JP2015134017A - 傾斜磁場コイル装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、被検体が受ける閉塞感を低減し、十分なシールド性能を維持し、ローレンツ力を低下させ、振動を減少させることを目的とするものである。【解決手段】傾斜磁場コイルは、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向中心側から径方向外側へ向けて、メインXコイル24、メインYコイル25、メインZコイル26、シールドZコイル29、シールドYコイル28、シールドXコイル27の順に配置されている。メインXコイル24とシールドXコイル27とを接続するX接続部31と、メインYコイル25とシールドYコイル28とを接続するY接続部32とは、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に互いにずらして配置されている。【選択図】図5

Description

この発明は、傾斜磁場を発生する複数のメインコイルと、メインコイルによる漏れ磁場を防ぐ複数のシールドコイルとを有する傾斜磁場コイル装置、及びその傾斜磁場コイル装置を用いた磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging)装置に関するものである。
磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)は、磁場中に置かれた被検体の核磁気共鳴現象(NMR現象)から得られる信号を計測し、演算処理することにより、被検体中の原子核スピンの密度分布及び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。このようなMRI装置は、人体を被検体として、各種の診断等に使用されている。
NMR現象から信号を得るためには、空間的及び時間的に一様な静磁場中に被検体を置き、高周波コイルにより被検体に電磁波をパルス状に照射し、それによって発生するNMR信号を高周波コイルにより受信する。また、NMR信号に位置情報を与えるため、静磁場には傾斜磁場が重畳される。このため、MRI装置には、互いに直交する3軸方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル装置が設けられている。
傾斜磁場コイル装置は、静磁場を発生する磁石の内側に配置されている。また、傾斜磁場コイル装置は、傾斜磁場を形成する3種類のメインコイルと、漏えい磁場をキャンセルする3種類のシールドコイルとを有している。
一方、近年のMRI装置では、被検体である患者が受ける閉塞感を緩和するため、MRI装置の長さを短くする傾向にある。MRI装置の長さには、静磁場を発生する磁石の長さが主に影響するため、磁石のショートボア化が進んでいる。
しかし、静磁場には、磁石開口端部付近(以下Z方向端部)において急変する場所が存在する。このような静磁場の急変部は、磁石のショートボア化に伴い、システムの磁場中心側に移動してくる。このため、静磁場の急変部にシールドコイルのパターンが位置する可能性が生じる。静磁場の急変部にシールドコイルのパターンが位置すると、傾斜磁場コイルに大電流が流れたときに、多大なローレンツ力が発生し、大きな振動が発生する恐れがある。
このような振動が磁石に伝わると、静磁場が揺れてしまい、画像にアーチファクトが発生する可能性が高くなる。また、振動が寝台に伝わると、被検体に不快感を与える恐れもある。
これに対して、シールドコイルをメインコイル側に折り曲げて、メインコイルとシールドコイルとを複数箇所で立体的に接続する技術がある。この技術では、立体的に配置する配線の面積と同等分のシールドコイル面積を減らすことができるので、結果として、静磁場の急変部に配置されるシールドコイルが減り、ローレンツ力が低下することで振動が減少する。
また、被検体が受ける閉塞感を緩和するため、傾斜磁場コイルの開口径を大きくする技術も知られている。この技術では、開口径を大きくすることで傾斜磁場コイルの磁場強度が弱くなるのを防止するために、コイルのターン数を増やしている。しかし、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生じる。
このような問題に対応するため、楕円筒状のガントリを用いたMRI装置が提案されている。このMRI装置では、ガントリの形状が、従来の円筒状のガントリを上下方向、即ちY軸方向に潰した楕円筒状にされている。これにより、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対が、ガントリの計測空間内に配置される被検体に近接配置されている。
この結果、Y軸方向の傾斜磁場強度が高くなり、MRI像の解像度が向上する。また、Y軸方向の傾斜磁場コイルのインダクタンスが低減され、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することができる。
さらに、通常の傾斜磁場コイル装置では、シールドコイルが、径方向中心側から、シールドZコイル、シールドXコイル、シールドYコイルの順番で配置されるが、シールドXコイルとシールドYコイルの位置を入れ替えることで、被検体から遠いXコイルの傾斜磁場発生効率を確保することが可能となっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−296195号公報
上記のように、シールドコイルとメインコイルとを立体的に接続する技術では、シールドコイルのZ軸方向長さを短くすることができる。しかしながら、開口部が円形状の傾斜磁場コイル装置では、径方向のコイルの配置順の関係で、シールドコイルとメインコイルとを接続する位置に制限が生じてしまう。
即ち、開口部が円形状の傾斜磁場コイル装置では、径方向中心側から、メインXコイル、メインYコイル、メインZコイル、シールドZコイル、シールドXコイル、シールドYコイルの順で配置される場合が多い。このような場合、メインXコイルとシールドXコイルとを接続するX接続部と、メインYコイルとシールドYコイルとを接続するY接続部とを周方向の同じ位置に配置しようとすると、これらが互いに干渉してしまう。
このため、傾斜磁場コイル装置の周方向におけるX配線部及びY配線部の位置が制限され、シールドコイルの長さを短くする効果も少なくなり、ローレンツ力の低下も限定的になる。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被検体が受ける閉塞感を低減することができ、また、十分なシールド性能を維持することができ、さらに、ローレンツ力を低下させ、振動を減少させることができる傾斜磁場コイル装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を得ることを目的とする。
この発明に係る傾斜磁場コイル装置は、X、Y及びZの3軸方向の傾斜磁場を発生するメインXコイル、メインYコイル及びメインZコイルと、メインXコイル、メインYコイル及びメインZコイルによる漏れ磁場を防ぐシールドXコイル、シールドYコイル及びシールドZコイルとを含む複数の傾斜磁場コイルを有しており、内周の断面が楕円形である筒状の傾斜磁場コイル装置本体を備え、傾斜磁場コイルは、傾斜磁場コイル装置本体の径方向中心側から径方向外側へ向けて、メインXコイル、メインYコイル、メインZコイル、シールドZコイル、シールドYコイル、シールドXコイルの順に配置されており、傾斜磁場コイル装置本体の軸方向端部には、メインXコイルとシールドXコイルとを接続する複数のX接続部と、メインYコイルとシールドYコイルとを接続する複数のY接続部とが設けられており、X接続部及びY接続部は、傾斜磁場コイル装置本体の軸方向に互いにずらして配置されている。
この発明の傾斜磁場コイル装置によれば、被検体が受ける閉塞感を低減することができ、また、十分なシールド性能を維持することができ、さらに、ローレンツ力を低下させ、振動を減少させることができる。
この発明の実施の形態1による磁気共鳴イメージング装置を一部ブロックで示す構成図である。 図1の傾斜磁場コイル装置を示す正面図である。 図2のIII部を拡大して示す正面図である。 図3のメインXコイル及びシールドXコイルのパターンを平面に展開して示す説明図である。 図2の傾斜磁場コイル装置本体の軸方向端部の縦断面図である。 図2の傾斜磁場コイル装置本体の軸方向に直角な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態2による傾斜磁場コイル装置本体の軸方向端部の縦断面図である。 この発明の実施の形態3による傾斜磁場コイル装置本体の軸方向に直角な断面を示す断面図である。
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による磁気共鳴イメージング装置を一部ブロックで示す構成図である。静磁場発生磁石1は、均一な静磁場空間を発生することにより、磁場の均一領域2を形成する。
傾斜磁場コイル装置3は、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。傾斜磁場コイル装置3は、静磁場発生磁石1よりも均一領域2側に配置されている。
傾斜磁場コイル装置3は、傾斜磁場電源部4に接続されている。傾斜磁場電源部4は、X傾斜磁場電源5、Y傾斜磁場電源6及びZ傾斜磁場電源7を有している。これら傾斜磁場コイル装置3及び傾斜磁場電源部4により、傾斜磁場発生手段が構成されている。
傾斜磁場コイル装置3よりも均一領域2側には、プロトンの共鳴周波数を持つ電磁波を送信するRF(高周波)コイル8、及び検査部位のNMR信号を受信する受信コイル9が配置されている。
RFコイル8には、高周波電力を供給する高周波送信器10が接続されている。受信コイル9には、受信した信号を増幅する高周波受信器11が接続されている。これら高周波送信器10及び高周波受信器11により、高周波送受信系が構成されている。
傾斜磁場電源部4、高周波送信器10及び高周波受信器11は、これらの動作を制御するためのPC(パーソナルコンピュータ)12に接続されている。PC12は、高周波受信器11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を有している。
PC12には、モニタ13が接続されている。PC12は、演算処理により得られた画像、及び設定画面をモニタ13に表示させる。設定画面は、操作者が計測の条件を設定したりパルスシーケンスの選択を行ったりするための画面である。
図2は図1の傾斜磁場コイル装置3を示す正面図、図3は図2のIII部を拡大して示す正面図である。傾斜磁場コイル装置3は、筒状の傾斜磁場コイル装置本体21を有している。傾斜磁場コイル装置本体21の内周の断面(傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に直角な断面)は、短軸が鉛直で長軸が水平な楕円形である。また、傾斜磁場コイル装置本体21の外周の断面は、円形である。
傾斜磁場コイル装置本体21の壁部内には、X、Y及びZの3軸方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルである複数のメインXコイル24、複数のメインYコイル25及びメインZコイル25が配置されている。
図2では、これらのメインコイル24〜26をまとめて示している。また、これらのメインコイル24〜26は、全体として楕円筒形をなすように配置されている。
傾斜磁場コイル装置本体21の壁部内のメインコイル24〜26よりも径方向外側には、メインコイル24〜26による漏れ磁場を防ぐ傾斜磁場コイルである複数のシールドXコイル27、複数のシールドYコイル28及びシールドZコイル29が配置されている。
図2では、これらのシールドコイル27〜29をまとめて示している。また、シールドコイル27〜29は、全体して、メインコイル24〜26を囲繞する円筒形をなすように配置されている。
傾斜磁場コイル装置本体21は、これらの傾斜磁場コイル24〜29を樹脂等のモールド材22によってモールドして構成されている。
傾斜磁場コイル24〜29は、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向中心側から径方向外側へ向けて、メインXコイル24、メインYコイル25、メインZコイル26、シールドZコイル29、シールドYコイル28、シールドXコイル27の順に配置されている。
傾斜磁場コイル装置本体21の内周の断面形状を、上下方向寸法が左右方向寸法よりも短い楕円形とする場合、メインXコイル24が磁場中心から遠く、メインYコイル25が磁場中心に近くなるが、上記のような順番に配置することで、メインXコイル24の傾斜磁場効率を高めることができる。
図4は図3のメインXコイル24及びシールドXコイル27のパターンを平面に展開して示す説明図であり、簡単のためターン数は実際よりも少なく描いている。図4では、メインXコイル24とシールドXコイル27とが傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向(図4の左右方向)にずらされているが、実際にはメインXコイル24の径方向外側にシールドXコイル27が配置されている。
また、図4では、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向の中心Cの両側にメインXコイル24及びシールドXコイル27が1組ずつ配置されているが、実際には、あと2組のメインXコイル24及びシールドXコイル27が傾斜磁場コイル装置本体21の周方向に間隔をおいて配置されている。即ち、傾斜磁場コイル装置本体21には、4組のメインXコイル24及びシールドXコイル27が配置されている。
メインXコイル24とそれに対応するシールドXコイル27とは、図4に点線で示した複数のX接続部31により互いに電気的に接続されている。X接続部31は、メインXコイル24及びシールドXコイル27の複数のターン間に設けられている。これにより、メインXコイル24の一部のターンとシールドXコイル27の一部のターンとの間では、電流がメインXコイル24とシールドXコイル27とを交互に流れるようになっている。
メインYコイル25及びシールドYコイル28の構成及び個数は、メインXコイル24及びシールドXコイル27と同様である。メインYコイル25及びシールドYコイル28は、メインXコイル24及びシールドXコイル27に対して傾斜磁場コイル装置本体21の周方向に90°ずらして配置されている。
また、メインYコイル25とそれに対応するシールドYコイル28とは、X接続部31と同様の複数のY接続部32(図5)により互いに電気的に接続されている。
メインZコイル26及びシールドZコイル29は、傾斜磁場コイル装置本体21の軸線を中心としたソレノイドコイル状に配置されている。また、メインZコイル26とシールドZコイル29とは、Z接続部33(図5)により互いに電気的に接続されている。なお、図2及び図3では、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33の図示を省略した。
図5は図2の傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向端部の縦断面図であり、図5の左右方向が傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向(図2のZ軸方向)である。また、図5の左側が磁場中心側である。
X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向端部に配置されている。また、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向への傾斜磁場コイル24〜29の長さは、互いに異なっており、短い方からZ、Y、Xの順となっている。
そして、接続部31〜33は、磁場中心側から、Z、Y、Xの順で配置されている。即ち、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に互いにずらして配置されている。さらに、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、それぞれ立体配線として、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向に平行に配置されている。
X接続部31は、メインXコイル24とシールドXコイル27とにそれぞれねじ止めされ、かつ半田付けされている。Y接続部32は、メインYコイル25とシールドYコイル28とにそれぞれねじ止めされ、かつ半田付けされている。Z接続部33は、メインZコイル26とシールドZコイル29とにそれぞれねじ止めされ、かつ半田付けされている。
傾斜磁場コイル装置本体21は、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33の接続後に、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33を含めてモールドされている。これにより、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、モールド材22内に埋設されている。
図6は図2の傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に直角な断面(横断面)を示す断面図である。傾斜磁場コイル装置本体21の径方向におけるメインコイル24〜26の配置領域とシールドコイル27〜29の配置領域との間には、複数のシムトレイ収容部(シムトレイ鞘)23(図2、3では図示を省略した)が設けられている。
シムトレイ収容部23は、傾斜磁場コイル装置本体21の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。各シムトレイ収容部23には、静磁場を均一にするための鉄部材を保持するシムトレイが挿入されている。
シムトレイ収容部23は、静磁場の補正を行う際にシムトレイの出し入れが可能となっている必要がある。このため、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、傾斜磁場コイル装置本体21の周方向のシムトレイ収容部23を避けた位置に配置される。
即ち、傾斜磁場コイル装置本体21は、その周方向に互いに間隔をおいて複数の立体配線可能領域34を有している。そして、これらの中から適宜選択された立体配線可能領域34に、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33を配置することができる。
このような傾斜磁場コイル装置3及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置では、傾斜磁場コイル24〜26が、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向中心側から径方向外側へ向けて、メインXコイル24、メインYコイル25、メインZコイル26、シールドZコイル29、シールドYコイル28、シールドXコイル27の順に配置されており、X接続部31及びY接続部32が傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に互いにずらして配置されているので、X接続部31及びY接続部32を傾斜磁場コイル装置本体21の周方向の同じ位置に、互いに干渉することなく配置することができる。
このため、十分なシールド性能を維持しつつ、静磁場の急変部に配置されるシールドコイル27〜29を減らすことができ、ローレンツ力を低下させて振動を減少させることができる。
また、全ての立体配線可能領域34にX接続部31及びY接続部32を配置することができ、立体配線の設計の自由度が向上する。これにより、メインXコイル24とシールドXコイル27との間、及びメインYコイル25とシールドYコイル28との間を、より多くのターン間で接続することができ、静磁場の急変部に配置されるシールドコイル27〜29をさらに少なくすることができる。
また、傾斜磁場コイル装置本体21の内周の断面が楕円形であるため、被検体が受ける閉塞感を低減することができる。
実施の形態2.
次に、図7はこの発明の実施の形態2による傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向端部の縦断面図である。この例では、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向(図7の左右方向)へのシールドコイル27〜29の長さが互いに同じであり、かつメインZコイル26よりも短くなっている。また、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向に対して傾斜して配置されている。
より詳細には、X接続部31、Y接続部32及びZ接続部33は、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向外側へ行くほど、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向の磁場中心側へ向かうように傾斜している。
これにより、傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向端部には、追加機器設置領域(隙間)35が確保されている。追加機器設置領域35には、例えば、冷媒が通される冷却管、又は傾斜磁場コイル装置本体21の変形を防止する補強部材等を配置することができる。
なお、メインコイル24〜26に対するシールド性能は、シールドコイル27〜29及び接続部31〜33により確保されている。他の構成及び磁気共鳴イメージング装置全体の構成は、実施の形態1と同様である。
このような構成によれば、実施の形態1と同様の効果に加えて、冷却管又は補強部材等の追加機器を傾斜磁場コイル装置本体21内に設置することができ、傾斜磁場コイル装置全体としての性能を向上させることができる。
実施の形態3.
次に、図8はこの発明の実施の形態3による傾斜磁場コイル装置本体21の軸方向に直角な断面(横断面)を示す断面図である。この例では、傾斜磁場コイル装置本体21の周方向の位置によってシムトレイ収容部23の形状が異なっている。
即ち、傾斜磁場コイル装置本体21の横断面の短軸方向に配置されたシムトレイ収容部23では、従来の面積を保ったまま、傾斜磁場コイル装置本体21の径方向への寸法が周方向への寸法よりも大きくなっている。そして、長軸方向に配置されたシムトレイ収容部23ほど、径方向への寸法が小さく、周方向への寸法が大きくなっている。
これにより、互いに隣接するシムトレイ収容部23間の隙間、即ち立体配線可能領域34は、短軸方向で広く、長軸方向では従来と同じとなる。他の構成及び磁気共鳴イメージング装置全体の構成は、実施の形態1と同様である。
このような構成では、X接続部31及びY接続部32の数を短軸方向で多くすることができ、シールド性能を高めることができる。これにより、シールドコイルの長さをさらに短くすることができ、例えば図7に示した追加機器設置領域35を増やすこともできる。
なお、メインZコイル26とシールドZコイル29とは必ずしも接続しなくてもよい。また、接続する場合、Z接続部33の数は1つでもよい。
また、全てのX接続部31と全てのY接続部32とが傾斜磁場コイル装置本体21の周方向の同じ位置に配置されている必要はなく、少なくとも一部のX接続部31と少なくとも一部のY接続部32とが同じ立体配線可能領域34に配置されていればよい。
さらに、Z接続部33は、必ずしもX接続部31及びY接続部32と同じ立体配線可能領域34に配置しなくてもよい。
3 傾斜磁場コイル装置、21 傾斜磁場コイル装置本体、23 シムトレイ収容部、24 メインXコイル、25 メインYコイル、26 メインZコイル、27 シールドXコイル、28 シールドYコイル、29 シールドZコイル、31 X接続部、32 Y接続部。

Claims (5)

  1. X、Y及びZの3軸方向の傾斜磁場を発生するメインXコイル、メインYコイル及びメインZコイルと、前記メインXコイル、前記メインYコイル及び前記メインZコイルによる漏れ磁場を防ぐシールドXコイル、シールドYコイル及びシールドZコイルとを含む複数の傾斜磁場コイルを有しており、内周の断面が楕円形である筒状の傾斜磁場コイル装置本体を備え、
    前記傾斜磁場コイルは、前記傾斜磁場コイル装置本体の径方向中心側から径方向外側へ向けて、前記メインXコイル、前記メインYコイル、前記メインZコイル、前記シールドZコイル、前記シールドYコイル、前記シールドXコイルの順に配置されており、
    前記傾斜磁場コイル装置本体の軸方向端部には、前記メインXコイルと前記シールドXコイルとを接続する複数のX接続部と、前記メインYコイルと前記シールドYコイルとを接続する複数のY接続部とが設けられており、
    前記X接続部及び前記Y接続部は、前記傾斜磁場コイル装置本体の軸方向に互いにずらして配置されていることを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
  2. 少なくとも一部の前記X接続部と少なくとも一部の前記Y接続部とが前記傾斜磁場コイル装置本体の周方向の同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の傾斜磁場コイル装置。
  3. 前記傾斜磁場コイル装置本体には、複数のシムトレイ収容部が周方向に互いに間隔をおいて配置されており、
    前記X接続部及び前記Y接続部は、互いに隣接する前記シムトレイ収容部間の隙間に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の傾斜磁場コイル装置。
  4. 前記傾斜磁場コイル装置本体の軸方向に直角な断面において、前記傾斜磁場コイル装置本体の径方向及び周方向への前記シムトレイ収容部の寸法が、前記傾斜磁場コイル装置本体の周方向の位置によって異なっていることを特徴とする請求項3記載の傾斜磁場コイル装置。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の傾斜磁場コイル装置を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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