JP2002253529A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、均一な磁場を発生する磁石装
置の磁気構造をよりロバストとし、経済性を高めると同
時に磁場の均一度を向上した核磁気共鳴イメージング
（ＭＲＩ）装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、計測空間を挟んで対向して配置
された一対の磁極と、該磁極の近傍に配置された磁場発
生源を有する磁石装置とを備えた磁気共鳴イメージング
装置において、磁極は磁場中心軸に対して同心円状に形
成された複数の円環状空洞を有することことを特徴とす
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、新規な磁気共鳴イ
メージング（ＭＲＩ）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）
装置の分野では、撮影空間を挟んで上下もしくは左右に
静磁場発生源を対向して配置する、いわゆるオープン型
マグネットを用いたＭＲＩ装置が開発されつつある。こ
のようなＭＲＩ装置は十分なオープン性を有し、いわゆ
るＩＶＲ(Interventional Radiolgy）を可能にし、医療
の可能性を大きく広げる。

【０００３】ＭＲＩ装置用マグネットは撮影空間に数pp
m で均一な静磁場を作り出すことが必須である。撮影空
間の磁場を均一化する手法は、複数のコイルを用いてそ
の配置を最適化する手法及び、いわゆる磁極を用いてそ
の表面形状を最適化する手法の２通りに大別できる。

【０００４】前者の手法を用いたオープン型ＭＲＩ装置
に好適な超電導磁石としてWO99/27851『MAGNET APPARAT
US AND MRI APPARATUS』に記載の磁石装置が開示されて
いる。このマグネットは、ＭＲＩ画像の撮像領域を挟ん
で対向する２組のマグネットアセンブリから構成され
る。各々のマグネットアセンブリはそれぞれ複数個の超
電導コイルを有し、中心軸に関して概ね軸対称に配置さ
れている。メインコイルは正極性及び負極性のコイルが
交互に配置され、コンパクトなマグネットながら高均一
な磁場を発生することができる。

【０００５】一方、後者の手法を用いた磁石装置は特開
平８−１７２０１０号公報、ＵＳＰ５,５９２,０８９公
報等に開示されている。その典型例を図８に示す。図８
は磁石の縦断面である。支柱状の磁性体５，６及び天板
状磁性体４ａ，４ｂは磁気回路を形成し、永久磁石３
ａ，３ｂの発生する磁束を通す。磁極片１ａ，１ｂは永
久磁石３ａ，３ｂの発生する磁束を磁石装置の中央に導
く。磁極面２ａ，２ｂは磁石装置中央部の磁束分布を均
一化するために、平面でない形状をしている。

【０００６】又、ＵＳＰ５,５９２,０８９公報には、磁
極として円筒形部材と環状部材との間に円環状空洞が設
けられた構造が示されている。

【０００７】特開平４−２４６３３０号公報には、傾斜
磁場コイルの発熱による磁場の変化を少なくするために
それと磁極片との間に断熱材を設けること、又特開平２
−１１７１０６号公報及び特開平１０−１４６３２６号
公報には計測空間の磁界を均一にするためにいずれも磁
極の外周に磁界調整用の磁石又はコイルを配置すること
が示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】撮影空間の磁場を均一
化するために磁極を用いる方法として、前者の公報に
は、磁極の撮影空間側に凹凸を設けることにより磁場の
流れを制御して均一化することが示されている。しか
し、このコンセプトのマグネットでは磁極表面の位置誤
差が磁場の均一度を大きく変えてしまうので、磁極表面
に対して非常に厳しい製作精度が要求され、結果的にマ
グネットのコストが高くなる問題があった。また、磁極
表面の製作精度に起因する位置誤差は避けられないの
で、マグネットを多数製作する場合は、撮影空間の磁場
の均一度がマグネットの個体間で大きくばらつくことが
避けられず、そのためシミングが困難となって、撮影空
間に数ppmの磁場を発生するマグネットを経済的に多数
製作することが困難であった。

【０００９】又、ＵＳＰ５,５９２,０８９公報に記載の
円環状空洞では均一な磁場を形成することは出来ない。

【００１０】本発明の目的は、均一な磁場を発生する磁
石装置の磁気構造をよりロバストとし、経済性を高める
と同時に磁場の均一度をより向上させることのできる核
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、計測空間を挟
んで対向して配置された一対の磁極と、該磁極の近傍に
配置された磁場発生源を備えた磁石装置とを備えた磁気
共鳴イメージング装置において、前記磁極は複数の円環
状空洞を有すること、又、前記磁極は複数の円環状空洞
を有し、各々互いに対向する位置で対称に配置されてい
ること、又、前記磁極は複数の円環状空洞を有し、磁場
中心軸に対して同心円状に形成され、各々互いに対向す
る位置で対称に配置されていること、又、前記磁極は複
数の円環状空洞を有し、該円環状空洞は各々互いに対向
する位置で磁束の流れる方向に平行な断面において同じ
断面形状を有すること、又、これらの組み合せを有する
ことを特徴とする。

【００１２】前記円環状空洞はその断面形状が互いに異
なっているものが形成されていること、又、前記円環状
空洞は前記中心軸を通り対向面に垂直な切断面において
半径方向より対向方向に長く、且つその断面形状が互い
に異なっているものが形成されており、前記磁極はその
対向する面が前記磁極の周辺を除いて平面であることが
好ましい。

【００１３】本発明の複数の円環状空洞を形成させるこ
とにより、磁極の対向面をより平面度の高いものが形成
できると共に、周辺部と中心部との磁束の差をより小さ
く出来るものである。そのためには、複数の円環状空洞
が必要であり、その組み合せを予め計算によって求める
ことによってより正確な形状が求められる。その形状は
単純な形状がより均一な磁場を形成するのに有効であ
る。この円環状空洞の形成によって対向面を平滑な面と
することが出来る。

【００１４】又、磁極はその対向面上の周辺に対して単
純な形状の突起を形成することにより、より磁場の均一
性を高めることが出来る。その突起は外周で対向面を平
面とし、その平面部より傾斜した直線で形成されるもの
が好ましい。

【００１５】本発明の磁気共鳴イメージング装置に用い
る磁石装置としては、有限の領域に磁場を発生させる静
磁場発生源が前記領域を間に挟んで対向して配置され、
前記静磁場発生源のそれぞれが起磁力源を有し、前記静
磁場発生源はそれぞれ前記起磁力源と磁気的に結合し、
前記領域に面して配置された円盤形状の磁極を備えてお
り、前記磁極はいずれも複数の円環状空洞を有し、前記
円環状空洞は中心軸に対して同心円状に配置され、前記
円環状空洞は対向の断面は半径方向より対向方向に長
く、且つその断面形状が互いに異なっており、前記磁極
はその対向する面の周辺を除きほぼ平面であることを特
徴とする。

【００１６】又、本発明に係る磁石装置においては、特
に領域の中心を通り対向方向に平行な直線を第１の直線
としたとき、前記磁極は複数の環状空洞を有し、該円環
状空洞は前記第１の直線に関してほぼ同心に配置されて
いるものである。その円環状空洞の前述の断面形状は横
長でも良いが、縦長の方が磁束の流れを制御し易いので
好ましい。特に、磁極の中心部をその周辺より横長にす
る組み合せが好ましいが、中心部の中でも中心軸近傍は
周辺部よりも縦長が好ましい。

【００１７】前記円環状空洞の断面が矩形又は楕円であ
ること、前記磁石装置が前記２組の静磁場発生源と磁気
的に結合して磁路を形成する第２の磁性体を有するこ
と、第２の磁性体が磁性体ヨークであることが好まし
い。

【００１８】前記磁石装置は２組の静磁場発生源と磁気
的に結合して磁路を形成する第２の磁性体を有すること
が好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、ＭＲＩ装置
の全体構成を示すブロック図である。ＭＲＩ装置は、Ｎ
ＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における
原子核スピンの密度分布，緩和時間分布等を計測し、そ
の計測データから被検体の任意断面を画像表示するもの
である。ＭＲＩ装置は、図１に示すように、被検体２１
に静磁場を与える静磁場発生手段２２と、この静磁場発
生手段２２によって発生された磁場の静磁場強度に傾斜
をつけ傾斜磁場を形成する傾斜磁場発生コイル２３と、
この傾斜磁場発生コイル２３に接続され電圧を印加する
傾斜磁場電源２４と、高周波磁場を被検体２１に対し送
信すると共に被検体２１からの核磁気共鳴信号を受信す
るプローブ２５と、このプローブ２５に接続され高周波
磁場を発生する高周波磁場発生機２６と、この高周波磁
場発生機２６及び傾斜磁場電源２４に接続され高周波磁
場と傾斜磁場とを制御すると共に核磁気共鳴信号の取込
みを制御し画像処理を行なう計算機２７と、被検体２１
を寝載すると共に駆動機構２８の駆動によって静磁場内
に搬送されるベッド２９とを有している。更に、表示機
２０は、計算機２７で生成された画像信号を入力して断
層像として表示するもので、例えばＣＲＴから成る。そ
して、このようなＭＲＩ装置におけるベッド２９の駆動
機構２８による移動は、被検体２１に対して力学的な衝
撃を避けるため一定速度に設定される。なお、符号Ｌは
静磁場発生手段２２の中心線を示す磁石中心である。本
実施例における静磁場発生手段２２には、次の磁石装置
が用いられる。

【００２０】図２は、本実施例に用いた磁石装置の断面
図である。支柱状磁性体７，８及び天板状磁性体９ａ，
９ｂは磁気回路を形成する。永久磁石１０ａ，１０ｂは
磁束を発生し、磁束は磁気回路を通り計測空間となる磁
石中央部空間１１をほぼ垂直方向に流れる。磁極片１２
ａ，１２ｂは強磁性体よりなり、永久磁石１０ａ，１０
ｂが発生する磁束を磁石中央部空間１１に均一に導く作
用をする。対向する磁極面１３ａ，１３ｂはほぼ平面で
ある。上下の磁極片１２ａ，１２ｂには断面が矩形の円
環状空洞１４ａ，１４ｂがある。それぞれの円環空洞の
断面は、図示のように磁束の流れる方向に平行な断面に
おいて、磁極の対向方向すなわち上下方向に長くしたも
のである。又、それぞれの円環空洞は、磁場中心軸に対
して同心円状に形成されている。

【００２１】円環状空洞１４ａ，１４ｂは、図２に示す
ように、磁場中心側より最も小さい第１空間、幅が同じ
でそれより軸方向が長い第２空間、長さが同じで幅が最
も大きいやや横長にした第３空間、第３空間より若干幅
の小さいそれより縦長にした第４空間、第４空間より若
干長い第５及び第６空間が順次形成されている。第１、
２、４空間は磁極片１２ａ，１２ｂの中心より若干対向
側に位置しており、第３、５、６空間はほぼ中心に位置
しており、上下全く対称に同じ形状を有するものであ
る。

【００２２】磁極片１２ａ，１２ｂは一体構造物でも良
いが、単純な形状からなる複数の部材の組合せによる構
造の方がより精度の高い磁極片を形成出来る。特に、上
下対称の２つの部材によって形成する構造が好ましい。
複数の部材は、一体に接合、又は非接合に出来る。

【００２３】又、本実施例では図２に示す様に、円環状
空洞１４a、１４ｂはいずれも互いに対向する位置で対
称に配置されていること、又、磁場中心軸に対して同心
円状に形成されていること、又、互いに対向する位置で
磁束の流れる方向に平行な断面において同じ断面形状を
有し、前述のように個々に異なった断面形状のものを有
するものである。これらの形状は、四辺形または楕円形
のような単純な形状について予め計算によって求められ
た形状としたものであり、それによって均一磁場が形成
される。

【００２４】又、本実施例では、図示されていないが磁
極片１２ａ，１２ｂの対向面側に傾斜磁場コイルを設け
ることが出来る。更に、図３に示すように磁極の周辺に
突起を設けることが出来る。この突起によって計測空間
における磁場均一性をより高めることができる。

【００２５】本実施例によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一性を顕著に向上出来るものである。

【００２６】（実施例２）図４は実施例１と同様にＭＲ
Ｉ装置に用いた他の実施例の磁石装置の断面図である。
本磁石装置は、上下２組の超電導マグネットアセンブリ
によって開放領域にｚ軸方向の均一な磁場を発生し、開
放領域の中央部でＭＲＩ画像の撮影を可能にしている。
図４における磁極構造、材質及びその製造上の構造は、
実施例１と全く同様である。超電導コイル１６、１７は
低温容器内部に設置され、低温容器は真空容器に内包さ
れている。さらに、図４では簡単のため省略したが、超
電導コイルを支持する構造があり、また真空容器と低温
容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シールドがある。低
温容器内部には液体ヘリウムが溜められ、超電導コイル
を極低温の４.２Ｋ に冷却し超電導コイルを超電導状態
に保持している。

【００２７】上下の真空容器はその間にある支柱状磁性
体７，８によって所定の距離を維持して保持される。こ
の支柱状磁性体７，８は機械的に上下の真空容器を支え
る働きをしている。又、図示していないが、上下の低温
容器を熱的に接続する連結管を設けることで、冷凍機を
上下に１台ずつ設ける必要がなくなり、システムに１台
の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また、支柱
状磁性体７，８の本数も図示の２本に限定する必要はな
く、３本，４本と増やすこともできるし、開放感を得る
ためには、片持ちの一本としてもよい。

【００２８】円環状空洞１４ａ，１４ｂは、図２と同様
な基本構造を有するものであり、磁場中心側より第１空
間〜第６空間が順次形成されている。第１、２、４空間
は磁極片１２ａ，１２ｂの中心より若干対向側に位置し
ており、第３、５、６空間はほぼ中心に位置しており、
上下全く対称に同じ形状を有するものである。

【００２９】又、図４においては、計測空間を挟んで対
向して配置された一対の磁極片１２ａ，１２ｂと、磁極
片１２ａ，１２ｂの各々の外周に配置された超電導コイ
ル１６、１７と、図示されていないが磁極片１２ａ，１
２ｂの計測空間側に配置された一対の傾斜磁場コイル
と、同じく図示されていないが傾斜磁場コイルの計測空
間側に配置された一対のＲＦ照射コイルとを備えた磁気
共鳴イメージング装置において、磁極片１２ａ，１２ｂ
が図２に記載の磁極片１２ａ，１２ｂと同様のであり、
又それらの外側に中実磁極片１５a、１５ｂを有する。
更に、本実施例においては図５に示すように、磁極片１
２ａ，１２ｂより対向側に突き出した環状の磁極片を設
けることが出来る。これにより均一性の高い磁場が得ら
れるものである。

【００３０】又、本実施例においては、計測空間を挟ん
で対向して配置された一対の磁極片１２ａ，１２ｂを備
えた磁石装置又は、上述の磁気共鳴イメージング装置の
磁場均一度調整方法として、前述の様に磁極片１２ａ，
１２ｂ内に幾何学対称を有する空間を形成したものであ
るが、磁極片１２ａ，１２ｂを構成する磁性体内の局部
的な磁場の強度、又は磁性体内の磁束の流れを調整する
その内部の材料を調整することによって計測空間の磁場
均一度を調整することが出来るものである。

【００３１】本実施例ではマグネット内部のコイルは全
て超電導コイルであるが、本発明の内容は超電導コイル
のみに限定されるものではなく、例えば銅線などを用い
たコイルであってもよく、更に電流を搬送するものであ
ればいかなるものでも良い。本発明は前述したように様
々な実施形態が考えられるが、当然の事ながら本発明は
ここで開示したいかなる実施例によっても限定されるも
のではない。

【００３２】本実施例においても、磁極を用いて均一な
磁場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストと
し、結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場
の均一性を顕著に向上出来るものである。

【００３３】（実施例３）図６及び図７は、実施例１と
同様にＭＲＩ装置における磁極片１２ａ，１２ｂの磁場
均一度調整方法として、図２及び図４の円環状空洞１４
ａ，１４ｂと同様な基本構造を有し、その断面を楕円と
した磁石装置の断面図である。磁極片１２ａ，１２ｂの
対向面はいずれも平面にしたものである。本実施例にお
いても前述と同様の効果が得られるものである。

【００３４】本実施例では、図示されていないが磁極片
１２ａ，１２ｂの対向面側に傾斜磁場コイルを設けるこ
とが出来る。更に、前述の図３及び図５に示すように磁
極片１２ａ，１２ｂの周辺に突起を設けることが出来
る。

【００３５】本実施例においても、磁極を用いて均一な
磁場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストと
し、結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場
の均一性を顕著に向上出来るものである。なお、本実施
例の円環状空洞は矩形、楕円であるか、他の形状あるい
はそれらの組み合せによるものでも良い。また、磁極片
１２a、１２ｂの周囲に突起を設けることもできるが、
磁極片表面に直接凹凸をつけても良いし、磁極片１２
a、１２ｂの上に突起部を設けても良い。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一度などの性能を向上したＭＲＩ装置を提供することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＭＲＩ装置のブロック図。

【図２】 本発明に係る実施例１の磁石装置の断面図。

【図３】 本発明に係る実施例１の磁石装置の断面図。

【図４】 本発明に係る実施例２の磁石装置の断面図。

【図５】 本発明に係る実施例２の磁石装置の断面図。

【図６】 本発明に係る実施例３の磁石装置の断面図。

【図７】 本発明に係る実施例３の磁石装置の断面図。

【図８】 従来例の磁石装置の断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…磁極片２ａ，２ｂ…磁極面、３ａ，３ｂ…
永久磁石、４ａ，４ｂ…天板状磁性体、５、６…支柱状
の磁性体、７、８…支柱状磁性体、９ａ，９ｂ…天板状
磁性体、１０ａ，１０ｂ…永久磁石、１１…磁石中央部
空間、１２ａ，１２ｂ…磁極片、１３ａ，１３ｂ…磁極
面、１４ａ，１４ｂ…円環状空洞、１５ａ，１５ｂ…中
実磁極片、１６、１７…超電導コイル、２０…表示機、
２１…被検体…静磁場発生手段、２３…傾斜磁場発生コ
イル、２４…傾斜磁場電源、２５…プローブ、２６…高
周波磁場発コイル、２７…計算機、２８…駆動機構、２
９…ベット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊原 健二 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 (72)発明者 角川 滋 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 和田山 芳英 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 和久田 毅 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB32 CA02 CA05 CA07 CA16 CA21

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測空間を挟んで対向して配置された一対
   の磁極と、該磁極の近傍に配置された磁場発生源を有す
   る磁石装置とを備えた磁気共鳴イメージング装置におい
   て、前記磁極は中心軸に対して同心円状に形成された複
   数の円環状空洞を有することを特徴とする磁気共鳴イメ
   ージング装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記磁極は中心軸に対
   して同心円状に形成された複数の円環状空洞を有し、該
   円環状空洞は前記中心軸を通り対向面に垂直な切断面に
   おいて矩形又は楕円の形状を有することを特徴とする磁
   気共鳴イメージング装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記磁極はいずれも中
   心軸に対して同心円状に形成された複数の円環状空洞を
   有し、該円環状空洞は各々互いに対向する位置で対称に
   配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング
   装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記磁極はいずれも中
   心軸に対して同心円状に形成された複数の円環状空洞を
   有し、該円環状空洞は各々互いに対向する位置で前記中
   心軸を通り対向面に垂直な切断面において同じ断面形状
   を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記磁
   場発生源は、永久磁石からなり、前記磁極の前記計測空
   間に対して外側に配置されたことを特徴とする磁気共鳴
   イメージング装置。
6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記磁
   場発生源は、前記磁極の周囲を囲うように配置された超
   電導コイルからなることを特徴とする磁気共鳴イメージ
   ング装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記円
   環状空洞はその断面形状が互いに異なっているものが形
   成されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装
   置。
8. 【請求項８】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記円
   環状空洞は前記中心軸を通り対向面に垂直な切断面にお
   いて半径方向より対向方向に長く、且つその断面形状が
   互いに異なっているものが形成されており、前記磁極は
   その対向する面が前記磁極の周辺を除いて平面であるこ
   とを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。