JPH10513087A - 高周波アンテナと傾斜磁場コイルからなる組合せ装置を備えた核スピン断層ｘ線撮影器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来の装置では傾斜磁場コイルは相互に同心的な少なくとも２つの円筒面に分割されている。この場合傾斜磁場コイル（２）の有効導体（２ａ）は結合導体（２ｂ）よりも検査空間の近傍に位置している。内方の有効導体（２ａ）と外方の結合導体（２ｂ）との間の介在空間には高周波アンテナ３が組み込まれている。このような組合せ構造によってマグネット内での所要スペースが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】 高周波アンテナと傾斜磁場コイルからなる組合せ装置を備えた核スピン断層Ｘ線 撮影器 従来の技術 本発明は、基本磁場マグネットと、検査空間とを有し、該検査空間内方に少な くとも１つの傾斜磁場コイルと高周波アンテナが組み込まれており、各傾斜磁場 コイルは第１の面上の有効導体と第２の面上の結合導体からなり、前記第２の面 は第１の面に実質的に並列し、かつ検査空間に対して比較的大きな間隔を有して いる核スピン断層Ｘ線撮影器に関する。 核スピン断層Ｘ線撮影器において基本磁場マグネットが必要であることは公知 である。この基本磁場マグネットにより検査領域内で核スピンが所定の方向に配 向される。この所定方向への核スピンの変向に対しては、高周波アンテナを用い て電磁エネルギーが被検体に照射され、場合によっては同じ高周波アンテナによ って、発生した核磁気共鳴信号が受信される。この種の高周波アンテナの簡単な 例は例えば米国特許第４５０６２２４号明細書に記載されている。この場合の高 周波アンテナは、個々のロッドからなっており、これらのロッドが端部側でコン デンサを介してアースに接続されている。 発生した核磁気共鳴信号の位置符号化に対しては、さらに勾配磁場が必要とさ れる。これらは各空間方向（例えばｘ，ｙ，ｚ等のグラフィックな座標系）毎に 傾斜磁場コイルの１つのセットによって形成される。この種の傾斜磁場コイルの 簡単な構成例は例えば米国特許第４４８６７１１号明細書に記載されている。図 １に概略的に示されているように、超伝導形の傾斜磁場コイル１の場合ではこれ が円筒状の開口部１ａを有している。この円筒状開口部１ａ（これは一般的には “ヒートホール”とも称される）は従来の装置ではこの開口部１ａ内部に配設さ れる傾斜磁場コイル２と高周波アンテナ３によって狭くなる。図１にはさらに高 周波シールド５が概略的に示されている。このシールドは高周波アンテナ３を外 部から遮蔽している。ヒートホール１ａの直径は、組み込み要素も相応に考慮し て、検査すべき患者に対して与えられる開口部よりも大きくされる。患者に対す る最終的な横臥状態の快適を考慮すれば所期の最低寸法を下回ることは許されな いので、ヒートホール１ａのサイズは、固定された患者のための開口部と、高周 波アンテナ、傾斜磁場コイル及びさらなる組込み部材（例えば基本磁場の均質性 向上のためのシールド部材等、これは簡略化のために図１には示されていない） の厚さによって決まる。しかしながらこれらの部材の所要スペースは傾斜磁場コ イルや高周波アンテナに比べて僅かである。 マグネットのヒートホールが大きければ大きいほど、それに対するコストも高 くなる。特に超伝導タイプの場合にはこれが顕著になって現れる。 上記問題はポールピースマグネットの場合にも当てはまる。この場合は高周波 アンテナと傾斜磁場コイルがポールピースに設けられ、このポールピース間の間 隔は実質的に患者用開口部の高さと、高周波アンテナと傾斜磁場コイルの高さに よって決定される。 欧州特許出願公開第０３０７９８１号明細書からは、高周波アンテナと傾斜磁 場コイルの集積された装置が公知である。この場合はその集積化に伴ってこれら の部材の所要スペースも低減され、さらに傾斜磁場コイルのエネルギー消費も低 減される。この公知装置の１実施例においては高周波アンテナの部分が傾斜磁場 コイルの巻線間に配置されている。しかしながらこの配置構成では高周波アンテ ナと傾斜磁場コイルの間の結合に問題が生じる。 それ故に本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の核スピン断層Ｘ線撮影器 において、患者用開口部の所定のサイズのもとで基本磁場マグネットを可及的に 小さなサイズに抑えることができ、さらに高周波アンテナと傾斜磁場コイルの減 結合が十分に達成されるように改善を行うことである。 前記課題は、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明によって解決される 。本発明によれば、傾斜磁 場コイルの個々の導体の内方側への高周波アンテナの空間的収容によって、傾斜 磁場コイルと高周波アンテナに対する所要スペースが低減され、それにより、同 じサイズの患者用開口部のもとでも、より小さなマグネットを組込むことが可能 となる。これは大幅なコスト低減に結び付く。２つの面の間に高周波アンテナを 配置することと、結合導体に対するシールドによって、傾斜磁場コイルと高周波 アンテナの間の十分な減結合が達成される。高周波アンテナの直線的な導体構造 により、高周波磁場の均質性への悪影響も回避される。 実施例 次に本発明の実施例を図面に基づき以下に詳細に説明する。 図２は、本発明の第１実施例の概略的な断面図を示しており、図３は、配置構 成の概略的な斜視図を示しており、図４は、本発明の第２実施例の概略的な断面 図を示しており、図５は電流の流れを平面図で示したものであり、図６は電流の 流れを断面図で示したものであり、図７は図５と図６の実施例における磁界経過 特性を表した図である。 図２による実施例の概略図から明らかなように、傾斜磁場コイルの導体は、異 なる半径を有する２つの相互に同心的な円筒面におかれている。この場合高周波 アンテナ３は、２つの円筒面の間に配置されている。 この高周波アンテナ３自体に関するここでの詳細な説明は省く。なぜなら本発明 ではその構造ではなく、その空間的な配置構成のみが重要だからである。高周波 アンテナ３としては例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０１５５７号明 細書に示されているように、扁平な導体構造が適用されてもよい。 ここでは傾斜磁場コイルにおいても空間的な配置構成が問題であって、傾斜磁 場コイル自体の具体的な設計仕様は重要ではない。例えば傾斜磁場コイルの設計 仕様の一例としては米国特許第５０１２１９２号明細書に記載されているものが あげられる。 異なる円筒面に位置する導体区分を有する傾斜磁場コイルは、既に米国特許第 ５１９８７６９号明細書からも公知であるが、しかしながらこの高周波アンテナ は、２つの円筒面の間に配置されているのではなく、従来の一般的な配置構成が とられている。そのため所要スペースも増加する。 図２にはいわゆる横型の傾斜磁場コイルのみが概略的に示されている。すなわ ち磁場勾配が、円筒軸線方向にある基本磁場の方向に対して直角方向に作用する ものである。この横型傾斜磁場コイルに対しては各勾配磁場の方向毎に（通常は ｘ軸方向とｙ軸方向に）それぞれ１対の対向する部分コイル２(x)，２(x)′；２ (y),２(y)′が必要とされることは公知である（図４参照）。 各傾斜磁場コイル２には、所望の磁場を直接形成する有効導体（２ａ）と、こ の有効導体と結合され簡単な構造のもとで勾配磁場への影響を引き起こす結合導 体（２ｂ）が存在する。十分に考えられた設計仕様の傾斜磁場コイルのもとでは 、結合導体の作用が共に考慮され、有効導体−結合導体ユニット全体が最適化さ れるように磁場の見積もりが行われる。有効導体は本発明による装置では内方の 円筒面に位置している。そのため比較的僅かなコイル直径に基づいてエネルギー とそれに伴う傾斜磁場コイルのインダクタンスが同じ勾配磁場強度のもとで低減 される。それにより、比較的低出力の勾配磁場増幅器の使用も可能であり、ある いは所定の出力のもとで比較的高い勾配磁場を形成することができる。所要エネ ルギーの低減化によってないしは比較的僅かな集積密度によって傾斜磁場コイル に対する冷却コストも低く抑えることができる。従って場合によってはこれまで に水冷式の冷却が必要であったのが空冷式の冷却に置き換えることができるよう になる。 傾斜磁場コイル−高周波アンテナの全高は相互入れ子式の構造形式によって低 減され、それによって基本磁場マグネットの同じ大きさのヒートホールのもとで 、より大きな患者用開口部が得られるか、又は同じ大きさの患者用開口部のもと で基本磁場マグネットを比較的小さくすることが可能となる。それによって患者 への快適性の向上もしくはコスト低減が達成される。 図３には傾斜磁場コイル２と高周波アンテナの配置構成が斜視図で概略的に示 されている。この装置全体は支持管４に固定されている。この支持管４上には検 査空間方向で高周波アンテナ３が扁平な導体形状で固定されている。これは基本 磁場の方向に延在している。この高周波アンテナ３の上方には傾斜磁場コイル２ の有効導体２ａが配設されている。結合導体２ｂ（これは有効導体２ａと相互接 続され、図示されていない勾配磁場増幅器に接続されている）は反対側の支持管 ４に配設されている。 傾斜磁場コイル２は外方に向けてアクティブシールドされてもよい。それによ り傾斜磁場コイルから形成される磁場が検査空間外では大幅に減衰され、それに 伴って引き起こされる例えば渦電流も僅かになる。このシールドに対しては専用 のシールドコイル６が必要とされる。これも支持管４の下方側に置かれる。この ような傾斜磁場コイルのアクティブシールド構想は、例えば米国特許第４８７８ ０２３号明細書に説明されている。 高周波アンテナ３から外部への高周波出力の照射と、外部から高周波アンテナ ３への影響を避けるために、高周波シールド５が設けられる。このシールドは例 えば図４の実施例に示されているように装置全体を覆うように配置するか、又は 図２の実施例に示されてい るように高周波アンテナ３と結合導体２ｂの間に配置することが可能である。こ の高周波シールドの機能は、傾斜磁場コイルの導体部分がとりおこなってもよい 。閉鎖的高周波シールド面を得るために、個々のシールド部材ないしは傾斜磁場 導体が相互に容量結合される。 傾斜磁場−高周波アンテナの配置構成は次のように選定されなければならない 。すなわち最小の磁場結合が得られて高周波磁場が有効導体２ａによりできるだ け障害を受けないように選定されなければならない。このことは図５〜図７に基 づいて以下で説明する。図５には相応の電流方向を有する高周波アンテナ３の扁 平な導体構造上での有効導体２ａの配置構成が平面図で示されている。高周波ア ンテナ３を流れる電流Ｉ_Hfは、高周波アンテナの長手方向、すなわち基本磁場の 方向に流れる。有効導体２ａを流れる電流Ｉ_Gは高周波電流Ｉ_Hfの方向に対して 直角方向に流れている。これにより理想的なケースにおいて磁気結合の発生がな くなる。 図示の配置構成ではさらに有効導体２ａが高周波磁場の電界成分Ｅを検査空間 方向でシールドする利点が得られる。この電界成分Ｅは核磁気共鳴信号には役立 たない。この電界成分は被検体に吸収される高周波出力のみを高め、それに伴う 不所望な加熱と高周波送信器の負担を高めるだけである。 高周波アンテナと傾斜磁場コイルの組合せによるシールド作用は図７に示され ている。高周波フィールドの電界成分のラインは実質的に高周波アンテナ３と傾 斜磁場コイルの有効導体２ａの間で延在している。それに対して磁力線Ｂは、傾 斜磁場コイル装置による障害を受けない。なぜなら有効導体２ａがこの磁力線の 方向で置かれているからである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基本磁場マグネット（１）と、検査空間（１ａ）とを有し、該検査空間内方 に少なくとも１つの傾斜磁場コイル（２）と高周波アンテナ（３）が組み込まれ ており、各傾斜磁場コイル（２）は、第１の面上の有効導体（２ａ）と第２の面 上の結合導体（２ｂ）からなり、前記第２の面は第１の面に実質的に並列しかつ 検査空間に対して比較的大きな間隔を有している、核スピン断層Ｘ線撮影器にお いて、 前記２つの面の間の介在空間に高周波アンテナ（３）が有効導体（２ａ）に 対して直角な直線的導体構造でもって完全に包含されており、前記結合導体（２ ｂ）と高周波アンテナ（３）の間に高周波シールド（５）が設けられていること を特徴とする、核スピン断層Ｘ線撮影器。 ２．前記高周波アンテナ（３）を通る高周波電流（Ｉ_Hf）が第１の方向に流され 、該第１の方向に対して直角方向に傾斜磁場コイル（２）の有効導体（２ａ）が 延在する、請求の範囲第１項記載の核スピン断層Ｘ線撮影器。 ３．前記高周波アンテナ（３）は、検査空間（１ａ）内で基本磁場によって形成 される磁場の方向に電流を流され、有効導体（２ａ）の電流方向が前記磁場方向 に対して直角方向におかれる、請求の範囲第２ 項記載の核スピン断層Ｘ線撮影器。 ４．検査空間（１ａ）方向で高周波アンテナ（３）を覆う有効導体（２ａ）が高 周波的にアースされ、それによって高周波アンテナ（３）から出射する電界がシ ールドされる、請求の範囲第１項〜３項いずれか１項記載の核スピン断層Ｘ線撮 影器。 ５．前記傾斜磁場コイル（２）はアクティブシールドされている、請求の範囲第 １項〜４項いずれか１項記載の核スピン断層Ｘ線撮影器。 ６．円筒状の検査空間（１ａ）を有し、該検査空間（１ａ）を取り囲む円筒状の 支持管（４）が設けられとおり、該支持管（４）上では検査空間（１ａ）に向い た側に高周波アンテナ（３）と有効導体（２ａ）が配設されており、結合導体（ ２ｂ）は前記支持管（４）を貫通して前記検査空間（１ａ）とは反対側の支持管 （４）側で延在している請求の範囲第１項〜５項いずれか１項記載の核スピン断 層Ｘ線撮影器。