(57)【要約】磁気共鳴イメージングのための装置は、第１の磁場を生成するための第１の磁石と、該第１の磁石から離間された、該第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成するための第２の磁石とを備える。この装置は、第１の磁石及び第２の磁石が協働して、作業領域を定める実質的に均質な磁場を生成するように配置され、該第１の磁場及び該第２の磁場は、該作業領域に対して非対称的に配置されており、該作業領域の少なくとも一部は、該第１の磁石内に位置決めされるか、又は該第１の磁石と該第２の磁石との間に位置決めされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージングのための装置であって、
第１の磁場を生成するための第１の磁石と、
前記第１の磁石から離間された、前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成するための第２の磁石と、
を備え、
前記装置が、前記第１の磁石及び前記第２の磁石が協働して、作業領域を定める実質的に均質な磁場を生成するように配置されており、前記第１の磁場及び前記第２の磁場が、前記作業領域に対して非対称的に配置されており、該作業領域の少なくとも一部が、該第１の磁石内に位置決めされたか、又は、該第１の磁石と該第２の磁石との間に位置決めされたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石が離間されてある体積を定めるようになっており、該第１の磁石の中心及び該第２の磁石の中心が、前記体積の境界に位置決めされており、前記作業領域の少なくとも一部が、該体積内に位置決めされた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記作業領域の中心が、前記体積を定める領域内にある、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２の磁石が、前記作業領域の片側にのみ位置決めされた請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の磁石が、前記作業領域の片側にのみ位置決めされた請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の磁石が前記作業領域の第１側部にのみ与えられており、前記第２の磁石が該作業領域の第２側部にのみ与えられており、前記第２側部が、該作業領域に対して、前記第１の側部と対向するようになった請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記作業領域の中心が、前記第１の磁石の中心に位置決めされた請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場の１つ又は各々が、その磁石に対して非対称的である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場の組み合わせが、前記作業領域及び／又は前記第１の磁石及び前記第２の磁石の１つ又は各々に対して非対称的な磁場を結果として生成するようになった請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記磁場の非対称性が、磁場強度、磁場方向、又は磁場勾配のうちの１つ又はそれ以上における幾何学的非対称性である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の磁石の中心及び前記第２の磁石の中心、及び、前記作業領域の中心が、共通軸線上に位置決めされた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石の１つ又は各々が、１つ又はそれ以上のコイルを備えた請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の磁石が、コイル直径が、コイルを定める寸法の最大のものである第１のコイルを備えた請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のコイルの寸法が、前記装置が使用される場合に、少なくとも一人の人間が、前記作業領域に収容された被験者の身体の一部に対して処置を行うことを可能にするのに十分である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のコイルが、２メートル以上の直径を有するようになった請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のコイルが、２メートルから４メートルまでの間の直径を有するようになった請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石の１つ又は各々が、対応する平面を定めるコイルを備え、前記装置が、そのように定められた各々の平面が、水平面に対して角度を付けられるように配置された請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記角度が、３０度、４５度、６０度、又は９０度のうちの１つである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記角度が９０度より小さく、前記第１の磁石が主コイルを備え、これを通って、前記作業領域が、使用のために、アクセス方向でアクセスされるように前記装置が配置されており、前記第２の磁石が、前記アクセス方向で、該作業領域の後ろに位置決めされた１つ又はそれ以上の補正コイルを備えた請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
使用中に被験者が載せられる支持体を更に備えて、前記被験者の身体の少なくとも一部を前記作業領域内に位置決めするようになった請求項１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置において、請求項１９に従属する場合に、前記支持体が伸長方向に長く、前記伸長方向が、前記アクセス方向に対して実質的に垂直である前記装置。
【請求項２２】
磁石の１つ又は各々が、超伝導磁石を備えた請求項１〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記超伝導磁石が、高温超伝導磁石である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
１つ又はそれ以上の付加的な磁石を更に備えて、使用中に、前記装置のアクティブ・シールディングを与えるようになった請求項１〜２３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴イメージングのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージングは、現在、診断医学の分野で十分に確立された技術である。公知のシステムにおいては、被験者は狭い筒状ソレノイド磁石内に配置され、該被験者の体内に実質的に均質な磁場領域を生成することによって、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）が実行されることが通例である。次いで、核共鳴の刺激によって、この領域内の組織から画像が得られる。
【０００３】
このような筒状ソレノイド磁石システムは、人間の被験者を収容する程度のことしかできない小型のボアを有するのが通例である。このことは、患者を、実質的に均質な領域に対して移動させることが困難である点で問題を引き起こす。現代の磁石システムは、均質に近い大きい領域を生成することで、このことを緩和しようと試みているが、最良なイメージング結果は、均質性が最大となる領域の中心部でしか得られないのが通例である。例えば、患者の肩部は、常にそうした領域の側部にあるため、該患者の肩部を正確にイメージングすることは難しい。
【０００４】
更に、幾つかの種類の組織（腱など）は、画像を得るためには、その組織を磁場に対して特定の角度で置くことを必要とする。そのような操作は、ボア内の空間が限られていることによって、公知の磁石内においては、大いに妨げられる。このことにより直接もたらされる更に別の問題は、小型の磁石ボアは、多くの場合、多くの患者に不安感（閉所恐怖症）を引き起こすということである。
【０００５】
今日まで、磁気共鳴イメージング装置には、このように強力なツールが与えられているが、筒状磁石の内部環境以外に、そのような均質な作業領域を生成することの難しさのために、その用途は、診断分野の外では極めて限られている。従来技術の閉じ込め問題が低減された、より「オープンなアクセス」システムを備えることにより、これらの問題に対処することへの強力な要望が存在する。
【０００６】
しかしながら、オープン・アクセス型ＭＲＩの最大の利点は、実際の医療処置中に、リアルタイムのイメージングを実行する強く求められてきた能力を提供しうる点である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明によれば、
第１の磁場を生成するための第１の磁石と、
該第１の磁石から離間された、該第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成するための第２の磁石と、
を備え、
該第１及び該第２の磁石が協働して、作業領域を定める実質的に均質な磁場を生成するように配置されており、該第１及び該第２の磁場が、該作業領域に対して非対称的になるように配置され、該作業領域の少なくとも一部が、該第１の磁石内に位置決めされるか、又は該第１の磁石と該第２の磁石との間に位置決めされる、
磁気共鳴イメージングのための装置が提供される。
【０００８】
磁石システムの物理学を注意深く考察した結果、互いに離間された第１の磁石及び第２の磁石により生成される、実質的に均質な磁場を生成することが可能であることが理解された。実質的に均質な磁場は、磁気共鳴イメージングに適した作業領域を定める。
【０００９】
システム内の非対称性は、異型磁場の使用と同様にして、述べられた方法により、実質的に均質な領域の位置決めを可能にするため、公知のシステムに優る新規の利点を与える。第１及び第２の磁石の配置における物理的非対称性は、該第１及び該第２の磁石を作業領域の特定の側にのみ位置させることによって、与えることができる。更に、第１及び第２の磁石の各々を、作業領域の両側に与えることができる。作業領域が、第１の磁石と第２の磁石との中間に位置する場合であっても、異型磁場によって非対称性が与えられる。
【００１０】
第１及び第２の磁場の１つ又は各々を、その対応する磁石に対して非対称にすることができる。従って、第１及び第２の磁場は組み合わさって、作業領域及び／又は第１及び第２の磁石の１つ又は各々に対して非対称的であることが好ましい磁場を結果として生成する。当該磁場（第１、第２、又は結果として得られる）における非対称性は、磁場強度、磁場方向、又は磁場勾配において現れることができる。
【００１１】
通例は、第１の磁石が、幾らかの不均質性があるにせよ、主たる磁場を与える。この場合においては、別個の第２の磁石が補正磁場を与え、主磁場の一部における不均質性を補正して、ＭＲＩに適した実質的に均質な作業領域を生成する。第１及び第２の磁石の１つ又は各々は、磁石のアレイを備えることができる。
【００１２】
本発明は、第１の磁石の中、又は、実際は、第１の磁石と第２の磁石の間に、磁場作業領域の中心を位置させることを可能にする。従って、第１及び第２の磁石は、ＭＲＩ被験者の「上方」及び「下方」に別々に位置決めすることができる。或いは、被験者は、第２の磁石が該被験者の下などに遠ざけられて位置決めされた状態で、第１の磁石内に位置することもできる。
【００１３】
第１の磁石と第２の磁石とが離間されて体積を定めるようになっている場合には、該体積は、第１及び第２の磁石の中心が、該体積の境界に位置するように配置されることが通例であり、従って、この場合においては、作業領域の少なくとも一部が該体積内に位置する。幾つかの場合においては、体積は、第１及び第２の磁石の特徴である平面によって区切ることができ、これらの平面は、第１の磁石の中心と第２の磁石の中心のそれぞれを収容する。
【００１４】
体積を定める領域内に位置するのは作業領域の中心であることが好ましく、実際は、該作業領域の中心が第１の磁石内に位置する場合以外は、該作業領域は、通常、完全に体積内に収容される。
【００１５】
一般に、作業領域内の磁場強度の大部分は、主磁石として働いて不均質な磁場を生成する第１の磁石によって生成される。第２の磁石は、１つ又はそれ以上の更に別の磁場を重ねることにより不均質性を補正して、ＭＲＩに適した実質的に均質な磁場が生成される領域を生成するように用いられることが通例である。
【００１６】
第２の磁石を用いることで、作業領域が第１の磁石の中心から離れるように移動することが可能になり、該第１の磁石の物理的制約の外に作業領域が効率的に投影される。更に、従来技術のシステムにおける作業領域の緊密な閉じ込めをなくす方法により、第１の磁石を設計することを可能にし、そのことにより該作業領域を自由空間で囲むことが可能になる。
【００１７】
多くのＭＲＩ被験者によって経験される閉所恐怖症は、このようにして軽減される。しかしながら、重要なことには、本発明による装置は、作業領域に対する患者被験者の位置の操作を可能にし、これは、「マジック角」形式の観察のため、及び、関心ある被験者の部分を作業領域の最も均質な領域内に直接位置決めするために有利である。
【００１８】
本発明の主要な利点は、ＭＲＩ技術を診断から、外科手術などのリアルタイムの医療介入を補助するための道具へと拡張できるという点である。このようなシステムを用いることにより、処置中に、患者を移動させることなく、外科医が被験者の部位に手術を行い、その部位のＭＲＩ画像を得ることができるようになることが想定されている。
【００１９】
第１の磁石及び第２の磁石の中心及び作業領域の中心は、関係する磁場を単純化することから、各々共通軸線に位置決めされることが通例である。一般に、第１及び第２の磁石の１つ又は各々は、１つ又はそれ以上のコイルを備える。このことは、大きい直径のコイルを実現することが可能な第１の磁石の場合に特に有利であり、結果として、作業領域の位置又はその近傍における磁場勾配の低減がもたらされる。
【００２０】
このような第１の磁石は、コイル直径が、コイルを定める寸法の中で最大である第１のコイルを備えることが好ましい。従って、このことは公知の筒状形式システムからは、かなり異なっている。
【００２１】
上述されたように、イメージング中に、被験者（患者）に加えて人間（医師など）を装置内に位置させる余地があることから、本発明は、リアルタイムの介入中にイメージングを実行する能力を提供する。従って、第１のコイルの寸法は、装置が使用される場合に、作業領域に収容された被験者の身体の一部に対して、少なくとも一人の人間が処置を行うことを可能にするのに十分なだけ大きいことが通例である。更に、コイル直径が、作業領域に対して大きいことは、そのことが、より処理しやすい、より小幅な勾配を生成するため、有利である。従って、第１のコイルは、約２メートルから４メートルまでの間の直径を有することが好ましい。このことはまた、外科介入のための十分なアクセスを可能にする。
【００２２】
実験室又は病院といった実際の環境において、より単純化されたアクセスを与えるためには、第１及び第２の磁石の１つ又は各々が、対応する平面を定めるコイルを備えることが好ましく、ここで装置は、そのように定められた各平面が水平面に対して角度を付けられるように配置されていることが好ましい。このことは、コイルの１つ又は各々を、床に対して角度を付けることができるため、被験者及び／又は一人或いはそれ以上の医療職員による、作業領域への、より単純化されたアクセスを可能にする。従って、患者又は従事者は、単純に片側から歩いて装置に入るか、又はベッド上まで、車輪付きのもので運ばれることができる。水平面に対するコイル平面の角度は、３０度、４５度、６０度、及び９０度を含むことが通例である。用いられる特定の角度の選択は、当該の用途に依拠する。特に第２の磁石に対する、より高い角度は、被験者の下にある空間のより効率的な使用を可能にし、医療要員には、被験者へのアクセスをより制約の少ないものにする。効率を最大にするためには、第２の磁石のコイルを被験者に近づけて設置することが更に望ましい。９０度の傾斜を用いた場合、片側からのアクセスは簡単になるが、第２の磁石は反対側からのそのようなアクセスを妨げるであろう。しかしながら、このことは、特に作業領域の大きさに関しては、より大きな磁場均質性を与える。
【００２３】
リアルタイムの医療介入に対するこのような装置の使用においては、ＭＲＩ準拠の材料は局所的周辺内で用いられるべきである。本装置はまた、使用中、被験者が載せられる支持体（ベッドのような）を更に備えて、該被験者の体内の作業領域を位置決めできるようにすることが好ましい。
【００２４】
必要な磁場強度を効率的に得るためには、磁石の１つ又は各々は、超伝導磁石を備えることが好ましい。現在、これらの材料は、作動のために、低温環境に設置されることを必要とする。従って、高温超伝導磁石が用いられることが好ましい。傾斜型システムの更に別の重要な実用的利点は、第１及び第２の磁石の各々を、接近手段を備えることなしに、一般的な低温タンクの中に配置することが可能な点である。このことは、操作上及びコスト上の利便を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
これより、添付の図面を参照して、本発明による磁気共鳴イメージングのための装置が説明される。
【００２６】
図１は、本発明による磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１を部分的に断面図にした概念図を示す。これは主コイル２の形態の第１の磁石を備える。この場合における主コイル２は、（対向する部品の中心部間の）直径が４メートルであり、コイル断面自体の高さ及び幅が数センチメートルのオーダーである、大型で平坦なリングの形態である。
【００２７】
図１に示すように、ここでも平坦なリングの形態を取る補正コイル３の形態の第２の磁石は、主コイル２に対して共通軸線４上に位置する。主コイル２及び補正コイル３の平面は、互いに平行になるように配置され、これらの平面に対して垂直なコイルの中心は、一定の距離を隔てて離間される。図１に示す実施例においては、コイル２及び３の各々は正方形の断面を有するが、これは必須なことではない。以下の説明においては、コイル断面の長方形の辺の長さは「２ｄ」で表される。コイル断面の形状及び面積は、異なるコイル間で変化するのが通例である。コイルの半径は値「ｒ」によって表されるが、これは単純にコイルの幾何学的中心とその断面の中心との間のラジアル距離を与えるものである。図１に示す主コイル２に関しては、ｒは２メートルである。
【００２８】
使用中、主コイル及び補正コイルは磁場を生成し、ＭＲＩに適した実質的に均質な領域をもたらす。コイルの各々について、値「ｗ」は、特定のコイルの幾何学的中心と均質な領域の幾何学的中心との間の距離を表す。図１における実質的に均質な領域は５で示され、０．３メートルの直径を有する。
【００２９】
更に、支持体６が与えられ、これは患者（被験者）をその上に載せることができるテーブル形態をしていることが通例である。図示のように、支持体は、水平方向に位置決めされ、実質的に均質な領域５の中心の下部０．２メートルのところに配置されるのが通例である。
【００３０】
幾つかの実施例におけるコイルの平面は、支持体６及び／又は床などの水平面に対して角度を付けられて配置されるため、図１においては、この角度は「ａ」で表される。
【００３１】
これより説明される実施例においては、磁場の大部分を生成する主コイルは、４メートルの平均直径を有し、補正コイルにとって利用可能な空間は、作業領域、支持体の厚さ、及び該支持体とコイルの軸線との間の角度「ａ」によって定められる。これらの実施例は、以下の方法によって生成された。
【００３２】
各々の場合について、以下の関数
2006525057.tif 000003
を最小化することによって、各々が４つのフィラメント・フープで構成される様々な好適なＭＲＩシステムが生成され、ここでＢn（ａi，ｂi）は、半径が「ａ」であり軸位置が「ｂ」である電流ループによって生成された磁場のｎ次の軸導関数であり、Ｎは該ループ中のアンペア回数である。
【００３３】
最小化は、ａ1、ａ2、ａ3、ｂ1、ｂ2、ｂ3、Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3に対して行われた。ａ0＝２ｍ、ｂ0＝０、及びＮ0＝１と仮定された。媒介変数は、条件ｂi＞（ａi＋ｄ）．ｃｏｔ（α）＋ｔ．ｃｏｓｅｃ（α）に従った。
【００３４】
全ての媒介変数は、実用的な範囲内に制限された。媒介変数ｒ0は、作業体積の概念上の半径であり、最適化の感度をより高いオーダーまで影響を与える。０．０５ｍから０．１ｍまでの範囲におけるｒ0の値が用いられることが通例である。
【００３５】
最小化ソフトウェアは、
１．  誤差関数の値が指定の精度の値を下回る。これが真の最小値である。
２．  それ以上の最小値への進行は、ステップ・サイズを、指定の非現実的に小さい値まで減らすことを必要とする。これは「特異点」であると示される。
３．  谷の底に到達したが、誤差関数は指定の精度を上回る値を持つ。これは「局所最小値」と示される。
４．  媒介変数の容認可能な空間の境界に到達し、それ以上の進行は不可能である。
という４つの条件のうちの１つが満たされるまで、母数空間における「最も急な傾斜」を下るステップを用いた。
【００３６】
これら全ての場合において、媒介変数は、容認可能な空間内の無作為値に再設定され、このプロセスは、
ｉ）  指定の数の真の最小値が見出される事象
ｉｉ）  指定の最大数のステップが行われる事象
又は、
ｉｉｉ）  ユーザーがプロセスを中断する事象
のうちの１つが発生するまで続行する。
【００３７】
このようにして、上記（ｉ）及び（ｉｉ）に対して十分に大きな値が与えられるのであれば、母数空間全体は最終的に探索される。
【００３８】
上述のソフトウェアの出力は、個々の勾配及び全勾配と、結果得られたシステムのアンペア回数とを計算する評価ソフトウェアに入力された。次いで、その結果を走査して、可能性ある候補システムを求めることが可能である。
【００３９】
次のステップは、フープの候補システムを、「厚形」コイルのシステムに変換することであった。このことは、ここでも、最小化プログラムを用いて行われ、今回の誤差関数は、
2006525057.tif 000004
であり、ここでの導関数は、内径ａ及び外径ｂ、端部の位置、及び電流密度Ｊの関数である。媒介変数値に厳密な制限を設けることにより、フープの厚形コイル同等値が得られる。
【００４０】
実際上は、
ａ）フープに基づいて一組の候補システムを生成し、均質性及びアンペア回数の点で最良のものを選択する
ｂ）これらを次のように変換して厚形ソレノイドにする
（ｉ）大体の半径及び可能性あるピーク磁場に基づいて、可能性ある電流密度を選択し、電流密度を一定にした状態で、ａ1、ａ2、ｂ1、ｂ2を変化させることにより、均質性を最大化する
（ｉｉ）このプロセスが、コイルの重なり合いをもたらした場合には、半径に対して、より緊密な制限を設けることにより、又はコイルを組み合わせることを試みることにより、解決を試みる
（ｉｉｉ）上記の結果の中から最良のものを選択し、電流密度に対する最適化によって均質性を微調整する、及び、
ｃ）結果をピーク磁場及びピーク応力について分析し、必要であればｂ（ｉ）に戻る、
という幾つかの段階において最適化を実行することが最も容易であることが見出された。
【００４１】
上述の方法により、多数のシステムが設計された。これらは以下でより詳細に説明される。以下の表においては、単位は、テスラ、メートル、１メートル当たりのテスラ、パスカルである。これらのシステムの均質性を評価するに当たっては、これらを、表１に与えられる主コイル自体の値と比較することが有用である。
表１
2006525057.tif 000005
【００４２】
本発明によるシステムの第１の実施例が図２に示される。ここでは座標軸Ｚ及びＸが示される。主コイル２及び補正コイル３は、Ｚ軸に沿って置かれる共通軸線を有するように配置される。Ｘ軸が示されているが、コイルはＺ軸の周りで対称的であることが理解されるであろう。更に、座標軸の原点は、主コイル２の中心にあることも注目されるであろう。以下の実施例の各々においては、座標軸の原点は、実質的に均質な磁場作業領域５の中心に配置される。本発明は、主として磁石の配置に関するため、低温装置、無線周波数（ＲＦ）発生装置並びに検出器、信号処理装置、制御システムなどのような、ＭＲＩイメージングに用いられる以外の他の通常の支持装置は、ここではそれ以上説明されないが、実際上は存在することになろう。
【００４３】
この第１の実施例においては、補正「コイル」は、実際には、３ａ、３ｂ、３ｃと表記された種々の寸法を持つ３つの別個のコイルを備える。図２の中で示すように、これらのコイルの各々は、異なる寸法を有し、且つ長方形の断面を有する。
【００４４】
使用中、電流は、幾つかのコイルにおいては特定の方向に流れ、他のコイルにおいてはその反対方向に流れるように構成され、このことは時計回り方向及び反時計回り方向と考えることが可能である。電流が第１の方向に流れるコイルの各々は「Ｒ」と表記され、電流が該第１の方向に対して反対の方向に流れるコイルは「Ｂ」で示される。
【００４５】
コイルの位置決め、対応する磁場、及び使用中にコイル内で発生するフープ応力に関する更なる詳細は、以下の表２及び表３に与えられる。
【００４６】
以下の表の各々においては、有限の電流密度のコイルが、主として、ａ１、ａ２、ｂ、ｗ、Ｊによって説明される。図１に戻って参照すると、ｒはコイル断面の重心の半径であり、ｄはその断面の幅を特徴づける寸法である。しかしながら、表においては、ａ１はコイル断面の外径であり、ａ２は内径であり、ｂは、実質的に均質な領域５の中心から距離ｗの辺りを中心とする、Ｚ軸に沿ったコイル断面の幅を定める。図２に示す列の数とコイルとの関係は、それぞれのコイル中心と、実質的に均質な領域５の中心との間の距離「ｗ」によって求めることが可能である。
表２
2006525057.tif 000006
表３
2006525057.tif 000007
【００４７】
このシステムは、磁場にかなり大きな三次磁場を生成し、コイル３ａに比較的大きなフープ応力を生成した。
【００４８】
上述されたコイルの配置に加えて、本実施例においては、Ｚ軸は、水平軸線に対して４５度の角度を付けられている（図１においてはａ＝４５度）。このことは、実質的に均質な磁場が生成される領域５への容易なアクセスを可能にする。
【００４９】
主コイル２は４メートルの直径を有することから、被験者は、該被験者の体内の関心ある領域が、実質的に均質な領域内の最も均一な部分内に正確に来るように位置決めすることができる。このことは、肩部のような軸外にある被験者の部位をイメージングするのに特に役に立つ。従来技術のシステムにおいては、こうした区域を囲むためには、十分に大きい実質的に均質な領域を生成することが必要であった。しかしながら、そのようなシステムにおいては、領域の中心から離れると、磁場は中心におけるよりも均質性が少なくなる。
【００５０】
角度を付けられた配置、主コイルの寸法、及び補正コイルの位置もまた、イメージング中に１人又はそれ以上の医療要員が存在することを可能にし、このことは、医療処置及び外科手術のような介入中にリアルタイムのイメージングを与える。ここで説明される実施例においては、作業領域５において生成される磁場は、そうした用途にとって十分に協力である。
【００５１】
本システムのオープン・アクセス性質のために、腱部のような組織もまた、或る角度を付けて配向して、イメージングすることが可能である。
【００５２】
第２の実施例においては、コイル３ａ内の応力を低減させるために、本システムは、そのコイルにおいて低減された電流密度を用いた計算に基づいて再設計された。生成された配置が図３に示される。
【００５３】
コイル３ａ１、３ｂ１、３ｃ２は、図２において３ａ、３ｂ、３ｃとして表記されるものに対応する。第１の実施例のシステムのコイル３ｃの電流密度を低減したことにより、コイル３ｂ１及び３ｃ１が重なり合う新規なシステムがもたらされた。
【００５４】
図４に示す第３の実施例においては、コイル３ｂ１及び３ｃ１が単一のコイル３ｂ２によって置き換えられて、２つの補正コイル３ａ２、３ｂ２が与えられた。表４及び表５は、第３の実施例によるシステムの更なる詳細を与える。
表４
2006525057.tif 000008
表５
2006525057.tif 000009
【００５５】
ここでは、より不良な二次磁場及び三次磁場を有するが、その保守性及び単純性は、実用において、非常に関心あるものとする。本実施例においては、導電体の必要条件は、０．５テスラで２．９２×１０7アンペア−ｍである（主コイルでは２．２８×１０7アンペア−ｍを表す）。
【００５６】
図５には、本発明によるシステムの第４の実施例が示される。図示のように、これは３つの補正コイル３ａ３、３ｂ３、３ｃ３を有する。図６及び図７において、更なる詳細が与えられる。
表６
2006525057.tif 000010
表７
2006525057.tif 000011
【００５７】
本実施例のシステムは良好な均質性を有する。しかしながら、コイル３ａ３における応力はここでもかなり高く、更に、コイル３ｃ３におけるピーク磁場は、理想的にはより低い電流密度を持つべきである。しかしながら、このシステムは、例えば０．２５テスラなどのより低い磁場においては有用である。
【００５８】
図６には、第５の実施例システムが示される。本実施例においては、水平軸線に対するＺ軸の角度は６０度である（従って、図１においてはａ＝６０）。しかしながら、図６においては、Ｚ軸は他の図面と同様に直立して配置される。
【００５９】
この場合においては、３つの補正コイルが与えられ、３ａ４、３ｂ４、３ｃ４で示される。
【００６０】
第５の実施例に関する更なる詳細は、表８、表９において与えられる。
表８
2006525057.tif 000012
表９
2006525057.tif 000013
【００６１】
ここでも、コイル３ａ４において高い応力が存在する。この１つ又はそれ以上を軽減するためには、より低い電流密度、より厚形のコイル断面、又はより低い磁場を用いることが可能である。
【００６２】
第６の実施例は図７に示され、表１０及び表１１が更なる詳細を与える。ここでは３つの補正コイルが用いられ、この特定の場合においては、コイル３ｂ５（主コイル２と同じ方向に流れる電流を有する）は、他のコイル３ａ５、３ｃ５に比べて、作業領域５の中心に近い。
表１０
2006525057.tif 000014
表１１
2006525057.tif 000015
【００６３】
このシステムは良好な均質性を示すが、コイル３ｂ５においては、高い応力及び高い磁場が示されている。この理由から、これは０．３５Ｔシステムとして用いることがより適当である。この磁場強度においては、導電体の必要条件は４．７×１０7アンペア−ｍである。
【００６４】
第７の実施例は図８に示される。ここでも、３つの補正コイル３ａ６、３ｂ６、３ｃ６のうち、コイル３ｂ６が、実質的に均質な作業領域５の中心に最も近い。表１２及び表１３は更なる詳細を与える。
表１２
2006525057.tif 000016
表１３
2006525057.tif 000017
【００６５】
このシステムは、より許容可能な応力を持つが、コイル３ａ６において高い磁場を有する。これは０．２５Ｔシステムとして適切である。
【００６６】
計算からもたらされる上記の実施例から、２０ｃｍ  ｄｓｖ（感応体積即ち「作業領域」の直径）に渡っては２００ｐｐｍのオーダーの均質性、及び、１０ｃｍ  ｄｓｖに渡っては２０ｐｐｍのオーダーの均質性が達成可能であることがわかり、これはＭＲＩ画像生成に適している。これらのシステムにより、少なくとも０．２５テスラから０．３５テスラまでの磁場強度が実現可能である。
【００６７】
ここで、本発明によるシステムの更に別の第８の実施例が説明される。上述の実施例とは異なり、この場合においては、実質的に均質な（均一な）磁場が生成される作業領域５は、主コイル２の中心に共配置されない。均質な領域５の中心は、主コイル２と補正コイル３との間で、Ｚ軸に沿ってずらされる。これは図９から図１１において図示される。
【００６８】
図９は、先行する実施例と同じような方法で側面から見た場合の主コイル及び補正コイルを示す。この場合においては、主コイルが補正コイルの「上方に」あることに注目されるであろう。前と同じように、軸線の原点は、作業領域５の中心の位置を記す。主コイル２は、ここでも４メートルの直径を有するリング形態である。この場合においては、５つの補正コイル３が共通軸Ｚ上において主コイル２の下方に位置決めされる。補正コイルの各々は主コイルより小さい直径を持ち、小型の断面を有する。補正コイルは、ほぼ同心円状に配置され、半径方向の寸法において、ほぼ規則的に離間して配置される。
【００６９】
図１０は、Ｚ軸が図面の平面から外方に傾けられた位置から見た斜視図である。従って、コイルが持つ円形の形状を見ることができ、３０、３１、３２、３３、３４と示された個々の補正コイルも見える。これらのうち、セット内の中間のコイル３２のみが、主コイル２と反対方向にコイルを通って流れる電流を有する。他の補正コイルは、主コイル２と同様の方法で流れる電流を有する。
【００７０】
図１１は、Ｚ軸に沿った実施例の図を示す。表１４及び表１５は、第８の実施例の更なる詳細を与える。
表１４
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表１５
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【００７１】
本実施例によるシステムの効果は、磁場における奇数次の勾配に必要な打ち消しの量を実質的に低減することと、補正コイルを磁場中心により近く移動させることである。結果として、補正コイルはより低い磁場及び力を受け、よってシステムはより経済的なものになる。図示される第８の実施例によるシステムは６つのコイルを有し、このことは、４次の勾配が打ち消されることを可能にし、それによって、システムを幾分か小型化して、同じ大きさの作業領域５を達成することが可能になる。
【００７２】
図１２は、第５の実施例により説明されるもののような傾斜型システムを実際にどのように用いることが可能であるかを図で示している。主コイル２及び補正コイル３が離間した状態で示され、水平方向の支持体６は、その支持体の上に横たわる被験者が、身体の一部を作業領域５（及び、この実施例においては主コイル２）の幾何学的中心に置いた状態になるように、位置決めされる。補正コイル３は、部分的に床７に埋め込まれ、主コイル２の１つの末端も同様である。このことは、作業領域５及び支持体６への容易なアクセスを可能にする。１人又はそれ以上の医療要員を表す姿が８で示され、このような要員は、図示のように、図１２の左側から装置に入ることによって、容易に、位置決めされるようになることがわかる。
【００７３】
図１３は、第８の実施例による非傾斜型システムを示す。ここでは、支持体６（ベッドの形態）が一方の端から見られている。主コイル２は、医療要員の胸郭上部とほぼ同じ高さに与えられる（その下にもぐることによるアクセスを可能にする）。作業領域は、主コイル２と補正コイル３との間の軸線上にあり、該補正コイルは支持体６のすぐ下方に位置することがわかる。
【００７４】
更に別の第９の実施例が図１４に示される。ここでの主コイル２は、座標軸の原点（作業領域５に中心を持つ）の下方に位置する。一組の補正コイル３（合計５つ）が、原点の上方に与えられる。このうち４つは、ほぼ同一平面上にあり、座標軸の原点の上方、約０．４２メートルから０．４７メートルのところに中心を持つ。コイルの各々は、ここでも共通軸線４の周りに配置されるが、図１４においては、コイルの形態を示すために、Ｚ軸に対して傾けられている。
【００７５】
第５のコイルは、他の４つのコイルの僅かに上方の、原点から約０．６５メートルの距離に位置する。図１４に示すように、このコイルは３０１と表記され、残りのコイルは３１１、３２１、３３１、３４１と示される。これらのコイルのうち、３０１、３１１、３４１、及び主コイル２の各々は、内部に、同じ方向に流れる電流を有し、コイル３２１及び３３１の内部には反対方向に電流が流れている。
【００７６】
本実施例においては、システムは鉛直線から６０度の角度で傾斜されている（即ち図１に関してはａ＝３０度である）。主コイル２及び補正コイル３が示され、ＭＲＩを実行するために被験者が横たわる支持体６も示されている。作業領域は５で示され、支持体６より僅かに上方に位置されている。これは図１５において、よりわかりやすく示される。
【００７７】
図１５は、床４０（図１５に示される）を有する室内に取り付けられたコイルを示す。支持体６に隣接して領域４１が存在し、この中には、システムの作動中に１人又はそれ以上の医療要員が位置されて、該支持体６の上に横たわった被験者に対して介入又は処置を行う。
【００７８】
更に、本実施例においては、支持体６は、図面の平面に対して垂直な（即ち、ｚ軸に対して垂直な）方向に長いことに注目されるであろう。従って、被験者は、図１５に関しては、真向きで配置される。この配置は、高レベルのオープン・アクセスを与え、コイルの配置からもたらされる大きい実質的に均質な領域と組み合わされた場合には、特に有益である。
【００７９】
図１６は、アキシャル（Ｚ軸）方向及びラジアル方向における磁場勾配ｄＢz／Ｂ0の変動を示す。図１６においては、ラジアルのトレースが５０で示され、アキシャルは５１で示される。実質的にゼロである磁場勾配が、システムの軸線４の周りを中心とする大きい距離にわたって生成されることがわかるであろう。
【００８０】
図１７は、第１及び第２の磁石からもたらされる、組み合わされた磁場の実質的な均質性を示す。百万分の１、３、及び１０部（ｐｐｍ）という磁場の不均質性の各々は、ＭＲＩイメージングの形成に適しており、従って、中心に高い均質性を持つ大きい作業領域を定めることが可能であることに注目すべきである。
【００８１】
図１８は、そのような傾斜型システムが実際にどのように用いられるかについての概略図である。図１２における前の実施例のように、軸線４は、鉛直線に対して傾けられ、そのことにより、主コイル２の一部及び補正コイル３の一部が床４０に埋め込まれる。１人又はそれ以上の医療要員を表すオペレーター８が、図１５に示す領域４１内に位置している。上述されたように、支持テーブル６は、主コイル２及び補正コイル３に対して横方向に位置決めされて、医療要員が該主コイル２を歩いて通ることによってシステムに入り、（接近方向に対して横方向に延びる）支持体６に近づくことが可能になる。
【００８２】
補正コイル３は、従って、支持体６の後ろに位置決めされる。更に、図１８には、実質的に均質な作業領域５も示されている。
【００８３】
支持体ストラット５０は、床４０の一部と併せて、主コイル２及び補正コイル３のそれぞれに作用する磁場の相互作用によって引き起こされたそれぞれの力を支持する。
【００８４】
表１６及び表１７においては、本実施例によるシステムの更なる詳細が与えられている。表１６は、前の実施例と同様な方法により、コイルの寸法の詳細を与えており、Ｊは１平方メートル当たりのアンペア数における電流密度である。「アンペア−ｍ」と表記された行は、各コイルに必要な超伝導材料の量に関する。ピーク磁場、軸力、及び最小フープ応力と最大フープ応力もまた与えられる。
【００８５】
表１７は、ｎがゼロから８までの整数である場合のｎ次の磁場導関数を示す。これらは、ラジアル（Ｂr）成分、タンジェント（Ｂθ）成分、及びアキシャル（Ｂz）成分について与えられており、合計（Ｂmod）もまた出されている。
【００８６】
従って、補正コイル３が支持体テーブル６の後ろに位置決めされるために、被験者のみならず医療要員に対してもオープン・アクセスが与えられることから、本実施例は特定の利点を供与する。
【００８７】
更に、作業領域が主コイルと補正コイルとの間に来るように設計することによって、これらそれぞれのコイルからの勾配がより好ましく協働し、大きな均質作業領域５を生成するようになる。よって補正コイルのネストを、支持体６により近づけて設置することが可能であり、このことは、所定の、磁場の強度及び均質性の組み合わせに必要なアンペア回数の点で有益である。
【００８８】
上記の説明は主として、直径が４メートルである主コイルの使用を説明してきたが、他の直径を用いることもできることが理解されるであろう。同様に、図面は、コイルの断面における変形を表している。これらは正方形又は長方形として示されているが、他の断面形態を実施することもできる。
【００８９】
更に、主コイル２と同一平面上にある、より直径が大きい付加的なコイルを加えて、逆に流れる電流を用いることによりアクティブ・シールディングを与えることも可能であることが注目されるべきである。他のコイルを同様にアクティブ・シールディングし、外部磁場を低減することができよう。
表１６
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表１７
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【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施例によるコイルの一般的な配置を示す。
【図２】主コイル内で、座標軸領域を中心とする均質領域をもつ第１の実施例を示す。
【図３】作業領域の中心が中心となる座標軸をもつ第２の実施例を示す。
【図４】２つの補正コイルをもつ第３の実施例を示す。
【図５】第４の実施例を示す。
【図６】第５の実施例を示す。
【図７】第６の実施例を示す。
【図８】第７の実施例を示す。
【図９】主コイルと補正コイルの間に作業領域がある第８の実施例を示す。
【図１０】第８の実施例の斜視図を示す。
【図１１】Ｚ軸に沿って見た場合の第８の実施例のコイルを示す。
【図１２】第１の実施例から第７の実施例までのいずれかによる傾斜型コイルの実際の使用を示す。
【図１３】第８の実施例によるコイルの実際の使用を示す。
【図１４】第９の実施例によるコイルの配置を示す。
【図１５】第９の実施例の傾斜された配置を示す。
【図１６】第９の実施例に対するアキシャル及びラジアルのｄＢ2／Ｂ0磁場勾配を示す。
【図１７】第９の実施例の磁場均質性を示す。
【図１８】第９の実施例の傾斜型コイルの実際の使用を示す。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月5日(2006.1.5)
【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】
磁気共鳴イメージングのための装置であって、
第１の磁場を生成するための第１の磁石と、
前記第１の磁石から離間された、前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成するための第２の磁石と、
を備え、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石の各々が、１つ又はそれ以上のコイルを備え、前記装置が、該第１の磁石及び該第２の磁石が協働して、作業領域を定める実質的に均質な磁場を生成するように配置されており、前記第１の磁場及び前記第２の磁場が、前記作業領域に対して非対称的に配置されており、該作業領域の少なくとも一部が、該第１の磁石内に位置決めされたか、又は、該第１の磁石と該第２の磁石との間に位置決めされており、
前記第１の磁石のコイル及び前記第２の磁石のコイルが、対応する平面を定め、前記装置が、そのように定められた各々の平面が、水平面に対して、角度を付けられるように配置されており、該第１の磁石のコイルの一部が、該装置が定置される位置の床の中に埋められており、該第１の磁石のコイルの寸法が、少なくとも１人の人間が、該第１の磁石のコイルを歩いて通ることにより、該作業領域に接近することを可能にし、及び、該装置の使用中に、前記人間が、該作業領域に収容された被験者の身体の一部に対して処置を行うことを可能にするのに十分であることを特徴とする装置。
【請求項２】
使用中に、電流が、前記第１の磁石コイルの各々において第１の方向で流れるようにされており、前記電流が、前記第２の磁石コイルの少なくとも１つにおいて前記第１の方向で流れるようにされており、該第２の磁石の他のコイルの少なくとも１つにおいては該第１のものとは反対の第２の方向で流れるようにされた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の磁石が、主たる磁場を生成し、前記第２の磁石が、補正磁場を生成するようになった請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石が離間されてある体積を定めるようになっており、該第１の磁石の中心及び該第２の磁石の中心が、前記体積の境界に位置決めされており、前記作業領域の少なくとも一部が、該体積内に位置決めされた請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記作業領域の中心が、前記体積を定める領域内にある、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の磁石が、前記作業領域の片側にのみ位置決めされた請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の磁石が、前記作業領域の片側にのみ位置決めされた請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の磁石が前記作業領域の第１側部にのみ与えられており、前記第２の磁石が該作業領域の第２側部にのみ与えられており、前記第２側部が、該作業領域に対して、前記第１の側部と対向するようになった請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記作業領域の中心が、前記第１の磁石の中心に位置決めされた請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場の１つ又は各々が、その磁石に対して非対称的である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場の組み合わせが、前記作業領域及び／又は前記第１の磁石及び前記第２の磁石の１つ又は各々に対して非対称的な磁場を結果として生成するようになった請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記磁場の非対称性が、磁場強度、磁場方向、又は磁場勾配のうちの１つ又はそれ以上における幾何学的非対称性である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の磁石の中心及び前記第２の磁石の中心、及び、前記作業領域の中心が、共通軸線上に位置決めされた請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のコイルの直径が、コイルを定める寸法の最大のものである請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のコイルが、２メートル以上の直径を有するようになった請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のコイルが、２メートルから４メートルまでの間の直径を有するようになった請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
水平面に対する前記角度が、３０度、４５度、６０度、又は９０度のうちの１つである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記角度が９０度より小さく、前記第１の磁石が主コイルを備え、これを通って、前記作業領域が、使用のために、アクセス方向でアクセスされるように前記装置が配置されており、前記第２の磁石が、前記アクセス方向で、該作業領域の後ろに位置決めされた１つ又はそれ以上の補正コイルを備えた請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
使用中に、被験者が載せられる支持体を更に備えて、前記被験者の身体の少なくとも一部を前記作業領域内に位置決めするようになった請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、請求項１８に従属する場合に、前記支持体が伸長方向に長く、前記伸長方向が、前記アクセス方向に対して実質的に垂直である前記装置。
【請求項２１】
磁石の１つ又は各々が、超伝導磁石を備えた請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記超伝導磁石が、高温超伝導磁石である請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
１つ又はそれ以上の付加的な磁石を更に備えて、使用中に、前記装置のアクティブ・シールディングを与えるようになった請求項１〜２２のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
2006525057.tif 000040
2006525057.tif 000041
2006525057.tif 000042