JP4852053B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩと称す)装置に関する。

ＭＲＩ装置は、生体内の画像を低侵襲に取得でき、形態情報に加え機能情報を得られる。そして、放射線による被曝がないことから、患部の診断などの被検体の検査に広く利用されている。ＭＲＩ装置では、ＮＭＲ現象により、水素原子核スピンが放出する電磁波を計測するため、被検体が置かれる撮像空間に磁場を発生させている。

ＭＲＩ装置を構成する主な磁場発生源は、撮像空間に均一な静磁場を生成する静磁場コイル(超伝導コイル)と、撮像断面に位置情報を付加するためにパルス状の磁場(傾斜磁場)を生成する傾斜磁場コイルと、核スピンを励起させるＲＦパルスを生成するＲＦコイルである。ＭＲＩ装置では、撮像空間に静磁場を発生させ、その撮像空間に被検体(通常人体)を挿入して、ＲＦパルスを照射し、これによる被検体内から発生する磁気共鳴信号を受信する。そして、医療診断用の断層像を生成する。このとき、傾斜磁場コイルにより、被検体が置かれた撮像空間にｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれの方向に線形に変化する傾斜磁場をそれぞれパルス状に印加することで、磁気共鳴信号に生体内の位置情報を付与している。ｘ、ｙ、ｚ方向それぞれに傾斜磁場を発生するいわゆるｘ傾斜磁場コイル、ｙ傾斜磁場コイル、ｚ傾斜磁場コイルのそれぞれは、ｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれの方向に傾斜磁場を発生するメインコイルと、メインコイルの漏れ磁場を抑制するシールドコイルから構成されている。

傾斜磁場コイルにはパルス状の磁場を生成するためにパルス状の電流が印加され、静磁場コイルが作る静磁場は傾斜磁場コイルの位置にも生成されているので、傾斜磁場コイルには電磁力が働く。電磁力は傾斜磁場コイルを流れるパルス状の電流のオン・オフに同期して傾斜磁場コイルに作用し、傾斜磁場コイルは大きく振動する。この振動は、傾斜磁場コイルの支持構造物を介して周囲の構造物にも伝わり、ＭＲＩ装置の騒音の原因になっている。

また、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場は、周囲の構造物に渦電流を発生させる。静磁場コイルが作る静磁場は、この周囲の構造物の位置にも生成されているので、周囲の構造物に電磁力が作用する。この電磁力も電流のオン・オフに同期しているので、周囲の構造物は振動し、騒音を発生させる。

このように、ＭＲＩ装置の騒音には、傾斜磁場コイルが振動することによる騒音と、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音とがある。

ＭＲＩ装置の騒音を抑えるために、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音の抑制対策として、漏れ磁場を抑制するシールドコイルが設けられている。傾斜磁場コイルが振動することによる騒音の抑制対策として、加振源である傾斜磁場コイルに働く電磁力を低減することが提案されている。一般に、静磁場コイル（超伝導コイル）が傾斜磁場コイルの位置に生成する磁場は一様ではなく、この一様でない磁場により傾斜磁場コイルに働く電磁力は、傾斜磁場コイルを構成する個々のコイル線に働く電磁力の合力であるので、この合力はゼロにならず、いわゆる電磁力の釣り合いがとれない。このため傾斜磁場コイルは振動する。例えば、ｙ方向の傾斜磁場を与えるｙ傾斜磁場コイルの場合、電磁力の釣り合いが取れていないと、ｙ方向に大きな並進力が働く。この並進力は、ｙ傾斜磁場コイルをｙ方向に変位する固有振動モードで励振させ振動振幅が大きくなるので、大きな騒音を生み出す。

そこで、傾斜磁場コイルのコイル線のコイルパターンの位置を電磁力の釣り合いが取れる位置にくるようにするために、傾斜磁場コイルのメインコイルの端部領域で新たな電流ループを作ることが提案されている（特許文献１参照）。

また、傾斜磁場コイルのシールドコイル端部領域で数ターンを端部側に詰めて、電磁力の釣り合いを取ることが提案されている（特許文献２参照）。
米国特許５５４５９９６号公報（図３Ａ） 米国特許５９４２８９８号公報（図４Ａ）

特許文献１及び特許文献２の技術によれば、電磁力の釣り合いをとることは可能であるが、コイルパターンの形状が釣り合いを考慮しない元の形状から変更されたことにより、漏れ磁場が増加する。この漏れ磁場の増加により、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音が増大する。

そこで、本発明の目的は、傾斜磁場コイルが振動することによる騒音と、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音の両方の騒音を低減可能なＭＲＩ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、円筒形状の容器内に収納され、前記容器の内筒壁より中心軸側の撮像空間に均一な前記中心軸の方向の静磁場を形成する静磁場コイルと、
前記内筒壁に沿って設けられ、前記撮像空間に、前記中心軸の方向の磁場成分の大きさが半径方向に傾斜している傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイルと
を備え、
前記傾斜磁場コイルは、前記傾斜磁場を形成するメインコイルと、前記メインコイルの漏れ磁場を抑制するシールドコイルとを有する磁気共鳴イメージング装置において、
前記シールドコイルは、
巻線密度を前記中心軸の方向に不均一にして、前記静磁場から受ける電磁力を小さくしている主シールドコイルと、
コイルパターンが主シールドコイルのコイルパターンに重なり、中心の位置が、前記主シールドコイルの中心の位置から前記中心軸の方向にシフトしているサブシールドコイルとを有することを特徴とする。

本発明によれば、傾斜磁場コイルが振動することによる騒音と、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音の両方の騒音を低減可能なＭＲＩ装置を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置２１の断面図である。図１（ａ）に示すように、ＭＲＩ装置２１は、円筒形状の容器２２と、この容器２２内に収納された静磁場コイル１と、容器２２の外側で円筒形状の容器２２の内筒壁に沿って設けられた傾斜磁場コイル２と、容器２２の外側で傾斜磁場コイル２に沿って設けられたＲＦコイル３とを有している。

そして、ＭＲＩ装置２１を後記に詳述するために、容器２２の円筒形状の中心軸Ｃ０上にｚ軸を設定している。中心軸Ｃ０の中央に原点Ｏを設定している。また、原点Ｏから容器２２の円筒形状の半径方向の垂直方向を、ｙ軸に設定している。同様に、半径方向の水平方向（紙面手前から奥への方向）を、ｘ軸に設定している。

容器２２の内筒壁で囲まれた空間内の原点Ｏの周辺に撮像空間４が形成されている。被検体は、自身の被検査領域が撮像空間４の中に納まるように、容器２２の内筒壁で囲まれた空間に横たわることができる。

前記静磁場コイル１には、撮像空間４に均一な静磁場５を生成するために、超伝導コイルが用いられている。静磁場コイル１は、撮像空間４に強力で均一な静磁場５を生成する１対の円環状の静磁場メインコイル１ａと、静磁場５を生成したことに起因する漏れ磁場を抑制する１対の円環状の静磁場シールドコイル１ｂと、撮像空間４における静磁場５の均一性を向上させる１対の円環状の静磁場補助コイル１ｃとにより構成されている。

１対の静磁場メインコイル１ａは、原点Ｏを対称点として対向配置され、それぞれの中心軸がｚ軸に一致している。１対の静磁場シールドコイル１ｂは、原点Ｏを対称点として対向配置され、それぞれの中心軸がｚ軸に一致している。１対の静磁場補助コイル１ｃは、原点Ｏを対称点として対向配置され、それぞれの中心軸がｚ軸に一致している。

１対の静磁場メインコイル１ａと、１対の静磁場補助コイル１ｃは、互いに同じ方向に一定電流を流し、それぞれ磁気モーメントを形成することで、均一な静磁場５を撮像空間４に生成することができる。静磁場５の方向は、ｚ軸と平行で同方向を向いている。１対の静磁場シールドコイル１ｂは、１対の静磁場メインコイル１ａと反対の方向に一定電流を流し、反対の方向の磁場を生成し、ＭＲＩ装置２１から外部への磁場の漏れを低減させている。

１対の静磁場シールドコイル１ｂは、ｙ軸方向において、１対の静磁場メインコイル１ａと、１対の静磁場補助コイル１ｃより、原点Ｏから遠いところ、すなわち外側に配置され、容器２２の外筒壁の外側に生じる漏れ磁場を抑制している。このことにより、１対の静磁場メインコイル１ａと、１対の静磁場補助コイル１ｃとは、１対の静磁場シールドコイル１ｂより、傾斜磁場コイル２に近接して配置されている。傾斜磁場コイル２は、１対の静磁場シールドコイル１ｂよりも、１対の静磁場メインコイル１ａと、１対の静磁場補助コイル１ｃとから生じる磁場の影響を受けやすくなっている。

１対の静磁場メインコイル１ａは、ｚ軸方向において、１対の静磁場補助コイル１ｃより、原点Ｏから遠いところ、すなわち外側に配置されている。また、撮像空間４の静磁場５の均一性を向上させるために、１対の静磁場メインコイル１ａの磁気モーメントの大きさは、１対の静磁場補助コイル１ｃの磁気モーメントの大きさより大きく設定されている。

以上のことから、図１（ｂ）に示すように、静磁場コイル１が傾斜磁場コイル２のｙ軸方向のｙ軸座標ｙ１（図１（ａ）参照）に作る磁場分布のｚ成分のｚ軸方向依存性は、厳密には、静磁場コイル1の位置や個数に応じて決まるが、一般に、ｚ軸方向で一様ではなく、ＭＲＩ装置２１の端部領域ｚｐに向かうにつれ非一様性が大きくなり、磁場のｚ成分ＢｚのピークＢｐは端部領域ｚｐに存在している。なお、ピークＢｐの両側にある等しい大きさの磁場Ｂｐｐの位置を、位置ｚｐ＋と位置ｚｐ−のように設定しておく。

図１（ａ）に示すように、容器２２は、３層構造をしている。静磁場コイル１は、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に冷媒容器２２ｃに内包されている。冷媒容器２２ｃは内部への熱輻射を遮断する熱輻射シールド２２ｂに内包されている。そして、真空容器２２ａは、冷媒容器２２ｃ及び熱輻射シールド２２ｂを内包しつつ、内部を真空に保持している。容器２２は、室温の室内に配置されても、真空容器２２ａ内が真空になっているので、室内の熱が伝導や対流で、冷媒容器２２ｃに伝わることはない。また、熱輻射シールド２２ｂによって、室内の熱が輻射によって真空容器２２ａから冷媒容器２２ｃに伝わることはない。そして、静磁場コイル１を、冷媒の温度である極低温に安定して設定することができ、超伝導電磁石として機能させることができる。

傾斜磁場コイル２は、撮像断面に位置情報を付加するためにパルス状の磁場(傾斜磁場)を生成している。傾斜磁場は、撮像空間４の均一な静磁場５に重畳する形で、１秒間程度以下の時定数で空間的に変化（傾斜）している。傾斜磁場コイル２は、静磁場５に平行な磁場成分に対して、ｘ、ｙ、ｚ軸方向それぞれに対して線形に変化する傾斜磁場を作る。
ＲＦコイル３は、核スピンを励起させるＲＦパルスを生成している。具体的には、ＮＭＲ現象を引き起こすための共鳴周波数（数ＭＨｚ以上)の高周波の電磁波を、撮像空間４に印加している。

ＭＲＩ装置２１は、ＮＭＲ現象により水素原子核スピンが放出する核磁気共鳴信号を計測し、その核磁気共鳴信号を演算処理することで、被検体内を水素原子核密度によって断層像化する。その際に、被検体が入る撮像空間４には、強度が０．１Ｔ以上の高強度であり、１０ｐｐｍ程度の高い均一度を有する静磁場を生成させる。撮像空間４の周囲にある傾斜磁場コイル２は、撮像空間４内の位置情報を得る目的で、磁場を空間的に変化させた傾斜磁場を撮像空間４に印加する。さらに、撮像空間４の周囲にあるＲＦコイル３は、ＮＭＲ現象を引起すための共鳴周波数の電磁波を撮像空間４に印加する。これらにより、撮像空間４内の微小領域ごとに水素原子核スピンが放出する核磁気共鳴信号を計測し、その核磁気共鳴信号を演算処理することで、被検体内を水素原子核密度により断層像化することができる。

そして、図１（ａ）に示すように、傾斜磁場コイル２は、傾斜磁場を発生するメインコイル６と、メインコイル６の漏れ磁場を抑制するシールドコイル７から構成されている。

図２は、傾斜磁場コイル２をｚ軸の方向から見た側面図である。シールドコイル７は、メインコイル６の外側に配置されている。

メインコイル６は、ｘ軸方向に線形に変化する傾斜磁場を作るメインコイル６ｘと、ｙ軸方向に線形に変化する傾斜磁場を作るメインコイル６ｙと、ｚ軸方向に線形に変化する傾斜磁場を作るメインコイル６ｚとを有している。メインコイル６ｘ、６ｙ、６ｚは、それぞれが層をなし、この３層のメインコイル６ｘ、６ｙ、６ｚが、半径方向（ｙ軸、ｘ軸方向）に絶縁層を挟んで積層されている。

シールドコイル７は、メインコイル６ｘの磁場が周囲に漏れるのを抑制するシールドコイル７ｘと、メインコイル６ｙの磁場を周囲に漏れるのを抑制するシールドコイル７ｙと、メインコイル６ｚの磁場が周囲に漏れるのを抑制するシールドコイル７ｚとを有している。シールドコイル７ｘ、７ｙ、７ｚは、それぞれが層をなし、この３層のシールドコイル７ｘ、７ｙ、７ｚが、半径方向（ｙ軸、ｘ軸方向）に絶縁層を挟んで積層されている。

メインコイル６ｘとシールドコイル７ｘとでｘ傾斜磁場コイルを構成し、メインコイル６ｙとシールドコイル７ｙとでｙ傾斜磁場コイルを構成し、メインコイル６ｚとシールドコイル７ｚとでｚ傾斜磁場コイルを構成すると考えることができる。

図３は、ｙ傾斜磁場コイルであるメインコイル６ｙとシールドコイル７ｙとの斜視図である。メインコイル６ｙは、ｚ軸を中心軸とする円筒形状の層に、計４つ配置されている。４つのメインコイル６ｙはそれぞれ、周方向に湾曲した渦巻状サドル型コイルである。４つのメインコイル６ｙは、２つずつが、ｘ軸−ｙ軸平面に対して面対称に配置され、また、ｚ軸−ｘ軸平面に対しても面対称に配置されている。

シールドコイル７ｙも、ｚ軸を中心軸とする円筒形状の層に、計４つ配置されている。４つのシールドコイル７ｙは、周方向に湾曲した渦巻状サドル型コイルである。４つのシールドコイル７ｙは、２つずつが、ｘ軸−ｙ軸平面に対して面対称に配置され、また、ｚ軸−ｘ軸平面に対しても面対称に配置されている。

なお、ｘ傾斜磁場コイルのメインコイル６ｘとシールドコイル７ｘもそれぞれ、４つの周方向に湾曲した渦巻状サドル型コイルを有する。ｘ傾斜磁場コイルのメインコイル６ｘとシールドコイル７ｘそれぞれの４つの渦巻状サドル型コイルの配置は、ｙ傾斜磁場コイルのメインコイル６ｙとシールドコイル７ｙを、ｚ軸周りに−９０度回転し、図２に示すように半径方向の距離の異なる層（６ｘ、７ｘに相当する層）に配置したものとして理解することができる。

図４は、４個中１つのシールドコイル７ｙ（周方向に湾曲した渦巻状サドル型コイル）を周方向に展開した展開図である。シールドコイル７ｙは、主シールドコイル９とサブシールドコイル８とを有している。

図４に示すように、主シールドコイル９は、巻線密度をｚ軸方向に不均一にしている。具体的には、主シールドコイル９は９回巻きのコイル線で構成されており、外側から順にコイル線１０ａ、コイル線１０、コイル線１０ｂが巻かれている。主シールドコイル９の最外周のコイル線１０ａは、内側のコイル線１０との間隔を、ｚ軸座標ｚｐの付近において、他の場所より広げ、さらには、コイル線１０とコイル線１０ｂとの間隔より広げている。このことにより、コイル線１０ａは、ｚ軸座標ｚｐにある静磁場のピークＢｐ（図１（ｂ）参照）から離れることができ、静磁場から受ける電磁力を弱めることができる。主シールドコイル９に働く静磁場による電磁力は、主シールドコイル９を構成する個々のコイル線に働く電磁力の合力であるところ、コイル線１０ａなどの一部のコイル線に働く電磁力の大きさを変えることにより、この合力を小さくし、いわゆる電磁力の釣り合いを取り、ｙ傾斜磁場コイルの振動を抑制することができる主シールドコイル９だけの合力ではゼロにならず、メインコイルに働く電磁力と足し合わせることで合力がゼロになる。ｙ傾斜磁場コイル全体に働く電磁力の合力をゼロとすることで、ｙ傾斜磁場コイル全体のｙ方向並進力が抑えられ、ｙ方向に変形する固有振動モードで励振される振動を抑えることができる。ｙ傾斜磁場コイルを一体とみなすことができるのは、メインコイルとシールドコイルは電気的に接続され、それらを樹脂で固めるためである。）。すなわち、巻線密度をｚ軸方向で不均一にすることにより、ｙ傾斜磁場コイルの振動を抑制することができ、この振動に起因していた騒音を低減できることになる。

しかし、コイル線１０ａとコイル線１０との間隔を広げたことにより、この間隔からメインコイル６ｙで生成される磁場が漏れ出て、漏れ磁場が大きくなると考えられる。そこで、この間隔から、磁場が漏れないようにサブシールドコイル８を設けている。

また、図４に示すように、サブシールドコイル８は、コイルパターンが主シールドコイル９のコイルパターンに重なり、すなわち、ｙ軸方向の外側（表側）あるいは内側（裏側）に配置され、ｙ軸方向に見て、サブシールドコイル８のコイル線と、主シールドコイル９のコイル線が交わる交点１１を有している。サブシールドコイル８の中心８ａの位置は、主シールドコイル９の中心９ａの位置からｚ軸方向にシフトしている。そして、サブシールドコイル８の中心８ａのｚ軸座標は、ｚ軸座標ｚｐに一致させている。これは、ｚ軸座標ｚｐで静磁場が最大になるので、主シールドコイル９の巻線密度をｚ軸座標ｚｐで周辺より下げることで電磁力の合力を低下できるが、このためにｚ軸座標ｚｐで磁場の漏れも最大になるからである。この最大となった漏れ磁場を、サブシールドコイルで低減させるために、サブシールドコイル８の中心８ａのｚ軸座標をｚ軸座標ｚｐに一致させているのである。したがって、サブシールドコイル８が発生させる磁場の強度は、この最大となる漏れ磁場の強度と同じにすればよく、このことにより、最大となる漏れ磁場を打ち消すことができる。この程度の磁場を発生させるためには、サブシールドコイル８を一巻きのコイル線であるとして、この一巻きのコイル線に流す電流は、主シールドコイル９のコイル線１０等に流す電流より少なくても十分である。

サブシールドコイル８のコイル線は、ｚ軸座標ｚｐの両側にある静磁場の大きさが等しくなるｚ軸座標ｚｐ＋とｚ軸座標ｚｐ−（図１（ｂ）参照）とに配置されている。これは、サブシールドコイル８に静磁場から働く電磁力の合力をゼロにする（電磁力の釣り合いをとる）ためである。こうすれば、ｙ傾斜磁場コイル全体の合力がゼロになり、ｙ傾斜磁場コイル全体のｙ方向並進力が抑えられ、ｙ方向に変形する固有振動モードで励振される振動を抑えることができる。なお、ｚ軸座標ｚｐ＋とｚ軸座標ｚｐ−の間の距離、すなわちサブシールドコイル８の大きさは、漏れ磁場の大きさが最小となるように決定される。

図５は、サブシールドコイル８およびその周辺の主シールドコイル９を構成するコイル線の結線図である。サブシールドコイル８の両端は、主シールドコイル９のコイル線１０に接続されている。サブシールドコイル８は、主シールドコイル９のコイル線１０の一部に並列接続されている。サブシールドコイル８のコイルパターンは、コイル線１０やコイル線１０ｂに重なり、すなわち、コイル線１０やコイル線１０ｂのｙ軸方向の外側（表側）あるいは内側（裏側）に配置されている。

前記交点１１で、サブシールドコイル８のコイル線の一端を、主シールドコイル９のコイル線１０に接続し、コイル線１０に流れる電流をサブシールドコイル８に分岐して流している。このため、サブシールドコイル８には、コイル線１０に流れる電流Ｉよりも小さい電流αＩ（α：分流比、０＜α＜１）を流すことができる。サブシールドコイル８は、電流αＩでも、電磁力の釣り合いをとらない傾斜磁場コイルの漏れ磁場と同等レベル或いはそれ以上の漏れ磁場抑制効果を発揮することができる。なお、コイル線１０は、コイル線１２によって滑らかに連結され、実質的にコイル線１０は連続して存在するとみなせる。そして、いわゆるコイル線１０におけるコイル線１２の箇所には、電流（１−α）Ｉが流れることになる。

サブシールドコイル８のコイル線の他端は交点１１の近傍に配置されている。補完コイル線１３の一端は、サブシールドコイル８のコイル線の他端に、交点１１の近傍において接続している。補完コイル線１３は、コイル線１０（コイル線１２）の直近を沿うように平行配置されている。このため、遠方（メインコイル６ｙ（図３参照）あたり）から見ると、補完コイル線１３とコイル線１２とを、電流Ｉの流れるコイル線１０とみなすことができる。すなわち、コイル線１０は、電流Ｉを分流せずに流しているかのように機能し、漏れ磁場の抑制機能を低下させることなく維持することができる。

以上、第１の実施形態によれば、傾斜磁場コイルが振動することによる騒音と、傾斜磁場コイルからの漏れ磁場による騒音の両方の騒音を低減可能なＭＲＩ装置を提供することができる。

なお、補完コイル線１３の他端は、コイル線１０の交点１１から離れた合流点１４において、コイル線１０に接続している。また、ｙ軸方向（紙面に垂直な方向）に見て、補完コイル線１３の他端は、コイル線１０に、サブシールドコイル８の外側において接続している。図５に示すように、補完コイル線１３とコイル線１２の長さはほぼ等しくなっている。したがって、これらの長さを変えることにより、交点１１と合流点１４間のコイル線１２経由の抵抗に対する、交点１１と合流点１４間のサブシールドコイル８と補完コイル線１３経由の抵抗の比を変えることができる。そして、電流Ｉの分流比αを変えることができる。

図６（ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視断面図であり、図６（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。図６（ａ）と図６（ｂ）に示す主シールドコイルのコイル線１０、１０ｂの高さａが、図２に示したシールドコイル７ｘ、７ｚと共に積層されたシールドコイル７ｙの一層分の厚さに相当している。

サブシールドコイル８のコイル線の高さｂは、主シールドコイルのコイル線１０、１０ｂの高さａより低くなっている。前記補完コイル線１３の高さｃと、前記コイル線１２の高さｃとは、互いに高さは等しく、高さａより低くなっている。なお、サブシールドコイル８のコイル線の下、および、サブシールドコイル８のコイル線で囲まれた領域にある主シールドコイルのコイル線１０ｂ等の高さも、高さｃになり、高さａより低くなっている。すなわち、サブシールドコイル８のコイル線で囲まれた領域にある全てのコイル線１０ｂ、１２、１３等の高さは高さｃで一定で、サブシールドコイル８のコイル線の外側の主シールドコイルのコイル線１０、１０ｂの高さａより一段低くなっている。図６（ｂ）に示すように、コイル線１０は、サブシールドコイル８に接続した先で、コイル線１２として一段低くなっている。この下がった段に、サブシールドコイル８がはめ込まれている。高さｃとサブシールドコイル８の高さｂの和は、高さａに等しくなっているので、サブシールドコイル８の上面の高さと主シールドコイルのコイル線１０、１０ｂの上面の高さは一致し、層厚を変えることなく、シールドコイル７ｙの一層の中に主シールドコイルとサブシールドコイル８とを組み込むことができる。また、高さｂと高さｃの比を変えることによっても、電流Ｉ（図５参照）の分流比αを変えることができる。

図７は、図６（ｂ）の詳細な断面図であり、交点１１（図５参照）におけるサブシールドコイル８の主シールドコイルのコイル線１０（１２）への接続方法を示している。コイル線１２の端部と、サブシールドコイル８の一端とが、はんだ１８によりはんだ付けされ、さらに、導電性のねじ１７で締結されている。それ以外の露出表面、特に、シールドコイル７ｘ、７ｚと接する露出表面は絶縁材１９で覆われている。

（第２の実施形態）
図８（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイルのコイル線１０を図５のＡ−Ａ矢視に相当する位置から見た断面図であり、図８（ｂ）は、コイル線１０を図５のＢ−Ｂ矢視に相当する位置から見た断面図である。

第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、サブシールドコイル８の高さｂと、補完コイル線１３、コイル線１２、サブシールドコイル８で囲まれた範囲のコイル線１０ｂの高さｃとの和が、サブシールドコイル８の外側のコイル線１０、１０ｂの高さａより高い点が異なっている。このことによれば、高さｂおよび高さｃを第１の実施形態より大きくすることができ、補完コイル線１３、コイル線１２、サブシールドコイル８で囲まれた範囲のコイル線１０ｂの断面積を大きくできるので、コイル線に電流を流した際の発熱を低減することができる。厚さｃと厚さｂは、発熱ができるだけ小さくなり、かつ、厚さｃと厚さｂの和ができるだけ小さくなるように設定される。また、図８（ｂ）に示すように、コイル線１０は、サブシールドコイル８に接続した先で、コイル線１２として一段低くなっている。この下がった段にサブシールドコイル８がはめ込まれている。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイル７ｙのサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃの周辺を流れる電流の電流流路を示す結線図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と比較して、サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃがコイル線を複数回巻いている点が異なっている。図５で説明した分流比αが大きくできずに、期待する漏れ磁場抑制効果が得られない場合は、図９に示すように、３巻きのサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃにより、トータルでサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃを流れる電流を増やし、漏れ磁場抑制効果を向上させることができる。

サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃそれぞれの両端は、主シールドコイル９の対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃに接続されている。サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃそれぞれは、主シールドコイル９の対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃの一部に並列接続されている。サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃそれぞれのコイルパターンは、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃに重なり、すなわち、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃのｙ軸方向の外側（表側）あるいは内側（裏側）に配置されている。また、サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃの中心は、中心８ａで一致している。

交点１１、１１ｂ、１１ｃで、対応するサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃのコイル線の一端を、主シールドコイル９の対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃに接続し、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃに流れる電流を、対応するサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃに分岐して流している。このため、サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃには、対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃに流れる電流よりも小さい電流が流れる。しかし、サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃを流れるトータルの電流としては、大きな電流を得ることができる。そして、大きな漏れ磁場抑制効果を得ることができる。

また、サブシールドコイル８、８ｂ、８ｃのコイル線の他端は対応する交点１１、１１ｂ、１１ｃの近傍に配置されている。補完コイル線１３、１３ｂ、１３ｃの一端は、対応するサブシールドコイル８、８ｂ、８ｃのコイル線の他端に、対応する交点１１、１１ｂ、１１ｃの近傍において接続している。補完コイル線１３、１３ｂ、１３ｃは、対応するコイル線１２、１２ｂ、１２ｃの直近を沿うように平行配置されている。補完コイル線１３、１３ｂ、１３ｃと対応するコイル線１２、１２ｂ、１２ｃとを流れる電流の和は、対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃを流れる電流の大きさと同じなので、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃは、電流を分流せずに流しているかのように機能し、漏れ磁場の抑制機能を維持することができる。補完コイル線１３、１３ｂ、１３ｃの他端は、対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃの交点１１、１１ｂ、１１ｃから離れた合流点１４、１４ｂ、１４ｃにおいて、対応するコイル線１０、１０ｂ、１０ｃに接続している。

（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るＭＲＩ装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイル７ｙのサブシールドコイル８の周辺を流れる電流の電流流路を示す結線図である。第４の実施形態は、第１の実施形態と比較して、サブシールドコイル８が、主シールドコイル９のコイル線１０ｄから分岐せず、直列に接続している点が異なっている。図５で説明した分流比αが大きくできずに、期待する漏れ磁場抑制効果が得られない場合は、図１０に示すように、コイル線１０ｄを流れる電流Ｉをそのままサブシールドコイル８に流すことで、サブシールドコイル８を流れる電流を電流Ｉまで増やし、漏れ磁場抑制効果を向上させることができる。

サブシールドコイル８の両端は、主シールドコイル９のコイル線１０ｄに接続されている。サブシールドコイル８は、コイル線１０ｄに直列接続されている。サブシールドコイル８のコイルパターンは、主シールドコイル９のコイル線１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに重なり、すなわち、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのｙ軸方向の外側（表側）あるいは内側（裏側）に配置されている。

交点１１で、サブシールドコイル８のコイル線の一端を、コイル線１０ｄの一端に接続し、コイル線１０、１０ｂ、１０ｃに流れる電流Ｉを、サブシールドコイル８に流している。このため、サブシールドコイル８にも電流Ｉが流れる。そして、大きな漏れ磁場抑制効果を得ることができる。

また、サブシールドコイル８のコイル線の他端は、交点１１から離れ、近傍に配置された合流点１４において、コイル線１０ｄの他端に接続している。交点１１と合流点１４とは、近距離に配置されているので、コイル線１０ｄは、電流Ｉをサブシールドコイル８に迂回させずに流しているかのように機能し、漏れ磁場の抑制機能を維持することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の断面図であり、（ｂ）は、静磁場コイルがｙ傾斜磁場コイルの位置に作る磁場分布のｚ成分のｚ軸方向依存性を示すグラフである。 傾斜磁場コイルをｚ軸の方向から見た側面図である。 ｙ傾斜磁場コイルの斜視図である。 シールドコイルを周方向に展開した展開図である。 サブシールドコイルおよびその周辺の主シールドコイルを流れる電流の電流流路を示す結線図である。 （ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図６（ｂ）の詳細な断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイルの図５のＡ−Ａ矢視に相当する位置から見た断面図であり、（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視に相当する位置から見た断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイルのサブシールドコイルの周辺を流れる電流の電流流路を示す結線図である。 本発明の第４の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のｙ傾斜磁場コイルを構成するシールドコイルのサブシールドコイルの周辺を流れる電流の電流流路を示す結線図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 静磁場コイル
２ 傾斜磁場コイル
３ ＲＦコイル
４ 撮像空間
５ 静磁場
６ メインコイル
７ シールドコイル
８ サブシールドコイル
８ｃ サブシールドコイルの中心
９ 主シールドコイル
９ｃ 主シールドコイルの中心
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 主シールドコイルのコイル線
１１、１１ｂ、１１ｃ サブシールドコイルのコイル線と主シールドコイルのコイル線の交点（分岐点）
１２、１２ｂ、１２ｃ 先端が分岐点である主シールドコイルのコイル線
１３、１３ｂ、１３ｃ 補完コイル線
１４、１４ｂ、１４ｃ 補完コイル線と、先端が分岐点である主シールドコイルのコイル線との合流点
１７ 導電性のねじ
１８ はんだ
１９ 絶縁材
２１ 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
２２ 容器
２２ａ 真空容器
２２ｂ 熱輻射シールド
２２ｃ 冷媒容器

Claims (10)

1. 円筒形状の容器内に収納され、前記容器の内筒壁より中心軸側の撮像空間に均一な前記中心軸の方向の静磁場を形成する静磁場コイルと、
   前記内筒壁に沿って設けられ、前記撮像空間に、前記中心軸の方向の磁場成分の大きさが半径方向に傾斜している傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイルとを備え、
   前記傾斜磁場コイルは、前記傾斜磁場を形成するメインコイルと、前記メインコイルの漏れ磁場を抑制するシールドコイルとを有する磁気共鳴イメージング装置において、
   前記シールドコイルは、
   巻線密度を前記中心軸の方向に不均一にして、前記静磁場から受ける電磁力を小さくしている主シールドコイルと、
   コイルパターンが主シールドコイルのコイルパターンに重なり、中心の位置が、前記主シールドコイルの中心の位置から前記中心軸の方向にシフトしているサブシールドコイルとを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記中心軸から前記容器の半径方向での前記シールドコイルの配置された位置において、前記中心軸の方向の位置における前記サブシールドコイルの中心の位置は、前記静磁場コイルが作る磁場が最大になる位置に一致することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記サブシールドコイルのコイル線は、前記静磁場コイルが作る磁場が最大になる位置の両側にある前記静磁場コイルが作る磁場の大きさが等しくなる位置に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記サブシールドコイルの両端は、前記主シールドコイルに接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記サブシールドコイルは、前記主シールドコイルの一部に並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記中心軸から前記容器の半径方向に見て、前記サブシールドコイルのコイル線と、前記主シールドコイルのコイル線が交わる交点で、前記サブシールドコイルのコイル線の一端を、前記主シールドコイルのコイル線に接続し、前記主シールドコイルのコイル線に流れる電流を前記サブシールドコイルに分岐して流すことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 補完コイル線をさらに有し、
   前記サブシールドコイルのコイル線の他端は、前記交点の近傍に配置され、
   前記補完コイル線の一端は、前記サブシールドコイルのコイル線の前記他端に接続し、
   前記補完コイル線は、前記主シールドコイルのコイル線に沿うように配置され、
   前記補完コイル線の他端は、前記主シールドコイルのコイル線の前記交点から離れた場所に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記中心軸から前記容器の半径方向に見て、前記補完コイル線の他端は、前記主シールドコイルのコイル線に、前記サブシールドコイルの外側で接続されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記サブシールドコイルのコイル線の高さと、前記補完コイル線の高さはそれぞれ、前記主シールドコイルのコイル線の高さより低く、
   前記サブシールドコイルのコイル線の高さと前記補完コイル線の高さの和は、前記主シールドコイルのコイル線の高さ以上であり、
   前記サブシールドコイルのコイル線と、前記補完コイル線とは、前記シールドコイルの導体の層に組み込まれていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 少なくとも、円筒形状の容器内に収納され、前記容器の内筒壁より中心軸側の撮像空間に均一な前記中心軸の方向の静磁場を形成する静磁場コイルとを有する磁気共鳴イメージング装置に用いられ、
    前記内筒壁に沿って設けられ、前記撮像空間に、前記中心軸の方向の磁場成分の大きさが半径方向に傾斜している傾斜磁場を形成し、前記傾斜磁場を形成するメインコイルと、前記メインコイルの漏れ磁場を抑制するシールドコイルとを有する傾斜磁場コイルにおいて、
    前記シールドコイルは、
    巻線密度を前記中心軸の方向に不均一にして、前記静磁場から受ける電磁力を小さくしている主シールドコイルと、
    コイルパターンが主シールドコイルのコイルパターンに重なり、中心の位置が、前記主シールドコイルの中心の位置から前記中心軸の方向にシフトしているサブシールドコイルとを有することを特徴とする傾斜磁場コイル。

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