JP2012011060A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 静磁場の均一度を補正するシミング装置のシム鉄片の温度上昇を抑制する手段を過大にすることなく、かつ結露による漏電を防いで、安全性を確保して、撮影中の静磁場均一度を安定させて、高画質のMRI画像を得る。
【解決手段】 楕円形状の傾斜磁場コイルのメインコイルと円形状のシールドコイルとの間に、円形状に配置されたシムトレイに接して該シムトレイの中のシム鉄片を冷却する冷媒を流す通路を有するシム冷却管を備える。シム冷却管は、シムトレイに接しており、シム鉄片は、シムスロットに固定される。メインコイルの発熱量により、楕円形状メインコイルの楕円の長軸であるX軸のシム鉄片の温度は最も高く、楕円の短軸であるY軸で最も低くなるので、X軸ではシム冷却管とシムトレイとの接触面積を最も大きくし、Y軸方向に向うに従って前記接触面積を小さくし、Y軸ではシム冷却管を無くする。また、前記冷媒の温度を結露しない温度に制御する。
【選択図】 図6

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に備えた静磁場均一度を補正するシミング装置の温度上昇を抑制して、静磁場の均一度を安定させるMRI装置に関する。

MRI装置は、均一の静磁場中の撮像空間に配置された被検体中の核スピンの磁気共鳴現象(以下、「NMR現象」と記す)から得られるNMR信号を計測し、被検体中の各スピン密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示するものである。このMRI装置は、被検体を挿入・配置する診断用開口部(ボア；bore)を有するガントリ(架台)を備える。ガントリは、診断用開口部を形成し且つ静磁場を発生させる静磁場磁石、前記静磁場に重畳させてNMR信号に位置情報を与えるための傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、及び被検体との間でRFパルス信号(NMR信号を含む)の送受を行なうRFコイルと、を備える。

前記傾斜磁場コイルは、傾斜磁場を発生するメインコイルと、このメインコイルから外部に洩れる磁場を抑制又はシールドするシールドコイルと、を備えた能動(自己)遮蔽型傾斜磁場コイルが用いられている。これにより、MRI装置のX、Y、及びZチャンネルそれぞれのチャンネル毎に傾斜磁場を外界には殆ど洩らさないシールド構造になっている。

このような構成のMRI装置において、前記静磁場磁石が発生する静磁場の均一度が変動すると、これに重畳される傾斜磁場の直線性が劣化し、位置情報にずれが生じるため、画像上の歪みや欠損等を生じさせ、画像の正確さ、鮮明さを損なうことになり、診断上の大きな障害となる。このため、静磁場の均一度を保持することが非常に重要である。

この静磁場の不均一を補正する技術として、特許文献1に開示されているように、鉄片を所望の箇所に配置するパッシブシムによる方法がある。これは、前記傾斜磁場コイルのメインコイルとシールドコイルとの間にあるスペースに高透磁率の磁性材料からなる強磁性体のシム鉄片(以下、シミング用磁性体と記す場合がある)を配置して静磁場の不均一を補正する技術である。

ここで、MRI装置においては、被検者の拘束時間を短縮するためや高時間分解能を得るために、高速撮像法が採用されるようになり、傾斜磁場コイルに加えられる電力は飛躍的に増加し、傾斜磁場コイル自身が発熱し、この発熱の影響を受けて、傾斜磁場コイル内に配置したシム鉄片の温度が上昇し、該シム鉄片の透磁率が変化することによって静磁場の均一度を確保できなくなる。このシム鉄片の温度上昇の問題を解決する方法として特許文献2に記載の技術が知られている。特許文献2には、シム鉄片を保持するシムトレイに該シム鉄片を冷却するための冷媒を流すシム冷却管を接触させて、前記シム鉄片の温度変化を抑制する技術が開示されている。

一方、これら従来装置の多くは、計測空間を取り囲むガントリカバーの左右方向、即ちX方向の内径は60cm程度であり、この程度の内径では大人の被検体ではほとんど左右に移動するスペースが無いほどの狭さである。このため被検者は閉塞感を受けるし、ガントリ外部から検者が内部の被検者にアクセスすることも実質的に不可能であった。このため、ボア径を大きくする傾向にあるが、しかしながらボア径を大きくすることにより、傾斜磁場コイルの磁場強度が弱くなる。それを解消するために、コイルのターン数を増やすことにより傾斜磁場コイルのインダクタンスが上昇し、高速のパルス電流のスイッチング速度が遅くなり高速シーケンスに対応できない等の問題が発生する。

この問題に対して、例えば、特許文献3に開示されているように、ボア径を大きくし、かつ上下方向、即ちY軸方向につぶした楕円形状にすることで、傾斜磁場コイル装置中のY軸方向の対向する傾斜磁場コイルの対をガントリ中の計測空間に挿入、配置される被検者に近接配置することでY軸方向の傾斜磁場強度を高め、MRI像の解像度を向上すると共にY軸方向の傾斜磁場コイルのインダクタンスを低減して、Y軸方向の傾斜磁場コイルに加えられるパルス電流のスイッチング速度を高めて高速シーケンス撮像への適用を容易にしている。

特開平8-299304号公報 特開2006-311957号公報 特開2007-296195号公報

上記特許文献3の技術により、被検体を挿入・配置するボアを楕円筒状にしても、Y軸方向の傾斜磁場コイルのインダクタンスを低減して、Y軸方向の傾斜磁場コイルに加えられるパルス電流のスイッチング速度を高めて高速シーケンス撮像への対応が可能となる。この場合、静磁場均一度の補正に、上記特許文献2に開示されている、シム鉄片によるパッシブシム方法を用い、シム冷却管を用いてシム鉄片の温度変化を抑制する技術を用いることが考えられる。

しかし、傾斜磁場コイルのメインコイルを楕円形状とし、シム鉄片を円形状に配置した場合には、傾斜磁場コイルの発熱体の主な原因であるメインコイルとシム鉄片の距離がボアの周方向で異なってしまう。すなわち、メインコイルとシム鉄片の距離は、X軸では最も短く、Y軸方向に向うに従って長くなり、Y軸では最も長い。したがって、シム鉄片を冷却するための冷却管を流れる冷媒の温度及び冷媒の量がボアの周方向全てで同一となるために、メインコイルとシム鉄片の距離が最短となるX軸側のシム鉄片に合わせて冷却した場合は、最も距離が長いY軸側では必要以上に冷却されることになる。

このように、特許文献2の技術では、ボアの周方向に一律に冷却管を配置して全てのシム鉄片に対して同一の冷却能力で冷却するために、必要以上に冷却される部分(Y軸側)が発生する。このため、冷却管の長さが必要以上となり、これにより圧力損失などが大きくなることで設備が大掛かりになる。また、シム鉄片の除熱が十分でない場合には、冷媒としての冷却水の温度を下げたり冷却水の流量を増やすなどが考えられるが、結露を生じたり設備を大掛かりにしなければならないなどの問題が生じる。

本発明の目的は、傾斜磁場コイル内に配置される静磁場の均一度を補正するシミング装置のシム鉄片の温度上昇を抑制する手段を過大にすることなく、かつ結露などにより漏電などが起こらないよう安全性を担保した上で撮影中の静磁場均一度を安定させて、高画質のMRI画像を得ることが可能なMRI装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、傾斜磁場コイルのメインコイルの断面を楕円形状とし、前記メインコイルに近い領域のシミング用磁性体の温度上昇抑制力を他の領域におけるシミング用磁性体の温度上昇抑制力よりも大きくするもので、具体的には以下の手段によって達成される。

(1)被検体を挿入・配置する診断用開口部に均一な静磁場領域を発生する静磁場発生装置と、この静磁場発生装置の内側に取り付けられ、メインコイルとシールドコイルとを有する傾斜磁場コイルと、前記メインコイルとシールドコイルとの間に配置され、シミング用磁性体、該シミング用磁性体を収納するシムトレイ、及び該シムトレイを配置するシムスロットと、を円形状に所定の間隔毎に複数配置して成る前記静磁場の均一度を補正するシミング装置と、前記シミング用磁性体の温度上昇を抑制する磁性体シム温度上昇抑制手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記診断用開口部の断面が楕円形状であって、少なくとも前記メインコイルの断面を楕円形状とし、前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記メインコイルに近い領域の温度上昇抑制力が他の領域の温度上昇抑制力よりも大きくなるように、前記楕円形状メインコイルの楕円の周方向で温度上昇抑制力が異なるものである。

前記磁性体シム温度上昇抑制手段において、前記メインコイルに近い領域は、前記楕円形状メインコイルの楕円の長軸、即ちX軸を含むその周辺の領域であり、前記他の領域は、前記楕円形状メインコイルの楕円の短軸、即ちY軸を含むその周辺の領域である。そして、前記磁性体シム温度上昇抑制手段による温度上昇抑制力は、前記X軸では最も大きく、前記Y軸に向うにしたがい小さくなり、前記Y軸では最も小さい若しくは無くても良い。

このように、前記メインコイルに近い領域のシミング用磁性体の温度上昇抑制力を他の領域におけるシミング用磁性体の温度上昇抑制力よりも大きくすることにより、温度上昇が小さい領域の温度上昇を過大に抑制することなく必要最小限にすることができ、シミング用磁性体の温度上昇を効率良く抑制することができる。これにより、磁性体シム温度上昇抑制手段を過大にすることなくシミング用磁性体の温度上昇を抑制し、該シミング用磁性体の透磁率の変動を抑制することができることで前記静磁場の均一度を一定に保持して、MRI装置の画質を良好に保つことが可能になる。

前記磁性体シム温度上昇抑制手段は以下のとおりである。

(2)前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記シムトレイと接触して中空部である通路を有するシム冷却管に冷媒を流して前記シミング用磁性体を冷却する手段である。そして、前記シムトレイと接触する前記シム冷却管の接触面積を、前記X軸では最も大きく、前記Y軸に向うにしたがい小さく、前記Y軸では最も小さい若しくは前記シム冷却管を設けない、又は前記シムトレイと接触するシム冷却管の接触面積を前記楕円形状メインコイルの楕円の周方向で同一とし、前記シム冷却管を流れる冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段を備える。この場合、前記冷媒流量制御手段は、流路抵抗変化により流量を制御するニードルバルブが好ましい。

また、前記シム冷却管を前記シムスロットの横側に配置しても良い。

更に、前記冷媒の温度を制御する冷媒温度制御手段を備えて、前記冷媒が結露しない温度、例えば20〜25℃程度に制御することが望ましい。

更にまた、少なくとも前記傾斜磁場コイルのメインコイルと接している前記シムトレイ側に断熱材を配置し、前記シム冷却管と接している側面は熱伝導性が良い材料を使用する及び／又は厚さを薄くすることが好ましい。

このように、シム冷却管に流した冷媒が、メインコイルやシールドコイルで発生し、シミング用磁性体に伝熱してきた熱を除熱することでシミング用磁性体の温度上昇を抑制して、シミング用磁性体の透磁率の変動を抑制することができるので、撮影中の前記静磁場の均一度を一定に保持することができる。これにより、MRI画像の画質を良好に保つことができる。また、冷媒の温度を該冷媒が結露しない温度に制御することにより、結露などにより漏電などが起こらないよう安全性を担保した上で撮影中の静磁場の均一度を安定させて、高画質のMRI画像を得ることが可能となる。

更にまた、熱交換器、循環ポンプ及び冷媒の量、温度等を制御する冷媒供給制御装置とで構成された冷媒供給装置と、前記循環ポンプからの冷媒を分岐する冷媒分岐手段と、を備え、前記分岐された冷媒を、前記シム冷却管と前記傾斜磁場コイルを冷却する傾斜磁場コイル冷却管とに供給することが好ましい。

このように、冷媒供給装置からの冷媒を冷媒分岐装置で分岐してシム冷却管と傾斜磁場コイルのZ軸コイル用冷却管にも供給するようにしたので、シム冷却管用に特別に冷媒供給装置を設ける必要が無くなり、冷却設備の小型、低コスト化に寄与するものとなる。

(3)前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、傾斜磁場コイルの両端面から出し入れ可能な案内レールと、この案内レールに設けた所定の間隔の空隙と、を有して前記案内レールとシムトレイとの接触面積を小さくし、更に前記シムトレイを断熱材で覆い、前記シムトレイに伝わる熱量を低減する。

この場合、前記断熱材の厚さを、前記X軸では最も厚く、前記Y軸に向うにしたがい薄くし、前記Y軸では最も薄く若しくは前記断熱材を用いない。更に、前記断熱材を前記傾斜磁場コイルのZ軸コイルを冷却する冷却管と接触させる。

これにより、上記(1)と同じ効果を得ることができる。

(4)前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記傾斜磁場コイルの少なくともメインコイル側のシムトレイを蓄熱材で覆い、前記磁性体シムへ伝熱してきた熱を前記蓄熱材の温度変化として吸収して前記磁性体シムの温度上昇を抑制する。

この場合、前記蓄熱材の厚さを、前記X軸では最も厚く、前記Y軸に向うにしたがい薄くし、前記Y軸では最も薄く若しくは蓄熱材を用いない。更に、前記蓄熱材を前記傾斜磁場コイルのZ軸コイルを冷却する冷却管と接触させる。

これにより、上記(1)と同じ効果を得ることができる。

以上、本発明によれば、傾斜磁場コイルのメインコイルに近い領域におけるシミング装置のシミング用磁性体の温度上昇抑制力を他の領域におけるシミング用磁性体の温度上昇抑制力よりも大きくすることにより、傾斜磁場コイル内に配置される静磁場の均一度を補正するシミング用磁性体の温度上昇を抑制する手段が過大にならない。また、シミング用磁性体を冷却する冷媒の温度を結露しない温度に制御することにより、結露などにより漏電などが起こらないよう安全性を十分に担保できる。これにより、撮影中の静磁場均一度を安定させて、高画質のMRI画像を得ることが可能になる。

本発明が適用されるMRI装置の全体構成図。 本発明が適用される傾斜磁場コイルの概略横断面図。 シムスロットにシムトレイが挿入された状態の横断面図。 シムスロットにシムトレイが挿入された状態の縦断面図。 シムトレイの外観斜視図。 本発明の第1の実施形態における傾斜磁場コイルの縦断面の一部を示す図。 シムトレイにシム冷却管が接している状態を示す図。 冷媒供給装置、冷媒分岐装置、シム冷却管とZ軸コイル冷却用冷却管との関係を示すブロック図。 シム冷却管の内部構成の一部を示す図。 傾斜磁場コイル内のシム冷却管が配置された様子を示す図。 本発明の第3の実施形態におけるシムスロットの縦断面図。 本発明の第3の実施形態における傾斜磁場コイルの断面の一部を示す図。 本発明の第4の実施形態における傾斜磁場コイルの縦断面の一部を示す図。 本発明の第4の実施形態における傾斜磁場コイルの断面の一部を示す図。

以下、以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図1は、本発明が適用されるMRI装置の全体構成図で、ガントリの概略縦断面図と共に示す。図1において、MRI装置は、均一な静磁場空間を発生する静磁場磁石(特許請求の範囲の静磁場発生装置)1により静磁場の均一領域4を形成する。この静磁場に重ねて被検体の位置情報を与えるために、互いに直交する3軸方向に磁場強度が線形に変化する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル2が、静磁場磁石1よりも静磁場の均一領域4側に配置される。更に、プロトンの共鳴周波数を持つ電磁波を送信するRFコイル3や、検査部位のNMR信号を受信する受信コイル5が、傾斜磁場コイル2よりも静磁場の均一空間側に配置される。

傾斜磁場コイル2には、それぞれX軸用傾斜磁場電源装置6、Y軸傾斜磁場電源装置7、Z軸傾斜磁場電源装置8が接続されており、傾斜磁場コイル2と傾斜磁場電源装置6から8とで傾斜磁場発生装置を構成している。また、RFコイル3には、高周波電力を供給する高周波送信器9が接続され、受信コイル5には受信した信号を増幅する高周波受信器10が接続され、高周波送受信系を構成している。

傾斜磁場電源装置6から8、高周波送受信系9、10は、MRI装置全体を制御する制御装置11に接続されている。制御装置11は、高周波受信器10によって増幅されたNMR信号に演算処理を施し、画像を構成する機能も有している。この制御装置11は、操作者が計測の条件、パルスシーケンスの選択等の設定画面を表示するモニタを備えた操作装置12に接続されている。

図2は、傾斜磁場コイル2の概略横断面図である。傾斜磁場コイル2は、内部が楕円形状を有しており、外形は円形状である。傾斜磁場コイル2の内側には、X，Y，Z軸の傾斜磁場を与える楕円形状のメインコイル21と、このメインコイル21の漏洩磁場をキャンセルする円形状のシールドコイル22と、を備えている。

メインコイル21やシールドコイル22のZ軸は、X軸及びY軸コイルから発生する熱も冷却する、冷却兼用であることが多く、Z軸コイルの導体は、中空のパイプで作られ、その中に冷媒を流すことでメインコイル21やシールドコイル22で発生する熱を除熱する。そして、メインコイル21とシールドコイル22の間に、シミング用磁性体(以下、シム鉄片と記す場合がある)を配置するための溝23(以下、シムスロットと記す)が形成されている。シムスロット23は、円形状に所定の間隔毎に該円形状の周方向に配置されている。

楕円形状のメインコイル21は、図示しない被検体に近い最内部に固定され、円形状のシールドコイル22は、メインコイル21の外側に固定される。シムスロット23は、メインコイル21と、シールドコイル22の間の空間に、外形が円形状である傾斜磁場コイル2の円周に沿って複数設けられた水平な横穴であり、後述する静磁場の不均一を補正するシム鉄片を取り付けるためのシムトレイを収めるためのものである。

図3は、シムスロット23にシムトレイ24が挿入された状態の横断面図であり、図4は、縦断面図である。図3、図4において、シムスロット23には、その内壁の両短辺には案内レール25が設けられ、シムスロット23の奥まで伸びている。案内レール25としては、非磁性かつ非電導性材料である樹脂性材料を使用することが望ましい。シムトレイ24は、案内レール25によりガイドされ、概円形状の傾斜磁場コイル2の両端面から出し入れ可能に設置される。なお、シムトレイ24がシムスロット23内壁に接している場合などは、案内レール25がなくても良い。要は、シムスロット23内でシムトレイ24がZ方向にしか動かない状態であれば、案内レール25はなくても良い。

図5は、シムトレイ24の外観斜視図である。図5において、シムトレイ24には、シム鉄片26を取り付けるための複数のネジ穴27が加工されている。シム鉄片26は、ネジ形状に加工され、所望の量の鉄を含んでいる。シム鉄片26は、ネジ穴27のうちの撮影空間内の静磁場均一度を数ppm以下に補正することができる位置に取り付けられる。

このように、傾斜磁場コイル2のメインコイル21を楕円形状とし、シールドコイル22及びシム鉄片26を円形状に配置する構成とすることにより、コスト及び傾斜磁場の発生効率の点で以下のメリットが得られる。すなわち、静磁場磁石1の内部の傾斜磁場コイル2が配置される位置の形状を楕円形状にすると、超伝導磁石に巻くコイルの作業が円形状の場合よりも煩雑になり、超伝導コイル長も長くなって、コストが高いものとなる。これに対して、上記図2のように、静磁場磁石1の内部の傾斜磁場コイル2が配置される位置の形状を円形状とし、傾斜磁場コイル2のメインコイル21のみを楕円形状とした場合、静磁場磁石1と傾斜磁場コイル2の外形の間に要らないスペースができるが、傾斜磁場コイル2は静磁場磁石1に比べれば原価は格段に安く、メインコイル21をつぶすことでインダクタンスを小さくすることができるので、高速シーケンス撮像への対応が可能となる。また、メインコイル21とシールドコイル22との距離が大きくなるので、傾斜磁場の発生効率も上がる。これらにより、メインコイル21のみを楕円形状にすることのメリットが大きい。

《第1の実施形態》
図6は、本発明の第1の実施形態における傾斜磁場コイルの縦断面の一部を示す図である。図6において、傾斜磁場コイル2は、楕円形状のメインコイル21と円形状のシールドコイル22との間に、円形状に配置されたシムトレイ24に接して該シムトレイ24の中のシム鉄片を冷却するシム冷却管(特許請求の範囲の磁性体シム温度上昇抑制手段)28を備えている。シム冷却管28は、図7に示すように、シムトレイ24に接しており、シム鉄片は、シムスロット23に固定される。シム冷却管28の中には中空部である通路(図示省略)が設けられその通路には冷媒が流れる。なお、本発明の第1の実施形態においては、冷媒として水を使用するが他の物質を用いても良い。

この構成の傾斜磁場コイル2において、メインコイル21の発熱量によりメインコイル21に近い位置のシム鉄片、すなわち前記楕円状メインコイル21の楕円の長軸であるX軸のシム鉄片の温度は最も高く、X軸から離れてY軸方向、すなわち前記楕円状メインコイル21の楕円の短軸に向うに従ってメインコイル21とシム鉄片の距離が離れるので、シム鉄片の温度は漸次低くなり、Y軸で最も低くなる。したがって、X軸ではシム冷却管28とシムトレイ24との接触面積を最も大きくし、Y軸方向に向うに従って該接触面積を小さくし、Y軸ではシム冷却管を無くする。なお、図6ではY軸及び該Y軸近辺のシム冷却管28を図示していないが、必要に応じてシム冷却管28を細くしてシムトレイ24との接触面積を小さくしても良い。

このように、メインコイル21とシム鉄片との距離に応じて、X軸側を高冷却し、Y軸方向に向かうにしたがって冷却能力を小さくして、冷却効率を楕円の周方向で異ならせることにより、効率良くシム鉄片を冷却することができ、結果としてシム鉄片の冷却機構の小型化に寄与するものとなる。

前記傾斜磁場コイル2内のシム冷却管28とZ軸コイル冷却用冷却管29には、図8に示すように、冷媒供給装置30から冷媒が供給される。冷媒供給装置30は、熱交換器(図示省略)と、循環ポンプ(図示省略)及びこれらを制御する冷媒供給制御装置(図示省略)とで構成され、前記冷媒供給装置30からの冷媒は冷媒分岐装置(特許請求の範囲の冷媒分岐手段)31で分岐されてシム冷却管28及びZ軸コイル用冷却管29に供給される。冷媒は、冷媒供給制御装置により適切な温度に制御されて、循環器ポンプによりシム冷却管28及びZ軸コイル用冷却管29と熱交換器間を循環し、シム鉄片とメインコイル等が除熱される。

このように、冷媒供給装置30からの冷媒を冷媒分岐装置31で分岐し、分岐された冷媒をそれぞれシム冷却管28とZ軸コイル用冷却管29に供給することにより、冷媒供給装置30を構成する熱交換器、循環ポンプ及び冷媒供給制御装置を一つにして、シム冷却管28用の冷媒供給装置を新たに設けない構成としている。もちろん、スペース、コストの点で問題がなければ、シム冷却管28とZ軸コイル用冷却管29を別々に備えても良い。

図9、図10に、シム冷却管28の内部構成と傾斜磁場コイル2端部の構成を示す。これらの図において、シム冷却管28は、傾斜磁場コイル2の一つの端部から他方の端部まで伸びており、前記冷媒分岐装置31の分岐管32を介して他のシム冷却管28に接続され、冷媒を循環させる構造をとっている。すなわち、冷媒は、冷媒入り口33から供給され、シム冷却管を流れ、分岐管32を通って他のシム冷却管に流れ、冷媒出口34から出て、別のシム冷却管に流れてシム鉄片を冷却する。なお、図10の35は、あるシム冷却管から他のシム冷却管に冷媒を流すための通路としてのホースである。また、シム冷却管28は端部で並列に接続されており、一度に複数のシム冷却管28に冷媒を流すことができる。

一般に傾斜磁場コイル2は、撮影時に傾斜磁場コイルの導体であるメインコイル21やシールドコイル22に電流を流し続けた場合、例えば初期温度が25℃であった場合、10分の通電で最大70℃に達することもある。これは主にメインコイル21の温度であり、シールドコイル22は、メインコイル21の温度よりも通常は低い。

前記傾斜磁場コイル2で発生した熱は、以下のようにしてシム鉄片26に伝導して該シム鉄片の温度を上昇させる。すなわち、シムトレイ24に取り付けられたシム鉄片26は、(1)シムスロット23の内壁からの放射熱伝達による場合、(2)シムスロット23の内壁から案内レール25とシムトレイ24を介した熱伝導による場合、(3)シムスロット23とシムトレイ24との内壁間の気体の熱伝達よる場合、の3通りの熱伝達により、その温度が上昇する。

メインコイル21の熱は、Z軸のコイルを冷却するZ軸コイル用冷却管29によって除熱されるが、完全に除熱しきれないので、傾斜磁場コイル2内部の構造物を介して、シムスロット23に伝達されシム鉄片11の温度を上昇させる。発熱体であるメインコイル21から近い位置にあるシム鉄片は、伝熱するときの損失が少なく多くの熱量が伝えられることになる。

本発明の第1の実施形態においては、シム冷却管28に流した冷媒が、メインコイル21やシールドコイル22で発生し、シム鉄片26付近に伝熱してきた熱を除熱することでシム鉄片26の温度上昇を抑制し、シム鉄片の透磁率の変動を抑制することができることで撮影中の磁場均一度を安定化することができる。これにより、静磁場均一度を一定に保持することができ、MRI装置の画質を良好に保つことができる。また、冷媒供給装置30からの冷媒を冷媒分岐装置31で分岐してシム冷却管28とZ軸コイル用冷却管29に供給するようにしたので、シム冷却管28用に特別に冷媒供給装置を設ける必要が無いので、冷却設備の小型、低コスト化が可能になる。

なお、冷媒の入り口33の温度は、低い方が冷却の効果が大きいが、低過ぎると結露する可能性が考えられるので、冷媒供給装置30の図示省略の冷媒供給制御装置(特許請求の範囲の冷媒温度制御手段でもある)で冷媒の温度を20〜25℃程度に制御して結露しない温度に維持することが好ましい。また、シムスロット23は、熱伝導が良く非磁性な材料を使用することが望ましく、具体的には、高熱伝導率のガラスエポキシ樹脂などが好ましい。

また、シム冷却管28は、メインコイル21やシールドコイル22とシムスロット23の間に配置しても良いが、ボア径を広く取るためには、シムスロット23の横側にある方が望ましい。

また、本実施形態では、シム冷却管28とシムトレイ24との接触面積を周方向で異なるようにしたが、接触面積を同一にし、シムスロット23に入る前か通ってきた後に、例えば、図示は省略するが、流路抵抗変化により流量を制御するニードルバルブ(特許請求の範囲の冷媒流量制御手段)を用いて冷媒を流す量を異なるようにしても良い。

《第2の実施形態》
本発明の第2の実施形態は、図示は省略するが、前記第1の実施形態において、少なくとも傾斜磁場コイル2のメインコイル21と接しているシムトレイ24側に断熱材を配置するものである。そして、シム冷却管28と接している側面は熱伝導性が良い材料を使用するか、厚さを薄くする。これにより、発熱の最も大きいメインコイル21からの熱伝導が抑制されて、さらにシム鉄片の温度上昇を抑えることが可能になる。なお、前記断熱材は、メインコイル21側のみならずシールドコイル22側に配置すれば、さらに冷却効果が増すものとなる。

《第3の実施形態》
本発明の第3の実施形態は、シム冷却管28は使用しないで、シムトレイ24を断熱材で覆うもので、この実施形態のシムスロット23の縦断面図を図11に、傾斜磁場コイル2の断面の一部を図12に示す。

図11において、シムスロット23には案内レール25が設けられ、案内レール25には、適当な間隔で空隙36が設けられている。シムトレイ24は、シムスロット23に設けられた案内レール25によりガイドされ円筒状の傾斜磁場コイル2の両端面から出し入れ可能に設置される。この場合、案内レール25とシムトレイ24との間には、空隙36により空間が生じ、案内レール25とシムトレイ24の接触面積を小さくしている。そして、図12に示すように、シムトレイ24を囲むように断熱材37を配置する。

このように、案内レール25とシムトレイ24の接触面積を小さくすることにより、案内レール25からシムトレイ24に伝わる熱量を低減することができ、更に、傾斜磁場コイル2内のシムトレイ24を囲むように断熱材37を配置することにより、傾斜磁場コイル2の導体で発生した熱のうちシムトレイ24に伝わる熱量を低減することができる。この場合、断熱材37の厚さをX軸側で最も厚くし、Y軸方向に向うに従って漸次薄くし、Y軸側で最も薄く、あるいは断熱材は無くして、断熱材37の厚さを楕円形状の周方向で異ならせる。これにより、断熱材のみでも効果的にシム鉄片の温度上昇を抑制することが可能となる。

なお、前記断熱材を前記傾斜磁場コイルのZ軸コイルを冷却する冷却管(図示省略)と接触させることにより、シム鉄片の温度上昇を更に抑制することが可能になる。

《第4の実施形態》
図13は、本発明の第4の実施形態における傾斜磁場コイルの縦断面の一部を示す図である。傾斜磁場コイル2は、図13に示すように、傾斜磁場コイル2の導体であるメインコイル21、及びシールドコイル22と、シムトレイ24と、蓄熱材38と、を備えている。蓄熱材38は、傾斜磁場コイル2の導体であるメインコイル21、及びシールドコイル22と、シムトレイ24との間に設けられ、蓄熱材38の材料として、熱容量の大きい材料、具体的には、水、木材、プラスチック等が使用される。

前記蓄熱材38は、図14に示すように、メインコイル21側と、シールドコイル22側の両側であるシムトレイ24の周囲に配置する。この場合、蓄熱材38はシムトレイ24に固定しても良いし、傾斜磁場コイル2内に固定しても良い。そして、蓄熱材38の厚さは、シム鉄片の温度が最も高い、X軸側で最も厚くし、Y軸方向に向うに従って漸次薄くし、シム鉄片の温度が最も低い、Y軸側で最も薄く、あるいは必要に応じて蓄熱材を設けない。なお、蓄熱材38は、メインコイル21側と、シールドコイル22側の両側に配置するものとしたが、静磁場の均一度が保てるシム鉄片の温度であれば、導体幅が小さく、導体密度が高くなり高温になりやすいメインコイル21側にのみに配置しても良いし、問題が無ければシールドコイル側の蓄熱材の厚さはボアの周方向で一定の厚さでも良い。図13は、メインコイル21側、シールドコイル22側共に蓄熱材38の暑さを同じにした例である。

一般に、温度変化は熱の伝わりやすさと熱容量によって決定し、その変化は指数関数で表される。このため、熱容量の大きい材料は温度変化させるために多くの熱量を必要とする。本発明の第4の実施形態においては、シム鉄片が収納されているシムトレイ24を熱容量の大きな材料である蓄熱材で覆うことにより、メインコイル21、シールドコイル22で発生した熱の内、シム鉄片へ伝熱してきた熱を蓄熱材の温度変化として吸収し、シム鉄片の温度上昇を抑制する。好ましくは、蓄熱材を冷却管と併用しているZコイルと接触させることで、さらにシム鉄片の温度上昇を抑制することができる。

以上のように構成した本発明の第4の実施形態によれば、傾斜磁場コイル2の導体とシムトレイ24との間に蓄熱材を設け、傾斜磁場コイル2内の温度が上昇した場合、シム鉄片に伝熱する熱を蓄熱材により吸収することにより、鉄片の温度変化を抑制することができ、撮影中に静磁場の均一度を保つことができるので、MRI画像の画質を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、メインコイル21やシールドコイル22のZ軸は、X軸コイル及びY軸コイルから発生する熱も冷却する冷却兼用である例としたが、本発明はこれに限定するものではなく、冷却兼用でない場合にも適用することができる。

以上、本発明の具体的な実施形態について述べてきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、変形して実施することができる。例えば、本発明の第3の実施形態に示したように、案内レール25とシムトレイ24との間に空隙36を設け、案内レール25とシムトレイ24の接触面積を小さくすることを、本発明の第1、第2及び第3の実施形態に適用しても良い。これにより、更に傾斜磁場コイル2からシムトレイ9に伝わる熱量を低減することができ、シム鉄片11の温度上昇を抑制することができる。

1 静磁場磁石、2 傾斜磁場コイル、4 静磁場の均一領域、21 傾斜磁場コイルのメインコイル、22 傾斜磁場コイルのシールドコイル、23 シムスロット、24 シムトレイ、25 案内レール、26 シム鉄片、28 シム冷却管、29 Z軸コイル冷却用冷却管、30 冷媒供給装置、31 冷媒分岐装置、32 分岐管、33 冷媒入り口、34 冷媒出口、36 空隙、37 断熱材、38 蓄熱材

Claims (17)

1. 被検体を挿入・配置する診断用開口部に均一な静磁場領域を発生する静磁場発生装置と、この静磁場発生装置の内側に取り付けられ、メインコイルとシールドコイルとを有する傾斜磁場コイルと、前記メインコイルとシールドコイルとの間に配置され、シミング用磁性体、該シミング用磁性体を収納するシムトレイ、及び該シムトレイを配置するシムスロットと、を円形状に所定の間隔毎に複数配置して成る前記静磁場の均一度を補正するシミング手段と、前記シミング用磁性体の温度上昇を抑制する磁性体シム温度上昇抑制手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記診断用開口部の断面が楕円形状であって、少なくとも前記メインコイルの断面を楕円形状とし、前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記メインコイルに近い領域の温度上昇抑制力が他の領域の温度上昇抑制力よりも大きくなるように、前記楕円形状メインコイルの楕円の周方向で温度上昇抑制力が異なる手段であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記メインコイルに近い領域は、前記楕円形状メインコイルの楕円の長軸、即ちＸ軸を含むその周辺の領域であり、前記他の領域は、前記楕円形状メインコイルの楕円の短軸、即ちＹ軸を含むその周辺の領域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. 前記磁性体シム温度上昇抑制手段による温度上昇抑制力は、前記Ｘ軸では最も大きく、前記Ｙ軸に向うにしたがい小さくなり、前記Ｙ軸では最も小さい若しくは無い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. 前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記シムトレイと接触して中空部である通路を有するシム冷却管に冷媒を流して前記シミング用磁性体を冷却する手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記シムトレイと接触する前記シム冷却管の接触面積を、前記Ｘ軸では最も大きく、前記Ｙ軸に向うにしたがい小さく、前記Ｙ軸では最も小さい若しくは前記シム冷却管を設けないことを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記シムトレイと接触するシム冷却管の接触面積を前記楕円形状メインコイルの楕円の周方向で同一とし、前記シム冷却管を流れる冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記冷媒流量制御手段は、流路抵抗変化により流量を制御するニードルバルブであることを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記シム冷却管を前記シムスロットの横側に配置したことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記冷媒の温度を結露しない温度に制御する冷媒温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 少なくとも前記傾斜磁場コイルのメインコイルと接している前記シムトレイ側に断熱材を配置し、前記シム冷却管と接している側面は熱伝導性が良い材料を使用する及び／又は厚さを薄くすることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 熱交換器、循環ポンプ及び冷媒の量、温度等を制御する冷媒供給制御装置とで構成された冷媒供給装置と、前記循環ポンプからの冷媒を分岐する冷媒分岐手段と、を備え、前記分岐された冷媒を、前記シム冷却管と前記傾斜磁場コイルを冷却する傾斜磁場コイル冷却管とに供給することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、傾斜磁場コイルの両端面から出し入れ可能な案内レールと、この案内レールに設けた所定の間隔の空隙と、を有して前記案内レールとシムトレイとの接触面積を小さくし、更に前記シムトレイを断熱材で覆い、前記シムトレイに伝わる熱量を抑制することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記断熱材の厚さを、前記Ｘ軸では最も厚く、前記Ｙ軸に向うにしたがい薄くし、前記Ｙ軸では最も薄く若しくは前記断熱材を用いないことを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
14. 前記断熱材を前記傾斜磁場コイルのZ軸コイルを冷却する冷却管と接触させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
15. 前記磁性体シム温度上昇抑制手段は、前記傾斜磁場コイルの少なくともメインコイル側のシムトレイを蓄熱材で覆い、前記磁性体シムへ伝熱してきた熱を前記蓄熱材の温度変化として吸収して前記磁性体シムの温度上昇を抑制する手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
16. 前記蓄熱材の厚さを、前記Ｘ軸では最も厚く、前記Ｙ軸に向うにしたがい薄くし、前記Ｙ軸では最も薄く若しくは蓄熱材を用いないことを特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
17. 前記蓄熱材を前記傾斜磁場コイルのZ軸コイルを冷却する冷却管と接触させることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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