JP3545384B2

JP3545384B2 - 改良型磁気コイル成形器

Info

Publication number: JP3545384B2
Application number: JP2001533445A
Authority: JP
Inventors: クルイプ，マーセル，ジャン，マリイ; シャイク，アブダルバサド
Original assignee: オックスフォードマグネットテクノロジーリミテッド
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: WO2001031361A1; GB2355798A; GB9925169D0; EP1224485A1; GB2355798B; US6937126B1; JP2003512872A

Description

【０００１】
本発明は、磁気コイル成形器の改良に関し、さらに詳細には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に用いる改良型磁気コイル成形器に関する。
【０００２】
適当な磁気特性を有する超伝導線を成形器の周りに巻回して磁気コイルを製造することが知られている。コイルを成形器の周りに巻回した後、成形器を取り外すか、または成形器をその位置に置いたままにする。
【０００３】
さらに、駆動コイルと呼ぶことの多い一対の磁気コイルを用いて、ＭＲＩ装置用として好適な均質な一次磁場を発生させることが知られている。
【０００４】
また、電流の流れる方向が駆動コイルとは反対の一対の補償用磁気コイルを用いることも知られている。補償コイルは、一次磁場の均質性を改善する磁場を発生する。
米国特許第５，４０２，０９４号は、駆動コイルが環状の強磁性成形器の中心内に、また、この環状成形器内の溝に大きい直径の補償コイルが取り付けられた、マンモグラフィーのためのＭＲＩ磁石を開示している。
【０００５】
図１は公知の一対の磁気コイル成形器１０ａ、１０ｂを示す。これらの成形器は、ステンレス鋼のような非強磁性材料で作られる。成形器１０ａ上には、駆動コイル１２ａと、補償コイル１４ａとが配置されている。同様に、成形器１０ｂ上には、駆動コイル１２ｂと、補償コイル１４ｂとが配置されている。これらの成形器は、平行な平面内に位置し、共通の中心軸Ｚを有する。コイル１２ａ、１２ｂの半径は、コイル１４ａ、１４ｂよりも大きい。当該技術分野で知られているように、このように駆動コイルを配置すると、中心軸Ｚに平行な一次磁場Ｂが発生する。コイル１４ａ、１４ｂは、よく知られた、一次磁場Ｂの均質性改善効果のある補償磁場を発生する。成形器間の空間には、これらの成形器に平行な平面内に、患者３５が横たわっている。
【０００６】
公知の磁気コイルタイプのシステムには、圧壊作用のある過大なフープ応力が生じるという技術上の問題点が存在する。これは、駆動コイルと、これに対応する補償コイルとの間の反発力が大きい時に生じるが、補償コイルが中心軸の方へ圧壊するのを防止するために、補償コイルを実質的に機械的に支持することが必要である。
【０００７】
圧壊作用のあるフープ応力を減少するには、駆動コイルの直径を補償コイルに対して増加すればよい。しかしながら、これには、ＭＲＩ装置の視野を減少させるという負の効果がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、補償コイルにかかる圧壊フープ応力を減少させるコイル成形器を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、コイルのピーク磁場を減少することにより、コイルの超伝導線の最大許容電流を増加させるコイル成形器を提供することにある。有利なことに、これにより、所望の磁場強さを得るに必要な超伝導線の量を減少できる。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、よりコンパクトなＭＲＩ装置を容易に構成できる成形器を提供することにある。
【００１１】
本発明によると、ＭＲＩ装置に用いる磁気コイル組立体であって、成形器と、環状の駆動コイルと、環状の補償コイルとを備え、成形器は、駆動コイルを支持する手段と、補償コイルを支持する手段とを有し、駆動コイルは、成形器上に配置されて、第１の方向に電流が流れることにより磁場を発生させ、補償コイルは、成形器上に配置されて、駆動コイルと共通の軸を有し、この補償コイルには、第１の方向とは反対の第２の方向にさらに別の電流が流れ、補償コイルの直径は駆動コイルより小さく、成形器は実質的に磁気飽和状態の強磁性材料より成り、成形器は、補償コイルが成形器の方へ共通軸から半径方向外方へ磁気的に誘引されるように、補償コイルの軸方向の側部と半径方向の側部とを包む構成であることを特徴とする磁気コイル組立体が提供される。
本発明の主要な利点及び特徴を説明したが、添付図面を参照しながら好ましい実施例についての以下の詳細な説明を読めば、本発明の理解がさらに深まるであろう。
【００１２】
図２において、コイル成形器２０は、駆動コイル１２、補償コイル１４及び遮蔽コイル１６に対して機械的支持を与える。これらのコイルは、当該技術分野で周知の態様で成形器に巻回される。これらのコイルは、超伝導磁気コイルである。成形器の形状は、できるだけ多量の成形器がコイルを取り囲むように選択される。例えば、駆動コイル１２の軸方向の側部１２１と、半径方向の側部１２４とは成形器により包まれている。補償コイル１４の軸方向の側部１４１、１４３と、半径方向の側部１４２とは成形器により包まれている。遮蔽コイル１６の軸方向の側部１６３と、半径方向の側部１６４とは成形器により包まれている。駆動コイル１２、補償コイル１４及び遮蔽コイル１６の動作及び機能は、当該技術分野において周知である。
【００１３】
成形器は、強磁性材料で作られる。この好ましい実施例の強磁性材料は、鉄である。当業者であればわかるように、ニッケル、コバルト、ホルミウムまたはそれらの合金のような他の強磁性材料を、本発明の範囲から逸脱することなしに、使用できる。
【００１４】
超伝導コイルを多量の強磁性材料で包む効果は、コイル内に発生されるピーク磁場を減少することである。ピーク磁場が低いと、コイルの超伝導線に大きい電流を流すことができる。従って、所望の磁場を発生するためにコイルに必要な超伝導線の量が減少する。これにより、コイルのコストが実質的に減少する。あるいは、非強磁性材料の成形器と、コイルとにより発生可能な一次磁場よりも、強磁性材料の成形器と、同じコイルとで発生させる一次磁場の方が大きい。
【００１５】
図２の成形器２０は、各コイルの周りの成形器の量を最大限にして、各コイルが発生するピーク磁場を減少させ、それにより各コイルの製造に必要な線の量を減少するように設計されている。コイルから離れた部分の成形器の質量は、成形器の重量を減らして、材料コストを節約するために、最小限に抑えられている。成形器２０の特定の形状は、駆動コイルが発生する一次磁場の均質性を最大限にするように選択される。
【００１６】
成形器２０はさらに、補償コイル１４の圧壊作用のあるフープ応力を減少する働きがある。補償コイル１４は、固有の傾向として圧壊し易い。図２において、破線１８で囲む領域を、実質的に磁気飽和状態にする。こうすると、補償コイル１４は、矢印１７で示すように、強磁性材料の成形器２０へ、半径方向外方へ、磁気的に誘引される。このため、補償コイルにかかる圧壊フープ応力が減少するという有利な効果が得られ、機械的支持を増加する必要はない。
【００１７】
コイル１２、１４、１６は、好ましくは、超伝導コイルであるため、何らかの温度制御を必要とする。超伝導コイルの温度を制御する好ましい方法は、コイルをクライオスタット内に配置することである。コイルが成形器に近接しているため、成形器もまた、温度制御の必要がある。これは、超伝導コイルを制御すると同じ手段で行なうこともできるが、成形器を、例えばペルチェ装置により別個に温度制御してもよい。
【００１８】
図３において、図示のＭＲＩ装置３０は、一対の強磁性材料の成形器２０ａ、２０ｂを有する。強磁性材料の成形器２０ａ、２０ｂは、一対の駆動コイル１２ａ、１２ｂ、一対の補償コイル１４ａ、１４ｂ及び一対の遮蔽コイル１６ａ、１６ｂを備えている。図１に示すように、これらの成形器は平行な平面内に位置し、共通の中心軸Ｚを有する。駆動コイルは、中心軸に平行な平面内に一次磁場Ｂを発生する。補償コイルは、一次磁場の強さを増加させ且つ一次磁場の均質性を改善する作用のある別の磁場を発生する。遮蔽コイルは、ＭＲＩ装置の周りの領域への磁場の漏洩を減少する作用がある。患者３５は、一対の成形器２０ａと、２０ｂとの間の、成形器の平面に平行な平面内に配置される。
【００１９】
成形器に強磁性材料を用いると、駆動コイルが発生する一次磁場の大きさが３０％も増加する。駆動コイル１２ａ、１２ｂは、矢印３７ａ、３７ｂに示すように軸方向内方に互いに誘引される。磁気飽和状態の強磁性材料の成形器を用いることにより、駆動コイルもまた、矢印３８ａ、３８ｂで示すように、それぞれの成形器の方へ、軸方向外方へ、誘引される。強磁性材料の成形器のサイズが十分であれば、成形器の方へ、外方へ向かう各駆動コイルの誘引力は、内方へ、互いに近付く方向へ向かう駆動コイルの誘引力よりも大きい。有利な点は、これにより、各駆動コイルの機械的支持条件が軽減されることである。さらに、これにより、駆動コイルを軸方向において、より近接して配置できる。例えば、成形器２０ａを、中心軸Ｚに沿い、成形器２０ｂに近付けることができる。これは、一次磁場の効率を改善し、駆動コイルにより生じる負の二次的効果を減少するという有利な効果がある。さらに、これにより、駆動コイルの直径を減少できる。例えば、非強磁性材料の成形器と、直径２．５メートルの駆動コイルとを備えたＭＲＩ装置は、強磁性材料の成形器と、直径が２メートル未満の駆動コイルとを備えたＭＲＩ装置と実質的に同じ磁場効率を有する。よく知られているように、駆動コイルの直径を小さくできれば、ＭＲＩ装置のサイズ及びコストを全体的に減少することができる。
【００２０】
有利なことに、強磁性材料の成形器は、磁場の漏洩を減少させるため、ＭＲＩ装置の遮蔽コイルの必要条件を軽減する作用がある。
【００２１】
磁場強さを小さくしなければならないＭＲＩ装置では、強磁性材料の成形器が存在すると、補償コイルの必要性を軽減するか排除することができる。
【００２２】
当業者であればわかるように、図示説明した実施例に対して、本発明の範囲から逸脱することなしに種々の変形例及び設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、公知の一対の磁気コイル成形器を示す。
【図２】図２は、強磁性材料のコイル成形器を示す。
【図３】図３は、図２に示す強磁性材料のコイル成形器を組み込んだＭＲＩ装置を示す。

Claims

ＭＲＩ装置に用いる磁気コイル組立体であって、成形器（２０）と、環状の駆動コイル（１２）と、環状の補償コイル（１４）とを備え、成形器（２０）は、駆動コイルを支持する手段と、補償コイルを支持する手段とを有し、駆動コイルは、成形器（２０）上に配置されて、第１の方向に電流が流れることにより磁場（Ｂ）を発生させ、補償コイルは、成形器（２０）上に配置されて、駆動コイルと共通の軸（Ｚ）を有し、この補償コイルには、第１の方向とは反対の第２の方向にさらに別の電流が流れ、補償コイルの直径は駆動コイルより小さく、成形器は実質的に磁気飽和状態の強磁性材料より成り、成形器は、補償コイルが成形器の方へ共通軸から半径方向外方へ磁気的に誘引されるように、補償コイルの軸方向の側部（１４１、１４３）と半径方向の側部（１４２）とを包む構成であることを特徴とする磁気コイル組立体。
遮蔽コイル（１６）と、遮蔽コイルを支持する手段（１６３、１６４）とをさらに備え、遮蔽コイルは、成形器（２０）上に配置され、組立体から磁場が漏洩するのを減少するように構成されている請求項１の組立体。
駆動コイルは、成形器（２０）の方へ、軸（Ｚ）方向へ磁気的に誘引される上記請求項のうち任意の請求項の組立体。
強磁性材料は鉄である上記請求項のうち任意の請求項の組立体。
駆動コイル（１２）は超伝導コイルである上記請求項のうち任意の請求項の組立体。
各々が上記請求項のうち任意の請求項に記載された一対の組立体が、共通軸（Ｚ）の周りにおいて、平行な平面内に配置されているため、平行な平面間に、共通軸に平行な方向へ、駆動コイルにより一次磁場が発生されるＭＲＩ装置。
上記請求項のうち任意の請求項の磁気コイル組立体に用いる強磁性材料の成形器。
請求項７に記載された強磁性材料の成形器を有するＭＲＩ装置。