JP3189973B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁極片を持つ永久磁石によつて構成される
対向型の静磁場発生手段を用いた磁気共鳴イメージング
装置(以下、MRI装置と称す)に係り、特に静磁場発生
手段の温度変動量を低減するために、傾斜磁場コイルで
の発熱を抑制できるように電気抵抗値の低い構造とした
傾斜磁場コイルを有するMRI装置に関する。
〔従来の技術〕
MRI装置は、NMR現像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現像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が必要である。被検者に対する静磁
場の方向によつて、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。垂直磁場方式の静磁場発生装置として
は、専ら永久磁石を用いた方式が採用されている。永久
磁石方式では、漏洩磁場が少なく装置の設置が容易であ
る。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徴を持つている。
永久磁石を用いた垂直静磁場発生装置の例を第4図に
示す。図では説明のために、静磁場の方向をZ軸にと
り、X,Y,Zの直交座標系20を示している。
垂直静磁場発生装置は、被検者6が入りえるだけの間
隔を持つ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によつ
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6
を含む空隙A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。その構成については、例えば、特開昭60
−88407号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。
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。
各傾斜磁場は、対向した1対の傾斜磁場コイル群10a,10
bによつて作り出される。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、傾斜磁場コイル群10a,10b
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。
一方、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、ガントリー開口
(L)ができるだけ広いことが望ましい。このため、例
えば特開平1−64638号で述べられているように、傾斜
磁場コイル群10a,10bは、上記磁極片1a,1bが形成する窪
みの内側に取付けられるのが理想的である。このために
は、傾斜磁場コイルの直径及び厚さを磁極片の窪みの寸
法以下にする必要がある。そこで、前記特許に記載され
ているように、傾斜磁場を発生するのに必要な幾何学パ
ターンの溝を絶縁板に彫り、この溝内に銅線を配置する
構造を採つていた。
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31、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30、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。
〔発明が解決しようとする課題〕
静磁場発生装置に永久磁石を用いた場合の技術的問題
点は、温度変化による永久磁石の磁場変動が大きいこと
である。例えば、Nd・Fe・B磁石の場合には−1200ppm/
℃、フェライト磁石では−1800ppm/℃温度計数を持つ。
MRIの撮影において良好な画像を得るためには、撮影中
の磁場変動量が小さくなければならない。この許容値
は、静磁場強度が強くなるほど厳しくなるが、例えば0.
2T(テスラ)の場合には4〜5ppm程度以下であることが
望ましい。従つて、許容される磁石の温度変動量は、0.
002〜0.004℃以下と非常に小さなものである。
一方、磁気回路に近接して取り付けた傾斜磁場コイル
には、数アンペアから数十アンペアの大電流が流れる。
この場合に、傾斜磁場コイルの電気抵抗値が大きいと、
発生する熱量が大きくなり、これにより永久磁石の温度
が変動し問題となる。
他方、前記特許の様に絶縁板に彫つた溝内に 若しくは丸銅線を埋めるという方法を取る場合、溝の断
面積に対して銅線の断面積がかなり小さくなるという問
題がある。
の場合には、線材の最外径に対してその実効断面積はか
なり小さくなるし、丸銅線の場合には、曲げにくくなる
のであまり断面積の大きなものは使用できない。更に、
溝の断面は矩形状に彫られているにも拘らず、その中に
配置する銅線は円状であるため無駄な空間が生じ、実効
的な傾斜磁場コイルの電気抵抗値を更に大きくしてい
た。
このために傾斜磁場コイルの電気抵抗値を充分に小さ
くすることができず、撮影を行なつている間に永久磁石
が次第に加熱されてしまう。そのため、静磁場強度が変
動し、良好な画像が得られなくなるという問題があつ
た。
本発明では、以上に述べた問題点を解消し、静磁場発
生装置の温度変動を引き起こさないように、限られた空
間に配置出来るにも拘らず電気抵抗値の低い傾斜磁場コ
イルを提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、永久磁石を用いて検査対
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
を与えるための傾斜磁場印加手段と、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は、傾斜磁場の特性に合わ
せて形成した矩形状の溝を有する板状の電気絶縁部材
と、傾斜磁場を印加するためのコイルを形成すると共に
該電気絶縁部材の溝内に固定された平角銅線とにより構
成され、該溝内には溝の幅と実質的に同一となるよう複
数の平角銅線を隣接して配設したものである。
また、前記平角銅線の断面寸法が、厚さが0.8ミリか
ら1.6ミリ、幅が3ミリから6ミリの範囲としたもので
ある。
更に、前記電気絶縁部材に設けた溝の深さが、前記平
角銅線の幅よりも浅くしたものである。
更にまた、前記電気絶縁部材の溝内に配設された複数
の平角銅線の断面積が、該溝の断面積との比率が85%〜
95%の範囲としたものである。
〔作用〕
上記のように傾斜磁場印加手段を構成することによっ
て、電気抵抗値の低い傾斜磁場印加手段を得ることがで
きるため、撮影空間を狭めることなく、静磁場印加手段
の温度変動を抑制し、良好な断層画像を得ることができ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に沿つて具体的に説明す
る。
第3図に従来の傾斜磁場コイルの構造を示す。第3図
(a)は、絶縁板に彫られた電流路となる溝、第3図
(b)がその断面、第3図(c)は断面の部分拡大図で
ある。先にも述べたように、ガントリーの開口部を大き
く取るために、傾斜磁場コイルは磁極片内部の窪みに配
置している。この窪みは通常、深さが20〜50ミリ、内直
径が700〜1300ミリ程度である。その内部に設置する傾
斜磁場コイルの寸法(直径(D)×厚さ(tGC))は、
自ずとそれ以下に制限する必要がある。第3図(a)
は、X方向の傾斜磁場コイル側から見た傾斜磁場コイル
のパターン17を示している。Y方向の傾斜磁場コイル
は、この裏側にX方向のパターンを丁度90度回転させて
格好で設けている(点線18で示す)。
傾斜磁場コイルの具体的な構造は、第3図(c)に示
すように、絶縁板11に彫られた幅W、深さHの溝12の中
に、直径Pの銅線13を挿入するものとなつている。銅線
13の直径Pとしては、より銅線を用いる場合には溝幅W
よりも若干小さなものを選んでおけば良い。しかし、丸
銅線の場合にはパターンの屈曲部での作業性を考える
と、3ミリ以下のものが適当である。また、銅線の断面
積S0は、丸銅線の場合はほぼπ・(P/2)、またより
銅線の場合には0.8×π・(P/2)の程度となる。
一方、傾斜磁場コイルの磁場生成効率を所望の値にす
るために必要なパターンのターン数は決まつているか
ら、溝幅Wを大きくするためには溝間のピツチ(d)を
詰めなければならない。従つて、溝間の隔壁の強度をあ
る程度以上に保つために必要なdによつて、溝幅Wが制
限される。また、溝深さHを溝幅Wに比べてあまり大き
くすると、溝の中に銅線を挿入する作業が困難になる
し、絶縁板の機械的強度も低下する。従つて、機械的強
度や加工性を考えると、W=3〜5mm,H=3〜5mmが適当
な範囲である。
例えば、W=4mm,H=5mmの溝を考えた場合、直径Pが
3.7ミリの をその中に入れた場合、銅線の断面積S0と溝断面積S
1(W×H)の比率は、約0.4となる。また、丸銅線で
は、直径3ミリのものを用いたとしても、この比率は0.
35程度にしかならない。従つて、溝の中で電流の流れな
い無駄な空間の割合が大きいと言える。
次に、本発明による傾斜磁場コイルの断面拡大図を第
1図に示す。この図において、絶縁板11の構造は、第3
図に示した従来構造のものと同一である。従来と異なる
のは、電流を流すための導線に複数の平角銅線15を用い
ていることである。この構造を採用することで、電流の
流れない無駄な空間を減らすことができ、導線断面積S0
と溝断面積S1とをほぼ同じ程度(S0/S1=0.85〜0.95)
にまですることができる。この結果、傾斜磁場コイルの
実質的な抵抗値を下げることができる。また、平角銅線
15を一本ではなく、複数本にして用いたのは、パターン
の屈曲部においてスムーズに銅線を曲げられるようにす
るためである。例えば、先に挙げたW=4mm,H=5mmの溝
を考えると、第3図(a)のA指部に示すようにパター
ンが小さな曲率で曲がつているところに、例えば厚さa
が3.8ミリ、幅bが5.0ミリの平角銅線を挿入することは
実際上、不可能である。しかし厚さaが0.9ミリで幅b
が5.0ミリの平角銅線を4本用いると、1本毎の銅線は
容易に曲げられるので、先のようにパターンが急激に曲
がる部分でも問題なく、溝中に納めることが可能であ
る。この場合の断面積比率は、S0/S1=0.9となり、従来
のものに比して約2.3倍以上も改良されている。
実験によれば、作業性が良く、実用的な平角銅線の寸
法としては厚さaが0.8〜1.6ミリ、幅bが3〜6ミリの
範囲であつた。この寸法及び平角銅線の本数は、採用す
る傾斜磁場コイルのパターン,ターン数,必要電流等に
よつて選択すれば良い。
また、製作の作業性を更に良くするためには、パター
ンの急峻な曲がり部分の溝幅を通常の部分よりも若干広
げておくことが有効である。溝加工にはNCエンドミルを
用いることができるから、溝幅を一部分だけ広げる加工
は、プログラムに若干の修正を加えるだけで行え、容易
である。
更に作業性を良くするためには、第2図の様に、溝の
深さHを銅線の幅bよりも浅くすることが有効である。
溝が浅いと銅線を挿入する際に、銅線の捩じれが少なく
なり、素直に収まるようになる。
以上で述べたいずれの場合にも、銅線を挿入した後に
接着剤を溝中に流し込んだり、電気絶縁部材によつて銅
線を押さえ込んだりするなどの手段を講じ、銅線を固定
する必要がある。
以上の本発明の実施例の説明では、磁極片1が上下方
向に対向した磁気回路について説明した。しかし、磁極
片1の対向する方向が左右であつても、本発明は上記し
たのと全く同様に実施することが可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来技術が持つていた特長(即ち、
ガントリ開口を狭めることなく、直線性に優れた傾斜磁
場コイルを安価に製造できる)を損なうことなく、電気
抵抗値を大幅に低減できる構造を可能とした。その結
果、傾斜磁場コイルに大電流が流れた場合にも発熱量が
少なく、永久磁石の温度変化を抑制できるので良好な断
層画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による傾斜磁場コイルの構造を示すため
の断面図、第2図は別の実施例を示すための断面図、第
3図は従来の傾斜磁場コイルを示すための平面図及び断
面図、第4図は従来のMRI装置の静磁場発生装置と傾斜
磁場コイルの概略を示すための図。 1……磁極片、2……永久磁石構成体、3……板状継
鉄、4……柱状継鉄、6……被検者、10……傾斜磁場コ
イル群、11……絶縁板、12……溝、13……丸銅線あるい
は、より銅線、15……平角銅線、17……X方向傾斜磁場
コイル、18……Y方向傾斜磁場コイル、20……直交座標
系、30……受信コイル、31……RF照射コイル、A……空
隙。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】永久磁石を用いて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方向の傾斜磁場を与えるための傾
    斜磁場印加手段と、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は、傾斜磁場の特性に合わせて形
    成した矩形状の溝を有する板状の電気絶縁部材と、傾斜
    磁場を印加するためのコイルを形成すると共に該電気絶
    縁部材の溝内に固定された平角銅線とにより構成され、
    該溝内には溝の幅と実質的に同一となるよう複数の平角
    銅線を隣接して配設したことを特徴とする磁気共鳴イメ
    ージング装置。
  2. 【請求項2】前記平角銅線の断面寸法が、厚さが0.8ミ
    リから1.6ミリ、幅が3ミリから6ミリの範囲であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の磁気共鳴
    イメージング装置。
  3. 【請求項3】前記電気絶縁部材に設けた溝の深さが、前
    記平角銅線の幅よりも浅いことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 【請求項4】前記電気絶縁部材の溝内に配設された複数
    の平角銅線の断面積が、該溝の断面積との比率が85%〜
    95%の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
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