JP2005521434A - 機械的振動の減衰により騒音を抑制する磁気共鳴断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

ＭＲＴ装置、特に傾斜磁場コイル及び磁石容器における機械的振動の強い制振による騒音抑制は、負の剛性の中心部を有する複合材料の使用によって行なわれる。本発明は、一般的には、医学の分野において被検者の検査に適用される核スピン断層撮影（同義語：磁気共鳴断層撮影、ＭＲＴ）に関する。特に、本発明は、多くの面でシステム全体に悪影響を及ぼす装置構成要素の振動が低減される磁気共鳴断層撮影装置に関する。本発明による核スピン断層撮影装置は内部空間（１５）を包囲し区画する磁石容器（１２）によって包囲された静磁場磁石（１）を有し、この内部空間（１５）に傾斜磁場コイルが存在する。内部空間（１５）を区画する磁石容器（１２）の内側に、傾斜磁場コイルシステム（２）の切換時に発生する音響振動を吸収するために、負の剛性を有する材料（１４）からなる制振要素が設けられている。

Description

本発明は、一般的には、医学の分野において患者の検査に適用される核スピン断層撮影（磁気共鳴断層撮影と同義語であるので、以下では磁気共鳴断層撮影または略してＭＲＴとも呼ぶ）に関する。特に、本発明は、多くの点でシステム全体に悪影響を及ぼす装置構成要素の振動を低減した磁気共鳴断層撮影装置に関する。

ＭＲＴは核スピン共鳴の物理現象を基礎とし、画像形成方法として１５年以上前から医学や生物物理学の分野で成功裡に使用されている。この検査方法では、被検体は強力な一定磁場に曝される。これによって、それまで無規則に配列されていた被検体内の原子核スピンが整列する。その場合、高周波はこの「整列した」核スピンに特定の振動を励起する。ＭＲＴで、この振動が適当な受信コイルにより受信される本来の測定信号を形成する。傾斜磁場コイルで作られた非均一な磁場を使用することによって、被検体は３つの全空間方向に空間的にコード化される。この方法は撮像されるべき断層の自由な選択を可能にし、それによって人体の断層画像をあらゆる方向で撮影することができる。医療診断分野における断層画像形成法としてのＭＲＴは、まず第一に非侵襲の検査方法として多方面にわたるコントラスト能力が優れている。軟組織の卓越した表示能力により、ＭＲＴはＸ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に比べて何倍も勝っている方法に成長した。ＭＲＴは、秒から分の範囲の測定時間において抜群の画質を可能にするスピンエコーシーケンス及びグラジエントエコーシーケンスの使用を基礎としている。

ＭＲＴ装置の構成要素の絶え間ない技術的な発展と、高速の画像形成シーケンスの導入とにより、ＭＲＴは医学の分野でままます使用領域を広げてきた。最小侵襲外科の検査のためのリアルタイム画像形成、神経医学における機能的な画像形成、心臓学におけるパフュージョン測定は、僅かの数例にすぎない。

このようなＭＲＴ装置における中心部分の１つの基本構造を図２に示す。この図は、内部空間に均一な静磁場を発生する超伝導静磁場磁石１（例えば能動的漏洩磁場シールド付きの軸方向超伝導空心コイル磁石）を示す。超伝導静磁場磁石１の内部は液体ヘリウムに浸されているコイルからなる。静磁場磁石は、一般に特殊鋼製の２つの殻からなるタンク１２によって包囲されている。液体ヘリウムを内蔵し部分的に磁石コイルの巻胴としても役立つ内側タンクが、低熱伝導性のガラス繊維強化プラスチック製ロッドを介して室温の外側タンクに懸架されている。内側タンクと外側タンクの間は真空である。内側タンク及び外側タンクは磁石容器と呼ばれている。

支持部材７により、円筒状の傾斜磁場コイル２が、静磁場磁石１の内部空間における支持管内部へ同心的に挿入されている。支持管は外側に位置する外側殻８と、内側に位置しる内側殻９とから構成されている。殻１０の機能は後述する。

傾斜磁場コイル２は、それぞれ印加電流に比例する空間的に互いに垂直な傾斜磁場を発生する３つの部分巻線を有している。図３に示されているように、傾斜磁場コイル２はｘコイル３、ｙコイル４及びｚコイル５を含む。これらのコイルはそれぞれコイル鉄心６に巻装されており、傾斜磁場を直交座標ｘ，ｙ，ｚの方向に発生する。これらの各コイルは、パルスシーケンス制御装置にプログラムされたシーケンスに従って正確な振幅かつ正確な時点で互いに独立の電流パルスを発生するために、それぞれ専用の電流供給源を備えている。必要な電流は約２５０Ａまでの範囲にある。

傾斜磁場コイルの内側には高周波コイル（ＨＦ共振器又はアンテナ）がある。高周波コイルは、電力送出器から発送された高周波パルスを原子核励起のための交番磁界に変換し、引続いて歳差運動をする核モーメントから出る交番磁界を受信路に供給される電圧に変換する責務を有している。

傾斜磁場の投入時間をできるだけ短くしようとすることから、２５０ｋＡ／ｓの大きさの電流上昇率が必要である。静磁場磁石１が発生する非常に強い磁場（典型的な例では０．２〜１．５テスラ）では、このような開閉動作にともなって、その際に発生するローレンツ力に基づいて強い機械的振動が引き起こされる。傾斜磁場システムに機械的に結合されている全てのシステム構成要素（ハウジング、カバー、静磁場磁石のタンクつまり磁石容器、高周波コイル等）は強制的に振動を励起させられる。

傾斜磁場コイルは一般に導電性構造物（例えば特殊鋼からなる磁石容器）によって包囲されているために、これらの構造物にはパルス化された磁場によって渦電流が発生させられ、渦電流は、静磁場との相互作用によってこれらの構造物に力作用を及ぼし、これらの構造物にも同様に振動を励起させる。

ＭＲＴ装置の種々の構成要素におけるこれらの振動は多くの観点でＭＲＴシステムに悪影響を及ぼす。例えば次のとおりである。
１．患者、操作者及びＭＲＴ装置の近くにいる他の人々を悩ます強い空気音（騒音）を発生する。
２．傾斜磁場コイル及び静磁場磁石の振動や、静磁場磁石の内部空間つまり傾斜磁場コイルの内部空間内にある患者寝台及び高周波共振器への振動伝達は、不十分な診断画像品質となって現われ、これはさらに誤診すらも招きかねない（例えば、機能的な画像形成すなわちｆＭＲＩの場合）。
３．外側タンクの振動がガラス繊維強化プラスチック製ロッドを介して内側タンクに伝達されるか、もしくは超伝導体自身が振動を励起させられると、超音波噴霧器におけると同じように、タンク内部においてヘリウム気化の増大が起こるので、かなり大量の液体ヘリウムが補給されなければならず、このことがコスト増につながる。
４．床への振動伝達もしくは床からの振動伝達を阻止するために、光テーブルと同様な振動吸収システムが必要になることによっても、高コストが発生する。

従来技術では、傾斜磁場コイルと断層撮影装置の他の構成要素（磁石容器、患者寝台等）との間における振動エネルギーの伝達に対抗するために、機械的及び／又は電気機械的な振動ダンパが使用されている。一般には受動的に作用する例えばゴム支承体が使用されるが、あるいはしかし例えば傾斜磁場コイルに組み込まれた圧電式アクチュエータが使用される。圧電式アクチュエータは、秩序ある作動の時に能動的な対抗制御を可能にし、それにより傾斜磁場コイルの振動振幅を減衰させる。磁石容器の振動は通常、傾斜磁場コイルに対するクッションによって機械的に制振される。

振動減少のために次の受動的措置も普通に行なわれる。
− 振動発生源のカプセル収容
− 厚く重い材料の使用
− 「外側」から塗った制振層（例えばタール）

米国特許４９５４７８１号明細書によれば、特にＭＲＴ装置の内部を介する騒音発生経路、すなわち傾斜磁場コイルの振動により騒音が発生し、その騒音が傾斜磁場コイル内にある支持管（図２の８，９）に伝達され、その騒音がさらに内側に向けて患者や内部空間へ放射されるという騒音発生経路を遮断するために、支持管の二重層の内側に、制振作用を有する粘弾性層１０が設けられている。

さらに、支持管と傾斜磁場コイルとの間の範囲に音響吸収材いわゆる吸音フォームを挿入することによって上述の騒音発生経路の遮断を達成することは公知である。

それにもかかわらず今日普通のＭＲＴ装置の音響放射はいずれにしてもなおも非常に大きい。

従って、本発明の課題は、ＭＲＴ装置の作動時における騒音伝達を更に減少させることにある。

この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項により解決される。従属請求項は本発明の中心思想を特に有利に展開する実施態様である。

すなわち、本発明は、内部空間を包囲し区画する磁石容器によって包囲された磁石体を有し、この内部空間に傾斜磁場コイルシステムが存在する磁気共鳴断層撮影装置を提供する。内部空間を区画する磁石容器の内側に、傾斜磁場コイルシステムの切換時に発生する音響振動を吸収するための制振要素が設けられている。この制振要素は本発明に従って負の剛性を有する材料を含む。

制振のために本発明により提案された材料は、制振作用をするために、例えば特に圧電アクチュエータを用いる能動的な振動抑制の場合とは異なり、対抗作用をさせられるべき変形に関する情報を必要としない。本発明により提案された材料は、相応の材料特性を利用することによって（技術的に実現される制振要素の構造毎に生じる特性を利用することによってではなく）、純粋に受動的に作用する。

他の主たる利点は、本発明により提案された材料が空間的および機械的に適合した形で製造可能であるということにある。これは、例えば傾斜磁場コイルのように非常に高密度に集積化されているアセンブリ内でもこの材料の使用を可能にする。本発明により提案された材料を備えた制振装置は他の電子制御装置なしに動作することから、従来技術による受動的な制振とは異なり、画像形成過程の障害の問題はない。

好ましいことに、傾斜磁場コイルから磁石容器や高周波共振器及び患者寝台への振動伝達（これは上述の欠点を招く）が抑制される。

同様に音響振動を吸収するために、この種の制振要素が化粧部材と磁石容器との間並びに磁石容器と床との間に配置されると好ましい。

制振要素が複合支承材料からなると好ましい。

特に、支承材料が負の剛性の包囲体を有するとよい。

制振要素を構成する材料が、本発明の他の実施態様では、傾斜磁場コイル自体の内部における振動抑制に使用されている。

制振要素は種々の幾何学的形状で形成することができる。板、リング又はリング断片などが考え得る。

以下において添付図面による実施例に基づいて本発明の他の利点、特徴及び特性を更に詳細に説明する。
図１は静磁場磁石及びこれによって包囲された内部空間の構成要素を示す断面図、
図２は静磁場磁石の斜視図、
図３は３つの部分巻線を備えた傾斜磁場コイルの斜視図である。

図１はＭＲＴ装置の静磁場磁石１の概略断面図を示す。静磁場磁石１によって包囲される内部空間には傾斜磁場コイル２がある。さらに、図１はいくつかの化粧部材１１と、ＭＲＴ装置が設置されている床１３とを模範例として示す。静磁場磁石１は、液体ヘリウム中に浸されている超伝導磁石コイルを有し、２つの殻からなるタンク１２によって包囲されている。タンク１２は磁石容器とも呼ばれる。

図１に概略的に示されているシステムは振動発生源として傾斜磁場コイル２を持っている。

本発明は、特定の戦略的な個所に制振要素１４を使用することによって騒音伝達を減少させることを可能にする。

戦略的な個所は、傾斜磁場コイル２と磁石容器１２との間もしくは磁石容器１２と床１３との間並びに磁石容器１２と化粧部材１１との間である。

傾斜磁場コイル２と磁石容器１２との間もしくは磁石容器１２と床１３との間並びに磁石容器１２と化粧部材１１との間において負の剛性を有する材料の使用によって無規則な機械的制振を実現することが提案される。

同様に、この材料を傾斜磁場コイル２自体の内部における振動を抑制するために使用することが提案される。この場合、この材料が振動振幅を減少させるために波腹の位置に配置されていると好ましい。

負の剛性は、材料が変位にともなう変形力に逆方向に反応することを意味する。この作用は、一方向への膨張時に予想外にその方向に対して垂直な方向に広がるかなり圧縮できるフォームの特性とは異なる。負の剛性の機械的な例は圧縮付勢されたうず巻ばねであり、このうず巻ばねでは圧縮方向に圧力が他の材料に作用する。

技術的な使用可能性にとって重要なことは、この特性が安定に実現されなければならないことである。

本発明により提案された制振は、受動的かつ機械的に安定した作用原理により、ＭＲＴ装置、特に傾斜磁場コイル及び磁石容器における使用に特によく適している。その非常に高い制振作用は、機械的振動の効果的な抑制を可能にし、それにより望ましくない騒音発生もしくは騒音伝達の抑制に寄与する。

本発明の実施例を示す断面図 静磁場磁石を示す斜視図 傾斜磁場コイルを示す斜視図

符号の説明

１ 静磁場磁石
２ 傾斜磁場コイル
３ ｘコイル
４ ｙコイル
５ ｚコイル
６ コイル鉄心
７ 支持要素
８ 外側殻
９ 内側殻
１０ 粘弾性の制振層
１１ 化粧部材
１２ タンク（磁石容器）
１３ 床
１４ 制振要素
１５ 内部空間

Claims (7)

1. 内部空間（１５）を包囲し区画する磁石容器（１２）によって包囲された静磁場磁石（１）を有し、この内部空間（１５）に傾斜磁場コイルシステム（２）が存在し、内部空間（１５）を区画する磁石容器（１２）の内側に、傾斜磁場コイルシステム（２）の切換時に発生する音響振動を吸収するための制振要素（１４）が設けられている磁気共鳴断層撮影装置において、制振要素（１４）が負の剛性を有する材料を含むことを特徴とする磁気共鳴断層撮影装置。
2. 音響振動を吸収するために、制振要素（１４）が化粧部材（１１）と磁石容器（１２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴断層撮影装置。
3. 音響振動を吸収するために、制振要素（１４）が磁石容器（１２）と床（１３）との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴断層撮影装置。
4. 制振要素（１４）が複合支承材料からなることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の磁気共鳴断層撮影装置。
5. 支承材料は負の剛性の包囲体を有することを特徴とする請求項４記載の磁気共鳴断層撮影装置。
6. 傾斜磁場コイル（２）が負の剛性を有する材料からなる別の制振要素を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の磁気共鳴断層撮影装置。
7. 制振要素が板、リング、リング片等の種々の幾何学的形状によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の磁気共鳴断層撮影装置。

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