(57)【要約】【課題】シールドコイルを用いて磁石装置の外部への漏洩磁場を低減する際に、中心軸を同一にして配置される主コイルとシールドコイルのその中心軸方向において、シールドコイルが発生する磁場による漏洩磁場を抑制した磁石装置を実現する。【解決手段】主コイル１１１及び１１２の半径はシールドコイル１３１及び１３２の半径に比し同等以下であり、補助コイル１４１及び１４２の半径はシールドコイル１３１及び１３２の半径に比し小さい。主コイル１１１と主コイル１１２の間隔はシールドコイル１３１とシールドコイル１３２の間隔に比し短く、シールドコイル１３１とシールドコイル１３２の間隔は補助コイル１４１と補助コイル１４２の間隔に比し短い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを有し均一静磁場領域を挟んで対向配置された第１の静磁場発生源と第２の静磁場発生源とを備え、
前記第１の静磁場発生源は、第１の円環方向に電流を流す第１の主コイルと、前記第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され前記第１の円環方向とは反対方向である第２の円環方向に電流を流す第１のシールドコイルと、前記第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され前記第１の円環方向に電流を流す第１の補助コイルと、前記第１の主コイルと前記第１のシールドコイルと前記第１の補助コイルとを収容する第１の冷却容器とを有し、
前記第２の静磁場発生源は、前記第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され前記第１の円環方向に電流を流す第２の主コイルと、前記第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され前記第２の円環方向に電流を流す第２のシールドコイルと、前記第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され前記第１の円環方向に電流を流す第２の補助コイルと、前記第２の主コイルと前記第２のシールドコイルと前記第２の補助コイルとを収容する第２の冷却容器とを有し、
前記第１の主コイルの半径は前記第１のシールドコイルの半径に比し同等以下であり、前記第２の主コイルの半径は前記第２のシールドコイルの半径に比し同等以下であり、前記第１の補助コイルの半径は前記第１のシールドコイルの半径に比し小さく、前記第２の補助コイルの半径は前記第２のシールドコイルの半径に比し小さく、前記第１の主コイルと前記第２の主コイルとの間隔は前記第１のシールドコイルと前記第２のシールドコイルとの間隔に比し短く、前記第１のシールドコイルと前記第２のシールドコイルとの間隔は前記第１の補助コイルと前記第２の補助コイルとの間隔に比し短くしてなる磁石装置。
【請求項２】
前記第１の補助コイル及び前記第２の補助コイルは、それぞれ複数である請求項１記載の磁石装置。
【請求項３】
前記第１の冷却容器及び前記第２の冷却容器は、それぞれ２段階の外直径を有する円筒状に形成されており均一静磁場領域に近い側の外直径が均一静磁場領域に遠い側の外直径に比し小さく、前記第１の冷却容器の均一静磁場領域に近い側の外直径の内径側に前記第１の主コイルが配置され、前記第２の冷却容器の均一静磁場領域に近い側の外直径の内径側に前記第２の主コイルが配置されてなる請求項１記載の磁石装置。
【請求項４】
被検者を寝載する寝台と、前記被検者に与える静磁場を発生する磁石装置と、前記静磁場の磁場強度に傾斜をつけて傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル及び傾斜磁場電源と、高周波磁場を前記被検者に対して送信し前記被検者からの核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル及び高周波磁場発生機と、前記核磁気共鳴信号から画像処理を行うことができる計算機と、前記計算機で画像処理された画像信号を断層画像として表示する表示装置とを備え、
前記磁石装置は、請求項１〜３のいずれかに記載された磁石装置である磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体の画像診断に利用される磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の技術分野に属するものであり、とくに均一静磁場領域を形成する磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石装置を使用している磁気共鳴イメ−ジング装置においては、超電導コイル等の磁場発生手段を内蔵するクライオスタットの形状により大別して円筒形と、一対のクライオスタット間に球状の均一静磁場領域を形成する対向形とがある。近年では、被検者に与える開放性や診断関係者の被検者へのアクセスの利便性の観点等で優れた対向形が主流になりつつある。この対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置における球状の均一静磁場領域の磁場強度は、一般的には６０００〜１００００ガウス前後であり、その許容誤差は通常は数ｐｐｍである。ここで、静磁場の均一性を達成するために、複数の磁場発生手段を組み合わせて用いることが通常になされている。また、磁石装置の外部への漏洩磁場を低減するために、磁場のシールド手段を有している。
【０００３】
前述のような対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置においては、一対の磁場発生手段を垂直方向に配設した垂直形（例えば、特許文献１参照）または水平方向に配置した水平形（例えば、特許文献２参照）があり、磁場発生手段としては超電導コイルが一般的に用いられる。
【０００４】
磁石装置の外部への漏洩磁場対策として、特許文献１においては、主コイルの直径とほぼ等しい直径を有するシールドコイルを、その主コイルと中心軸を同一にして配置しており、そのシールドコイルの位置は、中心軸方向に沿って均一静磁場領域の中心から主コイルよりも遠くなっている。シールドコイルには、主コイルの電流方向に対して逆方向の電流を流すことによって、漏洩磁場を低減している。
【０００５】
また、特許文献２においては、主コイルの直径に比し大きい直径を有するシールドコイルを配置して漏洩磁場を低減している。さらに、抵抗性のシールドコイルを取り付けることが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５３４０８号公報
【特許文献２】特開平９−１８７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示されている磁気共鳴イメ−ジング装置においては、シールドコイルによって均一静磁場領域の磁場強度を下げないために、シールドコイルを主コイルからできるだけ遠ざけている。すなわち、シールドコイルは両コイルの中心軸方向に沿って均一静磁場領域の中心からの距離が大きくなる。そのため、コイル配置の中心軸方向では、シールドコイルが発生する磁場による漏洩磁場が広がるという問題があった。
【０００８】
特許文献２に示されている磁気共鳴イメ−ジング装置においては、主コイルの周囲に、この主コイルよりも半径が大きいシールドコイルを配置している。ここで、コイル半径Ｒの円で電流Ｉの時、そのコイルの中心軸上におけるコイル中心から距離Ｘの位置での磁界Ｈは、下式で表現できる。
Ｈ＝０．５×Ｉ×Ｒ２／（Ｒ２＋Ｘ２）１．５
つまり、大きい半径を有するシールドコイルによって、特許文献１と同様に両コイルの中心軸方向では漏洩磁場が広がるという問題があった。
【０００９】
この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、シールドコイルを用いて磁石装置の外部への漏洩磁場を低減する際に、中心軸を同一にして配置される主コイルとシールドコイルのその中心軸方向において、シールドコイルが発生する磁場による漏洩磁場を抑制した磁石装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明における磁石装置は、超電導コイルを有し均一静磁場領域を挟んで対向配置された第１の静磁場発生源と第２の静磁場発生源とを備えるものである。第１の静磁場発生源は、第１の円環方向に電流を流す第１の主コイルと、第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され第１の円環方向とは反対方向である第２の円環方向に電流を流す第１のシールドコイルと、第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され第１の円環方向に電流を流す第１の補助コイルと、第１の主コイルと第１のシールドコイルと第１の補助コイルとを収容する第１の冷却容器とを有する。第２の静磁場発生源は、第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され第１の円環方向に電流を流す第２の主コイルと、第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され第２の円環方向に電流を流す第２のシールドコイルと、第１の主コイルとは中心軸を同一にして配置され第１の円環方向に電流を流す第２の補助コイルと、第２の主コイルと第２のシールドコイルと第２の補助コイルとを収容する第２の冷却容器とを有する。第１の主コイルの半径は第１のシールドコイルの半径に比し同等以下であり、第２の主コイルの半径は第２のシールドコイルの半径に比し同等以下である。第１の補助コイルの半径は第１のシールドコイルの半径に比し小さく、第２の補助コイルの半径は第２のシールドコイルの半径に比し小さい。第１の主コイルと第２の主コイルとの間隔は第１のシールドコイルと第２のシールドコイルとの間隔に比し短く、第１のシールドコイルと第２のシールドコイルとの間隔は第１の補助コイルと第２の補助コイルとの間隔に比し短い。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、シールドコイルを用いて磁石装置の外部への漏洩磁場を低減する際に、中心軸を同一にして配置される主コイルとシールドコイルのその中心軸方向において、シールドコイルが発生する磁場による漏洩磁場を抑制した磁石装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される垂直形の磁気共鳴イメージング装置における実施の形態１を説明するための概略構成図である。図１に示すように磁気共鳴イメージング装置は、被検者を寝載する寝台１と、被検者に与える静磁場を発生する磁石装置１００と、静磁場の磁場強度に傾斜をつけて傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル２及び傾斜磁場電源３と、高周波磁場を被検者に対して送信し被検者からの核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル４及び高周波磁場発生機５と、核磁気共鳴信号から画像処理を行うことができる計算機６と、計算機６で画像処理された画像信号を断層画像として表示する表示装置７とを備える。ここでは、垂直形を例示して説明するが、水平型へは適宜転用できる。
【００１３】
図２は、この磁気共鳴イメージング装置に用いられる磁石装置１００の断面図である。磁石装置１００は、球状の均一静磁場領域１０を発生するものである。磁石装置１００の上側静磁場発生源と下側静磁場発生源とが、均一静磁場領域１０を挟んで対向配置されている。
【００１４】
上側静磁場発生源は、超電導コイルとして、上側主コイル１１１と上側調整コイル１２１と上側シールドコイル１３１と上側補助コイル１４１とを有し、これらの超電導コイルは均一静磁場領域１０の中心を通る鉛直方向のＺ軸２０を中心軸として配置されている。また、これらの超電導コイルは、円筒状の上側冷却容器１６１に収容され、この上側冷却容器１６１に充填された冷媒としての液体ヘリウムによって、超電導温度に冷却されている。さらに、上側冷却容器１６１は、常温領域からの熱侵入を防止するために、円筒状の上側真空容器１５１に収容されている。
【００１５】
同様に、下側静磁場発生源は、超電導コイルとして、下側主コイル１１２と下側調整コイル１２２と下側シールドコイル１３２と下側補助コイル１４２とを有し、これらの超電導コイルは均一静磁場領域１０の中心を通る鉛直方向のＺ軸２０を中心軸として配置されている。また、これらの超電導コイルは、円筒状の下側冷却容器１６２に収容され、この下側冷却容器１６２に充填された冷媒としての液体ヘリウムによって、超電導温度に冷却されている。さらに、下側冷却容器１６２は、常温領域からの熱侵入を防止するために、円筒状の下側真空容器１５２に収容されている。
【００１６】
上側真空容器１５１と下側真空容器１５２とは、２本の連結部材１７０によって連結されている。少なくとも一方の連結部材１７０の内部には、上側冷却容器１６１と下側冷却容器１６２とを連結する冷却管が配置されている。
【００１７】
次に、超電導コイルに流れる電流について説明する。上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２には、均一静磁場領域１０が所望の磁場強度を得るための電流が流され、その電流方向を第１の円環方向とする。上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２には、磁石装置１００の主に円周方向の外部への漏洩磁場を抑制するための電流が流され、その電流方向は第１の円環方向とは反対方向である第２の円環方向である。上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２には、磁石装置１００の主に鉛直方向の外部への漏洩磁場を抑制するための電流が流され、その電流方向は第１の円環方向である。上側調整コイル１２１及び下側調整コイル１２２には、均一静磁場領域１０が所望の静磁場の均一性を得るための電流が流され、その電流方向は均一静磁場領域１０の状態に応じて適宜設定される。
【００１８】
続いて、超電導コイルの形状及び位置について説明する。上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２の半径は、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の半径に比べて小さくなっている。さらに、上側主コイル１１１と下側主コイル１１２との間隔は、上側シールドコイル１３１と下側シールドコイル１３２との間隔に比べて短くなっている。このような構造は、磁石装置１００の円周方向の外部への漏洩磁場を抑制するために有利である。少なくとも、上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２の半径は、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の半径に比し同等以下であることが好ましい。
【００１９】
また、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２の半径は、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の半径に比べて小さくなっている。さらに、上側シールドコイル１３１と下側シールドコイル１３２との間隔は、上側補助コイル１４１と下側補助コイル１４２との間隔に比べて短くなっている。このような構造は、磁石装置１００の鉛直方向の外部への漏洩磁場を抑制するために有利である。
【００２０】
また、上側調整コイル１２１及び下側調整コイル１２２の半径は、上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２の半径に比べて小さくなっている。さらに、上側主コイル１１１と下側主コイル１１２との間隔は、上側調整コイル１２１と下側調整コイル１２２との間隔に比べて短くなっている。このような構造は、均一静磁場領域１０の静磁場の均一性を調整するために有利である。なお、上側調整コイル１２１及び下側調整コイル１２２がそれぞれ複数であれば、均一静磁場領域１０の静磁場の均一性を調整するために一層と有利である。
【００２１】
図３は、この実施の形態における磁石装置１００の漏洩磁場イメージ図である。図３において、この実施の形態における所定の磁場強度の漏洩磁場等高線２００を実線で示し、比較例として上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２を用いない場合（他のコイルの配置等は適宜調整されている）の漏洩磁場等高線３００を破線で示す。
【００２２】
上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２が無い場合、とくにＺ軸２０上においては均一静磁場領域１０から遠ざかるほど、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の発生する磁場強度が上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２の発生する磁場強度を上回り、その結果としてＺ軸２０上の漏洩磁場の絶対値が大きくなってしまうことがある。例えば、磁石装置１００が設置された部屋の階上の病室では、均一静磁場領域１０の中心から３ｍ程度の距離にあり、漏洩磁場の影響が問題になることがある。
【００２３】
これに対して、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２を設置した場合、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の発生する静磁場とは逆極性の静磁場をそれぞれ発生することができる。このため、Ｚ軸２０上の磁場強度を調整することによって、階上の病室まで漏れてしまうような漏洩磁場を低減できる。
【００２４】
ここで、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２の半径が上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の半径に比べて小さいので、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２が発生する磁場強度は、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２が発生する磁場強度より低くなければならない。よって、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２による新たな漏洩磁場の影響は、実質的に発生しない。
【００２５】
このようにして、補助コイル１４１及び１４２が、Ｚ軸２０方向においてシールドコイル１３１及び１３２が発生する磁場による漏洩磁場を抑制した磁石装置１００が得られる。これによって、磁石装置１００が発生する漏洩磁場が階上の病室に影響することを防止できるので、シールド機能を有しない既存の病室にも磁気共鳴イメージング装置を設置できる。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２を説明するための磁石装置１００の断面図である。この実施の形態は、実施の形態１において、上側補助コイル及び下側補助コイルをそれぞれ複数とした変形例である。ここでは、上側補助コイル及び下側補助コイルがそれぞれ２個の場合について例示する。
【００２７】
図４において、上側補助コイル１４１Ａの内径側に、上側補助コイル１４１Ｂが配置されている。同様に、下側補助コイル１４２Ａの内径側に、下側補助コイル１４２Ｂが配置されている。さらに、上側補助コイル１４１Ｂと下側補助コイル１４２Ｂとの間隔は、上側補助コイル１４１Ａと下側補助コイル１４２Ａとの間隔に比べて短くなっている。このような補助コイル配置では、上側補助コイル１４１Ａと下側補助コイル１４２Ａの組と上側補助コイル１４１Ｂと下側補助コイル１４２Ｂの組とが、均一静磁場領域１０の中心に向けてほぼ同じ磁場成分を発生することができる。これは、均一静磁場領域１０の中心に向けて発生する磁場成分はコイル間隔とコイル内径の関係で決まるからである。また、上側補助コイル１４１Ａと上側補助コイル１４１Ｂとを、Ｚ軸２０方向における位置をずらすことで、製作上同時に巻線作業を行うのに有利である。
【００２８】
また、上側補助コイル１４１Ａ及び１４１Ｂ、下側補助コイル１４２Ａ及び１４２Ｂの起磁力は、実施の形態１における上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２の起磁力に比べて小さい。このように、上側補助コイル及び下側補助コイルをそれぞれ２個とし、それぞれの起磁力を小さくしたことで、磁石装置１００の円周方向とＺ軸２０方向の漏洩磁場の分布を細かく調整することができる。そのため、磁石装置１００の全方向における漏洩磁場を容易に低減できる。また、上側補助コイル１４１Ａ及び１４１Ｂ、下側補助コイル１４２Ａ及び１４２Ｂに発生する電磁力の低減にもつながり、超電導コイルの安定性が増すので、常電導転移（クエンチ）現象の発生を防止する効果も高まる。
【００２９】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３を説明するための磁石装置１００の断面図である。この実施の形態は、実施の形態１において、冷却容器及び真空容器の小円筒の外直径を対向面から遠い側の外直径に比し小さくした変形例である。
【００３０】
図５において、上側真空容器１５１と下側真空容器１５２とは、２段階の外直径を有する円筒状に形成されている。ここで、外直径が小さく、均一静磁場領域１０に近い側を小円筒と呼ぶことにする。また、外直径が大きく、均一静磁場領域１０から遠い側を大円筒と呼ぶことにする。
【００３１】
同様に、上側冷却容器１６１と下側冷却容器１６２とが、２段階の外直径を有する円筒状に形成されている。外直径が小さく、均一静磁場領域１０に近い側を小円筒と呼び、外直径が大きく、均一静磁場領域１０から遠い側を大円筒と呼ぶことにする。
【００３２】
上側主コイル１１１は、上側冷却容器１６１の小円筒の内径側に配置されており、上側シールドコイル１３１及び上側補助コイル１４１は、上側冷却容器１６１の大円筒の内径側に配置されている。同様に、下側主コイル１１２は、下側冷却容器１６２の小円筒の内径側に配置されており、下側シールドコイル１３２及び下側補助コイル１４２は、下側冷却容器１６２の大円筒の内径側に配置されている。
【００３３】
図５に示すように、上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２の半径は、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２の半径と比べて小さい。また、超電導コイルのなかで、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２が最大の半径を有している。
【００３４】
ここでは、上側真空容器１５１及び下側真空容器１５２、上側冷却容器１６１及び下側冷却容器１６２が、２段階の外直径を有する円筒状に形成されているので、これらの小円筒の外直径を、上側主コイル１１１及び下側主コイル１１２を収容し、かつ超電導温度に冷却するのに十分な程度まで小さくできる。これらの大円筒の外直径を実施の形態１と同じとすれば、上側シールドコイル１３１及び下側シールドコイル１３２、上側補助コイル１４１及び下側補助コイル１４２の配置には影響しないので、磁石装置１００の円周方向及びＺ軸２０方向への漏洩磁場も抑制できたものとなる。
【００３５】
したがって、磁石装置１００のＺ軸２０方向の漏洩磁場を抑制したうえで、被検者に与える開放性が向上するとともに、診断関係者の被検者へのアクセスも利便性が増すことになる。
【００３６】
なお、実施の形態３において、実施の形態２のように上側補助コイル及び下側補助コイルを複数としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１を説明するための磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１を説明するための磁石装置の断面図である。
【図３】実施の形態１を説明するための磁石装置の漏洩磁場イメージ図である。
【図４】実施の形態２を説明するための磁石装置の断面図である。
【図５】実施の形態３を説明するための磁石装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  寝台、２  傾斜磁場コイル、３  傾斜磁場電源、４  高周波コイル、５  高周波磁場発生機、６  計算機、７  表示装置、
１０  均一静磁場領域、２０  Ｚ軸、１００  磁石装置、１１１〜１１２  主コイル、１２１〜１２２  調整コイル、１３１〜１３２  シールドコイル、１４１〜１４２  補助コイル、１５１〜１５２  真空容器、１６１〜１６２  冷却容器、１７０  連結部材。
【図１】
2006115934.tif 000003
【図２】
2006115934.tif 000004
【図３】
2006115934.tif 000005
【図４】
2006115934.tif 000006
【図５】
2006115934.tif 000007