(57)【要約】  本発明は、磁気共鳴画像化（MRI）システムに関する。MRIの基本構成部は、主磁石システム、勾配システム、RFシステムおよび信号処理システムである。通常、勾配システムは、3つの直交一次コイルおよび3つの直交シールドコイルを有する。通常、勾配システムのシールドコイルは、主磁石システム内での渦電流の発生を最小化するように設計される。しかしながら、渦電流の発生を最小化するように設計されたそのような勾配システムは、勾配システム内での機械的振動の点では、最適化されていない。勾配システム内での機械的振動を最小にするように、勾配システムのシールドコイルが設計される場合もある。しかしながら、そのようなシステムでは、渦電流の最小化の観点では、適正ではない。本発明では、少なくとも、主磁石システムと、勾配システムとを有する磁気共鳴画像化システムが提供され、前記勾配システムは、一次コイル状素子およびシールドコイル状素子を有し、前記シールドコイル状素子は、前記一次コイル状素子のローレンツ力を補正するように設計され、これにより勾配システム内での機械的振動が最小化され、好ましくは除去される。さらに磁気共鳴画像化システムは、前記主磁石システムと前記勾配システムの間に設置された渦電流シールドシステムを有し、この渦電流シールドシステムは、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムから、機械的に分離される。
2007512074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像化システムにおいて、少なくとも、
a）当該磁気共鳴画像化システムの測定空間に、定常磁場を生じさせる主磁石システムと、
b）前記測定空間に磁気勾配場を生じさせる勾配システムであって、一次コイル状素子およびシールドコイル状素子を有し、前記シールドコイル状素子は、前記一次コイル状素子の力を補正するように設計され、これにより前記勾配システム内での機械的振動および／またはノイズが最小化され、好ましくは除去される、勾配システムと、
c）前記主磁石システムと前記勾配システムの間に設置された渦電流シールドシステムであって、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムから、機械的に分離されている渦電流シールドシステムと、
を有する磁気共鳴画像化システム。
【請求項２】
前記渦電流シールドシステムは、前記主磁石システムと前記勾配システムの間の空間に設置され、該空間は、密閉されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項３】
前記渦電流シールドシステムは、密閉真空空間内に設置されることを特徴とする請求項2に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項４】
前記渦電流シールドシステムは、少なくとも一つのアクティブ素子、少なくとも一つのパッシブ素子または少なくとも一つのアクティブ素子と少なくとも一つのパッシブ素子の組み合わせで構成されることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項５】
前記渦電流シールドシステムは、1組のアクティブ素子、すなわち1組の追加シールドコイル状素子を有することを特徴とする請求項4に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項６】
前記渦電流シールドシステムは、3つの直交シールドコイルの組を有することを特徴とする請求項5に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項７】
前記渦電流シールドシステムは、導電管として設計された少なくとも一つのパッシブ素子を有することを特徴とする請求項4に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項８】
前記渦電流シールドシステムは、少なくとも一つの導電管と組み合わされた、1組のシールドコイル状素子を有することを特徴とする請求項4に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項９】
前記渦電流シールドシステムは、支持構造部を有し、該支持構造部は、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムに接続され、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムから機械的に分離されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１０】
前記支持構造部は、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムに接続され、分離手段によって、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムから機械的に分離されていることを特徴とする請求項9に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１１】
前記分離手段は、ゴムのような材料のストリップもしくはブロックの形状のパッシブ手段として、および／または圧電手段のようなアクティブ手段として、設計されていることを特徴とする請求項10に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１２】
前記渦電流シールドシステムは、拘束層構造および／または有孔構造として設計されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１３】
前記渦電流シールドシステムは、少なくとも一つのキャリア管上に設置された1組のシールドコイル状の素子を有し、前記コイル状の素子および各キャリア管は、相互に接着され、拘束層構造が提供されることを特徴とする請求項12に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１４】
2つのキャリア管を有し、
前記2つのキャリア管の間には、粘弾性層が設置され、前記1組のシールドコイル状素子は、外側のキャリア管に取り付けられることを特徴とする請求項13に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１５】
前記渦電流シールドシステムは、少なくとも一つの導電管を有し、該導電管は、半径方向を向いた孔を有し、有孔構造が提供されることを特徴とする請求項12に記載の磁気共鳴画像化システム。
【請求項１６】
少なくとも2つの導電管を有し、
該少なくとも2つの導電管の間には、粘弾性層が設置され、前記少なくとも2つの導電管には、半径方向を向いた孔が設けられ、有孔拘束層構造が提供されることを特徴とする請求項15に記載の磁気共鳴画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴画像化システムに関し、当該システムは、少なくとも、当該磁気共鳴画像化システムの測定空間に、定常磁場を生じさせる主磁石システムと、前記測定空間に磁気勾配場を生じさせる勾配システムであって、一次コイル状素子およびシールドコイル状素子を有し、前記シールドコイル状素子は、前記一次コイル状素子の力を補正するように設計され、これにより前記勾配システム内での機械的振動および／またはノイズが最小化され、好ましくは除去される、勾配システムと、を有する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴画像化（MRI）システムの基本構成部は、主磁石システム、勾配システム、RFシステムおよび信号処理システムである。主磁石システムは、測定空間を定形し、MRIシステムによって検査される対象物の通入を可能にするボアホールを有する。主磁石システムは、被検対象物の核スピンを偏向させる強力な均一静磁場を発生させる。勾配システムは、制御された空間不均一で経時変化する磁場を形成するように設計される。勾配システムは、信号を局在化させる上で不可欠なものであるため、勾配システムは、MRIシステムの重要部である。RFシステムは、主として、送信コイルおよび受信コイルで構成され、送信コイルは、スピン系を励起させるため回転磁場を発生し、受信コイルは、処理磁場を電気信号に変換する。信号処理システムは、電気信号に基づいて、画像を発生する。
【０００３】
勾配システムは、通常3つの直交する一次コイル状素子を有し、これらは、それぞれＸ、ＹおよびＺの一次コイルと呼ばれる。Ｘ、ＹおよびＺの名称は、MRIシステムに使用される仮想直交軸を表し、Ｚ軸は、主磁石システムのボアホールの軸と同軸であり、X軸は、磁場の中央から延びる垂直軸であり、Y軸は、Z軸およびX軸と直交する、対応水平軸である。3つの一次コイル状素子に加えて、さらに勾配システムは、3つの直交シールドコイル状素子、すなわちX、YおよびZのシールドコイルと呼ばれる素子を有しても良い。
【０００４】
通常、勾配システムのシールドコイル状素子は、勾配システムから半径方向外側を向いた一次コイル状素子の迷走場が最小となるように設計されており、これにより、主磁石システム内での渦電流の発生または渦電流の誘導が抑制される。そのような勾配システムは、「渦電流最適化」勾配システムとも呼ばれる。しかしながら、主磁石システム内での渦電流の発生もしくは誘導が抑制または除去されるように設計された、そのような勾配システムは、勾配システム内での機械的振動および／またはノイズの点からは、適正であるとは言えない。ローレンツ力の一部しか補正されない一次コイル状素子に生じるローレンツ力は、シールドコイル状素子に生じるローレンツ力よりも大きくなるからである。
【０００５】
また、一次コイル状素子のローレンツ力を補正するように、勾配システムのシールドコイル状素子を設計することも可能であり、これにより、勾配システム内の機械的振動および／またはノイズが最小にされ、または好ましくは除去される。そのような勾配システムは、「ローレンツ力最適化」勾配システムと呼ばれる。しかしながら、勾配システム内の機械的振動および／またはノイズが最小にされ、もしくは除去されるように設計されたそのような勾配システムは、主磁石システム内部で発生または誘導される渦電流の最小化または除去の観点からは、最適とは言えない。
【０００６】
公知資料として、米国特許第6,147,494号には、「ローレンツ力最適化」勾配システムを有する磁気共鳴画像化（MRI）システムが示されている。この米国特許第6,147,494号の公知システムでは、渦電流は、勾配システムによって、主磁石システムの内部放射線シールド内で誘導される。内部放射線シールドは、渦電流の減衰に対して大きな時定数を有する。これらの渦電流によって生じる振動は、放射線シールドが真空内に設置されているため、ノイズとはならない。この解決法を実施するためには、非導電性ボアを有する磁石が必要となるが、これは高額である。また、渦電流は、主磁石システムの好ましくない温度上昇につながり、主磁石システムに使用される低温液体の沸騰蒸発量が増加する。
【０００７】
本願に使用される「コイル」および「コイル状素子」という用語は、全ての種類のコイルを網羅することに留意する必要がある。例えば、鞍状コイル、折り曲げコイル、前方／後方に、および／または上方／下方に非対称な非対称コイルならびに他の種類のコイル等が含まれる。
【特許文献１】米国特許第6,147,494号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、最初の段落で示したような、「ローレンツ力最適化」勾配システムを有し、従来の磁気共鳴画像化システムの問題を有さない磁気共鳴画像化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成するため、本発明による磁気共鳴画像化システムは、少なくとも、当該磁気共鳴画像化システムの測定空間に、定常磁場を生じさせる主磁石システムと；前記測定空間に磁気勾配場を生じさせる勾配システムであって、一次コイル状素子およびシールドコイル状素子を有し、前記シールドコイル状素子は、前記一次コイル状素子の力を補正するように設計され、これにより前記勾配システム内での機械的振動および／またはノイズが最小化され、好ましくは除去される、勾配システムと；前記主磁石システムと前記勾配システムの間に設置された渦電流シールドシステムであって、前記主磁石システムおよび／または前記勾配システムから、機械的に分離されている渦電流シールドシステムと；を有する。本発明の好適実施例では、渦電流シールドシステムは、例えばシールドコイル状素子のような1組のアクティブ素子、または例えば導電シリンダのような少なくとも一つのパッシブ素子、または少なくとも一つのアクティブ素子と少なくとも一つのパッシブ素子との組み合わせを有する。
【００１０】
本発明の別の改良された好適実施例では、渦電流シールドシステムは、拘束層構造および／または有孔構造として、設計される。
【００１１】
拘束層構造は、少なくとも2つのキャリア管上に設置された、1組のシールドコイル状素子を有する渦電流シールドシステムによって提供されることが好ましい。少なくとも2つのキャリア管の間には、粘弾性層が設置され、シールドコイル状素子は、外側のキャリア管に取り付けられる。あるいは、拘束層構造は、少なくとも2つの導電管を有する渦電流シールドシステムによって提供されても良く、少なくとも2つの導電管の間には、粘弾性層が設置される。
【００１２】
有孔構造は、少なくとも一つの導電管を有する渦電流シールドシステムによって提供されることが好ましく、各導電管は、半径方向を向いた孔を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照して、本発明による磁気共鳴画像化システムの実施例をより詳しく説明する。
【００１４】
図1には、従来の磁気共鳴画像化（MRI）システム1を示す。このシステムは、定常磁場を発生する主磁石システム2を有し、さらに、勾配システム3を提供するいくつかの勾配コイルを有する。この勾配システム3は、X、Y、Z方向に勾配を有する追加磁場を発生する。座標系のZ方向は、慣例通り、主磁石システム2内の定常磁場の方向に対応する。Z軸は、主磁石システム2のボアホールの軸と同軸にあり、X軸は、磁場の中央から延びる垂直軸であり、Y軸は、Z軸およびZ軸と直交する対応水平軸である。
【００１５】
勾配システム3の勾配コイルは、電力供給ユニット4によって給電される。RF送信コイル5は、RF磁場の発生を助長し、RF送信変調器6に接続されている。
【００１６】
受信コイルは、例えば人間または動物の体のような被検対象物7のRF場によって生じた磁気共鳴信号を受信するために使用される。このコイルは、RF送信コイル5と同じコイルであっても良い。また、主磁石システム2は、被検体の体7の一部を収容する上で十分に広い検査空間を取り囲んでいる。RFコイル5は、この検査空間内の被検体7の一部の周囲または上部に配置される。RF送信コイル5は、送信／受信回路9を介して、信号増幅器復調ユニット10に接続される。
【００１７】
制御ユニット11は、RF送信変調器6および電力供給ユニット4を制御し、RFパルスと勾配を含む特殊なパルスシーケンスを発生させる。復調ユニット10で得られた位相および振幅は、処理ユニット12に送られる。処理ユニット12は、変換後に画像が形成されるように、提供された信号値を処理する。この画像は、例えばモニタ8によって視覚化することができる。
【００１８】
本発明では、磁気共鳴画像化システム1の勾配システム3は、3つの直交一次コイル、すなわちX一次コイル、Y一次コイルおよびZ一次コイルを有し、さらに3つの直交シールドコイル、すなわちXシールドコイル、YシールドコイルおよびZシールドコイルを有する。勾配システム3の3つの直交一次コイルおよび3つの直交シールドコイルは、図示されていない。勾配システム3のシールドコイルは、勾配システム3内部のローレンツ力を補正するように設計されている。勾配システム3でのローレンツ力を補正するため、勾配システム3の3つの直交シールドコイルの巻き数および前記巻き位置は、前記勾配システム3の3つの直交一次コイルの巻き数および前記巻き位置に適合される。そのようなローレンツ力が補正された勾配システム3を使用することにより、勾配システム3内の機械的振動およびノイズが最小化され、好ましくは除去される。
【００１９】
ローレンツ力が補正されるように設計されたシールドコイルを有するそのような勾配システム3は、一次コイルからの迷走場をシールドし、主磁石システム2内部の渦電流の発生または誘導を最小化するというシールド特性の点からは、適正であるとは言えない。
【００２０】
ローレンツ力を補正する特性に加えて、渦電流を最小化するという観点での良好な特性を提供するため、本発明による磁気共鳴画像化システムは、渦電流シールドシステム13を有する。図2に示すように、渦電流シールドシステム13は、主磁石システム2と勾配システム3の間、すなわち主磁石システム2のハウジングと勾配システム3の間に設置される。ハウジングは、低温保持槽と呼ばれる。このように本発明では、渦電流シールドシステム13は、低温保持槽の外側の、低温保持槽と勾配システム3の間に設置される。渦電流シールドシステム13は、主磁石システム2、すなわち低温保持槽と勾配システム3の間の空間14の内部に設置され、前記空間は、密閉される。空間14は、真空密閉されることが好ましい。
【００２１】
渦電流シールドシステム13は、主磁石システム2に接続されることが好ましいが、主磁石システム2、さらには勾配システム3からは、機械的に分離される。「機械的に分離される」とは、渦電流シールドシステム13が、主磁石システム2および／または勾配システム3と、接続手段で接続されていること、あるいは、渦電流シールドシステム13から主磁石システム2および／または勾配システム3への機械的振動の伝達を実質的に抑制もしくは実質的に防止する、減衰手段を有することを意味することに留意する必要がある。そのような接続手段および減衰手段の一例を、以下に詳しく示す。渦電流シールドシステム13は、勾配システム3の半径方向外方にある勾配システム3の一次コイルによって、勾配システム3から半径方向外方に誘導される迷走場に対して、主磁石システム2をシールドする機能を有する。このため、渦電流シールドシステム13には、ローレンツ力が生じる可能性があり、渦電流シールドシステム13内部に振動が生じ得る。渦電流シールドシステム13は、主磁石システム2および勾配システム3から機械的に分離されているため、渦電流シールドシステム13内部のこれらの振動の影響は、最小化される。渦電流シールドシステム13は、真空密閉されていることが好ましい密閉空間14内に設置されているため、渦電流シールドシステム13内部の振動の影響は、さらに抑制される。
【００２２】
渦電流シールドシステム13の第1の好適実施例は、図3に示されている。図3に示す渦電流シールドシステム13は、1組のアクティブ素子を有し、このアクティブ素子は、3つの追加シールドコイル組、すなわち追加Xシールドコイル15、追加Yシールドコイル16および追加Xシールドコイル17である。3つの追加直交シールドコイル15、16および17は、2つのキャリア管、すなわち内部キャリア管18と、外部キャリア管19の上部に設置される。前記2つのキャリア管18、19の間には、粘弾性層20が設置されている。そのような粘性のある粘弾性層は、構造部の機械的減衰を可能にし、これにより振動レベルが抑制される。図3からわかるように、追加Zシールドコイル17は、外部キャリア管19の上部に設置され、追加Yシールドコイル16は、前記追加Zシールドコイル17の上部に設置され、追加Xシールドコイル15は、前記Yシールドコイル17の上部に設置される。図3に示した渦電流シールドシステム13は、3つの直交シールドコイル15、16および17と、2つのキャリア管18および19とを有し、前記キャリア管18、19の間には、粘弾性層20が設置され、渦電流シールドシステム13のいわゆる拘束層構造が提供される。そのような拘束層構造では、渦電流シールドシステム13内での振動およびノイズレベルは、さらに小さくなる。
【００２３】
図4および図5には、渦電流シールドシステム13の別の好適実施例を示す。図4には、前記渦電流シールドシステム13の断面図を、図5には、同上面図を示す。図4および図5に示す渦電流シールドシステム13は、高導電性のシリンダまたは管21の形状で提供される一つのパッシブ素子を有する。導電シリンダまたは導電管21は、厚さが例えば約5mmの銅で構成されることが好ましい。図4および図5に示した実施例では、前記導電管21の内部には、孔22が形成され、この孔22は、導電管21の厚み全体を貫通するように、半径方向に延伸している。図4および図5に示した渦電流シールドシステム13は、いわゆる有孔構造を提供する。そのような有孔構造を使用することによっても、渦電流シールドシステムからのノイズを小さくすることができる。
【００２４】
本発明による別の渦電流シールドシステム13は、図6に示されている。図6に示す渦電流シールドシステム13は、2つのパッシブ素子、すなわち2つの導電シリンダまたは導電管23および24を有する。円筒状の銅で提供されることが好ましい前記導電管23、24の間には、粘弾性層25が設置される。この粘弾性層25に加えて、図6に示す渦電流シールドシステム13は、2つの導電管23および24さらには粘弾性槽25を貫通して半径方向に延伸する孔22を有する。図6に示す渦電流シールドシステム13は、拘束層構造および有孔構造の組み合わせを提供し、渦電流シールドシステム13内部の振動およびノイズの更なる抑制が可能となる。
【００２５】
図3乃至図6に示す実施例の他、渦電流シールドシステムにおいて、追加シールドコイル形状の1組のアクティブ素子に、導電管形状のパッシブ素子を組み合わせても良い。そのようなアクティブ素子とパッシブ素子を組み合わせた形状は、拘束層構造および／または有孔構造として設計されても良い。
【００２６】
さらに、追加シールドコイルのような、アクティブ素子のみを有する渦電流シールドシステムは、渦電流シールドシステムを半径方向に貫通して延伸する孔を有しても良く、この場合、前記渦電流シールドシステムから生じるノイズが、さらに低減されまたは抑制される。
【００２７】
図3乃至6に示す渦電流シールドシステム13は、いずれの場合も、支持構造部を有しても良く、この支持構造部は、渦電流シールドシステム13を主磁石システム2または勾配システム3に接続する。また、渦電流シールドシステムの支持構造部は、磁気共鳴画像化システム全体が設置される床面に、渦電流シールドシステムを接続することも可能である。支持構造部によって、渦電流シールドシステム13と主磁石システム2および／または勾配システム3が接続される場合には、支持構造部は、主磁石システム2および／または勾配システム3から、渦電流シールドシステム13を機械的に分離することができるような、分離手段を有する。分離手段は、ゴムのような材料のストリップもしくはブロック等のパッシブ手段として、または圧電手段等のアクティブ手段として、提供することができる。また、アクティブ分離手段とパッシブ分離手段とを組み合わせても良い。
【００２８】
本発明による磁気共鳴画像化システムは、主磁石システムと、勾配システムとを有し、勾配システムは、一次コイルおよびシールドコイルを有する。勾配システムのシールドコイルは、ローレンツ力を補正して、振動の生じない勾配システムを提供するように設計される。主磁石システムおよび勾配システムに加えて、本発明による磁気共鳴画像化システムは、渦電流シールドシステムを有し、この渦電流シールドシステムは、勾配システムと主磁石システムの間に配置される。渦電流シールドシステムは、勾配システムおよび主磁石システムから機械的に分離される。渦電流シールドシステムは、アクティブコイルの形状のアクティブ手段、導電シリンダの形状のパッシブ手段、またはこれらを組み合わせたものを有する。また渦電流シールドシステムは、拘束層構造および／または有孔構造を有する。本発明による磁気共鳴画像化システムは、振動およびノイズ特性が最適化されており、主磁石システム内部での渦電流の発生を抑えることが可能になる。
【００２９】
本発明の別の態様では、勾配システム3の一次コイルとシールドコイルの間に、ガラスファイバで補強されたエポキシ層が設置される。ガラスファイバは、勾配システムの半径方向を向いていることが好ましい。これにより、勾配システムの半径方向に十分な剛性が得られる。また一次コイルとシールドコイルの間に、ガラスファイバで補強されたエポキシの代わりに、セラミック材料を使用することも可能である。勾配システムの一次コイルとシールドコイルの間には、高粘弾性率（高E率）の材料を使用することが好ましい。高E率の材料では、勾配システムのノイズレベルが低くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のMRIシステムの図である。
【図２】本発明によるMRIシステムの部分断面図である。
【図３】本発明の第1の実施例によるMRIシステムの渦電流シールドシステムの断面図である。
【図４】本発明の第2の実施例によるMRIシステムの渦電流シールドシステムの断面図である。
【図５】図4の渦電流シールドシステムの上面図である。
【図６】本発明の第3の実施例によるMRIシステムの渦電流シールドシステムの断面図である。
【図１】
2007512074.tif 000003
【図２】
2007512074.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007512074.tif 000007
【図６】
2007512074.tif 000008
【国際調査報告】
2007512074.tif 000009
2007512074.tif 000010
2007512074.tif 000011