JP2008539929A - Ｒｆ遮蔽ｍｒｉスキャンルームのデチューニング - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）画像形成のシステム及び方法に関する。さらに本発明は、材料の使用方法及びコンピュータプログラムに関する。非常に安価で簡単な態様でＭＲ画像形成システム１のＲＦ箱３における定在波を防止することを見越した技術を提供するために、ＭＲ画像形成システム１が提案されており、このシステムは、オープンマグネットシステム７を有するＭＲ画像形成装置２を有し、ＭＲ画像形成装置２の動作は、ＭＲ周波数を有する磁気共鳴場を生起し、さらにこのシステムは、ＭＲ画像形成装置２を閉じるように構成されたＲＦ箱３を有し、ＲＦ箱３の壁部６は、カバー部５，１０を少なくとも一部に備え、カバー部５，１０は、カバー部５，１０内のＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられている。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）影像法のシステム及び方法に関する。さらに本発明は、材料の使用及びコンピュータプログラムに関する。

円筒状磁石を備えたＭＲ画像形成システムは、多年にわたり従来技術においてよく知られている。また、オープンマグネットシステムを備えたＭＲ画像形成システムも、ここしばらく用いられている。しかしながら、このようなオープンシステムは、例えば０．２テスラといった低い磁界で通常動作するものであった。このような磁界システムのためのＭＲ周波数は、代表的には８．２ＭＨｚである。

画質の向上のために、現在のオープンシステムは、比較的に高い磁界（１テスラ）を用いるものが提案されている。この場合、ＭＲ周波数は、概して４２．３ＭＨｚである。このようなオープンマグネットシステムを有するＭＲ画像形成装置は、米国特許に係る文献のＵＳ６，８２５，６１１Ｂ２に記述されている。このようなオープンマグネットシステムは、別個の２つのパート（上側部分及び下側部分）からなる。検査すべきオブジェクト（患者）は、それら部分の間に配置される。

オープンマグネットシステムのデザインのため、当該プロトンにおけるスピンを励起するために当該システムの当該ＲＦ送信器により伝送される電磁エネルギは、周辺空間に多かれ少なかれ自由に放射される。このことが理由で、そして信号受信中の外部信号のシールドが理由で、このオープンマグネットシステムは、ファラデー箱（ＲＦ箱）に置かれる。しかしながら、このＲＦ箱が不備なサイズのものである場合には、ＲＦ共鳴を招くことになり、そのＲＦ送信器はＲＦ箱の中で定在波を起こすことになる。例えばプロトンＭＲ周波数が概して４２．３ＭＨｚとされる１テスラのＭＲシステムにおいては、空中における半波長が約３．５ｍである。ＲＦの用語で「反射」壁を有するこの箱の寸法は、定在波をもたらす可能性がある。

そうしたＲＦ定在波は、部屋の中にいる他の人々（オペレータや患者の親戚など）に影響を及ぼすことになる。こうした人々は、ＲＦエネルギの容認できない負荷を受けることになる。また、画像形成ボリュームにおけるＲＦ場の直交性の低下に起因して画質も低下する。また、直交性の損失は、より高い直線性で分極したＲＦ磁界をもたらすことになり、所定のスピン励起のために、完全な円分極磁界の場合よりも患者に対して大きな比吸収率（ＳＡＲ；specific absorption rate）をもたらすことになる。

現在行われているのは、非常に制限的な設置条件により、例えば固定高さの導電性の吊り天井を施した部屋の中での磁石システムの位置の制限又はＲＦ箱の寸法（幅及び長さ）の制限により定在波を防止することである。しかしながら、ＲＦ箱のサイズを変更することは実用的ではない。

ＵＳ６，８２５，６１１Ｂ２においては、全ての壁、床及び天井の内側に発泡体の層を用い、その発泡体が吸収材料として機能するものが提案されている。しかしながら、吸収材料の使用が画質に悪い影響を与えることが判明している。

本発明の目的は、非常に安価で簡単な方法で定在波を防止することの可能な技術を提供することである。

この目的は、ＭＲ画像形成システムにより本発明によって達成される。本システムは、オープンマグネットシステムを有するＭＲ画像形成装置を有し、当該ＭＲ画像形成装置の動作によりＭＲ周波数を有する磁気共鳴磁界を形成する。本システムはさらに、ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成されたＲＦ箱を有し、ＲＦ箱の壁にはカバー部が少なくとも一部設けられ、このカバー部は、当該カバー部内のＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられる。

本発明の目的は、ＭＲ画像形成方法によっても達成され、ＭＲ画像形成装置がＭＲ画像を発生するために用いられ、このＭＲ画像形成装置は、オープンマグネットシステムを有し、ＭＲ画像形成装置の動作によりＭＲ周波数を有する磁気共鳴磁界を形成し、ＲＦ箱は、シールドのために用いられ、当該ＲＦ箱は、ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成され、ＲＦ箱の壁には、カバー部が少なくとも一部設けられ、当該カバー部は、当該カバー部内のＭＲ周波数の波長が短縮されるように適合させられる。

本発明の核心的思想は、定在波を防止するような態様でＲＦ箱の少なくとも１つの寸法の（ＲＦ波長の数に関して）有効長を変えることである。これは、本発明により、ＲＦ箱の壁の少なくとも一部の内側に設けられるようにカバー部を用いることによって達成される。このカバー部は、ＭＲ周波数の波長が空気中におけるよりも相当に短い少なくとも１つの材料を有する。

この新しいアプローチは、安価で簡単な方策を提供する。安価なカバー材料を用い比較的に簡単な配置を用いることによって、ＲＦ箱の「伸長」又は「拡大」により「波遅延」（wave delay）が達成可能となる。効果的に定在波を防止することができるので、ＲＦエネルギに対する露出は、オペレータなどに対して最小化される。さらに、画質が向上し、患者のＳＡＲが徒に増大しない。画質への悪い影響は確認されていない。もう１つの利点は、このＭＲ画像形成は、例えば予備的な機器が設定され又は移動されたとき又はＲＦ箱において操作スタッフが動いたときに、ＲＦ箱の幾何学的形状寸法の変化に対して極めて感応性が低いものとなることである。

本発明により、オープンＭＲ画像形成システムとの組み合わせにおいて用いることができるような態様で現行のあらゆるＲＦ箱を「デチューン」することができる。例えば、本発明は、前のＭＲ画像形成システムが異なるＲＦ作用を有する新しいＭＲ画像形成システムに置き換えられるときに現行のＲＦ箱に適用される。よって、新しいＲＦ箱を構築する必要性が回避される。

なお、当該カバー部を、床又は天井にも設けることができる。但し、カバー部を壁に設けることは、多くの場合最も安価な方法となることになる。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、従属請求項において規定される以下の実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

本発明の好適実施例によれば、当該カバー部は、高い誘電率ε_ｒ及び／又は高い透磁率μ_ｒを有する１つ以上の材料を有する。換言すれば、ＭＲ周波数の波長が空気中におけるものよりも遥かに短い材料が用いられる。これは、主として誘電率若しくは透磁率又はこれら双方を変えることにより達成可能である。すなわち、「遅延材料」、すなわち空気として異なるε_ｒ又はμ_ｒを持つ材料が用いられる。両方のアプローチ（ε_ｒ／μ_ｒ）によって同じ作用が達成可能である。

経済的に、高い透磁率を持つカバー材料は、それほど頻繁には用いられないものである。例えば、鉄は、バルク材としてか、又は発泡体などへ入れられる小さい鉄粒子の形態で用いることが可能である。

以下では、高い誘電率を持つカバー材料の使用について詳しく説明する。

本発明の他の実施例によれば、当該カバー部は、約２から約８１の範囲にある誘電率ε_ｒを有する１つ以上の材料を有する。波長はε_ｒの平方根に応じたものであるという点による実用的な理由により、下限が設定されている。小さめのε_ｒを持つ材料が用いられる場合、非常に厚いカバー部が必要となり、ＲＦ箱内で利用可能な自由空間に悪い影響を与えかねない。最も安価な材料の１つ（水）のε_ｒは約８０（１８℃の温度においては概ね８０．１）でありその数値を上回るε_ｒを持つ他の材料は水と比較して非常に高価なものとなるので、ε_ｒの合理的な上限は８１となる。

当該カバー部に用いて好適な他の安価な材料には、グリセロール（４２．５）、メタノール（３２．６）、含水土（２９）、乾燥木材（２〜３）、ガラス（６〜８）及び幾つかのタイプのプラスチック又は発泡体がある（括弧内はε_ｒの値）。

当該材料に応じて、カバー部の厚さは、ＲＦ箱の十分な「伸長」又は「拡大」（ＲＦ箱の「デチューニング」）が達成されるように決めなければならない。

本発明の他の実施例によれば、当該カバー部は、水差しのクレートの重なり（スタック）を有する。この実施例において、簡単に多数のクレートの水差しが用いられる。好ましくは、これらはＲＦ箱の１つの壁上に位置づけられる。空気及び水のこの混合は、カバー部を形成し、これがＲＦ波の間の破壊的な干渉をもたらすことになる。

本発明の他の実施例によれば、当該カバー部は、同質の材料の単一の部分だけでなく、ＲＦ箱の内側からＲＦ箱の壁部に連続的に配された少なくとも２つの部分を有し、当該壁から遠いそれら部分の誘電率ε_ｒ又は透磁率μ_ｒは、当該壁に近いそれら部分の誘電率ε_ｒ又は透磁率μ_ｒよりも小さいものとしている。この「マルチレイヤ」のアプローチにおいて、異なる材料はＲＦ波の反射に対して用いられる。このアプローチの狙いは、空気／カバー部インターフェースにおけるＲＦエネルギの反射を低下させることである。代表的な実施例は、材料の層が重ねられた壁部を有し、その壁部に最も近い材料は最も高い誘電率を有する。換言すれば、ＲＦ波の過大な反射が当該第１の境界において既に行われることが回避される。

カバー部の配置及びカバー部の位置づけは、複雑な最適化問題であるが、シミュレーションプログラムにより、本発明により解決される。したがって、本発明の目的は、ＭＲ画像形成システムを最適化するためのコンピュータプログラムであって、当該システムがオープンマグネットシステムを有するＭＲ画像形成装置を有し、ＭＲ画像形成装置の動作によりＭＲ周波数を有する磁気共鳴磁界を形成し、当該システムがさらに、ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成されたＲＦ箱を有し、ＲＦ箱の壁にはカバー部が少なくとも一部分設けられ、そのカバー部は、当該カバー部内のＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられ、当該コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行させられるときに当該カバー部の配置及び／又は位置を最適化するためのコンピュータプログラム命令を有するものによっても達成される。

したがって、本発明による必要な技術的作用は、本発明によるコンピュータプログラムの命令に基づいて実現することができる。このようなコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭのような担体に記憶可能であり、或いはインターネット又は他のコンピュータネットワークにより利用可能なものとすることができる。実行前に、コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭプレーヤにより、或いはインターネットから当該担体からのコンピュータプログラムを読み取り、コンピュータのメモリにそれを記憶することによって、コンピュータにロードさせられる。コンピュータは、特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、バスシステム、メモリ手段（例えばＲＡＭ又はＲＯＭなど）、記憶手段（例えばフロッピーディスク又はハードディスクユニットなど）及び入力／出力ユニットを含む。或いは、本発明の方法は、例えば１つ以上の集積回路を用いてハードウェアで実現可能である。

以下、本発明のこれらの態様及びその他の態様を、次の実施例及び添付図面に基づいて例示により詳しく説明する。

図１は、ＭＲ画像形成システム１を示しており、これは、ＭＲ画像形成装置２及びＲＦ箱３を有し、この箱は、ＭＲ画像形成装置２を閉鎖している。ＭＲ画像形成装置２は、１テスラで動作し概して４２ＭＨｚのＭＲ周波数を有するオープンマグネットシステムを有する。ＲＦ箱３の高さ（Ｈ）、幅（Ｗ）及び長さ（Ｌ）は、多くの場合、局所的な状況により予め決められる。代表的な寸法は、５×５×３メートルである。このような寸法により、４２ＭＨｚの動作周波数の場合では、ＲＦ箱３内にＲＦ定在波をもたらす。

図２に示されるグラフは、ＲＦ箱のために用いられるようには許容されていない「禁止領域」４を示している。図２のグラフは、図示の目的のために一例としての役目を果たしているに過ぎない。これから分かるように、４×４メートルのＲＦ箱も、６×６メートルのＲＦ箱も許容される。しかし、５×５メートルのＲＦ箱は許容されない。

図示の実施例において、ＲＦ箱３は、このような５×５メートルデザインを示している（図３参照）。本発明により、磁石７及び患者担体８を有する上述したＭＲ画像形成装置２のためにＲＦ箱３を用いることができることになる。このため、簡単に、カバー部５は、ＲＦ箱３の壁６のうちの１つに適用されなければならない。カバー部５は、カバー部内のＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられる。このため、多数の容器９が第２の「内壁」を構築する壁部６の前部に位置づけられる。容器９には純水が充填される。容器９の厚さＴは、概して２０ｃｍである。水（８０）のε_ｒを考慮すると、容器９のこの２０ｃｍは、空気の約２０ｃｍ×√８０＝１７９ｃｍと同じ作用を有することになる。換言すれば、ＲＦ箱３の（ＲＦ波長に関する）「有効長」Ｌ_ｅｆｆは、変更されている。定在波は生じないことになる。水槽が容器９として用いられる場合、非常に装飾的な方策が達成される。

他の設定において、「マルチレイヤ」方策が用いられる（図４参照）。ここでも第１の「内壁」が水を含む容器９を用いて設けられる。さらに、第２のカバー部１０が当該第１の「内壁」の直ぐ前方に設けられる。この第２のカバー部１０も、多数の容器１１により構成される。容器１１の厚さは、概ね１５ｃｍである。それら第２の容器１１は、水（８０）のものと空気（１）のものとの間にあるε_ｒを呈する材料を含む。例えば、第２の容器１１は、含水土（２９）を含む。或いは、第２のカバー部１０は、１５ｃｍの厚さのガラス（６〜８）により構成される。非常に簡単な実施例では、第２のカバー部１０は、水差しのクレートのスタックから形成されるのに対し、水と空気の混合物は、中間のε_ｒを持つ「材料」として機能する。

カバー部５，１０は、ＲＦ箱の天井に必ずしも達している必要はない。多くの場合、壁６が全部カバーされることは必要ではない。幾つかのケースにおいて、ＲＦ箱３のコーナをカバーすることでも、すなわち２つの壁の小さな部分をカバーすることでも適切なものとなりうる。例えば、壁の領域の半分だけが２０ｃｍの厚さ（概して４２ＭＨｚのＲＦ波長の４分の１に対応する）の水の入った容器でカバーされる場合、当該壁部のカバーされる部分のＲＦ波とカバーされない部分のＲＦ波との間の破壊的な干渉が生じる。こうした干渉のために、定在波が生じない。

ＲＦ箱３の現実の壁６の前部にある「内壁」５，１０の代わりに、ＲＦ箱の壁６に直接カバーを施すこともできる。例えば、カバー材料として発泡体が用いられると、当該発泡体が（例えば２０ｃｍ）のカバー層を形成するよう壁部６にスパッタリングされるようにしてもよい。

なお、当業者であれば、本発明が前述の例証の実施例の詳細に限定されないことは明らかであり、本発明をその精神又はその本質的な特性を逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。したがって、各提示の実施例は、全ての点において例証のものであり限定的なものではないと解釈すべきであり、本発明の範囲は、前述のものではなく添付の請求項により示されるものであり、もって当該請求項の等価の意味及び範囲内に入る全ての変更はその中に含まれることを意図したものである。さらに、「有する」なる文言は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数表現は複数形態を排除するものではなく、コンピュータシステム又は他のユニットのような単一の要素が請求項に挙げられた複数の手段の機能を満たしうることも明らかである。請求項における参照符号は、関連の請求項を限定するものと解釈してはならない。

ＭＲ画像形成システムの概略図（透視図）。 ＲＦ箱のための「禁止領域」を示す概略的なグラフ。 カバー部を備えたＲＦ箱の概略図（上面図）。 他のカバー部を備えたＲＦ箱の概略図（上面図）。

符号の説明

１…ＭＲ画像形成システム
２…ＭＲ画像形成装置
３…ＲＦ箱
４…「禁止領域」
５…カバー部
６…壁部
７…オープンマグネット
８…患者キャリア
９…容器
１０…カバー部
１１…容器

Claims (9)

1. 磁気共鳴画像形成システムであって、
   ・オープンマグネットシステムを有し、動作によりＭＲ周波数を有する磁気共鳴場を形成するＭＲ画像形成装置と、
   ・前記ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成されたＲＦ箱と、
   を有し、
   前記ＲＦ箱の壁部は、カバー部を少なくとも一部に備え、前記カバー部は、前記カバー部内の前記ＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられている、
   システム。
2. 請求項１に記載のＭＲ画像形成システムであって、前記カバー部は、高誘電率ε_ｒ及び／又は高透磁率μ_ｒを有する複数の材料を有する、システム。
3. 請求項１に記載のＭＲ画像形成システムであって、前記カバー部は、約２ないし約８１の範囲の誘電率ε_ｒを有する複数の材料を有する、システム。
4. 請求項１に記載のＭＲ画像形成システムであって、前記カバー部は、水を有する、システム。
5. 請求項１に記載のＭＲ画像形成システムであって、前記カバー部は、水差しのクレートのスタックを有する、システム。
6. 請求項１に記載のＭＲ画像形成システムであって、前記カバー部は、前記ＲＦ箱の内側から前記ＲＦ箱の壁部へと連続的に配された少なくとも２つの部分を有し、前記壁部から遠いそれら部分の誘電率ε_ｒ又は透磁率μ_ｒは、前記壁部に近いそれら部分の誘電率ε_ｒ又は透磁率μ_ｒよりも小さい、システム。
7. 磁気共鳴画像形成方法であって、
   ＭＲ画像形成装置は、ＭＲ画像を発生するために用いられ、オープンマグネットシステムを有し、
   前記ＭＲ画像形成装置の動作は、ＭＲ周波数を有する磁気共鳴場を生起し、
   ＲＦ箱は、シールドのために用いられ、前記ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成され、
   前記ＲＦ箱の壁部は、少なくとも一部にカバー部を備え、そのカバー部は、前記カバー部におけるＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられている、
   方法。
8. ＲＦ箱の壁部を少なくとも一部カバーするためのカバー材料として高誘電率ε_ｒ及び／又は高透磁率μ_ｒを持つ材料の使用方法であって、前記ＲＦ箱は、オープンマグネットシステムを有するＭＲ画像形成装置を閉じるように構成されている、使用方法。
9. 磁気共鳴画像形成システムを最適化するためのコンピュータプログラムであって、前記システムは、オープンマグネットシステムを有するＭＲ画像形成装置を有し、前記ＭＲ画像形成装置の動作は、ＭＲ周波数を有する磁気共鳴場を生起し、前記システムはさらに、前記ＭＲ画像形成装置を閉じるように構成されたＲＦ箱を有し、前記ＲＦ箱の壁部は、カバー部を少なくとも一部に備え、前記カバー部は、前記カバー部内のＭＲ周波数の波長が短くなるように適合させられ、
   当該コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されるときに前記カバー部の配置及び／又は位置を最適化するためのコンピュータプログラム命令を有するプログラム。

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