JP5052761B2 - 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装置に係わり、特に磁場発生装置に静磁場均一度を調整する機構を備える磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の静磁場不均一を補正する技術として、特許文献１に示すように、鉄片を所望の箇所に配置するパッシブシムによる方法がある。特許文献１においては、傾斜磁場コイルの主コイルとシールドコイルの間にあるスペースに鉄片を配置させ、静磁場の不均一を補正する技術が開示されている。

ここで、ＭＲＩ装置は、近年被検者へ与える閉塞感を低減するために、軸長を短くし、ボア径を大きくする傾向にある。これにより傾斜磁場コイル内のコイル導体の断面積が小さくなり、さらに高密度になるため、傾斜磁場コイルからの発熱が大きくなることが予想される。

このため、特許文献１に記載の従来技術によれば、傾斜磁場コイル内に鉄片を配置するため、傾斜磁場コイルの発熱の影響を受け、鉄片の温度が上昇し、その透磁率が変化するため、静磁場均一度を確保することができなくなる。

このシム装置の温度上昇の問題を解決する方法として、特許文献２や特許文献３に記載の技術が知られている。特許文献２には、傾斜磁場コイルの導体を熱絶縁材で覆うことにより、シム装置への熱伝導を低減する技術が開示され、また、特許文献３には、空冷によってシム装置を冷却する技術が開示されている。

特開平８−２９９３０４号公報 特開２００１−３５３１３６号公報 米国特許第５７８６６９５号明細書

しかしながら、特許文献２記載の技術では、実際に実装する場合に、熱絶縁材の空間を占める領域が大となるため、傾斜磁場コイルのコイルパターンが制限され、所望の傾斜磁場コイルの性能を得ることが困難となる。

また特許文献３記載の技術では、設備が過大となってしまうため、装置全体が高額になるばかりでなく、傾斜磁場コイル稼働中に空冷装置を稼働するため、騒音が発生する。

本発明の目的は、傾斜磁場コイルのコイルパターンに影響を与えることなく、また、過大な設備を使用せずにシム装置を冷却し、撮影中の静磁場均一度を安定させることができるＭＲＩ装置を実現することである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、以下の構成とする。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）均一磁場領域を発生する静磁場発生装置と、前記静磁場発生装置の内側に取り付けられた傾斜磁場コイルと、前記傾斜磁場コイル内もしくは表面に取り付けられ、静磁場均一度を調整するシミング機構とを備える磁気共鳴イメージング装置において、前記シミング機構の温度変化を低減する温度変化低減手段を備える。
（２）好ましくは、上記（１）において、前記傾斜磁場コイルを冷却する冷媒を内部に通すための中空形状を有する冷却管をさらに備え、前記シミング機構は熱伝導性の良い材料で形成され、前記温度変化低減手段は、前記冷却管の一部と、前記シミング機構の一部とを接触させ、前記傾斜磁場コイルを冷却する冷媒により、前記シミング機構を冷却する。

これにより、ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルのコイルパターンに影響を与えることなく、また、過大な設備を使用せずにシム装置を冷却し、撮影中の静磁場均一度を安定させ、ＭＲＩ装置の画質を向上させることができる。

（３）好ましくは上記（１）において、前記温度変化低減手段は、前記傾斜磁場コイルと前記シミング機構の間に蓄熱材を備える。好ましくは、前記蓄熱材は、前記傾斜磁場コイルが高温になりやすい部分と前記シミング機構の間に配置されている。

これにより、上記（１）と同じ効果を得ることができる。

（４）好ましくは上記（１）において、前記シミング機構は、シミング用磁性体と、シミング用の磁性体を取り付けるシムトレイとを有し、前記温度変化低減手段は、前記傾斜磁場コイル内に前記シムトレイが格納されて、シムトレイと傾斜磁場コイルとの接触面積を低減するようにシムトレイを支持して温度変化を低減する。

これにより、上記（１）と同じ効果を得ることができる。

（５）好ましくは上記（４）において、前記シミング機構は、前記傾斜磁場コイル内に前記シムトレイを格納する為のシムトレイ用溝が形成され、前記シムトレイ又は前記シムトレイ用溝に凹部又は凸部が設けられている。

（６）好ましくは上記（４）において、前記シムトレイと傾斜磁場コイルとの間の空間を減圧し、空気の対流による熱伝導を低減するものとする。

これにより、上記（１）と同じ効果を得ることができる。

以上、本発明によれば、ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルのコイルパターンに影響を与えることなく、また、過大な設備を使用せずにシム装置を冷却し、撮影中の静磁場均一度を安定させ、ＭＲＩ装置の画質を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。

図１は、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の概略縦断面図である。

図１において、ＭＲＩ装置は、静磁場発生装置１と、傾斜磁場コイル２と、高周波磁場コイル３と、ベッド４とを備えている。

静磁場発生装置１は、均一磁場領域５を形成する。傾斜磁場コイル２は、前記静磁場発生装置１の内側に固定される。また、高周波磁場コイル３は、傾斜磁場コイル２の均一磁場領域５側に固定される。そして、図示しない被検体は、均一磁場領域５に配置され水平方向に移動可能なベッド４上に横たえられる。

図２は、傾斜磁場コイル２の概略横断面図である。

図２において、傾斜磁場コイル２は、概略円筒形状を有しており、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に傾斜磁場を与えるメインコイル６と、メインコイル６の漏洩磁場をキャンセルするシールドコイル７とを備えている。そして、傾斜磁場コイル２にはシムトレイ用溝８が形成されている。

メインコイル６は、図示しない被検体に近い最内部に固定され、シールドコイル７は、メインコイル６の外側に固定される。シムトレイ用溝８は、メインコイル６と、シールドコイル７の間の空間に、概円筒形の傾斜磁場コイル２の円周に沿って複数設けられた水平な横穴であり、後述する静磁場の不均一を調整するシム鉄片１１が取り付けられたシムトレイ９を収めるためのものである。

図３は、シムトレイ用溝８にシムトレイ９が挿入された状態の横断面図であり、図４は縦断面図である。

図３、図４において、シムトレイ用溝８は断面が長方形の横穴であり、その内壁の両短辺には案内レール１０が設けられ、シムトレイ用溝８の奥まで伸びている。案内レール１０としては、非磁性かつ非電導性材料である樹脂性材料を使用することが望ましい。

シムトレイ９は、シムトレイ用溝８の内壁に設けられた案内レール１０によりガイドされ、概円筒形の傾斜磁場コイル２の両端面から出し入れ可能に設置される。

図５は、シムトレイ９の外観斜視図である。

図５において、シムトレイ９には、シム鉄片１１を取り付けるための複数のネジ穴１２が加工されている。シム鉄片１１は、ネジ形状に加工され、所望の量の鉄を含んでいる。シム鉄片１１は、ネジ穴１２のうちの撮影空間内の静磁場均一度を数ｐｐｍ以下に補正することができる位置に取り付けられる。

図６は、本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイル２の縦断面の一部を示す図である。

図６において、傾斜磁場コイル２には、傾斜磁場コイル２の円筒形状に沿って螺旋状に冷却管１３が埋設される。冷却管１３は、傾斜磁場コイル２のメインコイル６と、シールドコイル７に接触される。シムトレイ９は、傾斜磁場コイル２への入口部分において、螺旋状冷却管１３の少なくとも１ターン部分と接触される。図６に示した例では、２ターン分がシムトレイ９と接触している。

冷却管１３の内部には中空部である通路１４が設けられ、通路１４には冷媒が流れる。また、図示していないが、傾斜磁場コイル２の外部には熱交換器と循環ポンプが設置され、冷媒は、図示せぬ循環ポンプにより傾斜磁場コイル２と熱交換器間を循環し、図示せぬ熱交換機により徐熱される。

尚、本発明の第１の実施形態においては、冷媒として水を使用するが、他の物質を使用してもよい。

一般に、傾斜磁場コイル２は、撮影時に傾斜磁場コイル２の導体であるメインコイル６やシールドコイル７に電流を流し続けた場合、例えば初期温度２５℃であって３０分通電するようなシーケンスを行う場合には、その温度が局所的に最大で４０〜５０℃に達する。

一方、シムトレイ９に取り付けられたシム鉄片１１は、（１）シムトレイ用溝８内壁からの放射熱伝達による場合、（２）シムトレイ用溝８内壁から案内レール１０とシムトレイ９を介した熱伝導による場合、（３）シムトレイ用溝８とシムトレイ９との内壁間の気体の熱伝達よる場合の３通りの熱伝達により、その温度が上昇する。

本発明の第１の実施形態においては、傾斜磁場コイル２に設けられた冷却管１３の通路１４に冷媒を流すことにより、冷却管１３に接触した傾斜磁場コイル２の導体であるメインコイル６とシールドコイル７において発生した熱と、シムトレイ９の熱が冷却管１３の通路１４を流れる冷媒に伝わり、傾斜磁場コイル２の導体が冷却されると共にシムトレイ９が冷却される。

傾斜磁場コイル２の導体が冷却されることにより、上記（１）（２）（３）の熱伝達が抑制され、更にシムトレイ９が冷却されることにより、熱伝達された熱が除去されることにより、シムトレイ９に設置されたシム鉄片１１の温度上昇が抑制され、透磁率の変動を抑制することができる。

これにより、静磁場均一度を一定に保持することができ、ＭＲＩ装置の画質を向上することができる。

尚、冷媒の入口温度は、低い方が冷却の効果は大きいが、結露しないように２０〜２５℃に維持することが望ましい。

また、シムトレイ９としては、熱伝導が良く、非磁性な材料を使用することが望ましく、具体的にはアルミ等が好ましい。但し、面積が大きい場合には渦電流が発生し、画質が劣化するため面積の小さいものを使用することが望まれる。もしくは、シムトレイ９にスリットを入れても良い。

なお、第１の実施形態においては、冷却管１３を傾斜磁場コイル２の冷却と兼用するものとしたが、傾斜磁場コイル２の冷却用とシムトレイ９の冷却用とを別々に設けるものとしても、同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７を用いて説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態における傾斜磁場コイル２の断面の一部を示す図である。

図７において、傾斜磁場コイル２は、傾斜磁場コイル２の導体であるメインコイル６、及びシールドコイル７と、シムトレイ９と、蓄熱材１５を備えている。

蓄熱材１５は、傾斜磁場コイル２の導体であるメインコイル６、及びシールドコイル７と、シムトレイ９との間に設けられ、蓄熱材１５の材料として、熱容量の大きい材料、具体的には、水、木材、プラスチック等が使用される。

また、蓄熱材１５の配置位置としては、導体幅が小さく、導体密度が高くなり高温になりやすいメインコイル６側に配置されることが望ましく、又はメインコイル６側と、シールドコイル７側の両側に配置されるものとしてもよい。このとき蓄熱材１５は、傾斜磁場コイル２内に固定しても良いし、シムトレイ９に固定しても良い。

また、シムトレイ９の材質も熱容量の大きい材料を使用することが望ましい。

一般に、温度変化は、熱の伝わりやすさと熱容量によって決まり、その変化は指数関数で表される。このため、熱容量の大きい材料は、温度変化させるために、多くの熱量を必要とする。

本発明の第２の実施形態においては、熱容量の大きな材料である蓄熱材１５をシムトレイ９と、傾斜磁場コイル２の導体であるメインコイル６、及びシールドコイル７との間に配置することにより、傾斜磁場コイル２の導体のシムトレイ９付近で発生した熱のうち、シムトレイ９へ伝わる熱を蓄熱材の温度変化として吸収し、シムトレイ９の温度変化を低減させる。

以上のように構成した本発明の第２の実施形態によれば、傾斜磁場コイル２の導体と、シムトレイ９に間に蓄熱材１５を設け、傾斜磁場コイル２内の温度が上昇した場合に、シムトレイ９及びシム鉄片１１に伝わる熱を蓄熱材１５により吸収することにより、シム鉄片１１の温度変化が低減され、傾斜磁場コイル２が通電される撮影中において、静磁場均一度を一定に保持することができ、ＭＲＩ装置の画質を向上することができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図８〜図９を用いて説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態におけるシムトレイ用溝８の縦断面図である。

図８において、シムトレイ用溝８には案内レール１０が設けられ、案内レール１０には、適当な間隔で空隙１６が設けられている。シムトレイ９は、シムトレイ用溝８に設けられた案内レール１０によりガイドされ概円筒形の傾斜磁場コイル２の両端面から出し入れ可能に設置される。

このとき、案内レール１０とシムトレイ９の間には、空隙１６により空間が生じ、案内レール１０とシムトレイ９の接触面積を小さくしている。

図９は、本発明の第３の実施形態における傾斜磁場コイル２の断面の一部を示す図である。

図９において、傾斜磁場コイル２には、シムトレイ用溝８の設けられたシムトレイ９を囲むように断熱材１７が配置される。

以上において、案内レール１０とシムトレイ９の接触面積を小さくすることにより、案内レール１０からシムトレイ９に伝わる熱量を低減することができ、更に、傾斜磁場コイル２内のシムトレイ９を囲むように断熱材１７を配置することにより、傾斜磁場コイル２の導体で発生した熱のうちシムトレイ９に伝わる熱量を低減することができる。

なお、シムトレイ用溝８内を減圧し、シムトレイ用溝８内に真空層を形成することにより、シムトレイ用溝８内壁からの気体による熱伝達を遮断することができ、シム鉄片１１の温度変化を更に低減させることもできる。

以上のように構成した本発明の第３の実施形態によれば、案内レール１０とシムトレイ９との間の接触面積を小さくし、シムトレイ９を囲むように断熱材を配置し、更に、シムトレイ用溝８内に真空層を形成することより、傾斜磁場コイル２が通電される撮影中において、傾斜磁場コイル２からシムトレイ９に伝わる熱量を低減することができる。したがって、シム鉄片１１の温度変化が低減され、静磁場均一度を一定に保持することができ、ＭＲＩ装置の画質を向上することができる。

尚、本発明の第３の実施形態に示したように案内レール１０とシムトレイ９との間に空隙１６を設け、案内レール１０とシムトレイ９の接触面積を小さくすることを、本発明の第１、及び第２の実施形態に適用しても良い。これにより、更に傾斜磁場コイル２からシムトレイ９に伝わる熱量を低減することができ、シム鉄片１１の温度変化を低減させることができる。

また、上述した本発明の第１〜第３の実施形態においては、シムトレイ用溝８側に案内レール１０を設け、シムトレイ用溝８と、シムトレイ９との間の熱伝導を低減させるものとしたが、本発明の第４、第５の実施形態として、図１０、図１１に示すようにシムトレイ９側に、案内レール１０と同様のガイド部を設け、シムトレイ９をシムトレイ用溝８に出し入れ可能に配置し、シムトレイ用溝８とシムトレイ９の接触面積を低減し、傾斜磁場コイル２からシムトレイ９に伝わる熱量を低減するものとしてもよい。

本発明の第１の実施形態による磁気共鳴イメージング装置の概略縦断面図である。 本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイルの概略横断面図である。 本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイルのシムトレイ用溝の横断面図である。 本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイルのシムトレイ用溝の縦断面図である。 本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイルのシムトレイの外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態における傾斜磁場コイルの一部縦断面図である。 本発明の第２の実施形態における傾斜磁場コイルの一部縦断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるシムトレイ用溝の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態における傾斜磁場コイルの一部縦断面図である。 本発明の第４の実施形態におけるシムトレイの形状を示す図である。 本発明の第５の実施形態におけるシムトレイの形状を示す斜視図である。

符号の説明

１ 静磁場発生装置
２ 傾斜磁場コイル
３ 高周波磁場コイル
４ ベッド
５ 均一磁場領域
６ メインコイル
７ シールドコイル
８ シムトレイ用溝
９ シムトレイ
１０ 案内レール
１１ シム鉄片
１２ ネジ穴
１３ 冷却管
１４ 通路
１５ 蓄熱材

Claims (5)

1. 均一磁場領域を発生する静磁場発生装置と、
   前記静磁場発生装置の内側に取り付けられた傾斜磁場コイルと、
   前記傾斜磁場コイル内もしくは表面に取り付けられ、静磁場均一度を調整するシミング機構と、
   前記シミング機構の温度変化を低減する温度変化低減手段と、
   を備える磁気共鳴イメージング装置において、
   前記シミング機構は、シミング用磁性体と、該シミング用磁性体を取り付けるシムトレイとを有し、
   前記シムトレイは、前記傾斜磁場コイル内に格納され、
   前記傾斜磁場コイルを冷却する冷媒を内部に通すための中空形状を有する冷却管をさらに備え、
   前記温度変化低減手段は、前記傾斜磁場コイルと前記シムトレイの間であって該傾斜磁場コイルのメインコイル側に、該シムトレイの材質より熱容量の大きい蓄熱材を備え、前記冷却管の一部と、前記シムトレイの一部とを前記傾斜磁場コイルの入り口部分において接触させ、前記傾斜磁場コイルを冷却する冷媒により、前記シムトレイを冷却することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記蓄熱材は、前記傾斜磁場コイルが高温になりやすい部分と前記シミング機構の間に配置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。
3. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記温度変化低減手段は、前記シムトレイと前記傾斜磁場コイルとの接触面積を低減するように該シムトレイを支持す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３記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記シミング機構は、前記傾斜磁場コイル内に前記シムトレイを格納する為のシムトレイ用溝が形成され、前記シムトレイに凹部が、前記シムトレイ用溝に凸部が、それぞれ設けられてい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３記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記シムトレイと傾斜磁場コイルとの間の空間を減圧し、空気の対流による熱伝導を低減することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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