JP2008000324A - 核磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂含浸により製作されるＭＲＩ用傾斜磁場コイル装置はボイドが発生する恐れがある。
【解決手段】Ｚ軸傾斜磁場コイル１１とＸ軸傾斜磁場コイル１２の間、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２とＹ軸傾斜磁場コイル１３の間に、コイル表面と平行にテープ状絶縁体５１を間隔をあけて複数配置する。図示しない金型により注入された樹脂は、テープ状絶縁体５１間の間隔を流路７１として流れて含浸し、硬化されるので、ボイドの無い絶縁性のよい傾斜磁場コイル装置を製作することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）に係り、特にその傾斜磁場コイルに関する。

ＭＲＩ装置による診断においては、励起範囲の限定や磁気共鳴信号の空間的な位置情報を取得するために、静磁場に傾斜磁場が重畳される。傾斜磁場は傾斜の空間的方向が静磁場と平行なＺ軸傾斜磁場、磁場傾斜の向きが静磁場と直交なＸ軸傾斜磁場と、磁場傾斜の向きが静磁場及びＸ軸と直交なＹ軸傾斜磁場との３種類が使い分けられている。一般的に、これら３軸に対応する３種の傾斜磁場コイルのセットが固体絶縁体によりモールドされ、傾斜磁場コイル装置としてＭＲＩ装置に組み込まれている。

近年、診断の高速化、診断画像の高精細化等が求められるようになり、核磁気共鳴イメージング装置の高性能化が進んでおり、傾斜磁場性能の向上も課題の一つである。傾斜磁場は任意のシーケンスに基づいてパルス状に発生させる。診断の高速化を実現するためには、所望の磁場に到達するまでの時間（立ち上がり時間と呼ばれる）の短縮が求められている。このことは傾斜磁場コイルの通電電流の立ち上がり時間を短縮することを意味するが、立ち上がり時間を短縮すると傾斜磁場コイルのインダクタンスと抵抗のためコイルに高電圧が発生する。特に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイル相互間については高電圧が発生するので、絶縁性能を強化する必要がある。

不完全な絶縁処理により絶縁体にボイド（空隙）が存在すると、ボイドにおいて部分放電が発生する。部分放電はボイドの大きさと圧力の積がパッシェンの法則で規定される放電電圧に達すると発生する。短絡による放電ではないので放電１回あたりの放電量は小さいものの、少しずつ絶縁体を劣化し、やがてコイルを短絡状態に至らしめる。部分放電を防止するにはその原因であるボイドを無くすことが望ましい。特許文献１には、コイル巻線の表面に溝を形成することにより樹脂の流れを向上させ、コイル巻線の巻線間に含浸される樹脂中のボイドを防止し、コイル巻線の絶縁性を向上する方法が開示されている。

特開２００４−７３２８８号公報

特許文献１の方法では、コイル表面に溝を形成するため、溝のある部分の巻線は断面積が小さくなり、ジュール発熱による部分的な過熱が問題となる。また、溝を加工するためのコストも発生する。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、コイル表面に溝を形成することなく樹脂を確実に含浸でき、ボイドが発生しないので絶縁特性を向上できる傾斜磁場コイル及びそれを用いた核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）による静磁場中の被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル装置であって、傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に間隔をあけて配置した複数のテープ状の絶縁体と、前記間隔に含浸した樹脂とを含むことを特徴とする。

また、前記傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に複数のテープ状の絶縁体が間隔を設けて配置され、該間隔に含浸し硬化された樹脂と、によって構成したことを特徴とする。この構成では、含浸樹脂はテープ状の絶縁体の間を流れるため、樹脂中のボイド発生が防止できるという特長がある。

また、前記傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に順に配置された複数のテープ状の絶縁体と、絶縁シートと、複数のテープ状の絶縁体と、前記複数のテープ状の絶縁体は間隔を設けて配置され、該間隔に含浸して硬化された樹脂と、によって構成したことを特徴とする。この構成によれば、仮にコイル間にボイドができたとしても、絶縁シートにより電気的短絡を防止できるという特長がある。

本発明によれば、核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の傾斜磁場コイル装置において、樹脂を確実に含浸することができるのでボイドが発生することがなく、絶縁特性を向上できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図４は、垂直磁場タイプと呼ばれるＭＲＩ装置におけるコイル群の配置を示している。静磁場発生コイル１０１は上下２個が１対配置され、シムコイル２２、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２、Ｙ軸傾斜磁場コイル１３、Ｚ軸傾斜磁場コイル１１、ＲＦコイル２１が配置されている。

静磁場発生コイル１０１は被検体２０１の所望の位置に静磁場を発生する。静磁場の発生源としてはコイルの他に永久磁石でもかまわない。静磁場は被検体２０１に核磁気共鳴を発生させる。共鳴周波数は静磁場の強度に比例する。比例定数は原子により異なるが、例えば、水素原子の場合では、磁場強度２．３４Ｔにおいて共鳴周波数１００ＭＨｚとなる。静磁場は被検体２０１の任意の領域において均一な磁場が要求され、許容される誤差は直径３０ｃｍの球内において１００万分の１程度である。

傾斜磁場コイルはＺ軸傾斜磁場コイル１１、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２およびＹ軸傾斜磁場コイル１３により構成される。Ｚ軸傾斜磁場コイル１１は静磁場発生装置１０１の発生する静磁場と平行方向に傾斜磁場を発生する。Ｘ軸傾斜磁場コイル１２は静磁場発生装置１０１の発生する静磁場と直角方向に傾斜磁場を発生し、Ｙ軸傾斜磁場コイル１３は静磁場方向とＸ軸傾斜磁場方向のそれぞれに直角方向に傾斜磁場を発生する。図１では被検体に近い順番にＹ軸傾斜磁場コイル１３、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２、Ｚ軸傾斜磁場コイル１１の配置となっているが配置の順番についてはこの限りではない。

ＲＦコイル２１は被検体に高周波を照射するとともに、被検体から発生するＮＭＲ信号（核磁気共鳴信号）を受信し、所定の信号処理されることにより被検体の断層写真を得る。シムコイル２２は静磁場発生装置１０１の不均一性を補正するためのコイルである。

図５はＺ軸傾斜磁場コイルの磁場の方向を示す説明図、図６はＸ軸傾斜磁場コイルの磁場の方向を示す説明図、図７はＹ軸傾斜磁場コイルの磁場の方向を示す説明図である。これらの図で３０は電流、３１は磁場、３２は傾斜磁場の方向を示す。コイルは１ターンの円形コイルまたは半月型コイルとして描画しているが、実際には複数ターンのコイルや、形状が異なる場合もある。

垂直磁場タイプのＭＲＩ装置では静磁場Ｂ０はＺの方向である。これらの図におけるコイルは通電すると、図中Ｂｘ、ＢｙまたはＢｚの方向に磁場を発生する。これらの磁場は合成され、Ｇｘ、ＧｙまたはＧｚの方向に強度が傾斜するＺ方向の磁場が発生する。これらの傾斜磁場を用いることにより、励起範囲の限定や、磁気共鳴信号の空間的な位置情報の取得を行う。

ＭＲＩ装置には他に水平磁場タイプも存在し、静磁場を発生する磁石と被検体の配置は異なるため、傾斜磁場コイルの形状も異なるが、基本的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に傾斜磁場を発生することには垂直磁場タイプと同様である。

本発明のＭＲＩ装置の傾斜磁場コイル装置は、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層されたＺ軸コイル、Ｘ軸コイル、Ｙ軸コイルと、これらコイル間に複数のテープ状絶縁体が間隔を設けて配置される。金型に配置された傾斜磁場コイルに樹脂が注入されると、樹脂はテープ状絶縁体間の間隔を流れて含浸し硬化される。

本発明における第一の実施の形態を説明する。図１は実施例１による傾斜磁場コイル装置の部分断面図を示す。Ｚ軸傾斜磁場コイル１１、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２及びＹ軸傾斜磁場コイル１３間には、それぞれ適当な間隙により複数のテープ状絶縁体５１を配置してコイル間ギャップ７１を設け、この間隙に樹脂を含浸している。

図２はその詳細構造を示す傾斜磁場コイルの断面図の概略を示したものである。Ｚ軸傾斜磁場コイル１１とＸ軸傾斜磁場コイル１２は、適当な間隙をあけて複数配置されたテープ状絶縁体５１によりコイル間ギャップ７１を確保し、樹脂６１で含浸されている。また、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２とＹ軸傾斜磁場コイル１３の間も同様の構造である。コイル間において樹脂６１は樹脂流路７１を流れて含浸される。

各軸の傾斜磁場コイルは銅等の電気抵抗の低い金属で製作されている。Ｘ軸傾斜磁場コイル１２、Ｙ軸傾斜磁場コイル１３およびＺ軸傾斜磁場コイル１１は平板の金属をらせん状に切断した形状であるが、製作が可能であれば棒状の金属を曲げて構成してもよい。

テープ状絶縁体５１はポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等が好ましい。さらに、テープ状絶縁体５１をガラス繊維で構成してもよい。これにより、樹脂６１がガラス繊維に染み込むことにより、樹脂６１の強度を増加することができ、樹脂６１の割れを防止することができる。テープ状絶縁体５１の幅は１０ｍｍ以上、厚みは１０μｍ以上である。テープ状絶縁体５１の長手方向および幅方向はコイル表面と平行であり、厚み方向は垂直である。樹脂６１はエポキシ樹脂等が好ましい。

図３は傾斜磁場コイル装置の組み立て方法の説明図である。まず、Ｙ軸傾斜磁場コイル１３の上に複数のテープ状絶縁体５１を複数配置する。この上にＸ軸傾斜磁場コイル１２を、次にテープ状絶縁体５１、さらにＺ軸傾斜磁場コイル１１を配置する。この際、テープ状絶縁体５１は適当な間隙７１をあけて平行に配置する。これらを金型に入れ、樹脂６１が樹脂流路７１を流れて含浸し、硬化させることにより傾斜磁場コイル装置を形成する。

このように構成された傾斜磁場コイルは、図示していない金型に配置され、外部から樹脂が注入される。樹脂６１はコイルの外側にコイル枠を形成すると共に、コイル間の樹脂流路７１を流れて含浸し、硬化する。

図３では、テープ状絶縁体５１を平行に配置する構成を採るが、樹脂を含浸させる際に樹脂が流れる通路を確保できるものであれば、テープ状絶縁体５１をコイル中心からの放射状に配置する構成でもよい。また、図２および図３では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイルのみを描画しているが、これらが発生する磁場をシールドするためのシールドコイルや、静磁場を補正するためのシムコイルを含んでもよい。

実施例１によれば、テープ状絶縁体５１間のギャップが樹脂流路７１となり、樹脂６１が樹脂流路７１をスムーズに流れて含浸するので、樹脂の確実な含浸ができると共に、ボイドが発生しないので、絶縁特性を著しく向上することができる。

本発明による実施例２を説明する。図８は実施例２による傾斜磁場コイル装置の断面図の概略を示したものである。Ｚ軸傾斜磁場コイル１１とＸ軸傾斜磁場コイル１２間には、適当な間隙７１をあけて複数配置されたテープ状絶縁体５１を２層に配置し、このテープ状絶縁体７１間に絶縁シート８１を配置している。また、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２とＹ軸傾斜磁場コイル１３の間も同様の構造である。

このように構成された傾斜磁場コイルは、図示していない金型に配置され、外部から樹脂が注入される。樹脂６１はコイル間においては樹脂流路７１を流れて含浸される。また、絶縁シート８１に遮られた樹脂は金型との間の隙間から下の樹脂流路７１に流れ込む。

各軸の傾斜磁場コイルは銅等の電気抵抗の低い金属で製作されている。テープ状絶縁体５１はポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）あるいはガラス繊維が好ましい。テープ状絶縁体５１の幅は１０ｍｍ以上、厚みは１０μｍ以上である。テープ状絶縁体５１の長手方向および幅方向はコイル表面と平行で、厚み方向は垂直である。絶縁シート８１はポリエチレンポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等が好ましい。絶縁シート８１は各軸の傾斜磁場コイルをほぼ覆う大きさであり、テープ状絶縁体５１で挟み込まれている。

図９は実施例２による傾斜磁場コイル装置の組み立て方法を示す説明図である。まず、Ｙ軸傾斜磁場コイル１３の上に複数のテープ状絶縁体５１を間隙を持たせて複数配置する。次に、この上に絶縁シート８１、複数のテープ状絶縁体５１、Ｘ軸傾斜磁場コイル１２の順に配置する。さらに、この上に複数のテープ状絶縁体５１、絶縁シート８１、複数のテープ状絶縁体５１、Ｚ軸傾斜磁場コイル１１の順に配置する。テープ状絶縁体５１は適当な間隙をあけて平行に配置する。これらを金型に入れ、樹脂６１を含浸し硬化させることにより傾斜磁場コイル装置を形成する。

図９では、テープ状絶縁体５１を平行に配置する構成を採るが、樹脂を含浸させる際に樹脂が流れる通路を確保できるのであれば、テープ状絶縁体５１をコイル中心からの放射状に配置する構成でもよい。また、図８および図９では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の傾斜磁場コイルのみを描画しているが、これらが発生する磁場をシールドするためのシールドコイルや、静磁場を補正するためのシムコイルを含んでいてもよい。

実施例２によれば、テープ状絶縁体５１の間隙が樹脂流路７１となり、樹脂含浸時に樹脂がこの樹脂流路７１をスムーズに流れボイドが発生しにくい。また、絶縁シート８１がコイル間に配置されるので、仮に樹脂６１にボイドが発生しても絶縁シート８１によりコイル間の短絡を防止することができる。このように、樹脂を確実に含浸することができ、かつコイル間の短絡を防止できるので、コイル間の絶縁特性をさらに向上することができる。

本発明の実施例１による傾斜磁場コイル装置の部分断面図。 実施例１による傾斜磁場コイルの断面図。 実施例１による傾斜磁場コイルの組み立て方を示す説明図。 ＭＲＩイメージング装置における磁場発生装置の構成図。 Ｚ軸傾斜磁場コイルの説明図。 Ｘ軸傾斜磁場コイルの説明図。 Ｙ軸傾斜磁場コイルの説明図。 実施例２による傾斜磁場コイルの断面図。 実施例２による傾斜磁場コイルの組み立て方を示す説明図。

符号の説明

１…傾斜磁場コイル装置、１１…Ｚ軸傾斜磁場コイル、１２…Ｘ軸傾斜磁場コイル、１３…Ｙ軸傾斜磁場コイル、２１…ＲＦコイル、２２…シムコイル、３０…電流、３１…磁場、３２…傾斜磁場方向、５１…テープ状絶縁体、６１…樹脂、７１…樹脂流路、８１…絶縁シート、１０１…静磁場発生コイル、２０１…被検体。

Claims (6)

1. 核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）による静磁場中の被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル装置であって、
   傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に間隔をあけて配置した複数のテープ状の絶縁体と、前記間隔に含浸し硬化された樹脂と、を含むことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
2. 核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）による静磁場中の被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル装置であって、
   傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に複数のテープ状の絶縁体が間隔を設けて配置され、該間隔に含浸し硬化された樹脂と、によって構成したことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
3. 核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）による静磁場中の被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル装置であって、
   前記傾斜磁場コイルは、らせん状の巻線パターンを平面的に形成し積層された複数のコイルと、前記コイル間に順に配置された複数のテープ状の絶縁体と、絶縁シートと、複数のテープ状の絶縁体と、前記複数のテープ状の絶縁体は間隔を設けて配置され、該間隔に含浸して硬化された樹脂と、によって構成したことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
4. 請求項１、２または３において、前記傾斜磁場コイルはＺ軸傾斜磁場コイル、Ｘ軸傾斜磁場コイル及びＹ軸傾斜磁場コイルからなることを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
5. 請求項１−４のいずれかにおいて、前記テープ状の絶縁体はガラス繊維により構成されていることを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載の傾斜磁場コイルを有する磁気共鳴イメージング装置。

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