JP4393176B2 - 超電導磁石装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴撮像装置に係り、特に、磁気共鳴撮像装置の磁場発生源として用いるに好適な超電導磁石装置に関する。

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）に電磁波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、特に、医療用として用いられている。磁気共鳴撮像装置は、主に、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静磁場発生手段としての超電導磁石装置と、撮像領域に向けて電磁波を照射するとともに、撮像領域からの電磁波を受信するＲＦ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（動磁場）を印加する傾斜磁場コイルとを備えて構成されている（特許文献１参照）。

磁気共鳴撮像装置では、静磁場強度の増加によって共鳴信号強度が上がり、撮像時間の短縮、高機能撮影が可能になることから、高磁場化が進められており、磁場発生源として、超電導コイルが多く採用されている。

この種の磁気共鳴撮像装置においては、撮像領域を高磁場化するとともに、撮像領域の磁場を均一にすることが要求されており、設計段階、組立段階あるいは据付段階（現地搬入時）のときに、撮像領域の磁場を均一にするための調整が行われている。特に据付段階おいては、超電導磁石装置に傾斜磁場コイルを取り付けた状態のまま容易に磁場調整を行える構造とすることが望まれる。

上述のような磁場調整を達成するため、例えば、鉄製の磁極の一部に円筒状の突起を形成して、円筒状の突起の内周側を傾斜磁場コイル収納部とし、円筒状の突起にその軸方向に沿ったねじ孔を複数個形成し、各ねじ孔内に、シム部材として、磁性材によるねじを挿入し、ねじの数やねじの位置によって映像領域内の磁場の均一度を調整することが行われている。また円筒状の突起と傾斜磁場コイルの外周側との間の領域をシム領域とし、このシム領域内に磁性材による基板を挿入し、この基板の変位によって映像領域内の磁場の均一度を調整することが行われている。また、特許文献１では、磁極のうち傾斜磁場コイルとの対向面に環状の溝または突起を形成して、環状の突起の周囲をシム領域とし、これらの領域に鉄片を配置し、鉄片によって撮像領域の磁場を均一にするための調整が行われている。

特開２００３−２４２９９号公報（第５頁〜第７頁、図１、図５）

従来技術においては、撮像領域内の磁場の均一度を調整するに際して、鉄製の磁極に沿って磁性材のねじを変位させなければならず、ねじの位置を調整するにも位置調整を行うための作業を容易に行うことができない。すなわち、強磁場の中でねじを変位させなければならず、大きな力が必要である。

一方、超電導コイルを用いた磁気共鳴撮像装置では、傾斜磁場コイルが発生する変動磁場が超電導コイルを収納するコイル容器内に侵入してこれが入熱作用となったり、超電導コイルの振動に起因する変動磁場がコイル容器の外へ出て撮像空間の磁場変動を引き起こしたりすることが問題となる。この影響を緩和するためには、傾斜磁場コイルとコイル容器との間に電気の良導体を配置し、この良導体に誘起される渦電流によって変動磁場成分を遮蔽することが考えられるが、超電導磁石に新たな構造を設けることは設計の自由度を著しく制限する。

本発明の課題は、省スペースで上述のような動磁場の影響を効果的に抑制すると同時にシム部材に作用する磁力を抑制し、シム部材による磁場の調整を容易にすることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、環状に形成された超電導コイルを収納する一対のコイル容器と、前記各コイル容器間を前記超電導コイルによって形成される静磁場の磁場空間として前記各コイル容器を相対向させた状態で互いに連結する連結部材とを備え、前記各コイル容器の前記磁場空間との対向面には凹部が形成されてなる超電導磁石と、前記凹部には、前記磁場空間内に傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルが配置され、前記各傾斜磁場コイルの前記磁場空間側には、前記磁場空間に向けて電磁波を照射するＲＦコイルが配置されてなる磁気共鳴撮像装置において、前記凹部の壁面には電気の良導体で構成された導電部材が配置され、前記導電部材にはシム部材を挿入するための挿入孔が複数個形成されてなる構成としたものである。

特に、傾斜磁場コイルを取り付けた状態で行う磁場調整に関しては、前記シム部材は、前記凹部側面の円筒状の導電部材に前記挿入孔として雌ねじを形成し、この雌ねじ状挿入孔に雄ねじ状に形成された前記シム部材を挿入する構造とすることが好ましい。

さらに好ましくは、前記雌ねじは磁場空間の側に開口するように設ける。

本発明によれば、傾斜磁場コイルの運転や超電導コイルの振動に起因する動磁場の影響を効果的に抑制すると同時にシム部材に作用する磁力を抑制し、シム部材による磁場の調整を容易にすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態を示す超電導磁石装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示す装置の縦断面図である。図１において、超電導磁石装置は、磁気共鳴撮像装置（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）の磁場発生源として、一対のコイル容器１０、１２、各コイル容器間を静磁場の磁場空間１４として、各コイル容器１０、１２を相対向させた状態で互いに連結する連結部材としての連結柱１６、１８を備え、垂直磁場方式のＭＲＩ装置として、コイル容器１０が上側に、コイル容器１２が下側に配置されている。コイル容器１０、１２はそれぞれほぼ円筒状に形成されており、各コイル容器１０、１２には、円環状に形成され、且つ径の相異なる複数の超電導コイルとして、主コイル２０、２２、補正コイル２４、２６、補正コイル２８、３０が収納されている。

各コイル容器１０、１２は、例えば、図２に示すように、ほぼ円筒状に形成された真空容器３２、真空容器３２内に収納された輻射シールド３４、輻射シールド３４内に収納されたヘリウム容器３６を備えて構成されており、へリウム容器３６内に主コイル２０、２２、補正コイル２４、２６、補正コイル２８、３０が超電導用冷媒としての液体へリウムとともに収納されている。

各コイル容器１０、１２のうち磁場空間１４との対向面には、図１に示すように、円柱上の凹部３８、４０が形成されており、凹部３８内には傾斜磁場コイル４２が収納され、凹部４０内には傾斜磁場コイル４４が収納され、傾斜磁場コイル４２の磁場空間１４側にはＲＦコイル４６が配置され、傾斜磁場コイル４４の磁場空間１４側にはＲＦコイル４８が配置されている。主コイル２０、２２、補正コイル２４、２６、補正コイル２８、３０は、それぞれ円環状に形成され、Ｚ軸方向の中心軸５０を中心として同軸上に配置されている。主コイル２０、２２は、磁場空間１４の一部の領域に球体形状の撮像領域５２を均一磁場領域として形成するに際して、複数の超電導コイルの中で磁場強度が最も高く、且つ所定レベル以上の磁場均一度の磁場（静磁場）を磁場空間１４内に垂直方向に沿って形成する超電導コイルとして構成されている。

一方、補正コイル２４、２６、２８、３０は、主コイル２０、２２の内周側に配置されており、主コイル２０、２２によって形成される磁場のうち撮像領域５２の磁場の不均一成分を補正し、撮像領域５２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２４、２６、２８、３０の起磁力は主コイル２０、２２の起磁力よりも小さく設定されており、補正コイル２４、２６、補正コイル２８、３０の電流の向きは、撮像領域５２に発生する磁場の不均一成分によって決定されるようになっている。例えば、補正コイル２４、２６の電流の向きをプラスとしたときに、補正コイル２８、３０の電流の向きはマイナスとなるように電流の向きが決定される。

傾斜磁場コイル４２、４４は、撮像領域５２内に共鳴現象の位置情報となる動磁場を形成するコイルとして構成されており、ＲＦ（高周波）コイル４６、４８は、撮像領域４２に向きて電磁波を照射する送信用コイルとして構成されている。

また、凹部３８、４０の壁面には、電気の良導体、例えば、アルミニウム、銅で構成されて、傾斜磁場コイル４２、４４からの動磁場を遮蔽するシールド部材としてのシールド基板５４、５６、５８、６０が配置されている。すなわち、シールド基板５４、５６、５８、６０は、凹部３８、４０のうち凹部３８、４０の壁面と傾斜磁場コイル４２、４４との間のシム領域に配置されており、シールド基板５４、５６は円盤状に形成され、シールド基板５８、６０は円筒状に形成されている。

シールド基板５４、５６には、図３に示すように、シム部材を挿入するための挿入孔６２が複数個形成されており、各挿入孔６２はねじ孔として形成されている。そして複数の挿入孔６２のうちいずれかの挿入孔６２または全ての挿入孔６２には、シム部材として、鉄製のねじ６４が挿入されるようになっている。挿入孔６２の数、位置およびねじ６４の大きさ、ねじ６４を挿入すべき挿入孔６２の位置は、撮像領域５２の磁場の不均一成分によって決定されるようになっている。

シールド基板５８、６０は円筒状に形成されており、各シールド基板５８、６０には、図４に示すように、軸方向に沿ったねじ孔としての挿入孔６６が複数個形成されている。すなわち、各シールド基板５８、６０の頂部には、各挿入孔６６による開口が環状に分散して形成されている。複数の挿入孔６６のうちいずれかの挿入孔６６または全ての挿入孔６６には、シム部材としてのねじ６４が挿入されるようになっている。シールド基板５８、６０に形成すべき挿入孔６６の数、挿入孔６６内に挿入されるねじ６４の数、位置は撮像領域５２の磁場の不均一成分によって決定されるようになっている。

上記構成において、設計段階、組立段階、あるいは据付段階（現地搬入時）に、
撮像領域５２の磁場の均一度を調整するためのシム作業を行うに際しては、凹部３８、４０内に傾斜磁場コイル４２、４４を設置する前に、シールド基板５４、５６の挿入孔６２のうち指定の挿入孔６２にねじ６４を挿入する。また、傾斜磁場コイル４２、４４を設置した後には、シールド基板５８、６０の挿入孔６６内にねじ６４を挿入する。このときねじ６４の位置、個数によって磁場の不均一成分を微調整する。

この際、シールド基板５４、５６、５８、６０は電気の良導体であるアルミニウムまたは銅などで構成されているため、傾斜磁場コイル４２、４４が発生する動磁場がヘリウム容器３６内へ侵入して発熱作用を起こすことを防ぐことができ、また、超電導コイル２０、２２、２４、２６、２８、３０の振動が磁場空間１４に影響を与えることを防ぐことができる。このように、シム部材を配置する基板をシールド基板と共用することにより、傾斜磁場コイル４２、４４を収納するための空間を大きくすることができ、傾斜磁場コイル４２、４４の設計の自由度が増し、結果として、例えば、傾斜磁場コイル４２、４４の発熱を抑制したり、傾斜磁場コイルの性能を向上させたりすることができる。

また一方、シールド基板５８、６０が電気の良導体でありかつ非磁性のアルミニウムなどで構成されているため、従来技術のように鉄などの強磁性体を用いた円周状の突起にシム部材６４を配置する磁場調整に比べ電磁力が大幅に小さくなるため、シム部材６４の位置や個数を変更する磁場調整作業を容易にすることができる。

ＲＦコイル４６、４８を設置するに際しては、挿入孔５８、６０を外部から見えなくするために、図５に示すように、ＲＦコイル４６、４８の直径をシールド基板５８、６０と同じにし、ＲＦコイル４６、４８の外周側をシールド基板５８、６０の頂部に固定する構造を採用することができる。また一方、図４に示すように、シールド基板５８、６０の内壁面に円環状の溝６８を形成し、この溝６８にＲＦコイル４６、４８を配置する構造を採用することもできる。図４のようにすることで、ＲＦコイル４６、４８が設置されたまま容易に磁場調整作業を実施することが可能である。

また、シールド基板５８、６０の上部（頂部）側にのみねじ溝を有する挿入孔７０を形成し、挿入孔７０内に樹脂製のホルダ７２を挿入する構成を採用することもできる。ホルダ７２の上部側には挿入孔７０のねじ溝と噛み合うねじ部７４が形成されており、このホルダ７２内にはシム部材としての鉄片７６が１個あるいは複数個収納されている。この場合、ホルダ７２内に収納される鉄片７６の数によって磁場の不均一成分を微調整することができるため、磁場調整の主要な作業を磁石装置から離れて行うことが可能となり、磁場調整作業をさらに容易にすることができる。

本実施形態における超電導磁石装置を用いてＭＲＩ装置を構成するに際しては、被検体としての患者がベッドに乗せられた状態で磁場空間１４内に搬送されたときに、被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段としての解析装置が設けられることになる。

本実施形態によれば、シールド基板５４、５６、５８、６０を電気の良導体であるアルミニウムまたは銅で構成し、各シールド基板５４〜６０からねじ６４に作用する磁力を、磁極に強磁性体を用いたときよりも弱くするとともに、傾斜磁場コイル４２、４４や超電導コイル２０、２２、２４、２６、２８、３０からの動磁場を遮蔽するようにしたため、ねじ６４、ホルダ７２を挿入孔６６または７０に挿入するための挿入作業を容易に行うことができるとともに、動磁場の影響を効果的に抑制することができる。特に、シム部材７６の配置にホルダ７２を用いた場合は、配置作業がさらに容易になる。また、シム部材を配置する基板をシールド基板５４、５６、６８、６０と共用したことにより、別個に配置する場合に比べて省スペースとすることができる。

シム部材としては、強磁性体の鉄を用いる代わりに、永久磁石を用いることもできる。

本発明の一実施形態を示す図であって、（ａ）は、超電導磁石装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示す装置の縦断面図である。 コイル容器の具体的構成を説明するための断面図である。 （ａ）は、シールド基板の平面図、（ｂ）は、ねじの正面図である。 シールド基板の要部断面図である。 シールド基板の第２実施形態を示す要部縦断面図である。 （ａ）は、シールド基板の第３実施形態を示す縦断面図、（ｂ）は、ホルダの縦断面図である。

符号の説明

１０、１２ コイル容器
１４ 磁場空間
１６、１８ 連結柱
２０、２２ 主コイル
２４、２６、２８、３０ 補正コイル
３８、４０ 凹部
４２、４４ 傾斜磁場コイル
４６、４８ ＲＦコイル
５２ 撮像領域
５４、５６、５８、６０ シールド基板
６２ 挿入孔
６４ ねじ
６６ 挿入孔
７０ 挿入孔
７２ ホルダ
７６ 鉄片

Claims (8)

1. 環状に形成された超電導コイルを収納する相対向して配置された一対のコイル容器と、前記各コイル容器間を前記超電導コイルによって形成される静磁場の磁場空間として前記各コイル容器を相対向させた状態で互いに連結する連結部材とを備え、前記各コイル容器の前記磁場空間との対向面には凹部が形成され、前記凹部の側面の外側に、前記超電導コイルが配置された超電導磁石と、
   前記凹部には、前記磁場空間内に傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルが配置され、前記各傾斜磁場コイルの前記磁場空間側には、前記磁場空間に向けて電磁波を照射するＲＦコイルが配置されてなり、
   前記凹部の側面若しくは底面には電気の良導体で構成された導電部材が配置され、前記導電部材にはシム部材を挿入するための挿入孔が複数個形成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置において、
   前記凹部の内側側面の円筒状の導電部材に設けられている挿入孔の一部には、前記シム部材が配置されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材のうち一部のシム部材は前記凹部側面の円筒状の導電部材に設ける挿入孔に配置され、前記挿入孔には雌ねじが形成され、前記一部のシム部材には前記挿入孔の雌ねじと噛み合う雄ねじが形成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
3. 請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材のうち一部のシム部材は前記凹部側面の円筒状の導電部材に設ける挿入孔に配置され、前記挿入孔には雌ねじが形成され、前記雌ねじは前記磁場空間側に開口していることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
4. 請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材のうち一部のシム部材は前記凹部側面の円筒状の導電部材に設ける挿入孔に配置され、前記挿入孔には雌ねじが形成され、前記雌ねじは前記磁場空間側に開口しており、ＲＦコイルの設置により蓋がされることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
5. 請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材のうち一部のシム部材は前記凹部側面の円筒状の導電部材に設ける挿入孔に配置され、前記一部のシム部材はホルダに収納され、前記挿入孔には雌ねじが形成され、前記ホルダには前記挿入孔の雌ねじと噛み合う雄ねじが形成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記導電部材は、アルミニウムまたは銅で構成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材は、強磁性体で構成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
8. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置において、前記シム部材は、鉄または永久磁石で構成されてなることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

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