JP3984874B2

JP3984874B2 - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP3984874B2
Application number: JP2002178898A
Authority: JP
Inventors: 健二榊原; 弘隆竹島; 武八尾
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2004016657A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一性の良好な磁場を発生させる磁場発生手段を有する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置において、開放性を有し、被検体へのアクセス性に優れた開放型ＭＲＩ装置用磁石としては、被検体が挿入される撮影空間の上下、あるいは横方向に静磁場発生源が互いに対向して配置され、被検体に対して、赤道方向あるいは上下周方向が開放された磁石（以下、開放型磁石という）が公知となっている。
【０００３】
例えば、静磁場発生源として、超電導コイルを用いたものが、特開平５−２３４７４６号公報、特開平４−１３２５３９号公報などに開示されている。また、静磁場発生源として永久磁石を用いたものが、特開平６−２５１９３０号公報などに開示されている。
【０００４】
上述した公知例において、開放型磁石とすると、静磁場の均一性が阻害される場合が生じるので、撮影空間に形成する静磁場の磁場均一度を調整するために、静磁場発生源に設けられた磁極の周辺部に、環状の突起部を設け、その内周側の撮影空間に対向する面に適切な凹凸を設けることで、磁極の周辺部における磁界の方向を、対向する磁極に向かう方向に補正することにより撮影空間の磁場均一度を高めている。
【０００５】
体積空間に発生する静磁場の不均一性を補償する方法として、環状の突起部を有する磁極の磁極周辺の形状を変化させる方法は、例えば、特開平５−２３４７４６号公報に記載されている。
【０００６】
ここで、開放性を、さらに向上させた磁石として、対向する円盤状の本体部の中心に撮影空間を有し、この中心より後方に継鉄（鉄柱）を配置した磁石が、特開平８−５０１７０号公報に開示され公知となっている。この場合、磁束は上記継鉄通過することとなり、磁場の不均一性が生じることとなる。
【０００７】
そこで、上記鉄柱による磁場の非対称成分を補正するために、磁極の環状突起部分の高さ、あるいは幅を、周方向に対して変化させた磁石が、特開平８−２４３０８７公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の分野では、医療の可能性を広げるＩＶＲ（Interventional Radiology）を可能とするため、被検体へのアクセス性のより高い開放型磁石が要求されている。
【０００９】
しかしながら、磁気共鳴イメージング装置において、被検体についての自由な開放空間を追求すると、撮影空間に対して構造的の対称性の低い磁石構造となる。
【００１０】
したがって、開放性を向上させた構造では、静磁場の非対弥成分が大きくなり、上述した方法だけでは、非対称成分を充分に補正しきれない場合がある。
【００１１】
つまり、従来技術においては、撮影空間に発生する静磁場の不均一性の補正限界から、磁石構造の開放性を向上させることはできなかった。
【００１２】
本発明の目的は、撮影空間に発生する静磁場の不均一性の補正を向上させることにより、磁石構造の開放性を向上させることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起と、上記一対の磁極を支持する１又は２の柱状の継鉄とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、
上記磁極及び環状突起の材料に、飽和磁化の異なる複数の材料を使用して、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分の飽和磁化が、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分の飽和磁化より大となるようにした。
【００１４】
（２）互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起と、上記一対の磁極を支持する１又は２の柱状の継鉄とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分は、上記柱状継鉄の面方向に平行な磁化容易軸を有し、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分は、上記柱状継鉄の面方向に平行な方向とは異なる方向に磁化容易軸を有する。
【００１５】
（３）上記（１）、（２）において、上記柱状継鉄に配置され、静磁場不均一性を補償するコイルを備える。
【００１６】
（４）互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、上記一対の磁極は、互いに対向する面積が異なるとともに、飽和磁化が互いに異なる材料を使用し、面積が小さな磁極に形成される環状突起の飽和磁化を、面積が大きい磁極に形成される環状突起の飽和磁化より大とする。
【００１７】
（５）静磁場発生装置と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する照射コイルと、核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、断層画像を作成する画像作成手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、上記静磁場発生装置は、上記（１）から（４）の静磁場発生装置である。
【００２２】
磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分と、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分とを、互いに磁気特性が異なるように構成し、柱状継鉄の存在による磁場の不均一性が補償される。
【００２３】
飽和磁化の異なる複数の材料を使用して、又は磁化方向が互いに異方性を有する材料を使用することにより、磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分と、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分とを、互いに磁気特性が異なるように構成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石１の概略断面図である。図１の一点鎖線で示すＸ軸を水平方向、Ｚ軸を鉛直方向とする。
【００２５】
また、図示していないが、磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生装置の他に、傾斜磁場発生装置と、高周波磁場を発生する照射コイルと、核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、被検体が配置される寝台と、磁場発生装置等の動作を制御する制御手段と、断層画像を作成する画像作成手段と、画像表示手段とを備える。
【００２６】
図１において、開放型磁石１は、静磁場発生源３ａ、３ｂを備え、この静磁場発生源３ａ、３ｂは、環状強磁性体５ａ、５ｂが形成された一対の互いに対向する磁極４ａ、４ｂを有する。そして、磁極４ａ、４ｂが互いに対向する面側の体積空間７に静磁場を発生する。
【００２７】
磁極４ａ、４ｂの対向面の反対側には、静磁場発生源３ａ、３ｂを介して板状継鉄２ａ、２ｂが磁気的に結合されている。さらに、板状継鉄２ａ、２ｂは、柱状継鉄６によって、互いに磁気的に連結され、開放型磁石１は磁気回路を形成している。
【００２８】
図２は、図１に示した磁石１の上側方向から見た磁極４ａ及び環状強磁性体５ａと柱状継鉄６との関係を示す図である。なお、Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向の軸である。
【００２９】
図１及び図２に示すように、柱状継鉄６が体積空間７に対し、偏って配置される場合、つまり、体積空間７の周囲に均等に又は点対称に配置されず、４辺形状の一辺に偏って配置される場合には、磁極４ａ、４ｂに発生する磁束が柱状継鉄６に吸引される。
【００３０】
したがって、何ら、対策を施していなければ、柱状継鉄６が配置される側と、その他の部分における体積空間７の磁束密度が異なることとなり、磁場の均一性が悪化する。このため、本発明の第１の実施形態においては、以下に説明するように構成して、磁場の均一性を補償している。
【００３１】
図２において、磁極４ａのうち、開口部側（継鉄６が配置されている側とは反対側）に位置する磁極４ａ-1（斜線以外の領域）と柱状継鉄６側にある磁極４ａ-2（斜線で示す領域）について、磁気特性の異なる強磁性材料を使用している。
【００３２】
また、同様に、環状突起５ａのうち、開口部側に位置する環状突起５ａ-1（斜線以外の領域）と柱状継鉄６側に位置する環状突起５ａ-2（斜線で示す領域）について、磁気特性の異なる強磁性材料を使用する。
【００３３】
磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1の磁気特性と、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2の磁気特性とを異なるように構成することにより、継鉄６の影響による磁場不均一性を補正する。
【００３４】
なお、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2の領域は、磁極４ａの中心点又は環状強磁性体５ａの中心点から柱状継鉄６側に向かう拡がり角度が１８０°以下であり、磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1と、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2と境界線の延長線が継鉄６の幅以上となる領域が好ましい。なお、継鉄６の幅とは、図２のＹ軸方向の長さである。
【００３５】
図３及び図４は、磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1と、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2とが、飽和磁化特性が異なる強磁性材料を使用した場合を示す図であり、磁石１の上側半分部分を示す図である。
【００３６】
図５は、強磁性体の磁気特性（Ｍ−Ｈ曲線）を示す図であり、互いに異なる磁化特性Ｍｓ１、Ｍｓ２（Ｍｓ１＞Ｍｓ２）の例を示す図である。
【００３７】
柱状継鉄６側に位置する磁極４ａ-2、環状突起５ａ-2の強磁性体には飽和磁化の大きい材料（Ｍｓ１）を用いる。
【００３８】
一方、開口側の磁極４ａ-1、環状突起５ａ-1には、飽和磁化の小さい材料（Ｍｓ２）を用いる。
【００３９】
飽和磁化の異なる材料としては、例えば、純鉄と炭素鋼を使用することができる。このように、飽和磁化の異なる材料を用いる構成により、体積空間７の柱状継鉄６側における、磁場強度が増加し、磁場不均一性を補償することができる。
【００４０】
上述した例は、磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1と、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2とは、飽和磁化特性が異なる強磁性材料を使用した例であるが、磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1と、磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2とを、磁化容易軸方向が異なる（磁化方向が互いに異方性を有する）強磁性材料を使用しても同様な効果を得ることができる。
【００４１】
柱状継鉄６が存在する場合には、体積空間７の磁束が柱状継鉄６によって吸引されるため、体積空間７の柱状継鉄６側では、柱状継鉄６に向かう水平（Ｘ軸、Ｙ軸方向）成分が大きい。
【００４２】
そこで、柱状継鉄６側に位置する磁極４ａ-2、環状突起５ａ-2に使用する強磁性体には、Ｚ軸方向に磁化容易軸を有する強磁性体、例えば、ケイ素鋼板を使用する。
【００４３】
この構成により、体積空間７の柱状継鉄６側では、Ｚ軸方向に向かう磁束量が増加し、磁場不均一性を補償することができる。
【００４４】
なお、図示した例は、磁石１の上方部分のみ示したが、下方部分も上方部分と同様に構成されている。
【００４５】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、開口側の磁極４ａ-1及び環状突起５ａ-1と、柱状継鉄６の磁極４ａ-2及び環状突起５ａ-2とを、飽和磁化特性又は磁化容易軸方向が異なる強磁性材料を使用するように構成したので、（飽和磁化特性は開口側より継鉄側が大であり、磁化容易化軸方向は開口側はＸ軸又はＹ軸方向、継鉄側がＺ軸方向）、撮影空間に発生する静磁場の不均一性の補正を向上させることにより、磁石構造の開放性を向上させることが可能な磁気共鳴イメージング装置用の静磁場発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【００４６】
図６は、本発明の第２の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石１の上側方向から見た図である。
【００４７】
この第２の実施形態は、互いに対向して配置される２つの柱状継鉄１６、１６’が配置される場合の例である。
【００４８】
磁極１４ａのうち開口側に位置する磁極１４ａ-1、環状突起１５ａ-1と、柱状継鉄１６、１６’側に位置する磁極１４ａ-2、環状突起１５ａ-2とで磁気特性の異なる材料を使用する。１２ａは板状継鉄である。
【００４９】
なお、磁極１４ａ-2及び環状突起１５ａ-2の領域は、磁極１４ａの中心点又は環状強磁性体１５ａの中心点から柱状継鉄１６、１６’側に向かう拡がり角度が１８０°以下であり、磁極１４ａ-1及び環状突起１５ａ-1と、磁極１４ａ-2及び環状突起１５ａ-2と境界線の延長線が継鉄１６、１６’の幅以上となる領域が好ましい。
本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５０】
図７は、本発明の第３の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石１の概略断面図である。
【００５１】
この第３の実施形態は、板状継鉄２ａと２ｂとを磁気的に連結する柱状継鉄６を備える開放型磁石１において、柱状継鉄６の体積空間７に面する表面の磁気特性を変化させる例である。
【００５２】
図７において、柱状継鉄６の体積空間７側の面には、この面方向に平行な磁化容易軸を有する、例えばケイ素鋼板などの板状の強磁性体９が配置されている。
【００５３】
柱状継鉄６の面方向に平行な磁化容易軸を有する強磁性体９を、体積空間７側に配置することにより、体積空間７から柱状継鉄６に向かう磁束、つまり、水平成分の磁束が減少し、体積空間７における磁場の不均一性を改善することができる。
【００５４】
なお、上述した例は、板状継鉄２ａと２ｂとを磁気的に連結する柱状継鉄６を備える開放型磁石１に本発明を適用した場合の例であるが、柱状継鉄を使用しない例にも適用可能である。
【００５５】
つまり、柱状継鉄を使用せず、互いに対向する磁石を用いる場合、対向する面積は、互いに異なる場合があり、この場合にも、上下（又は左右）磁極に環状強磁性体が使用され、環状強磁性体の径が、互いに異なることとなる。
【００５６】
その場合には、上下磁極に挾まれる体積空間のうち、中心付近と、周辺付近とで磁場の強度が異なり、磁場が不均一となる。面積が大きな磁極の周辺の磁束は、面な小さな磁極に向かわず、外部に向かうものがあるからである。
【００５７】
そこで、面積が小さな磁極の環状強磁性体の飽和磁化を、面積が大きな磁極の環状強磁性体の飽和磁化より大として、磁場の不均一性を補償することができる。
【００５８】
また、上述した例は、環状突起の飽和磁化特性を調整することにより、磁場の不均一性を補償するようにしたが、コイルに電流を流して不均一性を補償することもできる。
【００５９】
つまり、柱状継鉄側にコイルを配置し、Ｚ軸方向の磁界を発生させて不均一性を補償することができる。
【００６０】
しかしながら、このコイルの径を大とすると、電流と磁界の関係から受ける機械的な力が大となるので、支持強度等が問題となる。
【００６１】
そこで、環状突起と、支持強度等が問題とならない小さな径のコイルとを用いて、環状突起で不均一性をある程度補償し、さらに、微調整としてコイルによる均一性の改善を行ってもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、撮影空間に発生する静磁場の不均一性の補正を向上させることにより、磁石構造の開放性を向上させることが可能な磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石の概略断面図である。
【図２】図１に示した磁石の上側方向から見た磁極及び環状強磁性体と柱状継鉄との関係を示す図である。
【図３】開口側の磁極と継鉄側の磁極とは飽和磁化特性（磁化容易化軸）が異なる強磁性材料を使用した場合を示す図である。
【図４】開口側の環状突起と継鉄側の環状突起とは飽和磁化特性（磁化容易化軸）が異なる強磁性材料を使用した場合を示す図である。
【図５】強磁性体の磁気特性（Ｍ−Ｈ曲線）を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石の上側方向から見た磁極及び環状強磁性体と柱状継鉄との関係を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態である磁気共鳴イメージング装置における開放型磁石の概略断面図である。
【符号の説明】
１開放型磁石
２ａ上側板状継鉄
２ｂ下側板状継鉄
３ａ、３ｂ静磁場発生源
４ａ上側磁極
４ｂ下側磁極
５ａ上側環状突起
５ｂ下側環状突起
４ａ-1、１４ａ-1 柱状継鉄側磁極
４ａ-2、１４ａ-2 開口側磁極
５ａ-1、１５ａ-2 柱状継鉄側環状突起
５ａ-2、１５ａ-2 開口部側環状突起
６、１６、１６’ 柱状継鉄
７体積空間
９強磁性体

Claims

互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起と、上記一対の磁極を支持する１又は２の柱状の継鉄とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、
上記磁極及び環状突起の材料に、飽和磁化の異なる複数の材料を使用して、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分の飽和磁化が、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分の飽和磁化より大となるようにしたことを特徴とする静磁場発生装置。
互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起と、上記一対の磁極を支持する１又は２の柱状の継鉄とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、
上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側の部分は、上記柱状継鉄の面方向に平行な磁化容易軸を有し、上記磁極及び環状突起の柱状継鉄に面する側とは反対側に位置する部分は、上記柱状継鉄の面方向に平行な方向とは異なる方向に磁化容易軸を有することを特徴とする静磁場発生装置。
請求項１又は２記載の静磁場発生装置において、上記柱状継鉄に配置され、静磁場不均一性を補償するコイルを備えることを特徴とする静磁場発生装置。
互いに対向する一対の磁極と、この一対の磁極の互いに対向する面側に形成された環状の強磁性体からなる突起とを備え、上記一対の磁極の互いに対向する面側の空間に静磁場を発生する、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置において、
上記一対の磁極は、互いに対向する面積が異なるとともに、飽和磁化が互いに異なる材料を使用し、面積が小さな磁極に形成される環状突起の飽和磁化を、面積が大きい磁極に形成される環状突起の飽和磁化より大とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用の静磁場発生装置。
静磁場発生装置と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する照射コイルと、核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、断層画像を作成する画像作成手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記静磁場発生装置は、請求項１から４のうちのいずれか一項記載の静磁場発生装置であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。