磁気共鳴イメージング装置、シールドコイル、シールドコイルの製造方法、及び、磁気共鳴イメージング装置の駆動方法
【課題】所望のシールド対象に対して確実で且つ安定したシールド性能を発揮し、使用する超伝導物質を少なくしてより安価に製造することができる磁気共鳴イメージング用のシールドコイルを提供する。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイル１２Ｓが提供される。このシールドコイル１２Ｓを、超伝導物質で形成され、厚さ方向からみたときにシート状を成し、且つ複数の穴部２１Ｂを有する。穴部の形状は、どのような形状でもよく、例えば円形、楕円形、長円形、矩形、菱形の中の一つであってもよい。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイル１２Ｓが提供される。このシールドコイル１２Ｓを、超伝導物質で形成され、厚さ方向からみたときにシート状を成し、且つ複数の穴部２１Ｂを有する。穴部の形状は、どのような形状でもよく、例えば円形、楕円形、長円形、矩形、菱形の中の一つであってもよい。
【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装置において発生する磁場をシールドするシールドコイル及びその製造方法などに係り、とくに、超伝導物質で形成されたパッシブなシールドコイル及びその製造方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
医用の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置には、静磁場を発生する静磁場コイル、静磁場の均一度を補正するシムコイル、静磁場に重畳する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、高周波信号の送受用のＲＦコイルなどの各種の磁場発生用コイルが使用されている。
【０００３】
このうち、シムコイル、傾斜磁場コイル、及びＲＦコイルは、静磁場コイル（例えば超伝導磁石）が形成する診断用空間としての磁場空間（例えば円筒状空間）の内部に配置される。この場合、通常、シムコイルが静磁場磁石に最も近い位置に配置され、その次に傾斜磁場コイルが配置される。ＲＦコイルは、逆に、診断用空間に挿入された被検体に最も近い位置に配置される。
【０００４】
シムコイルには、常伝導シム、超伝導シム、及びパッシブシムが多用されている。また、傾斜磁場コイルにあっては、パルスシーケンスにしたがって発生させた傾斜磁場パルスが静磁場コイルを支持する筐体に渦電流を発生させるなどして画質が低下することを防止するため、シールドタイプのコイルが多用されている。この観点から、傾斜磁場コイルには、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルとパッシブシールドタイプの傾斜磁場コイルとが在る。
【０００５】
このうち、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルは、一般に、所望の空間分布の傾斜磁場パルスを発生するメインコイルと、このメインコイルの周囲に配置されるシールドコイルとを備えている。メインコイルが発生する傾斜磁場パルスの外部への漏れは、シールドコイルがアクティブに発生するシールド用磁場によって押さえられる。このため、コイルユニットの外部に漏れる傾斜磁場が減少し、この漏れ磁場による渦電流のイメージングへの影響などが押さえられる。
【０００６】
一方、パッシブシールドタイプの傾斜磁場コイルは、所望の空間分布の傾斜磁場パルスを発生するメインコイルと、このメインコイルの周囲に配置されるシールド体とを備えている。このシールド体は、シールド材で形成された、例えば円筒状の部材で成り、アクティブタイプとは異なり電流源には接続されずに、傾斜磁場パルスの外界への漏れを減らすようにシールドする。
【０００７】
このシールド性能としては、一般に、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルの方が優れているが、パッシブシールドタイプのものに比べて、構造が複雑になり、またシールドコイルのパターンの設計や製作の精度に高いものが要求される。
【０００８】
ところで、近年、傾斜磁場コイルと静磁場コイルとの間のシールドとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この文献１に記載のシールド構造によれば、その図１に示すように、超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場コイル及びこのコイルへの電流供給用導線の両方を超伝導多層複合体から作られた磁気シールド体でそれぞれ被うようにしている。これにより、静磁場の中に置かれた傾斜磁場コイル及びその電流供給用導線に、パルス電流が流れることに因る電磁力に起因した打撃音を減らすことができる。また、この構成によれば、かかる傾斜磁場コイルが発生した傾斜磁場パルスの外界への漏れを減らして、この漏れ磁場に因る渦電流を減らすことも可能ではあると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−８４７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシールド構造によれば、例えばＮｂＴｉ層（３０層）、Ｎｂ層（６０層）、Ｃｕ層（３１層）を多層化した厚さ１ｍｍ程度の超伝導多層複合体で形成されていることから、全面に超伝導物質が分布した超伝導シートの形状になっている。このため、印加される静磁場の分布如何によっては、この超伝導シートが非常に強い磁場の元に曝されることになり、マイスナー効果によって、超伝導物質に流れる遮蔽電流が飽和することがある。このため、この飽和が生じると、超伝導シートの多くの部分で臨界点に達して常伝導状態となり、このときの発熱でシート全体が常伝導状態となり、所望のシールド効果が得られなくなるという問題がある。また、この超伝導シートを製造するには、多層の部材を積層して熱間圧延及び冷間圧延するなどの工程を伴うことから、製造コストが非常に高くなり、現状では実用に供するにはコスト面で困難を伴う。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した超伝導多層複合体で形成されるシールド構造に鑑みてなされたもので、磁気共鳴イメージング装置で用いる場合でも、マイスナー効果に起因したシールド性能の低下を防止するとともに、所望のシールド対象に対して確実で且つ安定したシールド性能を発揮し、一方、比較的簡単に且つ使用する超伝導物質を少なくして、より安価に製造することができる磁気共鳴イメージングに適したパッシブ型のシールドコイル及びその製造方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルであって、コイル体を、超伝導物質で形成した部分と超伝導物質が無い部分とで形成したことを特徴とするシールドコイルが提供される。このシールドコイルにおいて、前記超伝導物質で形成したコイル体に前記超伝導物質が無い部分を形成し、これにより、前記超伝導物質で形成した部分と前記超伝導物質が無い部分とを形成することができる。例えば、前記超伝導物質が無い部分は、当該超伝導物質の格子欠損による部分である。また、例えば、前記コイル体は、厚さ方向を有し、且つ、当該厚さ方向からみたときにシート状を成す。この構成に場合、前記超伝導物質が無い部分は、前記超伝導物質で形成したシート状の前記コイル体に設けた複数の穴部により構成することができる。
【００１３】
また、本発明の別の態様によれば、前記磁場発生用のコイルは、前記磁気共鳴イメージング装置のＸチャンネル、Ｙチャンネル、及びＺチャンネルから成る３チャンネルの傾斜磁場コイルであって、この傾斜磁場コイルの外周側の所定位置に配置されて当該傾斜磁場コイルが発生する各チャンネルの傾斜磁場がその外周側に漏れるのを遮蔽するようにしたことを特徴とする。この場合、好適には、前記磁気共鳴イメージング装置に搭載した静磁場発生手段により静磁場を発生させた後に、前記シールドコイルを超伝導状態に遷移させ、これにより、当該シールドコイルに、前記静磁場の磁束の通過を許容した状態で前記傾斜磁場の磁束をシールドさせる磁気共鳴イメージング装置の駆動方法である。
【００１４】
さらに、本発明に係る別の態様により、磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルの製造方法が提供される。具体的には、超伝導物質で形成された線材の複数本、用意し、この複数本の線材のうち隣接する線材同士を所定間隔で電気的に接続して接続点を形成し、この後、複数の線材をその横方向に引き伸ばして複数の穴部を有するシート状のコイル体を形成することを特徴とするシールドコイルの製造法、又は、超伝導物質で形成された線材をボビンにヘリカル状に巻装し、次いで、前記線材を前記ボビンに、最初に巻装した線材と順次交差するようにヘリカル状に巻装することでシート状のコイル体を形成することを特徴とするシールドコイルの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超伝導物質で形成されるシールドコイルを磁気共鳴イメージング装置で用いる場合でも、マイスナー効果に起因したシールド性能の低下を防止するとともに、所望のシールド対象に対して確実で且つ安定したシールド性能を発揮し、一方、比較的簡単に且つ使用する超伝導物質を少なくして、より安価に製造することができるパッシブ型のシールドコイル及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のガントリを中心とする概略断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図。
【図３】Ｙチャンネルの傾斜磁場コイルの概略構成図。
【図４】Ｚチャンネルの傾斜磁場コイルの概略構成図。
【図５】Ｘ、Ｙ、及びＺチャンネルに共通のシールドコイルの、部分的な拡大説明図含む概略構成図。
【図６】シールドコイルの製造方法の一例を説明する図。
【図７】シールドコイルの製造方法の他の例を説明する図。
【図８】実施形態におけるシールドコイルのシールド動作を説明する図。
【図９】本発明のその他の実施形態に係るシールドコイルを説明する概略構成図。
【図１０】シールドコイル及びその穴部の変形例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の係るシールドコイルの実施形態を説明する。
【００１８】
図１〜８を参照して、本発明に係るシールドコイルの１つの実施形態を説明する。なお、このシールドコイルは、電源供給の不要なパッシブ型のシールドコイルであって、傾斜磁場コイルと一体に組み込まれてパッシブシールド型の傾斜磁場コイルユニットを形成する。この傾斜磁場コイルユニットは、磁気共鳴イメージング装置に設けられるので、この磁気共鳴イメージング装置から説明する。
【００１９】
図１に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置のガントリ１の概略断面を示す。このガントリ１はその全体が円筒状に形成されており、中心部のボアが診断用空間として機能する。診断時にはそのボア内に被検体Ｐが挿入可能になっている。ガントリ１は、パルスシーケンスに沿って傾斜磁場及び高周波信号の印加、エコー信号の収集、画像の再構成などの処理を担うイメージング装置に接続されており、これにより、磁気共鳴イメージングが可能になっている。
【００２０】
ガントリ１は、略円筒状の静磁場コイルユニット１１、このコイルユニット１１のボア内に配置された略円筒状の傾斜磁場コイルユニット１２、このユニット１２の例えば外周面に取り付けられたシムコイルユニット１３、および傾斜磁場コイルユニット１２のボア内に配置されたＲＦコイル１４を備える。被検体Ｐは図示しない寝台天板に載せられて、ＲＦコイル１４が形成するボア（診断用空間）内に遊挿される。
【００２１】
静磁場コイルユニット１２は超伝導磁石で形成されている。つまり、外側の真空容器の中に、複数個の熱輻射シールド容器および単独の液体ヘリウム容器が収められ、液体ヘリウム容器の内部に超伝導コイルが巻装・設置される。
【００２２】
傾斜磁場コイルユニット１２は、ここでは上述したように、パッシブシールド型に形成されている。このコイルユニット１２はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向毎にパルス状の傾斜磁場を発生させるため、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアセンブリを有する。しかも、ユニット全体として、各チャンネルの傾斜磁場を、ユニット径方向の外部に殆ど洩らさないパッシブなシールド構造になっている。
【００２３】
具体的には、図２に示すように、この傾斜磁場コイルユニット１２にあっては、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネルの円筒状のメインコイル（傾斜磁場コイル）１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚがコイル層毎に絶縁されながら積層される。さらに、最外層のメインコイル１２Ｚの外側に、全チャンネルのメインコイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚが発生するパルス状の傾斜磁場、すなわちダイナミックに変化する傾斜磁場をまとめてシールドする１つの円筒状のシールドコイル１２Ｓが配置されている。
【００２４】
このうち、Ｙチャンネルのメインコイル１２Ｙは、図３に示すように、平板状の導体を小径のボビンＢ１に巻装した４個のサドル状渦巻き形の巻線部ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，およびＣＲ４を備える。巻線部ＣＲ１およびＣＲ２がＺ軸方向に並置され且つ電気的に直列接続される。この巻線部の対を、Ｚ軸に関して１８０度回転させた位置に、巻線部ＣＲ３およびＣＲ４から成る巻線部の対が対向して配置される。各巻線部に流すパルス電流の向きは、Ｙ軸方向傾斜磁場の大きさが線形に変わるように、対向する巻線部同士および並置される巻線部同士で図中の矢印のように設定されている。
【００２５】
なお、図３はサドル状渦巻き形の巻線パターンを１つのターン（巻線）について模式的に簡素化して示すもので、実際の各巻線部は複数ターンのサドル状渦巻形のコイルからなる。また、ボビンＢ１は他チャンネルの巻線層の上に絶縁層を巻装して形成される。
【００２６】
また、Ｘチャンネルのメインコイル１２Ｘも、Ｙチャンネルのメインコイル１２ＹをＺ軸に関して９０度回転させた状態で同様に配置される。
【００２７】
さらに、Ｚチャンネルのメインコイル１２Ｚは、図４にその概略を示すように、平板状の導体を円筒状のボビンＢ２にソレノイド状のコイルパターンに沿って複数ターンに巻装して成る。このメインコイル１２Ｚは、Ｚ軸方向の中心位置Ｚ＝０に関して巻線方向が反対方向になっている。
【００２８】
シールドコイル１２Ｓは、本発明を実施した特徴的な構造を有するもので、超伝導物質で形成されたパッシブなシールドコイルを形成している。具体的には、このシールドコイル１２Ｓは、図５に示すように、超伝導物質としての例えばＮｂＴｉ系の超伝導線２１を用いて形成したメッシュ状の円筒体（コイル体）１２Ｎから成る。すなわち、この円筒体（コイル体）１２Ｎは、その周面に沿って菱形の紋様を画くように超伝導線２１を組み付けただけのシンプルな構成になっている。このため、シールドコイル１２Ｓは、そのコイル部分の実体としては、その周面に沿って形成された超伝導体から成る複数の略菱形の枠部分２１Ａで構成される。この複数の略菱形の枠部分２１Ａそれぞれの内部は穴部（空間部分）２１Ｂとなっている。
【００２９】
つまり、この「穴部」とは超伝導物質は存在しない部分（領域）を言う。このため、超伝導物質がない部分であればよいので、実際の「穴」であってもよいし、そうでなくともよい。例えば、この「穴部」には、銅などの熱伝導率、導電率のよい物質、例えば常電導物質が充填されて用いられてもよい。さらに、かかる「穴部」は超伝導物質が無い部分であればよいので、例えば、格子欠損という原子レベルの非常に小さな空間的な穴であってもよい。この格子欠損を持った超伝導物質、例えば超伝導シートは、電流密度を高めるために不純物を入れることなどによって、別の目的と共に作り出すことができる。また、本発明に係るシールドコイルを、発熱が少ない動的遮蔽シート（必ずしもシート状でなくてもよい）として形成するには、少なくとも空間的超伝導穴の周りは超伝導体で囲まれていることが望ましい。これは動的磁場変動を遮蔽するために遮蔽永久電流を流したいからである。
【００３０】
このように超伝導物質が無い部分を有する、本発明に係るシールドコイルは、従来のように一面に超伝導物質が充填されている超伝導シートを用いたシールドコイルとは全く異なる振る舞いを示す。その振る舞いは、具体的な図面を使って後述するが、ここで、簡単に言えば次の通りである。本発明に係るシールドコイルでは、超伝導物質が空間上に存在しない箇所をわざわざ設けることによって、静的磁場に関しては、あたかも超伝導物質がないかの如く振る舞い、かつ、動的磁場変化に関しては、その超伝導物質のない穴を通過する磁束を打ち消す遮蔽永久電流が超伝導物質上に生成され、動的磁場変化のみを選択的に遮蔽する。このとき、物理的には超伝導物質を保護する目的で充填されている銅などの導電性導体上に渦電流が発生するが、その電流は電気抵抗０である超伝導物質に即座に吸収され、それによる発熱は非常に小さい。
【００３１】
再び、実施例に係るシールドコイル１２Ｓの説明に戻る。このシールドコイル１２Ｓは、円筒状に形成された容器２２に収納され、超伝導線２１を超伝導状態にするために、液体ヘリウムを充填可能になっている。
【００３２】
このシールドコイル１２Ｓは様々な方法で製造することができる。図６および図７に、かかる製造方法の例を示す。この何れの製造方法の場合も、導線の内部に、その長さ方向に沿って、例えばＮｂＴｉ系の超伝導物質から成る超伝導材（芯材）埋め込んだ超伝導線２１を用いる。
【００３３】
図６に示す製造方法の場合、かかる超伝導線２１を複数本、並列に並べ、互いに隣接する線材の間で所定間隔毎に電気的に接続する（電気的接合点ＣＮの形成）（図６（Ａ）参照）。次いで、このように複数個の電気的接合点ＣＮを形成した線材を、それぞれ、４箇所の電気的接合点ＣＮを頂点とする菱形の紋様（穴部２１Ｂ）を画くように引き伸ばす（同図（Ｂ）参照）。次いで、この引き伸ばした線材を円筒状のボビンＢ３に沿って円筒状に丸める（図５参照）。
【００３４】
なお、この製造方法の別の例として、全面が超伝導物質で形成された超伝導シートに所定長さの切り込みを所定間隔毎に複数列に渡って入れ、その後に、このシートを横に広げるようにしてもよい。これにより、切込み部分のそれぞれが広がって穴部２１Ｂを形成し、切込み同士の繋がり部分のそれぞれが上述した電気的接合点ＣＮを成すことになり、図６（Ｂ）のものと同様のシールドコイル１２Ｓを形成することができる。
【００３５】
これに対し、図７に示す製造方法の場合、用意した円筒状のボビンＢ３の周面に沿って最初に超伝導線２１を所定の斜め角度でヘリカル状に巻く。次いで、超伝導線の巻装方向に交差するように方向を変えて、超伝導線２１を再びヘリカル状に巻装する。この２回のヘリカル巻きにより、周面に沿って超伝導線２１の交差するそれぞれの位置が上述した電気的接合点ＣＮを形成し、その電気的接合点ＣＮで囲まれた略菱形の紋様部分が穴部２１Ｂを形成する。
【００３６】
次に、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置のガントリ１のシールドコイル１２Ｓの作用効果を説明する。
【００３７】
このシールドコイル１２Ｓは、傾斜磁場コイルユニット１２から静磁場コイルユニット１１の方向（ガントリ１の半径の外側方向）への磁場の漏れを防止することを目的としている。このため、静磁場に対してはシールド効果を示さずに、パルス状に変化する傾斜磁場（ダイナミックに変動する磁場）をシールドすることが必要である。このためには、シールドコイル１２（すなわち超伝導線２１）を超伝導状態に遷移させるときの、静磁場の印加との順序を管理することが重要である。すなわち、最初に静磁場を印加し、その後に、シールドコイル１２を超伝導状態に遷移させることが重要である。
【００３８】
そこで、この磁気共鳴イメージング装置を用いて磁気共鳴イメージングを実行する場合、かかる順序関係に沿って、最初に、静磁場コイルユニット１１を起動させて静磁場を発生させる。この静磁場はガントリ１の内部を通過する静磁場を発生させるので、この静磁場の磁束Ｂ０は図８に示すように、シールドコイル１２を通過する。つまり、このときのシールドコイル１２は未だ超伝導状態になっていないので、静磁場の磁束Ｂ０は、その穴部２１Ｂを通して自由に通過できる。
【００３９】
次いで、この静磁場の発生後に、シールドコイル１２を超伝導状態に遷移させる。これには、容器２２に液体ヘリウムを充填させればよい。この充填により、容器２２内でシールドコイル１２が液体ヘリウムに浸漬される。この結果、シールドコイル１２は液体ヘリウムの温度：−２６９℃の極低温まで冷却されるので、超伝導状態に遷移する。
【００４０】
この後、所定のパルスシーケンスに沿って、傾斜磁場コイルユニット１２のＸ，Ｙ，及びＺチャンネルの傾斜磁場コイル（メインコイル）１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚ、並びに、ＲＦコイル１４が駆動されて、エコー信号がＲＦコイル１４を介して収集される。
【００４１】
この傾斜磁場コイル（メインコイル）１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚは極めて短時間のうちにオン・オフするパルス信号によって駆動される。このため、各傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚから発生する傾斜磁場Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）は静磁場Ｂ０に重畳して空間的な位置情報を静磁場Ｂ０に与える。このため、この静磁場Ｂ０の元に所望のエコー信号の収集を行うことができる。
【００４２】
この各傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚから発生する傾斜磁場Ｇは、静磁場Ｂ０に重畳する一方で、静磁場コイルユニット１１の側へも放射される。この傾斜磁場Ｇは時間と共にダイナミックに変動する磁場である。
【００４３】
このため、この傾斜磁場Ｇの磁束は、シールドコイル１２Ｓの枠部分２１Ａは完全非磁性になっているので、その穴部２１Ｂを通過しようする。しかしながら、図８に示すように、かかる穴部２１Ｂはそれぞれが１つの閉ループになっているので、各閉ループに誘起されるループ電流が隣接するループ同士で相殺し合うことになり、結局、電流は流れない。つまり、最初に印加されていた静磁場Ｂ０はシールドコイル１２Ｓを通過できるが、その後の超伝導状態への移行の後に印加される磁場、すなわち傾斜磁場Ｇはシールドコイル１２Ｓを通過できずに、シールドコイル１２Ｓにより遮蔽される。したがって、静磁場Ｂ０には何等関与しないことから、静磁場によって臨界点に達してクエンチ現象を発生することなく、傾斜磁場Ｇだけを選択的にシールドするという高機能のシールド効果が得られる。
【００４４】
このため、傾斜磁場Ｇが静磁場コイルユニット１１の側に漏れて、かかるユニット１１の筐体で渦電流を発生させ、この渦電流により、再構成されるＭＲ画像の画質を低下させるといった事態を確実に排除又は減らすことができる。
【００４５】
しかも、本実施形態に係るパッシブなシールドコイル１２Ｓの場合、１つ（１層）の遮蔽体でありながら、Ｘチャンネル、Ｙチャンネル、及びＺチャンネル全ての動的変動磁場（傾斜磁場）を遮蔽することができる。すなわち、シールドコイル１２Ｓの内径側（ボア側）に位置する傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚの形状や巻装パターンに関係無く、１つのパッシブな遮蔽体でシールドすることができる。このため、シールドコイル１２Ｓは、汎用性に優れた万能型の遮蔽体として使用することができる。
【００４６】
また、上述したように様々な用途の傾斜磁場コイルに適用でき、且つ、電流を供給する必要が無いので、静磁場コイルユニット１１と採用した超伝導磁石の容器（真空容器）の中にシールドコイル１２Ｓを配置することもできる。このように配置することで、メインコイルである傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚとの間の距離をより大きく採ることができる。したがって、メインコイルに供給する電源の容量を減らすことができ、傾斜磁場コイルユニット１２の効率をより向上させることができるとともに、一層の小形化を図ることができる。
【００４７】
さらには、シールドコイル１２Ｓに用いる超伝導材料はＮｂＴｉ線などの線材で済むことから、従来の超伝導シートタイプのシールドコイルとは違い、超伝導材料のコストを抑えることができ、より安価に製造することができるという実用上、非常の重要な効果も得られる。
【００４８】
さらに、このパッシブなシールドコイル１２Ｓを超伝導状態に遷移させるための機構（容器２２やそのためのポート）は必要になるが、アクティブタイプの傾斜磁場コイルユニットと違って、各チャンネルに共通の１層のシールド層（シールドコイル１２Ｓ）で済むこと、及び、シールドコイル１２Ｓに対する電源や配線の引き回しが不要であることを考慮すると、このシールドコイル１２Ｓを用いたパッシブタイプの傾斜磁場コイルユニット１２は、その全体構成は簡単化され、且つ、小形化されたものとなる。
【００４９】
ところで、本実施形態に係るシールドコイル１２Ｓは、静磁場を発生させた後で超伝導状態に遷移させるようにしているので、静磁場を継続的に通過せることができる。これに対し、従来のように単純に、全面に超伝導物質を分布させた超伝導シートの場合、そのマイスナー効果によって、静磁場を発生・印加する順序に関係無く、シートの外部に磁束を追い出そうとすることから、静磁場も変動磁場も遮蔽してしまう点で、本実施形態のものとは決定的に相違する。
【００５０】
なお、前述した如く、液体ヘリウムを充填させる容器２２を備えていない場合、直付けタイプの冷凍機を用い、この冷凍機を起動させることでシールドコイル１２Ｓを超伝導状態に遷移させるように構成してもよい。このため、常伝導状態から超伝導状態への制御ための構成についても、様々な態様を採ることができる。
【００５１】
（別の実施形態）
さらに、本発明のシールドコイルに係る別の実施形態を説明する。
【００５２】
この実施形態に係るシールドコイルは、磁気共鳴イメージング装置のシムコイルユニット１３について実施したものである。
【００５３】
このシムコイルユニット１３は、図９に示すように、上述した例えば図５に記載のシールドコイル１２Ｓと同様の網目構造のシールドコイル１３Ｓを有して構成される。このシールドコイル１３Ｓには、また、オン・オフ動作が可能な電流供給回路２３と、この電流供給回路２３をオン・オフ動作させるスイッチ２４とを備える。このため、スイッチ２４を操作して電流供給回路２３をオン動作させたときには、このシールドコイル１３Ｓに電流が供給され、このコイル１３Ｓが加熱される。
【００５４】
本実施形態のように、本発明に係るシールドコイルをシミング用コイルとして実施する場合には、前述したようにダイナミックに変動する傾斜磁場Ｇを遮蔽するのみならず、静磁場をも遮蔽させる必要がある。このためには、前述の実施形態のときと同様に、静磁場の印加とシールドコイル１３Ｓの超伝導状態への移行の時期とのタイミングが重要になる。前述した実施形態の場合、静磁場の印加の後にシールドコイル１３Ｓを超伝導状態に移行させる必要があったが、この実施形態の場合には、その順序が逆になる。
【００５５】
この具体的な一例は以下のようになる。いま、容器２２に液体ヘリウムを充填させることでシールドコイル１３Ｓも既に超伝導状態にあるとする（このとき、静磁場コイルユニット１１は未だ起動させていない）。この状態で、スイッチ２４を操作して電流供給回路２３からシールドコイル１３Ｓに電流を供給する。これにより、シールドコイル１３Ｓがジュール熱により加熱されるので、シールドコイル１３Ｓは瞬時のうちに常伝導状態に戻る。
【００５６】
このように一旦、確実に常伝導状態に戻した後、スイッチ２４を操作して電流回路２３からシールドコイル１３Ｓへの電流供給を中止させる。このため、容器２２内の液体ヘリウムに浸漬されているシールドコイル１３Ｓは、再び、超伝導状態に遷移する。
【００５７】
次いで、静磁場コイルユニット１１を既に起動させて静磁場を発生させる。これにより、静磁場Ｂ０の磁束は既に超伝導状態となっているシールドコイル１３Ｓを通過できず、また、傾斜磁場Ｇの磁束もシールドコイル１３Ｓを通過できない。つまり、両者ともシールドコイル１３Ｓにより遮蔽される。
【００５８】
このようなシールドコイル１３Ｓを配置することで、傾斜磁場Ｇの遮蔽機能のほかに、静磁場Ｂ０を遮蔽機能に拠るシミング効果が得られる。
【００５９】
なお、前述した傾斜磁場コイルユニット１２（シールドコイル１２Ｓ）とシムコイルユニット１３（シールドコイル１３Ｓ）とを併用するようにしてもよい。
【００６０】
また、なお、上述したシールドコイル１２Ｓにあっては、超伝導線２１を用いて略菱形の複数の穴部２１Ｂを形成するようにしたが、基本的には、この穴部２１Ｂの形状は必ずしもこれに限定されるものではない。
【００６１】
つまり、この穴部の最も大きな概念としては、超伝導物質がシールドコイルの全面にわたって分布していなければよく、定形及び/又は不定形の穴部が複数個形成されており、この穴部を介して静磁場の磁束が通過できればよい。定形の穴部を形成する態様としては、一定形状の網目状の穴部の形成がある。
【００６２】
この一定形状の穴部２１Ｂは、必ずしも菱形に限定されるものではなく、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、円形、長円形、正方形、さらに、楕円形、長円形、菱形など、どのような形状であってもよい。この穴部２１Ｂのそれぞれが小さな閉ループのコイルとして機能し、このコイルに進入しようとする磁束を遮蔽することができる。例えば、図１０（Ａ）のような円形状の穴部２１Ｂの場合、ＮｂＴｉ線などの線材を用いて、小さなループコイルを複数個製造し、それらのループコイルをボビンの円周面上に連結配置することにより、シールドコイル１２Ｓを形成することができる。
【００６３】
また、同じ一定形状の穴部２１Ｂであっても、その大きさを、円筒状のシールドコイル１２Ｓ（１３Ｓ）の位置に応じて調整するようにしてもよい。例えば、図５に模式的に示していたように、シールドコイル１２Ｓの円筒軸（Ｚ軸）の方向の中央部では穴部２１Ｂの大きさを細かくし、その反対に円筒軸上の端部寄りになるほど穴部２１Ｂのそれを粗く形成してもよい。これにより、かかる中央部に近づくほど、そのシールド性能を向上させることができるなど、位置の重要性に応じてシールド性能を調整することもできる。
【００６４】
さらには、超伝導物質が常伝導物質を介して小さなコイルを複数個形成する構造のシールドコイルであっても、同様のシールド効果を発揮する。この場合には、しかしながら、発熱によるクエンチ現象の問題があるので、超伝導物質が線状に分布してコイルを形成していることが望ましい。
【００６５】
さらに、前述した実施例及び変形例に係るシールドコイルを、少なくとも１層、あるいはそれ以上の多層構造として形成してもよい。また、前述した実施例及び変形例に係るシールドコイルを、静磁場を発生する静磁場コイルと同じ真空層又は別の独立した真空層に配置してもよい。
【００６６】
さらに、前述した実施例の傾斜磁場コイルを、所謂、自己遮蔽型傾斜磁場コイル（一例として、Actively Shielded Gradient Coil (ASGC)がある）として形成し、これに前述したシールドコイルを適用してもよい。また、本発明に係るシールドコイルを非シールド型の傾斜磁場コイルに実施することもできる。さらには、傾斜磁場コイルを部分的に遮蔽するために、当該傾斜磁場コイルの外側に、本発明に係るシールドコイルを１つ以上配置するようにしてもよい。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものでは無く、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で従来周知の技術を用いて更に様々な形態に変形して実施することができ、それらも本発明の範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００６８】
１ 磁気共鳴イメージング装置のガントリ
１１ 静磁場コイルユニット
１２ 傾斜磁場コイルユニット
１３ シムコイルユニット
１４ ＲＦコイル
１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ 傾斜磁場コイル（メインコイル）
１２Ｓ シールドコイル
２１ 超伝導線
２２ 容器
２１Ａ 枠体
２１Ｂ 穴部
２１Ｎ 円筒体（コイル体）
２３ 電流供給回路
２４ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置において発生する磁場をシールドするシールドコイル及びその製造方法などに係り、とくに、超伝導物質で形成されたパッシブなシールドコイル及びその製造方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
医用の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置には、静磁場を発生する静磁場コイル、静磁場の均一度を補正するシムコイル、静磁場に重畳する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、高周波信号の送受用のＲＦコイルなどの各種の磁場発生用コイルが使用されている。
【０００３】
このうち、シムコイル、傾斜磁場コイル、及びＲＦコイルは、静磁場コイル（例えば超伝導磁石）が形成する診断用空間としての磁場空間（例えば円筒状空間）の内部に配置される。この場合、通常、シムコイルが静磁場磁石に最も近い位置に配置され、その次に傾斜磁場コイルが配置される。ＲＦコイルは、逆に、診断用空間に挿入された被検体に最も近い位置に配置される。
【０００４】
シムコイルには、常伝導シム、超伝導シム、及びパッシブシムが多用されている。また、傾斜磁場コイルにあっては、パルスシーケンスにしたがって発生させた傾斜磁場パルスが静磁場コイルを支持する筐体に渦電流を発生させるなどして画質が低下することを防止するため、シールドタイプのコイルが多用されている。この観点から、傾斜磁場コイルには、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルとパッシブシールドタイプの傾斜磁場コイルとが在る。
【０００５】
このうち、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルは、一般に、所望の空間分布の傾斜磁場パルスを発生するメインコイルと、このメインコイルの周囲に配置されるシールドコイルとを備えている。メインコイルが発生する傾斜磁場パルスの外部への漏れは、シールドコイルがアクティブに発生するシールド用磁場によって押さえられる。このため、コイルユニットの外部に漏れる傾斜磁場が減少し、この漏れ磁場による渦電流のイメージングへの影響などが押さえられる。
【０００６】
一方、パッシブシールドタイプの傾斜磁場コイルは、所望の空間分布の傾斜磁場パルスを発生するメインコイルと、このメインコイルの周囲に配置されるシールド体とを備えている。このシールド体は、シールド材で形成された、例えば円筒状の部材で成り、アクティブタイプとは異なり電流源には接続されずに、傾斜磁場パルスの外界への漏れを減らすようにシールドする。
【０００７】
このシールド性能としては、一般に、アクティブシールドタイプの傾斜磁場コイルの方が優れているが、パッシブシールドタイプのものに比べて、構造が複雑になり、またシールドコイルのパターンの設計や製作の精度に高いものが要求される。
【０００８】
ところで、近年、傾斜磁場コイルと静磁場コイルとの間のシールドとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この文献１に記載のシールド構造によれば、その図１に示すように、超伝導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場コイル及びこのコイルへの電流供給用導線の両方を超伝導多層複合体から作られた磁気シールド体でそれぞれ被うようにしている。これにより、静磁場の中に置かれた傾斜磁場コイル及びその電流供給用導線に、パルス電流が流れることに因る電磁力に起因した打撃音を減らすことができる。また、この構成によれば、かかる傾斜磁場コイルが発生した傾斜磁場パルスの外界への漏れを減らして、この漏れ磁場に因る渦電流を減らすことも可能ではあると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−８４７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシールド構造によれば、例えばＮｂＴｉ層（３０層）、Ｎｂ層（６０層）、Ｃｕ層（３１層）を多層化した厚さ１ｍｍ程度の超伝導多層複合体で形成されていることから、全面に超伝導物質が分布した超伝導シートの形状になっている。このため、印加される静磁場の分布如何によっては、この超伝導シートが非常に強い磁場の元に曝されることになり、マイスナー効果によって、超伝導物質に流れる遮蔽電流が飽和することがある。このため、この飽和が生じると、超伝導シートの多くの部分で臨界点に達して常伝導状態となり、このときの発熱でシート全体が常伝導状態となり、所望のシールド効果が得られなくなるという問題がある。また、この超伝導シートを製造するには、多層の部材を積層して熱間圧延及び冷間圧延するなどの工程を伴うことから、製造コストが非常に高くなり、現状では実用に供するにはコスト面で困難を伴う。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した超伝導多層複合体で形成されるシールド構造に鑑みてなされたもので、磁気共鳴イメージング装置で用いる場合でも、マイスナー効果に起因したシールド性能の低下を防止するとともに、所望のシールド対象に対して確実で且つ安定したシールド性能を発揮し、一方、比較的簡単に且つ使用する超伝導物質を少なくして、より安価に製造することができる磁気共鳴イメージングに適したパッシブ型のシールドコイル及びその製造方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルであって、コイル体を、超伝導物質で形成した部分と超伝導物質が無い部分とで形成したことを特徴とするシールドコイルが提供される。このシールドコイルにおいて、前記超伝導物質で形成したコイル体に前記超伝導物質が無い部分を形成し、これにより、前記超伝導物質で形成した部分と前記超伝導物質が無い部分とを形成することができる。例えば、前記超伝導物質が無い部分は、当該超伝導物質の格子欠損による部分である。また、例えば、前記コイル体は、厚さ方向を有し、且つ、当該厚さ方向からみたときにシート状を成す。この構成に場合、前記超伝導物質が無い部分は、前記超伝導物質で形成したシート状の前記コイル体に設けた複数の穴部により構成することができる。
【００１３】
また、本発明の別の態様によれば、前記磁場発生用のコイルは、前記磁気共鳴イメージング装置のＸチャンネル、Ｙチャンネル、及びＺチャンネルから成る３チャンネルの傾斜磁場コイルであって、この傾斜磁場コイルの外周側の所定位置に配置されて当該傾斜磁場コイルが発生する各チャンネルの傾斜磁場がその外周側に漏れるのを遮蔽するようにしたことを特徴とする。この場合、好適には、前記磁気共鳴イメージング装置に搭載した静磁場発生手段により静磁場を発生させた後に、前記シールドコイルを超伝導状態に遷移させ、これにより、当該シールドコイルに、前記静磁場の磁束の通過を許容した状態で前記傾斜磁場の磁束をシールドさせる磁気共鳴イメージング装置の駆動方法である。
【００１４】
さらに、本発明に係る別の態様により、磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルの製造方法が提供される。具体的には、超伝導物質で形成された線材の複数本、用意し、この複数本の線材のうち隣接する線材同士を所定間隔で電気的に接続して接続点を形成し、この後、複数の線材をその横方向に引き伸ばして複数の穴部を有するシート状のコイル体を形成することを特徴とするシールドコイルの製造法、又は、超伝導物質で形成された線材をボビンにヘリカル状に巻装し、次いで、前記線材を前記ボビンに、最初に巻装した線材と順次交差するようにヘリカル状に巻装することでシート状のコイル体を形成することを特徴とするシールドコイルの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超伝導物質で形成されるシールドコイルを磁気共鳴イメージング装置で用いる場合でも、マイスナー効果に起因したシールド性能の低下を防止するとともに、所望のシールド対象に対して確実で且つ安定したシールド性能を発揮し、一方、比較的簡単に且つ使用する超伝導物質を少なくして、より安価に製造することができるパッシブ型のシールドコイル及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のガントリを中心とする概略断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図。
【図３】Ｙチャンネルの傾斜磁場コイルの概略構成図。
【図４】Ｚチャンネルの傾斜磁場コイルの概略構成図。
【図５】Ｘ、Ｙ、及びＺチャンネルに共通のシールドコイルの、部分的な拡大説明図含む概略構成図。
【図６】シールドコイルの製造方法の一例を説明する図。
【図７】シールドコイルの製造方法の他の例を説明する図。
【図８】実施形態におけるシールドコイルのシールド動作を説明する図。
【図９】本発明のその他の実施形態に係るシールドコイルを説明する概略構成図。
【図１０】シールドコイル及びその穴部の変形例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の係るシールドコイルの実施形態を説明する。
【００１８】
図１〜８を参照して、本発明に係るシールドコイルの１つの実施形態を説明する。なお、このシールドコイルは、電源供給の不要なパッシブ型のシールドコイルであって、傾斜磁場コイルと一体に組み込まれてパッシブシールド型の傾斜磁場コイルユニットを形成する。この傾斜磁場コイルユニットは、磁気共鳴イメージング装置に設けられるので、この磁気共鳴イメージング装置から説明する。
【００１９】
図１に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置のガントリ１の概略断面を示す。このガントリ１はその全体が円筒状に形成されており、中心部のボアが診断用空間として機能する。診断時にはそのボア内に被検体Ｐが挿入可能になっている。ガントリ１は、パルスシーケンスに沿って傾斜磁場及び高周波信号の印加、エコー信号の収集、画像の再構成などの処理を担うイメージング装置に接続されており、これにより、磁気共鳴イメージングが可能になっている。
【００２０】
ガントリ１は、略円筒状の静磁場コイルユニット１１、このコイルユニット１１のボア内に配置された略円筒状の傾斜磁場コイルユニット１２、このユニット１２の例えば外周面に取り付けられたシムコイルユニット１３、および傾斜磁場コイルユニット１２のボア内に配置されたＲＦコイル１４を備える。被検体Ｐは図示しない寝台天板に載せられて、ＲＦコイル１４が形成するボア（診断用空間）内に遊挿される。
【００２１】
静磁場コイルユニット１２は超伝導磁石で形成されている。つまり、外側の真空容器の中に、複数個の熱輻射シールド容器および単独の液体ヘリウム容器が収められ、液体ヘリウム容器の内部に超伝導コイルが巻装・設置される。
【００２２】
傾斜磁場コイルユニット１２は、ここでは上述したように、パッシブシールド型に形成されている。このコイルユニット１２はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向毎にパルス状の傾斜磁場を発生させるため、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアセンブリを有する。しかも、ユニット全体として、各チャンネルの傾斜磁場を、ユニット径方向の外部に殆ど洩らさないパッシブなシールド構造になっている。
【００２３】
具体的には、図２に示すように、この傾斜磁場コイルユニット１２にあっては、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネルの円筒状のメインコイル（傾斜磁場コイル）１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚがコイル層毎に絶縁されながら積層される。さらに、最外層のメインコイル１２Ｚの外側に、全チャンネルのメインコイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚが発生するパルス状の傾斜磁場、すなわちダイナミックに変化する傾斜磁場をまとめてシールドする１つの円筒状のシールドコイル１２Ｓが配置されている。
【００２４】
このうち、Ｙチャンネルのメインコイル１２Ｙは、図３に示すように、平板状の導体を小径のボビンＢ１に巻装した４個のサドル状渦巻き形の巻線部ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，およびＣＲ４を備える。巻線部ＣＲ１およびＣＲ２がＺ軸方向に並置され且つ電気的に直列接続される。この巻線部の対を、Ｚ軸に関して１８０度回転させた位置に、巻線部ＣＲ３およびＣＲ４から成る巻線部の対が対向して配置される。各巻線部に流すパルス電流の向きは、Ｙ軸方向傾斜磁場の大きさが線形に変わるように、対向する巻線部同士および並置される巻線部同士で図中の矢印のように設定されている。
【００２５】
なお、図３はサドル状渦巻き形の巻線パターンを１つのターン（巻線）について模式的に簡素化して示すもので、実際の各巻線部は複数ターンのサドル状渦巻形のコイルからなる。また、ボビンＢ１は他チャンネルの巻線層の上に絶縁層を巻装して形成される。
【００２６】
また、Ｘチャンネルのメインコイル１２Ｘも、Ｙチャンネルのメインコイル１２ＹをＺ軸に関して９０度回転させた状態で同様に配置される。
【００２７】
さらに、Ｚチャンネルのメインコイル１２Ｚは、図４にその概略を示すように、平板状の導体を円筒状のボビンＢ２にソレノイド状のコイルパターンに沿って複数ターンに巻装して成る。このメインコイル１２Ｚは、Ｚ軸方向の中心位置Ｚ＝０に関して巻線方向が反対方向になっている。
【００２８】
シールドコイル１２Ｓは、本発明を実施した特徴的な構造を有するもので、超伝導物質で形成されたパッシブなシールドコイルを形成している。具体的には、このシールドコイル１２Ｓは、図５に示すように、超伝導物質としての例えばＮｂＴｉ系の超伝導線２１を用いて形成したメッシュ状の円筒体（コイル体）１２Ｎから成る。すなわち、この円筒体（コイル体）１２Ｎは、その周面に沿って菱形の紋様を画くように超伝導線２１を組み付けただけのシンプルな構成になっている。このため、シールドコイル１２Ｓは、そのコイル部分の実体としては、その周面に沿って形成された超伝導体から成る複数の略菱形の枠部分２１Ａで構成される。この複数の略菱形の枠部分２１Ａそれぞれの内部は穴部（空間部分）２１Ｂとなっている。
【００２９】
つまり、この「穴部」とは超伝導物質は存在しない部分（領域）を言う。このため、超伝導物質がない部分であればよいので、実際の「穴」であってもよいし、そうでなくともよい。例えば、この「穴部」には、銅などの熱伝導率、導電率のよい物質、例えば常電導物質が充填されて用いられてもよい。さらに、かかる「穴部」は超伝導物質が無い部分であればよいので、例えば、格子欠損という原子レベルの非常に小さな空間的な穴であってもよい。この格子欠損を持った超伝導物質、例えば超伝導シートは、電流密度を高めるために不純物を入れることなどによって、別の目的と共に作り出すことができる。また、本発明に係るシールドコイルを、発熱が少ない動的遮蔽シート（必ずしもシート状でなくてもよい）として形成するには、少なくとも空間的超伝導穴の周りは超伝導体で囲まれていることが望ましい。これは動的磁場変動を遮蔽するために遮蔽永久電流を流したいからである。
【００３０】
このように超伝導物質が無い部分を有する、本発明に係るシールドコイルは、従来のように一面に超伝導物質が充填されている超伝導シートを用いたシールドコイルとは全く異なる振る舞いを示す。その振る舞いは、具体的な図面を使って後述するが、ここで、簡単に言えば次の通りである。本発明に係るシールドコイルでは、超伝導物質が空間上に存在しない箇所をわざわざ設けることによって、静的磁場に関しては、あたかも超伝導物質がないかの如く振る舞い、かつ、動的磁場変化に関しては、その超伝導物質のない穴を通過する磁束を打ち消す遮蔽永久電流が超伝導物質上に生成され、動的磁場変化のみを選択的に遮蔽する。このとき、物理的には超伝導物質を保護する目的で充填されている銅などの導電性導体上に渦電流が発生するが、その電流は電気抵抗０である超伝導物質に即座に吸収され、それによる発熱は非常に小さい。
【００３１】
再び、実施例に係るシールドコイル１２Ｓの説明に戻る。このシールドコイル１２Ｓは、円筒状に形成された容器２２に収納され、超伝導線２１を超伝導状態にするために、液体ヘリウムを充填可能になっている。
【００３２】
このシールドコイル１２Ｓは様々な方法で製造することができる。図６および図７に、かかる製造方法の例を示す。この何れの製造方法の場合も、導線の内部に、その長さ方向に沿って、例えばＮｂＴｉ系の超伝導物質から成る超伝導材（芯材）埋め込んだ超伝導線２１を用いる。
【００３３】
図６に示す製造方法の場合、かかる超伝導線２１を複数本、並列に並べ、互いに隣接する線材の間で所定間隔毎に電気的に接続する（電気的接合点ＣＮの形成）（図６（Ａ）参照）。次いで、このように複数個の電気的接合点ＣＮを形成した線材を、それぞれ、４箇所の電気的接合点ＣＮを頂点とする菱形の紋様（穴部２１Ｂ）を画くように引き伸ばす（同図（Ｂ）参照）。次いで、この引き伸ばした線材を円筒状のボビンＢ３に沿って円筒状に丸める（図５参照）。
【００３４】
なお、この製造方法の別の例として、全面が超伝導物質で形成された超伝導シートに所定長さの切り込みを所定間隔毎に複数列に渡って入れ、その後に、このシートを横に広げるようにしてもよい。これにより、切込み部分のそれぞれが広がって穴部２１Ｂを形成し、切込み同士の繋がり部分のそれぞれが上述した電気的接合点ＣＮを成すことになり、図６（Ｂ）のものと同様のシールドコイル１２Ｓを形成することができる。
【００３５】
これに対し、図７に示す製造方法の場合、用意した円筒状のボビンＢ３の周面に沿って最初に超伝導線２１を所定の斜め角度でヘリカル状に巻く。次いで、超伝導線の巻装方向に交差するように方向を変えて、超伝導線２１を再びヘリカル状に巻装する。この２回のヘリカル巻きにより、周面に沿って超伝導線２１の交差するそれぞれの位置が上述した電気的接合点ＣＮを形成し、その電気的接合点ＣＮで囲まれた略菱形の紋様部分が穴部２１Ｂを形成する。
【００３６】
次に、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置のガントリ１のシールドコイル１２Ｓの作用効果を説明する。
【００３７】
このシールドコイル１２Ｓは、傾斜磁場コイルユニット１２から静磁場コイルユニット１１の方向（ガントリ１の半径の外側方向）への磁場の漏れを防止することを目的としている。このため、静磁場に対してはシールド効果を示さずに、パルス状に変化する傾斜磁場（ダイナミックに変動する磁場）をシールドすることが必要である。このためには、シールドコイル１２（すなわち超伝導線２１）を超伝導状態に遷移させるときの、静磁場の印加との順序を管理することが重要である。すなわち、最初に静磁場を印加し、その後に、シールドコイル１２を超伝導状態に遷移させることが重要である。
【００３８】
そこで、この磁気共鳴イメージング装置を用いて磁気共鳴イメージングを実行する場合、かかる順序関係に沿って、最初に、静磁場コイルユニット１１を起動させて静磁場を発生させる。この静磁場はガントリ１の内部を通過する静磁場を発生させるので、この静磁場の磁束Ｂ０は図８に示すように、シールドコイル１２を通過する。つまり、このときのシールドコイル１２は未だ超伝導状態になっていないので、静磁場の磁束Ｂ０は、その穴部２１Ｂを通して自由に通過できる。
【００３９】
次いで、この静磁場の発生後に、シールドコイル１２を超伝導状態に遷移させる。これには、容器２２に液体ヘリウムを充填させればよい。この充填により、容器２２内でシールドコイル１２が液体ヘリウムに浸漬される。この結果、シールドコイル１２は液体ヘリウムの温度：−２６９℃の極低温まで冷却されるので、超伝導状態に遷移する。
【００４０】
この後、所定のパルスシーケンスに沿って、傾斜磁場コイルユニット１２のＸ，Ｙ，及びＺチャンネルの傾斜磁場コイル（メインコイル）１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚ、並びに、ＲＦコイル１４が駆動されて、エコー信号がＲＦコイル１４を介して収集される。
【００４１】
この傾斜磁場コイル（メインコイル）１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚは極めて短時間のうちにオン・オフするパルス信号によって駆動される。このため、各傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚから発生する傾斜磁場Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）は静磁場Ｂ０に重畳して空間的な位置情報を静磁場Ｂ０に与える。このため、この静磁場Ｂ０の元に所望のエコー信号の収集を行うことができる。
【００４２】
この各傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，及び１２Ｚから発生する傾斜磁場Ｇは、静磁場Ｂ０に重畳する一方で、静磁場コイルユニット１１の側へも放射される。この傾斜磁場Ｇは時間と共にダイナミックに変動する磁場である。
【００４３】
このため、この傾斜磁場Ｇの磁束は、シールドコイル１２Ｓの枠部分２１Ａは完全非磁性になっているので、その穴部２１Ｂを通過しようする。しかしながら、図８に示すように、かかる穴部２１Ｂはそれぞれが１つの閉ループになっているので、各閉ループに誘起されるループ電流が隣接するループ同士で相殺し合うことになり、結局、電流は流れない。つまり、最初に印加されていた静磁場Ｂ０はシールドコイル１２Ｓを通過できるが、その後の超伝導状態への移行の後に印加される磁場、すなわち傾斜磁場Ｇはシールドコイル１２Ｓを通過できずに、シールドコイル１２Ｓにより遮蔽される。したがって、静磁場Ｂ０には何等関与しないことから、静磁場によって臨界点に達してクエンチ現象を発生することなく、傾斜磁場Ｇだけを選択的にシールドするという高機能のシールド効果が得られる。
【００４４】
このため、傾斜磁場Ｇが静磁場コイルユニット１１の側に漏れて、かかるユニット１１の筐体で渦電流を発生させ、この渦電流により、再構成されるＭＲ画像の画質を低下させるといった事態を確実に排除又は減らすことができる。
【００４５】
しかも、本実施形態に係るパッシブなシールドコイル１２Ｓの場合、１つ（１層）の遮蔽体でありながら、Ｘチャンネル、Ｙチャンネル、及びＺチャンネル全ての動的変動磁場（傾斜磁場）を遮蔽することができる。すなわち、シールドコイル１２Ｓの内径側（ボア側）に位置する傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚの形状や巻装パターンに関係無く、１つのパッシブな遮蔽体でシールドすることができる。このため、シールドコイル１２Ｓは、汎用性に優れた万能型の遮蔽体として使用することができる。
【００４６】
また、上述したように様々な用途の傾斜磁場コイルに適用でき、且つ、電流を供給する必要が無いので、静磁場コイルユニット１１と採用した超伝導磁石の容器（真空容器）の中にシールドコイル１２Ｓを配置することもできる。このように配置することで、メインコイルである傾斜磁場コイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚとの間の距離をより大きく採ることができる。したがって、メインコイルに供給する電源の容量を減らすことができ、傾斜磁場コイルユニット１２の効率をより向上させることができるとともに、一層の小形化を図ることができる。
【００４７】
さらには、シールドコイル１２Ｓに用いる超伝導材料はＮｂＴｉ線などの線材で済むことから、従来の超伝導シートタイプのシールドコイルとは違い、超伝導材料のコストを抑えることができ、より安価に製造することができるという実用上、非常の重要な効果も得られる。
【００４８】
さらに、このパッシブなシールドコイル１２Ｓを超伝導状態に遷移させるための機構（容器２２やそのためのポート）は必要になるが、アクティブタイプの傾斜磁場コイルユニットと違って、各チャンネルに共通の１層のシールド層（シールドコイル１２Ｓ）で済むこと、及び、シールドコイル１２Ｓに対する電源や配線の引き回しが不要であることを考慮すると、このシールドコイル１２Ｓを用いたパッシブタイプの傾斜磁場コイルユニット１２は、その全体構成は簡単化され、且つ、小形化されたものとなる。
【００４９】
ところで、本実施形態に係るシールドコイル１２Ｓは、静磁場を発生させた後で超伝導状態に遷移させるようにしているので、静磁場を継続的に通過せることができる。これに対し、従来のように単純に、全面に超伝導物質を分布させた超伝導シートの場合、そのマイスナー効果によって、静磁場を発生・印加する順序に関係無く、シートの外部に磁束を追い出そうとすることから、静磁場も変動磁場も遮蔽してしまう点で、本実施形態のものとは決定的に相違する。
【００５０】
なお、前述した如く、液体ヘリウムを充填させる容器２２を備えていない場合、直付けタイプの冷凍機を用い、この冷凍機を起動させることでシールドコイル１２Ｓを超伝導状態に遷移させるように構成してもよい。このため、常伝導状態から超伝導状態への制御ための構成についても、様々な態様を採ることができる。
【００５１】
（別の実施形態）
さらに、本発明のシールドコイルに係る別の実施形態を説明する。
【００５２】
この実施形態に係るシールドコイルは、磁気共鳴イメージング装置のシムコイルユニット１３について実施したものである。
【００５３】
このシムコイルユニット１３は、図９に示すように、上述した例えば図５に記載のシールドコイル１２Ｓと同様の網目構造のシールドコイル１３Ｓを有して構成される。このシールドコイル１３Ｓには、また、オン・オフ動作が可能な電流供給回路２３と、この電流供給回路２３をオン・オフ動作させるスイッチ２４とを備える。このため、スイッチ２４を操作して電流供給回路２３をオン動作させたときには、このシールドコイル１３Ｓに電流が供給され、このコイル１３Ｓが加熱される。
【００５４】
本実施形態のように、本発明に係るシールドコイルをシミング用コイルとして実施する場合には、前述したようにダイナミックに変動する傾斜磁場Ｇを遮蔽するのみならず、静磁場をも遮蔽させる必要がある。このためには、前述の実施形態のときと同様に、静磁場の印加とシールドコイル１３Ｓの超伝導状態への移行の時期とのタイミングが重要になる。前述した実施形態の場合、静磁場の印加の後にシールドコイル１３Ｓを超伝導状態に移行させる必要があったが、この実施形態の場合には、その順序が逆になる。
【００５５】
この具体的な一例は以下のようになる。いま、容器２２に液体ヘリウムを充填させることでシールドコイル１３Ｓも既に超伝導状態にあるとする（このとき、静磁場コイルユニット１１は未だ起動させていない）。この状態で、スイッチ２４を操作して電流供給回路２３からシールドコイル１３Ｓに電流を供給する。これにより、シールドコイル１３Ｓがジュール熱により加熱されるので、シールドコイル１３Ｓは瞬時のうちに常伝導状態に戻る。
【００５６】
このように一旦、確実に常伝導状態に戻した後、スイッチ２４を操作して電流回路２３からシールドコイル１３Ｓへの電流供給を中止させる。このため、容器２２内の液体ヘリウムに浸漬されているシールドコイル１３Ｓは、再び、超伝導状態に遷移する。
【００５７】
次いで、静磁場コイルユニット１１を既に起動させて静磁場を発生させる。これにより、静磁場Ｂ０の磁束は既に超伝導状態となっているシールドコイル１３Ｓを通過できず、また、傾斜磁場Ｇの磁束もシールドコイル１３Ｓを通過できない。つまり、両者ともシールドコイル１３Ｓにより遮蔽される。
【００５８】
このようなシールドコイル１３Ｓを配置することで、傾斜磁場Ｇの遮蔽機能のほかに、静磁場Ｂ０を遮蔽機能に拠るシミング効果が得られる。
【００５９】
なお、前述した傾斜磁場コイルユニット１２（シールドコイル１２Ｓ）とシムコイルユニット１３（シールドコイル１３Ｓ）とを併用するようにしてもよい。
【００６０】
また、なお、上述したシールドコイル１２Ｓにあっては、超伝導線２１を用いて略菱形の複数の穴部２１Ｂを形成するようにしたが、基本的には、この穴部２１Ｂの形状は必ずしもこれに限定されるものではない。
【００６１】
つまり、この穴部の最も大きな概念としては、超伝導物質がシールドコイルの全面にわたって分布していなければよく、定形及び/又は不定形の穴部が複数個形成されており、この穴部を介して静磁場の磁束が通過できればよい。定形の穴部を形成する態様としては、一定形状の網目状の穴部の形成がある。
【００６２】
この一定形状の穴部２１Ｂは、必ずしも菱形に限定されるものではなく、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、円形、長円形、正方形、さらに、楕円形、長円形、菱形など、どのような形状であってもよい。この穴部２１Ｂのそれぞれが小さな閉ループのコイルとして機能し、このコイルに進入しようとする磁束を遮蔽することができる。例えば、図１０（Ａ）のような円形状の穴部２１Ｂの場合、ＮｂＴｉ線などの線材を用いて、小さなループコイルを複数個製造し、それらのループコイルをボビンの円周面上に連結配置することにより、シールドコイル１２Ｓを形成することができる。
【００６３】
また、同じ一定形状の穴部２１Ｂであっても、その大きさを、円筒状のシールドコイル１２Ｓ（１３Ｓ）の位置に応じて調整するようにしてもよい。例えば、図５に模式的に示していたように、シールドコイル１２Ｓの円筒軸（Ｚ軸）の方向の中央部では穴部２１Ｂの大きさを細かくし、その反対に円筒軸上の端部寄りになるほど穴部２１Ｂのそれを粗く形成してもよい。これにより、かかる中央部に近づくほど、そのシールド性能を向上させることができるなど、位置の重要性に応じてシールド性能を調整することもできる。
【００６４】
さらには、超伝導物質が常伝導物質を介して小さなコイルを複数個形成する構造のシールドコイルであっても、同様のシールド効果を発揮する。この場合には、しかしながら、発熱によるクエンチ現象の問題があるので、超伝導物質が線状に分布してコイルを形成していることが望ましい。
【００６５】
さらに、前述した実施例及び変形例に係るシールドコイルを、少なくとも１層、あるいはそれ以上の多層構造として形成してもよい。また、前述した実施例及び変形例に係るシールドコイルを、静磁場を発生する静磁場コイルと同じ真空層又は別の独立した真空層に配置してもよい。
【００６６】
さらに、前述した実施例の傾斜磁場コイルを、所謂、自己遮蔽型傾斜磁場コイル（一例として、Actively Shielded Gradient Coil (ASGC)がある）として形成し、これに前述したシールドコイルを適用してもよい。また、本発明に係るシールドコイルを非シールド型の傾斜磁場コイルに実施することもできる。さらには、傾斜磁場コイルを部分的に遮蔽するために、当該傾斜磁場コイルの外側に、本発明に係るシールドコイルを１つ以上配置するようにしてもよい。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものでは無く、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で従来周知の技術を用いて更に様々な形態に変形して実施することができ、それらも本発明の範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００６８】
１ 磁気共鳴イメージング装置のガントリ
１１ 静磁場コイルユニット
１２ 傾斜磁場コイルユニット
１３ シムコイルユニット
１４ ＲＦコイル
１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ 傾斜磁場コイル（メインコイル）
１２Ｓ シールドコイル
２１ 超伝導線
２２ 容器
２１Ａ 枠体
２１Ｂ 穴部
２１Ｎ 円筒体（コイル体）
２３ 電流供給回路
２４ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルであって、
コイル体を、超伝導物質で形成した部分と超伝導物質が無い部分とで形成し、前記超伝導物質が無い部分は、当該超伝導物質の格子欠損による部分であることを特徴とするシールドコイル。
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置に設けられた磁場発生用のコイルから発生される磁場をシールドするパッシブ型のシールドコイルであって、
コイル体を、超伝導物質で形成した部分と超伝導物質が無い部分とで形成し、前記超伝導物質が無い部分は、当該超伝導物質の格子欠損による部分であることを特徴とするシールドコイル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４３６６１（Ｐ２０１２−１４３６６１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０９８４５（Ｐ２０１２−１０９８４５）
【出願日】平成２４年５月１１日（２０１２．５．１１）
【分割の表示】特願２００７−１００２７６（Ｐ２００７−１００２７６）の分割
【原出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１１日（２０１２．５．１１）
【分割の表示】特願２００７−１００２７６（Ｐ２００７−１００２７６）の分割
【原出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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