(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して設けられ、その対向空間内に静磁場を発生させる１対の静磁場発生手段と、前記静磁場領域内の静磁場の均一性を高める１対の静磁場補正手段と、
前記静磁場領域内に傾斜磁場を発生させる１対の傾斜磁場発生手段と、
前記静磁場発生手段、前記静磁場補正手段及び前記傾斜磁場発生手段を保持する磁気プレート手段とを備え、
前記磁気プレート手段に隣接して設けられ、前記静磁場領域内の静磁場の均一性をより高めるような断面形状をした強磁性体からなる均一度制御手段と、
前記傾斜磁場発生手段に隣接して前記静磁場補正手段とは別個に設けられ、前記傾斜磁場発生手段の発生する傾斜磁場の影響を遮蔽する平板状の抑制手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置であって、
前記抑制手段に密接して機械的強度を補強する補強手段を設け、
前記静磁場補正手段は、前記均一度制御手段及び前記抑制手段を囲むように設けられた強磁性体リングを含んで構成される磁気共鳴イメージング装置において、
前記傾斜磁場発生手段は、前記抑制手段に形成された複数の貫通穴を介して前記磁気プレート手段又は前記均一度制御手段に設けられた複数の支持スタッドによって支持され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において、
前記均一度制御手段は、容易に加工可能な材料によって構成され、前記抑制手段は、前記均一度制御手段を構成する材料よりも低い渦電流特性及び高い透磁率特性を示す材料で構成され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において、
前記均一度制御手段は、けい素鋼板及びソフトフェライトから選ばれたいずれか１の材料によって構成され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において、
前記均一度制御手段と前記抑制手段との間の空間にスペーサ手段を設けた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４に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記スペーサ手段は、同心円状に成形された複数の非磁性体のリングから構成され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４に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記スペーサ手段は、同心円状に配列された複数の非磁性体の円柱体から構成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記傾斜磁場発生手段の外周部と前記静磁場補正手段との間に配置され、前記傾斜磁場発生手段を支持する支持部材を備えた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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織を画像化する磁気共鳴イメージング装置に係り、特にイメージング撮影の行われる磁場領域の均一度を向上させる磁場の発生方式に改良を加えた磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体組織を画像化する磁気共鳴イメージング装置（以下「ＭＲＩ」とする）には、超電導コイルを用いて静磁場を発生するものがある。図１は、超電導コイルを用いた従来のＭＲＩ装置の一例を示す図である。図１（ａ）は、ＭＲＩ装置の概略を示す外観図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ視断面図である。この装置は、上下方向に対向して配置された２組の超電導コイル１３Ａ，１３Ｂによって静磁場を発生させる。超電導コイル１３Ａ，１３Ｂは、上下方向に対向して設けられた磁気プレート１５Ａ，１５Ｂによって支持される。磁気プレート１５Ａ，１５Ｂの間は柱状継鉄１６Ａ〜１６Ｄによって機械的に支持されている。超電導コイル１３Ａ，１３Ｂの内側には良好な磁場均一度を得るための鉄で構成されたポールピース１４Ａ，１４Ｂが設けられ、超電導コイル１３Ａ，１３Ｂと共に磁気プレート１５Ａ，１５Ｂによって支持される。ポールピース１４Ａ，１４Ｂは、均一磁場領域１１の磁場均一度を向上させる働きをする。磁気プレート１５Ａ，１５Ｂと柱状継鉄１６Ａ〜１６Ｄは、超電導コイル１３Ａ，１３Ｂが発生する磁束の磁路としての役割を兼ねている。
【０００３】
このような構成のＭＲＩ装置では、磁気回路は、超電導コイル１３Ｂ、ポールピース１４Ｂ、均一磁場領域１１、ポールピース１４Ａ、超電導コイル１３Ａ、磁気プレート１５Ａ、柱状継鉄１６Ａ〜１６Ｄ、磁気プレート１５Ｂの経路で形成され、均一磁場領域１１には上下方向の均一な垂直磁場が発生するようになっている。従って、磁気共鳴イメージング撮影はこの均一磁場領域１１内にて行われる。この磁気回路で使用される傾斜磁場コイル１８Ａ，１８Ｂは、図１（ｂ）に示すような平板形状をしており、均一磁場領域１１を挟んで上下に対向して配置されている。この傾斜磁場コイル１８Ａ，１８Ｂは、図１（ｂ）に示すように、ポールピース１４Ａ，１４Ｂの凹部内に収容されている。
【０００４】
この傾斜磁場コイル１８Ａ，１８Ｂによってポールピース１４Ａ，１４Ｂや超電導コイル１３Ａ，１３Ｂの導体部などに、渦電流や残留磁場が発生し、画像に大きな悪影響を与えることが知られている。そこで、渦電流や残留磁場が発生するのを防止するために、ポールピース１４Ａ，１４Ｂの凹部内表面に、低渦電流材や高透磁率材などの渦電流抑制材１９Ａ，１９Ｂを配置したものが知られている。例えば、ポールピース１４Ａ，１４Ｂの凹部内表面に高透磁率材による渦電流抑制材を備えたものが米国特許第５，０６１，８９７号公報に記載されている。また、ポールピース１４Ａ，１４Ｂの凹部内表面に珪素鋼板を積層一体化した複数ブロックを設けたものが特開平９−１１７４３１号公報（公報での実施例は永久磁石を磁性発生源として説明）に記載されている。さらに、ポールピース１４Ａ，１４Ｂの凹部内表面を高透磁率磁性材料と磁性複合材料で構成し、かつ高透磁率磁性材料を空隙に面する位置に配置したものが特開平１−８６９５４号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術はいずれも均一磁場領域１１における磁場の均一性を調整するために、ポールピースの凹部内の表面を加工することについては言及していない。それは、ポールピースの凹部内の表面に設けられた低渦電流材や高透磁率材は、一般的に機械的な加工が難しく、精密な加工精度を得ることができず、加工したとしても高いコストがかかるという問題があるからである。なお、特開平９−１１７４３１号公報に記載されたものは、ブロック厚さを調整することによって、ポールピースの中央部分に円形上の凸部や断面台形状の突起部を設け、磁場の均一性を高めようとしているが、これでは磁場均一性を高精度に調整することは極めて困難である。
【０００６】
本発明の目的は、傾斜磁場コイルによって発生する渦電流や残留磁場の影響を抑制すると共に均一磁場領域の均一性を高めることのできる磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る磁気共鳴イメージング装置は、対向して設けられ、その対向空間内に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記静磁場領域における静磁場の均一性を高める磁場補正手段と、前記静磁場領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記静磁場発生手段及び磁場補正手段を保持する磁気プレート手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場発生手段の発生する傾斜磁場の影響を遮蔽する平板状の抑制手段を前記傾斜磁場発生手段と前記磁気プレート手段との間に設け、前記静磁場領域における静磁場の均一性をより高めるような断面形状をした均一度制御手段を前記抑制手段と前記磁気プレート手段との間に設けたものである。抑制手段は、傾斜磁場発生手段の発生する傾斜磁場による渦電流や残留磁場による影響を磁気プレート手段などに与えないようにするものであり、珪素鋼板やソフトフェライトなどの低渦電流材や高透磁率材の平板材で構成される。一方、均一度制御手段は、静磁場領域における静磁場の均一性を高めるような断面形状に加工しやすい鉄などで構成されている。抑制手段は平板材で構成されているので、傾斜磁場発生手段の形状に合わせて切り取るだけなので製作が容易である。また、抑制手段が設けられているので、均一度制御手段を設けた場合でも、傾斜磁場発生手段による渦電流や残留磁場による影響が均一度制御手段に現れることもない。
【０００８】
請求項２に係る磁気共鳴イメージング装置は、請求項１において、さらに、前記抑制手段と前記均一度制御手段との間の空間にスペーサ手段を設けたものである。スペーサ手段を設けることによって、抑制手段を精度よく、かつ堅固に固定することができる。
【０００９】
請求項３に係る磁気共鳴イメージング装置は、請求項２において、さらに、前記抑制手段と前記スペーサ手段との間に前記抑制手段を補強するための補強手段を設けたものである。抑制手段は、珪素鋼板やソフトフェライト等の小片をほぼ平面形状に貼り合わせたもので構成されるので、機械的な強度を得ることが難しい。そこで、抑制手段と均一度制御手段との間にスペーサ手段及び補強材手段を設けることによって、抑制手段の機械的強度を十分な大きさにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施の形態について説明する。
図２は、本発明に係るＭＲＩ装置の概略を示す外観図である。図３は、図２のＢ−Ｂ線における断面図である。
このＭＲＩ装置は、上下方向に対向して配置された２組の超電導コイル２３Ａ，２３Ｂによって静磁場を発生させる。超電導コイル２３Ａ，２３Ｂは、上下方向に対向して設けられた磁気プレート２５Ａ，２５Ｂによって支持される。なお、超電導コイル２３Ａ，２３Ｂは、実際はクライオスタット内に設けられているが、クライオスタットを含めたものを超電導コイルと称する。磁気プレート２５Ａ，２５Ｂの間は２本の柱状継鉄２６Ａ，２６Ｂによって機械的に支持されている。２本の柱で構成することによって被験者はより開放感を得ることができる。超電導コイル２３Ａ，２３Ｂの内側には良好な磁場均一度を得るための鉄で構成されたリング状のポールピース２４Ａ，２４Ｂが設けられる。ポールピース２４Ａ，２４Ｂと超電導コイル２３Ａ，２３Ｂは共に磁気プレート２５Ａ，２５Ｂによって支持されている。
【００１１】
ポールピース２４Ａ，２４Ｂは、均一磁場領域２１の磁場均一度を向上させる働きをするものであって、その凹部内に傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂ、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂ及び均一度制御材３０Ａ，３０Ｂを有する。傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂは、平板形状をしており、均一磁場領域２１を挟んで上下に対向して配置されている。この傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂは、図２及び図３に示すように、ポールピース２４Ａ，２４Ｂの凹部内の表面付近に収容されている。渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂは、傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂと同じ平板形状をしており、傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂと磁気プレート２５Ａ，２５Ｂとの間に設けられる。この渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂの材料は、従来のものと同様に低渦電流材や高透磁率材で構成され、傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂによる渦電流や残留磁場がポールピースに発生しないように抑制する働きをする。なお、本明細書中では渦電流抑制材として使用しているが、残留磁場を抑制する働きがあることは言うまでもない。渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂは、平板形状の部材で構成されているので、傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂの形状に合わせて加工すればよいので製作が簡単である。
【００１２】
均一度制御材３０Ａ，３０Ｂは、均一磁場領域２１における磁場の均一度を調整するものであり、その断面形状に凹凸を設けた鉄製の板材で構成される。図３においては、中心軸に対して軸対称な凹凸が設けられているが、この場合には軸対称な磁場の分布成分を補正することができる。均一度の調整を行おうとする磁場分布にあわせて、凹凸の形状を設計することで良好な磁場均一度を達成できる。具体的な断面形状を求めるには、強磁性体の非線形な磁場特性を考慮する必要があるため、計算機を用いたシミュレーション等を利用して最適化を行うことが一般的である。なお、この均一度制御材３０Ａ，３０Ｂの形状は、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂがポールピース２４Ａ，２４Ｂ内に存在する場合において均一磁場領域２１における静磁場が良好に均一性を保つような形状である。なお、この均一度制御材３０Ａ，３０Ｂは鉄製なので、傾斜磁場コイル２８Ａ，２８Ｂの渦電流や残留磁場の影響を受け易いので、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂと組み合わせて設置されなければその効果が著しく低下することになる。また、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂを設けることによって、均一度制御材３０Ａ，３０Ｂの働きが軽減することもあるので、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂは均一度制御材３０Ａ，３０Ｂ側に接近もしくは一部接触するように設けることが好ましい。また、渦電流抑制材２９Ａ，２９Ｂの厚さが極端に厚いと均一度制御材３０Ａ，３０Ｂの働きが軽減するので、渦電流制御材２９Ａ，２９Ｂの厚さは、数［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］とするのが望ましい。
【００１３】
このような構成のＭＲＩ装置では、磁気回路は、超電導コイル２３Ｂ、均一度制御材３０Ｂ、ポールピース２４Ｂ、均一磁場領域２１、ポールピース２４Ａ、均一度制御材３０Ａ、超電導コイル２３Ａ、磁気プレート２５Ａ、柱状継鉄２６Ａ，２６Ｂ、磁気プレート２５Ｂの経路で形成され、均一磁場領域２１には均一度制御材３０Ａ，３０Ｂによって調整された上下方向に均一な垂直磁場が発生するようになり、磁気共鳴イメージング撮影はこの均一磁場領域１１内にて行われる。
【００１４】
図３は、ポールピース２４Ｂ内の傾斜磁場コイル２８Ｂ、渦電流抑制材２９Ｂ及び均一度制御材３０Ｂの概略の配置を示しているので、図４を用いてその詳細構成を説明する。図４において、渦電流抑制材２９Ｂを精度よく、堅固に固定するために、非磁性材料からなるスペーサ３１Ｂが磁気プレート２５Ｂと渦電流抑制材２９Ｂとの間に挿入されている。傾斜磁場コイル２８Ｂは、渦電流抑制材２９Ｂ、均一度制御材３０Ｂ及びスペーサ３１Ｂにそれぞれ設けられた貫通穴を介して磁気プレートに固定された支持スタッド３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂに固定されている。図では、支持スタッド３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂのみが図示してあるが、実際には、傾斜磁場コイル２８Ｂの全面に渡って複数個の支持スタッドが設けられ、これらの支持スタッドによって傾斜磁場コイル２８Ｂは磁気プレート２５Ｂに堅固に固定される。これは、傾斜磁場コイル２８Ｂに流れる電流と静磁場との干渉によって非常に強大なローレンツ力が発生し、それによって傾斜磁場コイル２８Ｂが振動しようとするので、これを防止するために、質量が大きく構造的にも堅固な磁気プレート２５Ｂ側に傾斜磁場コイル２８Ｂを固定するのが好ましいからである。なお、支持スタッドの取り付け位置としては、傾斜磁場コイル２８Ｂの外周部付近と中央部付近に設けるのが好ましい。また、必要に応じて振動の抑制、傾斜磁場コイル２８Ｂの重量を支持するために、これら以外の箇所にも配置することで振動を効率的に抑制することが可能となる。
【００１５】
次に本発明の磁気共鳴イメージング装置の変形例について説明する。図５は、図３の変形例を示す図である。図５のものが図３のものと異なる点は、傾斜磁場コイル２８Ｂの外周部を支持部材５１Ｂを用いてポールピース２４Ｂの外周リングの内周部に固定するようにした点である。この場合、スペーサ３１Ｂと渦電流抑制材２９Ｂに穴を開ける必要がないので製作が容易になる。図６は、図５の変形例を示す図である。図６のものが図５のものと異なる点は、スペーサ３１Ｂに代えて、円板状の補強材６１Ｂとリング状の非磁性スペーサ６２Ｂ〜６５Ｂとでスペーサを構成するようにした点である。すなわち、図５の場合、スペーサ３１Ｂは均一度制御材３０Ｂの表面形状に合わせて製作されなければならないが、図６の補強材６１Ｂの場合は渦電流抑制材２９Ｂの形状に合わせて円板状に、非磁性スペーサ６２Ｂ〜６５Ｂはリング状若しくは円柱形状に製作すればよいので、加工が容易である。また、補強材６１Ｂは、渦電流抑制材２９Ｂを構造的に堅牢となるように補強するために、渦電流抑制材２９Ｂの裏側に密着した高剛性の部材で構成される。補強材６１Ｂに非磁性材料を使うことで、磁場均一度に関与する磁束の流れの影響を除去することができる。この結果、磁場均一度を得るための均一度制御材３０Ｂの設計が容易になる。一方、補強材６１Ｂに磁性を有する材料を用いることも可能である。この場合には、剛性の高い材料を選択的に用いることができるので、必要な剛性を得るための厚さを薄くすることができる。また、外周リングで囲まれた円筒領域内部では、高さ方向の取り合いが非常に厳しくなっている。これは、傾斜磁場コイル２８Ｂ、渦電流抑制材２９Ｂ、補強材６１Ｂのそれぞれについて一般的に厚くなる程高性能を得られ易いためである。従って、補強材を薄くできれば、その他の特性を向上することができ有利である。また、渦電流抑制材２９Ｂの材料としては、従来用いられていた素材と同じ、珪素鋼板やソフトフェライト等の小片をほぼ平面形状に貼り合わせたものを用いる。このために、機械的な強度を得ることは難しくなっている。そこで、図６に示すように補強材６１Ｂやスペーサ６２Ｂ〜６５Ｂを設けることによって、渦電流抑制材２９Ｂの機械的強度を十分な大きさにすることができる。上述の実施の形態では、超電導磁石を例に説明したが、この発明は永久磁石を用いたものにも適用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の磁気共鳴イメージング装置によれば、傾斜磁場コイルによって発生する渦電流や残留磁場の影響を抑制すると共に均一磁場領域の均一性を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  超電導コイルを用いた従来のＭＲＩ装置の一例を示す図
【図２】  本発明に係るＭＲＩ装置の概略を示す外観図
【図３】  図２のＢ−Ｂ線における断面図
【図４】  図３の詳細を示す図
【図５】  図３の第１の変形例を示す図
【図６】  図３の第２の変形例を示す図
【符号の説明】
１１，２１…均一磁場領域、１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ…超電導コイル、１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ…ポールピース、１５Ａ，１５Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ…磁気プレート、１６Ａ〜１６Ｄ，２６Ａ，２６Ｂ…柱状継鉄、１８Ａ，１８Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ…傾斜磁場コイル、１９Ａ，１９Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ…渦電流抑制材、３０Ａ，３０Ｂ…均一度制御材、３１Ａ，３１Ｂ…スペーサ、３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ…支持スタッド、５１Ｂ…支持部材、６１Ｂ…補強材、６２Ｂ〜６５Ｂ…リング状スペーサ
【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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