JP4331322B2

JP4331322B2 - Ｍｒｉ装置

Info

Publication number: JP4331322B2
Application number: JP15198399A
Authority: JP
Inventors: 仁志吉野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000333932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と記す。）、特に静磁場発生手段が発生する磁場の均一度調整に好適なイメージング装置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５及び図６に静磁場の発生に永久磁石を用い磁気回路を構成する静磁場発生部２を示す。図５は静磁場発生部の斜視図、図６は磁場発生部以外についても図示した縦断面図である。図５で、静磁場発生部２は、被検体を収容してＭＲ計測を行う計測空間Ｈを挟んで上下に対向して配置された下部磁石部Ａと上部磁石部Ｂ、この下部磁石部Ａ、上部磁石部Ｂの発する磁束の磁気回路をなすカラム５７ａ，５７ｂより成る。上部磁石部Ａと下部磁石部Ｂとは、基本的にほぼ同様な構成から成り、図５の下部磁石部Ａの外観では、ヨーク５１ａ、永久磁石５２ａ、磁極片５３ａとを示した。上部磁石部Ｂは基本的に下部磁石部Ａを反転したものである。図６において、一対の鉄製ヨーク５１ａ、５１ｂで永久磁石５２ａ、５２ｂ及び磁極片５３ａ、５３ｂを各々支持し、ヨーク５１ａ、５１ｂを２本のカラム５７ａ，５７ｂで所定の距離だけ隔てて対向保持して構成されている。この静磁場発生部２において永久磁石５２ａと５２ｂとは互いに極性を異ならせて対向配置されており、磁気回路は永久磁石５２ａ⇒磁極片５３ａ⇒磁極片５３ｂ⇒永久磁石５２ｂ⇒ヨーク５１ｂ⇒カラム（磁気系路体）５７ａ、５７ｂ⇒ヨーク５１ａ⇒永久磁石５２ａで形成される。
【０００３】
さらに、磁極片５３ａ、５３ｂの計測空間Ｈに面した表面には略同心円上に鉄片５４または磁石片５５が配置されている。さらに対向する磁極片５３ａ、５３ｂの周縁部は上下とも同一形状の環状突起部５６を有する。この環状突起部５６は、周辺への磁束の漏れを抑え内部空間の均一度を改善するためのものである（詳細は、特開昭６０−８８４０７号参照）。これらの構成部品のうち、磁極片５３ａ、５３ｂと鉄片５４または磁石片５５は被検体が入る空間、つまり磁極片５３ａ、５３ｂの間の中央の磁場均一度をより高度に均一にするためにある。（ここで、均一度とは（ある空間の磁場変化量）÷（中心磁場強度）で表わされ、通常ｐｐｍを単位として表現される。）鉄片５４または磁石片５５は、製造段階での、ある空間の磁場均一度調整に特に役立つ（以下、磁極片５３ａ、５３ｂに鉄片５４または磁石片５５を配置し磁場均一度調整する方法を鉄片シミングと呼ぶ）。
【０００４】
静磁場発生部２の被検体が入り得る有効ギャップは、磁極片５３ａ、５３ｂの環状突起部５６の表面部間距離となる。更に、この空間内には、被検体の他、開口部用外装カバー５０とイメージングに必要な送信側高周波コイル１４ａ、１４ｂ及び受信側高周波コイル（図示せず）、が配置されている。この他に、傾斜磁場コイル９ａ、９ｂがあるが、傾斜磁場コイル９ａ、９ｂは磁極片５３の凹部に収容されることもある。
【０００５】
以上のような静磁場発生部において、（イ）磁場均一度は環境により変化するため、鉄製のヨーク５１ｂ及び又は５１ａを微小に上下又は傾斜させること、（ロ）鉄製のヨーク５１ａ、５１ｂの中央部と永久磁石５２ａ、５２ｂの中央部を貫いて位置した鉄製のボス５８ａ、５８ｂを上下させること、（ハ）永久磁石５２ａ、５２ｂ外周に位置した鉄製のボルト５９ａ、５９ｂを上下させること、の全部又はその一部を用いて磁場均一度の調整を行う。以上の（イ）、（ロ）、（ハ）の３通りの磁場調整法をメカニカルシミングと呼び、鉄片シミングと区別している。
【０００６】
製造段階での磁場調整は鉄片シミングとメカニカルシミングを併用し、イメージング装置据え付け時にはメカニカルシミングを用いて調整する例が多い。
【０００７】
この静磁場発生源に永久磁石を用いた静磁場発生装置は周囲温度の変化により磁場強度が変化する。一般的に永久磁石の磁場強度の変化の温度係数は−１０００ｐｐｍ／℃程度である。即ち、温度が１℃上がると、静磁場強度が１０００ｐｐｍ弱くなる。核磁気共鳴イメージング装置では静磁場に傾斜磁場を加えて、位置を磁場の大きさに対応させ、位置に応じた共鳴周波数の信号を発生させる。この位置に応じた周波数を持つ核磁気共鳴信号を検出し、位置の特定を行う。然るに、静磁場の強度が温度の影響を受けて変化すると、結局位置の特定に誤差を含むことになる。画像上に問題とならない磁場強度の変化限度は一般には５ｐｐｍ／撮影時間、である。言い換えると、撮影時間内に５／１０００℃以内に温度変化を抑える必要がある。この１つの方法として本発明者らは、特願昭６１−１８５２７７号に記したように磁気回路の周囲を断熱材で覆い、内部に温度調整用ヒータを設けヒータへの電流を制御して磁気回路温度を一定に保つ制御方法を提案している。図６に示した５０は断熱材であり、外気温変化、傾斜磁場コイル９の発熱による磁気回路２への影響を緩和するものである。本来は静磁場発生部全面に配置されているが説明に必要な部分のみを図示した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、次のような解決すべき課題を有していた。
メカニカルシミングでは磁場不均一項の低次項のみの調整が可能であり、外来直流磁場、磁気回路内温度分布変化で発生する高次項磁場不均一変化に対応できず、画像に歪やアーチファクトを発生させるという問題を有していた。この問題は従来例で説明した鉄片シミングで解決可能であるが、各種の部品、例えば、開口部用外装カバー５０と送信側高周波コイル１４ａ、傾斜磁場コイル９、断熱材６０を一旦外して鉄片の位置を調整する必要がある。
【０００９】
前述のように、永久磁石型の静磁場発生部２は温度変化に敏感であるため、各種部品を外すことによる温度変化を原因とする磁場均一度変化が起こり、本来調整すべき不均一項が変化し、調整が困難であった。製造段階で行っている鉄片シミングは一定に温度管理された部屋で行っているため問題はないが、これを部屋が温度管理されていない据え付け時や、点検時に行うことは、鉄片シミングを行う時間、温度変化を起こした磁石を安定にするまでの時間、温度変化途中でのシミング実行の結果確認までの時間等、長時間を要するので、一般的には前記メカニカルシミングで留めていた。
しかし近年ＥＰＩ撮影法などの高速撮影法が普及し始め、ＭＲＩ装置の静磁場はより高度な磁場均一度が必要不可欠となってきた。
【００１０】
本発明の目的は、磁場均一度の調整を迅速に行うことができるＭＲＩ装置を提供することにある。特に鉄片シミングを迅速に可能にする構造を有したＭＲＩ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳する勾配磁場を発生する傾斜磁場コイルを含む傾斜磁場発生手段と、被検体へ照射する高周波磁場を発生する高周波コイルと、被検体から発生するＮＭＲ信号を検出する手段と、
前記検出された信号を画像化する手段とを備え、
前記静磁場発生手段の表面から所定距離を置いた位置であって、前記均一磁場空間と前記静磁場発生手段の表面との間に、前記静磁場の均一度を調整する磁性部材片を支持手段によって所定位置へ配置可能としたことを特徴とするＭＲＩ装置において、前記所定位置は複数個あり、該複数個の位置には鉄片又は磁石片が配置されることとしたものである。そして、本発明では、前記磁性部材片の支持手段は前記高周波コイルのコイル支持体を用いると良く、また、前記磁性部材片を前記コイル支持体へ前記高周波コイルの中心に対し同心円状の位置に複数個配置すると良い。更に、前記高周波コイルは着脱可能なカバーに覆われており、このカバーを取り外すことにより前記磁性部材片の着脱、又は位置の微調整を可能とすると良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態のＭＲＩ装置の全体構成図を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体１の断層画像を得るもので、そのために、被検体１を収容する空間を有した静磁場発生部２と、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）８と、シーケンサ７と、送信系４と、傾斜磁場発生系３と、受信系５と信号処理系６とを備えている。
【００１３】
上記静磁場発生部２は、超電導磁石、常電導磁石または永久磁石から成る静磁場発生源を有し、被検体１の周りにその体軸方向または体軸と直角方向に均一な磁束を発生するもので、上記被検体１の周りのある広がりを持った空間にある所定の均一な磁場強度を有した計測空間を形成する。
【００１４】
上記シーケンサ７は、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系４及び傾斜磁場発生系３並びに受信系５に送るものである。
【００１５】
上記送信系４は、高周波発振器１１と変調器１２と高周波増幅器１３と送信用高周波コイル１４ａとから成り、上記高周波発振器１１から出力された高周波パルスをシーケンス７の命令に従って、変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された送信用高周波コイル１４ａに供給することにより、電磁波が上記被検体１に照射されるようになっている。
【００１６】
上記傾斜磁場発生系３はＸ、Ｙ、Ｚの三方向に巻かれた傾斜磁場コイル９とそれぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、上記シーケンサ７からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交する三方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを被検体１に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え方により、被検体１に対するスライス面を設定することができる。
【００１７】
上記受信系５は、受信用高周波コイル１４ｂと増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とから成り、上記送信用の高周波コイル１４ａから照射された電磁波による被検体の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）を被検体１に近接して配置された受信用高周波コイル１４ｂで検出し、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力してディジタル量に変換する。この際、Ａ／Ｄ変換器１７はシーケンサ７からの命令によるタイミングで、直交位相検波器１６から出力された二系列の信号をサンプリングし、二系列のディジタルデータを出力する。それらのディジタル信号は信号処理系６に送られフーリエ変換されるようになっている。この信号処理系６は、ＣＰＵ８と磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置とＣＲＴ等のディスプレイ２０とから成り、上記ディジタル信号を用いてフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理を行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を行って得られた画像をディスプレイ２０に表示するようになっている。
【００１８】
次に本発明の一実施の形態を示す。図２は従来例で用いた図６の下部分に対応したものと同じで、静磁場発生部２の磁石中心断面図である。傾斜磁場コイル９は、磁極片５３ａに固定されているスタッドボルト６１にネジ６３で固定され、その上面は磁極片５３ａの環状突起部５６の上面と一致している。すなわち、傾斜磁場コイル９は磁極片５３ａの凹部に収容されている。送信用高周波コイル１４ａは、傾斜磁場コイル９を貫通して磁極片５３ａに固定されているスタッドボルト６２に、ネジ６４で固定されている。６０は断熱材で、傾斜磁場コイル９で発生した熱が磁極片５３ａを介して永久磁石ブロック５２ａへ伝達されることを防止するものである。したがって、この熱伝達の防止の観点から、傾斜磁場コイル９及び送信用高周波コイル１４ａを固定するためのスタッドボルト６１、６２は熱伝導率の低い材質、例えば、ステンレス製や樹脂製のものを用いることが好ましい。その他は従来例で説明した内容と同一であるので省略する。
【００１９】
図３は本発明に係る送信用高周波コイル１４ａの斜視図である。７０は銅板で形成されたコイルで、７５がその保持部材であり、例えばエポキシ樹脂製である。この保持部材７５には、前記スタッドボルト６２へこの送信用高周波コイル１４ａを固定するための穴の他に、コイル７０の中心点を中心とした同心円上に複数個のネジ加工が施された穴７１が設けられ、それらの穴７１に磁石片又は鉄片の挿入が可能となっている。
【００２０】
図４は図３の穴７１部の断面図である。７４が磁石片、７３が鉄片、７２は樹脂製ネジである。磁場の空間的歪み補正のため、鉄片か磁石片を使用する必要があり、同一の穴７１で両方使用可能にするため、以下の構成としている。保持部材７５の穴７１はネジ穴とし、磁石を使用する場合にはその穴に磁石片７４を挿入し樹脂製ネジ７２で抜け防止をする構造としている。さらに鉄片使用の場合には、鉄片の変わりに鉄製ネジを保持部材７５のネジ穴にねじ込むことで固定する構造としている。磁石片７４のかわりに鉄片を挿入し樹脂製ネジ７２で固定する構造でも良い。
【００２１】
次に、本発明による静磁場均一度の調整方法について説明する。据え付け時の磁場均一度測定時又はファントム撮影によって画像歪が認められた場合には、先ず前記メカニカルシミングを実行する。そしてメカニカルシミングを実行しても磁場均一度が達成できなくなったところで、図２に示すカバー５０を取り外す。このカバー５０を取り外すと、送信用高周波コイル１４ａが露出し、図３の鉄片シミング用の穴７１が現われる。
【００２２】
そして、前記磁場均一度測定結果又はファントム画像歪を参照しながら、磁場強度の不均一を生じている個所を特定し、その位置に対応した所の穴７１へ、シミング用の鉄片７３又は磁石片７４を挿入し、あるいはその位置の鉄片７３又は磁石片７４を取り外す。
【００２３】
本実施の形態によれば、均一度の調整が非常に微小な場合には、穴７１のネジ構造を利用し、鉄片７３又は磁石片７４を穴の深さ方向へその位置を調整することで対応することも可能である。
【００２４】
本実施の形態によれば以下の如き効果がある。
・開口部カバーを外すだけで鉄片シミングが可能となった。
・据え付け時の高精度磁場均一度調整が可能となり、高精度磁場均一度を必要とするＥＰＩ撮影法などに対応が可能となる。
・鉄片シミングにおいても静磁場発生手段の温度を変化させずにすむため据え付け時間を短縮できる。
・アーチファクトを低減できる。
【００２５】
ＭＲＩ装置における計測空間、すなわち均一磁場空間は通常、球状又は楕円球状に形成されるため、以上の如き構成は、磁場不均一部分が生ずる位置は様々であるので、図６の上部分に対しても同様の構造を採用すると良い。これによって、上下において静磁場均一度の調整が可能となる。勿論、上下のいずれか一方のみを上記の如き構成とする例もある。
【００２６】
更に、均一度調整のための穴７１は、高周波コイル７０を搭載した部材７２に設けたが、高周波コイル７０を別体とし、調整のためだけの部材を設けて、この部材中に同心円状の穴を設けて調整するやり方もある。また、同心円状配置穴としたが、縦横マトリックス状の如き穴配置例もある。
更に、当然のことながら、メカニカルシミングと併せて均一度調整を行うことが好ましい。
【００２７】
なお、本発明を永久磁石方式のＭＲＩ装置に適用した実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、静磁場の発生源が計測空間を間に挟んで対向して設けられる方式のものであれば、超電導方式や常電導方式のＭＲＩ装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄片シミングによる磁場均一度調整を極めて容易に実現可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲＩ装置の一実施の形態の全体構成ブロック図である。
【図２】一実施の形態のＭＲＩ装置の断面図である。
【図３】一実施の形態の送信用高周波コイルの斜視図である。
【図４】一実施の形態の送信用高周波コイルの断面図である。
【図５】従来の静磁場発生手段の斜視図である。
【図６】従来の静磁場発生手段の断面図である。
【符号の説明】
１４ａ送信用高周波コイル
７１穴
７２樹脂製ｓネジ
７３鉄片
７４磁石片
７５保持部材

Claims

被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳する勾配磁場を発生する傾斜磁場コイルを含む傾斜磁場発生手段と、被検体へ照射する高周波磁場を発生する高周波コイルと、被検体から発生するＮＭＲ信号を検出する手段と、
前記検出された信号を画像化する手段とを備え、
前記静磁場発生手段の表面から所定距離を置いた位置であって、前記均一磁場空間と前記静磁場発生手段の表面との間に、前記静磁場の均一度を調整する磁性部材片を支持手段によって所定位置へ配置可能とし、
前記所定位置は複数個あり、該複数個の位置には鉄片又は磁石片が配置され、
前記静磁場発生手段は、上下に１対から成る磁石部と、前記磁石部より前記空間側に配置され、上下に１対から成る磁極片とを含み、
前記磁極片は周縁部に同一形状の環状突起部を備えたＭＲＩ装置において、
前記磁性部材片の支持手段は前記高周波コイルのコイル支持体であることを特徴とするＭＲＩ装置。
前記複数個の所定位置にはネジ穴が配置され、そのネジ構造を利用して、前記鉄片か磁石片の深さ方向への位置が調節されることを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
前記磁性部材片を前記コイル支持体へ前記高周波コイルの中心に対し同心円状の位置に複数個配置したことを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
前記高周波コイルは着脱可能なカバーに覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。