(57)【要約】【課題】ＭＲＩシステムの較正用のファントム充填材料に用いられるシリコーン油のスピン−格子緩和時間を大幅に短縮する。【解決手段】シリコーン油形式のファントム槽８０を利用して１テスラ以上の磁場での磁気共鳴イメージング・システム１０の較正時間を短縮する方法である。ガドリニウムβ−ジケトネート（一般的な金属錯体）のような非イオン性常磁性化合物を少量だけシリコーン油９０に添加して、磁気共鳴ファントム内のシリコーン油のスピン−格子緩和時間を短縮する。スピン−格子緩和時間の短縮量は、所与のファントム槽８０でのシリコーン油への常磁性化合物の添加量に反比例するため、短縮量を精密に制御することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１テスラ超の磁場で磁気共鳴イメージング・システム１０を較正するのに用いられるファントム槽８０であって、
内部中空領域８６を有する外部構造８８と、
前記内部中空領域８６に収容されており、第一の量のシリコーン油と第二の量のドープ剤とで構成される液体充填材料９０とを備えており、
前記ドープ剤を用いて前記第一の量のシリコーン油のスピン−格子緩和時間を短縮させる、ファントム槽８０。
【請求項２】
１テスラ以上の共鳴を有する磁気共鳴イメージング・システム１０を較正するのに用いられるファントム槽８０の内部中空領域８６に収容される液体充填材料９０であって、
第一の量のシリコーン油と、
第二の量のドープ剤とを含んでなり、
該ドープ剤を用いて前記第一の量のシリコーン油のスピン−格子緩和時間を短縮させる、液体充填材料９０。
【請求項３】
前記ドープ剤は非イオン性常磁性化合物を含んでいる、請求項２に記載の液体充填材料９０。
【請求項４】
前記非イオン性常磁性化合物はガドリニウムβ−ジケトネート化合物を含んでいる、請求項３に記載の液体充填材料９０。
【請求項５】
前記ガドリニウムβ−ジケトネート化合物はガドリニウムトリス（６，６，７，７，８，８，８−ヘプタ−フルオロ−２，２−ジメチル−３，５−オクタンジオネート）を含んでいる、請求項４に記載の液体充填材料９０。
【請求項６】
前記ガドリニウムβ−ジケトネート化合物はガドリニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）を含んでいる、請求項４に記載の液体充填材料９０。
【請求項７】
１テスラ以上の共鳴での磁気共鳴イメージング・システム１０の較正時間を短縮させる方法であって、
外部構造８８と、一定量のシリコーン油液体充填材料を有する内部中空領域８６とを有するファントム槽８０を用意する工程と、
前記シリコーン油液体充填材料よりも短いスピン−格子緩和時間を有する液体充填材料９０を形成するために前記シリコーン油に少量のドープ剤を混入する工程とを備えた方法。
【請求項８】
少量のドープ剤を混入する前記工程は、前記シリコーン油液体充填材料よりも短いスピン−格子緩和時間を有する液体充填材料９０を形成するために前記シリコーン油液体充填材料に少量の非イオン性常磁性物質を混入する工程を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少量の非イオン性常磁性物質を混入する前記工程は、前記シリコーン油液体充填材料よりも短いスピン−格子緩和時間を有する液体充填材料９０を形成するために前記シリコーン油液体充填材料に少量のガドリニウムβ−ジケトネート化合物を混入する工程を含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリコーン油液体充填材料９０に少量のドープ剤を混入する前記工程は、
所定の寸法及び所定の形状を有するファントム槽８０に液体充填材料９０を収容した状態で前記磁気共鳴イメージング・システムに望ましいスピン−格子緩和時間を決定する工程と、
前記望ましいスピン−格子緩和時間を達成するために一定量のシリコーン油液体充填材料に混入されるドープ剤の量を決定する工程と、
液体充填材料９０を形成するために前記一定量のシリコーン液体充填材料に前記量のドープ剤を混入する工程とを含んでいる、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、磁気共鳴イメージング・システムに関し、さらに具体的には、磁気共鳴撮像に用いられる液体シリコーンのスピン−格子緩和時間を短縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）手法と共に用いるのに適しており、具体的には、限定しないが磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）手法と共に用いるのに適している。但し、本手法を核四重極共鳴、電子スピン共鳴その他の手法に用いてもよい。
【０００３】
ＮＭＲは、磁場を存在させた状態でラジオ周波数（ＲＦ）励起パルスを標本に印加し、続いて、標本の正味の磁気モーメントによる原子核の励起から得られるエコー及び他の信号を検出する手法である。本質的に唯一のプロトンである核を有する水素は、水及び脂肪に豊富に含まれていること、並びにＭＲ実験における感受力（信号振幅）が比較的大きいことから、最も一般的にＭＲによって探査される核となっている。ＭＲＩでは、エコー信号の大きさを用いて画像を構成する。水素原子の濃度は一般的には、標本内での水及び／又は脂肪の密度に対応する。従って、ＭＲＩは人体組織の撮像に広く用いられている。
【０００４】
エコー信号は、スピン−格子緩和時間Ｔ１及びスピン−スピン緩和時間Ｔ２のように信号に関連した様々なパラメータを有する。これらのパラメータは標本となっている物質に固有の特性である。緩和パラメータＴ１及びＴ２の典型的な変化は直接的なプロトン密度の変化よりも遥かに大きいため、これらのパラメータは画像のコントラストを与えるのにしばしば用いられる。例えば、人体の正常組織と異常組織との間でのプロトン濃度の差は数％に過ぎないが、これらの緩和パラメータの間の差は遥かに大きい場合がある。また、脳の灰白質及び白質の各領域も、極めて異なるＴ１値及びＴ２値を有する。
【０００５】
ファントムを用いてＭＲＩ機械を利用間で較正することは当技術分野で一般的な作業である。ファントムは一般的には、液体充填材料を収容した飛散防止設計の槽である。ファントムは、頭部コイルの内部でグレイ・フォーム（gray foam）ポジショナの最上部に配置される。ポジショナは、磁場中孔（ボア）に摺動式で搬入及び搬出される患者寝台に装着される。槽の形状及び充填材料の組成を特定のものとして較正を行なって、特異的パターンのＭＲ信号を発生し、これらの信号を用いてＭＲＩ機械の精度を保証する。
【０００６】
シリコーン油又は液体シリコーンと一般に呼ばれる液体ポリ（ジメチルシロキサン）は、極めて有用な磁気共鳴用無毒性ファントム充填材料である。これらの液体は非導電性であり、誘電率が小さいため、水を基本成分とするファントム充填材料に比較して、ＭＲＩシステムのＲＦコイルによって放出されるＲＦ磁場との干渉が大幅に減少する。液体シリコーンはまた、拡散強調撮像系列を較正するのに有利な自己拡散特性を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＲファントムにシリコーン油を用いる際の主要な欠点は、Ｔ１時間が過度に長いことである。このことは特に、１テスラ以上の主磁場で動作するＭＲＩシステムで用いる場合に不利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、比較的少量のガドリニウムβ−ジケトネート（一般的な金属錯体）をシリコーン油に溶解させて、ファントム充填材料に用いられるシリコーン油のスピン−格子緩和時間を大幅に短縮することを提案する。
【０００９】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲、並びに添付図面を参照すると明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付図面の各々では、同じ参照番号を用いて同じ構成要素を表わす。ＭＲＩシステム内の磁場不安定性を模擬して決定する方法及び装置に関して本発明を説明するが、ＭＲＩシステム、磁気共鳴分光システム、及びシステム構成要素の設計において磁場不安定性が問題となるその他の応用を含めた様々なシステムで磁場不安定性を模擬するのに本発明を応用してよい。
【００１１】
以下の記載では、様々な動作パラメータ及び構成要素について、一構成としての実施形態で説明する。これら特定のパラメータ及び構成要素は例として含まれており、限定を意味するものではない。
【００１２】
また、以下の記載では、ＭＲＩシステム構成要素は、超伝導磁石、超伝導磁石支持構造、勾配磁石アセンブリ、クライオスタット、クライオクーラ、クライオスタット支持構造、又は当技術分野で公知のその他任意のＭＲＩシステム構成要素の任意の１を含んでいてよい。
【００１３】
図１に、ＭＲＩシステム１０のブロック図を示す。ＭＲＩシステム１０は、超伝導磁石１４を備えた静止型磁石構造１２を含んでおり、超伝導磁石１４は、患者ボア１８の長手方向のｚ軸に沿って時間的に一定の磁場を発生する複数の超伝導磁場コイル３８を有している。超伝導磁石コイル３８は、超伝導磁石コイル支持構造２０によって支持されており、クライオスタット２１に収容されている。
【００１４】
超伝導磁石コイル支持構造２０は、静荷重に対する支持を提供しており、コイル３８の製造及び正確な配置を可能にする。超伝導磁石１４及び超伝導磁石コイル支持構造２０をそれぞれ１個のみ図示しているが、ここに開示するシステムは多数の超伝導磁石及び多数の超伝導磁石コイル支持構造を有していてよい。
【００１５】
超伝導磁石コイル支持構造２０は、好ましくは中実体であり、外側側面２４、外部部分２６、及び内側側面２８を含んでいる。外側側面２４は、患者ボア１８の中心３０から最近に位置しており、超伝導磁石１４を支持する長手方向側面である。外側側面２４は、複数のショルダ３２及び複数のポケット３４を有している。これら複数のショルダ３２及び複数のポケット３４は、超伝導磁石１４の寸法に対応する寸法を有する。内部部分２６は、超伝導磁石コイル支持構造２０の中実の本体である。内部部分２６は底部３６を有している。複数のショルダ３２は底部３６の外側側面３８に一体型で連結されている。内側側面２８は好ましくは、円筒形であり、患者ボア１８の中心３０に最も近接した側面である。
【００１６】
クライオスタット２１は、ドーナツ形のヘリウム容器３９と、主磁場シールド・コイル・アセンブリ４０とを含んでいる。クライオスタット２１はクライオクーラ４１に結合されている。クライオクーラ４１はヘリウム容器３９を適当な動作温度に保つ。
【００１７】
主磁場シールド・コイル・アセンブリ４０は、超伝導磁石コイル３８によって発生される磁場と反対の磁場を発生する。第一のコイル・シールド４２がヘリウム容器３９を包囲して「蒸発損（boil-off）」を減少させる。第二のコイル・シールド４４が第一のコイル・シールド４２を包囲している。第一のコイル・シールド４２及び第二のコイル・シールド４４は両方とも好ましくは、機械的冷却によって冷却される。第一のコイル・シールド４２及び第二のコイル・シールド４４はドーナツ形の真空容器４６に収容されている。ドーナツ形の真空容器４６は、患者ボア１８を画定しており長手方向軸に平行に延在している円筒形部材４８を含んでいる。患者ボア１８の中心３０から最遠に位置する長手方向側面である円筒形部材４８の第一の外側側面５０には、磁場勾配コイル・アセンブリ５２が設けられている。磁場勾配コイル・アセンブリ５２の第二の外側側面には、円筒形誘電形成器が設けられている。円筒形誘電形成器にはＲＦシールド５８が貼付されている。
【００１８】
患者ボア１８には、ＲＦコイル・アセンブリ６０（アンテナ）が装着されている。ＲＦコイル・アセンブリ６０は、一次ＲＦコイル６２とＲＦシールド５８とを含んでいる。
【００１９】
ＲＦ送信器６４がシーケンス・コントローラ６６及び一次ＲＦコイル６２に接続されている。ＲＦ送信器６４は好ましくはディジタル式である。シーケンス・コントローラ６６は、磁場勾配コイル・アセンブリ５２に接続されている勾配コイル・コントローラ７０を介して一連の電流パルス発生器６８を制御する。ＲＦ送信器６４はシーケンス・コントローラ６６と共に、患者ボア１８内の被検体の部分の選択された双極子における磁気共鳴を励起させると共に操作するラジオ周波数信号のパルスを発生する。
【００２０】
ラジオ周波数受信器７２が一次ＲＦコイル６２に接続されており、被検体の検査対象部分から放出される磁気共鳴信号を復調する。画像再構成装置７４が、受信した磁気共鳴信号を電子的画像表現として再構成して、画像を画像メモリ７６に記憶させる。ビデオ・プロセッサ７８が、記憶されている電子的画像をビデオ・モニタ７９での表示に適したフォーマットへ変換する。
【００２１】
ＭＲＩシステム１０を用いて形成される画像の精度を保証するためには、システムを定期的に較正する必要がある。図２に最も分かり易く示されているように、較正は、一次ＲＦコイル６２の内部でグレイ・フォーム・ポジショナ８２に載せてファントム槽８０を配置することにより行なわれる。一次ＲＦコイル６２は患者寝台８４に装着されており、寝台８４は摺動して患者ボア１８の内外に搬入及び搬出される。
【００２２】
ファントム槽８０は、外部構造８８内に収容されている中空内部領域８６を有している。外部構造８８は、熱硬化性ポリマー又は繊維強化熱硬化性ポリマーのような飛散防止設計の材料で製造される。
【００２３】
内部中空領域８６は液体充填材料９０で満たされる。ＲＦ励起パルスが槽８０に印加されると、外部構造８８の寸法及び形状、内部領域８６の寸法及び形状、並びに液体充填材料９０の組成によって特有のエコー信号が発生する。これらのエコー信号は特有の画像を形成し、この画像を参照画像と比較して当技術分野で周知の態様でＭＲＩ機械１０を較正する。
【００２４】
典型的には、従来技術のＭＲＩシステムに用いられている液体充填材料の組成は主として、基本成分の水と、純粋なシリコーン油（液体ポリ（ジメチルシロキサン））とから成っていた。シリコーン油は３．０テスラ（Ｔ）以上のシステムに専ら用いられることが必要条件となっており、ファントム槽内のシリコーン油は過度に長いスピン−格子緩和時間（Ｔ１）を有しているため、システム較正の所要時間が著しく長くなる。緩和時間によってパルス反復速度が決まるのが通例であるので、走査が完了するのに必要な時間が長くなる。
【００２５】
本発明は、シリコーン油に少量のドープ剤を混入して、純粋なシリコーン油から実質的に成る従来技術の充填材料と比較して充填材料９０のスピン−格子緩和時間（Ｔ１）を短縮することを考案している。これにより、ファントム槽８０を用いて、１．５Ｔ及び３．０Ｔ等を含めて１テスラ超の磁場でＭＲＩシステム１０を較正することが可能になる。本発明の液体充填材料９０の組成は、ＭＲＩシステムのＲＦコイルによって放出されるＲＦ磁場に干渉しない無毒性且つ非導電性の流体である。
【００２６】
本発明の好適実施形態に従って充填材料９０の少量を構成するドープ剤は好ましくは、シリコーン油に可溶の非イオン性常磁性化合物である。常磁性化合物の好ましい一種別はガドリニウムβ−ジケトネート化合物である。好ましいガドリニウムβ−ジケトネート化合物を２種挙げると、下記に示す化学組成を有するガドリニウムトリス（６，６，７，７，８，８，８−ヘプタ−フルオロ−２，２−ジメチル−３，５−オクタンジオネート）（Ｇｄ（ｆｏｄ）３）及びガドリニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（Ｇｄ（ｔｍｄｈ）３）である。
【００２７】
【化１】
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【００２８】
ガドリニウムβ−ジケトネート化合物はシリコーン油への良好な可溶性を有する。充填材料９０は、強く攪拌し且つ／又は穏やかに加熱し（好ましくは約１４０℃まで）ながらシリコーン油にガドリニウムβ−ジケトネート化合物の一つを混入することにより製造される。この結果、β−ジケトネート化合物がシリコーン油に溶解して充填材料９０を形成する。この工程は好ましくは、中空内部領域８６に充填材料９０を導入する前に行なわれるが、ファントム槽８０内でガドリニウムβ−ジケトネート化合物をシリコーン油に溶解させることも可能である。
【００２９】
１０００部当たりの部として測定したドープ剤（［Ｇｄｘ］）の濃度は、下記の一般式に従って、得られる充填材料のＴ１（ミリ秒単位で測定）に反比例する。
【００３０】
［Ｇｄｘ］＝Ａ１／Ｔ１−Ａ２
式中、係数Ａ１及びＡ２は磁場強度、ドープ剤化合物、及び油成分の粘度に依存する。下記の表１は、ＧＥ  ＳＦ／９６−５０液体シリコーン（粘度５０センチストークス）に溶かしたＧｄ（ｆｏｄ）３の１．５テスラ及び３．０テスラでの係数Ａ１及びＡ２を掲げる。
【００３１】
表１
係数            １．５テスラ            ３．０テスラ
Ａ１            １６８．６              ２７４．２
Ａ２            ０．２１６２            ０．２７７９
【００３２】
このように、例えば１．５テスラにおいて、純粋なシリコーン油で製造した液体充填材料はスピン緩和時間が約７７９．８ミリ秒である。当業者には了解されるように、１０００部当たり１部の非イオン性常磁性化合物ドープ剤を添加しただけで、スピン−格子緩和時間は約１３１．９秒となり、純粋なシリコーン油に比較して約８３％の短縮に対応する。
【００３３】
同様に、３．０テスラでは、純粋なシリコーン油で製造した液体充填材料はスピン緩和時間が約９８６．７ミリ秒である。充填材料に１０００部当たり１部の非イオン性常磁性化合物ドープ剤を添加しただけで、スピン−格子緩和時間は約２１４．６秒となり、スピン−格子緩和時間の約７８％の短縮に対応する。
【００３４】
このように、ガドリニウムβ−ジケトネートのような非イオン性常磁性化合物を比較的少量だけ添加することにより、主にシリコーン油液体充填材料９０を有するファントム８０を利用して１テスラ超の磁場での磁気共鳴についてＭＲＩシステム１０を較正することが可能になる。
【００３５】
本発明の特定の一実施形態を図示すると共に説明したが、当業者には多くの変形及び代替的な実施形態が想到されよう。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】イメージング・システムの側部部分断面図である。
【図２】図１のイメージング・システムを較正するのに用いられるファントム槽の遠近図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ＭＲＩシステム
１２  静止型磁石構造
１４  超伝導磁石
１８  患者ボア
２０  超伝導磁石コイル支持構造
２１  クライオスタット
２４  超伝導磁石支持構造の外側側面
２６  内部部分
２８  内側側面
３２  ショルダ
３４  ポケット
３６  底部
３８  超伝導磁石コイル
３９  ヘリウム容器
４０  主磁場シールド・コイル・アセンブリ
４２  第一のコイル・シールド
４４  第二のコイル・シールド
４６  真空容器
４８  円筒形部材
５０  円筒形部材の第一の外側側面
５２  磁場勾配コイル・アセンブリ
５８  ＲＦシールド
６０  ＲＦコイル・アセンブリ
６２  一次ＲＦコイル
６８  電流パルス発生器
７９  ビデオ・モニタ
８０  ファントム槽
８２  グレイ・フォーム・ポジショナ
８６  中空内部領域
８８  外部構造
９０  液体充填材料
【図１】
2004195237.tif 000004
【図２】
2004195237.tif 000005
【外国語明細書】
2004195237000001.pdf