JP2002085367A - 磁場発生装置および磁気共鳴撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気回路の温度の立ち上がりが早い磁場発生
装置、および、そのような磁場発生装置を有する磁気共
鳴撮影装置を実現する。 【解決手段】 永久磁石を有するマグネットシステム
（１００）の温度を初期状態から規定温度まで立ち上げ
るとき、媒体循環装置（５０２，５０４）から熱交換板
（２１０）に温水等の暖かい熱交換媒体を循環させ、温
度制御用のヒータ（３２２，３２４）による加熱を補助
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁場発生装置およ
び磁気共鳴撮影装置に関し、特に、永久磁石を用いる磁
場発生装置、およびそのような磁場発生装置を有する磁
気共鳴撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、
マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）の
内部空間すなわち静磁場を形成した空間に撮影の対象を
搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内に
磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて断層
像を生成（再構成）する。

【０００３】静磁場を発生するのに永久磁石を用いるマ
グネットシステムでは、空間を挟んで対向する１対の永
久磁石とこれら永久磁石用の磁気回路を構成するヨーク
（ｙｏｋｅ）とを有する。

【０００４】永久磁石は温度特性を持つので、温度変化
による磁場強度の変化を防止して安定な静磁場を得るた
めに、永久磁石を含む磁気回路を一定温度に保温するこ
とが行われる。保温する温度は常温よりやや高く、しか
も永久磁石が磁気を失わない温度とする。そのような温
度として例えば３０°Ｃが選ばれる。

【０００５】このような温度を保つための熱量供給源と
して電気ヒータ（ｈｅａｔｅｒ）等が用いられ、その発
熱量が制御装置によって制御される。制御装置には、永
久磁石またはヨーク所定の箇所で測定した温度が検出信
号として入力される。制御装置はこの検出信号の値が予
め定められた設定値に一致するように電気ヒータの発熱
量を制御する。すなわち、制御装置はフィードバック
（ｆｅｅｄｂａｃｋ）制御によって永久磁石の温度を安
定化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】温度がある値（例えば
４５°Ｃ）を超えて上昇すると、永久磁石は、磁気は失
わないものの温度特性の可逆性を失い、温度を元に戻し
ても磁場強度が元に戻らなくなる。このため、温度調節
に当たってはそのような値を決して超えないようにする
必要があり、電気ヒータとしては磁気回路の熱容量に比
して発熱量の控えめなものが用いられる。

【０００７】そのような電気ヒータを用いた場合、マグ
ネットシステムを稼働サイト（ｓｉｔｅ）に据え付けて
初めて加温するとき、あるいは、長時間の稼働停止後に
再加温するときなどは、外気温あるいは周囲温度と同じ
になっている磁気回路の温度を規定値まで立ち上げるの
にかなりの時間を要する。その間はマグネットシステム
の調整も稼働も不可能な待ち時間となる。

【０００８】そこで、本発明の課題は、磁気回路の温度
の立ち上がりが早い磁場発生装置、および、そのような
磁場発生装置を有する磁気共鳴撮影装置を実現すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決
するための１つの観点での発明は、空間を隔てて互いに
対向する１対の永久磁石と、前記１対の永久磁石用の磁
気回路を構成するヨークと、前記永久磁石の温度を周囲
温度より高い予め定めた温度となるように調節する温度
調節手段と、前記１対の永久磁石の互いに対向する端部
にそれぞれ設けられ空間を隔てて互いに対向する１対の
熱交換部材と、前記１対の熱交換部材の互いに対向する
端部にそれぞれ設けられ空間を隔てて互いに対向する１
対の勾配磁場コイルと、前記温度調節手段による前記永
久磁石の加温を補助するための熱を前記熱交換部材を通
じて供給する熱供給手段と、前記勾配磁場コイルの通電
に伴う発熱を前記熱交換部材を通じて吸収する熱吸収手
段と、を具備することを特徴とする磁場発生装置であ
る。

【００１０】この観点での発明では、永久磁石と勾配磁
場コイルの間に熱交換部材を介在させ、この熱交換部材
を、永久磁石の温度立ち上げ時の加温を補助する目的
と、稼働時の勾配磁場コイルの発熱を吸収する目的に共
用する。これによって、永久磁石に供給する熱量を増や
して温度の立ち上がりを早めることができる。また、稼
働時の勾配磁場コイルの発熱を吸収して勾配磁場コイル
および永久磁石の不要な温度上昇を防止することができ
る。

【００１１】（２）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、前記熱交換部材は液体を熱交換媒体とす
る、ことを特徴とする（１）に記載の磁場発生装置であ
る。この観点での発明では、（１）に加えて、液体の熱
容量が大きいことを利用して能率の良い熱交換を行うこ
とができる。

【００１２】（３）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、前記液体は水である、ことを特徴とする
（２）に記載の磁場発生装置である。この観点での発明
では、（２）に加えて、ありふれた媒体により熱交換を
行うことができる。

【００１３】（４）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、前記熱交換部材は気体を熱交換媒体とす
る、ことを特徴とする（１）に記載の磁場発生装置であ
る。この観点での発明では、（１）に加えて、気体の流
動性が高いことを利用して能率の良い熱交換を行うこと
ができる。

【００１４】（５）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、前記気体は空気である、ことを特徴とす
る（４）に記載の磁場発生装置である。この観点での発
明では、（４）に加えて、ありふれた媒体により熱交換
を行うことができる。

【００１５】（６）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、静磁場、勾配磁場および高周波磁場を用
いて対象の内部に発生させた磁気共鳴信号に基づいて画
像を構成する磁気共鳴撮影装置であって、前記静磁場お
よび勾配磁場を発生する手段は、空間を隔てて互いに対
向する１対の永久磁石と、前記１対の永久磁石用の磁気
回路を構成するヨークと、前記永久磁石の温度を周囲温
度より高い予め定めた温度となるように調節する温度調
節手段と、前記１対の永久磁石の互いに対向する端部に
それぞれ設けられ空間を隔てて互いに対向する１対の熱
交換部材と、前記１対の熱交換部材の互いに対向する端
部にそれぞれ設けられ空間を隔てて互いに対向する１対
の勾配磁場コイルと、前記温度調節手段による前記永久
磁石の加温を補助するための熱を前記熱交換部材を通じ
て供給する熱供給手段と、前記勾配磁場コイルの通電に
伴う発熱を前記熱交換部材を通じて吸収する熱吸収手段
と、を具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置であ
る。

【００１６】この観点での発明では、永久磁石と勾配磁
場コイルの間に熱交換部材を介在させ、この熱交換部材
を、永久磁石の温度立ち上げ時の加温を補助する目的
と、稼働時の勾配磁場コイルの発熱を吸収する目的に共
用する。これによって、永久磁石に供給する熱量を増や
して温度の立ち上がりを早めることができる。また、稼
働時の勾配磁場コイルの発熱を吸収して勾配磁場コイル
および永久磁石の不要な温度上昇を防止することができ
る。

【００１７】（７）上記の課題を解決するための他の観
点での発明は、前記熱交換部材は液体を熱交換媒体とす
る、ことを特徴とする（６）に記載の磁気共鳴撮影装置
である。

【００１８】この観点での発明では、（６）に加えて、
液体の熱容量が大きいことを利用して能率の良い熱交換
を行うことができる。 （８）上記の課題を解決するための他の観点での発明
は、前記液体は水である、ことを特徴とする（７）に記
載の磁気共鳴撮影装置である。

【００１９】この観点での発明では、（７）に加えて、
ありふれた媒体により熱交換を行うことができる。 （９）上記の課題を解決するための他の観点での発明
は、前記熱交換部材は気体を熱交換媒体とする、ことを
特徴とする（６）に記載の磁気共鳴撮影装置である。

【００２０】この観点での発明では、（６）に加えて、
気体の流動性が高いことを利用して能率の良い熱交換を
行うことができる。 （１０）上記の課題を解決するための他の観点での発明
は、前記気体は空気である、ことを特徴とする（９）に
記載の磁気共鳴撮影装置である。

【００２１】この観点での発明では、（９）に加えて、
ありふれた媒体により熱交換を行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置の
ブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実
施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明
の装置に関する実施の形態の一例が示される。

【００２３】図１に示すように、本装置はマグネットシ
ステム１００を有する。マグネットシステム１００は、
主磁場マグネット部１０２、勾配コイル部１０６および
ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル部１０
８を有する。

【００２４】これら主磁場マグネット部１０２および各
コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対
のものからなる。また、いずれも概ね円板状の形状を有
し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステ
ム１００の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮影の対象
３００がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載され
て図示しない搬送手段により搬入および搬出される。

【００２５】主磁場マグネット部１０２はマグネットシ
ステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の
方向は概ね対象３００の体軸方向と直交する。すなわち
いわゆる垂直磁場を形成する。

【００２６】主磁場マグネット部１０２は永久磁石およ
びその磁気回路を構成するヨークを有する。主磁場マグ
ネット部１０２はまた温度調節手段を有する。主磁場マ
グネット部１０２の構成および温度調節手段については
後にあらためて説明する。

【００２７】勾配コイル部１０６は静磁場強度に勾配を
持たせるための勾配磁場を生じる。発生する勾配磁場
は、スライス（ｓｌｉｃｅ）勾配磁場、リードアウト
（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場およびフェーズエンコー
ド（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場の３種であ
り、これら３種類の勾配磁場に対応して勾配コイル部１
０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。

【００２８】３系統の勾配コイルは、互いに直交する３
方向において静磁場にそれぞれ勾配を付与するための３
つの勾配磁場をそれぞれ発生する。３方向のうちの１つ
は静磁場の方向（垂直方向）であり、通常これをｚ方向
とする。他の１つは水平方向であり、通常これをｙ方向
とする。残りの１つはｚ，ｙ方向に垂直な方向であり、
通常これをｘ方向とする。以下、ｘ，ｙ，ｚを勾配軸と
もいう。また、勾配磁場を単に勾配ともいう。

【００２９】ｘ，ｙ，ｚはいずれもスライス勾配の軸と
することができる。いずれか１つをスライス勾配の軸と
したとき、残り２つのうちの１つをフェーズエンコード
勾配の軸とし、他をリードアウト勾配の軸とする。

【００３０】勾配コイル部１０６には、通電による発熱
を吸収し温度上昇を防止するための冷却手段が組み合わ
されている。冷却手段については後にあらためて説明す
る。ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象３００の体
内のスピンを励起するためのＲＦ励起信号を送信する。
ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じ
る磁気共鳴信号を受信する。ＲＦコイル部１０８は図示
しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。
送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを
兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。

【００３１】勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０
が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１
０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆
動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾
配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有
する。

【００３２】ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０
が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１
０８に駆動信号を与えてＲＦ励起信号を送信し、対象３
００の体内のスピンを励起する。

【００３３】ＲＦコイル部１０８には、また、データ
（ｄａｔａ）収集部１５０が接続されている。データ収
集部１５０はＲＦコイル部１０８が受信した受信信号を
取り込み、それをビューデータ（ｖｉｅｗ ｄａｔａ）
として収集する。

【００３４】勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およ
びデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されてい
る。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収
集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。

【００３５】データ収集部１５０の出力側はデータ処理
部１７０に接続されている。データ処理部１７０は、例
えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成
される。データ処理部１７０は図示しないメモリ（ｍｅ
ｍｏｒｙ）を有する。メモリはデータ処理部１７０用の
プログラムおよび各種のデータを記憶している。本装置
の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプ
ログラムを実行することによりを実現される。

【００３６】データ処理部１７０は、データ収集部１５
０から取り込んだデータをメモリに記憶する。メモリ内
にはデータ空間が形成される。データ空間は２次元フ−
リエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。データ処理部
１７０は、これら２次元フ−リエ空間のデータを２次元
逆フ−リエ変換して対象３００の画像を生成（再構成）
する。以下、２次元フ−リエ空間をｋスペース（ｋ−ｓ
ｐａｃｅ）ともいう。

【００３７】データ処理部１７０は制御部１６０に接続
されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位
にあってそれを統括する。データ処理部１７０には、ま
た、表示部１８０および操作部１９０が接続されてい
る。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒ
ａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部
１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒ
ｄ）等で構成される。

【００３８】表示部１８０は、データ処理部１７０から
出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操
作部１９０は、操作者によって操作され、各種の指令や
情報等をデータ処理部１７０に入力する。操作者は表示
部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ
（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

【００３９】図２に、本装置で撮影を行うときのパルス
シーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を
示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー
（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法のパルスシ
ーケンスである。

【００４０】すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ
励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、
（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スラ
イス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコ
ード勾配ＧｐおよびグラディエントエコーＭＲのシーケ
ンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。
パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行す
る。

【００４１】同図に示すように、α°パルスによりスピ
ンのα°励起が行われる。フリップアングル（ｆｌｉｐ
ａｎｇｌｅ）α°は９０°以下である。このときスラ
イス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択
励起が行われる。

【００４２】α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐ
によりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、
リードアウト勾配Ｇｒによりまずスピンをディフェーズ
（ｄｅｐｈａｓｅ）し、次いでスピンをリフェーズ（ｒ
ｅｐｈａｓｅ）して、グラディエントエコーＭＲを発生
させる。グラディエントエコーＭＲの信号強度は、α°
励起からエコータイム（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）ＴＥ後の
時点で最大となる。グラディエントエコーＭＲはデータ
収集部１５０によりビューデータとして収集される。

【００４３】このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ
（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回
繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾
配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行
う。これによって、ｋスペースを埋める６４〜５１２ビ
ューのビューデータが得られる。

【００４４】磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例
を図３に示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー
（ＳＥ：Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスで
ある。

【００４５】すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励
起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンス
であり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じ
くそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇ
ｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭ
Ｒのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８
０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシー
ケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。

【００４６】同図に示すように、９０°パルスによりス
ピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇ
ｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行わ
れる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルス
による１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。こ
のときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスに
ついての選択的反転が行われる。

【００４７】９０°励起とスピン反転の間の期間に、リ
ードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐ
が印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのデ
ィフェーズが行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐに
よりスピンのフェーズエンコードが行われる。

【００４８】スピン反転後、リードアウト勾配Ｇｒでス
ピンをリフェーズしてスピンエコーＭＲを発生させる。
スピンエコーＭＲの信号強度は、９０°励起からＴＥ後
の時点で最大となる。スピンエコーＭＲはデータ収集部
１５０によりビューデータとして収集される。このよう
なパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返
される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐ
を変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これ
によって、ｋスペースを埋める６４〜５１２ビューのビ
ューデータが得られる。

【００４９】なお、撮影に用いるパルスシーケンスはＧ
ＲＥ法またはＳＥ法に限るものではなく、例えば、ＦＳ
Ｅ（Ｆａｓｔ Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法、ファーストリ
カバリＦＳＥ（Ｆａｓｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｆａｓｔ
Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法、エコープラナー・イメージ
ング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎ
ｇ）等、他の適宜の技法のものであって良い。

【００５０】データ処理部１７０は、ｋスペースのビュ
ーデータを２次元逆フ−リエ変換して対象３００の断層
像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶し、ま
た、表示部１８０で表示する。

【００５１】図４に、勾配コイル部１０６付近のマグネ
ットシステム１００の構造を断面図により模式的に示
す。同図において、Ｏは静磁場の中心すなわちマグネッ
トセンター（ｍａｇｎｅｔ ｃｅｎｔｅｒ）であり、
ｘ，ｙ，ｚは前述した３方向である。

【００５２】マグネットセンターＯを中心とする半径Ｒ
の球形領域ＳＶ（ｓｐｈｅｒｉｃｖｏｌｕｍｅ）が撮影
領域であり、マグネットシステム１００はこのＳＶにお
いて静磁場および勾配磁場が所定の精度を持つように構
成される。

【００５３】１対の永久磁石１１２は互いに対向する１
対のポールピース（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）１１４を有
する。ポールピース１１４は例えば軟鉄等の高透磁率の
磁性材料で構成され、静磁場空間における磁束分布を均
一化する働きをする。永久磁石１１２およびポールピー
ス１１４からなる部分は、本発明における永久磁石の実
施の形態の一例である。

【００５４】ポールピース１１４は概ね円板形状を成す
が、周縁部が板面に垂直な方向（ｚ方向）、すなわち、
ポールピース１１４同士が互いに対向する方向に突出し
ている。突出部はポールピース１１４の周縁部における
磁束密度の低下を補う働きをする。

【００５５】突出した周縁部の内側に形成されるポール
ピース１１４の凹部に、勾配コイル部１０６が設けられ
る。勾配コイル部１０６は、Ｘコイル２０４、Ｙコイル
２０６およびＺ２０８コイルを有する。

【００５６】勾配コイル部１０６とポールピース１１４
の間には熱交換板２１０が介在する。熱交換板２１０お
よび各コイルはいずれも概ね円板形状を成し、ポールピ
ース１１４の磁極面に、図示しない適宜の取り付け手段
により、順次に層を成すように取り付けられている。勾
配コイル部１０６は、本発明における勾配磁場コイルの
実施の形態の一例である。熱交換板２１０は、本発明に
おける熱交換部材の実施の形態の一例である。

【００５７】図５に、熱交換板２１０の構成の一例を模
式的に示す。同図の（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断
面図である。同図に示すように、熱交換板２１０は、熱
の良導体からなる円板２１２の内部に熱交換媒体の流路
２１４を設けたものである。流路２１４は、例えば円板
２１２の内部全体にわたって蛇行するように設けられ
る。なお、流路のパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）は蛇行パ
ターンに限らず、例えば渦巻き状パターン等適宜のパタ
ーンであって良い。

【００５８】熱の良導体としては例えばセラミクッス
（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等が用いられる。セラミックスは
電気絶縁性をも有するので、電磁誘導による渦電流を生
じない点で好ましい。なお、電気絶縁性を有する熱の良
導体はセラミックスに限るものではなく、ガラス（ｇｌ
ａｓｓ）やプラスチックス（ｐｌａｓｔｉｃｓ）等適宜
の材料を用いて良い。

【００５９】流路２１４には熱交換媒体として例えば液
体を流通させる。液体は熱容量が比較的高い流体である
から、熱交換を能率良く行うことができる。液体は例え
ば水である。水は一番ありふれた液体であるから入手が
極めて容易である。

【００６０】なお、液体は水に限らず油やアルコール
（ａｌｃｏｈｏｌ）液等適宜の液体を用いて良い。温度
の高い液体を通すことにより熱交換板２１０を加温部材
として機能させる。温度の低い液体を通すことにより熱
交換板２１０を加冷部材として機能させる。

【００６１】流路２１４には熱交換媒体として例えば気
体を流通させても良い。気体は流動性が高い流体である
から、熱交換を能率良く行うことができる。気体は例え
ば空気である。空気は一番ありふれた気体であるから入
手が極めて容易である。

【００６２】なお、空気に限らず窒素ガス（ｇａｓ）等
適宜の気体を用いて良い。温度の高い気体を通すことに
より熱交換板２１０を加温部材として機能させる。温度
の低い気体を通すことにより熱交換板２１０を加冷部材
として機能させる。

【００６３】熱交換媒体の流通は後述の媒体循環装置に
よって行われる。媒体循環装置は後述する制御回路によ
って制御され、熱交換板２１０を通じての加温または加
冷を行う。

【００６４】図６に、マグネットシステム１００の主要
部の構成の一例を模式的に示す。同図に示すように、マ
グネットシステム１００は１対の水平ヨーク３０２，３
０４を有する。水平ヨーク３０２，３０４は例えば軟鉄
等の磁性材料からなる略８角形の平板である。水平ヨー
ク３０２，３０４は、１対の垂直ヨーク３０６，３０８
によって互いに平行に支持され、図における上下方向に
所定の間隔を保って対向している。垂直ヨーク３０６，
３０８も軟鉄等の磁性材料を用いて構成され、角柱状の
形状を有する。垂直ヨーク３０６，３０８の図における
下部は、マグネットシステム１００全体を支える脚部と
なっている。

【００６５】水平ヨーク３０２の図における上面の中央
部には、永久磁石１１２が取り付けられている。永久磁
石１１２の図における上面にポールピース１１４が取り
付けられている。ポールピース１１４は図４に示したよ
うな構造になっており、その凹部に勾配コイル部１０６
および熱交換板２１０を有するが、図６では図示を省略
する。

【００６６】水平ヨーク３０４の図における下面には、
永久磁石１１２と対向する位置関係で、図では隠れて見
えない永久磁石１１２が取り付けられ、その下面に同じ
く隠れて見えないポールピース１１４が取り付けられて
いる。

【００６７】１対の永久磁石１１２は互いに逆極性の磁
極が向き合うようになっており、これによって、１対の
ポールピース１１４が向き合う空間に垂直磁場が形成さ
れる。水平ヨーク３０２，３０４および垂直ヨーク３０
６，３０８は、１対の永久磁石１１２の磁束のリターン
パス（ｒｅｔｕｒｎ ｐａｓｓ）を形成する。水平ヨー
ク３０２，３０４および垂直ヨーク３０６，３０８から
なる部分は、本発明におけるヨークの実施の形態の一例
である。

【００６８】水平ヨーク３０２の側面には電気ヒータ
（ｈｅａｔｅｒ）３２２が取り付けられている。電気ヒ
ータ３２２は水平ヨーク３０２の側面の４箇所に、周に
沿って略等間隔に取り付けられている。図ではそのうち
の２つが見えており、残りの２つは隠れて見えない。水
平ヨーク３０４にも同様にして４つの電気ヒータ３２４
が取り付けられている。図ではそのうちの１つだけを分
解図で示す。

【００６９】電気ヒータ３２４は、電気抵抗体からなる
２つの発熱体３４２，３４４を有する。発熱体３４２，
３４４は発熱量を異にするものであり、例えば発熱体３
４２の発熱量が１２０Ｗ、発熱体３４４の発熱量は３０
Ｗである。発熱体３４２，３４４は発熱量が同一であっ
ても良い。また、個数は２個に限らず３個以上あるいは
１個であっても良い。以下、発熱体が２個ある例で説明
するが、それ以外の個数の場合も同様になる。

【００７０】これら発熱体３４２，３４４が、抑え板３
４６を用いて水平ヨーク３０４の側面に４つのネジ３４
８でネジ止めされている。発熱体３４２，３４４は、水
平ヨーク３０４、抑え板３４６およびネジ３４８とは電
気的に絶縁されている。電気ヒータ３２２も同様な構成
になっており、図示しない２つの発熱体３３２，３３４
を有する。２つの電気ヒータ３２２，３２４は後述の温
度制御回路に接続されている。

【００７１】なお、電気ヒータ３２２，３２４の代わり
に温水は温風等の熱を放出する熱放出器を用いるように
しても良い。以下、電気ヒータ３２２，３２４を用いた
例で説明するが、温水や温風で加温する場合も同様にな
る。

【００７２】水平ヨーク３０４の上面の中央部には有底
の孔３５６が設けられ、その中に例えばサーミスタ（ｔ
ｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）等からなる温度センサ（ｓｅｎｓ
ｏｒ）３５８が挿入されている。また、図では隠れて見
えないが、水平ヨーク３０２の下面の中央部にも有底の
孔３５２が設けられその中に温度センサ３５４が挿入さ
れている。なお、温度センサは２個に限るものではな
く、３個以上あるいは１個だけ用いるようにしても良
い。温度センサ３５４，３５８は後述の温度制御回路に
接続されている。

【００７３】以上の構造がカバー（ｃｏｖｅｒ）３６２
の内部に収容されている。カバー３６２は、１対のポー
ルピース１１４が対向する空間部分に外部からアクセス
（ａｃｃｅｓｓ）することが可能な開放構造になってい
る。図では、カバー３６２はその大部分を除去した形で
示す。カバー３６２の内側には例えばウレタンフォーム
（ｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ）等からなる断熱材３６
４が設けられている。

【００７４】このように構成されたマグネットシステム
１００の断面図を図７に示す。同図は水平ヨーク３０
２，３０４の中心と垂直ヨーク３０６，３０８を含む縦
断面を示す。

【００７５】図８に、マグネットシステム１００に関す
る温度制御装置のブロック図を示す。同図に示すよう
に、温度制御装置は２つの温度制御回路３７２，３７４
を備えている。温度制御回路３７２，３７４は、例えば
マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏ
ｒ）等を用いて構成される。

【００７６】温度制御回路３７２には温度センサ３５４
の温度検出信号ｔ１が入力される。温度制御回路３７４
には温度センサ３５８の温度検出信号ｔ２が入力され
る。温度制御回路３７２，３７４には制御部１６０から
共通の温度設定値Ｔｓが与えられている。なお、温度設
定値Ｔｓは温度制御回路３７２，３７４ごとに異なる値
であっても良い。以下、温度設定値Ｔｓが共通である例
で説明するが、異なる場合も同様になる。

【００７７】温度制御回路３７２は、温度検出信号ｔ１
を温度設定値Ｔｓに一致させるための制御出力を演算に
よって求める。温度制御回路３７４は、温度検出信号ｔ
２を温度設定値Ｔｓに一致させるための制御出力を演算
によって求める。

【００７８】電気ヒータ３２２の発熱体３３２，３３４
には商用交流電源３７６の電力がスイッチ（ｓｗｉｔｃ
ｈ）３８２，３８４を通じてそれぞれ供給される。な
お、スイッチ３８２，３８４としては例えば半導体スイ
ッチ等が用いられる。あるいは、リレー（ｒｅｌａｙ）
等のメカニカル（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）なスイッチを
用いるようにしても良いのはもちろんである。発熱体３
３２，３３４は、前述のように水平ヨーク３０２の４箇
所に分散配置されたものであるが、図示の便宜上１箇所
にまとめて示す。

【００７９】電気ヒータ３２４の発熱体３４２，３４４
には商用交流電源３７６の電力がスイッチ３９２，３９
４を通じてそれぞれ供給される。発熱体３４２，３４４
も、前述のように水平ヨーク３０４の４箇所に分散配置
されたものを便宜的に１箇所にまとめて示す。

【００８０】スイッチ３８２，３８４のオン・オフ（ｏ
ｎ ｏｆｆ）のデューティレシオ（ｄｕｔｙ ｒａｔｉ
ｏ）を温度制御回路３７２の２つの出力信号によってそ
れぞれ制御して発熱体３３２，３３４による加熱量を制
御する。

【００８１】温度制御回路３７２による温度調節は、設
定温度Ｔｓからの検出温度ｔ１の偏差に応じた例えば比
例（Ｐ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御または比例・
積分（ＰＩ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，ｉｎｔｅｇｒ
ａｌ）制御等のフィードバック制御によって行われる。

【００８２】温度センサ３５４、温度制御回路３７２、
商用交流電源３７６、スイッチ３８２，３８４および発
熱体３３２，３３４からなる部分は、本発明における温
度調節手段の実施の形態の一例である。

【００８３】スイッチ３９２，３９４のオン・オフのデ
ューティレシオを温度制御回路３７４の２つの出力信号
によってそれぞれ制御して発熱体３４２，３４４による
加熱量を制御する。

【００８４】温度制御回路３７４による温度調節は、設
定温度Ｔｓからの検出温度ｔ２の偏差に応じた例えば比
例制御または比例・積分制御等のフィードバック制御に
よって行われる。

【００８５】温度センサ３５８、温度制御回路３７４、
商用交流電源３７６、スイッチ３９２，３９４および発
熱体３４２，３４４からなる部分は、本発明における温
度調節手段の実施の形態の一例である。

【００８６】このように、マグネットシステム１００の
下部と上部を２つの温度制御系で│れぞれ制御すること
により、マグネットシステム１００を設置した環境にお
け│上下の温度差が大きい場合でも上下の永久磁石間の
温度差を無くすことができる。これによって、設置環境
の上下方向の温度分布の如何に関わらず静磁場を安定化
することができる。なお、設置環境の上下方向の温度差
が小さい場合はいずれか一方を省略しても良いのはもち
ろんである。

【００８７】媒体循環装置５０２，５０４は１対の熱交
換板２１０にそれぞれ熱交換媒体を循環させる。媒体循
環装置５０２，５０４は、熱交換媒体が液体であるとき
は例えばポンプ（ｐｕｍｐ）等を用いて構成される。熱
交換媒体が気体であるときは例えばブロワ（ｂｌｏｗｅ
ｒ）等を用いて構成される。

【００８８】媒体循環装置５０２，５０４は、また、い
ずれも内部に図示しないヒータおよびクーラ（ｃｏｏｌ
ｅｒ）を有し、熱交換板２１０を通して循環させる熱交
換媒体を加温および加冷する。ヒータおよびクーラの電
源は商用交流電源３７６から供給される。

【００８９】媒体循環装置５０２におけるヒータおよび
クーラは、温度制御回路３７２から与えられる制御信号
に応じていずれか一方が作動する。媒体循環装置５０４
におけるヒータおよびクーラは、温度制御回路３７４か
ら与えられる制御信号に応じていずれか一方が作動す
る。

【００９０】ヒータ作動時の媒体循環装置５０２，５０
４は、本発明における熱供給手段の実施の形態の一例で
ある。クーラ作動時の媒体循環装置５０２，５０４は、
本発明における熱吸収手段の実施の形態の一例である。

【００９１】このように構成された温度制御装置の動作
を説明する。稼働サイトに初めて据え付けたとき、マグ
ネットシステム１００は外気温あるいは室温と同じ温度
になっている。本装置の稼働を長期間停止していたとき
なども同様である。

【００９２】そのような温度はマグネットシステム１０
０の稼働時の規定温度（例えば３０°Ｃ）よりも低いの
が普通であるから、まずマグネットシステム１００の温
度を規定温度まで立ち上げることが必要となる。

【００９３】温度の立ち上げは、温度制御回路３７２，
３７４による制御の下で、電気ヒータ３２２，３２４に
よる加熱と、熱交換板２１０を通じての加温を併用して
行う。

【００９４】図９に、電気ヒータ３２２，３２４および
熱交換板２１０による加熱ないし加温と、マグネットシ
ステム１００の温度上昇の関係を示す。同図の（ａ）は
電気ヒータ３２２，３２４に給電するスイッチ３８２，
３８４，３９２，３９４のオン・オフのデューティレシ
オの時間変化を示す。以下、このデューティレシオを加
熱デューティレシオともいう。（ｂ）は媒体循環装置５
０２，５０４におけるヒータの作動のデューティレシオ
の時間変化を示す。以下、このデューティレシオを加温
デューティレシオともいう。

【００９５】（ｃ）は温度センサ３５４，３５８で検出
した温度の時間変化を示す。以下、この温度をマグネッ
ト温度ともいう。なお、温度センサ３５４，３５８の検
出信号には多少の差があり得るが、説明を簡単にするた
め差はないものとする。

【００９６】初期状態では、マグネット温度が設定温度
Ｔｓからかけ離れかつ比例制御範囲から逸脱しているこ
とにより、温度制御回路３７２，３７４の制御出力は飽
和している。これによって、加熱デューティレシオおよ
び加温デューティレシオはともに１００％となる。な
お、比例制御範囲とは、温度制御回路３７２，３７４の
制御出力がマグネット温度と設定温度Ｔｓとの差すなわ
ち温度偏差に比例したものとなる入力範囲である。

【００９７】デューティレシオが１００％であることに
より、電気ヒータ３２２，３２４が発生可能な最大の熱
量で加熱が行われ、また、ヒータで暖められた熱交換媒
体により熱交換板２１０を通じての最大の加温が行われ
る。

【００９８】熱交換板２１０は磁極面との接触面積が大
きくて熱の伝達量が大きいので、熱交換媒体の温度を特
に高温にしなくても十分な熱量を与えることができる。
したがって、永久磁石１１２の磁気特性を高温加熱によ
って損なうということがない。

【００９９】これらの加熱および加温によりマグネット
温度が初期温度Ｔ０から上昇を始める。マグネット温度
は時間の経過とともに増加し、やがて温度制御回路３７
２，３７４の比例制御範囲に入る。

【０１００】マグネット温度が比例制御範囲に入ったこ
とにより、加熱デューティレシオは温度差に比例したも
のとなり、１００％より小さくなる。以後、加熱デュー
ティレシオを比例制御して、マグネット温度を設定温度
Ｔｓに一致させる温度調節が行われる。

【０１０１】温度制御回路３７２，３７４は、マグネッ
ト温度が比例制御範囲に入った後は、加温デューティレ
シオを０％とする。これによって、媒体循環装置５０
２，５０４において熱交換媒体の加熱が停止する。それ
にともなって熱交換媒体の温度が常温に復帰するので、
熱交換媒体の循環は継続されるものの、熱交換板２１０
を通じての加温はなくなる。なお、マグネット温度が比
例制御範囲に入った時点で熱交換媒体の循環を停止する
ようにしても良い。

【０１０２】このように、マグネット温度が温度制御回
路３７２，３７４の比例制御範囲に入るまでは、電気ヒ
ータ３２２，３２４による加熱と熱交換板２１０を通じ
ての加温を併用して熱量を供給するので、電気ヒータ３
２２，３２４だけで加熱する場合よりもはるかに短い時
間でマグネット温度を立ち上げることができる。すなわ
ち、マグネット温度を速やかに規定温度まで立ち上げる
ことが可能となる。

【０１０３】このため、寒冷地にある稼働サイトにマグ
ネットシステム１００を据え付けたとき、あるいは、冬
季の夜間や休日等に、空調停止によりスキャンルーム
（ｓｃａｎ ｒｏｏｍ）の気温が低下してマグネット温
度が低下した場合でも、マグネット温度の立ち上げを速
やかに行うことができる。

【０１０４】なお、熱交換媒体による加温は、マグネッ
ト温度の立ち上げ時ばかりでなく、いったん比例制御範
囲に入ったマグネット温度が、何らかの原因で低下して
比例制御範囲外となった場合にも、電気ヒータ３２２，
３２４を補助するために行うようにしても良い。

【０１０５】マグネット温度が比例制御範囲外に低下す
ると、温度制御回路３７２，３７４の制御出力が飽和す
る。そこで、温度制御回路３７２，３７４により自己の
制御出力を監視し、出力飽和状態が継続するときは媒体
循環装置５０２，５０４のヒータを作動させる。このよ
うにすることにより、上記のような補助加温が可能であ
る。

【０１０６】磁気共鳴撮影は、マグネット温度を設定温
度Ｔｓに維持した状態で行われる。撮影期間中は、媒体
循環装置５０２，５０４により熱交換板２１０に熱交換
媒体を循環させる。このとき、温度制御回路３７２，３
７４は媒体循環装置５０２，５０４内のクーラを作動さ
せる。

【０１０７】撮影のパルスシーケンスの実行に伴い勾配
コイル部１０６に流れる電流によって勾配コイル部１０
６が発熱するが、この発熱は熱交換板２１０を通じて熱
交換媒体との熱交換により吸収されるので、勾配コイル
部１０６の温度上昇が防止される。これによって、勾配
コイル部１０６の温度上昇がマグネットシステム１００
の温度制御の外乱となることを防止し、安定な温度調節
を行うことができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、磁気回路の温度の立ち上がりが早い磁場発生装
置、および、そのような磁場発生装置を有する磁気共鳴
撮影装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】図１に示した装置が実行するパルスシーケンス
の一例を示す図である。

【図３】図１に示した装置が実行するパルスシーケンス
の一例を示す図である。

【図４】図１に示した装置におけるマグネットシステム
の勾配コイル部付近の構成を示す模式図である。

【図５】図４に示した熱交換板２１０の構成を示す模式
図である。

【図６】図１に示した装置におけるマグネットシステム
の主要部の構成を示す略図である。

【図７】図１に示した装置におけるマグネットシステム
の主要部の構成を示す断面図である。

【図８】図６に示したマグネットシステムの温度制御装
置のブロック図である。

【図９】図８に示した温度制御装置の制御出力とマグネ
ット温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１００ マグネットシステム １０２ 主磁場マグネット部 １０６ 勾配コイル部 １０８ ＲＦコイル部 １１２ 永久磁石 １１４ ポールピース １３０ 勾配駆動部 １４０ ＲＦ駆動部 １５０ データ収集部 １６０ 制御部 １７０ データ処理部 １８０ 表示部 １９０ 操作部 ２１０ 熱交換板 ３００ 対象 ３０２，３０４ 水平ヨーク ３０６，３０８ 垂直ヨーク ３２２，３２４ 電気ヒータ ３５４，３５８ 温度センサ ３７２，３７４ 温度制御回路 ３７６ 商用交流電源 ３８２，３８４，３９２，３９４ スイッチ ５００ クレードル ５０２，５０４ 媒体循環装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 毅 東京都日野市旭が丘四丁目７番地の127 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 内 Ｆターム(参考） 4C096 AB32 AD08 CA05 CA70 CB07 CB20

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間を隔てて互いに対向する１対の永久
   磁石と、 前記１対の永久磁石用の磁気回路を構成するヨークと、 前記永久磁石の温度を周囲温度より高い予め定めた温度
   となるように調節する温度調節手段と、 前記１対の永久磁石の互いに対向する端部にそれぞれ設
   けられ空間を隔てて互いに対向する１対の熱交換部材
   と、 前記１対の熱交換部材の互いに対向する端部にそれぞれ
   設けられ空間を隔てて互いに対向する１対の勾配磁場コ
   イルと、 前記温度調節手段による前記永久磁石の加温を補助する
   ための熱を前記熱交換部材を通じて供給する熱供給手段
   と、 前記勾配磁場コイルの通電に伴う発熱を前記熱交換部材
   を通じて吸収する熱吸収手段と、を具備することを特徴
   とする磁場発生装置。
2. 【請求項２】 前記熱交換部材は液体を熱交換媒体とす
   る、ことを特徴とする請求項１に記載の磁場発生装置。
3. 【請求項３】 前記液体は水である、ことを特徴とする
   請求項２に記載の磁場発生装置。
4. 【請求項４】 前記熱交換部材は気体を熱交換媒体とす
   る、ことを特徴とする請求項１に記載の磁場発生装置。
5. 【請求項５】 前記気体は空気である、ことを特徴とす
   る請求項４に記載の磁場発生装置。
6. 【請求項６】 静磁場、勾配磁場および高周波磁場を用
   いて対象の内部に発生させた磁気共鳴信号に基づいて画
   像を構成する磁気共鳴撮影装置であって、 前記静磁場および勾配磁場を発生する手段は、 空間を隔てて互いに対向する１対の永久磁石と、 前記１対の永久磁石用の磁気回路を構成するヨークと、 前記永久磁石の温度を周囲温度より高い予め定めた温度
   となるように調節する温度調節手段と、 前記１対の永久磁石の互いに対向する端部にそれぞれ設
   けられ空間を隔てて互いに対向する１対の熱交換部材
   と、 前記１対の熱交換部材の互いに対向する端部にそれぞれ
   設けられ空間を隔てて互いに対向する１対の勾配磁場コ
   イルと、 前記温度調節手段による前記永久磁石の加温を補助する
   ための熱を前記熱交換部材を通じて供給する熱供給手段
   と、 前記勾配磁場コイルの通電に伴う発熱を前記熱交換部材
   を通じて吸収する熱吸収手段と、を具備することを特徴
   とする磁気共鳴撮影装置。
7. 【請求項７】 前記熱交換部材は液体を熱交換媒体とす
   る、ことを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴撮影装
   置。
8. 【請求項８】 前記液体は水である、ことを特徴とする
   請求項７に記載の磁気共鳴撮影装置。
9. 【請求項９】 前記熱交換部材は気体を熱交換媒体とす
   る、ことを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴撮影装
   置。
10. 【請求項１０】 前記気体は空気である、ことを特徴と
    する請求項９に記載の磁気共鳴撮影装置。