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【発明の名称】 液冷式ゼロボイルオフ型ＭＲ磁石用の再凝縮器を除氷するためのシステム及び方法
【発明者】 【氏名】ロイ・エー・マンガーノ

【氏名】イン−ヒュア・シュー

【氏名】グレゴリー・エー・レーマン

【氏名】デボラ・アール・マントーン
【要約】 【課題】本発明は、液冷式ゼロボイルオフ型ＭＲ磁石用の再凝縮器（７６）を除氷するためのシステム及び方法を提供する。

【解決手段】本システム及び方法は、着氷した粒子（１２２、１２４、１２６）を再凝縮システム（７６）から溶解させるように構成された少なくとも１つの加熱素子（１０６）を含む。電力供給回路（１１２）が含まれ、該電力供給回路（１１２）は、少なくとも１つの抵抗性加熱素子（１０６）に電力を供給するように構成されて、少なくとも１つの抵抗性加熱素子（１０６）が、着氷した粒子（１２２、１２４、１２６）を再凝縮器システム（７６）から溶解させるのに充分な熱源を供給するようになっている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲシステム（１０）の再凝縮器を除氷するためのシステムであって、
密封容器（８０、８８）内に超伝導磁石（５４）を有するＭＲシステム（１０）と、
着氷した粒子（１２２、１２４、１２６）をそれから溶解させるように構成された少なくとも１つの加熱素子（１０６）を含む、前記超伝導磁石（６４）を冷却するように構成された再凝縮システム（７６）と、
前記少なくとも１つの加熱素子（１０６）が前記着氷した粒子（１２２、１２４、１２６）を前記再凝縮システム（７６）から溶解させるのに充分な熱源を供給するように、該少なくとも１つの加熱素子（１０６）に電力を供給するように構成された電力供給回路（１１２）と、
を含むシステム。
【請求項２】
前記溶解した粒子（１２２、１２４、１２６）を前記再凝縮システム（７６）から除去するように構成された真空供給源（１０８）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記真空供給源（１０８）が、昇華した粒子を補助冷却ループ（９２）を介して除去するように構成されている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
冷却ループ（９２）を介して前記再凝縮システム（７６）に接続されかつ前記真空供給源（１０８）を制御するように構成された真空供給弁（１０２）と、
前記真空供給弁（１０２）に接続された圧力計（１０４）と、
をさらに含む請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記圧力計（１０４）が、前記真空供給弁（１０２）を作動させるべき時点を指示するように構成されている、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記圧力供給弁（１０２）及び圧力計（１０４）が、再凝縮器着氷を示す圧力上昇を指示した時に圧力レリーズ弁（９０）に置き代わるように構成されている、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記密封容器（８０、８８）が、大気の流入に対して加圧密封されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記電力供給回路（１１２）が、前記加圧密封容器（８０、８８）内への電気的フィールドスルー（１１１）を介して前記少なくとも１つの加熱素子（１０６）に電力を供給するように構成されて、電源（１１０）が該電力供給回路（１１２）に接続された時に、前記少なくとも１つの加熱素子（１０６）が熱を発生するようになっている、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記加圧密封容器（８０、８８）が、前記着氷した粒子（１２２、１２４、１２６）を溶解させる間、加圧密封状態を維持するように構成されている、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記再凝縮システム（７６）が、ガス状冷却媒体を冷却するための複数の熱交換フィン（１１６）を含み、かつ密閉サイクル冷凍機（７６）によって冷却されるように構成されている、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には磁気共鳴（ＭＲ）イメージングに関し、より具体的には、液冷式超伝導ＭＲ磁石の再凝縮器システム及び方式を除氷するための非侵襲的システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織などの物質が一様磁場（偏向磁場Ｂ０）を受けた場合、組織内のスピンの個々の磁気モーメントは、この偏向磁場に整列しようとして、それらの固有ラーモア周波数で偏向磁場の周を無秩序に歳差運動する。物質又は組織が、ｘ−ｙ平面内にありかつラーモア周波数近くにある磁場（励起磁場Ｂ１）を受けた場合には、正味整列モーメントすなわち「縦方向磁化」ＭＺは、ｘ−ｙ平面内に回転されすなわち「傾けられ」て、正味横方向磁気モーメントＭｔを生じる。励起信号Ｂ１が停止された後に、励起したスピンによって信号が発せられ、この信号を受信しかつ処理して画像を形成することができる。
【０００３】
画像を生成するためにこれらの信号を利用する際に、磁場勾配（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）が用いられる。一般的に、イメージング対象領域は、使用する個別定位法に従ってこれらの勾配が変化する測定サイクル・シーケンスによって走査される。得られた受信ＮＭＲ信号の組は、デジタル化されかつ処理されて、多くの公知の再構成法の一つを用いて画像を再構成する。
【０００４】
必要な磁場を生成するために、高磁場ＭＲＩ磁石が利用される。一般的にワイヤで構成された超伝導磁石は、所要の極低温温度範囲に冷却された時に超伝導体になる。所要の極低温を達成するために、冷凍剤を用いて超伝導磁石を継続的に冷却する。超伝導磁石に用いられる１つの一般的な冷凍剤は、ヘリウムであり、ヘリウムは、およそ４．２度Ｋｅｌｖｉｎ（°Ｋ）において液体状態を維持する。磁石を励起させすなわちランプ（ｒａｍｐ）させて所要の磁場を発生することができるようにするために、液体ヘリウムの浴を利用して超伝導ワイヤを冷却する。得られた特定の磁場は、ワイヤの巻き数、ランプ電流及びランプ電圧の関数である。理想的には、いったん磁石をランプさせたら、磁石がランプダウンするまで、磁石は所要の磁場を維持するようにする。しかしながら、時として、ワイヤが超伝導体として作用するのに必要な温度範囲以上に磁石の温度が上昇するために、磁場は、所要の継続時間にわたって維持されないことがある。この場合には、磁石はクエンチ（ｑｕｅｎｃｈ）を生じて、所要の磁場はもはや生成されない。
【０００５】
クエンチを生じるのを防止するために、気化したすなわちボイルオフしたあらゆるヘリウムを継続的に凝縮するような閉ループすなわちゼロボイルオフ型冷却システムが、開発されてきた。ゼロボイルオフ型冷却システムでは、ボイルオフしたヘリウムを冷却して液化する再凝縮器を使用することによって、一定のヘリウム水準／ボリュームが、超伝導磁石を収納する磁石ヘリウム容器内に維持される。
【０００６】
正常作動状態の下では、磁石ヘリウム容器は、大気圧以上の圧力で作動して、ゼロボイルオフ型冷却システムの効率を向上させかつ大気の流入を防止する。大気は、主としてそれぞれおよそ６３°Ｋ及び５４°Ｋの凍結温度を有する窒素及び酸素から成るので、大気圧以上で作動することが、大気の進入を防止する上で特に重要である。さらに、大気は、およそ２７３°Ｋの凍結温度を有する水蒸気を相対湿度の形態で含む。従って、磁石ヘリウム容器に流入する（漏れすなわち予定外開口を通して）あらゆる空気が凍結し、従ってゼロボイルオフ型冷却システムに対する障害物として作用し、液体ヘリウムの温度を維持するのを妨げる可能性がある。
【０００７】
磁石ヘリウム容器内の圧力を大気圧まで低下させることを伴う作業の間には、磁石ヘリウム容器は、空気の進入が特に生じ易くなる状態にある。例えば、磁石ランプの間又は磁石ヘリウム容器に液体ヘリウムを充填する時には、磁石圧力は、大気圧と平衡状態になっており、次に磁石ヘリウム容器は、ランプ導線又はヘリウム充填ラインのフィードスルーを可能にするために開かれる。これらの作業を通して、ゼロボイルオフ型システムの再液化装置内に氷が形成される可能性が存在する。再液化装置が着氷した場合、システムは、ボイルオフしたヘリウムを再凝縮しないことになり、また冷却システムはゼロボイルオフ・モードで作動しないことになる。
【０００８】
この様な場合には、過剰なヘリウムのボイルオフが生じ、磁石ヘリウム容器内の圧力を上昇させる。従って、一般的に、圧力レリーズ弁が、磁石ヘリウム容器の外部に設置され、かつ正常作動圧力の圧力値よりも大きい選択した圧力値で開くように予め設定される。磁石ヘリウム容器圧力が予め設定した限界値まで上昇した場合には、圧力レリーズ弁が開いて、ヘリウム損失の犠牲の下で上昇圧力を解放する。
【０００９】
この状況を修復するためには、ＭＲＩシステムは、一般的に現場技術者による冷却システムを除氷するための大きな整備作業を可能にするために実使用から外さなければならない。具体的には、ＭＲＩ装置をパワーダウンさせる必要があり、また現場技術者はバイパス冷却ループを介して冷却システムを開いて、着氷部分に温暖ヘリウムガスを吹込まなければならない。さらに、気化したヘリウムを冷却して液体に戻す働きをする再凝縮器を加熱しなければならない。しかしながら、冷却システムを開いて該冷却システムを温暖ヘリウムガスでパージする時に、磁石ヘリウム容器を空気でさらに汚染する可能性が存在する。
【００１０】
さらに、冷却システムを大気に開放することはまた、通常、冷却システムから氷が除去されかつ注入した温暖ヘリウムガスが液体ヘリウム及び超伝導磁石と接触した時に、磁石クエンチを生じさせる。このため、ＭＲＩ装置を作動させる前に、磁石を再びランプアップさせる（すなわち、磁気コイルを再励起させる）必要がある。
【特許文献１】米国特許第５７８２０９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、磁石ヘリウム容器を空気で汚染する可能性なしに、液冷式超伝導ＭＲ磁石の再凝縮器システムを除氷することができるシステム及び方法を得ることが望ましいと言える。さらに、磁石にクエンチを生じる危険性なしに、液冷式超伝導ＭＲ磁石の再凝縮器システムを除氷するシステム及び方法を得ることも望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述の欠点を克服する液冷式超伝導ＭＲ磁石用の再凝縮器システムを除氷するためのシステム及び方法を提供する。本発明は、磁石ヘリウム容器内に汚染物質を引き入れる可能性なしに、再凝縮器システムを除氷するためのシステム及び方法を提供する。さらに、本発明は、磁石にクエンチを生じさせる可能性を低減しながら液冷式超伝導ＭＲ磁石の再凝縮器システムを除氷するためのシステム及び方法を含む。
【００１３】
本発明の１つの態様によると、ＭＲシステムの再凝縮器を除氷するためのシステムを開示し、本システムは、密封容器内に超伝導磁石を有するＭＲシステムと、超伝導磁石を冷却するように構成された再凝縮器システムとを含む。再凝縮器システムは、着氷した粒子を再凝縮システムから溶解させるように構成された少なくとも１つの加熱素子と、少なくとも１つの加熱素子が着氷した粒子を再凝縮システムから溶解させるのに充分な熱源を供給するように、該少なくとも１つの加熱素子に電力を供給するように構成された電力供給回路とを含む。
【００１４】
本発明の別の態様によると、ＭＲシステムの再凝縮器システムを開示し、本再凝縮器システムは、液体状冷却媒体の浴内に浸漬された超伝導磁石と、ガス状冷却媒体を冷却して液体状冷却媒体にするように構成された再凝縮器とを含む。供給管が、再凝縮器に接続されかつガス状冷却媒体を再凝縮器に送給するように構成され、また送出管が、再凝縮器に接続されかつ再凝縮器から液体状冷却媒体を移動させるように構成される。再凝縮器システムはさらに、氷の粒子を溶解するために再凝縮器、供給管及び送出管の少なくとも１つに選択的に熱源を供給するように構成された少なくとも１つの抵抗素子を含む。
【００１５】
さらに別の態様によると、本発明は、ＭＲＩシステムを備えたＭＲＩ装置を含み、ＭＲＩシステムは、偏向磁場を与えるために超伝導磁石のボアの周りに配置された複数の勾配コイルと、ＲＦ送受信機システムと、パルスモジュールによって制御されてＭＲ画像を収集するためにＲＦ信号をＲＦコイル組立体に送信するＲＦスィッチとを有する。ＭＲＩ装置はさらに、超伝導磁石の周りに配置された冷却システムを含む。冷却システムは、超伝導磁石の周りに冷却媒体を溜めるように構成された冷却ジャケットを形成する密封チャンバと、冷却ジャケットに接続されかつ蒸発した冷却媒体を凝縮するように構成された再凝縮器と、再凝縮器を除氷するように構成された少なくとも１つの加熱構成要素とを含む。
【００１６】
本発明のさらに別の態様によると、超伝導ＭＲ磁石組立体の再凝縮器システムを非侵襲的に除氷する方法を開示し、本方法は、超伝導ＭＲ磁石システムの冷却媒体を凝縮するように構成された再凝縮システムの一部分を加熱して、少なくとも再凝縮システム上の氷の堆積物を溶解させ、溶解した氷の堆積物を真空によって除去するようにする段階を含む。
【００１７】
本発明の様々な他の特徴、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。
【００１８】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる１つの好ましい実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１を参照すると、本発明を組入れた好ましい磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム１０の主要構成部品を示している。このシステムの作動は、キーボード又は他の入力装置１３、制御パネル１４及びディスプレイ画面１６を含むオペレータ・コンソール１２から制御される。コンソール１２は、オペレータが画像を生成しかつ該画像をディスプレイ画面１６上に表示するのを制御可能にする分離したコンピュータシステム２０とリンク１８を介して交信する。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに交信する多数のモジュールを含む。これらのモジュールには、画像処理プロセッサモジュール２２と、ＣＰＵモジュール２４と、画像データアレイを格納するためのフレーム・バッファとして当技術分野では公知であるメモリモジュール２６とが含まれる。コンピュータシステム２０は、画像データ及びプログラムを格納するための磁気ディスク装置２８及び磁気テープ装置３０に接続され、また高速シリアル・リンク３４を介して分離したシステム制御装置３２と交信する。入力装置１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ起動スクリーン、ライトワンド、音声制御装置又は任意の類似又は同等の入力装置を含むことができ、また対話型ジオメトリ命令のために用いることができる。
【００２０】
システム制御装置３２は、バックプレーン３２ａによって互いに接続されたモジュールの組を含む。これらモジュールには、ＣＰＵモジュール３６と、シリアル・リンク４０を介してオペレータ・コンソール１２に接続されたパルス発生器モジュール３８とが含まれる。システム制御装置３２がオペレータから実行すべき走査シーケンスを示すコマンドを受信するのはリンク４０を介してである。パルス発生器モジュール３８は、所要の走査シーケンスを実行するようにシステム構成部品を作動させ、発生するＲＦパルスのタイミング、強さ及び形状と、データ収集ウィンドウのタイミング及び長さとを示すデータを生成する。パルス発生器モジュール３８は、勾配増幅器４２の組に接続されて、走査の間に生成される勾配パルスのタイミング及び形状を指示する。パルス発生器モジュール３８はまた、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号のような患者に接続された多数の異なるセンサからの信号を受信する生理学的収集コントローラ４４からの患者データを受信することができる。そして最後に、パルス発生器モジュール３８は、患者及び磁石システムの状態に関連する様々なセンサからの信号を受信する走査ルームインタフェース回路４６に接続される。患者位置決めシステム４８が走査のために患者を所要の位置に移動させるためのコマンドを受信するのもまた、走査ルームインタフェース回路４６を通してである。
【００２１】
パルス発生器モジュール３８によって生成された勾配波形は、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ増幅器を有する勾配増幅器システム４２に与えられる。各勾配増幅器は、全体を符号５０で表した勾配コイル組立体内の対応する生理学的勾配コイルを励起して、空間エンコーディング収集信号に用いる磁場勾配を生成する。勾配コイル組立体５０は、超伝導磁石５４及び全身ＲＦコイル５６を含む磁石組立体５２の一部分を形成する。システム制御装置３２内の送受信機モジュール５８が、ＲＦ増幅器６０によって増幅されて送受／受信スィッチ６２によってＲＦコイル５６に接続されたパルスを生成する。患者内の励起した細胞核により発せられた結果の信号は、同じＲＦコイル５６によって検知されて送受／受信スィッチ６２を介して前置増幅器６４に接続されることができる。増幅されたＭＲ信号は、送受信機５８の受信セクションで復調され、フィルタ処理されかつデジタル化される。送信／受信スィッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号によって制御されて、送信モードの間にＲＦ増幅器６０をコイル５６に電気的に接続し、また受信モードの間に前置増幅器６４をコイル５６に接続する。送信／受信スィッチ６２はまた、分離したＲＦコイル（例えば、表面コイル）を送信又は受信モードのいずれかで用いることを可能にすることできる。
【００２２】
ＲＦコイル５６によって捕捉されたＭＲ信号は、送受信機モジュール５８によってデジタル化されて、システム制御装置３２内のメモリモジュール６６に転送される。生のｋ空間データのアレイがメモリモジュール６６内に収集されると、走査は完了する。この生のｋ空間データは、再構成されるべき各画像に対する個別のｋ空間データアレイに再配列され、それらの各々が、アレイプロセッサ６８に入力され、該アレイプロセッサ６８が動作してデータを画像データのアレイにフーリエ変換する。この画像データは、シリアル・リンク３４を介してコンピュータシステム２０に伝えられ、コンピュータシステム２０において画像データは磁気ディスク装置２８のような記憶装置内に格納される。オペレータ・コンソール１２から受信したコマンドに応じて、この画像データは、磁気テープ装置３０上のような長期格納内にアーカイブすることができ、或いは画像処理プロセッサ２２によってさらに処理され、オペレータ・コンソール１２に伝えられてディスプレイ１６上に表示することができる。
【００２３】
図２を参照すると、ＭＲ超伝導磁石５４及び関連する冷却システム７０の概略図を示している。冷却システム７０は、超伝導ＭＲ磁石５４が密封容器内で液体ヘリウム浴７２によって覆われるように、超伝導ＭＲ磁石５４を内包しかつ超伝導ＭＲ磁石５４の周りに冷却ジャケットを形成する。液体ヘリウムの適当な水準７４が、ガス状（ボイルオフした）ヘリウムを再凝縮器流れループすなわち冷却ループ７６を介して送出することによって冷却システム７０により維持される。すなわち、蒸発したヘリウム７８は、再凝縮器８４に通じる供給管８２を介して磁石ヘリウム容器８０を逸出することが可能である。再凝縮器８４は、ガス状ヘリウム７８を冷却し、送出管８６を介して液体状ヘリウム７２を還流させる。磁石真空容器８８は、ヘリウム容器への熱負荷を最小限にする働きをする。磁石真空容器８８の外面８７は、患者がイメージングの間に置かれる患者空間を画成するように形成された内部ボアセクション８９を形成する。磁石中心線９１によって示すように、内部ボア８９は、対称形の患者空間を形成する。
【００２４】
磁石ヘリウム容器８０内部に圧力サージが生じた場合には、圧力レリーズ弁９０が備えられており、その圧力レリーズ弁９０が、熱シールド９４を囲みかつ多層断熱材９６を貫通する補助冷却ループ９２の形態のバイパス路を介して低温のヘリウムガスの逸出を可能にする。後で説明するように、再凝縮器除氷システム１００は、非侵襲的除氷を実行するために備えられる。つまり、冷却ループ７６が着氷状態になった場合には、圧力レリーズ弁が、真空弁１０２及び圧力計１０４を含む真空弁システム９８と置き代わり、また複数の戦略的に配置した加熱構成要素１０６ａ〜ｃが作動する。
【００２５】
上述のように、正常作動状態の下では、磁石ヘリウム容器８０は、大気圧以上の圧力で作動して、ゼロボイルオフ型冷却システム７０の効率を向上させ、かつあらゆる大気の流入を防止する。磁石真空容器８８は、冷却システム７０を大気の熱負荷から遮断するための真空バリヤを形成する。例えば、磁石ランプの間又は磁石ヘリウム容器８０を液体ヘリウム７２で充填する時に、万一空気が冷却システムに進入することがあれば、一般的に磁石のゼロボイルオフ型システム７０の冷却ループ７６内に氷の堆積が起こる。いったん冷却ループ７６が着氷すると、ゼロボイルオフ型システム７０は、ボイルオフしたヘリウム７８を再液化しなくなる。
【００２６】
磁石ヘリウム容器８０は閉鎖システムであるので、ヘリウムのボイルオフ７８により、磁石ヘリウム容器８０内、及びその結果として冷却ループ７６内の圧力が上昇する。従って、圧力レリーズ弁９０が開き、ヘリウムガスは補助冷却ループ９２を通って流れる。補助冷却ループ９２は、冷却ループが不作動になった時に熱シールド９４の冷却を行う。補助冷却ループ９２は、磁石ヘリウム容器８０の熱流束への露出を低減する熱遮断体として機能する。補助冷却ループは、冷却ループ７６からのＴ字管１０７を介して冷却ループに直接接続されているので、供給管８２からの排出ヘリウムの流れが熱シールド９４を冷却して、磁石ヘリウム容器８０への熱負荷を減少させるが、それはヘリウム損失を犠牲にしてである。
【００２７】
しかしながら、圧力の増大が検出されると、冷却システム７０が大気の進入を受けることなしに、再凝縮器除氷システム１００を利用してあらゆる氷の堆積を除去することができる。再凝縮器除氷システム１００は、冷却ループ７６から氷を非侵襲的に取除くことによって機能し、それによって冷却システム７０を大気に曝すことを回避する。再凝縮器除氷システム１００は、冷却システム７０を開放して磁石ヘリウム容器９４を更なる汚染空気の吸込みに曝すことなくかつ過度のヘリウム損失を生じる磁石クエンチを防止するように、空気に基づく氷ブロックを除去する安全かつ効果的な方法を現場技術者に提供する。
【００２８】
再凝縮器除氷システム１００は、冷却ループ７６の主要位置に設置された加熱素子１０６ａ〜ｃを含む。加熱素子１０６ａ〜ｃは、除氷作業中に主要位置において局所的加熱を与える。加熱素子１０６ａ〜ｃは、電力供給回路１１２を介して電源１１０によって給電されて、着氷した冷却ループ７６を溶解させるのに充分な熱を供給する。図３に関して説明するように、加熱素子１０６ａ〜ｃは、氷が最も頻繁に蓄積する位置に設置され、かつ加熱素子１０６ａ〜ｃが磁石真空容器８８の密封を損なわずに電力を受け入れることができるフィードスルー１１１を通る電力供給回路を介して給電される。
【００２９】
例示として、３つの特定主要位置を示しているが、付加的な主要位置を利用することができることを理解されたい。さらに、好ましい実施形態によって本発明を説明しているが、３つの例示的な主要位置に配置された加熱素子１０６ａ〜ｃの場合に、他のやや理想的でない位置に加熱素子１０６ａ〜ｃを配置して、充分な成果を達成することが可能である。すなわち、本発明は１つの実施形態の範囲内の主要位置に関して説明するが、付加的な主要位置及び／又は好適な位置を成功裏に利用することが可能である。
【００３０】
除氷プロセスを促進するために、補助冷却ループ９２のレリーフ弁９０は、切離されて真空弁システム９８が置き代わることができる。従って、真空弁システム９８は、補助冷却ループ９２に直接接続され、次に補助冷却ループ９２は、Ｔ字管１０７において冷却ループ７６に接続される。真空ポンプ１０８もまた、再凝縮器除氷システム１００の一部分であり、真空ポンプ１０８は、接続点１０９で真空弁システム９８に接続されて冷却ループ７６を除氷するのを助ける。真空ポンプ１０８は、除氷プロセスを促進するのに役立つ。具体的には、溶解した氷粒子は、いったん溶解した氷粒子を真空で除去するのに役立つ真空圧を掛けられる。従って、真空弁１０２が開かれると、補助冷却ループ９２は真空ポンプ１０８からの真空を受け、加熱素子１０６ａ〜ｃが着氷した冷却ループ７６を温めるので、真空ポンプ１０８は、溶解した氷の分子を除去する。このように、真空ポンプを補助冷却ループ９２に作用させると、補助冷却ループ９２は、溶解した氷粒子のための真空排出ポートとして機能する働きをする。
【００３１】
真空ポンプ１０８は、氷が溶解してヘリウムの流れが冷却ループ７６に取戻されるまで使用される。圧力計１０４は、冷却ループ７６内の圧力を示し、現場技術者が除氷プロセスを制御するのを助ける。初期には、真空ポンプ１０８が補助冷却ループ９２内部に真空を形成するように作動している状態では、圧力計１０４は真空負荷を示す。しかしながら、氷ブロックがなくなると、圧力が磁石ヘリウム容器８０内の圧力に一致するまで、圧力は上昇する。
【００３２】
この時点において、現場技術者は真空弁１０２を閉じ、それにより、補助冷却ループ９２及び冷却ループ７６から真空圧を除去する。すなわち、いったんヘリウムが流れると、真空弁１０２は閉じられ、真空弁システム９８は切離され、圧力弁９０が置き代わる。ヒータ電源１１０を停止及び／又は遮断することができ、密閉サイクル冷却システム７０を再始動させて正常なヘリウム再液化を再開することができる。
【００３３】
図３を参照すると、冷却ループ７６及び加熱素子１０６ａ〜ｃの詳細図を示す。また、液体状ヘリウムがボイルオフすると、ボイルオフは冷却ループ７６内に回収される。冷却ループは、ガス状ヘリウム７８を再凝縮器８４に導く。再凝縮器８４は、熱交換器フィン１１６を収納した再凝縮器缶１１４を含む。再凝縮器缶１１４は、交換器フィン１１６で熱を除去することによってヘリウムガス７８を再液化する。ヘリウムが液化すると、液化したヘリウムは再凝縮器ループ７６の送出管８６を介して磁石ヘリウム容器８０内に排出されて戻る。従って、冷却システム７０は、液体状ヘリウムで磁石ヘリウム容器８０を継続的に「再充填する」。熱除去は、密閉サイクル冷凍機１１８によって行われ、密閉サイクル冷凍機１１８は、熱負荷状態の下で、ガス状ヘリウム７８が凝縮して液体になるおよそ４．２°Ｋまでガス状ヘリウム７８を冷却することができる。密閉サイクル冷凍機１１８は、磁石真空容器８８に対して真空バリヤとなりかつ大気の進入を防止する低温スリーブ１２０を貫通して再凝縮器缶１１４に接続される。
【００３４】
しかしながら、万一大気が加圧密封した磁石ヘリウム容器８０に侵入することがあれば、大気は、急速に凍結１２２〜１２６する。図示するように、大気が凍結する最も一般的な部分は、供給管８２、１２２、送出管８６、１２６及び再凝縮器８４、１２４の内部である。このため、複数の加熱素子１０６ａ〜ｃは、選択的にこれらの主要領域を加熱するように結合される。好ましい実施形態によると、複数の加熱素子１０６ａ〜ｃは、第１の抵抗素子１０６ａ、第２の抵抗素子１０６ｂ及び第３の抵抗素子１０６ｃを含む。
【００３５】
好ましい実施形態によると、抵抗素子１０６ａ〜ｃは、電力供給回路１１２内で直列に接続される。しかしながら、抵抗素子１０６ａ〜ｃは、並列に又は直列及び並列接続の任意の組合せで接続することができると考えられる。さらに、抵抗素子１０６ａ〜ｃは、抵抗素子１０６ａの実効抵抗値が抵抗素子１０６ｂ又は１０６ｃの実効抵抗値の２倍の値になるように構成されるのが好ましい。つまり、抵抗素子１０６ａの実効抵抗値は、抵抗素子１０６ｂの実効抵抗値プラス抵抗素子１０６ｃの実効抵抗値に等しい。この実効抵抗の関係は、抵抗素子１０６ａ〜ｃの固有抵抗により、又は電力供給回路内部での抵抗素子の接続構成との組合せにおける抵抗素子の固有抵抗により達成することができることを理解されたい。この実効抵抗値の構成によって、電力が電源１１０によって抵抗素子１０６ａ〜ｃに供給される時に、抵抗素子１０６ａによって熱を発生するのに消費される電力は、抵抗素子１０６ｂ又は抵抗素子１０６ｃのいずれかによって消費される電力の２倍になることが保証される。このため、抵抗素子１０６ａによって供給される熱は、抵抗素子１０６ｂ及び１０６ｃによって供給される個別の熱の２倍になることになる。
【００３６】
上述のように、抵抗素子１０６ａ〜ｃは、フィードスルー１１１を通して電源１１０から抵抗素子１０６ａ〜ｃに電力を供給する電力供給回路１１２に接続される。電気的フィードスルー１１１は、それによって冷却システム７０の圧力密封を損なわずに電力を抵抗素子１０６ａ〜ｃに供給する、磁石ヘリウム容器８０内への導電路としての働きをする。抵抗素子１０６ａ〜ｃは、電源１１０が接続された時にのみ入力を受け、そうでない時には、抵抗素子１０６ａ〜ｃは不作動のままである。
【００３７】
氷１２２〜１２６が冷却ループ７６内部に形成された場合には、電源１１０を入れて電力供給回路１１２を介してまたフィードスルー１１１を通して抵抗加熱素子１０６ａ〜ｃに電力を供給することができる。抵抗素子は、氷粒子１２２〜１２６を溶解させるために氷粒子１２２〜１２６を加熱し始める。好ましい実施形態によると、抵抗素子１０６ａ〜ｃによって着氷した粒子１２２〜１２６に供給される熱の大きさは、着氷した粒子が昇華するようになる程度である。次に昇華した粒子は、図２に関して説明したように、補助冷却ループ９２を介して真空で排気される。氷粒子１２２〜１２６が完全に溶解されると、電源１１０を切離し、冷却システム７０を起動させて正常作動に戻す。
【００３８】
従って、それによって液冷式超伝導ＭＲ磁石５４用の冷却システム７０を非侵襲的に除氷することができるシステム及び方法を開示している。上述の技術は、磁石ヘリウム容器８０が大気で汚染される可能性を排除した再凝縮器８４を含む冷却ループ７６を除氷するためのシステム及び方法を提供する。さらに、上述の技術は、除氷に先立って超伝導磁石５４をクエンチさせる必要なしに液冷式超伝導ＭＲ磁石システム５２を除氷することを可能にする。
【００３９】
従って、本発明の１つの実施形態によると、ＭＲシステムの再凝縮器を除氷するためのシステムは、密封容器内に超伝導磁石を有するＭＲシステムと、超伝導磁石を冷却するように構成された再凝縮器システムとを含む。再凝縮器システムは、着氷した粒子を再凝縮システムから溶解させるように構成された少なくとも１つの加熱素子と、少なくとも１つの加熱素子が着氷した粒子を再凝縮システムから溶解させるのに充分な熱源を供給するように、該少なくとも１つの加熱素子に電力を供給するように構成された電力供給回路とを含む。
【００４０】
本発明の別の実施形態によると、ＭＲシステムの再凝縮器システムは、液体状冷却媒体の浴内に浸漬された超伝導磁石と、ガス状冷却媒体を冷却して液体状冷却媒体にするように構成された再凝縮器とを含む。供給管が、再凝縮器に接続されかつガス状冷却媒体を再凝縮器に送給するように構成され、また送出管が、再凝縮器に接続されかつ再凝縮器から液体状冷却媒体を移動させるように構成される。再凝縮器システムはさらに、氷の粒子を溶解するために再凝縮器、供給管及び送出管の少なくとも１つに選択的に熱源を供給するように構成された少なくとも１つの抵抗素子を含む。
【００４１】
本発明のさらに別の実施形態によると、ＭＲＩ装置は、偏向磁場を与えるために超伝導磁石のボアの周りに配置された複数の勾配コイルと、ＲＦ送受信機システムと、パルスモジュールによって制御されてＭＲ画像を収集するためにＲＦ信号をＲＦコイル組立体に送信するＲＦスィッチとを有するＭＲＩシステムを含む。ＭＲＩ装置はさらに、超伝導磁石の周りに配置された冷却システムを含む。冷却システムは、超伝導磁石の周りに冷却媒体を溜めるように構成された冷却ジャケットを形成する密封チャンバと、冷却ジャケットに結合されかつ蒸発した冷却媒体を凝縮するように構成された再凝縮器と、再凝縮器を除氷するように構成された少なくとも１つの加熱構成要素とを含む。
【００４２】
本発明のさらに別の実施形態によると、超伝導ＭＲ磁石組立体の再凝縮器システムを非侵襲的に除氷する方法は、超伝導ＭＲ磁石システムの冷却媒体を凝縮するように構成された再凝縮システムの一部分を加熱して、少なくとも再凝縮システム上の氷の堆積物を溶解させ、溶解した氷の堆積物を真空で除去するようにする段階を含む。
【００４３】
好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、明確に述べたものは別にして、均等な構成、変更及び修正が可能であり、またそれらは特許請求の範囲内にあることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明で用いるためのＭＲイメージングシステムの概略ブロック図。
【図２】本発明による液体ヘリウム冷却式ゼロボイルオフ型超伝導ＭＲ磁石用の再凝縮器除氷システムを含む極低温冷却システムの概略図。
【図３】図２のシステムの一部分の概略拡大図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ＭＲシステム
５２ 液冷式超伝導ＭＲ磁石システム
５４ 超伝導磁石
７０ 冷却システム
７２ 液体ヘリウム浴
７６ 冷却ループ
７８ ガス状ヘリウム
８０ 磁石ヘリウム容器
８２ 供給管
８４ 再凝縮器
８６ 送出管
８８ 磁石真空容器
８９ 内部ボアセクション
９０ 圧力レリーズ弁
９２ 補助冷却ループ
９４ 熱シールド
９８ 真空弁システム
１００ 再凝縮器除氷システム
１０２ 真空弁
１０４ 圧力計
１０６ａ〜ｃ 加熱素子
１０８ 真空ポンプ
１１０ 電源
１１１ フィードスルー
１１２ 電力供給回路
【出願人】 【識別番号】３０００１９２３８
【氏名又は名称】ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー
【出願日】 平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【代理人】 【識別番号】１０００９３９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 研一

【識別番号】１００１０５５８８
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博

【識別番号】１００１０６５４１
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 信和

【識別番号】１００１２９７７９
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
【公開番号】 特開２００５−２４６０６６（Ｐ２００５−２４６０６６Ａ）
【公開日】 平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願番号】 特願２００５−６０７２７（Ｐ２００５−６０７２７）