JPH1057342A - 磁気共鳴装置及び磁気共鳴法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気共鳴装置及び磁気共鳴法を提供する。 【解決手段】 強磁性磁束経路２０が、極片３０、３２
間に延びる。継続性スイッチ６４を伴った直列の超伝導
コイル６２が、この磁束経路を囲む。一対の抵抗性コイ
ル５０、５２が、各極片の１つに配置される。この抵抗
性コイルは、熱故障点の近くでオーバドライブされ、極
片間のギャップに 0.5テスラ又は別の所定の磁場強度を
生成する。この永久スイッチが閉じられると、超伝導コ
イルを通る磁束が安定化され、維持される。この抵抗性
磁石は、勾配をもって下げられ、又はシャットオフされ
る。イメージング中、より少ない電流が抵抗性コイルに
送られ、極間のギャップを通る超伝導コイルからの磁場
を補足し、集中する。このようにして、高い強度の磁場
が、抵抗性コイルと超伝導コイルを比較的安価で組み合
わせることにより、ギャップ中に生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴装置及び
磁気共鳴法に関する。本発明は、磁気共鳴イメージング
に関し、以下に特にそれに関連して説明する。しかしな
がら、本発明は、磁気共鳴スペクトル解析法、及び別の
医療又は診断技術等に用いることもできることを理解さ
れたい。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気共鳴は、磁場、特に鉄戻り
通路に接続した対向する極片の間で強い一様な磁場の生
成を伴う。磁気共鳴イメージングシステムにおいては、
イメージング容量にわたる均質な磁場が与えられるのが
典型的である。システムの磁石から発生する５ガウスを
超えるフリンジ磁場が、イメージャのすぐ近くの領域に
制限される。以前は、ほとんどの磁気共鳴イメージャ
が、複数の環状磁気コイル内のエアコアを軸方向に通る
主又は一次磁場を生成してきた。しかしながら、このエ
アコアの設計は、鉄芯磁石と比較すると、比較的効率が
よくない。エアコアの設計は、鉄芯磁石と比較すると多
くのアンペアターンを必要とするため、超伝導磁石に非
常に適している。鉄芯磁石は、フリンジ磁場を良好に閉
じ込めるように比較的安価に設計でき、患者へのアクセ
スも改善し、付勢を容易にサイクルできる能力を有す
る。

【０００３】磁気共鳴に用いるために、別のＣ型、ダブ
ルＣ型、Ｈ型、及び画像フレーム型の鉄心電磁石が作ら
れてきた。しかしながら、これらは非常に重いのが通常
である。例えば 0.2テスラと比較的小さい磁場用のＣ型
磁石であっても、鉄戻り通路又は強磁性通路の非常に大
きな質量を有する。重量を最小にするために、鉄戻り通
路のヨークを極片に近接して配置することもできたが、
この戻り通路はギャップ間の磁場をひずませる傾向があ
った。そのため、この戻り経路は、ギャップから離れた
位置に配置され、その結果として磁石の横断面の全体長
と、その重量を大きくする必要があった。ダブルＣ型、
Ｈ型、又は画像フレーム型の磁石の二重戻り経路は、ギ
ャップ又はイメージング容量の対称性及び一様性を改善
する傾向を有した。

【０００４】磁場強度及びギャップ距離が大きくなる
と、戻り通路の横断面も大きくなった。鉄芯の重量は、
極片とギャップの間隔のほぼ三乗として、又磁場強度に
線形に大きくなった。この厳しい重量の条件により、こ
のような磁石のギャップは最小にされた。人間のイメー
ジング用に作られる磁石においては、ギャップが垂直に
配列され、横たわっている人間の体の最も小さい前部か
ら後部への寸法を調節できた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先ず、Ｃ型磁石中の抵
抗性の起動コイルに流れる電流を大きくすることが、ギ
ャップサイズを小さくせずに、又鉄芯の寸法を大きくす
ることなく、磁場強度を大きくする問題を解決する方法
にように思える。しかしながら、このことは、磁気共鳴
システムの電力消費量をかなり大きくする。鉄芯電磁石
の磁場強度（アンペアターンの単位）が、より多くの電
流を流したり、巻数を増やしたりすることによって、大
きくされることができる。しかしながら、起動コイル中
の電力損失は、与えられた電流の二乗に比例して大きく
なる。（好ましくない形状に）巻数を多くすると、励磁
コイル中の抵抗損が大きくなる。さらに悪いことに、こ
の磁場は、鉄心の飽和効果のために、大きくしたアンペ
ア数又は巻数に応じて大きくならない。許容できる形状
及び電力消費により、抵抗性電磁石の磁場強度が、実際
的に制限される。このことは、製造コスト及び操作だけ
でなく、システムの複雑性にも影響を与える。さらに、
抵抗性コイルからの熱放散も、重大な問題となる。

【０００６】例えば、 1.0メートルの径と、間に 0.5メ
ートルのギャップを有する極片を備えた、 0.2テスラで
イメージングする従来のＣ型磁石が、強磁性戻り脚の周
りでおよそ60,000アンペアターンを必要とする。このよ
うな磁石を 0.5テスラに起動するには、何倍もの電力を
必要とする。このような電力レベルでは、熱放散が重要
な問題となる。実際に、過剰に起動する（オーバドライ
ブ）磁石は、自己破壊する傾向にある。別の実施例にお
いては、各極片の背後に超伝導コイルを設ける。 0.5テ
スラで、超伝導コイルは小さいが、そのための低温槽が
複雑さを大きくする。この低温槽が、液体ヘリウムを蓄
積している。このコイルは直列に接続され、磁力に抵抗
するようにつり下げられている。複数の低温槽を有する
ために、継続的な(persistent)モード励起及び調整が、
複雑さ及び高価なものにつながる。当然のことながら、
超伝導コイルの間の熱及び電気伝導路を設けることもで
きるが、これらは、さらに低温槽に対する複雑性及び費
用を増長する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象物受入れ
領域３４と、対象物受入れ領域の両側に位置する第１及
び第２極片３０、３２と、第１及び第２極片を相互に接
続する強磁性磁束経路Ｂ、中を通る予め選択された磁束
を維持するために強磁性磁束経路Ｂに沿って配置される
超伝導磁石６０、及び対象物受入れ領域３４を通る磁場
強度を調節するために各々が第１及び第２極片３０、３
２に隣接して配置される第１及び第２の付加的な磁石５
０、５２とを備える磁気共鳴装置を提供する。本発明
は、対象物受入れ領域３４を通る磁場強度を所定の値に
調節し、超伝導コイルが強磁性磁束経路を通る磁束を一
定に保持するように、超伝導コイル６０を磁場に関連す
る強磁性磁束経路Ｂに磁気的にカップリングするステッ
プを有する磁気共鳴法を提供する。

【０００８】本発明のより制限された態様においては、
磁気共鳴イメージングシステムを提供する。このシステ
ムは、検査領域内に磁束を生成する強磁性磁束経路を有
する。高周波パルスコントローラ及び送信機が、検査領
域にダイポールを誘導し、高周波共鳴信号が生成される
ように共鳴する。磁場勾配用コイル及び磁場勾配用コン
トローラが、少なくとも位相を生成し、検査領域に直交
する方向で磁場勾配パルスを読み取る。受信機が、高周
波磁気共鳴信号を受け取り、復調する。イメージプロセ
ッサが、イメージ表示を再構成する。このシステムは、
強磁性磁束経路に磁束を生成する起磁力手段を備えるこ
とを特徴とする。さらに、このシステムは、強磁性経路
の少なくとも一部において磁束を安定化する磁束安定手
段を備える。

【０００９】本発明の態様を特定すると、磁束安定手段
は、超伝導磁石を備える。本発明の態様をさらに特定す
ると、起磁力手段が、抵抗性磁石を備える。本発明の態
様を別にさらに特定すると、磁束安定手段が、継続性(p
ersistence) スイッチを備える。本発明の態様を別にさ
らに特定すると、磁気共鳴法を提供する。この方法は、
対象物受入れ領域、該対象物受入れ領域の両側に配置さ
れる一対の極、及びこの極を接続する強磁性磁束経路を
備えた磁気共鳴システムにおいて用いられる。このシス
テムは、強磁性磁束経路に沿って磁気的に結合する超伝
導コイル、及び極に隣接して磁気的結合される付加的コ
イルを備える。この方法は、超伝導コイルと強磁性磁束
経路との磁気的な結合を外し、付加的コイルで強磁性磁
束経路において選択された磁束を生成することを特徴と
する。さらに、この方法は、超伝導コイルがその中を通
る磁束を一定に保持するように超伝導コイルを強磁性磁
束経路に磁気的に結合し、付加的コイルにより生成され
た磁束を勾配をもって下げることを特徴とする。

【００１０】本発明の態様を別にさらに特定すると、付
加的コイルが、破損点の近くでオーバドライブし、強磁
性磁束経路内に選択された磁束を生成する。本発明の態
様を別にさらに特定すると、超伝導コイルが、閉じると
コイルに電流を流し、開くと電流を阻止するスイッチに
接続される。超伝導コイルと強磁性磁束経路との結合を
外すステップが、スイッチを開くことを含む。超伝導コ
イルを強磁性磁束経路に磁気的に結合するステップが、
スイッチを閉じることを含む。本発明による磁気共鳴装
置及び方法が、例として添付図面を参照して示される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、支持部Ａが、
Ｃ型強磁性磁束経路Ｂの極面間に形成されるエアギャッ
プに、患者又は対象物を選択的に支持する。起磁力手段
及び磁束安定手段Ｃが、極面間のエアギャップにわたっ
て、強磁性磁束経路Ｂに沿った磁場を生成し、安定化す
る。一回励磁及び校正システムＤが、エアギャップにわ
たる磁場をセットアップするために用いられる。磁気共
鳴エレクトロニクスＥが、イメージ領域にダイポールの
磁気共鳴を選択的に誘導し、結果的に受け取られた磁気
共鳴信号を処理して、イメージ又は別の診断情報を作成
する。支持部Ａが、実質的に水平な面に支持面１０を備
える。この支持面は、水平面上に、縦方向の長手軸と、
横断方向の垂直横断軸の両方を有する。高さ調節手段１
２が、支持面の相対的な高さを選択的に調節する。この
支持面は、支持フレーム１４上にスライド可能に取り付
けられ、水平面で支持面を動かす手段を提供する。モー
タ駆動部１６がフレームに取り付けられ、患者を支持す
る面をそれに沿って駆動するのが好ましい。

【００１２】強磁性磁束経路Ｂが、第１端部２２、第２
端部２４、及び中間部分２６を有するＣ型強磁性部材２
０を備える。磁束経路の第１端部及び第２端部の第１極
片３０及び第２極片３２のそれぞれが、それらの間にエ
アギャップ３４を形成する。Ｃ型部材が、強磁性磁束経
路の長さを最小に構成し、一方で、強磁性磁束経路をこ
のギャップから十分に間隔を開けて、エアギャップ中の
磁場のゆがみを最小にする。強磁性磁束経路は、中実の
ものであっても、積層のものであってもよく、又エアコ
ア等を含んでもよい。図２の具体例においては、強磁性
磁束経路が、極片に向かってフレア端を有するＣ型鉄芯
であり、鉄芯と、円形、楕円形、矩形などのような形状
の、より大きい横断面を有する極片の間で滑らかに遷移
する。

【００１３】Ｃ型部材は、鉄又は鉄−コバルト合金で構
成するのが好ましいが、別の金属、合金、又は遷移元
素、希土類元素及びアクチニドの配合物で構成されても
よい。更に、強磁性磁束経路の様々な別の構成として、
多くの磁束経路に関する構成と同様に、２つの戻し磁束
経路を形成するダブルＣ型部材を含むものも考えられ
る。図２を参照すると、極片の各々が、渦電流を抑える
ように構成された軟性フェライト又は層状極面３６と、
受動シム及び／又は能動シムコイル３８を備える。能動
シムコイルは、極片間の磁場が最適にされるまで、繰り
返し調節される。このシムは、エッジ効果、極面の不規
則性、ヨークの存在、部屋の影響及び別の隣接する装置
等を補償する。

【００１４】磁場勾配用コイル４０が、エアギャップ中
に磁場又は磁束に調節される実質的に線形の勾配を選択
的に生成する。この勾配用コイルは、イメージングに適
切なエアギャップ内の磁場に垂直な勾配を生成する適切
なコイルセグメントを備える。起磁力手段及び磁束安定
手段Ｃが、起磁力手段として、極片３０、３２に隣接す
る２つの抵抗性磁石ドライバ５０、５２を備える。各抵
抗性ドライバが、薄くて幅の広い絶縁導体からなる抵抗
性コイル５４を備える。各抵抗性コイルが、Ｃ型部材の
それぞれの端部の周りに環状に巻きつく。任意的に、各
抵抗性コイルは、過熱を防ぐために水冷装置（図示せ
ず）を用いてその縁部で冷却される。この抵抗性コイル
は、励磁電力源５６（図１に示される）により導かれる
電流によって励磁されたり、非励磁にされたりする。

【００１５】別に、１つ以上の抵抗性ドライバが、Ｃ型
部材に沿った位置に配置されてもよい。更に、別の永久
磁石のような磁場生成部材が利用されてもよい。起磁力
手段及び磁束安定手段Ｃが、磁束安定手段として、Ｃ型
部材の中間部分のセグメント２６を囲む超伝導低温ドラ
イバ６０を備える。当業者によく知られるように、低温
ドライバは、磁束路を囲む環状超伝導磁石を収容する低
温槽６２を備える。この低温槽は、超伝導体の周りに冷
却剤を保持し、その超伝導性を保つ。この超伝導体は、
ニオブ−チタン合金であり、この冷却剤は液体ヘリウム
であるのが好ましい。しかしながら、別の超伝導体、及
び必要であればその冷却剤も、本発明の範囲を逸脱しな
ければ用いることができることを理解されたい。この超
伝導体は、継続性スイッチ６４を備えた閉回路の形態で
ある。継続性スイッチが非抵抗性（超伝導性）である又
は閉じられるとき、超伝導磁石が、その中を通る磁束を
一定に維持する。継続性スイッチが抵抗性である又は開
くとき、この超伝導磁石は、超伝導性を損ない、磁場を
維持しない。

【００１６】図１を参照すると、Ｃ型部材中の主磁場を
セットアップするために、励磁及び校正システムＤを用
いる。このシステムは、継続性スイッチ６４が抵抗性で
ある間、電源５６に電流を抵抗性ドライバ５０、５２に
対して励起させる又は与えさせるセットアップ制御器６
６を備える。本発明の利点として、抵抗性ドライバが、
過熱点の近くでオーバドライブさせられるが、故障制御
器６８が、抵抗性ドライバが故障点に過熱しないことを
保証する。この故障制御器は、タイマ、熱電対すなわち
抵抗性コイルに隣接する磁場強度指示器、又はコイルの
電力もしくは磁場強度をモニタし、温度故障点を計算す
るコンピュータシミュレータ等の多くの装置の１つを組
み込んでもよい。セットアップ制御器は、継続性スイッ
チ６４に取り付けられる。およそ 0.5テスラの所望の磁
場が、ギャップ又は超伝導ドライバに実現されるとき、
継続性スイッチが閉じられる。これは、実際に超伝導ド
ライバにより囲まれる磁束路の一部における磁場強度を
固定する。磁場強度の変化が、超伝導体内に対向する電
流を誘導し、このようにして磁場強度を安定にする。

【００１７】Ｃ型強磁性部材の中間部分に磁場を集中さ
せるために、超伝導コイルが、部材に可能な限り近くに
おかれるべきである。このことを実現させる１つの方法
は、Ｃ型強磁性部材の中間部分の一部分を、低温シール
ドのような低温ドライバに組み入れることである。任意
的に、磁場強度検出器を、エアギャップ中の磁場をモニ
タし、継続性スイッチがいつ閉じられるべきかを示すた
めに用いることができる。継続性スイッチが閉じられた
後、抵抗性ドライバが、より低いレベル又はゼロ値まで
下がり、エアギャップ中の磁場強度を消滅させるわけで
はないが、より小さくする。抵抗性ドライバが、オーバ
ドライブして超伝導磁石を初期化しても、抵抗性コイル
中の僅かな電力だけで、エアギャップ内に所望の磁場強
度を再度達成することができる。イメージング中、少な
い電流が抵抗性コイルに流され、極間のギャップを通る
超伝導コイルからの磁場を補足し、集中する。

【００１８】抵抗性コイル、これらの構成、及び冷却シ
ステムが選択されると、抵抗性コイルが少なくとも一瞬
の間、超伝導磁石から補助されることなく、ギャップ中
に所望の磁場を生成することができる。別に、又は関連
して、電力が超伝導コイルに与えられて、所望の磁場を
実現することを補助する。一旦、所望の磁場強度が超伝
導体内に実現されると、励磁及び校正システムＤと起磁
力及び磁束安定手段Ｃの接続が外される。磁束安定手段
を再磁化し、安定化する必要性が生じると、システムＤ
が再接続される。エレクトロニクスセクションＥが、ギ
ャップの磁場中にダイポールの磁気共鳴を励起するため
に、高周波パルスを高周波コイル７２に選択的に与える
高周波（ＲＦ）送信手段７０を備える。受信手段７４
が、アンテナとして高周波コイル７２を用いて、関心領
域から磁気共鳴信号を受け取る。勾配用コイル制御器７
６が、電気的パルスを磁場勾配用コイル４０に与え、ギ
ャップの磁場にわたり勾配を生じさせ、磁気共鳴信号を
符号化する。イメージ再構成プロセッサ７８が、逆二次
元フーリエ変換又は別の既知のアルゴリズムを実行し、
受信した磁気共鳴信号からイメージ表示を再構成する。
このイメージ表示は、メモリ８０に記憶されて、ビデオ
モニタ８２に表示され、さらに処理などを行われる。中
央磁気共鳴制御器８４は、抵抗性ドライバに対する励起
電力制御器５６、ＲＦ送信機７０、磁場勾配用制御器７
６を制御し、当該分野に知られている予め定められた磁
気共鳴イメージングシーケンスを実行する。

【００１９】送信及び受信に同一のコイルを用いるので
はなく、コイルループ８４又はソレノイドコイル８６の
ような表面コイルが、イメージ領域に配置され、磁気共
鳴信号を受け取るために用いられてもよい。様々な高周
波コイルが、交差楕円直角位相(quadrature)コイル、サ
ドル直角位相コイル、ソレノイドコイル、サドルコイ
ル、バタフライコイル、位相整列コイル等を含むものと
考えられる。多数の駆動Ｃ型磁石に関して上述した具体
例の主要な利点は、抵抗性及び超伝導コイルの比較的安
価な組み合わせを用いて、強い、一様で安定な磁場を生
成することである。別の利点が、時間動作研究、侵襲手
続き、生命維持装置の接続の空間を広げ、患者の閉所恐
怖症を減らす、患者の周りのオープンスペースにある。
別の利点は、そのコンパクトなサイズにある。別の利点
が、その安いコストにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気共鳴イメージング装置の概略
図である。

【図２】図１の装置の抵抗性及び勾配用コイルの詳細を
例示する部分的な横断面である。

フロントページの続き (72)発明者 マイケル エイ モーリッチ アメリカ合衆国 オハイオ州 44060 レ イクメントー ジェレミー アベニュー 7580

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物受入れ領域３４、該対象物受入れ
   領域の両側に配置する第１極片３０及び第２極片３２、
   該第１及び第２極片を接続する強磁性磁束経路Ｂ、中を
   通る予め選択された磁束を維持するために前記強磁性磁
   束経路Ｂに沿って配置される超伝導磁石６０、及び前記
   対象物受入れ領域３４を通る磁場の強度を調節するため
   に、前記第１及び第２極片３０、３２に隣接して配置さ
   れる第１付加的磁石５０及び第２付加的磁石５２とを備
   える磁気共鳴装置。
2. 【請求項２】 前記超伝導磁石が、前記強磁性磁束経路
   Ｂを囲む超伝導コイル６０を備えることを特徴とする請
   求項１に記載の磁気共鳴装置。
3. 【請求項３】 前記超伝導コイル６０が、閉状態にある
   ときに超伝導コイルに電流を流し、開状態にあるときに
   コイルを流れる電流を阻止するスイッチ６４を備えるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴装置。
4. 【請求項４】 付加的コイルが抵抗性コイル５０、５２
   であることを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴装
   置。
5. 【請求項５】 予め選択された磁場強度が前記対象物受
   入れ領域３４内に実現されるまで、スイッチ６４を開い
   た状態で、前記抵抗性コイル５０、５２をオーバドライ
   ブする磁石制御システムＤを備え、予め選択された磁場
   強度が実現されるとき、前記スイッチが閉じられ、前記
   抵抗性コイルにより生成される磁束が小さくされること
   を特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴装置。
6. 【請求項６】 対象物受入れ領域３４を通る磁場の強度
   を所定の値に調節し、超伝導コイル６０が強磁性磁束経
   路Ｂを通る磁束を一定に維持するように、磁場に関連し
   て、超伝導コイルを強磁性磁束経路Ｂに磁気的に結合す
   ることを特徴とする磁気共鳴法。
7. 【請求項７】 対象物受入れ領域３４、該対象物受入れ
   領域の両側に配置する第１極片３０及び第２極片３２、
   該第１及び第２極片を接続する強磁性磁束経路Ｂを備え
   たシステムにおいて用いる磁気共鳴法であって、 超伝導コイル６０と前記強磁性磁束経路との磁気的な結
   合を外し、 付加的コイル５０、５２で前記強磁性磁束経路において
   選択された磁束を生成し、 前記超伝導コイルがその中を通る磁束を一定に維持する
   ように前記超伝導コイルを前記強磁性磁束経路に磁気的
   に結合し、 前記付加的コイルにより生成された磁束を勾配をもって
   下げるステップを有する磁気共鳴法。
8. 【請求項８】 故障点の近くで前記付加的コイル５０、
   ５２をオーバドライブし、強磁性磁束経路Ｂ内に選択さ
   れた磁束を生成するステップを有することを特徴とする
   請求項７に記載の磁気共鳴法。
9. 【請求項９】 前記超伝導コイル６０が、閉じていると
   きにコイルに電流を流し、開いているときに電流を阻止
   するスイッチ６４に接続され、 スイッチ６４を開いて、前記超伝導コイル６０と前記強
   磁性磁束経路Ｂの結合を外し、又、スイッチを閉じて、
   前記超伝導コイルと前記強磁性磁束経路とを磁気的に結
   合するステップを有することを特徴とする請求項８に記
   載の磁気共鳴法。
10. 【請求項１０】 前記付加的コイルが抵抗性コイル５
    ０、５２であって、 選択された磁束を生成する前記ステップが、過熱による
    故障点の近くで前記抵抗性コイルをオーバドライブする
    ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記
    載の磁気共鳴法。
11. 【請求項１１】 予め選択された磁場の強度が前記対象
    物受入れ領域３４内で実現されるまで、前記付加的コイ
    ルにより生成された磁束を調節し、 前記対象物受入れ領域内の選択されたダイポールにおい
    て共鳴を励起し、 共鳴するダイポールにより生成された共鳴信号を空間的
    に符号化し、 空間的に符号化した共鳴信号をイメージ表示部８２に再
    構成するステップを有することを特徴とする請求項７な
    いし１０のいずれか１項に記載の磁気共鳴法。