(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおける磁場勾配コイル用の音波ライナーであって、
各々の表面上にエッチングされた導体（１０）のパターンを有する内側可撓性シート（９）であって、該内側可撓性シート（９）の一方の面にはＸタイプパターンが設けられ、該内側可撓性シート（９）の他方の面にはＹタイプのパターンが設けられている、前記内側可撓性シート（９）と、
前記内側可撓性シート（９）に接続され、Ｚタイプの伝導パターンが表面上にエッチングされた、第２の内側の一層からなる可撓性シート（１１）と、
前記内側可撓性シート（９）と、前記第２の内側の一層からなる可撓性シート（１１）とを覆い、前記内側可撓性シート（９）と、前記第２の内側の一層からなる可撓性シート（１１）とに接続された圧縮性の絶縁材料（１２）と、
一方にＸタイプのパターン、他方にＹタイプのパターンを有する、追加の導体（１４）のパターンを備え、前記圧縮性の絶縁材料（１２）を覆い、前記圧縮性の絶縁材料（１２）に接続された外側の可撓性シート（１３）と、
その上にＺタイプの伝導パターンをエッチングされ、前記外側の可撓性シート（１３）を覆い、前記外側の可撓性シート（１３）に接続された第２の外側の一層からなる可撓性シートと、
を備える音波ライナー。
【請求項２】
前記圧縮性の絶縁材料が、気泡ゴムである請求項１に記載の組み立て品。
【請求項３】
前記導体（１０）および前記追加の導体（１４）が、同一の伝導経路を含んでいる請求項１または２に記載の音波ライナー。
【請求項４】
前記導体および追加の導体（１０，１４）は、その中心にライナー磁場勾配を発生させるために配置されている請求項１または２に記載の音波ライナー。
【請求項５】
前記導体および追加の導体（１０，１４）に供給された前記の電流が、閉じたループフィードバックシステムの一部である前記請求項１乃至４のいずれかに記載の音波ライナー。
【請求項６】
さらに、シートの第２の表面に配置されたピエゾ電気センサーを含み、そのセンサー出力は、前記導体および追加の導体（１０，１４）の供給電流にフィードバックされる請求項５に記載の音波ライナー。
【請求項７】
さらに、勾配コイルの中心に配置されたマイクロフォンを含み、そのマイクロフォンの出力は、前記導体および追加の導体（１０，１４）の供給電流にフィードバックされる請求項６に記載の音波ライナー。
【請求項８】
磁場勾配コイルと、
請求項１乃至７のいずれかに記載の音波ライナーと、
電流パルスを磁場勾配コイルに供給し、そして電流パルスを同時に前記導体および追加の導体（１０，１４）に供給する手段とを備える磁場勾配発生手段。
【発明の詳細な説明】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に特に用いられる、磁場での勾配コイルの音波ライナーに関するものである。
【０００１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて、勾配コイルは、ライナー磁場勾配を発生させるために用いられており、直交する３方向（Ｘ、ＹおよびＺ）の関係で定義される。大抵、勾配コイルは、超伝導磁石の内径の中心に位置し、強力かつ静止した磁場を有する円筒構造物である。一般的に、勾配コイルは、円筒構造物の表面の周囲のパターン内に配置された銅伝導体から構成されている。パターンは、ライナー磁場勾配を発生させるために、計算されており、そして、計算手段やこのような勾配の構造は、よく文献に記載されている。ほとんどの勾配コイルは、規定された１次および２次の伝導体のセットを放射線状にあけて配置し、そして、あらゆる外部磁場を消去するため直列で向かい合って接続する‘作動スクリーン’タイプとなっている。この配置は、例えば、低温学的に超伝導磁石、構造物の外部に配置した伝導材料への傍の電流を削減させるために用いられる。
【０００２】
勾配コイルは、通常、一定の静的な磁場勾配を作らない。操作中、電流のパルスは、短時間で、必要な磁場の勾配を発生させるために勾配コイルを適用する。一般的に、様々な連続するパルスが存在する。ほとんどの電流パルスは、１ミリセコンド単位の短い‘上昇時間’を有し、画像を得るまで、定まった時間を繰り返す。
【０００３】
勾配コイルの一般的な問題は、操作中に音波ノイズが発生することである。
【０００４】
磁場の存在の中で、電流パルスに勾配コイルを適用すると、ローレンツ力が伝導体に働き、それらに振動が起きる。比較的に高い周波数のパルスが適用されると、勾配コイルの構造が振動し、結果的に音波ノイズが発生する。ほとんどのＭＲＩシステムは、磁石および勾配コイル内に人間または動物の患者がいるように設計されており、このノイズは、患者にとって悪影響である。本当に、磁場が強く、高い勾配力による音波ノイズは、患者に強制的に聞こえるほど危険になり、測定は、それから患者を守らなくてはならない。
【０００５】
それゆえ、勾配コイルから発生する音波ノイズを減らすか消去する必要性がある。
【０００６】
先行の試みでは、ノイズを削減するため、勾配コイルの構造を強固にしたり、また、振動の振幅を削減するために、可能な限り重くしたり、または、機械的エネルギーを吸収するため、勾配の中に‘防音’材料の層を設けたりしている。
【０００７】
米国特許５，７６４，０５９号では、選択されたポット状の材料内に、閉じたループの伝導経路を入れることで音速を最速にし、音波ノイズを削減する方法が公表されている。ループでの総合的な力をゼロにするため、互いにあらゆるループの異なる部分へ作用しているローレンツ力を消去する。強固な材料内にループを入れることによって、互いに関連する各々のループの逆振動を防げる。
【０００８】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの磁場勾配コイルに使用する音波ライナーを提供する。ライナーは音波シートで構成され、それは、勾配コイルに比例して振動するシートの内側表面のように、勾配コイルに合致するのに適したものである。そして、内部または接続されたシートに供給された電流を伝える音波伝導経路、勾配コイルに適用される使用する電流パルスや、同時にその音波伝導経路に適用する電流パルスのように配置され、その上、その音波伝導経路は、ＭＲＩにより発生する磁場内の音波伝導経路上のローレンツ力によって、実質上静止した状態の前記シートの内側表面の勾配コイルに比例して振動するように配置されている。
【０００９】
その音波伝導経路は可撓性を持たすため薄いコーティングの形状にすることが好ましく、勾配コイルに適用される電流パルスと同時性を持つ電流パルスを適用することができる。圧縮性を持つ材料としては、気泡ゴムでも構わない。
【００１０】
電流パルスが勾配コイルに適用されるとき、対応するパルスがその音波伝導経路に適用され、まさに、勾配コイル上の音波伝導経路にローレンツ力が発生することになる。このため、振動そして圧縮（または、膨張）する可撓性の圧縮材料を用いる。もし、電流パルスの位相および振幅を選択することで、内側の層を表面の内側の元の勾配の量に対して、等しくそして逆に振動させると、圧縮材料のシート表面のネットの動作はゼロになる。この結果、表面は空気に触れても、音は少しも、または全く発生しない。
【００１１】
勾配コイルは、非常に剛性がある一方、非常に圧縮性を持っている。それゆえ、圧縮シートの振動に要する力は、勾配コイルで同じ振動を起こすのに必要な力よりも非常に小さい。それゆえ、音波コイルの振動に要する電流は、勾配コイルを運転する電流よりも非常に小さい。
【００１２】
音波伝導経路は、発生した磁場勾配に対して、明らかに効果がある。勾配コイルを通る電流よりも、それを通る電流の方が小さいということから、これは、重要であるとは限らない。しかし、イメージングプロセスへのあらゆる干渉を防ぐため、この効果を最小にすることは重要である。
【００１３】
これを達成するための一つの手段として、ライナーは、さらに、磁場勾配コイルに合致させるのに適した可撓性のある圧縮材料のシート表面に位置する電流を流すための追加の音波伝導経路を構成するようにする。望ましい音波伝導経路および追加の音波伝導経路は、直列で向かい合って接続されている。
【００１４】
音波伝導経路と追加の音波伝導経路とは、圧縮材料のシートによって、等しく分断された伝導経路から構成されていてもよい。
【００１５】
圧縮材料の一端に流れる電流に対して配線された２つの伝導経路は、全位置で逆側に流れる電流の反対方向となり、発生したネット磁場は、小さい。この改良は、圧縮材料の両端の２つの伝導経路を、一対により発生したネット磁場の中心をさらに削減させるように、わずかに異ならせる計算によるものである。
【００１６】
望ましくは、音波伝導経路と追加の音波伝導経路とは、勾配コイルと音波伝導経路および追加の音波伝導経路の総数との間の結合が実質ゼロとなるように配置される。これは、一対の伝導経路の交差による勾配コイルによって、導かれる電流または電圧を少なく、または全く無くすようにすることを保証する。
【００１７】
音波伝導経路と追加の音波伝導経路とは、音波伝導経路と勾配コイルとの間の相互のインダクタンスになるように配置されても構わないし、それによって、勾配コイルのレジスタンス、インダクタンス、および結合定数は、部分的に所望の音波消去を達成する音波伝導経路の誘導電流および対応する減衰特性になる。
【００１８】
イメージプロセスに干渉しないであろう規定される音波伝導経路の代替方法は、勾配コイルの振動パターンを可能な限り厳密に合致させるまで、連続する磁場の勾配を発生させるため、パターンそのものを配置し、ライナーの内側の層に単一パターンを配置する。もし、この磁場が勾配によって発生した磁場よりも小さければ、初めから所望される結果としての磁場を発生させるため、音波伝導経路を添加することでを発生させた勾配磁場および磁場を、勾配の‘単一調節’で運転することによって、イメージングプロセスに損傷を与えず適応させることができる。
【００１９】
本発明の他の実施例は、音波ライナーとして剛性のチューブを使用している。しかし、勾配コイルと音波ライナーとの間の表面周囲の多くのポイントに対して作動サポート手段を提供する。例えば、ピエゾ電気位置変換器である。勾配コイルの操作中、適切な信号は、音波ライナーの振動を消去するあらゆるサポート手段を用いた位置で、勾配コイルの振動に対する非位相での作動サポート手段として適用される。
【００２０】
２つ目の解釈によると、本発明は、磁場勾配を発生させる手段を提供し、磁場勾配コイルと、勾配コイルに比例して振動するシートの内側表面のように、勾配コイルに合致している音波シートと、内部または接続されたシートに供給された電流を流す音波伝導経路と、電流パルスを勾配コイルに供給し、そして、電流パルスを同時に音波伝導経路に供給する手段とで構成されており、音波伝導経路と電流パルスを供給する手段とは、使用の際、音波伝導経路上のローレンツ力によって、その音波伝達経路が、実質上、静止した状態の前記シートの内側表面のような勾配コイルに対して比例して振動するように配置される。
【００２１】
さらに他の実施形態では、対応する音波ライナーが、磁石構造の端部を適用している。磁石に取り付けられた勾配コイルとその振動とが磁石自体に伝達されると、音波ノイズとなる。音波ライナーの端部を実質的に平な‘パンケーキ’の形にしてあらゆる端部を固定すると、磁石で占められる部屋への音波ノイズの伝達を防ぐことができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態は、以下の添付した図面を参照しつつ、一例として記載されている。
【００２３】
図１は、ＭＲＩシステムの構成を示している。
【００２４】
図２は、音波ライナーの構造を示している。
【００２５】
図３は、作動している音波ライナーのシステムのブロックダイアグラムを示している。
【００２６】
図１は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの主要な要素を示している。超伝導、抵抗または永久磁石１は、典型的に０．５メーターから１．５メーターの直径の患者の体に、安定した均一の高い磁場（およそ０．１テスラからおよそ９．０テスラ）を与える。勾配コイル２は、磁石の内径の中心に配置し、そして、物理的に磁石１、またはサポートに取り付けられた分離する床（不図示）に取り付けられる。勾配コイル２は、強力な負荷を持つリード端子を介して勾配増幅器３のセットに接続されている。勾配増幅器は、勾配ドライバー電子機器４によって、予想調節信号を与えられる。放射周波数（ｒｆ）コイル５は、勾配コイルの内径に配置し、そして、ｒｆ増幅器６によって、与えられる。ｒｆ検電器７は、ｒｆコイルから信号を増幅する。この増幅された信号は、信号を処理するコンピュータ８に伝えられ、最終的にイメージを提供する。
【００２７】
図２は、本発明に応じた音波ライナーの実施例について示す。そのうえ、内側の可撓性シートが、銅伝導体１０のパターンに供給される。望ましくは、この材料は、各々の表面上にエッチングされた伝導体１０に特別なパターンを有するマイラーで、二層の銅で覆われている。望ましくは、Ｘタイプパターンは可撓性シート９の一方に設けられ、Ｙタイプのパターンは他方に設けられている。第２の内側の一層からなる可撓性シート１１は、Ｚタイプの伝導パターンを表面上にエッチングされ、そして、全域に渡って、適当な円筒の主軸上にある第１の可撓性シート９に接続されている。ネオプレンのような、薄い（およそ５ｍｍ）圧縮性の絶縁材料は、２つの伝導シート９および１１の全域に配置され、そして、それらに接続されている。その上の銅伝導体１４のパターンに対する外側の可撓性シート１３は、全域に配置され、望ましくは、一方にＸタイプのパターン、他方にＹタイプのパターンとともに気泡ゴム１２に接続される。第２の外側の一層からなる可撓性シート（不図示）は、その上にＺタイプの伝導パターンをエッチングされ、全域に配置され、第１の外側の可撓性シート１３に接続される。完全な挟持構造は、勾配コイル２の内径に配置され、その内側表面に接続される。内側および外側のＸパターンは、電気的に直列で向かい合い接続される。内側および外側のＹパターンは、電気的に直列で向かい合い接続される。内側および外側のＺパターンは、電気的に直列に向かい合い接続される。一対の内側および外側の伝導パターン上の巻き数は、それらの中央に非常に小さな領域を発生させるために計算され、さらに、直列に向かい合って接続されるとき、非常に小さい共通のインダクタンスをそれらと同対称の勾配コイルとの間に発生させるために計算される。オーディオ増幅器３は、各々の音波コイルのセットに接続され、そして勾配コイル２のドライブ信号４から抽出された適当な信号によって運転される。任意のこのドライブ信号は、時間とともに勾配表面振動の増幅と位相振動とをより密接に合致させるため、最初に前調節される。
【００２８】
可撓性の圧縮材料１１は、圧縮性かつ電気的に非伝導なあらゆる適当な材料でよく、例えば、ハニカム構造が挙げられる。
【００２９】
伝導パターン１０、１４は、例えば、銅シートをエッチングしたり、伝導シートを切断したり、伝導テープまたはワイアーを曲げたりするなどのあらゆる適当な方法によって組み立てられる。
【００３０】
通常、勾配コイル１５と音波コイル１０、１４との間を結合をゼロにすることは、電流を勾配コイル１０に流す一方、電流または電圧を一対の音波コイル１０、１４の全域に誘導させない。これは、音波コイルのドライブ電圧は１０ボルト程度である一方、音波コイルに誘導された電圧をキロボルトのオーダーにすることができるので重要である。
【００３１】
改良において、音波コイル１０、１４は、内側と外側との間の巻き数における特有の不均衡として設計された閉じたループであり、それ自体と勾配コイル２との間で共通のインダクタンスを引き起こすことができ、それによって、勾配コイル２の抵抗、インダクタンス、および結合定数は、分離ドライバー増幅器を必要とせず、少なくとも部分的に所望の音波消去を達成する誘導電流および対応する減衰特性になる。
【００３２】
図３は、音波ライナーにおけるドライバーの基本的な要素を示したものである。勾配コイル１５は、連続パルス起電器１７から必要とされる信号を受信する勾配増幅器１６によって運転される。同じ連続パルス起電器は、同じ信号を前調節回路１８に送り、これは次に音波増幅器１９に送り、次に音波ライナー２０を動かす。
【００３３】
最大の音波消去を行うために、勾配がパルスを出している間、いつでも、勾配表面１３の表面上の全箇所の振動を厳密に消去することは、音波ライナーの層９の振動にとっては好ましい。勾配表面１３の振動は、連続する振動の‘通常モード’で明らかにできる。通常モードは、表面が特別な形態に歪ませるようになっている。通常モードの形態は、一定のままであるが、他の通常モードからの異なった振幅および時間依存を持つようになる。音波ライナーに適用した伝導体１０のパターンは、実際の通常モードの振動の多さと同じくらい、表面１３に振動を発生させなくてはならず、そして、各々の特殊な通常モードの振動に対する反応と合致させるため、異なる時間依存運転を各々に与える。通常モードの振動およびこれらの時間依存は、機械的な詳細構造と勾配コイル２の電磁気特性とを含む有限な素子圧力分析によって計算される。伝導パターン１０は、コイル表面上の異なった箇所での振幅振動として変化する巻き数の密度によって、計算される。代わりに、振動モードは、局所的なマイクロフォン、または、勾配コイル２の表面の編み目点上の振幅および位相振動を検出する振動センサー（不図示）とによって測定される。勾配コイル２の取り付け手段は、場所への取り付け手段として行われる振動の通常モード、およびこれらの計算または測定に対して、有利な効果を持つ。
【００３４】
勾配コイル１０、１４へのドライブ電流は、勾配コイル２へのドライブ電流と同期すべきである。これは、音波コイルを運転する増幅器に適切な信号を与える前に、勾配コイルの運転および適切な信号調節を行う増幅器に供給される同じ命令信号を用いることで達成することができる。例えば、命令パルスの先端および後端は、勾配振動のように、適切な振動数、位相、および減衰特性を関連付けるようにする。最大の音波減衰が達成されるまで、振幅は調整される。
【００３５】
音波コイルに供給される電流は、閉じたループフィードバックシステムの一部になる。センサーにおける、例えば、ピエゾ電気センサーは、音波ライナーの内層９に接続され、その出力は振幅し、ゼロ振幅を維持するため、音波コイル１０、１４にフィードバックされる。また、代わりのマイクロフォンは、磁石の内径に位置し、その出力は振幅し、磁石の内径の音波ノイズを最小に維持するために音波コイルにフィードバックされる。
【００３６】
本発明は、上記記載の実施形態に限るものではない。例えば、音波シートは圧縮材料のシートで構成されていると記載されているが、連続する圧縮性のスペーサーによって、勾配コイルに接続された剛性のチューブで構成することができる。
【００３７】
同様に、音波コイルは、音波シートの内側表面に位置すると記載されているが、それらは、音波シートの内側に位置することができる。
【００３８】
本発明の他の利点は、例えば、患者とのコミニケーションの会話、鎮静歌、または機能的イメージ研究における聴覚の刺激などの所望の音を発生させるために音波コイルを運転させ付加的な信号を加えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＭＲＩシステムの構成を示している。
【図２】  音波ライナーの構造を示している。
【図３】  作動している音波ライナーのシステムのブロックダイアグラムを示している。
【図１】
0004669182.tif 000002
【図２】
0004669182.tif 000003
【図３】
0004669182.tif 000004