JP7254258B1

JP7254258B1 - 磁気粒子イメージングシステムおよび磁気粒子イメージング方法

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Publication number: JP7254258B1
Application number: JP2022563987A
Authority: JP
Inventors: 一輝山内; 航大野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2042-03-10
Also published as: JPWO2023170859A1; WO2023170859A1

Abstract

勾配磁場発生部（８０）は、検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石および第２電磁石を含む。第１電磁石（ＥＭ１）は、勾配磁場を発生させるための第１コイル（１Ａ）と、第２コイル（１Ｂ）とを離隔して併設して備える。第２電磁石（ＥＭ２）は、第１電磁石（ＥＭ１）と検査領域を挟んで対向し、勾配磁場を発生させるための第３コイル（２Ａ）と、第４コイル（２Ｂ）とを離隔して併設して備える。第１コイル（１Ａ）と第４コイル（２Ｂ）とが接続される。第２コイル（１Ｂ）と第３コイル（２Ａ）とが接続される。イメージング部（１０）は、第１コイル（１Ａ）、第２コイル（１Ｂ）、第３コイル（２Ａ）、および第４コイル（２Ｂ）がそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された磁気粒子をイメージングする。

Description

本開示は、磁気粒子イメージングシステムおよび磁気粒子イメージング方法に関する。

検査領域内において低い磁場領域と高い磁場領域を有する勾配磁場を生成する勾配磁場発生部と、低い磁場領域に存在する磁気粒子を励磁する励起磁場発生部とを備え、励磁された磁気粒子による非線形応答を信号として計測する磁気粒子イメージングシステムが知られている。勾配磁場発生部は、例えば、コイルと、空気より磁気抵抗の小さい物質で構成されるリターンヨークを備えた電磁石である。勾配磁場発生部は、対向配置した二つの電磁石によって逆方向の磁場を発生することにより前記勾配磁場を生成する。低い磁場領域の中でも勾配磁場が完全に打ち消し合ってゼロに近い領域はゼロ磁場領域（Field Free Region: FFR）と呼ばれる。２つの電磁石に通電する電流量のバランスを調整することによってゼロ磁場領域を走査し、ゼロ磁場領域の位置と測定信号との関係から磁気粒子の分布が再構成される。再構成画像の品質を良くするためには、ゼロ磁場領域の走査間隔を小さく、かつ走査精度を高くする必要がある。また、十分な空間分解能を実現する大きな勾配磁場を得るためには、勾配磁場発生部の電磁石に大電流を与える必要がある。

特許文献１には、フィールドフリー線を伴う磁場を生成するように構成された磁石を伴う磁気粒子イメージング（ＭＰＩ）システムが記載されている。磁束帰還路に組み込まれた磁石は、概ねフィールドフリー線の中央の磁束経路が第１リラクタンスを有する。フィールドフリー線の中心から離れた第２磁束経路が第２リラクタンスを有する。

特表２０１９－５２３１１５号公報

高い空間分解能を有する磁気粒子イメージングシステムを実現するには、勾配磁場発生部の電磁石に大電流を与え、さらに、できるだけゼロ磁場領域を細かい間隔で精度よく走査することが期待される。

しかしながら、電源からコイルに供給される電流は、通電電流量のある割合で定義される通電精度の範囲内で脈動する。その結果、ゼロ磁場領域の位置も変動するため、通電精度の範囲内の大きさの電流の変化幅でゼロ磁場領域を高精度に走査することは困難である。

それゆえに、本開示の目的は、高い空間分解能を有する磁気粒子イメージングシステムおよび磁気粒子イメージング方法を提供することである。

本開示の検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージングシステムは、検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石および第２電磁石を含む勾配磁場発生部を備える。第１電磁石は、勾配磁場を発生させるための第１コイルと、第２コイルとを離隔して併設して備える。第２電磁石は、第１電磁石と検査領域を挟んで対向し、勾配磁場を発生させるための第３コイルと、第４コイルとを離隔して併設して備える。第１コイルと第４コイルとが接続される。第２コイルと第３コイルとが接続される。磁気粒子イメージングシステムは、更に、第１コイル、第２コイル、第３コイル、および第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された磁気粒子をイメージングするイメージング部を備える。

本開示の検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージング方法は、第１電磁石および第２電磁石が、検査領域に勾配磁場を発生させるステップを備える。第１電磁石は、離隔して併設された第１コイルおよび第２コイルを含み、第２電磁石は、第１電磁石と検査領域を挟んで対向し、かつ離隔して併設された第３コイルおよび第４コイルを含む。磁気粒子イメージング方法は、さらに、第１コイルと第４コイルに第１の電流を通電し、第２コイルと第３コイルに第２の電流を通電するステップと、第１コイル、第２コイル、第３コイル、および第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された磁気粒子をイメージングするステップとを備える。

本開示では、第１コイルと第４コイルとが接続され、第２コイルと第３コイルとが接続される、あるいは、第１コイルと第４コイルに第１の電流を通電し、第２コイルと第３コイルに第２の電流を通電する。よって、本開示によれば、高い空間分解能を実現することができる。

参考例の磁気粒子イメージングを表わす図である。実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをある方向から見た図である。実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムを図２と同一の方向から見た図である。（ａ）は、第１コイル１Ａによって生成される勾配磁場Ａの方向および大きさを表わす図である。（ｂ）は、第４コイル２Ｂによって生成される勾配磁場Ｂの方向および大きさを表わす図である。（ｃ）は、勾配磁場Ａと勾配磁場Ｂとを合成した合成磁場の方向および大きさを表わす図である。勾配磁場Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを合成した磁場の方向および大きさを表わす図である。実施の形態１における磁気粒子イメージング方法の手順を表わすフローチャートである。実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをさらに別の方向から見た図である。実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをさらに別の方向から見た図である。磁気粒子イメージングシステムをある方向から見たときの冷媒の流れを表わす図である。磁気粒子イメージングシステムを別の方向から見たときの冷媒の流れる箇所を表わす図である。図１３のＸＩ－ＸＩで示す箇所の断面を表わす図である。実施の形態２の磁気粒子イメージングシステムを別の方向から見た図である。実施の形態２の変形例の磁気粒子イメージングシステムをある方向から見た図である。図１３のＸＩＶ－ＸＩＶで示す箇所の断面を表わす図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
（参考例）
図１は、参考例の磁気粒子イメージングを表わす図である。

この磁気粒子イメージングシステムは、コイル１とリターンヨーク３で構成された第１電磁石ＥＭ１と、コイル２とリターンヨーク４で構成された電磁石ＥＭ２とを備える。第１電磁石ＥＭ１および第２電磁石ＥＭ２は、検査領域に向かってそれぞれ逆向き磁場を発生するように対向配置される。

一般的な電磁石と同様に可能な限り小さい電流で大きい勾配磁場を得られるよう、コイル１とコイル２とはそれぞれ別の電源Ｖ１、Ｖ２に接続されており、電流バランスの調整によりゼロ磁場領域ＦＦＲを走査する。

上述したように、電源の性質に起因する脈動によって、電源Ｖ１、Ｖ２は入力した設定電流値に対して±（A% of reading＋B% of rating）の確度で通電される。確度の第１項は読み値に対する誤差を表わし、確度の第２項は入力によらない一定の値の誤差を表わす。設定電流と異なる電流が印加されるとゼロ磁場領域ＦＦＲが想定とは異なる位置に存在することになるので、ゼロ磁場領域ＦＦＲを高精度に走査することができなくなる。

図２は、実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをある方向から見た図である。図３は、実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムを図２と同一の方向から見た図である。図２および図３において、Ｚ方向から見た図が表されている。図３では、図２の一部の構成が省略されている。

磁気粒子イメージングシステムは、勾配磁場発生部８０と、イメージング部１０と、第１電源Ｖ１と、第２電源Ｖ２と、回転機構２０と、受信コイルＲＣと、励起コイルＥＣとを備える。

勾配磁場発生部８０は、検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石ＥＭ１および第２磁石ＥＭ２を含む。

磁気粒子イメージングは励磁コイルが作る変動磁場によって被検体が有する磁気粒子に磁化変化を起こし、その磁化変化により受信コイルＲＣに発生する誘導電圧あるいは誘導電流を信号として計測する。第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２とが作る勾配磁場によってゼロ磁場領域ＦＦＲが生じ、検査領域内においてゼロ磁場領域ＦＦＲ付近に存在する磁気粒子が信号に寄与する。ゼロ磁場領域ＦＦＲを走査することによって位置と信号強度との関係を取得し、その関係性を基に画像再構成することによって磁気粒子の分布画像をイメージングする。ゼロ磁場領域ＦＦＲは、その形状によって、点状ゼロ磁場領域ＦＦＰ、あるいは線状ゼロ磁場領域ＦＦＬと呼ばれる。本実施の形態では、ゼロ磁場領域ＦＦＲは、点状ゼロ磁場領域ＦＦＰまたは線状ゼロ磁場領域ＦＦＬに限定されない。

第１電磁石ＥＭ１は、第１コイル１Ａと、第２コイル１Ｂと、第１リターンヨーク３とを備える。第１リターンヨーク３は、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂと接続される。第２磁石ＥＭ２は、第３コイル２Ａと、第４コイル２Ｂと、第２リターンヨーク４とを備える。第２リターンヨーク４は、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂと接続される。

第１電磁石ＥＭ１が第１リターンヨーク３を備え、第２電磁石ＥＭ２が第２リターンヨーク４を備えることによって、勾配磁場を効率的に発生することができる。磁気回路が主に第１リターンヨーク３および第２リターンヨーク４により形成されるため、第１コイル１Ａと第３コイル２Ａの第１の巻数Ｎ１と、第２コイル１Ｂと第４コイル２Ｂの第２の巻数Ｎ２とが相違する必要がある。仮に、第１の巻数Ｎ１と第２の巻数Ｎ２とが同一の場合、第１リターンヨーク３、および第２リターンヨーク４の存在により、第１コイル１Ａと第４コイル２Ｂは検査領域に対して同程度の大きさで逆向きの磁場を発生するため、通電電流を変化させてもゼロ磁場領域ＦＦＲを走査することができない。

第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２とは検査領域を挟むように第１方向（Ｙ方向）に対向して配置される。第１電磁石ＥＭ１および第２電磁石ＥＭ２は、それぞれ磁場を発生する。第１リターンヨーク３および第２リターンヨーク４によって、効率よく強い磁場勾配を発生することができる。

第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２との間の略中心では、第１電磁石ＥＭ１からの磁場と第２電磁石ＥＭ２からの磁場が相殺されて、局所的に磁場がゼロとなるゼロ磁場領域ＦＦＲが発生する。

励起コイルＥＣは、検査領域内に、高周波磁場を発生させる。受信コイルＲＣは、検査領域内の鎖交する磁束の変化を検出する。

励起コイルＥＣに電流を流すことによって、磁気粒子が分布した領域に高周波磁場を印加したとする。ゼロ磁場領域ＦＦＲから離れた領域では、静磁場によって磁気飽和が生じているため高周波磁場が印加されても領域中に存在する磁気粒子の磁化変化は微小である。ゼロ磁場領域ＦＦＲ近傍では、磁場が小さいため磁気飽和が生じておらず、高周波磁場が印加されると、領域内に存在する磁気粒子の磁化変化が大きい。この磁化変化に伴って、受信コイルＲＣを鎖交する磁束に変化を生じさせる。この磁束の変化は受信コイルＲＣに誘起される電圧の変化として表される。電圧の変化の大きさはゼロ磁場領域ＦＦＲ内に存在する磁気粒子の量に依存する。すなわち、ゼロ磁場領域ＦＦＲ内に存在する磁気粒子の量に応じて、受信コイルＲＣに誘起される電圧が変化する。

第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２に印加する電流バランス変化により、ゼロ磁場領域ＦＦＲを少しずつ並進移動し、回転機構２０が、磁気粒子が注入された被検体内でゼロ磁場領域ＦＦＲを少しずつ回転走査しながら、イメージング部１０が、受信コイルＲＣに誘起される電圧の変化を計測し、ゼロ磁場領域の空間位置に対応する信号強度のデータを取得する。イメージング部１０がこのデータを元に、被検体内の磁気粒子の空間分布を画像化する。

第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂは、第１方向（Ｙ方向）に離隔して配置される。第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂは、検査領域において第１方向の第１の勾配磁場を発生する。第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂは、第１方向（Ｙ方向）に離隔して配置される。第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂは、検査領域において第２方向の第２の勾配磁場を発生する。第１コイル１Ａ、第２コイル１Ｂ、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの中心軸は一致または略一致し、第１方向（Ｙ方向）である。第１リターンヨーク３の中央部分Ｃ１および第２リターンヨーク４の中央部分Ｃ２は、第１コイル１Ａ、第２コイル１Ｂ、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの中心軸の周りに、この中心軸に沿って延在する。

イメージング部１０は、制御部１１と、記憶部１２とを備える。記憶部１２は、ゼロ磁場領域ＦＥＲの各位置における信号強度を記憶する。制御部１１は、記憶部１２に記憶すされた信号強度を表わす画像を再構成（イメージング）する。イメージング部１０は、メモリと、メモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサを備えるものとしてもよい。

第１電源Ｖ１は、直列接続された第１コイル１Ａおよび第４コイル２Ｂに接続される。第１電源Ｖ１は、第１コイル１Ａおよび第４コイル２Ｂに第１の電流を流す。第１の電流の大きさは、可変であり、第１電源Ｖ１は、定電流制御される。

第２電源Ｖ２は、直列接続された第２コイル１Ｂおよび第３コイル２Ａに接続される。第２電源Ｖ２は、第２コイル１Ｂおよび第３コイル２Ａに第２の電流を流す。第２の電流の大きさは、可変であり、第２電源Ｖ２は、定電流制御される。

第１電源Ｖ１および第２電源Ｖ２から出力される電流の大きさは、図示しない制御回路によって制御されるものとしてもよい。

第１コイル１Ａと第３コイル２Ａとは、第１の巻数Ｎ１を有する。第２コイル１Ｂと第４コイル２Ｂとは、第２の巻数Ｎ２を有する。

第１の巻数Ｎ１は、第２の巻数Ｎ２よりも多い。Ｙ軸方向（対向方向）に離隔した第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂを備える電磁石ＥＭ１と、Ｙ軸方向（対向方向）に離隔した第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂを備える電磁石ＥＭ２とにおいて、検査領域から遠い側である第１コイル１Ａおよび第３コイル２Ａが作る磁場の一部は検査領域に寄与せずにリターンヨーク３，４内で磁路を形成する。つまり、第１コイル１Ａおよび第３コイル２Ａについては、電流変化によるゼロ磁場領域ＦＦＲの走査量への寄与が小さい。よって、第１コイル１Ａおよび第３コイル２Ａの第１の巻数Ｎ１を第２コイル１Ｂおよび第４コイル２Ｂの第２の巻数Ｎ２より大きくすることによって、電流変化によるゼロ磁場領域ＦＦＲの走査量を小さくすることができる。

第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２とは検査領域を挟むように第１方向（Ｙ方向）に対向する。第１コイル１Ａと、第２コイル１Ｂとは、第１方向（Ｙ方向）に離隔されている。第３コイル２Ａと、第４コイル２Ｂとは、第１方向（Ｙ方向）に離隔されている。第１コイル１Ａは、第２コイル１Ｂよりも検査領域から遠い位置に配置される。第３コイル２Ａは、第４コイル２Ｂよりも検査領域から遠い位置に配置される。

第１電源Ｖ１からの第１の電流が増加するときに、第２電源Ｖ２からの第２の電流が第１の電流の増加量と同じ量だけ減少する。第１電源Ｖ１からの第１の電流が減少するときに、第２電源Ｖ２からの第２の電流が第１の電流の減少量と同じ量だけ増加する。これによって、勾配磁場の勾配の大きさをできるだけ保ちながらゼロ磁場領域ＦＦＲを走査することができるため、イメージングする際にアーチファクトの発生を抑制できる。仮に、第１の電流が増加したときに第２の電流が増加し、または第１の電流が減少するときに第２の電流が減少すると、磁場勾配の大きさが変化するのみで、ゼロ磁場領域ＦＦＲを走査することができない。

図４（ａ）は、第１コイル１Ａによって生成される勾配磁場Ａの方向および大きさを表わす図である。図４（ｂ）は、第４コイル２Ｂによって生成される勾配磁場Ｂの方向および大きさを表わす図である。図４（ｃ）は、勾配磁場Ａと勾配磁場Ｂとを合成した合成磁場の方向および大きさを表わす図である。勾配磁場Ａおよび勾配磁場Ｂが、互いに打ち消しあうことが示されている。

同様に、第２コイル１Ｂによって生成される勾配磁場Ｃと、第３コイル２Ａによって生成される勾配磁場Ｄとは、互いに打ち消しあう。

図５は、勾配磁場Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを合成した磁場の方向および大きさを表わす図である。

対向する２つのコイル間で電源を共有しない参考例の場合における電流変化に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの移動量を１０ｍｍ／Ａとする。本実施の形態のように対向する２つのコイル１Ａ，２Ｂ間またはコイル１Ｂ，２Ａ間で電源Ｖ１，Ｖ２を共有すると一定の割合で磁場を打ち消し合うので、電流変化に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの移動量は、例えば、５ｍｍ／Ａとなる。つまり、本実施の形態では、同じ距離だけゼロ磁場領域ＦＦＲを移動させるために必要な電流量が増加する。逆に、電源Ｖ１，Ｖ２の確度による電流の誤差に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの位置の誤差量が小さくなるため、参考例よりも精度よく走査可能となる。

図６は、実施の形態１における磁気粒子イメージング方法の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１０１において、第１電磁石ＥＭ１および第２電磁石ＥＭ２が、検査領域に勾配磁場を発生させる。

ステップＳ１０２において、第１電源Ｖ１が、第１コイル１Ａと第４コイル２Ｂに第１の電流を通電し、第２電源Ｖ２が、第２コイル１Ｂと第３コイル２Ａに第２の電流を通電する。ここで、第１電源Ｖ１からの第１の電流が増加するときに、第２電源Ｖ２からの第２の電流が第１の電流の増加量と同じ量だけ減少する。第１電源Ｖ１からの第１の電流が減少するときに、第２電源Ｖ２からの第２の電流が第１の電流の減少量と同じ量だけ増加する。

ステップＳ１０３において、イメージング部１０が、第１コイル１Ａ、第２コイル１Ｂ、第３コイル２Ａ、および第４コイル２Ｂがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された磁気粒子をイメージングする。

図７は、実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをさらに別の方向から見た図である。図７では、Ｘ方向から見た図が表されている。図８は、実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムをさらに別の方向から見た図である。図８では、Ｙ方向から見た図が表されている。

磁気粒子イメージングシステムは、第１スペーサＳＰ１Ａ、ＳＰ１Ｂ、第２スペーサＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂ、第３スペーサＳＰ３Ａ，ＳＰ３Ｂ、第４スペーサＳＰ４Ａ，ＳＰ４Ｂ、第５スペーサＳＰ５Ａ，ＳＰ５Ｂ、および第６スペーサＳＰ６Ａ，ＳＰ６Ｂを備える。

第１スペーサＳＰ１ＡおよびＳＰ１Ｂは、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂと、第１リターンヨーク３の中央部分Ｃ１（図３参照）との第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの中心軸に垂直な方向（第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの径方向）の間隔を一定に保つために設けられる。第２スペーサＳＰ２ＡおよびＳＰ２Ｂは、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂと、第２リターンヨーク４の中央部分Ｃ２（図３参照）と第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの中心軸に垂直な方向（第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの径方向）の間隔を一定に保つために設けられる。リターンヨーク３，４とコイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの相対位置が変化すると、勾配磁場が不安定になるので、リターンヨーク３，４とコイル１Ａ，１Ｂ、２Ａ，２Ｂとの間隔を一定に保つために、第１スペーサＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂと、第２スペーサＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂが設けられる。

第３スペーサＳＰ３ＡおよびＳＰ３Ｂは、第１コイル１Ａと第２コイル１Ｂとの離隔方向（Ｙ軸方向）の間隔を一定に保つために設けられる。第４スペーサＳＰ４ＡおよびＳＰ４Ｂは、第３コイル２Ａと第４コイル２Ｂとの離隔方向（Ｙ軸方向）の間隔を一定に保つために設けられる。第５スペーサＳＰ５ＡおよびＳＰ５Ｂは、第１コイル１Ａと第１リターンヨーク３との離隔方向（Ｙ軸方向）の間隔を一定に保つために設けられる。第６スペーサＳＰ６ＡおよびＳＰ６Ｂは、第３コイル２Ａと第２リターンヨーク４との離隔方向（Ｙ軸方向）の間隔を一定に保つために設けられる。これらのスペーサが設けられていない場合に、対向する電磁石ＥＭ１，ＥＭ２の間で反発力が発生するので、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの位置が変化する。

本実施の形態では、対向する電磁石間のコイル同士を接続し、各々が発生する磁場をある一定の割合で打ち消し合うため、コイルに接続された電源の電流変化に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの走査量が減少する。そのため、従来と同じ走査範囲を実現するためには、従来以上にコイルに通電する電力が必要となり、それに伴ってコイルの発熱が増大する。したがって、第３スペーサＳＰ３Ａ，ＳＰ３Ｂ、第４スペーサＳＰ４Ａ，ＳＰ４Ｂ、第５スペーサＳＰ５Ａ，ＳＰ５Ｂ、および第６スペーサＳＰ６Ａ，ＳＰ６Ｂによって、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂが発生する熱を逃がす流路を確保することによって、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの通電電流密度を高くすることが可能となるので、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの断面積を小さくできる。

図９は、磁気粒子イメージングシステムをある方向から見たときの冷媒の流れを表わす図である。図９では、Ｘ方向から見た図が表されている。図１０は、磁気粒子イメージングシステムを別の方向から見たときの冷媒の流れる箇所を表わす図である。図１０では、Ｚ方向から見た図が表されている。図１０において、破線で囲まれた箇所（ＦＣ）は、冷媒の流れる箇所を表す。

冷却機構１５，１６は、第３スペーサＳＰ３Ａ，ＳＰ３Ｂ、第４スペーサＳＰ４Ａ，ＳＰ４Ｂ、第５スペーサＳＰ５Ａ，ＳＰ５Ｂ、および第６スペーサＳＰ６Ａ，ＳＰ６Ｂにより作られた空間に対して、冷媒を流す。

これによって、温度変化または圧力差によって生じる冷媒の自然対流に比べて効率的にコイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂを冷却することが可能となる。その結果、スペーサＳＰ３Ａ，ＳＰ３Ｂ，ＳＰ４Ａ，ＳＰ４Ｂが作る間隔（流路）を小さくすることができるので、電磁石ＥＭ１，ＥＭ２を小型化できる。また、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの通電電流密度を高くすることが可能となるので、コイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの断面積を小さくできる。

第１コイル１Ａと第２コイル１Ｂの離隔方向を対向方向（Ｙ軸方向）、および第３コイル２Ａと第４コイル２Ｂの離隔方向を対向方向（Ｙ軸方向）にすることによって、これらのコイルを径方向に離隔した場合に比べると、これらのコイルが冷却される箇所の面積を大きくすることができる。また、冷媒の流路が複雑でないため、これらのコイルの発熱を効率よく逃がすことができる。

本実施の形態によれば、２つ以上に分割したコイルを含む電磁石を対向させ、対向する電磁石間のコイルを接続するため、各々が発生する磁場をある一定の割合で打ち消し合うことができる。その結果、コイルに接続された電源の電流変化に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの走査量が減少する。したがって、電源の電流の脈動によるゼロ磁場領域ＦＦＲの位置ズレを低減でき、大電流を印加しつつゼロ磁場領域ＦＦＲを精度よく細かい間隔で走査することが可能となる。

本実施の形態と特許文献１とは、「コイルとリターンヨークを備えた電磁石の対向構造でゼロ磁場領域ＦＦＲを形成し、コイルの通電量を変化することでゼロ磁場領域ＦＦＲを走査する」という点で一致する。しかし、本実施の形態と特許文献１とは、「異なるターン数に分割したコイルを有する電磁石を対向させた構造において、対向電磁石間でターン数の異なるコイル同士を接続して同電流を流す。」点で相違する。特許文献１は、対向電磁石間でのコイルの接続は無いため、本実施の形態のように大電流を印加しつつゼロ磁場領域ＦＦＲを精度よく細かい間隔での走査を可能にする効果を有しない。

本実施の形態では、第１電源Ｖ１に接続された第１コイル１Ａと第４コイル２Ｂは、対向しているため逆方向の磁場を発生する。また、第１コイル１Ａと第４コイル２Ｂは巻数が異なるため、各々が発生する磁場がある一定の割合で打ち消される。よって、ゼロ磁場領域ＦＦＲを同じ量走査するのに必要な電流量が増加する。また、第１電源Ｖ１の電流変化に対するゼロ磁場領域ＦＦＲの走査量が減少する。以上の点では、第２電源Ｖ２に接続された第２コイル１Ｂと第３コイル２Ａについても、該当する。したがって、本実施の形態によれば、電源の電流の脈動によるゼロ磁場領域ＦＦＲの位置ズレを低減でき、大電流を印加しつつゼロ磁場領域ＦＦＲを精度よく細かい間隔で走査することが可能となる。

実施の形態２．
図１１は、図１３のＸＩ－ＸＩで示す箇所の断面を表わす図である。図１１では、Ｘ方向から見た図が表されている。図１２は、実施の形態２の磁気粒子イメージングシステムを別の方向から見た図である。図１２では、Ｙ方向から見た図が表されている。図１２において、ＦＣは、冷媒の流れる箇所を表わす。

実施の形態２の磁気粒子イメージングシステムが、実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムと相違する点は、コイル１Ａ、１Ｂ，２Ａ，２Ｂの位置である。実施の形態１の磁気粒子イメージングシステムでは、第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２とが対向する方向（Ｙ軸方向）に第１コイル１Ａと第２コイル１Ｂとが離隔され、第３コイル２Ａと第４コイル２Ｂとが離隔された。実施の形態２の磁気粒子イメージングシステムでは、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの径方向（ＸＺ平面上）で第１コイル１Ａと第２コイル１Ｂが離隔され、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの径方向（ＸＺ平面上）で第３コイル２Ａと第４コイル２Ｂが離隔される。

実施の形態２では、電磁石ＥＭ１，ＥＭ２の対向方向（Ｙ軸方向）にコイル厚みが大きくなるため、電磁石ＥＭ１，ＥＭ２で生じる反発力に対するコイル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの機械強度が大きくなり、壊れにくくなる。

第７スペーサＳＰ７は、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの巻枠を兼ねるとともに、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの位置を固定するために設けられる。第７スペーサＳＰ７は、第１コイル１Ａおよび第２コイル１Ｂの発熱を逃がすための通気口を有する。

第８スペーサＳＰ８は、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの巻枠を兼ねるとともに、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの位置を固定するために設けられる。第８スペーサＳＰ８は、第３コイル２Ａおよび第４コイル２Ｂの発熱を逃がすための通気口を有する。

実施の形態２の変形例．
図１３は、実施の形態２の変形例の磁気粒子イメージングシステムをある方向から見た図である。図１３では、Ｚ方向から見た図が表されている。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶで示す箇所の断面を表わす図である。

第９スペーサＳＰ９は、第２コイル１Ｂの位置を固定するために設けられる。第１０スペーサＳＰ１０は、第４コイル２Ｂの位置を固定するために設けられる。

冷却機構１７，１８は、第１コイル１Ａと第２コイル１Ｂとの間の空間、第２コイル１Ｂと第９スペーサＳＰ９との間の空間、第３コイル２Ａと第４コイル２Ｂとの間の空間、および第４コイル２Ｂと第１０スペーサＳＰ１０との間の空間に冷媒を流す。本変形では、第１電磁石ＥＭ１と第２電磁石ＥＭ２とが対向する方向（Ｙ軸方向）に冷媒が流れる。

変形例．
（リターンヨーク）
第１電磁石ＥＭ１が第１リターンヨーク３を有せず、第２電磁石ＥＭ２が第２リターンヨーク４を有しなくてもよい。第１電磁石ＥＭ１が第１リターンヨーク３を有せず、第２電磁石ＥＭ２が第２リターンヨーク４を有しない場合は、第１の巻数Ｎ１は、第２の巻数Ｎ２と同一であっても、相違していてもよい。

なぜなら、第１電源Ｖ１に接続された第１コイル１Ａおよび第４コイル２Ｂが検査領域対する寄与が、第１コイル１Ａおよび第４コイル２Ｂと検査領域との距離にも依存するため、第１コイル１Ａと第４コイル２Ｂは、同じ巻数であったとしても通電電流の変化によりＦＦＲを走査することができるからである。第２コイル１Ｂおよび第３コイル２Ａについても、同様である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，２Ｂコイル、３，４リターンヨーク、１０イメージング部、１１制御部、１２記憶部、１５，１６，１７，１８冷却機構、２０回転機構、８０勾配磁場発生部、ＥＣ励起コイル、ＥＭ１，ＥＭ２電磁石、ＦＦＲゼロ磁場領域、ＲＣ受信コイル、ＳＰ１Ｂ，ＳＰ１Ａ，ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂ，ＳＰ３Ａ，ＳＰ３Ｂ，ＳＰ４Ａ，ＳＰ４Ｂ，ＳＰ５Ｂ，ＳＰ５Ａ，ＳＰ６Ａ，ＳＰ６Ｂ，ＳＰ７，ＳＰ８，ＳＰ９，ＳＰ１０スペーサ、Ｖ１，Ｖ２電源。

Claims

検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージングシステムであって、
前記検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石および第２電磁石を含む勾配磁場発生部を備え、前記第１電磁石と前記第２電磁石とは前記検査領域を挟むように第１方向に対向し、
前記第１電磁石は、前記勾配磁場を発生させるための第１コイルと、第２コイルとを離隔して併設して備え、
前記第２電磁石は、前記第１電磁石と前記検査領域を挟んで対向し、かつ前記勾配磁場を発生させるための第３コイルと、第４コイルとを離隔して併設して備え、
前記第１コイルと前記第４コイルとが前記検査領域における少なくとも前記第１方向成分の前記勾配磁場を互いに打ち消し合うように電気的に接続され、前記第２コイルと前記第３コイルとが前記検査領域における少なくとも前記第１方向成分の前記勾配磁場を互いに打ち消し合うように電気的に接続され、前記磁気粒子イメージングシステムは、更に、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、および前記第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された前記磁気粒子をイメージングするイメージング部を備える、磁気粒子イメージングシステム。
前記第１電磁石は、前記第１コイルと前記第２コイルに接続された第１リターンヨークを含み、
前記第２電磁石は、前記第３コイルと前記第４コイルに接続された第２リターンヨークを有し、
前記第１コイルと前記第３コイルは、第１の巻数を有し、
前記第２コイルと前記第４コイルは、前記第１の巻数と異なる第２の巻数を有する、請求項１に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルおよび前記第２コイルと、前記第１リターンヨークとの前記第１コイルおよび前記第２コイルの径方向の間隔を一定に保つための第１スペーサと、
前記第３コイルおよび前記第４コイルと、前記第２リターンヨークとの前記第３コイルおよび前記第４コイルの径方向の間隔を一定に保つための第２スペーサと、をさらに備える、請求項２に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルと前記第４コイルには第１の電流が通電され、
前記第２コイルと前記第３コイルには第２の電流が通電され、
前記第１の電流が増加するときに、前記第２の電流は、前記第１の電流の増加量と同じ量だけ減少し、前記第１の電流が減少するときに、前記第２の電流は、前記第１の電流の減少量と同じ量だけ増加する、請求項２または３に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルと前記第２コイルの離隔されている方向、および前記第３コイルと前記第４コイルとが離隔されている方向は、前記第１方向である、請求項２～４のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルは、前記第２コイルよりも前記検査領域から遠い位置に配置され、
前記第３コイルは、前記第４コイルよりも前記検査領域から遠い位置に配置され、
前記第１の巻数は、前記第２の巻数よりも多い、請求項５に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルと前記第２コイルとの離隔されている方向の間隔を一定に保つための第３スペーサと、
前記第３コイルと前記第４コイルとの離隔されている方向の間隔を一定に保つための第４スペーサと、
前記第１コイルと前記第１リターンヨークとの離隔されている方向の間隔を一定に保つための第５スペーサと、
前記第３コイルと前記第２リターンヨークとの離隔されている方向の間隔を一定に保つための第６スペーサとをさらに備える、請求項２～６のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第３スペーサ、前記第４スペーサ、前記第５スペーサ、および前記第６スペーサにより作られた空間に対して、冷媒を流す冷却機構をさらに備える、請求項７に記載の磁気粒子イメージングシステム。
前記第１コイルと前記第２コイルとは、前記第１方向に垂直な面上で離隔され、
前記第３コイルと前記第４コイルとは、前記第１方向に垂直な面上で離隔される、請求項１～４のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージングシステム。
検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージング方法であって、
第１電磁石および第２電磁石が、前記検査領域に勾配磁場を発生させるステップを備え、前記第１電磁石と前記第２電磁石とは前記検査領域を挟むように第１方向に対向し、
前記第１電磁石は、離隔して併設された第１コイルおよび第２コイルを含み、前記第２電磁石は、前記第１電磁石と前記検査領域を挟んで対向し、かつ離隔して併設された第３コイルおよび第４コイルを含み、
前記磁気粒子イメージング方法は、さらに、
前記検査領域における少なくとも前記第１方向成分の前記勾配磁場を互いに打ち消し合うように前記第１コイルと前記第４コイルに第１の電流を通電し、前記検査領域における少なくとも前記第１方向成分の前記勾配磁場を互いに打ち消し合うように前記第２コイルと前記第３コイルに第２の電流を通電するステップと、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、および前記第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された前記磁気粒子をイメージングするステップと、を備える、磁気粒子イメージング方法。
前記第１の電流および前記第２の電流を通電するステップは、
前記第１の電流が増加するときに、前記第２の電流が前記第１の電流の増加量と同じ量だけ減少し、前記第１の電流が減少するときに、前記第２の電流が前記第１の電流の減少量と同じ量だけ増加するステップを含む、請求項１０に記載の磁気粒子イメージング方法。
検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージングシステムであって、
前記検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石および第２電磁石を含む勾配磁場発生部を備え、前記第１電磁石と前記第２電磁石とは前記検査領域を挟むように第１方向に対向し、
前記第１電磁石は、前記勾配磁場を発生させるための第１コイルと、第２コイルとを離隔して併設して備え、前記第１コイルと前記第２コイルとが離隔されている方向は、前記第１方向であり、
前記第２電磁石は、前記勾配磁場を発生させるための第３コイルと、第４コイルとを離隔して併設して備え、前記第３コイルと前記第４コイルとが離隔されている方向は、前記第１方向であり、
前記第１コイルと前記第４コイルとが接続され、前記第２コイルと前記第３コイルとが接続され、前記磁気粒子イメージングシステムは、更に、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、および前記第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された前記磁気粒子をイメージングするイメージング部を備える、磁気粒子イメージングシステム。
検査領域に存在する磁気粒子をイメージングする磁気粒子イメージングシステムであって、
前記検査領域に勾配磁場を発生させる第１電磁石および第２電磁石を含む勾配磁場発生部を備え、前記第１電磁石と前記第２電磁石とは前記検査領域を挟むように第１方向に対向し、
前記第１電磁石は、前記勾配磁場を発生させるための第１コイルと、第２コイルとを離隔して併設して備え、前記第１コイルと前記第２コイルとは、前記第１方向に垂直な面上で離隔され、
前記第２電磁石は、前記勾配磁場を発生させるための第３コイルと、第４コイルとを離隔して併設して備え、前記第３コイルと前記第４コイルとは、前記第１方向に垂直な面上で離隔され、
前記第１コイルと前記第４コイルとが接続され、前記第２コイルと前記第３コイルとが接続され、前記磁気粒子イメージングシステムは、更に、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、および前記第４コイルがそれぞれ発生した勾配磁場を合成した磁場に暴露された前記磁気粒子をイメージングするイメージング部を備える、磁気粒子イメージングシステム。