JP2005137530A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
垂直方向に静磁場を発生するMRI装置において、MR画像の劣化を防止する。
【解決手段】
MRI装置20では、円環状の超電導コイル2a、2bが上下に対向して配置されている。超電導コイルは円環状の冷却容器5a、5bに収容されている。冷却容器は、輻射シールド板7a、7bに収容されている。輻射シールド板は、真空容器3a、3bに収容されている。各容器は少なくとも2箇所で連結されている。下側冷却容器の外壁面と下側真空容器内壁面間に支持部材9a、9bを配置して、下側冷却容器を下側真空容器から支持する。上側冷却容器は下部冷却容器との連結管6部以外では自由な状態になっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下MRI装置とも称す)に関する。
従来の磁気共鳴イメージング装置の例が、特許文献1に記載されている。この公報に記載のMRI装置では、外部加振によって磁場変動を生じにくくするため、超電動コイルを収容する冷却容器を上下一対の真空容器に内蔵し、3本の支持棒で各真空容器の内壁に支持している。さらに、2本の第1の連結管で超伝導コイルを連結している。
特開2002−159466号公報(第9頁、図1)
上記特許文献1に記載の磁気共鳴イメージング装置においては、設置床面に対して真空容器を片持ち支持しているので、主として真空容器間を連結する第2の連結管の曲げに起因して、上側の真空容器が前後左右に振れる。真空容器が振動すると、真空容器に接続された冷却容器も振動する。下側の冷却容器を床面で規制しているので、下側の冷却容器の振幅は上側の冷却容器の振幅に比べて小さい。その結果、上下の冷却容器に収容された超電導コイル間に、相対変位が生じる。上下の超伝導コイルが相対変位すると、磁気共鳴画像が劣化する。特に、高画質化のために静磁場強度及び傾斜磁場コイルの傾斜磁場強度を増大させると、それらの磁場強度の増大に用いる傾斜磁場コイルの振動が、磁気共鳴画像に顕著に影響する。
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は磁気共鳴イメージング装置において、磁気共鳴画像が劣化するのを防止することにある。
上記目的を達成するための本発明の特徴は、上下に対向して配置された円環状の超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容する冷却容器と、この冷却容器を収容する真空容器とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、冷却容器は、上下に位置する円筒部とこの円筒部間を連結する連結管部とを有し、真空容器は冷却容器を覆うように形成されており、冷却容器の下部の円筒部を真空容器の下部内面に支持する複数の支持部材を設け、冷却容器の上部円筒部は自由な状態にしたものである。
そしてこの特徴において、冷却容器と真空容器の間に冷却容器を覆うように輻射シールド板を配置し、複数の支持部材はこの輻射シールド板を突き抜けていてもよく、複数の支持部材が、冷却容器を輻射シールド板に支持する第1の支持部材と、真空容器に輻射シールド板を支持する第2の支持部材とを有するものであってもよい。また、冷却容器の連結部は、円筒部の周方向ほぼ対称位置に2個形成されていてもよく、支持部材の一端側に、金具を取り付けるのが好ましい。
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、上下に対向して配置された円環状の超電導コイルと、各超電導コイルをそれぞれ収容する円環状の冷却容器と、各冷却容器をそれぞれ収容する輻射シールド板と、各輻射シールド板をそれぞ収容する真空容器と、上下の冷却容器を連接する冷却容器連結管と、この冷却容器連結管を収容する輻射シールド板連結管と、上下の真空容器を連接し輻射シールド板連結管を収容する真空容器連結管と、冷却容器を真空容器に支持する支持部材とを有する磁気共鳴イメージング装置において、支持部材を、下側冷却容器の外壁面と下側真空容器内壁面間に配置して下側冷却容器を下側真空容器から支持するものである。
そしてこの特徴において、支持部材は、この支持部材の中間部で輻射シールド板に接合して、輻射シールド板を支持するものであってもよく、支持部材は、輻射シールド板外壁面と真空容器内壁面間に配置される一の支持部材と、冷却容器外壁面と輻射シールド板内壁面間に配置される他の支持部材とを有し、一の支持部材が下側の輻射シールド板を下側の真空容器に支持し、他の支持部材が冷却容器を輻射シールド板に支持するものであってもよい。また、支持部材は、冷却容器を真空容器に直接的に支持する第1の支持部材と、冷却容器を輻射シールド板に支持する第2の支持部材と、輻射シールド板を真空容器に支持する第3の支持部材とを有するものでもよく、第1の支持部材は垂直方向の支持部材であり、第2及び第3の支持部材は水平方向の支持部材であってもよい。
以下に詳述するように、本発明によれば、垂直方向に静磁場を発生するMRI装置において上側真空容器に比べ振動が小さい下側真空容器が冷却容器を支持しているので、傾斜磁場コイル振動や設置床面振動の外部加振による真空容器振動が超電導コイルに伝播するのを低減できる。また、超電導コイルが振動してMR画像を劣化させるのを防止できる。
MRI装置は、均一な静磁場内に置かれた被検体に電磁波を照射して、被検体から発生した核磁気共鳴信号を検出する。そして、検出した核磁気共鳴信号を画像処理して被検体の物理的性質を表す磁気共鳴画像を得る。核磁気共鳴信号の位置情報を付与するために、静磁場に重畳して傾斜磁場を印加する。
MRI装置には、水平方向に静磁場を発生するものと、垂直方向に静磁場を発生するものがある。水平方向に静磁場を発生させるために円筒型の静磁場発生源を用い、垂直方向に静磁場を発生させるために対向型の静磁場発生源を用いる。画像を高画質化するのには、静磁場強度を高くする必要があるが、水平方向に静磁場を発生するものは静磁場強度を高くする点で垂直方向に静磁場を発生するものより優れている。しかしながら、水平方向に静磁場を発生するものは、被検者にとっての開放性に欠ける。
一方、垂直方向に静磁場を発生するMRI装置は、被検者の開放性はあるが、静磁場の発生や漏洩磁場を低減することが難しい。このMRI装置の磁場強度は、0.2T〜0.7Tであり、静磁場発生源としては永久磁石や常電導磁石、超電導磁石を用いている。この被検者の開放性の点で優れる垂直方向に静磁場を発生するMRI装置では、磁場強度を高めて高画質の画像を得ることが必要である。画質は、外部加振等により大きく左右される。そこで本発明では、傾斜磁場コイル振動や設置床面振動の外部加振により真空容器が振動し、この振動が超電導コイルに伝播するのを防止している。この詳細を、以下に示す具体的実施例により説明する。
本発明に係るMRI装置の一実施例を、図1ないし図3を用いて説明する。図1はMRI装置の縦断面図であり、図2はその斜視図、図3は振動モードを説明する図である。MRI装置20は、静磁場発生源として撮像空間1を挟んで上下方向に対向して配置された1対の超電導コイル2、2と、各超電導コイル2、2を内蔵する上下一対の真空容器3a、3bと、真空容器2a、2bを接続する真空容器連結管4、4を有する。本実施例では、上下に配置した真空容器2a、2bを2本の真空容器連結管4、4で接続したが、開放性を損なわずかつ十分な支持力を発生するなら1本または3本以上の真空容器連結管4で接続してもよい。
図示しない被検者が位置する撮像空間1の中心を原点とする。この撮像空間1に対して垂直方向をZ軸、2本の連結管4、4が配置される左右方向をX軸、このX軸に直交する前後方向をY軸とする。図1の右上部に、MRI装置20の概略上面図を示す。この概略上面図におけるA−A断面図を、図1の中央に示す。
超電導コイル2a、2bは円環状に巻かれており、撮像空間1に均一な垂直方向の静磁場を発生する。超電導コイル2a、2bは円環状の冷却容器5a、5b内に収納され、冷却容器5a、5b内に貯蔵された液体ヘリウムなどの冷媒に浸漬される。そして、超電導特性を示す温度まで冷却され、その冷却温度を保持する。冷却容器5aは真空容器3aに、冷却容器5bは真空容器3bそれぞれ内蔵される。
冷却容器5aと真空容器5aとの間および冷却容器5bと真空容器5bとの間には、冷却容器5a、5bに輻射熱が侵入するのを低減する輻射シールド板7a、7bが配設される。輻射シールド板7a、7bは、各冷却容器5a、5bを覆うように形成されている。冷却容器5a、5b内の冷媒と輻射シールド板7a、7bとを図示しない冷凍機で冷却する。
撮像空間1を挟んで上下に配置した冷却容器5a、5bは、冷却容器5a、5bの外周近傍に配置した冷却容器連結管6を用いて、上下方向に所定の距離だけ離して支持される。その際、冷却容器連結管6には、上下の冷却容器5a、5bの超伝導コイル2a、2bの収容部に2c、2dに連通する穴7c、7dが形成されているので、上下の冷却容器5a、5bに、熱的に連結される。
冷却容器連結管6の外周部には、輻射シールド板7a、7bを接続する管状の輻射シールド板連結管8が配設されている。この管状の輻射シールド板連結管8は、輻射シールド板7a、7bを、上下方向に所定の距離だけ離して支持する。輻射シールド板7a、7bと輻射シールド板連結管8とにより、冷却容器5a、5bと冷却容器連結管8は完全に覆われ、冷却容器5a、5bに外部から熱が侵入するのを防止する。
真空容器5a、5bの上下方向距離を大きくし、真空容器連結管6を撮像空間1から離すと、被検者が入る空間が広がり、開放性が高まる。真空容器5a、5bと、輻射シールド板7a、7b、冷却容器3a、3b、真空容器連結管6、輻射シールド板連結管8などの超電導磁石装置を構成する部材には、主としてステンレス鋼やアルミニウム合金等の非磁性の金属系材料を用いる。
なお、本実施例に示したMRI装置20は、図示しない傾斜磁場コイルや高周波コイルを備える。傾斜磁場コイルは静磁場に重畳して傾斜磁場を印加させるものであり、撮像空間1を挟んで核磁気共鳴信号の位置情報を付与する。高周波コイルは、電磁波を照射する。超電導磁石装置には、被検者を載せて撮像空間1に案内するテーブル装置、超電導磁石装置や傾斜磁場コイル、高周波コイルなどに電源を供給する電源装置、MRI装置全体を制御する制御装置、被検者から得た磁気共鳴信号に基づき核磁気共鳴画像を得る画像再構成装置などが付属している。
冷却容器5a、5b及び輻射シールド板7a、7bを、真空容器3a、3bに支持する複数の支持部材9a,9bを、真空容器3a、3bに設けている。支持部材9a,9bの形状は、棒状や単円筒状、多重円筒状である。真空容器3a、3bから冷却容器5a、5bおよび輻射シールド板7a、7bを断熱するため、支持部材9a,9bは熱伝導率の小さい非磁性の材料、例えば、ガラス繊維補強エポキシ樹脂などの繊維補強合成樹脂材料である。同じ断熱性能であれば、棒状及び単円筒状の方が多重円筒状に比べて安価である。ただし、棒状および端円筒状の方が、接続間距離を広げる必要がある。本実施例では、棒状の支持部材9a,9bを用いている。
上述したように、冷却容器5a、5bを垂直方向に支持する垂直方向支持部材9aと、水平方向に支持する水平方向支持部材9bにより、冷却容器5a、5bは真空容器3a、3bに支持される。その際、垂直方向支持部材9aと水平方向支持部材9bが、下側冷却容器3bの内周面12を、金具11a、11bを介して下側真空容器3aの内壁面底部13aに支持する。垂直方向支持部材9aと水平方向支持部材9bは、周方向に間隔をおいて配置される。支持部材の配置は、好ましくはZ軸に軸対称であって、XZ面とYZ面に対称である。
なお、上記実施例では水平方向指示部材9bと垂直方向指示部材9aとを用いたが、斜め方向に支持する支持部材を複数用いて支持しても、本実施例と同様な効果が得られる。上記実施例では、水平方向支持部材9bをXZ面からZ軸回りに90度ピッチで4本、垂直方向支持部材9aを水平方向支持部材9bからZ軸回りに45度離れた位置に配置している。
輻射シールド板7a、7bは、真空容器3a、3bの外周部の温度である室温と、冷却容器5a、5bが冷媒で冷却される超電導温度との間の温度に保持される。したがって、支持部材9a、9bには大きな温度勾配が生じる。輻射シールド板7a、7bは、60K〜70Kに保持されるのが好ましい。そこで、輻射シールド板7a、7bがこの温度に保持されるように、支持部材9a、9bからの熱侵入および輻射シールド板7a、7bの熱容量、図示しない冷凍機の冷凍能力を考慮して、支持部材9a、9bを真空容器3bと冷却容器5bから離した位置14a、14bに取り付ける。したがって、冷却容器5bと輻射シールド板7bとは、下側真空容器3bの底面13aにそれぞれ支持部材9a、9bを介して支持される。
上下に配置した超電導コイル2a、2bからは、互いに引き合うか反発し合うかの電磁力が発生する。超電導コイル2a、2bを保持する冷却容器5a、5b間を、冷却容器連結管8で機械的に支持しているので、上下の超電導コイル2a、2bで発生する力は打ち消される。垂直方向支持部材9aは、超電導コイル2bと冷却容器5bおよびその付加物の自重や、冷却時の熱収縮、運搬時の衝撃荷重に耐えうる強度が必要である。
水平方向支持部材9bには、超電導コイル2bと冷却容器5bおよびその付加物の自重が作用しない。ただし、冷却容器3bの偏心を抑制する力と運搬時の衝撃に耐えうる強度が必要である。
支持部材9a、9bの本数と支持部材9a、9bの断面積は、強度面からは多いほど好ましいが、冷却容器5bへの熱侵入を抑制する観点からはできるだけ少ない方が望ましい。支持部材9a、9bの長さは強度面から短い方が好ましいが、冷却容器5bへの熱侵入を抑制する観点からはできるだけ長い方が望ましい。
次に、上述した本実施例に係るMRI装置20の動作を、以下に説明する。図示しない傾斜磁場コイルの振動や設置床面の振動などの外部加振により、真空容器3a、3bは振動する。この振動の様子を誇張して図4に示す。MRI装置20では、下側真空容器3bの振動は設置床面により規制されるので、上側真空容器3aの振動に比べて小さい。下側真空容器3bの底面では振動は殆ど無く、MRI装置20の自重により拘束されたものとみなすことができる。つまり、真空容器3bの底面は、理想的には振動に節になる。
本実施例では、振動が小さい下側の真空容器3bが冷却容器5bを支持しており、真空容器3bから支持部材9a、9bを介して冷却容器5bに伝播する振動は小さい。したがって、冷却容器5b内に収容された超電導コイル2bで発生するおそれのある振動によって磁場変動は生じない。磁場変動が無いので、MRI装置20では、良好な核磁気共鳴画像を得ることができる。振動の節となる下側の真空容器3bの底面から冷却容器5bを支持しているので、その効果は顕著である。
本実施例では、下側の冷却容器5bの内周面と下側の真空容器3bの底面とを接続して下側の冷却容器5bを支持しているが、支持面はこれに限るものではない。例えば、垂直方向の支持部材により下側の冷却容器5bの外周面12bを下側の真空容器3bの底面に支持すれば、内周面で支持する場合に比べて冷却容器の転倒モーメントを大にすることができる。その結果、MRI装置の安定性が増す。また、下側の真空容器3bの側面13bから支持してもよい。
ただし、真空容器3bの側面から支持する場合は、支持位置を真空容器3bの底面に近づけることが好ましい。その理由は、真空容器3bの底面が、振動学的に理想的には振動の節となり、底面から離れるにしたがい側面13bの振動が大きくなるからである。つまり、支持部材9a、9bを底面から離すにしたがい、支持部材9a、9bを介して冷却容器5bに伝播する振動が大きくなる。側面13bの振動を抑制するには、側面13bの剛性を増大させればよい。冷却容器5bの側面13bの板厚を増すと、側面13bの剛性が増大するから、側面13bの振動が小さくなる。
本発明に係るMRI装置の他の実施例の縦断面図を、図3に示す。図1に示した実施例では、下側の冷却容器5bを下側の真空容器3bに支持部材9a、9bを介して支持していたが、本実施例では、下側の輻射シールド板4bを第1の支持部材を介して下側の真空容器3bに支持し、次いで下側の冷却容器5bをを第2の支持部材を介して輻射シールド板7bに支持している。
輻射シールド板7bの外壁面15aは、垂直方向に配置された第1の垂直方向支持部材9cと水平方向に配置された第1の水平方向支持部材9dとを用いて、真空容器3bの内壁面13aに支持される。その際、水平方向の第1の支持部材9dの真空容器3b側端部には、金具11cが接続されている。
冷却容器5bの内周面は、垂直方向に配置された第2の垂直方向支持部材9eと水平方向に配置された第2の水平方向支持部材9fとを用いて、輻射シールド板7bの内壁面15bに支持される。その際、支持部材9eの冷却容器5b側端部と支持部材9fの輻射シールド板7b側端部に、金具11d、11eを設けている。冷却容器5bは金具11d、11e、第2の垂直方向支持部材9e、第2の水平方向支持部材9fを介して、輻射シールド板7bの内壁面15bに支持される。
第2の垂直方向支持部材9e、第2の水平方向支持部材9fを、下側の冷却容器5bと輻射シールド板7b間だけではなく、上側の冷却容器5aと輻射シールド板7a間にも設けてもよい。この場合、上側の冷却容器5aと輻射シールド板7aが支持部材により一体化され、冷却容器5aと輻射シールド板7aの剛性が増大する。その結果、支持部材を介して伝播する振動が、冷却容器5aを励振するのを低減できる。
本実施例によれば、下側の冷却容器5bを第1の支持部材9c、9d、輻射シールド板7b、第2の支持部材9e、9fを介して下側の真空容器3bに支持しているので、支持部材9c〜9fを介して冷却容器5bに伝播する真空容器3bの振動を低減できる。また、真空容器3bと冷却容器5bとを支持部材だけで直接支持する場合に比べて、支持部材による断熱距離を大にすることができる。冷却容器5bと輻射シールド板7bとを第2の支持部材9e、9fで連結したので、剛性が増大する。
図1に示した実施例では、冷却容器5bを真空容器3bに支持部材9a、9bを用いて支持しており、図4に示した実施例では、冷却容器5bを輻射シールド板7bを介して真空容器3bに支持している。これらを組み合わせて、垂直方向については、冷却容器5bを真空容器3bに支持部材で支持し、水平方向については冷却容器5bを輻射シールド板7bを介して真空容器3bに支持するようにしてもよい。
すなわち、下側の冷却容器を真空容器に直接的または間接的に支持するようにすれば冷却容器の振動を低減できる。このように構成したMRI装置では、支持スペースや断熱支持性能、支持部材強度等の設計項目に対し冷却容器と輻射シールド板の支持構造を自由度が大きく設計することができる。また、この場合にも、真空容器から冷却容器への振動伝播を低減できる。
上記各実施例では、上側の冷却容器5aと輻射シールド板7aとを、上側の真空容器3aに接続していない。実際のMRI装置では、冷凍機や液体ヘリウム注液配管などが上側の真空容器3aに取り付けられていて、それらの付属品は冷却容器5aや輻射シールド板7aに接続されている。その場合でも、冷凍機等の付属品は真空容器3aにベローズを介して振動絶縁されているので、上記各実施例に記載の効果は損なわれない。
本発明に係るMRI装置の一実施例の縦断面図。 図1に示したMRI装置の斜視図。 MRI装置に用いる真空容器の振動モードを説明する図。 本発明に係るMRI装置の他の実施例の縦断面図。
符号の説明
1…撮像空間、2…超電導コイル、3…真空容器、4…真空容器連結管、5…冷却容器、6…冷却容器連結管、7…輻射シールド板、8…輻射シールド板連結管、9…支持部材、20、20a…MRI装置。

Claims (10)

  1. 上下に対向して配置された円環状の超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容する冷却容器と、この冷却容器を収容する真空容器とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記冷却容器は、上下に位置する円筒部とこの円筒部間を連結する連結管部とを有し、前記真空容器は前記冷却容器を覆うように形成されており、前記冷却容器の下部の円筒部を前記真空容器の下部内面に支持する複数の支持部材を設け、冷却容器の上部の円筒部は自由な状態にしたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記冷却容器と前記真空容器の間に冷却容器を覆うように輻射シールド板を配置し、前記複数の支持部材はこの輻射シールド板を突き抜けていることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記冷却容器と前記真空容器の間に冷却容器を覆うように輻射シールド板を配置し、前記複数の支持部材が、前記冷却容器を輻射シールド板に支持する第1の支持部材と、前記真空容器に輻射シールド板を支持する第2の支持部材とを有することを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記冷却容器の連結部は、円筒部の周方向ほぼ対称位置に2個形成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記支持部材の一端側に、金具を取り付けたことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 上下に対向して配置された円環状の超電導コイルと、各超電導コイルをそれぞれ収容する円環状の冷却容器と、各冷却容器をそれぞれ収容する輻射シールド板と、各輻射シールド板をそれぞ収容する真空容器と、上下の冷却容器を連接する冷却容器連結管と、この冷却容器連結管を収容する輻射シールド板連結管と、上下の真空容器を連接し輻射シールド板連結管を収容する真空容器連結管と、冷却容器を真空容器に支持する支持部材とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
    前記支持部材を、下側冷却容器の外壁面と下側真空容器内壁面間に配置して下側冷却容器を下側真空容器から支持することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記支持部材は、この支持部材の中間部で輻射シールド板に接合して、輻射シールド板を支持することを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記支持部材は、輻射シールド板外壁面と真空容器内壁面間に配置される第1の支持部材と、冷却容器外壁面と輻射シールド板内壁面間に配置される第2の支持部材とを有し、第1の支持部材が下側の輻射シールド板を下側の真空容器に支持し、第2の支持部材が冷却容器を輻射シールド板に支持することを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記支持部材は、冷却容器を真空容器に直接的に支持する第1の支持部材と、冷却容器を輻射シールド板に支持する第2の支持部材と、輻射シールド板を真空容器に支持する第3の支持部材とを有することを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 前記第1の支持部材は垂直方向の支持部材であり、前記第2及び第3の支持部材は水平方向の支持部材であることを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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