次に、本発明の磁場均一度調整装置を備� ��た超伝導磁石装置による磁気共鳴撮像装置( 以下、MRI装置という)の一実施形態を図面を� �照して詳細に説明する。MRI装置は、図1に示� ��ように、超伝導磁石装置1と、被検体(不図� �、以下同様)を乗せるベッドBDと、このベッ� �BDに乗せられた被検体を磁場空間において均 一磁場空間となる撮像領域Fへ搬送する、図� �しない駆動機構が設けられた搬送手段BD1と� �この搬送手段BD1によって撮像領域Fに搬送さ� ��た被検体からの核磁気共鳴信号を解析する� ��ンピュータ等の機器からなる解析手段30と� �ら構成され、ベッドBDに乗った被検体を通し て断層撮影を行うものである。超伝導磁石装 置1には、本発明の特徴的構成である磁場均� �度調整装置20(図3,図4参照)が設けられている� ��

 超伝導磁石装置1は、磁場発生源として、 内部を真空に保持された一対のコイル容器1A, 1Bが磁場空間を形成するように連結柱1C,1Cを� �して上下に対向配置されて構成されている� �図2に示すように、上側のコイル容器1Aには� �円環状に形成された超伝導コイル2A,3Aが設け られ、また、超伝導コイル2A,3Aの経方向内側� ��は円環状あるいは円柱状に形成された強磁� ��体としての鉄4A,5Aが設けられている。下側� �コイル容器1Bには、上側のコイル容器1Aの超� ��導コイル2A,3Aと対をなす、超伝導コイル2B,3B が設けられ、さらに、上側のコイル容器1Aの� ��4A,5Aと対をなす、強磁性体としての鉄4B,5Bが 設けられている。なお、各超伝導コイル2A,3A� ��2B,3Bのコイル線材としては、例えば、NbTi線� ��が用いられている。

 本実施形態では、上側のコイル容器1Aお� �び下側のコイル容器1Bは、同様の構成として あるので、以下では上側のコイル容器1Aにつ� ��て説明する。

 上側のコイル容器1Aは、略円筒状を呈す� �真空容器(第2の容器)であり、容器内には輻� �シールド6を介設してヘリウム容器(第1の容� �)7が収納されている。ヘリウム容器7内には� �超伝導コイル2A,3Aが、超伝導用冷媒としての 液体ヘリウム(図示しない)と共に収納されて� ��る。 上側のコイル容器1Aの径方向内側に配 置される超伝導コイル2Aは主コイルであり、� ��た、径方向外側に配置される超伝導コイル3 Aは遮へいコイルである。

 鉄4A,5Aは、ヘリウム容器7の径方向の内側� ��あってコイル容器1A内の真空領域に配置さ� �ている。鉄4A,5A間には、複数の伝熱管8が配� �されており(つまり、各鉄は伝熱管で熱的に� ��続されている)、この伝熱管8を介して鉄4A,5A の温度が略一様に保持されるようになってい る。本実施形態では、伝熱管8が、鉄4A,5Aの周 方向に略所定の間隔を置いて平面視で略放射 状に複数設けられており、鉄4A,5Aの温度が略� ��様となるように、その材質や径寸法等が適� ��選択されて設定されている。伝熱管8として は、熱伝導率の良い材料、例えば、銅が用い られている。なお、伝熱管8を例えばメッシ� �状の素材で形成することによって、超伝導� �石装置1の振動等にも柔軟に対応することが� ��能となる。

 上側のコイル容器1Aの外部上面には、電� �ヒータ10が配置されており、この電気ヒータ 10と鉄4A,5Aとの間が複数の伝熱管9で接続され� ��いる。また、この電気ヒータ10と下側のコ� �ル容器1Bの鉄4B,5Bとの間も図示しない伝熱管9 (連結柱1C,1C内を挿通して配索されている)で� �続されている。したがって、電気ヒータ10が 通電されて熱を発すると、その熱は、伝熱管 9を通じて鉄4A,5A(鉄4B,5B)に伝わり、これらの� �4A,5A(鉄4B,5B)が加熱されるように構成されて� �る。また、鉄4A,5A(鉄4B,5B)は、ともに、複数� �伝熱管8によって、温度が略一様となるよう� ��加熱されるようになっている。

 ここで、「温度が略一様」には、鉄4A,5A(� ��4B,5B)の全体が略同じ温度にされることを含� ��ほか、鉄4A,5A(鉄4B,5B)の温度変化量が一様と� ��るように、即ち、各鉄がある程度の温度差� ��当初から有しつつ、同じ温度だけ上昇され� ��ような場合(鉄4A,5A(鉄4B,5B)がある程度の温度 差を有している状態で磁場均一度が得られて いるような場合)を含む。

 このような電気ヒータ10による加熱制御� �、連絡線11を介して接続された後記する温度 制御装置12によって行われるようになってい� ��。

 ところで、鉄4A,5A(鉄4B,5B)は、電気ヒータ1 0によって加熱される一方、その側方に配置� �れた輻射シールド6への輻射によって冷却さ� ��ることとなるため、鉄4A,5A(鉄4B,5B)の温度は� ��電気ヒータ10による加熱と輻射シールド6に� ��る冷却とのバランスによって決定されるこ� ��となる。

 鉄4A,5Aには、温度センサ26が取り付けられ ており、鉄4A,5Aの温度が測定可能となってい� ��。温度センサ26によって測定された温度は� �後記する温度制御装置12にフィードバックさ れるようになっている。なお、温度センサ26� ��、鉄4A,5Aに対してそれぞれ複数個設置して� �各設置位置における温度を測定するように� �てもよい。

 本実施形態では、ひとつの温度制御装置1 2で、上側のコイル容器1Aの鉄4A,5Aと下側のコ� ��ル容器1Bの鉄4B,5Bとの両方の温度が制御され るように構成されている。つまり、温度制御 装置12は上側のコイル容器1Aの鉄4A,5Aと下側の コイル容器1Bの鉄4B,5Bとで共用されるように� �っており、この例では、上側のコイル容器1A の鉄4A,5Aの温度制御に基づいて、下側のコイ� ��容器1Bの鉄4B,5Bが温度制御されるように構成 されている。

 磁場均一度調整装置20は、図4に示すよう� ��、磁場分布測定装置21と、温度変化量算出� �置22と、温度制御装置12とを備えて構成され� ��いる。

 磁場分布測定装置21は、磁場空間におけ� �磁場分布を測定するための装置であり、超� �導磁石装置1の励磁後に磁場空間に配置され� ��(図2参照)。

 磁場分布測定装置21としては、均一磁場� �間F(図2参照、以下同じ)の磁場分布を測定で� ��るものであれば良く、例えば、均一磁場空� ��F上の各点に図示しない磁気センサを逐一配 置して測定するようなものでもよいし、半円 弧上に複数の磁気センサを取り付け、同時に 複数点の磁場強度を測定できるようなもので あってもよい。このような磁場分布測定装置 21は、均一磁場を得るための磁場調整が完了� ��た後は撤去される。なお、このような磁気� ��ンサによる直接測定を用いずに、水ファン� ��ムなどの磁気共鳴スペクトルから磁場分布� ��測定するような手法を用いて磁場分布を測� ��しても差し支えない。

 磁場分布測定装置21により得られた磁場� �布データは、温度変化量算出装置22へ入力さ れる。

 温度変化量算出装置22は、磁場分布測定� �置21により測定された磁場分布データに基づ き、磁場空間の磁場不均一を補償して均一性 を向上させるために必要な上側のコイル容器 1Aの鉄4A,5Aおよび下側のコイル容器1Bの鉄4B,5B� ��温度変化量δTを算出するようになっている� ��

 温度制御装置12は、温度変化量算出装置22 により算出された温度変化量δTに基づいて、 鉄4A,5A(鉄4B,5B)の温度制御値を設定し、この設 定した温度制御値に基づいて鉄4A,5A(鉄4B,5B)の 温度を制御するようになっている。なお、温 度制御装置12には、温度センサ26により測定� �れた温度データが入力されるようになって� �る。

 次に、超伝導コイル2A,3Aの通電電流値の� �差に起因する磁場不均一が、鉄4A,5A(4B,5B)の� �様な温度変化により十分に補償されること� �ついて、数式および図5を参照して説明する� ��

 図5において、横軸は、均一磁場空間の方位 角(度)を示しており、縦軸は、その方位にお� ��る磁場強度(均一成分を除く)を示している� �前記したように、超伝導コイル2A,3A(2B,3B)が� �る磁場分布J1と、鉄4A,5A(4B,5B)が作る磁場分
布J2との和によって均一磁場J3を形成してい� �。

 超伝導コイル2A,3A(2B,3B)の通電電流値の誤� ��δI(不図示)により、超伝導コイル2A,3A(2B,3B)� �作る磁場分布は、磁場分布J1'となり、磁場� �布J1から磁場分布J1'への磁場変化C1が生じる� ��磁場分布J1および磁場分布J1'は、超伝導コ� �ル2A,3A(2B,3B)の通電電流値に比例するのだか� �、磁場変化C1もまた、超伝導コイル2A,3A(2B,3B) の通電電流値に比例する。ここで、磁場分布 J1および磁場変化C1をそれぞれ、

 というようなベクトル表記で表すと、超伝� ��コイル2A,3A(2B,3B)の作る磁場分布は、超伝導� ��イル2A,3A(2B,3B)の通電電流値に比例すること� ��ら、次式(1)で表すことができる。

 ここで、αは比例定数である。

 一方、鉄4A,5A(4B,5B)は、温度の上昇ととも� ��飽和磁化の大きさが減少する温度依存性を� ��っている。この磁化変化は、通常、磁気共� ��撮像装置が運用される常温近傍の温度範囲� ��つまり、鉄4A,5A(4B,5B)の温度範囲に比べて微� ��となる温度範囲では、温度変化に対して線� ��に近似できる。したがって、磁場分布J2を� �っている鉄4A,5A(4B,5B)の温度を一様にδTだけ� �昇させると、鉄4A,5A(4B,5B)は、δTに比例する� �だけ一様に磁化を失い、鉄4A,5A(4B,5B)の作る� �場分布は、磁場変化C1'を生じて磁場分布J2'� �なる。ここで、磁場分布J2と磁場変化C1'をそ れぞれ

 というようなベクトル表記で表すと、鉄4A,5 A(4B,5B)の作る磁場分布は鉄4A,5A(4B,5B)の磁化に� ��例する、すなわち、温度変化に比例するか� ��、次式(2)で表すことができる。

 ここで、βは比例定数である。

 ところで、超伝導コイル2A,3A(2B,3B)が作る� ��場分布J1と鉄4A,5A(4B,5B)が作る磁場分布J2との 和は均一磁場J3を形成するように構成されて� ��るから、磁場分布J1と磁場分布J2とは、均一 磁場成分を除けば、向きが逆で大きさが同じ 磁場分布になっている。すなわち、これらの 関係は、次式(3)となる。

 これにより、前記式(1)、式(2)および式(3)か� ��、次式(4)を得ることができる。

 この式(4)は、適切な温度変化量δTを選ぶこ� ��により、コイル通電電流値の誤差に起因す� ��磁場変化C1と、鉄4A,5A(4B,5B)の温度変化によ� �生じる磁場変化C1'とを、向きが逆で大きさ� �同じ分布にすることが可能であることを示� �ている。すなわち、δTにより発生する磁場� �化C1'によって、δIに起因する磁場変化C1を打 ち消し、磁場分布J3'を得ることが可能である ことを示している。

 この演算に際しては、前記式(4)をそのま� ��用いても良いが、磁場変化C1や磁場変化C1'� �表現方法を工夫することで計算を単純にす� �ことができる。例えば、磁場変化C1のうちで 最大の磁場変化Bmaxと、最小の磁場変化Bminと� ��ら、次式(5)として算出されるBuを用いれば� �

 温度変化量δTは、比例定数γを用いて、次� �(6)と表現することができる。

 また、直交展開の展開係数を用いることも� ��えられる。磁場変化C1を、前記のようなベ� �トル形式ではなく、

 というような極座標を用いた関数表現とし� ��場合、一例として、次式(7)のような直交展� ��が可能である。

ただし、

 はルジャンドル陪関数である。このような� ��交展開の係数A(l,m)およびB(l,m)によって磁場� ��化C1を表現することにすれば、磁場変化C1は 超伝導コイル2A,3A(2B,3B)の通電電流値に比例し た分だけ変化するのであるから、ひとつの展 開係数を参照しさえすれば、残りの展開係数 は全て確定するようになる。したがって、例 えば、A(2,0)で表される展開係数を参照するこ とにより、比例係数γ'(温度と磁界の変化は� �例する。すなわち前記式(4)が成り立ってい� �ことを前提として)を用いて、δTを次式(8)で� ��すように算出することができる。

 本実施形態ではδTの算出方法として前記式( 4)、式(6)、式(8)による方法を例示したが、こ� ��に限られることはなく、測定された磁場変� ��C1から、適切な温度変化量δTが算出される� �のであれば、温度変化量算出装置22はどのよ うなものであってもよい。算出されたδTは、 温度制御装置12の入力データとなる。

 温度制御装置12は、温度変化量算出装置22 で算出されたδTと鉄4A,5Aに設置された温度セ� ��サ26により測定された温度データとを入力� �して受け取り、鉄4A,5Aの温度をδTだけ変化さ せるために必要な電気ヒータ10の駆動電流値� ��決定し、出力する。この駆動電流値の決定� ��法は、例えば、比例制御、積分制御、微分� ��御など良く知られた制御法あるいはその組� ��合わせを用いることができる。もちろん、� ��れらの方法に限る必要はなく、温度センサ2 6を不要とするセンサレス制御を用いてもよ� �。

 以下では、本実施形態において得られる効� ��を説明する。
(1)本実施形態の磁場均一度調整装置20は、磁� ��分布を測定するための磁場分布測定装置21� �、磁場分布測定装置21により得られた磁場分 布から必要な温度変化量δT算出する温度変化 量算出装置22と、温度変化量算出装置22が算� �した温度変化量δTを入力として鉄4A,5A(4B,5B)� �温度を制御する温度制御装置12と、を備えて いるので、超伝導コイル2A,3A(2B,3B)の通電電流 値に誤差が生じた場合でも、磁場変化C1に対� ��する適切な温度に鉄4A,5A(4B,5B)を制御するこ� ��ができ、効率良く磁場均一度調整を行うこ� ��ができる。また、鉄4A,5A(4B,5B)の温度に分布� ��持たせる必要が無いので、電気ヒータ10の� �や温度制御装置12の台数を最小限に減らした 構成とすることができ、簡素で安価な磁場均 一度調整装置20を得ることができる。

(2)温度変化量算出装置22における温度変化� ��δTの算出を、測定された磁場分布の最大値� ��最小値との差分に比例する量として算出す� ��構成としたときには、計算を単純にするこ� ��ができ、簡素で安価な磁場均一度調整装置2 0を得ることができる。

(3)温度変化量算出装置22における温度変化� ��δTの算出を、磁場分布の直交展開の係数の� ��きさに比例する量として算出する構成とし� ��ときには、磁場変化C1が、超伝導コイル2A,3A (2B,3B)の通電電流値に比例した分だけ変化す� �のであるから、高々ひとつの展開係数を参� �しさえすれば、残りの展開係数は全て確定� �るようになり、計算が簡単になって、簡素� �安価な磁場均一度調整装置20を得ることがで きる。

(4)温度制御装置12は、超伝導コイル2A,3A(2B,3 B)の通電電流値の誤差により生じる不均一な� ��場を、鉄4A,5A(4B,5B)の略一様な温度分布を実� ��するためだけの(すなわち、鉄4A,5A(4B,5B)に温 度分布を与える必要がない)簡素な温度制御� �よって補償し、均一磁場を得るものである� �で、超伝導磁石装置1の磁場均一度調整装置2 0を従来よりも効率良くかつ安価な構成で得� �ことができる。

(5)温度制御装置12は、鉄4A,5A用および鉄4B,5B 用の共用であるので、簡素で安価な磁場均一 度調整装置20を得ることができる。

(6)電気ヒータ10が上側のコイル容器1Aの外� �上面に配置されているので、電気ヒータ10の 点検整備や不具合による交換が簡単であり、 メンテナンス性に優れているという利点が得 られる。

(7)簡素で安価な磁場均一度調整装置20を得� ��ことができるので、この磁場均一度調整装� ��20を備えた超伝導磁石装置1や磁気共鳴撮像� ��置を安価に提供することができ、かつ、磁� ��調整を効率良く行うことができる。

 図6は超伝導磁石装置1の変形例であり、� �の例では、電気ヒータ10が、鉄4A,5A(4B,5B、不� ��示、以下同じ)に直接取り付けられている。 このような構成とすることによって、鉄4A,5A( 4B,5B)を電気ヒータ10で直接加熱することがで� ��、電気ヒータ10の熱損失を低減して、電気� �ータ10における必要な発熱量を低減させるこ とができる。なお、電気ヒータ10は、少なく� ��も一つの鉄に直接取り付けられていれば良� ��。

 図7は超伝導磁石装置1のその他の変形例� �あり、この例では、電気ヒータ10が、上側の コイル容器1Aの内部に設けられている。コイ� ��容器1Aの内部は、真空断熱されているので� �電気ヒータ10をコイル容器1Aの内部に設ける� ��とによって、電気ヒータ10の熱を逃げ難く� �ることができる。その分、電気ヒータ10にお ける必要な発熱量を低減させることができる 。

 図8は超伝導磁石装置1のその他の変形例� �あり、この例では、鉄4A,5A(4B,5B)が輻射シー� �ド6の内側に配置されており、また、電気ヒ� ��タ10が鉄4A,5A(4B,5B)に直接取り付けられてい� �。このような構成とすることによって、鉄4A ,5A(4B,5B)の温度は輻射シールド6の温度近傍ま� ��下がることとなるが、温度制御装置12によ� �て温度変化量δTの温度変化が可能な構成と� �ることにより、鉄4A,5A(4B,5B)の略一様な温度� �布を実現することができる。

 なお、鉄4A,5A(4B,5B)の配置や電気ヒータ10� �設置位置は、これらの例に限られることは� �く、適宜の位置に設定することができる。

 また、前記実施形態では、温度制御装置1 2が上側のコイル容器1Aと下側のコイル容器1B� ��で共用される構成としたが、これに限られ� ��ことはなく、上側のコイル容器1Aと下側の� �イル容器1Bとでそれぞれ個別に設けて制御を 行うように構成してもよい。超伝導磁石装置 1を設置する環境によっては、上側のコイル� �器1Aの近傍の温度と下側のコイル容器1Bの近� ��の温度とが異なり、かつ、温度が時間の経� ��とともに変化する場合があるため、温度制� ��装置12を個別に設けることによって、この� �うな影響を排除することができ、磁場均一� �の高精度化に寄与する。なお、下側のコイ� �容器1Bに対応する電気ヒータ10(不図示)は、� �側のコイル容器1Bの外部側面等を利用して設 置してもよいし、下側のコイル容器1Bの下部� ��電気ヒータ10の設置用のスペースを設けて� �れに収納するように設けてもよい。