JPH0654819A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静磁界発生磁気回路の温度を安定化できるとと
もに、発生する静磁場の均一度を向上することができる
磁気共鳴イメージング装置を提供する。 【構成】磁気共鳴イメージング装置において、非磁性で
かつ電気絶縁性を有し、表面側に傾斜磁場発生パターン
に沿って傾斜磁場コイルを埋め込む溝が形成されるとと
もに、該溝の裏面側に前記傾斜磁場コイルを冷却する冷
却液用の通路を形成した前記各傾斜磁場コイルのベース
部材と、該各ベース部材に形成された通路を通過する冷
却液の熱を放熱させる一対の冷却装置とを備えた構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を用い核磁気
共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体の検査部位の断層
像を得る磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置
という）に係わり、特に、静磁界発生磁気回路の温度を
安定化できるとともに、発生する静磁界の均一度を向上
するのに好適なＭＲＩ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、前記ＮＭＲ現象を利用し
て被検体中の所望の検査部位における核スピンの密度分
布，緩和時間分布等を計測してその計測信号を演算処理
し、上記検査部位の断層像として画像表示するものであ
る。ここで、人体などの空間的に広い範囲を計測対象と
する場合には、直径３０〜５０cmの球空間からなる計測
空間内において０.０５〜２Ｔ(テスラ；１テスラは１０
０００ガウス）程度の静磁場を数１０ppm 以下の均一度
で発生させる磁界発生装置が必要である。

【０００３】上記磁界発生装置として永久磁石を用いた
従来のＭＲＩ装置は、図２に示すように、被検体が入り
得る空隙Ａを形成して対向配置された一対の永久磁石１
ａ，１ｂおよびこれらの永久磁石１ａ，１ｂを磁気的に
結合する継鉄２ａ，２ｂならびに上記永久磁石１ａ，１
ｂの空隙Ａ側の対向面にそれぞれ固着され均一磁界を発
生するための磁極片３ａ，３ｂを有する静磁界発生磁気
回路と、上記磁極片３ａ，３ｂの内側に近接配置され該
磁極片３ａ，３ｂによる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４ａ，４ｂと、この傾斜磁場コ
イル４ａ，４ｂの内側にて上記空隙Ａ内の被検体に電磁
波を印加する照射コイル５と、上記被検体から放出され
る核磁気共鳴信号を受信する受信コイル６と、上記静磁
界発生磁気回路の温度を一定に保つ温度調整手段７とを
備えていた。

【０００４】ここで、上記ＭＲＩ装置において永久磁石
１ａ，１ｂを使用した静磁界発生磁気回路は、周囲温度
の変化によりその静磁場の強度が変化する傾向がある。
一般にその温度係数は、−１０００ppm／℃ であり、温
度が１℃上がると磁場強度は１０００ppm 弱くなるもの
であった。このように、温度の影響を受けて静磁界の大
きさが変化すると、静磁界に傾斜磁場コイルにより傾斜
磁場を加えて検出位置を磁界の大きさに対応させ、その
位置に応じた共鳴周波数を発生させて、この共鳴周波数
を持つＮＭＲ信号を検出して位置の特定を行う動作に誤
差が生じることとなるものであった。そして、この位置
検出のずれは、画像の歪み，ぼけをも生じる原因となる
ものであった。また一般に、静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。この基準からすると、静磁界発生磁気回路の周囲温
度の変化は、１時間に５／１０００℃以内に抑えること
が必要である。

【０００５】しかし、最近のＭＲＩ装置では、高速撮影
や患者のスループットの向上が要求されるようになり、
これに伴ってグラジェントエコー法などの新しい高速シ
ーケンスが用いられるようになってきた。このグラジェ
ントエコー法のシーケンスは、従来のスピンエコー法と
異なり、スピンの結像に１８０度高周波パルスを用い
ず、傾斜磁場の反転を利用するものである。従って、図
２に示す傾斜磁場コイル４ａ，４ｂに印加される電流が
大きくなるとともに、その使用頻度（デューティー）も
高くなってきた。ここで、上記傾斜磁場コイル４ａ，４
ｂは、基本的には銅線から構成されているので有限の電
気抵抗値を持っており、傾斜磁場を形成するために電流
を流すと、その電流値の二乗に比例して熱が発生し、こ
れが磁極片３ａ，３ｂに伝わるとともに永久磁石１ａ，
１ｂにも伝わり、上記のような影響を及ぼしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した図２に示す従
来のＭＲＩ装置においては、傾斜磁場コイル４ａ，４ｂ
が磁極片３ａ，３ｂの内側にてその環状突起の内方に水
平方向にほぼ隙間なく近接配置されているので、傾斜磁
場コイル４ａ，４ｂで発生した熱が、磁極片３ａ，３ｂ
に即座に伝わり温度が上昇することがあった。この点に
関し、永久磁石１ａ，１ｂおよび磁極片３ａ，３ｂを含
む静磁界発生磁気回路の周囲に設けられた断熱材８およ
び面状ヒータ９からなる温度調整手段７により、静磁界
発生磁気回路の温度を一定に保つように制御している
が、シーケンスの種類により傾斜磁場コイル４ａ，４ｂ
の発熱の仕方が異なるとともに、空隙Ａの上方に位置す
る磁極片３ｂと下方に位置する磁極片３ａとではそれぞ
れ上下の傾斜磁場コイル４ａ，４ｂの発熱による影響も
異なるため、その静磁界発生磁気回路の温度は一定とな
らず不安定となるものであった。従って、静磁界発生磁
気回路によって発生される静磁場の強度が変化し、その
均一度が低下するものであった。このことから、位置検
出のずれが生じ、得られる断層像が歪んだり、ぼけたり
することがあった。

【０００７】そこで本発明は、このような問題点を解決
し、静磁界発生磁気回路の温度を安定化できるととも
に、発生する静磁場の均一度を向上することができるＭ
ＲＩ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、被検体が入り得る空隙を形成して対向配
置された一対の永久磁石、およびこれらの永久磁石を磁
気的に結合する継鉄、並びに上記永久磁石の空隙側の対
向面にそれぞれ固着され均一磁界を発生するための磁極
片を有する静磁界発生磁気回路と、上記磁極片の内側に
近接配置され該磁極片による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、この傾斜磁場コイルの
内側にて上記空隙内の被検体に電磁波を印加する照射コ
イルと、上記被検体から放出される核磁気共鳴信号を受
信する受信コイルと、上記静磁界発生磁気回路の温度を
一定に保つ温度調整手段とを備えた磁気共鳴イメージン
グ装置において、非磁性でかつ電気絶縁性を有し、表面
側に傾斜磁場発生パターンに沿って傾斜磁場コイルを埋
め込む溝が形成されるとともに、該溝の裏面側に前記傾
斜磁場コイルを冷却する冷却液用の通路を形成した前記
各傾斜磁場コイルのベース部材と、該各ベース部材に形
成された通路を通過する冷却液の熱を放熱させる一対の
冷却装置とを備える構成にしたものである。

【０００９】

【作用】上記構成としたことにより、上下各傾斜磁場コ
イルにおいて発生する熱は、各ベース部材の傾斜磁場コ
イルが埋め込まれた溝の裏面側に形成された該コイル冷
却液用の通路に供給される冷却液に伝達され、該冷却液
を冷却装置により循環させることにより放熱させられ、
磁極片に伝達されることなく除去することができる。

【００１０】そして、一対の冷却装置を設けて傾斜磁場
コイルごとに別々に冷却を制御するようにしたから、各
磁極片および永久磁石への熱影響を同一にすることが可
能になり、静磁界発生磁気回路の温度を安定化できると
ともに、発生する静磁場の均一度を向上することができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７を参
照して説明する。図１は本発明によるＭＲＩ装置の実施
例を示す斜視図、図２は図１の中央縦断面図、図３は傾
斜磁場コイルの形状および構造を示す平面図、図４は図
３のIV−IV矢視断面図、図５は傾斜磁場発生パターンに
沿う溝に形成されたコイルを示す平面図、図６は傾斜磁
場コイルのベース部材に形成されたコイル埋込用の溝お
よび冷却液用の通路の一部を示す図、図７は傾斜磁場コ
イルの冷却装置の一例を示すブロック図である。図中、
図３，図４，図５，図６は、いずれも前記図２に示す静
磁界発生磁気回路の構成のうち下半部のみを示したもの
である。

【００１２】まず、図１，２において、一対の永久磁石
１ａ，１ｂは、両者間に被検体が入り得る空隙Ａを形成
して上下に対向配置されている。これらの永久磁石１
ａ，１ｂは、上記空隙Ａ内に静磁場を発生するためのも
ので、例えば円盤状に形成されており、それぞれ上下の
継鉄２ａ，２ｂによって支持されている。継鉄２ａ，２
ｂは永久磁石１ａ，１ｂおよび後述の磁極片３ａ，３ｂ
を所定の間隔をあけて対向配置するとともに磁路を形成
するもので、例えば横幅よりも奥行きの方が短い長方形
に形成されている。そして、上下の継鉄２ａ，２ｂは複
数の縦の継鉄２ｃによって対向支持されている。これら
縦の継鉄２ｃは、上下の継鉄２ａ，２ｂを所定の間隔を
あけて対向配置するとともに永久磁石１ａ，１ｂによる
磁路を閉じさせるもので、内部に磁束を通しやすい部材
で形成され、例えば上下の継鉄２ａ，２ｂの四隅に一本
ずつ合計四本立設されており、空隙Ａ内に設定された計
測空間を通る磁束の戻り回路をそれぞれ形成している。
永久磁石１ａ，１ｂの空隙Ａ側の対向面には、それぞれ
磁極片３ａ，３ｂが磁気的および機械的に固着されてい
る。磁極片３ａ，３ｂは、空隙Ａ内の所定の領域に設定
され被検体の検査部位が入る計測空間における静磁場の
均一性を高めるものであり、ほぼ円盤状に形成されると
ともにその周縁部には環状突起を設けて構成されてい
る。そして、永久磁石１ａ，１ｂ，継鉄２ａ，２ｂ，２
ｃおよび磁極片３ａ，３ｂにより、被検体が挿入される
計測空間に均一な静磁場を発生させる静磁界発生磁気回
路を構成している。

【００１３】上記磁極片３ａ，３ｂの空隙Ａ側に面する
内側には、図２に示すように、傾斜磁場コイル４ａ，４
ｂがそれぞれ近接配置されている。傾斜磁場コイル４
ａ，４ｂは、磁極片３ａ，３ｂによる均一な静磁界に加
算する傾斜磁界を発生するもので、この傾斜磁界に加え
て位置を磁界の大きさに対応させ、その位置に応じた共
鳴周波数を発生させるようになっている。そして、傾斜
磁場コイル４ａ，４ｂは、図３，図４（図３，図４とも
磁極片３ａ側のみを示す）に示すように、磁極片３ａ，
３ｂの環状突起の内部に入り得る円形の板の表面および
裏面に、Ｘ方向コイル１７ｘ，Ｙ方向コイル１７ｙおよ
びＺ方向コイル１７ｚの三種類のコイルを配置して構成
されている。

【００１４】また、傾斜磁場コイル４ａ，４ｂの内側に
は、照射コイル５が設けられている。照射コイル５は、
空隙Ａ内に位置する被検体に核磁気共鳴を起こさせるた
めの電磁波を印加するもので、空隙Ａの周囲を囲む円筒
状に形成されている。そして、照射コイル５の内側に
は、受信コイル６が配置されている。受信コイル６は、
被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信するもの
で、空隙Ａに位置する被検体の周りを覆うように形成さ
れている。

【００１５】そして、前記静磁界発生磁気回路の周囲に
は、温度調整手段７が設けられている。温度調整手段７
は、上記静磁界発生磁気回路の温度を一定に保つもの
で、永久磁石１ａ，１ｂ，継鉄２ａ，２ｂ，２ｃおよび
磁極片３ａ，３ｂの全体を覆う例えば発泡スチロールや
スポンジなどからなる断熱材８と、この断熱材８の内側
面に貼り付けたアルミ板１０の内側に固定された面状ヒ
ータ９とからなる。なお、断熱材８は、被検体が空隙Ａ
内に入れるようにその中央部が開口した形とされてい
る。なお、静磁界発生磁気回路は、図１に示すように前
面用のガントリーカバー１１ａ，後面用のガントリーカ
バー１１ｂ，側面用のガントリーカバー11ｃおよび上面
用のガントリーカバー１１ｄで覆われている。

【００１６】前記Ｘ方向コイル１７ｘは、図５，図６に
示すように、非磁性で、冷却液が浸透することなく、か
つ電気絶縁性を有する材料からなるベース部材１２の表
面に傾斜磁場発生パターンに沿って溝１２ａを形成し、
形成した溝１２ａにコイル線材を埋め込んで構成されて
いる。溝１２ａの裏側は、Ｘ方向コイル１７ｘより発生
する熱を冷却するための冷却液用の通路１３が形成され
ている。溝１２ａは、ほぼ図５に実線で示すようなパタ
ーンに形成されていて、一端部３１から他端部３２まで
一筆書きで描くことができるようになっている。そして
同様に、冷却液用の通路１３も一筆書きで描くことがで
きるように形成されており、Ｘ方向コイル１７ｘより発
生する熱をＸ方向コイル１７ｘ全体で均一に冷却するこ
とができる。

【００１７】一方、Ｙ方向コイル１７ｙは、ベース部材
１２の裏側面にＸ方向コイル１７ｘと同様に図示しない
溝を形成し、形成した溝にコイル線材を埋め込んで構成
されている。そして、該溝の裏側に、通路１３と同様に
Ｙ方向コイル１７ｙより発生する熱を冷却するための冷
却液用の通路が形成されている。この場合の溝および通
路は、ぼぼ図５に点線で示すようなパターンに形成され
ていて、Ｘ方向コイル１７ｘの場合と同様に一端部から
他端部まで一筆書きで描くことができるように形成され
ており、Ｙ方向コイル１７ｙより発生する熱をＹ方向コ
イル１７ｙ全体で均一に冷却することができるようにな
っている。なお、Ｙ方向コイル１７ｙ冷却液用の通路
は、その端部が前記Ｘ方向コイル１７ｘ冷却液用の通路
１３の端部に連通する構成になっている。

【００１８】前記傾斜磁場コイル４ａ，４ｂは磁極片３
ａ側（下側）設置のものと磁極片３ｂ側（上側）設置の
ものとが直列に接続され、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向コイル17
ｘ，１７ｙ，１７ｚは電気的に絶縁されている。そのた
め各コイルの発熱量は磁極片３ａ側設置のものも磁極片
３ｂ側設置のものも同じであるが、両者間には熱の伝達
量に差があるため、磁極片３ｂ側（上側）の方が磁極片
３ａ側（下側）より温度が高くなり、磁極片３ａ，３ｂ
および永久磁石１ａ，１ｂへの影響が異なって現われ
る。このようなことから、傾斜磁場コイル４ａ，４ｂの
冷却を別々に制御することが必要になる。

【００１９】図７に傾斜磁場コイルの冷却装置の一例を
示す。図において、１２′は磁極片３ｂ側に設置されて
いるベース部材、１４はＹ方向コイル１７ｙ冷却液用の
通路、２１は冷却液循環用のポンプ、２２は温度センサ
ー、２３は冷却液の補充や液量等を検査する補助タン
ク、２４は多数の放熱用のフィンを設けた放熱部、２５
は放熱促進用のファン、２６は配管で、非磁性の銅管，
ビニール管，プラスチック管等が使用される。３０は静
磁界発生磁気回路を示す。このようにベース部材１２，
１２′とも、静磁界発生磁気回路３０外に同一構成の独
立した冷却装置が設けられている。

【００２０】図７に示すように、磁極片３ａ側に設置さ
れているベース部材１２も、磁極片３ｂ側設置のベース
部材１２′においても、前記Ｘ方向コイル１７ｘ冷却液
用の通路１３とＹ方向コイル１７ｙ冷却液用の通路１４
とは直列に接続されているから、ポンプ２１により供給
された冷却液は、通路１３，１４を通過して前記Ｘ方向
コイル１７ｘおよびＹ方向コイル１７ｙより発生する熱
を吸収し、放熱部２４に送られて吸収した熱を放熱した
後、再びポンプ２１を介して通路１３，１４に循環供給
される。この場合、通路１３，１４において吸収される
熱は、時間的に一定ではなく、また、装置が停止してい
る場合もあるため、温度センサー２２により液量が制御
されている。

【００２１】このように、上下各傾斜磁場コイル４ａ，
４ｂに発生する熱は、通路１３，１４に循環供給される
冷却液に伝達吸収され、熱を吸収した冷却液は、冷却装
置により放熱されて磁極片３ａ，３ｂに伝達させること
なく除去することが可能になる。そして、磁極片３ａ側
の傾斜磁場コイル４ａと磁極片３ｂ側の傾斜磁場コイル
４ｂとは、独立した冷却装置により各々に冷却制御され
ることになり、磁極片３ａ，３ｂおよび永久磁石１ａ，
１ｂに対する熱影響の差を防止することが可能になる。
このため、静磁界発生磁気回路の温度を安定化させて、
発生する静磁場の均一度を向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、磁気共鳴
イメージング装置において、非磁性でかつ電気絶縁性を
有し、表面側に傾斜磁場発生パターンに沿って傾斜磁場
コイルを埋め込む溝が形成されるとともに、該溝の裏面
側に前記傾斜磁場コイルを冷却する冷却液用の通路を形
成した各傾斜磁場コイルのベース部材と、該各ベース部
材に形成された通路を通過する冷却液の熱を放熱させる
一対の冷却装置とを備える構成にしたから、上下各傾斜
磁場コイルに発生する熱を、傾斜磁場コイルが埋め込ま
れた溝の裏面側に形成された該コイル冷却液用の通路に
供給される冷却液に伝達し、該冷却液の熱を冷却装置を
介して放熱することにより、磁極片に伝達させることな
く除去することができる。しかも、一対の冷却装置を設
けて傾斜磁場コイルごとに別々に冷却を制御するように
したから、各磁極片および永久磁石への熱影響を同一に
することが可能になり、静磁界発生磁気回路の温度を安
定化できるとともに、発生する静磁場の均一度を向上す
ることができ、断層像の画質を向上して良好な画像診断
を行える効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＲＩ装置の実施例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１の中央縦断面図である。

【図３】傾斜磁場コイルの形状および構造を示す平面図
である。

【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。

【図５】傾斜磁場発生パターンに沿う溝に形成されたコ
イルを示す平面図である。

【図６】傾斜磁場コイルのベース部材に形成されたコイ
ル埋込用の溝および冷却液用の通路の一部を示す図であ
る。

【図７】傾斜磁場コイルの冷却装置の一例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 永久磁石 ２ａ，２ｂ 継鉄 ３ａ，３ｂ 磁極片 ４ａ，４ｂ 傾斜磁場コイル ７ 温度調整手段 １２，１２′ ベース部材 １２ａ 溝 １３，１４ 冷却液用の通路 １７ｘ Ｘ方向コイル １７ｙ Ｙ方向コイル １７ｚ Ｚ方向コイル ２１ 冷却液循環用のポンプ ２４ 放熱部 ２５ ファン ２６ 配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体が入り得る空隙を形成して対向配置
   された一対の永久磁石、およびこれらの永久磁石を磁気
   的に結合する継鉄、並びに上記永久磁石の空隙側の対向
   面にそれぞれ固着され均一磁界を発生するための磁極片
   を有する静磁界発生磁気回路と、上記磁極片の内側に近
   接配置され該磁極片による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、この傾斜磁場コイルの内
   側にて上記空隙内の被検体に電磁波を印加する照射コイ
   ルと、上記被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信
   する受信コイルと、上記静磁界発生磁気回路の温度を一
   定に保つ温度調整手段とを備えた磁気共鳴イメージング
   装置において、非磁性でかつ電気絶縁性を有し、表面側
   に傾斜磁場発生パターンに沿って傾斜磁場コイルを埋め
   込む溝が形成されるとともに、該溝の裏面側に前記傾斜
   磁場コイルを冷却する冷却液用の通路を形成した前記各
   傾斜磁場コイルのベース部材と、該各ベース部材に形成
   された通路を通過する冷却液の熱を放熱させる一対の冷
   却装置とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージン
   グ装置。