JP2886871B2 - 核磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴装置における傾斜磁場コイルの変
形防止構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の医療用核磁気共鳴装置では、特開昭61−279238
号公報に記載されているように、クライオスタツト内側
に形成されたボア内の静磁場を直角に切り断面のXY方向
に、互いに対向するように配置された対の鞍形状の傾斜
磁場コイルを、抵抗率の非常に大きなエポキシ樹脂等で
製作した円筒状の支持体，ボビン上に直接固定してい
た。この傾斜磁場コイルに周期的なパルス電流を流して
ボア内に周期的な傾斜磁場を発生させて、被検査者の３
次元断面画像信号を得ていた。このパルスの電流を流す
時、ボア内の静磁場を横切る方向に電流が流れる導線
に、フレミングの左手の法則に従つて電磁力が作用し、
傾斜磁場コイルを変形しようとする力が働き、このため
にボビンにパルス的な荷重がかかつていた。この荷重に
よりボビンが振動して騒音を発生するため、ボビンと傾
斜磁場コイル間に防振ゴムを挾み、更に、傾斜磁場コイ
ルをバンドで防振ゴム上に縛りつけていた。

一方、従来の医療用核磁気共鳴装置では、特開昭62−
261105号公報や特開昭62−229906号公報に記載されてい
るように、鞍形状の１対の傾斜磁場コイルが、抵抗率の
非常に大きなエポキシ樹脂等の材料で製作した円筒状の
第１支持体であるボビン上に直接固定されていた。この
傾斜磁場コイルを、ボア内の均一静磁場内に配置し、ボ
ア内の被検査者の２次元断面画像処理を行うために傾斜
磁場コイルに周期的なパルス電流を流し、静磁場中に周
期的な傾斜磁場分布を与えるようにしていた。従つて、
パルス電流を流す時には、静磁場によつて傾斜磁場コイ
ルの円周部に半径方向の電磁力が生じる。

この他傾斜磁場コイルの支持の工夫として特開昭63−
158047号公報，同62−239503号公報記載の技術がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような、核磁気共鳴装置では、電磁力によるパ
ルス的な荷重によつて、傾斜磁場コイルは、間に挾んだ
防振ゴムの荷重による縮み分だけ変形してしまい、傾斜
磁場コイルによつて精密に発生させたボア内の磁場分布
に変化が生じ、実際と異なる像の歪が画像に生じてしま
うという問題があつた。

また以上のような核磁気共鳴装置では、傾斜磁場コイ
ルがボビン上に直接固定されていたため、パルス電流を
流すと、電磁力でボビンが振動して、ボビン全体から大
きな音が発生し、被検査者に不快感を与えてしまう問題
があつた。この場合に発生する音の周波数域は、250Hz
〜8KHzの低周波数から高周波数域までの全搬にわたつて
いた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、高画質の画像が形成でき、かつ、傾斜磁場
コイルの電磁力によつて生じる騒音を低減できる核磁場
共鳴装置を提供することを目的とする。

また、騒音を低減することを第２の目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、筒状に形成され静磁場を生成する
静磁場発生用マグネットと、この静磁場発生用マグネッ
トよりも内方に筒状に形成された第１の支持体と、前記
静磁場発生用マグネットとこの第１の支持体との間に筒
状に形成された第２の支持体と、この第２の支持体と第
１の支持体との間に設けられた弾性体と、前記第２の支
持体に固定された傾斜磁場コイルとを備えた核磁気共鳴
装置において、前記第２の支持体を円筒空間軸方向の長
さを前記第１の支持体よりも短くして複数個に分割する
ことによって達成される。また、上記第２の目的は、筒
状に形成され静磁場を生成する静磁場発生用マグネット
と、この静磁場発生用マグネットよりも内方に筒状に形
成された第１の支持体と、前記静磁場発生用マグネット
とこの第１の支持体との間に筒状に形成された第２の支
持体と、この第２の支持体と第１の支持体との間に設け
られた弾性体と、前記第２の支持体に固定された傾斜磁
場コイルとを備えた核磁気共鳴装置において、前記クラ
イオスタットよりも外側に形成された磁気シールド体と
を備え、前記第１の支持体をこの磁気シールド体に固定
することによって達成される。

この発明においては電磁力によつて生じる傾斜磁場コ
イルのパルス的な荷重（すなわち傾斜磁場コイルの電磁
力によつて生じる歪エネルギーの大部分）を、剛性の大
きな第２支持体（ボビン）で受け止め、傾斜磁場コイル
の変形を防止し、支持用の第１ボビンへの振動の伝播を
弾性体で防止する。

これによつて、傾斜磁場コイルにパルス電流を流した
時の傾斜磁場コイルの変形を防止できるので、高画質な
画像を得えられる。そして、第２の支持体を分割したの
で振動周波数数が高周波化され、弾性体によって吸収し
やすくなる。加えて、第２支持体の振動が第１支持体
や、クライオスタツトに伝播しないので、騒音を低減し
て被検査者に不快感を与えることがない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る核磁気共鳴装置の構
造を示す図で、円筒体の側面より手前側の外筒（シール
ド部）及びクライオスタツト部を除去して内部の様子を
説明した図である。

内部を真空断熱したクライオスタツト１内に液体ヘリ
ウム槽２を設け、これに静磁場発生用の超電導マグネツ
ト３を内蔵させて高磁場発生手段を構成し、超電導マグ
ネツト３を液体ヘリウム４で冷却する。この超電導マグ
ネツト３によつてクライオスタツト１の中央部空間のボ
ア５内に軸方向の0.5〜４テスラの静磁場が発生する。

ボア５内には第２図に示すように、静磁場方向Ｚに対
して、それぞれｙ方向（ａ）,x方向（ｂ）,z方向（ｃ）
に傾斜磁場コイルを配置し、これらの傾斜磁場コイル
は、第２の支持体たるボビン（ｄ）の外側に巻きつける
ようにして配置した後樹脂含浸クロス等のテープ状物に
て固定され、弾性体（ｅ）を介して、クライオスタツト
１に一端を固定した第１支持体たるボビン（ｃ）で支持
される。また、コイル内に流すパルス電流i,i′は、
（ａ），（ｂ），（ｃ）の如くなる。電磁力を受けるコ
イルは、（ａ），（ｂ）の鞍形コイルで、それぞれ、円
周方向に電流が流れる部分に対して荷重が作用する。第
１図中には（ａ）のｙ方向の傾斜磁場コイルのみを示し
ている。（ｂ）のコイルは図が頻雑になり理解しにくく
なる為、また（ｃ）のコイルは荷重の影響が少ない為夫
々第１図から便宜上省略してある。

ボア５内のｙ方向、本実施例では図面上方より下方に
磁場分布を発生させるために２対の傾斜磁場コイル６を
配置する。傾斜磁場コイル６は、剛性の大きい例えばセ
ラミツク製の肉厚の厚い繊維入りエポキシ樹脂で作つた
固定用の第２支持体７上に置かれ、その上から、引張り
強度のあるテープ状の固着体８で電磁力作用部を第２支
持体７に強固に固着・固定する。尚、本例で用いる固着
体８は肉厚を薄くしてコイルのジユール熱を大気に放散
し易くしている。

第１支持体10も第２支持体７も本例では同材質であ
り、高剛性の被弾性体であつて、例えば繊維（或いはク
ロス）強化樹脂材で形成されている。

第１支持体10と第２支持体７との間にはゴムマツト９
等の弾性体を均一に介在させ、コイルにかかる荷重を、
第２支持体７内側のゴムマツト９を介して広い面積で、
かつ、均一に第１支持体10で受け止めている。この３者
の各々の接触面は接着剤等で接合されている。接着は接
着剤を境界面にベタ付けしても良いし、弾性体の弾性変
形を利用して密に嵌合させてもかまわない。

第１支持体10の両端部は、支持ボルト11によつてクラ
イオスタツト１の内面で支持されており、これによつ
て、鞍形コイル６の位置合せ（すなわち円筒体の軸芯合
わせ）を行う。また、クライオスタツトの外側には、漏
えい磁場空間域を小さく押えるため、重量が数トンの鉄
製の磁気シールド体12を設けている。

鞍形の傾斜磁場コイル６に傾斜磁場発生用のパルス電
流を流す場合、コイルの円周部に作用する電磁力は、フ
レミングの左手の法則に従い、静磁場方向が第１図中左
から右方向にあるとき、左端上側コイル円周部には半径
方向外向に、同下側のコイル円周部には半径方向軸中心
向きに作用する。またコイル６の左側中央部の円周部に
は電流が逆向きに流れるので、これと逆向きの荷重が作
用する。以上に述べた電磁力に起因する作用は鞍形コイ
ル６を変形させようとするものであり、若しコイル６が
変形するならば傾斜磁場に歪が生じて画像処理精度が低
下することになる。

しかし本例においては傾斜磁場コイル６は剛性の大き
な第２支持体７上に強固に固定されているので、この荷
重による傾斜磁場コイル６の変形は拘束され、かつ、そ
の変位量を非常に小さくすることができる。つまりコイ
ル６の歪のほとんどは支持体７にて吸収されてしまう。
残りのエネルギーは振動となつて第１支持体10に伝わる
がその大半は弾性体９に吸収される。また、第２支持体
７に作用する傾斜磁場コイル６の荷重は、第２支持体７
内面の広い面積に分散されてゴムマツト９に伝わるが、
単位面積当りの荷重は小さく、また、接着したゴムマツ
ト９の全域で荷重を分担するので、ゴムマツト９の変形
量を十分小さくすることができるし、併せて第１支持体
10の振動も抑制される。従つて、傾斜磁場コイル６のボ
ア５内での変位量は十分小さく、傾斜磁場分布に乱れを
生じさせることなく、その結果、３次元空間で高画質の
画像を得ることができる。一方、傾斜磁場コイル６を固
定した第２支持体７の電磁力による振動は、剛性を増し
たことによつて高周波域成分が強くなり、この域の振動
を良く吸収するゴムマツト９で吸収され第１支持体10に
伝播しなくなるから、放射面積の広い第１支持体10及び
クライオスタツト１の振動音を防止できるので、騒音を
大幅に低減することも可能となる。

また本例では第２支持体７のボビン軸長が従来のボビ
ンより短かくて済むので、発生周波数は高くなる。従つ
て、低周波域の振動吸収が難しいゴム状の弾性体９でも
十分にその振動エネルギーを吸収することができる。こ
の場合、第１支持体10に弾性体９を巻き付けた後、液状
エポキシ樹脂と繊維と巻き付け、固化した後、鞍形コイ
ル６を置いて更に液状エポキシ樹脂と繊維を巻き付けて
固化し一体化しても同様な効果を生じる。

一方、ゴムマツト９の板厚方向のバネ定数を板厚方向
に変える。例えば、バネ定数の異なるゴムシートを交互
に積層して構成したゴムマツトを均一に介在させたり
（第３図参照）、ブロツク状のゴム体９′（第４図参
照）やコイルバネ９″（第５図参照），板バネ９（第
６図，第７図参照）を偶数個又は奇数個均一に配置させ
ても同様の効果がある。本例では第１支持体10の剛性を
低減するのに際し弾性体を介した間接支持構造としてい
るが、これにより固定体（第２支持体７及びコイル６）
の振動吸収及び第１支持体の共振防止が図れる。特に弾
性体がゴムならば高周波域の吸収が大であり、コイル状
バネならば低周波域も吸収し、板バネなら軸方向変位を
拘束できるという副次的効果もある。

また本例では第２支持体７の軸方向長を第１支持体10
の軸長より短かくしたので発生周波数の高域化が図れ
る。

尚、各コイル６の一部をテープ状物で固定したがこの
固定部位はコイル６の全域にわたらせる必要はなく、荷
重のかかるところだけ固定すれば充分効を奏する。

本実施例によるなら、傾斜磁場コイルの電磁力によつ
て生じる振動を複数のボビンと、その間に挿入した弾性
体で吸収するので、パルス電流を流した時に発生する音
を小さくでき効果がある。なお、弾性体９は全周にある
必要はなく、鞍形コイルの荷重点に偶数個又は奇数個ブ
ロツク状の弾性体を配置しても同様な効果が生じる。

第８図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
１図の例と異なる点は、第1,第２支持体（ボビン）の断
面構造内に空洞部7aを設け、同じ重量の材料でボビンの
断面２次モーメントを大きくしてある。本例によれば更
に剛性を増して傾斜磁場コイルの変形を防止でき、ま
た、軽量化が図れ、かつ、ボビンの放熱を良好にして、
傾斜磁場コイルの熱歪を小さくすることが可能となる。
更に高画質の画像を得ることができる効果もある。

第９図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
１図の例と異なる点は、第２支持体７を内外に２分割
し、7b及び7cで傾斜磁場コイル６をサンドイツチ状に固
定したもので、それぞれの接触部は接着剤等で固着され
ているところにある。本実施例によれば、傾斜磁場コイ
ル６をより強固に固定できるとともに、コイルの放熱を
コイルサイドから直接行えるので、熱歪を更に小さくで
き、高画質な画像を得ることができるという効果があ
る。

第10図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
１図の例と異なる点は、第２支持体を更に短尺化してボ
ビン13とし、ロツド14で左右両ボビン13を数箇所支持し
たものである。尚、この実施例では、鞍形コイル６の円
周部は、ボビン13中に埋め込んである。本実施例によれ
ば、同量の素材重量でボビン13の板厚（つまり第２支持
体の板厚）を更に厚くできるので、剛性が増し傾斜磁場
コイル６の電磁力による変形を更に小さくでき、従つて
より高画質の画像を得られる。加えて本実施例によれ
ば、第２支持体で発生する振動の周波数が更に高くな
り、ゴムシート状の振動吸収効果を更に高めることがで
き、音をより一層小さくすることが可能である。すなわ
ちボビン13の放射面積を小さくできることから第２支持
体の振動による騒音の低減効果が大である。尚、本例に
おいては第２支持体（ボビン13）を２個に分割し、鞍形
コイルを上下から挾んで固定しても同様の効果が生じ
る。また第１支持体10の上記ボビン13相当部位に弾性体
９を巻き付けた後、液状エポキシ樹脂と繊維を巻き付け
て固化し、しかる後鞍形コイル６を置き、更に液状エポ
キシ樹脂と繊維を巻き付けて固化し、こうして一体化し
ても同様な効果を生ずる。

第10図の実施例の代案を第11図に示す。すなわち本例
は第１支持体10外周面の一部（コイル設置部位）の弾性
体９を巻き、この弾性体９上に第２支持体７を置き、第
２支持体７上に傾斜磁場コイル６を搭載した後、繊維
（或いはクロス）強化（含浸）樹脂層でこのコイル６の
少なくとも一部（荷重の影響を受ける部位）を覆つてコ
イル６を固定してある。本例でも第10図の例と同様な効
を奏するが、加えて装置製作が簡便となる。

第12図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
１図の例と異なる点は、第１支持体10の軸方向長さを若
干長くして、第１支持体10を磁気シールド体12に支持体
16で固定した点にある。本実施例によれば、磁気シール
ド板12の剛性のクライオスタツト１の内壁面に比べ、非
常に大きいから、傾斜磁場コイル６に電磁力が作用して
も、第１支持体10の支持体16部での変形は非常に小さ
く、第１支持体10に間接的に支持された傾斜磁場コイル
の変位量を小さくでき、高画質の画像を得ることができ
る。しかも、第２支持体７の振動は肉の厚い磁気シール
ド体12で吸収されるから薄肉シエルのクライオスタツト
１には全く伝播しなくなり、よつてクライオスタツトの
共鳴音が無くなり騒音を低減できるという効果がある。
この場合、第１支持体を、核磁気共鳴装置を設置してい
る床面より支持した高剛性の専用治具で固定してもクラ
イオスタツト槽の共振防止の効果を生じる。

第13図は本発明になる更に別の実施例を示すもので、
第12図の例と異なる点は、第２支持体７及び第１支持体
10に通気口17を開け、内・外筒を構成する支持体の内外
間の空気流動を可能にして、傾斜磁場コイル６の放熱特
性を向上させたものである。従つて本例によればコイル
６の熱歪が小さくなりコイル６の変形が抑えられてより
画質が向上する。加えて振動による空気圧変動を緩和さ
せ、音圧レベルを更に低下させて音を小さくする効果も
ある。

第14図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
１図の例と異なる点は、クライオスタツト１及び、第１
支持体10の内面に、吸音材15を貼布した点であり、本実
施例によれば、第２支持体７で発生した音の反射音（空
気伝播後）を吸収する作用があるからボア５内の音圧レ
ベルを更に低下させることが可能となる。

第15図は第１図乃至第14図の実施例に示した核磁気共
鳴装置の側面図であり、部分断面図で示してある。本例
示図においてクライオスタツト１はその内部に被冷却体
の超電導マグネツト３を収納する液体ヘリウム４とその
槽を加え、（第１図〜第14図では省略したが）複数温度
レベル（例えば約70Kと約15Kの２温度レベル）の他の被
冷却体である熱シールド筒21,22を内蔵し、真空容器20
で大気と隔離され内部を断熱処理、例えば積層断熱材を
巻き付けて真空断熱している。図示はしていないが冷凍
機の構成要素たる膨張機の低温部がクライオスタツト内
に挿入され、温度約70Kに冷却した第１ステージ25と温
度約15Kに冷却した第２ステージ26とを、銅網の弾性伝
熱体23,24を介して熱シールド筒21,22に一体化してい
る。本実施例では、膨張機を横向きに取付けるため、フ
ランジ18を磁気シールド体12に締結固定するまで、解体
離脱可能な固定支持体をフランジ18に設け、その端部を
真空容器20に接続し、膨張機の位置決めが、クライオス
タツト輸送中の振動防止に使用する。尚19はベローズで
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、傾斜磁場コイルにパルス電流を流し
た時に生じる電磁力によつて、傾斜磁場コイルに作用す
る変形荷重を、剛性の大きな第２支持体で受け、その変
形量を十分小さく押え込み、かつ、その荷重を第２支持
体の内面で分散し、弾性体を介して位置決めされた第１
支持体に均等に伝播できるので、第１支持体，第２支持
体の変形量も十分小さくすることが可能となる。従つ
て、傾斜磁場コイルの動きによる磁場の乱れが無く、高
画質の画像を得られる効果がある。

また、該電磁力によつて生じる第２支持体の振動を、
弾性体によつて吸収し、その振動を第１支持体及びクラ
イオスタツトに伝播せず、かつ、第２支持体の放射面積
を小さくできるので、騒音を低減できる効果もあり、よ
つて被検査者に不快感を与えることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る核磁気共鳴装置の内部
構造物の部分断面図、第２図は第１図の実施例装置に適
用する被検体収納容器の組立斜視図、第３図，第４図，
第５図，第６図及び第７図は夫々第１図の実施例に適用
する支持体及び弾性体の配置例を示す要部断面模式図、
第８図及び第９図は夫々第１図の他の実施例に適用する
支持体の構造を示す要部斜視図、第10図，第11図，第12
図，第13図及び第14図は夫々本発明の他の実施例を示
し、内部構造物の一部を側方より見た要部の部分断面
図、第15図は第１図の側面図である。 １……クライオスタツト、３……超電導マグネツト、５
……ボア、６……傾斜磁場コイル、7,13……第２支持
体、９……弾性体、10……第１支持体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 主藤 剛 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所那珂工場内 (72)発明者 菊地 勝昭 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 平田 東助 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 下出 新一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 根本 武夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−100954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−106757（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−239503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−272335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−100954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−279237（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157411（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状に形成され静磁場を生成する静磁場発
   生用マグネットと、この静磁場発生用マグネットよりも
   内方に筒状に形成された第１の支持体と、前記静磁場発
   生用マグネットとこの第１の支持体との間に筒状に形成
   された第２の支持体と、この第２の支持体と第１の支持
   体との間に設けられた弾性体と、前記第２の支持体に固
   定された傾斜磁場コイルとを備えた核磁気共鳴装置にお
   いて、前記第２の支持体を円筒空間軸方向の長さを前記
   第１の支持体よりも短くして複数個に分割した核磁気共
   鳴装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記複数個に分割され
   た第２の支持体の夫々毎に前記傾斜磁場コイルを固定し
   た核磁気共鳴装置。
3. 【請求項３】筒状に形成され静磁場を生成する静磁場発
   生用マグネットと、この静磁場発生用マグネットよりも
   内方に筒状に形成された第１の支持体と、前記静磁場発
   生用マグネットとこの第１の支持体との間に筒状に形成
   された第２の支持体と、この第２の支持体と第１の支持
   体との間に設けられた弾性体と、前記第２の支持体に固
   定された傾斜磁場コイルとを備えた核磁気共鳴装置にお
   いて、前記クライオスタットよりも外側に形成された磁
   気シールド体とを備え、前記第１の支持体をこの磁気シ
   ールド体に固定した核磁気共鳴装置。