JP2002528204A - 勾配システム内に機械的に一体化された渦電流遮蔽を具備するｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＭＲＩ装置は、一次勾配磁場コイルと遮蔽コイル（５６）とを有する能動的に遮蔽された勾配システム（４０）を含む。能動的な遮蔽にもかかわらず、このようなシステムは遮蔽の外側である程度の磁場を必然的に生じることで、渦電流は主磁石の導電性構造の中で発生され、上記渦電流が熱放散及び不愉快なノイズを発生する。本発明によると、勾配システムは導電性のある、実質的に閉じたプレートを含む渦電流遮蔽（４８）も有し、更に、一次勾配磁場コイル（６０）及び遮蔽コイル（５６）は渦電流遮蔽（４８）内に配置され、これらの要素は合わさって機械的に剛性のあるユニットを構成する。結果として、渦電流は主磁石において回避され、不愉快なノイズは非常に減少される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、装置のイメージング体積中に勾配磁場を発生する勾配システムを含
み、この勾配システムは、勾配磁場を発生する一次勾配磁場コイルと、イメージ
ング体積の外側の空間を一次勾配磁場コイルによってこの空間の中に発生される
磁場から能動的に遮蔽する遮蔽コイルとを有する磁気共鳴診断装置に係わる。

【０００２】 この種類の装置は、米国特許第５，３４９，２９７号から公知である。

【０００３】 医学目的のための磁気共鳴診断装置、即ちＭＲＩ装置は、人体の断面の画像を
形成するよう配置される。このために、このような装置内の撮像することを目的
とした体積即ち、いわゆるイメージング体積において強く、安定した均一な磁場
が発生される。撮像されるべき断面の位置を示すために勾配磁場は、上記均一な
磁場の上に重畳される。イメージング体積の中にある組織の原子は、ＲＦ磁場に
よって励起され、このときこの励起された原子が緩和される際に生成されるスピ
ン共鳴信号は勾配磁場によって示される断面の画像を再構成するために使用され
る。主磁場とも称される安定した均一な磁場は、（超伝導であるか否かに関わら
ず）コイルシステムを用いて発生される。関連する外被と共にこのコイルシステ
ムは、イメージング体積が配置される短い管の形状とされる。この管の径は、検
査されるべき患者の寸法によって決定され、従って、所与の最小値、例えば、大
きさ９０ｃｍのオーダを有する。

【０００４】 イメージング体積中に勾配磁場を発生する勾配システムは、上記管内及びイメ
ージング体積の周りに配置される。勾配システムは、関連した勾配磁場を発生す
る勾配磁場コイルを有し、この勾配磁場及び勾配磁場コイルは夫々３つの座標方
向に１つの組を形成し、この組は夫々一次勾配磁場コイルとして称される。従っ
て、３つの軸方向の磁場は、３つの座標方向ｘ、ｙ、及び軸方向ｚにある勾配磁
場によって生成される。撮像処理中に電流パルスが勾配磁場コイルに印加される
ことで、イメージング体積の外側に漂遊磁場もまた必然的に生成される。

【０００５】 これら漂遊磁場は、勾配磁場コイルの近傍に存在する装置の導伝性部分、とり
わけ主磁場発生するために設けられた金属部分、例えばコイルシステムのための
外被の管状の部分、（超伝導性のコイルシステムの場合は）外被内に置かれた全
ての熱遮蔽、又は、主磁場自体のためのコイル中に渦電流を誘導することができ
る。渦電流によって発生された磁場は、形成されるべき画像を変形する。更に、
渦電流による磁場は、渦電流を伝導する部分において熱放散を生じさせ、これは
冷却媒体として機能する液体ヘリウムをより速く沸騰させるため超伝導のコイル
システムの場合は特に欠点となる。最後に、渦電流を伝導する部分が磁場の中に
配置され上記部分の変形を生じさせるローレンツ力を受けることで磁場は雑音を
生じさせる。

【０００６】 上述された渦電流の悪影響を妨ぐために、イメージング体積の外側で一次コイ
ルによって発生された磁場を遮蔽又は補償する試みがなされた。引用された米国
特許より、上記漂遊磁場を補償するために、一次勾配磁場コイルの周りに遮蔽コ
イルが配置され、上記遮蔽コイルは、補償により上記空間中に一次コイルによっ
て発生された磁場からイメージング体積の外側の空間の能動的な遮蔽を与えるこ
とを意図する。ここでは、能動的な遮蔽は、一次コイル以外の遮蔽コイルを用い
て補償磁場を発生することによる遮蔽を意味する。このような遮蔽コイルは、一
次コイルに直列に接続されてもよく、又は、一次コイルから独立して制御されて
もよく、一次コイルから独立して制御される場合は独立能動遮蔽と称される。

【０００７】 能動的な遮蔽のための遮蔽コイルが漂遊磁場を実質的に減少するとしても、実
際の状況において所与の量の漂遊磁場は常に残る。これは、とりわけ、遮蔽コイ
ルが不連続な巻回から形成され、寸法許容差が製造公差によって必然的に生じ、
このため磁束は勾配磁場コイル及び遮蔽コイルによって形成されたシステムを囲
う領域へ遮蔽巻回間を通って逃げることができることによって説明され得る。

【０００８】 本発明は、能動的に遮蔽された勾配システムが主磁場磁石において発生される
渦電流を実質的に減少させ、勾配システムによって生じるノイズを実質的に減少
する、上述した種類の磁気共鳴診断装置を提供することを目的とする。

【０００９】 上記目的を達成するために、本発明による磁気共鳴診断装置は、勾配システム
が導電性を有する実質的に閉じたプレートによって形成される渦電流を含み、一
次勾配磁場コイル及び遮蔽コイルが渦電流遮蔽内に配置され、この渦電流遮蔽と
共に機械的に剛性のあるユニットを構成することを特徴とする。

【００１０】 コイルシステム自体が殆どの遮蔽システムを既に形成するため、残留漂遊磁場
は遮蔽されていない場合と比較するとまだ小さい。導電性渦電流遮蔽が２つのコ
イルが配置された実質的に閉じたプレートから形成される場合、熱放散及び主磁
場磁石におけるノイズの生成に関する上記問題が回避されるよう磁束が環境に逃
げることが防止される。

【００１１】 このようにして構成された勾配システムがＭＲＩ装置の主磁場に配置されると
き、主磁場はシステム全体にローレンツ力を加えない。これは、システムが主磁
場コイルの領域で磁場を発生しないことでシステムが主磁場コイルにローレンツ
力を加えることができないことを考慮すると容易に理解され得る。しかしながら
、これは、反力（即ち、主磁場によって勾配システムに加えられる力）も全く存
在できないことも意味する。このこと自体、全体的に主磁場が勾配システムに力
を加えない（即ち、動かす力が無い）ことで雑音の発生を排除することを意味す
る。

【００１２】 最後に、２つのコイル及び渦電流遮蔽は合わさって機械的に剛性のあるユニッ
トを形成し、それにより本発明によって構成された勾配システム中の内力が機械
的剛体組立体のみの僅かな変形を生じさせる（全体としてシステムの移動を生じ
ることはできないがこのシステムの変形をまだ生じさせることができる）。従っ
て、ノイズの減少に関する要求は非常に満たされる。

【００１３】 公知の勾配システムを設置する際、勾配システムと装置の残る部分、特に主磁
場磁石とによって形成された組合わせの特定の特徴に依存して、勾配システムを
調節することが必要である。これは、必然的な製造公差、特に勾配システムの製
造者がシステムの製造者でない場合に頻繁に起る公差のためである。勾配システ
ムの製造者は、特定の公差内で製造することができるが、勾配システムがシステ
ム中に組込まれるとき、各組み合わせに対して異なる調節値が必要となる。しか
しながら、本発明によって構成された勾配システムは、この勾配システムが漂遊
磁場を示さないか、又は、僅かな漂遊磁場のみを示すように一つのユニットとし
て製造者によって調節され得る。従って、本発明による装置は、システムの最終
的な組み立て中に調節段階を必要としないといった追加的な利点を提供する。

【００１４】 米国特許第５，０８３，０８５号がイメージング体積内において線形の勾配磁
場を生成し、イメージング体積を勾配システムの外側で生じる渦電流の乱影響か
ら遮蔽するための勾配磁場コイルの遮蔽システムを含む磁気共鳴装置を開示する
。引用された文献において説明されたコイルシステムは、コイルの第１の組と、
このコイルの第１の組を封入する導電性遮蔽と、この導電性遮蔽を封入するコイ
ルの第２の組とを含む。コイルの両方の組及び導電性遮蔽は合わさって機械的に
剛性のあるユニットを形成する。

【００１５】 このコイルの両方の組（内側コイル及び外側コイルとも称される）の内側コイ
ルは、所望の勾配磁場を生成し、導電性遮蔽の中で渦電流を生じさせる。この渦
電流は、導電性外側コイルによって発生された逆向きの渦電流によって抑制され
る、これらの渦電流の合計は略ゼロとなる。

【００１６】 外側のコイルは、内側コイルによって発生された渦電流と逆向きの渦電流を発
生することを意図するため、当業者には外側コイルが能動的な遮蔽を実現するこ
と、即ち内側コイルによって生じた漂遊磁場を可能な限り減少することを目的と
しないことが明らかである。引用された文献に説明されるように、外側コイルは
遮蔽における渦電流の合計がゼロに等しいように駆動されるため、導電性遮蔽も
遮蔽を目的とするものではない。遮蔽がその外側で生じる変化からイメージング
体積を遮蔽するため、イメージング体積に対する外側コイルの影響は非常に小さ
い。この理由のため、システム全体は、漂遊磁場をまだ生成する。更に、遮蔽は
外側コイルから生じた漂遊磁場に対して遮蔽効果を持つことができず、結果とし
て生ずる外側の漂遊磁場はまだ存在する。ローレンツ力及び漂遊磁場によって生
じた熱放散に関する問題の解決策を見出そうとする当業者は、この問題の解決に
繋がる技術的な情報を上記文献から見出すことはできない。

【００１７】 本発明の実施例において、勾配システムは、真空排気された空間の中に配置さ
れる。本発明によって構成された勾配システムは、勾配システムにおける全ての
残留振動が周囲の構成部品に全く又は殆ど送られないような減衰した及び／又は
弾性的な方法で上記真空排気された空間の中に配置され得る。従って、音響振動
を伝送する周囲の大気が無いため、このシステムは不愉快なノイズを生じない。

【００１８】 本発明の別の実施例において、渦電流遮蔽の渦電流のための時定数は、勾配シ
ステムを駆動する勾配電流パルスのパルス幅よりも大きい。渦電流遮蔽の渦電流
にこのような時定数を選択することは、勾配電流パルスが存在する間、渦電流の
顕著な減衰が生じることを防止する。このような状況において、渦電流遮蔽の外
側に所与の量の漂遊磁場が存在し得る。既に説明された通りこの漂遊磁場は回避
されるべきである。従って、遮蔽効果は渦電流遮蔽のこのような時定数の選択に
よって更に最適化され得る。

【００１９】 本発明の更なる実施例における渦電流遮蔽は、アルミニウム及び／又は銅から
成る。この材料を使用して、十分な機械的剛性が容易に実現され得ると同時に所
望の電気特性、特に上記時定数に関する電気特性、が比較的少量の材料で実現さ
れ得る。

【００２０】 本発明の更なる実施例において、遮蔽コイルと渦電流遮蔽との間に空間が存在
し、強磁性シム要素が装置のイメージング体積における安定した、均一な磁場を
調節するために上記空間の中に配置される。概して、撮像されるべき患者が収容
されるべきボア（即ち、主磁場磁石の環状の内部空間）は、費用上の理由のため
、できるだけ小さい寸法、即ち検査されるべき患者の最大寸法に限りなく近い寸
法を有するべきである。しかしながら、一方でこのボアにおけるイメージング体
積の周りに勾配システムを配置することがまだ必要であり、勾配システムはでき
るだけ薄い厚さを有するべきである。他方で、理論的な観点より、遮蔽コイルの
外側と渦電流遮蔽の内側との間に所与の距離が存在するとき渦電流遮蔽の遮蔽効
果は最適である。従って、勾配システム内で形成された空間は、いずれにしても
ボア内に常に存在するシム要素を収容するために使用され得る。シム要素がボア
内におけるその元の位置から上記空間に移動されるとき、遮蔽コイルと渦電流遮
蔽との間における所望の空間の形成による勾配システムの寸法の全ての増加は、
ボアの対応する増加には繋がらない。

【００２１】 本発明による別の実施例において、空間が一次勾配磁場コイルと遮蔽コイルと
の間に存在し、この空間は充填剤媒体を含み、その中には冷却液を伝導するよう
にダクトが設けられる。これは特に、勾配システムが例えば水を用いて様々なコ
イルを冷却することが必要となり得る真空排気された空間の中に配置される場合
である。このために、一次勾配磁場コイルと遮蔽コイルとの間の空間が有利に使
用され得るが、この空間はいずれにしても遮蔽の最適化のために度々存在する。
本発明による勾配システムが機械的に剛性のあるユニットを構成するため、この
空間は充填剤媒体によって充填され、所望の冷却ダクトがその中で形成され得る
。

【００２２】 以下、図面を参照して本発明について説明する。

【００２３】 図１に示される磁気共鳴診断装置は、安定した均一な磁場Ｂを発生する第１の
磁石システム１と、勾配磁場を発生する第２の磁石システム３（勾配磁場コイル
システム）と、勾配磁場コイルシステム３のための電力増幅器７と、第１の磁石
システム１のための給電装置５とを有する。ＲＦコイル９は、ＲＦ磁気交番磁場
を発生するために機能し、このためにＲＦ源１１を含むＲＦ送信器に接続される
。ＲＦコイル９は又、ＲＦ送信器の場によって検査されるべき対象物中に発生さ
れるスピン共鳴信号（図示せず）を検出するために使用され得、このためにこの
コイルは信号増幅器１３を含むＲＦ受信器に接続される。信号増幅器１３の出力
は、中央制御装置１７に接続された検出回路１５に接続される。中央制御装置１
７は、ＲＦ源１１のための変調器１９、電力増幅器７、及び、画像表示のための
モニタ２１も制御する。ＲＦ発振器２３は、変調器１９、並びに、測定信号を処
理する検出器１５を制御する。ＲＦ発振器２３は、冷却ダクト２７を具備した冷
却装置２５は、第１の磁石システム１の磁石コイルを冷却するために機能する。
磁石システム１及び３内に配置されたＲＦコイル９は、イメージング体積２９を
封入し、医学診断測定のための装置の場合、このイメージング体積２９は検査さ
れるべき患者又は検査されるべき患者の一部分、例えば、頭及び首、を収容する
のに充分な大きさである。従って、安定した磁場Ｂと、対象物のスライスを選択
するための勾配磁場と、空間的に均一なＲＦ交番磁場とは、イメージング体積２
９内で発生され得る。ＲＦコイル９は、送信コイル及び測定コイルの機能を組合
わすことができ、この場合順方向及び逆方向の信号トラフィックを分離する分離
回路１４が設けられる。或いは、この二つの機能のために異なるコイル、例えば
、測定コイルとして機能する表面コイルが使用され得る。所望の場合、コイル９
はＲＦ磁場遮蔽ファラデーケージ３１によって封入されてもよい。

【００２４】 図２は、本発明による勾配磁場コイルシステム４０の組立体の構成、並びに、
図１に概略的に示される磁石システム１の筐体３２を示す図である。組立体は、
回転対称軸３６を含む回転的に対称な外観を有する。この図は、軸３６を通る平
面の断面図を示しており、組立体は全体的に略環状の形状を有する。筐体３２は
、均一な磁場Ｂ（この図では図示されない）を発生するコイルが収容された空間
３４を封入する。均一な磁場を発生するこのようなシステムは超伝導システムで
もよく、その場合空間３４は、要求される低温、を維持するために要求された全
ての要素特に真空容器及び放射遮蔽を収容するように配置される。

【００２５】 本発明による勾配磁場コイルシステム４０は、前述の空間３４と隣接する空間
３８の中に収容され、所望であればこの空間は真空排気された空間でもよい。機
械的に剛性のあるユニットを含むシステム４０は、磁石システム１のための空間
３４と勾配システム４０のための空間３８との間のパーティション４２に取り付
けられる。この取付けは、取付要素４４によって成され、これはシステム４０が
その中で生成された振動が、勾配システム中の全ての残留振動が周囲の構成部品
に全く伝達されないか強く抑制された方法でのみ伝達されるまで減衰又は抑えら
れるよう弾性的に据付けられる。

【００２６】 図２は、更に、勾配磁場コイルシステムの正確な構成がより詳細に示された詳
細図を示す。上記パーティション４２は、厚さ２ｍｍのステンレス鋼から形成さ
れてもよい。このパーティション４２と厚さ８ｍｍの渦電流遮蔽４８との間には
、その壁４２と渦電流遮蔽４８との間に約５ｍｍの距離が存在するように真空空
間４６が形成される。機械的に剛性のあるユニットを含むシステム４０は、要素
４８乃至６０を含む。その内の層５０は、１５ｍｍの厚さを有する機械支持層を
構成し、所望の機械的に剛性のあるユニットが実現される。ガラス繊維強化重合
体を含む層５０には、軸３６と同じ方向に延在し、装置のイメージング体積の中
の主磁場を調節するために強磁性シム要素５４を収容するカットアウトが設けら
れる。シム要素５４は、カットアウトの中に設けられたレール上で移動可能であ
る。

【００２７】 コイルの外側の空間を空間の中で一次勾配コイルによって発生された磁場から
能動的に遮蔽するための遮蔽コイル５６の導線は、層５０の内側に設けられると
共に一つの機械的ユニットを構成する。夫々ｘ遮蔽コイル５６ａ、ｙ遮蔽コイル
５６ｂ、及び、ｚ遮蔽コイル５６ｃであるこれらのコイルは、併せて約１０ｍｍ
の厚さを有する層を構成する。能動的な遮蔽システムの最適動作のために一次勾
配磁場コイルと遮蔽コイルとの間に所与の距離が必要とされる。この距離は、厚
さが８０ｍｍの中間層５８によって設けられ、この中間層は勾配システムの機械
的強さ及び剛体性に寄与する。ガラス繊維強化重合体を含む中間層５８は、コイ
ルシステム４０の中で発生された熱を放出するために冷却剤を伝導するダクト（
図示せず）が設けられ得る。装置のイメージング体積２９中に勾配磁場を発生す
る一次勾配磁場コイル６０の導線は、層５８の内側に設けられると共に一つの機
械的ユニットを形成する。夫々ｘ勾配磁場コイル６０ａ、ｙ勾配磁場コイル６０
ｂ、及び、ｚ勾配磁場コイル６０ｃであるこれらのコイルは、合わせて約１０ｍ
ｍの厚さを有する層を構成する。勾配磁場コイルシステム４０が収容される空間
３８は、撮像されるべき患者が位置付けられるボアから真空気密性のパーティシ
ョン６４によって分離され、このパーティションは、約５ｍｍの厚さを有しガラ
ス繊維強化重合体から成る。約４ｍｍの幅を有する真空空間６２が、パーティシ
ョン６４とコイルシステム４０との間に存在する。コイルシステムを取り巻く大
気が無いため、音響振動は全く伝送されずコイルシステム４０は不愉快なノイズ
を生じ得ない。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】 磁気共鳴診断装置の一般的な構成を概略的に示す図である。

【図２】 本発明による勾配磁場コイルシステムの構成を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 マーテブア，アールト イェー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 ローゼン，ニーコラース ベー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 フェルビュント，ヨハネス ペー エム オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB33 AB48 AD09 CA21 CA35 CA67 CB07 CB16 CB19 CC08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置のイメージング体積中に勾配磁場を発生する勾配システ
   ムを含み、上記勾配システムは、 上記勾配磁場を発生する一次勾配磁場コイルと、 上記イメージング体積の外側の空間を上記一次勾配磁場コイルによって上記空
   間の中に発生される磁場から能動的に遮蔽する遮蔽コイルとを有する磁気共鳴診
   断装置であって、 上記勾配システムは、導電性があり実質的に閉じたプレートによって形成され
   た渦電流遮蔽を含み、上記一次勾配磁場コイル及び遮蔽コイルは上記渦電流遮蔽
   内に配置され、上記渦電流遮蔽と共に機械的に剛性のあるユニットを構成するこ
   とを特徴とする磁気共鳴診断装置。
2. 【請求項２】 上記勾配システムは真空排気された空間の中に配置される請
   求項１記載の磁気共鳴診断装置。
3. 【請求項３】 上記渦電流遮蔽の渦電流のための時定数は上記勾配システム
   を駆動する勾配電流パルスの幅よりも大きい請求項１又は２記載の磁気共鳴診断
   装置。
4. 【請求項４】 上記渦電流遮蔽はアルミニウム及び／又は銅から形成される
   請求項３記載の磁気共鳴診断装置。
5. 【請求項５】 上記遮蔽コイルと上記渦電流遮蔽との間に空間が存在し、装
   置のイメージング体積における安定した、均一な磁場を調節するために上記空間
   の中に磁性シム要素が配置される請求項１乃至４記載のうちいずれか一項記載の
   磁気共鳴診断装置。
6. 【請求項６】 上記一次勾配磁場コイルと上記遮蔽コイルとの間に空間が存
   在し、上記空間の中には冷却媒体を伝導するためにダクトが形成された充填剤媒
   体が設けられた請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の磁気共鳴診断装置。