JP2003093366A - 錐形撮像を行う開放型構造の磁気共鳴超伝導プラットフォーム磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 介入（インターベンショナル）処置を行うた
めの開放型構造の超伝導プラットフォーム磁石を提供す
る。 【解決手段】 超伝導磁石は、成形したヨーク組立体３
０と関連した磁石コイル１２を有すると共に、磁石コイ
ル上方に配置した患者支持体を備え、磁場の撮像容積１
６は、コイルから離れるにつれて大きさが減少する断面
を持つ直円錐台、角柱錐形に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴撮像システ
ム（以後、「ＭＲＩ」と呼ぶ）用の開放型構造の超伝導
磁石組立体に関するものであり、より具体的には、円錐
形又は角柱形撮像領域を利用し且つ介入（インターベン
ショナル）外科的処置に適した磁石組立体に関するもの
である。

【０００２】

【発明の背景】周知のように、超伝導磁石は極低温の環
境内、例えば、クライオスタット内、或いは液体ヘリウ
ム又は他の極低温材を収容する圧力容器内に配置するこ
とによって、超伝導状態にすることができる。極低温に
より、磁石コイルを超伝導状態にすることが保証され
て、最初に電源をある期間（例えば、僅か１０分間）磁
石コイルに接続して該コイルに電流を流れさせると、超
伝導温度で電気抵抗が無いことにより、電力を切断した
後でも電流はコイルを通って流れ続けて、強力な磁場を
維持するようになる。超伝導磁石はＭＲＩの分野で広範
な用途が見出されている。

【０００３】殆どのＭＲＩ装置の使用中に生じる問題
は、それらの装置が、患者の出入りのための中央ボア開
口を持つ円筒形構造内に密閉されたソレノイド磁石を利
用していることである。しかしながら、このような構成
では、患者は実際的に暖かい中央ボア内に囲まれ、患者
によっては閉所恐怖症を引き起こす可能性がある。更
に、介入による診断又は外科的処置のためにＭＲＩを利
用して、外科医が処置を行っている際に画像を観察でき
るようにすることが要望されていた。従って、患者を本
質的に完全に囲まないような開放型構造のＭＲＩ磁石が
望ましいことは長期間にわたって認識されていた。残念
なことに、患者の周りに開放空間を与える開放型構造の
ＭＲＩ磁石には、様々な付加的な独特の技術的問題及び
課題がある。１つの問題は、所要の磁場を形成する超伝
導構造として、従来の円筒形ＭＲＩ磁石構造よりも占有
する空間が遥かに少なくて済み、しかも所要の強力で均
一な磁場の撮像領域又は撮像容積（ボリューム）を形成
することのできる適当な超伝導構造を提供することであ
る。

【０００４】既存の開放型構造の設計では、支持部材を
間に挟んで二重ドーナツ形部材及び二重鉄磁極片を含ん
でおり、患者はドーナツ形部材相互間に位置決めされ
る。しかしながら、このような設計では、患者の出入り
は行えるが、所要の支持体及びドーナツ形磁気部材のた
めに外科医の出入りは制限されている。その結果、この
ような設計では患者に対する接近が制限され、医学的な
介入及び外科的処置を希望通りに行えない。

【０００５】実際のＭＲＩ撮像を行うために通常は磁気
部材相互間の真ん中に適当な均一で強力な撮像領域を形
成する必要性によって、超伝導磁石内の様々な機械的及
び磁気的部分組立体について制約が課せられる。典型的
なＭＲＩ撮像領域は、直径１５〜２０インチ（１インチ
は、２．５４ｃｍ）の球、又は直径１０〜１５インチで
長さ１０〜２０インチの円筒の形の撮像容積である。磁
気的な成形用の位置決め可能なシム部材を備えた撮像容
積の周りの対称な又は鏡像関係の磁気部材を使用するこ
とにより、生じる磁場の調節又は微調整を可能にし、こ
れによって所要の磁気的均一性を持つ球形又は円筒形容
積の撮像容積が形成される。

【０００６】介入処置の場合、球形又は円筒形撮像領域
又は容積は必要ではないと云うことが判明した。外科的
処置又は針の挿入が開始される患者の身体表面上の点に
おける撮像又は観察領域は小さいので、球形又は円筒形
容積でない小さい撮像容積を容易に利用することができ
る。このような処置にとって、外科的処置が開始される
点から身体内に進入するにつれて撮像容積を増大させる
ことが望ましいこともあり、その撮像容積は一般に円錐
形の撮像容積である。更に、ＭＲＩ装置のコストを最小
にしながら、構成し易い融通性のある設計を提供するこ
とが非常に望ましく、また時によっては必要である。

【０００７】

【発明の概要】従って、医師が患者に出来る限り完全に
接近でき且つ球形又は角柱形撮像容積を含んでいる開放
型構造のＭＲＩ超伝導磁石を提供することが望ましい。

【０００８】本発明の一形態によれば、介入処置を行う
のに適した開放型構造のプラットフォーム超伝導磁石
が、成形した磁気ヨーク及び関連した磁石コイルを含
む。これらのヨーク及びコイルは、コイルの上方の開放
空間内に撮像領域を形成するように成形され、該撮像領
域はコイルから遠ざかるにつれて断面が減少するように
先細になっている。この先細の撮像領域は直円錐台又は
角柱の形である。患者支持体が磁石コイル及び磁石コイ
ル軸の上方に位置決めされる。磁場は単調な勾配を持つ
ことができる。

【０００９】

【好ましい実施形態の詳しい説明】先ず図１及び図２に
ついて説明すると、超伝導磁石１０はヘリウム容器１４
内に複数の超伝導コイル（例えば、１２）を含み、当該
分野で周知のように磁極（２８）相互間に軸１８と直角
な方向の磁場を形成する。

【００１０】図２は、超伝導磁石１０の撮像軸Ｘ、Ｙ及
びＺを示す。Ｘは垂直軸２２であり、Ｙは水平軸２４で
あり、Ｚはヨーク組立体３０の対向する磁極（２８）相
互間の空間４８内に延在する直交軸１８である。患者支
持体５４（図４に示す）が、対向する磁極（２８）相互
間の空間４８内をＹ軸及びＺ軸に平行に延在して、患者
を便宜さ又は超伝導磁石１０の寸法に応じていずれかの
軸に沿って横たえることが出来るようにする。図１に最
もよく示されているように、ヨーク組立体３０は、平面
状の磁極２８及び磁極面３４を含む。しかしながら、付
加的な鉄をＹ及びＺ方向に追加して、以下に説明するよ
うに変化する厚さになるように成形することができ、及
び／又は撮像容積１６の形状を制御し且つまた撮像容積
３８内の磁場の均一性も制御するように、磁極２８の対
向する磁極面３４を成形することが出来る。その上、磁
石コイル（例えば、１２）は、最小のコストで最大の均
一性を達成するためにコイルを流れる電流の電流密度又
はパターンを変えて制御するように非円筒形コイルの形
に巻装することができる。

【００１１】介入処置及び外科的処置を行うための別の
適当な望ましい撮像容積３８は大体円錐形又は円錐台形
の撮像容積である。これを図３に示している。図３につ
いて説明すると、撮像容積は直円錐台の形状である。こ
の撮像領域（容積）は目に見えないことは勿論である
が、説明のために実体の容積として図示している（他の
図の撮像領域も同様である）。ここで、撮像領域はＹ方
向すなわちＹ軸方向において底部４２側よりは頂部４０
が小さくなっており、すなわち、所望の先細の撮像容積
が得られるようになっており、また対向する磁極面４４
は傾斜した磁極面であることに注意されたい。更に、帰
路用の磁気ヨーク３０は、傾斜した磁極面４４から遠い
方の又は反対側の磁極２８の側部に丸い突出部４６を含
んでいる。丸い突出部４６及び傾斜した磁極面４４は、
図１に示されている超伝導磁石１０のヨーク組立体３０
の角柱形撮像容積１６と共に使用してもよい。これらの
簡単な融通性のある設計上の変形は、Ｘ方向２２におけ
る撮像容積の先細の形状、すなわち、断面が開口４８に
隣接する端部から、該開口とは反対側の磁石コイル１２
の方へ向かって増大する形状を成形するのに有用であ
る。

【００１２】次に図４について説明すると、ヨーク開口
４８の底面５２に位置決めされた磁気部材５０と同様
に、傾斜した磁極面１４４が成形又は輪郭形成されるこ
とに留意されたい。この輪郭（凹凸又は曲線）形成は、
Ｙ軸（２４）及びＺ軸（１８）方向（図２参照）のうち
のいずれか一方向又は両方向において行い得る。磁気部
材５０はＮｂＴｉ（ニオブ・チタン）のような超伝導材
料で製作することができ、また、輪郭又はプロフィール
５１は磁石コイル１２の巻装ワイヤ５３によって近似さ
せ又は形成することができる。移動可能な患者支持体５
４が撮像容積１６の直ぐ下に配置され、この実施形態で
は、撮像容積１６は角柱形の容積である。全体的に４９
（図５参照）で表された磁石コイル１２の軸は、患者支
持体５４の下側にあって患者支持体に平行である。患者
支持体５４は、撮像しようとする領域及び／又は実行し
ようとする外科的処置が撮像容積１６内に適切に位置決
めされるように患者５６（破線で示す）を位置決めする
ために、Ｘ軸（２２）、Ｙ軸（２４）及びＺ軸（１８）
方向に移動可能である。ここで、先細の撮像容積は、外
科的処置が開始又は針の挿入が開始する点である上側領
域で小さく、すなわち、細くなっていて、このような処
置が患者５６の体内へ進むにつれて断面が増大すること
に留意されたい。

【００１３】次に図５について説明すると、コイル巻線
６０は輪郭形成した面６４で示すように厚さが変化する
ように巻装することができ、また患者支持体５４及び患
者５６の下方に位置決めされる。更に、鉄のような磁気
材料を、部材６２として使用して成形することができ
る。コイル巻線６０はまた、超伝導部材６２の下方に隔
たって位置決めした椀形の磁気ヨーク組立体６６を通り
抜ける。ヨーク組立体６６は、輪郭形成した面６４から
は遠い方の面に輪郭形成した面６８を含む。磁気部材６
２及び６６の成形及び巻線６０の配置は、超伝導磁石１
０の撮像側及び背面側のそれぞれの電流密度又はパター
ン、或いはその両方を制御すると共に、磁路を構成し
て、撮像容積内の磁場の均一性を最適化するように選択
される。

【００１４】先細の仮想の容積１６及び３８は、真に直
円錐又は角柱である必要はない。斜円錐又は角柱、ある
いは変形した円錐又は角柱も多くの介入処置に適してい
る。撮像容積は「全体的に適用」し得る、すなわち、断
面が全体的に、磁極片（２８）相互間で開口４８からヨ
ーク３０の方へ内向き方向に増大するもの（図１及び図
３参照）である。更に、撮像容積１６及び３８内の高度
に一様な磁場均一性は、単調な磁場勾配、すなわち５Ｍ
Ｔ／Ｍ（５ミリテスラ／メータ）の勾配が許容可能であ
るような或る特定の介入処置にとっては、必要でないこ
とがある。「単調な磁場勾配」とは、磁場が着実に変化
する勾配、すなわち、何ら減少する区域のない増大する
勾配である。この増大は、例えば、線形関数である。

【００１５】超伝導磁石１０は、磁石が患者５６の下の
プラットフォームを構成しているので「プラットフォー
ム磁石」と呼ばれることがあり、先細の撮像容積１６及
び３８が患者支持体５４の上方に延在する。これによ
り、二重磁極面開放型構造ＭＲＩ設計で必要とされ且つ
それらの間に延在するスペーサ及び支持体によって妨げ
られることのない実質的に開放した空間が得られる。

【００１６】プラットフォーム超伝導磁石内の全体的に
先細の撮像容積を、球形又は円筒形の撮像容積の代わり
に生成し利用することにより、最適化した先細の撮像容
積の均一性を最小のコストで提供するために、磁石の磁
気部材の配置、成形及び輪郭形成、並びに電流密度又は
パターンの成形において、かなりの設計上の融通性が得
られる。

【００１７】本発明を特定の好ましい実施形態について
詳述したが、構成の細部、部品の配列及び組合せ、並び
に使用する材料の種類について種々の変更を、本発明の
真の精神および趣旨の範囲内でなし得ることを理解され
たい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＲＩ磁石の簡略破断斜視図であり、拡大した
角柱形撮像容積を、誇張して例示し易い位置に示す。

【図２】撮像容積のＸ、Ｙ及びＺ座標軸を示す略図であ
る。

【図３】円錐形撮像容積と、図１又は図３の実施形態に
使用するのに適した成形した磁極とを示す略図である。

【図４】本発明の他の形態を示す略図であり、理解し易
くするために撮像容積を実線で示し、またＭＲＩ磁石内
での撮像容積の位置を最もよく示している。

【図５】本発明の他の形態を示す略図である。

【符号の説明】

１０ 超伝導磁石 １２ 超伝導コイル １４ ヘリウム容器 １６ 先細の撮像容積 １８ 直交軸 ２２ 垂直軸 ２４ 水平軸 ２８ 磁極 ３０ ヨーク組立体 ３４ 磁極面 ３８ 撮像容積 ４０ 頂部 ４２ 底部 ４４ 傾斜した磁極面 ４６ 丸い突出部 ４８ 開口 ４９ 磁石コイルの軸 ５０ 磁気部材 ５１ 輪郭形成した面 ５２ 底面 ５３ 巻装したワイヤ ５４ 患者支持体 ５６ 患者 ６０ コイル巻線 ６２ 超伝導部材 ６４ 輪郭形成した面 ６６ 椀形の磁気ヨーク組立体 ６８ 輪郭形成した面 ７０ 磁路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・ジョン・ヘイヴンズ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、マディソン・アベニュー、 1208番 Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB32 AB37 AB47 AD08 CA02 CA16 CA18 CA43 CA52 CA58

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気共鳴撮像状態での介入処置に使用す
   るのに適した開放型構造の超伝導プラットフォーム磁石
   （１０）であって、 磁気材料の成形したヨーク組立体（３０）と、 前記ヨークから隔たった開放した接近可能な空間を持つ
   ように患者を位置決めするための患者支持体（５４）
   と、 前記患者支持体の下方にその軸（４９）を持つ、前記ヨ
   ークに接する超伝導コイル組立体（１２）と、を有し、 前記ヨークは、前記患者支持体の上方の撮像容積内に均
   一な磁場を形成するように成形されている部分（４４，
   ５０）を含んでおり、 前記コイル組立体及び磁気部材は、断面が先細になって
   いる撮像容積の磁場（３８）を形成するように成形され
   且つ配置されており、前記先細の断面が前記磁気コイル
   から遠くなるにつれて小さくなること、を特徴とする開
   放型構造の超伝導プラットフォーム磁石（１０）。
2. 【請求項２】 前記コイル組立体の軸が前記患者支持体
   に平行である、請求項１記載の超伝導プラットフォーム
   磁石。
3. 【請求項３】 前記撮像容積の断面の増大が線形であ
   る、請求項１記載の超伝導プラットフォーム磁石。
4. 【請求項４】 前記撮像容積は、円形及び矩形断面から
   選択された錐形である、請求項３記載の超伝導プラット
   フォーム磁石。
5. 【請求項５】 前記撮像容積は直円錐台形の容積であ
   る、請求項４記載の超伝導プラットフォーム磁石。
6. 【請求項６】 超伝導材料の成形した層が前記ヨークと
   前記患者支持体との間に配置されている、請求項１記載
   の超伝導プラットフォーム磁石。
7. 【請求項７】 介入処置のために自由な患者への接近が
   行えるようにした、患者の磁気共鳴撮像を行うための超
   伝導プラットフォーム磁石（１０）であって、 磁気材料のヨーク組立体（３０）と、 前記ヨークに接する超伝導磁石コイル組立体（１２）
   と、 患者への接近を最大にするように前記超伝導コイル組立
   体の上方に配置された患者支持体（５４）と、を有し、 前記ヨーク組立体は、前記患者支持体の上方の領域内に
   全体的に先細の撮像容積（３８）を形成するための成形
   した面（４４，５１）を含んでおり、前記先細の撮像容
   積の断面が前記患者支持体の区域から前記超伝導磁石コ
   イル組立体へ向かって増大していること、.を特徴とす
   る超伝導プラットフォーム磁石（１０）。
8. 【請求項８】 前記ヨークの直交する面（４４，５１）
   が前記撮像容積内の磁場均一性を改善するように成形さ
   れている、請求項７記載の超伝導プラットフォーム磁
   石。
9. 【請求項９】 前記ヨークは、前記患者支持体に対して
   傾斜（４４）した磁極（２８）を含んでいる、請求項７
   記載の超伝導プラットフォーム磁石。
10. 【請求項１０】 前記ヨークの前記磁極は、前記撮像容
    積内に全体的に先細の磁場を形成するように成形されて
    いる、請求項９記載の超伝導プラットフォーム磁石。