(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る傾斜磁場コイル及び磁気共鳴イメージング装置(以下、適宜「MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置」)を説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、各実施形態において説明する内容は、原則として、他の実施形態においても同様に適用することができる。
【0009】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るMRI装置100の構成を示す機能ブロック図である。
図1に示すように、MRI装置100は、静磁場磁石101と、静磁場電源102と、傾斜磁場コイル103と、傾斜磁場電源104と、RFコイル105と、送信部106と、受信部107と、寝台108と、シーケンス制御部120と、計算機130とを備える。なお、MRI装置100に、被検体P(例えば、人体)は含まれない。また、
図1に示す構成は一例に過ぎない。各部は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
【0010】
静磁場磁石101は、中空の円筒形状に形成された磁石であり、円筒内部の空間に、静磁場を発生する。静磁場磁石101は、例えば、超伝導磁石等であり、静磁場電源102から電流の供給を受けて励磁する。静磁場電源102は、静磁場磁石101に電流を供給する。なお、静磁場磁石101は、永久磁石でもよく、この場合、MRI装置100は、静磁場電源102を備えなくてもよい。また、静磁場電源102は、MRI装置100とは別に備えられてもよい。
【0011】
傾斜磁場コイル103は、静磁場磁石101の内側に配置され、中空の円筒形状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル103は、傾斜磁場電源104から電流の供給を受けて傾斜磁場を発生する。なお、傾斜磁場コイル103については、後に詳述する。傾斜磁場電源104は、傾斜磁場コイル103に電流を供給する。
【0012】
RFコイル105は、傾斜磁場コイル103の内側に配置され、送信部106からRFパルスの供給を受けて高周波磁場を発生する。また、RFコイル105は、高周波磁場の影響によって被検体Pから発せられる磁気共鳴信号(以下、適宜「MR(Magnetic Resonance)信号」)を受信し、受信したMR信号を受信部107に出力する。
【0013】
なお、上述したRFコイル105は一例に過ぎない。RFコイル105は、送信機能のみを備えたコイル、受信機能のみを備えたコイル、若しくは送受信機能を備えたコイルのうち、1つ若しくは複数を組み合わせることによって構成されればよい。例えば、RFコイル105は、送受信機能を備えたWB(Whole Body)コイルと、受信機能を備えたPA(Phased Array)コイルとの組み合わせによって構成される。
【0014】
送信部106は、対象とする原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するRFパルスをRFコイル105に供給する。受信部107は、RFコイル105から出力されるMR信号を検出し、検出したMR信号に基づいてMRデータを生成する。具体的には、受信部107は、RFコイル105から出力されるMR信号をデジタル変換することによってMRデータを生成する。また、受信部107は、生成したMRデータをシーケンス制御部120に送る。なお、受信部107は、静磁場磁石101や、傾斜磁場コイル103等を備える架台装置側に備えられてもよい。
【0015】
寝台108は、被検体Pが載置される天板を備える。
図1においては、説明の便宜上、この天板のみを図示する。通常、寝台108は、静磁場磁石101の円筒の中心軸と長手方向が平行になるように設置される。また、天板は、長手方向及び上下方向に移動可能であり、被検体Pが載置された状態で、RFコイル105の内側の円筒内部の空間に挿入される。なお、この円筒内部の空間を「ボア」等と称する場合がある。
【0016】
シーケンス制御部120は、計算機130から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源104、送信部106、及び受信部107を駆動することによって、被検体Pの撮像を行う。ここで、シーケンス情報は、撮像を行う手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源104が傾斜磁場コイル103に供給する電流の強さや電流を供給するタイミング、送信部106がRFコイル105に供給するRFパルスの強さやRFパルスを印加するタイミング、受信部107がMR信号を検出するタイミング等が定義される。
【0017】
例えば、シーケンス制御部120は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の電子回路である。
【0018】
なお、シーケンス制御部120は、傾斜磁場電源104、送信部106、及び受信部107を駆動して被検体Pを撮像した結果、受信部107からMRデータを受信すると、受信したMRデータを計算機130に転送する。
【0019】
計算機130は、MRI装置100の全体制御を行う。また、計算機130は、シーケンス制御部120から転送されたMRデータに、フーリエ変換等の再構成処理を施すことで、MR画像の生成等を行う。例えば、計算機130は、制御部、記憶部、入力部、表示部を備える。制御部は、ASIC、FPGA等の集積回路、CPU、MPU等の電子回路である。記憶部は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。入力部は、マウスやトラックボール等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である。表示部は、液晶表示器等の表示デバイスである。
【0020】
図2は、第1の実施形態に係る傾斜磁場コイル103の構造を示す斜視図である。ここで、第1の実施形態において、傾斜磁場コイル103は、ASGC(Actively Shielded Gradient Coil)であり、傾斜磁場を発生するメインコイル103aと、漏洩磁場を打ち消すシールド用の磁場を発生するシールドコイル103bとを有する。
図2に示すように、傾斜磁場コイル103においては、円筒内部の空間からの距離が近い内側から順に、メインコイル103aと、冷却管が配管される冷却層103dと、シムトレイが配置されるシム層103cと、冷却管が配管される冷却層103eと、シールドコイル103bとが、積層される。
【0021】
シム層103cには、複数本分(例えば24本分)のシムトレイ挿入ガイド103fが形成される。シムトレイ挿入ガイド103fは、典型的には、
図2に示すように、傾斜磁場コイル103の長軸方向全長に亘って貫通する穴であり、円周方向に等間隔に形成される。シムトレイ挿入ガイド103fに挿入されるシムトレイ(図示を省略)それぞれは、例えば、長手方向に複数(例えば15個)のポケットを有し、静磁場の不均一性を補正するために、所定のポケットに所定の枚数の鉄シムが収納される。
【0022】
冷却層103d及び冷却層103eには、典型的には、円筒形状に沿って螺旋状に冷却管が配管される(
図2において図示を省略)。
図1において図示を省略したが、第1の実施形態に係るMRI装置100は、熱交換器や循環ポンプを有する冷却装置を更に備え、この冷却装置が、冷却管に水等の冷媒を循環させることで、傾斜磁場コイル103を冷却する。
【0023】
ところで、メインコイル103aは、互いに直交するX、Y、及びZの各軸に対応する3つのコイル、即ち、Xコイル、Yコイル、及びZコイルが積層されて形成されている。Xコイルは、サドルコイル型に加工されたコイルであり、X軸、即ち、傾斜磁場コイル103の円筒の水平軸に沿って、傾斜磁場を発生する。また、Yコイルは、Xコイルと同様、サドルコイル型に加工されたコイルであるが、Y軸、即ち、傾斜磁場コイル103の円筒の垂直軸に沿って、傾斜磁場を発生する。また、Zコイルは、螺旋状に加工されたコイルであり、Z軸、即ち、傾斜磁場コイル103の円筒の長軸に沿って、傾斜磁場を発生する。これら、Xコイル、Yコイル、及びZコイルのそれぞれは、傾斜磁場電源104から個別に電流の供給を受け、X、Y、及びZの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。なお、シールドコイル103bも同様に、互いに直交するX、Y、及びZの各軸に対応する3つのコイル、即ち、Xコイル、Yコイル、及びZコイルが積層されて形成されている。また、各コイルの積層順は、適宜変更することができる。
【0024】
以下では、上述した各コイルのうち、メインコイル103aのXコイル及びYコイル、並びに、シールドコイル103bのXコイル及びYコイルを説明する。なお、以下では、メインコイル103a及びシールドコイル103bを区別せずに、単に、Xコイル、Yコイルと表記する場合がある。
【0025】
第1の実施形態において、Xコイル及びYコイルは、それぞれ、4枚の導電性の板が、傾斜磁場コイル103のボビンに巻き付けられることで、形成される。なお、以下では、このように導電性の板の組み合わせで形成されたXコイル、Yコイルを、「導体部10X」、「導体部10Y」、若しくは区別せずに「導体部」と称する場合がある。
【0026】
図3は、第1の実施形態に係る導体部のうちの1枚の導電性の板を示す図であり、導電性の板に形成されたパターンを示す図である。第1の実施形態において、Xコイル及びYコイルは、導電性の板(例えば、銅板、アルミ板等)に所定のパターンが加工(例えば、切断加工、エッジング加工等)されることで、形成されている。具体的には、
図3に示すように、導電性の板には、渦巻き状の第1パターンと、渦巻き状の第1パターンとは異なる第2パターンとが形成されている。第2パターンは、傾斜磁場コイル103の円筒形状の軸方向にほぼ平行な縞のパターンである。
【0027】
渦巻き状の第1パターンは、1枚の導電性の板のほぼ全面に亘り形成されている。この第1パターンが、サドルコイルとして機能する。一方、縞の第2パターンは、
図3に示すように、渦巻き状の第1パターンの内側の中央部や、渦巻き状の第1パターンの外側の外周角部に形成されている。言い換えると、縞の第2パターンは、導電性の板のうち、第1パターンが形成されていない空きスペースに、形成されている。
【0028】
図4は、第1の実施形態に係る導体部に形成された第2パターンを示す図である。
図4では、
図3に示す第2パターンのうち、渦巻き状の第1パターンの外側の外周角部に形成された第2パターンの斜視図を示す。なお、
図4においては、導電性の板の表面をドットで示し、断面を斜線で示す。
【0029】
図4に示すように、第1の実施形態において、第2パターンは、導電性の板の裏まで貫通し、板に対して細い線状に刻み込まれた、スリットである。また、図示を省略するが、
図3に示す第2パターンのうち、渦巻き状の第1パターンの内側の中央部に形成された第2パターンも、導電性の板の裏まで貫通し、板に対して細い線状に刻み込まれた、スリットである。
【0030】
このように、第1の実施形態においては、導電性の板のうち、第1パターンが形成されていない部分についても、導電性の板を切り落とさずに残すので、含浸樹脂の量、即ち隙間に注入される樹脂の量を減らすことができ、クラックや剥離を抑制することができる。ひいては、絶縁劣化を抑制することができる。
【0031】
また、単に導電性の板を残した場合には、その部分に渦電流を生じるおそれがあるが、第1の実施形態においては、導電性の板を残した部分において、円筒形状の軸方向、即ち静磁場方向にほぼ平行な方向のスリットが形成されるので、渦電流の発生を防止することができる。また、静磁場方向にほぼ平行な方向のスリットが形成された場合、第2パターンの領域にローレンツ力が作用することもないので、第2パターンが形成された領域(例えば、外周角部等)が撮像中に動いてしまうおそれもない。また、静磁場方向にほぼ平行な方向のスリットが形成された場合、第2パターンが形成された領域は、撮像で用いられる磁場成分(Bz成分)を生成することもないので、撮像への影響も排除することができる。
【0032】
更に、第1の実施形態においては、第1パターン及び第2パターンを、導電性の板に対する機械的な加工によって形成する。このため、例えば、クラックや剥離を抑制すべく、空きスペースに手作業で詰め物をする手法に比較して、傾斜磁場コイル103を製造する工数を削減することができる。また、手作業で詰め物をする手法に比較して、品質を安定させることもできる。
【0033】
なお、実施形態は、
図3及び
図4に示す第1パターン及び第2パターンに限られるものではない。第1パターンの渦巻きの形状や、ターン数、パターン幅、パターンとパターンとの間の幅等は、任意に変更することができる。また、
図3においては、第2パターンが、渦巻き状の第1パターンの内側の中央部や渦巻き状の第1パターンの外側の外周角部に形成されている例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、第2パターンは、渦巻き状の第1パターン自体の中で、パターン幅が広い箇所や、パターンとパターンとの間の幅が広い箇所等に適宜形成されてもよい。言い換えると、第2パターンが形成される領域は、
図3の例に限定されるものではなく、クラックや剥離の抑制の観点から望まれる箇所に適宜設けられればよい。
【0034】
図5は、第1の実施形態に係るXコイルを示す図であり、
図6は、第1の実施形態に係るYコイルを示す図である。上述したように、第1の実施形態において、Xコイル及びYコイルは、それぞれ、4枚の導電性の板が、傾斜磁場コイル103のボビンに巻き付けられることで形成される。具体的には、
図5及び
図6に示すように、傾斜磁場コイル103の芯であるボビンの軸方向において2枚の導電性の板が横に並び、この2枚の導電性の板の組が円周方向に2組、ボビンに巻き付くことで、形成される。
図5と
図6とを比較すると分かるように、Yコイルは、円筒の軸を中心にXコイルを90°回転させたものと同じ構成を有する。
【0035】
なお、傾斜磁場コイル103は、上述したように、複数の層が積層されて形成されるが、
図5及び
図6においては、Xコイル以外の各層やYコイル以外の各層を省略している。また、
図5及び
図6においては、4枚の導電性の板を隙間なく敷き詰めた例を示しているが、実施形態はこれに限られるものではなく、4枚の板の配置関係は、適宜変更することができる。
【0036】
上述したように、第1の実施形態によれば、サドルコイル型のコイルにおいて渦巻き状のパターンが形成されていない部分にも部材を残すので、含浸樹脂の量を減らすことができ、クラックや剥離を抑制することができる。また、第1の実施形態によれば、残した導電性の部材において静磁場方向にほぼ平行な方向のスリットが形成されるので、渦電流やローレンツ力、撮像に影響を与える磁場成分の発生を防止することができる。更に、第1の実施形態によれば、導電性の板に対する機械的な加工による手法であるので、傾斜磁場コイル103の製造工数の削減や品質の安定に寄与することができる。
【0037】
(第2の実施形態)
第2の実施形態においては、傾斜磁場コイル103のボビンに巻き付けられたXコイル及びYコイルを、更に、テープ等で固定する手法を説明する。
【0038】
図7は、第2の実施形態に係るXコイルのテープによる固定を示す図であり、
図8は、第2の実施形態に係るYコイルのテープによる固定を示す図である。
図7及び
図8に示すように、第2の実施形態においては、XコイルやYコイルに対してテープを巻き付けて、固定する。なお、
図7及び
図8においては、テープが巻き付けられることでテープの下に隠れるXコイルやYコイルのパターンを、説明の便宜上、破線で示す。テープが透過性を有する素材の場合には、XコイルやYコイルのパターンを視認し得る。
【0039】
ここで、
図7及び
図8に示すように、第2の実施形態において、テープは、ボビンの円周方向に沿って螺旋状に巻き付けられる。螺旋状に巻き付けられる際のテープ同士の重複度合いは適宜調整することができる。また、
図7及び
図8に示すように、テープは、第1の固定範囲と、第2の固定範囲とに分けて巻き付けられる。即ち、第1の固定範囲に巻き付けられるテープと、第2の固定範囲に巻き付けられるテープとは、一連のテープではなく、別々のテープである。言い換えると、テープは、ボビンの軸方向において2以上に分割された領域の単位で、第2の実施形態においては導電性の板毎に、巻き付けられる。
【0040】
テープとしては、撮像中に各コイルに対して働くローレンツ力等に鑑みて、ある一定の引張強度や弾性率を有するものを用いることが望ましい。例えば、ポリパラフェニレン ベンゾビスオキサゾール(poly-paraphenylene benzobisoxazole)の素材(「ザイロン(Zylon)(登録商標)」の名称で知られている)のテープを用いることができる。また、例えば、ポリパラフェニレン テレフタルアミド(poly-paraphenylene terephthalamide)の素材(「ケブラー(KEVLAR)(登録商標)」の名称で知られている)のテープを用いることができる。なお、テープの素材は上述した素材に限られるものではない。
【0041】
図9は、第2の実施形態における傾斜磁場コイル103の断面を示す図である。なお、傾斜磁場コイル103の一部の断面であり、例えば、シールドコイル103b側の断面を示す。例えば、
図9に示すように、下から順に、冷却管、Zコイル、Yコイル、Xコイルが絶縁板を適宜挟みながら順に積層される場合、例えば、Yコイル及びXコイルの外側に、それぞれ、テープが巻き付けられる。なお、テープの巻き付けは、
図9の例に限られるものではない。例えば、各コイルの積層順は、適宜変更することができる。また、コイルのパターン幅とテープの幅との関係も、適宜変更することができる。また、テープの重複度合いも、適宜変更することができる。また、
図9においては、Yコイル及びXコイルの両方に対してテープを巻き付ける例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、いずれか一方のみにテープを巻き付けてもよい。また、更にZコイルに対して巻き付けてもよい。
【0042】
このように、第2の実施形態によれば、XコイルやYコイルに円周方向に沿って螺旋状にテープが巻き付けられるので、撮像中に発生するローレンツ力の影響によって各コイルが動いてしまう状況を、適切に抑制することができる。また、第2の実施形態によれば、第1の実施形態において説明したように、渦巻き状のパターンが形成されていない部分にも部材が残されているので、テープによる締め付け力も下の層に適切に伝達され、適切に固定することができる。例えば、テープで固定する際に、テープの面圧によって絶縁板を損傷させてしまう事態を回避することができる。特に、傾斜磁場コイル103の円筒の両端部に発生するローレンツ力は大きくなる傾向があるが、その両端部に、第2パターンで部材が残されており、テープは、この第2パターン上に巻き付けられるので、テープによる締め付けが適切に行われる。
【0043】
(第2の実施形態の変形例)
図10は、第2の実施形態の変形例に係るXコイルのテープによる固定を示す図であり、
図11は、第2の実施形態の変形例に係るYコイルのテープによる固定を示す図である。
図7及び
図8では、テープが、導電性の板全体に亘って巻き付けられる例を示したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、
図10及び
図11に示すように、テープは、傾斜磁場コイル103の円筒の両端部にのみ、巻き付けられてもよい。その巻き付けの幅等も、適宜変更することができる。
【0044】
(その他の実施形態)
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
【0045】
(第2パターン)
上述した実施形態において、第2パターンは、傾斜磁場コイル103の円筒形状の軸方向にほぼ平行な縞のパターンであるが、実施形態はこれに限られるものではない。第2パターンは、含浸樹脂の量を適切に減らし、また、渦電流の発生を適切に抑制するものであれば、他のパターンであってもよい。例えば、必ずしも直線で形成される「縞」でなくとも、曲線を含むパターンでもよい。また、第2パターンは、1種類に限らず、複数種類の組み合わせでもよい。
【0046】
また、上述した実施形態においては、XコイルやYコイルとして導電性の板を加工して形成されたものを想定したが、実施形態はこれに限られるものではない。導電性の線材を渦巻き状に巻くことで、XコイルやYコイルの第1パターンを形成してもよい。この場合、第2パターンは、例えば、導電性若しくは非導電性の線材を用いて、第1パターンの空スペースを埋めるように形成される。
【0047】
また、上述した実施形態においては、傾斜磁場コイル103として、ASGCコイルを想定したが、実施形態はこれに限られるものではない。また、上述した実施形態においては、サドルコイルであるXコイルやYコイルが、4枚の導電性の板を用いて形成される例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。導電性の板の枚数や、配置手法等は、適宜変更することができる。
【0048】
以上述べた少なくとも1つの実施形態によれば、高品質の傾斜磁場コイル及び磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。
【0049】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。