JP4494751B2 - 磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＲＦ送受信部と静磁場形成部との磁気的結合を防止する磁気共鳴撮像装置に関する。

高周波磁場を被検体に照射する磁気共鳴撮像装置は、この照射効率を向上する目的で、高周波磁場を発生するＲＦコイル（ｃｏｉｌ）と、静磁場を形成する静磁場形成部、例えば永久磁石を用いる際には永久磁石のＲＦコイル側に装着される整磁板、との磁気的な結合を防止することが行われる。ここで、磁気的な結合の防止手段として、ＲＦコイルの整磁板側に銅箔からなるシールド（ｓｈｉｅｌｄ）を設け、高周波磁場が、ＲＦコイルから整磁板に透過するのを防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４４４０９号公報、（第４〜５頁、図２〜４）

しかしながら、上記背景技術によれば、シールドの存在により、
（１）撮像空間が狭くなるもしくは静磁場形成部が大きくなる
（２）勾配磁場の発生時に渦電流がシールドに流れ、高周波応答が低下する
（３）部品点数が増加する
等のことが生じる。すなわち、被検体への高周波磁場の照射効率は向上するものの、勾配磁場の撮像性能の低下、さらに総合的な性能の低下を伴う必要がある。

特に、シールドに生じる勾配磁場による渦電流は、補正のためのさらなる付加回路の増設を引き起こし、また、照射効率の向上のためには、ＲＦコイルおよびシールド間を所定距離以上に保って配置されるので、撮像空間がさらに狭くなる要因となっている。

これらのことから、銅箔からなるシールドの存在しない磁気共鳴撮像装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、銅箔からなるシールドの存在しない磁気共鳴撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、静磁場を形成する静磁場形成部と、高周波磁場を送信あるいは送受信するＲＦ送受信部と、勾配磁場を形成し、かつ前記ＲＦ送受信部と前記静磁場形成部との磁気的結合を防止する勾配磁場形成部と、を備えることを特徴とする。

この第１の観点による発明では、勾配磁場形成部は、勾配磁場を形成すると共に、ＲＦ送受信部と静磁場形成部との磁気的結合をシールドする。

また、第２の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記勾配磁場形成部の前記勾配磁場を形成する勾配コイルに、間隙を持って仕切られる銅板を用いることを特徴とする。

この第２の観点の発明によれば、勾配磁場を形成する勾配コイルは、間隙を持って仕切られる銅板とし、ＲＦコイルと静磁場形成部との磁気的結合を防止する。

また、第３の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記勾配磁場形成部が、前記勾配磁場を、前記静磁場の方向と直交し、かつ互いに直交する２つの軸方向に形成する、２つの前記銅板を備えることを特徴とする。

この第３の観点の発明では、２つの銅板により、勾配磁場を、静磁場の方向と直交し、かつ互いに直交する２つの軸方向に形成し、各々独立して、勾配磁場の制御を行う。

また、第４の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記２つの銅板が、前記高周波磁場の表皮厚さを越える合計の厚さを備えることを特徴とする。

この第４の観点の発明では、高周波磁場が、２つの銅板を透過することを防止する。

また、第５の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記２つの銅板で、前記ＲＦ送受信部側に位置する銅板が、前記静磁場形成部側に位置する銅板よりも薄い厚さを備えることを特徴とする。

この第５の観点の発明では、主として静磁場形成部側に位置する銅板により、高周波磁場の透過を防止する。

また、第６の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記薄い厚さが、前記勾配磁場が透過する表皮厚さであることを特徴とする。

この第６の観点の発明では、静磁場形成部側に位置する銅板の勾配磁場の劣化を防止する。

また、第７の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記勾配磁場形成部が、前記２つの銅板を、絶縁体により電気的に分離された積層構造とすることを特徴とする。

この第７の観点の発明では、絶縁体により電気的に分離された積層構造の２つの銅板により、勾配磁場形成部をコンパクトにする。

また、第８の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記勾配磁場形成部が、前記静磁場方向の勾配磁場を形成する勾配コイルに、巻かれた銅線を用いることを特徴とする。

この第８の観点の発明では、勾配磁場形成部の静磁場方向の勾配磁場を形成する勾配コイルを、巻かれた銅線とし、静磁場方向の勾配コイルがシールド機能を有しない様にする。

また、第９の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記静磁場形成部が、垂直磁場型であることを特徴とする。

この第９の観点の発明では、静磁場形成部を垂直磁場型とし、開放感のある撮像空間とする。

また、第１０の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記銅板が、円盤状の外形を備えることを特徴とする。

この第１０の観点の発明では、円盤状の外形を有する銅板とし、垂直磁場型に適した形状とする。

以上説明したように、本発明によれば、勾配磁場形成部は、勾配磁場を形成すると共に、ＲＦ送受信部と静磁場形成部との磁気的結合をシールドするところの、間隙を持って仕切られる銅板の勾配コイルにより、銅箔を用いたシールドを無くし、磁気共鳴撮像装置の撮像空間の拡大あるいは磁気共鳴撮像装置のコンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）化を行い、さらに銅箔を用いたシールドで生じる勾配磁場に起因する渦電流の軽減を図り、総合的な性能を向上することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる磁気共鳴撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかる磁気共鳴撮像装置の全体構成について説明する。図１に磁気共鳴撮像装置の全体構成を示す。本装置は，静磁場形成部１０２、勾配磁場形成部１０６、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）送受信部をなすＲＦコイル部１０８および受信コイル部１０９を有する。そして、これら各コイル部を駆動および制御する、勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０、データ（ｄａｔａ）収集部１５０、制御部１６０、データ処理部１７０、表示部１８０および操作部１９０を有する。

ここで、各コイル部は，概ね円盤の形状を有し、上下に一対ずつ配置されている。また、上下の各コイル部に挟まれる中間位置に撮像空間が存在し、クレードル（ｃｒａｄｌｅ）１０１および被検体１が配置される。被検体１は、クレードル１０１上に横臥状態とされ、クレードル１０１ごと撮像空間に搬送される。

静磁場形成部１０２は、この撮像空間に均一な静磁場を形成する。静磁場の方向は、図１に示されるｘｙｚ座標軸のｚ軸方向、すなわち、上下方向で、いわゆる垂直磁場を形成する。静磁場形成部１０２は、超伝導コイルあるいは永久磁石等を用いて構成される。なお、図１中のｘｙｚ座標軸および後出する図面上のｘｙｚ座標軸は、すべて共通の座標軸を形成する。

勾配磁場形成部１０６は、互いに直交する３軸、すなわち図１に示すｘ、ｙおよびｚ軸方向に、それぞれ静磁場強度に線形勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。また、このような勾配磁場を発生させるために、勾配磁場形成部１０６は、図示しない、ｘ、ｙおよびｚ軸方向に３系統の勾配コイルを有する。

ＲＦコイル部１０８は、ＲＦ送受信部をなし、撮像空間に位置する被検体１の体内に、磁化ベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）を励起するための高周波磁場を形成する。この高周波磁場の形成は、被検体１の内部に、磁気共鳴を励起する。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルス（ｐｕｌｓｅ）ともいう。

受信コイル部１０９は、励起された磁気モーメント（ｍｏｍｅｎｔ）が生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。ここで、受信コイル部１０９は、被検体１の近傍に配設され、被検体１が発する磁気共鳴信号を、感度良く受信することが好ましい。なお、ＲＦコイル部１０８が、受信用のコイルを兼用することもできる。

勾配磁場形成部１０６には、勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は、勾配磁場形成部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配磁場形成部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。

ＲＦ駆動部１４０は、ＲＦコイル部１０８に接続されており、ＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、被検体１の体内の磁化ベクトルを励起する。

受信コイル部１０９には、データ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した磁気共鳴信号を、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ Ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器により、サンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）およびディジタル化を行い、このディジタル化された磁気共鳴信号を、データ処理部１７０に収集する。

制御部１６０は、勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０に接続され、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮像を遂行する。また、制御部１６０は、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成され、図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは、制御部１６０用の制御プログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）であるパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）および各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

データ収集部１５０の出力側は、データ処理部１７０に接続され、収集したデータをデータ処理部１７０に送信する。データ処理部１７０は、コンピュータ等を用いて構成され、図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。

データ処理部１７０は、制御部１６０に接続され、制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。

データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集した磁気共鳴信号である生データを、メモリに保存する。この生データは、２次元あるいは３次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換により画像再構成が行われ、再構成画像情報が生成される。

表示部１８０および操作部１９０は、データ処理部１７０に接続され、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。

表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像情報および各種の情報を表示する。操作部１９０は、オペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。オペレータは、表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

つづいて、図２を用いて、静磁場形成部１０２の構成を示す。図２は、静磁場形成部１０２、勾配磁場形成部１０６およびＲＦコイル部１０８の、ｙ軸と直交するｘｚ断面を図示したものである。

静磁場形成部１０２は、ヨーク（ｙｏｋｅ）２０１、並びに、上下一対の永久磁石２０２と整磁板２０３とを含んでいる。永久磁石２０２は、被検体１が配置される撮像空間に均一な静磁場を形成する。整磁板２０３は、撮像空間の静磁場均一度を向上させると共に、外部への漏洩磁場を減少させる。ヨーク２０１は、上下一対の永久磁石２０２の間に磁気回路を構成し、漏洩磁場を減少させると共に、上部の永久磁石２０２を支え保持する。なお、ヨーク２０１、永久磁石２０２および整磁板２０３は、磁性体からなる。

また、整磁板２０３の受信コイル部１０９側には、勾配磁場形成部１０６およびＲＦコイル部１０８が存在する。なお、従来は、勾配磁場形成部１０６およびＲＦコイル部１０８間に、銅箔からなるＲＦシールドが存在した。

つづいて、図３および図４を用いて、勾配磁場形成部１０６の構成を示す。ここで、勾配磁場形成部１０６は、勾配コイル３０１、勾配コイル３０２および勾配コイル３０３が積層された構造を有する。図３は、勾配コイル３０１、勾配コイル３０２を示し、図４は、勾配コイル３０３および勾配磁場形成部１０６の積層構造を示す。

図３（Ａ）は、ｘ軸方向に勾配磁場を形成する勾配コイル３０１の、ｘｙ面を示す図である。勾配コイル３０１は、円形の銅板を、間隙２〜４で仕切り、銅板にコイルパターン（ｃｏｉｌ ｐａｔｔｅｒｎ）が形成されたものである。ここで、間隙２は、銅板を左右対象な２つのコイルパターンに分割する。また、間隙３および４により形成されるコイルパターンは、撮像領域の中心近傍に、ｘ軸方向の位置に比例した強度の磁場を、形成する。なお、間隙３および４により銅板上に形成されるコイルパターンは一例であり、図３（Ａ）に例示するものに限定されない。従って、コイルパターンの巻き数、位置あるいは間隙の幅等は、ｘ軸方向の勾配磁場の線型性を向上するように最適化される。また、間隙２〜４は、例えば、カッター（ｃｕｔｔｅｒ）等による銅板の切削により形成される。

図３（Ｂ）は、ｙ軸方向に勾配磁場を形成する勾配コイル３０１の、ｘｙ面を示す図である。勾配コイル３０２は、概ね勾配コイル３０１が、ｘｙ面内で９０度回転された構造を有する。なお、コイルパターンの詳細は、勾配コイル３０１と同様に、ｙ軸方向の勾配磁場の線型性を向上するように最適化される。

図４（Ａ）は、ｚ軸方向に勾配磁場を形成する勾配コイル３０３の、ｘｙ面を示す図である。勾配コイル３０３は、銅線あるいは銅パイプ（ｐｉｐｅ）を、ｘｙ面内の撮像領域の主として辺縁部に、同心円状に巻いたものである。ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）および図４（Ａ）に示された勾配コイル３０１〜３０３には、勾配駆動部１３０内の３系統の勾配駆動部により、独立に勾配電流が供給され、勾配磁場が撮像領域に形成される。

図４（Ｂ）は、勾配コイル３０１〜３０３が積層された勾配磁場形成部１０６のｘｚ断面を示す図である。図４（Ｂ）の勾配磁場形成部１０６は、図２の上部に配設されるもので、下部の勾配磁場形成部は、被検体１に対して対称構造を有する。勾配磁場形成部１０６は、ＲＦコイル部１０８側から、順次ｘ軸方向の勾配磁場を形成する勾配コイル３０１、ｙ軸方向の勾配磁場を形成する勾配コイル３０２およびｚ軸方向の勾配磁場を形成する勾配コイル３０３が積層される。そして、勾配コイル３０１および３０２間、勾配コイル３０２および３０３間は、ガラスエポキシ（ｇｌａｓｓ ｅｐｏｘｙ）樹脂等の絶縁体３０４が充填され、電気的な絶縁および勾配コイル３０１〜３０３同士の固定が行われる。

ここで、勾配コイル３０１および３０２を形成する銅板の厚さは、ＲＦコイル部１０８が発生するＲＦ磁場が透過しないように、概ねＲＦ磁場の表皮厚さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）を越える厚さとする。すなわち、勾配コイル３０１の厚さをｔ１、勾配コイル３０２の厚さをｔ２、静磁場強度から決まる磁気共鳴周波数での銅板の表皮厚さをδとすると、
ｔ１＋ｔ２＞δ
とされる。

他方、勾配コイル３０２で形成される勾配磁場は、勾配コイル３０１を透過し、ＲＦコイル部１０８側に形成されるので、勾配コイル３０１の銅板ｔ１は、
ｔ１＜ｔ２
となることが、勾配磁場による渦電流を軽減するために好ましい。

つぎに、勾配磁場形成部１０６の動作を、図５を用いて説明する。図５は、被検体１、ＲＦコイル部１０８、勾配磁場形成部１０６および整磁板２０３の磁気的相互作用を模式的に示す図である。なお、各部の距離関係は、図２に示す様なものであり、実際とは異なる。

ＲＦコイル部１０８は、被検体１を励起状態とするために、ＲＦ磁場を発生する。この際、ＲＦ磁場は、被検体１方向と同様に勾配磁場形成部１０６方向にも発生する。ここで、勾配磁場形成部１０６の勾配コイル３０１および３０２は、銅板を持って構成され、この銅板の厚さの合計は、ＲＦ磁場の表皮厚さを概ね越えている。従って、ＲＦ磁場は、銅板内部で減衰し、概ね消え去るので、整磁板２０３とＲＦコイル部１０８とには、磁気的な結合が生じない。

また、ＲＦコイル部１０８と勾配磁場形成部１０６との磁気的な結合は、勾配駆動部１３０の出力部に装着されるローパスフィルタ（ｌｏｗｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）により防止される。ＲＦ磁場と勾配磁場とは、周波数帯域が大きく異なるので、勾配磁場形成部１０６のＲＦ磁場は、ローパスフィルタにより、除去される。さらに、勾配磁場形成部１０６の銅板は、図３に示す様に、短冊状のコイルパターンに仕切られているので、大きな渦電流は発生しにくく、渦電流に起因する勾配磁場の応答の遅れも少なくなる。

上述してきたように、本実施の形態では、勾配磁場形成部１０６を、銅板で構成される勾配コイル３０１および３０２で構成し、これらコイルの厚さを、ＲＦ磁場の表皮厚さを越えるものとしているので、勾配磁場を撮像領域に形成すると共に、ＲＦコイル部１０８で発生されるＲＦ磁場を、前記銅板でシールドして整磁板２０３との磁気的な結合を防止し、ひいては、別途銅箔からなるシールドを設けることがなくなり、部品点数を減少させ、撮像領域近傍のスペース（ｓｐａｃｅ）を節約し、撮像領域の拡大あるいはヨーク２０１の小型化、さらに、勾配磁場の応答特性等を改善することができる。

また、本実施の形態は、勾配コイル３０３を、銅パイプが巻かれた形状のものとしたが、勾配コイル３０１および３０２と同様に、銅板およびこの銅板を間隙により仕切って形成されるコイルパターンとすることもできる。

また、本実施の形態は、垂直磁場型の磁気共鳴撮像装置を用いる例を示したが、同様に水平磁場型の磁気共鳴撮像装置を用いることもできる。

磁気共鳴撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態の静磁場形成部、勾配磁場形成部およびＲＦコイル部を示す図である。 実施の形態のｘおよびｙ方向勾配磁場を形成するの勾配コイルを示す図である。 実施の形態のｚ方向勾配磁場を形成する勾配コイルおよび勾配磁場形成部のｘｚ断面を示す図である。 実施の形態の勾配磁場形成部の動作を示す図である。

符号の説明

１ 被検体
２、３，４ 間隙
１０１ クレードル
１０２ 静磁場形成部
１０６ 勾配磁場形成部
１０８ ＲＦコイル部
１０９ 受信コイル部
１３０ 勾配駆動部
１４０ ＲＦ駆動部
１５０ データ収集部
１６０ 制御部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
２０１ ヨーク
２０２ 永久磁石
２０３ 整磁板
３０１、３０２，３０３ 勾配コイル
３０４ 絶縁体

Claims (9)

1. 撮像空間を介して対向し合う位置に静磁場を発生する２つの部分を有し、前記静磁場を発生する１つの部分から前記撮像空間を介して前記静磁場を発生するもう１つの部分へ向かう方向に静磁場を形成する静磁場形成部と、
   前記静磁場形成手段の内側であって前記撮像空間を介して対向し合う位置に２つの部分を有し、勾配磁場を形成する勾配磁場形成部と、
   前記勾配磁場形成手段の内側であって前記撮像空間を介して対向し合う位置に２つの部分を有し、高周波磁場を送信又は送受信するＲＦ送受信部とを備えた磁気共鳴撮像装置であって、
   前記勾配磁場形成部は、前記静磁場の方向と直交する方向の勾配磁場を形成するｘｙ勾配磁場形成部を有しており、
   前記ｘｙ勾配磁場形成部は、銅板に間隙を持って仕切ることによりコイルパターンが形成されており、
   前記銅板の厚さは、前記ＲＦ送受信部と前記静磁場形成部との磁気的結合を防止する厚さであ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、
   前記銅板の厚さは、前記高周波磁場の表皮厚さを超える厚さであることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記ｘｙ勾配磁場形成部は、前記静磁場の方向と直交する１方向の勾配磁場を形成するｘ勾配磁場形成部と、前記ｘ勾配磁場形成部が形成する勾配磁場の方向と直交する方向の勾配磁場を形成するｙ勾配磁場形成部とを有することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
4. 請求項３に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記ｘ勾配磁場形成部及び前記ｙ勾配磁場形成部のうち内側に位置する一方の勾配磁場形成部の銅板が、外側に位置する他方の勾配磁場形成部の銅板よりも薄い厚さを備えたことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
5. 請求項４に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記薄い厚さは、前記勾配磁場が透過する表皮厚さであることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記勾配磁場形成部は、前記静磁場の方向の勾配磁場を形成する銅線を備えたｚ勾配磁場形成部を有することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
7. 請求項６に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記勾配磁場形成部は、前記ｘ勾配磁場形成部の銅板と前記ｙ勾配磁場形成部の銅板と前記ｚ勾配磁場形成部の銅線とが絶縁体により電気的に分離された積層構造を成していることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記静磁場形成部は、垂直磁場型であることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記銅板は、円盤状の外形を備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

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