JP2004267405A

JP2004267405A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2004267405A
Application number: JP2003061053A
Authority: JP
Inventors: Taku Yamamizu; 卓山水; Shigeru Sato; 茂佐藤; Yoshiyuki Miyamoto; 嘉之宮元
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP4146745B2

Abstract

【課題】中央部に円錐状の窪みを有する磁石に、高効率な傾斜磁場発生用コイルおよび高周波パルス磁場照射用コイルを搭載した垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置を実現すること。
【解決手段】中央部に円錐状の窪みを有する静磁場発生磁石に対して、略円錐台状の傾斜磁場発生用コイルと、円盤状の高周波パルス磁場照射用コイルを磁石の窪み内に収容する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、医療用等の磁気共鳴イメージング装置に係り、特に垂直磁場式の磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置は均一磁場空間に配置された被検体に対して電磁波を照射すると、被検体内の原子核が電磁波に共鳴して電磁波を吸収または放出する特性を利用して被検体内の断層像等の画像を生成するものである。
【０００３】
このような磁気共鳴イメージング装置には、静磁場を発生させる磁石構造から２つのタイプが存在する。一つは、ソレノイド型のコイルを用いてコイル内部の水平方向に静磁場を発生させる水平磁場式磁気共鳴イメージング装置である。しかし、水平磁場式は被検体がトンネル状の細長い空間に挿入されるため、被検体に対して閉塞感を与えることになり、また撮像中に被検体の撮像部位に接近できないという問題がある。一方、もう一つのタイプに、静磁場を形成する一対の磁石が被検体を挟んで垂直方向に対向して配置される垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置がある。垂直磁場式においては、撮像時に被検体が配置される撮像空間の開口部を広く取ることで被検体に与える閉塞感は緩和される。また、撮像部位が位置する磁場中心に対して磁石外部から接近できるため、撮像中に手術等の侵襲的処置を行うインターベンショナルＭＲが可能となる。
【０００４】
ここで、垂直磁場を発生させる一対の磁石には永久磁石を用いたもの、常電導コイルを用いたもの、超電導コイルを用いたものが存在する。永久磁石、及び常電導コイルを用いたタイプはその材料特性や発熱の観点から発生できる最大磁場強度に限界があり、現在最も高い磁場強度が得られるのは超電導コイルを用いた磁石である。
【０００５】
垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置には、被検体の原子核に位置情報を与える傾斜磁場発生用コイルと、被検体に電磁波を照射する高周波磁場パルス照射用コイルが上下１対ずつ必要である。
【０００６】
また、傾斜磁場発生用コイル、高周波磁場パルス照射用コイルは、従来例では図５に示すようにそれぞれ磁石同様上下に対向して配置され、開口部に向かって磁石、傾斜磁場発生用コイル、高周波磁場パルス照射用コイルの順に並んでいる。製品では、さらに表面をＦＲＰ製のカバーで覆い、ガントリ開口高さｈ_１は上下カバー間の距離となるが、この距離は上下高周波磁場パルス照射用コイル間の距離によって決まる。前述の通り、この開口高さを大きくすることで、垂直磁場式のメリットは大きくなる。ただし単純に上下磁石間の距離を大きくするのでは、静磁場強度が弱くなってしまい、静磁場強度に比例するＭＲ画像の信号雑音比が小さくなってしまう。このため、より高い開口高さを実現するためには、静磁場発生用磁石は大型化し、価格や重量の増大を招く。
【０００７】
これに対し、［特許文献１］では、図６に示すように、磁石周縁部に環状の凸部を設け、この内側に形成される凹状のスペースに傾斜磁場発生用等コイルを収容することができるＭＲＩ用磁場発生装置が提案されている。これによれば、必要とされる起磁力の例えば７０％程度を供給する上下磁石周縁部に位置するコイル間の距離を図５に比べて小さくできるため、所要起磁力が小さくなり、磁場発生装置が小型かつ安価になる。ただし、起磁力を周縁凸部に集中させ過ぎると、凸部幅Ｗが大きくなり、ガントリ開口ｈ_１だけ離れて対向する平面によって作られる空間が広い範囲にわたることになる。被検体が感じる閉塞感を小さくするには、この対向する平面によって作られる空間ではできるだけ狭いことが望まれる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−９９２９６号公報
【０００９】
これに対し、［特許文献２］では、図７に示すように、磁石内部に分割型のメインコイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを有し、磁石中央部分に作られる円錐状の窪みに、傾斜磁場発生用コイルを収容することで、磁石間距離ｈ_２だけ離れて対向する平面によって作られる空間を最小限に抑え、開放性を高めることができるとしている。ここで、最も大きい起磁力を供給するメインコイル２ａ間の距離を小さくできるので、図６同様、小型かつ安価な磁場発生装置が実現できる。しかし、この構成に高周波磁場パルス照射用コイルを配置して決定されるガントリ開口は高周波磁場パルス照射用コイルの分だけ小さくなり、被検体が感じる閉塞感は軽減されない。ここで、コイル２ｂは、コイル２ａの内側に位置したコイル２ａとは逆向きの電流が流れており、コイル２ａが作る辺縁部の磁場を増強させるはたらきをする補償コイルである。コイル２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆは撮像空間の磁場均一度を高めるよう、磁石中央の円錐状の窪みに沿って配置される。またシールドコイル３は、磁石最外部に位置しメインコイル２が磁石外部に作る磁場とは逆向きの磁場を発生させて、外部への磁場漏洩をシールドするはたらきを持つ。
【特許文献２】
ＷＯ０２２７３４５Ａ１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、中央部に円錐状の窪みを有する磁石に、高効率な傾斜磁場発生コイルおよび高周波磁場パルス照射用コイルを搭載した垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置を実現することに有る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、中央部に円錐状の窪みを有する静磁場発生用磁石に対して、略円錐状の傾斜磁場発生用コイルと、円盤状の高周波パルス磁場照射用コイルが磁石の窪み内に収容されることで解決される。さらに好ましくは、上記コイル配置のうち、傾斜磁場発生用コイルの周縁部が円環状に突起し、高周波磁場パルス照射用コイルの全体もしくは一部が、この傾斜磁場発生用コイル辺縁突起部内側に形成される円錐台状の窪み内に収容されているものが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る、実施形態について以下説明する。
図１は本発明の第１実施形態を水平方向から見た断面図である。一対の対称な静磁場発生用磁石１が垂直方向に対向して配置される。磁石１が超電導タイプの磁石の場合、磁石１内部には、上下対向して配置された円環状のメインコイルが配置される。メインコイルは、大きくは３〜５のコイルに分かれており、撮像空間の磁石均一度を高めるための最適な配置がなされている。ここで、上下磁石間の距離ｈ_１を小さく、かつ、このｈ_１だけ離れて対向する平面によって形成される空間を最小限に抑え、磁石外周部Ｂは丸みを帯びた形状とすることができるので、被検体の感じる開放感を高めることができる。
【００１３】
ここで例えば上下磁石１によって静磁場強度１Ｔ、磁石間距離ｈ_２＝４５０ｍｍを実現するには、上下各磁石の最大外径はφ２２００ｍｍ、高さは６００ｍｍであり、窪み円錐は底面がφ１２００ｍｍ、高さは２２５ｍｍである。また、磁石１の中心部はメインコイルの最小内径に応じた貫通穴が空いており、この貫通穴の径は、φ３００ｍｍである。
【００１４】
図２には、図１−Ａ部の詳細を示す。傾斜磁場発生用コイル４は外形が略円錐台状であり、その側面の傾斜は、上記磁石１が有する窪み面の傾斜形状に等しい。ここで、傾斜磁場発生用コイル４は、パルス状に磁場を発生させる必要があるが、この際、コイル周辺部の導電体にはこの磁場の変動を妨げるように渦電流が流れ、結果として、生じる傾斜磁場の立ち上がり時間が長くなる。この立ち上がりの遅れは、近年の高速撮影技術を実施する上で大きな問題となる。この渦電流の発生を防ぐために、傾斜磁場発生用コイル４は、内部に、撮像空間に目的の磁場を発生させるメインコイル５と、メインコイル５とは逆向きの磁場を発生させるシールドコイル６を有し、周辺部へのパルス状傾斜磁場の漏洩を防ぐアクティブシールシールドタイプのコイルを構成している。メインコイル５は、傾斜磁場発生用コイル４の開口に近い面に位置し、目的の傾斜磁場を発生させる。シールドコイル６は、傾斜磁場発生用コイル４の円錐台側面に位置し、コイルの巻数はメインコイル５より少ないが、その他の構成はメインコイル５にほぼ等しい。ここで例えばこの円錐台の形状は、上面と下面はそれぞれφ９０ｍｍ、φ９００ｍｍの円であり、高さは１７０ｍｍである。また同コイル４には、電気的な制御を行う制御ケーブル８と、同コイル４で発生するジュール熱による温度上昇を抑えるための冷却水用パイプ９が必要である。ここで、同コイル４の上面は上記ケーブル８とパイプ９の取り出しや、同コイル４の支持台を取り付けるのに有意な形状をしているのが好ましい。円錐台上面から取り出したケーブル類は、磁石１が有する中心貫通穴を通って配線される。このケーブル類の取り出し及び配線方法によって、ガントリ開口には何の影響を及ぼすことなく、傾斜磁場発生用コイル４を静磁場発生用磁石１の窪み内に配置することができる。
【００１５】
ここで、高周波磁場パルス照射用コイル９は、核スピンの共鳴周波数に等しい周波数で回転する回転磁場を水平方向に発生させる必要がある。これに対し我々は、特願２００１−０２１９８８号公報において、照射効率が高く、照射均一性も良い、平面型バードケージコイルを提案している。なお、詳しいコイルパターンについては同特願２００１−０２１９８８号公報を参照されたい。図２に示すように、このコイルメインパターン１０が高周波磁場パルス照射用コイル８の開口に近い面に位置する。また、同照射コイル８は、外部から高周波ノイズが侵入することを防ぐために、照射する方向とは逆の面は電磁シールド１１によってシールドされている。ここで、メインパターン１０と電磁シールド１１との距離が近づきかぎると本来目的とする照射の効率を下げてしまうため、この距離は、２５ｍｍ以上にすることが望ましい。この高周波磁場パルス照射用コイル９は、例えば外径がφ８５０ｍｍであり、高さは２５ｍｍである。
【００１６】
これらの各コイルを、上記磁石１の窪みに、開口部に向かって傾斜磁場発生用コイル４、高周波磁場パルス照射用コイル９の順に配置し全体をカバー１２で覆う。図２に示すように、高周波磁場パルス照射用コイル９のメインパターン面１０が磁石開口高さに等しいか、僅かに低い高さに位置する。この状態で磁石１の窪み内に、傾斜磁場発生用コイル４、高周波磁場パルス照射用コイル９が内包されている。すなわち、開口高さｈ_１は上下磁石間の最小距離ｈ_２によって決定される。
【００１７】
図３は本発明の第２の実施形態を水平方向から見た断面図である。また、図３−Ａ部の詳細を図４に示す。磁石１は第１実施形態に等しい形状を持つ。傾斜磁場発生用コイル４の外形は略円錐台状であり、その側面の傾斜は、上記磁石１が有する窪み面の傾斜形状に等しい。傾斜磁場発生用コイル４の周縁部は円環状に突起し、この辺縁突起部内側には円錐台状の窪みが形成される。この突起部は最大で磁石開口高さに等しい位置まで突起させる。例えばこの突起は高さにして、２８ｍｍである。ただし、上記円錐台状の窪みは、実施形態１と同形の高周波磁場パルス照射コイル９が収容されるような形状である。
【００１８】
このような形状の傾斜磁場発生用コイル４では、円錐台側面に位置するシールドコイル６を図１に比べて、大きくすることが出来る。ここでアクティブシールドタイプのコイルはメインコイルに対してシールドコイルの外径が大きいほどメインコイル径方向に対するシールド効率が高くなる。本発明は、磁石１に内包される形で傾斜磁場発生用コイル４が配置されるので、メインコイル５の径方向に漏洩したパルス磁場は、磁石１内部の導電体に渦電流を生じさせる可能が有る。外径を大きくしたシールドコイル６は、この径方向の漏洩磁場を効率よくシールドすることができ、ＭＲ画像の画質を劣化させる渦電流によって形成される磁場成分を減少させることができる。
【００１９】
また、傾斜磁場発生用コイル４の上記辺縁突起部にメインコイル５の一部を配置し、同コイルのインダクタンスを小さくすることも可能である。メインコイル５のインダクタンスは生じさせるパルス磁場の立ち上がり時間に大きく影響を与えるものであり、インダクタンスが小さく、立ち上がり時間が短ければ、ＭＲＩ高速撮像技術が実施可能となる。
【００２０】
一方、高周波磁場パルス照射用コイル９の外形は、磁場発生用コイル４が有する窪みに内包されるような、例えば、外径がφ８５０ｍｍで、高さは２５ｍｍの円盤状である。この形状は、同コイル９の照射効率を低下させないようなメインパターン１０とシールドパターン１１の関係を保ちつつ、円錐台状の形状をしていても良い。
以上、本発明は第２の実施形態においても、開口高さｈ_１は上下磁石間の最小距離ｈ_２によって決定される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、中央部に円錐状の窪みを有する静磁場発生用磁石に対して、略円錐状の静磁場発生用コイルと、円盤状の高周波パルス磁場照射用コイルが磁石の窪み内に収容できるため、ガントリ開口を磁石開口に等しくすることができる。すなわち上記磁石に対して最大のガントリ開口を実現できる。また、傾斜磁場発生用コイル制御ケーブル及び水冷用パイプを円錐台上面から取り出し、磁石中央貫通穴を通して配線することによって，ガントリ開口に対するこれらのケーブル類の影響はなく、被検体が感じる開放感を妨げることはない。さらに、傾斜磁場発生用コイルの周縁部を突起させ、メイン・シールド両コイル配置に有益なスペースを作ることで、シールド効率が高く、インダクタンスの低い、高効率化された傾斜磁場発生用コイルが実現し、ＭＲＩ高速撮像技術が実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、第１実施形態を適用する垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置を水平方向から見た断面図。
【図２】図１−Ａ部の詳細図。
【図３】本発明において、第２実施形態を適用する垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置を水平方向から見た断面図。
【図４】図２−Ｂ部の詳細図。
【図５】従来例である、垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置を水平方向から見た断面図。
【図６】従来例である、各種コイル収容用の凹状スペースを有する静磁場発生装置を水平方向から見た断面図。
【図７】従来例である、中央部に円錐状の窪みを有する磁石に、傾斜磁場発生用コイルを収納する磁気共鳴イメージング装置を水平方向から見た断面図。
【符号の説明】
１静磁場発生用磁石、２ａ磁石メインコイル、２ｂ補償コイル、２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ補正コイル、３磁石シールドコイル、４傾斜磁場発生用コイル、５傾斜磁場メインコイル、６傾斜磁場シールドコイル、７傾斜磁場発生用コイル制御ケーブル、８傾斜磁場発生用コイル水冷パイプ、９高周波磁場パルス照射用コイル、１０照射コイルメインパターン、１１照射コイル電磁シールド、１２カバー

Claims

中央部に略円錐台状の窪みを有する静磁場発生用磁石に対して、この窪み内に傾斜磁場発生用コイル及び高周波パルス磁場照射用コイルが内包されることを特徴とする垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置。
傾斜磁場発生用コイルは外形が略円錐台状であり、また高周波パルス磁場照射用コイルは外形が円盤状であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置。
傾斜磁場発生用コイルは外形が略円錐台状であり、周縁部は円環状に突起し、この辺縁突起部内側には円錐台状の窪みが形成される。また高周波パルス磁場照射用コイルの外形が円盤状であり、前記傾斜磁場発生用コイルが有する窪みに全体または一部が収容されることを特徴とする請求項１記載の垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置。
傾斜磁場発生用コイルは外形は略円錐台状であり、同コイルの制御ケーブル、水冷用パイプは円錐台上面から取り出せ、静磁場発生用磁石には、傾斜磁場発生用コイル制御ケーブル、水冷用パイプが通る円形の貫通穴が空いていることを特徴とする請求項１記載の垂直磁場式磁気共鳴イメージング装置。