JP3939489B2 - 磁石装置およびこれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に用いる磁石装置に関し、特にＭＲＩ装置の傾斜磁場コイル等によって磁石装置に発生する渦電流を低減する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＭＲＩ装置は、静磁場を発生させる静磁場磁石、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル、RFコイルを備え、静磁場、傾斜磁場中に配置した被検体に、RFコイルによって高周波パルスを印加して原子核スピンを励起し、それによって生じた核磁気共鳴信号を検出し、これより被検体の断層画像等を生成する。
【０００３】
このようなＭＲＩ装置では、静磁場磁石として超電導磁石装置を用いることがある。超電導磁石装置には、典型的には被検体の体軸方向に磁場を発生するソレノイド型のものがあるが、近年、ＭＲＩ装置を手術等のモニターとして用いるインターベンショナルＭＲＩ（ＩＶＭＲ）を行うことができ、また被検体に開放感を与える装置として、被検体が置かれる空間の上下に超電導磁石を配置し、これら上下の超電導磁石を収納する真空槽を連結管で連結したオープンタイプの超電導磁石装置も開発されている。このタイプの超電導磁石装置では、上下の超電導磁石を収納した真空槽に接近して、傾斜磁場コイル、ＲＦコイルが配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の超電導磁石装置では、真空槽や真空槽を上下に連結する連結管の素材としては、強度、密閉性、コストなどの観点からアルミニウム合金などの低電気抵抗特性の素材が用いられてきた。そのため、傾斜磁場コイルによって真空槽や連結管に渦電流が生じることになる。また真空槽及び連結管の内部には外部からの熱を遮断するために、２０Ｋ、８０Ｋ等の極低温に保たれた熱シールド板が設けられているが、このような熱シールド板は熱伝導性がよく低電気抵抗特性の素材が用いられているため、真空槽と同様に渦電流発生の問題がある。
【０００５】
一方、上記超電導磁石装置は、計測空間に対するアクセス等の利便性を高めるために、図9に示すように真空槽９を上下に連結する連結管２４がX軸に対して対称に配置していないために、傾斜磁場コイルによって発生する変化磁場で連結管部24に生じる渦電流が、X軸に対して（Y方向に）非対称なものとなる。そして、この非対称な渦電流の影響によって、アーチファクトが生じ、ＭＲＩ装置が生成する画像を劣化させていた。このような非対称な渦電流は、以上のような磁場発生系の電流波形の調整等では補正できないものである。
【０００６】
そこで、本発明は、ＭＲＩ装置の磁石装置、特に超電導磁石装置に生じる空間的に非対称な渦電流による、生成画像の劣化を低減することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題達成のために、本発明の磁石装置は、
任意の1方向を上下方向として、上下方向に離間して配置された1対の真空槽と、当該1対の真空槽の内部空間同士を上下に連結する管状の真空槽連結部と、
前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された超電導特性を有する物質により構成した1対の磁場発生素子とを有し、前記１対の真空槽および前記真空槽連結部は、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明の磁石装置の第一の態様は、上述した、１対の真空槽および真空槽連結部を、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成した磁石装置であって、前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された少なくとも1対の熱シールドと、当該1対の熱シールドを、前記真空槽連結部によって囲まれた空間を通って上下に連結する、管状の熱シールド連結部とを備え、前記熱シールド連結部はその上下方向に連続して或いは間欠的に、高電気抵抗特性を呈するスリット部を有することを特徴とする。なお、ここで高電気抵抗特性を呈するとは、スリット部の間のエアギャップによってもたらされる高電気抵抗特性が存在すること、およびスリット部の間を高電気抵抗特性を有する材料で覆うことを含む意味である。
【０００９】
このようにすることにより、真空槽および真空槽連結部において非対称な渦電流の発生を防止できる。特に熱シールド連結部に、連続的或いは間欠的なスリット部を設けることにより、熱シールドで生じる渦電流の非対称の原因となる、前記熱シールド連結部部分の電流を流れないようにすることができる。なお、熱シールド連結部のスリット部は、少なくとも熱シールドの前後左右方向中心側（即ち、計測空間側）に設けられることが好ましい。
【００１０】
本発明の磁石装置の第二の態様は、上述した、1対の真空槽および真空槽連結部を、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成した磁石装置であって、前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された少なくとも1対の熱シールドと、当該1対の熱シールドを、前記真空槽連結部によって囲まれた空間を通って上下に連結する、管状の熱シールド連結部とを備え、前記熱シールドは、前記熱シールド連結部の内部空間へ通じる穴と、前記穴と対称な位置にある前記穴と同形状の領域に窪みとを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで対称な位置とは、熱シールドの前後方向中心軸及び左右方向中心軸に対して対称であることを意味する。このような位置に穴と電気的に等価な窪みを設けることにより、当該穴の存在によって生じる渦電流の非対称性を軽減することができるようになる。
【００１２】
本発明の第一および第二の態様によれば、高気密性という比較的厳しい条件が課される真空槽側ではなく、熱シールド側で渦電流の非対称性を解消することができる。
【００１３】
本発明の磁石装置の第三の態様は、上述した、1対の真空槽および真空槽連結部を、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成した磁石装置であって、前記真空槽連結部は、その上下方向に連続的或いは間欠的に形成されたスリット部と、このスリット部を覆い、前記真空槽連結部の真空を維持する部材とを有するものである。
【００１４】
本発明の磁石装置の第四の態様は、上述した、1対の真空槽および真空槽連結部を、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成した磁石装置であって、前記真空槽は、前記真空槽連結部の内部空間へ通じる穴と、前記穴と対称な位置にある前記穴と同形状の領域に窪みを有するものである。ここでも対称な位置とは、真空槽の前後方向中心軸及び左右方向中心軸に対して対称であることを意味する。
【００１５】
これら第三および第四の態様によれば、真空槽とその連結管において非対称な渦電流の発生を防止したものである。この場合にも、真空槽連結部のスリット部は、少なくとも熱シールドの前後左右方向中心側（即ち、計測空間側）に設けられることが好ましい。
【００１６】
さらに本発明の磁石装置の第五の態様は、上述した、1対の真空槽および真空槽連結部を、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成した磁石装置であって、前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された少なくとも1対の熱シールドと、当該1対の熱シールドを、前記真空槽連結部によって囲まれた空間を通って上下に連結する、管状の熱シールド連結部とを備え、前記熱シールド連結部はその上下方向に連続して或いは間欠的に、高電気抵抗特性を呈するスリット部を有し、前記熱シールドは、前記熱シールド連結部の内部空間へ通じる穴と、前記穴と対称な位置にある前記穴と同形状の領域に窪みを有するものである。
【００１７】
また本発明のＭＲＩ装置は、静磁場発生手段として、上記磁石装置を備えたものである。すなわち、本発明のＭＲＩ装置は、被検体の置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記被検体に高周波磁場を印加する送信系と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する受信系と、前記核磁気共鳴信号を信号処理し、被検体の画像やスペクトルを形成する信号処理系とを備えたＭＲＩ装置において、前記静磁場発生手段として本発明の磁石装置を用いたものである。
【００１８】
また本発明のＭＲＩ装置は、任意の１方向を上下方向として、上下方向に離間して配置された一対の静磁場発生用の磁石と、これら磁石を連結する支柱とを備えた磁石装置を有する磁気共鳴イメージング装置において、前記支柱はその上下方向に連続して或いは間欠的に、スリット部を有するものである。
【００１９】
このＭＲＩ装置において、支柱は中空状とすることができる。
またこのＭＲＩ装置において、磁石は、磁石を覆うカバーを備え、カバーは支柱の内部空間へ通じる穴と、穴と対称な位置にある穴と同形状の領域に窪みとを有するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず本発明が適用される一般的なＭＲＩ装置の超電導磁石装置の構造と、超電導磁石装置と、傾斜磁場コイルおよびRFコイルの配置について説明する。
【００２１】
図１は超電導磁石装置全体の斜視図、図２は超電導磁石装置の図１中のz方向と垂直な平面による断面図、図３は超電導磁石装置の図１中のz方向と平行な平面による断面図と傾斜磁場コイルおよびRFコイルとの配置関係を示すものである。
【００２２】
図示するように、超電導磁石装置は、主要部として、上下1対の超電導コイル2、上下1対のヘリューム容器6、上下1対の第一の熱シールド7、上下1対の第二の熱シールド8、上下1対の真空槽9、磁気シールド用の鉄板33を備えている。
【００２３】
上下の超電導コイル2は、それぞれ上下のヘリューム容器6内で液体ヘリュームに浸漬した状態で、収納、支持されており、上下のヘリューム容器6は、その問に配置された連結管21によって所定の距離をおいて連結している。また、上下のヘリューム容器6は、それぞれ上下の第一の熱シールド7とその外側に位置する第二の熱シールド8によって囲まれ、連結管21は、上下の第一、第二の熱シールドを所定の距離をおいて連結する連結管22、23によって囲まれている。
【００２４】
これら上下の超電導コイル2、ヘリューム容器6、第一の熱シールド7、第二の熱シールド8は、それぞれ上下の真空槽9に収容され、連結管21、連結管22、23は、上下の真空層9を所定の距離をおいて連結する連結管24に収容されている。そして、これら全体の上下を鉄板33で囲み、更に上下の鉄板33を柱状の鉄柱32によって磁気的に接続している。上下の真空槽9はそれぞれ上下の鉄板23に4個所、ボルト30で固定されている。図３に示すように、上下の真空層9の間に、傾斜磁場コイル50、RFコイル5lが計測空間5を挟んで対向して配置されている。
【００２５】
ここで、真空槽9の連結管24および鉄柱32は、図中のY方向に関し、計測空問5の奥側（後方）に配置されている。この配置により、装置外部から計測空間5に挿入された被検者に対して、検査者は装置の横側から自由にアクセスすることができるため、検査者はIVMRなどを含む種々の処置をより容易に行うことができるようになる。また、超電導磁石装置の計測空間5の中に入った被検者から見た場合には、横方向の視野が広がったことにより、開放感が大きくなるため、安心して検査が受けられるようになる。
【００２６】
このような構造において、超電導コイル2は、計測空間5に上下方向に高強度の均一磁場を発生させる。ヘリューム容器6は、超電導コイル2を液体ヘリュームに浸漬することにより、超電導コイル2を超電導状態に冷却、維持する。
【００２７】
また、ヘリューム容器6は、真空層9は、真空によって外部より断熱されており、さらに、冷凍機（図示せず）で極低温に冷却された第一の熱シールド7とその外側に位置する第二の熱シールド8によって冷却される。これにより、ヘリューム容器6内のヘリユームの蒸発が抑えられる。なお、この構造では、連結管22、23を高い熱伝導しやすい材料構造とすることで、冷凍機を上下の真空槽9にそれぞれ1台ずつ設ける必要を無くしている。また、第一の熱シールド7と第二の熱シールド8は熱電導性に優れた、したがって、通常、低電気抵抗特性を有する素材で形成される。
【００２８】
そして、鉄板33による磁気シールドは、強磁性体によって超電導コイル2の上下を囲み、超電導コイル2によって発生する磁束に対し磁路（帰路）を形成することにより、漏洩磁場を低減し、漏洩磁場が遠方にまで広がることを抑制している。なお、磁気シールドは、磁気的に強磁性を示すものであれば鉄以外の材質も選択可能ではあるが、磁気的特性、コスト、機械的強度を考慮すると、一般には鉄の使用が望ましい。
【００２９】
次にこのような構造における本発明の一実施形態について説明する。
図４は、この実施形態における真空槽9の下方部分の斜視図、図５の真空槽9内部下方部分の斜視図である。この実施形態では、真空槽9と連結管24は高電気抵抗材料、たとえば、ステンレス鋼で形成されている。これによって、傾斜磁場コイルの磁束が第二の熱シールド8に達するようにする。すなわち、真空槽9と連結管24における渦電流をおこし難くし、第二の熱シールド8と連結管23とに意図的に渦電流を発生させるようにしている。
【００３０】
但し、単に、このように真空槽9と連結管24を高電気抵抗材料としただけでは、図9に真空槽9について示した場合と同様に、第二の熱シールド8とその連結管23に、傾斜磁場コイルで発生するバルス的磁場変化で、図中のX軸に対して非対称な渦電流が生じ、生成画像を劣化させる。
【００３１】
そこで、この実施形態では、さらに、上下の第一の熱シールド7を連結する連結管22と、上下の第二の熱シールド8を連結する連結管23に、上下方向のスリット（切り欠き）41を設ける。これにより連結管２２、２３の周方向についてギャップを形成することで渦電流が流れないようにし、これにより渦電流の非対称性を低減する。スリットの位置は、計測空間５に最も近い部分であることが好ましい。
【００３２】
この実施形態では、スリット41を上下方向に連続した場合を説明したが、スリットは、図６に示すように、上下方向に断続的に数箇所設けるようにしてもよい。渦電流の防止からすれば、スリット42は図４に示すように連続的とすることが望ましいが、このように断続的にすることにより、第一の熱シールド7、第二の熱シールド8の強度、耐変形性を向上することができる。この場合、スリットは少なくとも連結管２２、２３の熱シールドに接続する部分から始まるように設けることが好ましい。これにより最も影響の大きい渦電流を防止することができる。
【００３３】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
この実施形態は、図３の超電導磁石装置において、連結管23内部の空間を第二の熱シールド8で囲んだ空間内に連結するための穴（第二の熱シールド8の連結管23の底の位置の穴）の分、渦電流の流れに非対称が生じることを解決するものである。
【００３４】
すなわち、この実施形態でも、前述した実施形態と同様に真空槽9と連結管24を高電気抵抗材料にする点は同じであるが、さらに図７に示すように、第二の熱シールド8に、２つの連結管23の底の位置の穴と同一の形状の穴40を、連結管23の底の位置の穴とX軸、Y軸双方に対して対称となるように設ける。これにより第二の熱シールド８上面における渦電流の非対称性を改善することができる。この実施形態でも、図４の実施形態と同様に、第一、第二の熱シールドに連続的又は断続的な上下方向のスリットを設けることが好ましい。
【００３５】
またこの実施形態では、第二の熱シールド8に設けた穴40によって熱遮蔽性能が劣化するのを軽減するために、図８に示すように、電気的には高抵抗で、熱を伝えやすい接着材44でアルミニウム製フタ43を穴40を覆うように第二の熱シールド8に接着することが好ましい。
【００３６】
なお、以上の各実施形態では、二つの熱シールドの連結管22、23の双方にスリット41（42）を設けたが、これは要求性能に応じて、第二の熱シールド8の連結管23のみにスリット41（42）を設けるようにしてもよい。また、スリット41（42）の形状は、図示した細長の形状以外の形状としてもかまわない。また、スリット41（42）を、第２の実施形態において穴40を蓋で覆ったのと同様に、高電気抵抗性、高熱伝導性の接着剤により電気的に絶縁した蓋により覆うようにしてもよい。これによりスリットにより連結管の強度が低下するのを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の第一および第二の態様として、真空槽および真空槽連結管を高電気抵抗材料にして、熱シールドの連結管で非対称な渦電流の対策を行う実施形態について説明した。この態様は、真空度を維持する観点から有利であるが、本発明では真空槽9の連結管24で非対称な渦電流の対策を行うことも可能である。
【００３８】
すなわち、本発明の第三の態様では、真空槽9とその連結管24を低電気抵抗性のままとして、真空槽9の連結管24に、図５及び図６に示すものと同様のスリットを設けると共にこれを覆うように、他部と電気的に絶縁して設けた蓋を設ける。これにより真空槽9の気密を保ったまま電流が流れない領域を形成することができる。或いは真空槽9と連結管24のうち、連結管24のみを高電気抵抗材料で形成することにより、非対称な渦電流の対策を行うようにしてもよい。
【００３９】
さらに第四の態様では、真空槽9上面に流れる渦電流の非対称性をさらに改善するために、連結管24内部の空間を真空槽9内部に連結するための穴と同形状の穴を、X軸、Y軸双方に対して対称となるように設ける。これら第四の態様においても、真空槽9にスリットと蓋を設けることが好ましい。
【００４０】
以上、本発明の超電導磁石装置を図１〜図３に示す装置に適用する場合を説明したが、本発明の磁石装置は鉄板33を有しないアクディブシールドタイプの静磁場発生方式の磁石装置や、対向面に磁極片を配置した静磁場発生方式の磁石装置についても同様に適用することができる。また、連結管24の数や配置は、任意であってよい。
【００４１】
図１０に、本発明の磁石装置を採用したＭＲＩ装置の概略構成を示す。このＭＲＩ装置は、被検体101が置かれる空間に静磁場を発生する磁石102と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル103と、被検体の撮像領域に高周波磁場を発生するRFコイル104と、被検体101が発生する核磁気共鳴信号を検出するRFプローブ105とを備えている。さらに被検体101を静磁場空間に搬送するためのベッド112を備えている。磁石102は、図１に示すような外観を有するオープンタイプの超電導磁石装置であり、非対称な渦電流の発生が改善されている。
【００４２】
傾斜磁場コイル103は、X、Y、Zの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源109からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。RFコイル104はRF送信部110の信号に応じて高周波磁場を発生する。
【００４３】
RFプローブ106からの信号は、信号検出部106で検出され、信号処理部107で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像は表示部108で表示される。
【００４４】
傾斜磁場電源109、RF送信部110、信号検出部106は制御部111により、撮影方法によって決まる所定のパルスシーケンスに従い、傾斜磁場および高周波磁場の印加および信号の検出のタイミングが制御される。
【００４５】
このようなＭＲＩ装置では、傾斜磁場コイルの駆動に伴い、磁石102の真空槽や連結管或いは熱シールドやその連結管に渦電流が生じるが、磁石102として渦電流の非対称性を改善した磁石装置を採用したことにより、非対称渦電流に起因するアーチファクトを防止し、高品質の画像を生成することができる。
【００４６】
以上、本発明を超電導磁石装置について説明したが、本発明は超電導磁石を用いたＭＲＩ装置のみならず、永久磁石を用いた磁石装置およびＭＲＩ装置に適用することが可能である。即ち一対の磁石を支持する支柱を中空にして、これにスリット部を設けることにより渦電流を抑制できる。この場合にもスリット部は連続していても間欠的であってもよく、また高電気抵抗材料で覆って支柱の強度を補強することもできる。さらに磁石を覆うカバーが低電気抵抗材料の場合には、カバーの、支柱が取り付けられた穴と対応する位置に窪みを設けることも可能であり、これによってカバーに発生する渦電流の非対称性を解消することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、傾斜磁場コイルからの漏れ磁束を低減したり、特別な補正コイル等の非対称渦電流による影響を補正するため機構を必要とすることなく、非対称な渦電流が低減できる。また超電導磁石装置に生じる空間的に非対称な渦電流を効果的に防止できるので、この超電導磁石装置をＭＲＩ装置に採用した場合に渦電流に起因する生成画像の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される超電導磁石装置全体の斜視図である。
【図２】図１の超電導磁石装置のz方向に垂直な平面による断面図である。
【図３】図１の超電導磁石装置のz方向と平行な平面による断面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態に係る真空槽の下方部分の斜視図である。
【図５】本発明の第1の実施形態に係る真空槽内部の下方部分の斜視図である。
【図６】本発明の第2の実施形態に係る真空槽内部の下方部分の斜視図である。
【図７】本発明の第3の実施形態に係る真空槽内部の下方部分の斜視図である。
【図８】本発明の第3の実施形態に係る穴とこれを覆うアルミニウム蓋の断面構造を示す図である。
【図９】従来の超電導磁石装置において発生する渦電流を示す図である。
【図１０】本発明超の電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
2・・・超電導コイル、5・・・計測空間、6・・・ヘリューム容器、7・・・第一の熱シールド、8・・・第二の熱シールド、9・・・真空槽、22・・・連結管、23・・・連結管、24・・・連結管、30・・・ボルト、32・・・鉄板、33・・・鉄板、40・・・穴、41・・・スリット、42・・・スリット、43・・・アルミニウム製フタ、44・・・接着材、50・・・傾斜磁場コイル、5l・・・RFコイル

Claims (4)

1. 任意の1方向を上下方向として、
   上下方向に離間して配置された1対の真空槽と、当該1対の真空槽の内部空間同士を上下に連結する管状の真空槽連結部と、
   前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された超電導特性を有する物質により構成した1対の磁場発生素子と、前記1対の真空槽内にそれぞれ配置された少なくとも1対の熱シールドと、当該1対の熱シールドを、前記真空槽連結部によって囲まれた空間を通って上下に連結する、管状の熱シールド連結部とを備えた磁石装置であって、
   前記１対の真空槽および前記真空槽連結部は、高電気抵抗特性を有する素材を用いて形成されており、且つ、前記熱シールド連結部は、少なくとも前記磁場発生素子によって形成された磁場の中心側に、その上下方向に連続して或いは間欠的に、高電気抵抗特性を呈するスリット部を有することを特徴とする磁石装置。
2. 請求項１記載の磁石装置であって、
   前記スリット部の少なくとも一部は、前記熱シールド連結部と熱シールドとの接続部近傍に形成されていることを特徴とする磁石装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁石装置であって、
   前記熱シールドは、前記熱シールド連結部の内部空間へ通じる穴と、前記穴と対称な位置にある前記穴と同形状の領域に窪みを有することを特徴とする磁石装置。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置。

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