JP4392941B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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装置という）、特に静磁場発生手段が発生する磁場均一度調整に好適な構造に関する。
【０００２】
図５は、公知のＭＲＩ装置装置の全体構成図を示すブロック図である。このＭＲＩ装置装置は、磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用した被検体１の断層画像を得るもので、そのために、必要な充分大きなボア径をもった静磁場発生磁気回路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からなる。
【０００３】
上記静磁場発生磁気回路２は、被検体１の周りにその体軸方向または体軸と直交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もった空間に永久磁石方式または常電導磁石方式あるいは超電導磁石方式の磁場発生手段が配置されている。
【０００４】
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。
【０００５】
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と送信側高周波コイル１４ａとからなり、上記高周波発信器１１から出力された高周波パルスをシーケンサ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波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。
【０００６】
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からなり、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。
【０００７】
上記受信系５は、受信側高周波コイル１４ｂと増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７からなり、上記送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波による被検体の応答のＮＭＲ信号を被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出し、増幅器１５及び直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７に入力してデ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、二系列のデジタルデータを出力する。それらのデ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とからなり、上記デジタル信号を用いてフーリエ変換、補正係数計算、像再構成等の処理を行ない、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なって得られた分布を画像化ディスプレイ２０に表示するようになっている。
【０００８】
図６及び図７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手段２を示す。図６は磁場発生手段の斜視図、図７は磁場発生手段以外についても図示した縦断面図である。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。この静磁場発生装置において永久磁石５２ａと５２ｂとは互いに極性を異ならせており、磁石回路は永久磁石５２ａ→磁極片５３ａ→磁極片５３ｂ→永久磁石５２ｂ→ヨーク５１ｂ→カラム５７ａ〜５７ｂ→ヨーク５１ａ→永久磁石５２ａで形成される。さらに、磁極片５３ａ，５３ｂの表面には略同心円上に配置された鉄片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改善のためのものである。（詳細は、特開昭６０−８８４０７参照）。これらの構成部品のうち、磁極石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均一にするためにある。（例えば、均一度＝ある空間の磁場変化量÷中心磁場強度×１０６≒１０ｐｐｍ）つまり製造段階では、ある空間の磁場均一度調整に鉄片５４または磁石片５５を用いている。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。
【０００９】
従って、被検体が入りうる有効ギャップは、磁極片５３ａ，５３ｂ突端部間距離となる。この中には、被検体のほか、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、受信側高周波コイル１４ｂが配置されており、傾斜磁場コイル９ａ，９ｂは磁極片５３ａ，５３ｂの凹部に配置されているのが一般的構成である。
【００１０】
以上のような静磁場発生装置において、磁場均一度は環境により変化するため、据付の段階で、鉄製のヨーク５１ａ，５１ｂの中央部に鉄製のヨーク５１ａ，５１ｂと永久磁石５２ａ，５２ｂを貫いて位置したボス５８を上下させることで、さらにまた、永久磁石外周に位置したボルト５９を上下させることで前記磁気回路の磁気抵抗を微変化させて、磁場均一度の調整を行なっていた。この磁場調整法をメカニカルシミングと呼ぶ。
【００１１】
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、装置据え付け時にはメカニカルシミングを用いて調整していた。この静磁場発生装置の磁気回路は永久磁石を用いているため周囲温度が変化により磁場強度が変化する欠点がある。一般的にその温度係数は−１０００ｐｐｍ／℃、即ち、温度が１℃上がると、静磁場強度が１０００ｐｐｍ弱くなる。ＭＲＩ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を発生させる。この周波数を持つＮＭＲ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。この位置ずれは、画像上に歪、ぼけを発生させる要因になる。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。この基準によると、撮影時間内に５／１０００℃以内に温度変化を抑える必要がある。この一つの方法として本発明者らは、特願昭６１−１８５２７７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。この断熱材は外気温変化、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。この断熱材は静磁場発生手段全面に配置されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
メカニカルシミングでは磁場不均一項の低次項の調整のみが可能であり、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ない問題があり、画像に歪やアーチファクトを発生させる不具合を有していた。
【００１３】
また、この場合は、上述で説明した鉄片シムでその修正は可能であるが、断熱材、開口部用外装カバー５０、送信側高周波コイル１４ａ、傾斜磁場コイル９ａ、などを装置本体から外す必要がある。永久磁石型の静磁場発生手段２は温度変化に敏感であるため、上記部品を外すことによる温度変化が原因となる磁場均一変化がおこり、本来調整する不均一項が変化し、調整が困難であった。製造段階でおこな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、温度管理された部屋が用意できない据え付け時、点検時に行うことは鉄片シミングを行う時間、温度変化をおこした磁石を安定にするまでの時間、温度変化をおこしている途中でシミングを行ったため安定後再確認の時間等、長時間を要し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撮影法などの高速化撮影法が主流となり高磁場均一度が必要不可欠となった。
【００１４】
本発明の目的は、ＭＲＩ装置の磁場調整の工数を低減させるとともに特に温度を変化させることなく鉄片シムを可能にする構造の提供にある。
【００１５】
【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以下のように構成している。被検体が配置される計測空間に静磁場を発生する静磁場発生部と、前記計測空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部と、前記被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、を有して成る磁場発生手段と、前記静磁場の不均一を調整する磁場調整手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場調整手段は、複数の磁性部材を着脱可能に形成された複数の非磁性部材を有して成り、前記磁場発生手段は、前記複数の磁性部材が装着された複数の非磁性部材の各々を、前記静磁場発生部の中心に向けて放射状に挿入・引出可能なガイド部を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）、図２，図３および図４は、本発明の一実施例を示すもので、図５，図６および図７と同一の記号で示した部分は同一の部分を示す。図１（ａ），（ｂ）は、図７の静磁場発生装置の下側の部分の断面図を示すものである。送信側高周波コイル１４ａの周縁は、ボルト１００により磁極石５３ａの対応周縁に固定される。さらに、送信側高周波コイル１４ａの中央部は、ボルト１１０により磁極片５３ａの凹部の底面に固定される。この送信側高周波コイル１４ａの下側には傾斜磁場コイル９ａが配置され、ボルト１２０により磁極片５３ａの凹部底面に固定される。この場合、傾斜磁場コイル９ａと磁極片５３ａとの間には空間１３０が形成されるようにする。この空間１３０には、非磁性体よりなるガイド１４０を配置する（図１（ａ））。図２は、図１（ａ）において、カバー５０、送信側高周波コイル１４ａおよび傾斜磁場コイル９ａを除去した平面図である。図２において、ガイド１４０は、ほぼ等角度で複数個放射状に配置される。この場合、ガイド１４０は、磁極片５３ａの周縁に形成した挿通穴１５０を貫通して配設される。図３は、このガイド１４０に挿通される樹脂性部材よりなる非磁性棒１６０を示す。この非磁性棒１６０はガイド１４０の断面と同様に角形に形成され、その先端１７０はガイド１４０に挿入し易くするために、尖端状になっている。非磁性棒１６０の後端にはネジ穴１８０を有する舌片１９０を設け、非磁性棒１６０がガイド１４０に挿入されたときにこれがボルトにより磁極片５３ａに固定されるようにする。そして、この非磁性棒１６０には、複数個のネジ穴２００を設ける。そして、このネジ穴２００には、磁石片又は鉄片がねじ込まれるように形成する。図４は、図３のＢ−Ｂ’の部分断面図を示すもので、ネジ穴２００には、ネジ２１０がきざまれている。ネジ穴２００には、磁石片２２０または鉄片２２０’がネジねじ込まれる。磁石片２２０または鉄片２２０’の高さは、ネジ穴２００の深さよりも短かく形成され、そのネジ穴２００の深さに対して、その高さはネジにより自由に調整されるようになっている。
【００１７】
また、ネジ穴２００の内部に磁石片や鉄片を配置し、樹脂性等のネジでふたをするような形にしてもよい。また、磁石片、鉄片の形状、多きさを調整の度合い等によって種々変えることも可能である。
【００１８】
次に本発明の実施例の作用を説明する。
最初のステップとして、従来と同様に、鉄片シミングとメカニカルシミングとを行う。すなわち、ボルト５９の調整とともに、磁石片５３ａに鉄片５４または磁石片５５をほぼ放射状に張り付けて、磁場均一度の調整を行う。この調整が完了すると、傾斜磁場コイル９ａおよび高周波送信コイル１４ａを取付ける。以上で最初のステップが完了し、装置本体は据付現場に運搬される。この現場で静磁場の再調整を行う。この場合、本発明の実施例では、ネジ穴２００にねじ込んだ磁石片２２０または鉄片２２０’を有する非磁性棒１６０をガイド１４０に挿通して静磁場の均一化をはかる。この場合、非磁性棒１６０は、図２に示すように、放射状に配置された複数のガイド１４０に挿通される。静磁場を均一にするための微調整の手段としては、図４に示したように、非磁性棒１６０の穴２００にねじ込んだ磁石片２２０または鉄片２２０’のネジ穴２００に対する深さを調整し、そして、非磁性棒１６０をガイド１４０に出し入れして磁場を均一にする。静磁場の調整が終了した段階で各々の非磁性棒１６０の舌片１９０のネジ穴１８０にボルトを通して、非磁性棒１６０を磁極片５３ａに固定する。
【００１９】
以上説明したように、高周波送信コイル１４ａおよび傾斜磁場コイル９ａを取り外すことなく、非磁性棒１６０をガイド１４０に対して出し入れして、静磁場を均一にする微調整ができるので、温度変化が原因となる磁場均一変化を防止することができる。また、従来の方法に比べて静磁場調整の工数を著しく低減させることができる。
【００２０】
【発明の効果】
磁極片の側面から静磁場調整用のシム片を挿入・引出すよう構成したので、高周波コイルや傾斜磁場発生手段の取外しを行うことができる。従って装置本体の据付現場においても容易に調整作業が行えるため、作業効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の実施例の一部を示す斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ′の部分断面図である。
【図５】公知のＭＲＩ装置を示す回路ブロック図である。
【図６】公知のＭＲＩ装置の構造を示す斜視図である。
【図７】公知の磁場発生手段を示す断面図である。
【符号の説明】
５１ ヨーク
５２ 永久磁石
５３ 磁極片
９ 傾斜磁場コイル
１４ａ 送信側高周波コイル
１３０ 空間
１４０ ガイド
１５０ 挿通穴
１６０ 非磁性棒
１７０ 先端
１８０ ネジ穴
１９０ 舌片
２００ ネジ穴
２１０ ネジ
２２０ 磁石片
２２０’ 鉄片

Claims (6)

1. 被検体が配置される計測空間を挟んで対向配置されて静磁場を発生する静磁場発生部と、前記計測空間を挟んで対向配置されて前記計測空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部と、前記計測空間を挟んで対向配置されて前記被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、を有して成る磁場発生手段と、前記静磁場の不均一を調整する磁場調整手段と、を備え、
   前記磁場調整手段は、複数の磁性部材を着脱可能に形成された複数の非磁性部材を有して成り、
   前記磁場発生手段は、前記複数の磁性部材が装着された複数の非磁性部材の各々を、前記静磁場発生部の中心に向けて放射状に挿入・引出可能なガイド部を有する磁気共鳴イメージング装置において、
   前記複数の非磁性部材は、非磁性棒よりなり、先端が尖端状になっていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記非磁性棒の後端しには、ネジ穴を有する舌片が設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記磁場調整手段の少なくとも一部は、前記静磁場発生部と前記高周波磁場発生部との間に配置されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記磁場調整手段の少なくとも一部は、前記静磁場発生部と前記傾斜磁場発生部との間に配置されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記静磁場発生部の前記計測空間側には、中央側が窪んで外周側が前記計測空間方向に突出した凹部を有し、
   前記傾斜磁場発生部は、前記凹部に配置され、
   前記ガイド部は、前記凹部の突出部を貫通する挿通穴を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記静磁場発生部は、永久磁石と磁極片を有し前記凹部は、前記磁極片の前記計測空間側に形成されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

Images