(57)【要約】  ＭＲＩ装置は、空間に均一磁場（７）を発生させる静磁場発生源（２ａ、２ｂ）を有する静磁場発生装置（２）と、均一磁場（７）に傾斜磁場（９）を重畳させる傾斜磁場発生源（３ａ、３ｂ）を有する傾斜磁場発生装置（３）と、静磁場発生源（２ａ、２ｂ）と傾斜磁場発生源（３ａ、３ｂ）との間で、均一磁場（７）の発生する領域（撮像空間、８）の均一磁場（７）方向両側に設けられている一対の良導体部材（５ａ、５ｃ）と、撮像空間（８）の均一磁場（７）方向両側に渡って一対の良導体部材（５ａ、５ｃ）の間に設置されている高電気抵抗部材（５ｂ）とを備える。これにより、渦電流による断層画像の劣化と発熱の低減が可能なＭＲＩ装置を提供する。
2016114198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を内部の撮像空間に導入可能な円筒形状の静磁場発生源を有する静磁場発生装置と、
前記撮像空間に傾斜磁場を重畳させる傾斜磁場発生源を有する傾斜磁場発生装置と、
前記傾斜磁場発生源の径方向外側かつ前記静磁場発生装置の径方向内側に、
前記撮像空間の均一磁場方向両端側に設けられた一対の円筒状の良導体部材と、
前記撮像空間の均一磁場方向において一対の前記良導体部材の間に設置され、前記良導体部材よりも電気抵抗が高い円筒状の高抵抗部材と、備えた
磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記高抵抗部材は、
連続性を有する一個の部材であって、
前記静磁場発生装置の中心軸方向における長さが、前記傾斜磁場発生源から漏れる磁場強度が予め定められた所定値以下となるような長さの範囲内に納められ、
前記良導体部材との間が絶縁されている
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】
前記良導体部材は、
前記静磁場発生装置の中心軸方向に関する長さが、前記撮像空間と前記良導体部材との距離が予め定められた所定値以上となるような長さ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４】
前記良導体部材は前記静磁場発生装置に固定され、
前記高抵抗部材は前記傾斜磁場発生源に固定され、
ていることを特徴とする
請求項１から請求項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】
前記高抵抗部材が、前記良導体部材の径方向外側を被覆していることを特徴とする、
請求項１から請求項３のいずれか１項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】
本発明は、静磁場発生装置と傾斜磁場発生装置を備えた磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imagingと称す)装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置における渦電流の抑制方法に関する従来技術として、静磁場発生装置と傾斜磁場発生装置の間の傾斜磁場発生装置側に導電性の高い部材で構成されたカウンターシールドを設けることで、ＲＦシールドに生じる渦電流に起因する磁場を遮蔽する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、傾斜磁場発生装置の軸方向両端側に良導体リングを設けることで、渦電流の原因となる静磁場発生装置の振動を低減する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＪＰ４３３４５９９Ｂ２
【特許文献２】ＷＯ２０１３／０４６９５７Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記した特許文献１の技術では、カウンターシールド自体の振動に伴って新たに渦電流が生じて撮像空間の磁場が乱れ、断層画像の劣化が生じることが考えられる。なお特許文献１では、スリットを設けて一部の電気抵抗を等価的に高くすることによって、カウンターシールドの渦電流を抑制する方法が記載されている。しかし傾斜磁場発生装置から漏れる磁場が増加するため、静磁場発生装置の低温部材に渦電流発熱が生ることや、カウンターシールドの高電気抵抗領域で渦電流が集中して発熱密度が増加することが考えられた。また、特許文献２の技術では、渦電流が生じる良導体リングが撮像領域から遠いため断層画像への影響は小さいが、傾斜磁場発生装置の振動が大きくなった場合に、断層画像に対する影響が無視できなくなることが考えられた。【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、振動による断層画像の劣化を抑制し、渦電流による静磁場発生装置や傾斜磁場発生装置の発熱を低減できるＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、前記傾斜磁場発生装置と前記静磁場発生源との間に、前記均一磁場の発生領域の均一磁場方向両端側で分割された外周リング構造を備えたＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、振動による断層画像の劣化を抑制し、渦電流による静磁場発生装置や傾斜磁場発生装置の発熱を低減できるＭＲＩ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の概略縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の傾斜磁場発生装置の概略縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ装置の傾斜磁場発生装置の概略縦断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ装置における外周リング構造の分割位置を定める概念図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置の傾斜磁場発生装置のうち軸方向端部の概略縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置における外周リング構造の分割位置を定める概念図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るＭＲＩ装置の傾斜磁場発生装置の概略正面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係るＭＲＩ装置の傾斜磁場発生装置の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１の概略斜視図を示す。
【００１１】
本実施例におけるＭＲＩ装置１が備える主な機器要素は、静磁場発生装置２、傾斜磁場発生装置３、照射コイル４、受信コイル２２、および寝台６である。以下、各要素について説明する。
【００１２】
静磁場発生装置２は、被検体１０の生体組織を構成する原子のスピンを配向させるために、撮像空間８に均一磁場７（図２参照）を生成する。なお、均一磁場７の磁場を補正し、均一度を高めるためにシムコイル（図示せず）が静磁場発生装置２の撮像空間８側に設けられることもある。また、静磁場発生装置２は水平方向に平行なＺ軸を中心軸とした場合、この軸を中心として筒状の内壁を有する円筒形状をしており、真空容器支持脚２ｆによって床面から支持されている。なお、説明を簡単にするためにZ軸を水平方向に平行な直線と述べたが、現実にはこれに限ることなく、概ね水平方向であって、例えば寝台６を撮像空間８に導入する方向などがZ軸であってよい。
【００１３】
傾斜磁場発生装置３は、静磁場発生装置２よりも撮像空間８側に設けられており、静磁場発生装置２が発生させた均一磁場に対して、直交する３軸方向の勾配を有する磁場を重畳させる。傾斜磁場発生装置３の構造に関する詳細な説明は後述する。
【００１４】
照射コイル４は、傾斜磁場発生装置３よりも撮像空間８側に設けられている。照射コイル４は、静磁場発生装置２と中心軸を共通とする（Ｚ軸を中心軸とする）円筒状の部材であって、中心軸と直交する面で分割した場合、その断面における内径の形状は円や楕円である。またその役割は、高周波信号を照射することによって、被検体１０の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせることである。照射コイル４によって励起された核磁気共鳴による信号は、寝台６に取り付けられている受信コイル２２によって取得される。
【００１５】
図２に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１の概略縦断面図を示す。
【００１６】
静磁場発生装置２は、超電導コイルを採用した静磁場メインコイル２ａ（以下、メインコイル２ａと呼ぶ）と、超伝導コイルを採用した静磁場シールドコイル２ｂ（以下、シールドコイル２ｂと呼ぶ）を備える。これらメインコイル２ａとシールドコイル２ｂとをまとめて静磁場発生源と呼ぶ。
【００１７】
また、ＭＲＩ装置１は、超電導コイルであるメインコイル２ａとシールドコイル２ｂを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器２ｅと、冷却容器２ｅを内包する構造を有する輻射シールド板２ｄと、冷却容器２ｅと輻射シールド板２ｄとを真空環境下に収納し断熱する真空容器２ｃと、真空容器２ｃを設置床面に支持する真空容器支持脚２ｆ（図１参照）と、冷却容器２ｅと輻射シールド板２ｄを真空容器２ｃ内に断熱支持する荷重支持体（図示せず）等を有している。
【００１８】
メインコイル２ａはリング形状を有しており、その中心軸はＺ軸と一致する。本実施例においては、メインコイル２ａは、Ｚ軸方向に沿って複数（図２の例では４個）配置されている。メインコイル２ａは、撮像空間（空間）８に、均一磁場７（静磁場）を生成することができる。なお、メインコイル２ａが生成する磁場は、撮像空間８外にも生じ、特に、撮像領域９を中心に考えた場合、Ｚ軸方向においてメインコイル２ａよりも遠くの位置における磁場（漏れ磁場）が比較的強くなる。シールドコイル２ｂは、この漏れ磁場の大きさを小さくすることができる。
【００１９】
シールドコイル２ｂは、リング形状を有しており、その中心軸はＺ軸と一致する。また、シールドコイル２ｂは、Ｚ軸方向に複数（図２の例では２個（一対））配置されている。Ｚ軸方向の配置位置は、メインコイル２aのうちＺ軸方向において両端に配置された一対のメインコイル２ａの近傍であって、撮像領域９を中心としたときに、それらのメインコイル２ａよりも遠くに配置されている。なお、シールドコイル２ｂが、Ｚ軸方向において両端に配置されたメインコイル２ａよりも撮像領域９側に配置されていてもよい。また、シールドコイル２ｂの直径は、Ｚ軸方向において両端に配置されるメインコイル２ａよりも大きいものを例示したが、これに限らず、メインコイル２ａよりも小さな径であることも考えられる。
【００２０】
図２のうち傾斜磁場発生装置３について詳細に示したのが図３である。本図面を用いて傾斜磁場発生装置３、外周リング構造５の詳細について説明する。
【００２１】
傾斜磁場発生装置３の形状は、全体の外形としては、静磁場発生装置２と中心軸を共通とする（Ｚ軸を中心軸とする）円筒形状を有し、中心軸と直交する面で分割した場合、その断面形状は円や楕円の形状を呈する。また、傾斜磁場発生装置３を構成する主な要素は、傾斜磁場メインコイル３ａ（以下、メインコイル３aと呼ぶ）、傾斜磁場シールドコイル３ｂ（以下、シールドコイル３ｂと呼ぶ）、およびこれらを一体的に固定するレジン３ｃである。メインコイル３aとシールドコイル３ｂはそれぞれ複数個が備え付けられていてよく、またレジン３ｃはビーズやガラス繊維クロス等が含まれていてもよい。
【００２２】
なお、シールドコイル３ｂとメインコイル３ａの配置関係に関しては、シールドコイル３ｂがメインコイル３ａに対して、静磁場発生装置２側、すなわちｚ軸により遠い位置に配置されている。また、傾斜磁場発生装置３は、取付部材（図示せず）を介して真空容器２ｃに取り付けられている。なお、今後の説明において便宜上、メインコイル３ａとシールドコイル３ｂとをまとめて傾斜磁場発生源と呼ぶ。
【００２３】
次に外周リング構造５について説明する。外周リング構造５は、静磁場発生装置２よりも撮像空間８側、かつ傾斜磁場発生装置３の外周面よりも外側に設けられている円筒形状の部材である。その構造は中心軸方向において少なくとも異なる２つの位置で分割されており、少なくとも３つ以上のリング構造がｚ軸方向に並ぶように配置されているものである。以降では、外周リング構造５が２カ所で分割されている場合を例に説明を続けることとし、ｚ軸方向において両端に位置するリングを左端リング５a（第１リング部材）、右端リング５ｃ（第２リング部材）と呼び、これらに挟まれたリングを中央リング（第３リング部材）と便宜的に称する。
【００２４】
外周リング構造５に関して、各リングの特性等は次のように規定される。まず左端リング５ａ及び右端リング５ｃは非磁性かつ導電性を有する銅やアルミニウムで形成される。一方。中央リング５ｂは非磁性かつ円筒状であって、左端リング５ａ及び右端リング５ｃよりも電気抵抗の高いステンレス鋼やチタン合金で形成されている。
【００２５】
また、外周リング構造５の外形や構造の特徴は次のように纏められる。すなわち、左端リング５ａと中央リング５ｂとの分割部（突き合わせ）は、中心軸方向において、撮像空間８よりも外側、つまり中心軸方向において撮像空間８の差渡しに含まれない位置に設けられている。この配置関係を換言すると、左端リング５ａと中央リング５ｂとの突き合わせは、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が大きくなるような端部ではなく、そこよりも撮像空間８側に位置していることとなる。即ち、両端側リング５ａ、５ｃは傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が大きい領域にのみ設置され、中央側リング５ｂは漏れ磁場が大きい位置には設置されないことが望ましい。
【００２６】
また、中央側リング５ｂはＺ軸方向（均一磁場７の磁場方向）において撮像空間８と重なるように配置され、かつＺ軸方向に関して少なくとも撮像空間８の差渡し全域を含むような長さを有する一個の部材である。
【００２７】
また外周リング構造５は、傾斜磁場発生装置３に機械的に結合して設置されている。外周リング構造５の設置方法としては、リングの焼き嵌めや、円弧状に曲げた複数の板を溶接する方法が挙げられ、どの方法を採用してもよい。
【００２８】
次に、本実施例のＭＲＩ装置１において、渦電流による断層画像の劣化や導体部材の発熱が抑制される仕組みについて説明する。
【００２９】
まず、渦電流による断層画像の劣化抑制について説明する。
【００３０】
ＭＲＩ装置１によって被検体を撮影する際には、静磁場発生装置２によって、撮像空間８に均一磁場７が生成される。この際、同時に、傾斜磁場発生装置３が配置されている領域にも、静磁場発生装置２に由来する静磁場が生成されている。このように静磁場の影響を受けた状況下で、傾斜磁場発生装置３の傾斜磁場発生源にパルス状の電流が流される。そうすると傾斜磁場発生装置３が配置された領域に生じている静磁場と、このパルス状の電流のカップリングによりパルス状のローレンツ力が傾斜磁場発生源に作用して、傾斜磁場発生装置３が振動する。
【００３１】
そして、この傾斜磁場発生装置３の振動は、傾斜磁場発生装置３を静磁場発生装置２に取り付けている取付部材を介して真空容器２ｃに伝搬し、更に、真空容器２ｃから荷重支持体を介して輻射シールド板２ｄや冷却容器２ｅに伝播し、静磁場発生装置２の各部材が振動する。なお、ここでは傾斜磁場発生装置３が静磁場発生装置２に取り付けられる例を挙げたが、これに限らず、例えば真空容器２ｃなど、ＭＲＩ装置１を構成する他の部材に傾斜磁場発生装置３が取り付けられる場合も、振動は同様に発生し連結された箇所を介して伝達される。
【００３２】
また、静磁場発生装置２を構成する真空容器２ｃ、輻射シールド板２ｄ、冷却容器２ｅなどでは、傾斜磁場発生装置３が発生させる傾斜磁場の一部が漏れ、この漏れ磁場が作用することによって渦電流が生じる。この傾斜磁場に由来する渦電流と静磁場発生装置２により生成される静磁場とがカップリングすることで、静磁場発生装置２にパルス状のローレンツ力が作用する。これにより静磁場発生装置２の各部材が振動し、これらの振動が静磁場発生装置２に取り付けている取付部材を介して傾斜磁場発生装置３に伝播するため、傾斜磁場発生装置３の振動が増加する。
【００３３】
そして静磁場発生装置２や傾斜磁場発生装置３が振動するということは、すなわち各装置を構成する導体部材と静磁場発生源２ａ、２ｂとの相対距離が変化することと同義であるため、鎖交磁束の変化により起電力が生じることとなる。その結果、各装置の導体部材には渦電流が誘導され、この渦電流が、撮像空間８においても均一磁場を乱すような磁場を作り出すため、断層画像が劣化する。以上が、渦電流によって断層画像が劣化する仕組みの一例である。
【００３４】
このような断層画像劣化に対して、本実施例のＭＲＩ装置１が備える外周リング構造５は、傾斜磁場発生装置３の外周側に設置され機械的に一体の構造されることで、傾斜磁場発生装置３の剛性が増加するため、傾斜磁場発生装置３の振動を低減することができる。また、取付部材を介して静磁場発生装置２に伝播する振動が減少することで、静磁場発生装置２の振動が低減される。
【００３５】
さらに、外周リング構造５のうち、傾斜磁場発生装置３の漏れ磁場が大きい領域に設置されている左端リング５ａ、右端リング５ｃは、導電性の高い部材で構成されている。そのため、撮像時に傾斜磁場発生装置３が有する傾斜磁場発生源にパルス状の電流が流れると、左端リング５ａ、右端リング５ｃには渦電流が生じ、この渦電流が、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場を遮蔽するため、静磁場発生装置２を構成する導体部材に生じる渦電流が減少し、ローレンツ力も減少する。このような作用を外周リング構造５が生じさせるため、静磁場発生装置２の振動が低減される。
【００３６】
さらに、外周リング構造５のうち、中央リング５ｂも傾斜磁場発生装置３と機械的に一体となっていることから、傾斜磁場発生装置３の全体にわたってその剛性が高められ、傾斜磁場発生装置３の振動を低減する効果が得られる。これに伴い、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２に伝播する振動が減少するため、静磁場発生装置２の振動が低減する。なお、剛性を高めるという観点から、中央リング５ｂは全面が連続している一個の部材で構成されることが望ましい。
【００３７】
このように、本実施例のＭＲＩ装置１は、静磁場発生装置２のローレンツ力の減少と、傾斜磁場発生装置３からの振動伝播低減によって、振動に伴い静磁場発生装置２を構成する導体部材に誘導される渦電流が減少し、撮像空間８に生じる渦電流による磁場が抑制され、断層画像の劣化防止の効果が得られる。
【００３８】
なお、外周リング構造５は傾斜磁場発生装置３と機械的に一体となっているため、傾斜磁場発生装置３の振動に伴って外周リング構造５も振動し、静磁場発生源２ａ、２ｂとの相対距離が変化して鎖交磁束が変化するため、渦電流が生じる。しかし、外周リング構造５の軸方向の分割部、すなわち左端リング５ａと中央リング５ｂとの突き合わせ部や、右端リング５ｃと中央リング５ｂとの突き合わせ部は、中心軸方向関して撮像空間８の直径よりも両端側に位置する、すなわち中心軸方向において端部に設置される各リングは、撮像空間８から遠ざけられているため、渦電流が発生したとしても断層画像への影響を小さくできる。
【００３９】
また、本実施例のＭＲＩ装置１の体系であれば傾斜磁場発生装置３の振動が低減されるため、鎖交磁束の変化は従来よりも小さく、左端リング５ａ、右端リング５ｃに生じる渦電流が減少するため、断層画像への影響はより小さくできる。一方、電気抵抗の大きい中央側リング５ｂは撮像空間８に近接しているが、中心軸方向において、シールドコイル３ｂに全体が覆われるような設置とすることで、傾斜磁場の大部分がシールドコイル３ｂによって遮蔽されており、誘導される渦電流が小さいため断層画像への影響は小さい。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば断層画像の劣化を抑制できる。
【００４１】
次に、渦電流による発熱の抑制について説明する。
【００４２】
撮像時に傾斜磁場発生装置３が有するメインコイル３ａとシールドコイル３ｂにパルス状の電流が流れると、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２に向かって漏れる磁場によって、静磁場発生装置２を構成する導体部材に渦電流が誘導される。これに伴い、静磁場発生装置２を構成する導体部材に渦電流損が生じ、導体部材が発熱する。この導体部材のうち、輻射シールド板２ｄと冷却容器２ｅは、冷媒や冷凍機によって常温よりも低く保たれているため、渦電流損が熱負荷となり、冷媒を消費するあるいは冷凍機の出力を上げるなどして再冷却する必要がある。
【００４３】
外周リング構造５は、傾斜磁場発生装置３の外周側に設置され、傾斜磁場発生装置３が有する傾斜磁場発生源と磁気的に結合している。そのため、撮像時に傾斜磁場発生源にパルス状の電流が流されると、傾斜磁場発生装置３の外周部に向かう漏れ磁場に誘起された渦電流が外周リング構造５に生じる。
【００４４】
ここで、いわゆる水平磁場型のＭＲＩ装置１における傾斜磁場発生装置３の一般的な外形との兼ね合いを考慮すると、外周リング構造５は大直径で薄肉の構造を有する。また、特に傾斜磁場発生源に流れるパルス電流により誘起される渦電流は、高周波電流であるため、自己インダクタンスがインピーダンスに対して電気抵抗よりも支配的である。そのため、傾斜磁場発生装置３の漏れ磁場による誘導起電力が同じならば、誘導される渦電流は電気抵抗に依らず、自己インダクタンスによって決定されるためほぼ一定となる。このため、傾斜磁場発生装置３の漏れ磁場が大きい領域に電気抵抗の高い部材が配置されていると、渦電流による発熱が過大となる可能性がある。
【００４５】
しかし、本実施例のＭＲＩ装置１が備える外周リング構造５のうち左端リング５ａ、右端リング５ｃは、導電性の高い部材で構成されているため、撮像時に渦電流が効果的に生じ、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場を遮蔽する。それによって、静磁場発生装置２を構成する導体部材に生じる渦電流が減少し、渦電流損も減少するため、静磁場発生装置２の冷媒消費や冷凍機出力が低減される。また、左端リング５ａ、右端リング５ｃの電気抵抗が小さいため、左端リング５ａ、右端リング５ｃ自体の渦電流による発熱は小さく、傾斜磁場発生装置３の加熱は起こりにくい。
【００４６】
一方、外周リング構造５のうち、中央リング５ｂは導電性の低い部材で構成されているが、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が小さい領域に配置されているため、誘導される渦電流は小さい。このため、傾斜磁場発生装置３の加熱は起こりにくい。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば静磁場発生装置２や傾斜磁場発生装置３の渦電流による発熱を抑制できる。
【００４８】
このように、傾斜磁場発生装置３の外周側に外周リング構造５を設け、中心軸方向に対し撮像空間８よりも両端側かつ傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が大きくなる端部位置よりも内側の位置で軸方向に分割し、軸方向両端側の電気抵抗を小さく、軸方向中央側の電気抵抗を大きくすることで、断層画像の劣化の抑制と、渦電流による発熱の抑制を両立したＭＲＩ装置を提供することができる。また、渦電流の原因となる振動が低減するため、静磁場発生装置２から寝台６へ伝播する振動の低減や、被検体１０や検査技師（図示せず）が感じる騒音の低減といった効果も得られる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係るＭＲＩ装置１の傾斜磁場発生装置３の概略縦断面図を示す。第２の実施形態のＭＲＩ装置１が、第１の実施形態のＭＲＩ装置１と異なっている点は、外周リング構造５の分割部の配置領域のうち、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が大きくなる端部位置を、中央リング５ｂに生じる渦電流損が、傾斜磁場発生装置３を過熱させる漏れ磁場以下となるように決めた点である。
【００５０】
中央リング５ｂの軸方向長さと、中央リング５ｂに生じる渦電流損との関係は、以下のように記述できる。中央リング５ｂの軸方向長さをｚ、中央リング５ｂの軸方向単位長さ当たりの円周を周回する電気抵抗、自己インダクタンスをそれぞれＲ、Ｌ、傾斜磁場発生装置３の軸方向単位長さ当たりの漏れ磁場をＢ、中央リング５ｂの半径をｒ、傾斜磁場発生装置３に通電されるパルス電流の角周波数をωとおくと、中央側リング５ｂの渦電流損Ｗは、回路方程式で求めた中央側リング５ｂに生じる渦電流Ｉを用いて、以下のように計算できる。
【００５１】
【数１】
2016114198.tif 000003
【００５２】
式（１）をＢの関数に変形すると、式（２）を得る。
【００５３】
【数２】
2016114198.tif 000004
【００５４】
式（２）より、許容される渦電流損Ｗを定めると、許容される漏れ磁場Ｂと中央リング５ｂの長さｚとの関係を描くことができる。一方、傾斜磁場発生装置３の漏れ磁場のｚ方向分布ＢGCの曲線は、傾斜磁場発生源のメインコイル３ａ、シールドコイル３ｂの配置から求められる。よって、グラフ上で上記２つの曲線が重なる位置を、中央リング５ｂの端部と決め、外周リング構造５を形成することで、中央リング５ｂにおいて生じる渦電流損を小さくすることができる。
【００５５】
【数３】
2016114198.tif 000005
【００５６】
一例として、傾斜磁場発生装置３が作る漏れ磁場が式（４）で表される場合について記す。
【００５７】
【数４】
2016114198.tif 000006
【００５８】
中央リング５ｂとして直径９００ｍｍ、板厚１ｍｍのステンレス鋼板で、周波数を１ｋＨｚ、渦電流損の許容値を１ｋＷとおくと、Ｒは０．６Ω程度、Ｌは１μＨ程度となり、Ｂはｚが３００ｍｍの位置で９ｍＴ、６００ｍｍの位置で５ｍＴ、９００ｍｍの位置で３ｍＴ程度となる。これより、２つの曲線が交わる位置を求めると、ｚ＝５６６ｍｍ、８１０ｍｍとなる。よって、これらの解のうち小さい側が、中央リング５ｂを設置して良い配置領域の端部となる。上記の関係の概念図を、図５に示す。
【００５９】
外周リング構造５の分割部の配置領域を、傾斜磁場発生装置３からの漏れ磁場が許容値を超える位置を基準に決めることにより、中央リング５ｂの軸方向長さを、傾斜磁場発生装置３の過熱が生じない範囲で最大化できる。このような外周リング構造５の中央軸方向の構造について換言するならば、上述した技術思想に基づけば、本実施形態における外周リング構造５は、撮像空間８に面した中央リング５ｂの側面と撮像空間８の中心との距離が、傾斜磁場発生源から漏れる磁場の強度に基づき予め取得することのできる所定の値以下に納められることによって、中央リング５ｂの長さの最大化と過熱防止とのバランスを取ることができるということを意味する。これにより、傾斜磁場発生装置３の剛性を増加させる効果が最大化され、傾斜磁場発生装置３の振動が低減されて渦電流を抑制することができる。
【００６０】
（第３の実施形態）
図６に、本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置１の傾斜磁場発生装置３の概略縦断面図を示す。第３の実施形態のＭＲＩ装置１が、第１の実施形態のＭＲＩ装置１と異なっている点は、外周リング構造５の分割部の配置領域のうち、傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が大きくなる端部位置を、左端リング５ａ、右端リング５ｃに生じる渦電流が、断層画像を劣化させる磁場を撮像空間８に生じさせる許容電流値以下となるように決めた点である。
【００６１】
中央リング５ａの軸方向長さと、左端リング５ａに生じる渦電流との関係は、以下のように記述できる。右端リング５ｃについては、左端リング５ａと略鏡面対称構造となっているため、説明を省略する。
【００６２】
左端リング５ａの軸方向端部位置から撮像空間８の中心までの距離をｄ、左端リング５ａの軸方向長さをｚ、左端リング５ｂの軸方向単位長さ当たりの円周を周回する電気抵抗、自己インダクタンスをそれぞれＲ、Ｌ、静磁場発生装置２が左端リング５ａ位置に作る静磁場の強度をＢ0、左端リング５ａの半径をｒ、左端リング５ａの振動速度をｖ、振動の角周波数をωとおくと、左端リング５ａに生じる渦電流Ｉは、回路方程式より以下のように求まる。
【００６３】
【数５】
2016114198.tif 000007
【００６４】
一方、上記のＩが撮像空間８に作る磁場Ｂerrは、真空透磁率μ0を用いて以下のように現される。
【００６５】
【数６】
2016114198.tif 000008
【００６６】
式（６）より、許容される磁場Ｂerrを定めると、許容される渦電流Ｉerrと左端リング５ａの長さｚとの関係を描くことができる。よって、グラフ上で上記２つの曲線が重なる位置を、左端リング５ａの軸方向内側の端部と決めることで、左端リング５ａに生じる渦電流を小さくし、断層画像の劣化を抑制できる。
【００６７】
【数７】
2016114198.tif 000009
【００６８】
一例として、Ｂerrが１０μＴである場合について記す。左端リング５ａとして直径９００ｍｍ、軸方向端部位置８５０ｍｍ、板厚１ｍｍの銅板が、静磁場強度Ｂ0が４Ｔの位置にあり、周波数１５０Ｈｚ、速度１００ｍｍ／ｓで振動している場合、Ｒは１０ｍΩ程度、Ｌは１μＨ程度となり、式（５）よりＩはｚが２００ｍｍの位置で７０Ａ、４００ｍｍの位置で５０Ａ、６００ｍｍの位置で３０Ａ程度となる。一方、式（７）よりＩerrはｚが２００ｍｍの位置で７Ａ、４００ｍｍの位置で１５Ａ、６００ｍｍの位置で３０Ａ程度となる。これより、２つの曲線が交わる実数解を求めると、ｚ＝５９２ｍｍとなる。よって、これが左端リング５ａを設置して良い配置領域の軸方向内側の端部となる。
【００６９】
このような外周リング構造５について換言するならば、上述した技術思想に基づけば、本実施形態における外周リング構造５は、中央軸に面した左端リング５ａおよび右端リング５ｃの側面と撮像空間８との距離が所定の値以上となるように、左端リング５ａおよび右端リング５ｃを設置することによって、各リングに生じる渦電流による傾斜磁場発生源から漏れる磁場の遮蔽能力を維持させつつ、左端リング５ａおよび右端リング５ｃの振動に伴う渦電流による均一磁場の劣化抑制を図ることができることを示している。上記の関係の概念図を、図７に示す。
【００７０】
外周リング構造５の分割部の配置領域を、左端リング５ａに生じた渦電流が撮像空間８に作る磁場が許容値を超える位置を基準に決めることにより、中央リング５ｂの軸方向長さを、断層画像の劣化が生じない範囲で最大化できる。これにより、傾斜磁場発生装置３の剛性を増加させる効果が最大化され、傾斜磁場発生装置３の振動が低減されて渦電流を抑制することができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
図８に、本発明の第４の実施形態に係るＭＲＩ装置１の傾斜磁場発生装置３の概略縦断面図を示す。第４の実施形態のＭＲＩ装置１が、第１から第３の実施形態のＭＲＩ装置１と異なっている点は、左端リング５ａ、右端５ｃが傾斜磁場発生装置３ではなく、静磁場発生装置２と機械的に一体化している点である。
【００７２】
左端リング５ａ、右端リング５ｃを静磁場発生装置２の側に固定することで、左端リング５ａ、右端リング５ｃが傾斜磁場発生装置３の振動ではなく静磁場発生装置２の振動に伴って振動することとなるため、傾斜磁場発生装置３の振動が静磁場発生装置２の振動よりも大きい場合に断層画像への影響を低減することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
図９に、本発明の第５の実施形態に係るＭＲＩ装置１の傾斜磁場発生装置３の概略正面図を示す。第５の実施形態のＭＲＩ装置１が、第１から第３の実施形態のＭＲＩ装置１と異なっている点は、左端リング５ａ、右端５ｃと中央リング５ｂの傾斜磁場発生装置３に隣接する側の分割部が、中心軸方向に対し撮像空間８よりも両端側かつ傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場が小さい位置にあり、更に中央リング５ｂの径方向外側部分が左端リング５ａ、右端リング５ｃに軸方向に覆い被さっている点である。左端リング５ａ、右端５ｃと中央リング５ｂが重なった領域では、左端リング５ａ、右端５ｃと中央リング５ｂの界面は絶縁されていることが望ましい。
【００７４】
中央リング５ｂが左端リング５ａ、右端リング５ｃに覆い被さっていることで、左端リング５ａ、右端リング５ｃが構造的に補強されるため、傾斜磁場発生装置３や左端リング５ａ、右端リング５ｃの振動が低減し、断層画像への影響も小さくできる。また、中央リング５ｂが傾斜磁場発生装置３から静磁場発生装置２の側に漏れる磁場の大きい軸方向の領域に重なるが、傾斜磁場発生源との間に左端リング５ａ、右端リング５ｃが存在し漏れ磁場は遮蔽されるため、中央リング５ｂに誘導される渦電流は小さい。このため、中央リング５ｂの渦電流損も小さく、外周リング構造５や傾斜磁場発生装置３の温度上昇を小さくすることができる。
【００７５】
なお、前記した第１から第５の実施形態では、静磁場発生源２ａと２ｂとして超電導コイルを取り上げたが、これに限らない。静磁場発生源２ａと２ｂとして常電導コイルや永久磁石を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１          磁気共鳴イメージング装置
２          静磁場発生装置
２ａ        静磁場発生源（メインコイル）
２ｂ        静磁場発生源（シールドコイル）
２ｃ        真空容器（静磁場発生装置の外壁）
２ｄ        輻射シールド板
２ｅ        冷却容器
２ｆ        真空容器支持脚
３          傾斜磁場発生装置
３ａ        傾斜磁場発生源（メインコイル）
３ｂ        傾斜磁場発生源（シールドコイル）
３ｃ        レジン
４          照射コイル
５          外周リング構造
５ａ、５ｃ  左端リング、右端側リング
５ｂ        中央リング
６          寝台
７          均一磁場
８          撮像空間
９          傾斜磁場
１０        被検体
１１        弾性体
１２        シムトレイ
１５        外周リング構造分割部配置領域
２１        高周波コイル
２２        受信コイル
３１        傾斜磁場発生装置の漏れ磁場分布
３２        中央側リング渦電流損一定の場合の中央側リング長さと漏れ磁場の関係
３３        両端側リング長さと両端側リング渦電流の関係
３４        断層画像が劣化する渦電流と発生位置の関係
【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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【国際調査報告】
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