特開 2024-53665 超電導磁石、および磁気共鳴イメージング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053665

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】超電導磁石、および磁気共鳴イメージング装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20240409BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20240409BHJP

   G01R 33/3815 20060101ALI20240409BHJP

   H01F 6/00 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 331

G01N24/00 600C

G01R33/3815

H01F6/00 160

H01F6/00 180

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160010

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山城 大

(72)【発明者】

【氏名】田邉 肇

(72)【発明者】

【氏名】出丸 俊樹

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AB42

4C096AD08

4C096CA02

4C096CA54

4C096CA70

(57)【要約】

【課題】消磁および励磁において冷媒の消費を低減可能な超電導磁石を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る超電導コイルと、複数の永久電流スイッチと、ヒーターと、熱伝導体と、を備える。超電導コイルは、静磁場を発生する。複数の永久電流スイッチは、前記超電導コイルと電気的に接続される。ヒーターは、前記複数の永久電流スイッチのうち少なくとも一つの永久電流スイッチの内部に設けられる。熱伝導体は、前記複数の永久電流スイッチにおいて隣接する２つの永久電流スイッチの間に設けられ、前記複数の永久電流スイッチのうち前記ヒーターにより常電導化された一方の永久電流スイッチによる自己発熱を他方の永久電流スイッチに熱伝導可能である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

静磁場を発生する超電導コイルと、
前記超電導コイルと電気的に接続された複数の永久電流スイッチと、
前記複数の永久電流スイッチのうち少なくとも一つの永久電流スイッチの内部に設けられたヒーターと、
前記複数の永久電流スイッチにおいて隣接する２つの永久電流スイッチの間に設けられ、前記複数の永久電流スイッチのうち前記ヒーターにより常電導化された一方の永久電流スイッチによる自己発熱を他方の永久電流スイッチに熱伝導可能な熱伝導体と、
を備える超電導磁石。

【請求項2】

前記熱伝導体は、金属により構成される、
請求項１に記載の超電導磁石。

【請求項3】

前記金属は、半田である、
請求項２に記載の超電導磁石。

【請求項4】

前記超電導コイルと前記複数の永久電流スイッチとは、超電導状態に関する冷媒に浸漬され、
前記超電導状態において、前記複数の永久電流スイッチと前記超電導コイルとは閉回路を形成する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超電導磁石。

【請求項5】

請求項４に記載の超電導磁石と、
前記静磁場の励磁および消磁において、前記閉回路に電気的に接続される静磁場電源と、
前記ヒーターへの電流の供給および前記供給の停止を制御する電流制御部と、
を備える磁気共鳴イメージング装置。

【請求項6】

前記励磁および消磁において、前記静磁場電源と並列に前記閉回路に電気的に接続され、前記閉回路における抵抗を検出する抵抗検出部をさらに備え、
前記ヒーターは、前記複数の永久電流スイッチ各々に設けられ、
前記電流制御部は、前記抵抗の値に応じて前記他方の永久電流スイッチにおける前記ヒーターへの電流の供給を制御する、
請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超電導磁石、および磁気共鳴イメージング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超電導磁石の励磁および消磁の実施時において、外部電源から超電導磁石に電流が掃引される。このとき、超電導コイルに対して超電導回路にて並列接続された永久電流スイッチ（Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈ：以下、ＰＣＳと呼ぶ）は、一時的に常電導化させられる。比較的一般的な熱式ＰＣＳでは、ＰＣＳに内蔵されたヒーターへ通電、発熱させることで、ＰＣＳを常電導化・維持する方式が採用されている。

【0003】

超電導磁石は、液体ヘリウムなどの冷媒に浸漬されている。また、ＰＣＳも同様に冷媒に浸漬されている。励磁および消磁の実施時には、常電導化したＰＣＳにも電流が流れる。このため、ＰＣＳは、自己発熱する。この結果、ＰＣＳの自己発熱とヒーターの発熱とにより液体ヘリウムは、気化して、超電導磁石の外部へ排出される。ＰＣＳの自己発熱を抑制のするため、ＰＣＳを複数個直列接続して合成抵抗を高める施策がある。一方で、ＰＣＳの個数が増えるほど、ＰＣＳの内蔵されたヒーターの個数も増える。このため、ヒーターの総発熱量が増えて、液体ヘリウムの消費に増大することがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１６７８２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、消磁および励磁において冷媒の消費を低減可能な超電導磁石を提供することにある。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る超電導磁石は、超電導コイルと、複数のＰＣＳと、ヒーターと、熱伝導体と、を備える。超電導コイルは、静磁場を発生する。複数のＰＣＳは、前記超電導コイルと電気的に接続される。ヒーターは、前記複数のＰＣＳのうち少なくとも一つのＰＣＳの内部に設けられる。熱伝導体は、前記複数のＰＣＳにおいて隣接する２つのＰＣＳの間に設けられ、前記複数のＰＣＳのうち前記ヒーターにより常電導化された一方のＰＣＳによる自己発熱を他方のＰＣＳに熱伝導可能である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の一例を示す図。

【図2】図２は、実施形態に係るＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）の断面の一例を示す図。

【図3】図３は、実施形態に係る電流供給制御処理の手順の一例を示すフローチャート。

【図4】図４は、実施形態に係り、１並列および２直列の２つのＰＣＳを有する超電導磁石の励磁および消磁の実行時における閉回路および閉回路に関する構成要素の一例を示す図。

【図5】図５は、実施形態の変形例に係り、ＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）の断面の一例を示す図。

【図6】図６は、実施形態の変形例に係り、２並列および３直列の６つのＰＣＳを有する超電導磁石の励磁および消磁の実行時における閉回路および閉回路に関する構成要素の一例を示す図。

【図7】図７は、実施形態の応用例に係り、ＭＲＩ装置とともに、電流制御装置の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、超電導磁石および磁気共鳴イメージング装置の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明は適宜省略する。実施形態における機能は、磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：以下、ＭＲＩと呼ぶ）装置に限定されず、例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：陽電子放出コンピュータ断層撮影）－ＭＲＩ装置、ＳＰＥＣＴ（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出コンピュータ断層撮影）－ＭＲＩ装置などにより実現されてもよい。

【0009】

（実施形態）
図１は、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の一例を示す図である。図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、超電導磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路（寝台制御部）１０９と、送信回路１１３と、送信コイル１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、撮像制御回路（収集部）１２１と、システム制御回路（システム制御部）１２と、記憶装置１２５と、コンソール７０と、静磁場電源（外部電源ともいう）１３０と、ヒーター電源１３１と、抵抗検出器１３２と、を備える。

【0010】

なお、ヒーター電源１３１は、外部電源１３０に統合されてもよい。このとき、外部電源１３０は、超電導磁石１０１に電流を供給することの機能のほかに、ヒーター電源１３１としても機能する。また、静磁場電源１３０と、ヒーター電源１３１と、抵抗検出器１３２とは、ＭＲＩ装置１００とは別途設けられた電流制御装置に搭載されてもよい。この場合の機能構成等については応用例において説明する。

【0011】

超電導磁石１０１は、中空の略円筒状に形成された磁石である。超電導磁石１０１は、内部の空間に略一様な静磁場を発生する。超電導磁石１０１は、例えば、静磁場を発生する超電導コイルと、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈ：永久電流スイッチ）ユニット（またはＰＣＳモジュール）とを有する。ＰＣＳユニットは、超電導コイルと電気的に接続された複数のＰＣＳと、複数のＰＣＳのうち少なくとも一つのＰＣＳの内部に設けられたヒーターとを有する。以下、説明を具体的にするために、複数のＰＣＳスイッチは、２つ（第１ＰＣＳおよび第２ＰＣＳ）であるものとして説明する。なお、複数のＰＣＳスイッチは、２つに限定されない。一例として、複数のＰＣＳスイッチが３つである場合については、応用例において説明する。

【0012】

超電導磁石１０１は、励磁モードでは静磁場電源１３０から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場電源１３０は、超電導コイルから切り離される。すなわち、超電導磁石１０１が超電導状態である場合、すなわち超電導状態において、複数のＰＣＳスイッチと超電導コイルとは閉回路を形成する。超電導磁石１０１では、例えば、液体ヘリウムなどの冷媒によって超電導コイルが極低温に冷却されている。すなわち、超電導コイルと複数のＰＣＳとは、超電導状態に関する冷媒に浸漬されている。

【0013】

図２は、ＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）８０の断面の一例を示す図である。図２に示すように、超電導磁石１０１における第１ＰＣＳ１０および第２ＰＣＳ２０は、互いに隣接して配置される。すなわち、図２に示すように、第２ＰＣＳ２０は、第１ＰＣＳ１０の片側面に配置される。図２に示すように、超電導磁石１０１における第１ＰＣＳ１０および第２ＰＣＳ２０は、断熱材で形成された巻芯１に超電導線２とヒーター線３とが巻き付けられている。すなわち、図２に示すように、ヒーター線３は、超電導線２にとともに巻線し、超電導線２に近接させた構造を有する。これにより、ヒーター線３で発生された熱は、効率よく超電導線２に伝熱させることができる。ヒーター線３は、ヒーターの一例である。図２ではヒーター３は、複数のＰＣＳ各々に設けられているが、特定のＰＣＳ（第１ＰＣＳ１０）に設けられてもよい。

【0014】

また、第１ＰＣＳ１０の側面および第２ＰＣＳ２０の側面は、伝熱板５と外筒６で構成される。第１ＰＣＳ１０および第２ＰＣＳ２０において、巻芯１と超電導線２とヒーター線３と伝熱板５と外筒６とによる隙間部分には、図２に示すように、モールド用樹脂材４が充填される。

【0015】

また、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０とが電気的に接続される場合、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０とは、側面で隣接するように配置される。このとき、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０との境界面の隙間部分は、熱伝導体７が満たされる。すなわち、熱伝導体７は、複数のＰＣＳにおいて隣接する２つのＰＣＳの間に設けられる。このとき、熱伝導体７は、複数のＰＣＳのうちヒーター線（ヒータ）３により常電導化された一方のＰＣＳによる自己発熱を、他方のＰＣＳに熱伝導可能である。換言すれば、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳとは、熱伝導体７を介して熱的に接続された構造となる。

【0016】

熱伝導体７は、例えば、金属により構成される。なお、熱伝導体７は、金属に限定されず、既知の熱伝導材料であれば、任意の材質が適用可能である。また、熱伝導体７としての金属は、例えば、半田である。なお、金属は半田に限定されず、熱伝導性を有すれば、他の金属であってもよい。熱伝導体７が半田である場合、上記隙間部分には、熱伝導体７として半田が充填される。

【0017】

図２に示すように、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０との境界面に対向する他の側面には、断熱材８が配置される。断熱材８は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ－Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ：ＧＦＲＰ）である。なお、断熱材８は、ＧＦＲＰ材に限定されず、他の既知の材料が用いられてもよい。

【0018】

以上のことから、第１ＰＣＳ１０および第２ＰＣＳ２０において、少なくとも両者のＰＣＳが隣接する側面は、高い熱伝導性を有する熱伝導体７（金属）で構成され、巻芯１と外枠（例えば、断熱材８および外筒６）は、低い熱伝導性の絶縁材で構成される。これにより、隣接する第１ＰＣＳ１０および第２ＰＣＳ２０は、互いに効率よく伝熱する。

【0019】

傾斜磁場コイル１０３は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、円筒形の冷却容器の内面側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。傾斜磁場コイル１０３によって発生されるＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場および周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）を形成する。スライス選択用傾斜磁場は、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴信号（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号と呼ぶ）の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。

【0020】

傾斜磁場電源１０５は、撮像制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

【0021】

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。

【0022】

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路である。寝台制御回路１０９は、入出力インターフェース１７を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向、場合によっては左右方向へ移動させる。

【0023】

送信回路１１３は、撮像制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数で変調された高周波パルスを送信コイル１１５に供給する。例えば、送信回路１１３は、発振部や位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、ＲＦアンプなどを有する。発振部は、静磁場中における対象原子核に固有の共鳴周波数のＲＦパルスを発生する。位相選択部は、発振部によって発生したＲＦパルスの位相を選択する。周波数変換部は、位相選択部から出力されたＲＦパルスの周波数を変換する。振幅変調部は、周波数変換部から出力されたＲＦパルスの振幅を例えばｓｉｎｃ関数に従って変調する。ＲＦアンプは、振幅変調部から出力されたＲＦパルスを増幅して送信コイル１１５に供給する。

【0024】

送信コイル１１５は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイルである。送信コイル１１５は、送信回路１１３からの出力に応じて、高周波磁場に相当するＲＦパルスを発生する。

【0025】

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。以下、説明を具体的にするために、受信コイル１１７は、複数のコイルエレメントを有するコイルアレイとして説明する。

【0026】

なお、受信コイル１１７は、一つのコイルエレメントにより構成されてもよい。また、図１において送信コイル１１５と受信コイル１１７とは別個のＲＦコイルとして記載されているが、送信コイル１１５と受信コイル１１７とは、一体化された送受信コイルとして実施されてもよい。送受信コイルは、被検体Ｐの撮像部位に対応し、例えば、頭部コイルのような局所的な送受信ＲＦコイルである。

【0027】

受信回路１１９は、撮像制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタルのＭＲ信号としての磁気共鳴データ（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換して、ＭＲデータを生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータを、撮像制御回路１２１に出力する。例えば、ＭＲデータは、コイルエレメントごとに生成され、コイルエレメントを識別するタグとともに、撮像制御回路１２１に出力される。

【0028】

撮像制御回路１２１は、処理回路１５から出力された撮像プロトコルに従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３及び受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。撮像プロトコルは、検査の種類に応じたパルスシーケンスを有する。撮像プロトコルには、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１３により送信コイル１１５に供給される高周波パルスの大きさや時間幅、送信回路１１３により送信コイル１１５に高周波パルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。撮像制御回路１２１は、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３及び受信回路１１９等を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１１９からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを画像処理装置１等へ転送する。

【0029】

撮像制御回路１２１は、例えばプロセッサにより実現される。撮像制御回路１２１は、上記処理内容を実現するプログラムをメモリ１３から読みだして実行することで、当該処理内容に関する各機能を実現する。撮像制御回路１２１は、撮像制御部に対応する。上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムをメモリ１３から読み出して実行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。

【0030】

上記「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

【0031】

プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサはメモリ１３に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがＡＳＩＣである場合、メモリ１３にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。また、単一の記憶回路が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路は個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

【0032】

記憶装置１２５は、システム制御回路１２において実行される各種プログラム、各種撮像プロトコル、撮像プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１２５は、例えば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、光ディスク等である。また、記憶装置１２５は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭドライブやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）ドライブ、フラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。なお、記憶装置１２５に記憶されるデータは、メモリ１３に記憶されてもよい。このとき、メモリ１３は、記憶装置１２５の代替として機能する。

【0033】

コンソール７０は、通信インターフェース１１と、システム制御回路１２と、メモリ１３と、処理回路１５と、入出力インターフェース１７とを有する。図１に示すように、コンソール７０において、通信インターフェース１１と、システム制御回路１２と、メモリ１３と、処理回路１５とはバスにより電気的に接続されている。図１に示すように、コンソール７０は、通信インターフェース１１を介して、ネットワークに接続されている。ネットワークには、例えば、各種モダリティや、ＨＩＳ、放射線情報システム（ＲＩＳ：Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）等の医療機関内の情報処理システムと互いに通信可能に接続される。なお、コンソール７０は、静磁場電源１３０、ヒーター電源１３１、および抵抗検出器１３２を備えていてもよい。

【0034】

通信インターフェース１１は、例えば、被検体Ｐに対する検査において当該被検体Ｐを撮像する各種モダリティや、病院情報システム（Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ＨＩＳ）、医用画像管理システム（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＰＡＣＳ）などとの間でデータ通信を行う。通信インターフェース１１と各種モダリティおよび病院情報システムとの通信の規格は、如何なる規格であっても良いが、例えば、ＨＬ７（Ｈｅａｌｔｈ Ｌｅｖｅｌ ７）、ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、又はその両方等が挙げられる。

【0035】

システム制御回路１２は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ等を有し、システム制御機能によりＭＲＩ装置１００を制御する。具体的には、システム制御回路１２は、記憶装置１２５に記憶されたシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って本ＭＲＩ装置１００の各回路を制御する。

【0036】

例えば、システム制御回路１２は、入出力インターフェース１７を介して操作者から入力された撮像条件に基づいて、撮像プロトコルを記憶装置１２５から読み出す。システム制御回路１２は、撮像プロトコルを撮像制御回路１２１に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。システム制御回路１２は、例えばプロセッサにより実現される。なお、システム制御回路１２は、処理回路１５に組み込まれてもよい。このとき、システム制御機能は処理回路１５により実行され、処理回路１５は、システム制御回路１２の代替として機能する。システム制御回路１２は、システム制御部に対応する。

【0037】

メモリ１３は、種々の情報を記憶する記憶回路により実現される。例えば、メモリ１３は、ＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ１３は、記憶部に相当する。なお、メモリ１３は、ＨＤＤやＳＳＤ等以外にも、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの光学ディスク、可搬性記憶媒体や、ＲＡＭ等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。メモリ１３は、処理回路１５により実現される画像生成機能１５１および電流制御機能１５３を、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶する。メモリ１３は、画像生成機能１５１により生成された画像データを記憶する。

【0038】

処理回路１５は、コンソール７０の全体の制御を行う。処理回路１５は、上述のプロセッサなどにより実現される。処理回路１５は、画像生成機能１５１および電流制御機能１５３などを備える。画像生成機能１５１および電流制御機能１５３をそれぞれ実現する処理回路１５は、画像生成部および電流制御部に相当する。画像生成機能１５１および電流制御機能１５３などの各機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１３に記憶されている。例えば、処理回路１５は、プログラムをメモリ１３から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１５は、画像生成機能１５１および電流制御機能１５３などの各機能を有することとなる。

【0039】

処理回路１５は、画像生成機能１５９により、ＭＲデータに基づいて、ＭＲ画像を生成する。例えば、画像生成機能１５１は、ｋ空間に配置されたＭＲデータ対してフーリエ変換を実行することで、ＭＲ画像を生成する。ＭＲ画像の生成としては、既知の処理が適用可能であるため、説明は省略する。画像生成機能１５９は、生成されたＭＲ画像を、メモリ１３に記憶させる。

【0040】

処理回路１５は、電流制御機能１５３により、第１ＰＣＳ１０に内蔵された第１ヒーターと第２ＰＣＳ２０に内蔵された第２ヒーターとへの電流の供給および当該電流の供給の停止を制御する。電流制御機能１５３による電流の供給の制御は、例えば、超電導磁石１０１に対する励磁の実行時および消磁の実行時において実施される。

【0041】

具体的には、超電導磁石１０１に対する励磁および消磁の実行前において、電流制御機能１５３は、第１ＰＣＳ１０における第１ヒーターに電流を供給する。すなわち、電流制御機能１５３は、複数のＰＣＳのうち一方のＰＣＳにおけるヒーターに電流を供給する。また、電流制御機能１５３は、励磁および消磁の実行前および／または実行中において、抵抗検出器１３２により検出された抵抗の値（以下、抵抗値と呼ぶ）を所定の閾値と比較する。次いで、抵抗値が所定の閾値より小さければ、電流制御機能１５３は、第２ＰＣＳ２０における第２ヒーターに電流を供給する。すなわち、電流制御機能１５３は、抵抗値に応じて他方のＰＣＳにおけるヒーターへの電流の供給を制御する。また、第２ヒーターへ電流が供給されている場合、抵抗値が所定の閾値より大きければ、電流制御機能１５３は、第２ヒーターへの電流の供給を停止する。ヒーター電源１３１から複数のヒーターへの電流の供給の制御の処理（以下、電流供給制御処理と呼ぶ）の手順については、後ほど説明する。

【0042】

入出力インターフェース１７は、例えば、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける入力インターフェースと、各種情報を出力する出力インターフェースとを備える。入力インターフェースは、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェースは、処理回路１５に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路１５へと出力する。

【0043】

なお、本明細書において入力インターフェースは、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。

【0044】

出力インターフェースは、例えば、ディスプレイにより実現される。ディスプレイは、処理回路１５またはシステム制御回路１２による制御のもとで、各種のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）や、処理回路１５によって生成されたＭＲ画像等を表示する。また、ディスプレイは、スキャンに関する撮像パラメータ、および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイは、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスにより実現される。

【0045】

静磁場電源１３０は、超電導磁石１０１の励磁および消磁において、超電導磁石１０１における閉回路に電気的に接続される。静磁場電源１３０は、例えば、ＭＲＩ装置１００のガントリの外部に設けられるため、外部電源と称されてもよい。静磁場電源１３０は、超電導磁石１０１の励磁の実行時において、超電導磁石１０１に流れる電流の値が規定値に到達するまで、超電導磁石１０１に電流を供給する。規定値は、例えば静磁場の強度に対応する電流値である。規定値は、予め設定されて、メモリ１３または記憶装置１２５に記憶される。静磁場電源１３０は、超電導磁石１０１の消磁の実行時において、超電導磁石１０１に流れている電流がゼロとなるまで、超電導磁石１０１に流れている電流を低減する。

【0046】

ヒーター電源１３１は、超電導磁石１０１の励磁および消磁において、ヒーター線３に電気的に接続される。ヒーター電源１３１は、電流制御機能１５３により制御の下で、ヒーター３に電流を供給する。なお、ヒーター電源１３１により実現される機能は、静磁場電源１３０に統合されてもよい。

【0047】

抵抗検出器１３２は、超電導磁石１０１の励磁および消磁において、静磁場電源１３０と並列に超電導磁石１０１の閉回路に電気的に接続される。抵抗検出器１３２は、閉回路における抵抗を検出する。抵抗検出器１３２は、検出された抵抗の値（抵抗値）を、処理回路１５に出力する。これにより、抵抗検出器１３２は、超電導磁石１０１の励磁および消磁において、超電導磁石１０１における閉回路の抵抗をモニタリングする。抵抗検出器１３２は、抵抗検出部に相当する。

【0048】

以上のように構成された本実施形態のＭＲＩ装置１００により実行される電流供給制御処理について、図３および図４を用いて説明する。電流供給制御処理は、超電導磁石１０１の励磁および消磁において実行される。以下、説明を具体的にするために、超電導磁石１０１の励磁を例にとり、電流供給制御処理の手順について説明する。

【0049】

図３は、電流供給制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。図４は、１並列および２直列の２つのＰＣＳ（第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０）を有する超電導磁石１０１の励磁および消磁の実行時における閉回路および閉回路に関する構成要素の一例を示す図である。

【0050】

（電流供給制御処理）
（ステップＳ３０１）
外部電源１３０が、閉回路に電気的に接続される。これにより、超電導コイルＳＣＣに電流を供給するための回路が構成される。

【0051】

（ステップＳ３０２）
抵抗検出器１３２は、閉回路の抵抗値のモニタリングを開始する。当該モニタリングにより、抵抗検出器１３２は、閉回路における抵抗を検知する。抵抗検出器１３２は、抵抗の検知により、抵抗値に関するデータを処理回路１５に出力する。

【0052】

（ステップＳ３０３）
処理回路１５は、電流制御機能１５３により、ヒーター電源ＨＰＳから第１ヒーターＨ１へ、電流を供給する。これにより、第１ヒーターＨ１は発熱し、図４に示すように第１ＰＣＳ１０は、常電導状態となる。次いで、第１ＰＣＳ１０を流れる電流により発熱したジュール熱は、第１ＰＣＳ１０における伝熱板５と、第１ＰＣＳ１０と第２ＰＣＳ２０との間の熱伝導体７と、を介して、第２ＰＣＳ２０に伝達される。これにより、第２ＰＣＳの温度が上昇する。

【0053】

（ステップＳ３０４）
処理回路１５は、電流制御機能１５３により、抵抗値と閾値とを比較する。抵抗値が閾値未満であれば（ステップＳ３０４のＮＯ）、ステップＳ３０５の処理が実行される。抵抗値が閾値未満の状態は、例えば、第１ＰＣＳ１０から第２ＰＣＳ２０に伝達した熱により、第２ＰＣＳが常電導状態に到達していないことに対応する。抵抗値が閾値以上であれば（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、ステップＳ３０６の処理が実行される。抵抗値が閾値以上の状態は、例えば、第１ＰＣＳ１０から第２ＰＣＳ２０に伝達した熱により、第２ＰＣＳが常電導状態に到達したことに対応する。

【0054】

（ステップＳ３０５）
処理回路１５は、電流制御機能１５３により、ヒーター電源ＨＰＳから第２ヒーターＨ２へ、電流を供給する。これにより、第２ヒーターＨ２は発熱し、第２ＰＣＳ２０は常電導状態となる。本ステップの後、ステップＳ３０４の処理が繰り返される。

【0055】

（ステップＳ３０６）
外部電源１３０から閉回路に電流が供給される。このとき、外部電源１３０は、外部電源１３０から閉回路への供給される電流を、所定の規定に到達するまで、徐々に上昇させる。図４に示す矢印は、閉回路に流れる電流の向きＣＤを示している。

【0056】

（ステップＳ３０７）
処理回路１５は、電流制御機能１５３により、電流値と規定値とを比較する。電流値が規定値に到達していれば（ステップＳ３０７のＹＥＳ）、ステップＳ３０８の処理が実行される。電流値が規定値に到達していなければ（ステップＳ３０７のＮＯ）、ステップＳ３０４の処理が実行される。

【0057】

（ステップＳ３０８）
処理回路１５は、電流制御機能１５３により、全てのヒーターへの電流の供給を停止する。また、抵抗検出器１３２は、閉回路における抵抗値のモニタリングを終了する。

【0058】

（ステップＳ３０９）
外部電源１３０から閉回路への電流の供給をゼロに低減する。閉回路への電流の供給がゼロに到達すると、外部電源１３０は、閉回路、すなわち超電導磁石１０１から、電気的に切り離される。以上により、電流供給制御処理は終了する。

【0059】

以上に述べた実施形態に係る超電導磁石１０１は、超電導コイルＳＣＣと電気的に接続された複数のＰＣＳのうち少なくとも一つのＰＣＳの内部に設けられたヒーターと、複数のＰＣＳのうちヒーターにより常電導化された一方のＰＣＳによる自己発熱を他方のＰＣＳに熱伝導可能な熱伝導体７とを有する。実施形態に係る超電導磁石１０１において、熱伝導体７は、例えば、金属により構成され、当該金属は、例えば、半田である。また、実施形態に係る超電導磁石１０１において、超電導コイルＳＣＣと複数のＰＣＳとは、超電導状態に関する冷媒に浸漬され、超電導状態において、複数のＰＣＳと超電導コイルＳＣＣとは閉回路を形成する。

【0060】

これらのことから、実施形態に係る超電導磁石１０１およびＭＲＩ装置１００によれば、超電導磁石１０１に係る励磁時及び消磁時において、複数個接続されたＰＣＳ（自己発熱伝導型PＰＣＳ）のうち、特定のＰＣＳ（図２乃至図４では第１ＰＣＳ１０）に含まれる第１ヒーターＨ１を発熱させ、常電導状態にする。その後、外部電源１３０から超電導磁石ＳＣＣへの電流掃引に伴い、特定のＰＣＳ（例えば、第１ＰＣＳ１０）だけが自己発熱する。これにより、第１ＰＣＳ１０で発生した熱が他のＰＣＳ（第２ＰＣＳ２０）へ伝導させて、全てのＰＣＳを常電導化させることができる。

【0061】

また、実施形態に係る超電導磁石１０１を有するＭＲＩ装置１００は、静磁場の励磁および消磁において、超電導磁石ＳＣＣにおける閉回路に電気的に接続される静磁場電源１３０から超電導コイルＳＣＣに供給される電流を制御するために、ヒーターへの電流の供給および供給の停止を制御する。例えば、実施形態に係る超電導磁石１０１を有するＭＲＩ装置１００は、励磁および消磁において、静磁場電源１３０と並列に閉回路に電気的に接続された抵抗検出器１３２により閉回路における抵抗を検出し、検出された抵抗の値に応じて他方のＰＣＳにおけるヒーターへの電流の供給を制御する。

【0062】

これにより、実施形態に係るＭＲＩ装置１００によれば、超電導磁石１０１における閉回路の抵抗をモニタリングすることで、複数のヒーターのうち特定のヒーターを除く他のヒーターのＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。このため、実施形態に係る超電導磁石１０１によれば、複数のＰＣＳの常電導化において、複数のヒーターによる複数のＰＣＳへの加熱の熱量を、適応的に低減することができる。

【0063】

以上のことから、実施形態に係る超電導磁石１０１およびＭＲＩ装置１００によれば、複数直列接続されたＰＣＳを全て常電導状態にすることで合成抵抗を高めつつ、常電導化・維持のためのヒーター発熱を最小化することで、冷媒（液体ヘリウム）の消費を低減させることができる。このため、実施形態に係る超電導磁石１０１およびＭＲＩ装置１００によれば、超電導磁石１０１に関する励磁および消磁において、コストを低減することができる。

【0064】

（変形例）
本変形例は、ＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）において、２並列および３直列で複数のＰＣＳを配置することにある。なお、本変形例では、２並列および３直列で複数のＰＣＳについて説明するが、ＰＣＳの配置はこれに限定されず、常電導化のために隣接するＰＣＳの加熱に関して、熱伝導体７を介して熱を伝達可能であれば、複数のＰＣＳの配置を任意に設定可能である。

【0065】

図５は、本変形例に係るＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）９０の断面の一例を示す図である。図５に示すように、複数のＰＣＳ（第１ＰＣＳ１０、第２ＰＣＳ２０、第３ＰＣＳ３０、第４ＰＣＳ４０、第５ＰＣＳ５０、第６ＰＣＳ６０）において、第１ＰＣＳ１０の両側面には、第２ＰＣＳ２０と第３ＰＣＳ３０とが隣接して配置される。また、図５に示すように、第４ＰＣＳ４０の両側面には、第５ＰＣＳ５０と第６ＰＣＳ６０とが隣接して配置される。加えて、図５に示すように、第３ＰＣＳ３０と第５ＰＣＳ５０とは、互いに隣接して配置される。

【0066】

複数のＰＣＳ各々の構造は、実施形態と同様なため、説明は省略する。また、複数のＰＣＳのうち隣接する２つのＰＣＳの間には、実施形態と同様に、半田などの金属材料で構成された熱伝導体７が設けられる。

【0067】

図６は、２並列および３直列の６つのＰＣＳ（第１ＰＣＳ１０、第２ＰＣＳ２０、第３ＰＣＳ３０、第４ＰＣＳ４０、第５ＰＣＳ５０、第６ＰＣＳ６０）を有する超電導磁石１０１の励磁および消磁の実行時における閉回路および閉回路に関する構成要素の一例を示す図である。図６に示すように、第２ＰＣＳ２０と第１ＰＣＳ１０と第３ＰＣＳ３０との順で、３つのＰＣＳが電気的に直列で接続される。また、図６に示すように、第５ＰＣＳ５０と第４ＰＣＳ４０と第６ＰＣＳ６０との順で、３つのＰＣＳが電気的に直列で接続される。さらに、電気的に直列で接続された第１ＰＣＳ１０、第２ＰＣＳ２０、第３ＰＣＳ３０と、電気的に直列で接続された第４ＰＣＳ４０、第５ＰＣＳ５０、第６ＰＣＳ６０とは、超電導磁石１０１における閉回路において、並列で電気的に接続されている。

【0068】

本変形例における電流供給制御処理では、ステップＳ３０３において、処理回路１５は、電流制御機能１５３により、第１ＰＣＳ１０における第１ヒーターと第４ＰＣＳ４０における第４ヒーターとへ、ヒーター電源ＨＰＳから電流を供給する。また、ステップＳ３０５では、処理回路１５は、電流制御機能１５３により、第２ＰＣＳ２０における第２ヒーターと、第３ＰＣＳ３０における第３ヒーターと、第５ＰＣＳ５０における第５ヒーターと、第６ＰＣＳ６０における第６ヒーターとへ、ヒーター電源ＨＰＳから電流を供給する。

【0069】

本変形例における電流供給制御処理では、処理回路１５は、電流制御機能１５３により、電流値と規定値との比較結果（ステップＳ３０７）に応じて、第２ヒーター、第３ヒーター、第５ヒーター、および第６ヒーターへの電流の供給を停止してもよい。これにより、第２ヒーター、第３ヒーター、第５ヒーター、および第６ヒーターの発熱が停止する。第２ヒーター、第３ヒーター、第５ヒーター、および第６ヒーターの発熱無しに、第１ＰＣＳ１０および第４ＰＣＳ４０による自己発熱の伝導により、第２ＰＣＳ２０、第３ＰＣＳ３０、第５ＰＣＳ５０、および第６ＰＣＳ６０の常電導状態を維持できれば、冷媒の消費を低減することができる。本処理の後、ステップＳ３０４以降の処理が繰り返される。

【0070】

本変形例の電流供給制御処理における他の処理は、図３に示す電流供給制御処理と同様なため、説明は省略する。また、本変形例における他の処理の手順および効果は、実施形態における記載と同様なため、説明は省略する。

【0071】

（応用例）
本応用例は、電流制御装置により、電流供給制御処理を実現することにある。図７は、ＭＲＩ装置１００とともに、電流制御装置２００の一例を示す図である。図７に示すように、電流制御装置２００は、静磁場電源１３０と、ヒーター電源１３１と、抵抗検出器１３２と、電流制御機能１５３を有する処理回路１６とを有する。本応用例における電流供給制御処理の処理の手順および効果は、実施形態における記載と同様なため、説明は省略する。

【0072】

以上説明した少なくとも１つの実施形態等によれば、消磁および励磁において冷媒の消費を低減可能な超電導磁石１０１を提供することができる。

【0073】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0074】

１ 巻芯
２ 超電導線
３ ヒーター線（ヒーター）
４ モールド用樹脂材
５ 伝熱板
６ 外筒
７ 熱伝導体
８ 断熱材
１０ 第１永久電流スイッチ
１１ 通信インターフェース
１２ システム制御回路
１３ メモリ
１５ 処理回路
１７ 入出力インターフェース
２０ 第２ＰＣＳ
３０ 第３ＰＣＳ
４０ 第４ＰＣＳ
５０ 第５ＰＣＳ
６０ 第６ＰＣＳ
７０ コンソール
８０ ＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）
９０ ＰＣＳユニット（またはＰＣＳモジュール）
１００ 磁気共鳴イメージング装置
１０１ 超電導磁石
１０３ 傾斜磁場コイル
１０５ 傾斜磁場電源
１０７ 寝台
１０９ 寝台制御回路
１１１ ボア
１１３ 送信回路
１１５ 送信コイル
１１７ 受信コイル
１１９ 受信回路
１２１ 撮像制御回路
１２５ 記憶装置
１３０ 静磁場電源（外部電源）
１３１ ヒーター電源
１３２ 抵抗検出器
１５１ 画像生成機能
１５３ 電流制御機能
２００ 電流制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】