(57)【要約】【課題】冷凍機を備えた超電導磁石の撮影空間の誤差磁場を安定して補償する。【解決手段】冷凍機１０５を備えた超電導磁石１０３の振動磁場を計測し、その振動磁場から少なくとも２方向の磁場成分の波形を求める。振動磁場補償ユニット１１７は、少なくとも２方向について、求めた波形の振動磁場を打ち消す振動磁場を発生させ、振動磁場の空間分布を補正する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、
前記超電導磁石に備えられた冷凍機と、
前記冷凍機の動作に伴って前記撮像空間に生ずる時間軸方向の振動磁場を補償する振動磁場補償部とを有し、
該振動磁場補償部は、前記振動磁場を検出する検出部と、前記振動磁場の振動成分の空間分布を補正する補正磁場発生部とを備え、
前記補正磁場発生部は、前記静磁場と平行な方向について磁場を発生する平行磁場コイルと、前記静磁場と直交する少なくとも１方向について磁場を発生する直交磁場コイルとを含み、前記平行磁場コイルおよび前記直交磁場コイルからそれぞれ振動磁場を発生することにより、前記振動磁場の空間分布を補正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】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記振動磁場補償部は、前記検出部が検出した振動磁場から、前記静磁場と平行な方向および前記静磁場と直交する前記１方向についての振動成分を求め、前記振動成分を打ち消す振動磁場を、前記平行磁場コイルおよび前記直交磁場コイルからそれぞれ発生させ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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記直交コイルは、前記静磁場と直交する方向について勾配磁場（１次成分）を発生するコイルであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記撮像空間に配置された被検体の核磁気共鳴信号を受信する受信部をさらに有し、
前記検出部は、前記受信部の受信した前記核磁気共鳴信号を用いて前記振動磁場を検出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５】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記振動磁場補償部は、前記検出部が検出した振動磁場の波形を級数展開することにより、前記平行磁場コイルおよび前記垂直磁場コイルに対応する振動成分を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記振動磁場補償部は、前記平行磁場コイルおよび前記直交磁場コイルごとに配置された電流供給部を備え、
前記電流供給部は、前記振動成分の波形をデジタルデータに変換して記憶する波形メモリと、前記波形メモリの波形を読み出して前記振動成分の波形に対して逆極性の波形を出力する波形発生回路と、前記波形の振幅を増幅した電流波形を出力する増幅器とを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
冷凍機を用いて超電導状態に冷却された超電導磁石が作る磁場空間に被検体を配設し、該被検体の核磁気共鳴信号の空間分布画像を得る磁気共鳴イメージング装置の運転方法であって、
前記超電導磁石の振動磁場を計測し、その振動磁場から少なくとも２方向の磁場成分の波形を求め、前記少なくとも２方向について前記波形の振動磁場を打ち消す振動磁場を発生させることにより振動磁場の空間分布を補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置の運転方法であって、前記少なくとも２方向の波形をメモリに格納し、前記メモリに格納された波形を読み出して、前記波形の振動磁場を打ち消す振動磁場を発生させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置の運転方法であって、前記冷凍機が変更されるタイミングで前記振動磁場を計測して前記波形を求め、前記メモリに格納された前記波形を更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の運転方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置の運転方法において、定期的に前記振動磁場を計測して前記波形を求め、前記メモリに格納された前記波形を更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の運転方法。
【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と呼ぶ）装置に係わり、特に、冷凍機を備えた超電導磁石を用いるＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、磁場強度に比例して被検体から得られる核磁気共鳴（以下、ＮＭＲ）信号の強度が強くなる。このため、強い磁場を発生することができる超電導磁石が磁場発生手段に多く用いられている。現在、３テスラの強い磁場を発する超電導磁石を用いたＭＲＩ装置が、医療施設で診断に用いられるようになっている。この超電導磁石は、ニオブチタン合金（ＮｂＴｉ）の超電導材料を１ミリメートル径程度の線材に加工した後、コイル状に巻いた構造であり、臨界温度である１０ケルビン温度（−２６３℃）以下に冷却され、永久電流が流れている。これにより、３テスラの安定な磁場を発生することができる。
【０００３】
超電導磁石は、超電導コイルを臨界温度以下に維持するため、クライオスタット内に超伝導コイルを配置し、超電導コイルの周囲を冷媒となる液体ヘリウムにより満たしている。しかしながら、優れた断熱構造のクライオスタットであっても、伝導熱や輻射熱をゼロにすることはできないため、気化熱の小さい液体ヘリウムは気化して大気中にヘリウムガスとして放出される。このため、超電導磁石を用いたＭＲＩ装置を運用するには約一ヶ月毎に液体ヘリウムの補充が必要である。液体ヘリウム補充頻度を低減するため、クライオスタットに冷凍機を組み込んで気化したヘリウムガスを液体ヘリウムに再凝縮可能な冷却超電導磁石が商品化されている。さらに、液体ヘリウム冷媒を全く用いないで、冷凍機の伝導冷却のみで超電導状態を維持する超電導磁石の開発も進められている。このように冷凍機を用いる超電導磁石は、液体ヘリウムの補充作業の煩雑さが解消できるだけでなく、希少資源のヘリウムの消費を極力抑えることができる。
【０００４】
しかし、ＭＲＩ装置の高磁場化による高感度化や高精細アプリケーションの開発によって、冷凍機を備えた超電導磁石には、冷凍機の動作に伴う誤差磁場が５から１０ナノテスラ程度あることが判明した。主な原因は、冷凍機の動作に伴う機械振動が超電導磁石に伝わることや、冷凍機に用いられている磁性蓄冷剤の動きが磁場に擾乱を与えることである。冷凍機は、商用電源に同期して回転するシンクロナスモータによって駆動されるため、超電導磁石からは規則的周期の誤差磁場が発生する。高精細画像では、この僅かな誤差磁場が診断画像の輪郭のボケや擬像となる。撮影モード（撮影シーケンスのタイミング）によっては、この誤差磁場で被検体のＮＭＲ信号が規則的に変調され、本来の画像の両脇にサイドバンド画像が生ずる。
【０００５】
冷凍機の動作に起因する誤差磁場が画質に及ぼす影響を回避するため、ＭＲＩ装置の撮影中は冷凍機の運転を一時的に停止する方法が知られている。一方、特許文献１には、撮影中も冷凍機の運転を継続して液体ヘリウムの消費を抑えつつ、振動磁場を補正して高画質で撮影するＭＲＩ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
撮影中に冷凍機を停止する運転方法では、冷凍機の冷却能力が低下し、液体ヘリウムの消費が避けられない。特に、撮影が長時間に及んだ場合は、液体ヘリウムの補充の頻度が増え、補充用の液体ヘリウム経費や補充作業のためのメンテナンス費用もかさむ。また、伝導冷却方式の超電導磁石では、冷凍機停止中は超電導コイルが温度上昇するため、超電導コイルのクエンチリスクの問題が生じる。更に、冷凍機を撮影モードによって一時的に停止すると、超電導磁石のヘリウム容器（ベッセル）の圧力が変動し、磁場を発生する超電導コイルの位置が僅かに変化するため、磁場均一度を含めて完全には磁場を安定させることができない。
【０００８】
一方、特許文献１の技術は、冷凍機の周期的な動作に同期した補正用磁場を、超電導磁石の誤差磁場の変動を打ち消す位相で発生させる。補正用磁場の振幅は、予め定めた値、もしくは、計測した誤差磁場に応じて調整している。しかしながら、近年３テスラという強磁場が臨床に適用されるようになったことや、被検体を配設する磁場空間の拡大や、高機能の撮影アプリケーションが開発されたことなどから、特許文献１による誤差磁場変動の補正技術では、画質に影響を及ぼさない程度に十分に誤差磁場を補正することが難しくなっている。特に、特許文献１の技術では、補正用磁場の振幅を調整しているため、磁場空間内で誤差磁場に分布が生じている場合には完全にそれを補正することはできない。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みて行われたもので、その目的は、冷凍機を備えた超電導磁石の撮影空間の誤差磁場を安定して補償することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のＭＲＩ装置は以下のような構成にした。すなわち、撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、超電導磁石に備えられた冷凍機と、冷凍機の動作に伴って撮像空間に生ずる時間軸方向の振動磁場を補償する振動磁場補償部とを有する。振動磁場補償部は、振動磁場を検出する検出部と、振動磁場の振動成分の空間分布を補正する補正磁場発生部とを備える。補正磁場発生部は、静磁場と平行な方向について磁場を発生する平行磁場コイルと、静磁場と直交する少なくとも１方向について磁場を発生する直交磁場コイルとを含み、平行磁場コイルおよび直交磁場コイルからそれぞれ振動磁場を発生することにより、振動磁場の空間分布を補正する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷凍機を備えた超電導磁石の撮影空間の誤差磁場を安定して補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の超電導磁石を用いたＭＲＩ装置のブロック図。
【図２】図１で用いられる超電導磁石の断面図。
【図３】複数のシムコイルにそれぞれ接続された波形発生回路を含む振動磁場補償ユニット１１７のブロック図。
【図４】振動磁場を計測して波形をメモリに書き込む処理を示すフローチャート。
【図５】振動磁場を計測して波形をメモリに書き込む流れを示す説明図。
【図６】振動磁場を計測するための撮像シーケンスを示す説明図。
【図７】（Ａ）図６の撮像シーケンスで計測されたデータを示す説明図、（Ｂ）計測データをフーリエ変換した位相分布を示す説明図。
【図８】計測された振動磁場を示すグラフ。
【図９】（ａ）Ｘ方向の振動磁場成分を示すグラフ、（ｂ）Ｙ方向の振動磁場成分を示すグラフ。
【図１０】均一度成分用と振動成分用の波形メモリを備えた波形発生回路のブロック図。
【図１１】振動磁場補償ユニット１１７の遅延量と増幅率を決定する処理を示すフローチャート。
【図１２】伝導冷却型の超電導磁石の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
冷凍機を備えた超電導磁石は、冷凍機の周期的な動作に伴って、時間軸方向に振動する誤差磁場（振動磁場）が発生する。この振動磁場は、超電導磁石の冷凍機が備えられた位置等の構造的な要因によって撮像空間内で分布している。例えば、冷凍機が超電導磁石の上部に配置されている場合には、上下方向の振動磁場成分の振幅が大きく、それと直交する方向の振動磁場成分の振幅は小さい。また、冷凍機が超電導磁石の中央から偏った位置、例えば被検体の足側に配置されていると、被検体の足側の振動磁場成分が大きく、頭側では振動磁場成分が小さくなる。さらに、超電導磁石のコイルの支持構造に依存して振動磁場成分の空間分布が生じる。
【００１５】
そこで、本実施形態では、冷凍機の動作に伴って撮像空間に生ずる時間軸方向の振動磁場を補償する振動磁場補償部が、振動磁場を検出する検出部と、振動磁場の振動成分の空間分布を補正する補正磁場発生部とを備える構成とする。補正磁場発生部は、静磁場と平行な方向について磁場を発生する平行磁場コイルと、静磁場と直交する少なくとも１方向について磁場を発生する直交磁場コイルとを含み、平行磁場コイルおよび直交磁場コイルからそれぞれ振動磁場を発生することにより、振動磁場の空間分布を補正する。
【００１６】
具体的には例えば、振動磁場補償部は、検出部が検出した振動磁場から、静磁場と平行な方向および静磁場と直交する１方向についての振動成分を求め、この振動成分を打ち消すように、平行磁場コイルおよび直交磁場コイルからそれぞれ振動補正磁場を発生させる。振動成分は、検出部が検出した振動磁場の波形を級数展開等することにより求めることができる。
【００１７】
直交コイルは、静磁場と直交する方向について勾配磁場（１次項成分）を発生するコイルを用いることができる。静磁場の振動や不均一に起因して、静磁場と直交する方向に発生する磁場成分は、１次項以上の勾配した磁場成分が主であるためである。
【００１８】
振動補正磁場を発生させる構成としては、検出部が検出した振動磁場から求めた振動成分の波形を少なくとも一周期分についてデジタルデータに変換して波形メモリ回路に格納し、波形メモリ回路から波形を読み出して、位相が逆極性になるように遅延させ、波形の振幅を振動成分の振幅の磁場を打ち消す磁場が発生される電流振幅まで増幅した電流波形を補正磁場発生部のコイルに供給する構成を用いることができる。この構成を、補正磁場発生部の平行磁場コイルおよび直交磁場コイルにそれぞれ配置することにより、波形メモリ回路に格納された振動成分の波形に対応した波形で逆極性の振動磁場を補正磁場発生部から発生することができる。
【００１９】
検出部は、冷凍機の交換や設定変更ごとに振動磁場を再検出（計測）し、波形メモリ回路に格納されている波形を更新するように構成することができる。これにより、冷凍機の交換や設定変更によって振動磁場が変わることに対応して、補正磁場も更新することができる。
【００２０】
また、定期的に振動磁場を再検出して、波形メモリ回路に格納されている波形を更新するように構成することも可能である。これにより、冷凍機の経時変化による振動磁場の変化に対応して、振動磁場を補正することができる。
【００２１】
なお、検出部が、振動磁場の検出する方法としては、撮像空間にファントムや被検体を配置し、ＮＭＲ信号の時間変化を計測する方法を用いることができる。この方法で撮像空間の１点以上について誤差磁場の時間変化を計測することにより、振動磁場を検出することができる。
【００２２】
本発明により、冷凍機を備えた超電導磁石を用いたＭＲＩ装置において、磁場の安定度を高めることができるため、高い診断能力を達成することができる。また、撮像中も冷凍機を停止させる必要がないため、液体冷媒の消費を最小限に抑制することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいてさらに具体的に説明する。尚、発明の実施形態を説明するための全ての図面において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２４】
＜超電導磁石を用いたＭＲＩ装置の構成＞
図１、図２を用いて本実施形態の超電導磁石を用いたＭＲＩ装置の構成について説明する。図１はＭＲＩ装置の全体構成を示し、図２は、超電導磁石の構造を示している。
【００２５】
図１のように、ＭＲＩ装置は、撮像空間１０２に均一な静磁場を発生する超電導磁石１０３を備えている。超電導磁石１０３は、クライオスタット１０４を含む。クライオスタット１０４は、上下に配置された一対のクライオスタットを連結柱で接続した開放的な構造を有していてもよいし、中心軸を水平に配置した円筒形状のクライオスタットであっても構わない。開放的な構造の場合には、一対のクライオスタット１０４の間に撮像空間（以下、検査空間とも呼ぶ）１０２が形成され、円筒形状の場合には、円筒の中心に撮像空間１０２が形成される。開放的な構造の超電導磁石１０３の場合には、上下方向が静磁場の方向（Ｚ方向）となり、円筒形状の超電導磁石１０３の場合には、水平方向が静磁場の方向（Ｚ方向）となる。また、Ｚ方向に直交する２方向が、Ｘ方向とＹ方向に設定される。
【００２６】
クライオスタット１０４には、図２のように超電導コイル２０２が組込まれている。超電導コイル２０２は、上述したＺ方向を中心軸として巻回されている。超電導コイル２０２には、例えば、４５０アンペアの永久電流が流れ、この永久電流により検査空間１０２に均一な１．２テスラの磁場を発生することができる。超電導コイル２０２が安定に超電導状態を維持するため、クライオスタット１０４の内部空間は、図２のように、冷媒となる液体ヘリウム２０３で満たされている。更に、上側に配置されるクライオスタット１０４には、冷凍機１０５が組込まれている。冷凍機１０５が、気化したヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに再凝縮することにより、クライオスタット１０５内で液体冷媒として再利用している。
【００２７】
クライオスタット１０４の検査空間１０２側には、図１のように傾斜磁場・シム組立体１０６が取り付けられている。傾斜磁場・シム組立体１０６は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向についてそれぞれ傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、静磁場の誤差磁場を補正するシムコイルとを含む。
【００２８】
シムコイルは、本実施形態では、Ｚ方向の均一磁場（０次項）を発生するＺ0コイルと、Ｚ方向について勾配した磁場（１次項）を発生するＺ1コイルと、Ｘ方向について勾配した磁場（1次項）を発生するＸ1コイルと、Ｙ方向について勾配した磁場（１次項）を発生するＹ1コイルの４種類を含む。シムコイルとして、Ｘ，ＹおよびＺ方向の２次項以上の磁場を発生するコイルを備えることももちろん可能である。なお、Ｘ方向およびＹ方向の均一磁場（０次項）の成分は、Ｚ方向に平行な静磁場の振動や不均一からはほとんど発生しないため、本実施形態ではシムコイルとして備えていないが、これらのコイルを備えてもよい。
【００２９】
傾斜磁場・シム組立体１０６は、上述した３種類の傾斜磁場コイルと、４種類のシムコイルが積層されて一体構造となっており、クライオスタット１０４の検査空間１０２側の壁面に沿うように配置されている。
【００３０】
３種類の傾斜磁場コイルには、それぞれに独立して電流が印加できる３チャンネルの傾斜磁場電源１０７が接続されている。
【００３１】
４種類のシムコイルには、それぞれ独立して電流を印加する振動磁場補償ユニット１１７が接続されている。
【００３２】
更に、傾斜磁場・シム組立体１０６の検査空間１０２側には、一対の高周波トランスミッターコイル１０８が取り付けられている。高周波トランスミッターコイル１０８には、高周波電力アンプ１０９が接続されている。高周波トランスミッターコイル１０８は、検査空間１０２のｘ−ｙ面に平行な磁束を発生するようにコイル回路が構成されている。このコイル回路は、高周波電力アンプ１０９の出力インピーダンスに整合するように構成されている。高周波電力アンプ１０９から、例えば１．２テスラの磁場強度でプロトン核スピンがＮＭＲ現象を起こす５１メガヘルツの高周波電流を高周波トランスミッターコイル１０８に印加すると、検査空間１０２には、ｘ−ｙ面に磁束が平行で、５１メガヘルツで回転する高周波磁場が発生する。
【００３３】
以上説明した、超電導磁石１０３が発生する例えば１．２テスラの均一な静磁場強度と、傾斜磁場・シム組立体１０６の傾斜磁場コイルが発生するＸ，Ｙ，Ｚ方向についての傾斜磁場と、高周波トランスミッターコイル１０８が発生する高周波磁場により、検査空間１０２に配設された被検体１０１の特定部位のプロトン核スピンは、ＮＭＲ現象を起こす。また、傾斜磁場・シム組立体１０６のシムコイルは、超電導磁石１０３が発生する静磁場の不均一および時間軸方向の振動磁場を補正する磁場を発生する。
【００３４】
次に、ＮＭＲ現象を起こしたプロトン核スピンの歳差運動を電磁誘導にてＮＭＲ信号として検出する高周波レシーバコイル１１０について説明する。高周波レシーバコイル１１０は、被検体１０１の検査部位近傍に取り付けられる。高周波レシーバコイル１１０は、高周波トランスミッターコイル１０８と同様に、５１メガヘルツの周波数に同調している。但し、プロトン核スピンの歳差運動を効率よく電気信号に変換するために、被検体１０１の検査部位にできるだけ近接して装着されるように、高周波レシーバコイル１１０は検査部位毎に形状の異なるものが用意され、検査部位に応じて選択して使用される。図１では、腹部用の高周波レシーバコイル１１０が使用されている。
【００３５】
高周波レシーバコイル１１０には、信号処理ユニット１１１が接続されており、高周波レシーバコイル１１０の出力信号は、信号処理ユニット１１１に入力される。信号処理ユニット１１１は、ＮＭＲ信号の増幅、検波、アナログ・デジタル変換の処理を行う。信号処理ユニット１１１にはコンピュータ１１２が接続されている。コンピュータ１１２は、デジタル信号に変換されたＮＭＲ信号から診断に好適な画像を再構成し、再構成画像を表示装置１１４に表示させる。また、コンピュータ１１２は、ＮＭＲ信号および再構成画像を記憶装置１１３に記録する。
【００３６】
診断目的に合った画像を得るためには、被検体１０１の特定部位からＮＭＲ信号を検出できるように、適切なタイミングで傾斜磁場と高周波磁場を印加する必要がある。そのため、コンピュータ１１２には、種々の撮影モードのプログラムが組込まれている。また、撮影モードの選択などＭＲＩ装置の操作用の入力装置１１５がコンピュータ１１２に接続されている。コンピュータ１１２は、不図示のシーケンスコントローラを介して、選択された撮影モードのプログラムに基づき、傾斜磁場電源１０７と高周波電力アンプ１０９と信号処理ユニット１１１の動作をコントロールする。
【００３７】
＜磁石内部構造と冷凍機＞
次に、超電導磁石１０３とクライオスタット１０４の構造について図２を用いて説明する。図２のように、超電導コイル２０２は、ステンレススチールで作られたコイルボビンに巻かれ、液体ヘリウム２０３を満たしたヘリウム容器２０４内に配置されている。超電導コイル２０２の巻回の中心軸は、上述したようにＺ軸方向であり、開放構造の超電導磁石１０３場合には、Ｚ軸は垂直方向であり、円筒形状の場合には、Ｚ軸は水平方向である。ヘリウム容器２０４の外側には、真空容器２０５が配置され、真空容器２０５とヘリウム容器２０４の間隙には、真空層２０６が形成されている。ヘリウム容器２０４は、真空容器２０５に対して、複数のサポート２０７によって固定されている。ヘリウム容器２０４や真空容器２０５は、超電導コイル２０２に加わる電磁力等に充分に耐えうるように、例えば８ミリメート厚のステンレススチールで構成されている。サポート２０７は、真空容器２０５からヘリウム容器２０５に伝わる伝導熱を極力減らすためにカーボンファイバーやＦＲＰ（強化プラスチック繊維）で構成されている。
【００３８】
真空層２０６には、ヘリウム容器２０４に対して所定の間隔をあけて、輻射シールド板２０８とスーパーインシュレータ２０９がヘリウム容器２０４を囲むように配置されている。輻射シールド板２０８は、例えば5ミリメート厚のアルミニウム板で構成され、複数の銅網線２１３により冷凍機１０５に接触している。輻射シールド板２０８は、冷凍機１０５により約50ケルビン温度に冷却され、ヘリウム容器２０４への輻射熱を低減する機能を実現している。スーパーインシュレータ２０９は、ポリエチレンフィルムにアルミウム蒸着薄膜を施した鏡面シートを数十枚積層した構造であり、輻射シールド板２０８の外表面に貼りつけられ、輻射熱を低減する。
【００３９】
クライオスタット１０４の真空容器２０５の上部には、冷凍機１０５が搭載されている。冷凍機１０５は、５０ケルビン温度の第一冷却部２１０と４ケルビン温度の第二冷却部２１１とモータ駆動部２１２とを有している。図示されていないが、冷凍機１０５の内部には、銅と鉛の蓄冷剤を詰めた第一ディスプレーサー（可動部）とホロビウム合金の蓄冷剤を詰めた第二ディスプレーサー（可動部）が配置されており、これら可動部は、モータ駆動部２１２によって駆動され、図２の例では上下方向に往復運動する。この往復運動に連動して冷媒ガスを注入・排出する２つの弁が、モータ駆動部２１２内に配置されている。これにより、第一および第二ディスプレーサーの往復運動に伴って冷媒ガスが断熱膨張を繰り返し、それぞれの蓄冷剤から熱を吸収する。これにより、冷却が実現される。
【００４０】
ディスプレーサーの往復運動と高圧の冷媒ガスの膨張により、冷凍機１０５には機械的振動が生じる。冷凍機１０５の第一冷却部２１０は、複数の銅網線２１３によって輻射シールド板２０８と接続されているため、第一冷却部２０９の振動が輻射シールド板２０８に伝達し振動する。輻射シールド板２０８が超電導コイル２０２の発生する磁束密度の変化領域で振動することで、輻射シールド板２０８には、反磁界となる渦電流が誘起する。この渦電流を軽減するために、輻射シールド板２０８には複数のスリットが設けてある。
【００４１】
第二冷却部２１１は、気化ヘリウムガスを直接冷却するため、ヘリウム容器２０４の上部空間に設置されている。第二冷却部２１１の先端は、ヘリウムガスとの接触面積が多くなるように銅製の熱置換器２１４が組込まれ、効率よくヘリウムガスを冷却し、液体ヘリウムに凝縮する。凝縮された液体ヘリウムは、自然落下し、液体ヘリウム２０３の液層と一体となる。このように、ヘリウム容器２０４への熱侵入→液体ヘリウムの気化→冷凍機によるヘリウムガスの冷却→液体ヘリウムとして再利用、というヘリウムの完全循環が、超電導磁石１０３において実現されている。
【００４２】
ディスプレーサーの往復運動と、高圧冷媒ガスの吸入と膨張と排気の動作は、モータ駆動部２１２のシンクロナスモータと駆動機構（共に図では見えない）により行われる。このシンクロナスモータの駆動用交流電力は、商用電源の交流電力であり、冷凍機駆動ユニット１１６から供給される。高圧冷媒ガスも冷凍機駆動ユニット１１６から冷凍機１０５に供給される。
【００４３】
超電導磁石１０３には、その運転状態をモニターするための複数のセンサーが組込まれている。ヘリウム容器２０４の上部には圧力センサー２１５が組込まれている。この圧力センサー２１５は、液体ヘリウムと４ケルビンのヘリウムガスの体積比が約１０倍であることを利用して、気化する液体ヘリウムと液化するヘリウムガスの割合を間接的に測ることができる。すなわち、ヘリウム容器２０４に伝えられる熱量に対する、冷凍機１０５の第二冷却部２１１の冷却能力を知ることができる。更に、輻射シールド板２０８には、温度センサー２１６が取り付けられている。この温度センサー２１６は冷凍機１０５の第一冷却部２１０の冷却能力を間接的に測定することができ、冷凍機１０５のメンテナンス要否の判断材料となる。
【００４４】
超電導磁石１０３の発生する静磁場には、冷凍機１０５のディスプレーサーおよび蓄冷剤（強磁性体）の上下運動により、わずかな振動磁場が生じる。本実施形態のＭＲＩ装置は、この振動磁場を振動磁場補償ユニット１１７が補正磁場を発生して補正する。
【００４５】
振動磁場補償ユニット１１７は、図３に示すように、トリガー回路（遅延回路）４０１と、波形発生回路４０２１〜４０２ｎと、電流アンプ４０３１〜４０３ｎとを備えている。波形発生回路４０２１〜４０２ｎおよび電流アンプ４０３１１〜４０３ｎは、傾斜磁場・シム組立体１０６に含まれるシムコイルごとに備えられ、各シムコイルに補正磁場を発生させるための電流を供給する。本実施形態では、シムコイルは、Ｚ0コイル、Ｚ1コイル、Ｘ1コイル、Ｙ1コイルの４種類を含むため、４つの波形発生回路４０２１〜４０２４および電流アンプ４０３１〜４０３４が備えられている。波形発生回路４０２１〜４０２ｎには、それぞれ波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａが内蔵されている。波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａには、コンピュータ１１２により、各シムコイルの方向および項（Ｚ0、Ｚ1、Ｘ1、Ｙ1）について、振動磁場から求めた磁場成分の波形を反転した波形が格納されている。
【００４６】
トリガー回路４０１は、冷凍機駆動ユニット１１６から駆動タイミング（商用交流電力の位相）を受け取って、波形発生回路４０２１が発生する波形が、超電導磁石１０３の振動磁場の反転波形となるように、冷凍機駆動ユニット１１６の駆動タイミング（位相）に対して予め設定された遅延量を波形発生回路４０２１〜４０２ｎに設定する。波形発生回路４０２１〜４０２ｎは、駆動タイミングに対して設定された遅延量で、内蔵するメモリ４０２１ａ〜４０２ｎａに格納されている波形を読み出すことにより、振動磁場の逆位相の波形をそれぞれ出力する。電流アンプ４０３１〜４０３ｎは、受け取った波形をそれぞれ設定された増幅率Ａ１〜Ａｎで増幅することにより、電流波形を生成し、シムコイル（Ｚ0コイル、Ｚ1コイル、Ｘ1コイル、Ｙ1コイル）にそれぞれ供給する。これにより、Ｚ0コイル、Ｚ1コイル、Ｘ1コイル、Ｙ1コイルは、超電導磁石１０３の振動磁場の各成分をそれぞれ打ち消す磁場を発生するため、振動磁場を各方向について打ち消すことができる。よって、振動磁場の空間分布を補正することができる。
【００４７】
＜振動磁場の計測と振動磁場補償ユニット１１７の設定＞
コンピュータ１１２は、内蔵するメモリに予め格納されたプログラムを、予め定められたタイミングで読み込んで実行することにより、図４のフローのように動作する。これにより、超電導磁石１０３の振動磁場を求め、予め定めた方向の振動磁場の成分を求める。この振動磁場成分の波形を、反転させた波形を振動磁場補償ユニット１１７の波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａにそれぞれ格納する。さらに、トリガー回路４０１が各波形発生回路４０２１〜４０２ｎに設定する遅延量および電流アンプ４０３１〜４０３ｎの増幅率Ａ１〜Ａｎをコンピュータ１１２は決定する。
【００４８】
図４のフローを実行するタイミングは、ＭＲＩ装置の稼働開始時（据え付け時）、夜間の予め定めた時間帯等の定期的なタイミング、および、冷凍機１０５の交換時やメンテナンス時である。
【００４９】
まず、コンピュータ１１２は、所定の表示を表示装置１１４に表示する等して、図５のように、撮像空間１０２の中心に所定のファントム４０４を配置するように促す（ステップ４１）。夜間に図４のフローを実行する場合には、日中の撮像終了時に、ファントム４０４を配置するよう操作者に促す。
【００５０】
つぎに、予め定めておいた所定の撮像シーケンスを実行することにより、ファントム４０４のＮＭＲ信号から、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の静磁場の時間変動を求める（ステップ４２）。所定の撮像シーケンスとしては、どのようなシーケンスでもよいが、例えば図６のようなスピンエコー型のシーケンスを用いることができる。
【００５１】
図６の撮像シーケンスは、傾斜磁場コイルからＸ方向にスライス傾斜磁場７１を印加した状態で、高周波トランスミッターコイル１０８から９０度パルス７２を照射する。これにより、ファントム４０４のスライス面の核スピンを励起する。所定の時間τが経過した時点で、Ｘ方向にスライス傾斜磁場７３を印加しながら、１８０度パルス７４を照射する。これにより、先に励起された核スピンを反転させ、時間τが経過した時点でスピンエコー信号（ＮＭＲ信号）７５が検出される。信号の検出は、例えば、２５６点のサンプリング点について行う。これを予め定めた繰り返し時間ＴＲ（例えばＴＲ＝２０ｍｓ／２５６）ごとに、例えば２５６回繰り返す。これにより、図７Ａに示す２５６×２５６のマトリクスデータが得られる。図７Ａのマトリクスデータを信号処理ユニット１１１でフーリエ変換等することにより、図７Ｂのように位相マトリクス図が得られる。図７Ｂの位相マトリクス図の中心線８１上の位相値８２は、静磁場強度の変化がなければ、スピンエコー信号について全く同じ値の信号が得られるため、その位相値８２も同じ値となる。ここで静磁場に変動がある場合には、位相値も変動する。変動が周期的な変動であれば、図７Ｂに拡大図を示したように、位相値も周期的に変動する。この位相値の変動から、スライス磁場を印加した位置（Ｘ）における静磁場の時間変動を求めることができる。これを、スライス傾斜磁場７３を印加する位置（Ｘ）を変えて繰り返すことにより、撮像空間１０２におけるＸ軸方向の静磁場強度の時間変動を求めることができる。
【００５２】
つぎに、スライス傾斜磁場７３を印加する方向をＹ方向に変えて、同様にスピンエコー信号を検出することにより、撮像空間１０２におけるＹ軸方向の静磁場強度の時間変動を求めることができる。さらに、スライス傾斜磁場７３を印加する方向をＺ方向に変えて、同様に、Ｚ軸方向の静磁場強度の時間変動を求めることができる。
【００５３】
実際の超電導磁石１０３において振動磁場を実測した結果の一例を図８に示す。図８の横軸は時間を示し、縦軸は、計測した誤差磁場強度を示す。図８のグラフからわかるように、誤差磁場は正弦波に近く、その振幅は±６ナノテスラ、周波数は６０ヘルツとなっている。
【００５４】
つぎに、コンピュータ１１２は、上述のように求めたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の静磁場強度の時間変化波形を級数展開することにより、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動磁場成分を求める（ステップ４３）。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の誤差磁場成分の例を図９（ａ），（ｂ）に示す。
【００５５】
図９（ａ）のＸ軸方向の誤差磁場成分の例では、＋２ppmの磁場不均一の成分（均一度成分）に±０．５ppmの振動成分が重畳し、＋２．５〜＋１．５ppmで変動している。図９（ｂ）のＹ軸方向の誤差磁場成分の例では、−６ppmの磁場不均一の成分（均一度成分）に、±４ppmの振動成分が重畳し、−２〜−１０ppmで変動している。この例は、水平方向を静磁場方向（Ｚ軸方向）とする円筒形状の超電導磁石１０３の上部（Ｙ軸方向）に冷凍機１０５が取り付けられているため、左右方向（Ｘ軸方向）と比較して、Ｙ軸方向の振動磁場が大きく表れている。
【００５６】
コンピュータ１１２は、ステップ４３で求めた各成分の波形を１周期分抽出し、所定のサンプリング周期（例えば２０ｍｓ／２５６）でサンプリングすることによりデジタルデータに変換し（ステップ４４）、極性を反転させて、その成分に対応する波形発生回路４０２１〜４０２ｎの波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａに書き込む（ステップ４５）。これにより、計測した振動磁場の成分の反転した波形を波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａに格納できる。
【００５７】
なお、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、Ｘ方向およびＹ方向の誤差磁場成分に、振動成分と均一度成分が含まれている場合、図１０のように、例えば、Ｘ１コイル用の波形発生回路４０２３の波形メモリ４０２３ａを均一度成分用メモリ４０２３ａ−１と振動成分用メモリ４０２３ａ−２とに分け、それぞれの成分を書き込むようにする。波形発生回路４０２３は、均一度成分用メモリ４０２３ａ−１と振動成分用メモリ４０２３ａ−２から読み出した値を加算器４０２４で加算して、電流アンプ４０３３に出力するように構成すればよい。Ｙ１コイル用の波形発生回路４０２４も同様の構成とする。
【００５８】
つぎに、コンピュータ１１２は、トリガー回路４０１が各波形発生回路４０２１〜４０２ｎに設定する遅延量および電流アンプ４０３１〜４０３ｎの増幅量を図１１のフローを実行することにより設定する。
【００５９】
まず、トリガー回路４０１には、冷凍機駆動ユニット１１６が冷凍機１０５に供給する交流電力の位相（タイミング）が入力される（図３参照）。コンピュータ１１２は、まずトリガー回路４０１が各波形発生回路４０２１〜４０２ｎに設定する遅延量をゼロに設定する（ステップ５０１）。そして、各電流アンプ４０３１〜４０３ｎの増幅率も所定値Ａ１〜Ａｎにそれぞれ設定する（ステップ５０２）。この状態で振動磁場補償ユニット１１７を動作させながら、図４のステップ４１、４２、４３と同様に、撮像空間１０２に配置されているファントム４０４のＮＭＲ信号を計測し、誤差磁場を求め、誤差磁場の各成分を求める（ステップ５０３，５０４）。
【００６０】
ステップ５０５において、ステップ５０４で求めた振動磁場成分が所定値（例えば０．２ナノテスラ）より大きい場合には、その成分の電流アンプ４０３１〜４０３ｎの増幅率Ａおよび／または波形発生回路４０２１〜４０２ｎの出力波形の位相が、実際の振動磁場の振幅および／または位相に一致していないために打消し残りが生じていることを意味する。よって、ステップ５０６および５０７において、増幅率Ａ１〜Ａｎおよび遅延量を調整する。そして、ステップ５０４に戻って、再度ＮＭＲ信号を計測し、振動磁場成分を求める。この動作を、ステップ５０５で振動磁場成分がすべて所定値以下になるまで繰り返す。
【００６１】
これにより、超電導磁石１０３が発生する振動磁場と、極性が逆でかつ同じ振幅となる補正用振動磁場を各シムコイルが発生するように、振動磁場補償ユニット１１７のトリガー回路４０１の設定する遅延量と電流アンプ４０３１〜４０３ｎの増幅率Ａ１〜Ａｎを調整して設定することができる。
【００６２】
よって、撮像時には、振動磁場補償ユニット１１７を動作させることにより、動磁場補償ユニット１１７は、トリガー回路４０１が冷凍機駆動ユニット１１６から受け取った位相（タイミング）に対してステップ５０７で調整した遅延量で、波形発生回路４０２１〜４０２ｎの波形メモリ４０２１ａ〜４０２ｎａから所定の読み出しクロック（例えば２０ｍｓ／２５６）で順次、格納されている波形の値を読み出し、ＤＡ変換することにより、振動磁場成分に対して反転した電流波形を生成する。電流アンプ４０３１〜４０３ｎは、波形発生回路４０２１〜４０２ｎの電流波形を、それぞれ増幅率Ａ１〜Ａｎで増幅し、傾斜磁場・シム組立体１０６の各シムコイル（Ｚ0、Ｚ1、Ｘ1、Ｙ１）に供給する。これにより、各シムコイル（Ｚ0、Ｚ1、Ｘ1、Ｙ１）は、超電導磁石１０３の振動磁場の成分を打ち消す振動磁場をそれぞれ発生する。よって、超電導磁石１０３の振動磁場を成分ごとにシムコイルにより打ち消すことができ、振動磁場の空間分布を補償することができる。また、撮像空間１０２の中心のみならず、画像全体の高分解能の撮影が可能となる。さらに、撮像時に冷凍機１０５を停止させる必要がなく、液体冷媒の消費を最小限にすることができる。
【００６３】
なお、上述のステップ４２では、スライス面内での静磁場の分布を取得してもよい。すなわち、あるＸ方向のスライスにおいて、一つのエコー信号を取得し、そのエコー信号をフーリエ変換すればそのエコーの周波数分布、すなわち、その位置（Ｘ）における磁場強度分布を取得することができる。周波数分布のうちピーク周波数は、その位置（Ｘ）の磁場強度を示している。よって、エコー信号を繰り返し時間ＴＲで繰り返し計測し、各エコーについて周波数分布を求めれば、磁場強度を時系列で取得できる。これをスライス傾斜磁場７１を印加する位置（Ｘ）を変えて、繰り返すことにより、Ｘ軸方向の静磁場強度の時間変化を取得できる。同様に、スライス傾斜磁場７１を印加する方向を、Ｙ方向、Ｚ方向に変えて繰り返すことにより、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の静磁場強度時間変化を取得することができる。
【００６４】
さらに、上述のステップ４２において、３次元位相画像を取得し、３次元位相画像からＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の静磁場強度を取得してもよい。具体的には、図６のスピンエコーシーケンスに位相エンコード傾斜磁場と周波数エンコード傾斜磁場を追加して、位相エンコード傾斜磁場を変化させて、冷凍機の動作と同期をとった繰り返し時間でエコーの計測を繰り返すことにより、２次元位相画像を取得することができる。さらをスライス傾斜磁場もエンコードすることにより、３次元位相画像を取得することができる。この３次元位相画像のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の位相は、各軸方向の静磁場強度を示している。よって、３次元位相画像を冷凍機の同期タイミング（ディレイ時間）を変えて複数のディレイ時間で取得することにより、各軸方向についての静磁場強度の時間変化を取得することができる。
【００６５】
＜伝導冷却方式の超電導磁石構造＞
上述してきた実施形態では、図２にように液体冷媒と冷凍機１０５の併用で冷却する超電導磁石１０３について説明したが、冷凍機１０５による熱伝導で直接コイルを冷却する伝導冷却の超電導磁石についても本発明を適用することが可能である。
【００６６】
図１２は、伝導冷却の超電導磁石１０３の構造を示す図である。超電導コイル２０２は、伝導冷却用コイルボビン３０１に巻かれ、複数のサポート２０７により真空容器２０５に直接固定されている。伝導冷却用コイルボビン３０１は熱伝導が良好なアルミニウム合金で構成され、超電導コイル２０２に加わる電磁力に対する耐力を有し、かつ、蓄熱容量を確保するための質量を有している。コイルボビン３０１は、冷凍機１０５の第二冷却部２１１と熱接触点３０２において熱接触している。この熱接触点３０２には、熱伝導の極めて良好なインジューム金属板を挟み込まれている。このため、冷凍機１０５の機械的振動は、超電導コイル２０２に直接が加わる。これにより、第二冷却部２１１の磁性蓄冷剤の往復運動による磁場擾乱に加え、超電導コイル２０２の機械振動によるコイルボビン３０１の振動磁場が組み合わされた誤差磁場が発生する。
【００６７】
輻射シールド板２０８は図２の超電導磁石１０３と同じ構造である。複数のサポート２０７には、真空容器２０５の近い中間点で輻射シールド板２０８と熱接触ポイント３０３が設けられ、伝導冷却用コイルボビン３０１に伝わる伝導熱を低減する構造になっている。
【００６８】
なお、図１２では、Ｚ軸が上下方向の開放型の超電導磁石の例を示しているが、円筒形状の超電導磁石にすることももちろん可能である。この場合、水平なＺ軸を中心に、超電導コイル２０２がコイルボビン３０１に巻回されるように構成すればよい。
【００６９】
伝導冷却方式の超電導磁石の運転状態をモニターするためのセンサーとしては、伝導冷却用コイルボビン３０１の温度を計測する極低温温度センサー３０４と輻射シールド板２０８の温度センサー２１６が配置されている。
【００７０】
図１２の伝導冷却の超電導磁石を用いるＭＲＩ装置に、上述した振動磁場補償ユニット１１７を備え、撮像時には、振動磁場補償ユニット１１７を動作させることにより、超電導磁石１０３の振動磁場を各成分ごとにシムコイルにより打ち消すことができる。これにより、振動磁場の空間分布を補償することができるため、撮像空間１０２の中心のみならず、画像全体の高分解能の撮影が可能となる。また、撮像時に冷凍機１０５を停止させる必要がなく、超電導コイル２０２の温度上昇を防止し、クエンチリスクを回避できる。他の構成は、上述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【符号の説明】
【００７１】
１０１…被検体、１０２…撮像空間（検査空間）、１０３…超電導磁石、１０４…クライオスタット、１０５…冷凍機、１０６…傾斜磁場・シム組立体、１０７…傾斜磁場電源、１０８…高周波トランスミッターコイル、１０９…高周波電力アンプ、１１０…高周波レシーバコイル、１１１…信号処理ユニット、１１２…コンピュータ、１１６…冷凍機駆動ユニット、１１７…振動磁場補償ユニット、２０１…コイルボビン、２０２…超電導コイル、２０３…液体ヘリウム、２０４…ヘリウム容器、２０５…真空容器、２０６…真空層、２０７…サポート、２０８…輻射シールド板、２１０…第一冷却部、２１１…第二冷却部、２１３…銅網線熱コンタクトポイント、２１５…圧力センサー、２１６…温度センサー、３０１…伝導冷却用コイルボビン、３０２…極低温熱コンタクトポイント、３０４…極低温温度センサー、４０１…トリガー回路、４０２１〜４０２ｎ…波形発生回路、４０３１〜４０３ｎ…電流アンプ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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