JP2010200794A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域９が高磁場であっても、コイル２ａ、３ａのたわみ変形を抑制することができる磁気共鳴イメージング装置を提供する。
【解決手段】コイル２ａ、３ａが巻かれ、長円又は略長円形状の巻枠４ａと、巻枠４ａにおける長径上の離間した２点に設けられる２本の連結柱５と、巻枠４ａにその２点間を通る直線と平行な方向に設けられたリブ１２、１３とを有する。コイル２ａ、３ａと巻枠４ａは、平面視で直線部１７を含むレーストラック形状になっており、リブ１２、１３は巻枠４ａの直線部１７に設けられ、リブ１２、１３の長さは直線部１７の長さ以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置に関する。

ＭＲＩ装置では、検査者から被検者へのアクセスを容易にし、被検者の閉塞感を低減するために、オープン型ＭＲＩ装置が提案されている。オープン型ＭＲＩ装置では、撮像領域を挟むように上下一対の磁極を対向配置することで、被検者が仰臥し検査者からアクセスするための十分なガントリーギャップを確保している。そして、さらに、被検者へのアクセスを容易にし、被検者の閉塞感を低減するために、上下一対の磁極を長円形状にすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、オープン型ＭＲＩ装置では、より鮮明な検査画像を得るために撮像領域の高磁場化が進められている。高磁場化すると、上下一対の磁極に引力として作用する電磁力が増加するため、上下一対の磁極のお互いの相対位置の変位を抑制するために、上下一対の磁極を形成するコイルを収める上下一対の巻枠の間に２本の連結柱を直接接続することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−０７８９８８号公報 特開２００８−１２４４００号公報

今後一層、撮像領域の高磁場化が進むと、上下一対のコイルに引力として作用する電磁力は、コイルの各部分に作用するため、連結柱が直下に配置されていないコイルの部分では、巻枠と共にコイルがたわむように変形してしまうと考えられる。コイルが変形すると撮像領域の磁場均一度が低下して検査画像の解像度が劣化すると考えられる。また、コイルが変形するのでクエンチが発生しやすくなると考えられる。

また、撮像領域を高磁場化すると、連結柱にコイルから作用する電磁力も大きくなり、この増大した電磁力に対抗してコイルを支持するために、連結柱を太くしなければならない。連結柱を太くすると、撮像領域９の内部から、連結柱５に遮られることなく、外界を見ることができる角度範囲（見込み角θ）を狭めてしまい、検査者から被検者へのアクセスの容易性を低下させ、被検者の閉塞感を大きくしてしまう。連結柱が太くなっても、検査者から被検者へのアクセスの容易性を確保し、被検者の閉塞感を低く維持するために、特許文献１で提案されているように、コイルを長円形状にすることが考えられる。コイルの長円形状の長軸の両端部それぞれに連結柱を配置すれば、２本の連結柱の間隔を離すことができ、前記見込み角θを大きくできるので、検査者から被検者へのアクセスを容易にし、被検者の閉塞感を低減することができる。しかし、２本の連結柱の間隔を離すと、コイルと巻枠がたわみ変形しやすくなると考えられる。この変形によっても、前記同様、撮像領域の磁場均一度が低下して検査画像の解像度が劣化し、また、クエンチが発生しやすくなると考えられる。

そこで、本発明の課題は、撮像領域が高磁場であっても、コイルのたわみ変形を抑制することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。

前記課題を達成するために、本発明は、コイルが巻かれ、長円又は略長円形状の上下１対の巻枠と、前記巻枠における長径上の離間した２点に設けられる２本の連結柱を有する磁気共鳴イメージング装置において、前記巻枠に前記２点間を通る直線と平行な方向にリブが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、撮像領域が高磁場であっても、コイルのたわみ変形を抑制することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。 上下一対の巻枠の内の上側の巻枠の上面図である。 図２のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。 上下一対の巻枠の内の上側の巻枠の上面図である。 図５のＢ−Ｂ方向の矢視断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のＹＺ平面で切断した断面図であり、Ｙ軸とＺ軸の位置座標が正の範囲を表示している。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１の斜視図を示す。このＭＲＩ装置１では、撮像領域９の中に原点を有するＸＹＺ座標系を設定している。そして、Ｙが正の範囲のＹ軸Ｚ軸平面と、Ｘが正の範囲のＺ軸Ｘ軸平面で、ＭＲＩ装置１を切断した断面を記載している。

第１の実施形態の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１は、オープン型ＭＲＩ装置であり、撮像領域９を挟むように上下一対の磁極を対向配置することで、被検者が仰臥し検査者からアクセスするための十分なガントリーギャップを確保している。この上下一対の磁極は、撮像領域９の上下に対向配置された１対のメインコイル２ａ、２ｂと、メインコイル２ａ、２ｂに沿って配置された上下１対のシールドコイル３ａ、３ｂとで構成されている。

上下一対のメインコイル２ａ、２ｂと上下一対のシールドコイル３ａ、３ｂは、上下１対の巻枠４ａ、４ｂに巻かれている。上下一対の上側のメインコイル２ａと、上下一対の上側のシールドコイル３ａは、上下１対の上側の巻枠４ａに巻かれている。上下一対の下側のメインコイル２ｂと、上下一対の下側のシールドコイル３ｂは、上下１対の下側の巻枠４ｂに巻かれている。上下一対のメインコイル２ａ、２ｂに対して、上下一対のシールドコイル３ａ、３ｂは、撮像領域９から、Ｚ軸方向により離れる位置に配置され、また、Ｘ軸、ｙ軸方向にもより離れる位置に配置されている。このため、これらの巻かれる巻枠４ａ、４ｂは、メインコイル２ａ、２ｂが巻かれている領域と、シールドコイル３ａ、３ｂが巻かれている領域との間に段部が形成されている。

連結柱５は、上下一対の巻枠４ａ、４ｂの間に設けられ、上下１対の巻枠４ａ、４ｂそれぞれに連結して、上下１対の巻枠４ａ、４ｂを互いに離して保持している。

冷却容器８は、上下一対のメインコイル２ａ、２ｂと、上下一対のシールドコイル３ａ、３ｂと、上下一対の巻枠４ａ、４ｂと、連結柱５とを、液体ヘリウム（Ｈｅ）のような冷媒と共に収納して、冷却することができる。これにより、上下一対のメインコイル２ａ、２ｂと、上下一対のシールドコイル３ａ、３ｂに、超電導コイルを使用することができる。

真空容器６は、冷却容器８を収納し、真空容器６と冷却容器８との間を真空に保持することができる。冷却容器８を外気（外部）から断熱することができ、冷却容器８を低温に保持することができる。

遮蔽部材７は、冷却容器８と真空容器６と間の真空の空間に設けられ、真空容器６から冷却容器８への輻射熱を低減することができ、冷却容器８を低温に保持することができる。真空容器６と遮蔽部材７によれば、外界からの熱侵入量を低減することにより、冷媒である液体ヘリウムの消費量を低減し、運転コストを削減することができる。

真空容器６には、複数のシムコイル１１が収納されている。シムコイル１１は、傾斜磁場コイル１０ａ、１０ｂの近傍に、撮像領域９を挟んで上下に対向配置されている。各シムコイル１１の起磁力を調整することにより、撮像領域９の磁場均一度を向上させることができる。

また、傾斜磁場コイル１０ａ、１０ｂが、撮像領域９を挟んで上下に対向配置されている。傾斜磁場コイル１０ａ、１０ｂは、撮像領域９に傾斜磁場を発生させ、撮像領域９に位置情報を付与することができる。この位置情報に基づいて、被検体の検査画像が作成される。

真空容器６は、平面（上面）視する（Ｚ軸の正方向から負方向を見る）と、陸上競技のトラック競技が行われるトラックのようないわゆるレーストラック形状（略長円形状）になっている。この真空容器６に収納される遮蔽部材７、冷却容器８、巻枠４ａ、４ｂ、メインコイル２ａ、２ｂ、シールドコイル３ａ、３ｂも、平面視で透視すると、レーストラック形状になっている。レーストラック形状の真空容器６において、Ｙ軸方向の幅（径）が最も大きくなっている。同様に、レーストラック形状の遮蔽部材７、冷却容器８、巻枠４ａ、４ｂ、メインコイル２ａ、２ｂ、シールドコイル３ａ、３ｂも、Ｙ軸方向の幅（径）が最も大きくなっている。特に、巻枠４ａ、４ｂにおいては、巻枠４ａ、４ｂ上の、このＹ軸方向の幅（径）が最も大きくなる地点に、連結柱５が連結されている。

図２に、上下一対の上側の巻枠４ａの上面図を示す。なお、冷却容器８の配置位置も点線で示している。冷却容器８、巻枠４ａ、メインコイル２ａ、シールドコイル３ａが、平面視で、レーストラック形状になっている。これらのレーストラック形状は、直線部１７を有し、２つの半円形状で直線部１７を挟んだ形状になっている。

このレーストラック形状においては、直線部１７に平行な線対称軸（いわゆる長軸であり、具体的にはＹ軸方向）の幅（径）が最も大きくなっており、冷却容器８、巻枠４ａ、メインコイル２ａ、シールドコイル３ａ上のそれぞれのこの幅の両端部の離間した２点において、冷却容器８等のそれぞれの上の２点間距離が最大になっている。特に、このＹ軸方向の幅（径）が最も大きくなっている巻枠４ａ上の離間した２点の両端部において、２点間距離が最大になっている。そして、巻枠４ａ上のこの２点の両端部それぞれに、連結柱５が１本ずつ配置されている。このため、２本の連結柱５の間隔を、離すことができるので、撮像領域９の内部のＸＹＺ座標の原点から、連結柱５に遮られることなく、外界を見ることができる角度範囲（見込み角θ）を大きくすることができる。このため、検査者から被検者へのアクセスを容易にし、被検者の閉塞感を低減することができる。逆に、見込み角θを同じくしたまま、冷却容器８、巻枠４ａ、メインコイル２ａやシールドコイル３ａ等を、円形状からレーストラック形状に変形すれば、それらの要する設置面積を小さくすることができるので、ＭＲＩ装置１の設置面積を小さくすることができる。

なお、上下一対の下側の巻枠４ｂの底面図は、図２と同様に描ける。ただし、この場合、符号２ａ、３ａ、４ａがそれぞれ、２ｂ、３ｂ、４ｂに変更されることになる。２本の連結柱で、巻枠４ａ、４ｂそれぞれの２点間距離が最も大きくなる２点に連結することにより、上下１対の巻枠４ａ、４ｂを互いに離して支持している。

また、巻枠４ａには、リブ１２と、リブ１３が設けられている。リブ１２は巻枠４ａの段部の上面に設けられ、リブ１３は巻枠４ａの下面に設けられている。リブ１２とリブ１３は、巻枠４ａ上に、２本の連結柱５を通る直線の方向（Ｙ軸方向）と平行な方向に設けられている。リブ１２とリブ１３は、巻枠４ａの直線部１７に設けられている。リブ１２とリブ１３の長さは、直線部１７の長さ以上に設定されている。図示は省略するが、巻枠４ｂ（図１参照）にも、リブ１２と、リブ１３が設けられている。巻枠４ｂとこれに設けられたリブ１２とリブ１３の形状や相互の位置関係は、前記した巻枠４ａとこれに設けられたリブ１２とリブ１３の形状や相互の位置関係と、Ｘ軸Ｙ軸平面を対称面として面対称の関係になっている。

図３に、図２のＡ−Ａ方向の矢視断面図を示す。巻枠４ａに、リブ１２とリブ１３が設けられることにより、巻枠４ａだけでの断面二次モーメントより、巻枠４ａとリブ１２とリブ１３とからなる構造体の断面二次モーメントを大きくすることができる。この構造体の断面が、略Ｈ型をしており、Ｈ型鋼の断面二次モーメントが大きいのと同様の原理で、この構造体でも、大きな断面二次モーメントを得ることができる。巻枠４ａとリブ１２とリブ１３とからなる構造体は、両端部を２本の連結柱５で支えられた梁であるとみなせる。通常の梁では、主に重力が作用するが、この構造体では、作用する重力よりはるかに大きい大きさの電磁力による力が作用する。電磁力による力はＺ軸方向の負の方向に作用し、曲げモーメントもＺ軸方向の負の方向に作用する。これにより、構造体は、Ｚ軸方向の負の方向に凸に、たわみ変形しようとするが、リブ１２ではこのたわみ変形に応じて作用する圧縮力の反作用としての引っ張り力を巻枠４ａに作用させることができるので、そのたわみ変形を抑制することができる。一方、リブ１３ではそのたわみ変形に応じて作用する引っ張り力の反作用としての圧縮力を巻枠４ａに作用させることができるので、リブ１３でもリブ１２と同様に、そのたわみ変形を抑制することができる。たわみ変形を抑制できれば、撮像領域９の磁場均一度を高められ、検査画像の解像度が向上できる。また、巻枠４ａに巻きつけられたメインコイル２ａとシールドコイル３ａのたわみ変形も抑制できるので、メインコイル２ａとシールドコイル３ａの作用する応力を低減でき、健全性を高め、クエンチを発生しにくくすることができる。

なお、リブ１２とリブ１３のどちらか一方を省いても、巻枠４ａだけでの断面二次モーメントより、断面二次モーメントを大きくできるので、どちらか一方でもたわみ変形の量が許容値である場合には他方を省くことができる。

（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１の斜視図を示す。第２の実施形態のＭＲＩ装置１が、第１の実施形態のＭＲＩ装置１と異なる点は、真空容器６を、平面（上面）視すると、第１の実施形態ではレーストラック形状であるのに対し、第２の実施形態では長円形状になっている点である。これに伴い、この真空容器６に収納される遮蔽部材７、冷却容器８、巻枠４ａ、４ｂ、メインコイル２ａ、２ｂ、シールドコイル３ａ、３ｂも、平面視で透視すると、長円形状になっている。長円形状の真空容器６において、Ｙ軸方向の幅が、長径に一致し最も大きくなっている。同様に、長円形状の遮蔽部材７、冷却容器８、巻枠４ａ、４ｂ、メインコイル２ａ、２ｂ、シールドコイル３ａ、３ｂも、Ｙ軸方向の幅が、長径に一致し最も大きくなっている。特に、巻枠４ａ、４ｂにおいては、巻枠４ａ、４ｂ上の、長径の両端部に連結柱５が連結されている。

図５に、上下一対の巻枠の内の上側の巻枠４ａの上面図を示す。なお、冷却容器８の配置位置も点線で示している。冷却容器８、巻枠４ａ、メインコイル２ａ、シールドコイル３ａが、平面視で、長円形状になっている。これらの長円形状では、Ｙ軸方向に長径が設けられ、Ｘ軸方向に短径が設けられている。特に、巻枠４ａの内周の長円形状では、Ｙ軸方向に長径ＤＬが設けられ、Ｘ軸方向に長径ＤＬより短い短径ＤＳが設けられている。

巻枠４ａ上においては、長径の両端部において、２点間距離が最大になり、この両端部それぞれに、連結柱５が１本ずつ配置されている。このため、２本の連結柱５の間隔を、離すことができ、見込み角θを大きくすることができる。このため、検査者から被検者へのアクセスを容易にし、被検者の閉塞感を低減することができ、逆に、見込み角θを同じくしたまま、巻枠４ａ等を、円形状から長円形状に変形すれば、ＭＲＩ装置１の設置面積を小さくすることができる。

なお、メインコイル２ａとシールドコイル３ａ等では、線材が複数ターン巻かれており、ターン毎の線材が近接して配置され束になっている。そして、メインコイル２ａとシールドコイル３ａ等に通電し、いわゆる電磁力を発生させると、ターン毎の線材間に斥力（フープ力）が作用し、メインコイル２ａとシールドコイル３ａ等としては膨らむように変形する。この変形により、メインコイル２ａとシールドコイル３ａ等に応力が作用するので、クエンチが発生しやすくなり、健全性が低下する。このフープ力による膨張を抑制するために、巻枠４ａにメインコイル２ａとシールドコイル３ａ等を巻く際に、予め、巻線張力をかけて巻きつけることが行われる。巻線張力によって、メインコイル２ａとシールドコイル３ａ等を巻枠４ａに押し付ける力は、曲率半径が小さいほど大きくできると考えられる。このため、曲率半径の小さくなる長径の両端部付近では、短径の両端部付近より、フープ力による膨張を抑制することができ、クエンチを発生しにくくし、健全性を向上できる。この現象は、第１の実施形態のメインコイル２ａとシールドコイル３ａ等がレーストラック形状の場合も生じ、直線部１７（図２参照）は曲率半径が無限大であると考えられるので、それよりも曲率半径が小さくなる半円部において、巻線張力によってメインコイル２ａとシールドコイル３ａ等を巻枠４ａに押し付ける力を、直線部１７より大きくできる。このため、半円部では、直線部１７より、フープ力による膨張を抑制することができ、クエンチを発生しにくくし、健全性を向上できる。

また、巻枠４ａには、リブ１２と、リブ１３が設けられている。リブ１２は巻枠４ａの段部の上面に設けられ、リブ１３は巻枠４ａの下面に設けられている。リブ１２とリブ１３は、巻枠４ａ上に、２本の連結柱５を通る直線の方向（Ｙ軸方向と平行な長径方向）と平行な方向に設けられている。リブ１２とリブ１３の長さは、巻枠４ａの内周の長円形状の長径ＤＬと短径ＤＳの長さの差（ＤＬ−ＤＳ）以上の長さに設定されている。なお、図示は省略するが、巻枠４ｂ（図４参照）にも、リブ１２と、リブ１３が設けられている。巻枠４ｂとこれに設けられたリブ１２とリブ１３の形状や相互の位置関係は、前記した巻枠４ａとこれに設けられたリブ１２とリブ１３の形状や相互の位置関係と、Ｘ軸Ｙ軸平面を対称面として面対称の関係になっている。

図６に、図５のＢ−Ｂ方向の矢視断面図を示す。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の断面形状を有する、巻枠４ａとリブ１２とリブ１３とからなる構造体が構成されているので、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図７に、本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置のＹＺ平面で切断した断面図を示す。Ｙ軸とＺ軸の位置座標がともに正の範囲を表示し、他の範囲は省略しているが、他の範囲は、Ｙ軸とＺ軸の位置座標がともに正の範囲に対して対象構造になっている。

第３の実施形態のＭＲＩ装置が、第１及び第２の実施形態のＭＲＩ装置１と異なる点は、シムコイル１１に替えて、補正鉄を設けている点である。補正鉄として、シムトレイ１４と、磁性体１５、１６とが設けられている。シムトレイ１４は、撮像領域９を挟んで上下に対向配置されている。シムトレイ１４は、撮像領域９と傾斜磁場コイル１０ａの間に配置されている。シムトレイ１４上に、シム鉄片を配置することで、撮像領域９の磁場均一度を向上させることができる。

磁性体１５、１６も、撮像領域９を挟んで上下に対向配置されている。磁性体１５、１６は、真空容器６内に配置されている。磁性体１５は、傾斜磁場コイル１０ａの上方（Ｚ軸方向の正方向の撮像領域９から傾斜磁場コイル１０ａより離れる方向）に配置され、磁性体１６は、円板状の傾斜磁場コイル１０ａの半径方向（Ｙ軸方向）の外側に配置されている。磁性体１５は、撮像領域９の側に複数個（図７では２つ）の円筒状の突起部１５ａを有している。突起部１５ａの位置及び磁性体１６の位置を調整することにより、撮像領域９の磁場均一度を向上させることができる。

第３の実施形態によれば、シムコイル１１とそれらに付随する電源設備を省くことができるので、ＭＲＩ装置の製造コスト及び運転コストを低減することができる。又、磁性体１５、１６の重量により、傾斜磁場コイル１０ａで生じる変動磁場による振動数と、ＭＲＩ装置の固有振動数とをずらすことができる。

１ 磁気共鳴イメージング装置
２ａ、２ｂ メインコイル
３ａ、３ｂ シールドコイル
４ａ、４ｂ 巻枠
５ 連結柱
６ 真空容器
７ 遮蔽部材
８ 冷却容器
９ 撮像領域
１０ａ、１０ｂ 傾斜磁場コイル
１１ シムコイル
１２、１３ リブ
１４ シムトレイ
１５、１６ 磁性体
１５ａ 突起部

Claims (7)

1. 撮像領域の上下に対向配置された１対のメインコイルと、
   前記メインコイルの上下方向外側、径方向外側に配置された上下１対のシールドコイルと、
   前記メインコイルと前記シールドコイルが巻かれ、長円又は略長円形状の上下１対の巻枠と、
   前記巻枠における長径上の離間した２点に設けられ、前記上下１対の巻枠それぞれに連結して前記上下１対の巻枠を互いに離して保持する２本の連結柱と、
   前記巻枠に前記２点間を通る直線と平行な方向に設けられたリブとを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記メインコイル、前記シールドコイルと前記巻枠は、平面視で直線部を含むレーストラック形状になっており、
   前記リブは、前記巻枠の前記直線部に設けら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。
3. 前記リブの長さは、前記直線部の長さ以上であることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記メインコイル、前記シールドコイルと前記巻枠は、平面視で前記２点間を通る直線が長軸に一致する長円形状になっており、
   前記リブは、前記巻枠の前記長軸の方向に前記巻枠の前記長円形状の長軸と短軸の長さの差以上の長さ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。
5. 前記上下一対のメインコイル、前記上下一対のシールドコイル、前記上下一対の巻枠、前記２本の連結柱と前記リブを収納して冷却可能な冷却容器と、
   前記冷却容器を収納し、前記冷却容器との間を真空に保持可能な真空容器と、
   外部からの輻射熱を低減するために前記冷却容器と前記真空容器と間に設けられた遮蔽部材とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記撮像領域の磁場均一度を調整するためのシムコイルを前記撮像領域を挟んで上下に対向配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記撮像領域の磁場均一度を調整するための補正鉄を前記撮像領域を挟んで上下に対向配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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