(57)【要約】【課題】磁場強度と磁場強度均一領域とコストのバランスが良い磁場形成装置、および、そのような磁場形成装置を備えたＭＲＩ装置を実現する。【解決手段】垂直方向の磁場を形成する磁場形成装置は、互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の互いに直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石(102)と、前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体(202)と、前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体(204)とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向の磁場を形成する磁場形成装置であって、
互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の互いに直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石と、
前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体と、
前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体と
を具備することを特徴とする磁場形成装置。
【請求項２】
前記磁場強度均一領域は水平断面が楕円形である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場形成装置。
【請求項３】
前記１対の磁石の磁極面は前記２方向における寸法が異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場形成装置。
【請求項４】
前記１対の磁石の磁極面は楕円形である
ことを特徴とする請求項３に記載の磁場形成装置。
【請求項５】
前記１対の磁石の磁極面は長方形である
ことを特徴とする請求項３に記載の磁場形成装置。
【請求項６】
前記柱状磁性体の個数は２である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場形成装置。
【請求項７】
被検体に静磁場、勾配磁場およびＲＦ磁場を印加して収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するＭＲＩ装置であって、
互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石と、
前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体と、
前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体と、
被検体を搭載して１軸方向に移動可能なクレードルと、
前記クレードルを支持しその移動軸の方向を前記２方向のどちらにも合わせることが可能なテーブルと
を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記磁場強度均一領域は水平断面が楕円形である
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記１対の磁石の磁極面は前記２方向における寸法が異なる
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記１対の磁石の磁極面は楕円形である
ことを特徴とする請求項９に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１１】
前記１対の磁石の磁極面は長方形である
ことを特徴とする請求項９に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１２】
前記柱状磁性体の個数は２である
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＲＩ装置。
を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場形成装置およびＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置に関し、特に、垂直方向の磁場を形成する磁場形成装置、および、垂直方向の磁場を利用するＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、被検体に静磁場、勾配磁場およびＲＦ(radio frequency)磁場を印加して収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するようになっている。垂直磁場方式のＭＲＩ装置では、静磁場は、垂直方向において互いに対向する１対の磁石によって形成される。静磁場の形成は、磁場強度均一領域が球形領域となるように行われる(例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−０７０２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静磁場は、磁場強度ができるだけ大きく、磁場強度均一領域ができるだけ大きいことが望ましいが、磁極面積の大きな磁石とそれに見合った大型の磁気回路が必要になるので、コスト(cost)の増加が避けられない。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、磁場強度と磁場強度均一領域とコストのバランス(balance)が良い磁場形成装置、および、そのような磁場形成装置を備えたＭＲＩ装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
課題を解決するためのひとつの観点での発明は、垂直方向の磁場を形成する磁場形成装置であって、互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の互いに直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石と、前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体と、前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体とを具備することを特徴とする磁場形成装置である。
【０００６】
課題を解決するための他の観点での発明は、被検体に静磁場、勾配磁場およびＲＦ磁場を印加して収集した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成するＭＲＩ装置であって、互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石と、前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体と、前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体と、被検体を搭載して１軸方向に移動可能なクレードルと、前記クレードルを支持しその移動軸の方向を前記２方向のどちらにも合わせることが可能なテーブルとを具備することを特徴とするＭＲＩ装置である。
【０００７】
前記磁場強度均一領域は水平断面が楕円形であることが、磁場強度と磁場強度均一領域のバランスを良くする点で好ましい。
前記１対の磁石の磁極面は前記２方向における寸法が異なることが、磁場強度と磁場強度均一領域のバランスが良い磁場を得る点で好ましい。
【０００８】
前記１対の磁石の磁極面は楕円形であることが、水平断面が楕円形の磁場強度均一領域を得る点で好ましい。
前記１対の磁石の磁極面は長方形であることが、水平断面が楕円形の磁場強度均一領域を得る点で好ましい。
【０００９】
前記柱状磁性体の個数は２であることが、板状磁性体の支持性が良い点で好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、垂直方向の磁場を形成する磁場形成装置は、互いに逆極性の磁極が垂直方向において対向し、水平面内の互いに直交する２方向における磁場強度均一領域の大きさが異なる静磁場を形成する１対の磁石と、前記１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体と、前記２方向とは異なる方向に位置し前記１対の板状磁性体に両端部がそれぞれ結合された垂直な柱状磁性体とを具備するので、磁場強度と磁場強度均一領域とコストのバランスが良い磁場形成装置、および、そのような磁場形成装置を備えたＭＲＩ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＭＲＩ装置のブロック(block)図を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、ＭＲＩ装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００１２】
図１に示すように、本装置は磁場形成装置１００を有する。磁場形成装置１００は主磁場マグネット(magnet)部１０２、勾配コイル(coil)部１０６およびＲＦコイル部１０８を有する。
【００１３】
主磁場マグネット部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね板状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。
【００１４】
磁場形成装置１００の内部空間（ボア：bore）に、被検体１がテーブル(table)５００に搭載されて搬入および搬出される。テーブル５００はテーブル駆動部１２０によって駆動される。
【００１５】
主磁場マグネット部１０２は磁場形成装置１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね被検体１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２は磁石を用いて構成される。以下、主磁場マグネット部１０２を磁石１０２ともいう。
【００１６】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス(slice)軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。勾配コイル部１０６は、３つの勾配磁場に対応して図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００１７】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に被検体１の体内のスピン(spin)を励起するためのＲＦパルス(radio frequency pulse)を送信する。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピン(spin)が生じる磁気共鳴信号を受信する。ＲＦコイル部１０８は、送信と受信を同一のコイルで行うものでも別々なコイルで行うものでもどちらでもよい。
【００１８】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００１９】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、被検体１の体内のスピンを励起する。
【００２０】
ＲＦコイル部１０８にはデータ(data)収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した受信信号をサンプリング(sampling)によって取り込み、それをディジタルデータ(digital data)として収集する。
【００２１】
テーブル駆動部１２０、勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、テーブル駆動部１２０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００２２】
制御部１６０は、例えばコンピュータ(computer)等を用いて構成される。制御部１６０はメモリ(memory)を有する。メモリは制御部１６０用のプログラム(program)および各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００２３】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０はメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００２４】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００２５】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間はフーリエ(Fourier)空間を構成する。フーリエ空間はｋスペース(k-space)とも呼ばれる。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを逆フ−リエ変換することにより被検体１の画像を再構成する。
【００２６】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー(graphic display)等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス(pointing device)を備えたキーボード(keyboard)等で構成される。
【００２７】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ(interactive)に本装置を操作することが可能である。
【００２８】
図２に、磁場形成装置１００の一例の構成を模式的に示す。図２において、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。磁場形成装置１００は、発明を実施するための最良の形態の一例である。磁場形成装置１００の構成によって、磁場形成装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００２９】
図２に示すように、磁場形成装置１００は、１対の磁石１０２をヨーク(yoke)２００によって支持したものとなっている。磁石１０２は、本発明における磁石の一例である。磁石１０２は、概ね楕円形の磁極面を有する。
【００３０】
ヨーク２００は、１対の磁石１０２のためのリターンパス(return pass)を形成するものである。ヨーク２００は、１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体２０２と、斜め奥方向においてそれらに両端部が結合された垂直な柱状磁性体２０４によって概ねＣ字状に構成される。板状磁性体２０２および柱状磁性体２０４は例えば軟鉄等の強磁性体である。
【００３１】
１対の磁石１０２は、１対の板状磁性体２０２により、互いに逆極性の磁極が所定の間隔で対向するように平行かつ同軸的に支持される。これによって両磁極間に垂直磁場が形成される。以下、磁場の方向をＺ方向とする。また、磁場形成装置１００の正面方向をＹ方向とし、左右方向をＸ方向とする。
【００３２】
垂直磁場は、磁場強度均一領域３００を有する。以下、磁場強度均一領域３００を単に均一領域３００ともいう。均一領域３００の形状は楕円球状になっている。すなわち、均一領域３００の大きさは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向においてそれぞれ異なる。
【００３３】
図３に示すように、楕円球の３方向の半径をＲｘ，Ｒｙ，Ｒｚとすると、これらの値は全て異なり、大小関係はＲｘ＞Ｒｚ＞Ｒｙである。実際の値としては、例えば、Ｒｘ＝２０ｃｍ、Ｒｚ＝１５ｃｍ、Ｒｙ＝１０ｃｍである。
【００３４】
このような楕円球状の均一領域３００を持つ磁場は、３方向の半径Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚが全て２０ｃｍの球形の均一領域を持つときよりも、磁極面積が小さな磁石で形成することができる。また、磁石の小型化に合わせてヨークも小型化できる。このため、磁場形成装置１００は、低コストで製造することができる。あるいは、従来の磁場形成装置並みのコストで良いときは、より強力な磁石を用いて磁場強度が大きい磁場形成装置を製造することができる。
【００３５】
ＭＲＩによる撮影は、５０％以上が頭部で、２０−３０％が脊椎、１０％が四肢、残りが腹部である。つまり、頭部、脊椎および四肢の撮影が９０％以上を占め、腹部の撮影は１０％に満たない。
【００３６】
図４に、頭部、脊椎および四肢を撮影する場合を示す。図４に示すように、クレードル５０２は、その上に搭載された被検体の体軸が均一領域３００のＸ方向と一致するように配置される。なお、クレードル５０２はテーブル５００が有する可動の天板であり、Ｘ方向において位置が可変である。磁場形成装置１００の柱状磁性体２０４が斜め奥方向に位置するので、クレードル５０２のＸ方向の移動に支障はない。
【００３７】
クレードル５０２をこのように配置したとき、均一領域３００の大きさは、体軸方向に４０ｃｍ、体厚方向に３０ｃｍ、体幅方向に２０ｃｍとなる。このような大きさの均一領域は、頭部、脊椎および四肢について、アキシャル(axial)、サジタル(sagittal)およびコロナル(coronal)撮影を行うのに十分である。すなわち、ＭＲＩによる撮影の９０％以上は、このような配置で撮影することができる。
【００３８】
図５に、腹部を撮影する場合を示す。図５に示すように、クレードル５０２は、その上に搭載された被検体の体軸が均一領域３００のＹ方向と一致するように配置される。クレードル５０２はＹ方向において位置が可変である。磁場形成装置１００の柱状磁性体２０４が斜め奥方向に位置するので、クレードル５０２のＹ方向の移動に支障はない。
【００３９】
クレードル５０２をこのように配置したとき、均一領域３００の大きさは、体幅方向に４０ｃｍ、体厚方向に３０ｃｍ、体軸方向に２０ｃｍ、となる。このような大きさの均一領域は、腹部のアキシャル撮影を行うに十分である。すなわち、ＭＲＩによる撮影の残り１０％未満は、このような配置で撮影することができる。これによって、全ての部位の撮影に対応することができる。
【００４０】
図６に、テーブル５００の構成を示す。図６に示すように、テーブル５００は、クレードル５０２とそれを長手方向に移動可能に支持する支持台５０４で構成される。支持台５０４は、磁場形成装置１００の下部構造を跨ぐことができるように下が開いており、かつ車輪５０６を有する。
【００４１】
図７に、磁場形成装置１００の他の例の構成を模式的に示す。図７において、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。磁場形成装置１００は、発明を実施するための最良の形態の一例である。磁場形成装置１００の構成によって、磁場形成装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００４２】
図７に示すように、磁場形成装置１００は、１対の磁石１０２をヨーク２００によって支持したものとなっている。磁石１０２は、本発明における磁石の一例である。磁石１０２は、概ね長方形の磁極面を有する。この磁場形成装置が形成する垂直磁場の均一領域３００も、その形状が楕円球状となる。なお、磁石１０２の磁極面の形状は、楕円や長方形に限らず、それ以外の適宜の形状であって良い。
【００４３】
図８に、磁場形成装置１００の一例の構成を模式的に示す。図８において、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。磁場形成装置１００は、発明を実施するための最良の形態の一例である。磁場形成装置１００の構成によって、磁場形成装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００４４】
図８に示すように、磁場形成装置１００は、１対の磁石１０２をヨーク２００によって支持したものとなっている。磁石１０２は、本発明における磁石の一例である。磁石１０２は、概ね楕円形の磁極面を有する。
【００４５】
ヨーク２００は、１対の磁石１０２のためのリターンパスを形成するものである。ヨーク２００は、１対の磁石をそれぞれ支持する１対の板状磁性体２０２と、斜め奥方向の２箇所においてそれらに両端部が結合された垂直な２つの柱状磁性体２０４によって構成される。柱状磁性体２０４を２つ用いるので、板状磁性体２０２の支持性が良い。板状磁性体２０２および柱状磁性体２０４は例えば軟鉄等の強磁性体である。１対の磁石１０２は、均一領域３００の形状がＸ方向に長い楕円球状となる磁場を形成する。
【００４６】
図９に、このような磁場形成装置１００に対応するテーブル５００の構成を示す。図９に示すように、テーブル５００は、クレードル５０２とそれを長手方向に移動可能に支持する支持台５０４で構成される。支持台５０４は車輪５０６を有する。
【００４７】
図１０に、このような磁場形成装置１００とテーブル５００を用いて頭部、脊椎および四肢を撮影する場合を示す。図１０に示すように、テーブル５００は、支持台５０４が磁場形成装置１００に横側から接し、クレードル５０２の長手方向が均一領域３００のＸ方向と一致するように配置される。クレードル５０２はＸ方向において位置が可変である。磁場形成装置１００の２つの柱状磁性体２０４が斜め奥方向に位置するので、クレードル５０２のＸ方向の移動に支障がない。
【００４８】
なお、図１０では隠れて見えない（図１１では見える）が、支持台５０４が磁場形成装置１００に接する箇所には、電気的コネクタ(connector)６００が設けられ、クレードル５０２の移動を制御するための制御信号が、磁場形成装置１００からテーブル５００に与えられる。
【００４９】
図１１に、腹部を撮影する場合を示す。図１１に示すように、テーブル５００は、支持台５０４が磁場形成装置１００に正面から接し、クレードル５０２の長手方向が均一領域３００のＹ方向と一致するように配置される。クレードル５０２はＹ方向において位置が可変である。磁場形成装置１００の柱状磁性体２０４が斜め奥方向に位置するので、クレードル５０２のＹ方向の移動に支障がない。
【００５０】
なお、図１１では隠れて見えない（図１０では見える）が、支持台５０４が磁場形成装置１００に接する箇所には、電気的コネクタ６００が設けられ、クレードル５０２の移動を制御するための制御信号が、磁場形成装置１００からテーブル５００に与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】発明を実施するための最良の形態の一例のＭＲＩ装置のブロック図である。
【図２】磁場形成装置の構成を示す図である。
【図３】磁場強度均一領域を示す図である。
【図４】撮影時の磁場形成装置とクレードルの関係を示す図である。
【図５】撮影時の磁場形成装置とクレードルの関係を示す図である。
【図６】テーブルの構成を示す図である。
【図７】磁場形成装置の構成を示す図である。
【図８】磁場形成装置の構成を示す図である。
【図９】テーブルの構成を示す図である。
【図１０】撮影時の磁場形成装置とクレードルの関係を示す図である。
【図１１】撮影時の磁場形成装置とクレードルの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００ ： 磁場形成装置
１０２ ： 主磁場マグネット部
１０６ ： 勾配コイル部
１０８ ： ＲＦコイル部
１２０ ： テーブル駆動部
１３０ ： 勾配駆動部
１４０ ： ＲＦ駆動部
１５０ ： データ収集部
１６０ ： 制御部
１７０ ： データ処理部
１８０ ： 表示部
１９０ ： 操作部
２００ ： ヨーク
２０２ ： 板状磁性体
２０４ ： 柱状磁性体
３００ ： 磁場強度均一領域
５００ ： テーブル
５０２ ： クレードル
５０４ ： 支持台
【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】
2008093445.tif 000011
【図１０】
2008093445.tif 000012
【図１１】
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