JPH0687444B2 - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は静磁場発生源に超電導磁石を用いた磁気共鳴映
像装置に係り、特に勾配磁場パルスによる渦電流の効果
を低減させた超電導磁石に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像装置は被検体に一様な静磁場を印加すると
ともに、勾配磁場パルスおよび高周波磁場を印加するこ
とによって、被検体内から磁気共鳴信号を検出し、その
磁気共鳴信号に基づいて画像再構成を行ない、被検体内
の特定原子核の空間的分布を映像化する装置である。磁
気共鳴映像装置においては、強磁場で且つ高均一，高安
定な静磁場を発生することが、S/Nを向上させ、また化
学シフトや多核種の映像化を行なう上で要求されてい
る。このような条件を満たす静磁場発生源としては、超
電導磁石が最適である。

静磁場発生源としての超電導磁石の基本構成は、まず低
温でも磁性を持たない金属巻枠に超電導線材が巻かれ、
その全体が液体ヘリウムの中に浸される。その外側は常
温と接する最外層まで液体窒素の層を挟んで何層かの熱
伝導性の良い熱シールド板で覆われる。液体ヘリウムや
液体窒素を含まない層は、真空に引かれている。このよ
うな装置全体を通称クライオスタットという。なお、熱
シールド板の材料としては熱伝導性が良く、しかも低温
で非磁性であるアルミニウムが多く使われる。

ところで、磁気共鳴映像装置ではこの静磁場発生用の超
電導磁石の内側に勾配磁場生成コイルを配置するため、
このコイルから発生する勾配磁場パルスによる磁束がク
ライオスタットを構成する金属部材（例えば上記熱シー
ルド部材）に鎖交し、その金属材料に渦電流が流れる。
この渦電流の影響で、勾配磁場パルスのパルス形状を歪
ませるという問題がある。

第４図はこの様子を示したもので、（ａ）は勾配磁場生
成コイルに流す電流、（ｂ）は勾配磁場パルスH₁の波形
である。この勾配磁場パルスH₁の立上りおよび立下り時
の磁束変化により超電導磁石の金属部材に渦電流が流
れ、この渦電流により（ｃ）に示すような磁場H₂が金属
部材から発生する。（ｃ）に示すように渦電流による磁
場H₂は、勾配磁場パルスH₁の立上りおよび立下りのエッ
ジ部分において発生する。この渦電流による磁場H₂の減
衰時定数は、上記金属部材の材質，形状等で定まる。こ
の磁場H₂が本来の勾配磁場パルスH₁に重畳することによ
り、勾配磁場パルスH₁は（ｄ）のH₁′のように立上りお
よび立下りの部分がなまった波形となる。このような勾
配磁場パルスの波形歪みは、画像品質を劣化させる原因
の一つであり、大きな問題となっている。

このような渦電流による磁場を抑圧するためには、熱シ
ールド板等の金属材料としてステンレスのような電気伝
導度の低い材料を利用して渦電流が流れにくいようにす
るとか、または静磁場発生用の超電導磁石（クライオス
タット）と勾配磁場生成コイルとの間の距離を大きくす
る等の工夫が考えられる。

しかしながら、ステンレスは熱伝導度が低く、液体ヘリ
ウムや液体窒素の損失が大きくなるので、適当でない。
また後者の方法では勾配磁場生成コイルの径を小さくし
て被検体が入る撮像空間を小さくするか、または超電導
磁石の径を大きくする必要があり、好ましくない。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の超電導磁石を用いた磁気共鳴映像装置
では、勾配磁場パルスにより超電導磁石における金属部
材に流れる渦電流による磁場の影響を除去することが難
しいという問題があった。

本発明は、静磁場発生用の超電導磁石における金属部材
の電気伝導度が良好で、また超電導磁石とその内側に配
置される勾配磁場生成コイルとの間の距離が小さくと
も、勾配磁場パルスにより超電導磁石の金属部材に流れ
る渦電流を抑制して、渦電流により生じる磁場の影響を
効果的に低減でき、アーチファクトの少ない良好な画像
が得られる磁気共鳴映像装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は超電導磁石を構成する金属部材の少なくとも一
部にスリットを形成することにより、渦電流が流れるの
を抑制するようにしたものである。

（作用） 超電導磁石における熱シールド板のような金属部材にス
リットを形成すると、勾配磁場パルスによる渦電流に対
してスリットが抵抗として働くため、渦電流が流れにく
くなり、また渦電流の減衰時の時定数も小さくなる。こ
れにより渦電流によって上記金属部材から発生する磁場
は、強度そのものが減少するとともに、時間的に速やか
に減少する。従って、この渦電流により生じる磁場によ
る勾配磁場パルスの波形歪みが低減され、画像品質が向
上する。

この場合、金属部材として低温で非磁性でありながら、
また熱伝導度の高い材料（一般に電気伝導度も高い）を
選ぶことができ、それだけ冷却媒体の損失が減少する。
また、超電導磁石と勾配磁場生成コイルとの間が近接し
てもよいので、装置の小型化を図りながら、撮像空間も
十分に確保されることになる。

（実施例） 第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例に係る磁気共鳴
映像装置の磁石部の一部を切欠して示す正面図および側
面図であり、静磁場発生用の超電導磁石と、その内側に
配置された勾配磁場生成コイルおよびプローブコイル等
を示している。

静磁場発生用の超電導磁石（クライオスタット）１は超
電導線２を巻枠３の内側に巻き、その外側に熱シールド
部材４、液体窒素容器５および最外壁６をそれぞれの間
に間隙を介して順次配置したものである。巻枠３はステ
ンレスのような低温で非磁性の材料により形成され、そ
の内側に液体ヘリウムが充填されている。熱シールド部
材４は熱伝導性の良い金属、例えばアルミニウムにより
形成され、巻枠３の内側から気化した液体ヘリウムを導
き出している配管７によって冷却されている。液体窒素
容器５は熱伝導性の悪い金属、例えばステンレスにより
形成され、その内側に液体窒素が充填されている。巻枠
３と熱シールド部材４との間、熱シールド部材４の内
部、熱シールド部材４と液体窒素容器５との間、および
液体窒素容器５と最外壁６との間はいずれも真空に引か
れている。外壁６の材質は内側の真空を保つことがで
き、かつ非磁性であれば何でもよい。

外壁２の内筒部の内側の柱状空間の両側に支持体９がは
め込まれ、この支持体９に同軸的に支持された巻枠10,1
1にシムコイル12,勾配磁場コイル13がそれぞれ巻かれて
いる。巻枠10,11はFRPのような非金属，非磁性材料によ
り形成される。また、勾配磁場コイル13のさらに内側に
上記柱状空間に出し入れが可能なようにプローブコイル
14が配置される。シムコイル12は超電導磁石によって発
生される静磁場の不均一性を補正するためのものであ
り、またプローブコイル14は被検体に高周波磁場を印加
し、さらに被検体からの磁気共鳴信号を検出するための
ものである。

勾配磁場生成コイル13は、実際には第２図に示すような
３種類のコイルからなっている。第３図（ａ）はｙ方向
の勾配磁場を生成するコイル、（ｂ）はｘ方向の勾配磁
場を生成するコイル、（ｃ）はｚ方向（静磁場の方向）
の勾配磁場を生成するコイルである。

これらの勾配磁場生成コイルにより生成される磁場によ
る磁束の一部は、静磁場発生用超電導磁石１における熱
シールド部材４等の金属部材と鎖交する。この結果、勾
配磁場生成コイル13がパルス状の勾配磁場を発生する
と、この勾配磁場パルスの立上りおよび立下り時におけ
る超電導磁石１の金属部材と鎖交する磁束の変化によっ
て、その金属部材に渦電流が流れ、その渦電流による磁
場が金属部材から発生する。第４図を用いて説明したよ
うに、渦電流による磁場は勾配磁場パルスの立上りおよ
び立下りのエッジ部分において発生し、これが勾配磁場
パルスに重畳することにより、被検体に加わる勾配磁場
パルスの波形を歪ませてしまう。

ここで、超電導磁石１における金属部材のうち、巻枠3,
液体窒素容器５等はステンレスのような材料により形成
され、その電気伝導度が低いため、渦電流は流れにくい
が、熱シールド部材４は低温で非磁性、かつ良熱伝導性
の要求からアルミニウムが使用され、その電気伝導度が
良好であるため、渦電流が流れ易く、それによる磁場の
発生が問題となる。

そこで、本実施例では熱シールド部材４の例えば内筒部
分に、例えば第３図に示すように静磁場方向（ｚ方向）
に沿ってスリット８を形成する。第３図（ａ）はスリッ
ト８を内筒の両端を除く領域（撮像領域）のみに形成し
た例、同図（ｂ）はスリット８を内筒全長にわたって形
成した例であり、第１図は第３図（ａ）の場合である。
これらの例ではスリット８は軸対称に８本形成されてい
る。

このようなスリット８を形成すると、熱シールド部材４
を流れる渦電流に対してスリット８が抵抗として働くた
め、渦電流が抑制される。すなわち、勾配磁場生成コイ
ル13が発生する勾配磁場による磁束は熱シールド部材４
と鎖交し、渦電流は熱シールド部材４上を勾配磁場生成
コイル13とほぼ同じ形で方向が逆の電流分布で流れる。
従って、この渦電流と直交するに沿ってスリット８を形
成すれば、渦電流は大きく減少する。これにより渦電流
によって発生する磁場も減少するので、この渦電流によ
る磁場が重畳することに基づく第４図（ｄ）に示したよ
うな勾配磁場パルスの波形歪も低減されることになる。

さらに詳述すれば、スリット８は熱シールド部材４を流
れる渦電流に対して抵抗（Ｒ）として働くため、渦電流
の大きさそのものが減少するとともに、その減衰時定数
（τ）もτ＝L/Rの関係から小さくなり、この両者の効
果によって勾配磁場パルスに対する渦電流による磁場の
影響が減少するのである。

なお、スリット８は上述したように静磁場方向に沿って
形成することが望ましい。スリットを静磁場方向に直角
方向に沿って入れた場合、構造上から熱シールド部材４
を保持することが難しくなり、また熱伝導性も悪くなる
からである。

また、熱シールド部材４上を流れる渦電流による磁場の
低減効果は、位置によらず一定であることが勾配磁場の
所定の強度分布を維持する上で望ましい。従って、スリ
ット８は超電導磁石１の静磁場方向ｚの中心軸に対して
軸対称に設けられていることが望ましく、またｚ方向に
おいても原点について対称に設けられていることが望ま
しい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
実施例ではスリットを開口させたままにしたが、スリッ
トにFRPのような非金属の電気絶縁材料を充填して強度
を高めることもできる。また、スリットを形成する金属
部分は熱シールド部材に限らず、例えば巻枠３や液体窒
素容器５にもスリットを設けてもよい。

但し、巻枠３や液体窒素容器５の場合は、内部に液体ヘ
リウムや液体窒素は入っているので、やはりスリットに
FRPのような非金属の電気絶縁材料を挿入して密閉する
必要がある。

スリットの形状も実施例で示したものに限定されず、例
えばスリットを静磁場方向において複数に分割してもよ
い。また、スリットは静磁場方向に平行である必要は必
ずしもなく、斜めに形成してもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、超電導磁石を構成する金属部材の少な
くとも一部にスリットを形成して、勾配磁場パルスによ
る渦電流が流れるのを抑制することにより、勾配磁場パ
ルスに対する渦電流による磁場の影響を効果的に低減す
ることができる。従って、アーチファクトの少ない良好
な画像が得られる。

また、この場合スリットを形成した部材が電気伝導度の
良好な材料でも渦電流を効果的に抑制できるため、これ
らに低温で非磁性、かつ熱伝導性の良い材料（例えばア
ルミニウム等）を使用することにより、液体ヘリウムや
液体窒素等の冷却媒体の損失を小さくすることができ
る。

さらに、渦電流の影響を小さくするために超電導磁石と
勾配磁場生成コイルとの間の距離を大きくとる必要がな
いので、撮像空間を十分に確保しつつ、装置の小型化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例に係る磁気共鳴
映像装置の要部の一部切欠した正面図および側面図、第
２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は同実施例におけるy,x,zの各
方向の勾配磁場を生成するコイルの説明図、第３図
（ａ）（ｂ）は同実施例におけるスリットが形成された
熱シールド部材を示す図、第４図（ａ）〜（ｄ）は従来
の問題点を説明するための波形図である。 １…静磁場発生用超電導磁石、２…超電導線、３…巻
枠、４…熱シールド部材、５…液体窒素容器、６…外
壁、７…配管、８…スリット、９…支持体、10,11…巻
枠、12…シムコイル、13…勾配磁場生成コイル、14…シ
ムコイル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に静磁場を印加するととともに、勾
   配磁場パルスおよび高周波磁場を印加することにより、
   被検体からの磁気共鳴信号を検出して映像化を行なう磁
   気共鳴映像装置であって、前記静磁場発生源を筒状の超
   電導磁石により構成し、この超電導磁石の内側に前記勾
   配磁場パルスを印加する勾配磁場生成コイルを配置した
   磁気共鳴映像装置において、前記超電導磁石を構成する
   金属部材の少なくとも一部にスリットを形成したことを
   特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. 【請求項２】スリットは静磁場方向に沿って形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気
   共鳴映像装置。
3. 【請求項３】スリットに電気絶縁材料が充填されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の磁気共鳴映像装置。
4. 【請求項４】スリットは超電導磁石の静磁場方向に沿う
   中心軸に対して軸対称に形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の磁
   気共鳴映像装置。