特開 2023-5490 磁気共鳴イメージング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023005490

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】磁気共鳴イメージング装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20230111BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20230111BHJP

   G01R 33/42 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 331

A61B5/055 ZAA

G01N24/00 540A

G01R33/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021107450

(22)【出願日】2021-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】後藤 研吾

(72)【発明者】

【氏名】青木 学

(72)【発明者】

【氏名】高柳 泰介

(72)【発明者】

【氏名】星野 伸

(72)【発明者】

【氏名】今村 幸信

(72)【発明者】

【氏名】竹内 博幸

(72)【発明者】

【氏名】中山 武

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AB32

4C096AB42

4C096AD08

4C096CA02

4C096CA38

(57)【要約】

【課題】漏れ磁束を抑制する磁気シールド構造を備えたＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、静磁場磁石は円盤状磁性体磁極２０１と円環状磁性体磁極２０２とを有し、傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイル２０４と、円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体３０１を有し、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間の中心部よりも薄く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体の撮像領域側の積層体中央部の最下部よりも高い位置にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、
前記静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、
前記傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、前記円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、
前記積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、前記撮像空間の中心部よりも薄く、前記積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、前記積層体の撮像領域側の積層体中央部の最下部よりも高い位置にある、
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、
前記積層体は厚み２０ｍｍ以上である、
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

【請求項3】

請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記積層体は径１００ｍｍ以下の薄膜体を積層することで構成され、前記薄膜体の形状はすべてほぼ同等である、
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、
前記傾斜磁場コイルは、前記静磁場磁石の径の内側に配置される、
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、
前記積層体の端部は、前記積層体の中央部のＺ軸方向に対して、中央に配置される、
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

【請求項6】

撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、
前記静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、前記傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、前記円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、
前記積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、前記撮像空間の中心部よりも厚く、前記積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、前記積層体の中央部最下部よりも低い位置に配置される、
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６に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記積層体は厚み２０ｍｍ以上である、
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

【請求項8】

請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記積層体は、径１００ｍｍ以下の薄膜体を積層することで構成され、前記薄膜体の形状はすべてほぼ同等である、
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

【請求項9】

請求項６記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場コイルは、前記静磁場磁石の径の内側に配置される、
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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩ）装置内の傾斜磁場コイルが作る漏れ磁束を抑制する磁気シールド構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＲＩ装置は、被験者に高周波の磁場を与え、人体内の水素原子に共鳴を発生させ、その共鳴時に発生する電波を受信コイルで取得し、得られた電波を画像として抽出することができる装置である。ＭＲＩ装置は、主に、均一な静磁場を構成するための静磁場磁石、空間的に線形な磁場を生成し、ＭＲＩから得られる信号に位置情報を追加する傾斜磁場コイル、上述した、水素原子から発生する電波を受信するための受信コイルなどで構成される。

【0003】

傾斜磁場コイルは、所望の空間的な磁場を生成するためにパルス状の電流波形を通流させるため、その電流変化に応じた渦電流により変動磁場が発生し、ＭＲＩ装置内の金属部品に渦電流を発生させる。この変動磁場は、静磁場の均一性を悪化させることや傾斜磁場の空間分布に影響し、画像劣化の要因となる。特に静磁場を生成するための磁石は、鉄材磁極で構成されることが多く、その磁極材料の磁化にも影響を与える可能性がある。

【0004】

そのため、近年のＭＲＩ装置では、アクティブシールドコイルと呼ばれる、渦電流が発生される逆向きの磁場を相殺するような機能を追加することで、画像劣化を抑制していた。

【0005】

しかしながら、このアクティブシールドが占める領域により、磁石と撮像空間の距離が離れ、磁気抵抗が高くなるため、必要な静磁場を生成するための起磁力や磁極が大型化する。起磁力の増大はコイル電流やターン数で調整できるが、コイル電流増大による磁気エネルギの増大やコイル、磁極の大型化による高コスト化を招く可能性がある。

【0006】

そのような背景から、中低磁場のＭＲＩ装置では、磁束の通路となり且つ渦電流の発生を抑制できる、例えば、ソフトフェライトや珪素鋼板などの磁性体磁極片を傾斜磁場コイルと金属構造物との間に設ける対策方法が開示されている（特許文献１参照）。

【0007】

また、特許文献２では、渦電流を抑制するため、傾斜磁場コイルと磁性体磁極間に径を小さくした珪素鋼板で構成される表層部とを径を大きくした珪素鋼板で構成される深層部に分けた積層体を設けることで、渦電流の抑制と、ケイ素鋼板径を小さくすることによる見かけの透磁率の減少を防止する構成が知られている。

【0008】

さらに、特許文献３では、磁極にスリット構造を入れることで、渦電流の通流する領域を小さくし、減衰時定数を速めた構成とすることで、傾斜磁場コイルの電流が時間変化した際の磁束の磁極への漏れを抑制していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平０５－１８２８２１号公報

【特許文献2】特開２００４－６５７１４号公報

【特許文献3】特開２０１６－９６８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、例えば特許文献１では、飽和磁化の低いソフトフェライトを用いているため、高磁場下、例えば１．５Ｔの静磁場下では、磁気シールド効果が失われ、渦電流を抑制することが困難であった。また、特許文献２記載の構成では、積層体の大きさを複数用意する必要があり、積層体の製造コストの増大や、製造時間長期化を招く可能性があった。さらに、特許文献３記載の構成では、磁極にスリットを入れることで、磁極の構造強度が悪化することによる補強部材の追加が必要になること可能性がある。また、スリットの分鉄材の量が減少し、見かけ上の透磁率が減少するため、必要な起磁力が増大することで高コスト化を招く可能性があった。

【0011】

本発明の目的は、上記の課題を解決し、漏れ磁束を抑制する磁気シールド構造を備えたＭＲＩ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の目的を達成するため、本発明においては、撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間の中心部よりも薄く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体の撮像領域側の積層体中央部の最下部よりも高い位置にある構成の磁気共鳴イメージング装置を提供する。

【0013】

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間の中心部よりも厚く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体の中央部最下部よりも低い位置に配置される構成の磁気共鳴イメージング装置を提供する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、積層体の径を位置によって変えることなく、静磁場磁石を構成する磁極への漏れを抑制し、画質の悪化を防ぎ、積層体の製造コストを増大させることなく、渦電流を低減したＭＲＩ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例１に係る積層体を備えたオープン型ＭＲＩ装置の一構成を示す図である。

【図2】実施例1に係る積層体端部が積層体中央部のＺ軸に対して中央部に配置される積層体、磁性体磁極、及び傾斜磁場コイルの作る磁束の流れを示す図である。

【図3】実施例1に係る積層体端部が積層体中央部のＺ軸に対して上側に配置される積層体、磁性体磁極、及び傾斜磁場コイルの作る磁束の流れを示す図である。

【図4】実施例1に係る積層体の一構成を示す図である。

【図5】実施例1に係る絶縁体と積層体の一構成を示す図である。

【図6】実施例２に係る絶縁体と積層体の他の構成を示す図である。

【図7】実施例２に係る積層体を備えたＭＲＩ装置の一構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の各種の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図において同一部分は同じ番号を付与している。

【実施例0017】

実施例１は、撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間の中心部よりも薄く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体の撮像領域側の積層体中央部の最下部よりも高い位置にある構成のＭＲＩ装置の実施例である。

【0018】

図1は、実施例１のオープン型ＭＲＩ装置の概略の形態を示すものである。ＭＲＩ装置１は、撮像空間１０１を中心にして配置される円盤状磁性体磁極２０１と、円環状磁性体磁極２０２で構成される一対の静磁場磁石、超電導材などを用いた円環形状コイルにより静磁場強度を生成する。さらに、撮像領域の外側の磁場を低減するため、該円環形状コイルとは逆向きの磁場を発生させるシールドコイルが構成される。

【0019】

静磁場を形成するための円環形状コイルが超電導材である場合、当該コイルを真空に配置するための真空容器、輻射シールド、液体へリウムなどの容器内に収められ、極低温に維持される。また、撮像空間を中心にして対向配置される第１のコイルである傾斜磁場コイル２０４は、空間内での磁場強度を、撮像中心からの距離に応じた磁場を持たせるパルス状の波形を出力するよう。

【0020】

図２は傾斜磁場コイル２０４が作る、積層体３０１、円盤状磁性体磁極２０１や円環状磁性体磁極２０２内に流れる磁束６０１の経路の概念図を示している。傾斜磁場コイル２０４はＺ軸４０２の正方向の磁場を生成するコイル２０４ａと、Ｚ軸４０２の負方向に下向きの磁場を生成するコイル２０４ｂで構成され、積層体や、静磁場磁石を介して磁路が形成される。傾斜磁場コイル２０４は、円盤状磁性体磁極２０１の径の内側に配置される。

【0021】

傾斜磁場コイル２０４の作る磁束６０１は、鉄材などの透磁率が高い部材や、経路長の短い磁気抵抗を流れる傾向にあるが、磁気抵抗の大きな空気を介す磁路、例えば、積層体３０１から空気を介し、円環磁性体磁極２０２へ磁束６０２が流入し、その磁極に渦電流が流れる可能性がある。特に、積層体３０１の撮像領域側（図１のＺ軸４０２負方向）は、傾斜磁場コイル２０４との距離が物理的に短く、磁気抵抗が小さいため、その小さな磁気抵抗を介して、円環磁性体磁極２０２への漏れ磁場が増大する。この円環磁性体磁極２０２への漏れ磁場の増大を抑制するには、積層体３０１のＲ軸（径方向）４０１に対して短くすることで、円環磁性体磁極と積層体間の物理的な距離が長くなるため、磁気抵抗が増大する。しかし、傾斜磁場コイル２０４から円盤状磁性体磁極２０１への磁束の流入量が増加し、渦電流が増加する。

【0022】

それに対し、積層体のＺ軸４０２正方向は、傾斜磁場コイルとの距離が長く、磁気抵抗が大きいため、前述したＺ軸４０２負方向に配置した場合と比較して、円環磁極への漏れ磁場が小さくなる。そのため、積層体端部３０１ａは、珪素鋼板である積層体中央部３０１ｂのＺ軸４０２方向に対して、中央に配置されることで、円環磁極への漏れ磁束を低減する構成である。すなわち、積層体の端部は、積層体の中央部のＺ軸方向に対して、中央に配置されている。

【0023】

尚、積層体端部３０１ａは、図２では積層体中央部３０１ｂに対して、Ｚ軸４０２方向に対して中央に配置されているが、図３に示すように、Ｚ軸４０２正方向に対して配置してもよい。また、図２に示す磁束の流れは、径方向のうちＸ軸やＹ軸に対して傾斜磁場を生成するＸＧＣやＹＧＣと呼ばれる傾斜磁場コイルを示しており、Ｚ軸方向に対して傾斜磁場を生成するＺＧＣに関しては、磁束の流れが異なる。

【0024】

図４は、本実施例の積層体３０１の概略図を示しており、積層体は薄膜体５０１を複数積層する構成であり、薄膜体５０１は、例えば、電気、磁気的な性質に優れる電磁鋼板が用いられる。この薄膜体は、電磁鋼板のように、電気抵抗が高く、透磁率が高いものであれば、他の材料であってもよい。

【0025】

高磁場下、例えば１．５Ｔの静磁場下では、積層体中央部３０１ｂの厚さはＭＲＩ装置の要求性能に応じて任意であるが、上述の通り珪素鋼板を用いており、円盤状磁極２０１に到達する磁束の遮蔽を考慮する場合には、少なくとも２０ｍｍ以上の厚さがある事が望ましい。また、絶縁体ブロックである積層体端部３０１ｂの厚みは、少なくとも１０ｍｍ以上の厚さがあることが望ましい。さらに、薄膜体５０１の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍ以下の大きさであることが望ましい。すなわち、好適には、積層体は厚み２０ｍｍ以上で、径１００ｍｍ以下の薄膜体を積層することで構成され、薄膜体の形状はすべてほぼ同等であると良い。

【0026】

図５は、図４に示す積層体３０１に対して、その厚みの均一性を保つための構成を示す。本実施例における積層体には、電磁力が発生し、最悪の場合積層体構造の位置ずれなどが起こり、機器故障が発生する可能性がある。そのため、積層体は固定部材で固定し、その固定部材は積層体と絶縁体５０２で構成される部品をまとめて保持することが望ましい。

【0027】

さらに、本実施例で述べる積層体中央部３０１ｂの径方向長さが、傾斜磁場コイル２０４よりも撮像領域側にある場合、傾斜磁場コイルが作る磁束がそのまま円盤状磁性体時欲へ漏れる可能性があるため、積層体の径方向長さは傾斜磁場コイル２０４の位置よりも長いことが望ましい。すなわち、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間中心部よりも薄く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体の撮像領域側の積層体中央部の最下部よりも高い位置にあると好適である。

【実施例0028】

実施例２は、撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルとを備え、静磁場磁石は円盤状磁性体磁極と円環状磁性体磁極とを有し、傾斜磁場コイルは、撮像領域においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与える第１のコイルと、円盤状磁性体磁極に対し第１のコイルから発生した磁束を遮蔽する積層体を有し、積層体は、円環上磁性体磁極側でＺ軸方向厚が、撮像空間の中心部よりも厚く、積層体の円環状磁性体磁極側の積層体端部の鉛直方向最下部が、積層体中央部最下部よりも低い位置に配置される構成の磁気共鳴イメージング装置の実施例である。

【0029】

実施例1では、積層体３０１を構成する積層体端部３０１aの厚みが、積層体中央部３０１ｂの厚みよりも厚い形状で説明したが、図６、図７に示すように、積層体端部３０１ｃが、積層体中央部３０１ｂより厚く、且、積層体端部３０１ｃの最下部が積層体中央部３０１ｂの最下部よりも低い位置にあれば、円環型磁性体磁極への漏れ磁束を鉛直下方向に逃がすことができ、渦電流を低減させ、画質の悪化を抑制することができる。

【0030】

本実施例においても、積層体は厚み２０ｍｍ以上で、径１００ｍｍ以下の薄膜体を積層することで構成され、薄膜体の形状はすべてほぼ同等であると良い。また、傾斜磁場コイルは、静磁場磁石の径の内側に配置されると良い。

【0031】

なお、本発明は、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、さらに、
様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。