１）の対策に基づき設計された磁石コイル装
置では極低温のかつ従って高導電性の放射シールドの中
で受動的に発生されるうず電流が、ほぼ室温にある補助
的な傾斜磁界コイルの中に流される電流より、消費ジュ
ール電力が少ないということに起因する。更に誘導性の
無効電流（１）の対策の方が少ない。なぜならば放射シ
ールドは（２）の対策に基づく補助的な傾斜磁界コイル
よりさらに半径方向外側に存在するからである。しかし
ながら特に速やかな画像作成のための最近の及び未来の
パルス周波数では常に一層強い傾斜磁界が要求されるの
で、傾斜磁界コイルの給電のためのパワーエレクトロニ
クスは特に（２）の対策の場合には全装置の相応に費用
のかかる部分となる。
［発明が解決しようとする課題］ この発明は、放射シールドの中のうず電流発生に基づき
従来の対策で生じる問題が軽減されるように、前記の種
類の磁石コイル装置を改良することを目的とする。その
際基本磁界の強さと均質性とは少なくともほぼ不変のま
まにする必要がある。
従来の対策で生じる問題が軽減されるように、前記の種
類の磁石コイル装置を改良することを目的とする。その
際基本磁界の強さと均質性とは少なくともほぼ不変のま
まにする必要がある。
［課題を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、放射シールドが高温超電
導体の第２種の超電導材料を含み、この材料が基本磁界
コイルの励磁立ち上げ過程では常電導状態にあり、磁石
コイル装置の正常な運転状態中は超電導状態にあること
により達成される。
導体の第２種の超電導材料を含み、この材料が基本磁界
コイルの励磁立ち上げ過程では常電導状態にあり、磁石
コイル装置の正常な運転状態中は超電導状態にあること
により達成される。
この場合第２種の超電導材料とは一般に、磁石コイル装
置の正常な運転状態中には基本磁界コイルの静的磁界の
中で及び傾斜磁界コイルと高周波磁界コイルとの交番磁
界の中で十分な電流密度（電流容量）を有し、材料の中
に誘導される電流を少なくともほぼ損失なく流すことが
でき、この電流が電気抵抗に基づく時間と共に弱められ
ることがないような材料である。その際基本磁界は超電
導材料に侵入できるようにすべきである（例えばブッケ
ル（W.Buckel）著「超電導（Supraleitung）」、第３
版、ワインハイム、1984年、第140〜166ページ参照）。
置の正常な運転状態中には基本磁界コイルの静的磁界の
中で及び傾斜磁界コイルと高周波磁界コイルとの交番磁
界の中で十分な電流密度（電流容量）を有し、材料の中
に誘導される電流を少なくともほぼ損失なく流すことが
でき、この電流が電気抵抗に基づく時間と共に弱められ
ることがないような材料である。その際基本磁界は超電
導材料に侵入できるようにすべきである（例えばブッケ
ル（W.Buckel）著「超電導（Supraleitung）」、第３
版、ワインハイム、1984年、第140〜166ページ参照）。
［発明の効果］ 磁石コイル装置のこの発明に基づく構成によって生じる
長所は特に、熱的な放射シールドが同時に傾斜磁界シー
ルドとしても働くということである。その際基本磁界は
第２種の超電導体を使用するために僅かな残留反磁性に
基づき遮蔽材料から僅かしか排除されず、従って磁石の
基本磁界の有効容積の中で相応に僅かしか変化しない。
運転時に発生される傾斜磁界は超電導の放射シールドの
中に電流を誘発し、この電流はもはやジュールの損失に
よって減衰されないので、周波数応答は最も低い周波数
まではほぼ平らである。従って前記の両対策の長所がこ
の発明に基づく磁石コイル装置では実際に統合されてい
る。
長所は特に、熱的な放射シールドが同時に傾斜磁界シー
ルドとしても働くということである。その際基本磁界は
第２種の超電導体を使用するために僅かな残留反磁性に
基づき遮蔽材料から僅かしか排除されず、従って磁石の
基本磁界の有効容積の中で相応に僅かしか変化しない。
運転時に発生される傾斜磁界は超電導の放射シールドの
中に電流を誘発し、この電流はもはやジュールの損失に
よって減衰されないので、周波数応答は最も低い周波数
まではほぼ平らである。従って前記の両対策の長所がこ
の発明に基づく磁石コイル装置では実際に統合されてい
る。
補助的な長所は、磁石コイル装置の放射シールドが少な
くとも円周方向に低導電性の例えば長手方向にスリット
を切られた金属の部品例えば板金により構成できるとい
うことである。そしてかかる板金には、基本磁界磁石の
クエンチの際すなわち超電導状態から常電導状態への意
図しない移行の際にも、大きなうず電流従って力が発生
するおそれがないので有利である。
くとも円周方向に低導電性の例えば長手方向にスリット
を切られた金属の部品例えば板金により構成できるとい
うことである。そしてかかる板金には、基本磁界磁石の
クエンチの際すなわち超電導状態から常電導状態への意
図しない移行の際にも、大きなうず電流従って力が発生
するおそれがないので有利である。
別の長所は、基本磁界磁石の均質化の後に発生し時間的
に変化する外部の妨害磁界が、十分に有効容積から遠ざ
けられるということである。
に変化する外部の妨害磁界が、十分に有効容積から遠ざ
けられるということである。
この発明に基づく磁石コイル装置の有利な実施態様は請
求項２以下に記載されている。
求項２以下に記載されている。
［実施例］ 次にこの発明に基づく磁石コイル装置の複数の実施例を
示す図面により、この発明を詳細に説明する。
示す図面により、この発明を詳細に説明する。
この発明に基づく磁石コイル装置では核磁気共鳴断層撮
影設備のために用いられるような従来例（例えば前記欧
州特許出願公開第0144171号公報参照）を出発点として
いる。かかる磁石コイル装置は一般に、ｘ−ｙ−ｚ直交
座標系のｚ軸の方向に基本磁界を発生するための超電導
コイルの複数の対を備えている。この基本磁界は、その
中心点Ｍにこの座標系の座標原点が存在する撮影範囲に
おいて十分に均質である。磁石コイル装置はこの均質な
撮影範囲へ軸方向から接近できるようにすべきである。
すなわち検査すべきもの例えば人体はｚ軸に沿って磁界
範囲へ運び込まれる。それゆえに相応の磁石コイル装置
は回転対称に構成されるのが有利である。
影設備のために用いられるような従来例（例えば前記欧
州特許出願公開第0144171号公報参照）を出発点として
いる。かかる磁石コイル装置は一般に、ｘ−ｙ−ｚ直交
座標系のｚ軸の方向に基本磁界を発生するための超電導
コイルの複数の対を備えている。この基本磁界は、その
中心点Ｍにこの座標系の座標原点が存在する撮影範囲に
おいて十分に均質である。磁石コイル装置はこの均質な
撮影範囲へ軸方向から接近できるようにすべきである。
すなわち検査すべきもの例えば人体はｚ軸に沿って磁界
範囲へ運び込まれる。それゆえに相応の磁石コイル装置
は回転対称に構成されるのが有利である。
第１図において軸方向断面として部分的に示され全体に
符号２を付けられた核磁気共鳴断層撮影法のための磁界
コイル装置は、例えばｚ軸に沿って相前後して並べられ
たリンク形の六つの超電導基本磁界コイルを有する。こ
れらのコイルの各二つのコイルは座標系のｘ−ｙ軸を含
む平面Ｅに関して対称に配置されているので、基本磁界
コイルの三つの対すなわちP1、P2、P3が生じる。図には
この対称面Ｅの片側にかつｚ軸の上方に置かれた磁界コ
イル装置２の部分だけが示されている。従ってコイル対
P1はその基本磁界コイル11により、またコイル対P2は基
本磁界コイル12により、またコイル対P3は基本磁界コイ
ル13により示されている。その際磁界コイル装置の基本
磁界コイルは特に、非磁性材料から成り塊状の中空円筒
形のコイル枠４の相応の溝の中に配置することができ
る。磁界コイル装置２のコイル対P1ないしP3又はその共
通のコイル枠４により画成された円筒形の内部空間６の
中には更に、それ自体は公知の常電導傾斜磁界コイルと
常電導高周波磁界コイルとを配置できる。図には一例と
してくら形のｘ−ｙ方向の傾斜磁界コイルが示され符号
８が付けられている。例えば筒形の支持体９上に取り付
けられたこれらの傾斜磁界コイル８はほぼ室温に置かれ
るので、傾斜磁界コイルと極低温に冷却された超電導基
本磁界コイル11ないし13との間には熱遮蔽体が必要であ
る。このためにコイル枠４で囲まれ断面がリング形の真
空室15が用いられる。相応の真空容器16により閉じ込め
られたこの真空室15の中には、しばしば極低温シールド
とも呼ばれる少なくとも一つの熱的な放射シールド18が
配置され、この放射シールドはこの発明に基づき構成さ
れている。
符号２を付けられた核磁気共鳴断層撮影法のための磁界
コイル装置は、例えばｚ軸に沿って相前後して並べられ
たリンク形の六つの超電導基本磁界コイルを有する。こ
れらのコイルの各二つのコイルは座標系のｘ−ｙ軸を含
む平面Ｅに関して対称に配置されているので、基本磁界
コイルの三つの対すなわちP1、P2、P3が生じる。図には
この対称面Ｅの片側にかつｚ軸の上方に置かれた磁界コ
イル装置２の部分だけが示されている。従ってコイル対
P1はその基本磁界コイル11により、またコイル対P2は基
本磁界コイル12により、またコイル対P3は基本磁界コイ
ル13により示されている。その際磁界コイル装置の基本
磁界コイルは特に、非磁性材料から成り塊状の中空円筒
形のコイル枠４の相応の溝の中に配置することができ
る。磁界コイル装置２のコイル対P1ないしP3又はその共
通のコイル枠４により画成された円筒形の内部空間６の
中には更に、それ自体は公知の常電導傾斜磁界コイルと
常電導高周波磁界コイルとを配置できる。図には一例と
してくら形のｘ−ｙ方向の傾斜磁界コイルが示され符号
８が付けられている。例えば筒形の支持体９上に取り付
けられたこれらの傾斜磁界コイル８はほぼ室温に置かれ
るので、傾斜磁界コイルと極低温に冷却された超電導基
本磁界コイル11ないし13との間には熱遮蔽体が必要であ
る。このためにコイル枠４で囲まれ断面がリング形の真
空室15が用いられる。相応の真空容器16により閉じ込め
られたこの真空室15の中には、しばしば極低温シールド
とも呼ばれる少なくとも一つの熱的な放射シールド18が
配置され、この放射シールドはこの発明に基づき構成さ
れている。
第２図には第１図に示す磁界コイル装置２の切断線II-I
Iによる断面図が示されている。
Iによる断面図が示されている。
この発明に基づき第１図及び第２図に示された放射シー
ルド18は、高い臨界温度Tcの超電導体の第２種の超電導
材料により構成される。その際放射シールドは、基本磁
界コイル11ないし13の励磁立ち上げの際にはその臨界温
度Tcより高温でなければならない。なぜならばさもない
と強い磁束侵入により逆方向の循環電流が誘導され、こ
の電流が内部領域６の中の基本磁界を弱めるからであ
る。場合によっては励磁立ち上げ段階中に相応の温度状
態に調節するために、特別の加熱装置を放射シールドに
設けることができる。
ルド18は、高い臨界温度Tcの超電導体の第２種の超電導
材料により構成される。その際放射シールドは、基本磁
界コイル11ないし13の励磁立ち上げの際にはその臨界温
度Tcより高温でなければならない。なぜならばさもない
と強い磁束侵入により逆方向の循環電流が誘導され、こ
の電流が内部領域６の中の基本磁界を弱めるからであ
る。場合によっては励磁立ち上げ段階中に相応の温度状
態に調節するために、特別の加熱装置を放射シールドに
設けることができる。
これとは異なって、超電導基本磁界コイルの励磁立ち上
げ段階中に放射シールドを極低温源から少なくとも十分
に熱的に解放し、かかる措置の後に初めて基本磁界コイ
ルの励磁を立ち上げるようにすると特に有利である。そ
の場合シールド上の超電導被膜は基本磁界コイルの巻線
に対する二次巻線として働き、磁石内部の磁束変化がゼ
ロに留まるように二次コイルの中で磁石電流に逆向きの
電流が誘導される。超電導層の厚さは、磁石運転電流に
到達する前にその電流容量を超える電流が流れるように
寸法を選ばれるのが有利である。そのとき磁束はシール
ドの内部空間の中へ磁束跳躍の形で侵入し、その際解放
された磁気エネルギーはシールド全体を臨界温度Tc以上
に加熱し、超電導遮蔽電流が消える。従ってこの実施例
は加熱装置を別に設ける必要はないので有利である。基
本磁界コイルは最終的にその運転電流にもたらされ、放
射シールドは再び熱的に極低温源に結合される。
げ段階中に放射シールドを極低温源から少なくとも十分
に熱的に解放し、かかる措置の後に初めて基本磁界コイ
ルの励磁を立ち上げるようにすると特に有利である。そ
の場合シールド上の超電導被膜は基本磁界コイルの巻線
に対する二次巻線として働き、磁石内部の磁束変化がゼ
ロに留まるように二次コイルの中で磁石電流に逆向きの
電流が誘導される。超電導層の厚さは、磁石運転電流に
到達する前にその電流容量を超える電流が流れるように
寸法を選ばれるのが有利である。そのとき磁束はシール
ドの内部空間の中へ磁束跳躍の形で侵入し、その際解放
された磁気エネルギーはシールド全体を臨界温度Tc以上
に加熱し、超電導遮蔽電流が消える。従ってこの実施例
は加熱装置を別に設ける必要はないので有利である。基
本磁界コイルは最終的にその運転電流にもたらされ、放
射シールドは再び熱的に極低温源に結合される。
もし放射シールドが構造形式上例えば周囲との放射交換
により熱的に弱く結合されるにずぎないならば、自明の
ようにかかる熱的な切り変え過程は省略できる。
により熱的に弱く結合されるにずぎないならば、自明の
ようにかかる熱的な切り変え過程は省略できる。
励磁立ち上げ段階の終了後に、基本磁界コイルは周知の
方法で「永久短絡モード」にもたらされる。すなわち放
射シールドの中には循環するうず電流はもはや誘導され
ない。従って放射シールドが再び超電導運転状態に移行
できるように、もちろん臨界温度Tc以下でなければなら
ない運転温度に放射シールドを冷やすことができる。超
電導材料は望ましくは第２種の超電導体であるので、材
料の小さい反磁性に基づき基本磁界コイルにより発生さ
れた磁界はほんの僅かしか損なわれない。有利にも傾斜
磁界により超電導放射シールドの中に誘発されたうず電
流の減衰も生じない。
方法で「永久短絡モード」にもたらされる。すなわち放
射シールドの中には循環するうず電流はもはや誘導され
ない。従って放射シールドが再び超電導運転状態に移行
できるように、もちろん臨界温度Tc以下でなければなら
ない運転温度に放射シールドを冷やすことができる。超
電導材料は望ましくは第２種の超電導体であるので、材
料の小さい反磁性に基づき基本磁界コイルにより発生さ
れた磁界はほんの僅かしか損なわれない。有利にも傾斜
磁界により超電導放射シールドの中に誘発されたうず電
流の減衰も生じない。
例えばNbTi又はNb3Sn超電導体から成るようなヘリウム
冷却された超電導磁界コイルの放射シールドは、一般に
20Kないし80Kの温度レベルにある。放射シールドはヘリ
ウム排出ガスまたは液体窒素により直接冷却される。シ
ールドの端面を磁界コイルの相応に低温の部分に熱的に
結合することも可能である。それゆえにこの発明に基づ
く放射シールドの構成に対しては、高臨界温度Tcを有す
るMe1-Me2-Cu−０をベースとした酸化金属化合物から成
る超電導体が特に有利に適している（例えば「フィジッ
クス トゥデイ（Physics Today）」、1987年４月、第1
7〜23ページ参照）・その際Me1は例えばLa又はＹのよう
な特殊な希土類であり、一方Me2はBa、Sr又はCaのよう
な特殊なアルカリ土金属である。例えばＹ−Ba-Cu−０
の系に対しては90Kの臨界温度が観察されている（「ア
メリカ化学学会誌（Journal of the American Chemical
Society）」、第109巻、第９号、1987年、第2848〜284
9ページ参照）。その際この材料の超電導相は酸化物セ
ラミックに類似した構造を有するので、この超電導体は
セラミック超電導体とも呼ばれる。この高臨界温度超電
導体は外部磁界の中で第２種の周知の超電導体に相当す
る挙動を示し、すなわちこの超電導体は磁界強さを下側
の臨界値Hc1までしか遮蔽しない。これに反してHc1と上
側の臨界値Hc2との間の臨界強さに対しては、超電導特
性が破壊されることなく外部磁界が超電導体の中へ侵入
できる。Hc2を超える磁界強さのときに初めて、常電導
状態が強制的に作られる。
冷却された超電導磁界コイルの放射シールドは、一般に
20Kないし80Kの温度レベルにある。放射シールドはヘリ
ウム排出ガスまたは液体窒素により直接冷却される。シ
ールドの端面を磁界コイルの相応に低温の部分に熱的に
結合することも可能である。それゆえにこの発明に基づ
く放射シールドの構成に対しては、高臨界温度Tcを有す
るMe1-Me2-Cu−０をベースとした酸化金属化合物から成
る超電導体が特に有利に適している（例えば「フィジッ
クス トゥデイ（Physics Today）」、1987年４月、第1
7〜23ページ参照）・その際Me1は例えばLa又はＹのよう
な特殊な希土類であり、一方Me2はBa、Sr又はCaのよう
な特殊なアルカリ土金属である。例えばＹ−Ba-Cu−０
の系に対しては90Kの臨界温度が観察されている（「ア
メリカ化学学会誌（Journal of the American Chemical
Society）」、第109巻、第９号、1987年、第2848〜284
9ページ参照）。その際この材料の超電導相は酸化物セ
ラミックに類似した構造を有するので、この超電導体は
セラミック超電導体とも呼ばれる。この高臨界温度超電
導体は外部磁界の中で第２種の周知の超電導体に相当す
る挙動を示し、すなわちこの超電導体は磁界強さを下側
の臨界値Hc1までしか遮蔽しない。これに反してHc1と上
側の臨界値Hc2との間の臨界強さに対しては、超電導特
性が破壊されることなく外部磁界が超電導体の中へ侵入
できる。Hc2を超える磁界強さのときに初めて、常電導
状態が強制的に作られる。
かかる高臨界温度超電導体の材料を用いてこの発明に基
づき放射シールドを構成する。相応の放射シールドの一
部が第３図に断面として示され符号18aが付けられてい
る。このシールドは主として例えば合金鋼から成る薄壁
の多数の管から集成されている。これらの管は相互に軸
方向（ｚ方向）に平行して延び、周方向に見て相互に密
接して並んでいる。しかしながら望ましくはこれらの管
は相互に絶縁されるべきである。このために図示の実施
例では、個々の管が薄い管形の支持体上に電気的に絶縁
して載せられ例えば接着されている。管20相互及び管形
の支持体21に対する電気絶縁を保証する相応の接着剤層
は、図において符号23が付けられている。こうして長手
方向にスリットのある構造が生じ、この構造が基本磁界
磁石のクエンチの場合に大きいうず電流従って力を発生
させない。そして薄い管形の支持体21の表面上には薄い
超電導槽24又は薄い被膜又は超電導材料から成る相応の
別の薄い構造がかぶせられている。例えばヘリウム排出
ガス又は液体窒素のような冷却管を貫流する冷媒が、磁
石装置の運転状態において層24の超電導特性を維持する
ために用いられる。励磁立ち上げ段階に対しては、層24
の常電導性がこの段階で保証できるように、図示されて
いない加熱装置を補助的に放射シールド18aに取り付け
ることができる。かかる加熱装置は例えばこの段階中に
管20を貫流する媒体とすることもでき、層24を臨界温度
Tcを超えて加熱するためにこの媒体温度は十分に高い。
しかしながら超電導層24の寸法を相応に選択して、層の
中に誘導された遮蔽電流が層24の電流容量を超えて流れ
るようにすれば、かかる特別の加熱装置を省略できるの
で有利である。
づき放射シールドを構成する。相応の放射シールドの一
部が第３図に断面として示され符号18aが付けられてい
る。このシールドは主として例えば合金鋼から成る薄壁
の多数の管から集成されている。これらの管は相互に軸
方向（ｚ方向）に平行して延び、周方向に見て相互に密
接して並んでいる。しかしながら望ましくはこれらの管
は相互に絶縁されるべきである。このために図示の実施
例では、個々の管が薄い管形の支持体上に電気的に絶縁
して載せられ例えば接着されている。管20相互及び管形
の支持体21に対する電気絶縁を保証する相応の接着剤層
は、図において符号23が付けられている。こうして長手
方向にスリットのある構造が生じ、この構造が基本磁界
磁石のクエンチの場合に大きいうず電流従って力を発生
させない。そして薄い管形の支持体21の表面上には薄い
超電導槽24又は薄い被膜又は超電導材料から成る相応の
別の薄い構造がかぶせられている。例えばヘリウム排出
ガス又は液体窒素のような冷却管を貫流する冷媒が、磁
石装置の運転状態において層24の超電導特性を維持する
ために用いられる。励磁立ち上げ段階に対しては、層24
の常電導性がこの段階で保証できるように、図示されて
いない加熱装置を補助的に放射シールド18aに取り付け
ることができる。かかる加熱装置は例えばこの段階中に
管20を貫流する媒体とすることもでき、層24を臨界温度
Tcを超えて加熱するためにこの媒体温度は十分に高い。
しかしながら超電導層24の寸法を相応に選択して、層の
中に誘導された遮蔽電流が層24の電流容量を超えて流れ
るようにすれば、かかる特別の加熱装置を省略できるの
で有利である。
薄い管形の支持体21は、例えば鋼又はプラスチックから
なる低導電性の板から構成できる。場合によっては相互
に機械的に結合された冷却管20が十分に自己安定性の円
筒構造であるときには、管形の支持体21を省略すること
も可能である。この場合には中空円筒の内面上に薄い超
電導層24が直接被覆されるのが有利である。
なる低導電性の板から構成できる。場合によっては相互
に機械的に結合された冷却管20が十分に自己安定性の円
筒構造であるときには、管形の支持体21を省略すること
も可能である。この場合には中空円筒の内面上に薄い超
電導層24が直接被覆されるのが有利である。
良導電性かつ良伝熱性の例えばアルミニウムから成りス
リットを切られていない従来の放射シールドを、支持体
として特別な超電導材料により被覆することも考えられ
る。しかしそのときには特に、基本磁界磁石のクエンチ
の際のシールドの中のうず電流に基づく力が小さいとい
う長所がなくなる。
リットを切られていない従来の放射シールドを、支持体
として特別な超電導材料により被覆することも考えられ
る。しかしそのときには特に、基本磁界磁石のクエンチ
の際のシールドの中のうず電流に基づく力が小さいとい
う長所がなくなる。
第４図には、長手方向にスリットを切られたこの発明に
基づく放射シールドの別の実施例が第３図に相応する図
で示されている。符号18bを付けられたこの放射シール
ドは、周方向に見て重なり相互に電気的に絶縁された金
属テープ26から集成され、これらの金属テープは管形の
構造となるように電気絶縁材27により結合されている。
その際発生した熱負荷を軸方向（ｚ方向）に放射シール
ドの端面へ導き出すことができるように、金属テープ26
を良伝熱性の材料から作られなければならない。端面で
は金属テープは磁界コイル装置の相応に低温の部分に熱
的に結合されている。この管形構造の表面上には、ここ
でも適切な高臨界温度超電導材料から成る超電導層24が
析出されている。
基づく放射シールドの別の実施例が第３図に相応する図
で示されている。符号18bを付けられたこの放射シール
ドは、周方向に見て重なり相互に電気的に絶縁された金
属テープ26から集成され、これらの金属テープは管形の
構造となるように電気絶縁材27により結合されている。
その際発生した熱負荷を軸方向（ｚ方向）に放射シール
ドの端面へ導き出すことができるように、金属テープ26
を良伝熱性の材料から作られなければならない。端面で
は金属テープは磁界コイル装置の相応に低温の部分に熱
的に結合されている。この管形構造の表面上には、ここ
でも適切な高臨界温度超電導材料から成る超電導層24が
析出されている。
上記の全ての実施例において、超電導層を管形の支持体
の外面上にではなく内面上に配置することは有利であ
る。すなわちそのときは傾斜磁界が最初に支持体の金属
を貫いて広がる必要はない。もし貫いて広がれば高い傾
斜磁界運転周波数では熱蓄積が発生するであろう。
の外面上にではなく内面上に配置することは有利であ
る。すなわちそのときは傾斜磁界が最初に支持体の金属
を貫いて広がる必要はない。もし貫いて広がれば高い傾
斜磁界運転周波数では熱蓄積が発生するであろう。
第３図及び第４図の超電導層24の第５図に示した平面図
から明らかなように、この層を必ずしも平面状に構成す
る必要はない。それどころか方形又は菱形又はリング形
の網目28を備えた網構造24aも採用可能であり、網目は
特に均一である必要はない・。この網目の大きさは極小
からほぼ手のひらの大きさとすることができる。その際
まさに傾斜磁界コイルにより発生された磁束が基本磁界
コイルの方向へ貫通するのを阻止するような大きさの円
電流が網目の中で発生するように、網目28の寸法と形状
が選ばれる。
から明らかなように、この層を必ずしも平面状に構成す
る必要はない。それどころか方形又は菱形又はリング形
の網目28を備えた網構造24aも採用可能であり、網目は
特に均一である必要はない・。この網目の大きさは極小
からほぼ手のひらの大きさとすることができる。その際
まさに傾斜磁界コイルにより発生された磁束が基本磁界
コイルの方向へ貫通するのを阻止するような大きさの円
電流が網目の中で発生するように、網目28の寸法と形状
が選ばれる。
網構造24aに対して特に特殊な超電導材料から或る線又
は帯が使用されるときには、線又は帯が節でつまり重な
り部分でできる限り良導電性に結合されるべきである。
このことは例えば圧着又は超音波溶接又は超電導ろうに
よるろう付け又はこれらの手段の組み合わせにより行う
ことができる。これにふさわしい結合技術は一般に磁石
製作の際の超電導体の結合に対して知られている。
は帯が使用されるときには、線又は帯が節でつまり重な
り部分でできる限り良導電性に結合されるべきである。
このことは例えば圧着又は超音波溶接又は超電導ろうに
よるろう付け又はこれらの手段の組み合わせにより行う
ことができる。これにふさわしい結合技術は一般に磁石
製作の際の超電導体の結合に対して知られている。
第５図に示す網構造24aと並んで、放射シールドを特別
の超電導材料から成り前もって加工された個々の要素を
用いて平面状に設けることも可能である。相応の実施例
は第６図に平面図として示されている。この図から分か
るように、個々の面要素30を備えた特別の超電導材料か
ら成る層状又は被膜状の構造24bが形成される。この構
造は必ずしも相互に導電性に結合される必要なない。図
示の実施例では個々の要素30の間に図では誇張して幅広
く描かれた狭い絶縁性の中間空間31が存在するようにし
ている。しかしその代わりに面要素を相互に導電結合せ
ずに狭い縁のすじで重なるように面要素を配置すること
もできる。このことは特別に良好な遮蔽効果を得ようと
するときに有利である。個々の面要素30は例えば、周知
の超電導高臨界温度材料に対する支持体として適した基
板から成るほぼ手のひらの大きさの板を用いて構成でき
る。その際基板材料として特にAl2O3、ZrO2、MgO又は望
ましくはSrTiO3が使用可能である（例えば「アプライド
フィジックス レーターズ（Applied Physics Letter
s）」、第51巻、第11号、1987年９月14日、第852〜854
ページ参照）。これと並んで箔材料の相応の被覆も基板
として実用可能である。特別の超電導材料による被覆工
程の後に、そのようにして得られた面要素30が放射シー
ルドの内面又は外面上に例えば接着により取り付けられ
る。
の超電導材料から成り前もって加工された個々の要素を
用いて平面状に設けることも可能である。相応の実施例
は第６図に平面図として示されている。この図から分か
るように、個々の面要素30を備えた特別の超電導材料か
ら成る層状又は被膜状の構造24bが形成される。この構
造は必ずしも相互に導電性に結合される必要なない。図
示の実施例では個々の要素30の間に図では誇張して幅広
く描かれた狭い絶縁性の中間空間31が存在するようにし
ている。しかしその代わりに面要素を相互に導電結合せ
ずに狭い縁のすじで重なるように面要素を配置すること
もできる。このことは特別に良好な遮蔽効果を得ようと
するときに有利である。個々の面要素30は例えば、周知
の超電導高臨界温度材料に対する支持体として適した基
板から成るほぼ手のひらの大きさの板を用いて構成でき
る。その際基板材料として特にAl2O3、ZrO2、MgO又は望
ましくはSrTiO3が使用可能である（例えば「アプライド
フィジックス レーターズ（Applied Physics Letter
s）」、第51巻、第11号、1987年９月14日、第852〜854
ページ参照）。これと並んで箔材料の相応の被覆も基板
として実用可能である。特別の超電導材料による被覆工
程の後に、そのようにして得られた面要素30が放射シー
ルドの内面又は外面上に例えば接着により取り付けられ
る。
第１図はこの発明に基づく磁界コイル装置の一実施例の
四半部を示す軸方向断面図、第２図は第１図に示す磁界
コイル装置の切断線II-IIによる部分横断面図、第３図
及び第４図はそれぞれ第２図に示す放射シールドの異な
る実施例の拡大部分断面図、第５図及び第６図はそれぞ
れ第２図に示す超電導層の異なる実施例の拡大部分平面
図である。 ２……磁界コイル装置 ８……傾斜磁界コイル 11ないし13……基本磁界コイル 18、18a、18b……放射シールド 20……冷媒管 24、24a、24b……超電導層 26……金属テープ 28……網目 30……面要素
四半部を示す軸方向断面図、第２図は第１図に示す磁界
コイル装置の切断線II-IIによる部分横断面図、第３図
及び第４図はそれぞれ第２図に示す放射シールドの異な
る実施例の拡大部分断面図、第５図及び第６図はそれぞ
れ第２図に示す超電導層の異なる実施例の拡大部分平面
図である。 ２……磁界コイル装置 ８……傾斜磁界コイル 11ないし13……基本磁界コイル 18、18a、18b……放射シールド 20……冷媒管 24、24a、24b……超電導層 26……金属テープ 28……網目 30……面要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 33/3815 Ｈ０１Ｆ 6/00 ＺＡＡ
Claims (14)
- 【請求項１】均質な基本磁界を発生させるための超電導
コイルと、傾斜磁界を形成するために基本磁界コイルに
より周囲を画成された内部空間の中に置かれた常電導コ
イルと、導電性かつ伝熱性の材料から成り傾斜磁界コイ
ルと超電導基本磁界コイルとの間に配置され冷却された
少なくとも一つの放射シールドとを備えた核磁気共鳴断
層撮影設備の磁石コイル装置において、放射シールド
（18、18a、18b）が高温超電導体の第２種の超電導材料
を含み、この材料が基本磁界コイル（11ないし13）の励
磁立ち上げ過程では常電導状態にあり、磁石コイル装置
（２）の正常な運転状態中は超電導状態にあることを特
徴とする核磁気共鳴断層撮影設備の磁石コイル装置。 - 【請求項２】超電導材料が薄い層（24、24a、24b）又は
薄い被膜として放射シールド（18、18a、18b）の内面又
は外面上にかぶせられていることを特徴とする請求項１
記載の磁石コイル装置。 - 【請求項３】放射シールド（18、18a、18b）の超電導層
（24a）又は超電導被膜が網目状に構成されていること
を特徴とする請求項２記載の磁石コイル装置。 - 【請求項４】網目（28）が、相互に良導電性に結合され
た超電導の線又は帯から形成されていることを特徴とす
る請求項３記載の磁石コイル装置。 - 【請求項５】放射シールド（18、18a、18b）の超電導層
（24b）又は超電導被膜が、前もって加工された多数の
面要素（30）から集成されていることを特徴とする請求
項２記載の磁石コイル装置。 - 【請求項６】超電導層（24b）又は超電導被膜の面要素
（30）が、超電導材料により被覆された板又は箔である
ことを特徴とする請求項５記載の磁石コイル装置。 - 【請求項７】面要素（30）が狭い縁のすじで重なってい
ることを特徴とする請求項５又は６記載の磁石コイル装
置。 - 【請求項８】放射シールド（18、18a、18b）が基本磁界
コイル（11ないし13）の励磁立ち上げ過程では超電導材
料をその臨界温度（Tc）を超えて加熱するための加熱装
置を備えていることを特徴とする請求項１ないし７の一
つに記載の磁石コイル装置。 - 【請求項９】基本磁界コイル（11ないし13）の励磁立ち
上げ過程中に運転電流に到達する前に、超電導材料の臨
界電流容量を超える電流が流れるように、超電導材料の
寸法が選ばれていることを特徴とする請求項１ないし７
の一つに記載の磁石コイル装置。 - 【請求項１０】基本磁界コイル（11ないし13）の励磁立
ち上げ過程では、運転状態時に放射シールドを冷却する
装置から放射シールド（18、18a、18b）を熱的に解放す
るための手段が用いられることを特徴とする請求項１な
いし９の一つに記載の磁石コイル装置。 - 【請求項１１】放射シールド（18、18a、18b）がその金
属部品の長手方向にスリットを切られた構造を有するこ
とを特徴とする請求項１ないし10の一つに記載の磁石コ
イル装置。 - 【請求項１２】放射シールド（18a）が薄壁の冷媒管（2
0）を備え、これらの管がシールドの軸方向に相互に平
行にかつ相互に低導電性に配置されていることを特徴と
する請求項１ないし11の一つに記載の磁石コイル装置。 - 【請求項１３】放射シールド（18b）が良伝熱性の材料
から成る薄い金属テープ（26）を備え、これらの金属テ
ープがシールドの軸方向に相互に平行に配置されかつシ
ールドの周方向に見て重なり、その際これらの金属テー
プが相互に電気的に絶縁されていることを特徴とする請
求項１ないし11の一つに記載の磁石コイル装置。 - 【請求項１４】超電導材料が超電導のＹ−Ba−Cu−Ｏ相
を含むことを特徴とする請求項１ないし13の一つに記載
の磁石コイル装置。
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