JP2005288044A

JP2005288044A - 磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JP2005288044A
Application number: JP2004111673A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Wadayama; 芳英和田山; Takeshi Yao; 武八尾; Akira Kurome; 明黒目; Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】傾斜磁場コイル等の通電に伴う温度上昇を、簡易な構造で効率良く抑制することが可能な磁気共鳴イメージング装置を提供する。
【解決手段】撮影空間（７ａ）に静磁場を発生する静磁場発生手段(４ａ)と、前記静磁場発生手段の前記撮影空間側に配置され、前記撮影空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル(１３)を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場コイルの内部又は外表面のいずれかに、前記傾斜磁場コイルで発生した熱を冷却するための冷却板(２２)が配置され、前記冷却板(２２)の外周部に沿って、中に冷媒を流すことが可能な配管(２３)が、該冷却板(２２)に熱的に接触して配置されている。
【選択図】図２

Description

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、傾斜磁場コイル等に通電をすることに伴う温度上昇を好適に抑制する技術に関する。

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たときに、被検体を構成する原子の原子核に生じる核磁気共鳴現象を利用し、被検体からの核磁気共鳴信号（以下、NMR信号という。）を検出し、このNMR信号を使って画像を再構成することにより、被検体の物理的性質をあらわす磁気共鳴画像（以下、MR画像という。）を得るものである。このイメージングの位置情報を与えるために、静磁場に重畳して傾斜磁場が印加される。

従ってMRI装置は、装置を設置した検査室内に、被検体の水素原子核（プロトン）のスピンの向きを整列させるための静磁場を計測空間内に発生するための静磁場発生源と、被検体の位置情報を与えるために、X，Y，Zの3軸方向に位置エンコーディングを行う3チャンネルの傾斜磁場コイルと、プロトンの共鳴周波数をもつ電磁波を放射する送信用高周波コイルと、プロトンからのNMR信号を受信する受信用高周波コイルと、更に、発生する静磁場および傾斜磁場を補正するためのシムコイルなどより構成されている。

一方近年、傾斜磁場コイルを駆動する電源の性能が向上したことに伴い、大電流を傾斜磁場コイルに印加する、あるいはコイルのターン数を大きくする等の方法により高強度の傾斜磁場を撮影空間に発生して撮影を行い、高い空間分解能の画像を得ることが可能なMRI装置が提供されるようになっている。そのようなMRI装置では、傾斜磁場コイルに印加する電流の増加、あるいはコイルのターン数の増加に伴い発生するジュール熱も増加するので、そのジュール熱による温度上昇を好適に抑制しなければ、傾斜磁場コイルを構成している導体が熱膨張により歪んだり、あるいは各傾斜磁場コイル間を絶縁するために敷かれている絶縁シートが劣化する等の問題が生じる。そのため、傾斜磁場コイルを冷却するための技術は多々提案されているが、その一つに特許文献1記載の従来技術がある。
特開２００３−６１９３０号公報

特許文献1記載の従来技術は、X方向，Y方向，Z方向に傾斜磁場を発生させる勾配コイルを含む各層を、熱伝導率の違う材質で構成することにより、熱をZ方向勾配磁場発生部を設置した一方方向へ拡散させ、水冷式あるいは空冷式で冷却する冷却部をZ方向勾配磁場発生部に接することにより、勾配コイルで発生する熱を効率良く冷却するようにしたものである。

本発明者は、上記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。
すなわち、特許文献1記載の従来技術ではZ方向勾配磁場発生部全体を水冷式あるいは空冷式で冷却部により冷却するが、その場合、冷却部がZ方向勾配磁場発生部の形状に合わせて平たく大きな構造となっているので、水あるいは空気を送り込む際の圧力損失が大きかった。そのため、圧力損失が大きくても水や空気を循環させることができる高性能のポンプを必要とし、構造が複雑化して設備のコストが高くなってしまうという問題があった。

本発明の目的は、傾斜磁場コイル等の通電をすることに伴う温度上昇を、簡易な構造で効率良く抑制することが可能なMRI装置を提供することにある。

本発明によれば、撮影空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段の前記撮影空間側に配置され、前記撮影空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場コイルの内部又は外表面のいずれかに、前記傾斜磁場コイルで発生した熱を冷却するための冷却板が配置され、前記冷却板の外周部に沿って、中に冷媒を流すことが可能な配管が、該冷却板に熱的に接触して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が提供される。

また本発明によれば、通電時に発熱する傾斜磁場コイルあるいは高周波磁場発生コイルを有した磁気共鳴イメージング装置において、前記発熱するコイルに近接して蓄熱材が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置が提供される。

本発明によれば、傾斜磁場コイル等の通電に伴う温度上昇を、簡易な構造で効率良く抑制することが可能なMRI装置を提供される。

以下、一般的なMRI装置のシステム構成を図1により詳細に説明する。
MRI装置は大別して、中央処理装置（以下、CPUと略称する）1と、シーケンサ2と、送信系3と、静磁場発生用磁石4と、受信系5と、傾斜磁場発生系21と、信号処理系6とから構成されている。

CPU1は、予め定められたプログラムに従って、シーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6を制御するようになっている。シーケンサ2は、CPU1からの制御指令に基づいて動作し、被検体7の断層面の画像データ収集に必要な種々の命令を送信系3、傾斜磁場発生系21、受信系5に送るようになっている。

送信系3は、高周波発振器8と、変調器9と、照射コイル11とを備え、シーケンサ2の指令により高周波発振器8からの基準高周波パルスを変調器9で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器10を介して増幅して照射コイル11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体に照射するようになっている。

静磁場発生用磁石4は、被検体7の周りの所定の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生用磁石4の内部には、照射コイル11と、傾斜磁場コイル13と、受信コイル14とが配置されている。傾斜磁場コイル13は傾斜磁場発生系21に含まれ、傾斜磁場電源12より電流の供給を受け、シーケンサ2の制御のもとに傾斜磁場を発生させる。

受信系5は、被検体の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出される高周波信号（NMR信号）を検出するもので、受信コイル14と増幅器15と直交位相検波器16とA／D変換器17とを有しており、上記照射コイル14から照射された電磁波による被検体の応答の高周波信号（NMR信号）は被検体に近接して配置された受信コイル14で検出され、増幅器15及び直交位相検波器16を介してA／D変換器17に入力され、ディジタル量に変換され、その信号がCPU1に送られるようになっている。

信号処理系6は、磁気ディスク20、光ディスク19などの外部記憶装置と、CRTなどからなるディスプレイ18とを備え、受信系5からのデータがCPU1に入力されると、CPU1が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体７の所望の断層面の画像をディスプレイ18で表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク20などに記憶するようになっている。

図2は本発明の実施例1に係る傾斜磁場コイルの断面図である。ただし実施例1は、静磁場の方向が被検体の体軸の方向と垂直な垂直磁場方式MRI装置において、上下対向して配置される静磁場発生源の撮影空間側に傾斜磁場を発生する傾斜磁場のメインコイルと、傾斜磁場のメインコイルによって生じる磁場により静磁場発生源のコイル容器等の表面に渦電流が発生するのを防ぐために、傾斜磁場のメインコイルの撮影空間に対して背面に傾斜磁場のシールドコイルを備えたアクティブシールド方式の傾斜磁場コイルを配置した例である。（例えば、垂直磁場方式MRI装置にアクティブシールド方式の傾斜磁場コイルを配置する例として、特開平9−262223号公報参照。）図2において、4aは静磁場発生用磁石の一部、7aは被検体の置かれる撮影空間、13aはX，Y，Z方向の3層から成る傾斜磁場のメインコイル、13bはX，Y，Z方向の3層から成る傾斜磁場のシールドコイル、13cはメインコイルのうちX方向に傾斜磁場を発生するメインXコイル、13dはメインコイルのうちZ方向に傾斜磁場を発生するメインZコイル、22aはメインXコイル13cを撮影空間のある方向から冷却するための冷却板、22bはシールドコイル13bを静磁場発生用磁石の方向から冷却するための冷却板、23a，23bは冷却板22a，22bに熱的に接続され、中に冷媒（例えば、水等の液体）を通す構造になっている冷却板用の配管である。

傾斜磁場コイルの外形寸法は、直径は約1.5mであり、厚さは約70mmである。傾斜磁場コイル本体には、静磁場発生用磁石が発生する均一磁場空間の直交3軸に対応して傾斜磁場を重畳する3層から成るメインコイル13aが配置されていて、またメインコイル13aによって静磁場発生用磁石の容器表面に漏洩する磁場によって渦電流が発生するのを防ぐために、3層から成るシールドコイル13bがメインコイル13aに対して撮影空間と反対側に配置されている。これらコイルの中で、メインZコイル13dのみ巻線形状が同心円状で製作が比較的容易なため、導体の角型の管を同心円状に配置し、角型の管に電気を流すと同時にその中に冷媒を通すことにより、角型の管の形状のコイルを直接内側から冷やせるようになっている。

図3は、これらメインとシールドそれぞれ3軸のコイルの電気抵抗と、代表的な運転電流におけるジュール発熱を示した表である。ただし、傾斜磁場の性能は、40cm球の撮影空間において40mT／mの場合である。また、メインZコイルの断面寸法は6×6mm、肉厚1mmで、中に流す冷媒の流量は約1L／minとした。表からも明らかなように、メインコイル部の発熱が全体の約75％を占め、更にメインXコイル，メインYコイルの発熱が最も大きい。即ち、メインコイル側の冷却は、角型の管の中に冷媒を通すことにより、コイルを直接内側から冷やすZコイルのみでは不十分で、コイルの外側からも冷却が必要であることがわかる。

そこで、実施例1では図2に示すように、冷却板22aがメインXコイル13cを撮影空間のある方向から冷却するために接して配置されていて、また、冷却板22bがシールドコイル13bを静磁場発生磁石の方向から冷却するために接して配置されている。そして、冷却板22a及び22bに伝達された熱を外へ逃がすために、冷却板22a，22bに冷却板用の配管23a，23bが熱的に接続されていて、冷却板用の配管23a，23bは内側は中空になっていて、その中に冷媒を流すことによって、効率的に傾斜磁場コイルによって発生する熱を外へ逃がせるようになっている。

次に図4に冷却板（22a，22b）と冷却板用の配管（23a，23b）を静磁場の方向から見た図、図5に断面図を示す。冷却板の直径は傾斜磁場コイルと同じ1.5mで、厚さは4mmの銅板である。この冷却板の周囲には、冷却板用の配管である外直径φ8mm、肉厚1mmの銅パイプが、銀ロウ付けで接合されている。また、冷却板には放射状のスリット24が、冷却板内に流れる渦電流を抑制する目的で、周方向に16分割、即ち22.5°間隔で、幅は約2mmで設けられている。このスリット24は冷却板の中央から外周部まで繋がっている必要はなく、図6における24aのごとく円板状の冷却板における径方向の1部分にのみスリットを設けても効果的である。なお、これらスリットを導入する作業としてはウォータージェット加工や、パンチング加工が考えられる。

図7は、本実施例によって冷却板を配置した効果を確認するための実験結果であり、冷却板22aをメインXコイル13cに密着させ、通電した時のメインXコイル13cのコイル導体の温度上昇を時間とともに示したものである。ただし、横軸が通電時間（単位：分）、縦軸はコイル導体の温度（℃）、25aは冷却板ありの場合の温度上昇曲線、25b冷却板なしの場合の温度上昇曲線を示す。この図より、冷却板を配置することにより、メインXコイル13cが効率良く冷却され、その温度上昇の最大値が約45℃と低くなっていることがわかる。なお、本実験において冷却配管に流した冷媒の流量は約1L／minである。

以上実施例1によれば、平板形状の傾斜磁場コイルに沿って薄い板から成る冷却板が備えられ、それにより傾斜磁場コイルで発生した熱を外周部へ伝達させ、外周部に設けた冷却板用の配管の中に冷媒を流すことにより、効率的に熱を逃すため、簡易な構造で効率良く傾斜磁場コイル等に通電をすることに伴う温度上昇を抑制することが可能となる。特に本実施例では上記メインZコイルのように傾斜磁場コイルの中を中空にして冷媒を流すような場合と比較して、冷却板用の配管が短くなっているので、圧力損失を少なくすることができる。通常、メインZコイルに銅管を用いた場合には、全長が約30mとなり、断面が6×6mmの場合には、内部を流れる冷媒の流量にも依存するが、圧力損失は約0.3MPaと大きくなる。これに対して、本実施例の冷却板用の配管は断面形状を同一としても長さが冷却板の外周の5m程度であるので、圧力損失は大幅に小さく0.1MPa以下となる。即ち、このことは簡単な冷却設備で傾斜磁場コイルを冷却できること、また同一の設備を使用する場合には大きな流量をこの配管に流せることを意味し、冷却コストを低くできることを意味する。また、実施例1の他の効果として、冷却板を薄い板から構成できるので、撮影空間をなるべく大きくするために平板形状の傾斜磁場コイルを配置する領域が狭い場合にも、狭い空間を有効に利用して傾斜磁場コイルを好適に冷却できるといったことが挙げられる。

図8は本発明の実施例2に係る冷却板と冷却板用の配管を静磁場の方向から見た図である。実施例2では冷却板の中央部を削除し、中空円板状としている。外周部の冷却板用の配管の構造は実施例1と同様である。また、図9はメインXコイルやメインYコイルの導体パターンの代表例である。一般にメインXコイルやメインYコイルは図9のごとく、外周側で導体幅が狭く、中央部で比較的広くなる傾向にある。即ち、コイル外周側でジュール発熱が大きく、この領域の発熱が全体の大半を占めるため、この部分を冷却することが効率的である。実施例2はこのことに鑑み、冷却板の中央部を削除し、外側の部分のみに冷却板を配置しメインXコイルやメインYコイルの温度が高くなる部分を集中的に冷却できるようにしたものである。

冷却板の中央部を削除する際の目安としては、メインXコイルやメインYコイルの導体パターンの左右にある渦巻きの中心より外周側のみに冷却板を設けるようにすることが好ましい。一般的には径方向にYXコイルの半径の12程度より外側に冷却板を配置するようにできれば良い。なお冷却板の外周側は冷却板用の配管との距離も近いため、伝導距離が短いことにより熱抵抗も小さく、熱流束を大きくすることができる。

以上実施例2によれば、実施例1と比べて特に冷却板をメインXコイルやメインYコイルの半径の1／2程度より外側に設けたので、メインXコイルやメインYコイルの熱の最も上がる半径の1／2程度より外側のみを効率良く冷却できるという利点がある。

図10に実施例3に係る傾斜磁場コイルの一部断面構造を示す。ただし、実施例3は、傾斜磁場コイルに蓄熱材を近接して配置することにより、傾斜磁場コイルに通電をすることに伴う温度上昇を好適に抑制したものである。図10において、傾斜磁場コイルは実施例1と同じようにメインコイル13aとシールドコイル13bから構成されているが、それらを一定間隔に保つために中間にはシムコイルを含む構造体13eが配置され、更に本実施例では構造体13eとメインコイル13aの間に蓄熱材26が、メインコイル13aに密着するように備えられている。ここで、蓄熱材とは、ある特定の温度で相変化を生じ，その際に潜熱として熱を吸収するために、相変化が完了するまで温度が一定に保たれる特性をもっているものをいう。このため、傾斜磁場コイルの発熱により傾斜磁場コイルの温度が上昇しても、ある一定温度で一旦温度上昇が停止することになる。ただし、本実施例の場合、傾斜磁場コイルが、どれくらいの温度からどれくらいの温度まで上昇するかを考慮すると、蓄熱材として、相変化の温度が55℃の酢酸ソーダや47℃の酢酸ソーダ混合物を用いることが望ましい。

また蓄熱材26には図10で図示されていないが、冷却システムの配管が繋がれていて、蓄熱材26に蓄えられた熱を逃がせるようになっている。冷却システムとしては、特開2001−198107号公報記載の単一循環形の冷却循環路を備えたMRI装置において示されるようなものや、特開2002−195728号公報記載のチラー装置等、種々の冷却システムが考えられる。

傾斜磁場コイルに蓄熱材を近接して配置した場合の温度変化の詳細を図11を用いて説明する。図11は、一定の熱量を継続して傾斜磁場コイルを含む系に加えた際の系の温度変化を示している。ただし、横軸は時間、縦軸は系の温度である。何の冷却も施さない場合には、曲線27のように短時間の内に温度が上昇し、ある平衡温度にまで達する。この場合、傾斜磁場コイルの温度が許容温度（これ以上高くなると傾斜磁場コイルを構成している導体が熱膨張により歪んだりして問題が起こり始める温度）に達するまでの時間はT1で短くなっている。

一方、実施例1や2で示した構成等により、冷媒を流すなどをして傾斜磁場コイルを冷却した場合には、曲線28のように温度の上昇率が小さくなると共に、熱平衡温度も低くできる。この場合、許容温度に達するまでの時間T2は、冷却なしの場合に比べて長くできる。そのため、大電流を流すシーケンスで撮影している場合にも、継続して撮影できる時間を長くすることができる。しかし、許容温度に達した時点（T2）で、撮影の継続は不可能になる。

そこで、本発明の実施例3では傾斜磁場コイルに蓄熱剤を近接して配置させて、蓄熱剤の相変化温度を許容温度以下に設定しておくことで、撮影可能な時間を延長できる。図11では温度の上昇が曲線29のようになり、傾斜磁場コイルを含む系の温度は一度蓄熱材の相変化温度で上昇が止まり、これ以上、一定時間上がらなくなる。そして蓄熱材の相変化が終了すると、再び温度上昇をし始め、時間T3において許容温度に達し、撮影の継続は不可能になる。本発明の場合、許容温度に達するまでの時間（T3）が蓄熱材を使わない場合に比べて長くなっているので、大電流を流すシーケンスで撮影している場合にも、継続して撮影できる時間を長くすることができる。

一方、特開2001−198107号公報や、特開2002−195728号公報等に開示されている冷却システムでは一般に、冷却能力の高い冷却システムを設置しようとすると、コストが高くなるという傾向がある。実施例4では、コストの低い冷却能力の低い冷却システムを用いた場合にも、蓄熱材を用いることにより、傾斜磁場コイルの温度が許容温度に達するまでの時間を長くした例を図12線30に示す。

図12の曲線30のように、冷却能力の低い冷却システムを用いた場合、初期の温度上昇率は増加するが、蓄熱剤を配置することによって、蓄熱材が相変化している間、一定期間温度を上昇しないようにすることが可能である。このことにより、傾斜磁場コイルを含む系が許容温度に達するまでの時間をT3と長くすることが可能となる。ただし、T3'は蓄熱材の相変化が開始する時間、T3”は蓄熱材の相変化が終了する時間である。

例えば、［００２７］において例示した酢酸ソーダあるいは酢酸ソーダ混合物の場合、単位体積当たりの蓄熱容量は170〜180MJ／m³であるので、0.05m³の酢酸ソーダあるいは酢酸ソーダ混合物を設置した場合、約10MJが蓄熱可能である。一方、傾斜磁場に高い電流値を流すシーケンスを用いた場合、傾斜磁場コイルには10ｋW程度の熱が発熱するが、蓄熱材を用いない従来のシステムの場合、10kW程度の熱を冷却する能力を持ったチラー装置等の冷却システムが必要だった。しかしながら、本実施例の場合酢酸ソーダあるいは酢酸ソーダ混合物0.05m³を蓄熱材として用いるとすれば、傾斜磁場に高い電流値を流すシーケンスを用いても10000kJ÷10kJ＝1000秒もの間、冷却する能力の低い冷却システムを用いても撮影の継続が可能である。通常、傾斜磁場に高い電流値を流すシーケンスでいつも撮影するわけではなく、低い電流値を傾斜磁場に流すシーケンスの場合には、蓄熱材に適宜熱を蓄えることにより、更に長時間撮影を継続することが可能である。

一方、静磁場発生源として永久磁石を用いたMRI装置では、磁石の温度に依存して静磁場の強度が変化するために、医療等のために臨床上有用な画像を得るためには、静磁場の強度を一定とするために磁石の温度も一定にする必要がある。前述した特開2001−198107号公報記載のMRI装置では、傾斜磁場コイルの温度の変動が、永久磁石へ伝わって悪影響を及ぼすことを防ぐために、冷却循環路に備えた熱交換器をオン・オフすることによって、傾斜磁場コイルの温度を一定温度となるようにする技術も開示されている。

実施例5では、このような熱交換器をオン・オフして傾斜磁場コイルや磁石等の温度を一定とするMRI装置において、実施例3のように蓄熱材を傾斜磁場コイルに近接して配置することによって、傾斜磁場コイルや磁石等の温度を更に安定化した場合を示す。実施例5では図13に示すように、傾斜磁場コイルや磁石等の温度が温度1と温度2の間になるように制御しているが、更に蓄熱材の相変化の温度3を温度1と温度2の間になるようにしている。この場合、温度3において蓄熱材が相変化する間、傾斜磁場コイルや磁石等の温度が一定であり、その時間が長いので、図14に示したように蓄熱材を用いない場合、温度1と2の間を傾斜磁場コイルや磁石等の温度が上がったり下がったりしている従来技術と比べて、傾斜磁場コイルや磁石等の温度を安定化できる。

実施例6は、上記実施例のように傾斜磁場コイルを静磁場発生磁石に近接して配置するのではなく、特開2002−232968号公報に開示されているように傾斜磁場コイルを小型にすることによって、比較的低電圧しか印加できない電源でも、比較的高い傾斜磁場強度の印加や急速な傾斜磁場の立上がりを実現し、更に軽量にすることによって取り扱いを容易にした小型傾斜磁場コイル13dを用いた例である。このような小型傾斜磁場コイル13dにおいても、大電流を長時間流すためには、小型傾斜磁場コイルを冷却する必要がある。しかし、冷却のために、直接小型傾斜磁場コイルに冷却システムの配管類を多数本接続するのは、配管接続の信頼性確保が難しいことやコストが高くなる等の問題があった。そこで本実施例では、図15のように蓄熱剤26を小型傾斜磁場コイルに近接し、その側面の一部に少数本の冷却システムの配管を設置した。このことによって、ある程度の時間温度上昇を一定値以下に抑えることが可能となるので、冷却のために多数本の冷却システムの配管の設置する必要がなくなり、取扱いが容易になり、信頼性が増すなどの効果が得られる。

実施例6を図16に示す。実施例6では蓄熱材を、特開2001−198107号公報や特開2002−195728号公報等に開示されている冷却システムの、熱交換器側に配置する。この構成により，熱交換器に戻る冷媒の温度は一定値以下となるので，熱交換機に要求される能力としては低いもので対応できる。このことにより、冷却システムの設備コストを低くすることが可能である。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施できる。例えば、実施例1，2冷却板は傾斜磁場コイルに密着させることが熱伝導性を確保する観点からも好ましいので、両者の間に薄い電気絶縁層を設けることが望ましい。また、実施例1の図2では、冷却板をメインXコイル13cの撮影空間側と、シールドコイル13bの静磁場発生磁石側のみに配置したが、それ以外の面に冷却板を配置しても良い。例えば、メインXコイルやメインYコイル、メインZコイル間の任意の位置やシールドXコイルやシールドYコイル、シールドZコイル間の任意の位置に挟んで配置したり、メインコイルのシールドコイル側、シールドコイルのメインコイル側に配置しても良い。また、本発明の応用例として、冷却板を設けずに、傾斜磁場コイル本体の外周部に電気絶縁層を介して配管のみを設けることも可能である。また、冷却板の外周部に設けた冷媒を中に通す配管の代わりにヒートパイプを用いることも可能である。また、本発明による冷却板、及び外周部の冷却配管の素材は、熱伝導性に優れていれば銅に限定することはなく、アルミやカーボンシートを用いることも軽量化を図る観点からは有効である。

また、冷却板の外周部に設ける冷却板用の配管は、1ターンに限定することはなく、GC外周部に空間的な余裕があれば、複数ターンを径方向外側あるいは静磁場の方向に重ねて設けることにより、冷却効率を向上させることができる。また冷却用の配管は、冷却板のみを冷却するのでなくXYZコイルの電流口出し部に隣接するように配置することで、電流口出し部の温度上昇を冷却するようにすることも可能である。

また、実施例3の図10では、蓄熱剤をメインコイルのシールドコイル側に接して配置しているが、シールドコイルのメインコイル側にも配置することで、シールドコイル側の発熱を抑えることも可能である。また、傾斜磁場コイルのメインコイルとシールドコイルの間に配置するのみでなく、メインコイルの撮影空間側、シールドコイルの静磁場発生磁石側に配置することも可能である。あるいはまた、メインXコイルやメインYコイル、メインZコイル間の任意の位置やシールドXコイルやシールドYコイル、シールドZコイル間の任意の位置に挟んで配置したりすることも可能である。更に、ある傾斜磁場コイルの平面内のどの位置に蓄熱材を配置するかについても、全体に蓄熱剤を配置するのではなく、コイルパターンに応じて、発熱密度の高い部分に選択的に配置することも有効である。

また、上記実施例1，2では冷却板を傾斜磁場コイルに接して配置する場合、実施例3から7では蓄熱材を用いる場合について例示したが、冷却板と蓄熱材を組み合わせた構成でも本発明の要旨を逸脱しないことは勿論である。

また、上記実施例では主に傾斜磁場コイルの通電に伴う温度上昇を好適に抑制する技術について述べてきたが、温度上昇を抑制する必要があるのは、傾斜磁場コイルに限られない。例えばプロトンの共鳴周波数をもつ電磁波を放射する送信用高周波コイル（RFコイルともいう）についても、通電により温度上昇することがあるので、上記実施例で示した冷却板や冷却板用の配管、蓄熱材を用いて温度上昇を抑制することが可能である。これによって、RFコイルの特性変化や磁場均一度の変化を抑制することができる。また、静磁場発生源として常電導磁石を用いる場合も、通電により温度上昇をすることがあるので、冷却板や冷却板用の配管を用いたり蓄熱材を用いたりすることは有効である。

また、上記実施例では、静磁場の方向が被検体の体軸の方向と垂直な垂直磁場方式MRI装置において、上下対向して配置される静磁場発生源の撮影空間側に用いられる平板形状の傾斜磁場コイルを設置する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、水平型磁石に用いられる円筒型の傾斜磁場コイルについても、適用可能である。その場合、冷却板は円筒型の傾斜磁場コイル等の形状に合わせて円筒型にした方が良いし、蓄熱材も傾斜磁場コイル等の形状に合わせた形状にした方が良いと考えられる。

一般的なMRI装置のシステム構成。本発明の実施例1に係る傾斜磁場コイルの断面図。メインとシールドそれぞれ3軸のコイルの電気抵抗と、代表的な運転電流におけるジュール発熱を示した表。冷却板と冷却板用の配管を静磁場の方向から見た図。冷却板と冷却板用の配管の断面図。円板状の冷却板における径方向の1部分にのみスリットを設けた図。実施例1によって冷却板を配置した効果を確認するための実験結果。本発明の実施例2に係る冷却板と冷却板用の配管を静磁場の方向から見た図。メインXコイルやメインYコイルの導体パターンの代表例。本発明の実施例3に係る傾斜磁場コイルの一部断面構造。斜磁場コイルに蓄熱材を近接して配置した場合の温度変化の詳細を示す図。コストの低い冷却能力の低い冷却システムを用いた場合にも、蓄熱材を用いることにより、傾斜磁場コイルの温度が許容温度に達するまでの時間を長くした例を示す図。熱交換器をオン・オフして傾斜磁場コイルや磁石等の温度を一定とするようにしたMRI装置において、蓄熱材を用いて更に傾斜磁場コイルや磁石等の温度を安定化した実施例6における温度変化を示す図。熱交換器をオン・オフして傾斜磁場コイルや磁石等の温度を一定とするようにしたMRI装置において、蓄熱材を用いない従来技術における温度変化を示す図。実施例6において、小型傾斜磁場コイルに蓄熱材を用いた場合を示す図却システムの熱交換器側に蓄熱材を配置した図。

符号の説明

４a 静磁場発生用磁石の一部
７a 被検体の置かれる撮影空間
13ａ X，Y，Z方向の3層から成る傾斜磁場のメインコイル
13ｂ X，Y，Z方向の3層から成る傾斜磁場のシールドコイル
13ｃメインコイルのうちX方向に傾斜磁場を発生するメインXコイル
13ｄメインコイルのうちZ方向に傾斜磁場を発生するメインZコイル
22ａメインXコイル13cを撮影空間のある方向から冷却するための冷却板
22ｂシールドコイル13bを静磁場発生用磁石の方向から冷却するための冷却板
23ａ冷却板22aに熱的に接続され、中に冷媒を通す構造になっている冷却板用の配管
23ｂ冷却板22bに熱的に接続され、中に冷媒を通す構造になっている冷却板用の配管

Claims

撮影空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段の前記撮影空間側に配置され、前記撮影空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場コイルの内部又は外表面のいずれかに、前記傾斜磁場コイルで発生した熱を冷却するための冷却板が配置され、前記冷却板の外周部に沿って、中に冷媒を流すことが可能な配管が、該冷却板に熱的に接触して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。
通電時に発熱する傾斜磁場コイルあるいは高周波磁場発生コイルを有した磁気共鳴イメージング装置において、前記発熱するコイルに近接して蓄熱材が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。