JP3233974B2

JP3233974B2 - Ｍｒｉ用高周波磁界シールド

Info

Publication number: JP3233974B2
Application number: JP08900492A
Authority: JP
Inventors: 良知坂倉; 基司原頭; 徹瀬川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH05285122A; US5396173A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＭＲＩ装置の傾斜磁
場コイルと高周波磁場コイルとの間に配設される高周波
磁界シールドに関し、とくに、傾斜磁場による渦電流の
発生を防止するスリットを形成する一方で、高周波磁気
シールドの効果を高めるために、そのスリットをコンデ
ンサで繋ぐ構造の高周波磁界シールドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置
は、一般に、図４に示すようなコイル配置となってい
る。これを詳述すると、図４に示すＭＲＩ装置は、超電
導方式を採用しており、所定の肉厚を有する円筒状クラ
イオスタット２の中に超電導の主コイル３が巻装され、
このクライオスタット２の内周面側にシムコイル４、傾
斜磁場コイル５、及び高周波コイル６（以下、ＲＦコイ
ルという）が順に配設されている。この内、傾斜磁場コ
イル５とＲＦコイル６との間には、傾斜磁場コイル５の
内側に取り付けた状態で、銅箔から成る円筒状の高周波
磁界シールド７が設置されている。

【０００３】この高周波磁界シールド７には、３つの条
件が要求されている。第１に、傾斜磁場コイル５を経由
してＲＦコイル６に伝搬してくる高周波ノイズ（ここで
は、ＭＲＩの共鳴周波数、例えば６３．９ＭＨｚ（磁場
１．５Ｔ）付近のノイズを問題とし、特に、その磁界成
分）を遮蔽すること、第２に、傾斜磁場コイル５とＲＦ
コイル６の磁気的カップリングを除去してＲＦコイル６
のＱ値の低下を防止することである。これら２つの条件
を満たすには、なるべく遮蔽面積の大きい導電性で且つ
非磁性の、孔などが開いていない部材が適している。第
３に、傾斜磁場コイル５から傾斜磁場を発生させたと
き、この傾斜磁場に因って高周波磁界シールド７に誘起
される低周波（数十ｋＨｚ以下）の渦電流を極力抑え、
傾斜磁場波形のなまりに拠る画像歪みを防止することで
ある。この低周波の渦電流を遮断するため、高周波磁界
シールド７には通常、適度な間隔及び大きさのスリット
が複数形成されている。

【０００４】しかし、上述のように、第３番目の要求、
即ち低周波の渦電流の発生防止を満足させるために単に
スリットを形成しただけでは、高周波ノイズ（周波数は
例えば上述のように６３．９ＭＨｚ）の磁界を打ち消す
ための反対方向の磁界を発生する高周波の渦電流（傾斜
磁場に因って発生する低周波の渦電流とは別のもの）が
スリットに遮断されて弱まり、第１及び第２の要求に係
る高周波磁気シールド効果が半減してしまう（例えば、
「電子機器のノイズ対策法」（仁田周一著、オーム社発
行）の７１〜７２頁参照）。つまり、第１及び第２番目
の要求と第３番目の要求は、低周波の渦電流遮断と高周
波の渦電流発生という点で、相反する内容になってお
り、それらの要求を両立させるには別の手立てが必要で
あった。

【０００５】この手立てとして従来知られているもの
は、図５に示すように、隣接する２枚の短冊状の導体板
７ａ，７ａをオーバーラップさせ、その長尺状のオーバ
ーラップ部分に短冊状の誘電体８を挟んでコンデンサを
形成させ、このコンデンサを介して導体板７ａ，７ａを
電気的に接続したものである（例えば日磁医誌、Vol,9N
o.1 (1989) ８６〜８９参照）。さらに、この図５の例
では、上記オーバーラップ部分を利用したコンデンサに
集中定数のチップコンデンサ９…９を補強用として併設
している。スリット繋ぎ目のインピーダンスＺは、抵抗
ＲとコンデンサＣの並列回路に等価的に置換でき（図６
参照）、問題としている角周波数をωとすると、

【数１】｜Ｚ｜＝Ｒ／（１＋ω²ＲＣ）^1/2 … 式１の式で表されるから、オーバーラップに拠るコンデンサ
の積極的な設置により、スリット繋ぎ目のインピーダン
スを下げ、高周波磁界相殺用の反対方向磁界を発生させ
る渦電流が切れるのを抑えようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスリット繋ぎ目の構造は、図７に示すように、導体板
（銅箔）７ａのオーバーラップに拠る単層構造のコンデ
ンサ（並行板コンデンサと見做される）であるため、そ
の極板面積にも物理的限度があること且つ極板間隔も絶
縁の信頼性から無制限には小さくできないこともあっ
て、その単位長さ当たりの静電容量に限界があり、その
静電容量はさほど大きくはできない。

【０００７】ここで、その静電容量の一例を計算してみ
る。図７に係る単層構造のコンデンサにおいて、導体板
７ａである銅ストリップ（長さ８０mm，銅厚１８μｍ，
接着剤厚３５μｍ）を、誘電体８としてのテフロン（デ
ュポン社のポリテトラフロロエチレンの商品名）のシー
ト（長さ９０mm，厚さ２０μｍ，接着剤厚２０μｍ）を
挟んで１０mm幅ずつオーバーラップさせたとする。接着
剤の比誘電率をテフロンとほぼ同じ、ε_ｒ＝２．３と仮
定すると、単位長さ当たりの静電容量Ｃは、およそ、

【数２】Ｃ＝８．８５５×１０^-12ε_ｒＳ／ｄとなる。ここで、Ｓは平行板導体の面積、ｄは導体板の
間隔であり、夫々およそ、

【数３】Ｓ＝１×１０^-2［ｍ²］

【数４】であるから、結局、

【数５】Ｃ＝２７１６［ｐＦ／ｍ］程度にしかならない。

【０００８】しかも、補助用のチップコンデンサも局所
的な結合であるため、全ての繋ぎ目でのインピーダンス
が小さくなるわけではないので、高周波磁気に対するシ
ールド効果が低いという、解決しなければならない課題
が残されていた。

【０００９】他方、上記図７のコンデンサを形成する
際、シールド部材である薄い導体板（極板）７ａ…７ａ
のオーバーラップという製作工程が入るため、加工精度
の確保が難しく、シールド効果が不安定になり、また組
立て効率も非常に悪いという問題もあった。

【００１０】この発明は、上述した従来の問題に鑑みな
されたもので、傾斜磁場によって高周波磁界シールドに
誘起される低周波の渦電流に因る傾斜磁場波形のなまり
を抑えた状態で、高周波磁気シールド効果を高めること
を、一つの目的とする。また、加工を容易にして安定し
た特性の高周波磁気シールドを提供することを、別の目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係るＭＲＩ用高周波磁界シールドは、Ｍ
ＲＩ装置の傾斜磁場コイルと高周波磁場コイルとの間に
設置され且つスリットを形成された導電性の遮蔽部材
と、上記スリット両端部を電気的に接続するコンデンサ
とを有したＭＲＩ用高周波磁界シールドにおいて、上記
コンデンサを、長尺状且つ板状の１対の対向する極板
と、この両極板からそれらの向かい合う方向に互い違い
に突設された長尺状且つ板状の部材であって、少なくと
も片方の極板側が複数枚であるサブ極板と、このサブ極
板及び上記極板間に充填された誘電体とで形成し、上記
コンデンサを上記スリットに沿って配置し、上記１対の
極板の長手方向全域を上記スリット両端部に連続的に夫
々電気的結合させた。

【００１２】別の態様として、前記コンデンサが、前記
遮蔽部材と前記高周波磁場コイルが配置される位置を含
め、前記高周波磁場コイルの長手方向の長さ以上の範囲
にわたり、連続して分布定数的に電気的接続がなされて
いる。また前記スリットを形成された導電性の遮蔽部材
の厚さの合計が、前記高周波磁場コイルにより発生され
る高周波磁場の周波数で決まる表皮厚さの約３倍以上で
ある。さらに、前記コンデンサを構成する前記誘電体
は、前記ＲＦコイルによる高周波電界に対して低損失の
部材である。

【００１３】

【作用】この発明に係る高周波磁界シールドでは、両方
の極板及びそれらのサブ極板間に誘電体が充填されるこ
とで、コンデンサは複数層の積層形であって、スリット
の軸方向に長い長尺状に形成される。しかも、両方の極
板はスリットの両端部に、その軸方向に沿って連続的に
結合されている。これにより、スリットを繋ぐコンデン
サの容量を従来のものよりも増加させることができる。
したがって、誘電体の積層数、材質などの条件を適度に
選択し、その容量を適度な値に設定することにより、ス
リット部分が高周波電流に対しては低いインピーダンス
を呈して、高周波磁気シールド効果を高める一方、低周
波電流に対しては高いインピーダンスを呈して、傾斜磁
場波形の鈍化を抑制できる。また、コンデンサは分布定
数的な容量を持つので、繋ぎ目の任意の箇所で連続して
インピーダンスが低下し、高周波磁気に対するシールド
効果が高くなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明に係るＭＲＩ用高周波磁界シ
ールドの一実施例を図１〜図３に基づき説明する。な
お、従来と同一の構成要素については同一の符号を用い
て、その説明を簡略化又は省略する。

【００１５】この実施例の高周波磁界シールドは、前述
した図４に示す超電導方式のＭＲＩ装置におけるのと同
じ位置に配置されたもので、図１はＭＲＩ装置の磁石部
の軸方向からみた多分割形の高周波磁界シールドの配置
位置を示している。

【００１６】図１において、傾斜磁場コイル５とＲＦコ
イル６との間に、高周波磁界シールド１７が、傾斜磁場
コイル５の内側に貼り付けた状態で設置されている。こ
の高周波磁界シールド１７は、長尺状の銅箔から成る、
分割されたシールド部材（遮蔽部材）１７ａ…１７ａ
と、このシールド部材１７ａ…１７ａの間に接続された
積層形コンデンサ１７ｂ…１７ｂとを有する。この内、
シールド部材１７ａ…１７ａの各々には、傾斜磁場コイ
ル５の内側に軸方向に沿って貼り付けられ、シールド部
材１７ａ…１７ａの相互間に軸方向に延びる所定間隔の
複数のスリット１７ｃ…１７ｃが形成されている。

【００１７】上記積層形コンデンサ１７ｂ…１７ｂの各
々は図２に示すように形成されている。即ち、各コンデ
ンサ１７ｂは、長尺状且つ板状の２枚の極板２１、２２
と、この２枚の極板２１及び２２の各々から、それらが
対向する側に互いに入れ違いになる状態で一体に立設さ
れた各複数枚の長尺状且つ板状のサブ極板２３ａ…２３
ａ及び２４ａ…２４ａと、これらの極板２１、２２及び
サブ極板２３ａ…２３ａ、２４ａ…２４ａ間に積層状態
で連続的に充填された誘電体２５とを備えている。２枚
の極板２１、２２は、スリット１７ｃ両端のシールド部
材１７ａ、１７ａの端部に半田付け（参照符号２６で示
す）によって立設状態で、しかもスリット軸方向に連続
的に接合されている。

【００１８】１対の極板２１、２２及びサブ極板２３ａ
…２３ａ、２４ａ…２４ａには、この実施例では厚さ３
５μｍの圧延銅泊が使用されている。サブ極板２３ａ…
２３ａ及び２４ａ…２４ａは各々６枚で形成され、互い
に入れ違いで所定間隔を保持するように極板２１及び２
２から櫛形に突設されている。なお、上面及び底面をカ
バーするサブ極板２３ａ，２３ａ及び２４ａ，２４ａ
は、誘電体２５の補強も兼ねている。極板２１、２２の
長手方向の両側面はメッキされ、上面及び底面（スリッ
ト１７ｃに開口した面）はメッキされずにそのまま露出
させている。なお、誘電体２５が充填されるサブ極板間
の離間距離は、ここでは６０μｍに設定されている。

【００１９】誘電体２５には、比誘電率ε_rがおよそ２
〜１０，誘電正接tan δ＝０．０００８（周波数１０Ｇ
Ｈｚのとき）程度のテフロン或いはセラミックパウダー
入りテフロン材など、低損失（この実施例での低損失と
は、テフロン材と同等又はそれ以下の低い損失をいう）
の部材が使われるが、セラミックでもよい。

【００２０】このように構成することにより、各層の厚
さが６０μｍ、幅がここでは２５mm、軸方向長さがここ
では５００mmの誘電体２５を９層に積み上げ、全体の厚
さが約０．９mm（＝６０×９＋３５×１０）の積層形コ
ンデンサ１７ｂが形成される。この積層形コンデンサ１
７ｂがこの実施例では、各スリット１７ｃの軸方向全域
にわたって配置され且つその両極板２１、２２がスリッ
ト両端部に軸方向にわたって連続的に接合され、分布定
数形のコンデンサとして機能するようになっている。な
お、この分布定数形でもあるコンデンサ１７ｂは、単位
長さ当たりでは集中定数素子のコンデンサに等価的に置
き換えできる。さらに、コンデンサ１７ｂの単位長さ当
たりの静電容量の値は、スリット１７ｃのインピーダン
スが高周波の渦電流に対しては十分小さいが、低周波の
渦電流に対しては十分大きくなるように選択されるもの
である。

【００２１】また、この実施例では、分割されたシール
ド部材１７ａの厚さの合計は、ＲＦコイル６の発生する
高周波磁場の周波数ｆ₀（ラーモア周波数）に拠る表皮
の厚さの３倍以上に設定されている。ここでいう表皮の
厚さｕは、

【数６】ｕ＝（２／ωσμ）^1/2 で表される。μは導体の透磁率、σは導体の導電率、ω
は２πｆ₀である。平面波を有する電磁波が導体に当た
ったときの、部材内部での振幅の減衰率は、図３に示す
ように、指数関数的に低下することが知られている。こ
れにより、厚さ３ｕの導体透過後の電磁波は、透過前の
約５％まで振幅の減衰がみられることになる。

【００２２】次いで、この実施例の作用効果を説明す
る。

【００２３】図２に示した積層形コンデンサ１７ｂの単
位長さ当たりの静電容量の例を計算してみる。多層なの
で、平行板導体の面積Ｓ，導体板の間隔ｄは、およそ、

【数７】

【数８】ｄ＝０．０６÷１０００＝６×１０^-5［ｍ］である。比誘電率ε_ｒを約２．１とすると、静電容量Ｃ
はおよそ、

【数９】Ｃ＝５６４０６［ｐＦ／ｍ］となる。つまり、従来のオーバーラップによる単層構造
のコンデンサ（図７参照）に比べて、約２１倍の容量に
なる。

【００２４】そこで、高周波の渦電流（周波数６３．９
ＭＨｚとする）に対する、スリット繋ぎ目のインピーダ
ンスＺは、単位長さ当たり、およそ、

【数１０】｜Ｚ｜＝｜１／ｊωＣ｜＝０．０４４［Ω／ｍ］となる。これに対して、図７に記載した従来の並行板コ
ンデンサによるインピーダンスＺ₀は、単位長さ当た
り、およそ、

【数１１】である。

【００２５】このように、高周波の渦電流に対しては、
積層形コンデンサ１７ｂによるスリット繋ぎ目のインピ
ーダンスが従来よりも著しく低減し、且つ、低損失であ
るから、高周波の渦電流はほぼ遮断されることなく流
れ、理想に近い導電状態となり、高周波磁場に対する十
分なシールド効果が得られる。つまり、傾斜磁場コイル
５を経由してＲＦコイル６に入り込む高周波ノイズが減
少し、また、傾斜磁場コイル５とＲＦコイル６の磁気的
カップリングに起因するＲＦコイル６のＱ値も殆ど低下
せず、Ｓ／Ｎ比が向上する。一方、積層形コンデンサ１
７ｂに係るスリット繋ぎ目のインピーダンスが、低周波
の渦電流に対しては十分に高い値を示すように予め設計
すれば、傾斜磁場コイル５による傾斜磁場波形のなまり
も抑制され、画像歪みも適確に防止される。これによっ
て、高周波シールド１７に要求される、前述した３つの
条件が同時にほぼ満足される。

【００２６】さらに、この積層形コンデンサ１７ｂは長
尺状に形成されているから、スリット両端部に分布定数
的に且つ均一に接続された状態で、スリット１７ｃを全
体を塞ぐ。そして、分割されたシールド部材の厚さの合
計が表皮の厚さｕの３倍程度以上あるから、図３に示し
たように到来電磁波を十分に減衰させ、シールド効果が
高められる。実際には、サブ極板は多層構造なので、そ
の厚さ合計値が表皮の厚さｕの３倍以下であっても相当
のシールド効果が得られる。

【００２７】さらに、この実施例の積層形コンデンサ１
７ｂは全体がシート状なので、分布定数的な静電容量を
呈するから、従来のように集中定数素子のコンデンサを
取り付ける場合の位置精度に対する留意は殆ど必要無く
なる。このことを詳述すると、次のようになる。高周波
シールドは、前述したようにＲＦコイル６の電流パター
ンに相似な渦電流の発生によりなされるから、その渦電
流の経路のインピーダンスは十分低くなければならない
し、その経路に損失を生じる物質が在ることは望ましく
ない。その渦電流の経路のインピーダンスを下げるため
とは言え、渦電流の経路を特定して、ＲＦコイル６と高
周波シールド１７との位置関係を正確に固定することは
難しい。そこで、この実施例のコンデンサ１７ｂのよう
に分布定数的に容量が分布していると、どの経路の渦電
流に対してもインピーダンスが低くなっているから、コ
ンデンサ１７ｂとＲＦコイル６との軸方向の位置ずれに
起因して、シールド効果が変化するということも理論上
では有り得ないことになる。したがって、コンデンサ１
７ｂの軸方向の取り付けが簡単になる。一方、従来のよ
うにオーバーラップという煩わしい加工が不要になる。
この結果、コンデンサ設置加工が従来よりも格段に簡単
になり、作業能率も大幅に向上すると共に、加工精度の
向上によって、安定したシールド効果を発揮でき、ＭＲ
Ｉ装置の信頼性も増す。

【００２８】なお、この発明が適用可能な高周波磁気シ
ールドにおけるスリットの形状は、上述した実施例の如
く、シールド部材を軸方向（ｚ軸方向とする）に多分割
するものに限定されることなく、ｘｙ面、ｙｚ面、ｚｘ
面に対し面対称であり、一続きの導体部分に形成される
渦電流の時定数が傾斜磁場の立上がり時間よりも十分短
くなるように形成されたスリットであれば、任意形状の
スリット（例えば、米国特許４，６４２，５６９号中の
図３及び図６記載のスリット形状や、「R.J.Ordidge et
al, "Snapshot Imaging at 0.5T Using Echo-Planar T
echniques",MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE 10, 227-
240(1989)」の図２記載のスリット形状）に適用でき
る。

【００２９】また、この発明に係る積層形コンデンサ
は、そのスリット軸方向の長さがＲＦコイルの軸方向長
さ以上であって、その軸方向長さをカバーできるように
設置されればよい。なお、この発明に係る積層形コンデ
ンサの特殊な使い方としては、スリットを横切る渦電流
の経路のみをカバーできる軸方向長さとしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＭＲＩ
用高周波磁気シールドは、遮蔽部材にスリットを設け、
このスリットに接続するコンデンサを、長尺状且つ板状
の１対の対向する極板と、この両極板からその向かい合
う方向に互い違いに突設された、少なくとも片方の極板
側が複数枚のサブ極板と、このサブ極板及び上記極板間
に充填された誘電体とで形成し、このコンデンサを上記
スリットの長手方向に沿って配置し、１対の極板の長手
方向全域をスリットの長手方向両端部に各々連続して電
気的結合させた構造とした。このため、従来の単層のコ
ンデンサに比べて静電容量を十分に大きくして、スリッ
トのインピーダンスを高周波の渦電流に対しては十分に
小さくし、高周波磁気シールドの効果を従来よりも格段
に高めることができるとともに、低周波の渦電流に対し
てはそのインピーダンスを大きな値に保持して、傾斜磁
場波形の鈍化に拠る画像歪み等のアーチファクトを抑制
でき、それら両者を高いレベルで両立させること、また
比較的簡素な構成で済み且つ分布定数形のコンデンサと
なることにより取付け加工が容易になる等、スリットを
用いたシールドとしては従来よりも格段に信頼性が高
く、使い易い高周波磁気シールドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る高周波磁気シールド
の位置を示す概略断面図。

【図２】図１中の積層形コンデンサとその取付け状態を
示す斜視図。

【図３】表皮効果の厚さを説明する平面電磁波減衰曲線
のグラフ。

【図４】ＭＲＩ装置の磁石部の概略断面図。

【図５】従来の高周波磁気シールドの一例を示す部分斜
視図。

【図６】スリットの等価回路を説明する説明図。

【図７】従来のオーバーラップによって形成される単層
並行板コンデンサの断面図。

【符号の説明】

５傾斜磁場コイル６ＲＦコイル１７高周波磁気シールド１７ａシールド部材（銅箔）１７ｂ積層形コンデンサ１７ｃスリット２１，２２極板２３ａ，２４ａサブ極板２５誘電体（テフロン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−24019（ＪＰ，Ａ) 特開平１−259848（ＪＰ，Ａ) 特開平２−95347（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルと高周波磁場
コイルとの間に設置され且つスリットを形成された導電
性の遮蔽部材と、上記スリット両端部を電気的に接続す
るコンデンサとを有したＭＲＩ用高周波磁界シールドに
おいて、上記コンデンサを、長尺状且つ板状の１対の対
向する極板と、この両極板からそれらの向かい合う方向
に互い違いに突設された長尺状且つ板状の部材であっ
て、少なくとも片方の極板側が複数枚であるサブ極板
と、このサブ極板及び上記極板間に充填された誘電体と
で形成し、上記コンデンサを上記スリットに沿って配置
し、上記１対の極板の長手方向全域を上記スリット両端
部に連続的に夫々電気的結合させたことを特徴とするＭ
ＲＩ用高周波磁界シールド。
【請求項２】前記コンデンサが、前記遮蔽部材と前記
高周波磁場コイルが配置される位置を含め、前記高周波
磁場コイルの長手方向の長さ以上の範囲にわたり、連続
して分布定数的に電気的接続がなされていることを特徴
とするＭＲＩ用高周波磁界シールド。
【請求項３】前記誘電体は、前記ＲＦコイルによる高
周波電界に対して低損失の部材である請求項１記載のＭ
ＲＩ用高周波磁界シールド。
【請求項４】前記スリットを形成された導電性の遮蔽部
材の厚さの合計が、前記高周波磁場コイルにより発生さ
れる高周波磁場の周波数で決まる表皮厚さの約３倍以上
である請求項１記載のＭＲＩ用高周波磁界シールド。