JP2002143124A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】開放型の超電導磁石を用いたMRI装置におい
て、漏洩磁場を低減するのに最適な形状を有し、加工
性、設置の利便性等に優れた磁気回路を提供する。 【解決手段】静磁場発生磁石2は、少なくとも二つに分
割された超電導コイルを組込んだクライオ部21と、前記
超電導コイルが発生する磁束に対して磁器回路を構成す
る磁気シールド部の上部プレート25、下部プレート26、
左支柱27と右支柱28から構成される。これらプレート、
支柱はそれぞれ複数のブロックからなり、漏洩磁場防止
に最適な形状となるように組み合わされる。この磁石
は、医療施設の据付にあたり、最初に下部プレート26を
搬入・設置し、次に、左支柱27と右支柱28を搬入、下部
プレート26に組合せ、その次に、クライオ部21を搬入・
組合せ、最後に、上部プレート25を搬入・組合せを行い
開放型の超電導磁石を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は磁気共鳴イメージ
ング装置(以下、ＭＲＩ装置という)に関わり、特に、高
磁場を発生する静磁場発生磁石とその磁気シールドを備
えた大型のＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核磁気共鳴現象を利用して人体の断層画
像を得るＭＲＩ装置は広く医療機関で利用されている。
このＭＲＩ装置を用いた検査では、被検体の検査部位の
内部構造を反映する必要から検査部位を配置する空間に
均一な磁場強度を発生する磁石を必要としている。
【０００３】ＭＲＩ装置の磁石としては、永久磁石、常
電導磁石、超電導磁石が実用化されているが、永久磁石
や常電導磁石に比べ高い静磁場強度を達成できる超電導
磁石の利用が普及しつつある。超電導磁石を用いたＭＲ
Ｉ装置では、均一で高い静磁場強度が得られることによ
り、種々の高速撮影法による検査においても高品質の画
像を得ることが可能となった。
【０００４】一方、磁石のタイプとしては、従来、細長
い筒状のソレノイド型が用いられていたが、被検者の閉
塞感や恐怖感を取り除くため、またＭＲＩ検査を治療や
手術の際のモニターとして利用するインターベンショナ
ル手技を可能とするために、磁石装置の側面や前面を開
放構造にしたオープン型の磁石装置も種々開発されてい
る。そしてこのようなオープン型の磁石装置を用いたＭ
ＲＩ装置においても、高速、高画質の撮影を実現するた
めに超電導磁石を用いた高磁場磁石装置が実用化されて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし被検者が配設さ
れる検査空間において高い静磁場強度を達成したことに
より、磁石の周囲に存在する磁束密度が多くなるという
問題が生じている。この問題は、特にオープン型のＭＲ
Ｉ装置で顕著となる。この磁石外に存在する磁束密度は
漏洩磁場強度と呼ばれ、磁石中心から０．５ミリテスラ
の位置までの距離で定義され、通常この距離はＭＲＩ装
置（磁石装置）を設置した室内の大きさと同じかそれ以
下であることが望まれる。しかし、上述のようなオープ
ン型で且つ磁場強度0.7から1.0テスラの超電導導石の場
合には、この値が10メートル以上となっている。
【０００６】漏洩磁場をできるだけ小さくするために、
磁石を設置する検査室の壁面を強磁性体で囲むという方
法も考えられるが、上述した0.7から1.0テスラの超電導
導石の漏洩磁場強度を、通常の検査室の大きさ(８〜10
メートル)の範囲に抑えるためにはシールドの厚さを10
ｃｍ以上にする必要があり、現実的ではない。
【０００７】これに対し、磁石に強磁性体で構成された
磁気回路を組み合わせる方法もあるが、強磁性体を超電
導コイルの近傍に配置した場合、検査空間に分布する磁
束密度に影響を直接及ぼし、その磁場均一度を劣化する
可能性がある。磁場均一度が劣化すると高次モードの均
一性が要求される撮像法が実施できないことになる。例
えば、脂肪抑制法では、水信号と脂肪信号の3〜4ppm程
度の共鳴周波数の差を利用して人体検査部位の脂肪組織
から発生する高輝度信号を抑制するが、この撮像法は、
z軸の高次モードが30ppm程度発生すると適用できない。
【０００８】一般に、高次モードの不均一磁場を電流シ
ムや微小鉄片を用いて補正するには、大電流シムや大量
の鉄片シムを必要とし、現実的でないことが知られてお
り、従来のMRI装置に用いる磁石は設計段階から高次モ
ードの不均一磁場が発生しないよう超電導コイルの配置
を決定している。しかし、この手法を大規模な磁気回路
（鉄ヨーク）を備えたオープン型の超電導磁石に適用し
ようとすると、鉄ヨークの構造が複雑となり、一体構造
物で製作するには加工が複雑になる、素材の無駄が多く
なるなどの問題がある。更に、一体構造の鉄ヨークを備
えた磁石装置では超電導コイルの組込み作業や、その保
守・点検作業が著しく困難となるという問題があった。
【０００９】そこで本発明は、高磁場磁石を備えたＭＲ
Ｉ装置、特にオープン型のＭＲＩ装置において、漏洩磁
場を効率よく封じ込めて、設置室の空間に抑えることが
可能なMRI装置を提供することを目的とする。また本発
明は検査空間の磁場均一度を高く維持し、脂肪抑制法な
どの検査手法が適用できる開放型の高磁場MRI装置を提
供することを目的とする。さらに本発明は、超導コイル
の組立・保守・点検が容易に実施できるMRI装置を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明のＭＲＩ装置は、所定の空間を挟んで対向配置された
一対の静磁場発生磁石と、前記静磁場発生磁石の各々に
組み込まれる傾斜磁場発生コイルおよび高周波コイル
と、前記静磁場発生磁石の磁気回路を構成するヨークと
を備え、前記ヨークは、前記一対の静磁場発生磁石にそ
れぞれ固定された第1および第2のプレート、および前記
第1および第2のプレートを連結する１ないし複数の支柱
を備え、前記第１、第２のプレートおよび／または前記
支柱は複数のブロックからなることを特徴とする。
【００１１】また本発明のＭＲＩ装置は、ヨークを構成
する複数のブロックが、異なる形状のブロックを含み、
前記静磁場発生磁石が発生する磁束の磁束線に適合する
形状となるように組み合わされることを特徴とする。
【００１２】本発明のMRI装置によれば、ヨークを複数
に分割されたブロックで組み合わせる構成としたことに
より、各ブロックの大きさを機械加工で取り扱える重量
(例えば10トン以下)にすることができ、検査空間の磁場
均一度を乱さない構造、形状のヨークを容易に組み立て
製作することができる。これにより高い磁場均一度を達
成できる。
【００１３】また本発明は、上記ＭＲＩ装置の組み立て
法であって、複数のブロックからなる第１のプレートを
検査室内の所定の場所に固定するステップと、前記第１
のプレートに複数のブロックからなる支柱を順次固定す
るステップと、所定の間隔で対向配置された一対のクラ
イオとこれらクライオを連結する連結管を備えた静磁場
磁石の前記一対のクライオ間に補強を兼ねたフック部材
を挿入し、前記静磁場磁石の一方のクライオの底面が前
記第１のプレート上に載るように、前記静磁場磁石を前
記第１のプレートと支柱との間に固定するステップと、
前記静磁場磁石の他方のクレイオの上に複数のブロック
からなる第２のプレートを順次載せて、前記支柱に固定
するステップと、前記フック部材を取り外すステップと
を含むＭＲＩ装置の組み立て法である。
【００１４】本発明のＭＲＩ装置の組み立て法によれ
ば、磁気シールド部の組立の途中でクライオ部を組込む
ように構成したことにより、ヨークの少なくとも一部を
取外すことでクライオ部の組立・保守・点検が可能とな
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例につ
いて図面を参照して説明する。
【００１６】図1は本発明を適用したＭＲＩ装置の全体
構成図である。このＭＲＩ装置は被検体1が置かれる空
間を挟むように配置された静磁場発生磁石2と、この静
磁場発生磁石2の内側にそれぞれ配置された傾斜磁場コ
イル3と、さらにその内側に配置された高周波コイル5
と、被検体1から発生するNMR信号を検出する検出コイル
7とを備えている。傾斜磁場コイル3と高周波コイル5は
開放型の形状を阻害しないように板状構造をしており、
それぞれ上下一対が静磁場発生磁石2に固定されてい
る。さらにこのＭＲＩ装置は、各コイルの動作タイミン
グを制御するシーケンサ9と、装置の制御を行うととも
にNMR信号を処理し画像化するコンピュータ10と、被検
体1を静磁場発生磁石2の中心空間に配設するテーブル14
を備えている。
【００１７】静磁場発生磁石2は、図示する実施例では
上下に分割された超電導磁石16で構成されており、被検
体1の周りにその体軸と直交する方向に均一な静磁場を
発生させる。その磁場強度は例えば1．0テスラの高磁場
で、磁束の方向は矢印15に示すように床から天井に向っ
ている。磁場均一度は、例えば超電導磁石16の表面に複
数の磁性体小片（図では記載されていない）を貼り付け
るパッシブシミング方式によって、被検体1が配設され
る直後40センチメートルの球空間で約5ppm以下になるよ
うに調整されている。更に、上下の超電導磁石16を囲む
ように磁気回路を構成する鉄ヨーク17が組合わされてい
る。鉄ヨーク17は、後述するように複数のブロックから
なり、磁石外に漏洩する磁束密度を効率よく低減できる
構造となるように組み立てられている。
【００１８】傾斜磁場コイル3は、互いに直交するｘ、
y、ｚの3軸方向に磁束密度を変化させるように巻かれた
３組のコイルからなり、それぞれ傾斜磁場電源4に接続
されている。シーケンサ9からの制御信号に従って傾斜
磁場電源4を駆動して傾斜磁場コイル3に流れる電流値を
変化させることにより３軸からなる傾斜磁場Gx、Gy、Gz
を被検体1に印加するようになっている。
【００１９】高周波コイル5は、高周波コイル5と高周波
電流を流すための高周波電力アンプ6に接続され、被検
体1の検査部位の原子核（通常、水素原子核）を共鳴励
起するための高周波磁場を発生する。高周波電力アンプ
6もシーケンサ9の制御信号で制御されている。
【００２０】検出コイル7は受信器8に接続されており、
受信器8は検出コイル7で検出したNMR信号を増幅・検波
するとともに、コンピュータ10による処理が可能なディ
ジタル信号に変換する。受信器8もシーケンサ9でその動
作タイミングが制御されている。
【００２１】コンピュータ10はディジタル量に変換され
たNMR信号を用いて画像再構成、スペクトル計算等の演
算を行うとともに、シーケンサ9を介してMRI装置の各ユ
ニットの動作を定められたタイミングで制御する。コン
ピュータ10にはデータを記憶する記憶装置11と、処理後
のデータを表示するディスプレイ装置12と、操作入力す
る操作卓13とが接続されている。
【００２２】このような構成において、傾斜磁場コイル
3、高周波コイル5および検出コイル7を組み込んだ静磁
場発生磁石2とテーブル14は、電波シールドの施された
部屋（検査室）18に設置されており、外来電磁波ノイズ
が検出コイル7に入り込むのを防いでいる。そのため検
査室18内の各コイルは、室外の各ユニット(電源4、電力
アンプ6、受信器8)と、フィルター回路19を介して接続
されている。
【００２３】次に静磁場発生磁石2の詳細について説明
する。図２は静磁場発生磁石2の全体斜視図、図３は超
電導磁石16の全体斜視図である。静磁場発生磁石2は、
前述したように超電導磁石16と鉄ヨーク17からなり、超
電導磁石16は、図３に示すように、それぞれ、複数の超
電導コイルリング（図では見えない）が組込まれた上下
一対のクライオ21と、これら上下一対のクライオ21を連
結する、左右一対の連結管24とを備えている。
【００２４】上部のクライオ21にはクライオクーラ23が
組込まれ、クライオ21内に充填されている液体ヘリウム
の蒸発を抑える働きをしている。連結管24には、上下の
クライオ21内の超電導コイルを接続する超電導線や、液
体ヘリウム量を上下のクライオ21で等しくするためのパ
イプや、クライオクーラ23の冷却熱を伝達する熱シール
ド板が組込まれている。クライオクーラ23の反対側には
ヘリウム注入口30等の超電導磁石２の保守・点検用のサ
ービスポートが備えられており、クライオ21を極低温に
維持するようになっている。
【００２５】またクライオ21の表面には、検査空間にお
ける高い磁場均一度を達成するために、パッシブシミン
グ機構として微小鉄片22が貼り付けられている。具体的
には40cm球空間で5ppmの均一な磁場となるように磁場均
一度を補正している。
【００２６】鉄ヨーク17は、このような超電導磁石16の
漏洩磁束を低減する磁気回路を構成するものであり、主
として上部プレート25と、下部プレート26と、上下のプ
レートを連結する左右の支柱27、28とからなる。上下の
プレート25、26の対向する側に、それぞれ上部のクライ
オ21および下部のクライオ21が固定される。上部プレー
ト25、下部プレート26、左支柱27および右支柱28は、そ
れぞれ複数枚の鋼板で構成されている。これら鋼板を組
み合わせた上部プレート25、下部プレート26、左支柱27
および右支柱28は、上下のクライオ21を囲むロの字状の
構造となり、図3に示した超電導磁石16で発生した磁束
は、このロの字構造を通過する閉ループの磁気回路を構
成する。
【００２７】磁気回路を構成する上部プレート25、下部
プレート26、左支柱27および右支柱28の断面積は、それ
ぞれ磁束密度で飽和することのない最少の断面となるよ
うに設計されている。この断面積の選定により、外部に
漏洩磁束を最小限に抑えることができる最少質量の磁石
を構成することができる。具体的には、上部プレート25
と下部プレート26は支柱に連結される、磁束密度の高い
部分のみ厚く、磁束密度が低い中央部分29は両端の部分
より薄く、これにより漏洩磁束を増加させることなく質
量を軽減している。上部プレート25の厚さの薄い中央部
分29を利用して、クライオクーラ23や液体ヘリウムの注
入口30を組込む。これにより装置全体の高さを比較的低
い高さ、例えば2．6メートルに抑えている。
【００２８】このような構造において、各部材をそれぞ
れ単一の部材で構成した場合には、それぞれが約10トン
以上となり、所望の形状とする加工が非常に困難である
が、本発明のＭＲＩ装置では、鉄ヨークの各部材を上述
したように複数の鋼板で構成したことにより、加工、組
み立てを容易にしている。特に後述する上下クライオ21
および連結管24の組み込みを容易に行うことができる。
【００２９】次にこのような静磁場発生磁石2を検査室
内に搬入して組立てる順序について図４〜図１０を参照
して説明する。図４は静磁場発生磁石2とテーブル14を
設置する検査室41の平面図であり、同図において、下部
プレート26が置かれる部分は輪郭線43で、テーブル14が
置かれる部分は輪郭線44で、それぞれ示されており、点
42を静磁場発生磁石2の中心の投影点とするとき、破線
で示す漏洩磁束5ミリテスラの境界45は、検査室41の壁4
6の内側に入っている。静磁場発生磁石2とテーブル14の
搬入・組立作業の前処理として斜線部分47（図では9箇
所）の高さレベル合わせ作業を行う。即ち、斜線部分の
高さが全て同じになるように、0．5ミリメートル厚の鋼
板を必要枚数重ね合わせて、その高さが等しくなるよう
にする。
【００３０】このような前処理後、まず、図５に示すよ
うに、2分割されている下部プレート26を構成する1枚目
のプレート51を磁石の設置場所に配置する。次に、下部
プレート26の2枚目のプレート52を重ね合わせ、ボルト5
3で1枚目のプレート51に固定する。ここで、1枚目のプ
レート51と2枚目のプレート52の間には異物などが入り
込み隙間が生じることが無いように重ね合わせる。
【００３１】ついで図６に示すように、右支柱28を構成
する1枚目のプレート54を下部プレート26を構成するプ
レート52に取付け、ボルト55で固定する。同様に左支柱
27を構成する1枚目のプレート56を下部プレート26を構
成するプレート52に取付、ボルト57（図では見えない位
置）で固定する。図示する実施例では、支柱27、28はそ
れぞれ形状の異なる３組(６枚)のプレートからなり、こ
れらプレートを順次、下部プレート26に取付けて左右の
支柱部分を完成させる（図７）。これらプレートの形状
は、漏洩磁場ができるだけ小くなり、且つクライオ21の
連結管が適合しやすい形状となっている。この下部プレ
ート26への取り付けの際にも、磁束が通過する下部プレ
ート26と左支柱27、右支柱28の合わせ面には異物などに
より隙間が生じないようする。
【００３２】このように下部プレート26に左支柱27、右
支柱28を取り付けた状態で、これらの間に図３に示した
超電導磁石16の基本構成部分を組込む(図８)。この作業
において、超電導磁石を吊り上げるためのフックとして
機能する治具58を、上下のクライオ21間に取り付ける。
この治具58は、フックとして役目のほか、組込み時に上
下のクライオ21を補強する役目を果たしている。同様に
組込み時にクライオクーラ23を補強する目的で上部のク
ライオ21とクライオクーラ23との間に治具59を取付ける
ことが好ましい。これらの治具58と治具59は組込み後に
取り外す。
【００３３】超電導磁石16を組み込んだ後、図９に示す
ように上部プレート25を構成する1枚目のプレート60を
超電導磁石16上にボルト61で固定する。ここでも、磁束
が通過する上部プレート25を構成する1枚目のプレート6
0と左支柱27、右支柱28の合わせ面には異物などにより
隙間が生じないように重ね合わせることは前述と同様で
ある。
【００３４】最後に、図１０に示すように上部プレート
25を構成する2枚目のプレート62を1枚目のプレート60に
重なるように取付け、ボルト63で固定する。このように
複数のブロック（プレート）からなる鉄ヨークを順次組
み立てることにより、全体としては約40トン程度の静磁
場発生磁石であっても、容易に設置場所にて組み立て、
据付を行うことができる。しかも各ブロックの形状を適
切に設計することで、全体として磁束密度で飽和しない
最小の形状とすることができ、漏洩磁場を効率よく低減
し、また静磁場均一度に及ぼす影響を最小にすることが
できる。
【００３５】図１１および図１２に、一例として、外形
寸法が幅3.5メートル、高さ2.6メートル、奥行き2.4メ
ートルの磁石装置を検査室に搬入する状態を示す。この
磁石装置(磁気回路)は、上部プレート25および下部プレ
ート26がそれぞれ２分割され、左支柱27と右支柱28がそ
れぞれ６分割されている。分割された一片の質量は10ト
ン以下となり、また外形形状は最大の上部プレート25と
下部プレート26の分割されたプレートで幅3．5メート
ル、高さ2．4メートル、厚さ15センチメートルになる。
このようなプレートは、図１１に示すように、キャスタ
ー70を用いて立てて運ぶことができ、病院内の廊下の曲
がり角も図１２に示すように通過することができる。
【００３６】このように、分割されたプレートを順次、
検査室に搬入・組立てることで、運び込む質量と大きさ
を大幅に低減することができる。その組み立て時に、前
述したように図３に示すような超電導磁石16を組み込む
とともに、板状のユニットとした傾斜磁場コイル3およ
び高周波コイル5をクライオに固定し、ＭＲＩ装置を完
成する。
【００３７】以上、上下プレートおよび左右支柱をそれ
ぞれ分割して組立てる工程を示したが、分割数や分割さ
れた一片のヨークの形状などは上記実施形態に限定され
ず、ヨークの加工性や現地の搬入条件に応じて適宜変更
することが可能である。例えば上記ブロックをさらに分
割して搬入したり、逆に複数のブロックを組立てたまま
で搬入することも可能である。例えば、左右の支柱を一
体にした状態で搬入することで組立工数を低減すること
ができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、開放構造で高磁場を発
生する磁石を用いたMRI装置の漏洩磁場強度を最小限の
空間に抑えることができる。また本発明によれば、高磁
場を発生する磁石を用いたMRI装置において、検査空間
の磁場均一度を高く維持するための最適な立体形状の鉄
シールド構造を採用することができる。更に、本発明に
よれば、重量、形状の大型の磁石装置を備えたMRI装置
の組立・保守・点検作業の実施を容易にすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるMRI装置の全体構成を示す
図。
【図２】本発明を適用した静磁場発生磁石の外観図。
【図３】図2の静磁場発生磁石の超電導磁石の基本構成
部分を示す図。
【図４】本発明が適用されたMRI装置の設置場所の平面
図。
【図５】下部プレートの組み立てを示す図。
【図６】下部プレートへの左右支柱の組み立てを示す
図。
【図７】下部プレートへの左右支柱の組み立てを示す
図。
【図８】超電導磁石の組み込み状態を示す図。
【図９】上部プレートの組み立てを示す図。
【図１０】上部プレートの組み立てを示す図。
【図１１】プレートの搬入法を説明する図。
【図１２】プレートの搬入法を説明する図。
【符号の説明】
1……被検体 2……静磁場発生磁石 3……傾斜磁場コイル 4……傾斜磁場電源 5……高周波コイル 6……高周波電力アンプ 7……検出コイル 8……受信器 9……シーケンサ 10……コンピュータ 14……テーブル 16……超電導磁石 17……鉄ヨーク 21……クライオ 25……上部プレート（鉄ヨーク部） 26……下部プレート（鉄ヨーク部） 27……左支柱（鉄ヨーク郡） 28……右支柱（鉄ヨーク部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 7/22 ＺＡＡＡ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の空間を挟んで対向配置された一対の
    静磁場発生磁石と、前記静磁場発生磁石の各々に組み込
    まれる傾斜磁場発生コイルおよび高周波コイルと、前記
    静磁場発生磁石の磁気回路を構成するヨークとを備えた
    磁気共鳴イメージング装置において、 前記ヨークは、前記一対の静磁場発生磁石にそれぞれ固
    定された第1および第2のプレート、および前記第1およ
    び第2のプレートを連結する１ないし複数の支柱を備
    え、前記第１、第２のプレートおよび／または前記支柱
    は複数のブロックからなることを特徴とする磁気共鳴イ
    メージング装置。
  2. 【請求項２】前記複数のブロックは、異なる形状のブロ
    ックを含み、前記静磁場発生磁石が発生する磁束の磁束
    線に適合する形状となるように組み合わされることを特
    徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項３】前記静磁場発生磁石は、超電導コイルを組
    込んだクライオ部を有し、前記クライオは前記複数のブ
    ロックに組み込まれていることを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 【請求項４】請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置
    の組み立て法であって、複数のブロックからなる第１の
    プレートを検査室内の所定の場所に固定するステップ
    と、前記第１のプレートに複数のブロックからなる支柱
    を順次固定するステップと、所定の間隔で対向配置され
    た一対のクライオとこれらクライオを連結する連結管を
    備えた静磁場磁石の前記一対のクライオ間に補強を兼ね
    たフック部材を挿入し、前記静磁場磁石の一方のクライ
    オの底面が前記第１のプレート上に載るように、前記静
    磁場磁石を前記第１のプレートと支柱との間に固定する
    ステップと、前記静磁場磁石の他方のクレイオの上に複
    数のブロックからなる第２のプレートを順次載せて、前
    記支柱に固定するステップと、前記フック部材を取り外
    すステップとを含む磁気共鳴イメージング装置の組み立
    て法。
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