JP2008183397A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 傾斜磁場コイルの輻射熱がそれにより影響を受ける部位に伝わることを防止する。
【解決手段】 静磁場磁石１は、静磁場を発生する。傾斜磁場コイルユニット２は、静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する。鉄シム１４は、静磁場磁石１と傾斜磁場コイルユニット２との間に静磁場を調整するために配置される。熱シールド材１３は、傾斜磁場コイルユニット２と鉄シム１４との間に設けられ、傾斜磁場コイルユニット２からの輻射熱をシールドする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通電されることによって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（ＭＲＩ）装置に関する。

一般的にＭＲＩ装置は、被検者の入る空間と傾斜磁場コイルとの間には円筒形のボビンが配置される。このボビンにより、被検者が傾斜磁場コイルに直接的に触れることが防止される。
特開平８−１９６５１８号公報

しかしながら近年のＭＲＩ装置は、傾斜磁場コイルに流す電流が増大している。この結果、通電による傾斜磁場コイルで生じる輻射熱も増大している。このため、上記の輻射熱によってボビンが熱せられてボビンが高温になる恐れがあり、被検者に不快感を与えてしまう恐れがあった。

特に近年のＭＲＩ装置では、被検者のアメニティの改善のために患者を挿入する開口を大径化することが望まれている。その実現のために、傾斜磁場コイルとボビンとの離間距離が切り詰められており、傾斜磁場コイルからの輻射熱によってボビンが高温になり易くなっている。

また、ＭＲＩ装置においては、静磁場均一性を調整するための鉄シムが静磁場磁石と傾斜磁場コイルとの間に配置されることがある。この鉄シムが傾斜磁場コイルからの輻射熱によって温められると、鉄シムが静磁場に及ぼす影響が変化して、静磁場均一性が変動してしまう恐れがあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、傾斜磁場コイルの輻射熱がそれにより影響を受ける部位に伝わることを防止することにある。

本発明の第１の態様による磁気共鳴イメージング装置は、静磁場を発生する静磁場磁石と、前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルユニットと、前記静磁場磁石と前記傾斜磁場コイルユニットとの間に前記静磁場を調整するために配置されるシムユニットと、前記傾斜磁場コイルユニットと前記シムユニットとの間に設けられ、前記傾斜磁場コイルユニットからの輻射熱をシールドする熱シールド材とを備える。

本発明の第２の態様による磁気共鳴イメージング装置は、静磁場を発生する静磁場磁石と、前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルユニットと、高周波パルスを送信する送信コイルと、前記傾斜磁場コイルユニットと前記送信コイルとの間に設けられ、前記傾斜磁場コイルユニットからの輻射熱をシールドするとともに、前記高周波パルスをシールドする熱シールド材とを備える。

本発明によれば、傾斜磁場コイルの輻射熱がそれにより影響を受ける部位に伝わることを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００の構成を示す図である。ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイルユニット２、傾斜磁場電源３、寝台４、寝台制御部５、ボディコイル６、送信部７、受信コイル８、受信部９および計算機システム１０を具備する。

静磁場磁石１は、中空の円筒形をなし、内部の空間に一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１としては、例えば永久磁石または超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイルユニット２は、中空の円筒形をなし、静磁場磁石１の内側に配置される。傾斜磁場コイルユニット２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３種類のコイルが組み合わされている。傾斜磁場コイルユニット２は、上記の３種類のコイルが傾斜磁場電源３から個別に電流供給を受けて、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って傾斜する傾斜磁場を発生する。なお、Ｚ軸方向は、例えば静磁場方向と同方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇeおよびリードアウト用傾斜磁場Ｇrにそれぞれ対応される。スライス選択用傾斜磁場Ｇsは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相をエンコードするために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇrは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数をエンコードするために利用される。

被検体２００は、寝台４の天板４１に載置された状態で傾斜磁場コイルユニット２の空洞（撮像口）内に挿入される。寝台４は寝台制御部５により駆動され、寝台４をその長手方向および上下方向に移動させる。通常、この長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように寝台４が設置される。

ボディコイル（送信ＲＦコイル）６は、傾斜磁場コイルユニット２の内側に配置される。ボディコイル６は、送信部７から高周波パルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。

送信部７は、ラーモア周波数に対応する高周波パルスをボディコイル６に送信する。

受信コイル８は、傾斜磁場コイルユニット２の内側に配置される。受信コイル８は、上記の高周波磁場の影響により被検体から放射される磁気共鳴信号を受信する。受信コイル８からの出信号は、受信部９に入力される。

受信部９は、受信コイル８からの出力信号に基づいて磁気共鳴信号データを生成する。

計算機システム１０は、インタフェース部１０１、データ収集部１０２、再構成部１０３、記憶部１０４、表示部１０５、入力部１０６および制御部１０７を有している。

インタフェース部１０１には、傾斜磁場電源３、寝台制御部５、送信部７、受信コイル８および受信部９等が接続される。インタフェース部１０１は、これらの接続された各部と計算機システム１０との間で授受される信号の入出力を行う。

データ収集部１０２は、受信部９から出力されるデジタル信号をインタフェース部１０１を介して収集する。データ収集部１０２は、収集したデジタル信号、すなわち磁気共鳴信号データを、記憶部１０４に格納する。

再構成部１０３は、記憶部１０４に記憶された磁気共鳴信号データに対して、後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成を実行し、被検体２００内の所望核スピンのスペクトラムデータあるいは画像データを求める。

記憶部１０４は、磁気共鳴信号データと、スペクトラムデータあるいは画像データとを、患者毎に記憶する。

表示部１０５は、スペクトラムデータあるいは画像データ等の各種の情報を制御部１０７の制御の下に表示する。表示部１０５としては、液晶表示器などの表示デバイスを利用可能である。

入力部１０６は、オペレータからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力部１０６としては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを適宜に利用可能である。

制御部１０７は、図示していないＣＰＵやメモリ等を有しており、ＭＲＩ装置１００の各部を、周知のＭＲＩ装置が備えている周知の機能を実現するために総括的に制御する。

図２および図３は傾斜磁場コイルユニット２の周辺の構造を詳細に示す図であり、図２はＺ方向から見た平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図３においては、各部の内部構造の図示は省略し、断面の輪郭のみを示している。また、図２および図３に示される要素の一部は、図１においては図示を省略している。さらに図２および図３においては、一部の要素の厚みを誇張して表しており、各要素の厚みの比率は実際とは異なっている。

傾斜磁場コイルユニット２は、いわゆるアクティブシールド型傾斜磁場コイル（actively shielded gradient coil：ＡＳＧＣ）である。図３に示すように傾斜磁場コイルユニット２は、内周側から順にメインコイル層２１、シム層２２、シールド層２３および冷却層２４を積層した構造を持つ。

メインコイル層２１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する前述した３種類のコイル（Ｘ−メインコイル、Ｙ−メインコイル、Ｚ−メインコイル）を樹脂で円筒状にモールドして形成される。

シム層２２には、図２に示す複数のシムポケット２２ａおよび複数の冷却パイプ２２ｂが、Ｚ軸に沿って配列された状態で樹脂で円筒状にモールドして形成されている。シムポケット２２ａは、Ｘ軸に沿った細長い空間であって、その内部に図示しない鉄シムが適宜に配置される。冷却パイプ２２ｂには、傾斜磁場コイルユニット２を冷却するための冷却液が流される。

シールド層２３は、傾斜磁場電源３からの電流の供給を受けて、メインコイル層２１からの漏洩磁場を遮蔽するための磁場を発生する３種類のシールドコイル（Ｘ−シールドコイル、Ｙ−シールドコイル、Ｚ−シールドコイル）を樹脂で円筒状にモールドして形成される。

冷却層２４は、図２に示す複数の冷却パイプ２４ａが、Ｚ軸に沿って配列された状態で樹脂で円筒状にモールドして形成されている。冷却パイプ２４ａには、傾斜磁場コイルユニット２を冷却するための冷却液が流される。

なお、傾斜磁場コイルユニット２の各層は、個別に形成されても良いし、樹脂で一体的にモールドして形成されても良い。

傾斜磁場コイルユニット２は、静磁場磁石１の両側端に２つずつ取り付けられた支持ユニット１５によって支持されている。そして傾斜磁場コイルユニット２は、支持ユニット１５と、傾斜磁場コイルユニット２の両側端に４つずつ取り付けられた調整ユニット１６とによって、静磁場磁石１との間に空間が形成される。この空間には、鉄シム１４が静磁場磁石１に取り付けられて適宜に配置される。

傾斜磁場コイルユニット２の内側には、傾斜磁場コイルユニット２の内面との間に空間を形成する状態で円筒形のボビン１１が配置されている。ボビン１１は、例えばガラスエポキシ樹脂により形成される。ボディコイル６は、ボビン１１の内面に取り付けられている。

傾斜磁場コイルユニット２は、静磁場磁石１の内側表面とボビン１１の外側表面との間に形成される空間に配置される。この空間は、真空とされる。

傾斜磁場コイルユニット２には、その内面および外面の全面を覆うように、熱シールド材１２，１３がそれぞれ取り付けられている。なお、熱シールド材１２，１３は、必ずしも傾斜磁場コイルユニット２の内面および外面の全面を覆う必要は無く、例えば端部等の一部において傾斜磁場コイルユニット２の表面を覆わないように構成しても良い。

熱シールド材１２，１３には、傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱をシールドするために、遠赤外線を反射する材料を用いる。このため熱シールド材１２，１３には、例えば金属性の材料が使用できる。ただし熱シールド材１２，１３は、傾斜磁場コイルユニット２により発生されるパルス磁場による渦電流を流さないように、傾斜磁場パルスに対して透明であることが望ましい。熱シールド材１２，１３として金属性の材料を用いる場合には、その電気抵抗を十分に大きくすることによって、傾斜磁場パルスの周波数以下の周波数に対して透明とすることができる。具体的には、熱シールド材１２，１３の厚みを、傾斜磁場パルスの最大周波数に対応するスキンディプス以下とすれば良い。傾斜磁場パルスの周波数は、例えば最高で２００ＫＨｚ程度であり、この周波数に対応するスキンディプスは約２５０μｍであることが知られている。従って、厚みが２５０μｍ以下である金属シートを熱シールド材１２，１３として使用すれば良い。一方、熱シールド材１２，１３は、その厚みを磁気共鳴周波数に対応するスキンディプス以上とすれば、高周波シールド（ＲＦシールド）としても共用することが可能である。例えば、静磁場の強度が１．５Ｔである場合の磁気共鳴周波数は６４ＭＨｚである。この磁気共鳴周波数に対応するスキンディプスは約８μｍであることが知られている。従って、上記の条件の場合には、厚みが８μｍ以上である金属シートを用いることにより、熱シールド材１２，１３はＲＦシールドとしても機能する。ただし、ＲＦシールドとして機能させるための金属シートの厚みは理論的にはスキンディプスとすれば良いのであるが、実際にＲＦシールドとしての機能を確実に達成するためには、スキンディプスの３倍の厚みとすることが望ましい。従って、上記の条件の場合には、厚みが２４μｍ以上の金属シートを用いることが望ましい。さらにマージンを確保して、３０〜５０μｍ程度の厚みの金属シートを用いれば、熱シールド材１２，１３はＲＦシールドとして良好に機能する。

なお、熱シールド材１２，１３でシールドすべきＲＦパルスは、例えばボディコイル６で発生される。このため、熱シールド材１２がＲＦシールドとして良好に機能するならば、熱シールド材１３をＲＦシールドとして機能させる必要は無い。そこでＭＲＩ装置１００では、熱シールド材１２の厚みはＲＦシールドとして良好に機能する厚みとし、熱シールド材１３は熱シールド材１２よりも厚みを小さくしている。

なお、上記の条件を満たす厚みの金属シートだけでは傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱を十分にシールドできない場合がある。この場合には、図４に示すように上記の条件を満たす複数枚の金属シート１２ａ，１３ａを、絶縁フィルムなどによる絶縁層１２ｂ，１３ｂを挟んで積層することによって熱シールド材１２，１３を構成する。そうすれば、複数枚の金属シート１２ａ，１３ａのそれぞれで傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱をシールドすることができるために熱シールドの効果は向上するが、個々の金属シート１２ａ，１３ａどうしは電気的に絶縁されているために傾斜磁場パルスやＲＦパルスに対しては上述の性質を呈する。

かくして本実施形態によれば、傾斜磁場コイルユニット２の周囲は真空とされているために、傾斜磁場コイルユニット２からの発熱のうちでボビン１１や鉄シム１４の温度を上昇させる要因は輻射熱が支配的となる。しかしながら、傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱は、熱シールド材１２によってシールドされて、ボビン１１への到達量が低減される。この結果、傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱によるボビン１１の温度上昇が抑えられる。また、傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱は、熱シールド材１３によってシールドされて、鉄シム１４への到達量が低減される。この結果、傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱による鉄シム１４の温度変動が抑えられ、鉄シム１４の温度変動に伴う静磁場の変動を抑えることができる。

傾斜磁場コイルユニット２の輻射熱は、傾斜磁場コイルユニット２外に放出されることなく内部にこもることになる。しかしながら、傾斜磁場コイルユニット２の内部に配置された冷却パイプ２２ｂ，２４ａを流される冷却液による冷却作用によって傾斜磁場コイルユニット２の温度上昇は防止される。

そして熱シールド材１２，１３は、いずれも傾斜磁場パルスに対して透明になるように厚みを定めているために、傾斜磁場の形成に影響を与えることがない。さらに熱シールド材１２は、ＲＦパルスに対して不透明になるように厚みを定めているために、ボディコイル６などで発生されるＲＦパルスをシールドすることができる。これにより、ＲＦシールド材を別途設けなくとも、ＲＦパルスを効率的に被検体２００に照射することが可能となる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

熱シールド材１２，１３のいずれか一方のみを設けるようにしても良い。

シムユニットとしては、鉄シム１４を配置する構成に代えて、シムコイルにより補正磁場を発生する構成を適用しても良いし、あるいはそれらを混用する構成を適用しても良い。

傾斜磁場コイルユニット２を冷却する機構は、傾斜磁場コイルユニット２に内蔵されていなくても良い。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の構成を示す図。 図１中のＺ方向から見た場合の傾斜磁場コイルユニット２の周りの構造を詳細に示す平面図。 図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。 熱シールド材１２，１３の構成例を示す図。

符号の説明

１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイル、２１…メインコイル層、２２…シム層、２２ａ…シムポケット、２２ｂ…冷却パイプ、２３…シールド層、２４…冷却層、２４ａ…冷却パイプ、３…傾斜磁場電源、４…寝台、５…寝台制御部、６…ボディコイル、７…送信部、８…受信コイル、９…受信部、１０…計算機システム、１１…ボビン、１２，１３…熱シールド材、１４…鉄シム、１００…ＭＲＩ装置。

Claims (13)

1. 静磁場を発生する静磁場磁石と、
   前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルユニットと、
   前記静磁場磁石と前記傾斜磁場コイルユニットとの間に前記静磁場を調整するために配置されるシムユニットと、
   前記傾斜磁場コイルユニットと前記シムユニットとの間に設けられ、前記傾斜磁場コイルユニットからの輻射熱をシールドする熱シールド材とを具備したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記シムユニットは、少なくとも１つの磁性シムを配置するものであ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. 前記熱シールド材は、前記傾斜磁場コイルユニットに供給される傾斜磁場パルスの周波数でのスキンディプス以下の厚みの金属シートを含む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. 前記熱シールド材は、複数の前記金属シートを絶縁シートをそれぞれ挟んで積層して構成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記傾斜磁場コイルユニットを冷却する冷却ユニットをさらに備え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。
6. 前記傾斜磁場コイルユニットは、前記冷却ユニットを内蔵す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。
7. 前記傾斜磁場コイルユニットは、真空中に配置され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。
8. 静磁場を発生する静磁場磁石と、
   前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルユニットと、
   高周波パルスを送信する送信コイルと、
   前記傾斜磁場コイルユニットと前記送信コイルとの間に設けられ、前記傾斜磁場コイルユニットからの輻射熱をシールドするとともに、前記高周波パルスをシールドする熱シールド材とを具備したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記熱シールド材は、前記傾斜磁場コイルユニットに供給される傾斜磁場パルスの周波数でのスキンディプス以下で、かつ前記高周波パルスの周波数でのスキンディプス以上の厚みの金属シートを含むことを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記熱シールド材は、複数の前記金属シートを絶縁シートをそれぞれ挟んで積層して構成されることを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記傾斜磁場コイルユニットを冷却する冷却ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記傾斜磁場コイルユニットは、前記冷却ユニットを内蔵することを特徴とする請求項１１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記傾斜磁場コイルユニットは、真空中に配置されることを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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