JP7212578B2 - 磁気共鳴イメージング装置および超電導磁石 - Google Patents
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Description
静磁場は、撮像対象の原子核スピンの方向を揃えるために使用される。静磁場強度が大きい程より多くの核スピンの方向が揃うため鮮明な画像が得られることから、強い静磁場強度を発生する磁石装置が用いられる傾向にある。以下、より強い静磁場強度を発生する磁石装置として超電導磁石が用いられる場合について説明する。
しかしながら、スリットの存在によって輻射シールドの剛性が低下し、同じ電磁力を受けても振動が大きくなる場合がある。特許文献1に記載の技術では振動の増大を防ぐためにFRP層を設けているが、一般にFRP材のヤング率は、金属であるアルミ材のヤング率の1/5程度に小さい。したがって、同等の剛性を得るためには、FRP材の厚さは輻射シールドの円筒の板厚に対して十分厚くする必要があった。また、輻射シールドをアルミ材で構成する理由の一つに、輻射シールド全体の温度を一様にする必要があることが挙げられる。輻射率は表面状態だけに依存するので、高抵抗または非導電性材で構成した輻射シールドの表面に極薄いアルミ材の膜を塗布しても変わらない。しかし、輻射シールドにおいて温度差が生じると温度の高い部分からの冷媒容器への輻射伝熱量が増大するため、輻射シールドは全体をできるだけ低温に維持する必要がある。このため、輻射シールド全体を熱伝導率の大きいアルミ材または銅材で構成する必要がある。FRPの熱伝導率は金属と比較して小さいため、スリットの存在によって輻射シールドの温度が均一にならない原因となり得る。特に、スリット対して直交する方向である、輻射シールドの中心軸を中心とした円周方向は、温度差が生じやすい。
(第1実施形態)
図2は、本発明の実施形態に係るMRI装置100を模式的に示す外観斜視図である。
図2に示すように、MRI装置100は、超電導コイル10(図1参照)を有する超電導磁石1を備えている。超電導磁石1は、Z軸を中心軸8とする略円筒形状を呈しており、撮像空間2にZ軸と同方向に白抜き矢印で示す静磁場3を発生させる。被検者4は可動式のベッド5によって撮像空間2に運ばれて、画像が取得される。
図3は、比較例に係る従来のMRI装置を構成する超電導磁石1と傾斜磁場コイル6と高周波コイル7を示す概略断面図である。
図4Aは、輻射シールド12の内筒12aが静磁場3中で静磁場3方向に直交するy軸を中心とした回転方向(図4A中の符号16参照)に振動した場合の渦電流シミュレーション結果を示す斜視図である。図4Bは、輻射シールド12の内筒12aが静磁場3中で静磁場3方向に直交するy軸方向(図4B中の符号16参照)に沿って振動した場合の渦電流シミュレーション結果を示す斜視図である。
図4Aに示す隣り合う渦電流等値線の間隔は1A(アンペア)であり、図4Bに示す隣り合う渦電流等値線の間隔は5μAである。図4A、図4Bに示すように、均一な静磁場3中において、輻射シールド12の内筒12aが静磁場3の方向に対して直交するy軸を中心に回転振動またはy軸に沿って平行に振動しても発生する渦電流は小さい。特に、静磁場3方向に対して直交するy軸方向に沿って振動した場合は、y軸を中心に回転振動した場合と比較しても、渦電流の発生は無視できるほど小さいことがわかる。
図4Aおよび図4Bは、内筒12aが変形の無い剛体であって振動した場合を示すものである。一方、図5Bは、図5Aに示す方向(図5A中の符号16参照)に内筒12aの断面形状が変形した場合の渦電流シミュレーション結果を示す。図5Bに示す隣り合う渦電流等値線の間隔は50Aであり、図4A、図4Bに示す場合と比較して非常に大きくなる。この場合も、内筒12aは、静磁場3方向に直交する方向に振動している。しかし、この場合は、振動によって内筒12aの断面形状が変化するために、大きな渦電流が発生していることがわかる。
図1に示すように、本発明の第1実施形態では、MRI装置100用の超電導磁石1は、略円筒形状の真空容器11と、真空容器11内に配置された略円筒形状の輻射シールド12と、輻射シールド12内に配置された超電導コイル10と、を有する。輻射シールド12は、超電導コイル10の径方向内側に位置する内筒12aを有している。輻射シールド12の内筒12aには、該内筒12aの中心軸8を中心とした円周方向に沿って形成された円環状のリブ17が設けられている。リブ17は、内筒12aに固着されている。
次に、図6を参照して、本発明の第2実施形態に係るMRI装置100の超電導磁石1の構成について説明する。以下、本発明の第2実施形態について、図1に示す第1実施形態に係るMRI装置100の超電導磁石1と相違する点を主に説明し、共通する構成要素や同様な構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
図6に示すように、本発明の第2実施形態では、リブ17は、内筒12aの中心軸8を含む断面において径方向における高さHが軸方向における長さWよりも小さい。そして、リブ17は、内筒12aの径方向外側に、少なくとも1箇所以上(図6では7か所)設置されている。このように構成すれば、第1実施形態と比較して、径方向における高さHが小さいため、リブ17との干渉を避けるために冷媒容器13に凹部13aを形成したりコイルボビン9に凹部9aを形成したりする必要がない。
次に、図7Aおよび図7Bを参照して、本発明の第3実施形態に係るMRI装置100の超電導磁石1の構成について説明する。以下、本発明の第3実施形態について、図6に示す第2実施形態に係るMRI装置100の超電導磁石1と相違する点を主に説明し、共通する構成要素や同様な構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
2 撮像空間
3 静磁場
4 被検者
5 ベッド
6 傾斜磁場コイル
7 高周波コイル
8 中心軸
9 コイルボビン
9a 凹部
10 超電導コイル
11 真空容器
12 輻射シールド
12a 内筒
13 冷媒容器
13a 凹部
14 傾斜磁場
17 リブ
18 スリット
100 MRI装置
Claims (9)
- 撮像空間に静磁場を発生させる略円筒形状の超電導磁石と、
前記超電導磁石の径方向内側に前記超電導磁石の中心軸と略同心に設置され、前記撮像空間内に位置に対して線形な勾配を有する磁場強度の動磁場を発生させる略円筒形状の傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルの径方向内側に前記超電導磁石の中心軸と略同心に設置され、前記撮像空間内に高周波磁場を発生させる略円筒形状の高周波コイルと、
信号を処理し画像を得るためのコンピュータシステムと、を備え、
前記超電導磁石は、
略円筒形状の真空容器と、
前記真空容器内に配置された略円筒形状の輻射シールドと、
前記輻射シールド内に配置された超電導コイルと、を有し、
前記輻射シールドは、前記超電導コイルの径方向内側に位置する内筒を有し、
前記内筒には、該内筒の中心軸を中心とした円周方向に沿って形成された円環状のリブ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。 - 前記超電導コイルが内部に配置された冷媒容器を備え、
前記リブは、前記内筒の中心軸を含む断面において径方向における高さが軸方向における長さよりも大きく、前記内筒の径方向外側に少なくとも1箇所以上設置されており、
前記リブの外径は、前記冷媒容器の内径よりも大きく、
前記冷媒容器には、前記リブの外周部が入り込むように該冷媒容器の内径を部分的に径方向外側に拡大させる凹部が形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。 - 前記リブは、前記内筒の中心軸を含む断面において径方向における高さが軸方向における長さよりも小さく、前記内筒の径方向内側若しくは径方向外側、または径方向内側および径方向外側の両方に、少なくとも1箇所以上設置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。
- 前記リブは、前記撮像空間の中心を通り前記超電導磁石の中心軸に直交する平面に対して対称となるように配置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。
- 前記リブは、金属材料で形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。
- 前記リブは、前記内筒に絶縁層を介して接続されていることを特徴とする請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記リブは、前記内筒に直接接続されていることを特徴とする請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記内筒には、該内筒の中心軸に対して平行な方向に延在するスリットが形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 略円筒形状の真空容器と、
前記真空容器内に配置された略円筒形状の輻射シールドと、
前記輻射シールド内に配置された冷媒容器と、
前記冷媒容器内に配置された超電導コイルと、を有し、
前記輻射シールドは、前記超電導コイルの径方向内側に位置する内筒を有し、
前記内筒には、該内筒の中心軸を中心とした円周方向に沿って形成された円環状のリブ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用の超電導磁石。
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