JPH0328931B2

JPH0328931B2 -

Info

Publication number: JPH0328931B2
Application number: JP61185277A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yoshino; Shigeru Sato
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1991-04-22
Also published as: JPS6343649A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、核磁気共鳴イメージング装置、特に
磁気回路の断熱を行つた核磁気共鳴イメージング
装置に関する。

〔従来技術〕

核磁気共鳴イメージング装置（NMR）は、静
止磁界の印加のために磁気回路を使用する。磁気
回路の静止磁界発生用磁石として永久磁石を用い
る例がある。永久磁石を使用すると、常電導によ
る磁界発生方法、超電導による磁界発生方法に比
べて、ランニングコストがかからず、漏洩磁場が
少ないとの利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

永久磁石を使用した磁気回路は、周囲温度の変
化により磁場強度が変化するとの欠点がある。一
般にその温度係数は、−1000PPm／℃、即ち、温
度が１℃上がると、磁場強度は1000PPm弱くな
る。NMRでは、静止磁界に傾斜磁界を加えて、
位置を磁界の大きさに対応させ、位置に応じた共
鳴周波数を発生させる。この共鳴周波数を持つ
NMR信号を検出し、位置の特定を行う。

然るに、静止磁界の大きさが温度の影響を受け
て変化すると、結局、位置の特定に誤差を含むこ
ととなる。更に位置検出のずれは、画像の歪み、
ぼけ、ちらつきをも生む。

具体的で説明する。

スピンワープ法のある種のものは、NMR信号
検出時に、合成磁界を被検体空間中に加える。合
成磁界とは、位置に関係しない一様磁界（静止磁
界）と位置に対して直線傾斜をなす傾斜磁界との
合成値を云う。傾斜磁界は、測定空間の基準位置
でゼロクロスとなる磁界である。

この合成磁界と共に、電磁波の磁気エネルギー
を測定空間中に印加する。印加の仕方には、90゜
位相ずれ法や180゜位相ずれ法がある。この電磁波
の周波数は、ラーモア周波数に一致させておく。

ラーモア周波数を持つ信号は励磁作用を果す。
この結果、前置基準位置からは印加したラーモア
周波数と同一の周波数のNMR信号を得る。基準
位置以外からの位置からは、ラーモア周波数に対
して、直線傾斜のその位置での大きさに対応する
周波数分を加算（又は減算した周波数のNMR信
号を得る。数式で示せば、基準位置から発生する
周波数f₀は、 f₀＝f_r …(1) 基準位置以外から発生する周波数f_iは、 f_i＝f₀＋kH_i …(2) となる。ここで、f_rはラーモア周波数、H_iは傾斜
磁界の大きさ、特に、ｉ位置での傾斜磁界を示
す。ｋは係数である。kH_iは基準位置からの偏周
波数とみてよい。

尚、(1)、(2)式は、正確には、下記となる。

ω＝γ・Ｈ …(3) ωは各位置でのラーモア周波数、γは磁気回転
比、Ｈは磁界（前述の例で云えば合成磁界）であ
る。

従つて、NMR検出信号の中の周波数を分析す
ることによつて、その発生位置の特定化ができ
る。

実際に観測されるNMR信号は、多くの位置か
らのNMR信号が重なり合つた信号である。従つ
て、これを周波数毎の成分に分け、基準位置での
検出周波数を基準周波数として、該基準周波数と
の偏差周波数を求め、その偏差周波数から位置の
特定をはかる。

然るに、温度によつて磁界が変動すると、その
変動分対応に周波数が変化し、見かけ上の基準位
置の変動、及び基準位置からみた他の位置の変動
も生ずる。

一般に、磁界の変化によつて画像に影響を与え
る制限値は、5PPm／時間であるとされる。この
基準でゆくと、温度変化は、１時間に５／1000℃
以内に抑えることが必要となる。

本発明の目的は、磁気回路全体の温度影響を減
少させてなる核磁気共鳴イメージング装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、静止磁界用の磁気回路と、該磁気回
路全体を被覆する断熱部と、該断熱部に埋め込ん
だ温度調整可能なヒータ部とを備えた。

更に本発明は、傾斜磁場コイルが静止磁界用の
磁気回路に近接して設けた場合、両者を併せて断
熱部でおおい、ヒータ部で加熱するようにした。

更に、ヒータ部の目標温度は測定室内の最高温
度以上とした。

〔作用〕

本発明では、ヒータに目標値と周囲温度との差
分の信号相当の電流を印加し、目標値になるよう
に温度調整が可能となる。更に、断熱部は、周囲
温度の影響を磁気回路に極力与えないように働
く。更に、磁気回路の温度の影響が周囲に及ばぬ
ように働く。従つて、両者の作用により、周囲の
影響を少なくし、且つ影響を受けた場合にあつて
目標値になるように制御を受ける。

〔実施例〕

第１図は本発明のNMRの実施例図を示す。特
に、この実施例は、静止磁界用の磁気回路を開示
する。平板形永久磁界１の上に均一磁界形成用磁
極片２を積層する。この永久磁石１と磁極片２と
より成る積層体を２個用意し、被検体を挿入する
測定空間を狭んで上下位置に対向して設置する。
この結果、上下の磁極片の間の空間は均一磁界を
形成する。

この均一磁界空間中には、傾斜磁界発生用コイ
ル、及び電磁波印加用の送信コイル、NMR信号
を受信する受信コイルとを収容する。配置順序と
しては、最外周位置に相当する部分に永久磁束と
磁極片とより成る積層体を設け、次いで内側方向
にむけて、傾斜磁界発生用コイル、電磁波印加用
送信コイル、受信コイルの順に上記均一磁界空間
中に収容する。最内周位置に存在する受信コイル
は、円筒ソレノイドコイルであり、この円筒内部
の空間が真の測定空間をなし、この測定空間内に
被検体が収容され、測定が行われることとなる。

更に、上下のそれぞれの永久磁石の片面は継鉄
板３に密着固定させている。継鉄板３は矩形をな
し、少なくとも永久磁石の片面全面をおおう巾を
持つ、この継鉄板３は、被検体が測定空間に充分
に入れるような空間を仕切るための役割を持つ。
上下の継鉄板は、継鉄棒４で磁気的、且つ機構的
に結合させてある。継鉄棒４は、矩形の継鉄板の
４つの隅で継鉄板相互の磁気的、機構的結合をは
かつた。更に、継鉄板４の一部は下部の継鉄板を
貫通し外側に突出し、磁気回路全体としての脚部
１４を形成する。

以上の構成で、上下の積層体にあつては、測定
空間を挾んで均一磁界の形成をはかると共に、永
久磁石の反対側の面は、永久磁石−継鉄板−継鉄
棒−他の継鉄板−他の永久磁石の磁気系路の形成
できた。かくして、全体として１個の磁気回路が
形成できることになつた。

第２図は永久磁石１と磁極片２とをそれぞれ示
す。永久磁石１は円板状の形状であり、磁極片２
はすりばち形の凹面形状面２０を持つ。この面２
０が均一磁界を形成する。第１図イは積層前の様
子、第１図ロは積層後の様子で且つAA′断面を示
す。

第３図は、積層体を上下に対抗して形成した図
を示す。上側をＳ極とすると下側はＮ極となる。

さて第１図に戻る。前記磁気回路全体を発泡ス
チロールより成る断熱材６０Ａでおおつて断熱部
６を形成する。断熱材でおおう部分は、継鉄棒４
の全体、継鉄板全体及び積層体全体である。但
し、積層体と継鉄板とは密着固定させており、両
者を併せて断熱材でおおう構成とさせた。

第１図は、図面をわかりやすくするために断熱
部６の一部のみを開示した。斜線部６０は、その
断面である。更に、脚部１４の底部も断熱材６０
Ｂを設けて支持台１３との間での断熱をはかる。

この断熱材６０Ａで仕切つた空間９内には、図
示しないが、傾斜磁界用コイル、電磁波送信コイ
ル、受信コイルを設けていることは従来例と変ら
ない。

さて、断熱部６の内側にはアルミ板８をはりつ
ける。但し、均一磁界を形成する測定空間に面す
る個所にははりつけない。磁界への影響をなくす
ためである。アルミ板８の内側には、更に絶縁物
でおおわれたヒータ７をはりつける。アルミ板は
電磁シールドの役割をも果す。

この時の外観図を第４図に示す。点線矩形部は
平板状ヒータ７を示す。開口部９から被検体は出
入りする。

更に、磁極片２の周辺部の一部に温度センサ１
０を取りつける。この温度センサ１０は、磁界中
の温度検出を行う。更に、断熱部６でおおわれた
磁気回路の空間上での温度むらをなくすため、フ
アン１１を、磁気回路の一部に設けた。更に磁気
回路内の断熱部６でおおわれた空間中の温度立上
げ用のヒータ１２を、磁気回路の一部に設けた。

このフアン１１及びヒータ１２は共に、断熱部
６で形成された磁気回路の密閉空間中に挿入され
る。

立上げヒータ１２は、NMR装置を診断のため
に立上げるに際して、磁気回路の密閉空間中の温
度を目標温度に迅速に近づけるために、立上げ時
のみ電流を印加させる。一度で目標温度に近づけ
ば、立上げヒータ１２は、OFFにしておく。立
上つた後での温度調整は、後述するヒータ７の制
御回路によつて自動的に行う（第６図、第７図）。

磁気回路の温度の目標値は、測定空間室内の温
度の最高値以上に設定する。そこで、この目標値
に磁気回路の温度を設定できれば、測定空間室内
の温度の影響は受けない一定目標温度に磁気回路
を維持できることになる。

然るに、磁気回路の温度の目標値を、測定空間
室内の最高値以下に設定した場合、不都合が生ず
る。即ち、目標値を越えた温度に室内温度が上昇
した場合、磁気回路も影響を受けて目標値を越え
ることがある。然るに、冷却機能を持たなければ
この目標値より上昇した偏差温度を零とし、磁気
回路を目標温度に収束することはできない。

冷却機能を付加することはコストの問題があ
り、好ましくない。そこで、本実施例では、最大
温度よりも大きい目標温度を与えることとした。

この事情の説明図を第５図に示す。横軸に時
間、縦軸に温度を設定した。一日の単位でみた場
合、撮影室の温度は大きく変動する。そこで、一
日の中の最高温度よりも大きく設定する。

次に、目標温度にするための電気回路の実施例
を第６図、第７図に示す。磁気回路の熱源となる
複数のヒータ７を並列に接続し、このヒータ７に
流れる電流のON、OFFをトランジスタ１５で行
わせた。ヒータ７への電流源は、整流器１６の整
流出力とした。整流器１６への入力は、トランス
１８を介しての交流入力である。１９は平滑コン
デンサ、２１はヒユーズを示す。

トランジスタ１５のON、OFF制御は、ブリツ
ジ回路３０と差動増巾器２０より行う。ブリツジ
回路３０は、３辺が基準抵抗１１，１２，１３よ
り成り、一辺が高精度のサーミスタ１０Ａより成
る。このサーミスタ１０Ａは、第１図の温度セン
サ１０に該当する。更に、基準電圧１４がこのブ
リツジ回路３０の電源となる。サーミスタ１０Ａ
は、磁気回路が目標温度にある時には、ブリツジ
回路３０がバランスがとれ、差動増巾器２０への
差動入力は零となるように、設定しておく。

この構成によれば、サーミスタ１０Ａが磁気回
路の周囲温度の影響を受けて変化すると、その変
化に応じた差動入力が発生する。この差動入力を
受けて差動増巾器２０の出力はトランジスタ１５
を制御する。そして差動入力が零となるように、
ブリツジ回路が働き、目標温度への収束がはかれ
る。

第７図は温度をさらに正確に感知するために、
２個のサーミスタ１０Ａ，１０Ｂを設けた例を示
す。動作は、第６図と基本的に変らない。

第８図はブリツジ回路３０の説明図である。目
標値に達していれば、R₁・R₃＝R₂・R_thであり、
V₁＝V₂である。温度変化があればV₁≠V₂とな
り、差分出力を得る。この差分出力が差動増巾器
２０の入力となる。

数値を利用して説明しよう。

撮影室内は空調がきいていないものとする。室
温は、５℃〜31℃変化するものとする。この条件
に対応するように断熱材の厚さ、ヒータ容量、目
標温度を設定する。

今、目標温度を32.5℃とした。ヒータ容量と断
熱材の厚さは以下の関係とした。

Ｑ＝Ｋ×Ａ×Δθ …(4) Ｋ≒λ／ｌ …(5) 但し、Ｑ…ヒータ容量、Ｋ…熱貫流率、Ａ…表
面積（11.9）、Δθ…温度差（32.5−５）、ｌ…断熱
材の厚さ、λ…熱伝導率（0.03）。

従つて、Ｑ＝9.8／ｌ（Kcal／ｈ）となる。そこ
で断熱材の厚さｌ＝50mmとすると、ヒータ容量Ｑ
は約200Wとなる。更に、ヒータ７の全枚数で
200Wとなるように、均一に各ヒータの１枚毎に
熱量を割当てた。

断熱部で磁気回路をおおうことによる効果につ
いて述べる。永久磁石の温度特性を第９図に示
す。横軸に時間、縦軸に温度を示す。今、永久磁
石を含む空間中の温度が実線に示す如く立上つた
とする。この外気温度に対する永久磁石内の温度
は、点線の如く徐々に上昇する。

この外気温度に対する永久磁石内の温度をT₁
とすると、 T₁＝（１−e^-t/r ₁） …(6) となる。但し、１℃を上げる場合とする。これに
対し、断熱材を設置して磁気回路をおおうと、同
じような外気温度に対する永久磁石内の温度を
T₂とすると、 T₂＝（１−e^-t/r ₂） …(7) となる。この時の図も第９図に示してある。

ここで、τ₁、τ₂は時定数であり、τ₂＞τ₁であ
る。出願人の実験によれば、τ₂＝10τ₁とすること
もできた。この場合、断熱部でおおわない例に比
べて永久磁石内の温度変化は10倍遅く現われるこ
とになる。従つて、本実施例によれば、断熱部を
設けたことによつて、従来に比して温度の時定数
を大巾に大きくすることができ、外気からの悪影
響を大きく減少できた。

更に、磁気回路を含む断熱部内の密閉空間中は
積極的に最高温度に維持でき、磁界の温度変化の
影響を少なくできた。

第１０図は、本発明の他の実施例図を示す。第
１０図イは、NMR装置の被検体の挿入口（開口
部）２５を正面にして観察した正面図を示す。受
信コイル３３の内部が被検体の挿入口、即ち測定
空間である。

第１０図ロは、その中心軸AA′で切断した断面
図を示す。断熱材６０Ａは、継鉄板３、永久磁石
１、磁極片２の他に、傾斜磁界発生用コイル３１
をもおおうこととした。先の第１図の例に比較し
て、傾斜磁界発生用コイル３１をおおうこととし
たのは、図に示すように磁極片２とコイル３１と
の間隔が狭い場合に対処するためである。また、
コイル３１は全面をおおうのではなく、送信コイ
ル３２に対応する個所はおおわないこととした。
第１１図は斜視図を示す。斜線部は、みやすくす
るために断面化した部分である。

以上の各実施例で、温度の影響が強く現われる
部分は、永久磁石である。従つて、基本的には、
永久磁石のみを断熱材でおおうだけでよい。こう
すれば簡単な構成ですむ。但し、磁極片との間
に、その断熱材の厚さ相当の磁気的ギヤツプが生
じ、磁界の大きさが小さくなる。従つて、大きい
磁界を発生する永久磁石を使用すれば、その周り
のみに断熱材を施すだけで、ある程度の磁界の温
度変化の影響を少なくできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁気回路の温度を一定に保つ
ことができ、画像のゆがみやＳ／Ｎの向上した画
像を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例図、第２図、第３図は
永久磁石と磁極片との関係を示す図、第４図は断
熱部で磁気回路をおおつた実施例での斜視図、第
５図は目標温の設定例図、第６図、第７図は温度
制御のための回路図、第８図はブリツジ回路の動
作説明図、第９図は温度時定数の説明図、第１０
図は、本発明の他の実施例図、第１１図はその斜
視図である。１…永久磁石、２…磁極片、３…継鉄板、１０
…温度センサ、６…断熱部、６０Ａ…断熱材、７
…ヒータ、８…アルミ板、３１…傾斜磁界発生用
コイル、３２…送信コイル、３３…受信コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１測定空間を介して対向してなる、均一磁界発
生用の、磁極片と永久磁石とより成る第１、第２
の積層体と、該第１、第２の積層体のそれぞれの
磁極片と反対側の永久磁石の面に接して設けた第
１、第２の磁路と、該第１、第２の磁路を結ぶ第
３の磁路と、より成る静磁界用磁気回路と、上記均一磁界に加算する傾斜磁界を発生する傾
斜磁場コイルと、測定空間内の被検体に該磁気共鳴を起させる周
波数の電磁波を印加するトランスミツターコイル
と、上記被検体からの該磁気共鳴信号を受信するレ
シーバーコイルと、を備えると共に、上記静磁界用磁気回路の周囲を
断熱材でおおつて断熱部を形成し、且つ該断熱部
の内部に温度調整用ヒータを設けてなる核磁気共
鳴イメージング装置。２上記温度調整用ヒータによる目標温度は、測
定空間内の最高温度以上の目標温度としてなる特
許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴イメージン
グ装置。３測定空間を介して対向してなる、均一磁界発
生用の、磁気片と永久磁石とより成る第１、第２
の積層体と、該第１、第２の積層体のそれぞれの
磁極片と反対側の永久磁石の面に接して設けた第
１、第２の磁路と、該第１、第２の磁路を結ぶ第
３の磁路と、より成る静磁界用磁気回路と、該磁気回路に近接して設けた、上記均一磁界に
加算する傾斜磁界を発生する傾斜磁場コイルと、測定空間内の被検体に核磁気共鳴を起させる周
波数の電磁波を印加するトランスミツターコイル
と、上記被検体からの核磁気共鳴信号を受信するレ
シーバーコイルと、を備えると共に、上記静磁界用磁気回路及び近接
して設けた傾斜磁場コイルの周囲（但し、傾斜磁
場コイルのトランスミツターコイルに面する側を
除く）を断熱材でおおつて断熱部を形成し、且つ
該断熱部の内部に温度調整用ヒータを設けてなる
核磁気共鳴イメージング装置。４上記温度調整用ヒータによる目標温度は、測
定空間内の最高温度以上の目標温度としてなる特
許請求の範囲第３項記載の核磁気共鳴イメージン
グ装置。