(57)【要約】【課題】実施形態は、受信用コイルを磁気共鳴イメージング装置の筐体内に配置した装置を提供する。【解決手段】  実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、超伝導コイル又は永久磁石を有する静磁場源と、超伝導アレイアンテナと、を筐体内部に有し、超伝導アレイアンテナは、受信したアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換素子を有することを特徴とする。【選択図】  図３
2015085185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導コイル又は永久磁石を有する静磁場源と、超伝導アレイアンテナと、を筐体内部に有し、
前記超伝導アレイアンテナは、受信したアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換素子を有す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】
前記超伝導アレイアンテナは、超伝導フィルタを有し、
前記Ａ／Ｄ変換素子は、前記超伝導フィルタによって帯域制限された信号を変換する素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記超伝導アレイアンテナは、超伝導フィルタを有し、
前記超伝導フィルタは、複数であって、
前記複数の超伝導フィルタは、それぞれ異なる周波数帯で前記受信したアナログ信号を帯域制限し、
前記Ａ／Ｄ変換素子は、前記複数の超伝導フィルタによって帯域制限された周波数帯毎のアナログ信号をデジタル信号へ変換する素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記静磁場源は、超伝導コイルを有する静磁場源であって、
前記超伝導アレイアンテナは、前記超伝導コイルより内側の円周上に配置されてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記静磁場源は、超伝導コイルを有する静磁場源であって、
前記超伝導アレイアンテナは、前記超伝導コイルより内側の円周上に等間隔に配置されてなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記静磁場源は、超伝導コイルを有する静磁場源であって、
前記超伝導アレイアンテナは、前記静磁場源に囲まれるように配置されてなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
前記静磁場源は、超伝導コイルを有する静磁場源であって、
前記超伝導アレイアンテナは、前記筐体の中心部方向に指向性を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
前記超伝導アレイアンテナは、１列又は２列以上有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
前記超伝導コイルと前記超伝導アレイアンテナは、共通の冷却媒体によって冷却されてなる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
前記超伝導アレイアンテナは、超伝導フィルタと低雑音増幅器を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
前記超伝導アレイアンテナは、フェイズドアレイアンテナであり、
前記超伝導アレイアンテナは、位相器と接続することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１２】
前記超伝導コイルと前記超伝導アレイアンテナは、超伝導状態に冷却されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１３】
液体ヘリウムまたは液体窒素を含む冷却冷媒を収容した冷媒容器をさらに備え、
前記超伝導アレイアンテナは前記冷媒容器に収容されてなる請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１４】
前記静磁場源は、真空容器と、前記真空容器内に冷却冷媒を収容した冷媒容器と、前記冷媒容器内に超伝導コイルを有し、
前記真空容器の少なくとも一部は、前記超伝導アレイアンテナを収容した冷媒容器に被覆されてなる請求項１３に記載の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】
実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体内を撮像する装置である。かかるＭＲＩ装置は、撮像領域に静磁場を発生させる外部磁石や、静磁場内に置かれた被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル、被検体に高周波パルスを印加する高周波コイルなど、被検体内を撮像するために必要な各種の機器を備える。外部磁石には、超伝導コイルを用いた超伝導磁石が用いられ、強力な静磁場を発生することができる。
【０００３】
ＭＲＩでは、核磁気共鳴現象を受信するコイル（アンテナ）が被検体の表面に配置される。被検体の表面に配置される受信用のコイルは、撮像部位に合わせ、撮像部位に合わせたものが必要となる。また、被検体の表面に配置される受信用のコイルは、被検体へ圧迫感を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、受信用コイルを磁気共鳴イメージング装置の筐体内に配置した装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、超伝導コイル又は永久磁石を有する静磁場源と、超伝導アレイアンテナと、を筐体内部に有し、超伝導アレイアンテナは、受信したアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換素子を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成概念図である。
【図２】図２は、実施形態の受信アンテナの概念図である。
【図３】図３は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【図４】図４は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【図５】図５は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【図６】図６は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【図７】図７は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成概念図である。
【図８】図８は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【図９】図９は、実施形態の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態１）
実施形態１の磁気共鳴イメージング装置は、筐体内に受信アンテナとして、超伝導アンテナを有し、受信アンテナ内に受信アンテナで受信したアナログ信号をデジタル変換する素子を有する。図１に実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成概念図を示す。図１の磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場源１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、送信コイル１０３と、受信アンテナ１０４と、冷却装置１０６と、受信部１０７と、送信部１０８と、傾斜磁場電源１０９と、制御装置１１０とを有する。撮像範囲には、天板１０５が配置される。なお、磁気共鳴イメージング装置の被検体は、人を含む動物や化学物質などを含む。
【０００９】
静磁場源１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、送信コイル１０３と、受信アンテナ１０４は磁気共鳴イメージング装置の筐体内に備えられる。
【００１０】
実施形態の磁気共鳴イメージングとは、ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＭＲＩとＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅが挙げられる。例えば、ＭＲＩには、ＭＲＡ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ＡｎｇｉｏｇｒａｐｈｙやＭＲＳ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙなどの特殊撮像も含まれる。
【００１１】
静磁場源１０１は、被検体が置かれる撮像領域に静磁場を発生させる外部磁石である。外部磁石は、水平磁場方式の磁石である。例えば、静磁場源１０１は、真空容器、冷媒容器及び超伝導コイルを有する。超伝導コイルへ電流を流すための図示しない電源は、静磁場源１０１と接続する。超伝導コイルは、液体ヘリウムや液体窒素などを含む冷却冷媒（寒剤）によって冷却される。真空容器は、概略円筒形状に形成されており、円筒壁内が真空状態に保たれる。この真空容器の内側に形成された空間が、被検体が置かれる撮像領域となる。冷媒容器（第１の冷媒容器）は、概略円筒形状に形成されており、真空容器の円筒壁内に収納される。なお、一般的な例としては、冷媒容器は、容器内を十分に低温な状態に保つため、円筒壁内に冷媒として液体ヘリウムを収容する。超伝導コイルは、冷媒容器の円筒壁内に配置され、液体ヘリウムに浸漬される。この超伝導コイルは、真空容器の内側にある撮像領域に静磁場を発生させる。なお、真空容器は、液体ヘリウムまたは液体窒素などを含む冷却冷媒を収容した冷媒容器（第２の冷媒容器）で少なくとも一部が被覆されて、外部から熱を緩和することが好ましい。また、磁場を均一化するための補正磁石をさらに有してもよい。冷却装置１０６は、例えば、気化した冷却冷媒を液化する装置であって、磁気共鳴イメージング装置に設けられることが好ましい。この冷却装置１０６は、静磁場源１０１が常に超伝導の状態に保たれるように、磁気共鳴イメージング装置１００が稼働していない間も常時運転を続けることが好ましい。
【００１２】
傾斜磁場コイル１０２は、概略円筒形状に形成され、筐体内の静磁場源１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０２は、撮像方向を制御する。ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向の傾斜磁場コイル１０２が配置される。この傾斜磁場コイル１０２は、傾斜磁場電源１０９から供給される電流により、右ねじの法則に従って撮像領域に設定されたｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の方向に傾斜磁場を発生させる。かかる傾斜磁場コイル１０２は、撮像の実行中にパルス電流が繰り返し供給される。
【００１３】
送信コイル１０３は、筐体内に配置される。具体的には、送信コイル１０３は、筐体内の傾斜磁場コイル１０２の内側に配置される。この送信コイル１０３は、撮像領域に置かれた被検体に対して、送信部１０８から送信される高周波パルスを照射する。送信コイル１０３は、静磁場に対して垂直な面内に回転するような回転磁場を発生させる。核磁気共鳴現象を利用する場合は、高周波パルスによって、原子核を基底状態から励起状態に又は励起状態から基底状態へ反転することができる。高周波パルスの周波数は、原子核の歳差運動周波数である。電子スピン共鳴を利用する場合は、同様に、電子の歳差運動周波数を利用する。
【００１４】
受信アンテナ１０４は、筐体内に配置される。具体的には、受信アンテナ１０４は、静磁場源１０１の内側の傾斜磁場コイル１０２の内側に配置される。受信アンテナ１０４は、送信コイル１０３から照射されたパルスによって被検体から発生した電磁波を受信する。受信したアナログ信号は、受信アンテナ内１０４のＡ／Ｄ変換素子でデジタル信号へ変換される。変換されたデジタル信号は、光配線または導電性配線によって受信部１０７に伝達される。実施形態では、被検体の撮像部位に最適化した外付け型の受信アンテナを使用せずに、筐体に内蔵された形態の受信アンテナ１０４を用いる。受信アンテナ１０４は１列でも良いし、図１のように複数列あっても良い。複数列の受信アンテナ１０４は、撮像時間の短縮が可能になり、高解像度な撮像画像を得る観点から好ましい。アンテナ数が増えることで、画像処理が効率化することも好ましい。これは、アンテナ数増加に伴い、アンテナの高指向性化が可能となる。高指向性化によって、１つのアンテナが受信する電波の方向が狭くなり、信号解析が高速化される。アンテナ数が増加するため、アンテナで受信した信号は、光配線によって、制御装置１１０や外部装置へ送られること好ましい。アンテナの高指向性化によって、スライス厚を薄くし、スライスのさらなる多列化が可能となることが好ましい。
【００１５】
受信アンテナは、受信したアナログ信号をからデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換素子を有することが好ましい。受信アンテナ１０４は、超伝導アンテナ用に冷却されている。その冷却を受信アンテナ１０４内のＡ／Ｄ変換素子に採用する。冷却されて所要の温度に保たれたＡ／Ｄ変換素子は熱的なゆらぎがなく、変換においてノイズの主要因となる熱的なノイズを発生しにくく、このためＡ／Ｄ変換素子が持つビット分解能をフルに利用することができる。低ノイズでアナログからデジタルへ変換可能な構成であるため、実施形態の装置では、受信アンテナ１０４に超伝導アンテナを用い、受信アンテナ１０４内にＡ／Ｄ変換素子を配置するため、デジタル信号へ変換する前に、信号の増幅をする必要が無い。デジタル変換する前にノイズ信号も増幅してしまう信号増幅をする必要がないことと信号増幅のための増幅器が持つ非線形に起因するひずみが入らないため、実施形態の装置は、信号ひずみが起こらないという利点を有する。
【００１６】
アナログ信号をデジタル信号へ変換する前に、受信アンテナ１０４内に配置した周波数フィルタを用いて、アナログ信号に帯域制限を行うことが好ましい。この場合、Ａ／Ｄ変換素子は、フィルタによって帯域制限された信号を変換する素子である。周波数フィルタは超伝導フィルタが好ましい。帯域制限によって、アナログ信号中に含まれる高調波などのノイズ信号を除去することができる。また、フィルタを複数設け、複数のフィルタが異なる周波数帯毎に帯域制限を行ってもよい。異なる周波数帯毎にアナログ信号をデジタル信号へ変換することで、周波数帯毎に信号を並列処理することができる。並列処理は、画像処理の高速化の観点から好ましい。この場合、Ａ／Ｄ変換素子は、複数のフィルタによって帯域制限された周波数帯毎のアナログ信号をデジタル信号へ変換する素子である。
【００１７】
実施形態の受信アンテナ１０４は、これらの構成によって、アンテナの素子で受信したアナログ信号を極めて低歪かつ低ノイズでデジタル信号への変換が可能となる。また、実施形態では、アンテナ数が増え、指向性も高まっていることにより、１つのアンテナが狭小領域からの非常に純粋な信号をデジタル信号として得ることができる。１つのアンテナがこのようなデジタル信号を得ることで、後処理が極めて容易となって信号処理が速くなる。さらに、このような非常に純粋なデジタル信号を処理することによって得られる画像データは、従来の装置による画像と比較して、低ノイズかつ高解像感であることが期待される。なお、従来の外部受信アンテナで受信した信号をデジタル変換する際は、変換時に少なからず歪やノイズの影響を受けているが、実施形態では、このような影響を極力排しているため、上記において、純粋な信号と記載した。また、従来の受信アンテナでは、アンテナサイズが大きいため、１つのアンテナがカバーする領域が実施形態の受信アンテナに比べて、非常に広い。
【００１８】
外付け型の受信アンテナは、被験体からの微弱な電磁波を効率的に受信するために被検体の撮像部位に合わせたアンテナを、被検体に密接又は被検体表面近傍に配置する。このアンテナを磁気共鳴イメージング装置の筐体内に配置すると、受信アンテナと被検体との距離が離れすぎて、測定が可能な電磁波を受信することができない。
【００１９】
なお、上記の方法以外に受信アンテナ１０４に送信コイルの機能を持たせることができる。送受信時にアンテナを共用し、アンテナと送受信回路と送受信切り替え部を持った構成としても良い。受信アンテナ１０４には、受信アンテナ１０４が受信した信号を処理するバンドパスフィルターや低雑音信号増幅器を受信アンテナ１０４内などの筐体内に配置してもよい。バンドパスフィルターは、超伝導フィルタを用いることができるため、アンテナや超伝導磁石の冷却を用いて超伝導状態にすることができる。低雑音信号増幅器は、低温環境下ではより低歪みで信号を増幅することができる。この場合、送信コイル１０２は省略される。
【００２０】
実施形態では、受信アンテナ１０４に超伝導アンテナを用いることが好ましい。受信アンテナ１０４としては、超伝導アンテナを積層した超伝導体アレイアンテナを用いることがより好ましい。超伝導アレイアンテナは、アンテナパターンが微細であっても損失が少なくアンテナの微細化が可能である。損失が少ないため、アンテナの利得が高い。また、積層することでアンテナの利得と指向性が向上する。超伝導アンテナのアンテナパターン形状は、モノポール型、ダイポール形、クランク型や矩形、円形、楕円形などのスパイラル型などが挙げられる。多様な撮像方法に対応するため、受信アンテナ１０４は、ビーム走査が可能なフェイズドアレイアンテナがより好ましい。
【００２１】
実施形態の超伝導アレイアンテナは、短波帯域からミリ波帯域において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなるアンテナとグランドパターンを有するパッチアンテナを積層したアレイアンテナと、伝導アレイアンテナで受信したアナログ信号を帯域制限する超伝導フィルタと、アナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換素子を有することが好ましい。
【００２２】
図２の概念図に実施形態の受信アンテナ１０４の概念図を示す。受信アンテナ１０４は、第１の超伝導アンテナ層２０１と、第１の基板２０２と、第２の超伝導アンテナ層２０３と、第２の基板２０４と、第３の超伝導アンテナ層２０５と、第３の基板２０６と、超伝導グランド層２０７と、赤外反射膜２０８と、コールドヘッド２０９と、冷却媒体２１０と、超伝導フィルタ１１２と、Ａ／Ｄ変換素子１１３を有する。
【００２３】
実施形態のアレイアンテナ（受信アンテナ１０４）は、図２の概念図に示すように、第１の超伝導アンテナ層２０１、第１の基板２０２、第２の超伝導アンテナ層２０３、第２の基板２０４、第３の超伝導アンテナ層２０５、第３の基板２０６、超伝導グランド層２０７の順に積層してなる。アンテナ層には図示しない給電経路が設けられている。給電経路は、図２には図示しない受信部１０７と接続する。また、各超伝導アンテナ層は、給電経路とグランド層と接続する。超伝導アンテナ層には、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ、Ｌａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂなどの元素を１種以上含む酸化物超伝導体膜を所望の形状に加工したアンテナパターン、給電経路とグランドパターンを有する。
【００２４】
赤外反射膜２０８は、アンテナを加熱する赤外線がアンテナに入射することを防ぐ膜である。赤外線反射膜２０８は、アンテナの表面（第１の超伝導アンテナ層２０１）に設けられ、超伝導アンテナ層を温める赤外線の入射を防ぐ。赤外反射膜２０８は、例えば、金属酸化物の多層膜である。赤外線源がない場合などは、赤外反射膜２０８を省略することができる。
【００２５】
コールドヘッドは２０９、アレイアンテナを保持し冷却する熱伝導性の高い部材である。コールドヘッドは２０９、冷却媒体２１０と熱的に接続して冷却される。冷却温度は、アレイアンテナの超伝導酸化物膜によって、異なり、例えば７７Ｋ以下である。
【００２６】
冷却媒体２１０は、アレイアンテナを冷却するコールドヘッド２０９を冷却する部材である。冷却媒体２１０は、アレイアンテナ用の冷凍機で冷却されても良いし、静磁場源１０１の超伝導コイルの冷却で用いられる液体ヘリウムまたは液体窒素を含む冷却冷媒などの冷却部材と共通でもよい。なお、冷却媒体２１０は冷却されたコールドヘッド２０９で代用して省略することができる。
【００２７】
超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３は、筐体１１１内の好ましくは受信アンテナ１０４等の冷温で、温度揺らぎの少ない環境に配置される。冷温で、温度揺らぎの少ない環境であれば、超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３は、受信アンテナ１０４外でもよいが、デジタル信号への変換ロスを減らす観点からは、受信アンテナ１０４中に超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３は、配置されることが好ましい。受信アンテナ１０４中に超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３が配置される場合は、コールドヘッド２０９や冷却媒体２１０に、超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３が配置されることが好ましい。超伝導フィルタと１１２とＡ／Ｄ変換素子１１３は、図示しない配線によってアンテナ層のアンテナパターン配線と接続している。デジタルへ変換された信号は、受信部１０７へ送られる。Ａ／Ｄ変換素子１１３は、超伝導の低温環境下以外においても、低揺らぎかつ低ノイズ変換が可能である場合は、任意の好適な低温環境下に配置される。      
【００２８】
次に、図３に実施形態の受信用アンテナ１０４を筐体内部に有する磁気共鳴イメージング装置の断面概念図を示す。図３の概念図の磁気共鳴イメージング装置は、筐体１１１内に、静磁場源１０１と、受信アンテナ１０４と、超伝導フィルタと１１２と、Ａ／Ｄ変換素子１１３と、冷却媒体２１０と、受信部１０７を有し、撮像領域には被験体が配置される天板１０５が、撮像時に配置される。静磁場源１０１よりも内側に受信アンテナ１０４が配置される。各受信アンテナ１０４の図示しない出力部と受信部１０７は、配線で接続され、受信アンテナ１０４で受信した信号は、配線を通り受信部１０７へ伝えられる。
【００２９】
筐体１１１の中心部Ｃは筐体の中央部のＸの領域である。受信アンテナ１０４は、中心部Ｃ１（例えば、（ｘ１、ｙ１，ｚ１））に指向性が配向するように配置されることが好ましい。複数列の受信アンテナ１０４を設ける場合は、各列の受信アンテナ１０４はｚ軸方向にのみずれた中心部Ｃａ（例えば、（ｘ１、ｙ１，ｚａ））に指向性が配向する様に配置されることが好ましい。受信アンテナ１０４は、中心部Ｃ方向に配向している。受信アンテナ１０４は、静磁場源１０１の内周側に、円周を描くように（仮想）円周上に配置される。受信アンテナ１０４は、中心部から等距離に配置されると、各アンテナ間の特性差を減らす観点から好ましい。受信アンテナ１０４は、等間隔に配置されることが好ましい。受信アンテナ１０４は、静磁場源１０１に囲まれるように配置されることが好ましい。図３では、２０個の受信アンテナ１０４で構成されている。受信部１０７などは、筐体１１１内部に備えられていてもよい。超伝導を用いることとで、受信アンテナ１０４を超小型化し、多数のアンテナを筐体内に配置することができる。筐体１１１の中空開口部（被検体領域）の直径が７０ｃｍで、外部磁場強度が１．５Ｔの磁気共鳴イメージング装置であれば、例えば、５０個の受信アンテナ１０４を超伝導コイルの内側に配置し、更にそれが数十列配置することができる。非常に多くの受信アンテナ１０４を用いて撮像することができるため、外付け型の受信アンテナでは実現できなかった高解像度な撮像が可能となる。これらは、従来の受信コイルでは、損失が大きいためサイズを小型化することが困難であったことと、感度を上げるためには被検体にほぼ接触させる必要があったため、その大きさや特性の制限から超伝導コイルの内側の筐体内部にアンテナを置こうとしても置けない、もしくは、置いても１０個程度が限界であった。実施形態では、受信アンテナ１０４自体が小型であることと、複数の超伝導小型アンテナをアレイ化することで高感度化してあるため、被検体から離しても特性が得られ、かつ、小型であるため超伝導コイルの内側に数十個アンテナを配置することが可能となり従来と比べ高感度に測定が可能となる。
【００３０】
次に、図４に実施形態の受信アンテナ１０４を筐体内部に有する磁気共鳴イメージング装置の断面概念図を示す。静磁場源１０１の超伝導コイルと超伝導アンテナ１０４は、共通の冷却冷媒によって冷却されてなる。図４と図３の概念図の磁気共鳴イメージング装置の違いは、コールドヘッド２０９が静磁場源１０１の低温領域と受信アンテナ１０４と接続していることである。静磁場源１０１の超伝導コイルを超伝導状態にするために冷却を行う必要があるため、その冷却を超伝導アンテナ１０４にも行うことができる。この形態の装置であれば、受信アンテナ１０４を冷却するための冷凍機を別途設ける必要が無く、効率よく装置を構成することができる。
【００３１】
また、受信アンテナ１０４が配向する方向を任意に変えられるように、受信アンテナ１０４にフェイズドアレイアンテナを用いてもよい。この場合は、受信アンテナ１０４内又は外部に位相器を設ける。
【００３２】
天板１０５は、図示していない寝台によって支持される。また、天板１０５は、撮像時には被検体が載置され、被検体とともに撮像領域内へ移動される。
【００３３】
受信部１０７は、受信アンテナ１０４によって受信されたアナログ信号がデジタル信号へ変換された磁気共鳴信号を受信する。受信した磁気共鳴信号を必要に応じてデジタル処理することで生データを生成する。そして、受信部１０７は、生成した生データを制御装置１１０に送信する。また、受信部１０７は、Ａ／Ｄ変換素子１１３の動作を制御することができる。
【００３４】
送信部１０８は、制御装置１１０からの指示に基づいて、送信コイル１０８に高周波パルスを送信する。かかる送信部１０８は、送信コイル１０３に送信する高周波パルスを発生させるための高周波電源を有する。
【００３５】
傾斜磁場電源１０９は、制御装置１１０からの指示に基づいて、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する。
【００３６】
制御装置１１０は、傾斜磁場電源１０６、送信部１０８及び受信部１０７をそれぞれ駆動することによって被検体の撮像を行う。そして、制御装置１１０は、撮像を行った結果として受信部１０７から生データが送信されると、その生データを計算し、画像データとして出力したり、データ処理やデータ保存をする外部装置又は内部装置へデータを送信したり。出力された画像データを、保存し、又は、モニタに表示することができる。
【００３７】
実施形態の撮像では、アンテナが受信した信号をロス無く後処理にて加工することができる。したがって、プレスキャンを行わずに撮像することもできる。磁気共鳴イメージング装置は、手術中の診断装置として用いられる場合がある。この際に被手術者へコイルを装着する必要がなくなることで、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）と同様に迅速かつ衛生的な診断を行うための装置として使用されうる。
【００３８】
（実施形態２）
図５に実施形態の受信アンテナ１０４を筐体内部に有する磁気共鳴イメージング装置の断面概念図を示す。図３の概念図の磁気共鳴イメージング装置は、筐体１１１内に、静磁場源１０１と、受信アンテナ１０４と、受信部１０７と、超伝導フィルタ１１２と、Ａ／Ｄ変換素子１１３と、コールドヘッド２０９と、第２の冷媒容器３００とを有し、撮像領域には被験体が配置される天板１０５が、撮像時に配置される。図５の磁気共鳴イメージング装置は、第２の冷媒容器３００以外の構成が図３の磁気共鳴イメージング装置と共通する。実施形態２において、上述の実施形態と共通することに関しては、その説明を省略する。
【００３９】
実施形態２では、受信アンテナ１０４の冷却に関して、具体化した形態の磁気共鳴イメージング装置について説明する。静磁場源１０１の超伝導コイルは、液体ヘリウムなどの冷却冷媒で冷却されているが、液体ヘリウムへの熱の影響を防ぐために、液体ヘリウムが収容された第１の冷媒容器を有する真空容器の少なくとも一部又は全部は、液体ヘリウムまたは液体窒素を含む冷却冷媒（寒剤）を収容した第２の冷媒容器３００で被覆されることが好ましい。本実施形態では、この冷却冷媒を収容した第２の冷媒容器３００を熱的及び空間的に有効利用している。受信アンテナ１０４の少なくとも超伝導アレイアンテナは、この冷却冷媒（コストの観点から主に液体窒素）で冷却され、超伝導状態まで、冷却される。従って、受信アンテナ１０４に用いられる超伝導部材は、いわゆる高温超伝導体であることが好ましい。従来の外部受信アンテナを必要とする形態の磁気共鳴イメージング装置においても用いられる液体窒素の冷媒容器内に受信アンテナ１０４を配置することで、撮像領域（開口径）の減少がないまたはほとんど無くなる。
【００４０】
図６に、実施形態１の図４で示した磁気共鳴イメージング装置に第２の冷媒容器３００を設けた形態の磁気共鳴イメージング装置を示す。第２の冷媒容器３００とコールドヘッド２０９は接続している。第２の冷媒容器３００によって、本形態においても、上記形態と同様の効果を有する。
【００４１】
（実施形態３）
実施形態３は、垂直磁場型の磁気共鳴イメージング装置に関する。図７に、実施形態３の磁気共鳴イメージング装置の構成概念図を示す。図７の磁気共鳴イメージングは、垂直磁場を被検体へ印加するための、静磁場源１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、送信コイル１０３と、受信アンテナ１０４と、冷却装置１０６と、受信部１０７と、送信部１０８と、傾斜磁場電源１０９と、制御装置１１０とを有する。撮像範囲には、天板１０５が配置される。受信アンテナ１０４は、垂直磁場の磁場方向と異なる方向、例えば、垂直磁場に対して鉛直方向に受信面ないし指向性を有するように配置される。実施形態３において、上述の実施形態と共通することに関しては、その説明を省略する。
【００４２】
静磁場源１０１は、超伝導コイルの磁石でもよいし永久磁石でもよい。静磁場源１０１が永久磁石の場合は、冷却装置１０６は、受信アンテナ１０４を冷却する冷却冷媒が液化したものを液化する。この場合、冷却冷媒は、液体窒素又は液体ヘリウムを含むことが好ましい。
【００４３】
図８は実施形態３の別方向断面の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。図８では、冷却装置１０６などいくつかの構成の図示を省略している。図８の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場源１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、送信コイル１０３と、受信アンテナ１０４と、受信部１０７と、筐体１１１と、超伝導フィルタ１１２と、Ａ／Ｄ変換素子１１３と、コールドヘッド２０９を有する。撮像領域には被験体が配置される天板１０５が、撮像時に配置される。
【００４４】
図８の磁気共鳴イメージング装置では、静磁場源１０１の間に液体ヘリウムまたは液体窒素を含む冷却冷媒を収容した冷媒容器３００中で冷却された受信アンテナ１０４が配置されている。受信アンテナ１０４は、筐体１１１内の支柱の領域に配置されている。垂直磁場の磁気共鳴イメージング装置は、オープン型と呼ばれるものであり、支柱以外の領域は、開口していることが好ましい。
【００４５】
実施形態３では、垂直磁場型であるため、静磁場源１０１等は、撮像領域の上下に分離されている。上下に分離された静磁場源１０１を含めた構成は、筐体１１１の支柱によって支えられている。受信アンテナ１０４は、１つの支柱に配置される形態でもよい。実施形態の受信アンテナ１０４は、支柱内に、撮像領域方向に指向性を備えるように配置されることが好ましい。支柱が２本の形態を例示しているが、支柱の本数と受信アンテナ１０４が配置される支柱の比率は、磁気共鳴イメージング装置の設計に応じて変更可能である。図８では、１列に４つの受信アンテナ１０４を配置しているが、筐体内１１１に配置可能な受信アンテナ１０４の数は、受信する周波数によって変わるため、図示したアンテナ数は一例である。他の例としては、１列１０個の受信アンテナ１０４を１０列、つまり１００個の受信アンテナ１０４を１つの支柱に配置することができる。
【００４６】
このように、垂直磁場型の磁気共鳴イメージング装置において必要となる支柱中に受信アンテナ１０４を配置することで、開口領域や撮像領域を狭めることなく又はほとんど狭めずに筺体中に受信アンテナ１０１を配置することができる。本実施形態では、永久磁石を用いた磁気共鳴イメージング装置においても採用することができる。
【００４７】
（実施形態４）
実施形態４の磁気共鳴イメージング装置は、実施形態２の液体窒素による冷却を実施形態３の磁気共鳴イメージング装置に採用した形態である。図９に実施形態４の磁気共鳴イメージング装置の概念図を示す。図９の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場源１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、送信コイル１０３と、受信アンテナ１０４と、受信部１０７と、筐体１１１と、超伝導フィルタ１１２と、Ａ／Ｄ変換素子１１３と、コールドヘッド２０９と、例えば液体窒素などの冷却冷媒を収容した第２の冷媒容器３００を有する。本形態では、静磁場源１０１に、超伝導コイルを用いた磁石が用いられる。超伝導コイルを収容する第１の冷媒容器を収容した真空容器の少なくとも一部又は全部は、超伝導アンテナを収容した第２の冷媒容器３００によって被覆されている。実施形態４において、上述の実施形態と共通することに関しては、その説明を省略する。本構成による効果は、上述の通りである。
また、冷却の手法に関しては液化ガスを利用する方法で記載したが、冷凍機を用いた冷却方法でも同様に本アイデアを適用することが可能である。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…磁気共鳴イメージング装置
１０１…静磁場源
１０２…傾斜磁場コイル
１０３…送信コイル
１０４…受信アンテナ
１０５…天板
１０６…冷却装置
１０７…受信部
１０８…送信部
１０９…傾斜磁場電源
１１０…制御装置
１１１…筐体
１１２…フィルタ
１１３…Ａ／Ｄ変換素子
２０１…第１の超伝導アンテナ層
２０２…第１の基板
２０３…第２の超伝導アンテナ層
２０４…第２の基板
２０５…第３の超伝導アンテナ層
２０６…第３の基板
２０７…超伝導グランド層
２０８…赤外線反射膜
２０９…コールドヘッド
２１０…冷却媒体
３００…冷媒容器
【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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