JP2007526067A - ブースター鉄を有する磁気共鳴イメージングスキャナ - Google Patents

Abstract

磁気共鳴イメージングスキャナは、時間的に一定の磁界を生成するマグネット（２０）と、時間的に一定の磁界において選択された磁界勾配を重ね合わせる磁界勾配生成構造（３０）と、高周波シールドの内側に備えられ、高周波磁界を選択的に生成する高周波コイル（３２）とを有する。高周波シールド（６４）の内側に備えられている磁界修正構造（６０）は、時間的に一定の磁界を改善する磁気材料（７０_１、７０_２、７０_３、７０_４）の分散粒子を有する。それら粒子は磁気材料における高周波磁場のスキンデプスより少なくとも一の寸法において一般に小さい。磁界修正構造は、時間的に一定の磁界に対して平行な長手方向減磁率（Ｎ_ｚ）と時間的に一定の磁界に対して横断する接線方向に接線方向減磁率（Ｎ_Ｔ）とを有する。長手方向減磁率は接線方向の磁束誘導を生成するように接線方向減磁率より大きい。

Description

本発明は、磁気共鳴技術に関する。本発明は、磁気共鳴イメージングにおける特定のアプリケーションに適用され、特定の参照を用いて説明する。しかしながら、本発明はまた、磁気共鳴スペクトロスコピー及び実質的に一様な主Ｂ_０磁界の恩恵を受ける他の技術におけるアプリケーションに適用される。

軸方向又はｚ方向に短いマグネットボアを有する磁気共鳴イメージングスキャナは、患者の閉所恐怖症を軽減し、侵襲的手順について改善された患者へのアクセスを提供することができる。短いボアマグネットは、例えば、１．５ｍ以下又は１．０ｍ以下のボアの長さを有することが可能である。短いボアマグネットは、しかしながら、典型的には、短いボアの端部で曲がっている磁界のために、長いボアマグネットに比べて静的主Ｂ_０磁界の空間的均一性を低下させる。

磁界均一性を改善するための一方法は“ブースター”鉄を用いることである。この方法においては、磁界修正構造は、主Ｂ_０磁界と併用される鉄又は他の強磁性材料を有する。マグネットコイルは、磁界修正構造に関連してデザインされ、それ故、主磁界及び磁界修正構造は共に、実質的に空間的に均一な静的主Ｂ_０磁界を生成する。ブースター鉄は、短くされたボア長さを補償するように磁界を伸ばす。さらに、ブースター鉄は、典型的には、典型的な主Ｂ_０磁界の大きさ（例えば、１．５Ｔ又はそれ以上）で飽和するため、静的主Ｂ_０磁界におけるブースター鉄の効果は、実質的に磁界勾配に依存しない。マグネットと同時にブースター鉄をデザインすることに代えて、ブースター鉄は、均一性を改善するため、磁界を伸ばすため、又は既に製造されたマグネットにおける主Ｂ_０磁界を改善するために、鉄を付加することにより、マグネット製造後、経験的にデザインされることができる。

一部のデザインでは、磁界修正構造は、高周波信号から周囲の構造を遮蔽する高周波シールド及び高周波コイルの外側に置かれる。この方法は、ブースター鉄と高周波磁界との間の相互作用を実質的に低減させる。しかしながら、ブースター鉄を高周波磁界の外側に置くことは特定の不利点を有する。スキャナ内の空間的制約は、高周波磁界の外側のブースター鉄の配置を困難にする。更に、ブースター鉄は、イメージング領域から更に遠くに移動しているため、イメージング領域内の主Ｂ_０磁界の修正について効果は小さい。それ故、ボア内の付加空間を占めるブースター鉄が必要である。

高周波シールドの内側にブースター鉄を置くことによりイメージングボリュームに対してより近くにブースター鉄を移動させることには問題がある。高周波シールドの内側では、ブースター鉄は高周波Ｂ_１磁界と相互作用し、高周波Ｂ_１磁界を劣化させる。典型的な磁気共鳴イメージング周波数で高周波Ｂ_１磁界の鉄のスキンデプスは小さく、典型的には、１０乃至２０μｍ又はそれより小さい。それ故、高周波Ｂ_１磁界は、ブースター鉄の内側から実質的に排除される。この磁界の排除は、高周波コイルが効率的に動作しないようにし、高周波磁界に不均一性をもたらす。更に、高周波磁界によりブースター鉄内に誘起された渦電流は、磁界歪、画像アーティファクト及びスキャナの内側の有害な加熱をもたらす。

本発明においては、上記の短所及び他の短所を克服する、改善された装置及び方法を検討されている。

一特徴にしたがって、磁気共鳴イメージングスキャナについて開示する。マグネットは時間的に一定の磁界を生成する。１つ又はそれ以上の磁界勾配生成構造は、時間的に一定の磁界に選択された磁界勾配を重畳する。高周波コイル波高集はシールドの内側に備えられ、高周波磁界を選択的に生成する。磁界修正構造は時間的に一定の磁界を改善するようにデザインされている。磁界修正構造は高周波シールドの内側に備えられ、一般に、絶縁性バインダ中に分散された磁気材料における高周波磁界のスキンデプスより少なくとも一桁小さい磁気材料の粒子を有する。

他の特徴にしたがって、磁気共鳴イメージングスキャナについて開示する。マグネットは時間的に一定の磁界を生成する。１つ又はそれ以上の磁界勾配生成構造は、時間的に一定の磁界に選択された磁界勾配を重畳する。高周波コイルは高周波磁界を選択的に生成する。磁界修正構造は、時間的に一定の磁界を改善するようにデザインされている。磁界修正構造は、時間的に一定の磁界に対して横断する接線方向減磁率及び時間邸に一定の磁界に対して平行な長手方向減磁率を有する。長手方向減磁率は、接線方向の持続誘導をもたらすように、接線方向減磁率より大きい。

一有利点は、磁気共鳴イメージングスキャナにおける空間消費を低減することにある。

他の有利点は、接線方向に好ましい磁束誘導を与えることにある。

他の有利点は渦電流の低減にある。

多くの更なる有利点及び利点については、以下に詳述する好適な実施形態を読むとき、当業者に明らかになるであろう。

本発明については、種々の構成要素及び構成要素の構成、種々の処理操作及び処理操作の構成において具体化する。図は、単に例示としての好適な実施形態のためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。

図１を参照するに、磁気共鳴イメージングスキャナ１０は、関連イメージング被検体１６が内部に備えられている一般に円筒形のスキャナボア１４を規定するハウジング１２を有する。主磁界コイル２０はハウジングの内側に備えられ、一般に、スキャナボア１４の中心軸２２に沿って平行に方向付けられた時間的に一定の主Ｂ_０磁界を生成する。中心軸２２は、図１に示す基準ｘ−ｙ−ｚ直交座標系のｚ方向に対して平行に存在する。しかしながら、他の座標系を用いることが可能である。例えば、時間的に一定の主Ｂ_０磁界がｘ方向、即ち、縦方向に方向付けられている縦型マグネットを用いることが可能である。主磁界コイル２０は、典型的には、クライオシュラウディング２４の内側に備えられている超伝導コイルであるが、抵抗性永久磁気主磁石をまた、用いることが可能である。

ハウジング１２はまた、中心軸２２に対して横断する面内方向に沿って又は他の選択された方向に沿って、ボア１４の中心軸２２に対して平行な磁界勾配を選択的に生成するために、磁界勾配コイル２２のような磁界勾配生成構造を収容する又は支持する。ハウジング１２は、更に、磁気共鳴を選択的に励起するための高周波ボディコイル３２を収容する又は支持する。具体的には、高周波ボディコイル３２は、静的主Ｂ_０磁界に対して横断する高周波Ｂ_１磁界を生成する。高周波Ｂ_１磁界は核共鳴を励起するためのラーモア周波数で生成される。^１Ｈ陽子原子核を励起するために、磁気共鳴ラーモア周波数ｆ_ｒｅｓは、一般に、ｆ_ｒｅｓ＝γＢ_０に対応し、ここで、γ＝４２．５８ＭＨｚ／Ｔは^１Ｈ原子核についての磁気回転比であり、Ｂ_０は静的主Ｂ_０磁界である。それ故、例えば、Ｂ_０＝３Ｔにおいては、ｆ_ｒｅｓ＝１２８ＭＨｚである。^１Ｈ陽子原子核が人体中に高濃度で存在し、一般に、磁気共鳴イメージングについて用いられる場合、他の核磁気共鳴が同様に励起され、画像化されることが可能である。

図に示している実施形態では、コイル３２はバードケージコイルである。コイルアレイ３４は磁気共鳴信号を受信するようにボア１４の内側に任意に備えられる。コイルアレイ３４は複数のコイル、具体的には、例示としてのコイルアレイ３４においては４つのコイルを有するが、単一の表面コイルを含む、他のコイルの数を用いることが可能である。更に、任意のコイルアレイ３４は全く省くことが可能であり、磁気共鳴信号を受信するためにボディコイル３２を用いることが可能である。ハウジング１２は、典型的には、スキャナボア１４を規定するバードケージコイル３２の内側に装飾用内側ライナー３６を有する。

主磁界コイル２０は、ボア１４内のｚ方向に対して平行な主Ｂ_０磁界を生成する。磁気共鳴イメージング制御器４０は、磁界勾配コイル３０に選択的にエネルギー供給するように磁界勾配制御器４２を操作し、高周波コイル３２に選択的にエネルギー供給するように高周波コイル３２に結合された高周波送信器４４を操作する。磁界勾配コイル３０及び高周波コイル３２を選択的に操作することにより、磁気共鳴が生成され、イメージング被検体１６の対象領域の少なくとも一部において空間的に符号化される。磁界勾配コイル３０を介して選択された磁界勾配を適用することにより、選択されたｋ空間軌道は、例えば、直交座標軌道、複数の円形軌道又は螺旋形軌道のような磁気共鳴信号の取得中に動かされる。代替として、イメージングデータは、選択された磁界勾配方向に沿った投影として取得される。イメージングデータ取得中、磁気共鳴イメージング制御器４０は、磁気共鳴データメモリ５０に記憶される磁気共鳴サンプルを取得するように、図示しているコイルアレイ３４に結合された又は全身用コイル３２に結合された高周波受信器４６を操作する。

イメージングデータは、再構成処理器により画像表現に再構成される。ｋ空間サンプリングデータの場合、再構成アルゴリズムに基づくフーリエ変換が用いられる。フィルタリング逆投影ベースの再構成のような他の変換アルゴリズムをまた、取得された磁気共鳴イメージングデータのフォーマットに応じて用いることが可能である。再構成処理器５２により生成された再構成画像は画像メモリ５４に記憶され、ユーザインターフェース５６に表示され、不揮発性メモリに記憶され、ローカルイントラネット又はインターネットにおいて送信され、視覚化され、記憶され、操作される等が行われる。ユーザインターフェース５６はまた、放射線技師、技術者又は磁気共鳴イメージングスキャナ１０の他のオペレータが磁気共鳴イメージング制御器４０と通信し、磁気共鳴イメージングシーケンスを選択、修正及び実行することを可能にする。

静的主Ｂ_０磁界を広げるように、主Ｂ_０磁界の均一性を改善するように又は主Ｂ_０磁界を修正又は構成するように、複数の強磁性環状リング６２、具体的には、図１に示す実施形態における８つの環状リング６２が、静的主Ｂ_０磁界を改善するようにデザインされて備えられている。８つの環状リング６２が示されているが、リングの他の数及び／又は配置を用いることが可能である。更に、部分的なリング、ロッド又は他の強磁性構造を有する磁界修正構造を用いることが可能である。典型的には、磁界修正構造６０のリング６２の数、分配、形状及び他の幾何学的特徴が、マグネット２０の同時進行のデザイン中に選択される。例えば、それらの磁界修正構造６０の特徴は、磁界修正構造６０と関連するマグネット２０により生成される静的磁界の有限要素法のモデル最適化中に適切に最適化される。

図１においては、磁界修正構造６０は、高周波コイル３２と高周波コイル３２の高周波シールド６４との間に配置される。この位置において、それは高周波コイル３２により生成される高周波Ｂ_１磁界と重畳し、相互作用する。例えば、３Ｔの静的磁界内の^１Ｈ陽子についての１２８ＭＨｚの共振周波数のような典型的な磁気共鳴周波数で、強磁性材料への高周波Ｂ_１磁界の進入は、典型的には約１０乃至２０μｍ又はそれより小さいスキンデプスに制限される。例えば、ｆ_ｒｅｓ＝１２８ＭＨｚを用いる場合、強磁性材料は飽和しているため、比透磁率はμ_Ｔ約１であり、導電率は約１ｘ１０^７Ｓ／ｍであり、スキンデプスδ（ｆ_ｒｅｓ）はおよそ次式のようであり、
δ（ｆ_ｒｅｓ）≒１／√（πｆ_ｒｅｓμ_ｒμ_０σ）＝１４μｍ （１）
ここで、μ_０＝４πｘ１０^―７Ｈ／ｍは自由空間の透磁率であり、積μ_ｒμ_０は強磁性材料の絶対透磁率である。スキンデプスより実質的に大きい大きさを有する強磁性粒子における磁界は、強磁性粒子の内側から実質的に排除される。そのような磁束排除は、高周波コイル３２の性能に悪影響を与える。

図２Ａ及び２Ｂを参照するに、第１実施形態において、磁界修正構造６０_１（図２Ａ及び２Ｂの特定の参照番号の添え字“１”は磁界修正構造６０の実施形態に対して特定の構成要素を示している）は、絶縁性バインダ７２中に分散された強磁性粒子７０_１から成る強磁性環状リング６２_１を有する。一例の実施形態においては、強磁性粒子７０_１は高純度の鉄粒子、鉄−コバルト合金粒子のような鉄合金粒子等であり、バインダ７２は、ポリマー、樹脂等の電気的に絶縁性の非磁性材料である。

強磁性粒子７０_１からの高周波Ｂ_１磁界の磁束排除を実質的に低減するように、それらの粒子は、少なくとも一つの寸法（例えば、長さ、幅及び深さの少なくとも一又はリング形状の粒子の環状断面寸法）において、高周波Ｂ_１磁界が強磁性粒子７０_１に入ることを可能にするように、強磁性材料における高周波Ｂ_１磁界のスキンデプスより一般に小さい。表現、スキンデプスより“一般に小さい”は、強磁性粒子７０_１が一部の粒子がスキンデプスより大きいことが可能である統計的サイズ分布を有することが可能であると理解することができる。そのような場合、統計的分布は、殆どの粒子がスキンデプスより少なくとも一の寸法において小さい、それ故、磁束排除は実質的に低減されるような分布である。

強磁性環状リング６２_１は、一般に伸長方向を有しない、即ち、一般に、全ての寸法において強磁性材料内の高周波Ｂ_１磁界のスキンデプスより小さい強磁性粒子７０_１を有する。磁束排除は、強磁性粒子７０_１のサイズが減少するにつれて減少する。特定の一実施形態においては、強磁性粒子７０_１は、一般に、高周波磁界のスキンデプスの約１／１０より小さい。他の特定の実施形態においては、強磁性粒子７０_１は、一般に、約１０μｍより小さく、そのサイズは典型的な磁気共鳴周波数における典型的な強磁性材料のスキンデプスに相当する。他の特定の実施形態においては、強磁性粒子７０_１は、一般に、約４μｍより小さく、そのサイズは典型的な磁気共鳴周波数における典型的な強磁性材料のスキンデプスの約１／３に相当する。

バインダ７２中に分散された強磁性粒子７０_１の充填率は、静的主Ｂ_０磁界の望ましい磁界修正を与えるに十分大きい必要がある。一実施形態においては、その充填率はボリュームの少なくとも約５０％である。特定の実施形態の充填率は、環状リング６２_１の強磁性特性を決定する。充填率はまた、磁界修正構造のデザインにおいて用いられる。このデザインは、主磁界コイル２０のデザインと同時に、例えば、磁界コイル２０と磁界修正構造６０_１の両方を組み込む有限要素法のモデル最適化により実行することができる。代替として又は付加的に、磁界修正構造６０_１又はその一部が、例えば、製造上の欠点について静的主Ｂ_０磁界を補正するように製造されるマグネットを経験的にシミングすることにより、経験的にデザインされる。どのように及びいつ、そのデザインが実行されるかに拘わらず、磁界修正構造６０_１のデザインは、バインダ７２中に分散される強磁性粒子７０_１の特定の強磁性粒子を組み込む。

図３Ａ及び３Ｂを参照するに、第２実施形態においては、磁界修正構造６０_２（図３Ａ及び３Ｂの特定の参照番号の添え字“２”は磁界修正構造６０の第２実施形態に対して特定の構成要素を示している）は、絶縁性バインダ７２中に分散された強磁性材料のロッド、たばこ型粒子又はワイヤのような伸長された強磁性粒子７０_２から成る強磁性環状リングを有する。伸長された強磁性粒子７０_２は、例えば、鉄充填剤又は鉄ウィスカーであることが可能である。図３Ａ及び３Ｂの磁界修正構造６０_２は、図２Ａ及び２Ｂの幾何学的に等方的な強磁性粒子７０_１が図３Ａ及び３Ｂに示す伸長された強磁性粒子７０_２で置き換えられる点で、図２Ａ及び２Ｂの磁界修正構造６０_１と異なる。

強磁性粒子７０_２から高周波Ｂ_１磁界の磁束排除を実質的に低減するように、伸長された強磁性粒子７０_２の断面寸法（例えば、円形ワイヤの場合のワイヤの直径）は、一般に、強磁性材料内の高周波Ｂ_１磁界のスキンデプスより小さい。特定の一実施形態においては、伸長された強磁性粒子７０_２は、高周波磁界のスキンデプスの約１／１０より小さい断面寸法を有する。他の特定の実施形態においては、その断面は、一般に、約１０μｍより小さい。他の実施形態においては、強磁性粒子７０_２の断面寸法は、一般に、約４μｍより小さい。バインダ７２中に分散された強磁性粒子７０_２の充填率はボリュームの少なくとも約５０％である。

図３Ａ及び３Ｂにおいては、伸長された粒子７０_２は、接線方向（図中に“Ｔ”でラベリングされた曲線的な矢印で示している）と実質的にアライメントされているように示している。その接線方向は、どこでも、ｚ方向に対して横断する。その接線方向はまた、ｘ−ｙ面に対して平行である径方向に対して横断する空間における各々のポイントであり、中心軸２２から空間におけるそのポイントに方向付けられる。

伸長された強磁性粒子７０_２の接線方向のアライメントは、例えば、液体の状態のバインダとバインダ中の伸長された強磁性粒子を分散すること、及びバインダが硬化される又は固化される間にアライメント磁界を適用することにより達成される。下で説明するように、図３Ａ及び３Ｂに示す伸長された強磁性粒子７０_２の接線方向の配向は、有利な磁束誘導を与えることができる。しかしながら、他の検討された実施形態においては、伸長された強磁性粒子７０_２の配向は実質的にランダムである。

更に、図３Ａは、環状リング６２が不連続であることを示している。例えば、図３Ａは、リング６２_２におけるギャップ６６を示している。ギャップ６６のようなギャップは磁束誘導の実施形態のために含まれるが、そのようなギャップは比較的少ない必要があり、各々のギャップは狭い必要がある。

図４Ａ及び４Ｂを参照するに、第３実施形態においては、磁界修正構造６０_３（図４Ａ及び４Ｂの特定の参照番号の添え字“３”は磁界修正構造６０の第３実施形態に対して特定の構成要素を示している）は、絶縁性バインダ７２中に分散されている強磁性材料の平板又はディスクのような一般に平面的な強磁性粒子７０_３を有する強磁性環状リング６２_３を有する。図４Ａ及び４Ｂの磁界修正構造６０_３は、図２Ａ及び２Ｂの幾何学的に等方性粒子７０_１が図４Ａ及び４Ｂに示す一般に平面的な粒子７０_３により置き換えられている点で、図２Ａ及び２Ｂの磁界修正構造と異なることが理解できる。

一般に平面的な強磁性粒子７０_３から高周波Ｂ_１磁界の磁束排除を実質的に低減するように、一般に平面的な強磁性粒子７０_３の厚さは、強磁性材料における高周波Ｂ_１磁界のスキンデプスより一般に小さい。特定の一実施形態においては、一般に平面的な強磁性粒子７０_３は、高周波磁界のスキンデプスの約１／１０より一般に小さい厚さを有する。他の特定の実施形態においては、その厚さは、一般に、約１０μｍより小さい。他の特定の実施形態においては、その粒子７０_３の厚さは、一般に、約４μｍより小さい。バインダ７２中に分散されている強磁性粒子７０_２の充填率はボリュームの少なくとも約５０％である。

図４Ａ及び４Ｂにおいては、一般に平面的な強磁性粒子７０_３は、主Ｂ_０磁界の方向に一致するｚ方向と平行に且つ接線方向に対して横断して実質的にアライメントされた面法線と共に示されている。そのようなアライメントは、例えば、液体の状態のバインダによりバインダ中に一般に平面的な強磁性粒子７０_３を分散すること、及びバインダが硬化される又は固化される間にアライメント磁界を適用することにより達成される。下で説明するように、図４Ａ及び４Ｂに示す一般に平面的な強磁性粒子７０_３の配向は、有利な磁束誘導を与えることができる。しかしながら、他の検討された実施形態においては、一般に平面的な強磁性粒子７０_３の配向は実質的にランダムである。一般に平面的な強磁性粒子７０_３のランダムな配向は、一般に平面的な強磁性粒子７０_３の断面領域が比較的小さいときに特に適切である。

図５Ａ及び５Ｂを参照するに、第４実施形態においては、磁界修正構造６０_４（図５Ａ及び５Ｂの特定の参照番号の添え字“４”は磁界修正構造６０の第３実施形態に対して特定の構成要素を示している）は、絶縁性バインダ７２中に分散されている、図２Ａ及び２Ｂの第１実施形態の粒子７０_１と同様な粒子のような、一般に幾何学的に等方性の平面的な強磁性粒子７０_４を有する強磁性環状リング６２_４を有する。強磁性環状リング６２_４は、環状リング６２_４がバードケージコイル３２のはしご状構造と略同じ径方向の位置（中心軸に対して）に配置されている点で、第１実施形態の環状リング６２_１と異なる。環状リング６２_４とバードケージコイル３２のはしご状構造との間の重なり合いを適応させるように、強磁性環状リング６２_４各々は、はしご状構造が配置されているギャップ６８を有する。換言すれば、それらの環状リング６２_４の強磁性材料はバードケージコイル３２のはしご状構造間に配置されている。このような構成は、バードケージコイル３２のはしご状構造と高周波スクリーン６４との間のギャップが第１実施形態に対比して狭くなることを可能にする。代替として、連続的な環状リング部分は、はしご状構造の内側に、外側に又はそれら両方に、径方向にバードケージコイルのはしご状構造の周りで伸長されることが可能である。

図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃを参照するに、第５実施形態においては、磁界修正構造６０_５（図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃの特定の参照番号の添え字“５”は磁界修正構造６０の第３実施形態に対して特定の構成要素を示している）は、バインダ中の粒子のように分散されない強磁性材料を有する強磁性環状リング６２_５を有する。例えば、強磁性環状リング６２_５は、単一の又は積層された鉄リング、鉄合金リング又は他の強磁性材料のリングであることが可能である。リング６２_５は、好適には、接線方向において完全な回路を構成するが、ギャップ６６のような１個又は数個の狭いギャップを有することが可能である。

磁界修正構造６０_５は、接線方向の磁束誘導を高める環状リング６２_５を有する。適用される外部の磁界Ｈ_ｅｘｔに対応する強磁性オブジェクトにおける磁界Ｈ_ｏｂｊは次式で与えられ、
Ｈ_ｏｂｊ＝Ｈ_ｅｘｔ−ＮＭ_ｓａｔ （２）
ここで、Ｍ_ｓａｔは飽和磁化であり、Ｎは減磁率である。この項ＮＭ_ｓａｔは減磁界と呼ばれ、強磁性材料については、適用される外部磁界Ｈ_ｅｘｔに対して反対に方向付けられる。飽和磁化Ｍ_ｓａｔは材料を特徴付けるものであり、減磁率Ｎはオブジェクトの物理的且つ幾何学的構成を特徴付けるものである。

例えば、球状オブジェクトは、方向に依存しない等方性の減磁率Ｎを有する。ワイヤ状又はロッド状オブジェクトは、そのワイヤ又はロッドに対して平行に方向付けられた適用されている外部磁界について約０の減磁率の成分と、そのワイヤ又はロッドに対して平行に方向付けられた適用されている外部磁界について非ゼロの減磁率の成分とを有する。一般に平面的なオブジェクトは、面内方向について約０の減磁率の成分と、その面に垂直方向に、即ち、その面に対して横断する方向に非ゼロの減磁率の成分とを有する。一般に、減磁率Ｎは、小さい空間の広がりの方向において大きい成分と、大きい空間の広がりの方向において小さい成分とを有する。

図６Ｃを参照するに、強磁性環状リング６２_５は、接線方向に対して横断する径方向における環状リング６２_５の幅ｄ_ｒに対して小さいｚ方向の厚さｄ_ｚを有する。連続的なリングについての又は１個又は数個の狭いギャップを有するリングについての接線方向における環状リング６２_５の範囲は厚さｄ_ｚか又は幅ｄ_ｒのどちらかより大きい。接線方向に環状リング６２_５の伸長する性質に比べて小さい厚さｄ_ｚのため、ｚ方向における減磁率成分Ｎ_ｚは接線方向における減磁率成分Ｎ_Ｔに比べて実質的に大きい。即ち、Ｎ_ｚ＞＞Ｎ_Ｔである。これは、Ｎ_Ｔを表すための細い矢印とＮ_ｚを表すための長く太い矢印を用いて、図６Ｃに示している。等方性の飽和磁化Ｍ_ｓａｔについては、それ故、環状リング６２_５の磁束は接線方向に好適に誘導される。ｚ方向において、比較的大きいＮ_ｚはｚ方向における減少した磁束を生成する磁束から減算する。

大きい接線方向の範囲によるＮ_Ｔ≒０について、数値例を与えると、小さい厚さｄ_ｚのためにｚ方向における比較的大きい減磁率成分Ｎ_ｚ＝０．５及び飽和磁化Ｍ_ｓａｔ＝２Ｔ／μ_０を有する強磁性材料は、ｚ方向の式（２）を適用して、次式が与えられる。

Ｈ_{ｏｂｊ，ｚ}＝Ｈ_{ｅｘｔ，ｚ}−Ｎ_ｚＭ_ｓａｔ＝Ｈ_{ｅｘｔ，ｚ}−１Ｔ／μ_０ （３）
接線方向に式（２）を適用すると、次式が与えられる。

Ｈ_{ｏｂｊ，Ｔ}＝Ｈ_{ｅｘｔ，Ｔ}−Ｎ_ｚＭ_ｓａｔ＝Ｈ_{ｅｘｔ，ｚ} （４）
式（３）及び（４）は、環状リング６２_５における磁界のｚ成分は減算因数１Ｔ／μ_０だけ低減され、磁界の接線方向成分は低減されず、そのことは接線方向に好適な磁束誘導をもたらすことを示している。式（３）の結果が１Ｔ／μ_０だけ下回る場合、その材料はｚ方向で飽和していない。

磁束誘導の第５実施形態の環状リングは、バインダ中に粒子として分散されていない強磁性材料を有する。他の検討された磁束誘導の実施形態においては、強磁性リングは、バインダ中に分散された強磁性粒子を有することが可能である。例えば、第１、第２及び第３実施形態の環状リング６２_１、６２_２、６２_３のそれぞれは、それらのリングが径方向でリングの幅と比べてｚ方向で小さい厚さになっている場合、磁束誘導を与えることができる。検討した実施形態においては、ｚ方向において実質的な減磁率を与えるように、リングはｚ方向で数ｃｍの厚さより小さく、更に好適には、ｚ方向で数ｍｍの厚さである。

第２実施形態６０_２は、接線方向の磁束誘導を促進するように有利に配向されている伸長された強磁性粒子７０_２を有する。伸長された強磁性粒子７０_２の伸長方向は接線方向に対して平行であり、そのことは小さい接線方向の減磁率成分をもたらす。ｚ方向において、接線方向に配向されている伸長された強磁性粒子７０_２は、ｚ方向で減磁率成分を改善し、それ故、強磁性粒子７０_２内の磁界のｚ方向の成分を低減する小さい寸法を与える。それ故、環状リング６２_２が、径方向のリングの幅に対してｚ方向で小さいようにデザインされている場合、環状リング６２_２は、接線方向の磁束誘導を典型的に与える。

同様に、第３実施形態６０_３は、一般に、接線方向の磁束誘導を促進するように有利に配向されている伸長された強磁性粒子７０_３を有する。接線方向は、一般に平面的な強磁性粒子７０_３の面内にあり、そのことは小さい接線方向の減磁率成分をもたらす。一般に平面的な強磁性粒子７０_３の面法線はｚ方向に沿って存在し、それ故、それら粒子７０_３はｚ方向の減磁率成分を改善し、したがって、それら粒子７０_３内の磁界のｚ成分を低減するようにｚ方向で小さい。それ故、環状リング６２_３が、径方向におけるリングの幅に対してｚ方向で小さいようにデザインされている場合、環状リング６２_３は、接線方向の磁束誘導を典型的に与える。

第４実施形態の環状リング６２_４は、一般に、それらリングはギャップ６８により切断されているため、制限された接線方向の磁束誘導を与える。ギャップ６８巻の環状リング６２_４のセグメントが、ｚ方向における環状リング６２_４の厚さに比べて接線方向及び径方向で伸長されている場合、特定の接線方向の磁束誘導が達成されることが可能である。

高周波Ｂ_１磁界の接線方向の磁束誘導を促進する磁界修正構造６０の実施形態はまた、磁界勾配コイル３０により生成される磁界勾配の測定の好適な接線方向の磁束誘導を与える。それらの磁界勾配は、ｚ方向に方向付けられている主Ｂ０磁界において加えられるため、それらの磁界勾配は、典型的には、磁界修正構造６０の位置で接線方向において小さい成分を有する又は成分を有しない。更に、勾配磁界の接線方向の磁束誘導は、勾配コイル３０のデザインにおいて磁界修正構造６０を含むことにより更に低減されることが可能である。例えば、磁界修正構造６０は、勾配コイル幾何学的構成の有限要素法のモデル最適化に組み込まれることが可能である。

実施例の磁界修正構造６０については、水平方向に閉じた円筒型マグネット２０を参照して詳述したが、上記実施形態は、鉛直型マグネットスキャナ、非対称スキャナ、開放型スキャナ幾何学的構造等のような他の磁気共鳴イメージングスキャナに容易に適合されるものである。

本発明については、好適な実施形態に関連して詳述した。明らかに、上記の詳細な説明を読んで、理解するときに、種々の修正及び変形が可能であることが当業者には明らかになるであろう。本発明は、特許請求の範囲における範囲又はそれと同等の範囲内に網羅されるようにそのような修正及び変形の全てが含まれるとして解釈される。

高周波シールドとバードケージ高周波コイルとの間に配置された磁界修正構造を有する磁気共鳴イメージングシステムを示す図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの端部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している強磁性粒子を有する、断面図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの側部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している強磁性粒子を有する、断面図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの端部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している伸長された強磁性ワイヤ又はロッドを有する、断面図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの側部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している伸長された強磁性ワイヤ又はロッドを有する、断面図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの端部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している一般に平面的な強磁性プレートを有する、断面図である。 バードケージはしご状構造と高周波スクリーンとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの側部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している一般に平面的な強磁性プレートを有する、断面図である。 はしご状構造とバードケージコイルとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの端部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している強磁性プレートを有する、断面図である。 はしご状構造とバードケージコイルとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの側部の断面図であって、磁界修正構造は絶縁性バインダ中に分散している強磁性プレートを有する、断面図である。 はしご状構造とバードケージコイルとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの端部の断面図であって、磁界修正構造は接線方向の磁束誘導を促進するように形成された強磁性環状リングを有する、断面図である。 はしご状構造とバードケージコイルとの間に配置された磁界修正構造を有する高周波バードケージコイルの側部の断面図であって、磁界修正構造は接線方向の磁束誘導を促進するように形成された強磁性環状リングを有する、断面図である。 ｚ方向及び接線方向における減磁率の表示と共に、図６Ａ及び６Ｂの強磁性環状リングの一を示す斜視図である。

Claims (19)

1. 磁気共鳴イメージングスキャナであって：
   時間的に一定の磁界を生成するマグネット；
   前記時間的に一定の磁界において選択された磁界勾配を重ね合わせる１つ又はそれ以上の磁界勾配生成構造；
   高周波シールド；
   前記高周波シールドの内側に備えられ、高周波磁界を選択的に生成する高周波コイル；及び
   前記時間的に一定の磁界を改善するようにデザインされている磁界修正構造であって、前記磁界修正構造は前記高周波シールドの内側に備えられ、絶縁性バインダ中に分散された磁気材料における高周波磁界のスキンデプスより少なくとも一の寸法において一般に小さい前記磁気材料の粒子を有する、磁界修正構造；
   を有する磁気共鳴イメージングスキャナ。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記バインダ中に分散された前記の磁気材料の粒子はボリュームにおいて少なくとも約５０％の充填率を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
3. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般に、前記磁気材料における前記高周波磁界の前記スキンデプスの約１／１０より少なくとも一の寸法において小さい、磁気共鳴イメージングスキャナ。
4. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般に少なくとも一の寸法において約１０μｍより小さい、磁気共鳴イメージングスキャナ。
5. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般に少なくとも一の寸法において約４μｍより小さい、磁気共鳴イメージングスキャナ。
6. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般に伸長方向を有しない、磁気共鳴イメージングスキャナ。
7. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般にワイヤ形状である、磁気共鳴イメージングスキャナ。
8. 請求項７に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記一般にワイヤ形状である粒子は、前記時間的に一定の磁界に対して一般に横断し且つ接線方向に対して一般に平行である長い方向を有するように配向している、磁気共鳴イメージングスキャナ。
9. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記の磁気材料の粒子は、一般に平面的である、磁気共鳴イメージングスキャナ。
10. 請求項９に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記一般に平面的である粒子は、前記時間的に一定の磁界に対して一般に平行である面法線を有して配向している、磁気共鳴イメージングスキャナ。
11. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記高周波コイルは複数の平行なはしご状構造を有し、前記磁気材料の粒子は前記はしご状構造間の少なくとも一部に配置されている、磁気共鳴イメージングスキャナ。
12. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記磁界修正構造は：
    磁気材料の粒子を有する複数の一般環状構造であって、前記一般環状構造は前記時間的に一定の磁界に対して一般に横断して配向し、前記一般環状構造は前記時間的に一定の磁界に対して横断して伸長している環状断面を有する、一般環状構造；
    を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
13. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記磁界修正構造は：
    絶縁性バインダにおいて磁気材料の粒子を有する複数の磁気一般環状構造であって、前記磁気一般環状構造は前記時間的に一定の磁界に対して一般に横断して配向し、前記磁気一般環状構造は、前記時間的に一定の磁界に対して平行に長手方向減磁率を及び前記時間的に一定の磁界に対して横断して接線方向に接線方向減磁率を有し、前記長手方向減磁率は、接線方向の磁束誘導を生成するように接線方向減磁率より大きい、磁気一般環状構造；
    を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
14. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記磁界修正構造は、前記時間的に一定の磁界に対して平行な長手方向減磁率を及び前記時間的に一定の磁界に対して横断する接線方向に長手方向減磁率を有し、前記長手方向減磁率は、接線方向磁束誘導を生成するように前記接線方向減磁率より大きい、磁気共鳴イメージングスキャナ。
15. 磁気共鳴イメージングスキャナであって：
    時間的に一定の磁界を生成するマグネット；
    前記時間的に一定の磁界において選択された磁界勾配を重ね合わせる１つ又はそれ以上の磁界勾配生成構造；
    高周波磁界を選択的に生成する高周波コイル；並びに
    前記時間的に一定の磁界を改善するようにデザインされている磁界修正構造であって、前記磁界修正構造は、前記時間的に一定の磁界に対して平行な長手方向減磁率及び前記時間的に一定の磁界に対して横断する接線方向に接線方向減磁率を有し、前記長手方向減磁率は、接線方向磁束誘導を生成するように、前記接線方向減磁率より大きい、磁界修正構造；
    を有する磁気共鳴イメージングスキャナ。
16. 請求項１５に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記磁界修正構造は：
    前記時間的に一定の磁界に対して一般に横断して配向している複数の一般環状構造であって、前記一般環状構造は、前記時間的に一定の磁界に対して横断して伸長している環状断面を有する、一般環状構造；
    を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
17. 請求項１５に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記磁界修正構造は：
    少なくとも一の寸法で磁気材料における前記高周波磁界のスキンデプスより一般に小さい強磁性粒子；及び
    前記強磁性粒子が分散されている絶縁性バインダ；
    を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
18. 請求項１７に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記強磁性粒子は、ボリュームにおいて少なくとも約５０％より大きい充填率を有するようにバインダ中に分散されている、磁気共鳴イメージングスキャナ。
19. 請求項１７に記載の磁気共鳴イメージングスキャナであって、前記強磁性粒子は、前記時間的に一定の磁界の前記方向に一般に配向している最大の粒子減磁率成分及び前記時間的に一定の磁界の前記方向に対して横断する接線方向に配向している小さい粒子減磁率成分を有する異方性の粒子減磁率を有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。

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