JP4145398B2 - 自己シールド型勾配コイル組立体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴像形成に係る。本発明は、特に磁気共鳴像形成装置の勾配コイルに関連して使用することができ、これについて詳細に説明する。しかしながら、本発明は、磁気共鳴分光システムや勾配磁界を使用する他の用途にも使用できることを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴像形成（ＭＲＩ）の用途では、ＭＲＩ信号の周波数弁別によって空間分解能を与えるために３つの直交する勾配磁界が使用される。勾配コイルセットは、通常、ｘ、ｙ及びｚ勾配磁界を発生するために３つの個別の勾配コイルを含む。これらコイルは互いに絶縁され、そして円筒状の枠に積層される。一般に、コイルの通電導体がＭＲＩ装置の主磁界と相互作用するときに曲げ力に耐える大きな構造強度得るために、勾配コイルセット全体が重畳されてエポキシ含浸される。
【０００３】
勾配コイルは、一般に、短い立上り時間及び高いデューティサイクルを有する電流パルスでパルス付勢される。勾配コイルをパルス付勢すると、像形成領域にわたって磁界勾配が生じると共に、超伝導磁石の冷間シールドのような外部金属構造体と相互作用する磁界勾配が生じる。この相互作用は冷間シールドに渦電流を発生し、これは次いで渦磁界を発生する。この渦磁界は、検査領域における磁界の時間的及び空間的な質に悪影響を及ぼし、ひいては、それにより得られる像の質に悪影響を及ぼす。
【０００４】
渦電流の問題を克服する１つの解決策は、一次の勾配コイルセットとコイルシールドとの間に二次即ちシールド用の勾配コイルセットを配置することである。このシールド勾配コイルセットは、その外部磁界を実質的にゼロにし、従って、冷間シールドにおける渦電流の形成を防止する。
一体的な自己シールド型勾配コイル組立体は、一般に、一次の勾配コイルセットの半径方向外方に離間されてそれと直列に駆動される二次即ちシールド用勾配コイルセットを備えている。一次及び二次の勾配コイルセットは、ｘ、ｙ及びｚ勾配磁界を発生するための絶縁コイルを備えており、これらは、個別の円筒枠に積層される。一次及び二次の勾配コイルセットは、大きな構造強度を得るために個々に重畳されてエポキシ含浸される。通常は、機械的な手段が２つの枠を一緒に接続し、コイルセットを離間関係に維持しながらも一体的構造体を形成する。
【０００５】
典型的に、主たる超伝導磁石は、少なくとも９０ｃｍの穴直径を有し、そして少なくとも長さが１．８ｍある。このようなサイズの磁石は、２つの別々の枠で形成された（各枠は厚みが約５．０ないし７．５ｃｍである）シールド型勾配コイル構造体を受け入れることができる。というのは、所定の患者開口と磁石穴の内径との間にこのような放射状の構造体を受け入れるに充分なスペースがあるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
磁石穴の直径を減少すると、磁石のコストが著しく低下する。しかし、患者の受入穴が減少すると、ＭＲＩ装置の利用性及びその商業的容認性が低減する。
更に、自己シールド型の勾配コイル組立体を製造する既知の方法は、時間のかかる最終整列段階を有する。一次勾配コイルの軸方向等角点が二次勾配コイルの軸方向等角点に一致するように確保するために整列ツール及び固定具が使用される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記及び他の問題を克服する新規な自己シールド型勾配コイル組立体及びその製造方法を提供することである。
本発明の１つの特徴によれば、磁気共鳴像形成装置が提供される。このＭＲＩ装置は、検査領域を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石を備えている。高周波送信器は、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作する。受信器は、検査領域から受け取られた磁気共鳴信号を復調する。プロセッサは、復調された共鳴信号を像表示へと再構成する。自己シールド型勾配コイル組立体は、上記時間的に一定の磁界にわたり勾配磁界を誘起する。この自己シールド型勾配コイル組立体は、型と、この型に支持された勾配コイルと、シールド勾配コイルを支持するために型から延びる多数の櫛とを備えている。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、検査領域を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石を備えた磁気共鳴像形成装置に使用する自己シールド型勾配コイル組立体を製造する方法が提供される。高周波送信器は、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作する。受信器は、検査領域から受け取られた磁気共鳴信号を復調する。プロセッサは、復調された共鳴信号を像表示へと再構成する。自己シールド型勾配コイル組立体は、上記の時間的に一定の磁界にわたり勾配磁界を誘起する。この方法は、多数の一次勾配コイルを円筒状の型に接合し、多数の櫛を型に接合し、多数のシールド勾配コイルを櫛に接合して一体的な構造体を形成し、そしてその一体的な構造体をポッティングするという段階を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１を参照すれば、主磁界制御器１０は、検査領域１４にわたりｚ軸に沿って実質的に均一の時間的に一定の磁界が形成されるように超伝導又は抵抗性磁石１２を制御する。好ましくは、真空容器１６が１つ以上の冷間シールド１８を取り巻き、これらシールドは、超伝導磁石１２が超伝導温度に維持される中央のヘリウム貯蔵部２０を取り巻いている。真空容器は、内部穴２２を画成する。
【００１０】
磁気共鳴エコー手段は、一連の高周波（ＲＦ）及び磁界勾配パルスを付与して磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴を再収束し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的及びその他の仕方でエンコードし、スピンを飽和させ、等々を行って、磁気共鳴像形成及び分光学的シーケンスを発生する。
【００１１】
より詳細には、勾配パルス増幅器２４は、自己シールド型勾配コイル組立体２６の全身勾配コイルの選択された対に電流パルスを付与し、検査領域１４のｘ、ｙ及びｚ軸に沿って磁界勾配を形成する。勾配コイル組立体２６は、内部穴２２内に配置される。デジタル高周波送信器２８は、全身ＲＦコイル３０に高周波パルスを送り、検査領域にＲＦパルスを送信する。ＲＦパルスは、検査領域の選択された部分において、飽和、共鳴の励起、磁化の反転、共鳴の再収束、又は共鳴の操作に使用される。走査又はシーケンスコントローラ３２は勾配増幅器を制御し、そしてデジタル受信器は、像形成シーケンス、例えば、各共鳴励起又はショットの後に複数のエコー又はエコー列が続くような高速スピンエコーシーケンスを増幅する。
【００１２】
全身用途の場合には、共鳴信号が、一般に、全身ＲＦコイル３０によりピックアップされて受信器３４により復調され、データ線メモリ３６に記憶されるデータ線を形成する。
像再構成プロセッサ３８は、データセットを像表示へと再構成し、これは、像メモリ４０に記憶される。映像プロセッサ４２は、像メモリからの選択されたデータを、人間が読めるモニタ４４にスライス、三次元レンダリンク等として表示するのに適したフォーマットに変換する。
【００１３】
図２及び３を参照すれば、自己シールド型勾配コイル組立体２６は、電気絶縁性の中空の正円筒コイル枠即ち型５０を備えている。ここに述べる実施形態においては、型５０は、ガラスフィラメント巻き付け樹脂管（ＦＷＴ）５２と、この円筒部５２の前方端即ち患者端から横方向に延びる第１フランジ５４とを含む。この第１フランジ５４は、これを貫通して延びる複数の周囲方向に離間された穴５６を含む。
【００１４】
又、型５０は、円筒部５２の後方端即ち作業端において横方向に延びる第２のフランジ５８も含む。この第２フランジ５８は、その外面に沿って周囲方向に離間された複数のノッチ対６０を含む。図２において最も良く分かるように、複数の軸方向に離間された溝６４が、円筒部５２の外面６６を周囲方向に延びる。更に、複数の半径方向を向いた、端の閉じた穴６８（１つを示す）が、円筒部５２へとその外面から延びる。
【００１５】
ここに述べる実施形態では、一体的なＲＦ接地スクリーン７０が円筒部５２の外面に接合され、図２に示すように、軸方向に離間された溝６４へと押し込まれる。このＲＦ接地スクリーン７０は、湿式敷設又は真空圧力含浸プロセス（ＶＰＩ）を用いて型に接合されるのが好ましい。ＲＦ接地スクリーンは、この技術で知られたように、スリューレート設計に合致する燐及び青銅材料から形成されるのが好ましい。或いは又、ＲＦ接地スクリーンは、型５０の内径に取り付けるか又は型を画成する管のフィラメント巻線と共に埋設することもできる。
【００１６】
一次のｚ勾配コイル７２は、ＲＦスクリーン７０上で溝６４へと巻き付けられる。任意であるが、ｚ勾配コイルは、円筒部５２に一時的に即ちスポット接合される。或いは又、ｚ勾配コイルを溝６４に巻き付け、そしてこのｚ勾配コイルの上で円筒部５２にＲＦスクリーン７０を接合することもできる。ここに述べる実施形態は、束ねられた一次ｚ勾配コイル設計を組み込んでいる。しかしながら、分散型の電流コイル設計も使用できる。
【００１７】
図２と共に特に図４を参照すると、一次のｘ勾配コイル組立体７４は、一次のｚ勾配コイル７２の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。次いで、一次のｙ勾配コイル７６は、一次のｘ勾配コイル組立体７４の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。ここに述べる実施形態では、ｘ及びｙ勾配コイル組立体７４、７６の各々は、柔軟な誘電体シート上に対に取り付けられた４電気導体分配型「拇印(thumbprint)」四分(quadrant)巻線（図示せず）を含む。両勾配コイル７４、７６については、四分巻線の２つが隣接しそして型の第１部分の周りに延び、一方、他の２つの四分巻線は隣接して型の第２の部分の周りに延びる。
【００１８】
従って、ｘ及びｙ勾配コイル７４、７６は、互いに実質的に同等であるが、勾配コイル７４、７６の一方は、型の中心軸に対して約９０°だけ他方の勾配コイルから周囲方向にオフセットしている。ｙ勾配コイルの四分巻線区分は、ｘ勾配コイル７４の周りに取り付けられる。両縁７８及び両縁８０（１つしか示されていない）は、これらの縁７８、８０が垂直（ｙ、ｚ）平面に存在するように型の周りに互いに隣接して配置される。
【００１９】
ｘ勾配コイル７４の四分巻線区分は、両縁８２が互いに隣接配置される状態でｚ勾配コイル７２の周りに取り付けられる。ｘ勾配コイル７４は、ｙ勾配コイル７６から９０°だけ周囲方向にオフセットされる。ｘ勾配コイルについては、縁８２及び両縁（図示せず）が水平（ｘ、ｚ）平面に存在する。
図２と共に、特に図５を参照すると、複数の周囲方向に離間された誘電体の櫛８４が、ｙ勾配コイル７６上で勾配コイル組立体２６に固定される。櫛８４の各々は、その下面から型５０の穴６８へと延びる１つ以上のピン８６（図２）を含む。端フランジのスロットのような他の機械的な取付構成体も意図される。又、櫛８４は、それらの外面に沿って複数の軸方向に離間されたノッチ８８も含む。好ましい実施形態では、櫛８４は、ガラス樹脂複合材料から形成される。
【００２０】
櫛８４は、以下に詳細に述べるように、勾配コイル組立体２６の放射状構築部の残りを支持する。従って、櫛８４は、公知の自己シールド型勾配コイル組立体に関連した第２のフィラメント巻き付け管又は型に置き換わるものである。一次及び二次（以下に述べる）の勾配コイルセットの整列を回避するために、櫛８４（ひいては、ノッチ８８）は、溝６４を形成するツールと同様に、フランジ５４の加工面に対して正確に位置又は配置される。従って、一次及び二次の両方のコイルセットは、工作機械の公差内で機械的に整列される。
【００２１】
図２と共に、特に図６を参照すれば、内側の曲がりくねった例えばＭ字型の冷却管即ち熱交換機９０は、隣接する櫛８４の間で外側の曲がりくねった例えばＭ字型の冷却管即ち熱交換機９２から半径方向内方に離間される。冷却管９０、９２の各々は、勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。
冷却管９０、９２の各々は入口９４及び出口９６を含む。入口９４の各々は、単一の円形の作業端の冷却材供給マニホールド９８に接合され、そして出口９６の各々は、単一の円形の作業端の冷却材復帰マニホルド１００に接合される。ここに説明する実施形態において、冷却管９０、９２及びマニホールド９８、１００は、継ぎ目のないものであり、そして像形成中の熱強度及び最小磁化率干渉のためにステンレススチールから形成される。
【００２２】
入口９４及び出口９６は、作業端フランジ５８においてノッチ対６０を通過する。冷却管が配置された後、作業端リング１０２がフランジ５８上に接合され、作業端リング１０２に関連したノッチ１０４が冷却管の入口及び出口９４、９６と整列される。更に、作業端リング１０２がフランジ５８に接合されたときは、隣接対のノッチ６０と１０４との間に穴１０６が形成される。
以下に述べるように、シムトレーモールドが穴５６を経て延び、作業端から患者受入端へと勾配コイル組立体２６を経て軸方向に延びるチャンネル即ちポケットを形成する。作業端リング１０２は、１つ以上の弓形部材から形成され、これらは、フランジ５８に接合されたときに、実質的に連続する周囲を形成する。
【００２３】
図２と共に特に図７を参照すれば、複数のシムトレーモールド１０８がフランジ５４の穴５６を経て内側及び外側の冷却管９０、９２の間のギャップへそして穴１０６を経て挿入される。ギャップへと挿入する前に、各モールド１０８は、以下に述べる単一のポッティング段階に続いてモールド１０８がその後に除去されるときに形成されるチャンネル即ちポケット１１０（図２）の周りの構造上の完全性を与えるために、織られたガラス材料のほぼ３枚のシートで巻かれる。
シムトレーモールド１０８は内実なものであって、除去されたときに鉄の残留物を残さないようにするために、アルミニウム、ワックス等の非鉄材料で形成される。シムトレーモールド１０８は、液圧式の除去装置で穴５６を通して容易に除去できるように、端から端へ約２ｍｍのテーパをもつ高度に研磨された表面を有する。
【００２４】
次いで、二次の即ちシールドｚ勾配コイル巻線１１２が櫛８４の溝８８に巻かれる。ここに述べる実施形態は、分配型のｚ勾配シールドコイル設計である。図２及び８に示すように、二次の即ちシールドｘ勾配コイル１１４及び二次の即ちシールドｙ勾配コイル１１６は、巻線１１２の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。二次のシールドコイル１１２、１１４は、上記の一次の勾配コイル７４、７６と構造的に同様であり、そして同様に方向付けされる。
【００２５】
一次及び二次の勾配コイルを直列に駆動すべき場合には、電気的な相互接続を行う。勾配コイル組立体２６に周りにポッティングモールド（図示せず）が配置される。単一のポッティング段階において勾配コイル組立体内の全ての空所にエポキシのようなポッティングコンパウンドが引き込まれ、それらを満たす。エポキシが硬化しそしてポッティングモールドを取り外した後に、シムトレーモールド１０８が穴５６を経て取り外される。これにより生じる空洞は、勾配コイル組立体の作業端から患者端へと延びる連続的なチャンネル即ちポケット１１０を形成する。チャンネル１１０は、シムトレー１１８を受け入れ、これは、一次磁界の制限された非均一性を修正すると共に、一次磁界を穴内で実質的に均一なものににする。又、このチャンネルは、シムトレーの冷却を促進するための空気流路も形成し、シムのスチールの磁化率の変化を最小にする。
【００２６】
図１０を参照すれば、自己シールド型勾配コイル組立体１２０は、フィラメントが巻かれた管又は型を組み込まずに製造される。特に、第１フランジ１２２、第２フランジ１２４及びＲＦ接地スクリーン１２６は、取り外し可能なマンドレル１２８の上に最初に配置される。高度に研磨された表面をもつ取り外し可能なマンドレルは、最終ポッティング段階が完了した後のその後の取り外しを容易にするために端から端へ若干テーパが付けられている。次いで、一次のｚ勾配コイル１３０がＲＦ接地スクリーン１２６に巻かれる。次いで、勾配コイル組立体１２０の放射状の構築が、図４ないし９について上記したのと同様に続けられる。
【００２７】
従って、自己シールド型勾配コイル組立体は、整列されて単一の一体構造体へとポッティングされた一次コイル及びシールドコイルを組み込む。一次及び二次組立体は一体構造であるので、一次及び二次コイルの軸方向整列は、組立体が作られるときの加工装置の機械的公差内で形成される。個別の一次及び二次の勾配コイル構造体の間で整列手順を実行する必要はない。従って、公知の整列プロセスが排除され、そして整列を行うのに必要な時間が節約される。
横方向（例えば、ｘ及びｙ勾配コイル）及び軸方向（例えば、ｚ勾配コイル）の順序は、変えることもできるし又は逆にもできることが明らかである。更に、内側の冷却管９０は、型と一次勾配コイルとの間に配置されてもよいし又は横方向及び軸方向の一次勾配コイル間のギャップに配置されてもよい。同様に、外側の冷却管９２は、横方向及び軸方向の二次勾配コイル間のギャップに配置されてもよい。
【００２８】
更に、櫛８４の位置、及びノッチ６４を形成するツールは、患者端フランジ５４ではなく表面から配置されてもよい。異なるボンディング方法を使用して、各部品を勾配コイル組立体に固定してもよい。例えば、熱硬化性エポキシ、及び／又は触媒剤を使用するエポキシを使用してもよい。
ここに示す実施形態の１つの効果は、自己シールド型勾配コイル組立体における型の数が減少されることである。別の効果は、コストの減少にある。更に別の効果は、一次勾配コイルセットと二次勾配コイルセットとを整列する段階が排除されることである。別の効果は、蓄積される磁気エネルギーが勾配強度及び均一性の要求に合致して最小にされることである。更に別の効果は、製品の質、勾配強度及びスリューレートの改善にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による自己シールド型勾配コイル組立体を有する磁気共鳴像形成システムの概略図である。
【図２】図１の自己シールド型勾配コイル組立体の拡大部分断面図である。
【図３】型に固定されたＲＦ接地スクリーン上に一次ｚ勾配コイルが巻かれて部分的に組み立てられた図２の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図４】ｚ勾配コイル上に一次ｘ勾配コイルが固定されそしてそのｘ勾配コイル上に一次ｙ勾配コイルが配置された図３の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図５】ｙ勾配コイル上に複数の櫛が固定されそして作業端フランジにリングが固定された図４の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図６】隣接する櫛間に内部及び外部の冷却管が配置されそして冷却管の自由端に作業端冷却材マニホールドが接合された図５の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図７】内部及び外部の冷却管の間に複数のシムトレーポケットが配置されそして櫛の上に二次ｚ勾配コイルが巻かれた図６の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図８】二次ｚ勾配コイル上に二次ｘ勾配コイルが固定されそしてその二次ｘ勾配コイル上に二次ｙ勾配コイルが固定された図７の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による完全に組み立てられそしてポッティングされた自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図１０】取り外し可能なマンドレルに一時的に固定されたＲＦ接地スクリーン上に一次ｚ勾配コイルが巻かれた本発明の第２の実施形態による部分的に組み立てられた自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 主磁界制御器
１２ 磁石
１４ 検査領域
１６ 真空容器
１８ 冷間シールド
２０ ヘリウム貯蔵部
２２ 内部穴
２４ 勾配パルス増幅器
２６ 自己シールド型勾配コイル組立体
２８ 高周波送信器
３０ 全身ＲＦコイル
３２ 走査又はシーケンスコントローラ
３４ 受信器
３６ データ線メモリ
３８ 像再構成プロセッサ
４０ 像メモリ
４２ 映像プロセッサ
４４ モニタ
５０ 型
５２ 樹脂管
５４、５８ フランジ
５６ 穴
６０ ノッチ
６４ 溝
７０ ＲＦ接地スクリーン
７２ ｚ勾配コイル
７４ ｘ勾配コイル組立体
７６ ｙ勾配コイル
８４ 櫛
９０、９２ 熱交換機
９８、１００ マニホールド
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴像形成に係る。本発明は、特に磁気共鳴像形成装置の勾配コイルに関連して使用することができ、これについて詳細に説明する。しかしながら、本発明は、磁気共鳴分光システムや勾配磁界を使用する他の用途にも使用できることを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴像形成（ＭＲＩ）の用途では、ＭＲＩ信号の周波数弁別によって空間分解能を与えるために３つの直交する勾配磁界が使用される。勾配コイルセットは、通常、ｘ、ｙ及びｚ勾配磁界を発生するために３つの個別の勾配コイルを含む。これらコイルは互いに絶縁され、そして円筒状の枠に積層される。一般に、コイルの通電導体がＭＲＩ装置の主磁界と相互作用するときに曲げ力に耐える大きな構造強度得るために、勾配コイルセット全体が重畳されてエポキシ含浸される。
【０００３】
勾配コイルは、一般に、短い立上り時間及び高いデューティサイクルを有する電流パルスでパルス付勢される。勾配コイルをパルス付勢すると、像形成領域にわたって磁界勾配が生じると共に、超伝導磁石の冷間シールドのような外部金属構造体と相互作用する磁界勾配が生じる。この相互作用は冷間シールドに渦電流を発生し、これは次いで渦磁界を発生する。この渦磁界は、検査領域における磁界の時間的及び空間的な質に悪影響を及ぼし、ひいては、それにより得られる像の質に悪影響を及ぼす。
【０００４】
渦電流の問題を克服する１つの解決策は、一次の勾配コイルセットとコイルシールドとの間に二次即ちシールド用の勾配コイルセットを配置することである。このシールド勾配コイルセットは、その外部磁界を実質的にゼロにし、従って、冷間シールドにおける渦電流の形成を防止する。
一体的な自己シールド型勾配コイル組立体は、一般に、一次の勾配コイルセットの半径方向外方に離間されてそれと直列に駆動される二次即ちシールド用勾配コイルセットを備えている。一次及び二次の勾配コイルセットは、ｘ、ｙ及びｚ勾配磁界を発生するための絶縁コイルを備えており、これらは、個別の円筒枠に積層される。一次及び二次の勾配コイルセットは、大きな構造強度を得るために個々に重畳されてエポキシ含浸される。通常は、機械的な手段が２つの枠を一緒に接続し、コイルセットを離間関係に維持しながらも一体的構造体を形成する。
【０００５】
典型的に、主たる超伝導磁石は、少なくとも９０ｃｍの穴直径を有し、そして少なくとも長さが１．８ｍある。このようなサイズの磁石は、２つの別々の枠で形成された（各枠は厚みが約５．０ないし７．５ｃｍである）シールド型勾配コイル構造体を受け入れることができる。というのは、所定の患者開口と磁石穴の内径との間にこのような放射状の構造体を受け入れるに充分なスペースがあるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
磁石穴の直径を減少すると、磁石のコストが著しく低下する。しかし、患者の受入穴が減少すると、ＭＲＩ装置の利用性及びその商業的容認性が低減する。
更に、自己シールド型の勾配コイル組立体を製造する既知の方法は、時間のかかる最終整列段階を有する。一次勾配コイルの軸方向等角点が二次勾配コイルの軸方向等角点に一致するように確保するために整列ツール及び固定具が使用される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記及び他の問題を克服する新規な自己シールド型勾配コイル組立体及びその製造方法を提供することである。
本発明の１つの特徴によれば、磁気共鳴像形成装置が提供される。このＭＲＩ装置は、検査領域を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石を備えている。高周波送信器は、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作する。受信器は、検査領域から受け取られた磁気共鳴信号を復調する。プロセッサは、復調された共鳴信号を像表示へと再構成する。自己シールド型勾配コイル組立体は、上記時間的に一定の磁界にわたり勾配磁界を誘起する。この自己シールド型勾配コイル組立体は、型と、この型に支持された勾配コイルと、シールド勾配コイルを支持するために型から延びる多数の櫛とを備えている。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、検査領域を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石を備えた磁気共鳴像形成装置に使用する自己シールド型勾配コイル組立体を製造する方法が提供される。高周波送信器は、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作する。受信器は、検査領域から受け取られた磁気共鳴信号を復調する。プロセッサは、復調された共鳴信号を像表示へと再構成する。自己シールド型勾配コイル組立体は、上記の時間的に一定の磁界にわたり勾配磁界を誘起する。この方法は、多数の一次勾配コイルを円筒状の型に接合し、多数の櫛を型に接合し、多数のシールド勾配コイルを櫛に接合して一体的な構造体を形成し、そしてその一体的な構造体をポッティングするという段階を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１を参照すれば、主磁界制御器１０は、検査領域１４にわたりｚ軸に沿って実質的に均一の時間的に一定の磁界が形成されるように超伝導又は抵抗性磁石１２を制御する。好ましくは、真空容器１６が１つ以上の冷間シールド１８を取り巻き、これらシールドは、超伝導磁石１２が超伝導温度に維持される中央のヘリウム貯蔵部２０を取り巻いている。真空容器は、内部穴２２を画成する。
【００１０】
磁気共鳴エコー手段は、一連の高周波（ＲＦ）及び磁界勾配パルスを付与して磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴を再収束し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的及びその他の仕方でエンコードし、スピンを飽和させ、等々を行って、磁気共鳴像形成及び分光学的シーケンスを発生する。
【００１１】
より詳細には、勾配パルス増幅器２４は、自己シールド型勾配コイル組立体２６の全身勾配コイルの選択された対に電流パルスを付与し、検査領域１４のｘ、ｙ及びｚ軸に沿って磁界勾配を形成する。勾配コイル組立体２６は、内部穴２２内に配置される。デジタル高周波送信器２８は、全身ＲＦコイル３０に高周波パルスを送り、検査領域にＲＦパルスを送信する。ＲＦパルスは、検査領域の選択された部分において、飽和、共鳴の励起、磁化の反転、共鳴の再収束、又は共鳴の操作に使用される。走査又はシーケンスコントローラ３２は勾配増幅器を制御し、そしてデジタル受信器は、像形成シーケンス、例えば、各共鳴励起又はショットの後に複数のエコー又はエコー列が続くような高速スピンエコーシーケンスを増幅する。
【００１２】
全身用途の場合には、共鳴信号が、一般に、全身ＲＦコイル３０によりピックアップされて受信器３４により復調され、データ線メモリ３６に記憶されるデータ線を形成する。
像再構成プロセッサ３８は、データセットを像表示へと再構成し、これは、像メモリ４０に記憶される。映像プロセッサ４２は、像メモリからの選択されたデータを、人間が読めるモニタ４４にスライス、三次元レンダリンク等として表示するのに適したフォーマットに変換する。
【００１３】
図２及び３を参照すれば、自己シールド型勾配コイル組立体２６は、電気絶縁性の中空の正円筒コイル枠即ち型５０を備えている。ここに述べる実施形態においては、型５０は、ガラスフィラメント巻き付け樹脂管（ＦＷＴ）５２と、この円筒部５２の前方端即ち患者端から横方向に延びる第１フランジ５４とを含む。この第１フランジ５４は、これを貫通して延びる複数の周囲方向に離間された穴５６を含む。
【００１４】
又、型５０は、円筒部５２の後方端即ち作業端において横方向に延びる第２のフランジ５８も含む。この第２フランジ５８は、その外面に沿って周囲方向に離間された複数のノッチ対６０を含む。図２において最も良く分かるように、複数の軸方向に離間された溝６４が、円筒部５２の外面６６を周囲方向に延びる。更に、複数の半径方向を向いた、端の閉じた穴６８（１つを示す）が、円筒部５２へとその外面から延びる。
【００１５】
ここに述べる実施形態では、一体的なＲＦ接地スクリーン７０が円筒部５２の外面に接合され、図２に示すように、軸方向に離間された溝６４へと押し込まれる。このＲＦ接地スクリーン７０は、湿式敷設又は真空圧力含浸プロセス（ＶＰＩ）を用いて型に接合されるのが好ましい。ＲＦ接地スクリーンは、この技術で知られたように、スリューレート設計に合致する燐及び青銅材料から形成されるのが好ましい。或いは又、ＲＦ接地スクリーンは、型５０の内径に取り付けるか又は型を画成する管のフィラメント巻線と共に埋設することもできる。
【００１６】
一次のｚ勾配コイル７２は、ＲＦスクリーン７０上で溝６４へと巻き付けられる。任意であるが、ｚ勾配コイルは、円筒部５２に一時的に即ちスポット接合される。或いは又、ｚ勾配コイルを溝６４に巻き付け、そしてこのｚ勾配コイルの上で円筒部５２にＲＦスクリーン７０を接合することもできる。ここに述べる実施形態は、束ねられた一次ｚ勾配コイル設計を組み込んでいる。しかしながら、分散型の電流コイル設計も使用できる。
【００１７】
図２と共に特に図４を参照すると、一次のｘ勾配コイル組立体７４は、一次のｚ勾配コイル７２の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。次いで、一次のｙ勾配コイル７６は、一次のｘ勾配コイル組立体７４の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。ここに述べる実施形態では、ｘ及びｙ勾配コイル組立体７４、７６の各々は、柔軟な誘電体シート上に対に取り付けられた４電気導体分配型「拇印(thumbprint)」四分(quadrant)巻線（図示せず）を含む。両勾配コイル７４、７６については、四分巻線の２つが隣接しそして型の第１部分の周りに延び、一方、他の２つの四分巻線は隣接して型の第２の部分の周りに延びる。
【００１８】
従って、ｘ及びｙ勾配コイル７４、７６は、互いに実質的に同等であるが、勾配コイル７４、７６の一方は、型の中心軸に対して約９０°だけ他方の勾配コイルから周囲方向にオフセットしている。ｙ勾配コイルの四分巻線区分は、ｘ勾配コイル７４の周りに取り付けられる。両縁７８及び両縁８０（１つしか示されていない）は、これらの縁７８、８０が垂直（ｙ、ｚ）平面に存在するように型の周りに互いに隣接して配置される。
【００１９】
ｘ勾配コイル７４の四分巻線区分は、両縁８２が互いに隣接配置される状態でｚ勾配コイル７２の周りに取り付けられる。ｘ勾配コイル７４は、ｙ勾配コイル７６から９０°だけ周囲方向にオフセットされる。ｘ勾配コイルについては、縁８２及び両縁（図示せず）が水平（ｘ、ｚ）平面に存在する。
図２と共に、特に図５を参照すると、複数の周囲方向に離間された誘電体の櫛８４が、ｙ勾配コイル７６上で勾配コイル組立体２６に固定される。櫛８４の各々は、その下面から型５０の穴６８へと延びる１つ以上のピン８６（図２）を含む。端フランジのスロットのような他の機械的な取付構成体も意図される。又、櫛８４は、それらの外面に沿って複数の軸方向に離間されたノッチ８８も含む。好ましい実施形態では、櫛８４は、ガラス樹脂複合材料から形成される。
【００２０】
櫛８４は、以下に詳細に述べるように、勾配コイル組立体２６の放射状構築部の残りを支持する。従って、櫛８４は、公知の自己シールド型勾配コイル組立体に関連した第２のフィラメント巻き付け管又は型に置き換わるものである。一次及び二次（以下に述べる）の勾配コイルセットの整列を回避するために、櫛８４（ひいては、ノッチ８８）は、溝６４を形成するツールと同様に、フランジ５４の加工面に対して正確に位置又は配置される。従って、一次及び二次の両方のコイルセットは、工作機械の公差内で機械的に整列される。
【００２１】
図２と共に、特に図６を参照すれば、内側の曲がりくねった例えばＭ字型の冷却管即ち熱交換機９０は、隣接する櫛８４の間で外側の曲がりくねった例えばＭ字型の冷却管即ち熱交換機９２から半径方向内方に離間される。冷却管９０、９２の各々は、勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。
冷却管９０、９２の各々は入口９４及び出口９６を含む。入口９４の各々は、単一の円形の作業端の冷却材供給マニホールド９８に接合され、そして出口９６の各々は、単一の円形の作業端の冷却材復帰マニホルド１００に接合される。ここに説明する実施形態において、冷却管９０、９２及びマニホールド９８、１００は、継ぎ目のないものであり、そして像形成中の熱強度及び最小磁化率干渉のためにステンレススチールから形成される。
【００２２】
入口９４及び出口９６は、作業端フランジ５８においてノッチ対６０を通過する。冷却管が配置された後、作業端リング１０２がフランジ５８上に接合され、作業端リング１０２に関連したノッチ１０４が冷却管の入口及び出口９４、９６と整列される。更に、作業端リング１０２がフランジ５８に接合されたときは、隣接対のノッチ６０と１０４との間に穴１０６が形成される。
以下に述べるように、シムトレーモールドが穴５６を経て延び、作業端から患者受入端へと勾配コイル組立体２６を経て軸方向に延びるチャンネル即ちポケットを形成する。作業端リング１０２は、１つ以上の弓形部材から形成され、これらは、フランジ５８に接合されたときに、実質的に連続する周囲を形成する。
【００２３】
図２と共に特に図７を参照すれば、複数のシムトレーモールド１０８がフランジ５４の穴５６を経て内側及び外側の冷却管９０、９２の間のギャップへそして穴１０６を経て挿入される。ギャップへと挿入する前に、各モールド１０８は、以下に述べる単一のポッティング段階に続いてモールド１０８がその後に除去されるときに形成されるチャンネル即ちポケット１１０（図２）の周りの構造上の完全性を与えるために、織られたガラス材料のほぼ３枚のシートで巻かれる。
シムトレーモールド１０８は内実なものであって、除去されたときに鉄の残留物を残さないようにするために、アルミニウム、ワックス等の非鉄材料で形成される。シムトレーモールド１０８は、液圧式の除去装置で穴５６を通して容易に除去できるように、端から端へ約２ｍｍのテーパをもつ高度に研磨された表面を有する。
【００２４】
次いで、二次の即ちシールドｚ勾配コイル巻線１１２が櫛８４の溝８８に巻かれる。ここに述べる実施形態は、分配型のｚ勾配シールドコイル設計である。図２及び８に示すように、二次の即ちシールドｘ勾配コイル１１４及び二次の即ちシールドｙ勾配コイル１１６は、巻線１１２の上で勾配コイル組立体２６に一時的にスポット接合される。二次のシールドコイル１１２、１１４は、上記の一次の勾配コイル７４、７６と構造的に同様であり、そして同様に方向付けされる。
【００２５】
一次及び二次の勾配コイルを直列に駆動すべき場合には、電気的な相互接続を行う。勾配コイル組立体２６に周りにポッティングモールド（図示せず）が配置される。単一のポッティング段階において勾配コイル組立体内の全ての空所にエポキシのようなポッティングコンパウンドが引き込まれ、それらを満たす。エポキシが硬化しそしてポッティングモールドを取り外した後に、シムトレーモールド１０８が穴５６を経て取り外される。これにより生じる空洞は、勾配コイル組立体の作業端から患者端へと延びる連続的なチャンネル即ちポケット１１０を形成する。チャンネル１１０は、シムトレー１１８を受け入れ、これは、一次磁界の制限された非均一性を修正すると共に、一次磁界を穴内で実質的に均一なものににする。又、このチャンネルは、シムトレーの冷却を促進するための空気流路も形成し、シムのスチールの磁化率の変化を最小にする。
【００２６】
図１０を参照すれば、自己シールド型勾配コイル組立体１２０は、フィラメントが巻かれた管又は型を組み込まずに製造される。特に、第１フランジ１２２、第２フランジ１２４及びＲＦ接地スクリーン１２６は、取り外し可能なマンドレル１２８の上に最初に配置される。高度に研磨された表面をもつ取り外し可能なマンドレルは、最終ポッティング段階が完了した後のその後の取り外しを容易にするために端から端へ若干テーパが付けられている。次いで、一次のｚ勾配コイル１３０がＲＦ接地スクリーン１２６に巻かれる。次いで、勾配コイル組立体１２０の放射状の構築が、図４ないし９について上記したのと同様に続けられる。
【００２７】
従って、自己シールド型勾配コイル組立体は、整列されて単一の一体構造体へとポッティングされた一次コイル及びシールドコイルを組み込む。一次及び二次組立体は一体構造であるので、一次及び二次コイルの軸方向整列は、組立体が作られるときの加工装置の機械的公差内で形成される。個別の一次及び二次の勾配コイル構造体の間で整列手順を実行する必要はない。従って、公知の整列プロセスが排除され、そして整列を行うのに必要な時間が節約される。
横方向（例えば、ｘ及びｙ勾配コイル）及び軸方向（例えば、ｚ勾配コイル）の順序は、変えることもできるし又は逆にもできることが明らかである。更に、内側の冷却管９０は、型と一次勾配コイルとの間に配置されてもよいし又は横方向及び軸方向の一次勾配コイル間のギャップに配置されてもよい。同様に、外側の冷却管９２は、横方向及び軸方向の二次勾配コイル間のギャップに配置されてもよい。
【００２８】
更に、櫛８４の位置、及びノッチ６４を形成するツールは、患者端フランジ５４ではなく表面から配置されてもよい。異なるボンディング方法を使用して、各部品を勾配コイル組立体に固定してもよい。例えば、熱硬化性エポキシ、及び／又は触媒剤を使用するエポキシを使用してもよい。
ここに示す実施形態の１つの効果は、自己シールド型勾配コイル組立体における型の数が減少されることである。別の効果は、コストの減少にある。更に別の効果は、一次勾配コイルセットと二次勾配コイルセットとを整列する段階が排除されることである。別の効果は、蓄積される磁気エネルギーが勾配強度及び均一性の要求に合致して最小にされることである。更に別の効果は、製品の質、勾配強度及びスリューレートの改善にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による自己シールド型勾配コイル組立体を有する磁気共鳴像形成システムの概略図である。
【図２】図１の自己シールド型勾配コイル組立体の拡大部分断面図である。
【図３】型に固定されたＲＦ接地スクリーン上に一次ｚ勾配コイルが巻かれて部分的に組み立てられた図２の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図４】ｚ勾配コイル上に一次ｘ勾配コイルが固定されそしてそのｘ勾配コイル上に一次ｙ勾配コイルが配置された図３の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図５】ｙ勾配コイル上に複数の櫛が固定されそして作業端フランジにリングが固定された図４の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図６】隣接する櫛間に内部及び外部の冷却管が配置されそして冷却管の自由端に作業端冷却材マニホールドが接合された図５の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図７】内部及び外部の冷却管の間に複数のシムトレーポケットが配置されそして櫛の上に二次ｚ勾配コイルが巻かれた図６の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図８】二次ｚ勾配コイル上に二次ｘ勾配コイルが固定されそしてその二次ｘ勾配コイル上に二次ｙ勾配コイルが固定された図７の自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による完全に組み立てられそしてポッティングされた自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【図１０】取り外し可能なマンドレルに一時的に固定されたＲＦ接地スクリーン上に一次ｚ勾配コイルが巻かれた本発明の第２の実施形態による部分的に組み立てられた自己シールド型勾配コイル組立体の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 主磁界制御器
１２ 磁石
１４ 検査領域
１６ 真空容器
１８ 冷間シールド
２０ ヘリウム貯蔵部
２２ 内部穴
２４ 勾配パルス増幅器
２６ 自己シールド型勾配コイル組立体
２８ 高周波送信器
３０ 全身ＲＦコイル
３２ 走査又はシーケンスコントローラ
３４ 受信器
３６ データ線メモリ
３８ 像再構成プロセッサ
４０ 像メモリ
４２ 映像プロセッサ
４４ モニタ
５０ 型
５２ 樹脂管
５４、５８ フランジ
５６ 穴
６０ ノッチ
６４ 溝
７０ ＲＦ接地スクリーン
７２ ｚ勾配コイル
７４ ｘ勾配コイル組立体
７６ ｙ勾配コイル
８４ 櫛
９０、９２ 熱交換機
９８、１００ マニホールド
Claims (9)
- 検査領域(14)を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石(12)と、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作するための高周波送信器(28)と、検査領域から受信した磁気共鳴信号を復調するための受信器(34)と、その復調された共鳴信号を像表示へと再構成するためのプロセッサ(38)と、上記時間的に一定の磁界にわたって勾配磁界を誘起するための自己シールド型勾配コイル組立体(26)とを備えた磁気共鳴像形成装置において、
上記自己シールド型勾配コイル組立体(26)は、更に、
単一の円筒状型(50)と、
上記型に支持された一次勾配コイル(72-76)と、
上記型から延びる複数の櫛(84)と、
複数のシールド勾配コイル (112-114) と、
を含み、
上記複数のシールド勾配コイル (112-114) の少なくとも１つは、櫛 (84) によって直接支持され、それにより、シールド勾配コイル (112-114) が櫛 (84) により一次勾配コイル (72-74) から半径方向に変位されて、それらの間に通路を形成している、
ことを特徴とする磁気共鳴像形成装置。 - 上記自己シールド型勾配コイル組立体(26)は、上記通路にポッティングされる複数の冷却管(90,92)を更に含む請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 上記自己シールド型勾配コイル組立体(26)は、上記通路に配置された複数のステンレススチールの冷却管(90,92)を更に含み、これら冷却管は、供給マニホールド(98)に接続された入口(94)と、復帰マニホールド(100)に接続された出口(96)とを有する請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 上記自己シールド型勾配コイル組立体(26)は、上記通路内に画成された複数のチャンネル(110)と、これら複数のチャンネルに配置された複数のシムトレー(118) とを更に含む請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 上記自己シールド型勾配コイル組立体(26)は、更に、一次勾配コイル(72-76)に隣接して上記通路内に配置された複数の内部冷却管(90)と、二次勾配コイル(112-114)に隣接して上記通路内に配置された複数の外部冷却管(92)と、これら内部及び外部冷却管の間に介在された複数のチャンネル(110)を含む請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 上記型(50)は、一次ｚ勾配コイル(72)を受け入れるための溝(64)を含み、そして上記櫛(84)の各々は、シールドｚ勾配コイル(112)を受け入れるためのノッチ(88)を含む請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 上記櫛(84)及び型(50)は、シールドコイル巻線(112-114)を受け入れるための櫛のノッチ(88)を型に対して配置するピン組立体(68,86)により接続される請求項１に記載の磁気共鳴像形成装置。
- 検査領域(14)を通して時間的に一定の磁界を発生するための主磁界磁石(12)と、検査領域において選択されたダイポールの磁気共鳴を励起しそして操作するための高周波送信器(28)と、検査領域から受信した磁気共鳴信号を復調するための受信器(34)と、その復調された共鳴信号を像表示へと再構成するためのプロセッサ(38)とを備えた磁気共鳴像形成装置に使用するための自己シールド型勾配コイル組立体(26)を製造する方法において、
複数の一次勾配コイル(72-74)を単一の円筒状の型(50)に対して支持し、
複数の櫛状スペーサ(84)を型(50) 上にその型から半径方向に延びるように支持し、
複数のシールド勾配コイル(112-114)を、櫛状スペーサ (84) の外面上に直接支持し、それによりシールド勾配コイル (112-114) が櫛状スペーサ (84) により一次勾配コイル (72-74) から半径方向に変位されて、それらの間に通路を形成するようにし、そして
上記型、上記一次勾配コイル、上記櫛状スペーサ及び上記シールド勾配コイルを樹脂でポッティングして、一体構造体を形成する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。 - 検査領域(14)を画成する主磁界磁石(12)の穴内に上記一体構造体を配置することを更に含む請求項８に記載の自己シールド型勾配コイル組立体を製造する方。
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