JP3098044B2

JP3098044B2 - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP3098044B2
Application number: JP02415197A
Authority: JP
Inventors: 弘隆竹島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPH04224734A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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装置と略称）に係り、特に傾斜磁場
印加手段と静磁場印加手段との間の無駄な空間を減ら
し、被検者収容空間を広く取ることを可能とした構造を
持つ傾斜磁場印加手段を備えたＭＲＩ装置に関する。

【０００２】

【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、被検者中の核スピン
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。この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った静磁場が必要であ
る。被検者に対する静磁場の方向によって、ＭＲＩ装置
は垂直磁場方式と水平磁場方式の２種類に大別できる。
このうち、被検者の体軸と垂直な方向に静磁場が加えら
れる垂直磁場方式は、信号検出に検出感度の高いソレノ
イドコイルを使用できるという利点を持つ。垂直磁場方
式の磁気回路としては、専ら永久磁石を用いた方式が採
用されている。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という特長を持つ。また、他の常電
導や超電導方式とは異なり、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かからないという優れ
た特長を持っている。

【０００３】永久磁石を用いた垂直磁場方式の磁気回路
のうち、現在最も普及している対向型磁気回路と呼ばれ
るものの例を図９，１０に示す。図９は磁気回路の斜視
図を、図１０はその縦断面図を示す。この磁気回路５
は、被検者が入りえるだけの間隔を持って対向配置した
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３ａ，３ｂ、及び柱状継鉄４によって連結し、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、それぞれ磁極片１ａ，
１ｂを固着している。この磁極片１ａ，１ｂは、被検者
を含む空隙内の静磁場分布の均一度を向上させるための
ものである。その構造については、例えば、特開昭60−
88407 などで述べられているが、通常は周辺部が盛り上
がり内部に窪みを有する形状を用いている。

【０００４】一方、ＭＲＩ装置では上記した静磁場以外
に、受信信号の位置情報を得るために、空間的に磁場強
度が変化する傾斜磁場を用いる。この傾斜磁場は３次元
空間の位置に対応してＸ，Ｙ，Ｚの３方向に対応するも
のが必要である。図では静磁場の方向をＺ軸にとった
Ｘ，Ｙ，Ｚの直交座標系５０を示している。各傾斜磁場
は、対向した１対の傾斜磁場コイル群９ａ，９ｂによっ
て作り出される。この図では煩雑さを避けるために敢え
て示していないが、傾斜磁場コイル９ａ，９ｂの各々
は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向に対応する３つの傾斜磁場コイ
ルから構成されている。被検者に対する圧迫感の低減
や、操作者による被検者の取扱を容易にするためには、
磁気回路開口（Ｌ）ができるだけ広いことが望ましい。
磁気回路開口の広さを生かすために、例えば特開平1−6
4638で述べられているように、傾斜磁場コイル群９ａ，
９ｂは、上記磁極片１ａ，１ｂが形成する窪みの内側に
取付けている。

【０００５】ところで永久磁石材は非常に高価であり、
装置の製造原価を抑制するためには、出来るだけその使
用量を減らす必要がある。そのためには、磁場の生成効
率を向上させる事が重要であり、図９で示したのとは構
造の異なるトンネル型の磁気回路が種々検討されている
（例えば、Philips J. Res. ４０，ｐｐ．２５９〜２８
８（１９８５）あるいは、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNE
TICS, VOL．２５，No.５，ｐｐ．３９０４〜３９０６
（１９８９）等）。

【０００６】その一例を図１１に示す。このトンネル型
磁気回路６は、磁場発生源の永久磁石構成体１１とそれ
らを保持し且つ磁束を通すために純鉄などで作られた継
鉄１０、及び静磁場の均一度を向上させるための磁極片
１２から構成されている。この形式の磁気回路では、図
９の形式のものに比べ２０〜４０％の磁場生成効率の向
上が期待される。

【０００７】なお上記した以外にも、原子核のスピンを
操作するための高周波パルスを照射するＲＦ照射コイ
ル、被検者からのＮＭＲ高周波信号を受信するための受
信コイル、更に受信信号を基に各種画像を計算する画像
再構成装置などが必要である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上で述べたように、近
年、磁場発生効率の向上を目指して、トンネル型の磁気
回路が色々と検討されている。この形式の磁気回路に用
いる傾斜磁場コイルには、超伝導磁石あるいは常伝導磁
石を用いた磁気回路に使用されている方式が適用でき
る。すなわち、コイル外形が円筒の形状をした傾斜磁場
コイルを用いている。ただし、超伝導磁石では静磁場の
方向が水平なのに対して、永久磁石方式では垂直であ
る。従って、当然、傾斜磁場コイルのパターンはそれに
合わせて設計する必要があるが、これは既存の計算機シ
ミュレーションによって容易に行える。超伝導磁石ある
いは常伝導磁石を用いた磁気回路では、その開口断面も
円筒形状であり、その中心軸は傾斜磁場コイルと同心で
ある。そのため磁気回路の内側と傾斜磁場コイルとの間
隔はどの個所でも一定であり、無駄な空間はない。

【０００９】ところが、永久磁石を利用したトンネル型
の磁気回路の場合には、磁石素材が立方体もしくはそれ
に準じた形状をしているために、その開口断面は円では
なく、図１１に示したように多角形状となる。このため
に、磁気回路６と傾斜磁場コイル３０との間に無駄な空
間が生じる。言い替えれば、被検者の入る空間の寸法は
傾斜磁場コイル３０の直径によって規定される。このた
めに、磁気回路６の有する開口断面積よりも被検者の入
る空間断面積が小さくなり、被検者の受ける圧迫感が大
きくなるという問題が生じる。

【００１０】この問題を解決するためには、磁気回路の
開口断面を大きくするという方法を考えることはでき
る。しかし、磁気回路の製造原価は開口断面積に大きく
依存しており、これを大きくすることはＭＲＩ装置の大
幅な価格上昇を招く。従って、本問題を解決するための
有効な手段とはなり得ない。本発明は、上記した問題点
を解消し、永久磁石を用いたトンネル型の磁気回路の場
合にも、被検者の受ける圧迫感の少ないＭＲＩ装置を安
価に提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、検査対象に空間的に一様な静磁場を加えるための静
磁場印加手段と、前記検査対象に互いに直交する３方向
の傾斜磁場を加えるために前記静磁場印加手段の内面に
配置した傾斜磁場印加手段及び、磁気共鳴イメージング
に必要な高周波パルス印加手段、信号検出手段、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の外形断面を直線状部分と曲
線状部分とを組み合わせて構成したものである。

【００１２】

【００１３】

【作用】上記のように傾斜磁場印加手段を構成すること
で、静磁場印加手段と傾斜磁場印加手段との間の無駄な
空間を削減でき、実質的な被検者収容空間を確保できる
ので、被検者が受ける圧迫感の少ないＭＲＩ装置を容易
に且つ安価に実現することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って具体的
に説明する。図１２にトンネル型の磁気回路６に対して
用いられている、従来の傾斜磁場コイル３０の斜視図を
示す。トンネル型の磁気回路６の場合には、慣用に従っ
てＺ軸を磁気回路の中心軸方向に取ったＸＹＺの直交座
標系５１を用いる。従って、静磁場の方向は、ＸかＹ方
向となる（図１１の場合にはＹ方向）。図１２では、Ｚ
方向に中心軸３２を持つ円筒型の枠組み３３上に、Ｘ，
Ｙ，Ｚの各方向用の３種類の傾斜磁場コイルを形成して
いる。図では一方向のみのパターン３４を示している。

【００１５】先にも説明したように、この傾斜磁場コイ
ル３０を図１１の磁気回路６に用いると無駄な空間が多
く、被検者の圧迫感が大きい。又、図９に示した上下に
傾斜磁場コイル９を設ける方式を図１１の磁気回路６に
用いた場合には、必要とするだけの傾斜磁場の空間的直
線性や生成効率が得られない。これは、図１１の形式の
磁気回路の場合には、開口幅Ｗが図９の場合に比べてか
なり小さくなるためである。この形式の傾斜磁場コイル
で、優れた性能を持つものを設計するためには、かなり
大きなコイル直径Ｄが必要である。このコイル直径Ｄ
は、必要とする傾斜磁場の直線性や生成効率にも依る
が、少なくとも７００ミリ程度以上は必要である。とこ
ろが、図１１の形式の磁気回路で開口幅Ｗを７００ミリ
以上とするのは、磁気回路の磁場生成効率の点で非常に
不利であり、製造原価を考えると実際には不可能であ
る。

【００１６】次に、本発明による傾斜磁場コイルの一例
を図１，図２に示す。図１は、傾斜磁場コイル３０の斜
視図を、図２はその傾斜磁場コイル３０を磁気回路３５
の中に配置した状態を示す斜視図である。図２では、磁
気回路３５は簡略化して、その外形のみを描いている。
本発明では、傾斜磁場コイル３０の外形断面は円形では
なく、磁気回路３５の内側断面と相似の形状としてい
る。ここに示した例では、磁気回路３５の内側断面が正
方形なので、傾斜磁場コイル３０の外形断面も正方形と
している。この様に傾斜磁場コイルを構成することで、
図２に示すように傾斜磁場コイル３０と磁気回路３５の
内側との間に無駄な空間がなくなり、広い被検者収容空
間３２を確保することができる。

【００１７】傾斜磁場コイルの具体的な製造方法として
は、これまでに知られているように非導電性の枠３３の
上に銅線を必要なパターン形状３４に巻きつける方法
（例：特開昭60−94705 ）などを用いることができる。
又、図３の様に傾斜磁場コイルの各面（例えば、面３６
と面３７）間でのパターンの接続をスムーズにするため
には、各面の接合部分３８に若干の丸みを付けることが
有効である。

【００１８】特性の良いコイルのパターン形状を求める
方法には、特開昭59−157549，特開平1−220806などで
知られている方法を応用できる。すなわち、コイルのパ
ターン形状をある関数で表わし、そこに流れる電流によ
って生成される磁場分布を計算機シミュレーションす
る。その磁場分布及び磁場の生成効率が所望の範囲に入
るまで、順次にパターン形状の関数に含まれるパラメー
タを微小変化させ、最適値を求めるものである。

【００１９】図２では、磁気回路の内側断面が正方形の
場合を例として示したが、本発明はそれだけに限らず任
意の多角形断面に適用することができる。すなわち、こ
の発明の要点は、磁気回路の内側断面と傾斜磁場コイル
の外形との間の不要な空間を減らし、被検者収容空間を
可能な限り広く取ることにある。例えば、磁気回路の内
側断面が長方形（図４）や六角形（図５）のもの等でも
同様に本発明を適用できる。又、図６のように各辺の長
さが不均等である場合にも同様である。当然、傾斜磁場
コイルの外形断面も図４から図６の各図に示した形状と
相似になる。上の図４や図６の様に、開口のある方向
（ｂ）を広く取ると、被検者に開放感を与えられる。
又、被検者収容空間の内部で体を移動させることが出来
るので、関心領域を磁場の中心部分に設定できる利点が
ある。同時に、他方向の開口(ａ)を従来と同程度の広さ
に制限することで、磁気回路の製造原価を抑えることが
できる。

【００２０】本発明の別の実施例を図７に示す。この実
施例は図４や図６で示したように、磁気回路の内側断面
のある方向が別の方向に比べて長い場合に適用できる。
この場合には、傾斜磁場コイル３０の外形断面を楕円形
にすることができる。すなわち、この形状の磁気回路３
５では、傾斜磁場コイル３０の外形を磁気回路に合わせ
た多角形ではなく楕円形としても、傾斜磁場コイルと磁
気回路との間の無駄な空間２０が少なくて済む。又、楕
円形とすることで、小さな曲率で曲がる部分がなくなる
ため、製作がしやすく機械的な強度も向上する等の利点
がある。

【００２１】本発明の更に別の実施例を図８に示す。こ
の実施例では、傾斜磁場コイル３０の外形断面を楕円と
せず、上下の部分４０を直線とし、左右の部分４１を曲
線とし、両者間を滑らかに接続したものである。このよ
うにすることで、無駄な空間２０の領域を図７の場合よ
りも更に少なくできる。又、曲線状部分には円弧や放物
線など計算しやすい形状を用いるのが、製作時には便利
である。図７，図８では磁気回路３５の内側断面が横方
向に広い場合に付いて示したが、逆に縦方向に長い場合
でも同様である。又、これまでの説明ではトンネル型の
磁気回路６を用いてきたが、当然、図９に示した対向型
磁気回路５の場合にも本発明は適用が可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、静磁場印加手段と傾斜
磁場印加手段との間の無駄な空間を削減でき、静磁場印
加手段の開口断面積を生かした広い被検者収容空間が得
られる。このため、被検者に与える圧迫感の少ないＭＲ
Ｉ装置が実現できる。しかも、従来技術に対して装置の
原価を上昇させること無く、安価に実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による傾斜磁場コイルの構造を示す斜視
図

【図２】本発明による傾斜磁場コイルと磁気回路との関
係を示す斜視図

【図３】本発明による傾斜磁場コイルの構造を示す斜視
図

【図４】本発明の適用範囲を示す磁気回路の斜視図

【図５】本発明の適用範囲を示す磁気回路の斜視図

【図６】本発明の適用範囲を示す磁気回路の斜視図

【図７】本発明の別の実施例を示す傾斜磁場コイルと磁
気回の斜視図

【図８】本発明の更に別の実施例を示す傾斜磁場コイル
と磁気回路の斜視図

【図９】従来技術による磁気回路と傾斜磁場コイルを示
す斜視図

【図１０】従来技術による磁気回路と傾斜磁場コイルを
示す縦断面図

【図１１】別の従来技術による磁気回路を示す斜視図

【図１２】従来技術による傾斜磁場コイルを示す斜視図

【符号の説明】

１磁極片２永久磁石構成体３板状継鉄４柱状継鉄５対向型磁気回路６トンネル型磁気回路９傾斜磁場コイル群１０継鉄１１永久磁石構成体１２磁極片２０無駄な空間３０傾斜磁場コイル３１無駄な空間３２傾斜磁場コイルの中心軸３３傾斜磁場コイルの枠３４傾斜磁場コイルのパターン３５磁気回路３６傾斜磁場コイルを構成する面３７傾斜磁場コイルを構成する面３８傾斜磁場コイルを構成する面の接合部分４０傾斜磁場コイル外形断面の直線状部分４１傾斜磁場コイル外形断面の曲線状部分５０直交座標系５１直交座標系

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象に空間的に一様な静磁場を加える
ための永久磁石を用いたトンネル型の静磁場印加手段
と、前記検査対象に互いに直交する３方向の傾斜磁場を
加えるために前記静磁場印加手段の内面に配置した傾斜
磁場印加手段及び、磁気共鳴イメージングに必要な高周
波パルス印加手段、信号検出手段、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の外形断面を直線状部分と曲線状
部分とを組み合わせて構成したことを特徴とする磁気共
鳴イメージング装置。