(57)【要約】  本発明は、特に人間の患者の検査のために、視野（２８）内の磁性粒子に影響を及ぼし、又は視野（２８）内の磁性粒子を検出する装置及び方法に関する。この装置は、（ｉ）選択／フォーカス磁場（５０）を生成するための選択／フォーカス手段（１２０）であって、少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、内側コイル軸（１１５ａ）の周りの閉ループとして形成された、少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル（１１３、１１５）と、少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル（１１３、１１５）より内側コイル軸（１１５ａ）から離れた距離で、異なる角度位置に配列された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群（１１６〜１１９）であり、それぞれが関連する外側コイル軸（１１６ａ〜１１９ａ）の周りの閉ループとして形成された少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群（１１６〜１１９）を含む、選択／フォーカス手段（１２０）、及び（ｉｉ）駆動場信号生成ユニット（１２２）及び駆動場コイル（１２４；１２５、１２６、１２７）を有し、該駆動場コイルは、磁性材料の磁化が局所的に変化するように駆動磁場を用いて視野（２８）内の２つのサブゾーン（５２、５４）の空間内位置又はサイズを変化させる、駆動手段（１２０）を含む。
2015501677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、又は視野内の磁性粒子を検出する装置であって、当該装置は、
（ｉ）前記磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁場強度を有する第１のサブゾーン及び前記磁性粒子の磁化が飽和する高い磁場強度を有する第２のサブゾーンが前記視野内に形成されるように、磁場強度の空間内パターンを有する選択／フォーカス磁場を生成し、検査領域内で前記視野の空間内位置を変化させる選択／フォーカス手段であって、当該選択／フォーカス手段は、少なくとも１組の選択／フォーカス場コイル、及び前記選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルに供給される選択／フォーカス場電流を生成する選択／フォーカス場生成ユニットを有し、
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
‐内側コイル軸の周りの閉ループとして形成された、少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル、及び
‐前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルより前記内側コイル軸から離れた距離で、異なる角度位置に配列された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群であり、それぞれが関連する外側コイル軸の周りの閉ループとして形成された少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する、選択／フォーカス手段、及び
（ｉｉ）駆動場信号生成ユニット及び駆動場コイルを有し、該駆動場コイルは、磁性材料の磁化が局所的に変化するように駆動磁場を用いて前記視野内の２つのサブゾーンの空間内位置又はサイズを変化させる、駆動手段、
を有する、装置。
【請求項２】
前記外側選択／フォーカス場コイルの前記閉ループは、リング・セグメント形状の輪郭を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、少なくとも４つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、前記内側コイル軸（１１５ａ）から同じ距離で配列されるが、互いに９０°角度が変位している、４つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
第１の内側選択／フォーカス場コイル、及び
前記内側コイル軸の周りに閉ループとして形成された、前記第１の内側選択／フォーカス場コイルより大きな直径を有する第２の内側選択／フォーカス場コイル、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル又は前記外側選択／フォーカス場コイルは、少なくとも２つ、特に少なくとも４つのコイルセグメントに分割され、コイルのコイルセグメントは、関連するコイル軸の方向に互いに隣接して配列され、隣接するコイルセグメントどうしが、電気的に接続された、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コイルセグメントは、関連するコイル軸の方向に、得られる電流密度が前記検査領域からの距離が減少するにつれて増大するように配列された、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記検査領域のより近くに配列されたコイルの１つ又は複数のコイルセグメントが、前記検査領域からより遠くに配列された同じコイルの１つ又は複数のコイルセグメントと比較して、異なる材料で構成され、より太い巻線を有し、よりコンパクトであり、又は関連するコイル軸の方向に大きな厚さを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記選択／フォーカス手段は、
（ｉ１）第１のセットの選択／フォーカス場コイル、
（ｉ２）少なくとも１組の第２のセットの選択／フォーカス場コイル、及び
（ｉ３）前記選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記第１のセット及び前記セットの選択／フォーカス場コイルに供給される選択／フォーカス場電流を生成する選択／フォーカス場生成ユニットを有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記検査領域の前記第１のセットの選択／フォーカス場コイルとは反対側に配列された、１つの第２のセットの選択／フォーカス場コイルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記選択／フォーカス場生成ユニットは、前記少なくとも１つのセットの選択／フォーカス場コイルの各選択／フォーカス場コイルごとに個別に選択／フォーカス場電流を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記駆動場コイルは、前記内側コイル軸に対して直交する中心対称軸の周りに配列された２対のサドルコイル、及び前記中心対称軸の周りに配列されたソレノイドコイルを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記駆動場信号生成ユニットは、前記駆動場コイルの１つ又は複数に個別の駆動場電流を生成して供給し、或いは前記検査領域内の前記第１のサブゾーン又は前記視野の感度又は位置に応じて駆動場電流を生成するように適応される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
様々な選択／フォーカス場コイルを担持する複数の磁極片セグメント、及び
前記複数の磁極片セグメントを接続する磁極片ヨーク、
を有する少なくとも１つの磁極片を更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁極片は、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルを担持する少なくとも１つの内側磁極片セグメント、及び前記内側コイル軸からより遠い距離に配列され、且つそれぞれ前記少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルのうちの１つを担持する、少なくとも２つの外側磁極片セグメントを有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの磁極片は、外側選択／フォーカス場コイルをそれぞれ担持する少なくとも４つの外側磁極片セグメントを有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの磁極片は、外側選択／フォーカス場コイルをそれぞれ担持する４つの外側磁極片セグメントを有し、前記外側磁極片セグメントが、前記内側コイル軸から同じ距離のところに配列されるが、互いに９０°角度が変位している、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
各外側磁極片セグメントは、リング・セグメント形状の断面を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの磁極片は、前記第１の内側磁極片セグメントの周りの閉リングの形状の第２の内側磁極片セグメントを有し、前記第２の内側磁極片セグメントが、前記第２の内側選択／フォーカス場コイルを担持する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも前記少なくとも１つの内側磁極片セグメントと、前記検査領域を向いている外側磁極片セグメントのヘッド部分とが、高い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＣｏ、Ｆｅ、ＦｅＮｉ、Ｄｙ、Ｇｄ又はＦｅ４９Ｖ１．９Ｃｏ４９などそれらの合金で構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２１】
前記検査領域の反対側に向いている外側磁極片セグメントのテール部分及び磁極片ヨークは、前記内側磁極片セグメントの材料より低い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、パーマロイ、又はＦｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１５．５Ｂ７などのそれらの合金で構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２２】
前記磁極片は、磁気伝導性シートで構成され、前記内側磁極片セグメント及び前記磁極片ヨークの隣接するヘッド部分を構成するシートが、前記内側コイル軸と平行な方向に配列される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
前記選択／フォーカス手段は、前記磁極片を機械的に接続する磁極片軸受を更に有し、前記磁極片軸受は、磁気伝導性材料で構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの内側磁極片セグメント及び前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルは、前記外側磁極片セグメント及び前記外側選択／フォーカス場コイルより前記検査領域から遠い距離のところに配列される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記検査領域に向いている前記外側磁極片セグメントのヘッド部分の、前記内側コイル軸に対して直交する断面は、前記検査領域と反対側に向いている前記外側磁極片セグメントのテール部分の平行な断面より大きな領域をカバーする、請求項１４に記載の装置。
【請求項２６】
前記検査領域の異なる側に配列された少なくとも２つの磁極片を有し、各磁極片は、様々な選択／フォーカス場コイルを担持する複数の磁極片セグメント、及び前記複数の磁極片セグメントを接続する磁極片ヨーク、を有する、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又は視野内の磁性粒子を検出する装置及び方法に関する。さらに、本発明は、コイル配列及び／又は磁極片に関する。本発明は、特に、磁性粒子撮像の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性粒子撮像（ＭＰＩ）は、新たに登場した医療撮像モダリティである。初期のＭＰＩは、２次元画像を生成していたので、２次元であった。新しいものは３次元（３Ｄ）である。非静的な物体の４次元画像は、その物体が１つの３Ｄ画像のデータ取得中に有意に変化しないという前提で、３Ｄ画像の時間シーケンスを動画と結合することによって作成することができる。
【０００３】
ＭＰＩは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）や磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）のような、再構築型撮像方法である。したがって、物体の関心体積のＭＰ画像は、２段階で生成される。第１のステップは、データ取得と呼ばれ、ＭＰＩスキャナを用いて実行される。ＭＰＩスキャナは、スキャナの等角点に（単一の）ゼロ磁場点（ＦＦＰ）又はゼロ磁場線（ＦＦＬ）を有する「選択場」と呼ばれる静的傾斜磁場を生成する手段を有する。さらに、このＦＦＰ（又はＦＦＬ。以下で「ＦＦＰ」と言及するときは、一般にＦＦＰ又はＦＦＬを指しているものとして解釈されたい）は、低い磁場強度を有する第１のサブゾーンによって包囲され、この第１のサブゾーンは、同様にそれより高い磁場強度を有する第２のサブゾーンによって包囲される。さらに、スキャナは、時間依存性の、空間的にほぼ均一な磁場を生成する手段を有する。実際には、この磁場は、「駆動場」と呼ばれる小さな振幅を有する急速に変化する磁場と、「フォーカス場」と呼ばれる大きな振幅を有するゆっくり変化する磁場とを重畳することによって得られる。時間依存性の駆動場とフォーカス場を静的な選択場に追加することにより、ＦＦＰを、等角点を取り囲む「走査体積」内で所定のＦＦＰ軌道に沿って移動させることができる。スキャナは、１つ又は複数、例えば３つの受信コイルの配列も有し、これらのコイル内に誘導されたどのような電圧も記録することができる。データ取得に際しては、撮像対象の物体を、その物体の関心体積が走査体積の一部であるスキャナの視野によって包囲されるようにスキャナ内に配置する。
【０００４】
物体は、磁性ナノ粒子又はその他の磁性非線形材料を含んでいなければならない。物体が動物又は患者である場合には、走査を行う前に、このような粒子を含有する造影剤をその動物又は患者に投与する。データ取得中には、ＭＰＩスキャナは、走査体積、又は少なくとも視野をたどる／カバーする慎重に選択した軌道に沿ってＦＦＰを移動させる。物体内の磁性ナノ粒子は、磁場の変化を受け、それに応答してそれらの磁化を変化させる。ナノ粒子の磁化が変化することにより、各受信コイルに時間依存電圧が誘導される。この電圧は、受信コイルと関連づけられた受信器でサンプリングされる。受信器から出力されたサンプルは、記録され、取得データを構成する。データ取得の詳細を制御するパラメータが、「走査プロトコル」を構成する。
【０００５】
画像再構築と呼ばれる画像生成の第２のステップでは、第１のステップで得られたデータから、画像を計算又は再構築する。この画像は、視野内の磁性ナノ粒子の位置依存濃度のサンプリング近似を表す離散的３Ｄデータ・アレイである。再構築は、一般に、適当なコンピュータ・プログラムを実行するコンピュータによって実行される。コンピュータとコンピュータ・プログラムとで、再構築アルゴリズムを実現する。再構築アルゴリズムは、データ取得の数学モデルに基づいている。全ての再構築型撮像方法と同様に、このモデルは、取得データに作用する積分演算子として定式化することができる。再構築アルゴリズムは、このモデルの作用を、可能な程度まで元に戻そうとするものである。
【０００６】
このようなＭＰＩ装置及び方法には、例えば人体など、いかなる検査物体でも、非破壊的に、高い空間解像度で、検査物体の表面の近く及び検査物体の表面から離れたところの両方で検査するために使用することができるという利点がある。このような装置及び方法は、一般に既知であり、ＤＥ１０１５１７７８Ａ１、及び再構築の原理についても概説されているＧｌｅｉｃｈ，Ｂ．及びＷｅｉｚｅｎｅｃｋｅｒ，Ｊ．，「Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４３５、１２１４〜１２１７ページ（２００５）に最初に記載された。この出版物に記載されている磁性粒子撮像（ＭＰＩ）の装置及び方法は、微小な磁性粒子の非線形磁化曲線を利用している。
【０００７】
これまでに記載されたＭＰＩ装置及び方法の設計は、人間用としてはまだ最適ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＤＥ１０１５１７７８Ａ１
【特許文献２】ＥＰ１３０４５４２
【特許文献３】ＷＯ２００４／０９１３８６
【特許文献４】ＷＯ２００４／０９１３９０
【特許文献５】ＷＯ２００４／０９１３９４
【特許文献６】ＷＯ２００４／０９１３９５
【特許文献７】ＷＯ２００４／０９１３９６
【特許文献８】ＷＯ２００４／０９１３９７
【特許文献９】ＷＯ２００４／０９１３９８
【特許文献１０】ＷＯ２００４／０９１４０８
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｇｌｅｉｃｈ，Ｂ．及びＷｅｉｚｅｎｅｃｋｅｒ，Ｊ．、「Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、ｖｏｌ．４３５、１２１４〜１２１７ページ（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、より大きな対象（人間、動物）、特に人間の成人の検査を可能にする、視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又は視野内の磁性粒子を検出する装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様では、視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又は視野内の磁性粒子を検出する装置であって、当該装置は、
（ｉ）磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁場強度を有する第１のサブゾーン及び磁性粒子の磁化が飽和する高い磁場強度を有する第２のサブゾーンが前記視野内に形成されるように磁場強度の空間内パターンを有する選択／フォーカス磁場を生成し、検査領域内で前記視野の空間内位置を変化させる選択／フォーカス手段であり、前記選択／フォーカス手段は、少なくとも１組の選択／フォーカス場（selection-and-focus  field）コイル、及び前記選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルに供給される選択／フォーカス場電流を生成する選択／フォーカス場生成ユニットを有し、
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
‐内側コイル軸の周りの閉ループとして形成された、少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル、及び
‐前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルより前記内側コイル軸から離れた距離のところで異なる角度位置に配列された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群であり、それぞれが関連する外側コイル軸の周りの閉ループとして形成された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群とを含む、選択／フォーカス手段、及び
（ｉｉ）駆動場（drive  field）信号生成ユニット及び駆動場コイルを有し、該駆動場コイルは、磁性材料の磁化が局所的に変化するように駆動磁場を用いて視野内の２つのサブゾーンの空間内位置又はサイズを変化させる駆動場コイルを有する駆動手段を含む、装置が提供される。
【００１２】
本発明の別の態様では、これに対応する方法が提供される。
【００１３】
本発明の更に別の態様では、視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又は視野内の磁性粒子を検出する装置において選択／フォーカス場コイル配列として使用されるコイル配列であって、
内側コイル軸の周りに閉ループとして形成された少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル、及び
前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルより前記内側コイル軸から遠い距離のところで、異なる角度位置に配列された、それぞれ関連する外側コイル軸の周りに閉ループとして形成された少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルを有する、コイル配列が提供される。
【００１４】
本発明の１実施形態では、様々な選択／フォーカス場コイルを担持するいくつかの磁極片セグメント及び前記磁極片セグメントを接続する磁極片ヨークとを有する少なくとも１つの磁極片（pole  shoe）が、視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又は視野内の磁性粒子を検出する装置に設けられる。これは、内側コイル軸の周りに閉ループとして形成された少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル、及び前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルより前記内側コイル軸から遠い距離で、異なる角度位置に配列された、それぞれ関連する外側コイル軸の周りに閉ループとして形成された少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群を含む１組の選択／フォーカス場コイルのコイルを担持するように構成することができ、
前記磁極片は、
前記少なくとも１つの選択／フォーカス場コイルを担持する少なくとも１つの内側磁極片セグメント、
前記内側コイル軸からより遠い距離のところに配列された、前記少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルのうちの１つをそれぞれが担持する少なくとも２つの外側磁極片セグメント、及び
前記磁極片セグメントを接続する磁極片ヨークを有する。
【００１５】
１実施形態では、コンピュータ上で実行されたときに、そのコンピュータに本発明による方法のステップを実行するように本発明による装置を制御させるプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラムが提供される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に定義される。請求する方法並びに請求するコイル配列及び磁極片が、請求する装置及び従属請求項の定義と同様の、且つ／又は全く同じ、好ましい実施形態を有することを理解されたい。
【００１７】
本発明は、既知のＭＰＩ装置では一般に別個のコイルとして設けられるフォーカス場コイルと選択場コイルを結合して、結合した１組の選択／フォーカス場コイルにするという概念に基づいている。したがって、従来のような各フォーカス場コイル及び各選択場コイルに別個の電流を供給するのではなく、単一の電流をこれらのコイルのそれぞれに供給する。したがって、この単一の電流は、フォーカス場生成用と選択場生成用の２つの重畳電流とみなすことができる。検査領域内の視野の所望の位置及び移動は、様々なコイルに供給する電流を制御することによって容易に変化させることができる。ただし、常に全ての選択／フォーカス場コイルに制御電流を供給しなければならないわけではなく、一部のコイルは、視野の特定の移動の場合にのみ必要とされる。
【００１８】
この提案するコイルの装置は、対象が配置された検査領域に対してどこにどのようにコイルを配置するかという点で、さらに大きな自由度を提供する。この配列を用いると、特に、患者にとっても、また外科医などの医者又は医師にとっても、処置中に手が届きやすいオープン・スキャナを構築することができる。
【００１９】
本発明によれば、傾斜磁場（すなわち選択磁場）は、視野が低い磁場強度を有する第１のサブ領域（例えばＦＦＰ）及び高い磁場強度を有する第２のサブ領域を含むような磁場強度の空間分布で生成される。ここで、低い磁場強度は、第１のサブ領域内に位置する磁性粒子の磁化が飽和しないようになされたものであり、高い磁場強度は、第２のサブ領域内に位置する磁性粒子の磁化が飽和するようになされたものである。磁性粒子の磁化特性曲線の非線形性により、磁化と、磁性粒子によって生成される磁場とは、より高い高調波を示し、これを例えば検出コイルによって検出することができる。評価信号（信号の高い高調波）は、磁性粒子の空間分布に関する情報を含み、これを例えば医療撮像、磁性粒子の空間分布の可視化及び又はその他の適用業務に使用することができる。
【００２０】
このように、本発明による装置及び方法は、例えば核磁気共鳴（ＮＭＲ）など、その他の既知の従来の医療撮像技術とは異なる新しい物理的原理（すなわちＭＰＩと呼ばれる原理）に基づいている。特に、この新しいＭＰＩ原理は、ＮＭＲとは対照的に、材料が陽子の磁気共鳴特性に及ぼす影響を利用せず、磁化特性曲線の非線形性を利用して磁性粒子の磁化を直接検出する。特に、ＭＰＩ技術は、磁化が非飽和状態から飽和状態に変化する領域内で磁化特性曲線の非線形性によって生じる生成磁気信号のより高い高調波を利用する。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、前記外側選択／フォーカス場コイルの前記閉ループは、リング・セグメント形状の輪郭を有する、換言すれば、前記外側選択／フォーカス場コイルのそれぞれの巻線は、閉ループとして巻き付けられ、これが、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルの周りの角度のついた領域に沿って配列される。この角度のついた領域は、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルを包囲するリングのリング・セグメントをカバーする。
【００２２】
好ましくは、前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、少なくとも４つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する。一般に、内側コイル軸から同じ距離のところであるが前記内側コイル軸の周りの異なる角度位置に配列されることが好ましい更に多くの選択／フォーカス場コイルを設けることもできる。
【００２３】
例えば、１実施形態では、前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、前記内側コイル軸から同じ距離のところに配列されるが、互いに９０°角度が変位している、４つの外側選択／フォーカス場コイルの群を含む。更に別の実施形態では、更に多くの外側選択／フォーカス場コイルのグループが設けられ、様々なグループのコイルが、内側コイル軸から異なる距離のところに配列される。
【００２４】
別の実施形態では、前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、第１の内側選択／フォーカス場コイルと、前記内側コイル軸の周りに閉ループとして形成された、前記第１の内側選択／フォーカス場コイルより大きな直径を有する第２の内側選択／フォーカス場コイルとを含む。異なる距離のところで内側コイル軸の周りの閉ループとして形成された、更に多くの内側選択／フォーカス場コイルを設けることもできる。これらの内側選択／フォーカス場コイルは、一般に、選択／フォーカス磁場の生成により有効であるので、一般に、装置の動作中には常に制御電流が供給される。
【００２５】
好ましくは、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル及び／又は前記外側選択／フォーカス場コイルは、少なくとも２つ、特に少なくとも４つのコイルセグメントに分割され、コイルのコイルセグメントは、それと関連するコイル軸の方向に互いに隣接して配列され、隣接するコイルセグメントどうしは、電気的に接続される。このようにして、所望の電流密度を、特定の領域、特に検査領域に近い領域において、より高くなるように制御することができる。すなわち、前記コイルセグメントは、関連するコイル軸の方向に、得られる電流密度が、検査領域からの距離が減少するほど増大するように配列されることが好ましい。これにより、磁場生成の効率がさらに高くなる。
【００２６】
所望の電流密度を制御するために、コイルセグメントに関して異なる手段をとることもできる。特に、検査領域のより近くに配列されたコイルの１つ又は複数のコイルセグメントは、検査領域からより遠くに配列された同じコイルの１つ又は複数のコイルセグメントと比較して、異なる材料で構成され、より太い巻線を有し、よりコンパクトであり、且つ／又は関連するコイル軸の方向に大きな厚さを有する。
【００２７】
好ましい実施形態では、前記選択／フォーカス手段は、様々な選択／フォーカス場コイルを担持するいくつかの磁極片セグメントと、これらの磁極片セグメントを接続する磁極片ヨークとを有する少なくとも１つの磁極片をさらに含む。このような磁極片は、様々なコイルの機械的な担体として働くだけでなく、磁束を伝導することによる磁場の効率を高める働きもする。
【００２８】
好ましくは、前記少なくとも１つの磁極片は、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルを担持する少なくとも１つの内側磁極片セグメントと、前記内側コイル軸からより遠い距離のところに配列された、前記少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルのうちの一方をそれぞれ担持する少なくとも２つの外側磁極片セグメントとを含む。したがって、磁場生成の効率を最適にサポートするために、磁極片の設計は、選択／フォーカス場コイルの設計に適合される。
【００２９】
好ましくは、前記少なくとも１つの磁極片は、それぞれが外側選択／フォーカス場コイルを担持する少なくとも４つの外側磁極片セグメントを含む。したがって、各外側選択／フォーカス場コイルごとに、関連する選択／フォーカス場コイルの磁場を案内する外側磁極片セグメントが設けられる。したがって、外側選択／フォーカス場コイルの対応する設計の１実施形態では、前記少なくとも１つの磁極片は、それぞれが外側選択／フォーカス場コイルを担持する４つの外側磁極片セグメントを含み、前記外側磁極片セグメントは、前記内側コイル軸から同じ距離のところに配列されるが、互いに９０°角度が変位している。さらに、各外側磁極片セグメントは、リング・セグメント形状の断面を有することが好ましい。
【００３０】
前記選択／フォーカス場コイルが第２の内側選択／フォーカス場コイルを含む、更に別の実施形態では、前記少なくとも１つの磁極片は、前記第１の内側磁極片セグメントの周りの閉リングの形状をした第２の内側磁極片セグメントを含み、前記第２の内側磁極片セグメントは、前記第２の内側選択／フォーカス場コイルを担持する。
【００３１】
好ましい実施形態では、少なくとも前記少なくとも１つの内側磁極片セグメントと、検査領域に向いている外側磁極片セグメントのヘッド部分とは、高い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＣｏ、ＦｅＳｉ、Ｆｅ、ＦｅＮｉ、Ｄｙ、Ｇｄ又はＦｅ４９Ｖ１．９Ｃｏ４９などそれらの合金で構成される。好ましくは、磁極片全体を、磁束を最もよく案内する最良の軟磁性材料で構成する。ただし、コスト面の理由から、磁極の一部のみをこの材料で構成して、その部分で最良の飽和磁化が得られるようにする。検査領域の反対側に向いている外側磁極片セグメントのテール部分と、磁極片ヨークとは、内側磁極片セグメントの材料より低い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、パーマロイ、又はＦｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１５．５Ｂ７などのそれらの合金で構成される。
【００３２】
さらに、１実施形態では、磁極片は、磁気伝導性シートで構成され、磁極片セグメント及び磁極片ヨークの隣接するヘッド部分を構成するシートは、内側コイル軸と平行な方向に配列される。これらのシートは、渦電流を抑制するために使用され、磁束を伝導するように配列される。
【００３３】
好ましくは、磁極片ヨークのテール部分を構成するシートは、内側コイル軸に対して直交する方向に配列される。これにより、渦電流を抑制しながら磁束を案内することができる。
【００３４】
１実施形態では、前記選択／フォーカス手段は、前記磁極片を機械的に接続する磁極片軸受をさらに含み、前記磁極片軸受は、磁気伝導性材料で構成される。前記磁極片軸受は、それが接続されている磁極片の部分を構成するシートと同じ方向に互いに隣接するように配列された磁気伝導性シートでも構成されることが好ましい。磁極片軸受は、機械的安定性と良好な磁束の両方を提供するものとする。
【００３５】
有利な実施形態では、前記少なくとも１つの内側磁極片セグメント及び前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルは、前記外側磁極片セグメント及び前記外側選択／フォーカス場コイルより前記検査領域から遠い距離のところに配列される。これにより、特に２組の対向配列された選択／フォーカス場コイルのセット及び２つの対向配列された磁極片を含む装置の場合には、駆動場コイルが外側磁極片セグメントに隣接して配列されないことが好ましいので、駆動場コイルを配置するスペースが広くなるという利点が得られる。
【００３６】
前記検査領域に向いている前記第２の内側磁極片セグメントのヘッド部分の前記内側コイル軸に対して直交する断面は、前記検査領域と反対側に向いている前記第２の内側磁極片セグメントのテール部分のそれと平行な断面より小さな領域をカバーすることが好ましい。これにより、所与の電流強度で得られる傾斜磁場強度が増大する。
【００３７】
別の実施形態では、第２の内側磁極片セグメントの前記ヘッド部分の外径は、内側コイル軸の方向に、検査領域からの距離が減少するほど減少する。これにより、検査領域に向いている表面上でより高い磁束密度が得られ、したがって、検査領域内でより高い磁場の勾配を得ることができる。
【００３８】
さらに、１実施形態では、前記検査領域に向いている前記外側磁極片セグメントのヘッド部分の前記内側コイル軸に対して直交する断面は、前記検査領域と反対側に向いている前記外側磁極片セグメントのテール部分のそれと平行な断面より大きな領域をカバーする。このようにすることで、検査領域に向いている表面上でより高い磁束密度を達成する助けとなる。
【００３９】
検査領域に向いている表面上でより高い磁束密度を達成する助けとなる別の措置は、外側磁極片セグメントの前記ヘッド部分の内径の内側コイル軸からの距離が、内側コイル軸の方向に、検査領域からの距離が減少するほど減少するようにすることである。
【００４０】
好ましくは、１組の選択／フォーカス場コイルのコイル配列は、かなり平坦であり、前記外側コイル軸は、互いに、また内側コイル軸と平行である。このコイルの配列は、省スペースであり、比較的製造が容易であり、得られる磁場の計算及び／又はシミュレーションをより容易にする。
【００４１】
１実施形態では、前記選択／フォーカス手段は、
（ｉ１）第１のセットの選択／フォーカス場コイル、
（ｉ２）少なくとも１組の第２のセットの選択／フォーカス場コイル、及び
（ｉ３）前記選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記第１のセット及び前記セットの選択／フォーカス場コイルに供給される選択／フォーカス場電流を生成する選択／フォーカス場生成ユニットを含む。好ましくは、検査領域の前記第１のセットの選択／フォーカス場コイルとは反対側に配列された１つの第２のセットの選択／フォーカス場コイルを使用して、少なくとも片側からは検査領域に手が届く装置にする。これにより、例えば単に患者を輸送用ベッドから持ち上げて検査領域内に配置された寝台に移すだけなど、検査領域内で患者を容易に位置決めすることができる。これにより、従来のＭＲＩスキャナのように検査領域が患者を入れるトンネル状の形態になるように多くのコイルを検査領域の周りに同軸に配列する必要もなくなる。したがって、従来のＭＲＩスキャナより患者の不快感が軽減される。
【００４２】
他の実施形態では、検査領域の周りの異なる角度位置に配列された３組以上の選択／フォーカス場コイルのセットを設ける。例えば、３組のセットを設ける場合には、それらは、互いに１２０°変位させることが好ましい。
【００４３】
好ましくは、第１のセットの選択／フォーカス場コイルは、前記少なくとも１つの第２のセットの選択／フォーカス場コイルと同じである。さらに、２組のセットを設ける場合には、一方のセットの様々なコイルは、もう一方のセットのそれぞれ対応するコイルと正確に対向するように配列して、得られる磁場の計算をさらに簡単にすることが好ましい。
【００４４】
１実施形態では、前記選択／フォーカス場生成ユニットは、前記少なくとも１組のセットの選択／フォーカス場コイルの各選択／フォーカス場コイルごとに個別に選択／フォーカス場電流を生成するように構成される。これにより、所望の磁場を生成するための最高の柔軟性が得られるが、一方で、必要な生成ユニット／チャネルの数も最も多くなる。
【００４５】
生成ユニット／チャネルの数を減少させるために、好ましい実施形態では、前記選択／フォーカス場生成ユニットを、前記第１及び第２のセットの選択／フォーカス場コイルの各選択／フォーカス場コイル対ごとに個別に選択／フォーカス場電流を生成するように構成することを提案する。ここで、１つの対は、２つのセットの対向配列された選択／フォーカス場コイルからなる対である。
【００４６】
生成ユニット／チャネルの数を減少させるための別の提案では、前記選択／フォーカス場生成ユニットを、前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルのセットの各外側選択／フォーカス場コイル対ごとに個別に選択／フォーカス場電流を生成するように構成する。ここで、１つの対は、選択／フォーカス場コイルの同じ組の２つの対向配列された外側選択／フォーカス場コイルからなる対である。
【００４７】
好ましくは、上記で簡単に述べたように、この装置は、前記検査領域の異なる側に配列された少なくとも２つの磁極片を含み、各磁極片は、様々な選択／フォーカス場コイルを担持するいくつかの磁極片セグメントと、前記磁極片セグメントを接続する磁極片ヨークとを有する。
【００４８】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルを駆動場コイルが生成する磁場から遮蔽するために、前記検査領域に向いている前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルの内側表面を、遮蔽材で被覆する。この遮蔽材は、特に、駆動場が軟磁性材料と相互作用した場合に起こる測定信号の外乱を防止する。
【００４９】
上述のように、前記駆動場コイルは、前記２組の選択／フォーカス場コイルの前記第１の内側選択／フォーカス場コイルの間の領域内に配列される。駆動場コイルは、前記２組の選択／フォーカス場コイルの間に（固定状態又は可動状態で）配列されるように設計することもできる。他の実施形態では、駆動場コイルは、ある程度可撓性があり、患者を検査領域内に配置する前に、患者の体の所望の部分に配置することができる。
【００５０】
好ましくは、前記駆動場コイルは、内側コイル軸に対して直交する方向では、２つの対向する外側選択／フォーカス場コイルの間の前記方向での距離より小さい。さらに、前記駆動場コイルは、前記内側コイル軸に対して直交する中心対称軸の周りに配列された２対のサドルコイルと、前記中心対称軸の周りに配列されたソレノイドコイルとを含むことが好ましい。
【００５１】
別の好ましい実施形態では、前記駆動場信号生成ユニットは、前記駆動場コイルの１つ又は複数に個別の駆動場電流を生成して供給するように適応される。さらに、１実施形態では、前記駆動場信号生成ユニットは、前記検査領域内の第１のサブゾーン又は視野の感度及び／又は位置に応じて駆動場電流を生成するように適応される。このようにすることによって、人間サイズの装置では特に重要な、ＳＡＲ（特異吸収率）及びＰＮＳ（末梢神経刺激）の低減を可能にし、また駆動場コイルにおける平均散逸電力を低減して、コスト削減につなげることができる。
【００５２】
検査領域内の磁性粒子の分布を決定するために必要な検出信号を受信し、それにより例えば患者の心臓領域などの検査領域の画像を生成するために、この装置は、少なくとも１つの信号受信ユニットと検出信号を得るための少なくとも１つの受信コイルとを含む受信手段をさらに含む。この検出信号は、視野内の磁化によって決まり、この磁化は、第１及び第２のサブゾーンの空間内位置の変化の影響を受ける。
【００５３】
好ましい実施形態では、前記１つ又は複数の内側磁極片セグメント及び／或いは前記１つ又は複数の外側磁極片セグメントは、異なる断面、特に異なる形状（例えば円筒形、楕円形、長方形など）、異なる直径及び／又は異なる対称軸を有する２つ以上の部分を含む。
【００５４】
好ましい実施形態では、内側磁極片セグメント（全ての内側磁極片セグメントであることが好ましい）は、内側シリンダと、内側シリンダの周りに配列された外側リングとを含む。好ましくは、第１のコイルが、内側シリンダと外側リングの間に配列され、第２のコイルが、外側リングの周りに配列される。
【００５５】
さらに、１実施形態では、外側リングは２つ以上の部分を含み、対向する磁極片と反対側を向いている下側部分の外径は、対向する磁極片に向いている上側部分より大きい。
【００５６】
好ましい実施形態では、外側磁極片セグメント（全ての外側磁極片セグメントであることが好ましい）は、対向する磁極片に向いている上側部分とは異なる断面を有する、対向する磁極片とは反対側に向いている下側部分を含む。好ましくは、下側部分は円形の断面を有し、上側部分は楕円形の断面を有する。さらに、１実施形態では、下側部分は、上側部分より内側磁極片セグメントから離れた距離のところに配列される。
【００５７】
好ましくは、単一のコイル又は直列に結合された２つ以上のコイルが、外側磁極片セグメントの上側部分及び下側部分の両方の周りに配列される。別の実施形態では、下側の磁極片セグメントの周りにのみ、コイルが配列される。
【００５８】
好ましい実施形態では、磁極片は、アレイ状（例えば三角形又は正方形）に配列されることが好ましい、１群の内側磁極片セグメント、特に３つ又は４つの内側磁極片セグメントを含む。
【００５９】
本発明の上記その他の態様について、以下、１つ又は複数の実施形態を参照して説明する。本発明の上記その他の態様は、それらの実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ＭＰＩ装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す装置が生成する選択場パターンの一例を示す図である。
【図３】ＭＰＩ装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明によるＭＰＩ装置の概略的な外側のレイアウトの２つの実施形態を示す図である。
【図５】本発明によるＭＰＩ装置を示すブロック図である。
【図６】本発明による選択／フォーカス場コイル配列の１実施形態を示す２つの直交する断面図である。
【図７】本発明による磁極片配列の１実施形態を示す２つの直交する断面図である。
【図８】図７に示す本発明による磁極片配列の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明による選択／フォーカス場コイル配列の１実施形態を示す２つの直交する断面図である。
【図１０】図９に示す選択／フォーカス場コイル配列の１組の選択／フォーカス場コイルの１実施形態の断面図の１つを拡大した図である。
【図１１】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明による選択／フォーカス場コイル配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】本発明による選択／フォーカス場コイル配列の更に別の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】本発明によるＭＰＩ装置の電力の関数として傾斜磁場強度を示す図である。
【図１５】駆動場コイルの１実施形態を示す図である。
【図１６】ソレノイドコイル内の磁場を示す図である。
【図１７】２つの直交軸に沿った磁場強度を示す図である。
【図１８】別の実施形態を説明するための２つの共平面駆動場コイルを示す図である。
【図１９】異なるコイル電流が供給されたときに図１８に示す共平面コイルが生成する磁場を示す図である。
【図２０】図１８に示す共平面コイルのコイル感度を示す図である。
【図２１】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示す磁極片配列を用いた本発明による選択／フォーカス場コイル配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２３】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２４】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２５】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２６】図２５に示す磁極片配列を用いた本発明による選択／フォーカス場コイル配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２７】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２８】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図２９】本発明による磁極片配列の別の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の詳細を説明する前に、図１から図３を参照して、磁性粒子撮像の基本について詳細に説明する。特に、医療診断用のＭＰＩスキャナの２つの実施形態について述べる。データ取得についても、簡単に述べる。２つの実施形態の類似点と相違点を示す。
【００６２】
図１に示すＭＰＩスキャナの第１の実施形態１０は、３対の同軸平行円形コイル対１２、１４及び１６を有する。これらのコイル対は、図１に示すように配列される。これらのコイル対１２、１４及び１６は、選択場並びに駆動場及びフォーカス場を生成する働きをする。３対のコイル対１２、１４及び１６の軸１８、２０及び２２は、互いに直交し、ＭＰＩスキャナ１０の等角点２４と呼ばれる１つの点で交わる。さらに、これらの軸１８、２０及び２２は、等角点２４に取り付けられた３Ｄデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系の軸として働く。垂直軸２０はｙ軸に指定されるので、ｘ軸及びｚ軸は水平である。コイル対１２、１４及び１６は、これらの軸にちなんで名付けられる。例えば、ｙコイル対１４は、スキャナの最上部及び最下部のコイルで形成される。さらに、正（負）のｙ座標を有するコイルは、ｙ＋コイル（ｙ−コイル）と呼ばれ、残りのコイルも同様に名付けられる。さらに好都合な場合には、これらの座標軸及びコイルに、ｘ、ｙ及びｚではなくｘ１、ｘ２及びｘ３という符号を付ける。
【００６３】
スキャナ１０は、所定の時間依存電流をこれらのコイル１２、１４及び１６のそれぞれにいずれかの方向に流すように設定することができる。コイルの軸に沿って見て時計回りに電流がコイルを流れる場合には、この電流は正であるとされ、そうでない場合には、電流は負であるとされる。静的な選択場を生成するためには、一定の正電流ＩＳをｚ＋コイルに流し、電流−ＩＳをｚ−コイルに流す。ｚコイル対１６は、この場合、逆平行円形コイル対として作用する。
【００６４】
ここで、本実施形態におけるこれらの軸の配列及び軸の命名法は、単なる例に過ぎず、実施形態によっては異なっていてもよいことに留意されたい。例えば、実際の実施形態では、垂直軸は、本実施形態のｙ軸ではなくｚ軸であると考えられることが多い。ただし、このことは、一般に、デバイスの機能及び動作並びに本発明の効果を変化させるものではない。
【００６５】
概して傾斜磁場である選択磁場を、図２では、磁力線５０で表している。選択磁場は、選択場を生成するｚコイル対１６の（例えば水平な）ｚ軸２２の方向には実質的に一定の勾配を有し、この軸２２上の等角点２４で値ゼロに達する。このゼロ磁場点（図２では個々には示していない）から離れるほど、選択磁場５０の磁場強度は、３つの空間方向の全てにおいて増大する。等角点２４の周りの破線で示す第１のサブゾーン又はサブ領域５２では、磁場強度が小さいので、この第１のサブゾーン５２内に存在する粒子の磁化は飽和していないが、第２のサブゾーン５４（領域５２の外側）に存在する粒子の磁化は飽和状態になっている。第２のサブゾーン５４では（すなわちスキャナの視野２８の第１のサブゾーン５２の外側の残りの部分では）、選択場の磁場強度は、磁性粒子を飽和状態に保つのに十分に強い。
【００６６】
視野２８内の２つのサブゾーン５２及び５４（ゼロ磁場点を含む）の位置を変化させることによって、視野２８内の（全）磁化が変化する。視野２８内の磁化又はこの磁化の影響を受ける物理的パラメータを決定することによって、視野２８内の磁性粒子の空間的分布についての情報を得ることができる。視野２８内の２つのサブゾーン５２及び５４（ゼロ磁場点を含む）の相対空間位置を変化させるために、更に別の磁場、すなわち駆動磁場、及び適用可能な場合にはフォーカス磁場を、選択場５０に重畳する。
【００６７】
駆動場を生成するためには、時間依存電流ＩＤ１を両ｘコイル１２に流し、時間依存電流ＩＤ２を両ｙコイル１４に流し、時間依存電流ＩＤ３を両ｚコイル１６に流す。このようにして、３つのコイル対はそれぞれ、平行円形コイル対として作用する。同様に、フォーカス場を生成するためには、時間依存電流ＩＦ１を両ｘコイル１２に流し、電流ＩＦ２を両ｙコイル１４に流し、電流ＩＦ３を両ｚコイル１６に流す。
【００６８】
なお、ｚコイル対１６は特殊であることに留意されたい。ｚコイル対１６は、駆動場及びフォーカス場の自分の担当分を生成するだけでなく、選択場も生成する（もちろん、他の実施形態では、別のコイルを設けてもよい）。ｚ±コイルを流れる電流は、ＩＤ３＋ＩＦ３±ＩＳである。残りの２つのコイル対１２及び１４を流れる電流は、ＩＤｋ＋ＩＦｋ（ｋ＝１、２）である。これらの３つのコイル対１２、１４及び１６は、その幾何学的形状及び対称性により、十分に減結合されている。これが望ましい。
【００６９】
選択場は、逆平行円形コイル対によって生成されるので、ｚ軸の周りで回転対称であり、等角点２４の周りのかなり大きな体積内で、そのｚ成分は、ｚにほぼ線形であり、ｘ及びｙから独立している。特に、選択場は、等角点において単一のゼロ磁場点（ＦＦＰ）を有する。これに対して、平行円形コイル対によって生成される駆動場及びフォーカス場への寄与は、等角点２４の周りのかなり大きな体積内で空間的にほぼ均一で、それぞれのコイル対の軸に対して平行である。３つ全ての平行円形コイル対が協働して生成する駆動場及びフォーカス場は、空間的にほぼ均一であり、任意の方向を与えることができ、何らかの最大強度までの任意の強度を与えることができる。また、駆動場及びフォーカス場は、時間依存性である。フォーカス場と駆動場の相違点は、フォーカス場が時間的にゆっくり変化し、大きな振幅を有することがあるのに対して、駆動場は、急速に変化し、小さな振幅を有する点である。これらの場を異なる扱いにすることには、物理的な理由と生物医学的な理由がある。大きな振幅を有する急速に変化する場は、生成するのが困難であり、患者にとって危険である可能性がある。
【００７０】
実際の実施形態では、ＦＦＰは、磁場がゼロになると仮定する数学的な点とみなすことができる。磁場強度は、ＦＦＰからの距離が大きくなるほど増大し、その増大速度は、（例えばデバイスの個々のレイアウトに応じて）方向によって異なる可能性がある。磁場強度が、磁性粒子を飽和状態にするのに必要な磁場強度未満である限りは、粒子は、デバイスが測定する信号の生成に活発に寄与するが、そうでない場合には、粒子は飽和し、いかなる信号も生成しない。
【００７１】
ＭＰＩスキャナの実施形態１０は、やはりｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って配向された更に別の平行円形コイル対を、少なくとも１対、好ましくは３対有する。図１には示していないこれらのコイル対は、受信コイルとして働く。駆動磁場及びフォーカス磁場のためのコイル対１２、１４及び１６と同様に、これらの受信コイル対のうちの１つを流れる定電流によって生成される磁場は、視野内で空間的にほぼ均一であり、それぞれのコイル対の軸に対して平行である。受信コイルは、十分に減結合されているものとみなされる。受信コイルに誘導される時間依存電圧は、このコイルに取り付けられた受信器によって増幅され、サンプリングされる。厳密には、この信号の非常に大きなダイナミック・レンジに対処するために、受信器は、受信信号と参照信号の間の差をサンプリングする。受信器の伝達関数は、０ヘルツ（「ＤＣ」）から最大で予想信号レベルが雑音レベルを下回る周波数まで、非ゼロである。或いは、ＭＰＩスキャナは、専用の受信コイルを有していないこともある。その代わりに、駆動場伝達コイルを、受信コイルとして使用する。
【００７２】
図１に示すＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｚ軸２２に沿った、すなわち選択場の軸に沿った、円筒形の内腔２６を有する。全てのコイルは、この内腔２６の外側に配置される。データ取得のためには、撮像対象の患者（又は物体）を、その患者の関心体積、すなわち患者（又は物体）の撮像すべき体積が、スキャナの視野２８、すなわちその中に入っているものをスキャナが撮像することができるスキャナの容積によって包囲されるように、内腔２６内に配置する。患者（又は物体）は、例えば、寝台上に配置される。視野２８は、内腔２６の内部の、立方形、球形、円筒形又は任意の形状などの形状の幾何学的に単純な等角容積である。図１には、立方体の視野２８が示してある。
【００７３】
第１のサブゾーン５２のサイズは、選択磁場の勾配の強度及び飽和に必要な磁場の磁場強度によって決まり、この飽和に必要な磁場の磁場強度は、磁性粒子によって決まる。磁場強度が８０Ａ／ｍであり、且つ選択磁場の磁場強度の勾配（所与の空間方向）が５０×１０３Ａ／ｍ２に達するときに通常の磁性粒子を十分に飽和させるためには、粒子の磁化が飽和しない第１のサブゾーン５２は、約１ｍｍ（所与の空間方向）の寸法を有する。
【００７４】
患者の関心体積は、磁性ナノ粒子を含むものと仮定する。例えば腫瘍などの診断撮像を行う前に、例えば患者（物体）の体に注射される、又はその他の方法で例えば経口で患者に投与される磁性粒子を含む液体を用いて、磁性粒子を関心体積に移動させる。
【００７５】
一般に、磁性粒子を視野内に移動させる方法には、様々な方法がある。特に、患者の体に磁性粒子を導入する場合には、磁性粒子は、外科的な方法を使用しても非外科的な方法を使用しても投与することができ、専門家（医師など）を必要とする方法と、例えば専門家でない者でも、通常の技量を有する者でも、又は患者自身でも実行することができる方法など、専門家を必要としない方法の両方がある。外科的な方法の中には、例えば、造影剤の血管への注射（このような注射が仮にも外科的な方法とみなされる場合）などの侵襲的ステップを伴う、リスクがない、且つ／又は安全である可能性がある日常的処置、すなわちそれほどの専門的な医療専門技術を必要とせず、且つ深刻な健康リスクを伴わない処置も含まれる。さらに、嚥下や吸入のような非外科的な方法を適用することもできる。
【００７６】
一般に、磁性粒子は、実際のデータ取得ステップを実行する前に、予め投入又は投与しておく。ただし、いくつかの実施形態では、更に別の磁性粒子を視野内に投入／投与する可能性もある。
【００７７】
磁性粒子の実施形態は、例えばガラスなどの球形基板を含む。この球形基板は、例えば５ｎｍの厚さを有し、例えば鉄ニッケル合金（例えばパーマロイ）などからなる軟磁性層を備える。この層は、例えば、酸などの化学的及び／又は物理的にアグレッシブな環境から粒子を保護するコーティング層で、被覆することができる。これらの粒子の磁化の飽和に必要な選択磁場５０の磁場強度は、例えば粒子の直径、磁性層に使用する磁性材料、及びその他のパラメータなど、様々なパラメータによって決まる。
【００７８】
例えばこれらの磁性粒子の直径が１０μｍである場合には、約８００Ａ／ｍ（おおよそ１ｍＴの磁束密度に対応する）の磁場が必要になるが、直径が１００μｍである場合には、８０Ａ／ｍの磁場で十分である。さらに低い飽和磁化を有する材料のコーティングを選択したとき、又は層の厚さが薄くなったときには、さらに小さな値が得られる。
【００７９】
実際には、Ｒｅｓｏｖｉｓｔ（登録商標）という商品名で市販されている磁性粒子（又はそれに類する磁性粒子）が使用されることが多い。これらの磁性粒子は、磁性材料のコアを有するか、又は大きな球体として形成され、例えば４０ｎｍ又は６０ｎｍなど、ナノメートル範囲の直径を有する。
【００８０】
一般に使用可能な磁性粒子及び粒子組成の更なる詳細については、参照により本明細書に組み込む、ＥＰ１３０４５４２、ＷＯ２００４／０９１３８６、ＷＯ２００４／０９１３９０、ＷＯ２００４／０９１３９４、ＷＯ２００４／０９１３９５、ＷＯ２００４／０９１３９６、ＷＯ２００４／０９１３９７、ＷＯ２００４／０９１３９８及びＷＯ２００４／０９１４０８の対応する部分を、本明細書と共に参照されたい。これらの文章には、一般的なＭＰＩ方法の更なる詳細も記されている。
【００８１】
データ取得中に、ｘコイル対１２、ｙコイル対１４及びｚコイル対１６は、印加磁場となる、位置依存性且つ時間依存性の磁場を生成する。これは、磁場生成コイルに適当な電流を流すことによって実施することができる。実際には、駆動磁場及びフォーカス磁場は、走査体積すなわち視野の上位集合をたどる予め選択したＦＦＰ軌道に沿ってＦＦＰが移動するように、選択磁場を押す。印加磁場は、患者の内部で磁性ナノ粒子を配向する。印加磁場が変化するにつれて、その結果得られる磁化も変化するが、磁化は、印加磁場に対して非線形に応答する。変化する印加磁場と変化する磁化の合計が、ｘｋ軸に沿った受信コイル対の端子間の時間依存性電圧Ｖｋを誘導する。関連する受信器が、この電圧を信号Ｓｋに変換し、さらにこの信号を処理する。
【００８２】
図１に示す第１の実施形態１０と同様に、図３に示すＭＰＩスキャナの第２の実施形態３０も、３対の円形の互いに直交するコイル対３２、３４及び３６を有するが、これらのコイル対３２、３４及び３６は、選択磁場及びフォーカス磁場のみを生成する。やはり選択場を生成するｚコイル３６は、強磁性材料３７で充填されている。この実施形態３０のｚ軸４２は、垂直に配向され、ｘ軸３８及びｙ軸４０は、水平に配向される。スキャナの内腔４６は、ｘ軸３８と平行であり、したがって、選択場の軸４２に対して直交する。駆動場は、ｘ軸３８に沿ったソレノイド（図示せず）並びに残りの２つの軸４０及び４２に沿った複数対のサドルコイル（図示せず）によって生成される。これらのコイルは、内腔を形成する管の周りに巻き付けられる。駆動場コイルは、受信コイルとしても働く。
【００８３】
この実施形態の代表的なパラメータをいくつか与える。選択場のｚ勾配Ｇは、Ｇ／μ０＝２．５Ｔ／ｍの強度を有する。
ここで、μ０は真空透磁率である。駆動場の時間周波数スペクトルは、２５ｋＨｚを中心とする狭い帯域（約１５０ｋＨｚまで）内に集中している。受信信号の有用な周波数スペクトルは、５０ｋＨｚから１ＭＨｚの間（最終的には最大約１５ＭＨｚになる）である。内腔の直径は１２０ｍｍである。内腔４６に嵌合する最大の管２８は、１２０ｍｍ／√２≒８４ｍｍの縁部長を有する。
【００８４】
磁場生成コイルの構成は、一般に当技術分野では、例えば磁気共鳴撮像の分野などから既知であるので、これについて本明細書でさらに詳述する必要はない。
【００８５】
選択場の生成の代替実施形態では、永久磁石（図示せず）を使用することができる。このような（対向する）永久磁石（図示せず）の２つの磁極の間の空間には、図２に示す磁場、すなわち対向する磁極が同じ極性を有する場合の磁場と同様の磁場が形成される。別の代替実施形態では、選択場は、少なくとも１つの永久磁石と少なくとも１つのコイルの組合せによって生成することができる。
【００８６】
図４は、本発明によるＭＰＩ装置２００及び３００の概略的な外側レイアウトの２つの実施形態を示す図を示す。図４Ａは、基本的に同じであり、それらの間に形成される検査領域２３０の反対側に配列される、２つの選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０を含む、提案するＭＰＩ装置２００の実施形態を示す図である。さらに、駆動場コイルユニット２４０が、患者の関心領域（図示せず）の周りに配置された、選択／フォーカス場コイルユニット２１０と２２０の間に配列される。選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０は、上述の選択磁場及びフォーカス磁場を表す結合磁場を生成するいくつかの選択／フォーカス場コイルを含む。特に、各選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０は、好ましくは同じ１組の選択／フォーカス場コイルのセットを含む。以下、上記の選択／フォーカス場コイルの詳細について説明する。
【００８７】
駆動場コイルユニット２４０は、駆動磁場を生成するいくつかの駆動場コイルを含む。これらの駆動場コイルは、複数対の駆動場コイル、特に、空間中の３つの方向のそれぞれに磁場を生成する１対の駆動場コイルを含むことができる。１実施形態では、駆動場コイルユニット２４０は、空間中の２つの異なる方向のための２対のサドルコイルと、患者の長手方向軸に磁場を生成する１つのソレノイドコイルとを含む。
【００８８】
選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０は、一般に、保持ユニット（図示せず）又は部屋の壁面に取り付けられる。選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０がそれぞれのコイルを担持する磁極片を含む場合には、保持ユニットは、選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０を機械的に保持するだけでなく、２つの選択／フォーカス場コイルユニット２１０と２２０の磁極片を接続する磁束の経路も提供することが好ましい。
【００８９】
図４Ａに示すように、２つの選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０は、それぞれ、駆動場コイルユニット２４０の駆動場コイルが生成する磁場から選択／フォーカス場コイルユニットを遮蔽する遮蔽層２１１、２２１を含む。
【００９０】
図４Ｂに示すＭＰＩ装置２０１の実施形態では、駆動場コイルユニット２４０と同様に、選択／フォーカス場コイルユニット２２０が１つだけ設けられている。一般に、所要の選択／フォーカス結合磁場を生成するには、単一の選択／フォーカス場コイルユニットで十分である。したがって、この単一の選択／フォーカス場コイルユニット２２０は、検査の際に患者を寝かす寝台（図示せず）に一体化することができる。駆動場コイルユニット２４０の駆動場コイルは、例えば可撓性コイル要素として、予め患者の体の周りに配列しておくことができることが好ましい。別の実施態様では、例えば図４Ｂに軸方向の分離線２４３及び２４４で示すように２つのサブユニット２４１及び２４２に分離可能にするなど、駆動場コイルユニット２４０を開くことができるようにして、患者をその間に寝かせた後に、駆動場コイルサブユニット２４１及び２４２を閉じ合わせることができるようにすることができる。
【００９１】
ＭＰＩ装置の更に別の実施形態では、好ましくは検査領域２３０の周りに一様な分布で配列される、さらに多くの選択／フォーカス場コイルユニットを設けることもできる。ただし、使用する選択／フォーカス場コイルユニットの数が増えるほど、医療補助者又は医者にとって検査領域の中に患者を配置しにくくなり、検査中に患者に手が届きにくくなる。
【００９２】
図５は、本発明によるＭＰＩ装置１００を示す概略的なブロック図を示す。上記で説明した磁性粒子撮像の一般的原理は、特に記載がない限り、本実施形態でも有効であり、適用可能である。
【００９３】
図５に示す装置１００の実施形態は、所望の磁場を生成するための様々なコイルを含む。最初に、コイルと、ＭＰＩにおけるそれらの機能とについて説明する。
【００９４】
選択／フォーカス結合磁場を生成するために、選択／フォーカス手段１１０が設けられる。選択／フォーカス磁場は、磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁場強度を有する第１のサブゾーン（図２の５２）と、磁性粒子の磁化が飽和するそれより高い磁場強度を有する第２のサブゾーン（図２の５４）とが、検査領域２３０の小部分である視野２８内に形成されるように、磁場強度の空間内パターンを有する。これは、従来は選択磁場を用いて実現していたものである。さらに、選択／フォーカス磁場を使用することにより、検査領域２３０内の視野２８の空間内位置を変化させることができる。これは、従来はフォーカス磁場を用いて行っていたものである。
【００９５】
選択／フォーカス手段１１０は、少なくとも１組の選択／フォーカス場コイル１１４と、選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記の少なくとも１組の選択／フォーカス場コイル１１４（図４Ａ及び図４Ｂに示す選択／フォーカス場コイルユニット２１０及び２２０のうちの一方を表す）に供給される選択／フォーカス場電流を生成するための選択／フォーカス場生成ユニット１１２とを含む。上記の少なくとも１組の選択／フォーカス場コイル１１４の各コイル要素ごと（又は各コイル要素対ごと）に別個の生成サブユニットを設けることが好ましい。この選択／フォーカス場生成ユニット１１２は、制御可能な電流源（一般に増幅器を含む）と、各コイル要素に界磁電流を供給して、各コイルの選択／フォーカス磁場への寄与分の勾配強度及び磁場強度を個別に設定するフィルタ・ユニットとを含む。なお、フィルタ・ユニット１１４は、省略してもよいことに留意されたい。
【００９６】
駆動磁場を生成するために、装置１００は、駆動磁場信号生成ユニット１２２と、磁性物質の磁化が局所的に変化するように駆動磁場を用いて視野内の２つのサブゾーンの空間内位置及び／又はサイズを変化させる１組の駆動磁場コイル１２４のセット（図４Ａ及び図４Ｂに示す駆動コイルユニット２４０を表す）とを含む、駆動手段１２０をさらに含む。上述のように、前記駆動磁場コイル１２４は、２対の対向配列されたサドルコイル１２５及び１２６と、１つのソレノイドコイル１２７とを含むことが好ましい。例えば３対のコイル要素など、その他の実施態様も可能である。
【００９７】
駆動磁場信号生成ユニット１２２は、上記の駆動磁場コイル１２４のセットの各コイル要素（又は少なくともコイル要素の各対）ごとに別々の駆動磁場信号生成サブユニットを含むことが好ましい。上記の駆動磁場信号生成ユニット１２２は、駆動磁場電流源（電流増幅器を含むことが好ましい）と、各駆動磁場コイルに時間依存駆動磁場電流を供給するフィルタ・ユニット（本発明では省略してもよい）とを含むことが好ましい。
【００９８】
選択／フォーカス場信号生成ユニット１１２及び駆動磁場信号生成ユニット１２２は、制御ユニット１５０によって制御されることが好ましく、制御ユニット１５０は、選択場の全ての空間点の磁場強度の合計及び勾配強度の合計が既定のレベルに設定されるように、選択／フォーカス場信号生成ユニット１１２を制御することが好ましい。この目的のために、制御ユニット１５０に、ＭＰＩ装置の所望の適用業務に応じてユーザが制御命令を与えることもできるが、これは、本発明では省略されることが好ましい。
【００９９】
検査領域（又は検査領域内の関心領域）内の磁性粒子の空間分布を求めるためにＭＰＩ装置１００を使用するために、特にこの関心領域の画像を取得するために、信号検出受信手段１４８、とりわけ受信コイルと、前記受信手段１４８が検出した信号を受信する信号受信ユニット１４０とが設けられる。実際には、３つの受信コイル１４８及び３つの受信ユニット１４０（受信コイル１つに対して１つ）が設けられることが好ましいが、４つ以上の受信コイル及び受信ユニットを使用することもできる。その場合には、取得された検出信号は、３次元ではなく、受信コイルの数をＫで表すものとして、Ｋ次元となる。
【０１００】
上記の信号受信ユニット１４０は、受信した検出信号をフィルタリングするフィルタ・ユニット１４２を含む。このフィルタリングの目的は、２つの部分領域（５２、５４）の位置の変化の影響を受けた検査領域内の磁化によって生じた測定値を、その他の干渉信号から分離することである。この目的のために、フィルタ・ユニット１４２は、例えば、受信コイル１４８が動作する時間周波数より低い、又はこれらの時間周波数の２倍より低い時間周波数を有する信号がフィルタ・ユニット１４２を通過しないように設計することができる。その後、信号は、増幅ユニット１４４を介してアナログ／デジタル変換器１４６（ＡＤＣ）に伝送される。
【０１０１】
アナログ／デジタル変換器１４６によって生成されたデジタル信号は、画像処理ユニット（再構築手段とも呼ばれる）１５２に送られる。画像処理ユニット１５２は、これらの信号と、画像処理ユニット１５２が制御ユニット１５０から取得する、個々の信号の受信中に推定された検査領域中の第１の磁場の第１の部分領域５２の個々の位置とから、磁性粒子の空間分布を再構築する。再構築された磁性粒子の空間分布は、最終的に、制御手段１５０を介してコンピュータ１５４に伝送され、コンピュータ１５４が、これをモニタ１５６上に表示する。このように、検査領域の視野内の磁性粒子の分布を示す画像を表示することができる。
【０１０２】
例えば（例えば温熱療法のために）磁性粒子に影響を及ぼしたり、（例えばカテーテルに付着させてカテーテルを移動させるため、又は薬剤に付着させて薬剤を特定の位置まで移動させるために）磁性粒子を移動させたりするなど、ＭＰＩ装置１００の他の適用業務では、受信手段を省略することもできるし、或いは単に使用しなくてもよい。
【０１０３】
さらに、必要に応じて、例えばキーボードなどの入力ユニット１５８を設けることもできる。したがって、ユーザは、最高解像度の所望の方向を設定することができ、アクション領域の各画像をモニタ１５６上で受信する。最高解像度が必要な臨界方向が、ユーザが最初に設定した方向から逸れている場合には、ユーザは、撮像解像度を高めた別の画像を生成するために、方向をさらに手作業で変更することができる。この解像度向上プロセスは、制御ユニット１５０及びコンピュータ１５４によって自動的に行うこともできる。制御ユニット１５０は、本実施形態では、自動的に推定される、又はユーザに開始値として設定される第１の方向に、傾斜磁場を設定する。次いで、傾斜磁場の方向を、コンピュータ１５４によって比較される受信画像の解像度が最大になる、又はそれ以上向上できなくなるまで、段階的に変化させる。したがって、最も重要な方向は、可能な限り最高の解像度を受信するために、個々に自動的に適応されて、発見されることができる。と。
【０１０４】
本発明によれば、上記の選択／フォーカス場コイル１１４は、内側コイル軸１１５ａの周りの閉ループとして形成された少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル１１５、及び、上記の少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル１１５よりも上記の内側コイル軸１１５ａから遠い距離で、且つ異なる角度位置に配列された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７のグループとを含む。この少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７はそれぞれ、直交断面図を示す図６Ａ及び図６Ｂに示すようにそれぞれ関連する外側コイル軸１１６ａ及び１１７ａの周りの閉ループとして形成されている。図６Ｂに破線で示すように、それぞれ関連する外側コイル軸１１８ａ及び１１９ａの周りの閉ループとして形成される追加の２つの外側選択／フォーカス場コイル１１８及び１１９を設けることが好ましい。
【０１０５】
本発明によれば、一般に、選択／フォーカス場手段は、図６に示すような様々なコイルのみを有してもよい。しかし、本発明によれば、選択／フォーカス場手段は、１つ又は複数の磁極片の形態をした磁性材料、特に軟磁性材料と、電磁コイルとの組合せであることが好ましい。この少なくとも１つの磁極片は、磁束を伝導し、それにより所要の磁場の生成を増強する働きをする。
【０１０６】
本発明による磁極片配列の実施形態を、図７及び図８に示す。ここで、図７Ａ及び図７Ｂは、磁極片配列３００の２つの直交断面図であり、図８は、磁極片配列３００の斜視図である。磁極片配列３００の本実施形態では、２つの磁極片３１０及び３２０を機械的に担持して磁気的に結合する磁極片軸受３３０を介して接続された、２つの磁極片３１０及び３２０が設けられる。これらの図に示す磁極片３１０及び３２０は、本実施形態ではここに示す幾何学的性質を有するが、この磁極片軸受３３０の具体的な形状は、ここでは単なる一例として示したものに過ぎず、実際の適用業務に合わせた個々の形状は、所要の安定性などの構築パラメータによって決まる。
【０１０７】
図７及び図８に示すように、磁極片３１０は、少なくとも１つ（本実施形態では２つ）の内側磁極片セグメント３１１及び３１２と、少なくとも２つ（本実施形態では４つ）の外側磁極片セグメント３１３〜３１６とを含み、磁極片３２０は、少なくとも１つ（本実施形態では２つ）の内側磁極片セグメント３２１及び３２２と、少なくとも２つ（本実施形態では４つ）の外側磁極片セグメント３２３〜３２６とを含む。さらに、各磁極片３１０及び３２０は、同一の磁極片の様々な磁極片セグメントどうしを接続する磁極片ヨーク３１７及び３２７をそれぞれ有する。
【０１０８】
１つの共通の磁極片の全ての磁極片セグメントは、その共通の内側コイル軸１１５ａの周りに同軸に配列され、第２の内側磁極片セグメント３１２及び３２２は、それぞれの内側磁極片セグメント３１１及び３２１の周りのリングとして配列される。外側磁極片セグメント３１３〜３１６及び３２３〜３２６はそれぞれ、内側コイル軸１１５ａの周りの同じ距離の位置に配列されたリングセグメントの形態で設計されるが、図７Ｂに示すように異なる角度位置を有する。
【０１０９】
以下に図示及び説明するように選択／フォーカス場コイルの様々なコイルがその上に配列されるこのような磁極片の配列は、選択／フォーカス場コイル（第１のサブゾーン５２）の所望の移動を実現するのに有利である。本明細書で２つから４つのセグメント（一般には少なくとも２つのセグメントであるが、さらに多くのセグメントにすることも可能である）にセグメント化しているように外側磁極片セグメントをセグメント化することは、特に、ｘ方向及びｙ方向に沿ってＦＦＰを移動させるのに有利である。
【０１１０】
実際の実施態様では、内側磁極片セグメント３１１と３２１の間の（ｚ方向の）距離ｄｉは、少なくとも患者並びに駆動場コイルをその間に配置することができるだけの大きさがある。これは、距離ｄｉが少なくとも４０ｃｍ、好ましくは少なくとも４５ｃｍとなることを意味している。外側磁極片セグメントｂどうしの間の距離ｄ０は、一般にその間に駆動場コイルが配置されないので、これより若干小さくすることができる。したがって、距離ｄ０は、少なくとも２５ｃｍ、好ましくは少なくとも４０ｃｍであるものとする。
【０１１１】
磁極片は、一般に、軟磁性材料で構成される。好ましくは、２つの内側磁極片セグメント３１１及び３１２と３２１及び３２２、並びにヘッド部分３１３ｈ〜３１４ｈ及び３２３ｈ〜３２４ｈ（図７Ａ参照。その他の外側磁極片セグメントのヘッド部分は、この図には明示していない）は、軟磁性材料、特にＦｅＣｏ、Ｆｅ、Ｄｙ、Ｇｄ又はＦｅ４９Ｖ１．９Ｃｏ４９などそれらの合金（商品名Ｖａｃｏｆｌｕｘ４８で知られる材料など）で構成され、高い飽和磁気誘導を有する。或いは、ＦｅＮｉを使用することもできるが、この材料は、飽和磁気誘導が低い。好ましくは、検査領域の反対側に向いている外側磁極片セグメントのテール部分３１３ｔ及び３１４ｔと３２３ｔ及び３２４ｔ（外側磁極片セグメント３１５又は３１６及び３２５又は３２６のテール部分は、明示していない）、並びに磁極片ヨークは、同じ材料で構成される。ただし、コスト面の理由から、それらを内側ヘッド磁極片セグメントの材料より飽和磁気誘導の低い軟磁性材料、特にＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、パーマロイ、又はＦｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１５．５Ｂ７（一般にＮａｎｏｐｅｒｍとして知られる）などのそれらの合金で構成する可能性もある。
【０１１２】
図９は、様々な選択／フォーカス場コイルが図７及び図８に示す磁極片配列３００に取り付けられている、本発明による選択／フォーカス場コイル配列４００の１実施形態を示す２つの直交断面図である。
【０１１３】
図１０は、１つの選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０の更なる詳細を説明するために使用する、その選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０の拡大図である。第１の内側磁極片セグメント３１１は、前記第１の内側磁極片セグメント３１１の周りにリングとして形成された第１の内側選択／フォーカス場コイル１１５を担持する。第２の内側選択／フォーカス場コイル１１３は、前記第１の内側選択／フォーカス場コイル１１５の周りにリングとして形成された第２の内側磁極片セグメント３１２によって担持される、別のリング・コイルとして形成される。４つの外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７（図９及び図１０には２つの外側選択／フォーカス場コイルのみ示す。残り２つの外側選択／フォーカス場コイルは図９及び図１９には図示していない）は、それぞれの外側磁極片セグメント３１３、３１４、３１５及び３１６によって担持される。各前記外側選択／フォーカス場コイル１１６、１１７は、それぞれの外側磁極片セグメントの周りに電流が流れるように、関連する外側磁極片セグメント３１３、３１４、３１５、３１６の周囲に巻き付けられる。各外側磁極片セグメント３１３、３１４、３１５、３１６は、内側コイル軸１１５ａの周りの異なる角度位置に配列されたリング・セグメントの形態を有する。
【０１１４】
このように、図９Ａに示す選択／フォーカス場コイル配列４００は、合計で１２個の選択／フォーカス場コイルを含み、そのうちの６個のコイル（コイル１１３及び１１５〜１１９）は上側選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０にあり、６個のコイル（コイル１３３、１３５、１３６、残り２つのコイルは図９Ａでは見えない）は下側選択／フォーカス場コイルサブユニット４２０にある。ただし、この数は、例示的な数であるものと理解されたい。その他の数にすることも可能である。一般に、少なくとも６個、好ましくは少なくとも８個の選択／フォーカス場コイルユニットが望ましい。
【０１１５】
各選択／フォーカス場コイルに個別の電流を供給することによって各選択／フォーカス場コイルを個別に制御することができるように、各選択／フォーカス場コイルごとに１つの選択／フォーカス場生成サブユニットが設けられることが好ましい。しかし、選択／フォーカス場コイルどうしを結合し、それらに共通の電流を供給して、選択／フォーカス場生成サブユニットの数を減少させることができるようにすることもできる。例えば、１実施形態では、２つの外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７は共通の電流を供給される。同様に、その他の２つの外側選択／フォーカス場コイルどうしも、結合される。これは、このような選択／フォーカス場コイル配列では、全部で８個の選択／フォーカス場生成サブユニットが必要であることを意味する。
【０１１６】
別の実施形態では、２つの異なる選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０及び４２０の２つの対向配列された選択／フォーカス場コイルを結合し、これらに共通の電流を供給する。例えば、右側の２つ（図９における数）の外側選択／フォーカス場コイルを結合し、これらに同じ電流を供給することができる。同じことは、その他の外側選択／フォーカス場コイルについても当てはまる。
【０１１７】
本発明の１実施形態によれば、選択／フォーカス場コイルのうちの１つ又は複数を少なくとも２つ、特に少なくとも４つのコイルセグメントに分割し、１つのコイルのコイルセグメントは、関連するコイル軸の方向（すなわち全てのコイル軸が図示の実施形態のように平行である場合には内側コイル軸１１５ａの方向）に互いに隣接して配列され、隣接するコイルセグメントどうしが電気的に接続されることが好ましい。図９及び図１０に示すように、全ての選択／フォーカス場コイルが、図９Ａ及び図１０に複数のコイル・サンプル分割線で示すようにいくつかのコイルセグメントに分割されることが好ましい。
【０１１８】
例えば、第１の内側選択／フォーカス場コイル１１５は、図１０に文字Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで示すように４つのコイルセグメントに分割される。同様に、第２の内側選択／フォーカス場コイル１１３並びに様々な外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７は、文字Ａ、Ｂ及びＣなどで示す複数のコイルセグメントに分割される。
【０１１９】
このように選択／フォーカス場コイルをいくつかのセグメントに分割することにより、各選択／フォーカス場コイルに沿って様々な電流密度を実現することが可能になる。以下の表は、例示的な実施形態として、各コイルセグメントの最大電流密度をまとめたものである。電流密度のこれらの例示的な値は、選択／フォーカス場コイルの異なる位置は異なるコイルの大電流を必要とすることを考慮に入れたシミュレーション実行によって得られる。概して、電力の総量は１００ｋＷであった。第１の内側選択／フォーカス場コイルの最大電力は、４９Ｗであり、第２の内側選択／フォーカス場コイルの電流に使用された電力は、３８ｋＷ以下であった。各外側選択／フォーカス場コイルで散逸した電力は２０ｋＷ以下であった。
【０１２０】
【表１】
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【０１２１】
コイルセグメントは、関連するコイル軸の方向に、得られる電流密度が検査領域からの距離が減少するほど増大するように配列されることが好ましい。参照する様々な実施形態は、これを得るためのものである。好ましい実施形態は、検査領域により近い位置に配列されたコイルの１つ又は複数のコイルセグメントが、検査領域から離れた位置に配列された同じコイルの１つ又は複数のコイルセグメントと比較して、異なる材料で構成され、より太い巻線を有し、よりコンパクトで、且つ／又は関連するコイル軸の方向により大きな厚さを有することを含む。例えば、異なるコイルセグメントの電流密度の比を使用して、各コイル内でワイヤの断面をどのようにして変化させるべきかを決定する。ただし、実際には、ワイヤの製造業者は一般に限られた数の断面値しか提供しないので、理論値からの逸脱が必要となることは言うまでもない。
【０１２２】
さらに、図９及び図１０から、この好ましい実施形態では、検査領域に向いている第２の内側磁極片セグメント３１２のヘッド部分３１２ｈの内側コイル軸１１５ａに対して直交する断面、すなわち図１０に示す線Ｘに沿った断面がカバーする領域は、前記検査領域と反対側を向いている前記第２の内側磁極片セグメント３１２のテール部分３１２ｔのそれと平行な断面、すなわち図１０の線Ｙに沿った断面より小さいことが分かる。
【０１２３】
第２の内側磁極片セグメント３１２の前記ヘッド部分３１２ｈの外径は、内側コイル軸３１５ａの方向に、検査領域２３０からの距離が減少するほど減少することが好ましい。換言すれば、ヘッド部分３１２ｈの外縁部は、内側コイル軸３１５ａの方向に傾斜している。
【０１２４】
さらに、前記検査領域に向いている外側磁極片セグメント３１３及び３１４のヘッド部分３１３ｈ及び３１４ｈの内側コイル軸３１５ａに対して直交する断面、すなわち線Ｘに沿った断面がカバーする領域は、検査領域と反対側を向いている前記外側磁極片セグメント３１３及び３１４のテール部分３１３ｔ及び３１４ｔのそれと平行な断面、すなわち線Ｙに沿った断面より大きい（同じことが、図１０には明示していないその他の外側磁極片セグメントについても当てはまる）。
【０１２５】
さらに、内側コイル軸３１５ａからの外側磁極片セグメント３１３及び３１４の前記ヘッド部分３１３ｈ及び３１４ｈの内径の距離は、内側コイル軸１１５ａの方向に、検査領域３３０からの距離が減少するにつれて減少する（同じことが、図示していないその他の外側磁極片セグメントについても当てはまる）。換言すれば、ヘッド部分３１３ｈ及び３１４ｈの内縁部は、内側コイル軸１１５ａの方向に傾斜している。
【０１２６】
図示のように、第２の内側選択／フォーカス場コイル１１３並びに外側選択／フォーカス場コイル１１６及び１１７は、それぞれの磁極片セグメントの周りで移動して、対応する磁極片セグメントと同じ外形となる（同じことが、図示していないその他の外側選択／フォーカス場コイルについても当てはまる）が、ただし、これは必ずしも必要というわけではない。
【０１２７】
これらの手段により、検査領域に向いている内側磁極片セグメント３１１及び３１２、並びに内側選択／フォーカス場コイル１１３及び１１５の表面上で最高の磁束密度が得られ、特に、磁場の高い勾配が得られる。なお、外側磁極片セグメントの外縁部を内側コイル軸１１５ａの方向に傾斜させて、この効果をさらに高めることもできることに留意されたい。
【０１２８】
従来はフォーカス磁場を用いて行っていた検査領域内での視野２８の移動を行うために、一般に、全ての選択／フォーカス場コイルに電流を供給する必要はない。特に、視野２８を上方向又は下方向に、すなわち内側コイル軸１１５ａの内側方向に沿って移動させる場合には、主に２つの内側選択／フォーカス場コイル１１５及び１１３を使用する。例えば、上側選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０から下側選択／フォーカス場コイルサブユニット４２０の方向への視野２８の移動が望ましい場合には、下側選択／フォーカス場コイルサブユニット４２０の第１の内側選択／フォーカス場コイルに供給する電流及び上側選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０の第２の内側選択／フォーカス場コイルに供給する電流を増加させる。或いは、又はこれに加えて、上側選択／フォーカス場コイルサブユニット４１０の第１の内側選択／フォーカス場コイルに供給する電流及び下側選択／フォーカス場コイルサブユニット４２０の第２の内側選択／フォーカス場コイルに供給する電流を減少させる。外側選択／フォーカス場コイルは、この移動には、必ずしも使用する必要はない。
【０１２９】
内側コイル軸１１５ａに対して直交する方向への視野２８の移動が望ましい場合には、さらに、外側選択／フォーカス場コイルに電流を供給する。具体的には、前記外側選択／フォーカス場コイルによって、内側コイル軸１１５ａに対して直交し、且つ所望の移動方向に沿っている方向に追加の磁場を生成する。例えば、図９Ａにおいて左から右への移動が望ましい場合には、Ｎ極を左側に、Ｓ極を右側に有する（又はその逆の極性を有する）磁場をさらに生成する。これで、外側選択／フォーカス場コイルに供給される電流の振幅によって、この方向に視野２８をどの程度移動させるかを制御することができる。
【０１３０】
以上の説明は、一般に視野の移動を実現することができる方法についての簡単な一般的概念を述べたものに過ぎない。実際には、もちろん、電流を精密に制御する必要があるが、これは単に配列全体の正確なレイアウトに強く依存する実施の際の問題である。
【０１３１】
磁極片に関しては、磁気伝導性シートで構成されることが好ましく、内側磁極片セグメント３１１及び３１２並びに磁極片３１０の磁極片ヨーク３１７の隣接するヘッド部分３１７ｈを構成するシートは、内側コイル軸３１５ａに平行な方向に沿って配列されることに留意されたい（同じことは、内側磁極片セグメント及びその他の磁極片３２０の磁極片ヨークについても当てはまる）。磁極片ヨーク３１７のテール部分３１７ｔを構成するシートは、内側コイル軸３１５ａに対して実質的に直交する方向に配列されることが好ましい（同じことは、その他の磁極片ヨーク３２７についても当てはまる）。これにより、磁束の最適な接続性が得られる。
【０１３２】
図８に示すように、磁極片軸受３３０によって接続された２つ以上の磁極片を使用する場合には、磁極片軸受３３０も、磁極片の磁極片軸受が接続された部分を構成するシートと同じ方向に互いに隣接して配列された磁気伝導性シートで構成することが好ましい。例えば、磁極片軸受が磁極片ヨークのヘッド部分に接続している場合には、磁極片軸受のシートは、内側コイル軸に対して直交する方向に配列されることが好ましい。磁極片軸受を構成するシートも、少なくとも磁極片ヨークへの接続点では、内側コイル軸３１５ａに対して直交する方向に配列される。一般に、これらのシートは、最良の磁束接続性が得られるように配列されるものとする。
【０１３３】
図１１は、本発明による磁極片配列５００の１実施形態を示す斜視図である。図８に示す磁極片配列３００と比較すると、外側磁極片セグメントは、本実施形態ではリング型セグメントとして形成されず、（第１の磁極片５１０の）外側磁極片セグメント５１２〜５１７及び（第２の磁極片５２０の）外側磁極片セグメント５２２〜５２７は、バー型円筒形として、好ましくは内側磁極片セグメント５１１及び５２１と同じ形状で形成される。このような構成の利点は、主に、１種類又は２種類の磁極片を製造するだけで済むことによるコストの節約である。この主たる利点は、少なくとも第２の磁極片のリング（図１１には図示せず）を中央の磁極片の周りに配列した場合に得られる。他の実施形態では、磁極片セグメント、特に外側磁極片セグメントの更に別の形態を使用することもできる。
【０１３４】
図１２は、本発明による選択／フォーカス場コイル配列６００の別の実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、図１１に示す磁極片配列５００を使用し、各磁極片セグメントに、リング型コイル６１１〜６１７（上側選択／フォーカス場コイルサブユニット６１０の場合）の周りに巻き付けた個別の選択／フォーカス場コイルを設ける（同じことが、下側選択／フォーカス場コイルサブユニット６２０についても当てはまる）。
【０１３５】
選択／フォーカス場コイル配列の実施形態には、更に別の実施形態もある。例えば、図１３に示す本発明による選択／フォーカス場コイル配列６００’の更に別の実施形態では、大きな円筒形磁場コイル６３１及び６３２を、各選択／フォーカス場コイルサブユニット６１０及び６２０の外側に、その周囲に配置する。さらに、磁気軸受６３０の周りに１つ又は複数の追加の磁場コイル６４０を配列して、磁場をさらに強化することもできる。
【０１３６】
なお、様々な選択／フォーカス場コイルに加えて、各選択／フォーカス場コイルサブユニットに更に永続的な材料を設けて、選択／フォーカス場コイルを生成するための選択磁場の生成をさらに強化することもできることに留意されたい。この永久磁石は、検査ゾーンの近くに配置して、軟磁性材料の部分の代用とすると好ましい。
【０１３７】
さらに、冷却手段を設けて、コイルの一部又は全てを冷却することが好ましいことに留意されたい。冷却手段は、水又は油などの冷却流体を使用することができる。コイルは、銅又はアルミニウムで構成することができるが、超伝導材料で構成することもでき、超伝導材料の場合には、ヘリウムなどの適当な冷却材を使用して冷却する。高温超伝導体の場合には、ヘリウムガスを使用して冷却を実施することができる。低温超伝導体の場合には、液体ヘリウムを使用して冷却を実施することができる。
【０１３８】
上述の幾何学的形状を使用して、様々なシミュレーションを実行した。このようにして得られた結果を、以下にまとめる。
【０１３９】
幾何学的形状の中心に位置するＦＦＰの場合には、３０ｋＷの電力で、２．５Ｔ／ｍの勾配磁場強度が得られた。９０ｋＷの電力を用いると、勾配磁場強度は３．３Ｔ／ｍまで上昇した。図１４は、勾配磁場強度が電力とともにどのように上昇するかを示す図である。これらのシミュレーションでは、内側選択／フォーカス場コイルのみを考慮した。外側選択／フォーカス場コイルには、電流は流れなかった。特に、第２の内側選択／フォーカス場コイルの電力は、第１の内側選択／フォーカス場コイルの４倍の大きさであった。
【０１４０】
ｚ方向の移動に関しては、内側選択／フォーカス場コイルを用いて、ＦＦＰをｚ軸上の原点から１０ｃｍの距離のところに配置することができた。全電力消費を９２ｋＷとして、得られた勾配磁場強度は、２．５Ｔ／ｍであった。電力は、以下のようにコイル間に分布していた。ＦＦＰを移動させる方向の磁極片では、第１の内側選択／フォーカス場コイルで４９ｋＷが散逸し、第２の内側選択／フォーカス場コイルには電流は流れなかった。反対方向の磁極片では、第１の内側選択／フォーカス場コイルで５ｋＷが散逸し、第２の内側選択／フォーカス場コイルで３８ｋＷが必要であった。
【０１４１】
ｘ方向及び又はｙ方向の移動に関しては、外側選択／フォーカス場コイルを用いて、ＦＦＰをｘ及び／又はｙに沿って移動させることができる。例えば、シミュレーションの１つでは、ＦＦＰは、ｘ軸上の原点から１０．１ｃｍの距離のところに配置した。ここで、使用した全電力は１００ｋＷであった。４０ｋＷの電力が、外側選択／フォーカス場コイルのうちの４つで散逸し、残りの６０ｋＷが、内側選択／フォーカス場コイルで使用された。得られた勾配磁場強度は、２．２Ｔ／ｍであった。ただし、勾配はかなり不均一であった。共通の計算方法を用いて、得られた値は、Ｇｘ＝−０．６９Ｔ／ｍ、Ｇｙ＝−１．５１Ｔ／ｍである。
【０１４２】
特定の適用分野（ＭＲ）では、ＦＦＰがないがかなり一様な磁場を生成することが望ましい。したがって、内側磁極片のうちの１つにおける電流の方向を逆にしたシミュレーションを実行した。全てのコイルを使用し、利用可能な電力（１００ｋＷ）の様々な分布を使用して、原点で観測された最大磁場強度は、０．４５Ｔであった。磁場強度は、ｚに沿って増大し、ｘ／ｙに沿って減少する。
【０１４３】
磁場に蓄積されるエネルギーを計算するために、以下の積分（数１）を体積Ｖについて評価する。
【０１４４】
【数１】
2015501677.tif 000004
発明者等のシミュレーションにおいて、磁場に蓄積された観測された最大エネルギーは、４０ｋＪ未満であった。最大値は、一様な（ＭＲ）場を得ようとするシミュレーションで見られた。
【０１４５】
特異吸収率（ＳＡＲ）は、医療検査中に（人）体に移入する熱を定量化する測度である。特定の限界及びガイドラインがあり、これらは通常、短期限界及び長期限界、並びに身体部分限界及び全身限界を含む。末梢神経刺激（ＰＮＳ）は、（人）体内の神経及び筋肉が人体内の誘導電場によって刺激される効果である。電場は、磁場の変化の結果であり、したがって、磁場強度及びその時間微分（一般にはフーリエ空間内の正弦波励起ωＢに対するｄＢ／ｄｔ）に比例する。
【０１４６】
サイズの小さな物体用のＭＰＩスキャナでは、物体（例えば小動物）が小さいので、ＳＡＲ及びＰＮＳは、まだ限界を示していなかった。本発明は、人間サイズのスキャナを構築するための解決策を提供する。ここで、ＳＡＲ及びＰＮＳは、潜在的制限要因になる可能性もある。
【０１４７】
既知のＭＰＩスキャナでは、駆動磁場の電流は、ゼロ磁場点の位置とは無関係に、検査中に一定に保たれていた。これは、ＳＡＲ及びＰＮＳの理由から、人間サイズのスキャナに引き継ぐことができない。実際に、電流は、検査領域（一般に内腔を形成する）のまさに中心で（例えば）２０ｍＴのピーク振幅が生成されるように選択した。磁場の不均一性により、これは、その他の位置ではそれより大きな駆動磁場の振幅が生成されたことを意味する。
【０１４８】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、患者がその中に配置される検査領域２３０の周りに駆動磁場を生成するために利用されるコイルを示す図である。軸２５０に沿った磁場については、ソレノイド２６０（図１５Ａ）を使用し、２つの直交する軸については、サドルコイル２６１及び２６２（図１５Ｂ）を使用する。なお、一般に、サドルコイル２６１及び２６２に対して直交する別の対のサドルコイル（図示せず）があることに留意されたい。
【０１４９】
図１６は、ソレノイドコイル２６０の内腔内の磁力線を示す図である。このコイルの型に基づいて、以下の議論を概説する。サドルコイルについての議論も、概ね同じである。
【０１５０】
図１６では、３つの点に符号Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が付されている。内腔の中央で、点Ｐ１における駆動磁場が２０ｍＴｐｋ／μ０である。既知のＭＰＩスキャナでは、ソレノイドコイル２６０に流れる電流は、中心点Ｐ１でこの２０ｍＴｐｋ／μ０が得られるように選択される。この電流は、ＦＯＶの位置とは無関係に、実験全体を通じて同じに保たれる。
【０１５１】
人間サイズのスキャナ内では、視野は、フォーカス場をさらに移動させることによって拡大される。フォーカス場は、視野（すなわち駆動磁場を用いてゼロ磁場点を高速移動させることによってサンプリングされる体積）の中心を、内腔内の任意の所望の場所まで移動させる。例えば、視野を位置Ｐ３にシフトさせる。電流が一定に保たれる場合には、この位置Ｐ３で、磁場強度は（図１７Ｂに示すように）わずか１５ｍＴｐｋ／μ０となる。そのため、この位置における画質／解像度／粒子応答は、劣化する。一方、視野を（フォーカス場によって）位置Ｐ２にシフトさせた場合には、この位置における磁場強度は、これより高くなり、例えば（図１７Ａに示すように）３０ｍＴである。現在、欠点は、基本的に、駆動場の振幅が撮像プロセスに必要な振幅より大きいことである。実際に、画像は、これ以上改善されないが、基本的に不要な電力、すなわちＳＡＲが患者の体に供給される。また、ＰＮＳが印加される場合には、この現象はさらに深刻になる。
【０１５２】
人間サイズのスキャナの適当な解決策の第１の要件は、点Ｐ３から生じる。ここで、感度の弱い（すなわち生成された磁場強度をコイルに流れる電流で割る）この点でも、磁場強度は、適切な撮像品質に必要な２０ｍＴｐｋ／μ０とすることが必要である。この２０ｍＴｐｋ／μ０は、電流を増加させることでしか達成することができない。
【０１５３】
ここで、このより大きな電流を、実験全体で、すなわち走査対象の全ての位置で一定に保つことは、不要である。したがって、提案する解決策は、所与の点の感度が高くなったときに電流を低減することである。特に、Ｐ２は、「通常」の電流を必要とするが、Ｐ３は、さらに低下させた電流を必要とする。
【０１５４】
概して、この電流の規則は、いくつかの態様で有益である。すなわち、ＳＡＲの低減、ＰＮＳの低減、及びコイルにおける平均散逸電力の低減（これは直接ハードウェアのコスト節約につながる）をもたらす。
【０１５５】
更に別の実施形態では、１つ又は複数の駆動場コイルに供給される電流は、ＦＦＰ（又は視野）の位置の関数として適応される。例えばある位置で２０ｍＴのピーク振幅を生成するためには、電流は、その位置のコイルの感度（アンペア当たりのアンペア／メートル）に応じて選択される。選択／フォーカス場の勾配が均一である（すなわち位置と無関係である）と仮定すると、この規則は、やはり均一となる（すなわち位置と無関係となる）偏向（駆動場の影響下でのＦＦＰの移動距離）を生じる。
【０１５６】
さらに、選択／フォーカス場は現実には均一ではないので、駆動場電流を選択する規則では、このことを考慮するものとする。これにより、例えば、選択／フォーカス場の不均一性によって歪まない一定体積の視野を生成することができる。
【０１５７】
別の実施形態によれば、サドルコイルの対（そのうちの１対を図１５Ｂに示す）は分割され（検査対象の周りの３つのコイルではなく）、ＳＡＲの低減、ＰＮＳの低減、及びコイルにおける平均散逸電力の低減（これは直接ハードウェアのコスト節約につながる）をもたらす。
【０１５８】
既知のＭＰＩスキャナでは、２つのサドルコイル２６１及び２６２は、電気的に直列に接続された１対を構成する。すなわち、両サドルコイル２６１及び２６２には、同じ電流が流れている。ここで提案する改良形態によれば、サドルコイル２６１及び２６２は分割され、独立した、通常は同じでない電流を供給される。その利点は、発電及び電力フィルタリング兼用のハードウェア（double  power-generating  and  power-filtering  hardware)が必要になるにもかかわらず、全ての構成要素の電流が半分になる、すなわち全ての構成要素をより小さな構成要素として実現し、コストをほぼ影響を受けないままに保つことができる点である。さらに、２つのサドルコイルを、２つの別個の受信コイルとして同時に使用することができる。別の受信器とともに、２つの受信器は、独立した熱雑音（身体雑音、コイル雑音、受信器雑音）の影響を受ける２つの独立した測定手段となる。適当に再構築することにより、これは、システムの信号対雑音比の追加の利点となり、これにより画質が向上する。
【０１５９】
簡単にするために、（図１５Ｂに示すより複雑なサドルコイルの代わりに）図１８に示す２つの平面コイル２７０及び２７１のヘルムホルツ構造を考える。ＦＦＰが中央にある場合には、両コイル２７０及び２７１は、図１９Ｂの点Ｐ１に示すように、この点に向かって同じ感度を有する。誘導磁場を最小限にするためには、両コイル２７０及び２７１は、磁場の生成に等しく寄与するようにしなければならないので、同じ電流を有する。この場合、ＳＡＲ及びＰＮＳの両方に寄与する磁場は、両コイル２７０及び２７１の近傍で等しく誘導される。
【０１６０】
ＦＦＰが中央にない（例えば図１９Ｂの点Ｐ４など）場合には、コイル２７０（すなわちよりＦＦＰに近いコイル）は、もう一方のコイル２７１より高い感度を有する。上記と同じ理由から、一般に、より近い方のコイルが駆動磁場のより大きな部分を生成すると有利である（全ての身体部分が医療的に同じ感度を有するものと仮定する）。比較のために、図１９Ｂには、コイル２７０にしか電流を供給しない場合の磁場を示している。
【０１６１】
図２０Ｂは、それぞれのコイルの感度Ｓ２７０及びＳ２７１（生成電流当たりの磁場強度。累積感度はＳ２７２で示す）に比例する、両コイル２７０及び２７１に同じ電流を流して生成した磁場を示す図である。例えば、位置Ｐ４では、コイル２７０の感度Ｓ２７０は、コイル２７１の感度Ｓ２７１より高い。したがって、ＳＡＲ、ＰＮＳ及び両コイルにおける電力損失を最小限にするために、コイル２７０の寄与をより大きくする。ただし、連続性の理由から、これは「勝者総取り（winner  takes  all）」型の電流分布にはならず、コイル間で滑らかに遷移することになる。そのため、位置Ｐ４では、図２０Ａに示すようにコイル２７０が全ての電流を有し、コイル２７１がオフになる、ということにはならない。
【０１６２】
好ましくは、アルゴリズムは、ＳＡＲ及びＰＮＳの両方を、「大域」スケール及び局所スケールの両方で考慮する。したがって、通常は、導体付近の過剰な磁場を最小限に抑えるために、利用可能な全ての磁場生成器を参加させると有利である。
【０１６３】
患者の体の一部分が別の部分より磁場に対してより高い感度を有する場合には、電流は、体の感度が低い部分に多く流れるように分布する可能性がある。
【０１６４】
図２１は、本発明による磁極片配列７００の別の実施形態を示す斜視図であり、図２２は、図２１に示す磁極片配列７００を用いた、本発明による対応する選択／フォーカス場コイル配列８００の実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、各磁極片７１０、７２０は、外側磁極片セグメント７２２〜７２９（図２１には、下側磁極片７２０の磁極片セグメントのみを明示し、これらについて以下で説明する。上側磁極片７１０は、同様に設計されることが好ましい）によって包囲された中央内側磁極片セグメント７２１を含む。この例示的な実施形態では、８個の外側磁極片セグメントを設けるが、異なる数の外側磁極片セグメントであってもよい。選択／フォーカス場コイル配列８００は、それぞれいくつかのコイル８２１〜８３０を含む上側選択／フォーカス場コイルサブユニット８１０及び下側選択／フォーカス場コイルサブユニット８２０を含む（ここでも、図２２には、下側選択／フォーカス場コイルサブユニット８２０のコイルのみを明示し、これらについて以下で説明する。上側選択／フォーカス場コイルサブユニット８１０も、同様に設計されることが好ましい）。
【０１６５】
本実施形態では、内側磁極片セグメント７２１は、管状の形状を有するコイル８２１で包囲された、軟磁性材料で構成された内側シリンダ７２１ａを含む。内側磁極片セグメント７２１の内側シリンダ７２１ａは、それ自体は別のコイル８３０で包囲される軟磁性材料製のリング７２１ｂで包囲される。軟磁性材料製のリング７２１ｂは、図２１に示すように１つ（又は複数）の段部７３０を有する。すなわち、磁極片７１０の対向部分の反対に向いているリング７２１ｂの下側部分７２１ｂ１の外径は、磁極片７１０の対向部分に向いているリング７２１ｂの上側部分７２１ｂ２の外径より大きい。或いは、これらの段部は、ベゼルとして実現される。
【０１６６】
段部は、コイル８３０の外径にも存在することが好ましい。すなわち、コイル８３０の下側部分の外径がコイル８３０の上側部分より大きくなるように、このコイルは、一定の厚さを有することが好ましい。
【０１６７】
各コイル８２１、８３０は、関連する磁極片セグメント７２１、７２１ｂを完全に覆うことが好ましい。すなわち、各コイル８２１、８３０は、Ｃアーム構造７４０（すなわち磁極片軸受）との接続部から磁極片セグメントの先端まで達する。或いは、各コイルは、ある程度の空間が残るように、Ｃアーム構造７４０に接続しなくてもよい。空間８４０の利点は、デバイスの取付け及び機器の供給に使用することができること、並びにコイルをより容易に製造することができることである。
【０１６８】
さらに、各コイル８２１、８３０は、直列に接続された異なるコイルセグメントを含むことが好ましい。各セグメントは、電流密度が磁極片に沿って変化するように、特定の巻線を有する。他の図面を参照して上記で説明したコイルの修正形態を、ここで使用することもできる。
【０１６９】
本実施形態では、外側磁極片セグメント７２２〜７２９はそれぞれ、互いに接続された下側部分７２２ａ及び上側部分７２２ｂを含み（外側磁極片セグメント７２２についてのみ参照符で示す）、下側部分７２２ａは、Ｃアーム構造７４０に接続される。上側部分７２２ｂ及び下側部分７２２ａはともに、直列に接続されたコイル８２２ａ及び８２２ｂで包囲される。上側部分７２２ｂは、下側部分７２２ａよりも内側磁極片セグメント７２１側に偏位しており、下側部分７２２ａより大きな直径を有することが好ましい。この偏位は、内側磁極片セグメント７２１の段差７３０によって、所要の空間が利用可能となるために可能となるものである。
【０１７０】
各コイル８２２〜８２９は、それぞれの磁極片セグメント７２２〜７２９の全体を覆うことができる。すなわち、各コイル８２２〜８２９は、Ｃアーム構造７４０との接続部からそれぞれの磁極片セグメント７２２〜７２９の先端まで達することができる。或いは、各コイル８２２〜８２９は、図２２に示すようにある程度の空間８４０が残るように、Ｃアーム構造７４０に接続していなくてもよい。
【０１７１】
好ましい実施形態では、各コイル８２２〜８２９は、直列に接続された異なるセグメントを含む。各セグメントは、電流密度が磁極片セグメントに沿って変化するように、異なる巻線を有する。
【０１７２】
内側磁極片セグメント７２１と、それと関連するコイル８２１及び８３０とが協働して、主にＦＦＰを有する磁場を生成する。コイル８２１、８３０の電流を変化させることによって、ＦＦＰを垂直軸に沿って移動させることができる。外側磁極片セグメント７２２〜７２９と、それらと関連するコイル８２２〜８２９とが協働して、主にＦＦＰの水平軸方向の移動を可能にする。
【０１７３】
上記及び以下の実施形態では、磁極片セグメントは、通常は、円形の基部領域を有する円筒形状を有する。その他の形状を実現することもできる。例えば、他の実施形態では、基部領域が楕円形の筒形が有用であることもある。
【０１７４】
上側磁極片と下側磁極片は、必ずしもＣアーム構造によって接続しなくてもよい。この接続は、例えば軟磁性材料製の４本のバーを各コーナに１本ずつ用いるなど、その他の担持構造を使用して実現することもできる。
【０１７５】
図２３は、外側磁極片セグメント９２２の上側部分９２２ｂが楕円形の断面を有し（これは、両磁極片９１０及び９２０の全ての外側磁極片セグメントに当てはまることが好ましい）、下側部分９２２ａが円形又は楕円形の断面を有する、磁極片配列９００の別の実施形態を示す図である。このように円形ではなくすことにより、利用可能な空間の利用効率を高めることができる。もちろん、長方形の断面や長方形に近い断面など、その他の断面も一般に可能である。
【０１７６】
図２４は、磁極片セグメントが可能な限り最も単純な形状を有する、磁極片配列１０００の別の実施形態を示す図である。内側磁極片セグメント１０２１に段差がなく、外側磁極片セグメント１０２２は、下側部分と上側部分に分離されていない。これは、両磁極片１０１０及び１０２０に当てはまることが好ましい。このような実施態様の利点は、製造コストが最小限に抑えられることである。或いは、図２４に示す実施態様は、図２１及び図２３に示すように内側磁極片セグメントに段差を設けて実施することもできる。
【０１７７】
図２５は、本発明による磁極片配列１１００の別の実施形態を示す斜視図であり、図２６は、図２５に示す磁極片配列１１００を用いた本発明による選択／フォーカス場コイル配列１２００の対応する実施形態を示す斜視図である。本実施形態では、外側磁極片セグメント１１２２はそれぞれ、磁場を案内するための軟磁性材料で構成された小さな上側部分１１２２ｂ（ハット状）を含む。これらの「ハット」１１２２ｂは、楕円形の断面を有することが好ましいが、図２６から分かるように電磁コイルで包囲されていない。外側磁極片セグメント１１２２の下側部分１１２２ａ（円形の断面を有することが好ましい）のみが、コイル１２２２で包囲される。本実施形態は、妥当なコストで妥当な磁場特性を有する代替形態である。内側磁極片セグメント及びそれと関連するコイルは、図２２又は図２４に示す実施形態のように構成することが好ましい。
【０１７８】
図２７及び図２８は、ここまで１つとしていた内側磁極片セグメントを、三角形の角に配置した３つの内側磁極片セグメント１３３１、１３３２及び１３３３（図２７）並びに１４３１、１４３２及び１４３３（図２８）で置き換えた、磁極片配列１３００及び１４００の実施形態を示す図である。図２７に示す磁極片配列１３００では、磁極片セグメントは、一定の外径を有する円筒であるが、図２８に示す磁極片配列１４００では、磁極片セグメントは、それぞれの先端に段部１４４０を有する円筒形である。これらの段部の代わりに、ベゼルを有する磁極片セグメントにすることもできる。
【０１７９】
図２９は、磁極片配列１５００の更に別の実施形態を示す図である。ここでは、上記で１つとしていた内側磁極片セグメントを、正方形の角に配置した４つの内側磁極片セグメント１５３１〜１５３４で置き換える。同様に、外側磁極片セグメント１５２２〜１５２９も、外側の正方形の辺に沿って配列される。
【０１８０】
特に図２１〜図２９に示し、上記で説明した実施形態では、複数の外側磁極片セグメントが構成する１つのリングが、各磁極片の内側磁極片セグメントを包囲する。或いは、複数の外側磁極片セグメントで構成される複数のリングを設けることもできる。さらに、上側磁極片と下側磁極片に、同数の磁極片セグメントが設けられる。或いは、磁極片セグメントの数は、２つの磁極片で異なっていてもよい。さらに、一方の磁極片の各磁極片セグメントは、もう一方の磁極片の対応する磁極片セグメントに対向するように配列される。或いは、２つの磁極片の磁極片セグメントを、互いにずらして取り付けることもできる。さらに、磁極片セグメントを全く同じ構造にしないことが有利であることもある。例えば、外側磁極片セグメントの高さの方が高くなるように選択すると、実現可能な傾斜磁場強度及びＦＦＰの移動性の点でより良好な特徴が得られる。また、異なる直径にすることもできる。最後に、Ｃアーム構造に対する磁極片セグメントの位置は、図面に示す配列とは異なるように選択することもできる。例えば、磁極片セグメントは、内側磁極片セグメントに平行な軸の周りで回転させた位置に取り付けることもできる。
【０１８１】
図面及び上記の説明において本発明を詳細に図示及び説明したが、これらの図示及び説明は、説明又は例示を目的としたものであり、限定を目的としたものではないものとみなされたい。本発明は、開示した実施形態に限定されない。当業者なら、これらの図面、開示及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、特許請求の範囲に記載する本発明を実施する際に、開示した実施形態に対するその他の変形形態を理解し、実施することができる。
【０１８２】
特許請求の範囲において、「有する」又は「含む」という言葉は、その他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。１つの要素又はその他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を実施することもある。特定の手段が互いに異なる独立請求項に記載されていても、その事実だけでは、それらの手段の組合せを有利に使用することができないことにはならない。
【０１８３】
特許請求の範囲におけるいかなる参照符も、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
2015501677.tif 000005
【図２】
2015501677.tif 000006
【図３】
2015501677.tif 000007
【図４Ａ】
2015501677.tif 000008
【図４Ｂ】
2015501677.tif 000009
【図５】
2015501677.tif 000010
【図６Ａ】
2015501677.tif 000011
【図６Ｂ】
2015501677.tif 000012
【図７Ａ】
2015501677.tif 000013
【図７Ｂ】
2015501677.tif 000014
【図８】
2015501677.tif 000015
【図９Ａ】
2015501677.tif 000016
【図９Ｂ】
2015501677.tif 000017
【図１０】
2015501677.tif 000018
【図１１】
2015501677.tif 000019
【図１２】
2015501677.tif 000020
【図１３】
2015501677.tif 000021
【図１４】
2015501677.tif 000022
【図１５Ａ】
2015501677.tif 000023
【図１５Ｂ】
2015501677.tif 000024
【図１６】
2015501677.tif 000025
【図１７】
2015501677.tif 000026
【図１８】
2015501677.tif 000027
【図１９Ａ】
2015501677.tif 000028
【図１９Ｂ】
2015501677.tif 000029
【図２０Ａ】
2015501677.tif 000030
【図２０Ｂ】
2015501677.tif 000031
【図２１】
2015501677.tif 000032
【図２２】
2015501677.tif 000033
【図２３】
2015501677.tif 000034
【図２４】
2015501677.tif 000035
【図２５】
2015501677.tif 000036
【図２６】
2015501677.tif 000037
【図２７】
2015501677.tif 000038
【図２８】
2015501677.tif 000039
【図２９】
2015501677.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月16日(2014.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野内の磁性粒子に影響を及ぼし、又は視野内の磁性粒子を検出する装置であって、当該装置は、
（ｉ）前記磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁場強度を有する第１のサブゾーン及び前記磁性粒子の磁化が飽和する高い磁場強度を有する第２のサブゾーンが前記視野内に形成されるように、磁場強度の空間内パターンを有する選択／フォーカス磁場を生成し、検査領域内で前記視野の空間内位置を変化させる選択／フォーカス手段であって、当該選択／フォーカス手段は、少なくとも１組の選択／フォーカス場コイル、及び前記選択／フォーカス磁場の生成を制御するために前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルに供給される選択／フォーカス場電流を生成する選択／フォーカス場生成ユニットを有し、
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
‐内側コイル軸の周りの閉ループとして形成された、少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル、及び
‐前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルより前記内側コイル軸から離れた距離で、異なる角度位置に配列された、少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群であり、それぞれが関連する外側コイル軸の周りの閉ループとして形成された少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルの群を有する、選択／フォーカス手段、及び
（ｉｉ）駆動場信号生成ユニット及び駆動場コイルを有し、該駆動場コイルは、磁性材料の磁化が局所的に変化するように駆動磁場を用いて前記視野内の２つのサブゾーンの空間内位置又はサイズを変化させる、駆動手段、
を有する、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
第１の内側選択／フォーカス場コイル、及び
前記内側コイル軸の周りに閉ループとして形成された、前記第１の内側選択／フォーカス場コイルより大きな直径を有する第２の内側選択／フォーカス場コイル、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイル又は前記外側選択／フォーカス場コイルは、少なくとも２つ、特に少なくとも４つのコイルセグメントに分割され、コイルのコイルセグメントは、関連するコイル軸の方向に互いに隣接して配列され、隣接するコイルセグメントどうしが、電気的に接続された、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記駆動場コイルは、前記内側コイル軸に対して直交する中心対称軸の周りに配列された２対のサドルコイル、及び前記中心対称軸の周りに配列されたソレノイドコイルを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記駆動場信号生成ユニットは、前記駆動場コイルの１つ又は複数に個別の駆動場電流を生成して供給し、或いは前記検査領域内の前記第１のサブゾーン又は前記視野の感度又は位置に応じて駆動場電流を生成するように適応される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１組の選択／フォーカス場コイルは、
様々な選択／フォーカス場コイルを担持する複数の磁極片セグメント、及び
前記複数の磁極片セグメントを接続する磁極片ヨーク、
を有する少なくとも１つの磁極片を更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁極片は、前記少なくとも１つの内側選択／フォーカス場コイルを担持する少なくとも１つの内側磁極片セグメント、及び前記内側コイル軸からより遠い距離に配列され、且つそれぞれ前記少なくとも２つの外側選択／フォーカス場コイルのうちの１つを担持する、少なくとも２つの外側磁極片セグメントを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁極片は、外側選択／フォーカス場コイルをそれぞれ担持する少なくとも４つの外側磁極片セグメントを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの磁極片は、外側選択／フォーカス場コイルをそれぞれ担持する４つの外側磁極片セグメントを有し、前記外側磁極片セグメントが、前記内側コイル軸から同じ距離のところに配列されるが、互いに９０°角度が変位している、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの磁極片は、前記第１の内側磁極片セグメントの周りの閉リングの形状の第２の内側磁極片セグメントを有し、前記第２の内側磁極片セグメントが、前記第２の内側選択／フォーカス場コイルを担持する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも前記少なくとも１つの内側磁極片セグメントと、前記検査領域を向いている外側磁極片セグメントのヘッド部分とが、高い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＣｏ、Ｆｅ、ＦｅＮｉ、Ｄｙ、Ｇｄ又はＦｅ４９Ｖ１．９Ｃｏ４９などそれらの合金で構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記検査領域の反対側に向いている外側磁極片セグメントのテール部分及び磁極片ヨークは、前記内側磁極片セグメントの材料より低い飽和磁気誘導を有する軟磁性材料、特にＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、パーマロイ、又はＦｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１５．５Ｂ７などのそれらの合金で構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記磁極片は、磁気伝導性シートで構成され、前記内側磁極片セグメント及び前記磁極片ヨークの隣接するヘッド部分を構成するシートが、前記内側コイル軸と平行な方向に配列される、請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
前記検査領域に向いている前記外側磁極片セグメントのヘッド部分の、前記内側コイル軸に対して直交する断面は、前記検査領域と反対側に向いている前記外側磁極片セグメントのテール部分の平行な断面より大きな領域をカバーする、請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
前記検査領域の異なる側に配列された少なくとも２つの磁極片を有し、各磁極片は、様々な選択／フォーカス場コイルを担持する複数の磁極片セグメント、及び前記複数の磁極片セグメントを接続する磁極片ヨーク、を有する、請求項６に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
これまでに記載されたＭＰＩ装置及び方法の設計は、人間用としてはまだ最適ではない。
米国特許第２００８／３０９３３０Ａ１号には、磁性粒子の磁化が生成する磁束の変化に基づいて磁性粒子の分布を示す画像を形成する磁性粒子撮像装置が開示されている。この装置は、ゼロ磁場領域に変調磁場を印加することによってゼロ磁場領域内に存在する磁性粒子を磁化する変調コイルと、検出された磁束に含まれる、変調コイルによって印加された変調磁場の磁束によって引き起こされる影響を抑制するように配置された検出コイルとを含む。
ＷＯ２０１０／１３４００６Ａ２には、特に磁性粒子撮像（ＭＰＩ）を用いて脳内又は頭蓋内の出血をモニタリングするための、アクション領域内の磁性粒子に影響を及ぼし、且つ／又はアクション領域内の磁性粒子を検出する構成及び方法が開示されている。コイル・アレイのコイルごとの共通の結合ユニットを設けて、全ての信号を結合して、この共通のコイルのセットに対する磁場を生成する。さらに、同じコイルを使用して、検出信号を取得する。このようにして、特に出血のモニタリングのために永久的に残すことができる、又は定期的に患者に装着することができる小型のスキャナを構築することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【特許文献１】ＤＥ１０１５１７７８Ａ１
【特許文献２】ＥＰ１３０４５４２
【特許文献３】ＷＯ２００４／０９１３８６
【特許文献４】ＷＯ２００４／０９１３９０
【特許文献５】ＷＯ２００４／０９１３９４
【特許文献６】ＷＯ２００４／０９１３９５
【特許文献７】ＷＯ２００４／０９１３９６
【特許文献８】ＷＯ２００４／０９１３９７
【特許文献９】ＷＯ２００４／０９１３９８
【特許文献１０】ＷＯ２００４／０９１４０８
【特許文献１１】米国特許第２００８／３０９３３０Ａ１号
【特許文献１２】ＷＯ２０１０／１３４００６Ａ２
【国際調査報告】
2015501677.tif 000041
2015501677.tif 000042
2015501677.tif 000043