(57)【要約】      （修正有）【課題】照明機器の放熱板における発光素子の固定と放熱の機能を損なうことなく、放熱板に渦電流の波発生を抑制する、磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】計測空間を照明する光を発する発光素子と、該発光素子からの熱の放熱と該発光素子の固定とを兼ねる放熱板３０１と、を有して成る照明機器を備える磁気共鳴イメージング装置において、放熱板を、両面に絶縁加工が施された複数の薄板を板厚方向に積層して構成し、複数のスリットを形成し、端部が中央部に対して折り曲げられた折り曲げ構造とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者を収容する計測空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、
前記静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記計測空間を照明する光を発する発光素子と、該発光素子からの熱の放熱と該発光素子の固定とを兼ねる放熱板と、を有して成る照明機器と、
を備え、
前記放熱板は、両面に絶縁加工が施された複数の薄板を板厚方向に積層して構成され、かつ複数のスリットが形成され、かつ端部が中央部に対して折り曲げられた折り曲げ構造を有して成ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記複数のスリットは、前記放熱板の短軸方向の両側から、長軸方向に沿って交互に、短軸方向に設けられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記折り曲げ構造は、前記放熱板の短軸方向の中央部に対して略９０°となるように、該放熱板の短軸方向の両端部を中央部に対して折り曲げた構造を有していることを特徴とす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】
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に、傾斜磁場コイルが発生する傾斜磁場に誘導されて生じる照明機器の渦電流を効果的に低減する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴(NMR)現象を利用して人体の断層像を得るMRI検査法は広く医療機関で利用されている。MRI装置ではその磁石の狭いトンネルの中に被検者を挿入して検査を行うため、被検者は閉塞感を受けやすい。そこで、被検者への負荷軽減のために、磁石のトンネル内に照明機器を設置し、被検者が感じる閉塞感を和らげることが必要不可欠である。
【０００３】
照明機器には、発光素子として、長寿命、省電力、目に優しいことから、発光ダイオード(LED)が広く用いられる(例えば特許文献1)。また、トンネル内を照明する手法として、トンネル開口部の外側からと内側からLED光を照射する手法があるが、技師が被検者の様子を把握するには、影が出来にくいトンネル開口部の内側からLED光を照射する方が好ましい。しかし、磁場強度の強いトンネル内でのLEDの使用は、撮影や被検者に悪影響を与える場合がある。主な原因は、傾斜磁場コイルが発生するパルス状の傾斜磁場に誘導される電磁力により、金属製のLED放熱板に渦電流が発生することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-163018号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1では照明機器の配置場所や、間接照明による被検者への快適感を追求しており、傾斜磁場に誘導される電磁力に対する照明機器への影響に関して配慮がされていない。照明機器を固定する金属板は放熱を兼ねた放熱板としても機能するが、磁場環境下での金属製の部材の使用は、撮影や被検者に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
傾斜磁場コイルが発生するパルス状の傾斜磁場をLED放熱板が感受すると、該LED放熱板の導体内に渦電流が誘導され、その渦電流と磁場との相互作用によって発生した電磁力がLED放熱板自体を機械的に振動させてしまう。さらにLED放熱板がガントリカバーに固定されていると、LED放熱板の振動がガントリカバーへ伝わり、固体伝播音の騒音を増大させて被検者へ不快感を与えてしまう。また、LED放熱板に発生した渦電流は、静磁場を乱し画像劣化を引き起こす可能性がある。
【０００７】
他方では、放熱板に多く用いられるアルミニウムなどの金属は、優れた熱伝達率を有し、熱に弱いLED素子を固定するとともにその放熱を行うためには最適の素材である。
【０００８】
そこで、本発明は、照明機器の放熱板における発光素子の固定と放熱の機能を損なうことなく、放熱板に渦電流の波発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、被検者を収容する計測空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、
静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、計測空間を照明する光を発する発光素子と、該発光素子からの熱の放熱と該発光素子の固定とを兼ねる放熱板と、を有して成る照明機器と、を備え、放熱板は、両面に絶縁加工が施された複数の薄板を板厚方向に積層して構成され、かつ複数のスリットが形成され、かつ端部が中央部に対して折り曲げられた折り曲げ構造を有して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、照明機器の放熱板における発光素子の固定と放熱の機能を損なうことなく、放熱板に渦電流の発生を抑制することができる。これにより、渦電流に起因する放熱板の機械的な振動と誘導加熱とを低減することができる。その結果、発光素子の長寿命化と撮影される画像の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図
【図２】水平磁場方式の円筒形状の磁石を有して成るMRI装置の全体概要を示す図(a)は、磁石のトンネル開口部側から見た正面図であり、(b)は磁石の中心軸を含む垂直断面についての断面図
【図３】LED照明の基本構成を示す図
【図４】放熱板に生じる渦電流を説明する図
【図５】放熱板に施した第一の振動抑制構造(スリット構造)の一例を示す図
【図６】スリット構造を施した放熱板に生じる渦電流及び該渦電流に作用する電磁力の一例を示す図
【図７】放熱板に施した第二の振動抑制構造(積層構造)の一例を示す全体斜視図
【図８】積層構造の詳細を示す図
【図９】放熱板に施した第一の振動抑制構造(曲げ構造)の一例を示す図
【図１０】スリット構造が施された放熱板の振動抑制効果を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検者の断層画像を得るもので、図1に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
【００１４】
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検者1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検者1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。
【００１５】
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検者1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
【００１６】
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検者1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
【００１７】
送信系5は、被検者1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検者1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力されたRFパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検者1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検者1に照射される。
【００１８】
受信系6は、被検者1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル) 14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検者1の応答のNMR信号が被検者1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
【００１９】
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検者1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
【００２０】
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
【００２１】
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検者1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検者1に対向して、水平磁場方式であれば被検者1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検者1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
【００２２】
現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検者の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
【００２３】
図2は本発明が適用される水平磁場方式の円筒形状の磁石を有して成るMRI装置の全体概要を示す。(a)は、磁石のトンネル開口部側から見た正面図であり、(b)は磁石の中心軸を含む垂直断面についての断面図である。このMRI装置は、被検者1が設置される計測空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生系2と、被検者1を搭載して静磁場発生系2の中心空間に配置する天板26と、傾斜磁場コイル9と、その内側に配置された送信コイルと、被検者1から発生するNMR信号を検出する受信コイルとを備えている。
【００２４】
MRI装置の傾斜磁場コイル9は、図2のように静磁場発生系2の筒状の穴(ボア)の内部に取り付けられる。傾斜磁場コイル9の支持構造27は、静磁場発生系2の両端面にブロックを備えており、該ブロックを介して静磁場発生系2の両側面から傾斜磁場コイル9を支持する。
【００２５】
静磁場発生系2のボア内に配置された傾斜磁場コイル9には、その動作時にパルス電流が流れるために、該パルス電流と静磁場との相互作用によるローレンツ力(電磁力)が発生し、傾斜磁場コイル9自体が機械的に振動する。この傾斜磁場コイル9の振動が騒音発生源となる。つまり、傾斜磁場コイル9の振動が、空気伝搬して騒音となって現れる。また、静磁場発生系2の両端面に配置されて、傾斜磁場コイル9を両持ち支持する各ブロックは、支持梁であることから、傾斜磁場コイル9の中心部にかけてその機械的な振動が誘起され易い支持構造であることが理解される。さらに傾斜磁場コイル9の支持系を介して傾斜磁場コイル9の振動が静磁場発生系2に伝わり、その振動が静磁場発生系2を振動させる。
【００２６】
<<LED照明の放熱板が振動する原因について>>
MRI装置の照明機器は、ガントリカバーの裏面に取り付けられて、照明機器からの光がガントリカバーの穴からボア内に向けて照射される。照明機器は、例えば図2に示すとおり、フロントカバーおよびリアカバーの斜め上から下へ向けて各2箇所、合計4箇所に配置される。斜め上から照射することによって、被検者1がどの位置に居ても影が生じにくく、検査中の被検者1の様子を伺うことが容易となる。なお、照明機器の個数及び配置個所は4つに限られず、1つ以上あれば良く、上限数は、必要な明度を達成可能であって、現実的なコストで実現可能であれば何個(数十個〜数百)でも良い。
【００２７】
前述したように、照明機器には、長寿命、省電力、目に優しいことから、発光ダイオード(LED)が広く用いられる。LED照明は、図3に示すとおり、放熱板301と、該放熱板301の上に配置されたLED素子とレンズとが一体構成されたLED部302とを備えて構成されており、放熱板301に空いている穴(図示せず)を利用して、放熱板301にLED素子が固定される。放熱板301は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属で構成される。
【００２８】
金属製の放熱板を時間変化する磁束が貫通すると、図4に示すとおり、電磁誘導の法則に基づいて放熱板に渦電流が発生する。この渦電流は、放熱板の磁束に垂直な面方向に発生する。さらに、傾斜磁場の磁束が放熱板の平面に垂直で、下から上の方向に時間的に増加する場合(図4の右側の例)と、上から下の方向に時間的に増加する場合(図4の左側の例)と、では互いに逆向きの渦電流が放熱板301に生じる。静磁場は同一方向であることから、このような互いに逆向きに流れる渦電流にそれぞれ作用する電磁力も、「フレミングの左手の法則」により、互いに逆向きの力となる。従って、傾斜磁場の時間変化に基づく電磁力の時間変化が、放熱板を機械的に振動させて、該放熱板の振動が騒音の要因となる。
【００２９】
なお、本発明に係る照明機器は、発光素子としてLEDを用いるLED照明に限定されることは無く、金属製の放熱板に発光素子を固定した任意の照明機器に適用可能である。以下、LED照明を例にして本発明の詳細を説明する。
【００３０】
<<LED照明の放熱板の振動を抑制する構造について>>
次に、本発明に係る、照明機器を構成する放熱板の機械的な振動を抑制する各種振動抑制構造について説明する。以下に説明する各種振動抑制構造のいずれか一つ以上を組み合わせて実施可能である。
【００３１】
放熱板における第一の振動抑制構造は、放熱板にその平面上に流れる渦電流の流れを阻害するためのスリット構造を設けることである。
【００３２】
図5にスリット構造の一例を示す。図5に示すスリット構造は、放熱板の短軸方向の両側から、長軸方向に沿って交互に、短軸方向のスリット(溝、切欠き)501を複数設ける例である。各スリットは、短軸方向の一方の端部から始まり他方の端部近傍まで切り欠かれた構造となっている。つまり金属製の導体が完全に分離されることなく一部が連続するようにスリット501を設ける。このようなスリット構造とすることによって、放熱板の長軸方向の両端まで熱流路が連続して放熱面積を大きく確保できることになる。その結果、LED素子で発生した熱が放熱板の長軸方向の両端まで抵抗なく伝導して、伝導した熱が効率よく放熱されることになるので、LED素子の冷却効率を損なうことが殆ど無い。
【００３３】
さらに、放熱板301にスリット構造を設けると、渦電流の流れるパスが各スリットにより遮断される。図6にスリット構造を施した放熱板301に生じる渦電流及び該渦電流に作用する電磁力の一例を示す。図6に示すように、各スリットによりループ状の渦電流の形成が阻害されて渦電流の発生が抑制される。その結果、渦電流が低減することにより、該渦電流に作用する電磁力も低減する。これにより、LED照明の放熱板301の機械的な振動の低減を図ることができる。さらに、渦電流による放熱板301の誘導加熱も減少することになる。
【００３４】
放熱板における第二の振動抑制構造は、両面に絶縁加工を施した複数の薄板を板厚方向に積層して放熱板を構成することである。
【００３５】
傾斜磁場は互いに垂直な3軸方向に印加されるので、放熱板301にはその面に垂直な方向のみならず面に平行な方向にも磁束が貫通することになる。前述のスリット構造は、放熱板301の面に垂直な方向の磁束に基づく渦電流を抑制できるが、放熱板301の面に平行な方向の磁束に基づく渦電流を抑制することはできない。そこで、両面に絶縁加工を施した複数の薄板を板厚方向に積層して放熱板301を構成する。このような積層構造とすることで、積層方向に流れる渦電流のパスが遮断される。つまり、積層方向に平行な面内でのループ状の渦電流の形成が阻害されて、積層方向に平行な面内での渦電流の発生が抑制される。従って、放熱板301の面に平行な方向の磁束が時間的に変化しても、該磁束の時間的変化に基づく渦電流が低減され、該渦電流に作用する電磁力も低減する。これらの効果により、LED照明の放熱板301の渦電流に基づく誘導加熱及び機械的な振動の低減を図ることができる。
【００３６】
図7、8に積層構造の一例を示す。図7は積層構造の全体斜視図であり、図8は積層構造の詳細を示す図である。図7、8に示す積層構造は、前述の第一の振動抑制構造であるスリット構造を施した5枚の薄板(801-1〜801-5)を放熱板301の板厚方向に積層したものである。各薄板はその両面に絶縁加工(例えば、絶縁物の塗布)が施されたものである。なお、図7、8の例は、スリットを略同じ位置に形成した薄板を用いた例を示しているが、スリットを形成する位置は、薄板毎或いは幾つかの薄板で互いに異ならせても良い。
【００３７】
放熱板における第三の振動抑制構造は、放熱板を曲げ構造とするものである。
【００３８】
前述の第一の振動抑制構造であるスリット構造を放熱板に施すと、該放熱板の機械的強度が低下して振動しやすくなる。そこで、機械的強度を増強して機械的に振動しにくくするために放熱板を折り曲げた折り曲げ構造にする。好ましくは、放熱板の両端部を中央部に対して所定の角度(例えば90°)曲げた折り曲げ構造とする。そして、中央部にLED素子を配置する。
【００３９】
図9に放熱板301の曲げ構造の一例を示す。図9に示す曲げ構造は、無垢材と同等な強度を得るために、スリット構造が施された放熱板301に、その短軸方向の中央部に対して略90°となるように短軸方向の両端部(901-1,901-2)を中央部に対して曲げた構造としたものである。この両端部(901-1,901-2)の曲げ構造は、好ましくは、放熱板301の長軸方向に連続して形成されるが、長軸方向の一部のみでも良い。特に、スリット501を跨いで(含んで)折り曲げると機械的強度の増強には効果的である。
【００４０】
以上のように、放熱板301の長軸方向に沿って交互にスリット501が形成されたことによって該放熱板301の機械的強度が低下するが、曲げ加工を施した箇所の板厚が増すことにより、放熱板301の長軸方向の機械的強度が補強されて向上することになる。
【００４１】
<<LED照明の放熱板の振動抑制構造の効果について>>
次に、第一の振動抑制構造であるスリット構造が施された放熱板に傾斜磁場を印加した場合の効果を、スリット無の放熱板の場合と比較して図10のグラフを用いて説明する。図10は、固有振動数が800Hz付近の板金を用いた放熱板の騒音スペクトルを示す。実線はスリット構造が施された放熱板の騒音スペクトルを示し、点線はスリット構造無しの騒音スペクトルを示す。750Hz周辺でスリット構造有りの方が低い値となっている。板金の固有振動数が800Hz付近と近い値であるため、スリット構造による電磁力の低下が、固有振動数付近の騒音(機械的振動)レベルを下げることが理解できる。
【００４２】
以上のとおり説明した第一から第三の振動抑制構造の内の一つ以上を組み合わせて放熱板を形成して、LED照明に用いることにより、磁石のトンネル内にこのようなLED照明を配置しても、放熱板の振動・騒音を低減して、被検者の不快感を軽減することができる。つまり、本発明の放熱板は、LED素子の固定と放熱の機能を損なうことなく、放熱板に渦電流の発生を抑制することができる。これにより、渦電流に起因する放熱板の機械的な振動と誘導加熱とを低減することができる。その結果、LED素子の長寿命化と撮影された画像の画質向上を達成することができる。
【符号の説明】
【００４３】
1  被検者、2  静磁場発生系、3  傾斜磁場発生系、4  シーケンサ、5  送信系、6  受信系、7  信号処理系、8  中央処理装置(CPU)、9  傾斜磁場コイル、10  傾斜磁場電源、11  高周波発信器、12  変調器、13  高周波増幅器、14a  高周波コイル(送信コイル)、14b  高周波コイル(受信コイル)、15  信号増幅器、16  直交位相検波器、17  A/D変換器、18  磁気ディスク、19  光ディスク、20  ディスプレイ、21  ROM、22  RAM、23  トラックボール又はマウス、24  キーボード、25  寝台、26  傾斜磁場コイルの支持構造、27  LED、28  放熱板、29  LED素子、30  レンズ、31  スリットを入れた放熱板、32  薄板を積層し、スリットを入れた放熱板、33  曲げ加工を施した放熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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