(57)【要約】【課題】  開放型のイメージングボリューム内で均一な磁場を発生させる。【解決手段】  磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム（５０）のマグネットコイル組立体（５４）は、超伝導マグネット（８２）を含み、イメージングボリューム（６０）を形成する。超伝導マグネット（８２）は、イメージングボリューム（６０）内で分極磁場を生成する。読出しマグネット（１０６）が、イメージングボリューム（６０）内で読出し磁場を生成する。制御装置（１０２）が、読出しマグネット（１０６）に電気的に結合され、読出しマグネットをパルス作動させてイメージングボリューム（６０）全体に均一な磁場を生成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージングボリューム（６０）を形成し、該イメージングボリューム（６０）内で分極磁場を生成する超伝導マグネット（８２）を含む超伝導マグネットコイル組立体（５４）と、
前記イメージングボリューム（６０）内で読出し磁場を生成する読出しマグネット（１０６）と、
前記読出しマグネット（１０６）に電気的に結合され、前記読出しマグネットをパルス作動させて前記イメージングボリューム（６０）全体に均一な磁場を生成する制御装置（１０２）と、
を備える磁気共鳴イメージングシステム（１０）。
【請求項２】
前記読出し磁場を前記分極磁場に加えた和が、前記分極磁場に対して良好な均質性を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記読出しマグネット（１０６）が半月形構成であることを特徴とする請求項１に記載のシステム
【請求項４】
１つ又はそれ以上の補正マグネット（９０）を更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記均一な磁場を更に形成する１つ又はそれ以上の静止磁場源（１４４）を更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記超伝導マグネット（８２）が、第１の内径を有し、前記読出しマグネット（１０６）が、前記第１の内径よりも小さい第２の内径を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記読出しマグネット（１０６）が、前記イメージングボリューム（６０）の中心（６５）に対応する中心軸線（６２）上の中心点（６４）に対して、前記超伝導マグネット（８２）よりも空間的に近接していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記分極磁場が静磁場であって不均質な磁場分布を有し、前記読出し磁場が、前記分極磁場と比べて低い電磁場の磁場分布を有し、且つ前記分極磁場に加えられた時に均一な磁場を生成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
イメージングボリューム（６０）を形成し、該イメージングボリューム（６０）内で不均質な静止分極磁場を生成する超伝導マグネット（８２）を含む超伝導マグネットコイル組立体（５４）と、
前記分極磁場と比べて低い電磁場の磁場分布を有し且つ前記静止分極磁場に加えられて均一な磁場を生成する読出し磁場を前記イメージングボリューム（６０）内で生成する読出しマグネット（１０６）と、
抵抗性読出しマグネット（１０６）に電気的に結合され、前記抵抗性読出しマグネット（１０６）をパルス作動させて前記イメージングボリューム（６０）全体に均一な磁場を生成する制御装置（１０２）と、
を備える磁気共鳴イメージングシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、より具体的には、開放型のイメージングボリューム内で均一な磁場を発生させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な開放型ＭＲＩシステムは、遮蔽されていないＭＲＩ室内に配置され、前部分と後部分とを有する静止マグネット構造体を含む。超伝導マグネットを収容する１対の環状容器を有する低温維持装置が、超伝導マグネットを冷却するためにマグネット構造体内に配置されている。容器は、鋼製スペーサにより取り付けられ、患者ボリュームを定める。スペーサの長さは、医師が患者を治療するのに使用できる空間の量に対応する。患者は、患者ボリューム内に延びるテーブル上に横たわる。
【０００３】
典型的なＭＲＩの一部として、適切な周波数の無線周波数（ＲＦ）信号が、ＲＦ送信コイルを介して患者ボリュームに送信される。超伝導マグネットは、患者の水素原子を分極させる静磁場を発生する。核磁気共鳴（ｎＭＲ）応答ＲＦ信号が、分極されたプロトンによって放射され、イメージングボリュームからＲＦ受信コイルによって受信される。受信されたＲＦ信号の周波数及び位相パラメータ内でコード化された情報は、ＲＦ回路の使用により処理されて視覚画像を形成する。これらの視覚画像は、イメージングボリューム内にある患者の断面又はボリューム中のｎＭＲ原子核分布を表す。
【０００４】
磁気共鳴（ＭＲ）イメージング法は、良好な品質の画像を生成するために、高度に均一な磁場を必要とする。画質を高めるためには、磁場の磁界強度を増大させることが望ましい。磁場強度を増大させることにより、漂遊ＭＲ磁場が増大する。従って、ＭＲＩ室の外にいる人に影響を及ぼすことのないように特定レベルより低く漂遊ＭＲ磁場を維持する場合、磁場強度の上限が生じる。周囲環境からＭＲＩ室を遮蔽することは、場合によっては費用がかかり実用的ではない。
【０００５】
ここで図１を参照すると、典型的な開放型の０．５テスラＭＲＩシステムにおける超伝導マグネット６及びイメージングボリューム８の断面域グラフが示される。垂直軸がセンチメートル単位のＲであり、水平軸がセンチメートル単位のＺである。矩形区域１０は、低温維持装置を表す。正の区域１２は、超伝導コイルの正の断面域に対応しており、該断面域はそこで発生する電磁力に正比例する。負の区域１４は、超伝導コイルの負の断面域に対応しており、該断面域は、そこで発生する電磁力に正比例する。この実施例におけるような０．５テスラの開放型超伝導マグネットは、約１００，０００ｃｍ3の超伝導体を有する。このＭＲＩシステムは、６０ｃｍのコイル間ギャップを有し、これは医師がアクセスするための約５０ｃｍの室温ギャップを生じさせる。５５ｃｍの室温ギャップは、介入処置のための最小許容限度であることが知られているので、先行技術によるＭＲＩシステム設計は、最小限の許容可能なギャップ要件を満たしていない。
【０００６】
次に図２を参照すると、医師によるアクセスを改善し、超伝導マグネットの磁力を増大させるためにギャップが増大された典型的なＭＲＩシステムの０．５ステラ超伝導マグネット及びイメージングボリュームの断面域グラフが示される。医師によるアクセスを改善するためにコイル間ギャップを６０ｃｍから７６ｃｍに増大させた結果、超伝導マグネット間の力が増大する。図２の正区域１２及び負区域１４を図１の正区域１２及び負区域１４と比較すると、従来のＭＲＩシステムを用いた介入処置に対して医師によるアクセスを大きく改善したマグネットを生成するために必要な超伝導マグネットのサイズ及び電磁力における差異は明白になる。図２の超伝導マグネットは、約３９２，０００ｃｍ3の超伝導体を有し、比較的増大された磁力を有するが、明らかに構築可能ではない。
【０００７】
画像を生成するために、均質性が低く振幅が大きいパルス状分極用磁場と均質性が良く振幅が小さい読出し静磁場とを発生させて結合させる提案がなされてきた。パルス状分極用磁場は、抵抗性分極用マグネットから生成される。しかしながら、許容可能なイメージング時間を達成するために、分極用磁場は、高いデューティーサイクル速度でパルス化されなければならない。分極用マグネットの高いデューティーサイクルは、大きな抵抗熱を発生し、これはＭＲＩシステム内で大量の冷却電力を必要とする。ＭＲＩシステムの冷却は、現在のＭＲＩシステムの限界であって、このことが当該概念を更にコスト高で非実用的なものにしている。この概念の別の欠点は、パルス化シーケンスの選択肢が限定されており、医師が観察することができる様々な病状の量を制約することである。
【０００８】
更に、開放型ＭＲＩシステムに使用可能な設計構成が限定される。例えば、治療医師が使用可能な空間の量が、ＭＲＩシステムの物理的及び操作的要件によって制約される。実行しようとする治療に応じて、医師は利用可能な異なる空間の量又は異なる空間の向きを所望する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、増大された均一な磁場を提供することができ、生成される漂遊磁場を最小限にし、多くの実現可能なパルスシーケンスの選択肢及び多くの設計構成を提供する、開放型ＭＲＩシステムを設計することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、イメージングボリューム内で均一な磁場を発生させるための方法及び装置を提供する。超伝導マグネットコイル組立体を含む磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムが提供される。このマグネットコイル組立体は、超伝導マグネットを含み、イメージングボリュームを形成する。超伝導マグネットは、イメージングボリューム内で静止分極磁場を発生する。パルス作動する読出しマグネットが、イメージングボリューム内で読出し磁場を発生し、該読出し磁場は、静止分極磁場に加えられた時に均一な磁場を生成する。制御装置が、読出しマグネットに電気的に結合され、読出しマグネットをパルス作動させて、イメージングボリューム全体に均一な磁場を発生させる。上記を実行する方法もまた提供される。制御装置は、超伝導マグネットが一旦励磁されると、該超伝導マグネットから取り外すことができる。
【００１１】
本発明の幾つかの利点の１つは、イメージングボリューム内で均質性の低い分極用磁場と均一性の良好な読出し磁場とを同時に生成することができることである。大きな磁場強度の超伝導マグネットと小さな磁場強度の抵抗性読出しマグネットとを結合すると、高いデューティーサイクルで大きな磁場強度の抵抗性分極用マグネットを作動させる必要性が排除される。このことは、電力損失と冷却の必要性を大きく低減する。
【００１２】
本発明の別の利点は、設計上の汎用性が増大することである。本発明は、ＭＲＩシステムの構成要素に特別な物理的制約を加えることなく、同一の又は改善されたイメージングボリュームの均一な磁場を提供することによって、医師の治療区域の増大と設計の汎用性を提供する。
【００１３】
更に本発明は、多数のシーケンスの選択肢を提供する。この多数のシーケンス選択肢により、検査者が単一のＭＲＩシステムを使用して、より多くの異様々な病状を強調することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明自体及び本発明に伴う利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解されるであろう。
【００１５】
次に、本発明のより完全な理解のために、添付図面により詳細に示し、本発明の実施例を用いて以下に説明された実施形態を参照する。
【００１６】
各添付図面において、同じ参照符号を用いて同じ構成要素を表す。本発明は、イメージングボリューム内に均一な磁場を発生させる方法及び装置と関係付けて説明されるが、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム、磁気共鳴分光システム、及び均一な磁場を必要とする他の用途を含む様々なシステムで使用されるように適合することができる。
【００１７】
以下の説明においては、様々な動作パラメータ及び構成要素は１つの構成された実施形態について説明される。これらの特定パラメータ及び構成要素は、実施例として含まれるものであり、限定を意図するものではない。
【００１８】
また、以下の説明において、ＭＲＩシステムの構成要素は、以下のもの、すなわち、超伝導マグネット、超伝導マグネット支持構造体、傾斜コイル組立体、低温維持装置、極低温冷凍機、低温維持装置支持構造体、又は当技術分野において公知の他の任意のＭＲＩシステム構成要素の任意の１つを含むことができる。
【００１９】
ここで図３を参照すると、本発明の一実施形態によるパルス状読出しマグネットを含む開放型ＭＲＩシステム５０を図式的に示す。ＭＲＩシステム５０は、遮蔽されていないか、又は軽度に遮蔽されたＭＲＩ室５２内にあって、前部分５６と後部分５８とを有する第１の超伝導マグネット組立体５４を含む。この組立体は、中心軸線６２を有するイメージングボリューム６０（患者ボア）を形成し、該中心軸線の中心点６４は、イメージングボリューム６０の中心６５に相当する。治療担当医師６６は、前部分５６と後部分５８の間の幅Ｗを有する開放域７０内で患者６８を検査する。患者６８は、イメージングボリューム６０内で中心軸線６２に沿って延びるテーブル７２上に横たわる。本発明のＭＲＩシステム５０は、幅Ｗを調節して開放域７０のサイズを変更することが可能であり、医師６６が患者により多くアクセスして、或いは先行技術による開放型ＭＲＩシステムよりも低コストで、様々な作業を行うことが可能である。マグネット組立体５４から受信されたデータは、モニタ７４上で観察される。
【００２０】
次に図４を参照すると、本発明の一実施形態によるＭＲＩシステム５０の斜視ブロック図が示される。マグネット組立体５４は、第１の内径Ｄ1を有する第１の超伝導マグネット８２を備えた静止マグネット構造体８０を含む。超伝導マグネット８２は、アクティブ遮蔽コイル（図示せず）に相当する。また、マグネット組立体５４は、メインコイル（図示せず）に相当する第２の超伝導マグネット８３を含む。超伝導マグネット８２は、イメージングボリューム６０の中心軸線６２（ｚ軸）に沿って時間的に一定の磁場を生成する。前部分５６及び後部分５８は、スペーサ８４又は他の公知の方法によって互いに連結することができる。超伝導マグネット８２は、超伝導マグネットコイル支持構造体８６によって支持され、低温維持装置８８内に収納される。支持構造体８６は、超伝導マグネット８２又は１つ又はそれ以上の補正マグネット９０により生成される静荷重を支持する。補正マグネット９０は、超伝導マグネット８２と同様に静的に励磁され、磁場形成を助けるために使用することができる。低温維持装置８８は、環状ヘリウム容器９２及び９３を含み、極低温冷凍機組立体９４に結合される。極低温冷凍機組立体９４は、ヘリウム容器９２及び９３を適切な作動温度に維持する。ヘリウム容器９２及び９３内にはまた、支持構造体８６を支持するために超伝導スイッチ９５及びこれに付随する端リング９８が含まれる。
【００２１】
ＲＦ送信機１００は、シーケンス制御装置１０２及び一次RFコイル、固定身体RFコイル又は局部表面コイル（これらは全て図示せず）に接続される。ＲＦ送信機１００は、デジタル式であるのが好ましい。シーケンス制御装置１０２は、読出し抵抗性マグネット１０６に結合された電流パルス発生器１０４を制御する。ＲＦ送信機１００からのＲＦ送信情報に従って、シーケンス制御装置１０２は、イメージングボリューム６０内でRFパルスを発生する。
【００２２】
シーケンス制御装置１０２は、中央処理装置、メモリ（ＲＡＭ及び／又はＲＯＭ）、及びこれらに付随する入出力バスを有するコンピュータなどのマイクロプロセッサベースであるのが好ましい。シーケンス制御装置１０２は、ソフトウエア又はハードウエアベースとすることができ、単一メイン制御装置の一部、又は別個の独立型制御装置であってもよい。
【００２３】
読出しマグネット１０６は、様々なサイズ、形式、及び形状のものとすることができ、超伝導マグネット８２及びイメージングボリューム６０に対して様々な位置に配置することができる。読出しマグネット１０６は、抵抗性マグネットに限定されるものではなく、超伝導マグネットであってもよい。本発明の好ましい実施形態においては、読出しマグネット１０６は、第１の内径Ｄ1よりも小さい第２の内径Ｄ2を有し、且つ超伝導マグネット８２よりも中心６５に近い。読出しマグネット１０６が中心６５により近い程、より大きな効果が得られる。一般に、コイルからの磁場は、コイルと中心６５などの中心間の距離に反比例する。従って、読出しマグネット１０６が近接することにより、単位電流当たりの磁場の強さが増大する。図に示すように、読出しマグネット１０６は、超伝導マグネット８２と中心６５との間に配置することができ、又は超伝導マグネット８２に対して他の様々な位置に配置してもよい。読出しマグネット１０６は、低温維持装置８８内に配置してもよく、マグネット組立体５４の外側にこれとは別に配置してもよい。
【００２４】
無線周波数受信機１０８は、一次RFコイルに結合され、患者６８の被検査部位から発している磁気共鳴信号を復調する。画像再構成装置１１０が、受信された磁気共鳴信号を電子画像表示に再構成し、該電子画像表示は画像メモリ内に格納される。映像処理装置１１２が、格納された電子画像を映像モニタ７４上に表示するのに適切なフォーマットに変換する。
【００２５】
次に図５を参照すると、本発明の一実施形態によるＭＲＩシステム５０における、約７６ｃｍのコイル間ギャップ（図示せず）を有する０．５テスラの超伝導マグネット８２’及びイメージングボリューム６０の断面域グラフが示されている。垂直軸がセンチメートル単位のＲであり、水平軸がセンチメートル単位のＺである。第１の組の矩形ボックス１２０は低温維持装置８８を表す。第２の組の矩形ボックス１２２は、読出しマグネット１０６を表す。第１の磁気区域１２４は、超伝導マグネット８２’の正の断面域に対応しており、この断面域は、そこで発生する電磁力に正比例する。第２の磁気区域１２６は、超伝導マグネット８２’の負の断面域に対応しており、この断面域もまた、そこで発生する電磁力に正比例する。図に示すように、磁気区域１２４、１２６は、低温維持装置の断面域１２８と比べて比較的小さい。この実施例の超伝導マグネット８２’は、超伝導体の体積が約６７，７５０ｃｍ3であり、これは図２に示す先行技術を用いたマグネット８２’が必要とされる超伝導体の体積の約１／５である。従って、本発明のマグネット組立体５４によって生成される電磁力及び必要とされる超伝導体は許容可能なものである。
【００２６】
次に図６を参照すると、本発明の一実施形態によるＭＲＩシステム５０における超伝導マグネット８２”及びイメージングボリューム６０の断面域グラフを示す。幅Ｗは増大させることができるが、そうした場合、同じ均一な磁場を生成するためには、超伝導マグネットのサイズ及び発生される電磁力を増大させなければならない。しかし図に示すように、超伝導マグネット８２”は、実現可能なサイズを維持し、約７８，３５６ｃｍ3の超伝導体を含む。
【００２７】
図５及び６の超伝導マグネット８２’及び８２”のサイズは、単に例示の目的を意味するものであり、開放域７０のサイズに応じて様々なサイズにすることができることに留意されるべきである。
【００２８】
次に図７を参照すると、本発明の一実施形態による半月形構成１４０を組み込んだ第２の超伝導マグネット組立体５４’の斜視図が示されている。半月形構成１４０は、半径方向に形成された１対の半月形マグネットの形態で、超伝導マグネット８２とマグネット台１４３上のハウジング１４２内の中心６５との間に配置された読出しマグネット１０６’を含む。ハウジング１４２は、イメージングボリューム６０の下方において前部分５６と後部分５８との間に結合される。半月形構成１４０は、本発明の設計選択に関する柔軟性を示す実施例である。
【００２９】
ここで図８を参照すると、本発明の一実施形態による別の静止マグネット１４４を組み込んだ第３の超伝導マグネット組立体５４”の斜視図が示される。静止マグネット１４４は、永久マグネット材料、すなわち鉄、又は他の公知の磁性材料で形成することができる。読出しマグネット１０６”は、複数の半リング１４６の形態とすることができる。静止マグネット１４４は、ハウジング１４２に機械的に結合された構造部材１４８に結合される。部材１４８は、各半リング１４６を分離させて、静止マグネット１４４及び読出しマグネット１０６”の適正な位置付けを維持する。半リング１４６は、静止マグネット１４４及び部材１４８で機械的に結合され、支持される。
【００３０】
読出しマグネット１０６”及び静止マグネット１４４に関係した様々なパラメータは、磁場を形成するように調節することができる。様々なパラメータは、形状、サイズ、材料の種類、位置、及び当技術分野において公知の他のパラメータを含むことができる。本発明はまた、別の静止マグネット１４４を組み込んで、更に磁場を形成することができる。
【００３１】
次に図９を参照すると、本発明の一実施形態によるＭＲＩシステム５０のイメージングボリューム６０全体に均一な磁場を形成する方法を示す論理フロー図が示される。
【００３２】
ステップ１５０において、イメージングボリューム６０内で分極用磁場を発生させるよう超伝導マグネット８２を励磁する。発生される分極用磁場は、比較的均質性が低い磁場分布を有する。
【００３３】
ステップ１５２において、シーケンス制御装置１０２は、イメージングボリューム６０内に読出し磁場を発生させるためにパルス発生器１０４により読出しマグネット１０６をパルス作動させる。読出し磁場は、分極用磁場と比べて低電磁エネルギーの比較的良好な均質磁場分布を有する。例えば、分極用磁場は、０．４８Ｔの電磁場を有し、読出しマグネットは、０．０２Ｔの電磁場を有することができる。
【００３４】
ステップ１５４において、シーケンス制御装置１０２は、イメージングボリューム６０内で読出し磁場を分極用磁場と結合して、均一な磁場を生成し、該均一磁場内で、患者６８の一部位から画像を形成する。ステップ１５４は独立したステップとして示されているが、読出し磁場は、該磁場の生成時に、空間的に近接していることに起因して本来的に分極用磁場と結合される。
【００３５】
ステップ１５６において、患者を横切る均一な磁場が与えられるが、他方、傾斜コイル及びRFコイルは、患者６８の被検査部位を横切る磁場を操作する。受信機１０８は、患者６８の被検査部位から発している磁気共鳴ＲＦ信号を復調する。次にこれらの信号を再構成して電子画像を生成し、モニタ７４上で観察される。
【００３６】
従って本発明は、遮蔽されないか軽度にしか遮蔽されない室内で作動可能であり、構築が可能であり、高度な均一性を有する磁場を発生するＭＲＩシステムを提供する。また、本発明のＭＲＩシステムは、多くの設計構成及びパルスシーケンスの選択肢も提供し、様々な病状を強調表示する汎用性を可能にする。
【００３７】
当業者であれば、上に説明した装置を、限定ではないが、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム、磁気共鳴分光システム、及び均一な磁場を必要とする他の適用といった様々な目的のために適合させることが可能である。上述の発明はまた、添付の請求項によって企図される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】典型的な開放型磁気共鳴イメージング(ＭＲＩ)システムにおける超伝導マグネット及びイメージングボリュームの断面域グラフ。
【図２】医師のアクセス性が増大し超伝導マグネット力が増大した典型的なＭＲＩシステムのける超伝導マグネット及びイメージングボリュームの断面域グラフ。
【図３】本発明の一実施形態による読出しパルス状マグネットを含んだ開放型ＭＲＩシステムの絵画図。
【図４】本発明の一実施形態によるＭＲＩシステムの斜視ブロック図。
【図５】本発明の一実施形態によるＭＲＩシステムにおける超伝導マグネット及びイメージングボリュームの断面域グラフ。
【図６】本発明の一実施形態によるＭＲＩシステムにおける超伝導マグネット及びイメージングボリュームの断面域グラフ。
【図７】本発明の一実施形態による半月形構成を組み込んだ超伝導マグネット組立体の斜視図。
【図８】本発明の一実施形態による別の静止マグネットを組み込んだ超伝導マグネット組立体の斜視図。
【図９】本発明の一実施形態によるＭＲＩシステムのイメージングボリューム全体に均一な磁場を形成する方法を示す論理フロー図。
【符号の説明】
【００３９】
５０  磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム
５４  第１の超伝導マグネット組立体
６０  イメージングボリューム
８２  第１の超伝導マグネット
１０６  第１の読出しマグネット
【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】
2004275770.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004275770.tif 000010
【図９】
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