(57)【要約】  本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関する。ＭＲＩ装置の基本的な構成要素は、主磁石システム、勾配システム、ＲＦシステム及び信号処理システムである。本発明によれば、この磁気共鳴イメージング装置は、前記主磁石システム（２）に割り当てられる少なくとも１つのアクティブシールド装置（１９、２０）を有し、前記又は各アクティブシールド装置（１９、２０）は、主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、前記主磁石システムにおいて誘導される機械的な力も減少させるために、電流により駆動する。
2007529260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）磁気共鳴イメージング装置の測定空間に定常磁場を発生させる主磁石システム；
ｂ）前記測定空間に勾配磁場を発生させる勾配コイルを有する勾配システム；及び
ｃ）前記主磁石システムに割り当てられる少なくとも１つのアクティブシールド装置
を少なくとも有する磁気共鳴イメージング装置において、
前記又は各アクティブシールド装置は、前記主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、前記主磁石システムにおいて誘導される機械的な力も減少させるために、電流により駆動することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記勾配コイルは勾配コイル電流により駆動し、前記又は各アクティブシールド装置を駆動させるのに使用される前記電流と、前記勾配コイル電流とは同じ周波数スペクトルを持つことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記又は各アクティブシールド装置を駆動させるのに使用される前記電気コイル及び前記勾配コイル電流は、異なる大きさ及び位相シフトにより特徴付けされ、前記大きさ及び前記位相シフトは、前記主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、前記主磁石システムにおいて誘導される機械的な力を減少させるように決められることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記又は各アクティブシールド装置は少なくとも１つの電気コイルを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記又は各電気コイルは、前記主磁石システムに固定して又は可撓的に取り付けられ、電気絶縁体は、前記又は各電気コイルと前記主磁石システムとの間に挟まれていることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記又は各電気コイルは、前記主磁石システムの側面フランジに固定して又は可撓的に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
前記又は各電気コイルはさらに、前記ボアホールの領域において前記主磁石システムに固定して又は可撓的にも取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
前記又は各電気コイルは、前記主磁石システムの前記ボアホールに固定して又は可撓的に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
前記主磁石システムの各側面フランジにおいて、少なくとも１つの電気コイルを有する少なくとも１つのアクティブシールド装置を位置決めしていることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
各アクティブシールド装置は、スパイラルコイルを造る、直列に接続されたコイルの組を有し、前記スパイラルコイルの全コイルは同じ電流により駆動することを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
各アクティブシールド装置は、同心のコイルの組を有し、前記同心のコイルの各々は個々の電流により別々に駆動することを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１２】
前記又は各アクティブシールド装置は、前記勾配システムと直列又は並列に接続される電気回路により生成される電流により駆動することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１３】
前記電気回路は線形電気回路として構成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１４】
前記電気回路はエラー訂正ユニットを有し、当該エラー訂正ユニットは、前記主磁石システムの振動を最小にするために、前記又は各アクティブシールド装置を駆動させるために使用される電流を採用していることを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１５】
前記エラー訂正ユニットはフィードフォワードフィルタとして構成されることを特徴とする請求項１４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１６】
前記フィードフォワードフィルタは、前記主磁石システムの振動の測定に基づいて構成され、前記振動の測定はオフラインで行われることを特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１７】
前記エラー訂正ユニットは、前記勾配コイルを駆動させるために使用される電流と比較して前記振幅及び／又は位相シフトが変更されるように、前記又は各アクティブシールド装置を駆動させるために使用される電流を採用することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置に関するものであり、この装置は少なくとも、磁気共鳴イメージング装置の測定空間に定常磁場を発生させる主磁石システム、前記測定空間に勾配磁場を発生させる勾配コイルを有する勾配システム及び前記主磁石システムに割り当てられる少なくとも１つのアクティブシールド装置を有する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の基本的な構成要素は、前記主磁石システム、前記勾配システム、ＲＦシステム及び信号処理システムである。主磁石システムはしばしば、クリオスタット(cryostat)とも呼ばれる。この主磁石システムは、測定空間を規定すると共に、ＭＲＩ装置により分析されるオブジェクトの挿入を可能にするボアホールを有する。主磁石システムは、分析されるオブジェクトにおいて核スピンを偏極させるための強い均一な定常場を発生させる。勾配システムは、制御される空間的に不均一である時間で変化する磁場を生成するように構成される。この勾配システムは、勾配場が信号の位置特定にとって不可欠であるため、ＭＲＩ装置の極めて重要な部分である。ＲＦシステムは主に送信コイルと受信コイルとから構成され、送信コイルはスピンシステムを励起させるための磁場を発生させることが可能であり、受信コイルは、最差運動をしている磁性を電気信号に変換する。信号処理システムは、これら電気信号に基づいて画像を生成する。
【０００３】
従来技術から知られる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は通常、比較的高い音響ノイズレベルを発生させるが、これは最小にしなければならない。一方、音響ノイズは勾配システムの振動により生じ、他方、音響ノイズは主磁石システム(cryostat)の振動により生じる。
【０００４】
勾配システムの振動により発生する音響ノイズは、真空チャンバを用いて効果的に減少することができる。例えば、米国特許番号US 6,404,200及びUS 5,793,210を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＲＩ装置の音響ノイズをさらに減少させるために、振動している主磁石システムにより発生する音響ノイズが減少する必要がある。この主磁石システムの振動は、３つの励起構造により生じる。第１は、勾配システムから勾配コイルの取り付け台を介して主磁石システムへの振動が構造的に伝達することによる、第２は、主磁石システムの壁部に渦電流を生じさせる可変勾配磁場による主磁石システムの磁気励起による、及び第３は、主磁石システムの音響励起により生じる。この第３の励起構造は、殆どのＭＲＩ装置にとって主流となるものではない。
【０００６】
主磁石システムの振動を生じさせる第１の励起構造は、勾配システムの勾配コイルに対し対応する支持台を使用することにより、効果的に減少することができる。例として、ヨーロッパ特許出願公開公報EP-A-1 193 507を参照されたい。
【０００７】
本発明は、前記第２の励起構造により、すなわち主磁石システムの壁部に渦電流を生じさせる可変勾配磁場による主磁石システムの磁気励起により生じる振動及び音響ノイズの減少に関する。
【０００８】
米国特許公報US 6,326,788号から、主磁石システムの磁気励起は、勾配システムに固定して取り付けられた渦電流シールドシステムを用いて効果的に減少することができることが知られている。しかしながら、この勾配システムに取り付けられた渦電流シールドシステムを用いて前記主磁石システムの前記側面(flange)における渦電流を減少させることは難しい。
【０００９】
ヨーロッパ特許出願公開公報EP-A-1 193 507から、主磁石システムの磁気励起は、非導電型の主磁石システムを使用することにより効果的に減少することができることが知られている。しかしながら、これは主磁石システムが非導電性であるという事実の結果として、この主磁石システムの内部に熱が発生するために、ボイルオフ(boil-off)効果に関して欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、主磁石システムの磁気励起を減少させ、その上この主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させる代替的な方法を開示することである。
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明による磁気共鳴イメージング装置は、前記又は各アクティブシールド装置は、主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、この主磁石システムにおいて誘導される機械的な力も減少させるために、電流により駆動することを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、勾配コイルは勾配コイル電流により駆動し、前記又は各アクティブシールド装置を駆動するのに用いられる勾配コイル電流と勾配コイル電流とは同じ周波数スペクトルを持ち、前記又は各アクティブシールド装置を駆動するのに用いられる電流と勾配コイル電流とは異なる大きさ及び位相シフトにより特徴付けされ、前記大きさ及び前記位相シフトは、主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、この主磁石システムにおいて誘導される機械的な力も減少させるように決められる。
【００１３】
本発明の改良された実施例によれば、前記又は各アクティブシールド装置は、勾配システムと直列又は並列に接続される電気回路により生成される電流により駆動し、この電気回路はエラー訂正ユニットを有し、ここで主磁石システムの振動が測定され、前記エラー訂正ユニットは、主磁石システムの振動を最小にするために前記又は各アクティブシールド装置を駆動させるのに使用される電流を採用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、定常磁場を発生させる主磁石システム２と、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に勾配を持つ追加の磁場を発生させる勾配システム３を設ける複数の勾配コイルとを含む従来技術により知られる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１を示す。示される座標系のＺ方向は、慣例として主磁石システム２における定常磁場の方向に一致している。Ｚ軸は主磁石システム２のボアホール(bore hole)の軸と同軸な軸であり、Ｘ軸は磁場の中心から延在する垂直軸であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸と直交する対応する水平軸である。
【００１５】
勾配システム３の勾配コイルは電源ユニット４により給電される。ＲＦ送信コイル５はＲＦ磁場を発生させるのに利用すると共に、ＲＦ送信機及び変調器６に接続されている。
【００１６】
受信コイルは、検査されるべきオブジェクト７、例えば人間又は動物の身体におけるＲＦ場により発生する磁気共鳴信号を入力するのに使用される。このコイルはＲＦ送信コイル５と同じコイルでもよい。その上、主磁石システム２は、検査されるべき身体７の一部を収容するのに十分な大きさである検査空間を囲んでいる。ＲＦコイル５はこの検査空間において検査されるべき身体７の一部の周り又はその上に配される。ＲＦ送信コイル５は、送信／受信回路９を介して信号増幅器及び復調ユニット１０に接続されている。
【００１７】
制御ユニット１１は、ＲＦパルス及び勾配を含む特別なパルスシーケンスを発生させるために、ＲＦ送信機及び変調器６並びに電源ユニット４を制御する。復調ユニット１０から得られる位相及び振幅は処理ユニット１２に供給される。この処理ユニット１２は変換により画像を形成するように、与えられる信号値を処理する。この画像は例えばモニタ８を用いて映像化されることができる。
【００１８】
本発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、主磁石システムに割り当てられる少なくとも１つのアクティブシールド装置を有し、前記又は各アクティブシールド装置は、主磁石システムの内部への磁場の浸透を減少させると共に、前記主磁石システムにおいて誘導される機械的な力も減少させるために、電流により駆動する。
【００１９】
本発明の第１の好ましい実施例は、図２から図４を参照して述べられる。本発明のこの好ましい実施例によれば、２つのアクティブシールド装置１３、１４は、主磁石システム２の各側面フランジ１５に割り当てられている。各側面フランジ１５の領域において、第１のアクティブシールド装置１３は主磁石システム２の上方部分に割り当てられ、第２のアクティブシールド装置１４は主磁石システム２の下方部分に割り当てられている。図２に示される実施例において、これら２つのアクティブシールド装置１３、１４の各々は、５つの電気コイル１６を有する。各アクティブシールド装置１３、１４の電気コイルは、同心状に位置決めされている。図２に示されるように、各アクティブシールド装置１３、１４の前記同心の電気コイル１６の各々は、個々の端末１７を有するので、電気コイル１６の各々は個々の電流により別々に駆動することができる。
【００２０】
図２における破線は、個々の電気コイル１６の電気接続を表し、これら電気コイル１６が主磁石システム２のボアホール２６内に延在していることを説明している。これは図３からも理解することができる。
【００２１】
図２から図４に示される実施例において、アクティブシールド装置１３、１４の電気コイル１６は、主磁石システム２の側面フランジ１５に固定して（硬直に）取り付けられている。電気絶縁体１８は、主磁石システム２の側面フランジ１５と、アクティブシールド装置１３、１４の電気コイル１６との間に挟まれていることは、図４から理解することができる。
【００２２】
図５は、主磁石システム２と、この主磁石システム２の側面フランジ１５に固定して（硬直に）取り付けられているアクティブシールド装置１９、２０を有する磁気共鳴イメージング装置１の代替実施例を示す。各側面フランジ１５の領域において、第１のアクティブシールド装置１９は主磁石システム２の上方部分に割り当てられ、第２のアクティブシールド装置２０は主磁石システム２の下方部分に割り当てられている。これらアクティブシールド装置１９、２０の各々は５つの電気コイル２１を有し、各アクティブシールド装置１９、２０の前記電気コイル２１は、互いに直列に接続されている。これは、各アクティブシールド装置１９及び２０に対し２つの端子２２だけを備えたスパイラルコイル構造を作り出す。これは、前記アクティブシールド装置１９、２０各々の前記５つの電気コイルに同じ電流が流れることを意味している。これらコイル２１の電気接続は、図５において破線で示されている。
【００２３】
図２から図５を参照して開示された実施例において、電気コイル１６／２１は、主磁石システム２の側面フランジ１５に固定して（硬直に）取り付けられている。例えば粘性又は粘弾性材料から作られた電気絶縁体を用いることにより、電気コイルを前記主磁石システムに可撓的に取り付けることも可能であることにも注意すべきである。さらに、アクティブシールド装置が主磁石システムの側面フランジに全く取り付けられず、単にこの側面フランジの領域に位置決めされていることも可能である。
【００２４】
上述したように、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０は、主磁石システム２の内部への磁場の浸透を減少させると共に、主磁石システム２において誘導される機械的な力も減少させるために、電流により駆動する。アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０のアクティブ電気コイル１６、２１を駆動させるのに使用される電流は、勾配システム３の勾配コイルを駆動させるのに使用される電流と同じ周波数スペクトルを持つ。電気回路は、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０の電気コイル１６、２１を駆動させるための電流を供給する勾配システム３に直列又は並列に接続される。
【００２５】
アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０を前記電流を用いて駆動させることにより、２つの効果が達成され得ることを注意すべきである。一方は、主磁石システム２において誘導される機械的な力が最小にすることが可能なことである。他方は、主磁石システム２の内部への磁場の浸透を減少させることが可能なことである。これら２つの効果は互いに打ち消しあってしまうことに注意すべきである。そのために、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０を駆動させるのに使用される電流は、機械的な力の最小化と、磁場の浸透の最小化との間に良好な妥協点が達成されるように調節されなければならない。それを達成するために、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０を駆動させるために使用される電流と、勾配システム３の勾配コイルを動作させるのに使用される電流とは、同じ周波数スペクトルを持つが、しかしながらこれら２つの電流は異なる大きさ及び位相シフトにより特徴付けられている。この大きさ及び／又は位相シフトを採用することにより、主磁石システム２への磁場の浸透の最小化と、主磁石システム２において誘導される機械的な力の最小化との間に良好な妥協点を達成することが可能である。
【００２６】
本発明の第１の目的によれば、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０の電気コイル１６、２１は、主磁石システムの壁部に流れている渦電流により磁気誘導される力（磁気圧）が打ち消されるように駆動する。これら磁気誘導される力は主に渦電流及び主磁石システム２の定常磁場の結果である。主磁石システム２における磁気誘導される力を打ち消すことは、前記電気コイル１６、２１を用いて主磁石システム２に流れる渦電流を複製する又は真似ることにより達成される。主磁石システム２における磁気圧を取り消す利点は明白である。第１に、ソース部における音響ノイズ問題が取り組まれ、これは非常に効果的である。第２に、磁気圧の振幅及び分布は主に周波数とは無関係である。そのために、電気コイル１６、２１は、勾配システム３の勾配コイルを駆動させるのに使用される電流と同じ周波数スペクトルを持つ電流により駆動することができる。本発明の第２の目的によれば、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０の電気コイル１６、２１は、主磁石システム２への磁場の浸透が減少するように駆動する。前記磁場の浸透の最小化は、いわゆるヘリウムのボイルオフ効果を防ぐ。
【００２７】
本発明は、電気コイル１６、２１を流れる電流が主磁場システム２のボアホールにおける磁場を乱してしまう効果を持っている。しかしながら、この効果は、磁場の歪みが勾配場と同期しているために、それ程深刻ではない。加えて、電気コイル１６、２１は、このボアホールのアイソセンタ(isocenter)からかなり離れている。
【００２８】
本発明の改良された実施例によれば、電流を発生させ、アクティブシールド装置１３、１４、１９及び２０の電気コイル１６、２１を駆動させるのに使用される電気回路は、エラー訂正ユニットを有する。図６は上記ユニットの機能を説明するために、上記エラー訂正ユニットのブロック図を示す。
【００２９】
図６のブロック図のブロック２３は、主磁石システム２の振動ｙ１を生じさせる勾配システム３の伝達関数Ｐ１を説明している。勾配システム３の勾配コイルは、勾配コイル電流Ｆｄを用いて駆動する。図６に示されるブロック２４は、主磁石システム２の振動ｙ２を生じさせるアクティブシールド装置１３、１４、１９、２０の伝達関数Ｐ２を示し、この振動ｙ２は、振動ｙ１とｙ２との間の差ｅが理想的には零となるように振動ｙ１を打ち消す。しかしながら、その差が零にはならないという事実により、エラー訂正ユニットが前記エラーｅを最小にするために使用される。
【００３０】
エラーｅは主磁石システム２の振動となる。これら振動は、主磁石システム２に取り付けられたセンサによりオフラインで測定される。これらセンサは、歪みセンサ、加速度センサ、速度センサ、変位センサ等であり、これらセンサは測定が行われた後、ＭＲＩ装置から取り外される。前記エラーｅを最小にするために、前記測定は、図６のブロック２５により説明されるエラー訂正器としてフィードフォワードフィルタを設定するために使用される。
【００３１】
適切に構成されたフィードフォワードフィルタ（エラー訂正器）の場合、前記電流Ｆｄはエラー振動ｅが減少するようにフィルタリングされる。この電流Ｆｄは、Ｃ＝−ＩＮＶ（Ｐ）＊Ｐ１である、Ｃによりフィルタリングされる。エラー訂正ユニット、すなわちブロック２５によるフィードフォワードフィルタは、勾配コイル電流Ｆｄと比較して振幅及び／又は位相シフトが変更されるように、アクティブシールド装置１３、１４、１９、２０の電気コイル１６、２１を駆動させるために使用される電流Ｆｃを採用する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術によるＭＲＩ装置。
【図２】本発明による第１の実施例に従うＭＲＩ装置の側面フランジ上のビュー
【図３】本発明による第１の実施例に従うＭＲＩ装置を通る、図２においてIII−IIIの線分に沿った断面を示す。
【図４】本発明による第１の実施例に従うＭＲＩ装置を通る、図２においてIV−IVの線分に沿った断面を示す。
【図５】本発明による第２の実施例に従うＭＲＩ装置の側面フランジ上のビュー
【図６】本発明の好ましい実施例に従って用いられるエラー訂正のブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2007529260.tif 000009
2007529260.tif 000010
2007529260.tif 000011