JP2003513436A - 改良型磁石 - Google Patents
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Abstract
Description
るための飽和強磁性構造に関する。本発明はさらに、改良型磁気共鳴イメージン
グ(MRI)装置、特に、患者空間の閉塞感が少ない装置に関する。
次磁場上に重畳する一組の勾配コイル、及びイメージを形成するための信号を受
けるRFコイル送受信システムより成るものである。この装置にとって、一次磁
場の高い均質性は、良好な品質のイメージを得る上で非常に重要である。これら
の磁場は、コイル型磁石または永久磁石もしくはこれら2つの組合わせのような
多数の装置により発生することができる。強磁性材料は、上記の磁場発生器とし
てだけでなく、磁場の強さを増加させ、均質性を改善し、漂遊磁場を制限するた
めに使用することが知られている。
場合、超伝導コイルが用いられる。超伝導MRI磁石の大部分は、超伝導コイル
が同軸的に配置された組立体よりなる。これらのコイルは、所要の磁場強さ及び
均質性が得られるように配置されている。これらのタイプの磁石では、患者は、
頭と足を結ぶ軸がコイルの軸と一直線になるように配置される。かかる構成の問
題点は、患者を管状構造内に配置しなければならず、これが患者に閉塞感及びス
トレスを与えることになる。
b、2a、2b よりなる公知の磁石組立体10である。当該技術分野では、大
きな直径のコイル1a、1bが知られており、一次磁場Bの大部分を発生する。
複数対のコイル1a、2a及び1b、2bは、本質的に互いに平行な平面内に配
置されている。患者12は、コイル間の空間において、コイルに平行な平面内に
配置される。一次磁場Bは、本質的に、コイルの中心軸13に平行である。複数
対のコイル間の空間は、患者を心地よく収容するに十分な大きさでなければなら
ない。MRI装置の全体サイズを制限するために、駆動コイル1a、1bの直径
を制限する。空間を制限するこれらの措置を講じると、駆動コイルが発生する一
次磁場Bの均質性が減少する。これに対処するために、駆動コイルの内部に、そ
れらと同軸的に、第2の対のコイル2a、2bを配置して、電流を、駆動コイル
を流れる電流とは反対方向に流す。各対の補償コイルは、一次磁場の均質性に悪
影響を与える高次汚染磁場を導入する。さらに、MRI装置の動作時、患者を配
置する閉鎖空間により、患者にストレスが生じることがある。
採用していることが知られている。これは、患者が受ける閉塞感を減少する効果
がある。 しかしながら、患者の閉塞感を減少しようとするMRI磁石の設計は、コイル配
置の自由度を制限する傾向がある。一次磁場の均質性を改善するために別のコイ
ルを設けようとしても、これら空間の制約により制限される。
、高次汚染磁場に対する補償を行って、一次磁場の均質性が改善することができ
る。
イル2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6bとよりなる
公知の磁気コイル構造20を示す。補償コイル対は、超伝導コイルが巻回された
ものである。
る、一対の同軸コイルを、リングの回転軸の方向に磁化された強磁性材料の環状
リングで置き換えることが可能である。或いは、同様に磁化された任意の永久磁
石材料を用いてもよい。
化させた強磁性材料の一連の環状リングよりなる磁石を提供することにある。
のとして好適な改良型磁石を発生することにある。
いMRI装置に適した磁石を提供することにある。
平行な磁場を発生する、磁石組立体に用いる強磁性構造が提供される。
れる。この組立体は、中心軸に平行な方向に一次磁場を発生するように配置され
た一対の駆動コイルと、一対の駆動コイルに近接して配置され、発生する磁場が
一次磁場に平行であって、一次磁場の均質性を改善するように作用する一対の強
磁性構造とより成る。
、構造の中心軸の周りに複数の強磁性の層を同軸配置し、一対の前記構造を一対
の同軸駆動コイルに近接して配置し、駆動コイルにより中心軸に平行な一次磁場
を発生させ、一対の前記構造により、一次磁場に実質的に平行な磁場を発生させ
て、一次磁場の均質性を改善するステップよりなる方法が提供される。
実施例についての以下の詳細な説明を読めば、本発明をさらによく理解できるで
あろう。
a、1b、一対の補償コイル2a、2b及び一対の強磁性構造32a、32bよ
りなる。駆動コイル1a、1bを流れる電流はそれぞれ、補償コイル2a、2b
を流れる電流と方向が反対である。この実施例の強磁性構造は、鉄で作られてい
る。当業者であれば分かるように、コバルト、ニッケルまたはホルミウムまたは
それらの合金のような他の強磁性材料の使用も、本発明の範囲内に含まれる。
3b、34b、35bよりなる。当該技術分野でよく知られているように、補償
コイル2a、2bは、駆動コイル1a、1bが発生させる一次磁場の2次の非均
質性を実質的に補償する作用がある。強磁性構造32a、32bは、一次磁場の
高次の非均質性を補償する作用がある。これらの構造32a、32bによりこの
補償を行うためには、それらの構造が、磁気的に飽和状態で、構造の中心軸31
と同じ方向に磁化される必要がある。一次磁場の均質性を12次まで得るために
は、3個のリングよりなる強磁性構造が必要である。
ことができる。
42と、PTFEのような非強磁性材料のストリップ44とよりなる。スチール
42及びPTFE44は、中心軸の周りに一緒に巻回されて、2層の螺旋構造を
形成する。この構造は、図3に示す構造と同様な働きをする。しかしながら、こ
のタイプの強磁性構造は製造が容易でなく、高コストある。
の強磁性構造50は、3つの同軸クラスタ52、54、56よりなる。各クラス
タは、一連の同軸層状体を有する。例えば、最も外側のクラスタ52には、15
の層61−75がある。層の数は、構造の特定の設計により異なることが分かる
であろう。この構造は、磁気的飽和状態にあり、これらの層は、その構造により
発生される磁場が駆動コイルが発生する一次磁場Bと平行であるように構成され
ている。これは、各層の半径方向厚さがその軸方向高さより小さくなるようにす
ると、達成される。好ましい実施例では、半径方向厚さに対する軸方向高さの比
率は、3より大きい。
号を付してある。層61−67のうちの幾つかを、構造体50の中心軸51の周
りに半径方向に配置した状態で示す。層61−67は、空間61a−67aによ
り分離されている。好ましい実施例では、2つの連続する層間の空間の半径方向
厚さは、その空間を囲む2つの連続する層の各々の半径方向厚さより小さい。例
えば、空間61aの半径方向厚さは、層61、62の半径方向厚さより小さい。
構造50が発生する磁場は、駆動コイルが発生する一次磁場Bと平行である。
層61−87は、深い同軸リングを強磁性材料のディスク58にすることにより
得られる。図6と同様に、これらの層61−67は、構造体57の中心軸51か
ら直径が増加するように示してある。
場Bの方向と垂直である。Z方向の軸方向高さと、各層のR方向の半径方向厚さ
との比率が3より大きくすると、構造の磁化方向が、構造の中心軸51に平行に
、従って一次磁場Bに平行になる。
またはチャンネルを研削することにより製造できる。層61−67間の空間61
a−67aには、非強磁性材料を充填するか、または空の状態にする。層間から
除去する材料の量は、構造の磁気的飽和に影響を与える。
。当該技術分野において、シムプレートを用いることにより、一次磁場の均質性
をさらに改善できることが知られている。強磁性構造内にシムプレートを組み込
むと、患者空間が増加する点で有利である。
されている。これらのロッドは、基板(図示せず)に固着され、図5に示すもの
と同じ層クラスタのような所望のリングを形成するパターンに配列されている。
基板は、鉄のような強磁性材料で作ることができる。或いは、基板をステンレス
スチールのような非強磁性材料で製作してもよい。
を形成するように配列した複数のロッドよりなる。各クラスタは、一連の層より
成る。例えば、クラスタ91は、層94、95、96、97を有する。各クラス
タのロッドの直径を変えることにより、一次磁場の均質性を高い次元で改善する
ことができる。例えば、クラスタ91のロッド91aの直径はクラスタ92のロ
ッド92bの直径と異なり、このクラスタのロッドの直径はクラスタ93のロッ
ド93aの直径と異なる。
質性を高い次元で改善することができる。これは、駆動コイルの直径を減少して
、MRI装置の全体サイズの減少を可能にする有利な効果をもたらす。さらに、
磁場の均質性が改善されるため、イメージングプロセスが早くなり、患者がMR
I装置内で過ごさなければならない時間が減少する点で有利である。
造100は、3つの連続するリング状クラスタの層102、104、106より
成り、一部の層及び空間の半径方向の寸法が変化している。有利なことに、これ
により、一次磁場の均質性がさらに改善される。当業者であれば分かるように、
層及び空間の半径方向寸法及び空間の深さは、その構造により形成される磁場に
影響を与える。数学的及び数値的モデルを用いることにより、一次磁場の非均質
性の補償を最適化するためのこれらのパラメータの最適値を得ることができる。
110は、3つのリング状クラスタ111、112、113を有する。各クラス
タは、方位長さが変化する一連の層より成る。例えば、クラスタ111は、方位
長さが異なる層114−119を有する。層の方位長さを変化すると、一次磁場
の均質性をさらに改善できる。
せの使用は、本発明の範囲内である。
0の一対の強磁性構造100を有する。磁気組立体120は、一次磁場Bを発生
させる一対の駆動コイル1a、1bと、磁場Bの2次の非均質性を実質的に補償
する一対の補償コイル2a、2bとを有する。駆動コイル1a及び補償コイル2
aは、駆動コイル1b及び補償コイル2bと実質的に同じ平面内に配置されてい
る。コイル1a、1b、2a、2bは、中心軸125の周りで同軸配置されてい
る。コイル1a、2aの平面は、コイル1b、2bの平面及び患者12の平面と
平行である。この装置はさらに、線形変化する磁場を一次磁場上に重畳する一対
の勾配コイル122a、122bと、イメージを形成する信号のためのトランシ
ーバシステムの一部を形成する一対のRFコイル123a、123bとを有する
。この装置はさらに、一対の遮蔽コイル130a、130bを有する。遮蔽コイ
ルは、周辺領域内への磁場の漏洩を減少する働きがある。コイル1a、2a、1
30a及び1b、2b、130bはそれぞれ、成形器200a、200bの上に
配列される。
0a、100bを有する。この構造は、磁場Bの高次の非均質性を補償する働き
がある。強磁性構造は、好ましくは、駆動コイルと同じ平面内に配置され、各磁
石組立体に必要とされる全体空間を減少する。この構成はまた、装置の温度制御
ユニットの製造を容易にする。
により発生する磁場が一次磁場Bの方向に平行となるように構成されている。
、図2−11を参照して上述した強磁性構造の任意の実施例で置き換えることが
可能である。
知られている。本発明の別の実施例では、この強磁性構造を温度制御する。これ
は、ペルチェ装置または温度制御手段により行うことが可能である。強磁性構造
を別個に温度制御してもよい。或いは、強磁性構造を駆動コイルに用いる温度冷
却装置内に組み込んでもよい。これはクライオスタット構造であろう。強磁性構
造をクライオスタット内に組み込むと、温度安定性がさらに改善される。
ている。これにより、一次磁場の均質性がさらに改善される。
ことがよく知られている。さらに別の実施例では、強磁性構造100a、100
bは、軸方向及び半径方向の平面の両方で調整可能である。強磁性構造の位置を
調整することにより、これらの影響を減少させる最適位置を発見することが可能
である。チップ及び傾きのような他の自由度を調整手段に組み込むことができる
。
善する作用のある一対のシムプレート121a、121bを有する。或いは、シ
ムプレートを強磁性構造100a、100bに組み込んでもよい。有利なことに
、これは患者12を囲む空間を増大させる。
ような開放性のあるMRI装置に組み込むことが可能である。或いは、強磁性構
造をCタイプのMRI装置に組み込んでもよい。
た実施例について種々の変形例及び設計変更が可能である。
えたMRI装置を示す。
されて磁場の強さを事実上増加させる磁場発生装置を開示している。EP064
5641Aは、軟磁性材料の極片を有するMRI磁石を開示している。これは、
磁場を改善し、飽和効果をなくする。EP0407227Aは、発生する磁場の
均質性を改善するためにMRI磁石の極片上に配置される多数の永久磁石または
磁性材料片の使用を記載している。 図2は、一対の駆動コイル1a、1bと、数対の互いに同軸配置された補償コ
イル2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6bとよりなる
公知の磁気コイル構造20を示す。補償コイル対は、超伝導コイルが巻回された
ものである。
Claims (21)
- 【請求項1】 中心軸の周りに同軸配置された複数の層より成り、中心軸に
平行な磁場を発生する、磁石組立体に用いる強磁性構造。 - 【請求項2】 強磁性構造は磁気飽和状態にある請求項1の強磁性構造。
- 【請求項3】 複数の層はそれぞれ、軸方向高さより小さい半径方向厚さを
有する請求項1または2の強磁性構造。 - 【請求項4】 各層の半径方向厚さに対する軸方向高さの比率は3より大き
い請求項3の強磁性構造。 - 【請求項5】 複数の層のうち2つの連続する層間の空間の半径方向厚さは
、2つの連続する層の各々の半径方向厚さより小さい上記請求項のうち任意の請
求項の強磁性構造。 - 【請求項6】 2つの連続する層間の空間には非強磁性材料が実質的に充填
されている請求項5の強磁性構造。 - 【請求項7】 強磁性材料と、非強磁性材料のストリップが中心軸の周りに
共に巻回されている上記請求項のうち任意の請求項の強磁性構造。 - 【請求項8】 複数の強磁性ロッドよりなる請求項1−6のうち任意の請求
項の強磁性構造。 - 【請求項9】 複数の強磁性ロッドはプレート上に配置されている請求項8
の強磁性構造。 - 【請求項10】 強磁性ロッドは、クラスタのような一連の同軸リング状に
配置されている請求項8または9の強磁性構造。 - 【請求項11】 プレートは非強磁性材料である請求項9または10の強磁
性構造。 - 【請求項12】 複数の層のうち少なくとも1つの層の半径方向厚さは、複
数の層のうち少なくとも他の1つの半径方向厚さと異なる請求項3−11のうち
任意の請求項の強磁性構造。 - 【請求項13】 複数の層のうち少なくとも1つの層の方位長さは、複数の
層のうち少なくとも1つの他の層の方位長さと異なる上記請求項のうち任意の請
求項の強磁性構造。 - 【請求項14】 強磁性材料は鉄である上記請求項のうち任意の強磁性構造
。 - 【請求項15】 中心軸に平行な方向に一次磁場を発生するように配置され
た一対の駆動コイルと、一対の駆動コイルに近接して配置され、発生する磁場が
一次磁場に平行であって、一次磁場の均質性を改善するように作用する、上記請
求項のうち任意の請求項に記載された一対の強磁性構造とより成る、MRI装置
に用いる磁石組立体。 - 【請求項16】 一対の駆動コイルに近接して配置された少なくとも別の対
の強磁性構造をさらに備えた請求項15の磁石組立体。 - 【請求項17】 少なくとも1つの強磁性構造は調整可能である請求項15
または16の磁石組立体。 - 【請求項18】 少なくとも1つの強磁性構造は温度により制御される請求
項15-17の磁石組立体。 - 【請求項19】 請求項15−18のうち任意の請求項に記載された磁石組
立体を備えたMRI装置。 - 【請求項20】 磁場の漏洩を防止する一対の遮蔽コイルを有する請求項1
9の磁石組立体。 - 【請求項21】 一次磁場の均質性を改善する方法であって、 構造の中心軸の周りに複数の強磁性の層を同軸配置し、 一対の前記構造を一対の同軸駆動コイルに近接して配置し、 駆動コイルにより中心軸に平行な一次磁場を発生させ、 一対の前記構造により、一次磁場に実質的に平行な磁場を発生させて、一次磁
場の均質性を改善するステップよりなる方法。
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