JP5352092B2 - 傾斜磁場コイル装置および磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル装置、及び、傾斜磁場コイル装置を用いた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、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルス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、化学的性質を表す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。ＭＲＩ装置は、主に、被検体が挿入される撮像領域に均一な静磁場を生成する静磁場コイル装置と、撮像領域に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置と、被検体に高周波パルスを照射するＲＦコイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断面画像を表示するコンピュータシステムとを有している。

ＭＲＩ装置の性能向上の手段として、傾斜磁場の磁場強度の向上と傾斜磁場のパルスの高速駆動がある。これらは、撮像時間の短縮と断面画像の画質の向上に寄与し、近年盛んに使用されるようになった高速撮像法で多用されている。これは、傾斜磁場コイル装置の駆動電源の性能向上により、高速なスイッチングと大電流の通電が可能になったことによっている。

しかし、傾斜磁場コイル装置には急峻に変化するパルス状の大電流が通電されるため、傾斜磁場コイル装置の有する傾斜磁場コイル内に渦電流が発生し、傾斜磁場コイルの発熱により、傾斜磁場コイル及びその周辺の温度上昇が問題になる場合が生じてきた。さらに、この渦電流は撮像領域に不要な磁場を発生させるため、傾斜磁場の傾斜勾配の精度を悪化させる原因となってきた。

なお、渦電流の発生を抑制する方法としては、傾斜磁場コイルに接続する引き出し線を複数の細線とする方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１０−２１６１０２号公報（図６）

ＭＲＩ装置の市場における要請として、被検体すなわち患者が閉所感を受けないように、被検体が入る空間はできるだけ広くすることが求められている。また、検査側の要請として、できるだけ大きな撮像領域が得られることが求められてもいる。一方、静磁場を発生させる磁石は設置位置の制約からできるだけ小さくすることが求められている。これらのことから、静磁場を発生する磁石と撮像領域の間に配置される傾斜磁場コイルは、薄くすることが求められる。このため、傾斜磁場コイルを構成する導体には薄い銅板を使用することが多く、この銅板をエッチング加工や切断加工することにより、傾斜磁場の形成に必要な渦巻状のパターンのコイル線が形成されている。

薄い銅板のコイル線に、前記急峻に変化するパルス状の大電流によって形成された磁場が交差すると、コイル線内に渦電流が生じ、温度上昇の問題が生じると考えられる。コイル線内の渦電流の発生を抑制するため、コイル線の全体を細線化することが考えられるが、コイル線全体の抵抗成分が増大するので、前記急峻に変化するパルス状の大電流が流れることによる発熱量が増大してしまう。

このように、渦電流による発熱と、前記急峻に変化するパルス状の大電流による発熱とは、一見、トレードオフの関係にあると考えられる。しかし、両者の発熱を使用可能な範囲内で抑制できれば有用である。

そこで、本発明の目的は、渦電流による発熱と、前記急峻に変化するパルス状の大電流による発熱とを、使用可能な範囲内に抑制可能な傾斜磁場コイル装置および、この傾斜磁場コイル装置を用いた磁気共鳴イメージング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、平面上に配置された渦巻き状の第１順コイルと、平面上に配置され中央領域を挟むように前記第１順コイルに対向する渦巻き状の第２順コイルと、平面上に配置され前記中央領域に対して前記第１順コイル側に配置される渦巻き状の第１逆コイルと、平面上に配置され前記中央領域を挟むように前記第１逆コイルに対向する渦巻き状の第２逆コイルとを有し、前記第２順コイルに前記第１順コイルに流す電流と同じ方向の電流を流し、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルに前記第１順コイルとは逆方向の電流を流して、前記中央領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル装置において、前記傾斜磁場が発生した際に、前記傾斜磁場を発生させる第１順コイル、第２順コイル、第１逆コイルと第２逆コイルの少なくとも１つのコイル（前記傾斜磁場コイル）に、交差する磁場の磁場強度が異なる低磁場領域と前記低磁場領域より高い高磁場領域とが生じ、前記高磁場領域におけるコイル線の線幅は、前記低磁場領域におけるコイル線の線幅より狭く、かつ前記高磁場領域におけるコイル線の線幅が狭くなった部分は、該部分に連続するとともにコイルの渦巻きの中心を通り傾斜磁場における磁場強度の傾斜方向に平行な直線と前記中央領域に近い側で交差する部分よりも線幅が狭い傾斜磁場コイル装置であることを特徴とする。また、本発明は、渦巻き状の第１順コイルと、中央領域を挟むように前記第１順コイルに対向する渦巻き状の第２順コイルと、前記中央領域に対して前記第１順コイル側に配置される渦巻き状の第１逆コイルと、前記中央領域を挟むように前記第１逆コイルに対向する渦巻き状の第２逆コイルとを有し、前記第２順コイルに前記第１順コイルに流す電流と同じ方向の電流を流し、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルに前記第１順コイルとは逆方向の電流を流して、前記中央領域に傾斜磁場を発生させる円筒形状の傾斜磁場コイル装置において、前記傾斜磁場が発生した際に、前記第１順コイル、前記第２順コイル、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルの少なくとも１つのコイルに、交差する磁場の磁場強度が異なる低磁場領域と前記低磁場領域より高い高磁場領域とが生じ、前記高磁場領域では、コイル線に流れる電流の方向が、傾斜磁場コイル装置の前記円筒形状の対称軸と略平行になり、前記高磁場領域におけるコイル線の線幅は、前記低磁場領域におけるコイル線の線幅より狭く、かつ前記高磁場領域におけるコイル線の線幅が狭くなった部分は、該部分に連続するとともにコイルの渦巻きの中心を通り前記対称軸に平行な直線と交差する部分よりも線幅が狭い傾斜磁場コイル装置であることを特徴とする。そして、これらの傾斜磁場コイル装置を有する磁気共鳴イメージング装置であることを特徴とする。

本発明によれば、渦電流による発熱と、前記急峻に変化するパルス状の大電流による発熱とを、使用可能な範囲内に抑制可能な傾斜磁場コイル装置および、この傾斜磁場コイル装置を用いた磁気共鳴イメージング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に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１の斜視図を示す。ＭＲＩ装置１は、ベッド６に横たわった被検体５が挿入される撮像領域８に、均一な静磁場を生成する静磁場コイル装置２と、撮像領域８に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置３と、撮像領域８に挿入された被検体５に高周波パルスを照射するＲＦコイル４と、被検体５からの磁気共鳴信号を受信する受信コイル（図示省略）と、受信した磁気共鳴信号を処理して被検体５の断面画像を表示するコンピュータシステム（図示省略）とを有している。静磁場コイル装置２と、傾斜磁場コイル装置３と、ＲＦコイル４とは、対称軸１０を共通の軸とする円筒形状をしており、静磁場コイル装置２の内側面に対向するように、傾斜磁場コイル装置３の外側面が配置され、傾斜磁場コイル装置３の内側面に対向するように、ＲＦコイル４の外側面が配置されている。

ＲＦコイル４の内側面で囲まれた対称軸１０の側に撮像領域８が設けられている。この撮像領域８に挿入される被検体５に閉所感を与えないように、また、できるだけ大きな撮像領域８が得られるように、ＲＦコイル４の内径はできるだけ大きいことが求められ、また、ＭＲＩ装置１の設置面積をできるだけ小さくできるように、静磁場コイル装置２の外径はできるだけ小さいことが求められている。このため、傾斜磁場コイル装置３は、静磁場コイル装置２とＲＦコイル４とともに、できるだけ薄くなるように形成されている。また、対称軸１０と平行にｚ軸を設定し、鉛直方向にｙ軸を設定し、ｚ軸とｙ軸とに直角の方向にｘ軸を設定している。

図２に、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１を対称軸（ｚ軸）１０を含むｙ−ｚ平面で切断した断面図を示す。前記静磁場コイル装置２には、撮像領域８に均一で強力な静磁場７を生成するために、超伝導コイルである静磁場メインコイル２ａと静磁場シールドコイル２ｂとが用いられている。一対の静磁場メインコイル２ａは、撮像領域８に強力で均一な静磁場７を生成し、一対の静磁場シールドコイル２ｂは、静磁場７を生成したことに起因し静磁場コイル装置２の外周側に漏れる漏れ磁場を抑制している。一対の静磁場メインコイル２ａと一対の静磁場シールドコイル２ｂはそれぞれ、前記対称軸１０を軸とする円環形状をしている。

一対の静磁場メインコイル２ａと一対の静磁場シールドコイル２ｂは、図２に示すように、３層構造の容器内に収納されている。まず、一対の静磁場メインコイル２ａと一対の静磁場シールドコイル２ｂは、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に冷媒容器２ｅに内包されている。冷媒容器２ｅは内部への熱輻射を遮断する熱輻射シールド２ｄに内包されている。そして、真空容器２ｃは、冷媒容器２ｅ及び熱輻射シールド２ｄを内包しつつ、内部を真空に保持している。真空容器２ｃは、普通の室温の室内に配置されても、真空容器２ｃ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２ｅに伝わることはない。また、熱輻射シールド２ｄによって、室内の熱が輻射によって真空容器２ｃから冷媒容器２ｅに伝わることはない。このため、一対の静磁場メインコイル２ａと一対の静磁場シールドコイル２ｂは、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。

傾斜磁場コイル装置３は、撮像領域８において、任意の方向に静磁場７と同じ方向の磁場強度が傾斜した傾斜磁場９をパルス状に発生させる。通常、静磁場７の方向をｚ軸としてｚ軸と直交する２方向にｘ軸とｙ軸をとり、傾斜磁場コイル装置３は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向に独立な傾斜磁場９を、静磁場７に重ねて発生できるような機能を持っている。第１の実施形態では、図２に示すように、説明の便宜のため、ｙ軸方向に傾斜した傾斜磁場９を例に説明する。

図３に、ｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３の斜視図を示す。ｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３は、傾斜磁場コイル装置３内に設けられている。ｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３は、渦巻き状の第１順コイル１１ａと、撮像領域８になる中央領域および対称軸１０を挟むように配置され前記第１順コイル１１ａに対向する渦巻き状の第２順コイル１１ｂと、撮像領域８（対称軸１０）に対して前記第１順コイル１１ａ側に配置される渦巻き状の第１逆コイル１１ｃと、前記撮像領域８を挟むように前記第１逆コイル１１ｃに対向する渦巻き状の第２逆コイル１１ｄとを有している。第１順コイル１１ａと、第２順コイル１１ｂと、第１逆コイル１１ｃと、第２逆コイル１１ｄとは、前記対称軸１０を軸とする円筒状の基材１６ａの周方向に沿って固定されている。第１順コイル１１ａと、第２順コイル１１ｂと、第１逆コイル１１ｃと、第２逆コイル１１ｄとは、薄く形成するために、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの良導体の板を渦巻状のコイル線に切り抜いて製作されている。渦巻状に切り抜く手法としては、エッチング、ウォータージェット、パンチングによる切断などの手法を用いることができる。

後記にて詳述するが、第１の実施形態では、図３に示すように、第１順コイル１１ａと、第２順コイル１１ｂと、第１逆コイル１１ｃと、第２逆コイル１１ｄとのそれぞれにおいて、コイル内の領域によって、コイル線の線幅が異なったり、コイル線間の間隔が異なったりしている。

そして、第２順コイル１１ｂに第１順コイル１１ａに流す電流と同じ方向の電流を流し、第１逆コイル１１ｃと第２逆コイル１１ｄに第１順コイル１１ａとは逆方向の電流を流すことにより、図２に示すような、撮像領域８に、ｙ軸方向に磁場強度の傾斜した傾斜磁場９を発生させることができる。すなわち、第１順コイル１１ａと、第２順コイル１１ｂと、第１逆コイル１１ｃと、第２逆コイル１１ｄとは、いわゆる傾斜磁場メインコイルとして機能している。

図４に、ｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４の斜視図を示す。ｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４も、図３のｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３と同様に、傾斜磁場コイル装置３内に設けられている。ｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４は、渦巻き状の傾斜磁場シールドコイル１２ａと、撮像領域８になる中央領域および対称軸１０を挟むように配置され前記傾斜磁場シールドコイル１２ａに対向する渦巻き状の傾斜磁場シールドコイル１２ｂと、撮像領域８（対称軸１０）に対して前記傾斜磁場シールドコイル１２ａ側に配置される渦巻き状の傾斜磁場シールドコイル１２ｃと、前記撮像領域８を挟むように前記傾斜磁場シールドコイル１２ｃに対向する渦巻き状の傾斜磁場シールドコイル１２ｄとを有している。傾斜磁場シールドコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、前記対称軸１０を軸とする円筒状の基材１６ｂの周方向に沿って固定されている。傾斜磁場シールドコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、薄く形成するために、銅またはアルミニウムなどの良導体の板を渦巻状のコイル線に切り抜いて製作されている。渦巻状に切り抜く手法としては、エッチング、ウォータージェット、パンチングによる切断などの手法を用いることができる。

図４に示すように、傾斜磁場シールドコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのそれぞれにおいては、コイル内の領域によらず、コイル線の線幅はほぼ一定になり、コイル線間の間隔もほぼ一定になっている。また、傾斜磁場シールドコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのコイル線の巻き数は、第１順コイル１１ａ、第２順コイル１１ｂ、第１逆コイル１１ｃ、第２逆コイル１１ｄのコイル線の巻き数より少なくなっている。

図５に、ｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３とｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４を積層した傾斜磁場コイル装置３の一部分の斜視図を示す。基材１６ａの外周側面に、基材１６ｂの内周側面が配置され、基材１６ａと基材１６ｂとが一体となって円筒形状の基材１６が構成されている。第１順コイル１１ａの外形より、傾斜磁場シールドコイル１２ａの外形はひとまわり大きくなっており、傾斜磁場シールドコイル１２ａは、第１順コイル１１ａの全体を覆うように配置されている。

図５に、傾斜磁場シールドコイル１２ａと第１順コイル１１ａに流す電流の方向１７を示すが、傾斜磁場シールドコイル１２ａに第１順コイル１１ａとは逆向きで同じ大きさの電流を流すと、傾斜磁場シールドコイル１２ａのコイル線の巻き数が第１順コイル１１ａのコイル線の巻き数より少なくなっているので、撮像領域８における傾斜磁場９を残したまま、傾斜磁場コイル装置３の外周側面の外側に生じる磁場を打ち消すことができる。傾斜磁場シールドコイル１２ａが第１順コイル１１ａを覆うように配置されるのと同様に、傾斜磁場シールドコイル１２ｂは第２順コイル１１ｂ（図３参照）を覆うように配置され、傾斜磁場シールドコイル１２ｃ（図４参照）は第１逆コイル１１ｃ（図３参照）を覆うように配置され、傾斜磁場シールドコイル１２ｄ（図４参照）は第２逆コイル１１ｄ（図３参照）を覆うように配置されている。

図６（ａ）に、傾斜磁場９が撮像領域８に形成されているときの、対称軸（ｚ軸）１０を含むｙ−ｚ平面内の磁力線１９及び磁束密度の分布図を示す。傾斜磁場９が撮像領域８に形成されているときには、第１順コイル１１ａと、第２順コイル１１ｂと、第１逆コイル１１ｃと、第２逆コイル１１ｄとには、コイルに交差する磁場１８があることがわかる。コイル１１ａ〜１１ｄに交差する磁場１８のコイル１１ａ〜１１ｄに対する直交成分が、コイル１１ａ〜１１ｄに印加される急峻に変化するパルス状の大電流に伴って増減することにより、コイル１１ａ〜１１ｄは渦電流が発生しやすい状況になる。

ここで、前記交差する磁場１８の直交成分の強度は、コイル１１ａ〜１１ｄ毎のコイル内で強弱の分布があり、コイル１１ａ〜１１ｄの外形に対して周辺部より中心２０に向かうほど強度が高くなるようになっている。具体的には、図６（ｂ）にコイル１１ａ〜１１ｄを周方向に展開した展開図を示すが、点線で囲まれた高磁場領域２１は、その周囲の低磁場領域２２より、前記交差する磁場１８の直交成分の強度が強くなっている。高磁場領域２１は、コイル１１ａ〜１１ｄの外形のｚ軸方向の幅に対する中央部に位置している。

渦電流の発生しやすさは、前記交差する磁場１８の直交成分の強度の時間変化率に比例するので、パルス状の大電流によって前記交差する磁場１８がオンオフしている場合には、パルスの立ち上がり時間はコイル内のどの領域でも同じであるので、前記交差する磁場１８の直交成分の強度の時間変化率の大小は、前記交差する磁場１８の直交成分の強度の大小に比例することになる。したがって、コイル１１ａ〜１１ｄの外形に対して周辺部より中心２０に向かって移動するほど、渦電流が発生しやすくなっていると考えられる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、点線で囲まれた高磁場領域２１は、その周囲の低磁場領域２２より、渦電流が発生しやすくなっていると考えられる。

そこで、図６（ｂ）に示すように、高磁場領域２１におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｈは、低磁場領域２２におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｌより狭くしている。また、高磁場領域２１におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｈは、低磁場領域２２におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｌより広くしている。また、高磁場領域２１におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｈは、高磁場領域２１におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｈより狭くしている。一方で、低磁場領域２２におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｌは、低磁場領域２２におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｌより広くしている。これらのことによれば、渦電流の発生しやすい高磁場領域２１において、渦電流の形成されるスペースを小さくでき、渦電流を発生しにくくすることができる。低磁場領域２２では、渦電流は発生しにくいので、コイル全体として、渦電流を発生しにくくすることができる。また、一方で、低磁場領域２２でのコイル線２４が低抵抗化できるので、コイル線２４全体での高抵抗化を抑制でき、コイル線２４に流れるパルス状の大電流による発熱を抑制することができる。

狭くする高磁場領域２１におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｈは、直交する傾斜磁場の磁束密度と、パルス状の大電流の交流成分の周波数と、コイル線２４の板厚で決まり、例えば、直交する傾斜磁場が３０ｍＴ以上、周波数が５００Ｈｚで、板厚が５ｍｍの場合、線幅Ｄｌｈは、１０ｍｍ以下とすることが適当である。

なお、高磁場領域２１は、コイル１１ａ〜１１ｄの渦巻き状の複数のターンの内の、渦巻きの中心２０側から少なくとも１ターン以上が配置されている領域にあればよく、コイル線２４に流れるパルス状の電流の大きさに応じて、渦巻きの中心２０側から何ターンまでを高磁場領域２１に設定するかを決定すればよい。

一方、図６（ａ）に示すように、傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄには、磁場が交差していない。このことは、傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄの外周側面の外側に生じる磁場が打ち消されていることを示している。そして、傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄに磁場が交差していないことにより、傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄに渦電流が発生することはない。

なお、撮像領域８のｚ軸方向の端部のｚ軸座標は、コイル１１ａ〜１１ｄの渦巻きの中心２０のｚ軸座標の近傍に配置されるように、コイル１１ａ〜１１ｄは撮像領域８に対して配置されている。

図７に、ｘ軸傾斜磁場メインコイル層１３の斜視図を示す。ｘ軸傾斜磁場メインコイル層１３によれば、ｘ軸方向に磁場強度が傾斜した傾斜磁場を、撮像領域８において生成することができる。図７のｘ軸傾斜磁場メインコイル層１３は、図３のｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３と比較して、対称軸１０を回転軸として９０度回転させ、半径方向に拡大あるいは縮小させｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３に重ねることが可能な構造をしている。また、同様に、図４のｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４を９０度回転させ拡縮した構造を有するｘ軸傾斜磁場シールドコイル層も傾斜磁場コイル装置３は有している。これらｘ軸傾斜磁場メインコイル層１３とｘ軸傾斜磁場シールドコイル層とによっても、図６（ａ）の磁力線１９及び磁束密度の分布図のｙ軸座標を、ｘ軸座標に書き換えたような磁力線１９及び磁束密度の分布を得ることができ、渦電流の発生抑制等に関し、前記ｙ軸傾斜磁場メインコイル層１３とｙ軸傾斜磁場シールドコイル層１４と同様の効果を得ることができる。なお、傾斜磁場コイル装置３には、ｚ軸方向に磁場強度が傾斜した傾斜磁場を、撮像領域８において生成することができるｚ軸傾斜磁場メインコイル層とｚ軸傾斜磁場シールドコイル層も有しているが詳細は省略する。

(第２の実施形態)
図８に、本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ装置１の斜視図を示す。図２に示すように、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１は静磁場７の向きが水平方向である水平磁場型ＭＲＩ装置であったのに対し、図８に示す第２の実施形態に係るＭＲＩ装置１は静磁場７の向きが垂直方向である垂直磁場型ＭＲＩ装置になっている。

ＭＲＩ装置１は、ベッド６に横たわった被検体５が挿入される撮像領域８に対して上下から挟むように配置され、撮像領域８に均一な静磁場７を生成する上下一対の静磁場コイル装置２と、この上下一対の静磁場コイル装置２を離間して支持する連結柱２３と、撮像領域８に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置３と、撮像領域８に挿入された被検体５に高周波パルスを照射するＲＦコイル４と、被検体５からの磁気共鳴信号を受信する受信コイル（図示省略）と、受信した磁気共鳴信号を処理して被検体５の断面画像を表示するコンピュータシステム（図示省略）とを有している。上下一対の静磁場コイル装置２と、傾斜磁場コイル装置３と、ＲＦコイル４とは、対称軸１０を共通の軸とする円板（円柱）形状をしている。被検体５は可動式のベッド６によって撮像領域８まで運ばれるが、上下一対の静磁場コイル装置２をつなぐのは細い連結柱２３のみであるので、被検体５は周囲を見渡せ閉所感を軽減することができる。また、対称軸１０と平行な鉛直方向にｚ軸を設定し、水平方向で互いに直角になるようにｘ軸とｙ軸とを設定している。

図９に、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を対称軸１０（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面で切断した断面図を示す。上下一対の静磁場コイル装置２には、上下一対の静磁場メインコイル２ａと、上下一対の静磁場シールドコイル２ｂとが用いられている。上下一対の静磁場メインコイル２ａと上下一対の静磁場シールドコイル２ｂはそれぞれ、前記対称軸１０を軸とする円環形状をしている。また、上下一対の静磁場メインコイル２ａと上下一対の静磁場シールドコイル２ｂは、第１の実施形態と同様に、冷媒容器２ｅと熱輻射シールド２ｄと真空容器２ｃとからなる３層構造の容器内に収納されている。

傾斜磁場コイル装置３も上下一対有し、上下一対の傾斜磁場コイル装置３は、撮像領域８を挟んで上下に配置されている。ＲＦコイル４も上下一対有し、上下一対のＲＦコイル４は、撮像領域８を挟んで上下に配置されている。上下一対の傾斜磁場コイル装置３は、任意の方向に静磁場７と同じ方向の磁場強度が傾斜した傾斜磁場９をパルス状に発生させる。通常、静磁場７の方向をｚ軸としてｚ軸と直交する２方向にｘ軸とｙ軸をとり、傾斜磁場コイル装置３は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向に独立な傾斜磁場９を、静磁場７に重ねて発生できるような機能を持っている。第２の実施形態では、図９に示すように、説明の便宜のため、ｙ軸方向に傾斜した傾斜磁場９を例に説明する。

図１０（ａ）に、ｙ軸方向に傾斜した傾斜磁場９が発生しているときの、対称軸１０（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面内の磁力線１９および磁束密度の分布図を示す。上下一対の傾斜磁場コイル装置３は、上側の対に、前記第１順コイル１１ａと、前記第１逆コイル１１ｃと、傾斜磁場シールドコイル１２ａ、１２ｃを配置し、下側の対に、前記第２順コイル１１ｂと、前記第２逆コイル１１ｄと、傾斜磁場シールドコイル１２ｂ、１２ｄを配置している。第２実施形態のコイル１１ａ〜１１ｄは、第１実施形態のコイル１１ａ〜１１ｄが円筒側面の曲面上に配置されていたのに対し、平面上に配置されている点が異なっている。また、図１０（ｂ）に、傾斜磁場メインコイルである第１順コイル１１ａと第１逆コイル１１ｃの平面図を示すが、第１順コイル１１ａと第１逆コイル１１ｃのそれぞれの外形が半円形になっている点が異なっている。そして、第１順コイル１１ａと第１逆コイル１１ｃとが合わさった外形が略円形になっている。そして、第２順コイル１１ｂと第２逆コイル１１ｄは、第１順コイル１１ａと第１逆コイル１１ｃに対して合同になっている。第２実施形態の傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄに対しても、第１実施形態の傾斜磁場シールドコイル１２ａ〜１２ｄと比べて、平面上に配置されている点が異なっている。

そして、第２順コイル１１ｂに第１順コイル１１ａに流す電流と同じ方向の電流を流し、第１逆コイル１１ｃと第２逆コイル１１ｄに第１順コイル１１ａとは逆方向の電流を流すことにより、図１０（ａ）に示すような、ｚ軸方向に磁場強度の傾斜した傾斜磁場９を、撮像領域８に発生させることができる。

そこで、図１０（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、前記交差する磁場１８の直交成分の強度が強くなっている高磁場領域２１におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｈは、高磁場領域２１より交差する磁場１８の直交成分の強度が低い低磁場領域２２におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｌより狭くなっている。高磁場領域２１は、コイル１１ａ〜１１ｄの外形のｙ軸方向の幅に対する中央部に位置しており、小括弧（と、小括弧）のような形状をしている。また、高磁場領域２１におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｈは、低磁場領域２２におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｌより広くしている。また、高磁場領域２１におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｈは、高磁場領域２１におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｈより狭くしている。一方で、低磁場領域２２におけるコイル線２４の線幅Ｄｌｌは、低磁場領域２２におけるコイル線２４間の間隔Ｄｓｌより広くしている。これらのことによれば、渦電流の発生しやすい高磁場領域２１において、渦電流の形成されるスペースを小さくでき、渦電流を発生しにくくすることができる。低磁場領域２２では、渦電流は発生しにくいので、コイル全体として、渦電流を発生しにくくすることができる。また、一方で、低磁場領域２２でのコイル線２４が低抵抗化できるので、コイル線２４全体での高抵抗化を抑制でき、コイル線２４に流れるパルス状の大電流による発熱を抑制することができる。

また、第２の実施形態では、図１０（ａ）に示すように、ｙ軸方向に傾斜した傾斜磁場９について説明したが、ｘ軸方向に傾斜した傾斜磁場９についてであれば、図１０（ｂ）のｘ軸座標とｙ軸座標を入れ替えたようにコイル１１ａ〜１１ｄを配置することによって、図１０（ａ）の磁力線１９及び磁束密度の分布図のｙ軸座標を、ｘ軸座標に書き換えたような磁力線１９及び磁束密度の分布を得ることができ、渦電流の発生抑制等に関し、前記ｙ軸方向に傾斜した傾斜磁場９の場合と同様の効果を得ることができる。

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斜視図である。 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を対称軸（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面で切断した断面図である。 ｙ軸傾斜磁場メインコイル層の斜視図である。 ｙ軸傾斜磁場シールドコイル層の斜視図である。 ｙ軸傾斜磁場メインコイル層とｙ軸傾斜磁場シールドコイル層を積層した傾斜磁場コイル装置の斜視図である。 （ａ）は、対称軸（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面内の磁束密度の分布図であり、（ｂ）は、傾斜磁場メインコイルの第１順コイルと第１逆コイルを周方向に展開した展開図である。 ｘ軸傾斜磁場メインコイル層の斜視図である。 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斜視図である。 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を対称軸（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面で切断した断面図である。 （ａ）は、対称軸（ｚ軸）を含むｙ−ｚ平面内の磁束密度の分布図であり、（ｂ）は、傾斜磁場メインコイルである第１順コイルと第１逆コイルの平面図である。

符号の説明

１ 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
２ 静磁場コイル装置
２ａ 静磁場メインコイル（超伝導コイル）
２ｂ 静磁場シールドコイル（超伝導コイル）
２ｃ 真空容器
２ｄ 熱輻射シールド
２ｅ 冷媒容器
３ 傾斜磁場コイル装置
４ ＲＦコイル
５ 被検体(患者)
６ ベッド
７ 静磁場の向き
８ 撮像領域（中央領域）
９ 傾斜磁場
１０ 対称軸
１１ａ 第１順コイル（傾斜磁場メインコイル）
１１ｂ 第２順コイル（傾斜磁場メインコイル）
１１ｃ 第１逆コイル（傾斜磁場メインコイル）
１１ｄ 第２逆コイル（傾斜磁場メインコイル）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 傾斜磁場シールドコイル
１３ 傾斜磁場メインコイル層
１４ 傾斜磁場シールドコイル層
１６、１６ａ、１６ｂ 基材
１７ 電流方向の例
１８ 傾斜磁場メインコイルに交差する磁場
１９ 磁力線
２０ 傾斜磁場メインコイルの渦巻き（ターン）の中心
２１ 高磁場領域
２２ 低磁場領域
２３ 連結柱
２４ コイル線

Claims (7)

1. 平面上に配置された渦巻き状の第１順コイルと、平面上に配置され中央領域を挟むように前記第１順コイルに対向する渦巻き状の第２順コイルと、平面上に配置され前記中央領域に対して前記第１順コイル側に配置される渦巻き状の第１逆コイルと、平面上に配置され前記中央領域を挟むように前記第１逆コイルに対向する渦巻き状の第２逆コイルとを有し、前記第２順コイルに前記第１順コイルに流す電流と同じ方向の電流を流し、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルに前記第１順コイルとは逆方向の電流を流して、前記中央領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル装置において、
   前記傾斜磁場が発生した際に、前記第１順コイル、前記第２順コイル、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルの少なくとも１つのコイルに、交差する磁場の磁場強度が異なる低磁場領域と前記低磁場領域より高い高磁場領域とが生じ、前記高磁場領域におけるコイル線の線幅は、前記低磁場領域におけるコイル線の線幅より狭く、かつ前記高磁場領域におけるコイル線の線幅が狭くなった部分は、該部分に連続するとともにコイルの渦巻きの中心を通り傾斜磁場における磁場強度の傾斜方向に平行な直線と前記中央領域に近い側で交差する部分よりも線幅が狭いことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
2. 渦巻き状の第１順コイルと、中央領域を挟むように前記第１順コイルに対向する渦巻き状の第２順コイルと、前記中央領域に対して前記第１順コイル側に配置される渦巻き状の第１逆コイルと、前記中央領域を挟むように前記第１逆コイルに対向する渦巻き状の第２逆コイルとを有し、前記第２順コイルに前記第１順コイルに流す電流と同じ方向の電流を流し、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルに前記第１順コイルとは逆方向の電流を流して、前記中央領域に傾斜磁場を発生させる円筒形状の傾斜磁場コイル装置において、
   前記傾斜磁場が発生した際に、前記第１順コイル、前記第２順コイル、前記第１逆コイルと前記第２逆コイルの少なくとも１つのコイルに、交差する磁場の磁場強度が異なる低磁場領域と前記低磁場領域より高い高磁場領域とが生じ、前記高磁場領域ではコイル線の方向が傾斜磁場コイル装置の前記円筒形状の対称軸と略平行になり、前記高磁場領域におけるコイル線の線幅は、前記低磁場領域におけるコイル線の線幅より狭く、かつ前記高磁場領域におけるコイル線の線幅が狭くなった部分は、該部分に連続するとともにコイルの渦巻きの中心を通り前記対称軸に平行な直線と交差する部分よりも線幅が狭いことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
3. 前記高磁場領域における前記コイル線間の間隔は、前記低磁場領域における前記コイル線間の間隔より広いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の傾斜磁場コイル装置。
4. 前記高磁場領域における前記コイル線の線幅は、前記高磁場領域における前記コイル線間の間隔より狭いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置。
5. 前記低磁場領域における前記コイル線の線幅は、前記低磁場領域における前記コイル線間の間隔より広いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置。
6. 前記高磁場領域は、前記コイルの前記渦巻き状の複数のターンの内の、前記渦巻きの中心側から少なくとも１ターン以上が配置されている領域にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置と、
   前記中央領域において、前記傾斜磁場に重ねて、静磁場を形成する静磁場コイル装置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。

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