JP2009544432A - Ｍｒｉファントムにおいて誘電共振効果を減少するミセル溶液 - Google Patents

Abstract

ＭＲＩファントム１０において使用するミセル溶液は、ＭＲＩマシンにより受けられるべき大きさにされた非鉄非導電性コンテナ１２内に保持され、ミセル溶液を形成するように混合される非水素含有オイル又はオイルのような流体２６、界面活性剤２９及び水を有する。

Description

本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲI）システムに関し、より具体的には、ＭＲＩシステムの性能を試験するのに使用されるファントムに関する。

磁気共鳴撮像は、強力な磁場の存在下の組織の無線周波数刺激の後に前記組織内の原子核（例えば、水プロトン）により放射される微小無線周波数（ＲＦ）信号（磁気共鳴）を測定することにより医療診断画像を生成するのに使用される。

歳差運動しているプロトンの位置決めは、周波数、位相及び／又はスライスによってスピンを"エンコード"するように働く直交傾斜磁場の印加により可能にされる。無線周波数刺激及び印加される傾斜磁場の組み合わせは、パルスシーケンスと称される。

スピンから取得された信号（核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号と称される）は、周波数領域における数学的構成、"ｋ空間"におけるデータを提供する。ｋ空間データの２次元フーリエ変換は、実際の画像を生成する。したがって、ｋ空間データが画像自体を表わさないが、前記画像の低周波空間成分を表すｋ空間の中心及び前記画像の高周波空間成分を表すｋ空間の外側部分を持つ前記画像のスペクトル成分を表すと理解される。

印加される磁場傾斜によるＮＭＲ信号のスピンに対する空間的場所情報の押し付けは、全ての印加磁場（分極磁場Ｂ₀並びに傾斜磁場Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_zを含む）がよく特徴づけられることを極端に重要にする。この理由で、及び特にＢ₀磁場に対して、１以上の重ね合わせられたシミング（shimming）磁場の印加によりＢ₀磁場の不均等性を補正するように働くシミングコイルを磁気共鳴撮像マシンの設計に組み込むことが周知である。

磁場の不均等性を測定し、したがって前記シミングコイルに必要とされる電流を計算する複数の技術が既知である。例えば、一様なファントム、例えば、Ｔ₁及びＴ₂を短縮する水常磁性イオン並びに所望の負荷（loading）を提供する塩化ナトリウムのタンクのＭＲＩ測定において位相差を検出する特別なパルスシーケンスは、前記ＭＲＩシステムの磁場の変化を推定するのに使用されることができる。

ファントムを作成する際の１つの問題は、水が高い誘電率を持ち、これが前記ファントムを通る無線周波数（ＲＦ）のエネルギの波長を短縮し、定常波及び１．５テスラより大きい磁場強度において画像の一様性を劣化させる他の共振効果を生じることである。

この問題の１つの解決法は、水を本質的に希釈する（デカンのような）低誘電率材料の採用である。不幸なことに、このアプローチは、定常波及び他の共振効果を補正するが、溶液の比較的低い導電率のために所望の程度の電気負荷を提供しない。加えて、デカンは、高度に可燃性の材料であり、これは、前記溶液の製造及び使用中の潜在的に危険な状態に帰着する。更に、デカンは、（ファントムハウジングを構成する）ほとんどのプラスチックに容易に拡散する。最終的に、デカン及び水は、異なる周波数において共振し、これは、一部のパルスシーケンス、特にＢ₀不均等性の存在下で撮像問題を引き起こしうる。

代わりに、水ではなくオイルを用いて作成されたファントムが、３テスラの磁場強度を試験するのに使用されている。オイルの使用は、水ファントムの誘電共振効果により引き起こされる結果のシェーディングを効果的に除去する。しかしながら、オイルファントムは、画像に対する前記コイルの性能評価が通常の製造公差の効果に敏感であるように前記コイルに有効に負荷をかけない。

本発明は、低誘電率材料及び水の混合物により提供される負荷が、ファントムの平均誘電率を減少すると同時に、低誘電率材料の島が導電性の水により完全に囲まれ、負荷に対する渦電流経路を提供するミセルの形成を助長することにより増大されることができることを認識している。非水素含有オイル（non-hydrogen bearing oil）又はオイルのような材料は、低誘電材料に対して使用されることができ、界面活性剤が前記ミセルを作成するのに使用されることができる。結果として生じるファントムは、水を通る導電性経路の存在により前記コイルに負荷をかける能力を維持しながら誘電共振問題を解決する。

ここで図面、最初に図１を参照すると、一実施例において、本発明のファントム１０は、非鉄電気絶縁材料で構成される外壁を持つ円筒形コンテナ１２を有しうる。コンテナ１２は、ＭＲＩマシンの台２０上にコンテナを支持及び安定化するスタンド１８又は他の支持構成を含むことができ、後者は、患者を支持し、標準的なＭＲＩ磁石１４の孔１６の内側にフィットする大きさにされる。コンテナ１２は、代替的には、人体の一部又は全体をシミュレートするように解剖学的な形状及び大きさにされることができる。

ここで図２を参照すると、コンテナ１２は、ファントム材料２４で満たされる場合、ファントム材料２４を通過する電磁波の速度が、前記電磁波の半分（又はその整数倍）がコンテナ１２の所定の寸法にマッチするようになっている場合に、前記所定の寸法に沿って定常波２２を助長することができる。これらの定常波は、ファントム２４内の水素プロトンの不均一な励起を助長し、ファントム１０の使用と干渉するので、望ましくない。このタイプの定常波２２は、従来の水溶液を使用する１．５テスラより大きい高磁場強度磁石に対して問題であることができる。

ここで図３を参照すると、本発明は、非水素含有オイル又はオイルのような流体２６、界面活性剤２９及び水の混合物であるミセル溶液からなるファントム材料２４を提供する。前記非水素含有オイル又はオイルのような流体は、ペルフルオロカーボン化合物溶液であることができ、本発明の好適実施例において、水と同様又は水より小さい密度を持つ。

当技術分野において理解されるように、界面活性剤２９は、一般に、一方の端部において強い親水性（水のような極性分子に引き付けられる）であり、強い疎水性（炭化水素のような非極性分子に引き付けられる）であり、本発明において、記載されるように水２８及び非水素含有オイル２６を分離するフィルムを形成する。本発明において、界面活性剤２９は、オクタン酸ナトリウム（ＳＯＣ）、デカン酸ナトリウム（ＳＤＥＣ）、ドデカン酸ナトリウム（ＤＯＤＥＣ）、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、コハク酸ナトリウム又はミセル溶液を作成するのに使用されることができる他の界面活性剤であることができる。

水２８は、好ましくは、従来のファントムのように常磁性イオン及び塩化ナトリウムでドープされるが、大量の非水素含有オイル２６は、水の総量を大幅に減少させ、これによりファントム材料２４全体の誘電率を減少させ、したがって定常波又は誘電共振アーチファクトを減少させる。オイル又はオイルのような流体２６に対する水２８の比に依存して、前記溶液は、ミセル又は逆ミセル溶液の形式を取ることができる。ミセル溶液において、界面活性剤分子は、前記オイルを周囲の水のマトリクスにおける微小な球状の小球に入れる傾向にある。逆ミセル溶液において、前記界面活性剤は、前記水を周囲のオイル又はオイルのような流体のマトリクスにおける微小な球状の小球に入れる傾向にある。逆ミセルとミセルファントムとの間の主要な差は、ミセルファントムが、試験されるコイルに対して増大された負荷を提供する（水を通る）導電性経路を持つことである。このように、逆ミセルではなくミセルの使用が好ましい。

本発明が、ここに含まれる実施例及び図に限定されないことが特に意図され、請求項が、以下の請求項の範囲に入る前記実施例の部分及び異なる実施例の要素の組み合わせを含む実施例の修正された形式を含むと理解されるべきである。

本発明のファントムの側面斜視図である。 定常波の存在を示す図１のファントムの断面図である。 本発明のミセル溶液の概略図である。

Claims (19)

1. ＭＲＩマシンとともに使用するファントムにおいて、
   非強磁性及び非導電性材料を有するハウジングであって、前記ハウジングが、前記ハウジングを前記ＭＲＩマシン内で安定させる手段を含み、前記ハウジングが、前記ＭＲＩマシンの視野内の人間を近似する体積を持ち、前記ハウジングが、
   水と、
   界面活性剤と、
   非水素含有流体と、
   を有する溶液を更に含む前記ハウジングを有し、
   前記水、前記界面活性剤及び前記非水素含有流体が、ミセル溶液に混ぜ合わされ、前記非水素含有流体が、水のマトリクスにおいて前記界面活性剤により包まれる、ファントム。
2. 前記水が常磁性イオンでドープされる、請求項１に記載のファントム。
3. 前記水が塩化ナトリウムで追加的にドープされる、請求項２に記載のファントム。
4. 前記界面活性剤が、オクタン酸ナトリウム（ＳＯＣ）、デカン酸ナトリウム（ＳＤＥＣ）、ドデカン酸ナトリウム（ＤＯＤＥＣ）、コハク酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の１つを有する、請求項１に記載のファントム。
5. 前記ファントムが、前記溶液内の前記水の相対的体積を減少し、前記溶液の誘電率を減少する割合の前記非水素含有流体を含む、請求項１に記載のファントム。
6. 前記非水素含有流体がオイルを含む、請求項１に記載のファントム。
7. 前記オイルがペルフルオロカーボンオイルである、請求項６に記載のファントム。
8. １．５テスラより大きい磁場強度が前記ファントムに印加される場合に、定常波が生成されない、請求項１に記載のファントム。
9. ３テスラより大きい磁場強度が前記ファントムに印加される場合に、定常波が生成されない、請求項８に記載のファントム。
10. 前記溶液が逆ミセル溶液であり、前記水がオイルのマトリクスにおいて前記界面活性剤により包まれる、請求項１に記載のファントム。
11. ＲＦ信号が前記溶液に印加される場合に、前記溶液が、定常波及び共振効果を実質的に減少するように構成される、請求項１に記載のファントム。
12. ＭＲＩファントムにおいて使用する溶液において、
    非水素含有流体と、
    界面活性剤と、
    水と、
    を有し、前記水が、常磁性イオン及び塩化ナトリウムでドープされ、前記水に対する前記非水素含有流体及び前記界面活性剤の比は、前記溶液の誘電率が前記水の誘電率より小さくなるような比である、溶液。
13. 前記非水素含有流体がペルフルオロカーボンオイルである、請求項１２に記載の溶液。
14. 前記非水素含有流体が、水の密度と実質的に等しい密度を持つ、請求項１２に記載の溶液。
15. 前記非水素含有流体が、水の密度より実質的に小さい密度を持つ、請求項１２に記載の溶液。
16. 前記界面活性剤が、一方の端部において実質的に親水性であり、反対の端部において実質的に疎水性である、請求項１２に記載の溶液。
17. 前記界面活性剤が、オクタン酸ナトリウム（ＳＯＣ）、デカン酸ナトリウム（ＳＤＥＣ）、ドデカン酸ナトリウム（ＤＯＤＥＣ）、コハク酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の１つを有する、請求項１６に記載の溶液。
18. 前記非水素含有流体に対する前記水の比は、前記溶液がミセル溶液を有するような比である、請求項１２に記載の溶液。
19. 前記非水素含有流体に対する前記水の比は、前記溶液が逆ミセル溶液を有するような比である、請求項１２に記載の溶液。

Images