(57)【要約】  スピン共鳴又は磁気共鳴（ＭＲ）方法に従って動作する装置のためのコイルシステムは、軸（２１８）に沿って延在し、患者（２１５）を受け取るための検査空間（２１７）を囲む。このシステムは、内部ＲＦコイル（２１９）、このＲＦコイル（２１９）を外側で囲み、両側においてこのＲＦコイル（２１９）を越えて前記軸方向に突出する内部サブコイル（２１３’）、及び前記内部サブコイル（２１３’）を外側で囲み、前記内部サブコイル（２１３’）と一緒に勾配コイル装置を構成するアクティブシールド（２１２）を含んでいる。指定される勾配に対し、上記コイルシステムにおける勾配コイル装置（２１３’、２１２）に必要とされるエネルギーは、前記内部サブコイル（２１３’）により占められる容積が前記ＲＦコイル（２１９）を越えて前記軸（２１８）の方向に延在する領域により前記軸方向に拡張されることにより減少される。通常は３つの勾配コイルが勾配コイル装置（２１３’、２１２）により囲まれる容積内に収容されることを本質的な特徴とする。この層状の配置は、通常は３つの相互に垂直な勾配場を発生させる。しかしながら、これらが互いに垂直に延在するようにこれらの場を計算することは必要ではない。３つのコイル装置全てはそれ自身、通常の場合と比べ、より少ないエネルギー成分を必要としている。
2005515051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン共鳴又は磁気共鳴方法に従って動作する装置のためのコイルシステムであって、前記コイルシステムは、軸に沿って延在し、患者を受け入れるための検査空間を囲み、内部のＲＦコイル、当該ＲＦコイルを外部から囲み、両側において前記ＲＦコイルを越えて軸方向に突出する内部サブコイル、前記内部サブコイルを外側から囲むと共に、前記内部サブコイルと一緒に勾配コイルシステムを構成するアクティブシールドを有するようなコイルシステムにおいて、前記傾斜コイルに必要とされるエネルギーを減少させるために、前記内部サブコイルと前記アクティブシールドとの間に存在する容積は、前記軸に垂直な方向における前記内部サブコイルの断面が、ＲＦコイルの領域におけるよりも、当該ＲＦコイルの両側に対する領域の断面の方が小さいという点において大きくなっていることを特徴とするコイルシステム。
【請求項２】
患者を前記検査空間に導入するために、前記検査空間の下側に前記軸に沿って変位可能である患者テーブルが設けられ、前記内部サブコイルの内側境界は前記ＲＦコイルを超えて前記軸方向に延在する領域において、好ましくは前記軸と平行に延在することを特徴とする請求項１に記載のコイルシステム。
【請求項３】
前記検査空間の上側において、前記コイルシステムは、前記ＲＦコイルを越えて前記軸方向に延在する領域において外側に向かい開いているカバーにより前記検査空間から隔離され、前記内部サブコイルの前記内側境界は前記ＲＦコイルを超えて前記軸方向に延在する領域におけるカバーと平行に延在することを特徴とする請求項２に記載のコイルシステム。
【請求項４】
前記ＲＦコイルを超えて前記軸方向に延在する領域において、前記内部サブコイルと前記軸との間の距離は前記ＲＦコイルと前記軸との間の距離よりも大きいか又は等しいことを特徴とする請求項１に記載のコイルシステム。
【請求項５】
前記内部サブコイルは前記軸に垂直に延在する中央面に対し対称となることを特徴とする請求項１に記載のコイルシステム。
【請求項６】
その強度がラーモア周波数を規定する一様な静止磁場を発生させ、ＲＦパルスを発生させ、検査すべき対象物内に発生するＭＲ信号を入力するコイルシステムを含むＭＲ装置において、前記コイルシステムが請求項１に記載されるように構成されることを特徴とするＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴診断装置の分野に関する。特に、本発明は請求項１の導入部に開示されるようなコイルシステムに関する。本発明はさらに、この種類のコイルシステムを含むＭＲ装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元又は３次元の画像を形成するために、磁場と核スピンとの間の相互作用を利用する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）方法は、多くの点においてこれら撮像方法が軟部組織構造を撮像するための他の撮像方法よりも優れていて、電離放射線を必要とせず、通常は侵襲を行わないため、特に医療診断の分野において多くの応用に利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＭＲＩ方法によれば、検査すべき身体は、強く、一様な磁場の中に挿入され、その磁場の方位は、その測定が基づく座標系の軸（通常はｚ軸）を同時に規定する。前記磁場は、個々の核スピンに対し、すなわち磁場強度に依存して異なるエネルギーレベルを生成し、これが規定される周波数（ラーモア周波数(Larmor frequency)）を持つ交番電磁場を印加することにより励起（スピン共鳴）される。巨視的な観点から、個々の核スピンの分布が全体の磁化を引き起こし、この磁化は、その間に磁場がｚ軸に垂直に延在する適当な周波数（ＲＦパルス）の印加される電磁パルスの影響下において、ｚ軸の周りで歳差運動を行うように、螺旋形状のトラックに沿って平衡状態から歪められる。この歳差運動は、そのアパーチャ(aperture)の角度がフリップ角(flip angle)と呼ばれる円錐の面を描いている。このフリップ角の値は、印加される電磁パルスの強度及び持続期間に依存している。いわゆる９０°パルスの場合、前記スピンはｚ軸から横平面（フリップ角９０°）へ歪む。
【０００４】
ＲＦパルスの終了後、前記磁化は緩和し、再び元の平衡状態となる。磁化はこのとき第１の時定数Ｔ1（スピン格子緩和時間）でｚ方向に再び構成される一方、ｚ方向に垂直な磁化は第２の時定数Ｔ2（スピン−スピン緩和時間）で減衰する。この磁化の変化がｚ軸に垂直な方向（横磁化、時定数Ｔ2）に測定されるように通常は配向するコイルを用いてこの磁化の変化が検出され得る。この横磁化の減衰は、９０°パルスを印加した後に、局部的な磁場の不均一により発生する、同位相の秩序状態(ordered-state)から全ての位相角が均一に分布される平衡状態への核スピンの遷移（ディフェージング(dephasing)）が伴う。このディフェージングにはリフォーカシングパルス(refocusing pulse)（１８０°パルス）が伴う。結果としてエコー信号（スピンエコー）が検出コイル内に発生する。
【０００５】
身体内において空間分解能を実現するために、３つの主軸における一次的な勾配場は、３つの勾配コイルシステムを有する勾配コイル装置を用いて均一な磁場に重畳され、これによりスピン共鳴周波数の一次的な空間依存となる。検出コイルにおいて検出される信号はこのとき、時間軸から周波数軸へとフーリエ変換した後に、身体内の異なる位置に関連する別々の周波数の成分を含んでいる。
【０００６】
ＭＲ装置のコイルシステムは、均一な静止磁場を発生させるコイル装置だけでなく、勾配場を発生させるコイル装置及び（パルス状の）ＲＦ場を発生させるコイル装置も有する。このようなコイルシステムの実施例は、米国特許US-A-6,154,110の図９及び図１０に示されている。勾配場を発生させる勾配コイル装置は、超伝導の主コイル内に同軸状に配され、前記勾配場装置は（外部の）シールドコイル及び（内部の）サブコイルから成る。図２から明らかなように、本発明は同様な既知のコイルシステムに基づいていて、この既知のコイルシステム２１０は、軸２１８に沿って配向され、検査すべき患者２１５が軸方向に変位可能であり、検査区域２１７の下側に置かれる患者テーブル２１６を用いて挿入される検査空間２１７を囲んでいる。この検査空間２１７を囲んでいるコイルシステム２１０は、（内側から周辺部に向かって見ると）ＲＦコイル２１９、（本発明による内部サブコイル２１３’とは異なるように図２において破線で示される）内部サブコイル２１３及びアクティブシールドするコイル又はシールド２１２から成るアクティブシールドされる勾配コイル装置、並びに均一な静止磁場を発生させるコイルが収容されるクリオスタット(cryostat)２１１を有する。勾配コイル装置２１３、２１２は勾配増幅器２２０により制御される。
【０００７】
表されるこの種の勾配増幅器は、最新のＭＲ装置の最も高価な構成要素の１つである。これにより、できるだけ少ない量のエネルギーを必要とするコイルを前記ＭＲ装置に供給することが望ましい。勾配コイルに必要とされるエネルギーの量を減少させるために、引用される欧州特許公開番号EP-A1-0304126は、好ましくない浮遊磁場及び勾配コイルの渦電流を減少又は抑制する特別な補償コイルを使用することを提案している。
【０００８】
その上、勾配コイル及びＲＦコイルに必要とされるエネルギーを減少させるために、欧州特許公開番号EP-A1-0307981の文献は、コイルシステムの空きの内径の減少を可能にする合成されたＲＦ及び勾配コイルシステムを使用することを提案している。
【０００９】
両方の場合において、勾配コイルに対し減少したエネルギー消費を達成するように前記コイルシステムを適合させることは、かなり難解で複雑である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
その上、本発明の目的は、コイルシステムと、簡単なやり方でエネルギー消費に関して最適化された形状を特徴とする上記コイルシステムを備えるＭＲ装置とを供給することである。
【００１１】
本目的は、請求項１及び６の特徴部にそれぞれ開示されるように達成される。
【００１２】
本発明によれば、磁場において利用可能である場のエネルギーに対し、内部サブコイルとそのコイルのアクティブシールドとの間にできるだけ多くの容積が存在する場合、すなわち、同時にＲＦコイルのための容積を減少させず、且つ検査すべき患者のための検査空間を減少させない場合に利点となると仮定される。本発明の基礎的な考えは、内部ＲＦコイルの外側且つカバーの内側に置かれる未使用空間を内部サブコイルのために使用することである。
【００１３】
この目的のために、記載される種類のコイルシステムが提案され、このシステムは勾配コイルシステムに必要とされるエネルギーを減少させるために、内部サブコイルにより占有される容積がＲＦコイルを越えて軸方向に延在する領域において軸に向かい拡張されるようにして本発明に従い構成される。
【００１４】
請求項２による本実施例は、患者テーブルの上面の下の利用可能な空間が前記サブコイルのために最適に使用される利点を提供する。
【００１５】
請求項３に記載されるような本発明のさらに好ましい実施例は、より大きな容積がどちらの側にも影響を受ける検査空間の開放状態となること無く、サブコイルに対し利用可能であることを特徴とする。
【００１６】
他の有利な実施例は、従属する請求項に記載されている。
【００１７】
本発明によれば、本発明に従うコイルシステムは撮像ＭＲ装置に用いられる。
【００１８】
他の実施例は従属する請求項に開示されている。
【００１９】
その強度がラーモア周波数を規定する均一な静止磁場を発生させるためのコイルシステムを含み、ＲＦパルスを発生させ、検査すべき対象物により発生したＭＲ信号を入力するＭＲ装置は、スピン共鳴又は磁気共鳴方法に従い動作する装置のためのコイルシステムが勾配コイルシステムに必要とされるエネルギーを減少させるために、内部サブコイルに占有された容積がＲＦコイルを越えて軸方向に延在する領域において、軸方向に拡張されるように設けられる上記やり方に従って構成され、前記コイルシステムは、軸に沿って延在し、患者を受け入れるための検査空間を囲み、内部ＲＦコイルと、このＲＦコイルを外側から囲み、両側においてＲＦコイルを越えて前記軸方向に突出する内部サブコイルと、内部サブコイルを外側から囲むアクティブシールドとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、実施例に基づき、且つ添付する図を参照して以下に詳細に説明される。
【００２１】
図１は本発明によるコイルシステムを利用するのに適したＭＲ装置の回路図を示す。この回路図は勾配波形発生器２０を制御する制御ユニット１７を含んでいる。第１、第２及び第３の勾配増幅器２１、２２、２３はそれぞれ前記発生器２０の出力部に接続されている。これら増幅器の各々は、それぞれ第１、第２及び第３の勾配コイル３、５、７のための各々の電流を生成する。これら増幅器の利得係数は制御ユニット１７、すなわちリード線３２を介して互いに独立して調節され得るので、前記勾配コイル３、５、７は、ｘ、ｙ及びｚ方向に勾配場を発生させ、検査される領域において対応する３つの空間方向にスライスの選択が行われる。
【００２２】
その上、制御ユニット１７は、ＲＦパルスの周波数を勾配場に依存するＭＲ撮像用のラーモア周波数に合わせるためにＲＦ発生器１８を制御する。これらＲＦパルスは、その利得が制御ユニット１７により制御される増幅器１９に与えられ、次にＲＦ送信コイル１１に与えられる。
【００２３】
励磁状態(excited magnetization state)の緩和によりＲＦ受信コイル１２に誘導されるＭＲ信号は、互いに対して９０°のオフセットである２つのキャリア振幅(carrier oscillation)と混合することにより直交復調器１３において復調され、静止磁場の局部的な強度により決められるラーモア又はＭＲ周波数を有し、振動子１３０から発生し、これにより複素信号の実数成分及び虚数成分とみなされる２つの信号を生じさせる。これらの信号は、Ａ／Ｄ変換器１４に印加される。最後にＭＲ画像がモニタ１５に表示されるように画像処理ユニット１６を用いて既知のやり方で再現される。
【００２４】
図１に示されるようなＭＲ装置に組み込むのに適した、図２に示されるようなコイルシステムの実施例において、内部サブコイル２１３及びアクティブシールド２１２から成る従来技術による勾配コイルシステムの一部を形成する破線で示される内部コイル２１３が実線で示される内部サブコイル２１３’に置き換えられる。この新しい内部サブコイル２１３’は、これまで使用されていなかった容積を利用している。このような未使用の容積は、患者テーブル２１６の下、及びＲＦコイル２１９の外側において軸方向に置かれる領域において、コイルシステム２１０を検査室２１７から隔離されるカバー２１４の上に位置される。これら領域において、内部サブコイル２１３’の内側境界は軸２１８に向かって移動するので、この境界は下側では軸２１８と平行に延在し、上側ではカバー２１４と平行に延在する。コイルシステム２１０及び特に内部サブコイル２１３’は中央面２２１に対し対称となるように構成されるので、場の状態は簡略化される。図２におけるＲＦコイル２１９の動作モード及び構造は、図１のＲＦコイル１１のものと一致し、図２におけるシールド２１２と共同する要素２１３’は、図１における勾配コイル３、５又は７に対応している。
【００２５】
ＲＦコイル２１９を越えて軸方向に延在する領域において、内部サブコイル２１３’と軸２１８との間の距離は、ＲＦコイル２１９と軸２１８との間の距離よりも長い又は等しいので、患者２１５が利用可能な検査空間２１７は、ＲＦコイルにより独占的に決められ、新しい内部サブコイル２１３’のせいで減少はしない。
【００２６】
勾配コイルシステム又は勾配コイル装置の巻き数の分布は、数値計算法(S. Pissanetzky Meas. Sci. Technol. 3
(1992), 667 ff.)を用いて計算され得る。従来の標準的なシステムと比較して、コイルエネルギーが約３５％だけ減少することがこれにより達成される。
【００２７】
全体的に、本発明は、以下のような特徴及び利点は、
−低いエネルギー消費が得られ、これにより勾配増幅器のコストを減少させる
−勾配増幅器を変更することなく高い勾配が発生することが可能である
ことを特徴するコイルシステムを提供する。
その上、患者が利用可能な検査空間は減少しない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるコイルシステムが使用されるＭＲ装置の回路図。
【図２】従来技術（破線で表される内部サブコイル）によるコイルシステムの長手方向における断面図と、本発明（実線で表される内部サブコイル）によるコイルシステムの実施例との形式である単一の概略図。
【符号の説明】
【００２９】
３、５、７  勾配コイル
１１        ＲＦ送信コイル
１２        ＲＦ受信コイル
１３        直交復調器
１４        Ａ／Ｄ変換器
１５        モニタ
１６        画像処理ユニット
１７        制御ユニット
１８        ＲＦ発生器
１９        増幅器
２０        勾配波形発生器
２１、２２、２３  勾配増幅器
２１０      コイルシステム
２１１      クリオスタット
２１２      アクティブシールド
２１３、２１３’  内部サブコイル
２１４      カバー
２１５      患者
２１６      患者テーブル
２１７      検査空間
２１８      ｚ軸（静止磁場方向）
２１９      ＲＦコイル
２２０      勾配増幅器
２２１      対称面
【図１】
2005515051.tif 000003
【図２】
2005515051.tif 000004
【国際調査報告】
2005515051.tif 000005
2005515051.tif 000006
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