JPS6343649A

JPS6343649A - 核磁気共鳴イメ−ジング装置

Info

Publication number: JPS6343649A
Application number: JP61185277A
Authority: JP
Inventors: 仁志吉野; 茂佐藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-24
Also published as: JPH0328931B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
の断熱を行っ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ダ装置（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シ
磁場強度が変化するとの欠点がある。−般にその温度係
数は、−１０００ＰＰｍ　／Ｃ１即ち、温度が１°Ｃ上
がると、磁場強度は１０００ＰＰｒｎ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
１８００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Ｎ　Ｍ　Ｒ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、　　　　　　　・・・・・・（１）基準位
置以外から発生する周波数ｆ１は、ｆｌ　＝　ｆ０＋　
ｋＨｌ　　　　　・・・・・・（２）となる。ここで、
ｆ、はラーモア周波数ｒ　Ｈｌは傾斜磁界の大きさ、特
に、！位置での傾斜磁界を示す。

ｋは係数である。ｋＨｉは基準位置からの偏移周波数と
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、ｒは磁気回転比。

Ｈは磁界（前述の例で云えば合成磁界）でちる。

従って、ＮＭＲ検出信号の中の周波数を分析することに
よって、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ＮＭ
Ｒ信号が重なり合った信号である。従って、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、温度によっ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、磁界の変化によっ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
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

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！！ｌ！
ｌ！可能なヒータ部とを備えた。

〔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
。従って、両者の作用によシ、周囲の影響を少なくし、
且つ影響を受けた場合にあっ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の実施例図全示す。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ｌ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ｌと磁極片２とよυ成る積層体を２個用意し
、被検体を挿入する測定空間を挟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。配置項序としては、最外周位置に
相当する部分に永久磁束と磁極片とよ構成る積層体を設
け１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シ、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
させである。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、機構的結合をはかった。更に、継鉄
棒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、上下の積層体にあっては、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−継鉄板一継鉄棒一他の継鉄板−他の
永久磁界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った。

第２図は永久磁石ｌと磁極片２とをそれぞれ示す。永久
磁石ｌは円板状の形状であシ、磁極片２はすシばち形の
凹面形状面２０を持つ。この面２０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Ａ　Ａ’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ｉ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
よ構成る断熱材６０　Ａでおおって断熱部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
固定させておシ、両者を併せて断熱材でおおう構成とさ
せた。

第１図は、図面をわかシ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、脚部工４の底部も断熱材６０　Ｂを設けて支持台１
３との間での断熱をはかる。

この断熱材６０　Ａで仕切った空間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９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シ
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をはシ
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１０を取シ
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、ファン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。

このファン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、Ｏ
ＦＦにしておく。立上った後での温度調整は、後述する
ヒータ７の制御回路によって自動的に行う（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シ、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。−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、−日の中の最高温度よシも
大きく設定する。

次に、目標温度にするだ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、プリツノ回
路３０と差動増巾器加よシ行う。プリツノ回路３０は、
３辺が基準抵抗１１．１２．１３よ構成シ、−辺が高精
度のサーミスタＩＯＡよ構成る。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がこのブリッジ回路３０の電源となる。

サーミスタ１０　Ａは、磁気回路が目標温度にある時に
は、ブリッジ回路３０がバランスがとれ、差動増巾器２
０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１０　Ａ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２
０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、ブリッジ回路が働き、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ＩＯＡ、ＩＱＢ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図はブリッジ回路３０の説明図である。目標値に達
していれば、Ｒ８・Ｒ，＝−・Ｒｔｈであシ、Ｖ、＝Ｖ
、である。温度変化があればＶ、　％　Ｖ、となシ、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＝ＫＸＡＸΔθ　　・・・・・・（４）Ｋ　中　λ／
２　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　・・・（
５ン但し、Ｑ・・・ヒータ容量、Ｋ・・・熱貫流率、Ａ
・・・表面積（１１，９）、Δθ・・・温度差（３２，
５−５）、ｔ・・・断熱材の厚さ、λ・・・熱伝導率（
０，０３）。

従って、Ｑ　＝　９　、８／Ｌ　（Ｋｃａｔ／ｈ　）と
なる。そコテ断熱材の厚さＬ　＝　５０　ｔａｎとする
と、ヒータ容ｉ−Ｑは約２００　Ｗ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ったとする。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
、Ｔ、＝（１−ｅ’）　　・・・・・・（６）となる。但
し、１’Ｃ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Ｔ。

とすると、 ’ｒ、＝＝（ｔ　−ｅ　　　ｔ）　　　・・・・・資力
となる。この時の図も第９図に示しである。

ここで、τ８．τ、は時定数でちり、τ、〉τ１である
。

出願人の実験によれば、τ、＝１０τ、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てなる。従っ
て、本実施例によれば、断熱部を設けたことによって、
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１Ｏ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Ａ　Ａ’で切断した断面
図を示す。断熱材６０　Ａ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３工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。従って、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
気的ギヤノブが生じ、磁界の大きさが小さくなる。従っ
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
をおおった実施例での斜視図、第５図は目標温の設定側
図、第６図、第７図は温度制御のだめの回路図、第８図
はプリツノ回路の動作説明図、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、１
０・・・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ッターコイルと、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の周囲を断熱材
でおおって断熱部を形成し、且つ該断熱部の内部に温度
調整用ヒータを設け、該温度調整用ヒータへの電流を制
御して静磁界用磁気回路の温度を目標温度に設定せしめ
る制御手段を設けてなる核磁気共鳴イメージング装置。