JP4726579B2 - マグネットシステムおよびｍｒｉ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）およびＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置に関し、とくに、永久磁石を用いるマグネットシステム、および、そのようなマグネットシステムを通じて収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するＭＲＩ装置に関する。

ＭＲＩ装置は、マグネットシステムを通じて収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するようになっている。マグネットシステムの一方式として、永久磁石を用いるものがあり、そのようなマグネットシステムでは、互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６９８０７号公報（第５−６頁、図１−７）

この方式のマグネットシステムは０．３Ｔ程度までの低磁場の形成には適するが、それより磁場強度が大きな中磁場の形成には適しない。
そこで、本発明の課題は、永久磁石を用いて中磁場を形成することが可能なマグネットシステム、および、そのようなマグネットシステムを有するＭＲＩ装置を実現することである。

上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石を有するマグネットシステムであって、前記１対の永久磁石の磁極面にそれぞれ同軸的に二重に設けられ磁化方向が前記永久磁石の磁化方向に関して傾き互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する永久磁石で構成された２つの円環の対と、強磁性材料で構成され前記１対の永久磁石の内部をそれぞれ同軸的に二重に仕切る２つの円筒の対と、を具備することを特徴とするマグネットシステムである。

上記の課題を解決するための他の観点での発明は、互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石と勾配磁場コイルとＲＦコイルとを有するマグネットシステムを通じて収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するＭＲＩ装置であって、前記マグネットシステムは、前記１対の永久磁石の磁極面にそれぞれ同軸的に二重に設けられ磁化方向が前記永久磁石の磁化方向に関して傾き互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する永久磁石で構成された２つの円環の対と、強磁性材料で構成され前記１対の永久磁石の内部をそれぞれ同軸的に二重に仕切る２つの円筒の対と、を具備することを特徴とするＭＲＩ装置である。

前記２つの円環の対の磁化方向の傾きは、中心軸から離れる方向に磁束を張り出させる傾きであることが、磁場強度を高めまた磁場の均一性を良くする点で好ましい。
前記２つの円環の対は、外側となる方が内側となる方より小さな間隔で対向することが、磁場強度を高めまた磁場の均一性を良くする点で好ましい。

前記２つの円筒は、外側となる方が内側となる方より厚みが厚いことが、磁場の均一性を良くしまた永久磁石部分の機械的強度を増す点で好ましい。
前記２つの円環は、内側となる方の内径が撮影領域の直径より大きく、前記２つの円筒は、外側となる方の外径が撮影領域の直径より小さいことが、磁場の強度と均一性の調和が良い点で好ましい。

本発明によれば、マグネットシステムは、互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石を有するマグネットシステムであって、前記１対の永久磁石の磁極面にそれぞれ同軸的に二重に設けられ磁化方向が前記永久磁石の磁化方向に関して傾き互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する永久磁石で構成された２つの円環の対と、強磁性材料で構成され前記１対の永久磁石の内部をそれぞれ同軸的に二重に仕切る２つの円筒の対とを具備するので、永久磁石を用いて中磁場を形成することが可能なマグネットシステム、および、そのようなマグネットシステムを有するＭＲＩ装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＭＲＩ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、ＭＲＩ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

同図に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００は主磁場マグネット部１０２、勾配コイル（ｃｏｉｌ）部１０６およびＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル部１０８を有する。

主磁場マグネット部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円板状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。

マグネットシステム１００は、発明を実施するための最良の形態の一例である。マグネットシステム１００の構成によって、マグネットシステムに関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。マグネットシステム１００は、また、本発明におけるマグネットシステムの一例である。マグネットシステム１００については後にあらためて説明する。

マグネットシステム１００の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、対象１がテーブル５００に搭載されて搬入および搬出される。テーブル５００はテーブル駆動部１２０によって駆動される。

主磁場マグネット部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２は永久磁石を用いて構成される。主磁場マグネット部１０２については後にあらためて説明する。

勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。勾配コイル部１０６は、３つの勾配磁場に対応して図示しない３系統の勾配コイルを有する。

ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象１の体内のスピンを励起するためのＲＦパルス（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｕｌｓｅ）を送信する。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。ＲＦコイル部１０８は、送信と受信を同一のコイルで行うものでも別々なコイルで行うものでもどちらでもよい。

勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部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、勾配コイル部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コイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、対象１の体内のスピンを励起する。

ＲＦコイル部１０８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が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。

テーブル駆動部１２０、勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、テーブル駆動部１２０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。

制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０はメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６０用のプログラム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に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０はメモリを有する。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に接続されている。データ処理部１７０は制御部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が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間はフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。フーリエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）とも呼ばれる。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを逆フ−リエ変換することにより対象１の画像を再構成する。

データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、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および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部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ことが可能である。

マグネットシステム１００について説明する。図２にマグネットシステム１００の一例の外観を斜視図によって示す。同図に示すように、マグネットシステム１００は、１対の静磁場マグネット部１０２をヨーク（ｙｏｋｅ）２００によって支持したものとなっている。

静磁場マグネット部１０２は、概ね円板状ないし短円柱状の外形を持つ。ヨーク２００は、１対の静磁場マグネット部１０２のための帰磁路を形成するもので、例えば軟鉄等の強磁性材料で概ねＣ字状に構成される。なお、ヨーク２００の形状はＣ字状に限らない。

１対の静磁場マグネット部１０２は、互いに逆極性の磁極が所定の間隔で対向するように平行かつ同軸的に支持される。これによって両磁極間に垂直磁場が形成される。以下、磁場の方向をｚ方向とする。１対の静磁場マグネット部１０２の磁極面には、１対の勾配コイル部１０６および１対のＲＦコイル部１０８がそれぞれ設けられるが、それらについては図示を省略する。

図３に、静磁場マグネット部１０２の詳細な構成を示す。同図では、１対の静磁場マグネット部１０２の一方を直径に沿って切断した状態で示す。同図に示すように、静磁場マグネット部１０２は、円板状ないし短円柱状の永久磁石２１０を有する。永久磁石２１０の内部は２つの円筒２１２，２１４によって同軸的に仕切られている。円筒２１２，２１４は、例えば軟鉄等の強磁性材料で構成される。円筒２１２，２１４は、本発明における円筒の一例である。

永久磁石２１０は、ヨーク２００に接する側とは反対側の磁極面に、同軸的な２つの円環２２０，２３０を有する。２つの円環２２０，２３０は、円環２２０が円環２３０に内接する二重円環を構成している。円環２２０，２３０はいずれも永久磁石で構成される。円環２２０，２３０は、本発明における円環の一例である。

このような構成の静磁場マグネット部１０２の対が、図４に示すように、所定の距離を隔てて互いに対向している。永久磁石２１０同士の距離をＬ１、円環２２０同士の距離をＬ２、円環２３０同士の距離をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３である。

１対の永久磁石２１０の磁化方向および二重円環２２０，２３０の対の磁化方向をそれぞれ矢印で示す。永久磁石２１０の磁化方向はｚ方向である。円環２２０，２３０の磁化方向はｚ方向に関して傾いた方向である。磁化方向の傾きは、磁極に出入りする磁束をマグネットシステム１００の中心軸から離れる方向に張り出させる傾きである。以下、この傾きを外側への傾斜ともいう。

磁場空間の中心部における、所定の大きさの球形ないし回転楕円形の領域が撮影領域３００となる。撮影領域３００における磁場強度の分布について、図５を用いて説明する。図５は、撮影領域３００の中心を含む縦断面図である。撮影領域３００において３つの部分的な領域Ａ，Ｂ，Ｃが想定されている。領域Ａは、撮影領域３００を地球に見立てたときの低緯度部分に相当する領域であり、領域ＢおよびＣはそれぞれ中緯度部分および高緯度部分に相当する領域である。

永久磁石２１０の磁極面に設けられた二重円環２２０，２３０が永久磁石であるため、それによる磁場増強効果により、撮影領域３００の磁場強度は、従来のように永久磁石２１０の磁極面に軟鉄等によるポールピース（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）を設けた場合よりも増加する。

これによって、領域Ａの磁場強度は例えば０．４５Ｔ程度の中磁場相当の磁場強度となる。また、二重円環２２０，２３０の磁化方向が外側に傾斜しているので、永久磁石２１０の磁極面に軟鉄等のポールピースを設けた場合のように、撮影領域３００への横からの磁束の曲がり込みがなく、領域Ａにおける磁場強度分布の均一性が良好である。とくに、２つの円環２２０，２３０の対は、外側の円環２３０が内側の円環２２０より小さな間隔で対向しているので、磁場強度を高めるとともに磁場の均一性を良くすることができる。

二重円環２２０，２３０の磁場増強効果は二重円環２２０，２３０に近い部分ほど大きいので、このままでは磁場強度が領域Ａ，Ｂ，Ｃの順に増加し、撮影領域３００に磁場不均一が生じる。そこで、永久磁石２１０内に設けられた２つの円筒２１２，２１４によって磁場強度分布の均一化が行われる。

円筒２１２，２１４は強磁性材料で構成されているので、これによって永久磁石２１０内に局部的な帰磁路が形成される。局部的な帰磁路を通る磁束は撮影領域３００における磁場形成に関与しないので、その分だけ磁場強度が減じる。これを利用することにより、領域Ｂ，Ｃでの磁場強度増加を領域Ａにおける磁場強度増加と同程度までに抑制し撮影領域３００における磁場強度分布を均一化することができる。円筒２１２は主として領域Ｂの磁場強度分布を均一化し、円筒２１４は主として領域Ｃの磁場強度分布を均一化する。

このようにして、撮影領域３００における磁場強度の増加と強度分布の均一化を実現することができる。それに加えて、永久磁石２１０内に設けられた円筒２１２，２１４により、永久磁石２１０の機械的強度を増すこともできる。

以上のような構成のマグネットシステムの具体例の諸元を図６に示す。長さの単位はｃｍである。２つの円筒は、外側となる方が内側となる方より厚みが厚い。これによって、効果的に磁場の均一性を良くしまた永久磁石部分の機械的強度を増すことができる。また、２つの円環は内側となる方の内径が撮影領域の直径より大きく、２つの円筒は外側となる方の外径が撮影領域の直径より小さいので、磁場の強度と均一性の調和を良くすることができる。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＭＲＩ装置のブロック図である。 マグネットシステムの外観を示す斜視図である。 主磁場マグネットの構造を示す斜視図である。 マグネットシステムの主要部を示す図である。 撮影領域内の部分的領域を示す図である。 マグネットシステムの具体例の諸元を示す図である。

符号の説明

１ 対象
１００ マグネットシステム
１０２ 主磁場マグネット部
１０６ 勾配コイル部
１０８ ＲＦコイル部
１２０ テーブル駆動部
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
５００ テーブル
２００ ヨーク
２１０ 永久磁石
２１２，２１４ 円筒
２２０，２３０ 円環

Claims (8)

1. 互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石を有するマグネットシステムであって、
   前記１対の永久磁石の磁極面にそれぞれ同軸的に二重に設けられ磁化方向が前記永久磁石の磁化方向に関して傾き互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する永久磁石で構成された２つの円環の対と、
   強磁性材料で構成され前記１対の永久磁石の内部をそれぞれ同軸的に二重に仕切る２つの円筒の対とを具備し、
   前記２つの円環の対の磁化方向の傾きは、中心軸から離れる方向に磁束を張り出させる傾きであることを特徴とするマグネットシステム。
2. 前記２つの円環の対は、外側となる方が内側となる方より小さな間隔で対向することを特徴とする請求項１に記載のマグネットシステム。
3. 前記２つの円筒は、外側となる方が内側となる方より厚みが厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネットシステム。
4. 前記２つの円環は、内側となる方の内径が撮影領域の直径より大きく、
   前記２つの円筒は、外側となる方の外径が撮影領域の直径より小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のマグネットシステム。
5. 互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する平行な１対の円板状の永久磁石と勾配磁場コイルとＲＦコイルとを有するマグネットシステムを通じて収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するＭＲＩ装置であって、
   前記マグネットシステムは、
   前記１対の永久磁石の磁極面にそれぞれ同軸的に二重に設けられ磁化方向が前記永久磁石の磁化方向に関して傾き互いに逆極性の磁極が間隔をあけて対向する永久磁石で構成された２つの円環の対と、
   強磁性材料で構成され前記１対の永久磁石の内部をそれぞれ同軸的に二重に仕切る２つの円筒の対とを具備し、
   前記２つの円環の対の磁化方向の傾きは、中心軸から離れる方向に磁束を張り出させる傾きであることを特徴とするＭＲＩ装置。
6. 前記２つの円環の対は、外側となる方が内側となる方より小さな間隔で対向することを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
7. 前記２つの円筒は、外側となる方が内側となる方より厚みが厚いことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＭＲＩ装置。
8. 前記２つの円環は、内側となる方の内径が撮影領域の直径より大きく、
   前記２つの円筒は、外側となる方の外径が撮影領域の直径より小さいことを特徴とする請求項５ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のＭＲＩ装置。

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