JP2007061528A

JP2007061528A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2007061528A
Application number: JP2005254621A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Imamura; 幸信今村; Takeshi Nakayama; 武中山; Tomoo Chiba; 智雄千葉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する静磁場磁石の振動を抑制する。
【解決手段】被検体の観測空間に静磁場を発生させる静磁場コイル６，７と磁性体８ａ，８ｂとを含む静磁場磁石と、観測空間９に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル３，１３ａ、１３ｂとを備え、円環状又は円板状に形成された磁性体８ａ，８ｂの少なくとも周縁部に径方向に延びる複数のスリット２２，２４を形成し、傾斜磁場の漏れ磁場により磁性体に流れる渦電流を低減して、この渦電流と静磁場との電磁力の作用による振動を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に、傾斜磁場の漏れ磁場により発生する振動を低減する技術に関する。

磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という。）は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体内の物理的あるいは化学的性質を表す断層像を得て、医療分野の診断に供するものである。ＭＲＩ装置は、被検体が置かれる撮像領域に均一な静磁場を生成する静磁場磁石と、被検体に向けて高周波パルスを照射するＲＦコイルと、被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信コイル、及び断層像に観測空間の位置情報を付与するための傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル等を備えて構成されている。

ＭＲＩ装置により得られる断層像の画質を向上させるには、静磁場の均一性と安定性を確保することが重要である。例えば、静磁場磁石が振動すると、磁石配置がずれるために、静磁場の均一性が悪化する。この振動の原因としては、外部から構造物を伝播して静磁場磁石にかかる力と、外部磁場と静磁場磁石との間に作用する電磁力がある。

また、静磁場磁石に超伝導コイル等を用いた場合は、超伝導コイルを低温状態に保持するために、静磁場磁石を収納する容器に断熱支持構造物を介して支持することにより、容器の外表面からの熱侵入を防ぐようにしている。このような断熱支持構造物は、外部からの熱の伝播を防ぐために細長い形状にせざるを得ないから、静磁場磁石は軟弱な構造物によって容器に支持せざるを得ない。さらに、静磁場磁石に鉄などの磁性材料を使用している場合、磁性材料の温度変化による静磁場の変動を避けるため、これらを周囲温度から断熱支持することがある。このような磁性材料の支持構造物も、超伝導コイルと同様に、軟弱な断熱支持構造物が使用される。

一方、ＭＲＩ装置においては、観測空間内に傾斜磁場を印加して核磁気共鳴信号に空間位置情報を付与するようになっている。この傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルには、パルス状又はステップ状の電流が流されるから動磁場が発生し、これにより静磁場との間に電磁力が発生して振動源となる。

そこで、静磁場磁石の振動を抑えるために様々な解決法が検討されている。例えば、特許文献１には、振動源である傾斜磁場コイルと静磁場磁石をそれぞれ別の部材で支持することにより、傾斜磁場コイルの振動が静磁場磁石に伝播するのを抑制することが記載されている。

特開２００２−１７７０９号公報

しかしながら、従来技術では、傾斜磁場コイルによって観測空間以外の領域に形成される磁場（漏れ磁場と称する。）によって、静磁場磁石が振動し、静磁場均一性が損なわれることについて考慮されていない。すなわち、傾斜磁場コイルにより発生される傾斜磁場は、元々、パルス状又はステップ状に変動する動磁場である。したがって、傾斜磁場の漏れ磁場によって、静磁場磁石を構成する導電性の磁性材に渦電流が流れ、この渦電流が静磁場磁石に振動的な電磁力を及ぼすことがある。しかも、前述したように、静磁場磁石を構成する超伝導コイルや磁性材は、軟弱な断熱支持構造物で支持せざるを得ないことから、静磁場磁石の振動を抑制できず、静磁場の均一性が損なわれるおそれがある。

このような問題に対しては、断熱支持構造物を強固にすることや、傾斜磁場コイルの漏れ磁場を低減させることなどが考えられる。しかし、一般に、断熱支持構造物を強固にすると熱侵入が増大することから、断熱支持構造物を強固にすることに限界があり、振動抑制の十分な効果を得ることができない。

本発明の課題は、傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する静磁場磁石の振動を抑制することにある。

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、上記の課題を解決するため、被検体の観測空間に静磁場を発生させる静磁場コイルと磁極体とを含んでなる静磁場磁石と、前記観測空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルとを備え、前記磁極体は、円環状又は円板状に形成され、該磁性体の少なくとも周縁部に径方向に延びる複数のスリットが形成されてなることを特徴とする。

すなわち、静磁場磁石を構成する磁性体に、傾斜磁場コイルの変動する漏れ磁場の磁力線が鎖交すると磁性体に渦電流が流れる。この変動する渦電流と静磁場との電磁作用により磁性体を介して静磁場磁石が振動的な電磁力を受けて振動することになる。そこで、本発明は、磁性体を構成する円環状又は円板状の磁性体の少なくとも周縁部に、径方向に延びる複数のスリットを形成して、スリットにより磁性体の周方向に沿って流れる渦電流のループを切断し、磁性体に作用する振動的な電磁力を低減して、静磁場磁石の振動を抑制するようにしたのである。

この場合において、スリットは、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場の漏れ磁場によって前記磁性体に作用する電磁力の合力の方向に沿って少なくとも１つ設けることが好ましい。これにより、渦電流を効果的に低減することができる。具体的に、スリットは、傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を磁性体に鉛直に投影した線に対して、磁性体の周方向に間隔をあけて少なくとも２つのスリットを設ける。あるいは、これに代えて、円環状又は円板状の磁性体を、傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を磁性体に鉛直に投影した線に沿って分割して形成することもできる。

本発明は、開放型又はオープン型と称される磁気共鳴イメージング装置に限らず、円筒型又はトンネル型と称される磁気共鳴イメージング装置にも適用できる。つまり、開放型又はオープン型は、一対の静磁場磁石を対向配置し、その対向された空間に静磁場の観測空間を形成するものである。この場合の傾斜磁場コイルは、通常、一対の静磁場磁石の観測空間側にそれぞれ配置される。また、円筒型又はトンネル型は、中空円筒状の容器の両端部に一対の静磁場磁石を対向して収納し、その容器の中空部に静磁場の観測空間を形成するものである。この場合の傾斜磁場コイルは、容器の中空部の観測空間に対応する中空部の壁面に設けられる。

本発明によれば、傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する静磁場磁石の振動を抑制することができるため、均一かつ安定な静磁場を生成でき、鮮明な画像を得ることができる。

以下、本発明を適用した磁気共鳴イメージング装置を実施例に基づいて説明する。

図１に、本発明の実施例１の特徴部に係る円環状の磁性体と傾斜磁場コイルの一例の関係を示す。図２に、本発明に係る実施例１の開放型ＭＲＩ装置の斜視図を示す。図３に、図２の開放型ＭＲＩ装置の縦断面図を示す。図４に、説明のために、図３を側面から見た拡大模式図を示す。

図２に示すように、開放型ＭＲＩは、上下一対の真空容器１内に静磁場磁石をそれぞれ収納し、それらの真空容器１を対向させて連結柱２によって支持している。また、傾斜磁場コイル３は、上下の真空容器１の対向面に形成された凹部に収められている。また、図示していないが、ＲＦコイルが設けられている。

図３に示すように、各真空容器１の内部には、円環状に形成された輻射シールド４が収納されている。輻射シールド４は、断熱支持構造物５によって真空容器1に支持されている。輻射シールド４内には、静磁場磁石の静磁場コイルを構成する主コイル６とシールドコイル７が収納されている。また、主コイル６とシールドコイル７は、超電導コイルを用いて同心状に形成され、図示していない液体ヘリウムなどの冷媒が充填された円環状の容器内に収納されている。また、真空容器１内には、静磁場磁石の磁極を構成する複数の磁性体８が収納されている。本実施例の磁性体８は、円環状に形成された２つの磁性体８ａ、８ｂから構成されている。一方の磁性体８ａは、輻射シールド４の内周側の外壁面に取り付けられている。他方の磁性体８ｂは、磁性体８ａよりも小径の円環状に形成されて、輻射シールド４の円環の内側に配置されて、断熱支持構造物５によって真空容器1に支持されている。これらの主コイル６、シールドコイル７、磁性体８ａ、８ｂは同軸上に配置されて、上下一対の真空容器１内に対称的に収納されている。これにより、上下一対の真空容器１に挟まれた観測空間９に、矢印で示した鉛直方向の均一な静磁場１０を形成するようになっている。

また、上下の真空容器１外側の対向面に形成された凹部に収められた傾斜磁場コイル３は、観測空間９に直交３軸（ｘ、ｙ、ｚ軸）方向に傾斜した磁場を形成するものである。ここでは、説明の便宜から、静磁場１０の方向をｚ軸とし、図３の紙面に平行な方向をｘ軸、図３の紙面に直交する方向をｙ軸として説明する。例えば、ｙ軸方向の傾斜磁場は、図４に示すように、紙面に平行な方向に強度が傾斜した磁場１１（磁場の方向は、ｚ軸方向）である。ｘ軸方向の傾斜磁場は、図示していないが、図４において紙面に直交する方向に強度が傾斜した磁場（磁場の方向は、ｚ軸方向）である。ｚ軸方向の傾斜磁場は、図示していないが、静磁場１０の方向に強度が傾斜した磁場（磁場の方向は、ｚ軸方向）である。

ここで、本発明の特徴に係る磁性体８の構成について、ｙ軸方向の傾斜磁場コイルとの関係を例に説明する。傾斜磁場コイル３のうちのｙ軸方向の傾斜磁場コイルは、図３に示すように、傾斜磁場主コイル１３とシールドコイル１４とを備えて構成され、さらに傾斜磁場主コイル１３とシールドコイル１４は、図４に示すように、ｘ軸方向に２つに分割された傾斜磁場主コイル１３ａ，ｂとシールドコイル１４ａ，ｂを有して構成されている。シールドコイル１４は、磁極側への不要な漏れ磁場を抑えるようになっている。しかし、ｙ軸方向の傾斜磁場コイル１２にパルス状の電流を流すと、磁極側に漏れ磁場１５が発生する。この漏れ磁場１５が磁極を構成する円環状の磁性体８ａと磁性体８ｂに交差すると、磁性体８ａ、８ｂに渦電流が発生する。

ここで、磁性体８ａを例にして、渦電流の作用について、図５を参照して説明する。同図において、傾斜磁場主コイル１３ａ，ｂにパルス状の電流１６を図示矢印の方向に流すと、傾斜磁場主コイル１３ａが作る磁場は図示の方向１７となり、傾斜磁場主コイル１３ｂが作る磁場は図示の方向１８となる。これらの磁場の漏れ磁束が磁性体８ａに鎖交すると、磁性体８ａの円環に沿って図示の渦電流１９ａ，ｂが流れる。この渦電流１９ａ，ｂによって、静磁場磁石が形成する静磁場との間に、白抜き矢印の電磁力２０が発生する。この電磁力２０は、ｙ軸傾斜磁場の傾斜磁場軸２１に対して対称である。したがって、傾斜磁場軸２１に直交する方向の電磁力は相殺されて合力はゼロになるが、傾斜磁場軸２１の方向には合力が残る。この合力は、傾斜磁場主コイル１３ａ，ｂに流れるパルス状の電流によって変動するため、磁性体８ａが振動して静磁場磁石が形成する静磁場の均一度に悪影響を与える。

そこで、本実施例１では、図１に示すように、ｙ軸傾斜磁場の傾斜磁場軸２１を磁性体８ａに鉛直に投影した線を含む磁性体８ａの部位に、１つ以上のスリット２２を設けたことを特徴とする。これにより、図６に示すように、渦電流１９ａ，ｂのループが２つに分割され、傾斜磁場軸２１上の渦電流を低減させることができる。その結果、傾斜磁場軸２１に沿う方向の電磁力の合力を著しく低減できるので、磁性体８ａの振動を十分に抑制することができる。その結果、ｙ軸傾斜磁場の傾斜磁場主コイル１３ａ，ｂによって受ける静磁場の均一度の悪影響を大幅に抑制することができる。

以上の説明では、ｙ軸方向の傾斜磁場コイルとの関係を例に説明したが、ｘ軸方向の傾斜磁場コイルについても、同様に適用することができる。すなわち、ｘ軸方向の傾斜磁場コイルは、図１及び図６に示したｙ軸傾斜磁場の傾斜磁場主コイル１３ａ，ｂを、図の面内において、９０°回転した位置関係になる。したがって、図１に示すように、ｘ軸傾斜磁場の傾斜磁場軸２３を磁性体８ａに鉛直に投影した線を含む磁性体８ａの部位に、１つ以上のスリット２４を設ければよい。これによって、ｙ軸方向の傾斜磁場コイルの場合と同一の作用により、静磁場の均一度の悪影響を大幅に抑制することができる。

特に、傾斜磁場コイルの動磁場によって、磁性体８ａに発生する渦電流による電磁力の合力は、傾斜磁場軸に沿った方向のみであるから、その傾斜磁場軸を磁性体８ａに鉛直に投影した線を含む磁性体８ａの部位にのみ、スリット２２，２４を形成すればよい。また、スリット２２，２４の数は、図１のように、３つに限られるものではなく、１つでもよい。しかし、軸傾斜磁場軸に沿った方向の電磁力を低減するには、軸傾斜磁場軸の投影線の両側に、間隔をあけて２つのスリット２２，２４を設けるのが好ましい。電磁力を抑えるためのスリット２２，２４は軸２１，２３の近傍だけにあればよいので、加工の工数が少なくても効果を得ることができる。

また、以上の説明では、磁性体８ａを例にして説明したが、磁性体８ｂについても同様にスリットを設けることにより、静磁場の均一度の悪影響を抑制することができる。

なお、本実施例は、静磁場１０の方向に直交する水平な２軸（ｘ、ｙ）の傾斜磁場軸を有する傾斜磁場コイルとの関係において、磁性体８に作用する振動的な電磁力を軽減するのに有効である。しかし、静磁場１０の方向に平行な傾斜磁場軸のｚ軸傾斜磁場の主コイルにより、振動的な電磁力を受ける磁性体を有する青磁場磁石の場合にも適用することができる。

図７に、本発明を適用した開放型ＭＲＩ装置の実施例２の特徴部に係る円環状の磁性体と傾斜磁場コイルの一例の関係を示す。本実施例２では、実施例１のスリット２２，２４に代えて、円環状の磁性体８ａを傾斜磁場軸（ｘ軸、ｙ軸）の投影線の位置２５で分割したことを特徴とする。本実施例２によっても、実施例１と同一の効果を奏することができる。

なお、分割の位置２５は、実施例１で説明した本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、円環状に磁性体８ａの周方向にずらすことができる。

また、実施例１，２では、２つの磁性体８ａ、８ｂが設けられたＭＲＩ装置を例に説明したが、磁性体の数及び配置は、静磁場均一化のために種々の変形態様が考えられる。その場合でも、本発明を適用して、静磁場の均一度の悪影響を抑制することができる。例えば、円板状に形成した磁性体を用いる場合は、円板状の磁性体の周縁部にスリット２２，２４を設けたり、あるいは、スリットの位置において円板状の磁性体を分割してもよい。

図８及び図９に、本発明の実施例３のＭＲＩ装置の構成を示す。本実施例３が実施例１，２と相違する点は、円筒型又はトンネル型と称される水平型のＭＲＩ装置に本発明を適用したものである。

図８の断面図に示すように、本実施例のＭＲＩ装置は、水平に設置した中空円筒状の容器である真空容器３１の両端部に、一対の円環状の輻射シールド３２を収納し、この輻射シールド３２内にそれぞれ静磁場コイルを構成する主コイル３３とシールドコイル３４を収納して構成されている。また、主コイル３３とシールドコイル３４は、超電導コイルを用いて同心状に形成され、図示していない液体ヘリウムなどの冷媒が充填された円環状の容器内に収納されている。また、真空容器３１内には、円環状の輻射シールド３２が対向する側面に、静磁場磁石の磁極を構成する一対の磁性体３５が収納されている。このように構成される静磁場磁石は、水平に設置した真空容器３１の中空部の観測空間３６に、図示矢印方向の静磁場３７を形成するように、水平方向の軸に対して回転対称に配置されている。また、観測空間３６に傾斜磁場を発生させる複数の傾斜磁場コイル３８が、真空容器３１の中空部壁に設けられている。本実施例の傾斜磁場の傾斜軸の方向は、実施例１、２と同様に直交３軸方向である。なお、符号４１は、断熱支持構造物である。

図９に、円環状の磁性体３５と傾斜磁場コイル３８の部分の断面図を示す。本実施例の場合も、一対の円環状の磁性体３５の径方向に延びる複数のスリット３９，４０を形成する。本実施例では、静磁場３７の方向と直交する2成分の傾斜磁場方向に磁性体３５にスリット３９，４０を形成した例を示している。

本実施例によっても、傾斜磁場コイル３８が発生する動磁場によって、磁性体３５に流れる渦電流による電磁力の合力は、軸傾斜磁場軸に沿った方向のみであるから、その傾斜磁場軸を磁性体３５に鉛直に投影した線を含む磁性体３５の部位にのみ、スリット３９，４０を形成すればよい。また、スリット３９，４０の数は、図のように、３つに限られるものではなく、１つでもよい。しかし、軸傾斜磁場軸に沿った方向の電磁力を低減するには、軸傾斜磁場軸の投影線の両側に、間隔をあけて２つのスリット３９，４０を設けるのが好ましい。

また、図9のスリット３９，４０に代えて、同位置で磁性体３５を分割しても、同様の効果が得られる。

本発明の実施例１の特徴部に係る円環状の磁性体と傾斜磁場コイルの一例の関連構成図である。本発明に係る実施例１の開放型ＭＲＩ装置の斜視図である。図２の開放型ＭＲＩ装置の縦断面図である。図３の縦断面図を側面から見た説明のための拡大模式図である。磁性体に流れる渦電流の作用を説明する図である。実施例１の円環状の磁性体による振動低減の効果を説明する図である。本発明の実施例２の特徴部に係る円環状の磁性体と傾斜磁場コイルの一例の関連構成図である。本発明の実施例３の円筒型ＭＲＩ装置の断面図である。実施例３の特徴部に係る円環状の磁性体と傾斜磁場コイルの一例の関連構成図である。

符号の説明

１真空容器
３傾斜磁場コイル
６主コイル
７シールドコイル
８ａ，８ｂ磁性体
９観測空間
１０静磁場
１３，１３ａ，１３ｂ傾斜磁場主コイル
２１、２３傾斜磁場軸
２２，２４スリット

Claims

被検体の観測空間に静磁場を発生させる静磁場コイルと磁極体とを含んでなる静磁場磁石と、前記観測空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルとを備え、前記磁極体は、円環状又は円板状に形成され、該磁性体の少なくとも周縁部に径方向に延びる複数のスリットが形成されてなる磁気共鳴イメージング装置。
前記スリットは、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場の漏れ磁場によって前記磁性体に作用する電磁力の合力の方向に沿って少なくとも１つ設けられてな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。
前記スリットは、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を前記磁性体に鉛直に投影した線に対して、前記磁性体の周方向に間隔をあけて少なくとも２つ形成されてな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。
前記円環状又は円板状の磁性体は、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を前記磁性体に鉛直に投影した線に沿って分割されてな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。
観測空間を挟んで対向配置された一対の静磁場コイルと、該静磁場コイルと協働して前記観測空間に静磁場を形成する少なくとも一対の円環状の磁性体と、前記観測空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルとを備え、前記各磁性体は、円環部に径方向に延びる複数のスリットが形成されてなる磁気共鳴イメージング装置。
前記スリットは、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場の漏れ磁場によって前記磁性体に作用する電磁力の合力の方向に設けられてなることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記スリットは、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を前記磁性体に鉛直に投影した線に対して、前記磁性体の周方向に間隔をあけて少なくとも２つ形成されてなることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記円環状の磁性体は、前記傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場軸を前記磁性体に鉛直に投影した線に沿って分割されてなることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
中空円筒状の容器と、該容器に収納され該容器の中空部の観測空間に静磁場を発生させる一対の静磁場コイルと、該一対の静磁場コイルに挟まれた前記容器内の空間に同軸に設けられた一対の円環状の磁性体と、前記容器の中空部壁に設けられ前記観測空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルとを備え、前記磁性体は、円環部に径方向に延びる複数のスリットが形成されてなる磁気共鳴イメージング装置。