JP6108350B2 - 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（以下、「ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置」ともいう）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、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、例えば、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空間に均一な静磁場を生成する静磁場磁石と、撮像空間に位置情報を付与するために空間的に強度が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、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムとを備えている。

ＭＲＩ装置の性能向上の手段として、静磁場磁石が生成する静磁場の強度と均一性の向上がある。静磁場がより強い程、鮮明な画像が得られ、また、静磁場が広い空間でより一様である程、広い範囲にわたって鮮明な画像を得ることができる。このため、ＭＲＩ装置は、静磁場の強度と均一性の向上を指向して、開発が続けられている。他の性能向上の手段としては、傾斜磁場精度の向上と傾斜磁場パルスの高速駆動とがある。これらは、画質の向上と撮像時間の短縮とに寄与する。特に撮像方法の高度化・多様化に伴い、傾斜磁場パルスを発生させる電流波形は、高速な時間変化を伴うパルス波形となる傾向にある。

傾斜磁場コイルは、パルス状の電流が流れるため、撮像空間において傾斜磁場を生じさせるだけでなく、撮像空間外に漏れ磁場が生じて静磁場磁石を構成する金属構造物に変動磁場が生じることにより渦電流を発生させる。渦電流は、撮像空間内で変動磁場を生じさせるため、静磁場と傾斜磁場の分布に影響して画質に悪影響を与える。特に、近年のＭＲＩ装置においては、撮像方法の高度化に伴い、高精度な磁場が要求されるため、渦電流を低減することが重要な課題となっている。

このため、一般に、超電導コイルを有する静磁場磁石を備えた高磁場のＭＲＩ装置は、シールドコイルを有する自己遮蔽型の傾斜磁場コイルを採用することにより、撮像空間外への漏れ磁場を低減する構造となっている。一方、中低磁場のＭＲＩ装置は、傾斜磁場コイルを出力の小さな駆動電源で使用するために、シールドコイルを有しておらず、その代わりに、静磁場磁石の磁極部表面に、珪素鋼板等の、磁束の通路となり、かつ、渦電流の発生が少ない磁性体が設置されている。また、中低磁場のＭＲＩ装置の静磁場磁石は、磁性体である鉄製の磁極部を使用することが多い。この場合、傾斜磁場コイルによる変動磁場によって、渦電流による磁場だけでなく、磁気ヒステリシス特性を持った鉄製の磁極部の磁化による残留磁場も生じて、画像に悪影響を及ぼすため、これらを低減することが重要な課題となっている。

本技術分野の背景技術として、特開２００２−２８２２３４号公報（特許文献１）がある。この公報には、円盤形状のベースプレート（静磁場磁石の磁極円盤部）の周囲に円環形状に構成される環状突起（磁極突起部）の内周面に溝を有することで、環状突起に発生する渦電流を低減させる技術が開示されている（段落００１０〜００１２参照）。

また、特開２００３−６１９３１号公報（特許文献２）には、環状突起部（磁極突起部）の上に珪素鋼板の積層体を有することで、撮像空間での磁場均一度を向上させる技術が開示されている（要約参照）。

また、特開平４−１３８１３２号公報（特許文献３）には、磁性材ベース（静磁場磁石の磁極円盤部）の周辺部に周設された断面矩形の軟鉄製の磁性材リング（磁極突起部）が、磁性材ベースとの間に絶縁材を介在させて、該磁性材ベースにボルト止めされる点が開示されている（公報第４頁左上欄第１３〜１８行参照）。

特開２００２−２８２２３４号公報 特開２００３−６１９３１号公報 特開平４−１３８１３２号公報

特許文献１に示されるように、円環形状を呈する磁極突起部には、時間変化する傾斜磁場を受けて渦電流が発生する。この渦電流により発生する磁場は、撮像においては不要な磁場(誤差磁場)であり、画像情報の劣化原因となる。これを避けるために、特許文献１に示される技術は、円環形状の磁極突起部の内周面に溝を設けて発生する渦電流流路の抵抗を増加させることにより、渦電流の発生量を低減させることができる。しかしながら、鉄製の磁極突起部は、鉄製の磁極円盤部に金属製のボルトを介して結合されるため、電気的にこれらは一体である。このため、磁極突起部と磁極円盤部との間で渦電流の流路が形成されてしまい、渦電流の低減効果が十分に得られないおそれがある。

また、特許文献２に示される技術は、磁極突起部の上に磁気異方性を有する珪素鋼板の積層体を配置することにより、静磁場の均一度を高めると同時に、渦電流の発生を低減する効果が期待できる。しかしながら、磁極突起部は、静磁場の磁束の通り道であることから、磁極を構成する構造物において静磁場の磁束密度が高い部分の一つとなっている。このため、磁極突起部は、できるだけ飽和磁化が大きな部材であることが望ましい。具体的には、通常、珪素鋼板は鉄よりも飽和磁化が１割以上小さいため、静磁場強度を大きくしようとする場合には磁極突起部に鉄部材を使用する方が望ましい。また、珪素鋼板は薄板を多数重ねた積層構造で使用されるため、静磁場との間で発生する電磁力に耐えられる締結構造が必要となる。そして、特許文献２に示される技術は、磁極突起部と磁極円盤部との間における渦電流の流路の形成については考慮しておらず、これを抑制する技術を提示するものではない。

また、特許文献３に示される技術は、磁極突起部と磁極円盤部との間に絶縁材を介在させることにより、両者間に渦電流の流路が形成されることを抑制する効果が期待できる。しかしながら、電気的絶縁に伴って磁極突起部または磁極円盤部に電荷が蓄積して両者間に電位差が生じ、絶縁破壊を起こす可能性がある。この場合、絶縁材あるいは空隙を通して電荷が移動することにより、結果的に電流の流路が形成されてしまうおそれがある。

このように、特許文献１〜３に示される技術では、磁極突起部と磁極円盤部との間における渦電流の流路の形成を十分に抑制できず、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流の発生を十分に低減することができなかった。ここで、磁極円盤部は磁極突起部に比べて大きな構造物であり、渦電流の流路における電気抵抗も低い。このため、傾斜磁場による渦電流が磁極円盤部に直接発生しない構造を採用したとしても、磁極円盤部が、磁極突起部を通る渦電流の流路の一部になると、渦電流による磁場が原因となって画質の劣化を招いてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流の発生をより低減することにより、渦電流磁場および残留磁場の発生をより抑えることができ、良好な画像を得ることができる磁気共鳴イメージング装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、被検体の撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、を備え、前記静磁場磁石は、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部と、該磁極円盤部の前記撮像空間側に設けられ磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部と、を有し、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に、電気絶縁性を有する絶縁構造部材が設置され、前記磁極円盤部と前記磁極突起部とを電気的に導通させる導通部材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、被検体の撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、を備え、前記静磁場磁石は、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部と、該磁極円盤部の前記撮像空間側に設けられ磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部と、を有し、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に、前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材が設置され、前記磁極円盤部と前記磁極突起部とを電気的に導通させる導通部材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る磁極円盤部と磁極突起部とのねじ締結方法は、磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石に備えられ磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部に、磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部を、電気絶縁性を有する絶縁構造部材を介して配置する段階と、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に電気的絶縁、または前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る磁極円盤部と磁極突起部とのねじ締結方法は、磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石に備えられ磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部に、磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部を、前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材を介して、配置する段階と、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に電気的絶縁、または前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流の発生をより低減することにより、渦電流磁場および残留磁場の発生をより抑えることができ、良好な画像を得ることができる磁気共鳴イメージング装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置を模式的に示す外観斜視図である。 本発明の第１実施形態のＭＲＩ装置の構成と傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置の下側の磁極の静磁場磁石および磁性部材を示す部分断面斜視図である。 磁極円盤部と磁極突起部との間にボルト部材による電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 絶縁スリーブおよび絶縁ワッシャ無しでボルト部材を円弧状部材における２箇所で使用してねじ締結する場合を説明するための周方向に沿う鉛直面で切断して模式的に示す断面図である。 磁極円盤部と磁極突起部との間に導通兼用ボルト部材による導通を確保してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 比較例に係るＭＲＩ装置の磁極円盤部および磁極突起部における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。 本実施形態に係るＭＲＩ装置の磁極円盤部および磁極突起部における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。 絶縁構造部材のない比較例に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度の時間変化と、本実施形態に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度の時間変化とを数値シミュレーションにより解析して比較した結果を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る磁極円盤部と磁極突起部との間に電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る磁極円盤部と磁極突起部との間に高抵抗を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る磁極円盤部と磁極突起部との間に電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る磁極円盤部と磁極突起部との間に導通を確保してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。 本発明の第３実施形態に係るＭＲＩ装置の磁極円盤部および磁極突起部における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。

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、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００を模式的に示す外観斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態のＭＲＩ装置１００の構成と傾斜磁場の磁束の分布を示す部分断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００の下側の磁極１の静磁場磁石５０および磁性部材５３を示す部分断面斜視図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、一般的な中低磁場のＭＲＩ装置である。ＭＲＩ装置１００は、略円盤形状の上下一対の磁極１を略Ｃ字形状のリターンヨーク２で連結した形状を有しており、上下一対の磁極１の間にある撮像空間３に矢印４で示す方向に静磁場を発生する。被検者（被検体）５が可動式のベッド６によって撮像空間３に運ばれて、画像の取得が行われる。なお、説明を明確にするため、図１に示すように、撮像空間３の中心を原点とし、正面視して左右方向に沿ってｘ軸、正面視して前後方向（奥行き方向）に沿ってｙ軸、上下方向に沿ってｚ軸を設定する（以降の図でも同様）。

このような中低磁場垂直磁場型のＭＲＩ装置１００は、一般的な高磁場水平磁場型のＭＲＩ装置と比較して、被検者５が挿入される撮像空間３の周囲の広い範囲が構造物で囲まれておらず、被検者５はより解放感を得ることができる。これにより、被検者５の不安感を取り除くとともに、ベッド６を移動させることで常に撮像空間３の中心で患部を撮像することができる。さらに、撮像中に装置外部から操作者等が被検者５の撮像を補助することができるといった特徴を持つ。

図２に示すように、ＭＲＩ装置１００は、互いに同軸となる中心軸５１を有しかつ該中心軸５１に垂直な平面である赤道面５２に関して面対称となるように配置され、被検者５（図１参照）の撮像空間３に静磁場を発生させる上下一対の静磁場磁石５０と、赤道面５２に関して面対称となるように配置され、撮像空間３に傾斜磁場を発生させる上下一対の傾斜磁場コイル１４と、被検者５に高周波パルスを照射する上下一対のＲＦコイル２０と、赤道面５２に関して面対称となるように配置された上下一対の磁性部材５３と、を備えている。図２において、上下一対設けられるもののうち上側の表示は省略されている。ここで、中心軸５１は、ｚ軸と合致しており、赤道面５２は、ｘｙ平面、すなわちｘ軸とｙ軸とを含む平面である。なお、ｙ軸は、図２で紙面に垂直方向の軸である。換言すると、静磁場発生磁石５０と傾斜磁場発生コイル１４の配置は、それぞれ撮像空間３を挟むように上下に対向して配置されるとも言える。

磁極１は、静磁場磁石５０、傾斜磁場コイル１４、ＲＦコイル２０、および磁性部材５３等の要素部材を、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等製のカバー２１で覆って構成されている。

静磁場磁石５０は、超電導線材を用いた略円環形状の電磁コイル１０を有しており、静磁場を発生させる。ただし、静磁場磁石５０は、これに限定されるものではなく、常電導線材を用いた略円環形状の電磁コイルを有するものであってもよく、あるいは、磁化された永久磁石を有するものであってもよい。電磁コイル１０は、外側から真空容器１１、輻射シールド１２、液体ヘリウム容器１３等の断熱構造を有する容器内に収容されており、図示しない液体ヘリウムおよび冷凍機等によって極低温に維持されるようになっている。

また、静磁場磁石５０は、鉄（Ｆｅ）等の磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部７と、磁極円盤部７の赤道面５２側、すなわち磁極円盤部７の撮像空間側に設けられ鉄等の磁性体から構成される略円環形状の磁極突起部８とを有している。なお、本実施例では、例えば図１０に示すように、この磁極突起部８により形成される略円環形状の周囲にまきまわすように線材を配置して電磁コイル１０を形成してもよい。

そして、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に、電気絶縁性を有する絶縁構造部材２２が設置されている。絶縁構造部材２２は、本実施形態では、円環を成すシート状の絶縁材料から構成されている（図８参照）。絶縁構造部材２２の材質としては、磁極突起部８を磁極円盤部７に堅固に固定する必要性から、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の十分な強度を持つものが望ましい。ここで、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、絶縁材料から構成されていることから、具体的には、ガラス繊維、強度の高い樹脂繊維等を用いたものが該当する。

磁性部材５３は、例えば略四角形板形状の磁性体を積層して略タイル形状に構成した複数のブロック状部材９を有している。ここでは、ブロック状部材９に使用される磁性体は、鉄よりも電気抵抗率が高く（大きく）、磁気ヒステリシス特性が小さい（ヒステリシス損が小さい）材料、例えば珪素鋼板等から構成されている。また、珪素鋼板は、鉄よりも透磁率が大きい。これらの磁極円盤部７、磁極突起部８、およびブロック状部材９は、上下一対の磁極１をつなぐリターンヨーク２（図１参照）とともに、磁気回路を形成している。

傾斜磁場コイル１４は、磁性部材５３のブロック状部材９に対して撮像空間３側に設置されている。この傾斜磁場コイル１４は、撮像空間３にその中心からの距離に比例した強度で、矢印４で示す静磁場の方向に沿う方向の傾斜磁場１５をパルス状に発生させる。

傾斜磁場コイル１４は、撮像空間３に位置情報を付与するために、撮像空間３において直交する三方向に独立に傾斜磁場を発生させるべく、上下で３組のコイルの対から構成されている。すなわち、傾斜磁場コイル１４は、Ｘ傾斜磁場コイル１６、Ｙ傾斜磁場コイル１８、およびＺ傾斜磁場コイル１９を備えている。Ｘ傾斜磁場コイル１６は、ｘ軸方向の傾斜磁場１５を発生させ、Ｘ傾斜磁場コイル１６による磁束１７は破線で示されるような分布となる。また、Ｙ傾斜磁場コイル１８は、ｙ軸方向の傾斜磁場を発生させ、Ｚ傾斜磁場コイル１９は、ｚ軸方向の傾斜磁場を発生させる。これらの３つの傾斜磁場コイル１６，１８，１９は、樹脂等に埋設されて一体の略円盤形状に形成され、上下の磁極１にそれぞれ設置されて、一対の傾斜磁場コイル１４を構成している。

ＲＦコイル２０は、傾斜磁場コイル１４に対してさらに撮像空間３側に設置されている。このＲＦコイル２０は、高周波の電磁パルスを発生させる。なお、ＲＦコイル２０は、傾斜磁場コイル１４と一体に形成される場合、または、カバー２１を兼ねる場合もある。

このほか、図示していないが、ＭＲＩ装置１００には、傾斜磁場コイル１４やＲＦコイル２０を駆動するための電源装置、電源を制御したりＲＦコイル２０により得られた信号を画像化したりするコンピュータシステム等が含まれる。

図３は、下側の磁極１（図１参照）のうち、磁極円盤部７、磁極突起部８、ブロック状部材９、断熱構造の容器１１，１２，１３とその内部に収められた電磁コイル１０、および、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に設置される絶縁構造部材２２の構成を部分断面図で示している。

図３に示すように、磁極突起部８は、磁極円盤部７上に、周方向に分割された形で配置されている。すなわち、磁極突起部８は、製作を容易にするため、および渦電流の低減のために、円環を周方向に幾つかに分割した複数の円弧状部材８１を備える構造を採用している。磁極円盤部７と磁極突起部８とは、本実施形態では、後記するようにボルト部材２７および導通兼用ボルト部材４１により絶縁構造部材２２を介してねじ締結されている。

磁極突起部８には、時間的に変動（時間変化）する傾斜磁場により、渦電流２３が図３中の破線で示す流路を形成して発生するが、この渦電流２３が磁極円盤部７に流入して磁極１（図１参照）全体で大きな渦電流の流路を形成することが、絶縁構造部材２２によって防止される。磁極突起部８および磁極円盤部７は、ともに鉄等の電気抵抗率が小さく、磁気ヒステリシス特性が大きい部材で構成されている。このため、磁極突起部８や磁極円盤部７で発生する渦電流は、撮像空間３（図１および図２参照）における渦電流磁場を生じると同時に、渦電流の時間変化に伴う変動磁場によって残留磁場を発生し、画質劣化の原因となる。

磁極突起部８や磁極円盤部７に、鉄よりも電気抵抗率が高く比透磁率が大きい珪素鋼板を使用することもできるが、ここでは飽和磁化の大きな鉄を使用している。これは、珪素鋼板の比透磁率は磁気的に飽和しない約１．７〜１．８テスラ以下で大きく、それ以上では急激に小さくなるため、できるだけ飽和磁化が大きな部材であることが望ましいこと、および、珪素鋼板は一般に厚さが１ｍｍ以下の薄板であり、これを積層したものを加工して使用する必要があるとともに、静磁場との間で発生する電磁力に耐えられる締結構造が必要となること等による。

図４は、磁極円盤部７と磁極突起部８との間にボルト部材２７による電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。図５は、絶縁スリーブ２８および絶縁ワッシャ２９無しでボルト部材２７を円弧状部材８１における２箇所で使用してねじ締結する場合を説明するための周方向に沿う鉛直面で切断して模式的に示す断面図である。図６は、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に導通兼用ボルト部材４１による導通を確保してねじ締結する方法を示す部分断面図である。

図４に示すように、磁極円盤部７と磁極突起部８とは、ここでは導電性を有する金属製のボルト部材２７によりねじ締結されることによって、磁極突起部８は磁極円盤部７上に固定されている。また、ボルト部材２７の着座部に当接する電気絶縁性を有する絶縁ワッシャ２９と、ボルト部材２７の胴部を覆う電気絶縁性を有する絶縁スリーブ２８とが使用されている。ボルト部材２７は金属製であるため、磁極突起部８の１つの円弧状部材８１における複数箇所で使用される場合には、該円弧状部材８１内で該複数箇所を経てから磁極円盤部７へ電流の導通が生じ得る。例えば、図５に示すように、ボルト部材２７が円弧状部材８１における２箇所で使用される場合、ボルト部材２７を介して、磁極円盤部７と磁極突起部８との間における渦電流４３の流路が形成されるおそれがある。しかし、本実施形態では、絶縁スリーブ２８および絶縁ワッシャ２９を備えることにより、磁極円盤部７と磁極突起部８との電気的絶縁を確保することが可能となっている。

そして、図６に示すように、磁極円盤部７と磁極突起部８の１つの円弧状部材８１とは、導通兼用ボルト部材４１により一箇所においてねじ締結されている。導通兼用ボルト部材４１は、導電性を有する金属製であり、磁極円盤部７と磁極突起部８の１つの円弧状部材８１とを電気的に導通させる導通部材の構成を兼ねるものである。

本発明において「電気的に導通」とは、２つの部材を電気的につないで略同電位にすることの意で使用する。したがって、導通部材としては、例えば電気抵抗率が磁極円盤部７、磁極突起部８、導通兼用ボルト部材４１等の材質である鉄以下のものが該当し、これよりも電気抵抗率が高いものは導通部材に該当しない。

なお、導通兼用ボルト部材４１としては、ここではボルト部材２７と材質および形状ともに同じものが使用されているが、材質または形状の異なるものが使用されてもよい。また、導通兼用ボルト部材４１の着座部に、導電性を有する金属ワッシャが介装されてもよい。

このように、磁極円盤部７と磁極突起部８の１つの円弧状部材８１とのねじ締結部のうちの１箇所のみが、絶縁構造ではなく、電気的に導通した状態、すなわち導通状態にされる。これにより、導通兼用ボルト部材４１は、磁極突起部８のアース部材を兼ねることができる。したがって、電気的絶縁に伴って生じ得る磁極突起部８または磁極円盤部７への電荷の蓄積を回避することが可能である。なお、導通兼用ボルト部材４１は、磁極突起部８の１つの円弧状部材８１における一箇所のみで使用されるため、該一箇所の導通兼用ボルト部材４１を経て、円弧状部材８１と磁極円盤部７との間で渦電流の流路が形成されることはない。

次に、図７〜図９を参照して、前記のように構成されたＭＲＩ装置１００の磁極円盤部７および磁極突起部８の作用について説明する。
図７は、比較例に係るＭＲＩ装置の磁極円盤部７および磁極突起部８における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。図８は、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の磁極円盤部７および磁極突起部８における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。なお、図７および図８において、ブロック状部材９やねじ締結用のボルト部材は、表示を省略している（図１４においても同様）。

図７に示すように、比較例に係るＭＲＩ装置においては、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に絶縁構造部材２２が設置されていない。このような構成では、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束が磁極突起部８を通過することにより、渦電流２４の流路が形成され得る。すなわち、磁極突起部８内に渦電流２４ａの流路が形成されるほか、磁極突起部８と磁極円盤部７との接触部合付近において渦電流２４ｂの流路が形成されて磁極１（図１参照）全体で大きな渦電流の流路が形成されることになる。特に、磁極円盤部７は磁極突起部８に比べて周回方向の断面積が大きく、磁気的に未飽和の鉄製であるため、磁極円盤部７に渦電流が発生しないようにすることが重要である。このため、ブロック状部材９が、傾斜磁場の磁束が磁極円盤部７を直接通過しないように設置されている。しかしながら、図７からわかるように、磁極円盤部７には、磁極突起部８を通過する磁束に伴う渦電流２４ｂが発生している。この渦電流２４ｂによる磁場と残留磁場とが画像に影響する場合があった。

これに対して、図８に示すように、本実施形態では、磁極突起部８と磁極円盤部７との間に絶縁構造部材２２が設置されている。したがって、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束により磁極突起部８に渦電流２３の流路が形成されても、磁極円盤部７へ渦電流が流入することはない。

また、導通部材の構成を兼ね備えた導通兼用ボルト部材４１（図３および図６参照）により、磁極突起部８と磁極円盤部７とが同電位となるため、これら両者間に電位差が生じて絶縁破壊を起こすこともなくなる。このように磁極突起部８と磁極円盤部７の電位が同じであることから、絶縁構造部材２２は極めて薄い（１ｍｍ程度以下）シート状のもので十分である。このため、磁極突起部８や磁極円盤部７の形状を変えずに絶縁構造部材２２を備えるように構成しても、絶縁構造部材２２の追加による静磁場均一度への影響は無視できる。

図９は、絶縁構造部材２２のない比較例に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度２５の時間変化と、本実施形態に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度２６の時間変化とを数値シミュレーションにより解析して比較した結果を示す図である。ここで、数値シミュレーションは、撮像空間３（図１および図２参照）内の１点において行った。図９に示すように、本実施形態に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度２６は、比較例に係る磁極構造における渦電流磁場の磁束密度２５よりも、過渡現象の時間的長さを表す目安となる時定数、値ともに、６〜７割程度に低減できることがわかった。

前記したように、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、図３に示したように、磁極円盤部７と磁極突起部８とを有する静磁場磁石５０を備えている。そして、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に、電気絶縁性を有する絶縁構造部材２２が設置され、磁極円盤部７と磁極突起部８とを電気的に導通させる導通部材の構成を兼ね備えた導通兼用ボルト部材４１が設けられている。

したがって、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００によれば、図８に示したように、傾斜磁場コイル１４（図２参照）による磁束が通過することにより磁極突起部８内において渦電流２３の流路が形成されるものの、絶縁構造部材２２が介在することにより、磁極突起部８から磁極円盤部７への渦電流の流入を抑えることができる。
しかも、導通兼用ボルト部材４１により磁極円盤部７と磁極突起部８とが電気的に導通しており、磁極突起部８と磁極円盤部７とが同電位となるため、電気的絶縁に伴って磁極突起部８または磁極円盤部に電荷が蓄積してこれら両者間に電位差が生じて絶縁破壊を起こすこともなくなる。したがって、絶縁構造部材２２あるいは空隙を通して電荷が移動することにより結果的に電流の流路が形成されてしまうことも防止できる。
すなわち、傾斜磁場発生時の漏れ磁場による渦電流の発生をより低減することにより、渦電流磁場および残留磁場の発生をより抑えることができ、良好な画像を得ることができるＭＲＩ装置１００を提供できる。
さらに、磁極突起部８と磁極円盤部７の電位が同じであることから、絶縁構造部材２２は極めて薄いシート状で十分であるため、磁極突起部８や磁極円盤部７の形状を変えずに絶縁構造部材２２を追加しても、静磁場均一度への影響は無視できる。したがって、絶縁構造部材２２を備えていないＭＲＩ装置に対して、本実施形態の構成を容易に適用することができる。

また、本実施形態では、絶縁構造部材２２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のシート状の絶縁材料から構成されている。このような構成によれば、絶縁構造部材２２は十分な強度を持つため、磁極突起部８を磁極円盤部７に堅固に固定することができる。

また、本実施形態では、磁極円盤部７と磁極突起部８とをねじ締結するボルト部材２７と、ボルト部材２７の着座部に当接する電気絶縁性を有する絶縁ワッシャ２９と、ボルト部材２７の胴部を覆う電気絶縁性を有する絶縁スリーブ２８と、を有している。このような構成によれば、ボルト部材２７によるねじ締結部における磁極円盤部７と磁極突起部８との電気的絶縁を確保することができる。

また、本実施形態では、磁極円盤部７と磁極突起部８とをねじ締結するとともに電気的に導通させる導通兼用ボルト部材４１を有し、導通兼用ボルト部材４１は、導通部材の構成を兼ねている。このような構成によれば、導通兼用ボルト部材４１が、磁極突起部８のアース部材を兼ねることができ、電気的絶縁に伴って生じ得る磁極突起部８または磁極円盤部７への電荷の蓄積を防止できる。

図１０は、本発明の第１実施形態の変形例に係る磁極円盤部７と磁極突起部８との間に電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。
図１０に示す例は、磁極円盤部７と磁極突起部８とをねじ締結する絶縁ボルト部材３０を有している。そして、絶縁ボルト部材３０は、該絶縁ボルト部材３０の少なくとも着座部と胴部とに電気絶縁性を有する絶縁部３１が予め設けられている。この例は、前記した第１の実施形態（図４参照）と比較して、ボルト部材２７の代わりに絶縁ボルト部材３０を使用しており、絶縁ワッシャ２９および絶縁スリーブ２８を省略している点で相違している。絶縁部３１は、例えば絶縁被膜として絶縁ボルト部材３０の外表面に形成され得る。なお、絶縁部３１は、絶縁ボルト部材３０の着座部および胴部以外の部分に設けられていてもよい。このような構成によれば、磁極円盤部７と磁極突起部８との間のねじ締結部における電気的絶縁を保持しつつ、部品点数の削減、製造コストの低減を図ることができる。

図１１は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る磁極円盤部７と磁極突起部８との間に高抵抗を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。
図１１に示す例は、磁極円盤部７と磁極突起部８とをねじ締結する高抵抗ボルト部材４２と、高抵抗ボルト部材４２の胴部を覆う電気絶縁性を有する絶縁スリーブ２８と、を有している。そして、高抵抗ボルト部材４２は、磁極円盤部７および磁極突起部８よりも電気抵抗率が高いものである。すなわち、高抵抗ボルト部材４２は、鉄（Ｆｅ）よりも電気抵抗率が高い、例えばステンレス材等から構成される。この例は、前記した第１の実施形態（図４参照）と比較して、ボルト部材２７の代わりに高抵抗ボルト部材４２を使用しており、絶縁ワッシャ２９の代わりに金属製ワッシャ３２を使用している点で相違している。このような構成によれば、金属製ワッシャ３２と高抵抗ボルト部材４２との接触点（着座部）から、高抵抗ボルト部材４２と磁極円盤部７との接触点（ねじ締結部）までの距離が確保できるため、渦電流の発生を抑えるのに十分な電気抵抗を保持することができる。また、金属製ワッシャ３２を使用しているため、高抵抗ボルト部材４２による十分な締結力に耐えることができ、磁極円盤部７と磁極突起部８とをより堅固にねじ締結することができる。

〔第２実施形態〕
次に、図１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る磁極円盤部７と磁極突起部８との間に電気的絶縁を保持してこれら両者をねじ締結する方法を示す部分断面図である。

図１２に示すように、第２実施形態では、絶縁構造部材として、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に部分的に設置される絶縁スペーサ３３が使用されている。この第２実施形態は、絶縁構造部材２２（図３および図８参照）の代わりに、ねじ締結部分のみに絶縁スペーサ３３を使用している点で前記した第１実施形態と相違している。絶縁スペーサ３３は、ボルト部材２７および導通兼用ボルト部材４１の胴部の周りに円環を成すシート状の絶縁材料から構成されている。図１２は、ボルト部材２７によるねじ締結部分を示すものであり、導通兼用ボルト部材４１によるねじ締結部分の図示は省略してある。なお、絶縁スペーサ３３の材質は、絶縁構造部材２２と同様である。

このような第２実施形態では、磁極突起部８と磁極円盤部７とのねじ締結部分は絶縁スペーサ３３により電気的絶縁が確保されるとともに、磁極突起部８と磁極円盤部７とのねじ締結部分以外は空隙となり電気的絶縁が実現する。
したがって、第２実施形態によっても、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第２実施形態によれば、ねじ締結部分のみに絶縁スペーサ３３を使用すればよいので、絶縁構造部材としての絶縁スペーサ３３のサイズが小さくなり、製造コストの低減、作業性の向上を図ることができる。
なお、図１２には図４と同様のねじ締結方法を示したが、これに限定されるものではなく、第２実施形態において、図１０または図１１に示すねじ締結方法も採用され得る。

図１３は、本発明の第２実施形態の変形例に係る磁極円盤部７と磁極突起部８との間に導通を確保してねじ締結する方法を示す部分断面図である。
図１３に示す例は、磁極円盤部７と磁極突起部８とのねじ締結部分のうちの一箇所について、絶縁スペーサ３３の代わりに、導電性を有する金属等の導通スペーサ４４を使用している点で前記した第２実施形態と相違している。すなわち、図１３に示すように、導通部材として、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に部分的に設置される導電性を有する導通スペーサ４４が使用されている。そして、導通スペーサ４４の使用に伴い、導通兼用ボルト部材４１の代わりに、ボルト部材２７、絶縁ワッシャ２９、および絶縁スリーブ２８が使用されている。導通スペーサ４４は、ボルト部材２７の胴部の周りに円環を成すシート状の導電性材料から構成されている。このような構成によれば、導通スペーサ４４は、磁極突起部８と磁極円盤部７とを同電位にするアース部材を兼ねることができる。

前記したように、第１実施形態と第２実施形態では、磁極円盤部７と磁極突起部８とのねじ締結方法は、磁極円盤部７に磁極突起部８を、電気絶縁性を有する絶縁構造部材２２を介して配置する段階と、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に電気的絶縁、または磁極円盤部７および磁極突起部８よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階とを有している。

〔第３実施形態〕
次に、図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係るＭＲＩ装置について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１４は、本発明の第３実施形態に係るＭＲＩ装置の磁極円盤部７および磁極突起部８における渦電流の流路を示す部分断面斜視図である。

図１４に示すように、第３実施形態では、絶縁構造部材２２の代わりに、電気抵抗率が高い高抵抗部材３４が使用されている点で第１実施形態と相違している。すなわち、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に、磁極円盤部７および前記磁極突起部８よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材３４が設置されている。

高抵抗部材３４は、円環を成すシート状の高抵抗材料から構成されている。高抵抗部材３４は、磁極円盤部７および磁極突起部８よりも電気抵抗率が高いものである。すなわち、高抵抗部材３４は、鉄（Ｆｅ）よりも電気抵抗率が高く、例えば珪素鋼板、ステンレス材、ニクロム材、タングステン材のシート状の金属材料等から構成される。なお、磁極円盤部７と磁極突起部８との電気的絶縁を保持したねじ締結方法としては、前記した図４、図１０、および図１１に示すねじ締結方法のうちのいずれの方法も採用可能である。

このような第３実施形態によっても、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、高抵抗部材３４は十分な強度を持つため、磁極突起部８を磁極円盤部７により堅固に固定することができる。

なお、第３実施形態の高抵抗部材３４の代わりに、ねじ締結部分のみに同様の材質から構成される高抵抗部材が使用されてもよい。この場合、高抵抗部材として、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に部分的に設置される高抵抗スペーサが使用される。高抵抗スペーサは、第２実施形態の絶縁スペーサ３３（図１２参照）と同様な形状を呈しており、ボルト部材２７および導通兼用ボルト部材４１の胴部の周りに円環を成すシート状の高抵抗材料から構成されている。このような構成によれば、磁極突起部８と磁極円盤部７とのねじ締結部分以外は空隙となり、前記した第３実施形態よりも、磁極突起部８と磁極円盤部７との間の電気抵抗が大きくなり、渦電流の発生をより低減することができる。

さらに、磁極円盤部７と磁極突起部８とのねじ締結部分のうちの一箇所について、前記した高抵抗スペーサの代わりに、導電性を有する金属等の導通スペーサ４４（図１３参照）が使用されてもよい。このような構成によれば、導通スペーサ４４は、導通兼用ボルト部材４１（図６参照）の代わりに、磁極突起部８と磁極円盤部７とを同電位にするアース部材を兼ねることができる。

前記したように、第３実施形態では、磁極円盤部７と磁極突起部８とのねじ締結方法は、磁極円盤部７に磁極突起部８を、磁極円盤部７および磁極突起部８よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材３４を介して配置する段階と、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に電気的絶縁、または磁極円盤部７および磁極突起部８よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、磁極円盤部７と磁極突起部８との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階と、を有している。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、一方の実施形態の構成の一部を他方の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、一方の実施形態の構成に他方の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記した実施形態では、磁極円盤部７の一部と磁極突起部８の一部とを電気的に導通させる導通部材として、導通兼用ボルト部材４１（図６参照）や導通スペーサ４４（図１３参照）が挙げられているが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば導電性の良い金属等のリード線で、磁極円盤部７の一部と磁極突起部８の一部とが電気的に導通していてもよい。

３ 撮像空間
５ 被検者（被検体）
７ 磁極円盤部
８ 磁極突起部
１４ 傾斜磁場コイル
１５ 傾斜磁場
２２ 絶縁構造部材
２７ ボルト部材
２８ 絶縁スリーブ
２９ 絶縁ワッシャ
３０ 絶縁ボルト部材
３１ 絶縁部
３３ 絶縁スペーサ（絶縁構造部材）
３４ 高抵抗部材
４１ 導通兼用ボルト部材（導通部材）
４２ 高抵抗ボルト部材
４４ 導通スペーサ（導通部材）
５０ 静磁場磁石
５１ 中心軸
５２ 赤道面（平面）
８１ 円弧状部材
１００ ＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）

Claims (14)

1. 被検体の撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、
   前記撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、を備え、
   前記静磁場磁石は、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部と、該磁極円盤部の前記撮像空間側に設けられ磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部と、を有し、
   前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に、電気絶縁性を有する絶縁構造部材が設置され、
   前記磁極円盤部と前記磁極突起部とを電気的に導通させる導通部材が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。
2. 前記絶縁構造部材は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のシート状の絶縁材料から構成されてい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. 前記絶縁構造部材は、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に部分的に設置される絶縁スペーサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 被検体の撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に静磁場を発生させる一対の静磁場磁石と、
   前記撮像空間を挟むように対向して配置され、前記撮像空間に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場コイルと、を備え、
   前記静磁場磁石は、磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部と、該磁極円盤部の前記撮像空間側に設けられ磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部と、を有し、
   前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に、前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材が設置され、
   前記磁極円盤部と前記磁極突起部とを電気的に導通させる導通部材が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. 前記高抵抗部材は、珪素鋼板、ステンレス材、ニクロム材またはタングステン材のシート状の金属材料から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記高抵抗部材は、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に部分的に設置される高抵抗スペーサであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記磁極円盤部と前記磁極突起部とをねじ締結するボルト部材と、前記ボルト部材の着座部に当接する電気絶縁性を有する絶縁ワッシャと、前記ボルト部材の胴部を覆う電気絶縁性を有する絶縁スリーブと、を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記磁極円盤部と前記磁極突起部とをねじ締結する絶縁ボルト部材を有し、前記絶縁ボルト部材は、該絶縁ボルト部材の少なくとも着座部と胴部とに電気絶縁性を有する絶縁部が予め設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記磁極円盤部と前記磁極突起部とをねじ締結する高抵抗ボルト部材と、前記高抵抗ボルト部材の胴部を覆う電気絶縁性を有する絶縁スリーブと、を有し、前記高抵抗ボルト部材は、前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高いことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記磁極円盤部と前記磁極突起部とをねじ締結するとともに電気的に導通させる導通兼用ボルト部材を有し、
    前記導通兼用ボルト部材は、前記導通部材の構成を兼ねることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記導通部材は、前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に部分的に設置される導電性を有する導通スペーサであることを特徴とする請求項３または請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記静磁場磁石は、前記磁極突起部により形成される略円環形状に巻きまわすように線材が配置されコイルを形成していることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石に備えられ磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部に、磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部を、電気絶縁性を有する絶縁構造部材を介して配置する段階と、
    前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に電気的絶縁、または前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、
    前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階と、
    を有することを特徴とする磁極円盤部と磁極突起部とのねじ締結方法。
14. 磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石に備えられ磁性体から構成される略円盤形状を呈する磁極円盤部に、磁性体から構成される略円環形状を呈する磁極突起部を、前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い高抵抗部材を介して、配置する段階と、
    前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に電気的絶縁、または前記磁極円盤部および前記磁極突起部よりも電気抵抗率が高い部材による高抵抗を保持して、これら両者をねじ締結する段階と、
    前記磁極円盤部と前記磁極突起部との間に導通を確保して、これら両者をねじ締結する段階と、
    を有することを特徴とする磁極円盤部と磁極突起部とのねじ締結方法。