JP3675761B2

JP3675761B2 - アクセス改善型磁石

Info

Publication number: JP3675761B2
Application number: JP2001533443A
Authority: JP
Inventors: クルイプ，マーセル，ジャン，マリイ
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: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP2003517356A; DE60030144T2; WO2001031358A1; GB9925171D0; US7167004B1; DE60030144D1; EP1226448A1; GB2355799A; EP1226448B1; GB2355799B; ATE336728T1

Description

【０００１】
本発明は、アクセス改善型磁石に関し、さらに詳細には、患者へのアクセスが改善された磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に用いる磁石に関する。
【０００２】
多くの分析技術、特にＭＲＩへの利用から好結果を得るには、高い均質性を有する磁場の発生が肝要である。磁場は、コイル型磁石または永久磁石若しくはそれらの組み合わせのような多数の装置により発生することができる。磁場の強さを増加させ、磁場の均質性を向上させ、また漂遊磁場を制限するためには、上述の磁石に加えて、強磁性材料の利用が知られている。
【０００３】
公知のＭＲＩ用磁石の大部分は、超伝導コイルが同軸的に配置された組立体である。これらのコイルは、所要の磁場の強さ及び均質性が得られるような配置構成を有する。患者は、コイル内に、頭と足を結ぶ軸がコイルの軸と一致するように配置される。図１は、ソレノイド型として当該技術分野で知られたこのタイプのＭＲＩ装置の一例である。図１に示すように、ソレノイド型ＭＲＩ装置１０の断面は、この装置の中心線Ｚに沿って一次磁場Ｂを発生させる一対の駆動コイル１２ａ、１２ｂを有する。複数の補償コイル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４ｄは、一次磁場の均質性を改善するために使用する。患者１５は、装置の中心線Ｚに沿って配置される。
【０００４】
図１に示すソレノイド型装置の問題点は、患者を管状構造内に配置しなければならないことである。このため、患者がストレスと閉塞感を感じることがある。さらに、患者が一旦管状構造内に入ると、患者へのアクセスが制限される。
【０００５】
A. Akgun et al.は、レポート（the Society for Magnetic Resonance Imaging, vol. 2, August 1989 at page 654）において、横方向磁石を用いたＮＭＲ装置のための全身アンテナを開示している。このアンテナは、多数の平行なストリップが磁場に垂直な平面に配置されたものである。
本発明の目的は、ＭＲＩ装置への利用に好適な磁場を発生し、患者へのアクセスを改善させ、また患者のストレスが少ない磁石を提供することにある。
【０００６】
本発明によると、各々が実質的に同じサイズ及び形状を有し、中間の基準平面に関して対称的に、該平面から等距離に配置された一対の駆動コイルを備え、一対の駆動コイルはそれぞれ、該対の第１の駆動コイル（３１ａ）を、電流が、該対の第２の駆動コイルを流れる電流とは反対方向に流れるように構成されているため、第１の駆動コイルの第１の部分と、第２の駆動コイルの第１の部分とが、基準平面内を延びる一次磁場を発生させ、また、第１の駆動コイルの第１の部分に対向する第１の駆動コイルの第２の部分と、第２の駆動コイルの第１の部分に対向する第２の駆動コイルの対応する第２の部分とは、駆動コイルの第１の部分から十分な距離だけ離れているため、第２の部分により発生される磁場が第１の部分により発生される一次磁場の均質性に悪影響を与えないＭＲＩ装置の磁石組立体が提供される。
【０００７】
本発明の１つの局面によると、磁石組立体はさらに、各対が実質的に同じサイズと形状を有する、一対の補償コイルを備え、該対の補償コイルはそれぞれ、該対の第１の補償コイルを、電流が、第１の駆動コイルとは反対方向に流れ、該対の第２の補償コイルを、電流が、第２の駆動コイルとは反対方向に流れるため、基準平面に平行で且つそれと実質的に一致する平面に、一次磁場の不均質性を補償する補償磁場が発生するように構成されている。
【０００８】
本発明のさらに別の局面によると、第１の駆動コイルと、第１の補償コイルとは、第１の平面内に配置され、第２の駆動コイルと、第２の補償コイルとは、第２の平面内に配置されている。
【０００９】
本発明のさらに別の局面によると、基準平面は、第１の平面と、第２の平面とから等距離に位置する。
【００１０】
本発明のさらに別の局面によると、一対の駆動コイルと、一対の補償コイルとは、超伝導コイルである。
【００１１】
本発明のさらに別の局面によると、この組立体は、複数対の駆動コイルを備えている。
【００１２】
本発明のさらに別の局面によると、この組立体は、複数対の補償コイルを備えている。
【００１３】
本発明の主要な利点及び特徴を上述したが、本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施例の以下の詳細な説明を読めばさらに理解できるであろう。
【００１４】
図２に示すように、仮想的な二次元の磁石２０の断面は、基準平面Ｘ−Ｚに関して対称的に配置された導体２１ａ及び２１ｂより成る。基準平面は、導体からほぼ等距離に位置している。理論の上では、無限の長さを持つ導体は、基準平面に対応する平面上において、患者１５の頭と足を結ぶ軸に垂直な一次磁場Ｂを発生する。
【００１５】
しかしながら、長さが有限の導体を同じ垂直間隔Ｙで配置すると、理論上長さが無限の導体で得られると同じイメージング品質の磁場を発生することができる。その結果、開放性が格段に優れたＭＲＩ装置が得られる。
【００１６】
図２に示す理想的な無限の長さの二次元磁石の良好な近似は、導体の長さを切って、装置のイメージング領域から実質的に離れた電流の戻り通路を設けることにより得られる。
【００１７】
図３は、一対のアクセス改善型磁気コイル組立体３０ａ、３０ｂを示す。各組立体は、３対のレーストラックコイル３１ａ及び３１ｂ、３２ａ及び３２ｂ、３３ａ及び３３ｂより成る。用語「レーストラックコイル」は、当該技術分野においてよく知られており、アークと直線部分の両方を有する、ほぼ矩形または卵形のコイルを意味する。しかしながら、当業者であればわかるように、他の形状のコイルも使用かのうである。患者１５は、この一対の磁気組立体３０ａ、３０ｂ間に配置される。患者の上方にある磁気組立体３０ａの各レーストラックコイル３１ａ、３２ａ、３３ａは、患者の下方の磁気組立体３０ｂのレーストラックコイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂとマッチする。コイル３１ａ、３２ａ、３３ａは、コイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂと実質的に同一サイズ及び形状を有する。コイル３１ａ、３２ａ、３３ａを流れる電流は、対応のコイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂを流れる電流と方向が反対である。従って、例えば、レーストラック３１ａを電流は矢印３４ａで示す方向に流れるが、対応するレーストラックコイル３１ｂを流れる電流は矢印３４ｂで示す反対方向である。対応する各対のレーストラックコイル３１ａ及び３１ｂ、３２ａ及び３２ｂ、３３ａ及び３３ｂは、実質的に同じ断面積を有する。
【００１８】
磁気組立体の各コイルを流れる電流は、そのすぐ隣のコイルを流れる電流とは方向が反対である。例えば、組立体３０ａにおいて、コイル３１ａを流れる電流は、コイル３３ａを流れる電流とは反対方向である。コイル３３ａを流れる電流は、コイル３２ａを流れる電流と反対方向である。コイル３１ａ、３３ａ、３２ａを流れる電流の方向をそれぞれ、矢印３４ａ、３６ａ、３５ａで示す。
【００１９】
同様に、組立体３０ｂにおいて、コイル３１ｂを流れる電流は、コイル３３ｂを流れる電流と反対方向であり、この電流はコイル３２ｂを流れる電流と反対方向である。コイル３１ｂ、３３ｂ、３２ｂを流れる電流の方向をそれぞれ、矢印３４ｂ、３６ｂ、３５ｂで示す。
【００２０】
コイル組立体３０ａ、３０ｂは、基準平面Ｘ−Ｚに関して対称的に配置される。基準平面は、コイル組立体からほぼ同一距離だけ離れた所に位置する。コイル組立体は、これらの間の領域に一次磁場Ｂを発生する。一次磁場Ｂは、基準平面に対応する平面内にあり、患者１５の頭と足を結ぶ軸に垂直である。
【００２１】
コイル組立体はまた、基準平面に平行でそれとほぼ一致する二次磁場を発生するが二次磁場は、一次磁場Ｂの不均質性を補償するように作用する。
【００２２】
磁気コイル組立体にさらに別のコイル対を設けて、一次磁場の均質性をさらに向上できることがわかるであろう。
【００２３】
有利なことに、図３のコイルの構成によると、公知のソレノイド型装置で可能なよりも強力な均質磁場が患者１５の長さ方向に沿って発生する。これにより、患者の長さ方向においてより大きい部分をイメージングすることが可能となる。例えば、１回のスキャンで患者の脊椎全体のイメージングが可能となる。
【００２４】
図４は、一次レーストラックコイル４１ａ、４２ａ、４３ａと、補償レーストラックコイル４４ａ、４５ａ、４６ａとより成る単一の磁気コイル組立体４０ａを示す。一次駆動コイルは、一次磁場と、一次磁場の不均質性を補償する二次磁場とを発生する。これらの補償コイルは、一次磁場の均質性を改善する作用のあるさらに別の磁場を発生する。一次磁場によるイメージングに好適な領域を、球面４８で示す。
【００２５】
各レーストラックコイルのＸ₁アームが発生する磁場は、イメージングされる球面４８にとって非常に重要である。各レーストラックのコイルの戻りパス、即ちＸ₂アームは、一次磁場の均質性に悪影響を与えるため、イメージングされる球面からできるだけ離隔して配置する。各レーストラックコイルのＺ₁及びＺ₂アームは、一次磁場にとって有意な寄与をしない。
【００２６】
当業者であればわかるように、コイルのＸ₂アームをＸ₁アームから離隔させることが可能な距離は、ＭＲＩ装置の全体サイズに影響を与える。従って、適度に均質な一次磁場を維持しながらこの距離を最小限に抑えることが望ましい。別の実施例では、上部及び下部コイル組立体の対応するコイルのＸ₂アーム間の距離が、上部及び下部コイル組立体の対応するコイルのＸ₁アーム間の距離より小さくなっている。有利なことに、このように構成すると、ＭＲＩ装置のサイズがさらに減少する。
【００２７】
さらに、各レーストラックコイルの直径及び形状は、一次磁場の均質性に影響を与えるため、最適の構成が得られるように変更することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施例では、これらのレーストラックコイルは超伝導コイルであり、クライオスタット内に収納されている。
【００２９】
図５は、図３に示すレーストラック磁気コイル組立体１を組み込んだＭＲＩ装置５０を示す。磁石組立体の対３０ａ、３０ｂは、クライオスタット構造５２と共に配置されている。患者１５は、ＭＲＩ装置５０内に配置される。一次磁場Ｂは、基準平面Ｘ−Ｚにほぼ一致する平面に平行で且つ患者の頭と足を結ぶ軸に垂直である。
【００３０】
有利なことに、図５に示すＭＲＩ装置は、患者をより容易に配置することができる。さらに、患者へのアクセスが大きく改善されるため、患者がＭＲＩ装置内に横になったままで患者に種々の医学的処置を施すことができる。
【００３１】
図５からわかるように、ＭＲＩ装置は３つの側が開いている。このため、公知のソレノイド型装置の、閉鎖恐怖症を起こすような構成を比べると、患者が受けるストレスが減少する。
【００３２】
さらに、図５に示す構成によると、磁気組立体の対３０ａ、３０ｂを、垂直方向Ｙにおいてさらに近接配置することが可能である。当該技術分野でよく知られるように、駆動コイルを互いに近付ければ近付けるほど、各コイルの全体サイズ及びコイルの製造に必要な導体の量を、一次磁場の均質性に悪影響を与えることなく、減少することができる。コイルの全体サイズを減少すると、ＭＲＩ装置のサイズ及びコストを減少できるという利点が得られる。
【００３３】
当業者であればわかるように、本発明の範囲から逸脱することなく、図示説明した実施例には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、従来公知のソレノイド型ＭＲＩ装置の一例を示す。
【図２】図２は、仮想的な二次元磁石の断面図である。
【図３】図３は、アクセスが改善された本発明による一対の磁気コイル組立体の側面図である。
【図４】図４は、図３に示すアクセスが改善された磁気コイル組立体の別の実施例を示す平面図である。
【図５】図５は、図３に示すアクセスが改善された磁気コイル組立体を組み込んだＭＲＩ装置を示す。

Claims

各々が実質的に同じサイズ及び形状を有し、中間の基準平面に関して対称的に、該平面から等距離に配置された一対の駆動コイル（３１ａ，３１ｂ）を備え、
一対の駆動コイルはそれぞれ、該対の第１の駆動コイル（３１ａ）を、電流（３４ａ）が、該対の第２の駆動コイル（３１ｂ）を流れる電流（３４ｂ）とは反対方向に流れるように構成されているため、
第１の駆動コイル（３１ａ）の第１の部分（Ｘ₁）と、第２の駆動コイル（３１ｂ）の第１の部分（Ｘ₁）とが、基準平面内を延びる一次磁場を発生させ、
また、第１の駆動コイル（３１ａ）の第１の部分（Ｘ₁）に対向する第１の駆動コイル（３１ａ）の第２の部分（Ｘ₂）と、第２の駆動コイル（３１ｂ）の第１の部分（Ｘ₁）に対向する第２の駆動コイル（３１ｂ）の対応する第２の部分（Ｘ₂）とは、駆動コイルの第１の部分（Ｘ₁）から十分な距離だけ離れているため、第２の部分（Ｘ₂）により発生される磁場が第１の部分（Ｘ₁）により発生される一次磁場の均質性に悪影響を与えないＭＲＩ装置の磁石組立体。
磁石組立体はさらに、各々が実質的に同じサイズ及び形状を有し、中間の基準平面に関して対称的に、該平面から等距離に配置された一対の補償コイル（３３ａ，３３ｂ）を備え、
該対の補償コイルはそれぞれ、該対の第１の補償コイル（３３ａ）を、電流が、第１の駆動コイル（３１ａ）とは反対方向に流れ、該対の第２の補償コイル（３３ｂ）を、電流が、第２の駆動コイル（３１ｂ）とは反対方向に流れるように構成されているため、
基準平面内を延びる、一次磁場の不均質性を補償する補償磁場が発生する請求項１の磁石組立体。
第１の駆動コイル（３１ａ）は第１の平面内に配置され、第２の駆動コイル（３１ｂ）はそれと平行な第２の平面内に配置され、基準平面は、第１の平面と、第２の平面とから等距離に位置する上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体。
第１の補償コイル（３３ａ）は第３の平面内に配置され、第２の補償コイル（３３ｂ）はそれと平行な第４の平面内に配置され、基準平面は、第３の平面と、第４の平面とから等距離に位置する請求項２または３の磁石組立体。
第１の平面と、第３の平面とは一致し、そして／または第２の平面と、第４の平面とは一致する請求項４または３の磁石組立体。
各対のコイルのそれぞれのコイルの第２の部分（Ｘ₂）は、それらのコイルの第１の部分（Ｘ₁）より互いに近接している請求項１−２のうち任意の請求項の磁石組立体。
一対の駆動コイルはそれぞれ、レーストラック形である上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体。
一対の補償コイルはそれぞれ、レーストラック形である請求項２−７のうち任意の請求項の磁石組立体。
駆動コイル及び補償コイルの少なくとも一部は、超伝導コイルである上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体。
複数対の駆動コイルを備えた上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体。
複数対の補償コイルを備えた請求項２−１０のうち任意の請求項の磁石組立体。
各々が複数のコイル（３１ａ，３２ａ、３３ａ；３１ｂ，３２ｂ、３３ｂ）を有する第１及び第２のコイル組立体（３０ａ，３０ｂ）より成り、第１のコイル組立体（３０ａ）の各コイル（３１ａ，３２ａ、３３ａ）は、第２のコイル組立体（３０ｂ）の対応する各コイル（３１ｂ，３２ｂ、３３ｂ）とマッチし、これらのコイルはそれぞれ実質的に同じサイズ、形状及び断面積を有し、
第１のコイル組立体の各コイル（３１ａ）は、それぞれの第１の方向（３４ａ）に電流を搬送し、また第２のコイル組立体の各コイル（３１ｂ）は、第１の方向とは反対のそれぞれの第２の方向（３４ｂ）に電流を搬送し、
各コイル組立体のそれぞれのコイル（３１ａ）は、それぞれの第３の方向（３４ａ）に電流を搬送し、一方、それぞれのコイルに隣接する各コイル（３３ａ）は、それぞれの第３の方向とは反対のそれぞれの第４の方向（３６ａ）に電流を搬送し、
このため、コイル組立体は、
コイル組立体の間に一次磁場（Ｂ）を、また
一次磁場（Ｂ）の不均質性を補償する二次磁場を発生させるＭＲＩ装置の磁石組立体。
第１及び第２のコイル組立体（３０ａ，３０ｂ）は、基準平面（Ｘ−Ｚ）に関して対称的に、該平面からほぼ等距離に配置され、
一次磁場（Ｂ）が、基準平面に平行で、それとほぼ一致する平面内に発生し、
二次磁場が、基準平面に平行で、それとほぼ一致する平面内に発生する請求項１２の磁石組立体。
コイルはレーストラック形である請求項１２または１３の磁石組立体。
複数とは３である上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体。
上記請求項のうち任意の請求項の磁石組立体を備えたＭＲＩ装置。
静的磁場を発生するように構成された請求項１６のＭＲＩ装置。