JP2006218324A - 静磁界調整方法およびｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静磁界の均一性を調整する。
【解決手段】静磁界発生用マグネットの永久磁石１Ｍ、ヨークＹＢ，ＹＰおよび整磁板Ｓｐの少なくとも一つに静磁界調整用ユニット着脱部２０を設け、前記静磁界調整用ユニット着脱部２０に着脱自在で磁気抵抗値の異なる複数の静磁界調整用ユニット２１の中から選択した静磁界調整用ユニット２１を前記静磁界調整用ユニット着脱部２０に装着することによって静磁界均一性を調整する
【選択図】図６

Description

本発明は、静磁界調整方法およびＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置に関し、さらに詳しくは、静磁界の均一性を調整するための静磁界調整方法およびその静磁界調整方法を好適に実施しうるＭＲＩ装置に関する。

図１２は、従来のＭＲＩ装置の一例を示す要部断面図である。
このＭＲＩ装置５００は、垂直方向に静磁界Ｂｏを発生させるオープン型ＭＲＩ装置である。
静磁界発生用マグネットは、上下に対向して設置された永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２と、ベースヨークＹＢと、支柱ヨークＹｐと、整磁板Ｓｐ１とにより構成されている。

永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２およびベースヨークＹＢには、静磁界調整用の磁性体ネジ５１が設置されている。磁性体ネジ５１のねじ込み量を調節することにより、撮像領域ＫＫにおける静磁界Ｂｏの均一性を調整することが出来る。

上記従来のＭＲＩ装置５００では、磁性体ネジ５１のねじ込み量を調節した後の永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２、ベースヨークＹＢおよび整磁板Ｓｐ１の温度変化に弱いという第１の問題点がある。例えば、ＮdＦeＢ製の永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２は−０．１％／℃程度の大きな温度特性を持っているため、磁性体ネジ５１のねじ込み量を調節した後で永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２の一方の温度が他方の温度より上がると、静磁界方向（Ｚ方向）に無視できない大きさの静磁場不均一を生じてしまうが、これに対処することが出来ない。

また、上記従来のＭＲＩ装置５００のような磁性体ネジ５１のねじ込み量を調節する方式では、静磁界Ｂｏの均一性を調整可能な範囲または調整の精度の一方が犠牲になるという第２の問題点がある。例えば、磁性体ネジ５１の透磁率が大きければ調整可能な範囲は広いが調整の精度が粗くなり、逆に透磁率が小さければ調整の精度は細かくなるが調整可能な範囲は狭くなる。

そこで、本発明の目的は、静磁界の均一性を調整するための静磁界調整方法およびその静磁界調整方法を好適に実施しうるＭＲＩ装置を提供することにある。そして、さらに詳細には、永久磁石、ヨークおよび整磁板の温度変化に強い静磁界調整方法およびＭＲＩ装置を提供することにある。また、静磁界の均一性を調整可能な範囲および調整の精度の一方が犠牲にならない静磁界調整方法およびＭＲＩ装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、静磁界発生用マグネットの永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに静磁界調整用ユニット着脱部を設け、前記静磁界調整用ユニット着脱部に着脱自在で磁気抵抗値の異なる複数の静磁界調整用ユニットの中から選択した静磁界調整用ユニットを前記静磁界調整用ユニット着脱部に装着することによって静磁界均一性を調整することを特徴とする静磁界調整方法を提供する。
上記第１の観点による静磁界調整方法では、永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに装着する静磁界調整用ユニットを、磁気抵抗値の異なるものに交換する。これによって、静磁界均一性を調整することが出来る。また、全体を交換してしまうため、磁気抵抗値の差の大きな物に交換すれば調整可能な範囲を広くでき、磁気抵抗値の差の小さな物に交換すれば調整の精度を細かく出来る。

第２の観点では、本発明は、静磁界発生用マグネットの永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに静磁界調整用ユニット着脱部が設けられ、前記静磁界調整用ユニット着脱部に着脱自在で磁気抵抗値の異なる複数の静磁界調整用ユニットの中から選択した静磁界調整用ユニットが前記静磁界調整用ユニット着脱部に装着されて静磁界均一性が調整されていることを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第２の観点によるＭＲＩ装置では、永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに装着する静磁界調整用ユニットを、磁気抵抗値の異なるものに交換することによって、静磁界均一性を調整することが出来る。また、静磁界調整用ユニットを交換してしまうため、磁気抵抗値の差の大きな物に交換すれば調整可能な範囲を広くでき、磁気抵抗値の差の小さな物に交換すれば調整の精度を細かく出来る。

第３の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、静磁界調整用ユニット着脱部は、ネジ穴であり、前記静磁界調整用ユニットの外形は、前記ネジ穴に螺入されるネジ形状であることを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第３の観点によるＭＲＩ装置では、静磁界調整用ユニットをネジとして着脱できるので、作業が容易となる。

第４の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、第１の中実円柱体と該第１の中実円柱体の周面を取り巻くように保持する第１の中空円筒体とを一体化した組立体であって前記第１の中実円柱体および前記第１の中空円筒体の一方が磁性体で他方が非磁性体からなる第１の静磁界調整用ユニット、および、前記第１の中実円柱体とは外径が異なる第２の中実円柱体と該第２の中実円柱体の周面を取り巻くように保持し前記第１の中空円筒体とは外径が同一の第２の中空円筒体とを一体化した組立体であって前記第２の中実円柱体および前記第２の中空円筒体の一方が磁性体で他方が非磁性体からなる第２の静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第４の観点によるＭＲＩ装置では、中実円柱体の外径を変えることによって磁気抵抗値を自由に変えられる。

第５の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、前記ネジ穴に螺入される中実円柱体の磁性体からなる静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第５の観点によるＭＲＩ装置では、磁性体の材料を変えることによって、磁気抵抗値を変えられる。

第６の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、ネジ形状の中実円柱体と該中実円柱体を螺入するネジ穴を中心穴として有し外形がネジ形状の初段中空円筒体と該初段中空円筒体を螺入するネジ穴を中心穴として有し外形が前記静磁界調整用ユニット着脱部のネジ穴に螺入されるネジ形状の終段中空円筒体とを一体的に螺合した組立体であり、前記中実円柱体と前記初段中空円筒体と前記終段中空円筒体のそれぞれを磁性体とするか非磁性体とするかの組合せにより磁気抵抗値を変更可能な静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第６の観点によるＭＲＩ装置では、中実円柱体と初段中空円筒体と終段中空円筒体の材料を変えることによって磁気抵抗値を自由に変えられる。

第７の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記静磁界調整用ユニット着脱部は、静磁界方向の静磁界均一性を調整可能な位置に配置されていることを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第７の観点によるＭＲＩ装置では、例えば撮像領域の中心を通る静磁界方向の軸（Ｚ軸）上で且つ対向する永久磁石の両方に対で静磁界調整用ユニットを設置することにより、静磁界方向の静磁界均一性を調整可能となる。

第８の観点では、本発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記静磁界調整用ユニット着脱部は、静磁界方向に直交する方向の静磁界均一性を調整可能な位置に配置されていることを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第８の観点によるＭＲＩ装置では、例えば撮像領域の中心を通る静磁界方向の軸（Ｚ軸）に直交する軸（Ｘ軸，Ｙ軸）上で且つ一つの永久磁石の面上に対で静磁界調整用ユニットを設置することにより、静磁界方向に直交する方向の静磁界均一性を調整可能となる。

本発明の静磁界調整方法およびＭＲＩ装置によれば、静磁界の均一性を調整することが出来る。また、温度変化に起因する静磁界の乱れを防止できる。さらに、調整可能な範囲および調整の精度の一方が犠牲にならないように静磁界均一度を調整できる。

以下、図に示す実施の形態により本発明を詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す要部断面図である。図２は、図１のＫ−Ｋ’断面図である。
このＭＲＩ装置１００は、上下に対向して設置された永久磁石すなわち永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２により垂直方向に静磁界Ｂｏを発生させるオープン型ＭＲＩ装置である。

永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２の表面には、撮像領域ＫＫにおける静磁界の均一性Ｂｏを高めるための整磁板Ｓｐ１，Ｓｐ２がそれぞれ設置されている。
永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２と、整磁板Ｓｐ１，Ｓｐ２と、ベースヨークＹＢおよび支柱ヨークＹＰとにより、磁気回路が構成される。永久磁石１Ｍ１，１Ｍ２の材料は、例えばネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石材料，サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）系磁石材料，アルニコ（ＭＫ鋼）系磁石材料，フェライト系磁石材料である。

永久磁石１Ｍ１およびベースヨークＹＢの各部には、局所的に温度を調節するための永久磁石ブロック１１−１〜１１−５が埋設または着設されている。
永久磁石１Ｍ２およびベースヨークＹＢの各部には、局所的に温度を調整するための永久磁石ブロック１１−６〜１１−１０が埋設または着設されている。

各永久磁石ブロック１１には、その温度を上げるヒータ２が設置されている。 また、永久磁石ブロック１１は、断熱材３により他の部材と熱的に遮断されている。
ヒータ２を流れる電流ｉは、温度調節器４により、温度センサ５で測定された永久磁石ブロック１１の温度ｓが、温度設定部１２により設定された温度ｔと等しくなるように制御される。
温度設定部１２は、各永久磁石ブロック１１が静磁界Ｂｏを均一化する補正磁界を生成するときの温度ｓ１〜ｓ１０を設定する。
なお、ベースヨークＹＢに全体の温度を調節するためのヒータが設けられることがあるが、これとは別に前記ヒータ２を設ける。

図３に示すように、温度調節器４がヒータ２に電流ｉを流さず、永久磁石ブロック１１を周囲温度のままとすると、永久磁石ブロック１１は周囲温度に対応する強度の磁界を発生させる。
一方、図４に示すように、温度調節器４が前記ヒータ２に電流ｉを流し、永久磁石ブロック１１の温度を上げると、永久磁石ブロック１１が発生する磁力が弱まる。これは、永久磁石ブロック１１が負の温度特性を持つからである。

図５は、ＭＲＩ装置１００における静磁界均一化処理を示すフロー図である。
ステップＳＴ１では、被検体を挿入しない状態で、テスラメータ（tesla meter）などで撮像領域ＫＫにおける静磁界強度を測定し、温度設定部１２へ送る。

ステップＳＴ２では、温度設定部１２は、磁界強度測定値および既知の温度特性に基づいて、静磁界Ｂｏを均一にするための各永久磁石ブロック１１の設定温度ｔを算出する。
例えば、Ｘ方向の正側の磁界をＸ方向の負側の磁界よりも補強する場合、永久磁石ブロック１１−２の温度のみを上げ、永久磁石ブロック１１−３の温度を上げない温度調節を行う（永久磁石１Ｍ２側も同様に調整する）。
また、Ｙ方向の正側の磁界をＹ方向の負側の磁界よりも補強する場合、永久磁石ブロック１１−５の温度のみを上げ、永久磁石ブロック１１−４の温度を上げない温度調節を行う。
さらに、Ｚ方向の上側の磁界を下側の磁界よりも補強する場合、永久磁石ブロック１１−６の温度のみを上げ、永久磁石ブロック１１−１の温度を上げない温度調節を行う。

なお、各永久磁石ブロック１１の温度を変えることにより補正可能なのは、主としてＸ，Ｙ，Ｚの各方向の磁界勾配の１次項である（例えば１℃の温度差で、６０〜７０ｐｐｍ程度の補正が可能である）が、例えば永久磁石ブロック１１−１および１１−６の温度を同時に上げるか又は下げる調整を行うことで、Ｚ方向の２次項の磁界勾配に関しても幾分かの補正が可能である（例えば１℃の温度差で、３〜６ｐｐｍ程度の補正が可能である）。

ステップＳＴ３では、温度調節器４は、各永久磁石ブロック１１の温度ｓが設定温度ｔと等しくなるように、ヒータ２の電流ｉを制御する。

以上のＭＲＩ装置１００によれば、各永久磁石ブロック１１の温度を個別に調節することで静磁界Ｂｏの均一性を調整できる。そして、局所的温度を調節するため、意図しない温度変化を防止でき、温度変化に起因する静磁場均一製の乱れを防止できる。

上記第１の実施形態の構成を、次のように変更してもよい。
（１）永久磁石１Ｍ１やベースヨークＹＢの局所的温度を調節する代わりに又はそれに加えて、整磁板Ｓｐ１，Ｓｐ２の局所的温度を調節してもよい。
（２）ヒータ２の代わりに、ペリチエ（peltier）素子などの加熱器／冷却器を用いて永久磁石ブロック１１の温度を調節してもよい。また、ヒータ２と冷却器とを併用してもよい。
（３）永久磁石部材（着磁した磁性体）を用いた永久磁石ブロック１１の代わりに、非着磁の磁性体を用いた磁性体ブロックを用いてもよい。

−第２の実施形態−
図６は、本発明の第２の実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す要部断面図である。図７は、図７は、図６のＫ−Ｋ’断面図である。
このＭＲＩ装置２００において、永久磁石１Ｍ１およびベースヨークＹＢの各部には、複数のタイプ（図８の２１α，２１β，２１γ）のうちから選択された静磁界調整用ユニット２１−１〜２１−１０を任意に着脱可能なネジ穴すなわち静磁界調整用ユニット着脱部２０−１〜２０−１０が穿設されている。

図８の（ａ）に示すように、静磁界調整用ユニット２１αは、中空円筒体であり且つ外形がネジ形状の非磁性体ソケット２１０αと，その中心部に貫設された直径ｒ１の中実円柱体の磁性体コア２１１αとからなる。
図８の（ｂ）に示すように、静磁界調整用ユニット２１βは、非磁性体ソケット２１０βと，その中心部に貫設された直径ｒ２（ｒ２＞ｒ１）の磁性体コア２１１βとからなる。
図８の（ｃ）に示すように、静磁界調整用ユニット２１γは、中実円柱体であり、全体が磁性体である。
各静磁界調整用ユニット２１α，２１β，２１γの外周には、静磁界調整用ユニット着脱部２０に螺入できるネジ溝Ｍが刻設されている。

非磁性体ソケット２１０α，２１０βの非磁性体材料は、ＰＰ（PolyPropylene），ＰＢＴ（PolyButylene Terephthalate），ＡＢＳ（AcrylonitrileButadiene Styrene），ＰＥ（PolyEthylene），ＰＳ（PolyStyrene），ＴＰＸ（polymethylpentene），ＰＯＭ（polyacetals），ＰＶＣ（PolyVinylChloride），ＰＰＥ（PolyPhenylene Ether）のいずれか又はそれらのうちの２以上の組み合わせである。

磁性体コア２１１α，２１１βおよび静磁界調整用ユニット２１γの磁性体材料は、ネオジウム系磁石材料，サマリウムコバルト系磁石材料，アルニコ系磁石材料，フェライト系磁石材料のいずれか又はそれらのうちの２以上の組み合わせである。

このＭＲＩ装置２００では、撮像領域ＫＫにおける静磁界Ｂｏの均一性が最も改善されるように選択した静磁界調整用ユニット２１（図８の２１α，２１β，２１γのいずれか）を、各静磁界調整用ユニット着脱部２０に装着する。

以上のＭＲＩ装置２００によれば、静磁界調整用ユニット着脱部２０に装着する静磁界調整用ユニット２１を交換することで静磁界Ｂｏの均一性を調整できる。また、全体を交換してしまうため、磁気抵抗値の差の大きな物に交換すれば調整可能な範囲を広くでき、磁気抵抗値の差の小さな物に交換すれば調整の精度を細かく出来る。

なお、図８には、３種類の静磁界調整用ユニット２１α，２１β，２１γを示したが、コアの直径，コアの材料，コアの長さを変えることによって、異なる磁気抵抗値を持つ多種類の静磁界調整用ユニットを利用できる。また、非磁性体ソケットを磁性体ソケットとしてもよいし、磁性体コアを非磁性体コアとしてもよい。

−第３の実施形態−
第３の実施形態におけるＭＲＩ装置では、前述の第２の実施形態における静磁界調整用ユニット２１（図８参照）に代えて、図９に示す静磁界調整用ユニット３１を用いる。すなわち、中空円筒体の終段リング３１０の中心穴に中空円筒体の初段リング３１１を螺入し、初段リング３１１の中心穴に中実円柱体のコア３１２を螺入した組立体の静磁界調整用ユニット３１を用いる。

図１０の（ａ１）（ｂ１）に示すように、終段リング３１０として、磁性体の終段リング３１０Ａと，非磁性体の終段リング３１０Ｂのどちらかが選択される。
また、図１０の（ａ２）（ｂ２）に示すように、初段リング３１１として、磁性体の初段リング３１１Ａと，非磁性体の初段リング３１１Ｂのどちらかが選択される。
また、図１０の（ａ３）（ｂ３）に示すように、コア３１２として、磁性体のコア３１２Ａと，非磁性体のコア３１２Ｂのどちらかが選択される。

したがって、図１１に示すように、静磁界調整用ユニット３１の構造パターンは８通りとなる。なお、模式断面の磁性体部分をハッチングで表現している。

このＭＲＩ装置では、撮像領域ＫＫ（図６参照）における静磁界Ｂｏの均一性が最も改善されるように構造パターン（図１１の８パターンのいずれか）を選択した静磁界調整用ユニット３１を、各静磁界調整用ユニット着脱部２０に装着する。

以上のＭＲＩ装置によれば、静磁界調整用ユニット着脱部２０に装着する静磁界調整用ユニット３１を交換することで静磁界Ｂｏの均一性を調整できる。また、全体を交換してしまうため、磁気抵抗値の差の大きな物に交換すれば調整可能な範囲を広くでき、磁気抵抗値の差の小さな物に交換すれば調整の精度を細かく出来る。

なお、初段リングとコアの直径，長さ、終段リングと初段リングとコアの材料を変えることによって、異なる磁気抵抗値を持つ多種類の静磁界調整用ユニットを利用できる。
また、初段リングと終段リングの間に中間リングを挟んで段数を増やせば、構造パターンの数を更に増やすことが出来る。

第１の実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す要部断面図である。 図１のＫ−Ｋ’断面図である。 永久磁石ブロックを周囲温度のままとしたときの磁界分布を示す説明図である。 永久磁石ブロックの温度を上げたときの磁界分布を示す説明図である。 図１のＭＲＩ装置における静磁界均一化処理を示すフロー図である。 第２の実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す要部断面図である。 図６のＫ−Ｋ’断面図である。 図６のＭＲＩ装置に用いる静磁界調整用ユニットを示す説明図である。 第３の実施形態のＭＲＩ装置にかかる静磁界調整用ユニットを示す説明図である。 図９の静磁界調整用ユニットを構成する各パーツを示す説明図である。 図９の静磁界調整用ユニットの構造パターンを示す図表である。 従来のＭＲＩ装置の一例を示す要部断面図である。

符号の説明

１００，２００ ＭＲＩ装置
１Ｍ１，１Ｍ２ 永久磁石
２ ヒータ
３ 断熱材
４ 温度調節器
５ 温度センサ
１１ 永久磁石ブロック
１２ 温度設定部
２０ 静磁界調整用ユニット着脱部
２１，３１ 静磁界調整用ユニット
２１０ 非磁性体ソケット
２１１ 磁性体コア
３１０ 終段リング
３１１ 初段リング
３１２ コア
Ｂｏ 静磁界
ＫＫ 撮像領域
Ｓｐ１，Ｓｐ２ 整磁板
ＹＢ ベースヨーク
ＹＰ 支柱ヨーク

Claims (8)

1. 静磁界発生用マグネットの永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに静磁界調整用ユニット着脱部を設け、前記静磁界調整用ユニット着脱部に着脱自在で磁気抵抗値の異なる複数の静磁界調整用ユニットの中から選択した静磁界調整用ユニットを前記静磁界調整用ユニット着脱部に装着することによって静磁界均一性を調整することを特徴とする静磁界調整方法。
2. 静磁界発生用マグネットの永久磁石、ヨークおよび整磁板の少なくとも一つに静磁界調整用ユニット着脱部が設けられ、前記静磁界調整用ユニット着脱部に着脱自在で磁気抵抗値の異なる複数の静磁界調整用ユニットの中から選択した静磁界調整用ユニットが前記静磁界調整用ユニット着脱部に装着されて静磁界均一性が調整されていることを特徴とするＭＲＩ装置。
3. 請求項２に記載のＭＲＩ装置において、静磁界調整用ユニット着脱部は、ネジ穴であり、前記静磁界調整用ユニットの外形は、前記ネジ穴に螺入されるネジ形状であることを特徴とするＭＲＩ装置。
4. 請求項３に記載のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、第１の中実円柱体と該第１の中実円柱体の周面を取り巻くように保持する第１の中空円筒体とを一体化した組立体であって前記第１の中実円柱体および前記第１の中空円筒体の一方が磁性体で他方が非磁性体からなる第１の静磁界調整用ユニット、および、前記第１の中実円柱体とは外径が異なる第２の中実円柱体と該第２の中実円柱体の周面を取り巻くように保持し前記第１の中空円筒体とは外径が同一の第２の中空円筒体とを一体化した組立体であって前記第２の中実円柱体および前記第２の中空円筒体の一方が磁性体で他方が非磁性体からなる第２の静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置。
5. 請求項３に記載のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、前記ネジ穴に螺入される中実円柱体の磁性体からなる静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置。
6. 請求項３に記載のＭＲＩ装置において、前記複数の静磁界調整用ユニットは、ネジ形状の中実円柱体と該中実円柱体を螺入するネジ穴を中心穴として有し外形がネジ形状の初段中空円筒体と該初段中空円筒体を螺入するネジ穴を中心穴として有し外形が前記静磁界調整用ユニット着脱部のネジ穴に螺入されるネジ形状の終段中空円筒体とを一体的に螺合した組立体であり、前記中実円柱体と前記初段中空円筒体と前記終段中空円筒体のそれぞれを磁性体とするか非磁性体とするかの組合せにより磁気抵抗値を変更可能な静磁界調整用ユニットを含むことを特徴とするＭＲＩ装置。
7. 請求項２から請求項６のいずれかに記載のＭＲＩ装置において、前記静磁界調整用ユニット着脱部は、静磁界方向の静磁界均一性を調整可能な位置に配置されていることを特徴とするＭＲＩ装置。
8. 請求項２から請求項７のいずれかに記載のＭＲＩ装置において、前記静磁界調整用ユニット着脱部は、静磁界方向に直交する方向の静磁界均一性を調整可能な位置に配置されていることを特徴とするＭＲＩ装置。

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