JP2000107153A

JP2000107153A - 磁気共鳴画像装置及び磁気共鳴画像方法

Info

Publication number: JP2000107153A
Application number: JP10378254A
Authority: JP
Inventors: Labros S Petropoulos; エスペトロポウロスラブロス; Nicholas J Mastandrea; ジェイマストランドレアニコラス; Mark A Richard; エイリチャードマーク
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-04-18
Also published as: EP0924530A2; US5952830A; EP0924530A3

Abstract

(57)【要約】【課題】検査領域へのアクセスを容易にすると共に磁
場強度とスルーレートの向上及び撮像対象の解像度の向
上を図る。【解決手段】磁気共鳴装置（１）は検査領域（２０）を
通って一時的に一定磁場を発生する第１磁石、検査領域
（２０）を横切って磁場勾配を誘導する勾配コイル体、
及び検査領域から共鳴信号を受け取る無線周波数コイル
を含んでいる。勾配コイル体は互いに間隔を隔てた第１
及び第２勾配コイル部分を支えるコイル支持部材（２
２）を含み、前記第１及び第２勾配コイル部分はコイル
支持部材上で互いに物理的に分離され、前記第１及び第
２勾配コイル部分の間にコイル支持部材に沿って延びる
少なくとも１つの方位角方向のギャップを形成する。第
１及び第２コイル部分は検査領域の対向する頂部及び底
部側の方に配置され、検査領域に少なくとも２つの相互
に直交する軸に沿って勾配磁場成分を発生する内部巻線
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴画像に関
するものである。特に、患者の胴部と頭部の介入手順を
実行するために使用されるタイプの平面開放磁気画像装
置に関する応用であり、それに特に関連させて記述す
る。然し、本発明は又他の人体部分に行われる画像及び
介入手順、更には、非人間又は無生物の画像又は分析に
関連する応用であることが理解できる。

【０００２】磁気共鳴画像では、双極子が選択的に第１
の磁場を整列させる。無線周波数励磁パルスが照射され
整列された双極子に共鳴を起こさせ、無線周波数磁気共
鳴信号は共鳴している双極子から集められる。勾配磁場
パルスが照射され空間的位置をエンコードする。心臓、
肺、及び他の動組織を含む人体の胴体上部を撮像する時
には、高速画像取得が必須である。

【０００３】高速画像取得及び高解像度を促進するに
は、高スルーレートでの高強度磁場勾配が有利である。
それは、非常に素早くスイッチを入り切りできる大きな
勾配がデータ取得時間と解像度を向上するためには望ま
しいということである。然し、勾配強度は勾配コイルの
半径の２乗に反比例して変化する。蓄積したエネルギ、
スルーレートの重要要素は勾配コイルの半径の５倍の力
で変化する。従って、大直径コイルを使用して胴体上部
を撮像するには患者の肩の幅が従来のシステムの制限要
素となっていた。通常、勾配磁場コイル本体は直径約６
５cmである。大直径サイズの不利な影響を最小限にしな
がら胴体上部の磁場勾配特性を向上するためには、長円
形の勾配コイルと平らなコイルを使用するのがよい。

【０００４】人体組織の他の部分のデータ取得速度及び
改造度を向上するためには、より小さい直径の勾配コイ
ル、例えばより小さい直径の頭部又は手首コイルが使用
されてきた。通常の頭部コイルはおよそ直径３０cmであ
り、手首コイルはもう少し小さい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した通常タイプの
本体コイル、挿入可能コイル、及び局部コイルの１つの
重大な欠点は、検査される患者へのアクセスが制限され
ることである。勾配コイルは実質的に検査領域を取り囲
んでいる。医師が生検又は他の介入手順を行うように検
査領域へのアクセスを得るためには、患者は勾配コイル
体内から取り除かれなければならない。勾配コイル体に
関して患者を移動することによりコイル体から得られた
合成画像に関しても患者を動かす。移動した患者はその
後介入手順を行う前に診断画像と共に再登録されること
が必要である。

【０００６】勾配コイルを通る穴を形成する複数のアク
セスポートを有する別のコイル設計はVavrekらによる米
国特許Ｎo.5,304,933に提案されている。Vavrekらのシ
ステムでは、局部勾配コイルが定位装置の使用に適応さ
れ、勾配磁場の破壊を最小にするように配置されたコイ
ル形式の開口部と定位フレームに関する形の移動を支え
る機械のスライドを含み、開口部が領域で限定され更に
患者に本質的に自由な直線のアクセスを提供している。
開口部の近傍の巻線は幾分巻線の連続機能を修正するこ
とによりそらされ、合成磁場での開口部の影響を最小に
する。然し、Vavrekらのシステムの１つの問題はコイル
が一様な静磁場で操作されている時、望ましくない重大
なレベルのトルクが発生することである。更に、Vavrek
らのシステムの勾配コイルのレイアウトは前方接近方法
を使用して設計又は明記されたものであり、従って、望
ましい不釣合いの電流分布を有するコイル構成を実現す
るが、勾配強度とスルーレートの許容レベルを僅かだけ
発生させることができる。

【０００７】Vavrekらの特許図面に示されているよう
に、アクセス孔はかなり小さく、そのためコイル内の患
者へは控えめなアクセスだけを提供する。Vavrekらのコ
イル設計は向上した直線性のため同じコイル支持部材の
半径範囲にＸとＹ両方向の横向きコイルを作ることを許
容していない。

【０００８】以前の勾配コイルシステムへの別のアプロ
ーチはBarberらによる米国特許Ｎo.5,378,989で提案さ
れている。この構成は、介入アクセス領域を規定する距
離により分離され、軸の周りに互いに間隔を隔てた円筒
状の１組の勾配コイル支持部材を提案している。患者は
軸方向配列のコイル支持部材の穴内に配置されている。
Barberらのシステムは、磁石の中心で軸方向に沿って開
口部を可能にするために、横向きのコイルの中心近傍に
配置された電流パターンの大部分が外側に放射状に突発
するように構成されている。

【０００９】通常、その様な配列は横向きの適用に適し
ている勾配セットを発生させるが、非常に弱い勾配場強
度とスルーレート性能を有する。更に、第１に上述した
突発した電流パターンのため、Barberらによるシステム
の１つの更なる不利な点は非常に立上がり時間が遅いこ
とである。そのため、Barberらのシステムは、コイル導
体のレイアウトを明記するために使用される「前方接近
方法」に主として帰する全体コイルセットの弱い勾配性
能と遅い立上がり時間のため、実時間のニードル追跡又
は速い画像技術のために使用することはできない。

【００１０】本発明の譲受人に譲渡された米国特許Ｎo.
5,585,724においてMorichらは、軸方向に方向性を持っ
たギャップが介入アクセス領域を形成する１セットのコ
イル対の間に設けられている従来の閉鎖型勾配コイルシ
ステムに対して更に別の提案をしている。Morichらの特
許に記述されているタイプのコイル配列は特に水平方向
の主磁場を有する開放磁石システムでの介入適用によく
適応している。然し、Morichらの設計の勾配性能は勾配
強度と立上がり時間の両方において多少制限されてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によると、磁気共
鳴画像装置が提供される。第１磁石体は検査領域を通っ
て一時的に一定磁場を発生させる。勾配コイル体は検査
領域を横切る磁場勾配を誘導する。無線周波数コイルは
検査領域から共鳴信号を受け取る。勾配コイルは、互い
に間隔を隔てた第１及び第２勾配コイル部分を支え、該
第１及び第２勾配コイル部分はコイル支持部材でお互い
に物理的に分離され、該第１及び第２勾配コイル部分と
の間のコイル支持部材に沿って延びる少なくとも１つの
方位角方向のギャップを形成する。第１及び第２勾配コ
イル部分は検査領域の対向する頂部側と底部側の方の検
査領域に配置されている。第１及び第２勾配コイル部分
はそれそれ検査領域の少なくとも２つの直交する軸に沿
って勾配磁場成分を発生する内部巻線を含んでいる。

【００１２】本発明の好適な特徴によると、勾配コイル
体は蝶番式に動くか取外し可能な分割頂部コイルを有す
るシステムの様な２分割コイル体であり、磁気共鳴画像
システムとの間での患者の入退出を容易にする。更に、
コイルの上半部分は容易に取外され、或いは蝶番が開か
れ外科用アクセスを提供する。水平方向の場で開放磁石
を使用して介入的なＭＲＩを行う時にはそのようなアク
セスは非常に貴重である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、開放又は「二
重ドーナツ」型磁気共鳴画像装置１は主要又は第１磁石
１０,１１を含んでいる。主要又は第１磁石は液体ヘリ
ウム缶１２，１３内の部品の反対側端部近傍に配置され
た一年分の超伝導磁石であることが好ましい。液体ヘリ
ウム缶と磁石は複数の冷却シールド１４，１５により取
り囲まれ、該冷却シールドは最小のヘリウムが沸騰して
いる間に超伝導磁石を超伝導する温度に保持するのを手
伝う。磁石体は１組のドーナツ形をした真空のデュア瓶
１６，１７により取り囲まれている。磁石１０，１１は
患者へのアクセスを提供するため互いに間隔を隔ててい
る。ヘリウム缶、冷却シールド、及び真空デュア瓶はそ
れらの完全な状態を維持するために別々に閉鎖されてい
るのが好ましい。

【００１４】真空デュア瓶と磁石体は１組の中心穴２
０,２１を形成する。勾配コイル体、好ましくは自己シ
ールドされた全体勾配コイル体１９,２３は穴２０,２１
の外側周辺に配置されている。図示された実施例では、
全体勾配コイル体１９,２３はＸ，Ｙ及びＺ方向に沿っ
て磁場勾配を発生するＸ，Ｙ及びＺ全体勾配コイルの巻
線を有する穴内の第１勾配コイル体２４，２５を備えて
いる。シールド勾配コイル体２６，２７は主磁石体の方
へ発する磁場勾配を打消すため真空デュア瓶内に配置さ
れている。無線周波数シールド３０，３１は勾配コイル
体の内側表面を覆っている。無線周波数シールドは勾配
（ｋＨｚ）範囲の磁場を透過させるが、無線周波数（Ｍ
ｈｚ）信号を透過させない。鳥籠型コイルのような全体
無線周波数コイル３２，３３は穴２０，２１を取り囲む
無線周波数シールド３０，３１の内側表面の周りに配置
されている。

【００１５】格納式の患者支持部３９は検査対象と本発
明に従って形成された挿入可能な勾配コイル体２２とを
支持する。患者支持部は示すような実質上水平面の支持
表面を備えている。支持表面は共に水平面内にある、表
面に沿って長い縦軸と表面を垂直に横切る横軸とを有し
ている。支持表面は患者支持フレームにスライド可能に
設けられ、水平面で支持した表面を移動させる手段を提
供する。モータードライブ（図示せず）はフレームに装
備されて患者支持表面をフレームに沿って動かすように
なっているのが好ましい。

【００１６】引続き図１を参照すると共に更に図２を参
照すると、挿入可能な勾配コイル体２２は患者支持部３
９に装備される下部分４４を含んでいる。選択的に取外
し可能な上部分４６は撮像のため下部４４と電気的及び
機械的に相互に連結され、解放されると共に取外され、
患者のアクセスを容易にしている。好適な実施例では、
上部及び下部勾配コイル体４６，４４は堅固な誘電巻型
上に組立てられている。上部及び下部体は共に、第１の
好適な実施例に従って図４及び図７に示されているよう
に１組のＸ勾配コイル体を支えていると共に又、第１の
好適な実施例に従って図４及び図７に示されているよう
に１組のＹ勾配コイル体をも支えている。水平な主要場
の画像システムの第１の好適な実施例では、Ｘ及びＹ勾
配コイルは図３及び図６に示されているように実質上、
巻型上に配置されている。環状ループ形状のＺ勾配コイ
ルも又図５に示されるようにある程度誘電巻型により支
えられている。第１及び別の好適な実施例では、Ｘ及び
Ｙ勾配コイルは誘電巻型に張り付けられた銅箔で構成さ
れている。金属ピンやソケットのような電気コネクタが
上部及び下部の巻型部分に取り付けられ、コイル部分が
共に組立てられる時に上部コイル部分と下部のコイル部
分の間に電気的導通状態を提供する。

【００１７】操作において、シーケンスコントロール７
１は適当な勾配と選択された磁気共鳴画像手順の無線周
波数パルスを発生する。より詳細には、選択された磁気
共鳴画像シーケンスの特性はシーケンスメモリ７３から
引出され、記憶され、無線周波数シーケンスコントロー
ラ７５と勾配パルスコントローラ７７を制御するために
使用される。共通のクロック７９は無線周波数及び勾配
コントローラを同時に記録する。選択された無線周波数
パルス信号は本体の無線周波数コイル３３及び挿入可能
な無線周波数コイルに選択的に接続可能な無線周波数送
信機８１に伝達される。

【００１８】磁気共鳴の誘導後、挿入可能な無線周波数
コイル又は表面コイル（図示せず）は磁気共鳴信号を受
け取り、デジタル受信機８３にそれを伝達する。デジタ
ル受信機８３は磁気共鳴信号を復調しデジタル化する。
再構成プロセッサ８５は受け取った磁気共鳴信号を容積
測定又はスライス画像表示に再構成する。ボリューム画
像メモリ８７は再構成プロセッサからの１つ又一連の画
像表示を記憶する。ビデオプロセッサ８９は画像メモリ
８７の画像表示の選択部分をモニタ９１に表示するため
適当な形式に変える。例えば、ビデオプロセッサは画像
ボリュームの選択スライスを表示のため適当な形式に変
える。別の選択としては、ビデオプロセッサは胸部の一
連又は一時的に置換えられた画像で対応するスライスを
選択し、心臓が鼓動している時に心臓の選択スライスの
動作写真を真似る映画画像表示を提供することができ
る。更に別の例としては、ビデオプロセッサは選択臓器
又は領域の３次元表現を組立てることができる。

【００１９】引続き詳細に図２を参照すると、挿入可能
な勾配コイル体２２は概略上述したような勾配コイル下
半部分４４と勾配コイル上半部分４６を含んでいる。上
半及び下半部分は軸方向に延びる細長い左右１組のアク
セス開口４８，５０により実質上分割されている。左右
のアクセス開口は示すような円筒コイル体２２上で円周
に沿って約１８０°互いに間隔を隔てているのが好まし
い。各上半及び下半部分４６，４４は更に、軸方向に延
びる細長い頂部開口５２と軸方向に延びる細長い底部開
口５４によりそれぞれ実質上２分されている。上部及び
下部アクセス開口も又示されているような円筒コイル体
２２上で円周に沿って約１８０°互いに間隔を隔ててい
るのが好ましい。上部アクセス開口５２は勾配コイル上
半部分４６を左上部コイル部分５６と鏡像の右上部コイ
ル部分５８とに分割している。同様に、下部アクセス開
口５４は勾配コイル下半部分４４を左下部コイル部分６
０と鏡像の右下部コイル部分６２とに分割している。前
記両開口は、コイル体の全長に沿って延び円周上で互い
に間隔を隔てる１セットの細長い出入口を形成する細長
い１セットの方位角ギャップにより形成され、閉鎖型コ
イル体内で受け取った患者への介入アクセスを提供す
る。更に、上半部分４６は撮像のため電気的及び機械的
に下半部分４４に連結され、患者がコイル体へ入退出し
やすいように解放及び取外される。勾配コイルの下半及
び上半部分４４，４６は堅固な誘電巻型上に組立てられ
るのが好ましい。

【００２０】図３及び図４を参照すると、本発明による
第１の好適な横向きの勾配コイル配列が記述されてい
る。第１の好適な実施例では、各勾配コイルの下半及び
上半部分４４，４６はそれぞれ４個のＸ勾配コイル部材
と４個のＹ勾配コイル部材を支えている。勾配コイル部
材は示されているような所望パターンに機械加工或いは
エッチングされる銅板から構成されている。前記板はＦ
Ｒ−４裏板材料に固着され、図示されているように勾配
コイルの下半及び上半部分に実質上配置されるのが好ま
しい。より詳細には、勾配コイル上半部分４６は示され
ているように通常４個の分離したＸ勾配コイル８０〜８
３を支えている。同様の方法で、勾配コイル下半部分４
４は示されているように実質上、鏡像に対応するセット
のＸ勾配コイル部材を支えている。勾配コイルの上半部
分４６に支えられた第１セットのＸ勾配コイル部材８０
〜８３のための好適なグループのコイルパターンが図４
に示されている。勾配コイル下半部分４４に配置された
他のＸ勾配コイル部材８４〜８７も又実質上図４に示さ
れているように構成されているのが好ましい。

【００２１】引続き詳細に図３を参照すると、勾配コイ
ル上半部分４６は示されているように通常４個の分離し
たＹ勾配コイル部材９０〜９３を支えている。同様な方
法で、勾配コイル下半部分４４は実質上示されているよ
うに鏡像に対応するセットのＹ勾配コイル部材９４〜９
７を支えている。図３に示されているように、Ｙ勾配コ
イル部材９０〜９７はＸ勾配コイル部材８０〜８７に積
み重ねられている。然し、その代わりにＸ勾配コイル部
材がＹ勾配コイル部材に積み重ねられてもよく、更に又
別の選択肢として、Ｘ及びＹ勾配コイル部材間の積重ね
配置は挿入可能なコイル体２２全体に亘り任意に又は均
一に配置されてもよい。

【００２２】図５を参照すると、本発明による図２の分
離した勾配コイル体上部に組立てられたＺ軸コイル体の
概略図が記述されている。Ｚ軸コイル１００はＺ軸コイ
ル部材の上部セット１０２と、対応する鏡像のＺ軸コイ
ル部材の下部セット１０４とを含んでいる。Ｚ軸コイル
部材１０２，１０４の上部及び下部セットを通る電流は
働き合って公知の方法でＺ軸勾配場を発生させる。Ｚ軸
コイルは示された所望パターンに機械加工或いはエッチ
ングされる銅板から構成されるのが好ましい。機械加工
或いはエッチングされた銅板はその後ＦＲ−４裏板材料
に固着され、その後図５に示すような所望の形に巻かれ
たり曲げられたりする。当業者であれば理解できるよう
に、Ｚ軸パターンは又研磨用ウォータージェット切削或
いは巻線等により構成されている。更に、図５はコイル
の中心でＺ軸巻線の１反転が発生している状態を示して
いるが、他の設計は容易に適応されている。示されてい
るように左右のフランジ１０６，１０８に沿って折返し
がなされ、上部及び下部セット１０２，１０４からの場
が打ち消されるようになっている。ｚ軸コイルの各半部
は別々に正味トルクを発生するが、好適な実施例では、
図８及び図９に関連してより詳細に後述する勾配コイル
巻型のフランジにある配列ピンとラッチ機構により前記
トルクは抑えられている。

【００２３】図６及び図７を参照しつつ、水平方向の場
を発生させる画像装置を使用するための第２の好適な横
向き勾配コイルを説明する。図６では、勾配コイルの下
半及び上半部分４４，４６は４個のＸ勾配コイル部材と
４個のＹ勾配コイル部材をそれぞれ支えている。この第
２の好適な実施例では、Ｘ及びＹ勾配コイル部材は示さ
れているように実質上、ある程度勾配コイル巻型上に放
射状に同じ場所に配置されている。それは、コイルが同
じ半径範囲に納まるように組立てられているということ
である。１つの利点は利用可能な患者の開口空間が増加
することである。更に、単一セットの勾配コイルが従来
要求された２つの重なり合うセットよりむしろ構成され
る必要があるので、Ｘ及びＹ横向き勾配コイル部材の放
射状の共通位置は全体の勾配コイル体構造のサイズの減
少を許容する。

【００２４】示された第２の好適な実施例では、コイル
の上半部分４６は通常示されているように４個の分離し
たＸ勾配コイル部材８０’〜８３’と４個の分離したＹ
勾配コイル部材９０’〜９３’を支えている。同様の方
法で、勾配コイルの下半部分４４はＸ勾配コイル部材の
対応するセット８４’〜８７’と示されているような実
質上鏡像の１セットのＹ勾配コイル部材９４’〜９７’
とを支えている。コイル部材は機械加工或いはエッチン
グされた銅板から構成され、その後上述したように実質
上共に固着されるのが好ましい。

【００２５】全体的に、Ｘ及びＹ勾配コイル部材は対称
的にお互い間隔を隔てており、コイル構造の正味トルク
の影響を最小にする目的で勾配コイル体２２全体に亘り
配置されている。示されているように、コイル部材は正
味トルクの影響を受けない。これは非対称の電流パター
ンを有するコイル構造に通常存在するコイル振動を著し
く減少させる。その結果として、磁気共鳴画像システム
１０で得られた医療画像はほんの最小限の歪みと最小限
のゴーストの影響を有するのみである。

【００２６】上記に加えて、図４及び図７に示されたコ
イル配列の電流分布は、都合よくコイルが勾配コイル体
２２の全長に亘り配置されるようにさせるので、背景と
して上述したタイプの従来技術の勾配コイルシステムで
通常出会う空間の制限がない。直接の結果として、本発
明で要求された蓄積磁気エネルギは実質上、従来技術の
システムにおいて要求された蓄積磁気エネルギより低く
なる。下記の表３のように、本発明に従って任意の幅の
方位角ギャップを有する８極勾配コイルはMorichらの従
来技術のコイル体と比較して３０％長さを減少してスル
ーレートを２倍にする。更に、本発明による勾配コイル
配列は、概略上述したVavrekらによる開放勾配コイルシ
ステムの６倍の勾配強度と２００倍のスルーレートを発
生させる。

【００２７】図８及び図９を参照すると、本発明による
分離した上部の８極勾配コイルシステムに接続する別の
好適な実施例が示されている。第１に、図８に関して、
勾配コイルの下半部分４４は上述したように患者支持表
面３６への接続に適合し、更に１組の左右の接続フラン
ジ１１０，１１２を含んでいる。左右の接続フランジは
滑動してかみ合うと共に勾配コイル上半部分４６に形成
された対応するセットの左右の接続フランジ１１４，１
１６に連結するように適合されている。左右の接続フラ
ンジ１１４，１１６は、示されているようにフック部材
１１８，１２０のような適切な機械接続手段を使用して
下部の左右の接続フランジにロックされるように適合さ
れている。フック部材は左右の接続フランジ１１０，１
１２を過ぎて垂直に延び、示すように実質上ある程度そ
この裏側に掛かっている。勿論、当業者により理解でき
るように別の滑動接続の配列も可能である。

【００２８】図９を参照すると、別の分離した上部の８
極勾配コイル接続システムが示されており、該システム
は、示されるように実質上幾分、勾配コイルの下半部分
及び上半部分に接続されるように適合される１組の左右
の接続蝶番１２２，１２４を含んでいる。上述したよう
に、勾配コイルの下半部分４４は患者支持表面３６に接
続されているのが好ましい。左右の蝶番は勾配コイルの
上半部分４６を示すように幾分開放させ、勾配コイル体
２２との間での患者の入退出がしやすいようになってい
る。

【００２９】図８及び図９に示されている別の好適な分
離した上部の８極勾配コイルシステムの接続配列それぞ
れにおいて、複数の電気接点１３０〜１３１はある程度
接続フランジ１１０〜１１３上で提供され、勾配コイル
上半部分４６に配置された勾配コイル部材を勾配コイル
下半部分４４に配置された勾配コイル部材に電気的に接
続する。図９に示された実施例では、電気接続要素は対
向する接触部材間の滑動可能な機械的及び電気的かみ合
い用電気接点片である。図９に示された実施例では、勾
配コイルの上半部分４６が勾配コイルの下半部分４４と
の閉鎖位置に蝶番で動く時、電気接触要素は相互に結合
可能な接続に適合するピンとソケット部材であることが
好ましい。

【００３０】任意の幅の方位角ギャップを形成するよう
に配置されたコイルで分離した横向きの電流密度を発生
させる新しい好適な方法を次に説明する。この技術は一
部分いわゆるターナー(Turner)エネルギ最小化アプロー
チに基づいている。

【００３１】本発明によれば、電流密度の方位角成分の分析的表現は、従来の勾配コイルの外形
の対称の動きに調和する予め決められた釣合い状態をす
べて満足すると共に予め決められた方位角（φ’)の位
置を見えなくすることが分かる。釣合い状態に関して、
電流密度はＺ方向に沿って対称である。電流密度は又コイルの中心(φ＝０°)の周りのＺ方向に沿って対
称である。そのため、の適正な式はとなる。は式のフーリエ拡張係数であり、Ｌはコイルの全長であ
り、ｋ_n＝（２ｎπ／Ｌ）で、φ’はが見えなくなる角度を表わしている。連続方程式を使用すると、電流密度の軸成分の式はとなり、ａは式のコイルの半径である。両電流はに対して０である。

【００３２】角に依存しコイルの半径ａより小さい放射
状位置での磁場の軸成分(ｚ)の式は、となり、Ｉ_m（ｋｐ）Ｋ’ｍ（ｋａ）は第１及び第２番
目の修正されたベッセル（Bessel）関数であり、半径ｂ
のシールドコイルが存在する時、となる。第１のコイルだけが存在する時、Ｓ_mabであ
る。

【００３３】コイルに蓄積された磁気エネルギの式は、となる。電流密度のフーリエ変換を考慮すると、であり、である。そのため、磁場の式は、となる。コイルに蓄積された磁気エネルギの式は、標準エネルギ最小化手順、好ましくはターナーアプロー
チを使用すると、蓄積磁気エネルギ及び磁場に関する関
数εは、として構成される。Ｎは式の拘束点の総数を表し、は拘束点での勾配場の値である。に関するεを最小にするの行列式は、として得られる。同等に、電流密度の行列式は、である。Ｍ用語で無限の合計を切り捨ると、前式（１
２）の行列表現は、となる。式中の、Ｊ ^aは１ｘＭ行列、ＣはＭｘＭ行列、
λは１ｘＮ行列であり、ＤはＮｘＭ行列である。

【００３４】ラグランジュ（Lagrange）乗数は磁場の式
を使用していることが分かる。従って、磁場の行列表現
は、となる。Ｂ _Zは式中の１ｘＮ行列であり、上付き文字の
ｔは転置行列のしるしである。Ｊ ^aを上式（１３）から
（１４）に置換すると、磁場の式は、となり、として、ラグランジュ乗数を決定し、式の逆行列を提供する。ラグランジュ乗数の決定において、電流密
度のフーリエ成分の行列形式の式は、である。

【００３５】本発明では、勾配コイルの電流のフーリエ
成分の式は上述した簡単な方法で解かれる。コイルの電
流密度の連続分布は電流密度の式に戻る電流のフーリエ成分を置換することにより発
生する。

【００３６】次に図１０及び図１１を参照しつつ、本発
明による方位角ギャップを有する８極Ｘ勾配コイルの分
析的モデル構成の設計を説明する。該モデルは円筒の半
径が191.3mmで全長が60cmと仮定する。。方位角ギャッ
プの全長は任意に選択され3.5cm（Φ’＝10°）であっ
た。3個の拘束点は次に選択され、23cmＤＳＶ内の勾配
場の質を明記する。

【００３７】下表１を参照すると、第１の拘束点は勾配
場の強度を24.5mT/mに設定し、第２はその勾配軸（Ｘ）
に沿って勾配場の変化をコイルの幾何学中心から0.115m
の距離で理想的な値から15％以内に制限し、第３の拘束
は23cmＤＳＶ内で14％の勾配場の均一性を規定する。

【００３８】表１

【００３９】上述した拘束点の特定のセットを使用して
逆の問題を解決すると、Ｘ勾配コイルの連続した電流分
布が発生する。流れ関数技術を適用すると、離散の電流
パターンが図１１に示されているように得られる。１２
の離散ループの電流の共通値は199.53アンペアである。

【００４０】次の段階として、離散のコイルパターンは
ビオ・サバール（Biot-Savart）の法則を介して磁場を
計算するために使用される。従って、離散化機構が適当
で離散ループ数の選択が磁場の所望品質を生成するのに
十分であることが保証されている。

【００４１】離散コイルパターンの勾配場はその第１の
勾配軸（Ｘ）に沿った直線である。原点での勾配場の正
味強度は24.53mT/mで、その拘束値から0.1％のずれであ
る。23cmＤＳＶ内のコイルの直線性は17.89％である。

【００４２】図１１は23cmＤＳＶ内の勾配場の均一性の
レベルを示している。特に、ここに記述した１２個の離
散ループの構成例にとって、23cmＤＳＶ内の勾配の全体
均一性は14％である。下表２は同じ勾配強度を有する侵
入型ギャップを有するＸ勾配コイルに対する比較だけで
なく８極のＸ勾配コイルの特性をすべて示している。両
勾配を比較すると、300Ａ／400Ｖの入力電流／電圧に対
して、本発明による方位角ギャップを有する８極勾配コ
イルのスルーレートは侵入型ギャップを有する典型的な
従来技術のＸ勾配コイルのスルーレートの２倍の速度で
ある。

【００４３】表２ 300Ａ／400Ｖでの勾配特性

【００４４】図１０の離散パターンに基づくと、物理的
試作品のＸ勾配コイルはファイバーグラスの円筒管に１
２ＡＷＧの絶縁された電線を適用することにより組立て
られていた。コイルの連結は方位角ギャップと緩衝しな
い方法で管で行われた。試作品コイルの測定したイン
ダクタンスは１kHzで158μHで、理論値から2.5％だけず
れていた。探索コイルを使用すると、勾配場は図１４に
示されているようにその第１のＸ勾配軸に沿って描かれ
ている。更に、下表３は主要Ｘ勾配コイル軸に沿った各
点での数値結果と実験結果との間の勾配場（mT/m/A）の
比較を示している。勾配場の分析値と測定値との間に非
常に良好な一致があることが明らかである。

【００４５】表３＊印は、パーセンテージが理論値に関してとられている
ことを示している。

【００４６】次に図１２を参照すると、本発明の８極の
勾配コイル体の別の好適な実施例が開放「Ｃ」磁石タイ
プシステムの使用に適合して示されている。「Ｃ」磁石
タイプ磁気画像システム１０’はＣ型で強磁性磁束通路
Ｂの反対側端部に隣接する極片１６’，１８’を配置し
た１組の抵抗磁石ドライバ１２’，１４’の形で、起磁
力手段Ａを備えている。磁束を安定化させる手段と共に
起磁力手段Ａは、極面間のエアギャップ２０’を横切っ
て強磁性磁束通路Ｂに沿って磁場を作り出すと共に安定
化させる。格納式患者支持部Ｄは、極面間に形成された
エアギャップ２０’内の本発明に従って挿入可能な勾配
コイル２２’と共に、選択的に患者又は検査対象を支持
する。電圧を加え較正するシステムＥはエアギャップ２
０’を横切る磁場を構成するために使用される。磁気共
鳴エレクトロニクスＦは画像領域に双極子の磁気共鳴を
選択的に誘導し、受け取った合成磁気共鳴信号を処理し
画像又は診断情報を作り出す。

【００４７】強磁性磁束通路Ｂは第１端部２６’、第２
端部２８’、及び中間部分３０’を有するＣ型強磁性部
材２４’を含んでいる。第２端部２８’の第２極片１
８’と共に磁束通路の第１端部２６’の第１極片１６’
はその間のエアギャップ２０’を形成する。Ｃ型部材２
４’は、エアギャップ中の磁場へのゆがみを最小にする
ために強磁性磁束通路をギャップから十分に間隔をあけ
ながら強磁性磁束通路の長さを最小にするように構成さ
れている。

【００４８】磁束安定化手段ＣはＣ型強磁性部材２４’
の中間部分３０’の直線部分を取り囲む超伝導低温ドラ
イバ３２’を含んでいる。当業者によく知られているよ
うに、低温ドライバ３２’は磁束通路を取り囲む環状の
超伝導磁石を覆う低温保持装置３４’を含んでいる。

【００４９】患者支持部Ｄは実質上水平面内に患者支持
表面３６’を含んでいる。支持表面は、共に水平面内に
あり、表面に沿って長い縦軸と表面を垂直に横切る横軸
とを有している。高さ調整手段３８’は支持表面の相対
高さを選択的に調整する。支持表面は支持フレーム４
０’上に滑動可能に取付けられ、水平面内で支持表面を
移動する手段を提供する。モータードライバ４２’はフ
レームに取り付けられ、該フレームに沿って患者支持表
面を動かすようになっているのが好ましい。

【００５０】最後に、図１２に関連して、エレクトロニ
クス部分Ｆは無線周波数送信手段６０’を含み、該無線
周波数送信手段は無線周波数パルスを無線周波数コイル
（図示せず）に選択的に照射し、ギャップの磁場で双極
子の磁気共鳴を励磁する。受信機６２’はアンテナとし
て無線周波数コイル（図示せず）を使用して関心領域か
ら磁気共鳴信号を受け取る。勾配コイルコントロール６
４’は電気パルスを勾配場コイル（図示せず）に照射し
ギャップの磁場を横切って勾配を引き起こし磁気共鳴信
号をエンコードする。画像再構成プロセッサ６６’は逆
２次元フーリエ変換又は他の公知のアルゴリズムを実行
し、受け取った磁気共鳴信号から画像表示を再構成す
る。画像表示はメモリ６８’に記憶され、ビデオモニタ
７０’に表示され、更に処理され、別の装置に通信され
たりする。中央磁気共鳴コントローラ７２’は抵抗ドラ
イバ１２’，１４’に対する励磁力コントロール７
４’、無線周波数送信機６０’、及び勾配場コントロー
ル６４’を制御し、従来技術のように予め選択された磁
気共鳴画像シーケンスを実行する。

【００５１】引続き図１２を参照すると共に更に図２、
図１４及び図１６を参照すると、挿入可能な勾配コイル
２２’は、支持表面にしっかりと取り付けられた勾配コ
イル下半部分４４’と該下半部分から取外し可能な勾配
コイル上半部分４６’とで形成され、磁気共鳴画像シス
テム１０’との間での患者の入退出を容易にするように
なっているのが好ましい。１組の左右の細長い開口４
８’，５０’は通常示すように挿入可能な勾配コイル２
２’の長さに沿って軸方向に延び、介入手順等の間に閉
鎖型勾配コイル体内に受け入れた患者へのアクセスを提
供する。更に、１組の頂部及び底部の細長い開口５
２’，５４’は本発明に従って通常示されたように挿入
可能な勾配コイル２２’に形成され、磁気共鳴画像シス
テム１０’での介入手順の間に患者又は供試体へのアク
セスを更に容易にする。構成を容易にするため、左右の
開口４８’，５０’は勾配コイル上半部分４６’と下半
部分４４’間の分割線又は分離線で形成されている。然
し、本発明に従って、開口は勾配コイル２２’の円周に
互いに間隔を隔てた方法で配置されている。

【００５２】勾配コイルの上半部分４６’及び下半部分
４４’は共に、図１３及び図１４に示されているような
１セットのＸ勾配コイル体と図１５及び図１６に示され
ているような１セットのＹ勾配コイル体を支えている。
垂直志向の主場を有する画像システムとの使用のため第
２の好適な実施例では、Ｘ及びＹ勾配コイルは図１４及
び図１６に示されているように実質上、挿入可能な勾配
コイル体の巻型上に配置されている。Ｚ勾配コイルは図
５に関連して上に示されているような方法で実質上、誘
電性の巻型により支えられた環状ループ形状をしてい
る。図１３〜図１６に示された別の好適な実施例では、
Ｘ及びＹ勾配コイルは誘電性の巻型に接着された銅箔で
構成されている。金属ピン及びソケットの様な電気コネ
クタは上述したような上部及び下部の巻型部分に取付け
られ、コイル部材が共に組立てられる時に上部及び下部
のコイル部分の間に電気的導通状態を提供する。

【００５３】引続き図１３〜図１６を参照すると、勾配
コイルの各上半及び下半部分４６’，４４’はそれぞれ
４個のＸ勾配コイル部材と２個のＹ勾配コイル部材を支
えている。Ｙ勾配コイルは実質上図１３に示されている
ように構成され、図１４に示されているように巻型部材
上に配置されている。図１３は１組のＹ勾配コイルを示
している。２組のＹ勾配コイルはコイルの各上半及び下
半部分４６’，４４’に支えられている。

【００５４】垂直方向の主磁場の使用のため別の好適な
実施例のＸ勾配コイルが図１５に示されている。Ｘ勾配
コイルは実質上図１６に示されているように巻型部材に
配置されている。その点については、勾配コイルの各上
半及び下半部分４６’，４４’は示されているような１
組のＸ勾配コイル部材を支えている。細長い方位角ギャ
ップを有する８極の磁気共鳴勾配コイルシステムの１つ
の利点は、勾配強度とスルーレートの向上であり、撮像
対象の解像度は非常に向上する。別の利点は向上した撮
像速度と減少したデータ取得時間にある。別の利点は、
患者が勾配磁場コイルに公知の関係で配置されている
間、患者の検査領域へのアクセスが容易になることであ
る。更に別の利点は、共にばね仕掛けの胴部配置の勾配
磁場コイル体の構成で、上胴部が下胴部から取外し可能
であり磁気共鳴画像装置との間での患者の入退出を容易
にさせることである。更に又、別の利点は、コイル支持
部材に均等な半径距離で配置された横向きコイルのため
勾配磁場コイル体の直線性の向上が図れることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って８極勾配コイルシステムを使用
する開放磁気共鳴画像装置の概略図である。

【図２】図１の分割した頂部の８極勾配コイル体の拡大
図である。

【図３】図２に示される分割した頂部コイル体の拡大図
であり、コイルが積み重ねた関係で配列されるコイル支
持部材での第１の好適な勾配コイル配列を示している。

【図４】図３から方位角ギャップを有する横向き勾配コ
イルの代表的なグループのコイルパターンの平面図であ
る。

【図５】図２の分割した頂部勾配コイル体に構成された
本発明によるＺ軸コイルの略図である。

【図６】図２に示す分割した頂部勾配コイル体の拡大図
であり、コイルが同じ半径範囲に納まるように構成され
るコイル支持部材での第２の好適な勾配コイル配列を示
している。

【図７】図６のと同じ半径範囲に納まるように構成され
た横向き勾配コイルの代表的なグループのコイルパター
ンの平面図である。

【図８】図２に示されている分割した頂部の８極勾配コ
イルシステムにそれぞれ接続する別のスライド式頂部構
成の略図である。

【図９】図２に示されている分割した頂部の８極勾配コ
イルシステムにそれぞれ接続する別の蝶番式頂部構成の
略図である。

【図１０】本発明に従って分析的モデルの８極勾配コイ
ルのため発生した半分に分離した電流分布の例図であ
る。

【図１１】3.5cmの方位角ギャッ及び199.53アンペアで2
4.2mT/mの場強度の図１０の８極Ｘ勾配コイルの軸上の
動きの実験測定値を示している。

【図１２】本発明に従って８極勾配コイルシステムを使
用する「Ｃ磁石」型磁気共鳴画像システムの概略図であ
る。

【図１３】鉛直方向の場を発生する主磁石を有する図１
２での画像装置を使用する代表的なＹ勾配コイルパター
ンの平面図である。

【図１４】本発明に従って形成された分割した頂部コイ
ル支持部材に配置された図１３のＹ勾配コイルの好適な
コイル配列を示す拡大図である。

【図１５】鉛直方向の場を発生する主磁石を有する図１
２での画像装置を使用する代表的なＸ勾配コイルパター
ンの平面図である。

【図１６】本発明に従って形成された分割した頂部コイ
ル支持部材に配置された図１５のＸ勾配コイルの好適な
コイル配列を示す拡大図である。

【符号の説明】

１０第１磁石１１第１磁石１９勾配コイル体２０検査領域２２勾配コイル体２３勾配コイル体３２無線周波数コイル３３無線周波数コイル４４勾配コイル下半部分４６勾配コイル上半部分４８方位角ギャップ５０方位角ギャップ５２方位角ギャップ５４方位角ギャップ５６左上部コイル部分５８右上部コイル部分６０左下部コイル部分６２右下部コイル部分８０Ｘ軸コイル８１Ｘ軸コイル８２Ｘ軸コイル８３Ｘ軸コイル８４Ｘ軸コイル８５Ｘ軸コイル８６Ｘ軸コイル８７Ｘ軸コイル９０Ｙ軸コイル９１Ｙ軸コイル９２Ｙ軸コイル９３Ｙ軸コイル９４Ｙ軸コイル９５Ｙ軸コイル９６Ｙ軸コイル９７Ｙ軸コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ニコラスジェイマストランドレアアメリカ合衆国オハイオ州 44117 ユークリッドイーストトゥーハンドレッドアンドフィフティフォースストリート（番地なし) (72)発明者マークエイリチャードアメリカ合衆国オハイオ州 44121 サウスユークリッドブリッジヴィュー 3743

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査領域（２０）を通って一時的に一定磁
場を発生する第１磁石組立体（１０，１１）と、前記検
査領域（２０）を横切って磁場勾配を誘導する勾配コイ
ル組立体（１９，２２，２３）と、前記検査領域から共
鳴信号を受け取る無線周波数コイル（３２，３３）とを
含み、前記勾配コイル組立体が互いに間隔を隔てた第１
及び第２勾配コイル部分（５６，５８，６０，６２）を
支えるコイル支持部材(４４，４６)を含み、前記第１及
び第２勾配コイル部分が前記コイル支持部材において互
いに物理的に分離し、前記コイル支持部材を貫通して前
記第１及び第２勾配コイル部分の間に延びる少なくとも
１つの方位角ギャップ(４８，５０，５２，５４)を形成
し、前記第１及び第２コイル部分が検査領域（２０）に
配置されると共に該検査領域(２０)内の少なくとも２つ
の相互に直交する軸(ｘ，ｙ，ｚ)に沿って勾配磁場成分
を発生する内部巻線(８０〜８７，９０〜９７)を有す
る、ことを特徴とする磁気共鳴画像装置。
【請求項２】前記コイル支持部材が第１縦軸(ｚ)を規定
すると共に外側の第１円の半径を有する実質上円筒であ
り、前記第１勾配コイル部分（５６，５８）が実質上半
円筒であり、第２勾配コイル部分(６０，６２)が実質上
半円筒であり、少なくとも１つの方位角ギャップ（４
８，５０，５２，５４）が前記コイル支持部材の前記第
１縦軸（ｚ）に沿って延びる請求項１に記載された磁気
共鳴画像装置。
【請求項３】前記第１勾配コイル部分(５６，５８)が前
記検査領域(２０)の前記少なくとも２つの相互に直交す
る軸(ｘ，ｙ)に沿って前記勾配磁場成分の第１部分を発
生する内部巻線（８０〜８３，９０〜９３）を有する前
記勾配コイル体の半円筒状の上胴部(４６)を形成し、前
記第２勾配コイル部分（６０，６２）が前記上胴部と結
合可能で前記検査領域の少なくとも２つの相互に直交す
る軸(ｘ，ｙ)に沿って前記勾配磁場成分の第２部分を発
生する内部巻線(８４〜８７，９４〜９７)を有する前記
勾配コイル体の半円筒状の下胴部(４８)を形成し、前記
半円筒状の上胴部が選択的に取外し可能であり、磁気共
鳴画像装置との間での患者の入退出を容易にする請求項
１又は請求項２に記載された磁気共鳴画像装置。
【請求項４】前記第１勾配コイル部分(５６，５８)の前
記内部巻線が前記勾配磁場成分の第１のＸ軸成分を発生
する第１セットのＸ軸コイル(８０〜８３)と前記勾配磁
場成分の第１のＹ軸成分を発生する第１セットのＹ軸コ
イル(９０〜９３)とを含み、前記第２勾配コイル部分
(６０，６２)の前記内部巻線が前記勾配磁場成分の第２
のＸ軸成分を発生する第２セットのＸ軸コイル(８４〜
８７)と前記勾配磁場成分の第２のＹ軸成分を発生する
第２セットのＹ軸コイル(９４〜９７)とを含む請求項１
から請求項３のうちのいずれかに記載された磁気共鳴画
像装置。
【請求項５】前記第１勾配コイル部分(５６，５８)の前
記第１セットのＸ軸コイル(８０〜８３)が前記第１勾配
コイル部分の前記第１セットのＹ軸コイル(９０〜９３)
に重なることなしに前記コイル支持部材(４４，４６)の
前記外側の第１円の半径に直接配置され、前記第２勾配
コイル部分(６０，６２)の前記第２セットのＸ軸コイル
(８４〜８７)が前記第２勾配コイル部分の前記第２セッ
トのＹ軸コイル(９４〜９７)に重なることなしに前記コ
イル支持部材(４４，４６)の前記外側の第１円の半径に
直接配置されている請求項４に記載された磁気共鳴画像
装置。
【請求項６】前記第１勾配コイル部分の前記第１セット
のＸ及びＹ軸コイル(８０〜８３，９０〜９３)の１つが
前記第１勾配コイル部分の前記第１セットのＸ及びＹ軸
コイル(８０〜８３，９０〜９３)の他のものに重なる前
記コイル支持部材に配置され、前記第２勾配部分の前記
第２セットのＸ及びＹ軸コイル(８４〜８７，９４〜９
７)の１つが前記第２勾配コイル部分の前記第２セット
のＸ及びＹ軸コイル(８４〜８７，９４〜９７)の他のも
のに重なる前記コイル支持部材に配置されている請求項
４に記載された磁気共鳴画像装置。
【請求項７】前記第１及び第２勾配コイル部分が前記コ
イル支持部材において物理的に互いに間隔を隔てて、前
記実質上円筒状のコイル支持部材の周りに互いに間隔を
隔てた複数の縦に伸びた方位角方向のギャップ(４８，
５０，５２，５４)を形成する請求項１から請求項６の
うちのいずれかに記載された磁気共鳴画像装置。
【請求項８】請求項１に記載された装置を使用する磁気
共鳴画像方法。
【請求項９】前記互いに間隔を隔てた第１及び第２勾配
コイル部分を選択的に分離して前記磁気共鳴画像装置と
の間での患者の入退出を容易にする段階を更に含む請求
項１から請求項７のうちのいずれかに記載された装置を
使用する磁気共鳴画像方法。
【請求項１０】前記装置の患者に対する関連の介在手順
と共に前記磁気共鳴画像を実行する段階を更に含む請求
項８又は請求項９による磁気共鳴画像方法。