JP2019033796A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＩ装置の性能を高める。【解決手段】本発明は、撮像空間のＺ方向に静磁場を発生させる磁石装置と、前記撮像空間に高周波磁場を発生させる高周波コイルと、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、を含む磁気共鳴イメージング装置であって、前記傾斜磁場コイルは、第１領域より電流密度の低い第２領域を有し、前記Ｚ方向に傾斜磁場を発生させるＺ方向傾斜磁場メインコイルを備える。前記第１領域の電流密度は、前記第２領域の電流密度の少なくとも２倍以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来より、撮像空間に静磁場を発生させる磁石装置と、被検体に高周波を照射する高周波コイルと、磁石装置と高周波コイルとの間に配置され、該撮像空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、を含む磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置が知られている。例えば、アクティブシールド型の傾斜磁場コイルには、撮像空間に傾斜磁場を発生させるためのメインコイルと、不要な漏れ磁場による渦電流の発生を抑制するためのシールドコイルと、が備えられる。

例えば、特許文献１には、導電体がほぼ平坦な面上に渦巻状に巻回されて配置され、その前面側に傾斜磁場を発生する主コイルと、該主コイルの背面側のほぼ平坦な面上に導電体が渦巻状に巻回されて配置され、前記主コイルが主としてその背面側に発生した磁場の少なくとも一部を打ち消すための磁場を発生するシールドコイルとから成る傾斜磁場コイルにおいて、前記主コイルの配列面と前記シールドコイルの配列面との間に少なくとも1個の第3のコイル配列面が設けられ、該第3のコイル配列面に1本以上のコイル導体が配置されていることを特徴とする傾斜磁場コイルが開示されている。

特開２００２−１１２９７７号公報

しかしながら、静磁場の方向に、勾配が小さく且つ線形性の低い傾斜磁場が発生すると、ＭＲＩ装置の性能が低下するという問題がある。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、ＭＲＩ装置の性能を高めることを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、撮像空間のＺ方向に静磁場を発生させる磁石装置と、前記撮像空間に高周波磁場を発生させる高周波コイルと、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、を含む磁気共鳴イメージング装置であって、前記傾斜磁場コイルは、第１領域より電流密度の低い第２領域を有し、前記Ｚ方向に傾斜磁場を発生させるＺ方向傾斜磁場メインコイルを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＭＲＩ装置の性能を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成の一例を示す断面図及び傾斜磁場強度の一例を示すグラフである。 従来の傾斜磁場コイルの構成及び本発明の第１実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成の一例を示す断面図である。 従来の傾斜磁場コイル及び本発明の第１実施形態に係る傾斜磁場コイルのシミュレーションモデルである。 傾斜磁場強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成の一例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＲＩ装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成の一例を示す断面図及び傾斜磁場強度の一例を示すグラフである。

≪第１実施形態≫
〔ＭＲＩ装置の全体構成〕
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るトンネル型（水平磁場型）のＭＲＩ装置１００の構成について説明する。

ＭＲＩ装置１００は、磁石装置１、傾斜磁場コイル２、高周波コイル３、可動式ベッド４、不図示の電源装置、冷媒圧送装置、受信コイル、コンピュータシステム、各コイルを覆うカバー、等を含む。原点Ｏは撮像空間Ｓの中心、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向は鉛直方向、Ｚ方向は、被検体５が、ＭＲＩ装置１００の外部から撮像空間Ｓへと、可動式ベッド４によって運ばれる方向を表している。

磁石装置１は、円筒形状を有し、例えば、超伝導コイルで構成される。磁石装置１は、撮像空間Ｓの矢印α方向（Ｚ方向）に均一な静磁場を発生させる（例えば、１Ｔ，１．５Ｔ，３Ｔ）。撮像空間Ｓの半径は、３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。

傾斜磁場コイル２は、円筒形状を有し、磁石装置１と高周波コイル３との間に配置され、例えば、常伝導コイルで構成される。傾斜磁場コイル２は、撮像空間Ｓに強度が勾配した動磁場（傾斜磁場）を発生させる（例えば、３０ｍＴ／ｍ，５０ｍＴ／ｍ）。傾斜磁場を発生させるための電源装置の電流は、通常５００Ａ〜６００Ａ程度である。撮像空間Ｓに傾斜磁場を発生させることで、磁気共鳴信号に位置情報を付与することができるため、ＭＲＩ装置１００において、被検体５の断面を画像化することが可能になる。

詳細は後述するが、傾斜磁場コイル２は、メインコイルと、シールドコイルと、を含み、メインコイルには、Ｘ方向傾斜磁場メインコイル、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル、Ｚ方向傾斜磁場メインコイルが備えられ、シールドコイルには、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイルが備えられる。そして、Ｚ方向傾斜磁場メインコイルは、撮像空間Ｓ付近に電流密度の高い領域を有する。これにより、矢印α方向（静磁場の方向）に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を、発生させることが可能になる。

高周波コイル３は、円筒形状を有し、傾斜磁場コイル２の内部に配置され、例えば、常伝導コイルで構成される。高周波コイル３は、撮像空間Ｓに高周波磁場を発生させる。高周波コイル３から被検体５へと高周波パルスが照射されることによって、被検体５から発生する磁気共鳴信号は、受信コイルによって受信され、その後、信号処理される。なお、円筒形状を有する磁石装置１、傾斜磁場コイル２、及び高周波コイル３の中心軸は、互いに概ね一致している。

〔傾斜磁場コイルの構成〕
次に、図２を参照して、本実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成について説明する。

図２（ａ）は、傾斜磁場コイル２の構成の一例を示す断面図である。図２（ａ）において、縦軸はｒ（傾斜磁場コイル２における円筒の半径）方向を表し、横軸はＺ方向を表している。なお、図２（ａ）に示す傾斜磁場コイル２の断面は、図１に示す傾斜磁場コイル２の１／４断面を表している。

図２（ｂ）は、Ｚ方向における傾斜磁場強度の一例を示すグラフである。図２（ｂ）において、縦軸はＺ方向における傾斜磁場強度Ｂｚを表し、横軸はＺ方向を表している。

傾斜磁場コイル２は、メインコイル２１、シールドコイル２２、等を含む。メインコイル２１とシールドコイル２２とは、樹脂２５によって接着され一体化している。樹脂２５としては、例えば、エポキシ樹脂、等を用いることができる。

メインコイル２１は、Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを含む。シールドコイル２２は、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙ、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚを含む。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ，Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ，Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層間には、例えば、ＦＲＰ材等の絶縁シート（不図示）が挟まれており、各メインコイルと絶縁シートとは、樹脂２５によって層状に接着され一体化している。同様に、３層のＸ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ，Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙ，Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚの層間には、例えば、ＦＲＰ材等の絶縁シート（不図示）が挟まれており、各シールドコイルと絶縁シートとは、樹脂２５によって層状に接着され一体化している。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘは、Ｘ方向に傾斜磁場を発生させ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙは、Ｙ方向に傾斜磁場を発生させ、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、Ｚ方向に傾斜磁場を発生させる。Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘは、Ｘ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制し、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙは、Ｙ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制し、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、Ｚ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制する。傾斜磁場コイル２にシールドコイル２２を備えることで、不要な漏れ磁場による渦電流の発生を抑えられる。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙは、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の板状の良導体を加工して形成される。Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の管状の良導体を、中心軸６に対して周回方向βに巻き回すことで形成される。

管状の良導体によって形成されるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、中空部２３（２３ａ，２３ｂ）を有し、戻り線２４（２４ａ，２４ｂ）を介して、冷媒圧送装置と接続される。これにより、傾斜磁場コイル２に冷媒を循環させ、傾斜磁場コイル２の温度上昇を抑えることができる。また、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、戻り線２４（２４ａ，２４ｂ）を介して、電源装置と接続される。Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚに、傾斜磁場コイル２に対して冷媒を循環させるための冷却配管としての機能と、各コイルとしての機能とを併用させることで、傾斜磁場コイル２におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚの占有体積を小さくすることができる。

ここで、図２（ｂ）を参照して、ＭＲＩ装置１００の性能と、Ｚ方向における傾斜磁場コイル２の傾斜磁場強度との関係について説明する。

図２（ｂ）において、Ｚ１は、撮像空間Ｓの最外位置のＺ座標を表し、Ｚ２は、傾斜磁場強度Ｂｚが最大となるＺ座標を表し、Ｚ３は、傾斜磁場コイル２の端部のＺ座標を表している。なお、傾斜磁場強度Ｂｚが最大となるＺ座標（Ｚ２）は、磁気共鳴信号取得範囲の最外位置のＺ座標と言い換えることも可能である。

図２（ｂ）に示すように、傾斜磁場強度Ｂｚは、ＯからＺ２まではＺ座標の値が大きくなるにつれて増大し、Ｚ２で最大となり、Ｚ２からＺ３まではＺ座標の値が大きくなるにつれて減少する。

撮像空間ＳにおけるグラフＤの勾配が大きい程、また、撮像空間ＳにおけるグラフＤの線形性が高い（グラフＤが直線に近い）程、ＭＲＩ装置１００の性能を高めることができる。これは、撮像空間ＳにおけるグラフＤの勾配が大きい程、位置情報が付与された磁気共鳴信号が明瞭となり空間分解能が高くなるため、また、撮像空間ＳにおけるグラフＤの線形性が高い程、画像の歪が小さくなるためである。

例えば、傾斜磁場コイルに大電流を流す、円筒の半径方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイルの巻き数を増やす、傾斜磁場コイルをＺ方向に長くする、等の方法により、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させようとすると、次のような問題点が発生してしまう。傾斜磁場コイルに大電流を流すと、ジュール発熱により傾斜磁場コイルの温度が上昇する。また、巻き数を増やすと、抵抗値の増大により傾斜磁場コイルの温度が上昇することに加えて、インダクタンスの増大により駆動電源の増強が必要となる。また、傾斜磁場コイルをＺ方向に長くすると、ＭＲＩ装置における傾斜磁場コイルの占有体積を小さくしたいという要請に反する。

つまり、上述の問題点を回避して、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させるような傾斜磁場コイルを設計することが望まれる。

そこで、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、傾斜磁場コイル２に、電流密度の異なる領域を有するＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを搭載し、磁場性能の向上を図ることとした。Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚではなく、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの電流密度を変化させる理由は、シールドコイルは、あくまでも、傾斜磁場の外部への漏れを抑制するために設けられるコイルであり、多層化する（巻き回し数を多くする）必要が無いためである。

第１領域１０１は、Ｚ１からＺ２までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。第２領域１０２は、Ｚ２からＺ３までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。第３領域１０３は、ＯからＺ１までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。なお、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、第１領域１０１、第２領域１０２、及び第３領域１０３を有する構成のみならず、図２（ａ）に示すように、第１領域１０１及び第２領域１０２のみを有する構成とすることも可能である。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、電流密度が異なる。第１領域１０１の電流密度は、第２領域１０２の電流密度より高く、第２領域１０２の電流密度は、第３領域１０３の電流密度より高い。また、第１領域１０１の電流密度は、第２領域１０２の電流密度の少なくとも２倍以上であることが好ましい。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、ｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数が異なる。第１領域１０１におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多い。第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第３領域１０３におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多い。また、第１領域１０１におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数の少なくとも２倍以上であることが好ましい。

なお、戻り線２４ａは、第２領域１０２におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚに重なるように、Ｚ方向と平行な方向に設けられる。戻り線２４ａ及び第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの厚さと、第１領域１０１におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの厚さと、を揃えることで、傾斜磁場コイル２の小型化を図ることができる。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数が異なる。第１領域１０１における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第２領域１０２における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数より多い。第２領域１０２における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第３領域１０３における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数より多い。また、第１領域１０１における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第２領域１０２における中心軸６に対して周回方向βへのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数の少なくとも２倍以上であることが好ましい。なお、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、中空部２３ａを有するため、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを多数回巻き回すことによる傾斜磁場コイル２の局所的な発熱増大は抑制される。

本実施形態に係る傾斜磁場コイル２には、第１領域１０１の電流密度を第２領域１０２の電流密度より高めたＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚが搭載される。これにより、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させることができるため、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２を採用したＭＲＩ装置１００の性能を高めることができる。

〔数値計算モデルによる結果〕
次に、図３乃至図５を参照して、従来例に係る傾斜磁場コイルと、本実施形態に係る傾斜磁場コイルとを比較する。

図３（ａ）は、従来例に係る傾斜磁場コイル２Ｋの構成の一例を示す断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２の構成の一例を示す断面図である。図３において、縦軸はｒ（傾斜磁場コイル２，２Ｋにおける円筒の半径）方向を表し、横軸はＺ方向を表している。

図３（ａ）に示すように、傾斜磁場コイル２Ｋにおいては、第１領域１０１の電流密度、第２領域１０２の電流密度、第３領域１０３の電流密度が、おおむね等しい。

また、第１領域１０１におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数、第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数、第３領域１０３におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、全て等しい。

図３（ｂ）に示すように、傾斜磁場コイル２においては、第１領域１０１の電流密度、第２領域１０２の電流密度、第３領域１０３の電流密度が、全て異なる。第１領域１０１の電流密度は、第２領域１０２の電流密度より高く、第２領域１０２の電流密度は、第３領域１０３の電流密度より高い。

また、第１領域１０１におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多く、第２領域１０２におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第３領域１０３におけるｒ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多い。

図４は、導体１〜１０を用いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す傾斜磁場コイルに搭載されるＺ方向傾斜磁場メインコイルをモデル化した図である。図４（ａ）は、従来の傾斜磁場コイルに搭載されるＺ方向傾斜磁場メインコイルのシミュレーションモデルである。図４（ｂ）は、本実施形態に係る傾斜磁場コイルに搭載されるＺ方向傾斜磁場メインコイルのシミュレーションモデルである。図４（ａ）に示す領域Ａは、図３（ａ）に対応し、図４（ｂ）の領域Ｂは、図３（ｂ）に対応する。

図４（ａ）において、第１領域１０１には、導体電流値Ｉを与えた導体５〜７を配置し、第２領域１０２には、導体電流値Ｉを与えた導体８〜１０を配置し、第３領域１０３には、導体電流値Ｉを与えた導体１〜４を配置して、従来の傾斜磁場コイルに搭載されるＺ方向傾斜磁場メインコイルをモデル化している。即ち、第１領域１０１の電流密度、第２領域１０２の電流密度、第３領域１０３の電流密度を等しくしている。

図４（ｂ）において、第１領域１０１には、導体電流値２Ｉを与えた導体５〜７を配置し、第２領域１０２には、導体電流値Ｉを与えた導体８〜１０を配置し、第３領域１０３には、導体１〜４を配置せずに、本実施形態に係る傾斜磁場コイルに搭載されるＺ方向傾斜磁場メインコイルをモデル化している。即ち、第１領域１０１の電流密度を第２領域１０２の電流密度より高くしている。

図５は、傾斜磁場コイル２，２Ｋにおける傾斜磁場強度のシミュレーション結果である。図５において、縦軸はＺ方向における傾斜磁場強度Ｂｚを表し、横軸はＺ方向における導体の位置を表している。

符号２０１で示す実線は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２のＺ方向における傾斜磁場強度を表すシミュレーション結果であり、符号２０２で示す破線は、従来の傾斜磁場コイル２ＫのＺ方向における傾斜磁場強度を表すシミュレーション結果である。

図５に示すように、従来の傾斜磁場コイル２Ｋと、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２とを比較すると、シミュレーション結果に明らかな違いが出ていることがわかる。撮像空間Ｓにおけるグラフの勾配は、グラフ２０２よりグラフ２０１の方が大きい。また、撮像空間Ｓにおけるグラフの線形性は、グラフ２０２よりグラフ２０１の方が高い。

即ち、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２の方が、従来の傾斜磁場コイル２Ｋより、静磁場の方向（矢印α方向）に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させることができることがわかる。従って、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２の方が、従来の傾斜磁場コイル２Ｋより、磁場性能が高いことが証明された。

磁場性能の高い傾斜磁場コイル２をＭＲＩ装置１００に搭載することで、ＭＲＩ装置１００の性能を高められる。これにより、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００において、高画質且つ高速な撮像が可能になる。

〔変形例〕
次に、図６を参照して、本発実施形態に係る傾斜磁場コイルの他の構成について説明する。図６は、傾斜磁場コイル２Ｖの構成の一例を示す断面図である。傾斜磁場コイル２と同様の構成については説明を省略する。

傾斜磁場コイル２Ｖは、メインコイル２１、シールドコイル２２、等を含む。メインコイル２１とシールドコイル２２とは、樹脂２５によって接着され一体化している。樹脂２５としては、例えば、エポキシ樹脂、等を用いることができる。

メインコイル２１は、Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２を含む。シールドコイル２２は、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙ、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚを含む。

第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、幅の異なる導体（Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１，Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２）により構成される。

Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の管状の良導体を、中心軸６に対して周回方向βに巻き回すことで形成される。Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の良導体を、中心軸６に対して周回方向βに巻き回すことで形成される。

第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２の幅は、第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１の幅より狭い。従って、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２の巻き回し回数は、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１の巻き回し回数より多くなる。第１領域１０１を幅の異なる導体で構成し、第１領域１０１の電流密度を、第２領域１０２の電流密度より高めることで、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させることができる。

また、第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１は、中空部２３ａを有し、第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２は、中空部２３ａを有さない。従って、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２に近接して配置されるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１に、傾斜磁場コイル２Ｖに冷媒を循環させるための冷却配管としての機能を持たせることで、中空部２３ａを有さないＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ２における過大な温度上昇を防ぐことができる。

傾斜磁場コイル２に係るＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚと同様に、傾斜磁場コイル２Ｖに係るＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ１に、傾斜磁場コイル２Ｖに対して冷媒を循環させるための冷却配管としての機能と、各コイルとしての機能とを併用させることで、傾斜磁場コイル２ＶにおけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの占有体積を小さくすることができる。

本実施形態に係る傾斜磁場コイル２Ｖには、第１領域１０１の電流密度を第２領域１０２の電流密度より高めたＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚが搭載される。これにより、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させることができるため、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２Ｖを採用したＭＲＩ装置１００の性能を高めることができる。

≪第２実施形態≫
〔ＭＲＩ装置の全体構成〕
まず、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る開放型（垂直磁場型）のＭＲＩ装置２００の構成について説明する。

ＭＲＩ装置２００は、磁石装置１（１ａ，１ｂ）、傾斜磁場コイル２（２ａ，２ｂ）、高周波コイル３（３ａ，３ｂ）、可動式ベッド４、支柱１０、不図示の電源装置、冷媒圧送装置、受信コイル、コンピュータシステム、各コイルを覆うカバー、等を含む。原点Ｏは撮像空間Ｓの中心、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向は、被検体５が、ＭＲＩ装置２００外部から撮像空間Ｓへと、可動式ベッド４によって運ばれる方向、Ｚ方向は鉛直方向を表している。開放型のＭＲＩ装置２００は、水平磁場型のＭＲＩ装置１００と比較して、撮像空間Ｓが広範囲に渡って開放されている。このため、被検体５は、周囲を見渡すことができ、閉所感を軽減できる。

磁石装置１は、上下１対の円盤形状を有し、例えば、超電導コイルで構成される。磁石装置１は、撮像空間Ｓの矢印α方向（Ｚ方向）に均一な静磁場を発生させる（例えば、１Ｔ，１．５Ｔ，３Ｔ）。撮像空間Ｓの半径は、３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。上下１対の磁石装置１ａ，１ｂは、支柱１０により支持される。

傾斜磁場コイル２は、上下１対の円盤形状を有し、磁石装置１と高周波コイル３との間に配置され、例えば、常伝導コイルで構成される。傾斜磁場コイル２は、撮像空間Ｓに強度が勾配した動磁場（傾斜磁場）を発生させる（例えば、３０ｍＴ／ｍ，５０ｍＴ／ｍ）。傾斜磁場を発生させるための電源装置の電流は、通常５００Ａ〜６００Ａ程度である。撮像空間Ｓに傾斜磁場を発生させることで、磁気共鳴信号に位置情報を付与することができるため、ＭＲＩ装置１００において、被検体５の断面を画像化することが可能になる。

傾斜磁場コイル２は、メインコイルと、シールドコイルと、を含み、メインコイルには、Ｘ方向傾斜磁場メインコイル、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル、Ｚ方向傾斜磁場メインコイルが備えられ、シールドコイルには、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイルが備えられる。そして、Ｚ方向傾斜磁場メインコイルは、撮像空間Ｓ付近に電流密度の高い領域を有する。これにより、矢印α方向（静磁場の方向）に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を、発生させることが可能になる。

高周波コイル３は、上下１対の円盤形状を有し、上下１対の傾斜磁場コイル２ａ，２ｂの内部に配置され、例えば、常伝導コイルで構成される。高周波コイル３は、撮像空間Ｓに高周波磁場を発生させる。高周波コイル３から被検体５へと高周波パルスが照射されることによって、被検体５から発生する磁気共鳴信号は、受信コイルによって受信され、その後、信号処理される。なお、磁石装置１、傾斜磁場コイル２、及び高周波コイル３の中心軸は、互いに概ね一致している。

〔傾斜磁場コイルの構成〕
次に、図８を参照して、本実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成について説明する。

図８（ａ）は、傾斜磁場コイル２の構成の一例を示す断面図である。図８（ａ）において、縦軸はＺ方向を表し、横軸はＲ（傾斜磁場コイル２ａ，２ｂにおける円盤の半径）方向を表している。なお、図８（ａ）に示す傾斜磁場コイル２の断面は、図１に示す傾斜磁場コイル２ａ又は傾斜磁場コイル２ｂの１／２断面を表している。

図８（ｂ）は、ＸまたはＹ方向における傾斜磁場強度の一例を示すグラフである。図８（ｂ）において、縦軸はＸまたはＹ方向における傾斜磁場強度Ｂｚを表し、横軸はＲ方向を表している。

傾斜磁場コイル２は、メインコイル２１、シールドコイル２２、等を含む。メインコイル２１とシールドコイル２２とは、樹脂２５によって接着され一体化している。樹脂２５としては、例えば、エポキシ樹脂、等を用いることができる。

メインコイル２１は、Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを含む。シールドコイル２２は、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙ、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚを含む。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ，Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ，Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層間には、例えば、ＦＲＰ材等の絶縁シート（不図示）が挟まれており、各メインコイルと絶縁シートとは、樹脂２５によって層状に接着され一体化している。同様に、３層のＸ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ，Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙ，Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚの層間には、例えば、ＦＲＰ材等の絶縁シート（不図示）が挟まれており、各シールドコイルと絶縁シートとは、樹脂２５によって層状に接着され一体化している。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘは、Ｘ方向に傾斜磁場を発生させ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙは、Ｙ方向に傾斜磁場を発生させ、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、Ｚ方向に傾斜磁場を発生させる。Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘは、Ｘ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制し、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙは、Ｙ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制し、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、Ｚ方向傾斜磁場の外部（例えば、磁石装置１）への漏れを抑制する。傾斜磁場コイル２にシールドコイル２２を備えることで、不要な漏れ磁場による渦電流の発生を抑えられる。

Ｘ方向傾斜磁場メインコイル２１ｘ、Ｙ方向傾斜磁場メインコイル２１ｙ、Ｘ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｘ、Ｙ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｙは、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の板状の良導体を加工して形成される。Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ、Ｚ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の管状の良導体を、中心軸６に対して周回方向βに巻き回すことで形成される。

管状の良導体によって形成されるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、中空部２３（２３ａ，２３ｂ）を有し、戻り線２４（２４ａ，２４ｂ）を介して、冷媒圧送装置と接続される。これにより、傾斜磁場コイル２に冷媒を循環させ、傾斜磁場コイル２の温度上昇を抑えることができる。また、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚは、戻り線２４（２４ａ，２４ｂ）を介して、電源装置と接続される。Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚに、傾斜磁場コイル２に冷媒を循環させるための冷却配管としての機能と、各コイルとしての機能とを併用させることで、傾斜磁場コイル２におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚ及びＺ方向傾斜磁場シールドコイル２２ｚの占有体積を小さくすることができる。

図８（ｂ）において、Ｒ１は、撮像空間Ｓの最外位置のＲ座標を表し、Ｒ２は、傾斜磁場強度Ｂｚが最大となるＲ座標を表し、Ｒ３は、傾斜磁場コイル２の端部のＲ座標を表している。なお、傾斜磁場強度Ｂｚが最大となるＲ座標（Ｒ２）は、磁気共鳴信号取得範囲の最外位置のＲ座標と言い換えることも可能である。

図８（ｂ）に示すように、傾斜磁場強度Ｂｚは、ＯからＲ２まではＲ座標の値が大きくなるにつれて増大し、Ｒ２で最大となり、Ｒ２からＲ３まではＲ座標の値が大きくなるにつれて減少する。撮像空間ＳにおけるグラフＤの勾配が大きい程、また、撮像空間ＳにおけるグラフＤの線形性が高い（グラフＤが直線に近い）程、ＭＲＩ装置１００の性能を高めることができる。

図８（ａ）に示すように、傾斜磁場コイル２には、電流密度の異なる領域を有するＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚが搭載される。第１領域１０１は、Ｒ１からＲ２までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。第２領域１０２は、Ｒ２からＲ３までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。第３領域１０３は、ＯからＲ１までのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚにおける領域である。なお、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、第１領域１０１、第２領域１０２、及び第３領域１０３を有する構成のみならず、図８（ａ）に示すように、第１領域１０１及び第２領域１０２のみを有する構成とすることも可能である。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、電流密度が異なる。第１領域１０１の電流密度は、第２領域１０２の電流密度より高く、第２領域１０２の電流密度は、第３領域１０３の電流密度より高い。また、第１領域１０１の電流密度は、第２領域１０２の電流密度の少なくとも２倍以上であることが好ましい。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、Ｚ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数が異なる。第１領域１０１におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多い。第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第３領域１０３におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数より多い。また、第１領域１０１におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数は、第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの層数の少なくとも２倍以上であることが好ましい。

なお、戻り線２４ａは、第２領域１０２におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚに重なるように、Ｒ方向と平行な方向に設けられる。戻り線２４ａ及び第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの厚さと、第１領域１０１におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの厚さと、を揃えることで、傾斜磁場コイル２の小型化を図ることができる。

第１領域１０１と、第２領域１０２と、第３領域１０３とは、それぞれ、Ｚ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数が異なる。第１領域１０１におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数より多い。第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第３領域１０３におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数より多い。また、第１領域１０１におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数は、第２領域１０２におけるＺ方向へのＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚの巻き回し回数の少なくとも２倍以上であることが好ましい。なお、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚは、中空部２３ａを有するため、Ｚ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを多数回巻き回すことによる傾斜磁場コイル２の局所的な発熱増大は抑制される。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１領域１０１におけるＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚを、幅の異なる導体（幅の広い管状の良導体，幅の狭い良導体）により構成しても良い。この場合であっても、第１実施形態に示す構成と同様の効果を得ることができる。

本実施形態に係る傾斜磁場コイル２には、第１領域１０１の電流密度を第２領域１０２の電流密度より高めたＺ方向傾斜磁場メインコイル２１ｚが搭載される。これにより、静磁場の方向に、勾配が大きく且つ線形性の高い傾斜磁場を発生させることができるため、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２を採用したＭＲＩ装置１００の性能を高めることができる。

１ 磁石装置
２ 傾斜磁場コイル
２１ｚ，２１ｚ１，２１ｚ２ Ｚ方向傾斜磁場メインコイル
１００，２００ ＭＲＩ装置
Ｓ 撮像空間

Claims (11)

1. 撮像空間のＺ方向に静磁場を発生させる磁石装置と、前記撮像空間に高周波磁場を発生させる高周波コイルと、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、を含む磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記傾斜磁場コイルは、
   第１領域より電流密度の低い第２領域を有し、前記Ｚ方向に傾斜磁場を発生させるＺ方向傾斜磁場メインコイルを備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記第１領域は、前記撮像空間の最外位置のＺ座標から前記Ｚ方向における傾斜磁場強度が最大となるＺ座標までの前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルにおける領域であり、
   前記第２領域は、前記Ｚ方向における傾斜磁場強度が最大となるＺ座標から前記傾斜磁場コイルの端部のＺ座標までの前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルにおける領域である、
   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. 前記第１領域は、前記撮像空間の最外位置のＲ座標からＸ方向またはＹ方向における傾斜磁場強度が最大となるＲ座標までの前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルにおける領域であり、
   前記第２領域は、前記Ｘ方向または前記Ｙ方向における傾斜磁場強度が最大となるＲ座標から前記傾斜磁場コイルの端部のＲ座標までの前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルにおける領域である、
   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。
4. 前記傾斜磁場コイルは、円筒形状である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 円筒の半径方向への前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルの層数は、前記第２領域より前記第１領域の方が多い、
   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. 前記傾斜磁場コイルは、円盤形状である、
   ことを特徴とする請求項１又は３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記Ｚ方向への前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルの層数は、前記第２領域より前記第１領域の方が多い、
   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. 前記第１領域の電流密度は、前記第２領域の電流密度の少なくとも２倍以上である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項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. 前記第１領域は、
   前記第２領域に配置される導体より幅の狭い導体と、前記第２領域に配置される導体と幅の等しい導体と、により構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項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. 前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルは、
    前記第２領域より電流密度の低い第３領域を有し、
    前記第３領域は、原点から前記撮像空間の最外位置のＺ座標までの前記Ｚ方向傾斜磁場メインコイルにおける領域である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項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. 前記第３領域は、導体を含まない、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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