具体实施方式
以下,适当参照附图,对本发明实施方式进行详细说明。此外,在各图中,对共同的部分标注相同的附图标记并省略重复的说明。
(第一实施方式)
图2表示本发明的第一实施方式的MRI(磁共振成像)装置1的立体图。MRI装置1具有:在被检测体7躺卧的状态下插入到由静磁场线圈装置5包围的摄像空间9中的床8;在摄像空间9中生成均匀的静磁场的静磁场线圈装置5;为了对摄像空间9赋予位置信息而产生磁场强度在空间上倾斜配置的脉冲状的倾斜磁场的倾斜磁场线圈装置2;对被检测体7照射高频脉冲的RF线圈6;接收来自被检测体7的磁共振信号的接收线圈(省略图示);以及对所接收的磁共振信号进行处理并显示上述断层图像的计算机系统(省略图示)。并且,根据MRI装置1,利用在对放置于均匀的静磁场中的被检测体7照射高频脉冲时产生的核磁共振现象,能够获得表示被检测体7的物理、化学性质的断层图像,该断层图像尤其用作医疗用。静磁场线圈装置5、倾斜磁场线圈装置2和RF线圈6为筒状,这些筒状的中心轴相互大致一致,且与z轴一致。此外,y轴方向设定为垂直方向朝上。x轴方向设定为水平方向,而且设定为从y轴方向向z轴方向旋转右旋螺纹时右旋螺纹前进的方向。这些轴坐标的原点设定在这些筒状的中心。静磁场线圈装置5的外周由作为空心圆筒形容器的真空容器5e构成。在作为空心圆筒形容器的真空容器5e的内筒壁的内侧、且在作为空心圆筒形容器的真空容器5e的外部,配置有倾斜磁场线圈装置2和RF线圈6。
倾斜磁场线圈装置2具有配置在摄像空间9侧倾斜磁场主线圈3、和配置在真空容器5e侧的倾斜磁场屏蔽线圈4。倾斜磁场主线圈3在摄像空间9中产生倾斜磁场,而在作为空心圆筒形容器的真空容器5e中也产生所谓的漏磁场。为了抑制针对真空容器5e的该漏磁场,设有倾斜磁场屏蔽线圈4,在该倾斜磁场屏蔽线圈4中向与倾斜磁场主线圈3相反的方向流动有电流。
倾斜磁场主线圈3具有:产生磁场强度沿z轴方向以线性发生变化的倾斜磁场的z方向倾斜磁场主线圈3z;产生磁场强度沿x轴方向以线性发生变化的倾斜磁场的x方向倾斜磁场主线圈3x;以及磁场强度沿y轴方向以线性发生变化的倾斜磁场的y方向倾斜磁场主线圈3y。通过对z方向倾斜磁场主线圈3z、x方向倾斜磁场主线圈3x和y方向倾斜磁场主线圈3y分别轮流施加脉冲状的电流,产生向对应的各个方向倾斜的倾斜磁场,能够对磁共振信号赋予被检测体7内的位置信息。
倾斜磁场屏蔽线圈4具有:抑制由z方向倾斜磁场主线圈3z产生的漏磁场的z方向倾斜磁场屏蔽线圈4z;抑制由x方向倾斜磁场主线圈3x产生的漏磁场的x方向倾斜磁场屏蔽线圈4x;以及抑制由y方向倾斜磁场主线圈3y产生的漏磁场的y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y。倾斜磁场屏蔽线圈4(4x、4y、4z)以覆盖倾斜磁场主线圈3(3x、3y、3z)的方式设置,抑制由倾斜磁场主线圈3(3x、3y、3z)产生的漏磁场泄漏到外部。
图3表示将本发明的第一实施方式的MRI装置1利用包括中心轴35(z轴)的yz平面进行了切断的剖视图。该MRI装置1是形成于摄像空间9的静磁场12的朝向为水平方向(z轴方向)的水平磁场型的MRI装置。另外,如上所述以互成直角的方式设定x轴、y轴和z轴,原点设定在摄像空间9的中心即作为空心圆筒形容器的真空容器5e的中心附近。在静磁场线圈装置5上,以相对于z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)在左右(z<0和z>0的部分)成对的方式,设有静磁场主线圈5a和抑制静磁场向周围泄漏的静磁场屏蔽线圈5b。这些线圈5a、5b分别形成为以z轴作为共同的中心轴35的圆环形状。静磁场屏蔽线圈5b的内径大于静磁场主线圈5a的外径。另外,这些线圈5a、5b大多使用超导线圈,此时,线圈5a、5b被容纳在三层结构的容器内。首先,线圈5a、5b与制冷剂的液体氦(He)一起被容纳在氦容器5c内。氦容器5c内置于遮断朝向内部的热辐射的辐射屏蔽件5d内。然后,作为空心圆筒形容器的真空容器5e容纳氦容器5c及辐射屏蔽件5d并将内部保持为真空。真空容器5e即使配置在普通的室温的室内,真空容器5e内也成为真空,因此室内的热不会因为传导或对流而传递到氦容器5c。另外,辐射屏蔽件5d抑制室内的热通过辐射从真空容器5e传递到氦容器5c。因此,线圈5a、5b能够稳定地设定为作为液体氦的温度的极低温度,能够作为超导电磁铁发挥功能。氦容器5c、辐射屏蔽件5d和真空容器5e使用非磁性部件,以免发生不必要的磁场,而且,使用非磁性金属,以便容易保持真空。此外,在氦容器5c、辐射屏蔽件5d和真空容器5e中,由倾斜磁场主线圈3产生的漏磁场被倾斜磁场屏蔽线圈4屏蔽,难以到达,因此处于难以产生涡电流的状況。静磁场线圈装置5在摄像空间9中,与倾斜磁场11重叠地产生静磁场12。
倾斜磁场线圈装置2具有筒状的形状,并且配置成内置RF线圈6和摄像空间9。倾斜磁场线圈装置2的外筒壁形成为沿着作为空心圆筒形容器的真空容器5e的内筒壁而对置。倾斜磁场线圈装置2具有z方向倾斜磁场主线圈3z、x方向倾斜磁场主线圈3x和y方向倾斜磁场主线圈3y,而在图3的例子中,表示了y方向倾斜磁场主线圈3y产生磁场强度沿y轴方向以线性发生变化的倾斜磁场11的情形。RF线圈6也具有筒状的形状,并且配置成内置摄像空间9。RF线圈6的外筒壁形成为沿着倾斜磁场线圈装置2的内筒壁而对置。
图1表示y方向倾斜磁场主线圈3y的立体图。y方向倾斜磁场主线圈3y具有正向线圈3a(31、32)、和隔着中央面3c而与正向线圈3a(31、32)对置的反向线圈3b(33、34)。通过在反向线圈3b(33、34)中流动与正向线圈3a(31、32)相反的方向的电流,能够在中央面3c的周边的摄像空间9中产生磁场强度沿y方向倾斜的倾斜磁场。中央面3c能够配置成与z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)一致。
上述正向线圈3a具有:第一正向线圈31;以及相对于中央面3c配置在第一正向线圈31侧,并与第一正向线圈31对置的第二正向线圈32。上述反向线圈3b具有:相对于中央面3c配置在第一正向线圈31的相反侧的第一反向线圈33;以及相对于中央面3c配置在第一反向线圈33侧,并与第一反向线圈33对置的第二反向线圈34。第一正向线圈31、第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34是以沿着筒状的形式形成的螺旋形的鞍形线圈。此外,与第一正向线圈31、第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34所沿着的筒的中心轴垂直的截面形状不限于圆形,也可以是椭圆形或跑道形状。通过设置成椭圆形或跑道形状,能够使y方向倾斜磁场主线圈3y的x方向的宽度大于y方向的宽度。由于能够扩大成为被检测体7的肩宽的方向的x方向的宽度,因此被检测体7能够以自然的姿态进入到摄像空间9中。
如图1所示,第一正向线圈31的线圈模式是线圈线37a、线圈线37b、线圈线37c和线圈线37d以该顺序配置在内侧的多圈(图1的例子中为4圈)的螺旋形模式。第二正向线圈32的线圈模式虽然在图1中省略了记载,但是以y=0面(包括z轴和x轴的zx平面)作为对称面而与第一正向线圈31的线圈模式大致面对称。第一反向线圈33的线圈模式虽然在图1中省略了记载,但是以z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)作为对称面而与第一正向线圈31的线圈模式大致面对称。第二反向线圈34的线圈模式虽然在图1中省略了记载,但是以y=0面(包括z轴和x轴的zx平面)作为对称面而与第一反向线圈33的线圈模式大致面对称。即,能够从第一正向线圈31的线圈模式类推第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34的线圈模式。此外,第一正向线圈31、第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34为了形成得较薄,将铜(Cu)或铝(Al)等良导体的板切割成螺旋形的线圈线而制作。作为切割成螺旋形的方法,可以使用蚀刻、水力喷射、由冲切的切断等方法。基于以形成所需的倾斜磁场的方式进行最佳设计的电流分布,将针对所要求的每个最大电流值进行切割并分割的区域作为导体区域进行加工。被切割的线圈线根据筒(隧道)的形状进行辊压弯曲加工,并形成为鞍形线圈。
在后面,对第一正向线圈31的线圈模式进行详细说明。第一正向线圈31具有与中央面3c接近的中央区域3d;以及距离中央面3c的距离比中央区域3d大的中央外区域3e。螺旋形的第一正向线圈31在最内侧的线圈线37d的更内侧具有漩涡中心36。漩涡中心36设置在中央外区域3e。中央区域3d配置在比漩涡中心36更靠中央面3c的附近。外侧的线圈线37a、37b配置在整个中央区域3d和中央外区域3e这双方,线圈线37a、37b的内侧的线圈线37c、37d配置在中央外区域3e。中央区域3d中的线圈线37a、37b沿着中央面3c进行设置。
中央区域3d中的线圈线37a、37b的线宽L1小于中央外区域3e中的线圈线37a、37b、37c、37d的线宽L2(L1<L2)。中央区域3d中的线圈线37a、37b之间的间隔S1大于中央外区域3e中的线圈线37a、37b、37c、37d之间的间隔S2(S1>S2)。中央区域3d中的线圈线37a、37b的线宽L1小于中央区域3d中的线圈线37a、37b之间的间隔S1(L1<S1)。中央外区域3e中的线圈线37a、37b、37c、37d的线宽L2大于中央外区域3e中的线圈线37a、37b、37c、37d之间的间隔S2(L2>S2)。
中央区域3d与中央外区域3e的边界由边界面3f进行分隔。边界面3f能够配置成与z=D1面(从z=0面分离距离D1的xy平面)一致。边界面3f与中央面3c平行。外侧的线圈线37a、37b穿过中央区域3d与中央外区域3e的边界面3f。外侧的线圈线37a、37b在边界面3f的附近具备具有20度以上160度以下的范围的锥角(倾斜角)θ的锥形部(倾斜部)38。由此,能够急剧缩小线圈线37a、37b的线宽。锥角θ优选设置在30度以上120度以下的范围内。在锥形部38中,外侧的线圈线37a、37b的线宽随着从中央外区域3e向中央区域3d转移而逐渐减小。另外,线圈线37a、37b的内侧的线圈线37c、37d从边界面3f分离。
图4表示通过y方向倾斜磁场主线圈3y及y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y的电流通电而产生的磁场(包括倾斜磁场)在yz平面上的磁力线15及磁通密度y成分17的分布图。在摄像空间9中生成z方向的磁场强度具有一次斜度的倾斜磁场11。在y方向倾斜磁场主线圈3y上存在交链的磁场(y方向倾斜磁场主线圈3y上的y方向的磁通密度17),在漩涡中心36的位置该y方向的磁通密度17变得最大,越是远离该漩涡中心36,y方向的磁通密度17越是减少。而且,在随着远离该漩涡中心36而z坐标的绝对值变大时,y方向的磁通密度17减少,但y方向的磁场方向不翻转。另外,在随着远离该漩涡中心36而z坐标的绝对值变小时,y方向的磁通密度17减少,而且y方向的磁场方向翻转。即,如果设计成在摄像空间9中生成所需精度的倾斜磁场11,并且使线圈磁动势最小化,则有时与在漩涡中心36的位置产生的y方向的磁场的方向相比,相反方向的y方向(y方向上正负的方向翻转的相反方向)的磁场在z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)的近旁生成。而且,该相反方向的磁场在中央区域3d内产生。
图5表示比较例的y方向倾斜磁场主线圈3y的立体图。与第一实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y同样地,比较例的y方向倾斜磁场主线圈3y也能产生与图4所示相同的模式的磁力线15及相同模式的磁通密度y成分17的分布。比较例的y方向倾斜磁场主线圈3y与第一实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y的不同点在于,线圈线37a0、37b0、37c0、37d0的线宽L10、L20大致恒定(L10=L20)且宽度大,而与从漩涡中心36开始为第几圈、是否位于中央面3c侧无关。另外,线圈线37a0、37b0、37c0、37d0的线之间的间隔S10、S20大致恒定(S10=S20)且变小,而与从漩涡中心36开始为第几圈、是否位于中央面3c侧无关。由此,在比较例的y方向倾斜磁场主线圈3y的线圈线37a0、37b0、37c0、37d0中,如图5所示生成涡电流14。在漩涡中心36的周边、以及构成y方向倾斜磁场主线圈3y的外形的筒的z方向的外侧,生成从该筒的y方向的外侧观察为顺时针方向的涡电流14。另外,在接近中央面3c的区域(相当于图4的中央区域3d),对应于图4的上述相反方向的磁场,生成逆时针方向的涡电流14。
图6表示利用通过比较例的y方向倾斜磁场主线圈3y及y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y的电流通电而产生的磁场、在自身的y方向倾斜磁场主线圈3y的线圈导体中产生的涡电流14所产生的磁场(涡电流磁场)在yz平面上的磁力线16的分布图。产生于漩涡中心36的周边的磁力线16能够控制根数较多,方向相反并与图4的磁力线15的分布类似。由此,该涡电流磁场(磁力线16)能够用倾斜磁场修正脉冲进行补偿。另外,上述逆时针方向的涡电流14在z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)的附近,生成方向与磁力线16相反的涡电流磁场(磁力线16a)。该相反方向的磁场(磁力线16a)无法用倾斜磁场修正脉冲进行补偿。
图7表示利用通过本发明的第一实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y及y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y的电流通电而产生的磁场、在自身的y方向倾斜磁场主线圈3y的线圈导体中产生的涡电流14所产生的涡电流磁场在yz平面上的磁力线16的分布图。根据图7的磁力线16的分布图可知,图6的上述相反方向的涡电流磁场(磁力线16a)消失。由于能够消除无法用倾斜磁场修正脉冲进行补偿的上述相反方向的涡电流磁场(磁力线16a),因此能够提供用倾斜磁场修正脉冲进行了补偿的高精度的倾斜磁场。消除了上述相反方向的涡电流磁场(磁力线16a)的原因是,在产生上述相反方向的涡电流磁场(磁力线16a)的中央区域3d,抑制了作为其产生源的上述逆时针方向的涡电流14(参照图5)的产生。而且,上述逆时针方向的涡电流14的抑制,能够通过所需中央区域3d中的线圈线37a、37b的线宽并扩大它们之间的间隔来进行。
图8A表示由图6和图7的A-A'之间的线段上的涡电流产生的磁场(涡电流磁场)的z成分的磁通密度(实线:本发明(图7)、虚线:比较例(图6))的分布图。如虚线所示,比较例的涡电流磁场分布有以z=0作为对称轴而线对称地进行分布的高次的偶数次成分(2次、4次等成分)的磁场。该偶数次成分的磁场无法用倾斜磁场修正脉冲(具有一次成分)进行补偿,因此作为误差磁场而残留。由此,该高次的偶数次成分的磁场需要预先减小。另外,本发明的第一实施方式的涡电流磁场中,z成分的磁场强度恒定,也没有分布一次成分的磁场和高次的偶数次成分的磁场。因此,能够产生高精度的倾斜磁场。而且,例如,即使从外部装置施加了一次成分的磁场,如果用倾斜磁场修正脉冲进行补偿,则不会残留误差磁场而能够删除,能够产生高精度的倾斜磁场。
图8B表示由图8A的a点上的涡电流产生的磁场(涡电流磁场)的z成分的磁通密度的脉冲波形(实线:本发明、虚线:比较例)。由此,在用实线表示的本发明的第一实施方式的脉冲波形中,波形几乎没有歪斜。另外,用虚线表示的比较例的脉冲波形,与第一实施方式的脉冲波形相比存在歪斜。如果涡电流的衰减时间常数大,则在脉冲之间的时间间隔T的期间,涡电流磁场不完全充分衰减,而是在每次追赶时间时累积误差,因此需要减小衰减时间常数。于是,在第一实施方式中,通过使中央区域3d内的线圈线37a、37b变窄,减小感应电动势,减小涡电流。而且,通过使中央区域3d内的线圈线37a、37b变窄,增大电阻,减小衰减时间常数。
此外,说明了对于y方向倾斜磁场主线圈3y使中央区域3d内的线圈线37a、37b变窄的情况,但y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y(参照图2)等的倾斜磁场屏蔽线圈4不限于此。倾斜磁场屏蔽线圈4(y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y)由于进行了磁遮蔽,因此如图4所示,与y方向倾斜磁场主线圈3y相比,在y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y中几乎没有交链的磁场(磁力线15)。从而,涡电流几乎不产生在倾斜磁场屏蔽线圈4(y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y)中,而且也几乎不产生涡电流磁场。
另外,关于x方向倾斜磁场主线圈3x(参照图2),与y方向倾斜磁场主线圈3y同样地,优选使中央区域3d内的线圈线变窄。x方向倾斜磁场主线圈3x具有使y方向倾斜磁场主线圈3y围绕z轴旋转90度,并沿径向扩大或缩小,从而能够重叠在y方向倾斜磁场主线圈3y上的结构。根据该x方向倾斜磁场主线圈3x,也能获得将图4和图7的磁力线15、16的分布图的y轴改写为x轴的磁力线15、16的分布,关于涡电流的产生抑制等,能够获得与y方向倾斜磁场主线圈3y同样的效果。
另外,中央区域3d中的线圈线的线宽L1在将产生于摄像空间9的涡电流磁场设为以往的1/2以下的情况下,优选设为以往的1/2以下,优选设为中央外区域3e中的线圈线的线宽L2的1/2以下。这是因为,在成为涡电流磁场的根源的线圈导体面内流动的涡电流的磁矩与线宽L1成正比。
另外,中央区域3d距离中央面3c的距离D1优选设定为,与在漩涡中心36的位置产生的y方向的磁场17(参照图4)的方向相比生成相反方向的磁场17(参照图4)范围。例如,中央区域3d距离中央面3c的距离D1构成为与大致球状的摄像空间9的半径R大致相等(D1=R)。这是因为由该相反方向的磁场17生成高次的偶数次成分的涡电流磁场。
(第二实施方式)
图9表示本发明的第二实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y的立体图。第二实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y与第一实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y的不同点在于,在中央区域3d中的线圈线37a、37b上设有沿邻接的线圈线的方向延伸的翅片39。翅片39由与设有该翅片的线圈线37a、37b的延伸方向垂直的方向的切口39a进行分割。具体而言,为了缩小中央区域3d内的线圈线37a、37b的线宽,不是仅缩小线宽,而是设置与流过线圈线37a、37b的电流的方向(线圈线37a、37b的延伸方向)垂直的方向的切口39a,使相邻的切口39a的间隔与线圈线37a、37b的宽度程度相同或比它小。而且,防止电流进入翅片39内。通过缩小电流所流过的区域,增大上述电阻,缩短上述衰减时间常数。如果仅缩小电流所流过的区域,则发热量增大。但是,利用于电流的方向垂直地设置的切口39a之间的翅片39,能够通过热传导而放出所发热的热量,能够抑制急剧的温度上升。
(第三实施方式)
图10表示本发明的第三实施方式的z方向倾斜磁场主线圈3z的立体图。z方向倾斜磁场主线圈3z具有正向线圈3a、和隔着中央面3c与正向线圈3a对置的反向线圈3b。正向线圈3a和反向线圈3b是以沿着筒状的形式形成的螺旋状线圈。此外,与正向线圈3a和反向线圈3b所沿着的筒的中心轴垂直的截面形状不限于圆形,也可以是椭圆形或跑道形状。通过设置成椭圆形或跑道形状,能够使z方向倾斜磁场主线圈3z的x方向的直径的宽度大于y方向的直径的宽度。由于能够扩大成为被检测体7的肩宽的方向的x方向的直径的宽度,因此被检测体7能够以自然的姿态进入到摄像空间9中。在正向线圈3a和反向线圈3b中流动有相互相反方向的电流,从而能够在中央面3c的周边的摄像空间9中产生磁场强度沿z方向倾斜的倾斜磁场。中央面3c能够配置成与z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)一致。
如图10所示,正向线圈3a的线圈模式是螺旋状模式。反向线圈3b的线圈模式虽然省略了图10中的记载,但以z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)作为对称面而与正向线圈3a的线圈模式大致面对称。即,能够从正向线圈3a的线圈模式类推反向线圈3b的线圈模式。此外,正向线圈3a和反向线圈3b为了形成得较薄,将铜(Cu)或铝(Al)等良导体的筒切割成螺旋状的线圈线而制作。作为切割成螺旋状的方法,能够使用蚀刻、水力喷射、由冲孔引起的切断等方法。基于以形成所需的倾斜磁场的方式进行最佳设计的电流分布,将针对所要求的每个最大电流值进行切割并分割的区域作为导体区域进行加工。
正向线圈3a具有与中央面3c接近的中央区域3d、和距离中央面3c的距离大于中央区域3d的中央外区域3e。反向线圈3b侧的线圈线37a、37b配置在中央区域3d,反向线圈3b的相反侧的线圈线37c~37i隔着线圈线37a、37b而配置在中央外区域3e。线圈线37a~37i沿着中央面3c进行设置。
位于中央区域3d的线圈线37a、37b的线宽L1小于位于中央外区域3e的线圈线37c~37i的线宽L2(L1<L2)。中央区域3d中的邻接的线圈线37a、37b之间的间隔S1大于中央外区域3e中的邻接的线圈线37c~37i之间的间隔S2(S1>S2)。位于中央区域3d的线圈线37a、37b的线宽L1小于中央区域3d中的线圈线37a、37b之间的间隔S1(L1<S1)。位于中央外区域3e的线圈线37c~37i的线宽L2大于中央外区域3e中的邻接的线圈线37c~37i之间的间隔S2(L2>S2)。
中央区域3d与中央外区域3e的边界由边界面3f进行分隔。边界面3f能够配置成与z=D1面(从z=0面分离距离D1的xy平面)一致。距离D1与大致球状的摄像空间9的半径R大致相等(D1=R)。边界面3f与中央面3c平行。线圈线37b与线圈线37c利用作为搭接线的锥形部38进行连接。锥形部38穿过中央区域3d与中央外区域3e的边界面3f。锥形部38设在边界面3f的附近。锥形部38具有5度以上120度以下的范围的锥角θ。在锥形部38,线宽在从中央外区域3e向中央区域3d转移时而逐渐减小。线圈线37a~37i从边界面3f分离。根据第三实施方式,也能缩小中央区域3d内的线圈线37a、37b的宽度,因此与第一实施方式同样地,能够减小涡电流。而且,通过中央区域3d内的线圈线37a、37b变窄,上述电阻变大,能够缩短上述衰减时间常数。
(第四实施方式)
图11表示本发明的第四实施方式的MRI装置1的立体图。图3所示的第一实施方式的MRI装置1是静磁场12的方向为水平方向的水平磁场型MRI装置,相对于此,图11所示的第四实施方式的MRI装置1是静磁场12的方向为垂直方向的垂直磁场型MRI装置。MRI装置1具有:相对于插入横卧在床8上的被检测体7的摄像空间9以从上下夹住的方式进行配置,并在摄像空间9中生成均匀的静磁场12的上下一对静磁场线圈装置5;对该上下一对静磁场线圈装置5进行分离而支撑的连结柱13;为了对摄像空间9赋予位置信息而产生磁场强度在空间上倾斜配置的脉冲状的倾斜磁场的倾斜磁场线圈装置2;对插入到摄像空间9中的被检测体7照射高频脉冲的RF线圈6;接收来自被检测体7的磁共振信号的接收线圈(省略图示);以及对所接收的磁共振信号进行处理并显示被检测体7的剖视图像的计算机系统(省略图示)。上下一对静磁场线圈装置5、倾斜磁场线圈装置2和RF线圈6形成为以中心轴35作为共同的轴的圆板(圆柱)形状。被检测体7利用可动式的床8被搬运至摄像空间9,接合上下一对静磁场线圈装置5的部件只有细的连结柱13,因此被检测体7能够张望周围而减轻幽闭感。另外,在与中心轴35平行的铅垂方向上设定z轴,以在水平方向上相互成直角的方式设定x轴和y轴。
图12表示将本发明的第四实施方式的MRI装置1利用包括中心轴35(z轴)的yz平面进行了切断的剖视图。上下一对静磁场线圈装置5使用上下一对静磁场主线圈5a和上下一对静磁场屏蔽线圈5b。上下一对静磁场主线圈5a和上下一对静磁场屏蔽线圈5b分别形成为以上述中心轴35作为轴的圆环形状。另外,上下一对静磁场主线圈5a和上下一对静磁场屏蔽线圈5b与第一实施方式同样地,容纳在由氦容器5c、辐射屏蔽件5d和真空容器5e构成的三层结构的容器内。
倾斜磁场线圈装置2也具有上下一对,上下一对倾斜磁场线圈装置2隔着摄像空间9而上下进行配置。RF线圈6也具有上下一对,上下一对RF线圈6隔着摄像空间9上下进行配置。被检测体7横卧在床8上,并插入到分成上下的RF线圈6之间。倾斜磁场线圈装置2是形成于平行平面的各个上的一对平板状的线圈,容纳在形成于摄像空间9附近的真空容器5e的凹部内。RF线圈6设置在倾斜磁场线圈装置2的摄像空间9侧。上下一对倾斜磁场线圈装置2是与静磁场12相同的方向的磁场,并且产生磁场强度向任意的方向倾斜的脉冲状的倾斜磁场11。通常,将静磁场12的方向作为z轴,将与z轴正交的两个方向作为x轴和y轴,倾斜磁场线圈装置2具有能够与静磁场12重叠地产生在x轴方向、y轴方向、z轴方向这三个方向上的独立的倾斜磁场11的功能。
倾斜磁场线圈装置2具有一对圆板状的形状,并且配置成用该一对圆板夹住RF线圈6和摄像空间9。倾斜磁场线圈装置2具有z方向倾斜磁场主线圈3z、x方向倾斜磁场主线圈3x和y方向倾斜磁场主线圈3y,在图12的例子中,表示了y方向倾斜磁场主线圈3y产生磁场强度沿y轴方向线性发生变化的倾斜磁场11的情形。RF线圈6也具有一对圆板状的形状,并且配制成夹住摄像空间9。倾斜磁场线圈装置2具有倾斜磁场主线圈3和倾斜磁场屏蔽线圈4。倾斜磁场主线圈3具有一对板状的z方向倾斜磁场主线圈3z、一对板状的x方向倾斜磁场主线圈3x和一对板状的y方向倾斜磁场主线圈3y。倾斜磁场屏蔽线圈4具有一对板状的z方向倾斜磁场屏蔽线圈4z、一对板状的x方向倾斜磁场屏蔽线圈4x和一对板状的y方向倾斜磁场屏蔽线圈4y。
图13表示本发明的第四实施方式的y方向倾斜磁场主线圈3y的第一正向线圈31(第二正向线圈32)和第一反向线圈33(第二反向线圈34)的俯视图。上下一对板状的y方向倾斜磁场主线圈3y在对的上片侧配置第一正向线圈31和第一反向线圈33,在对的下片侧配置第二正向线圈32和第二反向线圈34。第一正向线圈31和第一反向线圈33配置在上侧的平面上,第二正向线圈32和第二反向线圈34配置在下侧的平面上,线圈31~34配置在平行平面上。
第一正向线圈31和第一反向线圈33的各自的外形为半圆形。而且,由第一正向线圈31和第一反向线圈33构成的外形为大致圆形。第一正向线圈31的线圈模式是线圈线37a、线圈线37b、线圈线37c、线圈线37d、线圈线37e和线圈线37f以该顺序配置在内侧的多圈(在图13的例子中为6圈)的螺旋形模式。第二正向线圈32的线圈模式是以z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)作为对称面而与第一正向线圈31的线圈模式大致面对称。第一反向线圈33的线圈模式是虽然省略了图13中的记载,但以y=0面(包括z轴和x轴的zx平面)作为对称面而与第一正向线圈31的线圈模式大致面对称。第二反向线圈34的线圈模式是以z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)作为对称面而与第一反向线圈33的线圈模式大致面对称。而且,第二正向线圈32和第二反向线圈34的线圈模式相对于第一正向线圈31和第一反向线圈33大致全等。如此,能够从第一正向线圈31的线圈模式类推第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34的线圈模式。此外,第一正向线圈31、第二正向线圈32、第一反向线圈33和第二反向线圈34为了形成得较薄,将铜(Cu)或铝(Al)等良导体的板切割成螺旋形的线圈线而制作。作为切割成螺旋形的方法,能够使用蚀刻、水力喷射、由冲切的切断等方法。基于以形成所需的倾斜磁场的方式进行最佳设计的电流分布,将针对所要求的每个最大电流值进行切割并分割的区域作为导体区域进行加工。而且,通过在第二正向线圈32中流动与在第一正向线圈31或者流动的电流相同的方向的电流,在第一反向线圈33和第二反向线圈34中流动与第一正向线圈31相反方向的电流,能够在摄像空间9中产生如图12所示的磁场强度沿y轴方向倾斜的倾斜磁场11。
在后面,对第一正向线圈31的线圈模式进行详细说明。第一正向线圈31具有与中央面3c接近的中央区域3d、和距离中央面3c的距离大于中央区域3d的中央外区域3e。中央面3c设定在y=0面(包括z轴和x轴的zx平面)上。螺旋形的第一正向线圈31在最内侧的线圈线37f的更内侧具有漩涡中心36。漩涡中心36设在中央外区域3e。中央区域3d配置在比漩涡中心36更靠中央面3c的附近。外侧的线圈线37a、37b、37c配置在整个中央区域3d和中央外区域3e这双方上,线圈线37a、37b、37c的内侧的线圈线37d、37e、37f配置在中央外区域3e。中央区域3d中的线圈线37a、37b、37c沿着中央面3c进行设置。
中央区域3d中的线圈线37a、37b、37c的线宽L1小于中央外区域3e中的线圈线37a~37f的线宽L2(L1<L2)。中央区域3d中的线圈线37a、37b、37c之间的间隔S1大于中央外区域3e中的邻接的线圈线37a~37f之间的间隔S2(S1>S2)。中央区域3d中的线圈线37a、37b、37c的线宽L1小于中央区域3d中的线圈线37a、37b、37c之间的间隔S1(L1<S1)。中央外区域3e中的线圈线37a~37f的线宽L2大于中央外区域3e中的邻接的线圈线37a~37f之间的间隔S2(L2>S2)。
中央区域3d与中央外区域3e的边界由边界面3f进行分隔。边界面3f能够配置成与y=D1面(从y=0面分离距离D1的zx平面)一致。距离D1与大致球状的摄像空间9的半径R大致相等(D1=R)。边界面3f与中央面3c平行。外侧的线圈线37a、37b、37c穿过中央区域3d与中央外区域3e的边界面3f。外侧的线圈线37a、37b、37c在边界面3f的附近具备具有20度以上160度以下的范围的锥角θ的锥形部38。在锥形部38中,外侧的线圈线37a、37b、37c的线宽在从中央外区域3e向中央区域3d转移时而逐渐地变小。另外,线圈线37a、37b、37c的内侧的线圈线37d、37e、37f从边界面3f分离。
另外,关于x方向倾斜磁场主线圈3x(参照图12),与y方向倾斜磁场主线圈3y同样地,优选使中央区域3d内的线圈线变窄。x方向倾斜磁场主线圈3x具有将y方向倾斜磁场主线圈3y围绕z轴旋转90度的结构。根据该x方向倾斜磁场主线圈3x,关于涡电流的产生抑制等,与y方向倾斜磁场主线圈3y同样地,也能获得与第一实施方式同样地效果。
(第五实施方式)
图14表示本发明的第五实施方式的z方向倾斜磁场主线圈3z的正向线圈3a(反向线圈3b)的俯视图。上下一对板状的z方向倾斜磁场主线圈3z在对的上片侧配置正向线圈3a,在对的下片侧配置反向线圈3b。正向线圈3a配置在中央面(z=0面(包括x轴和y轴的xy平面))的上侧的平面上,反向线圈3b配置在中央面的下侧的平面上,线圈3a、3b以隔着中央面的方式配置在平行平面上。正向线圈3a和反向线圈3b的各自的外形为大致圆形。正向线圈3a的线圈模式是线圈线37a、线圈线37b、线圈线37c、线圈线37d、线圈线37e、线圈线37f、线圈线37g和线圈线37h以该顺序配置在内侧的多圈(在图14的例子中为8圈)的螺旋形模式。反向线圈3b的线圈模式是以z=0面(包括x轴和y轴的xy平面)作为对称面而与正向线圈3a的线圈模式大致面对称。如此,能够从正向线圈3a的线圈模式类推反向线圈3b的线圈模式。此外,正向线圈3a和反向线圈3b为了形成得较薄,将铜(Cu)或铝(Al)等良导体的板切割成螺旋形的线圈线而制作。作为切割成螺旋形的方法,能够使用蚀刻、水力喷射、由冲切的切断等方法。基于以形成所需的倾斜磁场的方式进行最佳设计的电流分布,将针对所要求的每个最大电流值进行切割并分割的区域作为导体区域进行加工。而且,通过在反向线圈3b中流动与正向线圈3a相反方向的电流,能够在摄像空间9中产生磁场强度沿z轴方向倾斜的倾斜磁场。
在后面,对正向线圈3a的线圈模式进行详细说明。正向线圈3a具有与正向线圈3a的中心轴(z轴)接近的中央区域3d、和距离正向线圈3a的中心轴(z轴)的距离大于中央区域3d的中央外区域3e。螺旋形的正向线圈3a在最内侧的线圈线37h的更内侧具有漩涡中心36。在正向线圈3a的中心轴(z轴)上配置有漩涡中心36。漩涡中心36设在中央区域3d内。中央区域3d与中央外区域3e的边界由边界面3f进行分隔。边界面3f能够设在以z轴作为中心轴的圆筒侧面上。该圆筒的半径与大致球状的摄像空间9的半径R大致相等。线圈线37f与线圈线37g用作为搭接线的锥形部38进行连接。锥形部38穿过中央区域3d与中央外区域3e的边界面3f。锥形部38设在边界面3f的附近。锥形部38具有5度以上120度以下的范围的锥角θ。在锥形部38中,线宽在从中央外区域3e向中央区域3d转移时而逐渐减小。线圈线37a~37h从边界面3f分离。外侧的线圈线37a~37f配置在中央外区域3e,线圈线37a~37f的内侧的线圈线37g、37h配置在中央区域3d。线圈线37g、37h沿着边界面3f进行设置。
中央区域3d内的线圈线37g、37h的线宽L1小于中央外区域3e内的线圈线37a~37f的线宽L2(L1<L2)。中央区域3d内的线圈线37g、37h之间的间隔S1大于中央外区域3e内的邻接的线圈线37a~37f之间的间隔S2(S1>S2)。中央区域3d内的线圈线37g、37h的线宽L1小于中央区域3d内的线圈线37g、37h之间的间隔S1(L1<S1)。中央外区域3e内的线圈线37a~37f的线宽L2大于中央外区域3e内的邻接的线圈线37a~37f之间的间隔S2(L2>S2)。根据第五实施方式,能够缩小中央区域3d内的线圈线37g、37h的宽度,因此与第一实施方式同样地,能够减小涡电流。而且,通过使中央区域3d内的线圈线37g、37h变窄,上述电阻变大,能够减小上述衰减时间常数。
此外,本发明不限于上述第一~第五实施方式,包括各种变形例。例如,上述第一~第五实施方式为了便于理解本发明而进行了详细说明,但未必局限于具有所说明的所有结构的方式。另外,可以将某一实施方式的一部分结构替换为其他实施方式的结构,并且,也可以在某一实施方式的结构上追加其他实施方式的结构。此外,对于各实施方式的一部分结构,能够进行其他结构的追加、删除和替换。
附图标记说明
1 磁共振成像(MRI)装置
2 倾斜磁场线圈装置
3、3x、3y、3z 倾斜磁场主线圈
3a 正向线圈
31 第一正向线圈
32 第二正向线圈
3b 反向线圈
33 第一反向线圈
34 第二反向线圈
3c 中央面
3d 中央区域
3e 中央外区域
3f 中央区域与中央外区域的边界面
35 中心轴(z轴)
36 漩涡中心
37a、37b、37c、37d、37e、37f、37g、37h 线圈线
38 锥形部(倾斜部)
39 翅片
39a 切口
5 静磁场线圈装置
9 摄像空间
11 倾斜磁场
14 涡电流
L1 中央区域中的线圈线的线宽
L2 中央外区域中的线圈线的线宽
S1 中央区域中的线圈线之间的间隔
S2 中央外区域中的线圈线之间的间隔
R 摄像空间的半径
D1 从边界面到中央面的距离
θ 锥角(倾斜角)