(57)【要約】【課題】新規な磁界生成装置及びそのシミング方法を提供する。【解決手段】永久磁石（１１０）の装置（１０５）を有し、それぞれの永久磁石（ＰＭ）は北端（１２５）と南端（１３０）を有し、それぞれが同じ南北方向に並んでなる磁界生成装置（１００）を開示する。ＰＭ装置（１０５）は、北極端（１２５）の面（１２０）と、南極端（１３０）の面（１２０）と、両端の面（１２０）のいずれかを有する形状に構成されている。強磁性材料の層（１３５）は、ＰＭ装置（１０５）の一面（１２０）に強固に配設されており、層（１３５）の厚みは、約１５ミリメートル以下である。【選択図】図２
2006006936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが北端（１２５）と南端（１３０）とを有するとともに、それぞれが同じ南北方向を向いた複数の永久磁石（ＰＭ）（１１０）を備え、北極端（１２５）の面（１２０）、南極端（１３０）の面（１２０）、または両端の面（１２０）を有するＰＭ装置（１０５）で構成される装置（１０５）と、
ＰＭ装置（１０５）の一面（１２０）に強固に配設された強磁性材料を備えた層（１３５）とを備え、
層（１３５）の厚みは、約１５ミリメートル以下である磁界生成装置（１００）。
【請求項２】
層（１３５）の厚みは、約１ミリメートル以下であり、
層（１３５）の厚みは、約０．２ミリメートル以上である
請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
層（１３５）は、複数の積層を持たない単一層を備えてなる請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項４】
さらに層上の、ＰＭ装置（１０５）とは反対側に配設された少なくとも１つの永久磁石シム（１４０，１４５）を備え、
少なくとも１つのシム（１４０，１４５）は、ＰＭ装置（１０５）と同じ極性を有する第１のシム（１４０）と、ＰＭ装置（１０５）と異なる極性を有する第２のシム（１４５）を備えてなる請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項５】
層（１３５）が区分されている請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項６】
さらに変化が目標値から１ガウス以下であるＢ０磁界を備えてなる請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項７】
北極端（１２５）と南極端（１３０）と、北極端（１２５）、南極端（１３０）または両端に位置する面（１２０）を備えた永久磁石（１１０）と、
永久磁石（１１０）の一面に強固に配設された強磁性材料を備えた層（１３５）とを備え、
層（１３５）の厚みは、約１５ミリメートル以下である磁界生成装置（１００）。
【請求項８】
さらに層（１３５）の永久磁石（１１０）とは反対側に配設されるとともに、永久磁石（１１０）と同じ極性を有する第１のシム（１４０）と、永久磁石（１１０）とは異なる極性を有する第２のシム（１４５）とを含む、少なくとも１つの永久磁石シム（１４０，１４５）を備え、
層（１３５）は、複数の積層を持たない単一層を有し、
単一層が、永久磁石（１１０）に接着されている請求項７に記載の装置（１００）。
【請求項９】
北極端（１２５）と南極端（１３０）と、北極端（１２５）、南極端（１３０）または両端に位置する面（１２０）を備えた永久磁石（１１０）と、
複数のポケットを備え、永久磁石（１１０）の一面に配設された非強磁性シム（１５５）プレートと、
シムプレート（１５５）の１つ以上のポケットに強固に配設された強磁性材料を備えた転移層（１３５）と、
層（１３５）の、永久磁石（１１０）とは反対側に配設された永久磁石シム（１４０，１４５）とを備え、
層（１３５）の厚みは、約１５ミリメートル以下である磁界生成装置（１００）。
【請求項１０】
層（１３５）は、複数の積層を持たない単一層を備えてなる請求項９に記載の装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界生成装置及びそのシミング方法に関し、特に、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）に使用する磁界生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の組織のような物質を、ｚ方向の一様な磁界（分極磁界）Ｂ０に当てると、組織内のスピンの個々の磁気モーメントが分極磁界と並ぼうとするだけでなく、モーメントがＢ０磁界の周りを任意の順にその特徴的なラーマー周波数で歳差運動する。例えば、物体、もしくは組織に、ラーマー周波数に近いｘ−ｙ面内の横方向の磁界（励起磁界）Ｂ１をかけると、格子の縦方向のモーメント、または長手方向の磁性Ｍｚはｘ−ｙ面内で回転し、もしくはｘ−ｙ面内に傾き、格子の横方向の磁気モーメントＭｔを生成する。励起信号Ｂ１が終了すると、励起されたスピンの緩和によって信号が発せられ、その信号を受信、処理して画像を形成する。これらの発信信号（核磁気共鳴、ＮＭＲ信号）を利用して画像を生成する場合は、磁場グラジエント（Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚ）を採用する。典型的に画像形成しようとする領域は、一連の測定サイクルで走査する。これらグラジエントは、使用するローカリゼーション法によって変える。その結果得られる受信ＮＭＲ信号をデジタル化して処理し、多数の再構成技術のうちの１つを利用して画像を再構成する。
【特許文献１】米国特許第５５５７２０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有効な画像形成のため、磁気共鳴組立体に使用されているＭＲＩ磁石は、強く、均一な磁界、典型的には３０−５０センチメートル（ｃｍ）の球形容積内おけるに磁界変化が１０ｐｐｍ（百万分の一）未満である必要があるだけでなく、正確な磁界中央値、典型的には変化率０．５％未満である必要がある。ＭＲＩで有効な別の磁石は、実質的に視野（ＦＯＶ）が小さい先端磁石を有する。既製の磁石の磁界は、材料の特性の偏差や製造工程における許容差によって影響されることもしばしばであり、結果、磁界の変化が数百から数千ｐｐｍという非常に不均質な磁界が発生し、所望の値からはかけ離れた不正確な磁界中央となる。有効な画像形成が可能な画像量において、所望の正確性を有する磁界中央と所望の磁界の均一性を得るため、磁界中央を調整し、磁界不均質を緩和して所望の値とする必要がある。磁極面のない永久磁石（ＰＭ）の場合、すなわち、局所磁力線の方向を転換する機能を有する表面を持たないＰＭの場合、典型的に、シムホルダは、Ｂ０磁界と均質性を調整するために使用するＰＭシムを保持するために採用される。シムホルダの使用はコストがかかり、不便であり、スペース効率が悪く、よって、高いコストで貴重な患者の時間を消費することになる。
【０００４】
よって、ＭＲＩ技術においては、これらの問題点を克服できる磁界生成装置用及びそのシミング法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、永久磁石の装置を有する磁界生成装置を含み、それぞれの永久磁石（ＰＭ）は北端と南端を有し、それぞれは同じ南北方向に並んでいる。ＰＭ装置は、北極端に面を有するとともに、南極端に面を有する形状、もしくは両端に面を有する。強磁性材料の層がＰＭ装置の一面に強固に配設され、その層の厚みは、約１５ｍｍ以下である。
【０００６】
本発明の実施形態は、さらに北極端と南極端とを有するＰＭと、北極端、南極端または両端に面を備えた磁界生成装置を含む。強磁性材料の層は、ＰＭの一表面に強固に固定され、その層の厚みは、約１５ｍｍ以下である。
【０００７】
本発明の実施形態は、また、北極端と南極端を有するＰＭと、北極端、南極端もしくは両端に面を有する磁界生成装置を備える。複数のポケットを有する非強磁性シムプレートがＰＭの面上に配設される。強磁性材料の転移層は、シムプレートの一つ以上のポケットに強固に配設される。ＰＭシムは、層のＰＭとは反対側に配設され、その層の厚みは、約１５ミリメートル以下である。
【０００８】
本発明の実施形態は、さらに、磁界生成装置のシミング法を含む。複数のＰＭが、装置を形成するように配置され、それぞれのＰＭは、北端と南端を有し、そのそれぞれが同じ南北方向に並び、その複数のＰＭはＰＭ装置の北極端に面を有するか、ＰＭ装置の南極端に面を有するか、もしくはＰＭ装置の両端に面を有するように位置決めされる。強磁性材料の層は、ＰＭ装置の一面に強固に載置されるように位置決めし、層の厚みは約１５ミリメートル以下である。
【０００９】
本発明の実施形態は、さらに磁界生成装置の別のシミング法を含む。複数のＰＭが装置を形成するように位置決めされ、それぞれのＰＭは、北端と南端を有し、それぞれが、同じ南北方向に並び、ＰＭ装置の北極端の面、ＰＭ装置の南極端の面、またはＰＭ装置の両端面を有するように位置決めされる。シム組立体は、ＰＭシムの磁極面に強固に配設された強磁性材料の層を有するように形成されている。シム組立体は、ＰＭ装置の面に強固に位置決めされ、そのシム組立体の層は、ＰＭ装置の面近傍に位置する。層の厚みは約１５ミリメートル以下である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付の図面において、同様の要素は同様の参照番号を付してある模範的な図面を参照する。
【００１１】
本発明の実施の形態では、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）に使用するための磁界生成装置（装置）を提供する。この装置の一実施形態は、永久磁石（ＰＭ）ブロックの装置を含み、永久磁石（ＰＭ）ブロックの装置は、ＰＭ装置の一端以上に薄い転移層を有し、転移層の上部に位置し、得られたＢ０磁界と磁界の均質性を制御する一つ以上の強化または永久磁石シムを有する。ここで説明する実施形態は、複数のＰＭブロックの装置を、模範的な永久磁石の装置として説明しているが、開示された発明は、小型の先端永久磁石などのような他の永久磁石構造にも適用可能であることは明らかである。
【００１２】
図１は、ヨーク１５、接続ポスト２０、上側ＰＭ装置２５、下側ＰＭ装置３０及び鉄材からなる中間基板３５を有する模範的なＭＲＩ磁石組立体１０の実施例である。この模範的な実施形態では、また図１に示すように、上側及び下側ＰＭ装置２５，３０は、複数のＰＭ磁石４０を備えていてもよく、それぞれの磁石４０は、高さが異なる平坦面４５を有し、また、それぞれの磁石４０は、図２を参照するともっともよく理解できるように、複数１０５のＰＭブロック１１０からなる。図１は、同心円に並んだＰＭ磁石４０を示しているが、これは、単なる例であって、上側及び下側ＰＭ装置２５，３０の形状は、設計により大幅に変更することができる。例えば、上側及び下側ＰＭ装置２５，３０は、対称、非対称、円形、あるいは非円形でもよい。一実施形態では、また、磁界を均質とするために磁石組立体１０の設計を最適化するために、ＰＭ装置２５，３０は、非対称とし、ヨーク１５とポスト２０との非対称の配置を補償するように構成してもよい。
【００１３】
図２は、磁界生成装置（装置）１００の一部の模範的な実施例であり、例えば、複数１０５のＰＭブロック１１０を含む磁石組立体１０のそれぞれの磁石４０を生成するために使用することができる。複数１０５のＰＭブロック１１０は、ここではＰＭ装置１０５とも称する。それぞれのＰＭブロック１１０は、矢印１１５で全体を示す北端と南端を有し、それぞれのＰＭブロック１１０は、同じ南北方向に並んでいる。ＰＭ装置１０５は、図３を参照すると最もわかりやすいように、北極端（北極面）１２５、南極端（南極面）１３０、または両端１２５，１３０に平坦面１２０を有する。実施形態では、図３の平坦面１２０は図１の平坦面４５と同義である。面４５及び１２０は平坦面として説明し図示しているが、ここで開示した発明の実施形態を実施するためには他の表面形状も同様に適しており、開示した発明に限定するものではない。強磁性材料から形成された転移層１３５は、約３０ミリメートル（ｍｍ）以下、好ましくは約１５ｍｍ以下、さらに好ましくは約５ｍｍ以下の厚みを有し、ＰＭ装置１０５の北端もしくは南端などの端部１２５に強固に配設される。一実施形態では、転移層１３５はＰＭ装置１０５の両端１２５，１３０に配設されている。
【００１４】
層１３５に使用する強磁性材料は、低炭素鋼、シリコン鋼、またはここで開示する目的に適した強磁性を示す他の鋼でよい。一実施形態では、層１３５は、例えばエポキシなどの、目的に合った接着剤を使ってＰＭ装置１０５の平坦面１２５に接着する。また別の実施形態では、接着剤の代わりに止め金具を使って層１３５をＰＭ装置１０５に強固に固着させてもよい。層１３５は図２に示すようにそれぞれのＰＭブロック１１０に対して１枚のタイルで構成された個々のタイルでもよく、また、複数のＰＭブロック１１０を覆う一枚のシートでもよい。好ましくは、層１３５は、渦電流の発生を低減するために非連続的とし、一枚の大きいシートより大きい、好ましく区分されたタイルを形成してもよい。層１３５は、積層で構成してもよいが、層１３５は、複数の積層が存在しない単一層（単層）から構成するのが好ましい。層１３５が積層された構成であろうと、単一層の構成であろうと、層１３５は、全体が、ここで開示した発明の実施の形態による厚みを有する。
【００１５】
装置１００によって生成されるＢ０磁界を制御するため、永久磁石シム１４０，１４５は、統計的または線形プログラミング法などを利用したコンピュータ解析を含む任意の数のシミング法を使って計略的に層１３５上のＰＭ装置１０５と反対側に載置する。シム１４０，１４５は、複数のブロック１０５のＢ０磁界をどのように変更する必要があるかによってシム１４０によって示すＰＭ装置１０５と同じ極性もしくはシム１４５によって示すＰＭ装置１０５と逆の極性とすることができる。図２には、２つのシム１４０，１４５しか示していないが、Ｂ０磁界と均質性を所望の通りに制御するために、必要に応じて単数または複数のシム１４０，１４５を採用できることは明らかである。通常、シミングの目的は、均質性の磁界を生成することであるが、この目的は、所望のグラジエントの特性を有する磁界を生成することであってもよい。一実施形態では、シム１４０、１４５は、目的に合ったいずれかの接着剤または固着手段を使って層１３５に接着する。
【００１６】
また、別の実施形態において、また、矩形及び円筒形のシムをそれぞれ示す図４及び５を参照すると、転移層１３５は、シム１４０，１４５の北または南極平坦面上に載置してシム組立体１５０を形成することができる。図４及び５の実施形態と図２の実施形態との相違点は、図２では転移層１３５がＰＭ装置１０５の磁極面上に配設されているが、図４及び５では、転移層１３５は、シム１４０，１４５上に配設されている。層１３５をシム１４０，１４５上に配置する利点は、装置１００における渦電流と残留磁性が減少する点である。先に述べたように、層１３５は、約３０ｍｍ以下、好ましくは約１５ｍｍ以下、さらに好ましくは約５ｍｍ以下である。また、先に述べたように、層１３５は、接着剤または他の適した手段を利用してシム１４０，１４５に固定することができる。
【００１７】
さらに別の実施形態では、図６に示すように、シムプレート１５５を使って転移層１３５及びＰＭシム１４０，１４５を受容し、シム組立体１５０として組み合わせてもよい。シムプレート１５５は、平坦でもよく、また、転移層１３５の不連続なセグメントを受容するポケットを有するものでもよい。あるいは、転移層１３５は、１枚の鉄材の有利な箇所を部分的に切り欠いた（不連続な）ものでもよい。シムプレート１５５は、成形品でもよく、また、内部に転移層セグメントまたは転移層シート１３５を成形したものでもよい。
【００１８】
層１３５の厚みは、層１３５で磁界を転換することなしにＰＭ装置１０５とシム１４０，１４５との間で磁性を局所的に逆転させることができるような厚みとなっている。一実施形態では、層１３５は約３０ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、５ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、または約１ｍｍ以下でよく、また、約０．１ｍｍ以上または約０．２ｍｍ以上でもよい。層１３５の厚み及び寸法、シム１４０，１４５の数は、強く且つ均質な磁界を生成する、典型的には、３０−５０センチメートル（ｃｍ）の球形容積内での変化が１０ｐｐｍ（百万分の一）未満であり、典型的には変化が約０．５％未満の正確な磁界中央値となるように選択する。本発明の実施形態を採用することによって、装置１００のＢ０磁界を目標値から１ガウス以下の範囲内に制御することができる。
【００１９】
層１３５におけるＢ０磁力線を転換しない薄い層１３５を使用することにより、磁極面を備えないＰＭ設計を、磁極面を備えたＰＭの特性を有する設計に有効に変換することができる。ここで、磁極面という用語は、開示された発明の層１３５の意図した機能ではないが、均質な磁界領域を提供するように磁界を形作る機能面（通常、厚みが２０ｍｍより大きい鉄材を厚く積層したタイルから構成される磁極面）を有するＰＭ設計を指す。
【００２０】
前述のごとく、磁界生成装置１００のシミングは図７に示した方法２００によって達成できる。２０５では、複数１０５の永久磁石ブロック１１０は、北極端１２５、南極端１３０、または両端１２５，１３０のような複数の平坦面を有するＰＭ装置１０５を形成するように載置されている。それぞれの永久磁石ブロック１１０は同じ南北方向に並んでいる。
【００２１】
２１０では、強磁性材料からなる転移層１３５はＰＭ装置１０５の平坦面１２５または１３０に強固に位置決めされている。
【００２２】
２１５では、層１３５は接着剤を介して、あるいは他の方法でＰＭ装置１０５に強固に固定されている。
【００２３】
２２０では、１つ以上の強磁性または永久磁石のシム１４０，１４５は、層１３５の、ＰＭ装置１０５とは反対側に位置し、２２５において、シム１４０，１４５は接着剤、あるいは他の方法で層１３５にしっかりと固定されている。
【００２４】
磁界生成装置１００をシミングするための代替方法は、図８に示した方法２５０によって達成できる。２５５では、複数１０５の永久磁石ブロック１１０が、北極端１２５、南極端１３０、または両端１２５，１３０のような複数の平坦面を有するＰＭ装置１０５を形成するように位置決めされている。それぞれの永久磁石ブロック１１０は同じ南北方向に並んでいる。
【００２５】
２６０では、鉄材からなる転移層１３５は、ＰＭシム１４０，１４５の磁極面に強固に位置決めされてシム組立体１５０を形成している。
【００２６】
２６５では、層１３５は、接着剤または他の方法でＰＭシム１４０，１４５に強固に固定されており、シム組立体１５０を固定する。
【００２７】
２７０では、シム組立体１５０は、ＰＭ装置１０５の端部１２５，１３０に位置しており、転移層１３５は端部１２５または１３０の磁極面の近傍に載置され、２７５でシム組立体１５０を接着剤または他の方法でＰＭ装置１０５に強固に固定する。
【００２８】
本発明の実施形態は、永久磁石材からなるシム１４０，１４５を有し、Ｂ０磁界と均一性を制御する磁界生成装置１００について述べたが、シム１４０，１４５を鉄材から形成し、Ｂ０磁界を調整及び制御することも可能であることは明らかである。
【００２９】
開示のごとく、本発明のいくつかの実施形態は、下記のような利点のうちの一部を有することができる。ＦＯＶ（視界）の中心における磁界を含む磁界の強度を局所的に高めたり減じたりする能力と、鉄材の単一層を使ってＢ０磁界を局所的に制御して寸法とコストを節約する能力と、逆の極性の永久磁石シムを使ってＢ０磁界を調整および制御する能力と、Ｂ０磁界を目標値から１ガウス以下の範囲内まで制御する能力と、磁極面を備えていないＰＭ設計を、磁極面を備えたＰＭの特性を有する設計に有効に変換する能力と、患者の時間を保護するとともにシミングによるコストを最低限に抑えつつ、ＰＭ装置を正確なＢ０磁界の高度な均質性にＰＭ装置をシミングする能力。
【００３０】
本発明について、模範的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更が可能であるとともに、その要素を同等のものと置換が可能であることは当業者にとって明らかであろう。さらに、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の要旨に合わせて適合させるため、多くの変更が可能である。よって、本発明は、本発明を実施するための最良の、または唯一の態様として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものである。さらに、第１、第２等の用語の利用は、重要性の順番を表すものではなく、第１、第２等の用語は、要素を他の要素と識別するために使用するものである。さらに、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態において使用する磁石組立体を示す。
【図２】本発明の実施の形態による磁界生成装置の模範的なシミング装置の一部を示す。
【図３】図２の装置の模範的な部分を示す。
【図４】図２の装置の他の模範的部分を示す。
【図５】図２の装置の他の模範的部分を示す。
【図６】本発明の実施形態による磁界生成装置用の代替のシミング装置を示す。
【図７】図２の装置をシミングするための模範的方法を示す。
【図８】図７の方法の代替方法を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１００  磁界生成装置
１０５  ＰＭ装置
１１０  永久磁石
１２０  面
１２５  北極端
１３０  南極端
１３５  層
１４０  永久磁石シム（第１のシム）
１４５  永久磁石シム（第２のシム）
１５５  シムプレート
【図１】
2006006936.tif 000003
【図２】
2006006936.tif 000004
【図３】
2006006936.tif 000005
【図４】
2006006936.tif 000006
【図５】
2006006936.tif 000007
【図６】
2006006936.tif 000008
【図７】
2006006936.tif 000009
【図８】
2006006936.tif 000010