JP2010263955A - 傾斜磁場コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】付随要素の大型化を許容して高性能を維持しつつ、被験者の快適性を向上することを可能とする。
【解決手段】ケース２１は、一方向に向かって開口した内部空洞を形成するとともに、この内部空洞を囲う円筒状の本体部分と、当該本体部分の一部が内部空洞の開口方向に沿って突出して形成された凸部２１ａ，２１ｂとを含む。内部空洞に傾斜磁場を発生させるためのＸ−メインコイル、Ｙ−メインコイルおよびＺ−メインコイルなどのコイル本体を含んだコイル主部２２を本体部分の内部に収容し、付随要素のうちのコイル本体に対して開口方向に沿って配列されるべきものを含んだコイル副部２３，２４を凸部２１ａ，２１ｂの内部に収容する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）に用いられ、ガントリの被験者が配置される空間（以下、ボア部と称する）に傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイルユニットに関する。

ＭＲＩ装置においては、撮影速度の高速化に伴い、傾斜磁場コイルユニットが備えるコイル線の電流増加が生じている。このため、傾斜磁場コイルユニットにおける発熱量が増加することに対応するための冷却能力向上が求められており、冷却配管系が占めるスペースが増加している。

一方、ボア部の直径や軸長は、被験者の快適性の向上のために短縮されることが求められている。

特開２００１−１９８１０７

以上のように従来の傾斜磁場コイルユニットは、冷却配管系などの付随要素の大型化と、ボア部の小型化による被験者の快適性の向上という相反する要求があり、これらを両立することは困難であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、付随要素の大型化を許容して高性能を維持しつつ、被験者の快適性を向上することが可能な傾斜磁場コイルユニットを提供することにある。

本発明の第１の態様による傾斜磁場コイルユニットは、一方向に向かって開口した内部空洞を形成するとともに前記内部空洞を囲う円筒状の本体部分と、前記本体部分の一部が前記内部空洞の開口方向に沿って突出して形成された突出部分とを含んだケースと、前記内部空洞に傾斜磁場を発生させるための複数のコイル本体および前記コイル本体に付随して設けられる付随要素とを含み、前記コイル本体が前記本体部分の内部に収容され、さらに前記付随要素のうちの前記コイル本体に対して前記開口方向に沿って配列されるべきものが前記突出部分の内部に収容された傾斜磁場コイルとを備える。

本発明によれば、付随要素の大型化を許容して高性能を維持しつつ、被験者の快適性を向上することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の構成を示す図。 図１中の傾斜磁場コイルユニットの構造を静磁場中心を通る鉛直面での断面により示す図。 図１中の傾斜磁場コイルユニットの構造を表す静磁場磁石の中心軸に沿った視線方向からの平面図。 図２中のケースを分解して示す斜視図。 図２中のコイル主部の部分断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００の構成を示す図である。この図１に示すＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイルユニット２、傾斜磁場電源３、寝台４、寝台制御部５、送信ＲＦコイル６、送信部７、受信ＲＦコイル８、受信部９および計算機システム１０を具備する。

静磁場磁石１は、中空の円筒形をなし、内部の空洞に一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１としては、例えば超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイルユニット２は、中空の円筒形をなし、静磁場磁石１の内側に配置される。傾斜磁場コイルユニット２は、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って変化する傾斜磁場を発生する。なお、Ｚ軸方向は、例えば静磁場と同方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇeおよびリードアウト用傾斜磁場Ｇrにそれぞれ対応する。スライス選択用傾斜磁場Ｇsは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇrは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させるために利用される。傾斜磁場コイルユニット２は、非シールド型およびシールド型のいずれであっても良いが、シールド型であることが望ましい。シールド型の傾斜磁場コイルは、上記構造に加えてシールドコイルを備えるもので、active shielded gradient coil（ＡＳＧＣ）とも呼ばれる。なおシールドコイルは、メインコイルにより発生されて所定領域外に漏れる磁場を相殺するための磁場を発生するように駆動される。

被検体２００は、寝台４の天板４１に載置された状態で傾斜磁場コイルユニット２の内部の空洞（撮像空間）内に挿入される。寝台４の天板４１は寝台制御部５により駆動され、その長手方向および上下方向に移動する。通常、この長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように寝台４が設置される。

送信ＲＦコイル６は、傾斜磁場コイルユニット２の内側に配置される。送信ＲＦコイル６は、送信部７から高周波パルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。

送信部７は、ラーモア周波数に対応する高周波パルスを送信ＲＦコイル６に送信する。

受信ＲＦコイル８は、傾斜磁場コイルユニット２の内側に配置される。受信ＲＦコイル８は、上記の高周波磁場の影響により被検体から放射される磁気共鳴信号を受信する。受信ＲＦコイル８からの出信号は、受信部９に入力される。

受信部９は、受信ＲＦコイル８からの出力信号に基づいて磁気共鳴信号データを生成する。

計算機システム１０は、インタフェース部１０ａ、データ収集部１０ｂ、再構成部１０ｃ、記憶部１０ｄ、表示部１０ｅ、入力部１０ｆおよび主制御部１０ｇを有している。

インタフェース部１０ａには、傾斜磁場電源３、寝台制御部５、送信部７、受信ＲＦコイル８および受信部９等が接続される。インタフェース部１０ａは、これらの接続された各部と計算機システム１０との間で授受される信号の入出力を行う。

データ収集部１０ｂは、受信部９から出力されるデジタル信号をインタフェース部１０ａを介して収集する。データ収集部１０ｂは、収集したデジタル信号、すなわち磁気共鳴信号データを、記憶部１０ｄに格納する。

再構成部１０ｃは、記憶部１０ｄに記憶された磁気共鳴信号データに対して、後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成を実行し、被検体２００内の所望核スピンのスペクトラムデータあるいは画像データを求める。

記憶部１０ｄは、磁気共鳴信号データと、スペクトラムデータあるいは画像データとを、患者毎に記憶する。

表示部１０ｅは、スペクトラムデータあるいは画像データ等の各種の情報を主制御部１０ｇの制御の下に表示する。表示部１０ｅとしては、液晶表示器などの表示デバイスを利用可能である。

入力部１０ｆは、オペレータからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力部１０ｆとしては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを適宜に利用可能である。

主制御部１０ｇは、図示していないＣＰＵやメモリ等を有しており、ＭＲＩ装置１００を総括的に制御する。主制御部１０ｇは、ＭＲＩ装置１００における周知の機能を実現するための種々の制御機能を持つ。

図２および図３は傾斜磁場コイルユニット２の構造を示す図である。なお図２は、静磁場中心を通る鉛直面での断面を示している。図３は静磁場磁石１の中心軸に沿った視線方向からの平面図である。なお、図２および図３において図１と同一部分には同一の符号を付して示している。

傾斜磁場コイルユニット２は、ケース２１、コイル主部２２、コイル副部２３，２４および支持部材２５，２６を含む。なお、図２においては、静磁場磁石１、コイル主部２２およびコイル副部２３，２４は断面が示されているが、その断面の輪郭のみを示し、内部構造の詳細は図示を省略している。

ケース２１は、中空の円筒状をなす。ケース２１の外径は静磁場磁石１の内径よりも若干小さく、ケース２１は静磁場磁石１の内部の空洞に配置される。ケース２１は、鉛直方向下側の一部が上記の空洞の開口方向に沿って突出して形成された凸部２１ａ，２１ｂを有している。ケース２１は、その内側に円筒状の空洞を形成している。ケース２１は、上記の空洞の周囲を囲う本体部分の内部にコイル主部２２を収容するとともに、凸部２１ａ，２１ｂの内部にコイル副部２３，２４を収容している。

図４はケース２１を分解して示す斜視図である。

ケース２１は、図４に示すような下側部分２１ｓと上側部分２１ｔとがそれぞれ異なる物性の素材により形成されている。なお、下側部分２１ｓおよび上側部分２１ｔのいずれか一方は、振動を減衰させる弾性素材を適用することが望ましい。下側部分２１ｓと上側部分２１ｔとは、ケース２１がなす円筒の軸心位置よりも下方に位置する水平面で互いに分割される。下側部分２１ｓと上側部分２１ｔとの鉛直方向の幅の比は、例えば１：２程度である。下側部分２１ｓは、上側部分２１ｔよりも軸方向についての幅が大きく、凸部２１ａ，２１ｂは下側部分２１ｓにより形成される。ただし実際には、ケース２１は下側部分２１ｓと上側部分２１ｔが一体形成されている。

図５はコイル主部２２の部分断面図である。

図５に示すように、コイル主部２２は、Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂ、Ｚ−メインコイル２２ｃ、Ｚ−シールドコイル２２ｄ、Ｘ−シールドコイル２２ｅ、Ｙ−シールドコイル２２ｆおよび冷却配管２２ｇ，２２ｈを備え、その全体がエポキシ樹脂２２ｉによって覆われている。

Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃは、それぞれ導電性の線材２２ｊをＸ，Ｙ，Ｚの各軸に関する傾斜磁場を発生するのに適するパターンで巻き回して構成されている。同一の線材２２ｊどうしの隙間には、コンパウンド材２２ｋが充填されている。Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃは、コイル主部２２の内側から外側に向かう方向にＸ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃの順で隙間を設けつつ積層配置されている。さらにＺ−メインコイル２２ｃの外側には、冷却配管２２ｇが螺旋状に配置されている。この冷却配管２２ｇどうしの隙間は、コンパウンド材２２ｋによって充填されている。そして、コイル主部２２の内側に位置するＸ−メインコイル２２ａの面、Ｘ−メインコイル２２ａとＹ−メインコイル２２ｂとの隙間、Ｙ−メインコイル２２ｂとＺ−メインコイル２２ｃとの隙間およびＺ−メインコイル２２ｃと冷却配管２２ｇとの隙間には、エポキシ樹脂２２ｉが充填されている。

Ｚ−シールドコイル２２ｄ、Ｘ−シールドコイル２２ｅおよびＹ−シールドコイル２２ｆは、それぞれ導電性の線材２２ｊをＸ，Ｙ，Ｚの各軸に関する傾斜磁場をシールドするのに適するパターンで巻き回して構成されている。同一の線材２２ｊどうしの隙間には、コンパウンド材２２ｋが充填されている。Ｚ−シールドコイル２２ｄ、Ｘ−シールドコイル２２ｅおよびＹ−シールドコイル２２ｆは、コイル主部２２の内側から外側に向かう方向にＺ−シールドコイル２２ｄ、Ｘ−シールドコイル２２ｅおよびＹ−シールドコイル２２ｆの順で隙間を設けつつ積層配置されている。さらにＺ−シールドコイル２２ｄの内側には、冷却配管２２ｈが螺旋状に配置されている。この冷却配管２２ｈどうしの隙間は、コンパウンド材２２ｋによって充填されている。なお、冷却配管２２ｇ、２２ｈは、図示しない循環装置に接続されていて、冷却水が循環されている。

コンパウンド材２２ｋとしては、例えばエポキシ樹脂にシリカなどのフィラーを混ぜ合わせたものを使用できる。フィラーとしては、シリカの代わりにアルミナなどを使用することもできる。ただしフィラーは、エポキシ樹脂に比べて熱伝導率が高く、絶縁性であり、かつ非磁性であることが望ましい。

冷却配管２２ｇ、２２ｈの間には、隙間Ｇを形成している。隙間Ｇには、鉄シムを収容するためのポケットを複数備えた調整トレイ（図示せず）が必要に応じて挿入される。調整トレイが隙間Ｇに挿入されることにより、各ポケットに必要に応じて収容された鉄シムの作用によって静磁場の強度分布が調整される。

なお、Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃが実際の傾斜磁場を発生させるための要素であり、これらがコイル本体に相当する。そしてコイル主部２２に含まれるその他の要素は、上記のコイル本体としての要素に付随して備えられた付随要素に相当する。

なお、コイル主部２２を以上のような構造とする場合、エポキシ樹脂２２ｉにより形成される構造体をケース２１として共用しても良い。

コイル副部２３，２４は、付随要素のうちのＺ−シールドコイル２２ｄ、Ｘ−シールドコイル２２ｅ、Ｙ−シールドコイル２２ｆおよび冷却配管２２ｇ，２２ｈとは別の要素であって、Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃに対して傾斜磁場コイルユニット２の開口方向に沿って配列されるべきものが含まれる。コイル副部２３，２４に含まれる付随要素としては、分配管（以下、マニホールドと称する）２２ｍ，２２ｎ、渡り線（図示せず）およびコネクタ２２ｏ，２２ｐ，２２ｒを含む。マニホールド２２ｍ，２２ｎは、冷却配管２２ｇ，２２ｈのそれぞれに冷媒を供給する。渡り線は、Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃに接続される。コネクタ２２ｏ，２２ｐ，２２ｒは、Ｘ−メインコイル２２ａ、Ｙ−メインコイル２２ｂおよびＺ−メインコイル２２ｃにそれぞれ接続されていて、傾斜磁場電源３に接続されたケーブルに取り付けられたコネクタが装着される。

支持部材２５，２６は、静磁場磁石１に固定されていて、凸部２１ａ，２１ｂにおいてケース２１を支持している。この支持部材２５，２６も、付随要素の１つである。

なお、傾斜磁場コイルユニット２の内側には、図２および図３に示すようにボアチューブ１１が配置されている。また傾斜磁場コイルユニット２の開口部付近の上側には、図２に示すようにフレア部１２，１３が設けられている。これらボアチューブ１１およびフレア部１２，１３は、被検体２００が傾斜磁場コイルユニット２に直接接触することを防止する。

かくして本実施形態の傾斜磁場コイルユニット２では、付随要素の一部を凸部２１ａ，２１ｂに集中配置しているので、凸部２１ａ，２１ｂを含むケース２１の軸方向の幅Ｗ１は増大するが、凸部２１ａ，２１ｂを含まないケース２１の軸方向の幅Ｗ２は短縮できる。一般的に被検体２００は仰向け状態にて天板４１上に載置されるため、下側におけるケース２１の軸方向の幅Ｗ１の増大は開放感の低下をもたらさず、上側におけるケース２１の軸方向の幅Ｗ２の短縮は開放感の増大に大きく寄与する。従って、凸部２１ａ，２１ｂを大型化することにより、被験者の開放感を低下させることなく付随要素の大型化を許容でき、付随要素の大型化による性能向上が図れる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

凸部２１ａ，２１ｂは、いずれか一方のみとしても良い。

凸部を形成するケース２１の開口部の側方などのような別の場所に形成されても良い。

凸部は、ケース２１の１つの開口部の付近に複数が形成されても良い。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイルユニット、３…傾斜磁場電源、４…寝台、５…寝台制御部、６…送信ＲＦコイル、７…送信部、８…受診ＲＦコイル、９…受信部、１０…計算機システム、１１…ボアチューブ、１２，１３…フレア部、２１…ケース、２１ａ，２１ｂ…凸部、２２…コイル主部、２２ａ…Ｘ−メインコイル、２２ｂ…Ｙ−メインコイル、２２ｃ…Ｚ−メインコイル、２２ｄ…Ｚ−シールドコイル、２２ｅ…Ｘ−シールドコイル、２２ｆ…Ｙ−シールドコイル、２２ｇ，２２ｈ…冷却配管、２２ｉ…エポキシ樹脂、２２ｊ…線材、２２ｋ…コンパウンド材、２２ｍ，２２ｎ…マニホールド、２２ｏ，２２ｐ，２２ｒ…コネクタ、２１ｓ…下側部分、２１ｔ…上側部分、２３，２４…コイル副部、２５，２６…支持部材、１００…磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）。

Claims (5)

1. 一方向に向かって開口した内部空洞を形成するとともに前記内部空洞を囲う円筒状の本体部分と、前記本体部分の一部が前記内部空洞の開口方向に沿って突出して形成された突出部分とを含んだケースと、
   前記内部空洞に傾斜磁場を発生させるための複数のコイル本体および前記コイル本体に付随して設けられる付随要素とを含み、前記コイル本体が前記本体部分の内部に収容され、さらに前記付随要素のうちの前記コイル本体に対して前記開口方向に沿って配列されるべきものが前記突出部分の内部に収容された傾斜磁場コイルとを具備したことを特徴とする傾斜磁場コイルユニット。
2. 前記開口方向を水平方向にほぼ沿わせた状態で使用されるものであって、前記突出部分は、鉛直方向下側に位置することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイルユニット。
3. 前記開口方向を水平方向にほぼ沿わせた状態で使用されるものであって、前記突出部分は、前記内部空洞に対して水平方向の両端の少なくとも一方側に位置することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイルユニット。
4. 前記突出部分の内部に収容される前記付随要素は、前記コイル本体を冷却する冷却媒体を流すための冷却配管の一部、前記複数のコイル本体に接続された渡り線またはコネクタ、あるいはコイル本体を支持するための支持部材のうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイルユニット。
5. 前記ケースは、前記開口方向に沿った境界で互いに接した複数の部位からなり、これら複数の部位の少なくとも２つはその物性が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイルユニット。

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