JPH0698871A - 磁気共鳴イメ−ジング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】磁気共鳴イメージング装置において、装置構成
を複雑にすること無く、安価な構成で、傾斜磁場コイル
により発生する熱が永久磁石に与える影響を抑制し、静
磁場強度を高度に安定させることを目的とする。 【構成】永久磁石を用いた静磁場発生装置と該静磁場発
生装置に近接して配置された傾斜磁場発生手段とを備え
た磁気共鳴イメージング装置において、撮影を行わない
期間にも前記傾斜磁場発生手段に電流を流す。 【効果】上記構成により、装置の構成を複雑にすること
無く、より簡便な手段で傾斜磁場コイルによる発熱の影
響を防ぎ、その結果、静磁場強度の時間的な変動を抑制
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメ−ジング
装置（以下、ＭＲＩ装置と略称）に係り、特に、傾斜磁
場発生手段からの発熱によって生じる静磁場強度の変化
を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）現
象を利用して計測した信号を演算処理することで、被検
者中の核スピンの密度分布、緩和時間分布等を断層像と
して画像表示するものである。このＮＭＲ現象を発生さ
せるためには、空間的、時間的に一様な強度と方向を持
った静磁場が必要である。具体的には、直径３００〜５
００mm程度の領域に、０．０４〜２テスラ（Ｔ）の強度
と数十ｐｐｍ程度以下の均一度を持った静磁場が要求さ
れる。静磁場を発生させるための静磁場発生装置は、永
久磁石を用いたもの、あるいは、超伝導磁石や常電導磁
石を用いたものの３種類に大別できる。本発明は、この
うち永久磁石を用いた静磁場発生装置に係るものであ
る。

【０００３】従来技術による永久磁石を用いた静磁場発
生装置を図３に基づいて説明する。被検体６を挿入する
測定空間５を介して距離Ｌで相対させた円板状の磁極片
１ａ、１ｂを配置している。この磁極片１ａ、１ｂの相
対する面の周辺部には環状の突起部７を設けており、磁
束が測定空間５の周辺部に漏洩するのを抑制している。
この環状突起部７の働きにより、磁場の均一度を良好に
することが可能である。この環状突起部７の周縁部に
は、それぞれ蓋をするように傾斜磁場コイル８ａ、８ｂ
を取り付けている。この傾斜磁場コイル８ａ、８ｂに所
定の電流を流すことで、Ｘ、Ｙ、Ｚの任意方向に傾斜磁
場を加えることができ、核スピンに位置情報を与えるこ
とができる。

【０００４】磁極片１ａ、１ｂの外側には極性の異なる
一対の永久磁石２ａ、２ｂがそれぞれ密着状態に当接し
てある。更に、永久磁石２ａ、２ｂの外側には１対の矩
形状の継鉄板３ａ、３ｂが当接してある。また、継鉄板
３ａ、３ｂの間を所定の距離に保持するために、継鉄板
３ａ、３ｂの４隅を継鉄棒４で機械的に接続している。
同時に、継鉄板３ａ、３ｂ及び継鉄棒４は、磁極片１
ａ、１ｂ及び永久磁石２ａ、２ｂと共に磁気的に結合し
て、静磁場発生装置を構成し、測定空間５に静磁場を発
生させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＭＲＩ装置用の磁場発
生装置に要求される重要な性能の一つとして、磁場の均
一性がある。磁場の均一性は撮影画像の品質に直接的な
影響を及ぼすために、先述したように数十ｐｐｍ以下の
厳しいものが要求される。それと同時に、撮影時間内に
磁場強度が変動しないことが重要である。もし、この変
動が大きいと、撮影画像の歪み、ボケ、ア−チファクト
等の原因となる。一般の撮影で、画像に悪影響を与えな
いためには、撮影時間内の静磁場強度の変化を５ｐｐｍ
程度以下に抑える必要が有る。

【０００６】しかしながら、永久磁石を用いた静磁場発
生装置の欠点の一つとして、磁石温度の変化により静磁
場強度が敏感に変化するということがある。例えば、磁
石材にネオジム系希土類磁石（Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ）を用い
た場合には、約−１０００ｐｐｍ／℃もの温度係数を持
つので、１度だけ永久磁石の温度が上昇すれば静磁場強
度が１０００ｐｐｍも弱くなる。従って、撮影画像を劣
化させないためには、撮影時間内の永久磁石の温度変化
を、０．００５℃以内に抑制することが重要である。こ
のことから、従来の装置では図４、５に示すように、周
囲温度の変化による永久磁石の温度変動を防止するため
に、静磁場発生装置全体を断熱壁９で覆い外部温度の変
動の影響を受けにくくしていた。更に、複数箇所に温度
検出器と加熱用のヒ−タ１３とを備え、温度を制御して
いた。

【０００７】しかし、高精度な温度制御を行おうとする
時、先に述べた傾斜磁場コイル８ａ、８ｂでの発熱が問
題となる。すなわち、この傾斜磁場コイルに大電流が流
れた場合、コイル線材の抵抗によって熱が発生し、磁極
片１ａ、１ｂを介して永久磁石２ａ、２ｂに伝導して、
温度を変化させる。静磁場発生装置の効率の面から、一
般に傾斜磁場コイル８ａ、８ｂは、磁極片１ａ、１ｂに
極めて接近して取付けているため、熱が伝わりやすい。
又、傾斜磁場コイル８ａ、８ｂによって環状突起７に蓋
をする形状になっているために、一旦発生した熱はこの
内側に閉じ込められ、外部には放熱しにくい構造となっ
ている。このために、強い傾斜磁場を用いるパルスシ−
ケンスを多用した場合には、磁石を所望の温度範囲内に
制御することが困難であった。

【０００８】この解決策として、特願平４−１１２３０
５に記載されているものが有る。これは、図５に示すよ
うに、傾斜磁場コイル８ａ、８ｂと磁極片１ａ、１ｂと
の間の空隙１５にヒ−トパイプ等の熱伝達手段１６を設
けたものである。又、傾斜磁場コイル８ａ、８ｂには温
度検出器を取り付け、ここで検出した温度と設定温度と
を比較し、予め決めた割合で熱伝達手段１６の熱伝達量
を可変制御することで永久磁石の温度を一定に維持しよ
うとするものである。しかし、この方法には以下のよう
な課題が有る。その一つは、ヒ−トパイプ等の熱伝達手
段１６を効果的に使うためにはある程度以上の太さのも
のが必要であることである。又、構造がかなり複雑とな
ることである。更に、高価なヒ−トパイプが多数必要と
なるため、装置価格が高くなることである。

【０００９】そこで本発明は上記した問題点を解消し、
装置構成を複雑にすること無く、安価な構成で、傾斜磁
場コイルにより発生する熱が永久磁石に与える影響を抑
制し、静磁場強度を高度に安定させることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、永久磁石を用いた静磁場発生装置と該静
磁場発生装置に近接して配置された傾斜磁場発生手段と
を備えた磁気共鳴イメ−ジング装置において、撮影を行
わない期間にも前記傾斜磁場発生手段に電流を流し、熱
を発生させるようにしたものである。また、撮影を行わ
ない期間に発生させる熱量をそれ以前の発生熱量と設定
熱量との差分に基づいて制御するようにしたものであ
る。

【００１１】

【作用】上記のように装置を構成することで、装置の構
成を複雑にすること無く、より簡便な手段で傾斜磁場コ
イルによる発熱量の急激な変化を抑制し、平滑化でき
る。従って、永久磁石の温度変動を小さくできるので、
静磁場強度の時間的な変動を抑制できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って具体的
に説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、傾斜磁場コイ
ルの発熱に対して何の対策も施していない場合に、撮影
を行うことで１日の間に静磁場強度がどのように変化す
るかを示すグラフである。横軸は時間を表しており、縦
軸は静磁場強度の相対値を示している。図２（ａ）は、
撮影を全然行わなかった（傾斜磁場コイルを使用しなか
った）場合についてのものである。この場合には、装置
の外部の温度変化だけが問題となるために、従来技術だ
けでも十分に対応でき、静磁場強度は設定値（Ｂ₀）か
らほとんど変化しない。

【００１３】一方、図２（ｂ）は１日に１回だけ撮影を
行った場合である。図の中に斜線で示した部分は、撮影
時の傾斜磁場コイルの平均的な発熱量と使用した時間を
示している。すなわち、この斜線部分の面積が撮影時に
傾斜磁場コイルで生じる総発熱量を表している。傾斜磁
場コイルで発生した熱は磁極片１ａ、１ｂを介して永久
磁石２ａ、２ｂに伝わるため、傾斜磁場で熱が発生して
から静磁場強度が変化するまでには時間的なずれが生じ
る。また、静磁場発生装置は数トンから十数トンと重い
のが通常であり、したがって熱容量も大きい。このた
め、静磁場強度が変化する時定数は更に長くなってい
る。従って、静磁場強度はゆっくりと低下し、撮影中よ
りも、むしろ、撮影後しばらくしてから最低値となり、
また、ゆっくりと元の設定値（Ｂ₀）に回復して行く。
この場合には、撮影中の静磁場強度の変化はそれほど大
きくなく、画像に与える悪影響も少ない。

【００１４】さて、図２（ｃ）は通常の使用のように、
１日に数回の撮影を行った場合について示している。こ
の場合の静磁場強度の変化は、図２（ｂ）で示した変化
を重ねあわせたもので近似することができる。従って、
後の撮影になるほど静磁場強度の変動が大きくなり、画
像に対する悪影響の程度が大きくなる。

【００１５】また、図２（ｄ）は、印加可能な最大の傾
斜磁場を連続して加え続けた場合について示したもので
ある。この場合には、当然ながら磁石の温度は設定値よ
りも高いところで一定となり、静磁場強度も設定値（Ｂ
₀）より低いところで一定となり変化しない。

【００１６】以上のことから、撮影のために傾斜磁場コ
イルに電流を流しても、ただちに静磁場強度が変化する
のではなく、ある時間のずれを持って変わることが分か
る。また、当然ながら永久磁石の温度上昇（すなわち、
静磁場強度の低下）の割合は、傾斜磁場コイルに発生す
る熱量の変化に比例している。

【００１７】これらのことから、本発明では図１に示す
ように、撮影を行っていない期間にも所定の電流を傾斜
磁場コイルに流し熱を発生させている。このことによ
り、傾斜磁場コイルで発生する熱量の急激な時間的変化
を無くし平滑化できるので、永久磁石の温度変化を小さ
く押さえることができる。即ち、静磁場強度の高度安定
化が実現できる。当然、永久磁石の設定温度は、傾斜磁
場コイルに所定の電流が流れている状態で一定となるよ
うに決定しておく。

【００１８】装置を用いる施設ごとに、パルスシ−ケン
スの種類や頻度等は、ある程度固定されているから、被
検者一人当りの撮影で発生する平均の熱量は、予め推定
ができる。従って、撮影していない期間に傾斜磁場コイ
ルに流す電流量は、この推定した熱量を基に設定してお
く。しかし、実際の装置使用においては、当然、一回毎
の撮影で発生する熱量が変化するし、撮影時間も変わ
る。従って、一回の撮影が終わる度に、それまでの撮影
で発生した熱量を考慮して傾斜磁場コイルに流す電流量
を微調することで、更に高度に永久磁石温度の安定化が
図れる。あるパルスシ−ケンスを行ったときに傾斜磁場
コイルでの発熱量がどれだけになるか、又、それによっ
て静磁場強度が時間的にどのように変化して行くかは、
予め計算できる。あるいは、実験的に求めておくことも
できる。従って、一回の撮影が終わった後では、それま
でに発生した熱量の時間的経過を考慮し、各傾斜磁場コ
イルに流す電流量を増減させて平均発熱量が一定となる
ように制御する。また、使用したパルスシ−ケンスから
発熱量を計算する代わりに、温度検出器を傾斜磁場コイ
ルの近傍に配置し、直接に傾斜磁場コイルの発熱量をモ
ニタ−しても良い。

【００１９】なお、以上の説明は図３の対向型の静磁場
発生装置を例として用いてきたが、本発明はこの磁気回
路方式に係らず、永久磁石を用いた静磁場発生装置なら
ばどの方式にも適用されることは当然である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
傾斜磁場コイルで発生する熱量を時間的に平滑化し、急
激な変化を抑制するので、永久磁石の温度変動を小さく
できる。従って、静磁場強度の時間変動も少なくできる
ので、歪みやボケ、ア−チファクトのない良好な画像を
得ることができる。又、従来技術では必要であったヒ−
トパイプ等の特殊な熱伝達手段が不要となるので、構造
が簡単で信頼性が増すと共に、経済的にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による傾斜磁場コイルでの発熱の影響
を抑制する方法を示す図。

【図２】 静磁場発生装置の静磁場強度の変化を示すグ
ラフ。

【図３】 従来の磁気共鳴イメ−ジング装置の静磁場発
生装置を示す図。

【図４】 従来の磁気共鳴イメ−ジング装置の全体斜視
図。

【図５】 傾斜磁場コイルでの発熱の影響を抑制する従
来技術を示す図。

【符号の説明】

１ 磁極片 ２ 永久磁石 ３ 継鉄板 ４ 継鉄棒 ５ 測定空間 ６ 被検体 ７ 環状突起 ８ 傾斜磁場コイル ９ 断熱壁 １３ ヒ−タ− １６ ヒ−トパイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8203−2Ｇ Ｇ０１Ｒ 33/22 Ｓ 8203−2Ｇ Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石を用いた静磁場発生装置と該静磁
   場発生装置に近接して配置された傾斜磁場発生手段とを
   備えた磁気共鳴イメ−ジング装置において、撮影を行わ
   ない期間にも前記傾斜磁場発生手段に電流を流すことを
   特徴とした磁気共鳴イメ−ジング装置。
2. 【請求項２】前記撮影を行わない期間に前記傾斜磁場コ
   イルで発生させる熱量をそれ以前の発生熱量と設定熱量
   との差分に基づいて制御することを特徴とした請求項１
   に記載の磁気共鳴イメ−ジング装置。