JP3733441B1 - 磁気共鳴撮像装置及びその磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースで、数種類の磁場均一度調整体により大規模な磁場調整から小規模な磁場調整に対応できる磁気共鳴撮像装置及びその磁石装置を提供する。
【解決手段】 対向して配置することにより磁場空間３を生成するための複数の磁場発生源と、磁場空間３に形成される磁場を均一に調整するための磁場均一度調整装置１７，１８とを備え、磁場均一度調整装置１７，１８は、非磁性材により形成された板状のトレイに体積の小さな磁場均一度調整体２６を配置するための複数のねじ穴２４を設け、複数のねじ穴２４を含む領域にわたる体積の大きな磁場均一度調整体２７を配置する取付部２５を設けることにより、大規模な磁場調整と小規模な磁場調整をそれぞれ独立して行える構成とした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、磁場発生源が対向して空間に均一磁場空間を形成するのに好適な磁石装置を備えた磁気共鳴撮像装置及びその磁場発生源として用いる磁石装置に関する。

磁気共鳴撮像装置（Magnetic Resonance Imaging）は、均一な静磁場空間に置かれた被検体（検査体）に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して被検体の物理的、化学的性質を表す画像を得ることができ、主として医療用に用いられている。磁気共鳴撮像装置（ＭＲＩ装置ともいう）は、一般に、被検体が搬入される撮像領域内に均一な静磁場を印加するための磁場発生源と、撮像領域に向けて高周波パルスを照射するＲＦコイルと、撮像領域からの応答を受信する受信コイルと、撮像領域内に共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁場を印加する傾斜磁場コイルで構成される。

磁気共鳴撮像装置の画質向上のための要件の一つに、静磁場の均一度の向上がある。磁場発生源により撮像領域内に印加される静磁場を均一にするために、磁気共鳴撮像装置に用いられる磁石装置は、設計、組み立て、据付の各段階において磁場調整が行われている。

設計段階における磁場調整では、例えば、磁場発生源の磁極部分を機械加工する場所によって磁極材料の磁性を変化させたりすることにより磁場を均一化している。〔特許文献１〕には、同心円状に円環空洞を設けた磁極によって均一磁場を生成する方法が記載されている。〔特許文献２〕には、磁極面の中央部と周辺部とで、磁性材の飽和磁化特性を変化させる磁極の厚さを変化させることで、均一磁場を生成する方法が記載されている。〔特許文献３〕には、磁極表面に溝及び突起を形成することで、均一磁場を生成する方法が記載されている。

しかし、〔特許文献１〕ないし〔特許文献３〕に記載の均一磁場を生成する方法は、いわゆる設計段階における磁場調整であり、製作誤差や周囲の環境に起因する磁場の不均一成分を修正して均一な磁場を得ることができないため、組み立て、据付の各段階で最終的な磁場調整を行う必要がある。

組み立て段階における磁場調整は、例えば、製作誤差や周囲の環境などによって生じる磁場不均一成分を、磁石装置に磁性材や永久磁石からなる磁場均一度調整体を追加的に配置したり、磁場均一度調整体を取り除いたりすることにより行われる。この磁場均一度調整体は、対向する磁場発生源とその内側（撮像領域側）に配置される傾斜磁場コイルとで挟まれる空間に配置されるのが一般的である。このような構成のもとで、〔特許文献４〕には、磁場調整体の大きさよりも小さい間隔で磁場調整体を配置して精密な磁場調整を行う方法が記載されている。

据付段階における磁場調整は、組み立て段階で行う磁場調整と同様であり、それぞれの磁場調整を同一の磁場調整機構で行えるように設計することが望ましいが、作業性の向上のために別の調整機構を設ける場合もある。〔特許文献５〕には、磁場発生源として超電導コイルを用い、この超電導コイルを収納するコイル容器に隣接した空間に磁場均一度調整機構を設けて磁場調整の作業性を向上する方法が記載されている。〔特許文献６〕では、磁極片に放射状の溝を設け、この溝に磁性材からなる磁場均一度調整体を配置した非磁性棒を挿入することで、磁場調整の作業性を向上する方法が記載されている。〔特許文献７〕には、傾斜磁場コイルに穴を設け、これを磁場均一度調整機構とする構成が記載されている。

また、〔特許文献８〕には、大きさの異なる多数のシム穴をシムプレートに設け、シム穴に異なる複数のシム材を組み合わせて入れるようにしたＭＲＩ装置が記載されている。

特開２００２−２５３５３０号公報 特開平５−２４３０３７号公報 特開２００３−２４２９９号公報 特開２００１−７８９８４号公報 特開２００２−２３８８７４号公報 特開２００１−２２４５７０号公報 特開２００３−１５３８７９号公報 特開２００２−１６５７７３号公報

磁石装置の発生する静磁場強度が強い場合、周囲の環境が磁場均一度に与える影響は無視できないほど大きく、組み立て、据付段階における磁場調整は、大量の磁場均一度調整体を用いた大規模なものとなることが多い。〔特許文献４〕ないし〔特許文献７〕に記載の従来の技術では、組み立て、据付の各段階の磁場均一度調整を、大量の磁場均一度調整体を必要とする大規模な磁場調整と、少量の磁場均一度調整体で足りる小規模な磁場調整とを同じ機構で行うか、それぞれの機構を別の空間に設けて行う必要があった。

同じ磁場均一度調整機構で大規模な磁場調整と小規模な磁場調整とを実施する場合、磁場均一度調整体は微小な体積のものから大きな体積のものまで、数多くの種類を用意しなければならないという問題がある。一方、別の空間に別の磁場均一度調整機構を設ける場合、磁石装置に磁場均一度調整機構のための新たな空間を確保する必要があり、装置の大型化、コストの増大につながるという問題がある。

また、〔特許文献８〕に記載の従来の技術では、磁場均一度調整体は微小な体積のものから大きな体積のものまで、数多くの種類を用意しなければならないという問題がある。

本発明の第１の目的は、省スペースで、少ない種類の磁場均一度調整体で大規模な磁場調整から小規模な磁場調整まで対応できる磁気共鳴撮像装置及びその磁石装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、対向する一対の磁場均一度調整装置で大規模な磁場調整及び小規模な磁場調整にそれぞれ独立に行うことができる磁気共鳴撮像装置及びその磁石装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の磁気共鳴撮像装置及びその磁石装置は、対向して配置され磁場空間を形成する主コイルと、前記磁場空間に形成される磁場を均一に調整するための磁場均一度調整装置とを備え、前記磁場均一度調整装置は非磁性材により形成されたトレイを有して構成され、前記トレイの前記磁場空間側には、磁性材により形成された第１の磁場均一度調整体を配置するための貫通穴を有し、前記トレイの前記磁場空間と反対側には、磁性材により形成され、前記第1の磁場均一度調整体よりも大きな第２の磁場均一度調整体を配置するための取付部を有する構成としたものである。

そして、トレイには、複数の貫通穴としてねじ穴が設けられ、大きな磁場均一度調整体を配置するためのザグリが設けられているものである。

本発明によれば、対向する一対の磁場均一度調整装置で大規模な磁場調整および小規模な磁場調整にそれぞれ独立に行うことができ、省スペースで、数種類の磁場均一度調整体により大規模な磁場調整から小規模な磁場調整に対応できる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本実施例である磁気共鳴撮像装置の磁石装置の斜視図、図２は図１に示す磁石装置の縦断面図である。

磁気共鳴撮像装置（Magnetic Resonance Imaging ）の磁場発生源である磁石装置は、図１に示すように、一対のコイル容器１、２が磁場空間３を形成するように連結柱４、５を介して対向して配置されている。図２に示すように、上側のコイル容器１には円環状に形成された超電導コイルが収納され、下側のコイル容器２には円環状に形成された超電導コイルが収納されている。

上側コイル容器１は、例えば図３に示すように、ほぼ円筒状に形成された真空容器１２、真空容器１２内に収納された幅射シールド１３、幅射シールド１３内に収納されたヘリウム容器１４で構成されている。ヘリウム容器１４内には、円環状の超電導コイルである主コイル６、補正コイル７、８が、超電導用冷媒である液体ヘリウムと共に収納されている。図３では上側のコイル容器１について示したが、下側のコイル容器２についても同様の構成である。

各コイル容器１、２のうち、磁場空間３に対向する面側には、図１、図２に示すように、円柱状のコイル容器凹部１５、１６が形成されている。凹部１５，１６内には磁場均一度調整装置１７、１８が収納され、磁場均一度調整装置１７、１８の磁場空間３側には傾斜磁場コイル１９、２０が配置され、傾斜磁場コイル１９、２０のさらに磁場空間３側にはＲＦコイル２１、２２が配置されている。磁場均一度調整装置１７、１８、 傾斜磁場コイル１９、２０、ＲＦコイル２１、２２は、それぞれコイル容器１、２に着脱可能に設置される。

上側コイル容器１に収納された主コイル６、補正コイル７、８、下側コイル容器２に収納された主コイル９、補正コイル１０、１１は、磁場空間３の一部である撮像領域２３に均一磁場領域を形成するように作用する。主コイル６、９は、コイル容器１、２の外周側に設置され、最も磁場強度が強く、静磁場を磁場空間３内に垂直方向に沿って形成する。上側コイル容器１の補正コイル７，８及び下側コイル容器２の補正コイル１０、１１は、主コイル６、９によって形成される磁場の不均一成分を補正して撮像領域２３を均一磁場領域とするために設けられている。

補正コイル７、８、１０、１１の電流の向きは、撮像領域２３に発生する磁場の不均一成分によって決定され、例えば、補正コイル７、１０の電流の向きをプラス、補正コイル８、１１の電流の向きをマイナスといったように決定される。また、傾斜磁場コイル１９、２０は、撮像領域２３内に核磁気共鳴現象の位置情報となる傾斜磁場を形成するコイルであり、ＲＦコイル２１、２２は、撮像領域２３に向けて電磁波を照射する送信用コイルである。

このように、主コイル６、９、補正コイル７、８、１０、１１は、撮像領域２３の磁場を均一にするように配置されているが、組み立て誤差や設置環境の影響により、撮像領域２３には誤差磁場が発生する。この誤差磁場成分を除去するために、磁場均一度調整装置１７、１８が設けられている。

磁場均一度調整装置１７、１８は、例えば図４に示すように、円盤状のトレイであり、ＦＲＰやアルミニウムなどの非磁性体により形成され、図５に示すように、磁場空間３側の面（以下、表側の面という）からコイル容器１、２側の面（以下、裏側の面という）に貫通する多数のねじ穴２４が設けられている。磁場均一度調整装置１７、１８の裏側の面には複数のねじ穴を内側に含むように取付部である矩形のザグリ２５が設けられている。つまり、ザグリ２５は、複数のねじ穴を含む領域にわたって形成されている。表側の面のねじ穴２４にはねじ形状の鉄や永久磁石などの磁性材で形成された磁場均一度調整体２６がねじ込まれて配置され、裏側の面のザグリ２５には矩形に加工された鉄や永久磁石などの磁性材で形成される板状の磁場均一度調整体２７が配置されるようになっている。ザグリ２５の容積は、磁場均一度調整装置１７、１８の表側の面に設けられたねじ穴２４よりも大きな容積となるように形成されており、板状の磁場均一度調整体２７の体積は、ねじ状の磁場均一度調整体２６の体積よりも大きくなっている。また、ねじ状の磁場均一度調整体２６は、低次の誤差磁場分布及び比較的小さな誤差磁場を調整するのに適し、板状の磁場均一度調整体２７は高次の誤差磁場分布及び比較的大きな誤差磁場を調整するのに適している。

組み立て誤差や設置誤差により発生した誤差磁場、すなわち不均一磁場が小さい場合には、比較的小規模な磁場調整で均一化できるため、磁場均一度調整装置１７、１８をコイル容器１、２の凹部１５、１６に固定した状態で、磁場均一度調整装置１７、１８に表側の面からねじ状の磁場均一度調整体２６をねじ込んで配置する。この時、配置する磁場均一度調整体２６の個数、体積、位置は、撮像領域２３の誤差磁場成分の方向、大きさにより決定される。また、比較的小規模な磁場調整では、磁場均一度調整装置１７、１８の裏側の面に設けたザグリ２５に板状の磁場均一度調整体２７が配置されない。したがって、ザグリ２５は空洞のままであり、ねじ穴２４は貫通穴であるので、図６に示すように、ザグリ２５に到達する長いねじ形状の磁場均一度調整体２６を用いた磁場調整が行える。

一方、組み立て誤差や設置誤差により発生した誤差磁場が大きい場合には、比較的大規模な磁場調整が必要となるため、磁場均一度調整装置１７、１８をコイル容器１、２からそれぞれ取り外し、裏側の面の矩形のザグリ２５に板状の磁場均一度調整体２７を配置する。この時、配置する磁場均一度調整体２７の体積、個数、位置は、撮像領域２３の誤差磁場の方向、大きさにより決定される。ザグリ２５に磁場均一度調整体２７を配置する段階では、比較的大きな誤差磁場成分が除去できればよく、微調整は必要がないため、磁場均一度調整体２７は多くの種類を用意しなくてよい。

ザグリ２５に磁場均一度調整体２７を組み込んだ磁場均一度調整装置１７、１８をコイル容器１、２にそれぞれ取り付けた後、表側の面からねじ形状の磁場均一度調整体２６をねじ穴２４にねじ込んで配置して、小規模な磁場調整を行って誤差磁場を修正して均一な磁場を得る。この時、図７に示すように、磁場均一度調整装置１７、１８の裏側の面に設けたザグリ２５には磁場均一度調整体２７が配置されているので、長さの短いねじ形状の磁場均一度調整体２６をねじ穴２４にねじ込む。長さの短い磁場均一度調整体の方が長い磁場均一度調整体を用いる場合に比べて磁場調整の範囲は狭くなるので、長さが長い磁場均一度調整体を用いる場合に比べて磁場の微調整ができる。

このようにして、磁場均一度調整装置１７、１８を用いた磁場調整が完了すると、傾斜磁場コイル１９、２０、 ＲＦコイル２１、２２をコイル容器１、２にそれぞれ取り付けて磁石装置を構成する。

ＭＲＩ装置では、被検体としての患者がベッドに乗せられた状態で磁石装置の磁場空間内に搬送されたときに、被検体からの核磁気共鳴信号を収集する受信コイルと、受信された核磁気共鳴信号を解析する解析装置が設けられる。

本実施例によれば、磁場均一度調整装置１７、１８の表側の面及び裏側の面の両面に磁場均一度調整体２６、２７を配置できる構造としているので、裏側の面を大規模な磁場均一度調整作業に用い、裏側の面を小規模な磁場均一度調整作業に用いることができるので、省スペースで大規模から小規模までの各種の磁場調整に対応できる磁石装置を提供できる。

また、磁場均一度調整装置１７、１８の裏側の面に大きなザグリ２５を設け、表側の面から裏側の面に貫通するねじ穴２４を設けているので、磁場均一度調整装置１７、１８を取り付けた状態で小規模な磁場調整を行うことができる。

また、大規模な磁場調整において微調整を行う必要がなく、予め用意する磁場均一度調整体の種類を減らすことが可能となる。

図８は、磁場均一度調整装置１７、１８の変形例であり、磁場均一度調整体２７には、磁場均一度調整装置１７、１８に設けたねじ穴２４と同じ位置にねじ穴２８が設けられている。このため、磁場均一度調整体２６を用いた小規模な磁場調整において、磁場均一度調整体２７を配置しても長い磁場均一度調整体２６を用いることができ、その結果、小規模な磁場調整の磁場調整範囲は拡大する。

図９は、磁場均一度調整装置１７、１８の他の変形例であり、ザグリ２５を磁場均一度調整装置１７、１８の表側の面に設けている。磁場均一度調整装置１７、１８を図９に示すような構成とすることで、大規模な磁場調整の時にも、磁場均一度調整装置１７、１８をコイル容器１、２から取り外す必要がないので作業性が向上する。磁場均一度調整体２７に、ねじ穴２８は設けなくてもよいが、ねじ穴２８を設けた方が、磁場均一度調整体２７を配置した後でも磁場均一度調整体２６を配置することができるので作業性がよい。

図１０は、磁場均一度調整装置１７、１８の他の実施例であり、図示のように、円盤状の磁場均一度調整装置１７、１８の周方向に沿って円環状の複数の溝３０を形成して、その溝３０をザグリ２５として用いることができる。この場合、磁場均一度調整体２７の形状を扇形とすることになり、かつ円盤状の磁場均一度調整装置１７、１８の任意の位置に配置することができるから、磁場均一度調整の自由度が増す。

さらに、図１１に、磁場均一度調整装置１７、１８の他の実施例を示す。図１１は、上側コイル容器1の縦断面を示す図であり、下側コイル容器についても同様である。板状の磁場均一度調整装置１７は、コイル容器1に固定された支持部材３３によって支持されている。支持部材３３は、磁場均一度調整装置１７、１８の上側コイル容器1側の面に適宜間隔で散点的に配置してもよく、あるいは図１０のようにリング状に配置してもよい。

このように設けられる支持部材３３によって、コイル容器1と磁場均一度調整装置１７との間に空間３４が形成され、この空間３４に大規模な磁場調整のための磁場均一度調整体２７を配置できる。また、磁場均一度調整装置１７には、複数のねじ穴２４が設けられており、このねじ穴２４に磁場均一度調整体２６をねじ込んで配置できる。

このように構成されることから、図１１の実施例によれば、まず、磁場均一度調整装置１７を支持部材３３から取り外し、その裏面の所望の位置に磁場均一度調整体２７を配置して大規模な磁場調整を行う。磁場均一度調整体２７の取り付けは、ねじ止めや接着剤による固定など種々の方法が適用できる。磁場均一度調整体２７を配置した後、磁場均一度調整装置１７を支持部材３３に取り付け、磁場均一度調整装置１７の表側から、所望の位置に磁場均一度調整体２６を取り付けることによって、小規模な磁場調整を行う。本実施例によれば、ザグリを設けることなく、大規模な磁場調整と小規模な磁場調整を同一の磁場均一度調整装置を用いて実施することができる。

以上の各実施例では、小規模な磁場調整用としてねじ穴２４を設け、大規模な磁場調整用にザグリ２５又は空間３４を設ける例を説明したが、小規模な磁場調整用として貫通穴を設けてもよく、ザグリ２５又は空間３４を設ける代わりに磁場均一度調整装置１７、１８の表側の面もしくは裏側の面に直接、磁場均一度調整体２７の例えば鉄板を貼り付けてもよい。また、磁場発生源として超電導コイルを用いた磁石装置を説明したが、磁場発生源に常電導コイルや永久磁石を用いてもよい。

本発明の一実施例である磁石装置の斜視図である。 図１に示す磁石装置の縦断面図である。 コイル容器の縦断面図である。 磁場均一度調整装置の斜視図である。 図４に示す磁場均一度調整装置の縦断面図である。 磁場均一度調整装置の小規模な磁場調整を説明する縦断面図である。 磁場均一度調整装置の大規模な磁場調整を説明する縦断面図である。 磁場均一度調整装置の変形例を示す縦断面図である。 磁場均一度調整装置の他の変形例を示す縦断面図である。 磁場均一度調整装置のさらに他の変形例を示す平面図である。 磁場均一度調整装置のさらに他の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１，２…コイル容器
３…磁場空間
４，５…連結柱
６，９…主コイル
７，８，１０，１１…補正コイル
１２…真空容器
１３…幅射シールド
１４…ヘリウム容器
１５，１６…コイル容器凹部
１７，１８…磁場均一度調整装置
１９，２０…傾斜磁場コイル
２１，２２…ＲＦコイル
２３…撮像領域
２４，２８…ねじ穴
２５…ザグリ
２６，２７…場均一度調整体
３０…溝
３３…支持部材
３４…空間

Claims (11)

1. 対向して配置され磁場空間を形成する主コイルと、前記磁場空間に形成される磁場を均一に調整するための磁場均一度調整装置とを備え、
   前記磁場均一度調整装置は非磁性材により形成されたトレイを有して構成され、
   前記トレイの前記磁場空間側には、磁性材により形成された第１の磁場均一度調整体を配置するための貫通穴を有し、
   前記トレイの前記磁場空間と反対側には、磁性材により形成され、前記第1の磁場均一度調整体よりも大きな第２の磁場均一度調整体を配置するための取付部を有する磁石装置。
2. 対向配置され磁場空間を形成する主コイルと、前記主コイルを収納するコイル容器と、前記磁場空間に形成される磁場を均一に調整するための磁場均一度調整装置とを備え、
   前記磁場均一度調整装置は非磁性材により形成されたトレイを有して構成され、
   前記トレイの前記磁場空間側には、磁性材により形成された第１の磁場均一度調整体を配置するための貫通穴を有し、
   前記トレイと前記コイル容器との間には、磁性材により形成され且つ前記第1の磁場均一度調整体よりも大きな第2の磁場均一度調整体を配置するための空間を有する磁石装置。
   磁石装置。
3. 請求項1において、前記貫通穴に前記第1の磁場均一度調整体を有し、前記取付部に前記第２の磁場均一度調整体を配置した磁石装置。
4. 請求項２において、前記貫通穴に前記第1の磁場均一度調整体を有し、前記空間に前記第２の磁場均一度調整体を配した磁石装置。
5. 請求項2又は4において、前記磁場均一度調整体は前記コイル容器の前記磁場空間側の面に支持部材を介して支持され、前記空間は前記トレイと前記コイル容器と前記支持部材とにより形成される磁石装置。
6. 請求項1乃至5の何れかにおいて、前記トレイは前記主コイルと前記磁場空間との間に位置する磁石装置。
7. 請求項1乃至６の何れかにおいて、前記取付部又は前記空間は、前記貫通穴を幾つか含む領域にわたって形成される磁石装置。
8. 請求項1乃至７の何れかにおいて、前記第２の磁場均一度調整体は前記第１の磁場均一度調整体を配置するため貫通穴を有する磁石装置。
9. 請求項1乃至８の何れかにおいて、前記第１の磁場均一度調整体はネジ形状であり、前記貫通穴は前記ネジ形状に対応したネジ孔である磁石装置。
10. 請求項1乃至９の何れかにおいて、前記トレイの磁場空間と反対側の面は円周方向に沿って円環状の溝を備え、
    前記第2の磁場均一度調整体は前記溝に収まるような扇形の形状である磁石装置。
11. 請求項1乃至１０の何れかに記載の磁石装置を用いた磁気共鳴撮像装置。

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