JP5520975B2 - Ｍｒｉ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＲＩ装置に関する。

ＲＦコイルは核磁気共鳴信号を得るために、静磁場発生装置、傾斜磁場コイルの内側に設置し、生体にＲＦ（Radio Frequency：電磁波）を照射する。ＲＦの周波数は静磁場に比例し、４２.７ＭＨｚ／Ｔである。ＭＲＩの解像度はＲＦの周波数とパワーを大きくすることにより向上する。ＲＦのパワーを上げるとＲＦコイル導体の電位が高くなる。

近年、ＭＲＩ（核磁気共鳴イメージング）装置は画像の高精度化のために、ＲＦコイルのパワーが上がってきている。

それに伴いＲＦコイルの電圧が高くなってきており、ＲＦコイルの絶縁が課題となってきている。

ＭＲＩ装置のＲＦコイルは以下特許文献１〜３にあるような発明があり、これらは傾斜磁場コイルとの間（ＲＦコイルの外側）の静電シールドに関する発明で、ＲＦコイルへのノイズ低減を目的としたものである。

特開２００６−３２０４２３号公報 特開２００５−２７０４２２号公報 特開２００８−２７２４８１号公報

生体の周囲にＲＦコイルを配置するためには中空の円筒状の絶縁体に任意形状の導体を貼り付ける等の構造とする。しかし、ＲＦコイルの電位が高くなると、円筒状絶縁体の内側壁面も高電位となるため、絶縁体を厚くする必要がある。しかし、生体の入る空間を確保するためには絶縁体をできるだけ薄くしたい。上記特許文献は絶縁体内側壁面の電位について十分な配慮がなされていない。

本発明の目的は、ＲＦコイルの絶縁体の生体側壁面の電位を低下させることができるＭＲＩ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために下記の手段を用いる。

本発明の第一の手段は、ＭＲＩ装置において、ＲＦコイルの導体と生体との間に設置された絶縁体に、前記絶縁体の内部に間隔をおいて静電シールドを設けたことを特徴とする。この手段では、絶縁体の内部に静電シールドを設けたことにより、ＲＦコイルの絶縁体の生体側壁面の電位を低下させることができる。このような静電シールドを用いず、同等の電位を実現するためには絶縁体を厚くせざるを得なく、結果的に生体が入る空間を小さくせざるを得ない。

本発明の第二の手段は、第一の手段におけるＭＲＩ装置において、前記静電シールドの間の位置に絶縁体より誘電率の低い材料を設けたことを特徴とする。このとき、溝または穴を設け、この溝または穴に絶縁体より誘電率の低い材料を入れるとよい。この手段では、第一の手段よりさらに絶縁体表面の電位を低下させることが可能である。

本発明の第三の手段は、第一または第二の手段におけるＭＲＩ装置において、前記静電シールドは、一部が電気的に絶縁された輪状の一個または複数の電気良導体、らせん状の一個または複数の電気良導体、又はＵ字状の一個または複数の電気良導体の少なくともいずれか一つの電気良導体で構成されることを特徴とする。この手段では、このような形状により傾斜磁場やＲＦの性能に影響を与えにくい静電シールドを実現でき、結果的に生体側壁面の電位を低下させることができる。

本発明の第四の手段は、第一または第二の手段におけるＭＲＩ装置において、前記静電シールドは厚さに対して幅が１０倍以上の一個または複数の電気良導体から構成されることを特徴とする。この手段では、コストに優れ、なおかつ、生体側壁面の電位を低下させることができる。

本発明の第五の手段は、第一乃至第四のいずれかの手段におけるＭＲＩ装置において、前記静電シールドは絶縁体の内部に埋め込まれていることを特徴とするＭＲＩ。この手段では、静電シールドを空気などと比較して絶縁性に優れた絶縁体の内部に埋め込むことにより、静電シールド周囲の高電界を許容することができ、結果的に生体側壁面の電位を低下させることができる。

本発明に第六の手段は、第一乃至第四のいずれかの手段におけるＭＲＩ装置において、前記静電シールドは少なくとも一部が絶縁体表面に露出していることを特徴とする。この手段では、静電シールドの一部を絶縁体表面に露出させることにより、生体側内壁の電位を安定に低下することができ、もし絶縁体で絶縁破壊を起こすような放電が発生した場合にも速やかに放電を静電シールドに導くことが可能であり、結果的に生体側壁面の電位を低下させることができる。

本発明の第七の手段は、第二の手段におけるＭＲＩ装置において、前記ＲＦコイルを有する前記絶縁体は複数の材料から構成されることを特徴とする。この手段では、溝や穴を実現するために、平板や短冊状の板等から構成することにより、生体側壁面の電位を低下させることができるＲＦコイルの構造を簡単に低コストで実現ができる。

本発明によれば、生体の空間を確保するために、絶縁体の厚みを過度に大きくすることなく、解像度向上に効果のあるＲＦパワーを大きくできるＲＦコイルの絶縁構造を有するＭＲＩ装置を提供できる。

典型的なＭＲＩ装置の磁場発生装置の構成図。 ＲＦコイルの構造を示す図。 静電シールドの形状の例。 ＲＦコイルの構造の他の例を示す図。 ＲＦコイルの構造の他の例を示す図。 ＲＦコイルの構造の他の例を示す図。 ＲＦコイルの構造の他の例を示す図。 従来の一般的なＲＦコイルにおける２次元電界解析結果。 静電シールドを設けたＲＦコイルにおける２次元電界解析結果。 静電シールドと溝を設けたＲＦコイルにおける２次元電界解析結果。

以下、本発明に係る実施例について説明する。

本発明における実施例について説明する。
図１は典型的なＭＲＩ装置のＲＦも含む磁場発生装置の構成図である。静磁場発生装置２０１は最も外側に配置され、生体３０１に静磁場を印加する。静磁場発生装置２０１は永久電流モード運転の超電導コイルや永久磁石が好ましい。傾斜磁場コイル１０１は静磁場発生装置２０１の内側に配置され、静磁場発生装置２０１が発生する静磁場にさらに任意の位置に任意の磁場を重畳させることができる。ＲＦコイル１（またはＲＦアンテナともいう）は傾斜磁場コイル１０１の内側に配置され、内側に入る生体３０１にＲＦ信号を照射し、生体３０１から発せられた核磁気共鳴信号を受信する。ＲＦ照射と核磁気共鳴信号受信は同一のコイルで行ってもよいし、別のコイルで行ってもよい。

図２は本実施例のＲＦコイル１の構造図である。ＲＦコイル導体２は円筒状のＲＦコイル絶縁体３の外側に配置される。ＲＦコイル導体２は銅、アルミニウム等の金属の電気良導体や超電導体を用いることが望ましい。ＲＦコイル導体２の形状は様々であり、コイルの中間にコンデンサ、抵抗、インダクタ、ダイオード等の電気部品が入っていてもよい。ＲＦコイル導体２はＲＦコイル絶縁体３と密着していることが望ましい。本実施例では、ＲＦコイル導体２をＲＦコイル絶縁体３の外周面に密着させている。ＲＦコイル導体２とＲＦコイル絶縁体３は密着していなくても構わないが、間に空気を挟むことになり、絶縁耐圧が低下することが予想される。ＲＦコイル絶縁体３はエポキシ等に代表されるプラスチック、ＦＲＰ等に代表されるプラスチック複合材等で構成されることが望ましい。ここではＲＦコイル絶縁体３はおおむね円筒状の形状を示しているが、静磁場の向き、取り扱いの面等により平板状でも構わない。

本発明の実施例におけるＲＦコイルでは、ＲＦコイル絶縁体３内部に静電シールド４を設けている。静電シールド４は銅、アルミニウム等の金属の電気良導体、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の化合物導電体、カーボンナノチューブ、導電性の炭素と絶縁体の複合材等の有機導電体、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子等が望ましい。

静電シールド４は断面が円形の線材（丸線）で構成しているが、角線、シート、薄膜で構成しても構わない。

以下、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、静電シールド４の形状例を説明する。いずれの例も傾斜磁場やＲＦの性能に影響を与えにくい静電シールドを実現でき、結果的に生体側壁面の電位を低下させることができる。

図３（ａ）の形状例では、静電シールド４は一部が電気的に絶縁された輪状の一個または複数の電気良導体から構成されている。静電シールド４は電気的に接地してもよいし、浮遊電位でもよい。また、複数の静電シールド４はコンデンサ、抵抗、インダクタ等の電気部品９により結合されていてもよい。

図３（ｂ）の形状例では、静電シールド４はらせん状の一個または複数の電気良導体から構成されている。静電シールド４は電気的に接地してもよいし、浮遊電位でもよい。また、複数の静電シールド４はコンデンサ、抵抗、インダクタ等の電気部品９により結合されていてもよい。

図３（ｃ）の形状例では、静電シールド４はＵ字状の一個または複数の電気良導体から構成されている。すなわち、Ｕ字状の導体の端部を上下反対に複数連結し、全体を円筒状に丸めた構造である。別の言い方をすれば、平面ではジグザグの導体を円筒状に丸めた構造である。静電シールド４は電気的に接地してもよいし、浮遊電位でもよい。また、複数の静電シールド４はコンデンサ、抵抗、インダクタ等の電気部品９により結合されていてもよい。

図４に、静電シールド４の断面形状の他の例を示す。静電シールド４は厚さｔに対して幅ｗが１０倍以上の一個または複数の電気良導体で構成してもよい。例えば、この静電シールド４として、一般的にシート状導体と呼ばれ、流通しているものを用いることにより、コスト面で優れたＲＦコイルを構成することができる。

図５に、静電シールド４の断面形状の他の例を示す。この例のように、静電シールド４は少なくとも一部がＲＦコイル絶縁体３表面に露出するようにしてもよい。静電シールドの一部を絶縁体表面に露出させることにより、生体側内壁の電位を安定に低下することができ、もし絶縁体で絶縁破壊を起こすような放電が発生した場合にも速やかに放電を静電シールドに導くことが可能であり、結果的に生体側壁面の電位を低下させることができる。

また、本実施例では、静電シールド４の間の位置にＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋められた溝５を設けた構造としている。すなわち、ＲＦコイル絶縁体３の内周側（生体側）の面に溝５を設け、この溝５をＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋めている。静電シールド４の材料、形状、電気回路的構成等は実施例１と同様である。

本実施例では溝５は空気、またはＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋められている。空気の比誘電率は約１であり、ＲＦコイル絶縁体３として一般的に比誘電率が５程度のＦＲＰを採用すると、空気はかなり誘電率が低い。従って、ＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋めた溝５を設けることにより、設けない場合と比べて、ＲＦコイル絶縁体３の生体側の表面電位を低くすることができる。また、埋める材料としては空気の他、シリコンゴム、シリコンゲル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の固体絶縁体、鉱油、合成油、フロン、フロリナート等の液体絶縁体、六フッ化硫黄、窒素、その他の絶縁性ガス等が好ましい。尚、空気やその他の気体を用いる場合には、溝５を埋めるというよりは、溝５に空気やその他の気体を封入するという方が適当である。また、ＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料として空気を用いる場合は、溝５を形成するだけでよく、この場合、溝５を塞ぐ蓋を設けても、また設けなくても良い。

図２では、隣接する静電シールド４の間に、ＲＦコイル絶縁体３の内周面側から溝５を形成し、この溝５をＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋めたのに対して、図６に示すように、隣接する静電シールド４の間の位置にＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋められた穴を設けた構造としてもよい。静電シールド４の材料、形状、電気回路的構成等は実施例１と同様である。穴を埋める材料としては、溝５を埋める材料として前述した材料が好ましい。

図７では、図６のＲＦコイル絶縁体３を構成するために、ＲＦコイル絶縁体本体３ａとＲＦコイル絶縁体溝蓋３ｂを用いる例を示している。このような構成により、図６と同等の構造を構成できる。

上述した本発明に係るＲＦコイルの実施例では、ＲＦコイル絶縁体３の内側に生体が配置される空洞が形成されており、この空洞の軸方向（一般的には生体が人間である場合、人間の身長方向）に沿って、静電シールド４が複数の部位に存在するように設けられている。また溝５は、静電シールド４が存在する複数の部位の隣接する部位の間に設けられている。

以下、静電シールド４や誘電率の低減部位を設けた場合の二次元電解解析結果について説明する。

図８は従来の一般的なＲＦコイルにおける２次元電界解析結果である。生体は図示していないが、生体はＲＦコイル絶縁体３の生体側表面からのＲＦコイル絶縁体３の厚さの約７倍の距離を離して置いている。図８によると、ＲＦコイル絶縁体３の内部には等電位線８がほとんどないことがわかる。これはすなわちＲＦコイル導体２とＲＦコイル絶縁体３の生体側表面とはほぼ同じ電位であることを示している。したがって、ＲＦコイル絶縁体３をさらに厚くする必要がある。

図９は、ＲＦコイル絶縁体３内部に静電シールド４を設置し、溝５は設けない場合における２次元電界解析結果である。すなわち、図２の構造において、溝５が省略された構造と同等である。図９によると、等電位線はＲＦコイル絶縁体３の内部にあることがわかる。これはＲＦコイル導体２とＲＦコイル絶縁体３の生体側表面とは大きな電位差があることを示しており、ＲＦコイル絶縁体３の生体側表面はかなり電位が低いことを示している。したがって、従来のように絶縁体の厚みを過度に大きくする必要がない。このように、ＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料（空気やその他の気体を含む）で埋めた溝５を設けない場合でも、ＲＦコイル絶縁体３の生体側表面の電位を低下させることができる。

図１０では、静電シールド４と共に、ＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋められた溝５を設けた場合における２次元電界解析結果である。図１０によると、図９と同様の効果が得られており、さらにＲＦコイル絶縁体３の生体側表面から等電位線が離れている。このことから、ＲＦコイル絶縁体３より誘電率の低い材料で埋められた溝５を設けた場合には、設けない場合と比べて、さらにＲＦコイル絶縁体３の生体側表面の電位が低いことがわかる。

１ ＲＦコイル
２ ＲＦコイル導体
３ ＲＦコイル絶縁体
４ 静電シールド
５ 溝
６ 穴
７ 空気
８ 等電位線
９ 電気部品
１０１ 傾斜磁場コイル
２０１ 静磁場発生装置
３０１ 生体

Claims (7)

1. ＭＲＩ装置において、ＲＦコイルの導体と生体との間に設置された絶縁体に、前記絶縁体の内部に間隔をおいて静電シールドを設けたことを特徴とするＭＲＩ装置。
2. 請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記静電シールドの間の位置に絶縁体より誘電率の低い材料を設けたことを特徴とするＭＲＩ装置。
3. 請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置において、前記静電シールドは、一部が電気的に絶縁された輪状の一個または複数の電気良導体、らせん状の一個または複数の電気良導体、又はＵ字状の一個または複数の電気良導体の少なくともいずれか一つの電気良導体で構成されることを特徴とするＭＲＩ装置。
4. 請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置において、前記静電シールドは厚さに対して幅が１０倍以上の一個または複数の電気良導体から構成されることを特徴とするＭＲＩ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲＩ装置において、前記静電シールドは絶縁体の内部に埋め込まれていることを特徴とするＭＲＩ装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲＩ装置において、前記静電シールドは少なくとも一部が絶縁体表面に露出していることを特徴とするＭＲＩ装置。
7. 請求項２に記載のＭＲＩ装置において、前記ＲＦコイルを有する前記絶縁体は複数の材料から構成されることを特徴とするＭＲＩ装置。