JP3092106B2

JP3092106B2 - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP3092106B2
Application number: JP02051695A
Authority: JP
Inventors: 弘隆竹島; 博幸竹内; 仁志吉野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH03254733A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、MRI装
置）において、照射コイルと傾斜磁場コイル、或いは磁
場発生装置との結合を防ぐための高周波シールドの構造
に関する。

〔従来の技術〕

MRI装置は、NMR現象を利用して計測した信号を演算処
理することで、被検体中の検査部位における原子核の密
度分布、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。

NMR現象を発生させるためには、空間的に一様な強度
と方向を持つた静磁場を発生する磁場発生装置と、原子
核にエネルギーを与えるための照射コイルが必要であ
る。また、原子核の位置情報を得るために、空間的に強
度が変化する傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場コイ
ルも必要である。これらにより発生されたNMR信号を受
信コイルにより検出し、計算機で演算処理を施すことで
被検体の断層画像を求めている。

一般に、磁場発生装置の内側に傾斜磁場コイル、更に
その内側に照射コイルが配置され、また、被検体に近接
して受信コイルが置かれている。従来の装置では、照射
コイルと傾斜磁場コイル、或いは、磁場発生装置との間
での不要な干渉を防ぐ目的で、照射コイルと傾斜磁場コ
イルとの間に高周波シールド（良導電性の金属箔）を配
置していた。そして、その厚さｄを（１）式で規定して
いた（特開昭63−290554号）。

ここに、 π：円周率、₀:高周波の周波数、μ：金属箔の透磁
率、σ：金属箔の導電率、α，β：渦電流のインダクタ
ンス等から決まる定数、t:傾斜磁場の立上がり及び立下
がり時間。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記したように高周波シールドの厚さｄを式
（１）で規定されるd₁以上にすると、傾斜磁場コイルが
発生するパルス状の傾斜磁場により高周波シールドに多
量の渦電流が引き起こされる。この渦電流は、意図した
傾斜磁場とは逆方向の磁場を生じさせるため、傾斜磁場
の立上がり及び立下りを鈍くさせる。これを補正し、所
望のパルス状傾斜磁場を発生させるためには、立上が
り，立下がり時に傾斜磁場コイルに多大の電流，電圧を
印加しなければならない。このために、傾斜磁場コイル
を駆動する電源には大きな電力容量を持つたものが必要
となるため、高価になるという欠点があつた。

本発明では、以上に述べた問題点を解消し、高周波を
十分に遮蔽する機能を果たすと共に、傾斜磁場の立上が
り，立下がり特性に悪影響を与えない高周波シールドを
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、対向して配置される一対
の磁極片を有しこの磁極片間に空間的に一様な静磁場を
発生するための静磁場印加手段と、前記検査対象に互い
に直交する３方向の傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場
印加手段と、前記検査対象を構成する原子の原子核に核
磁気共鳴を起こさせるための一対の高周波パルスを印加
する手段と、前記核磁気共鳴による信号を検出する手段
と、この検出手段により検出された核磁気共鳴信号を用
いて検査対象の断層画像を演算する画像再構成手段とを
備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場印加手段に流す電流のオーバーシュート
の割合を抑えつつ高周波の遮蔽を行うよう厚みを持った
高周波シールドを備え、該高周波シールドは銅箔で形成
され且つ厚さが17μｍ未満の板状に形成され前記傾斜磁
場印加手段と磁極片との間の各々に静磁場方向と直交す
る方向に配置されたものである。

〔作用〕

上記のように高周波シールドを構成することによつ
て、高周波パルスを印加する手段と傾斜磁場印加手段、
或いは、静磁場印加手段との干渉を効果的に遮蔽する。
又、傾斜磁場の立上がり，立下がりに与える影響は、傾
斜磁場コイル駆動電源の能力内に抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に沿つて詳細に説明す
る。

現在、磁場発生装置としては、永久磁石，超伝導磁
石，常電導磁石の三方式が実用化されている。このう
ち、永久磁石方式は、漏洩磁場が少なく装置の設置が容
易である。また、他の方式とは異なり、一旦着磁してし
まえば、その後は磁場発生に電力及びヘリウムなどの冷
媒を必要としないので、ランニングコストが殆どかから
ないという優れた特徴を持つている。

以下具体的に説明すると、第１図に示す永久磁石を用
いたMRI装置を例として考える。第１図（ａ）は見取図
を、第１図（ｂ）は正面図をそれぞれ示している。

この図に示す磁場発生装置では、被検体６の体軸に対
して垂直方向（紙面の上下方向）に静磁場を発生してい
る。この磁場発生装置は、被検体６が入りえる空隙Ａを
形成して対向配置した一対の永久磁石構成体2a,2bを、
これらの永久磁石構成体2a,2bを支持すると共に磁気的
に結合する板状継鉄３と柱状継鉄４によつて連結するこ
とで、静磁場を発生させている。更に、上記一対の永久
磁石構成体2a,2bの対向する面には、空隙Ａ内の磁場分
布の均一度を向上させるために、それぞれ磁極片1a,1b
を固着している。通常は、周辺部が盛り上がり内部に窪
みを有する形状を採つている（特開昭60−88407号）。

一方、原子核スピンの位置情報を得るための傾斜磁場
コイル10は、空隙Ａの領域を狭くしないように、上記の
磁極片１の窪みの内側に配置されることが多い。傾斜磁
場コイルは３次元空間の位置に対応して、X,Y,Zの３方
向のものが必要である。図には示していないが、傾斜磁
場コイル10a,10bの各々は、X,Y,Zの３方向の傾斜磁場コ
イルから構成されている。

更に傾斜磁場コイル10の内側には、照射コイル20が配
置される。照射コイルは、被検体６に高周波の電磁波を
照射することによつて原子核スピンを操作し、NMR信号
を発生させる。この信号は、被検体に近接して置かれる
受信コイル30で検出され、図示していない計算機に伝送
され演算処理が行なわれる。

ここに示す実施例では、照射コイル20と傾斜磁場コイ
ル10の間に高周波シールド50を配置している。この図で
は、高周波シールドは照射コイルと相似形状の矩形の筒
状のものにしている。しかし、照射コイルの周囲をカバ
ーし、被検体６を撮影のための空隙Ａに出し入れ出来る
開口部が設けられていれば、高周波シールドの形状は任
意のもので問題ない。

高周波を遮蔽するためには、高周波シールドは高い導
電率を持つ必要がある。また、静磁場の均一度を乱すこ
とのないように、透磁率は低くなければならない。これ
らの条件を満たす素材として、銅、あるいはアルミニウ
ム等の金属箔シートを用いることが出来る。

高周波を十分に遮蔽するためには、高周波シールドは
ある程度以上の厚みが必要である。一方、傾斜磁場の立
上がり，立下がりに悪影響を及ぼさないようにするため
には、余り厚くすることは出来ない。

以下に、高周波シールドの厚さについて行なつた、考
察と実験の結果を示す。

まず、高周波を遮蔽するのに必要な厚さについて考え
る。第２図に示すように、角周波数ωの平面電磁波62
が、導電率σで厚さａの金属箔60（但し、透磁率μは真
空中でのものμ_０と仮定する）に入射することを考え
る。この場合に、入射する平面電磁波62に対して透過す
る電磁波64は、Maxwellの基本方程式から近似的に式
（２）で表せることが導ける。

ここに、E_iは入射電磁波、E_tは透過電磁波を表わす。

λ＝（a/δ）・（１−ｉ） ε₀:真空での誘電率（8.9×10^-12F/m） μ₀:真空での透磁率（４π×10^-7H/m）但し、ｉは複素数を表す。また、δはスキンデプスと
呼ばれ、高周波が物体の中に侵入する深さを表すパラメ
ータである。

MRI装置で用いられる高周波の周波数_０は、静磁場
の強度B₀と撮影対象となる原子核の種類によつて、式
（３）で決められ、ラーモア周波数と呼ばれる。

_０＝γ・B₀ …（３）ここに、γは原子核によつて決まる定数（磁気回転
比）である。

現在、最も多く撮影の対象となつている水素原子核の
場合には、γが42.58MHz/Tである。MRI装置の静磁場強
度としては、0.02〜2Tの範囲が普通に用いられているの
で、ラーモア周波数は0.85〜85MHzとなる。

式（２）の絶対値が、平面電磁波62が金属箔60を透過
する割合Ｒを示す。MRIの周波数では、ε_０ω／σ≪１
が十分成立するから、これは式（２′）のように簡単な
形に変形できる。

式（２′）は、ηとｃの関数になつているが、ｃに関
係する部分だけを第６図にグラフ化した。この図からｃ
（＝a/δ）が１よりも小さい範囲では、これをで近似できることがわかる。この近似を用い、式
（２′）を簡単にすると式（４）が得られる。

透過率Ｒが10^-3以下であれば、高周波を十分にシール
ドしていると考えられるから、高周波シールドの厚さａ
は、式（５）を満たせば良いことがわかる。

ａ≧5.3/σ …（５）また、式（２）は、電磁波を平面波と仮定して求めた
ものである。しかし、実際には照射コイルと高周波シー
ルドの距離は非常に接近しているため、空間での波動イ
ンピーダンスは平面電磁波に比べて高くなる。このため
に、シールド効果はここでの計算値よりも更に高まる。

次に、傾斜磁場での立上がり，立下がりに影響を与え
ない高周波シールドの厚さａの上限を検討する。MRI装
置で必要とする傾斜磁場の立上がり波形を、第３図
（ａ）に模式的に示す。規定の磁場強度に達するまでの
立上がり時間t_rとしては、通常0.1〜1ms程度を設定して
いる。一般に、傾斜磁場コイルの周囲には、磁気回路等
の導電性のものが配置されている。そのために高周波シ
ールドがない場合にも、パルス状の傾斜磁場が加わる
と、それらに渦電流が発生し、立上がり時間を遅らせる
原因となつている。これを補償し、規定の立上がり時間
を確保するために、傾斜磁場コイルに流す電流を第３図
（ｂ）に示すように立上がり部分でオーバーシユートさ
せている。また、傾斜磁場コイルは数百μＨ前後のイン
ダクタンス成分を持つので、これだけの変化の速い電流
を流すと、第３図（ｃ）に示すように、電圧も大きなオ
ーバーシユートを示す。従つて、傾斜磁場コイルを駆動
する電源は、瞬間的にこの大きな電流，電圧を供給でき
るだけの容量を持つたものでなければならない。

通常の装置では、電流オーバーシユートの割合R_i（I_P
/I_S）は1.1〜1.3程度としている。しかし、高周波シー
ルドを付け加えると、渦電流が新たにそこに誘起され
る。このために、傾斜磁場の立上がり時間t_rを延ばさな
いためには、オーバーシユートの割合R_iを更に増加する
必要がある。この増加の割合は、高周波シールドに誘起
される渦電流量に依存するが、これは高周波シールドの
厚さにほぼ比例している。即ち、高周波シールドが厚く
なるほど、オーバーシユートの割合R_iを増さなければな
らない。

そこで、銅箔（導電率：σ＝5.9×10⁷［（Ω・
ｍ）^-1］）を高周波シールドに用い、その厚さと電流の
オーバーシユートの割合との関係を実験的に求めた。高
周波シールドの無い場合と、銅箔の厚さを18μｍ、及び
35μｍとした場合について実験を行なつた。又、傾斜磁
場の立上がり時間t_rは1msとし、変化しないようにし
た。その結果、シールドの無い場合にR_iが1.1だつたも
のが、18μｍのシールドを用いた場合には1.3となり、3
5μｍでは1.5となつた。傾斜磁場の立上がり時間t_rを短
くすると、R_iは更に大きな値を取ると考えられる。

この様子を第７図に示す。横軸には導電率と高周波シ
ールドの厚さの積（σ・ａ）を取り、縦軸には電流値を
取つている。図にはMRI装置で必要とする最大の傾斜磁
場強度B_gを得るために必要な電流のピーク値をプロツト
している。先の実験結果に従い、（σ・ａ）の増加によ
りピーク電流を大きくしなければならない。この電流ピ
ーク値は、傾斜磁場コイル駆動電源の最大供給電流Imax
以下でなければならない。従つて、（σ・ａ）は、２本
の直線の交点を与える点b₁以下である必要がある。即
ち、高周波シールドの厚さａは、式（６）を満たす必要
がある。

ａ≦b₁/σ …（６）傾斜磁場コイル駆動電源の電圧に付いても同様な議論
ができ、必要とする最大の傾斜磁場強度B_gを得るために
必要な電圧ピーク値が、電源の最大供給電圧を越えない
という条件から式（７）が必要となる。

ａ≦b₂/σ …（７）但し、b₂は必要とする最大の傾斜磁場強度B_gと、駆動
電源の能力によつて決まる定数である。

より実際的には、一般に用いられる傾斜磁場コイル駆
動電源の能力を考えて、オーバシユートの割合R_iが1.3
以下の範囲を用いるのが良い。こうすることで、駆動電
源を安価なものにできる。

従つて、先の実験結果から σ・ａ≦5.9×10⁷・18×10^-6 ＝1.1×10³ となり、式（８）を得る。

ａ≦1.1×10³/σ …（８）また、高周波シールドの素材としては種々のものが利
用できるが、銅箔シートは特に、その経済性，取扱い易
さ、及び高周波シールド特性に優れることから有用であ
る。これを用いる場合には、先に示した条件式（８）か
らその厚さａをａ≦20μｍの範囲で選ぶのが良い。

以上の説明は、磁場発生装置として垂直磁場方式の永
久磁石を用いた場合について行なつたが、超伝導磁石、
或いは、常電導磁石の場合にも同様の効果が得られる。
また、静磁場の印加方向が水平であつても問題なく適用
できる。

第４図は、対向する一対の磁極片１を持つ磁場発生装
置に対して、特に本発明の別の実施例を施した様子を示
す。図中で第１図と番号が同じものは、同一物であるこ
とを示す。この実施例では、高周波シールド52が筒状で
はなく、板状のものを上下の傾斜磁場コイル10と照射コ
イル20との間に配置している。また、上下の高周波シー
ルド52は導体15で接続し、同電位にしている。このよう
なシールド構成でも、傾斜磁場コイル近くの最も影響の
大きい部分はカバーしているので、高周波は実質上問題
無く遮蔽されている。この実施例では、照射コイルの横
側部分が自由になるので、照射コイルの据付や調整が容
易に行なえるとう利点がある。

第５図は、本発明の更に別の実施例を示す。この場合
には、高周波シールド54を傾斜磁場コイル10と磁極片１
との間に配置する。この配置では、高周波シールド54と
照射コイル20との間隔を広くとれるので、両者間の容量
性結合を少なく抑えられる。そのために、外部環境の変
化に対して照射コイルが影響を受けにくくなるという利
点がある。

また上記の実施例は、高周波シールドとして金属箔を
用いる代わりに、磁極片１に導電性塗料を塗布すること
でも達成できる。又、磁極片１にめつき処理、或いは金
属の蒸着等を施すことによつて、その表面に導電性の領
域を形成することでも、その目的を達成できる。当然こ
れらの場合にも、先に述べたようにその厚さは傾斜磁場
の立上がりに悪影響を与えない範囲とすることが必要で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高周波と周囲環境との干渉を効果的
に遮蔽できる。しかも、傾斜磁場コイルの駆動電源に対
する負担を最小限に抑えることができるので、電源の小
型化，低価格化が達せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による別の実施例を示すための見取図と
正面図、第２図は平面電磁波が金属箔によつて遮蔽され
ることを説明するための概念図、第３図は傾斜磁場と傾
斜磁場に流れる電流及び電圧の時間変化を示す概念図、
第４図は本発明による別の実施例を示すための正面図、
第５図は本発明の更に別の実施例を示すための正面図、
第６図は式（２′）の近似式を導くためのグラフ、第７
図は高周波シールドにより傾斜磁場コイル駆動電流が変
化する様子を示すための図である。１……磁極片、２……永久磁石構成体、３……板状継
鉄、４……柱状継鉄、６……被検体、10……傾斜磁場コ
イル、15……導体、20……照射コイル、30……受信コイ
ル、50,52,54……高周波シールド、60……金属箔、62…
…入射電磁波、64……透過電磁波、Ａ……空隙。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−207046（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−258002（ＪＰ，Ａ) 特開平２−5928（ＪＰ，Ａ) 特開平１−208815（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−50720（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−64298（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−57798（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−6089（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−45390（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向して配置される一対の磁極片を有しこ
の磁極片間に空間的に一様な静磁場を発生するための静
磁場印加手段と、前記検査対象に互いに直交する３方向
の傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場印加手段と、前記
検査対象を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさ
せるための一対の高周波パルスを印加する手段と、前記
核磁気共鳴による信号を検出する手段と、この検出手段
により検出された核磁気共鳴信号を用いて検査対象の断
層画像を演算する画像再構成手段とを備えた磁気共鳴イ
メージング装置において、前記傾斜磁場印加手段に流す電流のオーバーシュートの
割合を抑えつつ高周波の遮蔽を行うよう厚みを持った高
周波シールドを備え、該高周波シールドは銅箔で形成さ
れ且つ厚さが17μｍ未満の板状に形成され前記傾斜磁場
印加手段と磁極片との間の各々に静磁場方向と直交する
方向に配置されたことを特徴とする磁気共鳴イメージン
グ装置。