JP2000102520A

JP2000102520A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2000102520A
Application number: JP10290134A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島; Takao Honna; 孝男本名
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】漏洩磁場の広がりが少なく、かつ、開放性，
操作性の高い磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】磁場発生装置は均一磁場領域（１）を挾
んで上下方向に対向して配置された一対の磁場発生源
（５，６）と、磁場発生源（５，６）を内包し、冷却す
る一対の冷却容器（２，３）を具備する。磁場発生源
（５，６）は均一磁場領域（１）に均一磁場を生成する
主コイル（７，９）と漏洩磁場を抑制するシールドコイ
ル（８，１０）とから成る。上側磁場発生源５の主コイ
ル（７）とシールドコイル（８）との間隔は、下側磁場
発生源（６）のものより広くしてある。このように構成
したことにより、上側冷却容器（２）の高さは高くなる
が、下側冷却容器（３）の高さは変わらず、床面から均
一磁場領域（１）の中心までの高さは増加しない。装置
上方の漏洩磁場を低減できると共に、高い開放性，操作
性が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に係り、特に広い
開口部を有することで被検体に開放感を与え、また術者
にとっては被検体へのアクセスが容易となる磁場発生装
置を有した磁気共鳴イメージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置では当初円筒型水平磁場方式
の超電導磁石装置が主流として用いられて来たが、この
方式の磁石では均一磁場領域が円筒内に生成されるた
め、検査時に被検体が長時間円筒内に留置されることに
なるので、このことが被検体に閉塞感を与え、問題とな
っていた。このため最近のＭＲＩ装置では、開放型の磁
場発生装置を用いたものが要求され、それが主流となり
つつある。

【０００３】開放型の磁場発生装置は、撮影空間となる
均一磁場領域を挾んで一対の磁場発生源が対向して配置
されたもので、均一磁場領域およびその周辺が開放され
ているため、被検体に大きな開放感を与えるものであ
る。開放型磁場発生装置を用いたＭＲＩ装置としては従
来永久磁石を用いた垂直磁場方式のものが主流であった
が、最近では常電導磁石，超電導磁石を用いたものも製
品化されている。

【０００４】開放型の磁場発生装置としては、垂直磁場
方式のものと、水平磁場方式のものがある。これらの開
放型磁場発生装置の磁場発生源では、漏洩磁場を抑制す
るため、アクティブシールド方式を採ることができる。
このアクティブシールド方式の磁石では、均一磁場を生
成する一対の主コイルの均一磁場空間の中心に対しての
外側に、一対のシールドコイルを配置し、このシールド
コイルに主コイルとは逆向きの電流を流すことにより、
磁石の周囲の漏洩磁場を抑制している。

【０００５】開放型磁場発生装置の第１の例として特開
平９−１５３４０８号公報に開示されたもの（以下、公
知例１という）がある。公知例１の磁石では、均一磁場
の発生領域を挾んで一対の超電導物質から成る主コイル
と打ち消しコイル（シールドコイルに相当）が対向して
配置されている。主コイルと打ち消しコイルの外径と両
コイルの間隔はほぼ同じで、それらを収納する冷却容器
の外径は一様である。このような構造の磁石では、漏洩
磁場を低減するためには、装置全体が大型化してしまう
という問題がある。

【０００６】開放型磁場発生装置の第２の例としてＵＳ
Ｐ５，４４８，２１４号公報に開示されたもの（以下、
公知例２という）がある。公知例２の磁石は、水平磁場
方式の超電導磁石装置であり、その磁場発生源はほぼ対
称に配置されている。各々の磁場発生源の主コイルとシ
ールドコイルとは別個の冷却容器に収納され、シールド
コイルの外径は主コイルの外径より大きく作られてい
る。このような構造の磁石では、冷却容器の数が増加し
て構造が複雑になること、外径が大きくなることなどの
問題がある。

【０００７】開放型磁場発生装置の第３の例として、特
開平９−１９０９１３号公報に開示されたもの（以下、
公知例３という）がある。公知例３の磁石では、公知例
１と同様に均一磁場領域を挾んで一対の磁場発生源を対
向して配置した磁石の周囲に、円板状強磁性体や円筒状
強磁性体や柱状強磁性体などから成るパッシブシールド
方式の磁気シールドを配置し、磁場発生源の主コイルに
よって生成された磁束の帰路を形成することによって、
漏洩磁場の抑制を図っている。このような磁石では、強
磁性体の量を多くすることによって漏洩磁場の抑制効果
は向上するが、磁石全体の重量が重くなるという問題が
生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術で説明
した如く、従来の開放型磁場発生装置において、公知例
１の場合のように、アクティブシールド方式を採用して
漏洩磁場抑制の効果を上げるためには、（１）シールド
コイルの直径を主コイルの直径に比べて大きくする、
（２）並列配置される主コイルとシールドコイルの間隔
を大きくする、などの措置が必要である。しかし、シー
ルドコイルの直径を大きくした場合、被検体が挿入され
る均一磁場領域と装置外周部との間の距離が大きくな
り、術者の被検体へのアクセスが困難になる。また、主
コイルとシールドコイルの間隔を大きくした場合には、
均一磁場領域の中心位置の高さが高くなるために、被検
体の不安感が増大したり、ＩＶＲなどの手法を実施する
際に被検体へのアクセス性が悪化するなどの問題が生じ
る。

【０００９】また、公知例２のような場合には、冷却容
器の個数が増加することにより、構造が複雑となり、コ
ストが上昇するという問題があり、公知例３のようにパ
ッシブシールド方式にして、鉄などから成る磁気シール
ドを用いた場合には、磁石全体の重量が非常に重くなる
という問題がある。

【００１０】このため、本発明では、構造が簡易で、か
つ漏洩磁場の広がりが少なく、被検体に大きな開放感を
与え、術者の被検体へのアクセスが容易となる磁気共鳴
イメージング装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、均一磁場領
域を挾んで対向して配置された一対の磁場発生源を具備
し、該磁場発生源の各々は前記均一磁場の磁場方向の中
心軸に対して同軸に配置された主コイルとシールドコイ
ルとから成り、前記主コイルと前記シールドコイルとの
前記中心軸方向の間隔が各々の磁場発生源において異な
るようにしたものである（請求項１）。

【００１２】この構成では、主コイルとシールドコイル
の間隔が均一磁場領域の両側で異なることにより、主コ
イルとシールドコイルの間隔が広い側では狭い側に比べ
て漏洩磁場を大幅に低減することが可能である。従っ
て、漏洩磁場を低減したい側のコイル間隔を拡げ、他の
側については、狭いまま、またはそれ以下にすることに
より、イメージング装置としての開放性，操作性を変え
ずに、また装置の全長を大幅に伸長することなく、装置
周囲の必要な部分の漏洩磁場を低減することができる。

【００１３】本発明の磁場発生装置では更に、前記中心
軸方向の漏洩磁場を抑制すべき側に配置された磁場発生
源の主コイルとシールドコイルの中心軸方向の間隔を大
きくしたものである。この構成では主コイルとシールド
コイルの間隔を大きくした側の漏洩磁場の抑制効果が向
上するので、抑制すべき側の漏洩磁場が低減される。

【００１４】本発明の磁場発生装置では更に、前記磁場
発生源の各々が垂直方向に配置され、上側の磁場発生源
の主コイルとシールドコイルの中心軸方向の間隔を大き
くしたものである。この構成では、上側の磁場発生源の
高さが高くなるため装置全体の高さも高くなるが、上側
の漏洩磁場の抑制効果が大幅に向上し、装置の上方向の
漏洩磁場が低減される。ＭＲＩ装置と組み合わせた場
合、装置が１階に設置されることが多いので、２階への
漏洩磁場の影響を抑制でき、有効である。

【００１５】本発明の磁場発生装置では更に、前記主コ
イルと前記シールドコイルを内包し、前記均一磁場領域
を挾んで対向して配置された一対の冷却容器を具備し、
前記主コイルと前記シールドコイルは超電導物質から成
り、前記冷却容器は前記主コイルと前記シールドコイル
を超電導特性を示す温度にまで冷却維持し、前記冷却容
器の前記中心軸方向の長さが各々の冷却容器において異
なるものである。

【００１６】この構成では、磁場発生装置が超電導磁石
装置であるため、主コイルとシールドコイルは冷却容器
に内包されている。その結果、主コイルとシールドコイ
ルの間隔の差は冷却容器の中心軸方向の長さの差となっ
ており、主コイルとシールドコイルの間隔が広い側の冷
却容器の中心軸方向の長さが長くなり、冷却容器の中心
軸方向の長さが長くなった側の漏洩磁場の抑制効果が向
上する。また、磁場発生装置を超電導磁石装置とした場
合、高い磁場強度を発生することが可能となる。

【００１７】本発明の磁場発生装置では更に、前記磁場
発生源の各々において、前記主コイルおよび前記シール
ドコイルの個数を複数個とし、各コイルの直径，巻数，
配置位置のうちの少なくとも一つが異なるものである。
この構成では、コイルの個数を複数個にして、各コイル
の直径，巻数，配置位置を変更し、調整することができ
るので、均一磁場領域に生成する均一磁場の磁場均一度
および漏洩磁場の調整が容易となるため、磁場均一度の
向上，漏洩磁場の低減が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って説明する。図１に本発明の磁場発生装置の第１
の実施例の外観図を示す。図２には図１の縦断面図を示
す。図１において、本実施例の磁場発生装置は、開放型
の超電導磁石装置で、均一磁場領域１を挾んで円板状の
上側冷却容器２と下側冷却容器３が対向して配置されて
いる。上側冷却容器２と下側冷却容器３とは均一磁場領
域１の左右に配置された２本の連結管４によって接続さ
れている。また、上側冷却容器２はこの連結管４によっ
て支持されている。

【００１９】図２に示す如く、上側冷却容器２内には上
側磁場発生源５が、下側冷却容器３内には下側磁場発生
源６が内包され、上側磁場発生源５は上側主コイル７と
上側シールドコイル８とから成り、下側磁場発生源６は
下側主コイル９と下側シールドコイル１０とから成る。
主コイル７，９とシールドコイル８，１０は垂直中心線
（Ｚ軸）１６と同軸に配置されている。主コイル７，９
およびシールドコイル８，１０には、超電導物質、例え
ばＮｂＴｉなどの線材が使用されている。上側冷却容器
２は内部に超電導用冷媒１５を充填した上側冷媒容器１
１と、この上側冷媒容器１１を内包する上側真空容器１
２と、上側真空容器１２を被う熱シールド（図示せず）
などから成る。同様に、下側冷却容器３は下側冷媒容器
１３と下側真空容器１４と熱シールド（図示せず）など
から成る。上側冷媒容器１１と下側冷媒容器１３との間
は連結管４によって、熱的および電気的に接続されてい
る。この連結管４は、同時に上下の冷却容器２，３を一
定間隔に保持する機能も果たしている。

【００２０】主コイル７，９およびシールドコイル８，
１０は超電導用冷媒１５の中に浸漬され、超電導特性を
示す温度にまで冷却され、維持される。コイルの線材と
してＮｂＴｉなどの合金超電導体を用いた場合には、超
電導用冷媒１５としては液体ヘリウムが用いられる。冷
却容器２，３には通常冷凍機（図示せず）が接続される
が、最近の冷凍機の高性能化により液体ヘリウムなどの
冷却液体を用いない構成も可能となり、この場合には液
体ヘリウムなどの超電導用冷媒１５を収納する冷媒容器
１１，１３は不要となり、冷却容器２，３の構成は簡単
になる。

【００２１】上側磁場発生源５の上側主コイル７および
下側磁場発生源６の下側主コイル９によって均一磁場領
域１に上下方向（Ｚ軸方向）の均一磁場（磁束密度
Ｂ₀）が生成される。上側主コイル７および下側主コイ
ル９からの漏洩磁場を遮蔽するために、主コイル７，９
の外側に上側シールドコイル８および下側シールドコイ
ル１０が配置され、対応する主コイルとは逆向きの電流
が通電される。

【００２２】本実施例では、必要性の高い部分での漏洩
磁場を十分に低減させ、かつ、十分な装置の開放性と操
作性を得るために、上側磁場発生源５を構成する上側主
コイル７と上側シールドコイル８との間の間隔を、下側
磁場発生源６のものより大きくしている。均一磁場領域
１の磁場強度を一定とした場合、一般に主コイルとシー
ルドコイルとの間隔を拡げるほど、漏洩磁場の抑制効果
は大きくなる（図５参照）。従って、本実施例のような
構造を採用することにより、上側磁場発生源５の上方向
の漏洩磁場を、下側磁場発生源６の下方向に比べて、よ
り強く抑制することが可能となる。

【００２３】一般にＭＲＩ装置は、搬入の容易性，床重
量の制限などにより、病院などの１階に設置されること
が多い。この場合、装置の上方向（２階）への漏洩磁場
が問題となる。一方、装置の下方向（地下）への漏洩磁
場はそれほど問題にならない場合が多い。従って、本実
施例の如き構造にすることにより、装置の上方向（２
階）への漏洩磁場を効果的に低減できると共に、装置の
中心となる均一磁場領域１の中心位置の高さを低くした
構造にすることができる。

【００２４】本実施例では、アクティブシールド型の超
電導磁石装置を対象としているため、主コイルとシール
ドコイルを収納する冷却容器に関し、上側冷却容器２の
縦方向（Ｚ軸方向）長さＬ１が下側冷却容器３の縦方向
（Ｚ軸方向）長さＬ２よりも大きくなる。しかし、下側
冷却容器３の縦方向長さＬ２については、従来品と比べ
て大きくとる必要がないので、均一磁場領域１の水平中
心線１７までの高さＬｃは大きくならず、均一磁場領域
１に挿入された被検体へのアクセス性は維持される。

【００２５】また、下側磁場発生源６については、下側
主コイル９のみとし、下側シールドコイル１０を省略す
ることも可能である。この場合には、下側冷却容器３の
縦方向長さＬ２を大幅に小さくすることができ、その結
果、均一磁場領域１の水平中心線１７までの高さＬｃを
大幅に低くすることができる。この均一磁場領域１の中
心高さが低くなると、均一磁場領域１の中心から天井ま
での距離が大きくなるので、上側磁場発生源５の上側主
コイル７と上側シールドコイル８の間の距離をさらに拡
げることが可能となり、漏洩磁場の抑制効果を大きくす
ることができる。

【００２６】図３に本発明の磁場発生装置の第２の実施
例の外観図を示す。本実施例は水平磁場方式の超電導磁
石装置で、均一磁場領域１の左右に左側冷却容器２０と
右側冷却容器２１とが対向して配置されている。各々の
冷却容器２０，２１の外径はほぼ同じであるが、左側冷
却容器２０の水平方向長さが右側冷却容器２１の水平方
向長さより短くなっている。図３の各々の冷却容器２
０，２１内には、均一磁場領域１に水平方向の均一磁場
（Ｂ₀）を生成するため主コイルと漏洩磁場を低減する
ためのシールドコイルとから成る磁場発生源が内包され
ているが、左側冷却容器２０に内包されている磁場発生
源の主コイルとシールドコイルの間隔が右側冷却容器２
１のものより狭くなっているために、両冷却容器間でそ
の水平方向長さに差が生じている。また、各々の冷却容
器２０，２１には被検体を挿入するための穴２２，２３
が設けられている。

【００２７】本実施例では、水平方向長さの長い右側冷
却容器２１の側において、漏洩磁場の抑制効果を大きく
することができるので、この構成は均一磁場領域１の右
側で漏洩磁場を特に低くしたい場合などに有効である。
また、本実施例は公知例２（ＵＳＰ５，４４８，２１４
号公報）と類似の構造となるが、主コイルとシールドコ
イルとが一つの冷却容器に内包されていること、主コイ
ルとシールドコイルの直径がほぼ同じであることの点で
異なる。本実施例の磁石をＭＲＩ装置に適用した場合、
左側冷却容器２０の側の奥行きが短いので、腹部などを
撮影する場合、頭部を装置の外部に出すことが可能とな
り、被検体にとって大きな開放感が得られる。

【００２８】図４に本発明の磁場発生装置の第３の実施
例の縦断面図を示す。本実施例は第１の実施例と同様、
垂直磁場方式の超電導磁石装置である。第１の実施例と
の相違点は、主コイルおよびシールドコイルを複数のコ
イル群で構成したことにある。更に、下側シールドコイ
ルを省略して、下側冷却容器３の縦方向長さＬ２を小さ
くしたものである。

【００２９】図４において、上側冷却容器２に内包され
る上側磁場発生源５は、３個のコイルから成る上側主コ
イル群３０と２個のコイルから成る上側シールドコイル
群３１とから構成され、下側磁場発生源６は、３個のコ
イルから成る下側主コイル群３２のみから構成される。
均一磁場領域１の均一磁場Ｂ₀は、上側主コイル群３０
と下側主コイル群３２によって生成されるが、複数のコ
イルを垂直中心線（Ｚ軸）１６と同軸に配置することに
より磁場均一度の非常に高いものとなる。複数のコイル
を使用することにより、各コイルの直径，巻数，配置位
置のいずれか、または全てを変えることにより均一磁場
の磁場強度の調整ができるので、均一磁場の調整が容易
となり磁場均一度も高めることができる。

【００３０】また、シールドコイルについても複数のコ
イルを使用することにより、主コイルと同様に、各コイ
ルの直径，巻数，配置位置のいずれか、または全てを変
えることにより、漏洩磁場を十分に低減することができ
る。また、図４においては、下側磁場発生源６につい
て、下側シールドコイルを省略しているが、下側シール
ドコイル群を追加してもよいことは言うまでもない。し
かし、下側シールドコイル群を追加した場合には、その
分だけ下側冷却容器３の縦方向長さＬ２が大きくなる。

【００３１】また、主コイルおよびシールドコイルを複
数個に分けることは、コイル間に働く電磁力のバランス
調整にも有利である。主コイル群およびシールドコイル
群のコイルの直径，巻数，配置位置を調整することによ
り電磁力のバランス調整がやり易くなり、構造的に十分
な強度をもたせることもできる。

【００３２】本発明の磁場発生装置での漏洩磁場の抑制
効果の例を図５に示す。図５は、本発明の磁場発生装置
を構成する主コイルとシールドコイルについて、両コイ
ルの間隔を変えた場合の垂直中心線方向の漏洩磁場の変
化（計算例）を示したものである。図５（ａ）は、主コ
イル７とシールドコイル８の配置例を示したもので、上
側磁場発生源６のもののみを示した。主コイル７とシー
ルドコイル８は垂直中心線１６に対し同軸に配置され、
主コイル７は均一磁場領域１の中心（磁場中心）から
０．５ｍ離れた位置に配置されている。主コイル７とシ
ールドコイル８との間隔は、狭い場合の例として０．３
ｍ、広い場合の例として１ｍとした。

【００３３】図５（ｂ）には、漏洩磁場の計算例を示
す。図５（ｂ）において、横軸には垂直中心線１６上の
磁石中心からの距離を、縦軸には漏洩磁場の磁場強度を
示す。磁場強度の正負は磁束の方向を示し、正は上向き
で、負は下向きである。図５（ｂ）中のグラフＡはコイ
ル間隔が０．３ｍの場合（狭い例）であり、グラフＢは
コイル間隔が１ｍの場合（広い例）である。図中斜線を
施した部分は漏洩磁場が５ガウス以下の範囲である。現
在漏洩磁場の基準値として５ガウスの値が用いられてい
るので参考までに示したものである。上記の計算例でこ
の５ガウスラインに到達する距離は、従来品に対応する
コイル間隔の狭い場合（０．３ｍ）では１０ｍであるの
に対し、本発明に対応するコイル間隔の広い場合（１
ｍ）では、４．８ｍであり、漏洩磁場の大幅な低減が達
成されている。この際、均一磁場領域の磁場強度は一定
としたままで、漏洩磁場を抑制するために、各コイルに
流す電流量を最適化している。

【００３４】上記の実施例の説明においては、本発明の
対象を超電導磁石装置として説明してきたが、本発明は
これに限定されず、常伝導体から成るコイルを用いた常
伝導磁石装置にも適用することができる。また、第１〜
第３の実施例ともアクティブシールド方式の磁場発生装
置について説明してきたが、このアクティブシールド方
式の磁石の周囲に強磁性体から成る磁気シールドを配置
して、アクティブシールド方式とパッシブシールド方式
を組合せたものにしてもよい。この場合、磁石の重量は
重くなるが、漏洩磁場の抑制効果は大きいので、漏洩磁
場を特に低くしたい場合に有効である。また、本発明の
磁場発生装置は、高い磁場均一度と低い漏洩磁場を達成
できるので、ＭＲＩ装置のみならず、結晶引上げ装置な
どにも適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、漏
洩磁場を強く抑制すべき側に配置した磁場発生源の主コ
イルとシールドコイルの間隔を他の側のものより大きく
することにより、必要とする方向の漏洩磁場を抑制する
ことができ、一方他の側については、磁石の端面から均
一磁場領域の中心までの距離が増大することがないの
で、被検体に大きな開放感を与え、術者が被検体に近接
し易い操作性の良い磁気共鳴イメージング装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導磁石装置の第１の実施例の外観
図。

【図２】本発明の超電導磁石装置の第１の実施例の縦断
面図。

【図３】本発明の超電導磁石装置の第２の実施例の外観
図。

【図４】本発明の超電導磁石装置の第３の実施例の縦断
面図。

【図５】本発明の磁場発生装置での漏洩磁場の抑制効果
の例。

【符号の説明】

１均一磁場領域２上側冷却容器３下側冷却容器４連結管５上側磁場発生源６下側磁場発生源７上側主コイル８上側シールドコイル９下側主コイル１０下側シールドコイル１１上側冷媒容器１２上側真空容器１３下側冷媒容器１４下側真空容器１５超電導用冷媒１６垂直中心線１７水平中心線２０左側冷却容器２１右側冷却容器２２，２３穴３０上側主コイル群３１上側シールドコイル群３２下側主コイル群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】均一磁場領域を挾んで対向して配置され
た一対の磁場発生源を具備した磁気共鳴イメージング装
置において、前記磁場発生源の各々は、前記均一磁場の
磁場方向の中心軸に対して同軸に配置された主コイルと
シールドコイルとから成り、前記主コイルと前記シール
ドコイルとの前記中心軸方向の間隔が各々の磁場発生源
において異なることを特徴とする磁気共鳴イメージング
装置。