JP2002253532A - 磁気共鳴装置 - Google Patents

磁気共鳴装置

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JP2002253532A JP2001388254A JP2001388254A JP2002253532A JP 2002253532 A JP2002253532 A JP 2002253532A JP 2001388254 A JP2001388254 A JP 2001388254A JP 2001388254 A JP2001388254 A JP 2001388254A JP 2002253532 A JP2002253532 A JP 2002253532A
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フェスター マルクス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト的に望ましい仕方で投入される勾配磁
界の望ましくない列を消去し得る改善された磁気共鳴装
置を提供する。 【解決手段】 本発明による磁気共鳴装置は、 −勾配磁界を発生するための少なくとも１つの勾配コイ
ルを有する勾配コイルシステム（３２）と、 −導電性の構造（５２、５２ａ）であって、 −磁気共鳴装置の撮像ボリュウム（１２）の外側の範囲
中で減衰されるようにまた −少なくとも撮像ボリュウム（１２）の内部で勾配コイ
ルにより誘導効果を介して惹起される構造（５２、５２
ａ）の磁界が勾配磁界に類似するように配置かつ構成さ
れている導電性構造とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】磁気共鳴装置は検査対象物の身体内部の
像を取得するための公知の技術である。その際に磁気共
鳴装置中で、磁界磁石システムにより発生される静的な
基本磁石磁界に、勾配コイルシステムにより発生される
高速で投入される勾配磁界が重畳される。さらに磁気共
鳴装置は、磁気共鳴信号を読出すため高周波信号を検査
対象物中に入射し、また発生される磁気共鳴信号をピッ
クアップする高周波システムを含んでおり、これらの磁
気共鳴信号に基づいて磁気共鳴像が作成される。
【０００３】勾配コイルシステムは通常３つの勾配コイ
ルを含んでいる。その際に勾配コイルの１つは特定の空
間方向に対して、望ましい理想的な場合には少なくとも
撮像ボリュウムの内部に専ら基本磁石磁界に対して共線
的な主磁界成分を有する勾配磁界を発生する。その際に
主磁界成分は、各々の任意の時点で少なくとも撮像ボリ
ュウムの内部に望ましい理想的な場合には位置に無関係
に等しい大きさである予め定め得る主勾配を有する。勾
配磁界は時間的に可変磁界であるから、上記のことは確
かに各々の時点に対して当てはまるが、１つの時点から
他の時点へと主勾配の強さは可変である。主勾配の方向
は通常勾配コイルの設計により固定的に予め定められて
いる。
【０００４】しかしマクスウェルの基本式に基づいて、
望ましい理想的な場合に反して、撮像ボリュウムにわた
って専ら上記の主磁界成分を有する勾配コイルシステム
は構成可能でない。その際に主磁界成分と同時になかん
ずく、主磁界成分に対して垂直に向けられている少なく
とも１つの随伴磁界成分が現れる。
【０００５】勾配磁界を発生するためには勾配コイル中
に相応の電流を設定する必要がある。その際に必要な電
流の振幅は数１００Ａまでである。電流の上昇および下
降率（スリューレート）は数１００ｋＡ／ｓまでであ
る。電流供給のために勾配コイルは制御される勾配増幅
器に接続されている。
【０００６】勾配コイルシステムは通常、導電性の構造
により囲まれており、その中に投入される勾配磁界によ
り渦電流が誘導される。このような導電性構造の例は真
空容器および（または）超伝導性基本磁界磁石システム
のコールドシェルである。渦電流により発生される磁界
は望ましくない。なぜならば、それは対抗措置なしでは
勾配磁界を弱め、またその時間的経過を歪ませるからで
ある。このことは磁気共鳴像の質の劣化に通ずる。さら
に、超伝導性基本磁界磁石システムの構成要素中に誘導
される渦電流はこれらの構成要素の温度上昇を生じさせ
るので、超伝導性を保つために明らかに高い冷却能力を
必要とする。永久磁石を有する基本磁界磁石システムの
場合には渦電流の結果としての温度上昇は基本磁界磁石
システムの特性の望ましくない変化に通じ、またさらに
渦電流が永久磁石の減磁さえも惹起し得る。
【０００７】上記の渦電流磁界は或る程度まで勾配コイ
ルの電流目標量の相応の予歪みにより補償され得る。し
かし予歪みによっては、勾配磁界を数学的な意味で模倣
する、すなわちその経過が勾配磁界に等しい渦電流磁界
しか補償され得ない。それ自体は公知の予歪みの原理的
な作用の仕方はたとえば米国特許第 4,585,995号および
米国特許第 4,703,275号明細書に記載されている。その
際に予歪みの計算は主として、励起されかつ減衰する渦
電流が相い異なる時定数の特定の数のｅ‐関数により記
述可能であるという知識に基づいている。
【０００８】しかし渦電流は勾配磁界を模倣しないの
で、より高い次数の追加的な空間的な磁界歪みが生ず
る。これらの磁界歪みを十分に補償するためには、なか
んずく能動的にシールドされた勾配コイルが使用され
る。その際に勾配コイルに付属のシールドコイルは通常
より少ない巻回数を有し、また勾配コイルシステムと、
シールドコイルが勾配コイルの電流と等大の逆方向の電
流を流されるように、接続されている。その際にシール
ドコイルの補償作用は制限を課せられている。なぜなら
ば、シールドコイルの導体配置に基づいて電流の流れが
固定的に予め定められた軌道中でのみ導体配置に相応し
て制御可能であるからである。さらに、シールドコイル
はその補償作用を、またそれによって同時に磁気共鳴装
置の撮像ボリュウム中の勾配磁界の減弱を、勾配コイル
が急速に投入されるか緩速に投入されるかに無関係に、
発揮し得る。特に勾配磁界の非常に低い周波数の際には
シールドコイルの補償作用は必要でない。なぜならば、
非常に低い周波数を有する投入される勾配磁界はほとん
ど渦電流を惹起しないからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、なか
んずくコスト的に望ましい仕方で投入される勾配磁界の
望ましくない列を消去し得る改善された磁気共鳴装置を
提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の特
徴により解決される。有利な実施態様は従属請求項に記
載されている。
【００１１】請求項１による磁気共鳴装置は −勾配磁界を発生するための少なくとも１つの勾配コイ
ルを有する勾配コイルシステムと、 −導電性構造であって、 −磁気共鳴装置の撮像ボリュウムの外側の範囲中で減衰
されるように、また −少なくとも撮像ボリュウムの内部で勾配コイルにより
誘導効果を介して惹起される構造の磁界が勾配磁界に類
似するように配置かつ構成されている導電性構造とを含
んでいることを特徴とする。
【００１２】それにより磁気共鳴装置に対して、シール
ドコイルが完全に省略可能な勾配コイルシステムが構成
可能である。このことは、シールドコイルを有する勾配
コイルシステムにくらべて、体積、質量および費用に関
して顕著な節減可能性を意味する。その際に、投入され
る勾配磁界の望ましくない結果が冒頭に記載された予歪
みと結び付いて構造の存在により完全に抑制される。シ
ールドコイルによる解決策にくらべて導電性の構造を有
する磁気共鳴装置の別の利点は、構造の作用が時間的に
変化する勾配磁界にのみ制限されており、時間的に変化
しない勾配磁界を有するより長い時間にわたる最大到達
可能な勾配強さが減ぜられないことにある。
【００１３】ほぼ中空円筒状に構成された勾配コイルシ
ステムでは構造は有利な実施例ではほぼ樽外殻状に構成
されており、またたとえば磁気共鳴装置の勾配コイルシ
ステムと基本磁界磁石システムとの間に配置されてい
る。その際に構造の正確な構成は勾配コイルの導体配置
に関係して、また数値的最適化法を介して、正確に決定
可能である。
【００１４】構造の正確な構成はたとえば、導体配置が
動かすことのできないものとして予め定められており、
また構造の出発値、たとえば理想的な樽外殻としての構
成、から出発して構造の最適な構成が探索される措置に
より求められ得る。そのために、勾配コイル中の電流の
流れにより構造に惹起される渦電流分布がたとえば有限
要素法により準静的なマクスウェルの式を介して計算さ
れる。上記の渦電流分布はその際に、磁気共鳴撮像を擾
乱する渦電流磁界を惹起する。さらに評価規範、たとえ
ば相応の成分と、磁気共鳴装置の意図される撮像ボリュ
ウムの縁の上の、電流を流される勾配コイルにより惹起
される勾配磁界の、スケーリングファクタをかけられた
成分とからの、基本磁界の方向を指す渦電流磁界の成分
の平均二乗偏差、が決定される。スケーリングファクタ
はその際に、勾配磁界の強さが構造、従ってまたそれに
伴う渦電流磁界、の存在により減ぜられる率を記述す
る。スケーリングファクタはその際にたとえば定数とし
て決定され得る。
【００１５】構造の最適な構成を見い出すため、次いで
構造の幾何学的なパラメータが、基本磁界磁石システム
および（または）磁気共鳴装置の検査対象物撮像空間お
よび（または）構造のジオメトリ実現可能性により決定
されている予め定め得る限界内で、評価規範が最小にま
たは予め定め得るしきいよりも小さくなるように、変更
される。そのためにガウス‐ニュートン法のような公知
の方法およびたとえばW.H.Press ほかの著書“Ｎｕｍｅ
ｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ ｉｎ Ｃ． Ｔｈｅ ａ
ｒｔ ｏｆ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｃｏｍｐｕｔｉｎ
ｇ”、Cambridge Univ. Pr. １９９２、第４０８〜４３
０頁に記載されているような別の方法が適している。評
価規範に対する有意義なしきいはその際にたとえば磁気
共鳴装置の基本磁石磁界振幅に対して３ｐｐｍである。
なぜならば、このしきいは人間および動物の体内で支配
的な脂肪‐および水‐プロトンの間のなお識別可能な相
対的な周波数差を示すからである。
【００１６】他の措置の際には、構造のジオメトリが、
たとえば理想的な樽外殻としての構成で、決定され、ま
たそれから出発して勾配コイルの導体配置が求められ
る。そのために上記の評価規範が導体配置に対する設計
方法の際に考慮に入れられる。ドイツ特許第 197 26 33
2 A1号明細書から勾配コイルの導体配置に対する設計方
法としてたとえば、勾配コイルの表面の上の電流分布
が、周辺条件を許す最小化目的関数を用いて、予め定め
られた点において勾配コイルにより発生可能な勾配磁界
が予め定め得る値に正確にまたは最良可能に到達するよ
うに計算される設計方法が知られている。この設計方法
では上記の評価規範が、目的関数にたとえば勾配コイル
のインダクタンスおよび損失電力に関する規範とならん
で上記の評価規範が加法的に付加されるように、考慮に
入れられる。その際に重み付け係数による評価規範の重
み付けにより渦電流磁界による残留擾乱が制御され得
る。さらに、可変に保たれるスケーリングファクタの際
にはこれがその際に一緒に計算され得る。
【００１７】別の措置の際には、先に説明された両方の
措置が組み合わされる。そのためにたとえば交互に勾配
コイルの導体配置への構造のジオメトリの適合とその後
に続いて構造の先に見い出されたジオメトリへの導体配
置の適合とが行われる。その際に、ジオメトリの適合の
後に続く導体配置の適合は有利である。なぜならば、構
造のジオメトリの適合は経験的に導体配置の最適化より
も少ない最適化のための余地を残し、また構造はすべて
の、通常は３つの互いに異なる勾配コイルに対して十分
に小さい残留擾乱をもたらすに違いないからである。他
の実施例では、組み合わされた措置の際に勾配コイルと
一緒に構造に対する相応に組み合わされた非線形の最適
化課題が直接的に解決される。
【００１８】前記の樽外殻状の構造の二次元に湾曲した
ジオメトリはその際に剛固な無バックリングの構成部分
として有利な実施例では磁気共鳴装置の装置構成要素、
たとえば超伝導性の基本磁界磁石システムの真空容器中
に組み込み可能である。
【００１９】有利な実施例では、構造に構造を冷却する
ための冷却装置が付設されている。それにより、誘導効
果に基づいて生ずる熱が特に磁気共鳴装置の本質的に分
離した装置構成要素としての構造の構成の際に簡単に導
出可能である。たとえば基本磁界磁石システムの敏感な
温度分布および温度保持をその際に変更する必要がな
い。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の特徴および詳細は図面に
より以下に説明される実施例から明らかになる。
【００２１】図１は本発明の実施例として樽外殻状の導
電性の構造５２を有する磁気共鳴装置の縦断面図を示
す。少なくとも撮像ボリュウムの内部で均等な基本磁石
磁界を発生するため装置は超伝導性の基本磁界磁石シス
テム２０を含んでいる。これは中空円筒状のヘリウム容
器２４を含んでおり、そ中に超伝導性のコイル２２が配
置されており、これらのコイルはそれらを囲む液体ヘリ
ウムにより冷却される。ヘリウム容器２４はその際に、
ヘリウム容器２４への熱放射を可能なかぎりわずかにす
る少なくとも１つのクライオシールド２６により囲まれ
ている。クライオシールド２６はその際に中空円筒状の
真空容器２８により囲まれている。
【００２２】真空容器２８の円筒状の開口中に樽外殻状
の導電性の構造５２、勾配コイルシステム３２ならびに
アンテナシステム３４が配置されている。その際に勾配
コイルシステム３２は少なくとも撮像ボリュウムデータ
１２の内部に時間的に変化する勾配磁界を発生するべく
構成されている。アンテナシステム３４により、撮像ボ
リュウム１２中に寝かせられている検査対象物の撮像す
べき範囲中に、磁気共鳴信号を発生させるため高周波信
号が入射され、また発生された磁気共鳴信号がピックア
ップされ、それに基づいて磁気共鳴像が作成される。
【００２３】勾配磁界を発生するためには、勾配コイル
システム３２の勾配コイル中に相応の電流を設定する必
要がある。この電流は冒頭に説明された予歪みを有す
る。その際に予歪みは、勾配コイル中の電流の流れによ
り構造５２中に誘導される磁界が勾配コイルにより発生
される磁界と一緒に少なくとも撮像ボリュウム１２中
に、勾配強さの所望の時間的経過を有する勾配磁界を発
生するように制御される。構造５２は、磁界が勾配コイ
ルにより発生される磁界に類似しているように、特に正
比例しているように形成されているので、勾配磁界は少
なくとも撮像ボリュウム１２中で特に基本磁石磁界の方
向に無歪みである。このことは高い質の無歪みの磁気共
鳴像を作成するために重要である。
【００２４】基本磁界磁石システム２０中に渦電流が生
じないように、また渦電流によりなかんずく基本磁界磁
石システム２０の望ましくない温度上昇が生じ得ないよ
うに、外方に向って基本磁界磁石システム２０の方向に
構造５２は勾配コイルにより発生される磁界に関してそ
のシールド作用を果たす。
【００２５】磁気共鳴装置の作動の際の前記の誘導効果
に基づいて構造５２に温度上昇が生ずるので、構造５２
に構造５２を冷却するための冷却装置４０が付設されて
いる。その際に冷却装置４０は、構造５２に付加されて
いる冷却媒体、たとえば冷却水を通すための冷却導管４
２を含んでいる。冷却媒体を循環させるため、また冷却
媒体により構造５２から取り出された熱を周囲に放出す
るため、冷却導管４２は循環および熱交換ユニット４４
と接続されている。
【００２６】図２は本発明の別の実施例として、超伝導
性の基本磁界磁石システム２０ａを有し、その真空容器
２８ａが１つの範囲内で樽外殻状の導電性構造５２ａと
して構成されている磁気共鳴装置の縦断面図を示す。図
１にくらべて、樽外殻状の導電性構造５２ａが図１の冷
却装置４０なしに超伝導性の基本磁界磁石システム２０
ａの構成要素として真空容器２８ａ中に組み込まれてい
る。それに応じて、相応の設計および作動により、構造
５２ａの冷却が基本磁界磁石システム２０ａの冷却と共
に行われる。そのほかに図１の説明の際に説明したこと
がこの実施例にも相応に当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樽外殻状の導電性構造を有する磁気共鳴装置の
縦断面図。
【図２】超伝導性の基本磁界磁石システムを有し、その
中に樽外殻状の導電性構造が組み込まれている磁気共鳴
装置の縦断面図。
【符号の説明】
１２ 撮像ボリュウム ２０、２０ａ 基本磁界磁石システム ２６ クライオシールド ２８、２８ａ 真空容器 ３２ 勾配コイルシステム ３４ アンテナシステム ４０ 冷却装置 ４４ 熱交換ユニット ５２、５２ａ 導電性構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルクス フェスター ドイツ連邦共和国 90471 ニュルンベル ク ハンス‐ファラダ‐シュトラーセ 59 Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB33 AB48 AD02 AD09 AD23 CA02 CA16 CA18 CA29 CA32 CB05 CB07

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気共鳴装置において、 −勾配磁界を発生するための少なくとも１つの勾配コイ
    ルを有する勾配コイルシステム（３２）と、 −導電性構造（５２、５２ａ）であって、 −磁気共鳴装置の撮像ボリュウム（１２）の外側の範囲
    中で減衰されるようにまた −少なくとも撮像ボリュウム（１２）の内部で勾配コイ
    ルにより誘導効果を介して惹起される構造（５２、５２
    ａ）の磁界が勾配磁界に類似するように配置かつ構成さ
    れている導電性構造とを含んでいることを特徴とする磁
    気共鳴装置。
  2. 【請求項２】 構造（５２、５２ａ）が、磁界が勾配磁
    界に直接比例するように配置かつ構成されていることを
    特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
  3. 【請求項３】 構造（５２）に構造（５２）を冷却する
    ための冷却装置（４０）が付設されていることを特徴と
    する請求項１または２記載の磁気共鳴装置。
  4. 【請求項４】 冷却装置（４０）が冷却液による冷却用
    に構成されていることを特徴とする請求項３記載の磁気
    共鳴装置。
  5. 【請求項５】 勾配コイルシステム（３２）がほぼ中空
    円筒状に構成されていることを特徴とする請求項１ない
    し４の１つに記載の磁気共鳴装置。
  6. 【請求項６】 構造（５２、５２ａ）がほぼ樽外殻状に
    構成されていることを特徴とする請求項５記載の磁気共
    鳴装置。
  7. 【請求項７】 磁気共鳴装置が基本磁界磁石システム
    （２０、２０ａ）を含んでいることを特徴とする請求項
    １ないし６の１つに記載の磁気共鳴装置。
  8. 【請求項８】 基本磁界磁石システム（２０、２０ａ）
    が超伝導性の基本磁界磁石システム（２０、２０ａ）と
    して構成されていることを特徴とする請求項７記載の磁
    気共鳴装置。
  9. 【請求項９】 撮像ボリュウム（１２）の外側の範囲が
    基本磁界磁石システム（２０、２０ａ）の少なくとも１
    つの部分を含んでいることを特徴とする請求項７または
    ８記載の磁気共鳴装置。
  10. 【請求項１０】 構造（５２）が少なくとも部分的に勾
    配コイルシステム（３２）と基本磁界磁石システム（２
    ０）との間に配置されていることを特徴とする請求項７
    ないし９の１つに記載の磁気共鳴装置。
  11. 【請求項１１】 構造（５２ａ）の少なくとも１つの部
    分が勾配コイルシステム（３２）または基本磁界磁石シ
    ステム（２０ａ）に対応付けられていることを特徴とす
    る請求項７ないし１０の１つに記載の磁気共鳴装置。
  12. 【請求項１２】 基本磁界磁石システム（２０ａ）の少
    なくとも１つの部分が構造（５２ａ）の少なくとも１つ
    の部分として構成されていることを特徴とする請求項７
    ないし１１の１つに記載の磁気共鳴装置。
  13. 【請求項１３】 勾配コイルシステムが、構造の構成に
    合わされて構成されている導体配置を含んでいることを
    特徴とする請求項１ないし１２の１つに記載の磁気共鳴
    装置。
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