JP2014236827A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜磁場の発生効率の低下を抑えつつ、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流と残留磁場の発生を抑えることができ、良好な画像を得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】ＭＲＩ装置は、磁性部材３１を備えており、磁性部材３１は、赤道面と平行な面に沿って複数配置されるブロック状部材９と、赤道面と平行な面に沿って配置され、少なくとも中心軸側から半径方向に外縁まで連続して形成されてなるシート状部材２２と、を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、「ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置」ともいう）に関する。

ＭＲＩ装置は、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、被検体に物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。

ＭＲＩ装置は、主に、被検体が挿入される撮像空間に均一な静磁場を生成する静磁場磁石と、撮像空間に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイルと、被検体に高周波パルスを照射するＲＦコイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムとを備えている。

ＭＲＩ装置の性能向上の手段として、静磁場磁石が生成する静磁場の強度と均一性の向上がある。静磁場がより強い程、鮮明な画像が得られ、また、静磁場が広い空間でより一様である程、広い範囲にわたって鮮明な画像を得ることができる。このため、ＭＲＩ装置は、静磁場の強度と均一性の向上を指向して、開発が続けられている。他の性能向上の手段としては、傾斜磁場精度の向上と傾斜磁場パルスの高速駆動とがある。これらは、画質の向上と撮像時間の短縮とに寄与する。特に撮像方法の高度化・多様化に伴い、傾斜磁場パルスを発生させる電流波形は高速に変化する傾向にある。

傾斜磁場コイルは、パルス状の電流が流れるため、撮像空間において傾斜磁場を生じさせるだけでなく、撮像空間外に漏れ磁場を生じさせる。これにより、静磁場磁石を構成する金属構造物に変動磁場が生じて渦電流を発生させる。渦電流は、撮像空間内で変動磁場を生じさせるため、静磁場と傾斜磁場の分布に影響して画質に悪影響を与える。特に、近年のＭＲＩ装置においては、撮像方法の高度化に伴い、高精度な磁場が要求されるため、渦電流を低減することが重要な課題となっている。

このため、一般に、超電導コイルを有する静磁場磁石を備えた高磁場のＭＲＩ装置は、シールドコイルを有する自己遮蔽型の傾斜磁場コイルを採用することにより、撮像空間外への漏れ磁場を低減する構造となっている。一方、中低磁場のＭＲＩ装置は、傾斜磁場コイルを出力の小さな駆動電源で使用するために、シールドコイルを有しておらず、その代わりに、静磁場磁石の磁極部表面に、珪素鋼板等の、磁束の通路となり、かつ、渦電流の発生が少ない磁性体が設置されている。また、中低磁場のＭＲＩ装置の静磁場磁石は、磁性体である鉄製の磁極部を使用することが多い。この場合、傾斜磁場コイルによる変動磁場は、渦電流による磁場だけでなく、磁気ヒステリシス特性を持った鉄製の磁極部の磁化による残留磁場も生じさせて、画像に悪影響を及ぼすため、これらを低減することが重要な課題となっている。

本技術分野の背景技術として、特開２００４−６５７１４号広報（特許文献１）がある。この公報には、静磁場磁石の磁極部表面上の表層部と深層部とに、それぞれ複数の珪素鋼板を設置し、表層部の珪素鋼板の大きさを深層部の珪素鋼板の大きさより小さく設定する技術が示されている（請求項１、図２参照）。また、特開２０００−１５７５１１号公報（特許文献２）には、積層されたかつ相互に絶縁された複数の層からなる磁極板を備え、該層が相並べて配置された透磁性材料からなる要素を備えており、連続する層を層方向に相互にずらして配置する技術が示されている（要約、図２参照）。

特開２００４−６５７１４号公報 特開２０００−１５７５１１号公報

特許文献１に示される技術は、表層部の珪素鋼板の大きさを深層部よりも小さくすることにより、特に表層部で大きくなる渦電流の発生を抑えている。しかしながら、表層部に用いられる小さな珪素鋼板は、隣り合う珪素鋼板同士の接合部分において生じる空間のために、占積率（空間の単位体積当たりの珪素鋼板が占める体積の割合）が低下し、珪素鋼板の面に沿う、すなわち珪素鋼板の面に平行な方向の磁気抵抗が増加する。このため、傾斜磁場の発生効率が低下する。これを避けるためには、厚さ方向の寸法を大きくすることにより珪素鋼板の量を増やす必要がある。

また、特許文献２に示される技術は、積層方向に連続する層間で要素（ブロック状部材）を層方向に相互にずらすことにより、ブロック状部材間の隙間に起因する、珪素鋼板の表面に垂直方向の磁束に対する磁気抵抗の不連続を、均一に近づける効果がある。しかしながら、同一層内および積層方向に連続する層間において、ブロック状部材間は、ブロック状部材に被覆された絶縁材料が介在している。したがって、この場合も、絶縁材料による占積率の低下によって珪素鋼板の面に平行な方向の磁気抵抗が大きくなるため、ブロック状部材を厚さ方向に多数積層する必要がある。

このように、特許文献１，２に示される技術では、いずれも珪素鋼板などの磁性体を小さなブロック状部材とすることで渦電流の発生を抑えることが可能となる。一方で、ブロック状部材間において生じる空間によって占積率が低下する。これにより、珪素鋼板の面に平行な方向の磁気抵抗が増加するため、傾斜磁場の発生効率が低下する。これを防ぐためには、厚さ方向の寸法を大きくすることが必要になる。そのために珪素鋼板をブロック形状に加工して多数積層することは、作業が煩雑となるだけでなく、珪素鋼板が一般に鉄よりも高価であることから使用量を極力減らしたいという要求にも反することになる。また、前記した占積率の低下を補うために、大きな強度の傾斜磁場を発生させることも考えられるが、この場合には、傾斜磁場コイルの駆動電源を強化しなければならないという問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、傾斜磁場の発生効率の低下を抑えつつ、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流と残留磁場の発生を抑えることができ、良好な画像を得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を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、互いに同軸となる中心軸を有しかつ該中心軸に垂直な平面に関して面対称となるように配置され、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極部を有し、被検体の撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、前記平面に関して面対称となるように配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、前記平面に関して面対称となるように配置された一対の磁性部材と、を備え、前記磁性部材は、前記平面と平行な面に沿って複数配置されるブロック状部材と、前記平面と平行な面に沿って配置され、少なくとも前記中心軸側から半径方向に外縁まで連続して形成されてなるシート状部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、傾斜磁場の発生効率の低下を抑えつつ、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流と残留磁場の発生を抑えることができ、良好な画像を得ることができる磁気共鳴イメージング装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置を模式的に示す外観斜視図である。 本発明の第１実施形態のＭＲＩ装置の構成と傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置の下側の磁極の磁性部材を示す部分断面斜視図である。 比較例としての従来技術によるブロック状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 比較例としての他の従来技術によるブロック状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第３実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第４実施形態に係るブロック状部材、シート状部材、および傾斜磁場コイルを示す部分断面図である。 本発明の第５実施形態に係るシート状部材の形状を示す部分平面図である。 本発明の第６実施形態に係るシート状部材の形状を示す部分平面図である。

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、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付している。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置を模式的に示す外観斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態のＭＲＩ装置の構成と傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置の下側の磁極の磁性部材を示す部分断面斜視図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、一般的な中低磁場のＭＲＩ装置である。ＭＲＩ装置１００は、略円盤形状の上下一対の磁極１を略Ｃ字形状のリターンヨーク２で連結した形状を有しており、上下一対の磁極１の間にある撮像空間３に矢印で示す方向４に静磁場を発生する。被検者（被検体）５が可動式のベッド６によって撮像空間３に運ばれて、画像の取得が行われる。なお、説明を明確にするため、図１に示すように、撮像空間３の中心を原点とし、正面視して左右方向に沿ってｘ軸、正面視して前後方向（奥行き方向）に沿ってｙ軸、上下方向に沿ってｚ軸を設定する（以降の図でも同様）。

このような中低磁場垂直磁場型のＭＲＩ装置１００は、一般的な高磁場水平磁場型のＭＲＩ装置と比較して、被検者５が挿入される撮像空間３の周囲の広い範囲が構造物で囲まれておらず、被検者５はより解放感を得ることができる。これにより、被検者５の不安感を取り除くとともに、ベッド６を移動させることで常に撮像空間３の中心で患部を撮像することができる。さらに、撮像中に装置外部から操作者等が被検者５の撮像を補助することができるといった特徴を持つ。

図２に示すように、ＭＲＩ装置１００は、互いに同軸となる中心軸５１を有しかつ該中心軸５１に垂直な平面である赤道面５２に関して面対称となるように配置され、被検者５（図１参照）の撮像空間３に静磁場を発生させる上下一対の静磁場磁石３０と、赤道面５２に関して面対称となるように配置され、撮像空間３に傾斜磁場を発生させる上下一対の傾斜磁場コイル１４と、被検者５に高周波パルスを照射する上下一対のＲＦコイル２０と、赤道面５２に関して面対称となるように配置された上下一対の磁性部材３１と、を備えている。ここで、中心軸５１は、ｚ軸と合致しており、赤道面５２は、ｘｙ平面、すなわちｘ軸とｙ軸とを含む平面である。なお、ｙ軸は、図２で紙面に垂直方向の軸である。

磁極１は、静磁場磁石３０、傾斜磁場コイル１４、ＲＦコイル２０、および磁性部材３１等の要素部材を、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等製のカバー２１で覆って構成されている。

静磁場磁石３０は、超電導線材を用いた略円環形状の電磁コイル１０を有しており、静磁場を発生させる。ただし、静磁場磁石３０は、これに限定されるものではなく、常電導線材を用いた略円環形状の電磁コイルを有するものであってもよく、あるいは、磁化された永久磁石を有するものであってもよい。電磁コイル１０は、外側から真空容器１１、輻射シールド１２、液体ヘリウム容器１３等の断熱構造を有する容器内に収容されており、図示しない液体ヘリウムおよび冷凍機等によって極低温に維持されるようになっている。

また、静磁場磁石３０は、鉄（Ｆｅ）等の磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極部７と、鉄等の磁性体から構成される略円環形状の磁極突起部８とを有している。

磁性部材３１は、例えば略四角形板形状の磁性体を積層して略タイル形状に構成したブロック状部材９を有している。ここでは、ブロック状部材９に使用される磁性体は、鉄よりも電気抵抗値が高く、磁気ヒステリシス特性が小さい（ヒステリシス損が小さい）材料、例えば珪素鋼板等から構成されている。また、珪素鋼板は、鉄よりも透磁率が大きい。これらの磁極部７、磁極突起部８、およびブロック状部材９は、上下一対の磁極１をつなぐリターンヨーク２（図１参照）とともに、磁気回路を形成している。

傾斜磁場コイル１４は、ブロック状部材９の撮像空間３側に設置されている。この傾斜磁場コイル１４は、撮像空間３にその中心からの距離に比例した強度で、静磁場の方向４に沿う方向の傾斜磁場１５をパルス状に発生させる。

傾斜磁場コイル１４は、撮像空間３に位置情報を付与するために、撮像空間３において直交する三方向に独立に傾斜磁場を発生させるべく、上下で３組のコイルの対から構成されている。すなわち、傾斜磁場コイル１４は、Ｘ傾斜磁場コイル１６、Ｙ傾斜磁場コイル１８、およびＺ傾斜磁場コイル１９を備えている。Ｘ傾斜磁場コイル１６は、ｘ軸方向の傾斜磁場１５を発生させ、Ｘ傾斜磁場コイル１６による磁束１７は破線で示されるような分布となる。また、Ｙ傾斜磁場コイル１８は、ｙ軸方向の傾斜磁場を発生させ、Ｚ傾斜磁場コイル１９は、ｚ軸方向の傾斜磁場を発生させる。これらの３つの傾斜磁場コイル１６，１８，１９は、樹脂等に埋設されて一体の略円盤形状に形成され、上下の磁極１にそれぞれ設置されて、一対の傾斜磁場コイル１４を構成している。

ＲＦコイル２０は、傾斜磁場コイル１４のさらに撮像空間３側に設置されている。このＲＦコイル２０は、高周波の電磁パルスを発生させる。なお、ＲＦコイル２０は、傾斜磁場コイル１４と一体に形成される場合、または、カバー２１を兼ねる場合もある。

このほか、図示していないが、ＭＲＩ装置１００には、傾斜磁場コイル１４やＲＦコイル２０を駆動するための電源装置、電源を制御したりＲＦコイル２０により得られた信号を画像化したりするコンピュータシステム等が含まれる。

図３は、下側の磁極１（図１参照）のうち、磁極部７、磁極突起部８、ブロック状部材９、断熱構造の容器１１，１２，１３とその内部に収められた電磁コイル１０、および、シート状部材２２の構成を部分断面図で示している。

図３に示すように、磁性部材３１は、ブロック状部材９に加えて、磁性体から構成されるシート状部材２２を備えている。ここでは、シート状部材２２に使用される磁性体は、ブロック状部材９と同様に、鉄よりも電気抵抗値が高く、磁気ヒステリシス特性が小さい材料、例えば珪素鋼板等から構成されている。このような材料を使用することにより、渦電流と残留磁場の発生をより少なくすることができる。

ブロック状部材９は、赤道面５２（図２参照）と平行な面に沿って複数敷き詰めるように配置されており、複数のブロック状部材９の外縁が略円形を呈している。一方、シート状部材２２は、赤道面５２と平行な面に沿って配置され、少なくとも中心軸５１（ｚ軸）側から半径方向に外縁まで連続して形成された構造となっており、ここでは、略円盤形状を呈している。ただし、製作上の観点から、シート状部材２２が略円盤形状を半径方向に沿う線で分割した形状の複数のシートを組み合わせることにより構成されることも可能である。また、ブロック状部材９は、赤道面５２に垂直な方向に複数の層（図２、図３では２層）を形成しており、シート状部材２２は、ブロック状部材９の層間に設置されている。

ブロック状部材９は、薄い珪素鋼板等の部材をエナメル塗料などの絶縁層を介して積層した構造を有している。このような構成により、傾斜磁場コイル１４にパルス状の電流が通電された場合に発生する変動磁場によって渦電流が発生するが、この渦電流がブロック状部材９の表面で発生し、磁極部７の方向に浸透することを防いでいる。磁極部７は通常、鉄等の電気抵抗が小さく、かつ、磁気ヒステリシス特性が大きい部材で構成されているため、磁極部７で渦電流が発生すると、この渦電流により、撮像空間３（図２参照）において渦電流磁場が生じると同時に、傾斜磁場コイル１４による変動磁場によって残留磁場が発生し、画質劣化の原因となる。ブロック状部材９を小さい略四角形のタイル形状とするのは、ブロック状部材９の面内（ｘｙ平面内）方向の渦電流の発生を抑えるためであり、ブロック状部材９の一辺の寸法を小さくする程効果的である。

また、図２に示すように、ブロック状部材９は、傾斜磁場コイル１４により発生する磁束１７の磁気回路にもなっている。ブロック状部材９を構成する珪素鋼板は、比透磁率が１００００〜２００００程あるため、空気等に比べて磁気抵抗が小さく、より小さい電流値で必要な傾斜磁場１５を発生することができる。珪素鋼板の比透磁率は、磁気的に飽和しない、およそ１．７〜１．８テスラ以下で大きく、それ以上では急激に小さくなる。このため、静磁場の強度が０．７テスラ程度以下の中低磁場のＭＲＩ装置においては、傾斜磁場コイル１４による漏れ磁場を抑えるシールドコイルの代わりに、珪素鋼板から構成されるブロック状部材９が一般に採用されている。

次に、図４〜図６を参照して、前記のように構成されたＭＲＩ装置１００の磁性部材３１の作用について説明する。
図４は、比較例としての従来技術によるブロック状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。図５は、比較例としての他の従来技術によるブロック状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。

図４に示すように、従来の中低磁場のＭＲＩ装置においては、鉄製の略円盤形状の磁極部７の表面上に、同一形状のブロック状部材９が層方向に真直ぐに重なるように積層された構造が採用されている。このような構成では、傾斜磁場コイルによる磁束１７は、ブロック状部材９を通過するが、ブロック状部材９間の水平方向（ブロック状部材９の表面に沿う方向）の隙間を通過する際に、隙間を構成する空気の透磁率が小さいため、ブロック状部材９の積層方向に広がる。一方、ブロック状部材９と鉄製の磁極部７との界面において、鉄の比透磁率は空気よりも大きいために、傾斜磁場コイルによる磁束１７は磁極部７を通過する。このため、磁極部７に渦電流２３が発生し、撮像空間に画像劣化の原因となる磁場を生じさせる場合があった。また、静磁場磁石による磁束２４は撮像空間に均一な分布を作る必要があるが、ブロック状部材９間の水平方向の隙間によって水平面内における均一な分布が妨げられる場合もあった。

図５は、図４に示す従来技術を改良した構造を示す他の従来技術を示している。
図５に示すように、他の従来の中低磁場のＭＲＩ装置においては、鉄製の略円盤形状の磁極部７の表面上に、ブロック状部材９が層ごとに水平面（ブロック状部材９の表面に平行な平面）内で位置をずらして積層された構造が採用されている。このような構成では、ブロック状部材９間の水平方向の隙間は、積層方向に連続して存在しない。このため、傾斜磁場コイルによる磁束１７は、ブロック状部材９間の水平方向の隙間部分において、積層方向に隣接するブロック状部材９を通過するように迂回し、磁極部７での渦電流が低減される。また、静磁場磁石による磁束２４の不均一性も、ブロック状部材９間の水平方向の隙間が水平面内全体に分散して分布するために抑えられる。

しかしながら、ブロック状部材９は、厚さが例えば０．２〜０．５ｍｍの薄い珪素鋼板を積層したものであり、１枚の珪素鋼板は表面にワニスやエナメル等の絶縁性を有する薄い被膜で覆われている。したがって、珪素鋼板の比透磁率が１００００〜２００００程度であることからブロック状部材９の面内方向の磁気抵抗は小さいが、積層方向の磁気抵抗は絶縁性被膜の厚さの空気とほぼ同等である。すなわち、珪素鋼板に対する絶縁被膜の厚さは例えば２〜５％であるので、ブロック状部材９の積層方向の磁気抵抗は面内方向に対して２００〜１０００倍程度大きい。さらに、ブロック状部材９間の隙間は、エポキシ樹脂等で絶縁・固定されるので、磁気抵抗がさらに大きくなる。このため、図５に示す構成においても、傾斜磁場コイルによる磁束１７に対する磁気抵抗は、充分に低いとは言えず、傾斜磁場コイルを駆動する電流を大きくする等の対策が必要となるおそれがある。

これに対して、図６に示すように、本発明の第１実施形態では、ブロック状部材９が赤道面５２に垂直な方向に複数の層（ここでは２層）を形成しており、シート状部材２２がブロック状部材９の積層方向の間、すなわち層間に設置されている。図６では、シート状部材２２を間に挟むブロック状部材９は、層方向に真直ぐに重なるように積層された構造が採用されており、簡易に構成することができる。ここで、シート状部材２２は、傾斜磁場コイル１４（図２参照）からの磁束１７の磁気回路を形成する。このような構成によれば、傾斜磁場コイル１４による磁束１７は、シート状部材２２を通過する際に空隙（隙間）を通らないため、図４および図５に示す従来の構成に対して効果的に磁気抵抗を低減することができる。また、傾斜磁場コイル１４による磁束１７は、ブロック状部材９間の水平方向の隙間部分において、積層方向に隣接するシート状部材２２を通過するように迂回するため、磁極部７での渦電流と残留磁場の発生が抑えられる。さらに、傾斜磁場コイル１４による磁束１７の磁気抵抗が小さくなるので、ブロック状部材９と合わせた磁性部材３１の積層方向の厚さを低減することができる。このため、鉄に比べて高価な珪素鋼板の使用量の削減、および製造作業性の向上が図られる。

シート状部材２２は、ブロック状部材９と同様に、薄い珪素鋼板を積層した構造であることが望ましい。シート状部材２２は、面積が大きいため、傾斜磁場コイル１４（図２参照）の磁束１７の時間変化により渦電流の発生が考えられるが、実際に大きな渦電流が発生するのは珪素鋼板の面に垂直な方向に傾斜磁場コイル１４による磁束１７が変化した場合であり、珪素鋼板の面内方向の磁束変化に対する渦電流は小さい。したがって、ブロック状部材９をシート状部材２２の撮像空間３（図２参照）側に設置することにより、渦電流の発生がより抑えられる。また、シート状部材２２の磁極部７側にもブロック状部材９を設置することにより、シート状部材２２の渦電流による変動磁場が鉄製の磁極部７に到達することをより防止することが可能となる。

前記したように第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、磁性部材３１を備えており、磁性部材３１は、赤道面５２（図２参照）と平行な面に沿って複数配置されるブロック状部材９と、赤道面５２と平行な面に沿って配置され、少なくとも中心軸５１側から半径方向に外縁まで連続して形成されてなるシート状部材２２と、を有している。

したがって、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００によれば、傾斜磁場コイル１４による磁束１７は、シート状部材２２を通過する際に空隙を通らないため、効果的に磁気抵抗を低減することができ、傾斜磁場の発生効率の低下を抑えることができる。また、ブロック状部材９において面内方向の渦電流の発生が抑えられるとともに、傾斜磁場コイル１４による磁束１７がブロック状部材９間の水平方向の隙間部分においてシート状部材２２を通過するように迂回するため、磁極部７での渦電流と残留磁場の発生が抑えられる。
すなわち、傾斜磁場の発生効率の低下を抑えつつ、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流と残留磁場の発生を抑えることができ、良好な画像を得ることができるＭＲＩ装置１００を提供できる。
さらに、傾斜磁場コイル１４による磁束１７の磁気抵抗が小さくなるので、磁性部材３１の積層方向の厚さを低減することができ、鉄に比べて高価な珪素鋼板の使用量の削減、および製造作業性の向上が図られる。

また、本実施形態では、ブロック状部材９、シート状部材２２は、鉄よりも電気抵抗値が高く、磁気ヒステリシス特性が小さい材料から構成されている。このような構成によれば、渦電流と残留磁場の発生をより少なくすることができる。

また、本実施形態では、ブロック状部材９、シート状部材２２は、複数の珪素鋼板が積層されて構成されている。このような構成によれば、傾斜磁場コイル１４による変動磁場によって渦電流が珪素鋼板の表面で発生し、磁極部７の方向に浸透することを防ぐことができる。

また、本実施形態では、ブロック状部材９は、赤道面５２に垂直な方向に複数の層を形成しており、シート状部材２２は、ブロック状部材９の層間に設置されている。このような構成によれば、シート状部材２２の撮像空間３側のブロック状部材９により、渦電流の発生がより抑えられるとともに、シート状部材２２の磁極部７側のブロック状部材９により、シート状部材２２の渦電流による変動磁場が鉄製の磁極部７に到達することがより防止される。

図７は、本発明の第１実施形態の変形例に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。
図７に示す変形例では、シート状部材２２を挟んだブロック状部材９が、層ごとに水平面（ブロック状部材９の表面に平行な平面）内で位置をずらして積層された構造が採用されている。このような構成によれば、静磁場磁石３０（図２参照）による磁束２４の不均一性が水平面内全体に分散されるために抑制され、撮像空間３（図２参照）での静磁場の均一性をより向上させることができる。

シート状部材２２は、厚い方が傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束１７に対する磁気抵抗を小さくできる。一方で、シート状部材２２の厚さが増すと、磁束１７によるブロック状部材９の接合部の隙間（ブロック状部材９間の水平方向の隙間）からの漏れ磁場、または、ブロック状部材９の渦電流により発生する磁束によって、シート状部材２２に渦電流が生じ易くなる。特に、撮像空間３側のブロック状部材９の厚さが薄い場合、ブロック状部材９の面内（ｘｙ平面内）方向の寸法が小さい場合、または、ブロック状部材９間の水平方向の隙間が大きい場合に顕著となる。

図８は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場および傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。
図８に示す他の変形例は、シート状部材２２が複数の層を形成しており、シート状部材２２の複数の層間、および両端面側に、ブロック状部材９が設置されている。このような構成によれば、撮像空間３（図２参照）側のシート状部材２２の断面積が減るために、シート状部材２２の電気抵抗値が増して渦電流の発生を抑えることができる。一方で、撮像空間３と反対側のもう一方のシート状部材２２の存在により、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束１７に対する磁気抵抗を小さくすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。

図９に示すように、第２実施形態では、シート状部材２２は、ブロック状部材９の磁極部７側に設置されている。第２実施形態は、特に静磁場磁石３０が電磁コイル１０を有する場合に効果的なシート状部材２２の設置方法を示している。

超電導コイル等の電磁コイル１０を静磁場磁石３０に使用する場合、上下の電磁コイル１０を可能な限り互いに近接して設置すると、コイル電流値を低くできるために効率的である。一方で、磁極突起部８やブロック状部材９の位置は、傾斜磁場コイル１４（図２参照）の設置空間や、上下一対の磁極１の間隔を確保できるように設定する必要がある。このため、図９に示すように、静磁場磁石３０による磁束２４は、電磁コイル１０の近傍、すなわち、ブロック状部材９の撮像空間３（図２参照）側の表面で密度が高くなる。

前記したように、珪素鋼板の比透磁率は１．７〜１．８テスラ程度までは充分大きな値であるが、それを超えると急激に低下して、磁束を通す効果が小さくなり、厚さを増す必要が生じる。したがって、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束１７（図２参照）を通すシート状部材２２を、できるだけ静磁場の磁束密度が小さい領域に設置すると、厚さの増大を防ぐことができて効果的である。したがって、静磁場磁石３０が電磁コイル１０を有する場合には、シート状部材２２は、鉄製の磁極部７の近傍に設置されることが望ましい。一方で、撮像空間３（図２参照）側のブロック状部材９は、静磁場による磁束密度が高いために、傾斜磁場コイル１４による磁束１７が深く浸透するが、厚くすることで磁極部７への到達を防いで渦電流の発生を抑えることができる。

〔第３実施形態〕
次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るブロック状部材およびシート状部材の配置と静磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。

図１０に示すように、第３実施形態では、シート状部材２２を間に挟むブロック状部材９の中心軸５１（図２参照）方向（赤道面５２（図２参照）に垂直な方向）の厚さに関して、撮像空間３（図２参照）側のブロック状部材９の厚さが、磁極部７側のブロック状部材９の厚さよりも薄い。換言すれば、シート状部材２２は、ブロック状部材９の赤道面５２（図２参照）に垂直な方向の両端面３２，３３の間における撮像空間３（図２参照）寄りの位置に設置されている。第３実施形態は、特に静磁場磁石３０ａが永久磁石２５を有する場合に効果的なシート状部材２２の設置方法を示している。

永久磁石２５を用いた静磁場磁石３０ａによる磁束２４は、その外側において磁極１の半径方向外方に広がる分布を持つ。これを抑えるために磁極突起部８が設けられており、ブロック状部材９の磁極部７側では磁束密度が高くなる。このため、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束１７（図２参照）の経路となるシート状部材２２は、この磁束密度が高くなる部分を避けて撮像空間３（図２参照）側に設置すると、磁束を通す効果が大きいため部材を薄くすることができて効果的である。ただし、傾斜磁場コイル１４による磁束１７の時間変動で渦電流が発生することを避けるため、シート状部材２２の撮像空間３側にもブロック状部材９を設置することが望ましい。

〔第４実施形態〕
次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係るブロック状部材、シート状部材、および傾斜磁場コイルを示す部分断面図である。

図１１に示すように、第４実施形態では、シート状部材２２の半径Ｒ１は、ブロック状部材９を赤道面５２（図２参照）と平行な面に沿って複数配置して構成した外縁により形成される円の半径Ｒ２よりも小さく設定されている。

電磁コイル１０を使用した第２実施形態（図９参照）、および、永久磁石２５を使用した第３実施形態（図１０参照）のどちらにおいても、磁性部材３１（図２参照）の半径方向外側の磁極突起部８との近傍において、ブロック状部材９を通過する静磁場磁石による磁束が大きい。このことから、シート状部材２２の半径方向外側端部は、静磁場による磁気飽和のために磁束を通す効果が低下すると考えられる。一方で、傾斜磁場コイル１４による磁束１７（図２参照）の経路としては、ブロック状部材９の外縁により形成される円の半径Ｒ２よりも小さくてもよく、例えば傾斜磁場コイル１４の半径Ｒ３と同等程度であれば十分である。このため、シート状部材２２の半径Ｒ１を傾斜磁場コイル１４の半径Ｒ３程度とすれば、珪素鋼板の使用量を抑えることができると同時に、画質への悪影響を低減することができる。第４実施形態は、第２実施形態または第３実施形態と併用することにより、より一層、画質向上の効果が期待できる。

〔第５実施形態〕
次に、図１２を参照して、本発明の第５実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１２は、本発明の第５実施形態に係るシート状部材の形状を示す部分平面図である。図１２は、より詳しくは、ｘ軸の正方向およびｙ軸の正方向の範囲、すなわち全体の１／４の範囲において、第５実施形態に係るシート状部材２２ａを、磁極部７および磁極突起部８とともに示す部分平面図である。

第１実施形態のようにシート状部材２２の形状が円盤形状であると、磁気的な特性の半径方向の対称性が最も良く、また、面内方向においては、１枚の珪素鋼板で構成すると傾斜磁場コイルによる磁束の経路として最も磁気抵抗が小さくなるので好ましい。

図１２に示すように、第５実施形態では、製作上の観点から、シート状部材２２ａは、略正多角形形状、ここでは略正八角形形状を外接円または内接円の半径方向に沿う線（ここでは対角線）で分割した形状の複数のシート２２１を組み合わせることにより構成されている。シート状部材２２ａの材料は、第１実施形態のシート状部材２２と同様である。複数のシート２２１を組み合わせたシート状部材２２ａは、略正八角形形状を呈しており、回転対称となっている。すなわち、シート状部材２２ａは、中心の周りを（３６０／８）°回転させると自らと重なる性質を有しており、８回対称（８相対称）となる。

この第５実施形態では、第１実施形態の円盤形状のシート状部材２２の半径方向の外側部を一部省略することが可能であり、シート状部材２２ａは、図１２に示すように二等辺三角形形状の複数のシート２２１を組み合わせた構造となっている。このような構成によれば、シート状部材２２ａの材料である珪素鋼板を効率的に使用できると同時に製作性が向上する。ただし、シート状部材２２ａは、分割されていない略正多角形形状のシートを用いて構成されることも可能である。

〔第６実施形態〕
次に、図１３を参照して、本発明の第６実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１３は、本発明の第６実施形態に係るシート状部材の形状を示す部分平面図である。図１３は、より詳しくは、ｘ軸の正方向およびｙ軸の正方向の範囲、すなわち全体の１／４の範囲において、第６実施形態に係るシート状部材２２ｂを、磁極部７および磁極突起部８とともに示す部分平面図である。

第６実施形態では、シート状部材２２ｂは、略正方形形状を外接円または内接円の半径方向に沿う線（ここでは対角線）で分割した形状の複数のシート２２２を組み合わせることにより構成されている。シート状部材２２ｂの材料は、第１実施形態のシート状部材２２と同様である。複数のシート２２２を組み合わせたシート状部材２２ｂは、略正方形形状を呈しており、回転対称となっている。すなわち、シート状部材２２ｂは、中心の周りを（３６０／４）°回転させると自らと重なる性質を有しており、４回対称（４相対称）となる。ただし、シート状部材２２ｂは、分割されていない略正方形形状のシートを用いて構成されることも可能である。また、第６実施形態のシート状部材２２ｂは、傾斜磁場に応じたｘ軸方向およびｙ軸方向に延伸した形状となっている。このような構成によれば、シート状部材２２ｂの材料である珪素鋼板を効率的に使用できると同時に製作性が向上することに加えて、傾斜磁場による磁束が主に通過する方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）の磁気抵抗を低下でき、傾斜磁場の発生効率が向上する。これにより、傾斜磁場コイル１４（図２参照）を駆動する電源を増強することなく、良好な画像を得ることができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、一方の実施形態の構成の一部を他方の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、一方の実施形態の構成に他方の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 磁極
３ 撮像空間
５ 被検者（被検体）
７ 磁極部
８ 磁極突起部
９ ブロック状部材
１０ 電磁コイル
１４ 傾斜磁場コイル
１５ 傾斜磁場
２２，２２ａ，２２ｂ シート状部材
２５ 永久磁石
３０，３０ａ 静磁場磁石
３１ 磁性部材
５１ 中心軸（ｚ軸）
５２ 赤道面（平面）
１００ ＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）
Ｒ１ シート状部材の半径
Ｒ２ ブロック状部材により形成される円の半径

Claims (14)

1. 互いに同軸となる中心軸を有しかつ該中心軸に垂直な平面に関して面対称となるように配置され、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極部を有し、被検体の撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、
   前記平面に関して面対称となるように配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、
   前記平面に関して面対称となるように配置された一対の磁性部材と、を備え、
   前記磁性部材は、前記平面と平行な面に沿って複数配置されるブロック状部材と、前記平面と平行な面に沿って配置され、少なくとも前記中心軸側から半径方向に外縁まで連続して形成されてなるシート状部材と、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. 前記ブロック状部材、または、前記シート状部材は、鉄（Ｆｅ）よりも電気抵抗値が高く、磁気ヒステリシス特性が小さい材料から構成さ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. 前記ブロック状部材、または、前記シート状部材は、複数の珪素鋼板が積層されて構成されてい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. 前記ブロック状部材は、前記平面に垂直な方向に複数の層を形成しており、
   前記シート状部材は、前記ブロック状部材の層間に設置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記シート状部材を間に挟む前記ブロック状部材は、前記層方向に真直ぐに重なるように積層されている
   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. 前記シート状部材を間に挟む前記ブロック状部材は、前記層ごとに前記ブロック状部材の表面に平行な平面内で位置をずらして積層されている
   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. 前記シート状部材は複数の層を形成しており、前記シート状部材の複数の層間に、前記ブロック状部材が設置されている
   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。
8. 前記シート状部材は、前記ブロック状部材の前記磁極部側に設置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記シート状部材を間に挟む前記ブロック状部材の前記中心軸方向の厚さに関して、前記撮像空間側の前記ブロック状部材の厚さが、前記磁極部側の前記ブロック状部材の厚さよりも薄い
   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。
10. 前記静磁場磁石は、電磁コイルを有する
    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。
11. 前記静磁場磁石は、永久磁石を有する
    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。
12. 前記シート状部材の半径は、前記ブロック状部材を前記平面と平行な面に沿って複数配置して構成した外縁により形成される円の半径よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記シート状部材は、略円盤形状のシート、または、略円盤形状を半径方向に沿う線で分割した形状の複数のシートを組み合わせることにより構成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
14. 前記シート状部材は、略正多角形形状のシート、または、略正多角形形状を半径方向に沿う線で分割した形状の複数のシートを組み合わせることにより構成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。

Images