JP2013042789A - 傾斜磁場コイルユニット、および、磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜磁場コイルを従来よりも均一に冷却する。
【解決手段】一実施形態では、傾斜磁場コイルユニットは、コイルエレメントが内蔵された支持部材の一端側または他端側の少なくとも一方が開口していることで内側に中空部分が形成されたものであり、第１管部材と、第２管部材と、複数の中継管部材とを備える。第１管部材は、支持部材内で前記一端側から前記他端側に向けて埋設され、第１管部材には前記一端側から冷却媒体が流入する。第２管部材は、中空部分を間に挟んで第１管部材に対向するように、支持部材内で前記一端側から前記他端側に向けて埋設され、前記他端側から冷却媒体を流出させる。複数の中継管部材は、支持部材内に埋設され、第１管部材の異なる部分にそれぞれ連結していると共に第２管部材の異なる部分にそれぞれ連結し、第１管部材から流入する冷却媒体を第２管部材に流入させる。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、傾斜磁場コイルユニット、および、磁気共鳴イメージング装置に関する。

ＭＲＩは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数のＲＦパルスで磁気的に励起し、この励起に伴って発生するＭＲ信号から画像を再構成する撮像法である。なお、上記ＭＲＩは磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）の意味であり、ＲＦパルスは高周波パルス（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｕｌｓｅ）の意味であり、ＭＲ信号は核磁気共鳴信号（ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）の意味である。

ＭＲＩ装置は、被検体が置かれる撮像空間に傾斜磁場を印加することで、ＭＲ信号に空間的な位置情報を付加する傾斜磁場コイルを備える。この傾斜磁場コイルは、撮像中にパルス電流が繰り返して供給されることで大きく発熱する。傾斜磁場コイルの温度が上昇すると、その近傍の鉄シムの温度が上昇して、鉄シムの透磁率が変化し、撮像空間の傾斜磁場が変化する。

そこで、傾斜磁場コイルの温度上昇を抑制するため、傾斜磁場コイル内には例えば冷却チューブが埋設されており、冷却チューブ内に冷却水を循環させている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００８−１９４４４９号公報 特開平６−２６９４２２号公報

従来技術では、冷却水は、傾斜磁場コイルの入口側から出口側に進むに従って、発熱したコイルエレメントからの熱を吸収し、次第に温度が高くなる。即ち、冷却水の入口に近い箇所ではコイルエレメントや鉄シムを効果的に冷却できるが、冷却水の出口側では冷却水の温度が上がっているため、入口側ほどの冷却効果はない。

そうすると、コイルエレメントの温度が位置によってムラが生じ、その近傍の鉄シムの温度も位置によってムラが生じ、鉄シムの透磁率が不均一な分布となる。この結果、実際に得られる傾斜磁場分布は、目標とする直線的な傾斜磁場分布から若干ずれてしまう。

このため、ＭＲＩにおける傾斜磁場コイルを従来よりも均一に冷却する技術が要望されていた。

一実施形態では、傾斜磁場コイルユニットは、支持部材を有する。支持部材は、コイルエレメントを内蔵し、その一端側または他端側の少なくとも一方が開口していることで内側に中空部分が形成されている。この傾斜磁場コイルユニットは、磁気共鳴イメージング装置からコイルエレメントに供給される電流に応じた傾斜磁場を前記中空部分に発生させるものであり、第１管部材と、第２管部材と、複数の中継管部材とを備える。

第１管部材は、支持部材内において前記一端側から前記他端側に向けて埋設されており、第１管部材には前記一端側から冷却媒体が流入する。第２管部材は、前記中空部分を間に挟んで第１管部材に対向するように、支持部材内において前記一端側から前記他端側に向けて埋設されており、前記他端側から冷却媒体を流出させる。複数の中継管部材は、支持部材内に埋設され、第１管部材の異なる部分にそれぞれ連結していると共に第２管部材の異なる部分にそれぞれ連結しており、第１管部材から流入する冷却媒体を第２管部材に流入させる。

一実施形態では、ＭＲＩ装置は、被検体が置かれる撮像空間に静磁場および傾斜磁場を印加すると共に核磁気共鳴を起こすためのＲＦ信号を送信し、核磁気共鳴によって発せられるエコー信号を受信して、エコー信号に基づいて被検体の画像データを生成するものであって、傾斜磁場の印加を担う上記の傾斜磁場コイルユニットを有する。

本実施形態におけるＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。 本実施形態における傾斜磁場コイルユニットの構成例を示す模式的斜視図。 本実施形態における傾斜磁場コイルユニットの冷却管系統の模式的な分解斜視図。 本実施形態における傾斜磁場コイルユニット内の温度センサの配置の一例を示す模式的斜視図。 本実施形態における傾斜磁場コイルユニットの冷却管系統の詳細を示す模式的斜視図。 本実施形態における傾斜磁場コイルユニットの部分的な断面模式図。 冷却管系統を二層にした変形例に係る傾斜磁場コイルユニットの部分的な断面模式図。 図７の傾斜磁場コイルユニットの冷却管系統を示す模式的斜視図。 円筒状の支持部材の軸方向を鉛直方向に合致させた設置に対応した変形例として、この変形例の傾斜磁場コイルユニットの冷却管系統を示す模式的斜視図。 別の変形例として、支持部材の一方のみが開口した傾斜磁場コイルユニットの模式的斜視図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（本実施形態のＭＲＩ装置の全体構成）
図１は、本実施形態におけるＭＲＩ装置２０の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＭＲＩ装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２２と、静磁場用磁石２２の内側において軸を同じにして設けられた筒状のシムコイル２４および傾斜磁場コイルユニット２６と、ＲＦコイル２８と、制御系３０と、被検体Ｐが乗せられる寝台３２とを備える。

ここでは一例として、装置座標系の互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を以下のように定義する。まず、静磁場用磁石２２、シムコイル２４、傾斜磁場コイルユニット２６等から構成されるガントリは、それらの軸方向が鉛直方向に直交するように設置されているものとし、静磁場用磁石２２およびシムコイル２４の軸方向をＺ軸方向とする。また、鉛直方向をＹ軸方向とし、鉛直方向上向きをＹ軸正方向、鉛直方向下向きＹ軸負方向とする。また、寝台３２は、その天板の載置用の面の法線方向がＹ軸方向となるように配置されているものとする。

制御系３０は、静磁場電源４０と、シムコイル電源４２と、傾斜磁場電源４４と、ＲＦ送信器４６と、ＲＦ受信器４８と、冷却制御装置５０と、シーケンスコントローラ５６と、コンピュータ５８とを備える。

傾斜磁場電源４４は、Ｘ軸傾斜磁場電源４４ｘと、Ｙ軸傾斜磁場電源４４ｙと、Ｚ軸傾斜磁場電源４４ｚとで構成されている。また、コンピュータ５８は、演算装置６０と、入力装置６２と、表示装置６４と、記憶装置６６とで構成されている。

静磁場用磁石２２は、静磁場電源４０に接続され、静磁場電源４０から供給された電流により撮像空間に静磁場を形成させる。
上記撮像空間とは、例えば、被検体Ｐが置かれて、静磁場が印加されるガントリ内の空間（中空の部分）の意味である。ガントリとは、静磁場用磁石２２、シムコイル２４、傾斜磁場コイルユニット２６、ＲＦコイル２８を含むように、例えば円筒状に形成された構造体である。被検体Ｐが乗せられた寝台３２がガントリの内部に移動できるように、ガントリおよび寝台３２は構成される。なお、図１では煩雑となるので、ガントリ内の静磁場用磁石２２、シムコイル２４、傾斜磁場コイルユニット２６、ＲＦコイル２８を構成要素として図示し、ガントリ自体は図示していない。撮像領域は、例えば、「１つの画像」または「１セットの画像」の生成に用いるＭＲ信号の収集範囲であって、撮像空間の一部として設定される領域の意味である。

シムコイル２４は、シムコイル電源４２に接続され、シムコイル電源４２から供給される電流により、この静磁場を均一化する。静磁場用磁石２２は、超伝導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源４０に接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。なお、静磁場電源４０を設けずに、静磁場用磁石２２を永久磁石で構成してもよい。

傾斜磁場コイルユニット２６は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２６ｍｘと、Ｙ軸傾斜磁場コイル２６ｍｙと、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｚとを有し、静磁場用磁石２２の内側で筒状に形成されている。Ｘ軸傾斜磁場コイル２６ｍｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２６ｍｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｚはそれぞれ、Ｘ軸傾斜磁場電源４４ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源４４ｙ、Ｚ軸傾斜磁場電源４４ｚに接続される。
Ｘ軸傾斜磁場電源４４ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源４４ｙ、Ｚ軸傾斜磁場電源４４ｚからＸ軸傾斜磁場コイル２６ｍｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２６ｍｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｚにそれぞれ供給される電流により、Ｘ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚが撮像空間にそれぞれ形成される。

即ち、装置座標系の３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを合成して、論理軸としてのスライス選択方向傾斜磁場Ｇｓｓ、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｐｅ、および、読み出し方向（周波数エンコード方向）傾斜磁場Ｇｒｏの各方向を任意に設定できる。スライス選択方向、位相エンコード方向、および、読み出し方向の各傾斜磁場は、静磁場に重畳される。

ＲＦ送信器４６は、シーケンスコントローラ５６から入力される制御情報に基づいて、核磁気共鳴を起こすためのラーモア周波数のＲＦパルス（ＲＦ電流パルス）を生成し、これを送信用のＲＦコイル２８に送信する。ＲＦコイル２８には、ガントリに内蔵されたＲＦパルスの送受信用の全身用コイル（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ ｃｏｉｌ）や、寝台３２または被検体Ｐの近傍に設けられるＲＦパルスの受信用の局所コイルなどがある。
送信用のＲＦコイル２８は、ＲＦ送信器４６からＲＦパルスを受けて被検体Ｐに送信する。受信用のＲＦコイル２８は、被検体Ｐの内部の原子核スピンがＲＦパルスによって励起されることで発生したＭＲ信号（高周波信号）を受信し、このＭＲ信号は、ＲＦ受信器４８により検出される。

ＲＦ受信器４８は、検出したＭＲ信号に前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、フィルタリングなどの各種の信号処理を施した後、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換を施すことで、デジタル化された複素データである生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）を生成する。ＲＦ受信器４８は、生成したＭＲ信号の生データをシーケンスコントローラ５６に入力する。

冷却制御装置５０は、シーケンスコントローラ５６の制御に従って、傾斜磁場コイルユニット２６内に冷却媒体を循環させることで、傾斜磁場コイルユニット２６の発熱を抑制する。ここでは一例として、冷却媒体は冷却水であるものとするが、冷却媒体は蒸留水や精製水などの水に限定されるものではない。冷却媒体は例えば、不凍液などの液体や、空気、窒素などの気体であってもよい。但し、液体の方が気体よりも傾斜磁場コイルユニット内の周囲の熱をおおく吸収できるので、液体の方が望ましい。

冷却制御装置５０は、例えばホースによって傾斜磁場コイルユニット２６の接続チューブ７６、７８（後述の図２参照）にそれぞれ接続され、不図示の熱交換器および循環ポンプを備える。循環ポンプは、冷却媒体を傾斜磁場コイルユニット２６と熱交換器との間で循環させる。熱交換器は、傾斜磁場コイルユニット２６を冷却することで暖まった冷却媒体を冷やす。
演算装置６０は、ＭＲＩ装置２０全体のシステム制御を行うものである。

シーケンスコントローラ５６は、演算装置６０の指令に従って、傾斜磁場電源４４、ＲＦ送信器４６、ＲＦ受信器４８および冷却制御装置５０を駆動させるために必要な制御情報を記憶する。ここでの制御情報とは、例えば、傾斜磁場電源４４に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報である。

シーケンスコントローラ５６は、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源４４、ＲＦ送信器４６およびＲＦ受信器４８を駆動させることにより、Ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸傾斜磁場ＧｚおよびＲＦパルスを発生させる。また、シーケンスコントローラ５６は、ＲＦ受信器４８から入力されるＭＲ信号の生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）を受けて、これを演算装置６０に入力する。

（本実施形態の傾斜磁場コイルユニットの構成）
以下、図２〜図６を参照しながら、本実施形態の特徴である傾斜磁場コイルユニット２６の構造について詳細に説明する。

図２は、傾斜磁場コイルユニット２６の冷却管系統の概略構成を示す模式的斜視図である。図２に示すように、傾斜磁場コイルユニット２６は、接続チューブ７６、７８と、こここでは一例として円筒状であって内側に中空部分が形成された支持部材８０とを有する。

支持部材８０内には、配給チューブ８４と、複数の中継チューブ８６（図２では煩雑となるので１０本のみ図示）と、収集チューブ８８とが埋設されている。図中の一点鎖線は、円筒状の支持部材８０の中心軸である。

配給チューブ８４は、ここでは一例として横断面が長方形の棒状（長尺状）である。配給チューブ８４は、傾斜磁場コイルユニット２６の正常な設置状態において傾斜磁場コイルユニット２６内で鉛直方向に上側に位置するように、且つ、Ｚ軸方向に沿うように延在する。配給チューブ８４は、接続チューブ７６に連結されており、冷却制御装置５０から接続チューブ７６を介して流入する冷却媒体を各々の中継チューブ８６に流入させる。

収集チューブ８８は、ここでは一例として横断面が長方形の棒状（長尺状）である。収集チューブ８８は、傾斜磁場コイルユニット２６の正常な設置状態において傾斜磁場コイルユニット２６内で鉛直方向に下側に位置するように、且つ、Ｚ軸方向に沿うように延在する。収集チューブ８８は、接続チューブ７８に連結されており、各々の中継チューブ８６から流入する冷却媒体を、接続チューブ７８を介して冷却制御装置５０側に流出させる。

各々の中継チューブ８６は、パイプを半円状に湾曲させた形状であり、例えば、傾斜磁場コイルユニット２６の軸方向をＺ軸方向に合致させて設置した場合に、Ｘ−Ｙ平面に平行に延在するように埋設される。各々の中継チューブ８６は、一端側が配給チューブ８４に連結されていると共に、他端側が収集チューブ８８に連結されている。中継チューブ８６と配給チューブ８４との連結位置は、各々の中継チューブ８６毎に異なる共に、中継チューブ８６と収集チューブ８８との連結位置も、各々の中継チューブ８６毎に異なる。

従って、冷却媒体の流路は、冷却制御装置５０−接続チューブ７６−配給チューブ８４−いずれかの中継チューブ８６−収集チューブ８８−接続チューブ７８−冷却制御装置５０となる。即ち、冷却媒体の流路は、１通りではなく、中継チューブ８６の数だけ存在すし、各々の中継チューブ８６に流入する冷却水は、他の中継チューブ８６を通らずに収集チューブ８８に流出する。

また、傾斜磁場コイルユニット２６の軸方向をＺ軸方向に合致させて、鉛直方向（Ｙ軸方向）の最も上側に配給チューブ８４、鉛直方向の最も下側に収集チューブ８８が位置する配置を以下、「基準設置状態」という。この基準設置状態では、冷却媒体は、重力に従って配給チューブ８４から中継チューブ８６を介して収集チューブ８８に向けて落ちるため、上記の経路で無理なく流れる。即ち、配給チューブ８４に流入する冷却水は、各々の中継チューブ８６に分流後、重力によって下方に落ちることで収集チューブ８８に合流して、冷却制御装置５０側に流出する。

ここで、図２（および後述の図３）では煩雑となるので、中継チューブ８６を１０本のみ図示しているが、実際には例えば後述の図４に示すように多数の中継チューブ８６が埋設される。中継チューブ８６の本数がある程度多い方が、傾斜磁場コイルユニット２６をより均一に冷却する観点から好ましいからである。但し、接続チューブ７６−接続チューブ７８間の冷却媒体の経路を複数にするという新たな発想の観点からは、中継チューブ８６の本数が２本以上であれば本実施形態の技術思想に含まれる。

配給チューブ８４、中継チューブ８６、収集チューブ８８で構成される冷却管系統のチューブは、例えば銅などの熱伝導率が大きく、加工性に優れた金属で形成することが望ましく、本実施形態では一例として銅で形成されているものとする。但し、冷却チューブを形成する素材は、銅に限定されるものではなく、アルミや銀などの他の金属や、プラスチック、樹脂などで形成してもよい。また、冷却媒体として本実施形態のように水を用いる場合には、水で腐食しない素材であることが望ましい。

図３は、傾斜磁場コイルユニット２６における冷却管系統の模式的な分解斜視図である。図３に示すように、長尺状の配給チューブ８４は、一端側の面には接続チューブ７６に連結するための連結口が形成されているが、他端側の面には連結口が形成されていない。また、配給チューブ８４の一方の側面には、半数の中継チューブ８６に連結するための連結口が形成されており、その反対側の側面には、図３に点線で示すように、残り半分の中継チューブ８６に連結するための連結口が形成されている。

長尺状の収集チューブ８８は、一端側の面には連結口が形成されていないが、他端側の面には接続チューブ７８に連結するための連結口が形成されている。また、収集チューブ８８の一方の側面には、半数の中継チューブ８６に連結するための連結口が形成されており、その反対側の側面には、図３に点線で示すように、残り半分の中継チューブ８６に連結するための連結口が形成されている。

上記した接続チューブ７６、７８、配給チューブ８４、中継チューブ８６、収集チューブ８８の連結箇所は、例えば銅ロウや、銀ロウ、リン銅ロウなどを用いてロウ付け（鑞付け：ｂｒａｚｉｎｇ）されている。なお、連結方法は、上記に限定されるものではなく、例えば高融点半田を用いた半田付けや、ねじ止めなどの他の方法であってもよい。

半田付けの場合には、例えば温度検出センサの検出温度が約９０℃に達した時点でＭＲＩ装置２０の動作を停止させるように演算装置６０が各部を制御することが望ましい。傾斜磁場コイルユニット２６内の温度が半田の融点に達することを確実に避けることが望ましいからである。
ここで、傾斜磁場コイルユニット２６は、内部に温度センサを有する。

図４は、傾斜磁場コイルユニット２６内の温度センサの配置の一例を示す模式的斜視図である。ここでは一例として、傾斜磁場コイルユニット２６内には、１０個の温度センサ９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ、９４ｅ、９４ｆ、９４ｇ、９４ｈ、９４ｉ、９４ｊが埋設されている。温度センサ９４ａ〜９４ｊは、個別にシーケンスコントローラ５６に接続されており、温度を検出してシーケンスコントローラ５６に入力する。

傾斜磁場コイルユニット２６の軸方向（図中の一点鎖線）をＺ軸方向に合致させて設置させた場合に、温度センサ９４ａ、９４ｃ、９４ｅ、９４ｇ、９４ｉがＺ軸方向に等間隔で１直線状に並ぶように配置される。同様に、温度センサ９４ｂ、９４ｄ、９４ｆ、９４ｈ、９４ｊが軸方向に等間隔で１直線状に並ぶように配置される。ここでは一例として、温度センサ９４ａ、９４ｂは、基準設置状態において同じＸ−Ｙ平面上に位置するように、且つ、支持部材８０の互いに反対側に位置するように配置される。温度センサ９４ｃ、９４ｄについても同様であり、温度センサ９４ｅ、９４ｆについても同様であり、温度センサ９４ｇ、９４ｈについても同様であり、温度センサ９４ｉ、９４ｊについても同様である。

本実施形態では、上記の傾斜磁場コイルユニット２６と同型かつ同サイズのもの（冷却管系統を除く）を製造後、これを用いてイメージングのシーケンスを実行することで傾斜磁場コイルユニットの各部の温度を計測する。次に、かかる計測結果に基づいて、温度が上昇し易い部分を予め特定する。

そして、温度が上昇し易い部分で中継チューブ８６同士の間隔が小さくなるように、即ち、温度が上昇し易い部分で中継チューブ８６の本数が大きくなるように傾斜磁場コイルユニット２６を構成する。このように、温度が上昇し易い部分ほど中継チューブ８６の配管数を多くすることで、傾斜磁場コイルユニット２６をより均一に冷却する。

なお、単位体積当たりにおけるコイルエレメント（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸傾斜持場コイル２６ｍｘ、２６ｍｙ、２６ｍｚ）の巻き数が周囲よりも多い部分において、中継チューブ８６同士の間隔を周囲より小さくしてもよい。コイルエレメントの巻き数が多い箇所ほど、発熱量が大きいと考えられるからである。

図５は、本実施形態における傾斜磁場コイルユニット２６の冷却管系統の配管の詳細を示す模式的斜視図である。図５において、配給チューブ８４および収集チューブ８８は最も太い実線で示し、接続チューブ７６、７８は次に太い実線で示す。また、基準設置状態において配給チューブ８４および収集チューブ８８を含むＺ−Ｙ平面で支持部材８０を２等分した場合に、片側に配置される半分の中継チューブ８６を実線で示し、反対側に配置される残り半分の中継チューブ８６を点線で示す。

ここでは上記の計測結果の一例として、温度センサ９４ｃ、９４ｄ、９４ｇ、９４ｈにおいて他の温度センサ９４ａ、９４ｂ、９４ｅ、９４ｆ、９４ｉ、９４ｊよりも温度が上昇したものとする。図５は、かかる計測結果に基づいて、支持部材８０内における温度センサ９４ｃ、９４ｄを中央に含む領域１００ｃｄと、温度センサ９４ｇ、９４ｈを中央に含む領域１００ｇｈとで、中継チューブ８６同士の間隔が他の部位よりも小さくなるように製造された傾斜磁場コイルユニット２６を示す。

なお、図５は、どこで中継チューブ８６同士の間隔を小さくするかの一例にすぎず、温度が上昇し易い部分、および、中継チューブ８６同士の間隔を小さくする領域は、上記に限定されるものではない。

図６は、上記の傾斜磁場コイルユニット２６の部分的な断面模式図であり、基準設置状態において中継チューブ８６を含むように、Ｘ−Ｙ平面に平行に横断した断面を示す。なお図６は、基準設置状態における鉛直方向上側の断面のみを示すため、配給チューブ８４は図示されているが、収集チューブ８８は図示されていない。

図６に示すように、傾斜磁場コイルユニット２６は、アクティブシールドを用いた多層構造である。即ち、傾斜磁場コイルユニット２６は、内側から順に、メインコイル層２６ｍ、クーリング層２６ｃ、シールドコイル層２６ｓからなる３層構造である。

メインコイル層２６ｍは、Ｘ軸傾斜磁場コイル２６ｍｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２６ｍｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｚを例えば樹脂で円筒状にモールドして形成され、前述のように傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを撮像領域に形成する。

シールドコイル層２６ｓは、Ｘ軸シールドコイル２６ｓｘ、Ｙ軸シールドコイル２６ｓｙ、Ｚ軸シールドコイル２６ｓｚを例えば樹脂で円筒状にモールドして形成される。シールドコイル層２６ｓは、傾斜磁場電源４４から供給される電流により、メインコイル層２６ｍからの漏洩磁場を遮蔽する磁場を発生させる。

即ち、Ｘ軸シールドコイル２６ｓｘ、Ｙ軸シールドコイル２６ｓｙ、Ｚ軸シールドコイル２６ｓｚは、メインコイル層２６ｍから発生する傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚにそれぞれ対応した磁場をメインコイル層２６ｍの外側に発生させて、漏洩磁場を遮蔽する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｘ、２６ｍｙ、２６ｍｚ、および、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸シールドコイル２６ｓｘ、２６ｓｙ、２６ｓｚの構成は、従来技術と同様でよい。

クーリング層２６ｃは、メインコイル層２６ｍとシールドコイル層２６ｓとの間に配設され、略円周形状を有する帯状領域である。クーリング層２６ｃは、配給チューブ８４、中継チューブ８６、収集チューブ８８の配設層を内側に有すると共に、その外側に複数のシムトレイ１０４の配設層を有する二層構造である。なお、この配置は一例にすぎず、例えば、配給チューブ８４、中継チューブ８６、収集チューブ８８の配設層を外側に、シムトレイ１０４の配設層を内側にしてもよい。

各々のシムトレイ１０４は、略等間隔で配設され、例えば非磁性かつ非電導性の樹脂によって、Ｚ軸方向に延在した概略棒状に形成される。各々のシムトレイ１０４には、所定数の鉄シム（図示せず）が収納される。

そして、配給チューブ８４、中継チューブ８６、収集チューブ８８内を冷却媒体が循環するため、メインコイル層２６ｍおよびシールドコイル２６ｓによって発生する熱がシムトレイ１０４に伝わりにくくなる。

なお、前述の温度センサ９４ａ〜９４ｊは、例えばＹ軸傾斜磁場コイル２６ｍｙの層内に埋設されるが、これは一例にすぎず、Ｚ軸傾斜磁場コイル２６ｍｚ或いはシールドコイル２６ｓの層内に埋設してもよい。
以上が本実施形態の傾斜磁場コイルユニット２６の構造の説明である。

（本実施形態の動作説明）
以下、上記ＭＲＩ装置２０によるイメージング動作の一例について説明する。
寝台３２に被検体Ｐがセットされ、静磁場電源４０により励磁された静磁場用磁石２２によって撮像空間に静磁場が形成される。また、シムコイル電源４２からシムコイル２４に電流が供給されて、撮像空間に形成された静磁場が均一化される。

冷却制御装置５０は、例えば静磁場の印加開始と同時に、或いは、ＭＲＩ装置２０の電源オンと同時に、シーケンスコントローラ５６の制御に従って、傾斜磁場コイルユニット２６への冷却水の循環を開始させる。これと同時に、冷却制御装置５０は、循環によって傾斜磁場コイルユニット２６の熱を吸収した冷却水を冷却し、温度センサ９４ａ〜９４ｊは、検出した温度をシーケンスコントローラ５６にそれぞれ入力する。これにより、以下のイメージングの期間中において、傾斜磁場コイルユニット２６の冷却が行われる。

そして、入力装置６２から演算装置６０に撮像開始指示が入力されると、演算装置６０は、パルスシーケンスを含む撮像条件をシーケンスコントローラ５６に入力する。シーケンスコントローラ５６は、入力されたパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源４４を駆動させることで、撮像領域に傾斜磁場を形成させると共に、ＲＦ送信器４６からＲＦコイル２８にＲＦパルスを供給させ、これにより、被検体ＰにＲＦ信号を送信する。

このため、被検者Ｐの内部の核磁気共鳴により生じたＭＲ信号（エコー信号）が、ＲＦコイル２８により受信され、ＲＦ受信器４８により検出される。ＲＦ受信器４８は、検出したＭＲ信号に所定の信号処理を施した後、これをＡ／Ｄ変換することで、デジタル化したＭＲ信号である生データを生成する。ＲＦ受信器４８は、生成した生データをシーケンスコントローラ５６に入力する。

シーケンスコントローラ５６は、生データを演算装置６０に入力し、演算装置６０は、その内部のｋ空間データベースにおいて、生データをｋ空間データとして配置する。演算装置６０は、ｋ空間データにフーリエ変換を含む画像再構成処理を施すことで画像データを再構成し、これを一旦保存後、これに所定の画像処理を施すことで表示用画像データを生成し、この表示用画像データを記憶装置６６に保存する。

そして、発熱した傾斜磁場コイルユニット２６の温度（温度センサ９４ａ〜９４ｊの検出温度）が規定値に下がるまで、冷却制御装置５０は、シーケンスコントローラ５６の制御に従って、傾斜磁場コイルユニット２６への冷却水の循環および冷却水の冷却を行う。発熱した傾斜磁場コイルユニット２６の温度が規定値に下がると、冷却制御装置５０は、上記の冷却動作を終了する。

このように本実施形態では、配給チューブ８４に流入する冷却水は、各々の中継チューブ８６に分流後、収集チューブ８８に合流して、冷却制御装置５０側に流出する。即ち、冷却水の経路の数は、多数の中継チューブ８６の本数（図５の例では３０本）と同数となり、各々の中継チューブ８６に流入する冷却水は、他の中継チューブ８６を通らずに収集チューブ８８に流出する。

ここで、冷却水が入口側（接続チューブ７６側）から出口側（接続チューブ７８側）に進むに従って、発熱したコイルエレメントの熱を吸収して次第に温度が高くなることは、多少なりとも避けられない。しかし、本実施形態では冷却水の経路が多数に分岐しているため、入口側の中継チューブ８６を流れる冷却水と、出口側の中継チューブ８６を流れる冷却水とで、流路の差は最大でも配給チューブ８４の長さ以下に抑えられるので、両者の温度はあまり変わらない。即ち、各々の中継チューブ８６に流れる冷却水の温度をほぼ同じにすることができる結果、従来よりも均一的な冷却が可能となる。

さらに本実施形態では、製造前の計測結果に基づいて、イメージングのシーケンス実行時における傾斜磁場コイルユニット２６の温度が上昇し易い箇所ほど、中継チューブ８６を多く配設する。このため、メインコイル２６ｍやシールドコイル２６ｓ、シムトレイ１０４をほぼ均一に冷却しうる。

これに対し従来技術では、例えば特許文献２の図２のように、１本の長いチューブを等間隔になるように螺旋状に巻いたものであり、冷却媒体の流路が一つしかない。かかる従来構造では、冷却水は、傾斜磁場コイルの入口側から出口側に進むに従って、発熱したコイルエレメントの熱を吸収し、次第に温度が高くなるため、出口側では冷却水の温度が上がっているので冷却効果が大きく下がる。

また、上記従来技術では、製造工程上、冷却チューブとしての１本の長いパイプをコイル状に巻くため、長いパイプが用いていた。これに対し本実施形態では、長いパイプを要せずとも、図３の分解斜視図に示すように、複数のチューブを連結することによって、十分な冷却機能を備えた傾斜磁場コイルユニットを製造可能である。

また、長尺状の配給チューブ８４および収集チューブ８８を複数の円弧状の中継チューブ８６によって互いに連結する本実施形態の手法の方が、従来のように一本の長いパイプを巻くよりも簡易に製造可能である。

また、従来の冷却管系統は、１本の長いパイプをコイル状に巻いた構造上、１箇所でも不良が生じた場合には全部を交換していた。これに対し、複数のチューブを連結した本実施形態の構造では、中継チューブ８６の１つに不良が生じた場合には当該不良部分を新しい中継チューブ８６に交換すればよいため、部分的な修理が可能である。

また、本実施形態の傾斜磁場コイルユニット２６は、上記のように従来よりも簡易に製造可能であるため、使用されるシーケンス、ＭＲＩ装置のグレードや、傾斜磁場電源のスペック等に応じて、製造時に中継チューブ８６の本数や配置を適切に変更しうる。

以上説明した実施形態によれば、ＭＲＩにおける傾斜磁場コイルを従来よりも均一に冷却することができる。

（実施形態の補足事項）
［１］上記実施形態では、冷却管系統が一層である例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではなく、例えば二層であっても三層以上であってもよい。

図７は、冷却管系統を二層とした場合の傾斜磁場コイルユニット２６Ｂの支持部材８０ｂのＸ−Ｙ平面の断面を前述の図６と同様に示すものである。クーリング層２６ｃ’において、シムトレイ１０４の配設層の内側には、配給チューブ８４、中継チューブ８６、および、不図示の収集チューブ８８からなる第１の冷却管系統の層が配設される。また、クーリング層２６ｃ’において、シムトレイ１０４の配設層の外側には、配給チューブ８４ｂ、中継チューブ８６ｂ、および、収集チューブ８８ｂ（図８参照）からなる第２の冷却管系統の層が配設される。

図８は、図７に示す傾斜磁場コイルユニット２６Ｂの冷却管系統を示す模式的斜視図である。図８において、外側になる上記の第２の冷却管系統は太い実線および点線で示し、内側になる第１の冷却管系統は細い実線および点線で示す。

なお、図８では煩雑となるので、第１の冷却管系統、第２の冷却管系統共に中継チューブ８６（８６ｂ）の数を１８としているが、これは一例にすぎない。中継チューブ８６（８６ｂ）の数は、１８未満でもよく、１９以上でもよい。また、第１の冷却管系統と、第２の冷却管系統とで、中継チューブ８６（８６ｂ）の数や配置を変えてもよいし、図８のように同じにしてもよい。

また、図２〜図６で説明した冷却管系統が一層の構成の場合、冷却管系統の層は、シムトレイ１０４よりもシールドコイル２６ｓ側に配置する構成でもよいが、上記実施形態のようにシムトレイ１０４よりもメインコイル２６側の方が望ましい。メインコイル２６ｍの方が、発熱が大きいと考えられるからである。

［２］上記実施形態では、傾斜磁場コイルユニット２６の軸方向をＺ軸方向（鉛直方向に直交する方向）に合致させる例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。

例えば、静磁場用磁石２２、シムコイル２４、傾斜磁場コイルユニット２６、ＲＦコイル２８等で構成される円筒状のガントリの軸方向を鉛直方向に合致させて配置可能な構成としてもよい。

図９は、この場合における傾斜磁場コイルユニット２６Ｃの冷却管系統の一例を示す模式的斜視図である。この場合、傾斜磁場コイルユニット２６Ｃの軸方向が鉛直方向に合致するため、重力で水が流れ易いように、中継チューブ８６を傾けて配置することが望ましい。即ち、中継チューブ８６は、配給チューブ８４との連結部分において鉛直方向最も上側になり、収集チューブ８８との連結部分において鉛直方向最も下側にすればよい。

この場合も、重力に従って、接続チューブ７６−配給チューブ８４−中継チューブ８６−収集チューブ８８−接続チューブ７８の経路で円滑に冷却媒体が流れる。
また、図９では煩雑となるので、中継チューブ８６の数を１８としているが、これも上記同様に一例にすぎない。

［３］鉛直方向に水を流す例を述べたが、逆方向に循環させてもよい。但し、上記実施形態のように、鉛直方向に水を流す方が、循環に要する圧力を小さくできる点から望ましい。

［４］上記実施形態では、静磁場用磁石２２、シムコイル２４、傾斜磁場コイルユニット２６等から構成される円筒状のガントリの一端側および他端側が開口している例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、傾斜磁場コイルユニット２６Ｄの支持部材８０ｄの一端側（接続チューブ７６側）が閉じており、他端側（接続チューブ７８側）のみが被検体の挿入用に開口した形状であってもよい。
或いは、傾斜磁場コイルユニット２６Ｄの支持部材８０ｄの形状は、直方体の中央部を（被検体が配置される撮像空間となる中空部分として）刳り貫いた形状などであってもよい。

［５］基準設置状態において傾斜磁場コイルユニット２６をＹ―Ｚ平面で２等分した場合に、中継チューブ８６が両側（片側は、図５の実線で示す中継チューブ８６であり、反対側は点線で示す中継チューブ８６）にある例を述べた。これは一例にすぎず、例えば、Ｙ―Ｚ平面で２等分した場合に片側のみに中継チューブ８６を配置した構造であってもよい。

［６］配給チューブ８４および収集チューブ８８が棒状（長尺状）である例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。配給チューブ８４および収集チューブ８６は、例えば、一定軸方向に進行する正弦波の波形のようにうねった（湾曲を繰り返した）形状であってもよい。

［７］温度が上がり易い箇所ほど、中継チューブ８６の本数を多くする例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。温度が上がり易い箇所ほど冷却媒体の流量が多くすることで、傾斜磁場コイルユニット２６の温度をより均一に近づける観点からは、例えば中継チューブ８６を等間隔で埋設すると共に、温度が上がり易い箇所ほど中継チューブ８６の内径を大きくしてもよい。或いは、温度が上がり易い箇所ほど、中継チューブ８６の本数を多くすると共に中継チューブ８６の内径を大きくしてもよい。これらの場合も同様の効果が得られる。

［８］請求項の用語と実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。
配給チューブ８４は、請求項記載の第１管部材の一例である。
収集チューブ８８は、請求項記載の第２管部材の一例である。
中継チューブ８６は、請求項記載の中継管部材の一例である。

［９］本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

２０ ＭＲＩ装置
２２ 静磁場用磁石
２４ シムコイル
２６、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ 傾斜磁場コイルユニット
２６ｃ クーリング層
２６ｍｘ Ｘ軸傾斜磁場コイル
２６ｍｙ Ｙ軸傾斜磁場コイル
２６ｍｚ Ｚ軸傾斜磁場コイル
２６ｓｘ Ｘ軸シールドコイル
２６ｓｙ Ｙ軸シールドコイル
２６ｓｚ Ｚ軸シールドコイル
２８ ＲＦコイル
３０ 制御系
３２ 寝台
４０ 静磁場電源
４２ シムコイル電源
４４ 傾斜磁場電源
４４ｘ Ｘ軸傾斜磁場電源
４４ｙ Ｙ軸傾斜磁場電源
４４ｚ Ｚ軸傾斜磁場電源
４６ ＲＦ送信器
４８ ＲＦ受信器
５０ 冷却制御装置
５６ シーケンスコントローラ
５８ コンピュータ
６０ 演算装置
６２ 入力装置
６４ 表示装置
６６ 記憶装置
７６、７８ 接続チューブ
８０ 支持部材
８４ 配給チューブ
８６ 中継チューブ
８８ 収集チューブ
９４ａ〜９４ｊ 温度センサ
１０４ シムトレイ
Ｐ 被検体

Claims (6)

1. コイルエレメントが内蔵された支持部材の一端側または他端側の少なくとも一方が開口していることで前記支持部材の内側に中空部分が形成されており、磁気共鳴イメージング装置から前記コイルエレメントに供給される電流に応じた傾斜磁場を前記中空部分に発生させる傾斜磁場コイルユニットであって、
   前記支持部材内において前記一端側から前記他端側に向けて埋設されており、前記一端側から冷却媒体が流入する第１管部材と、
   前記中空部分を間に挟んで前記第１管部材に対向するように、前記支持部材内において前記一端側から前記他端側に向けて埋設されており、前記他端側から前記冷却媒体を流出させる第２管部材と、
   前記支持部材内に埋設され、前記第１管部材の異なる部分にそれぞれ連結していると共に前記第２管部材の異なる部分にそれぞれ連結しており、前記第１管部材から流入する前記冷却媒体を前記第２管部材に流入させる複数の中継管部材と
   を備えていることを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
2. 請求項１記載の傾斜磁場コイルユニットにおいて、
   前記支持部材は円筒状に形成されており、
   前記第１管部材および前記第２管部材は、前記円筒の軸方向に沿って延在する棒状であることを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
3. 請求項２記載の傾斜磁場コイルユニットにおいて、
   複数の前記中継管部材は、弧状に延在することを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
4. 請求項１記載の傾斜磁場コイルユニットにおいて、
   前記支持部材内の温度を検出して、検出温度を前記磁気共鳴イメージング装置側に入力する複数の温度検出センサをさらに備え、
   前記中継管部材は、互いに離間して配置され、
   前記中継管部材同士の間隔は、前記磁気共鳴イメージング装置のイメージグシーケンス実行時における前記温度検出センサの検出温度が他の前記温度検出センサよりも高くなるところほど、小さい
   ことを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
5. 請求項１記載の傾斜磁場コイルユニットにおいて、
   前記支持部材内では、傾斜磁場コイルユニットの設置状態における鉛直方向の上側において前記第１管部材が埋設されていると共に、前記鉛直方向の下側において前記第２管部材が埋設されていることを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
6. 被検体が置かれる撮像空間に静磁場および傾斜磁場を印加すると共に核磁気共鳴を起こすためのＲＦ信号を送信し、核磁気共鳴によって発せられるエコー信号を受信して、前記エコー信号に基づいて前記被検体の画像データを生成する磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記傾斜磁場の印加を担う請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイルユニットを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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