JPH01113034A - 核磁気共鳴断層撮影装置の常電導電磁石 - Google Patents

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、水冷の冷却板をコイル面に取り付けて冷却す
る間接冷却方式の核磁気共鳴断層撮影装置の常電導電磁
石に関する。

（従来の技術） 核磁気共鳴く以下ＮＭＲという）現象を用いて特定原子
核に注目した被検体の断層像を得るＮＭＲ−ＣＴは従来
から知られている。このＮＭＲ−ＣＴの原理の概要を簡
単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えば２軸方向の静磁場Ｈａの中におく
と、前記の原子核は次式で示す角速度ω０で歳差運動を
する。これをラーモアの歳差運動という。

ω０−γ１」ｏ　　　但し、γ：核磁気回転比今、静！
ａ場のあるｚ軸に垂直な軸、例えばＸ軸に高周波フィル
を配置し、ｘｙ面内で回転する前記の角周波数ω０の高
周波回転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁場Ｈｏ
のもとてゼーマン分裂をしていた原子核の集団は共鳴条
件を満足する高周波磁場によって単位間の遷移を生じ、
エネルギー単位の高い方の単位に遷移する。ここで、核
磁気回転比γは原子核の種類によって異なるので共鳴周
波数によって当該原子核を特定することができる。更に
その共鳴の強さを測定すれば、その原子核の存在量を知
ることができる。共鳴後緩和時間と呼ばれる時定数で定
まる時間の間に高い単位へ励起された原子核は低い準位
へ戻ってエネルギ−の放射を行う。

このＮＭＲの用象の観測方法の中パルス法について第５
図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足する高周波パルス（Ｈｌ）
を静磁場（２軸）に垂直な（ｚ軸）方向に印加すると、
第５図（イ）に示すように磁化ベクトルＭは回転座標系
でω′−γＨ１の角周波数でｚｙ面内で回転を始める。

今パルス幅を１ＤとするとＨｏからの回転角θは次式で
表わされる。

θ　＝　γ　ト１１　　　ｔ　　　Ｄ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・　　（１）（１）式においてθ−９０’となる
ような１．をもつパルスを９０’パルスと呼ぶ。この９
０°パルス直後では磁化ベクトルＭは第５図〈口）のよ
うにｘｙ面をω０で回転していることになり、例えばｚ
軸においたコイルに誘導起電力を生じる。しかし、この
信号は時間と共に減衰していくので、この信号を自由誘
導減衰信号（以下ＦＩＤ信号という）と呼ぶ。ＦＩＤ信
号をフーリエ変換すれば周波数領域での信号が得られる
。次に第５図（ハ）に示すように９０″パルスからτ時
間後θ−１８０″になるようなパルス幅の第２のパルス
（１８０’パルス）を加えるとばらばらになっていた磁
気モーメントがτ時間後−ｙ方向で再び焦点を合せて信
号が観測される。この信号をスピンエコー（以下ＳＥ倍
信号いう）と呼んでいる。このＳＥ倍信号強度を測定し
て所望の像を得ることができる。ＮＭＲの共鳴条件は シーγＨｏ／２π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、１」ｏは静磁
場の強さである。従って共鳴周波数は６１ｉ場の強さに
比例することが分る。このため静磁場に線形の磁場勾配
を重畳させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、
共鳴周波数を変化させて位置情報を得るＮＭＲイメージ
ングの方法がある。この内フーリエ変換法について説明
する。この手法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加の
パルスシーケンスを第６図に示す。（イ）図において、
×。

ｙ、ｚ軸に夫々Ｇｘ　、Ｇｙ　、Ｇｚの勾配磁場を与え
、高周波磁場をｚ軸に印加する状態を示している。（ロ
）図は夫々の磁場を印加するタイミングを示す図である
。図においてＲＦＵ高周波の回転！ｉ場で９０’パルス
と１８０°パルスをｚ軸に印加する。Ｇｘはリード軸と
呼ばれるｚ軸に印加する固定の勾配磁場、Ｇｙはワーブ
軸と呼ばれるＶ軸に印加する時間によって振幅を変化さ
せる勾配磁場、Ｇｙはスライス軸と呼ばれるｚ軸に印加
する固定の勾配磁場である。信号は１８０°パルス後の
ＳＥ信丹を示している。期間は各軸に与える勾配磁場の
信号の時期を示すために設けである。

期間１に８３いて９０°パルスと勾配磁場Ｇｚ＋によっ
てｚ−Ｑを中心とするｚ軸に垂直な断層撮影におけるス
ライス面内のスピンが選択的に励起される。期間２のＧ
×＋はスピンの位相を乱れさせて１８０”パルスで反転
させるためのもので、デイフェーズ勾配と呼ばれるａＧ
ｚ−はＧｚ÷によって乱れたスピンの位相を元に戻すた
めのものである。期間２では位相エンコード勾配ＧＶｎ
も印加する。これはｙ方向の位置に比例してスピンの位
相をずらしてやるためのもので、その強度は毎周期異な
るように制御される。期間３において１８０°パルスを
与えて再び磁気モーメントを揃え、その後に現われるＳ
Ｅ倍信号観察する。期間４のＧｘ＋は乱れた位相を揃え
、ＳＥ倍信号生じさせるための勾配磁場でリフェーズ勾
配といい、リフェーズ勾配とデイフェーズ勾配の面積が
等しくなったところにＳＥ倍信号現われる。

このシーケンスをビューといい、パルス繰り返し周期Ｔ
Ｒ後に再び９０°パルスを加え、次のビューを開始する
。

ＮＭＲ−ＣＴでは上記のように勾配磁場及び静磁場が必
要であり、静磁場用の磁石として、比較的設置が容易で
、経費も比較的安いことがら常電導？１！磁石が用いら
れている。常電導電磁石には大電流を流すために相当な
熱が発生するので、安定な磁場を維持する必要から水を
循環させて冷却している。

磁石の冷却方法には現在、次の２通りがある。

（１）直接冷却方式 第２図に示すように中空の銅線の中央の空隙部に水を通
して冷却する方式である。図において、１は導体、２は
中央の水の通路である。

〈２）間接冷却方式 コイルの両側等に冷却水を通す冷却板を配置し、間接的
に冷却する。第３図は間接冷却方式の電磁石を示した図
である。３は？ｔｍ石のコイルで、その面の両側に冷却
板４を取り付ける。冷却板４の円周上には給水口５と排
水口６とが取り付けられていて、冷却板４の内部に設け
られている水路７に水を流している。冷却板４は熱伝導
の良いアルミニウムが用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、常電導電磁石で消費される電力は、同じ磁場
の強さを得る電＋ｉｔ＆石の場合、コイルの半径ｒのお
よそ５乗に比例するため、各種の条件を勘案して、可能
な限りコイル半径を小さくするのが省電力の観点から有
利である。このようにコイル半径を小さくすると勾配Ｔ
ｉｊｉ場のための勾配コイルとの距離が近くなり、第６
図に示すように３軸の勾配磁場の入出力を行う度に各勾
配磁場の消長を原因とする渦電流が前記の冷却板４に誘
発される。冷却板４の材質はアルミニウムで抵抗が小さ
いため、渦電流は大電流となる。従って、予定通りの勾
配磁場が発生せず、正しい映像が得られなくなるという
問題が発生する。このため、通常、勾配出力波形に第４
図に示すような微分波形を加えて、渦電流発生のための
勾配磁場の減少を補償する方法が取られていた。図にお
いて、８は本来の勾配磁場のために勾配コイルに加える
出力波形、９は渦電流により減少する勾配磁場を補償す
るために加えた微分波形である。しかし、省電力のため
に静磁場用常電導電磁石の半径を小さくして、勾配コイ
ルとの距離が狭まる程、冷却板４に誘起される渦電流が
増すため、渦電流を補償する第４図の微分波形９を大き
くする必要があって勾配コイル用電源の負担が増大し、
大きな問題であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、冷却板を用いる間接冷却式において、勾配計１場のオ
ンオフに伴うて生ずる渦電流を低減した冷却板を備えて
、コイル半径を小さくして省電力可能なＮＭＲ−ＣＴの
常電導電磁石を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、冷の冷却板をコイル
面に取り付けて冷却する間接冷却方式の核磁気共鳴断層
倣形装置の常電導電磁石において、内部に水路を設けそ
れぞれが給水口と排水口とを有する複数個の分割された
冷却手段と、該冷却手段を相互に電気的に絶縁し機械的
に一体化する固着手段とを具備することを特徴とするも
のである。

（作用） 勾配コイルの電源のオンオフによって分割された冷却板
のそれぞれに渦電流が発生する。冷却板が分割されてい
るため、大きな漏電流は発生しない。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の冷却板の構造図である。図
において、第３図と同等の部分には同一の符号を付しで
ある。（イ）図は冷却板４の正面図である。図中、１０
は冷却板４を■〜■の８個に分割された分割冷却板で、
（ロ）図に示すように内部に水路７が蛇行して張り巡ら
され、それぞれ給水口１１と排水口１２とによって冷却
水を通水される。１３は隣接した分割冷却板１０の排水
口１２と給水口１１を接続して冷却板４全体を１本の水
路にするための接続本管である。分割冷却板１０はその
固着手段であるスペーサ１４によって接続されて冷却板
４を構成する。スペーサ１４は（ハ）図に示すように凸
字形断面を有する例えばエポキシ等の絶縁物で作られて
、各分割冷却板１０を電気的に絶縁している。

次に、上記のように構成された実施例の動作を説明する
。この冷却板４を第３図に示すようにコイル３の両面に
取り付けて、第１図（イ）の給水口５から冷却水を流し
込む。冷却水は分割冷却板１０の■の給水口５から水路
７を通り、排水口１２、接続水管１３を経て分割冷却板
１０の■の給水口１１に達し、次々に分割冷却板１０の
■。

■、〜■と冷却して排水口６から排出される。今、勾配
コイルの電源をオンオフすると渦電流が冷却板４に流れ
るが分割冷却板１ｏはそれぞれスペーサ１４によって絶
縁されているので、渦電流はそれぞれ各分割冷却板１０
に流れるのみである。

以上のように冷却板４は分割されているため、勾配磁場
のスイッチングの際に誘起される渦電流の通路が細分化
されて渦電流の磁場が減じられ、且つ渦電流の時定数が
短くなるため、冷却板に生ずる渦電流を補償するために
勾配コイルに与える電流の割合即ち第４図における微分
波形９の勾配磁場のための出力波形８に対する割合が少
なくてすむ。従って、勾配ｌｔ源の負担を減することが
でき、勾配電源の負担を同じにすれば常Ｎ導電磁石のコ
イルの半径を小さくして常電導電磁石に与える電源の負
担を減らすことができる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではない。実
施例では８分割で説明したが、分割数は任意に選ぶこと
ができる。又、スペーサの形状も任意に選べは良いもの
である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、冷却仮に
生ずる渦電流を低減して、コイル半径が小さく所要電力
の少ない常電導電磁石を実現することができて、実用上
の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷却板の構造図、第２図は
直接冷却方式の銅線の構造図、第３図は間１ｇ冷冷却式
の常′７［導電磁石の構造図、第４図は渦電流補償のた
めに勾配コイルに加える電流波形の図、第５図はＮ！ｖ
ｌ−ＣＴのパルス法の原理の説明図、第６図はＮＭＲ−
ＣＴの磁場のパルスシーケンスを示す図である。 ３・・・コイル　　　　　４・・・冷ｉｌ板５．１１・
・・給水口　　６，１２・・・排水ロア・・・水路 ８・・・勾配磁場のための出力波形 ９・・・微分波形　　　　１０・・・分割冷却板１３・
・・接続水管　　　１４・・・スペーサ特許出願人　横
河メディカルシステム株式会社第１図 （ハ） 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水冷の冷却板をコイル面に取り付けて冷却する間接冷
   却方式の核磁気共鳴断層撮影装置の常電導電磁石におい
   て、内部に水路を設けそれぞれが給水口と排水口とを有
   する複数個の分割された冷却手段と、該冷却手段を相互
   に電気的に絶縁し機械的に一体化する固着手段とを具備
   することを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置の常電導
   電磁石。