JP4298231B2 - 振動低減用の消音積層板を備えた磁気共鳴断層撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、医学の分野で被検者の検査に適用される核スピン断層撮影（磁気共鳴断層撮影と同義語なので、以下では磁気共鳴断層撮影又は略してＭＲＴとも呼ぶ）に関する。特に、本発明は、多くの点で全体システムに悪影響をおよぼす構成機器の振動を低減した磁気共鳴断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＴは磁気共鳴なる物理現象を基礎とし、画像形成方法として１５年以上前から医学や生物物理学の分野で成功裡に使用されている。この検査方法では、被検体は強力な一定磁場に曝される。このためそれ迄無規則に配列されていた被検体内の原子核スピンが整列する。その場合、高周波は「整列した」核スピンにある振動を励起する。ＭＲＴで、この振動は適当な受信コイルにより受信される本来の測定信号を形成する。傾斜磁場コイルで作られた、非均一な磁場を使用することで、その場合、測定被検体は３つの全空間方向に空間的にコード化される。この方法は撮像すべき断層の自由な選択を可能とし、この結果被検体、例えば人体の断層画像を全方向で撮影できる。医学的診断における断層画像形成方法としてのＭＲＴは、第一に「非侵襲」の検査方法として、多面においてコントラスト能力により優れている。ＭＲＴは、今日、秒及び分の単位の測定時間で優れた画像品質を可能とする、高い傾斜磁場性能を持つ適用例を使用している。
【０００３】
ＭＲＴ装置の構成機器の絶えざる技術的発展と、より速い画像形成シ−ケンスの採用により、ＭＲＴは医学の分野で益々その使用領域を広げてきた。最小侵襲性の外科医療を支援するリアルタイムイメージング、神経学におけるファンクショナルイメージ及び心臓学における潅流測定は幾つかの少数例に過ぎない。
【０００４】
この種ＭＲＴ装置の中心部分の基本的構造を図６に示す。図は内部空間に均一な静磁場を発生させる静磁場磁石１、例えば能動的漏洩磁場シールドを持つ軸方向超伝導空心コイル磁石を示す。この磁石１は、内部で液体ヘリウムに浸されている超伝導コイルからなる。この磁石１は、通常特殊鋼製の２つの殻からなるタンクで包囲されている。液体ヘリウムを内蔵し、部分的に磁石コイルの巻心ともなる内側タンクは、低熱伝導性のＧＦＫ（ガラス繊維強化プラスチック）ロッドを経て室温の外側タンクに懸垂されている。内・外側タンク間は真空である。
【０００５】
円筒状の傾斜磁場コイル２は、静磁場磁石１の内部空間の支持管内部に、支持部材７により同心的に挿入されている。支持管は外側では外側殻８、内側では内側殻９により各々境界付けられている。層１０の機能は後に説明する。
【０００６】
傾斜磁場コイル２は、各々印加された電流に比例し、空間的に互いに垂直な傾斜磁場を発生させる３つの部分巻線を持っている。図７に示すように、この傾斜磁場コイル２はｘコイル３、ｙコイル４及びｚコイル５を備え、これらコイルは各々コイル鉄心６に巻回されて、傾斜磁場を目的に合わせて直交座標のｘ、ｙ及びｚ方向に発生する。これらコイルの各々は固有の電流供給源を備え、無関係な電流パルスをパルスシーケンス制御装置にプログラムされたシーケンスに応じて振幅及び時間に正確に発生させる。必要な電流は約２５０Ａである。傾斜磁場投入時間はできるだけ短いものとされるから、２５０ｋＡ／ｓの大きさの電流上昇率が必要である。静磁場磁石１が発生させる非常に強い磁場（代表的には、０、２２〜１、５Ｔ）において、このような開閉動作にはその際発生するローレンツ力に基づく強い機械振動を伴う。傾斜磁場システムに機械的に連結される全てのシステム構成要素（ハウジング、カバー、静磁場磁石のタンク又は磁石容器、高周波コイル等）は強制的に振動励起される。
【０００７】
傾斜磁場コイルは、一般に、導電性構造（例えば、特殊鋼からなる磁石容器）で包囲されているから、その中にパルス変動する磁場に伴い渦流が起き、これが静磁場との交互作用でこれら構造に力を及ぼし、これらをも同様に振動させる。
【０００８】
その他に、主に磁石容器を振動させる振動源もある。これは、静磁場磁石の温度を保つための、所謂低温ヘッドである。これはコンプレッサで駆動され、静磁場磁石１の容器に機械的な衝撃を与える。
【０００９】
各種のＭＲＴ構成部分のこれら振動は、多くの面でＭＲＴシステムに悪影響をおよぼす。即ち、
１．非常に強い空気音（騒音）が発生し、被検者、操作要員及びＭＲＴ装置の近くにいるその他の人々に対して煩わしさとなる。
２．傾斜磁場コイル並びに静磁場磁石が振動すると、またそれらの振動が高周波共振器や静磁場磁石又は傾斜磁場コイルの内部空間にある検査台に伝わると、それは不充分な診断画像品質として表れ、その上、誤診にも繋がりかねない（例えばＭＲＩのためのファンクショナルイメージにおいて）。
３．これらの振動が床に又はその逆に伝達するのを抑制すべく振動を抑制するシステムを設置する必要があり、これによっても、光学テーブルと同様に、高コストが発生する。
【００１０】
従来技術では、傾斜磁場コイルと断層撮影装置との間の振動エネルギーの伝達には、機械的及び／又は電気機械的な消音体の使用により対処してきた。
【００１１】
例えばドイツ特許出願公開第１９７２２４８１号明細書は、磁石容器により包囲された磁石を設け、この容器で内部空間を包囲しかつ境界付け、この内部空間に傾斜磁場コイルを配置し、該空間を境界付ける磁石容器の内側面に、傾斜磁場を発生させる電流を投入した際に生ずる音響振動を吸収する消音構造を設けた核スピン断層撮影装置を開示している。ここには、液状、ガス状又は震動可能な消音材で少なくとも１つの消音クッションを形成した構造が示されている。
【００１２】
ドイツ特許出願公開第１９７３４１３８号明細書では、同様に受動的に作用するゴム状の消音部材（例えば、ゴム軸受）の使用と、傾斜磁場コイルの別設の真空容器への封入が提案されている。
【００１３】
振動を低減するために、通常、以下の他の受動的手段も使われる。即ち、
・振動源を全体的に封入する。
・厚くかつ重い材料を使用する。
・「外部」から消音層、例えばタールを塗付する。
【００１４】
米国特許第４９５４７８１号明細書では、特にＭＲＴ装置内部での騒音発生、即ち傾斜磁場コイルの振動による騒音の発生と該騒音が傾斜磁場コイルの支持管（図６参照）に伝わり、更にこの振動が内側に向かって被検者や内部空間に伝わるのを、支持管の内側層９に消音粘弾性層１０を設けることで阻止している。
【００１５】
更に、音響を吸収する、所謂音響泡を支持管と傾斜磁場コイルの間に装着することで、騒音の低減を図ることは公知である。
【００１６】
ドイツ特許出願公開第１９６４３１１６号明細書は、磁歪材料を特に傾斜磁場コイルに組込み、これにより制御動作時に能動的に対向制御を行い、傾斜磁場コイルの振動振幅を低減する方法を開示している。
【００１７】
ドイツ特許第４４３２７４７号明細書は、同様に能動的な消音体の使用を教示している。しかしこれは、電歪性圧電素子の組込みによるものである。
【００１８】
それにも係らず、今日普通に使用されているＭＲＴ装置の音響放射は今なお非常に大きい。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
それ故本発明の課題は、ＭＲＴ装置動作時の騒音伝達を更に減少させることにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項により解決される。なおこれに関連した他の請求項は、本発明の思想を特に好ましい形態で示す。
【００２１】
即ち本発明は、内部空間を包囲しかつ境界付ける磁石容器で包囲された静磁場磁石を備え、この内部空間に傾斜磁場コイルシステムが配置された磁気共鳴断層撮影装置を提案し、この内部空間を境界付ける磁石容器の内側面に、傾斜磁場コイルシステムの切換え時に生ずる音響振動を吸収する消音積層板構造を設ける。
【００２２】
これにより、騒音として現れる煩わしさが低減する効果がある。その上、高周波共振器及び被検者の検査台への振動の伝達が減少し、その結果診断画像品質はほぼ損なわれない。
【００２３】
消音積層板構造には種々の変形可能性がある。即ち消音積層板構造が開放システムである場合、内側層（１）が磁石容器の真空を支える内壁を形成し、外側層（２）がこれら層（１）、（２）間の消音層と共に本来の消音外壁を形成する。
【００２４】
その場合、この開放システムは内部空間側の磁石容器の内側面だけにわたって延びているのがよい。
【００２５】
消音積層板構造が閉鎖システムを形成する際、内側層（１）と外側板（２）とが磁石容器の真空を支える壁を形成し、これら層と板の間に消音層が存在する。
【００２６】
その場合、この閉鎖システムは内部空間側の磁石容器の内側面だけにわたって延びているのがよい。
【００２７】
しかし、この閉鎖システムが磁石容器の全面にわたり延びていても好ましい。
【００２８】
消音積層板構造が２枚の板と、その間の消音層からなっていてもよい。
【００２９】
消音積層板構造が多層構造（３）で、複数の層とそれらの間の消音層とから形成される閉鎖システムであっても全く同様に有利である。
【００３０】
その場合、消音層は粘弾性の層であるのがよい。
【００３１】
低温ヘッドの機械的振動が磁石容器に伝達するのを抑制すべく、本発明のその他の有利な構成では、消音積層板構造が開放或いは閉鎖システムの形でリング状に低温ヘッドの回りに配置される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の利点、特徴及び固有の特性を実施の態様について添付図面に関連して詳しく説明する。
【００３３】
図１と２は、ＭＲＴ装置の静磁場磁石１と内部空間を包囲する他の構成部分を模式的に示す平面図と側面図である。静磁場磁石１は、液体ヘリウムに浸された超伝導磁石コイルを有し、２つの殻からなるタンク状の磁石容器１２で包囲されている。温度を一定保持すべく、磁石容器１２の外側に所謂低温ヘッド１５を備える。磁石容器で包囲された内部空間２１に、支持部材７を経て傾斜磁場コイル２を同心的に懸垂している。傾斜磁場コイル２内に、高周波共振器１３も同様に同心的に設けてある。該共振器は、出力送信器から放出された高周波パルスを、被検者１８内の原子核を励起する交流磁場に変換し、次に歳差運動する核モーメントから生ずる交流磁場を受信部に供給される電圧に変換する。被検者１８は、滑りレール１７上に置かれた検査台の天板１９上に載せられ、高周波共振器１３に設けられたローラ２０を経てこのシステムの開口又は内部空間に搬送される。滑りレール１７は、垂直方向に変位可能な支持枠１６で支持されている。
【００３４】
図１と２に示すシステムは、２つの振動源、即ち振動中心を持っている。その１つは低温ヘッド１５、他の１つは傾斜磁場コイルである。本発明は、特定の最適位置に層状に構成された個々の構成要素を使用することで、騒音の伝達の低減を可能とするものである。
【００３５】
消音積層板構造を装着すべき最適位置とは、磁石容器１２、特に磁石内側面１４の振動に特に敏感な範囲、低温ヘッド１５の回りの範囲と検査台１６、１７、１９である。
【００３６】
振動部分は殆ど連続的な固有振動スペクトルを持っているので、特に比較的高い周波数（１００Ｈｚ以上）に対しては、質量又は剛性で層の消音性を高めることが有効である。従来は、例えば重い箔を接着することでこれを実現していた。磁石容器１２の場合、金属表面とすることが真空技術的にも、設計（サイズ、硬い表面）及び構造（許容値）的にも有利である。消音積層板は、その厚さに関して、他の受動的な方法に較べて最も大きな振動低減効果を持っている。また積層構造により自然に硬度も増すので、重量の割に大きな剛性をもたらす。
【００３７】
当該構成要素の構造に振動を抑える性質を持たせても、設計と機能に何ら不利益をもたらさない。消音積層板の使用により機能性や設計への制約なしに１０分の１以上の係数で振動振幅を低減する。現在、サンドイッチ構造の積層板は既に大規模商品として市販されており（クルップヘッシュ社の“BONDAL”鋼）、適当なコストで製造できる（例えば積層板間の“３Ｍ−Scotchdamp”で）。
【００３８】
本発明によれば積層板構造について種々の構成例が考えられる。即ち、図３（ａ）は、内部空間２１を境界付ける磁石容器１２の内側面１４のみが２層であるシステムを示す。内側層Ａは、端面側Ｋと同様に、磁石容器１２の内部の真空を外側の空気圧に対し維持するためのものである。これは静背圧負荷に耐えるため、充分な機械的剛性を必要とする。図３（ａ）に示すシステムでは、内部空間２１を境界付ける磁石容器１２の内側面１４のみがもう１つの層Ｂを備えている。この層は真空密である必要はない。この層は内側面１４の剛性と消音性を高めるためのものである。しかしながら、本来の消音は、２つの層Ａ、Ｂ間に中間層Ｅとして存在する消音層により行われる。この層は、これに接する金属層ＡとＢに接着されている。図３（ａ）において外側の層Ｂは真空を維持する機能を持っておらず、磁石容器１２のこの構造は開放システムと呼ぶこととする。
【００３９】
これに対し図３（ｂ）は閉鎖システムを示す。即ち、ここでは内部空間２１を境界付ける磁石容器１２の内側面１４も同様に内側層Ｃと外側層Ｄからなる。この両層間に同様に消音層Ｅがある。しかし、図３（ａ）の開放システムとの違いは、内側層Ｃと共に外側層Ｄも端面側Ｋで磁石容器１２の内部の超高真空に耐えねばならないことである。これら層と板Ｃ、Ｄは、従って、相互にかつ殻Ｋに溶接され、それによりサンドイッチ構造の閉じた構造ユニットを形成する。この閉鎖システムはコスト的に高価であるが、より高い剛性を持ち、これによりそれだけよく騒音伝達を阻止する。各層の層厚は、両システムにおいて同じであるが、異なっていてもよい。図３（ａ）と（ｂ）の構成において、積層板構造は専ら内側面１４の特に振動に鋭敏な範囲に設けられている。しかし、図３（ｃ）のように、磁石容器の全体にわたる消音積層板構造も考えられる。
【００４０】
更に、図３（ｄ）のように、２つ以上、例えば３つの層Ｇ、Ｈ、Ｊを備えた層構造で、コスト的には不利なものの、一層効果的な消音を行うこともできる。
【００４１】
上述のように、多層構造により当該表面の自然剛性が増大する。磁石容器１２の端面のより大きな剛性は、半径方向に配置した補強Ｆにより得られる。なお、図４（ａ）はこの補強Ｆを備えた多層構造の断面、図４（ｂ）は正面を示す。
【００４２】
上述の構成を適宜組合せることで、振動の伝播を、特に、例えば低温ヘッドのような振動源のリング状絶縁により阻止するのに適している。
【００４３】
図５は検査台を示す。患者が横臥する桶状の天板１９は、滑りレール１７に据付られている。この滑りレール自体は水平方向に移動可能であり、垂直方向に変位可能な支持枠１６上に置かれ、これにより検査台は患者と共にローラの高さにされ、システムの開口内に搬送される。
【００４４】
磁石又は高周波共振器の振動が検査台１６、１７、１９に伝わるのを、同様に検査台の支持構造、即ち天板１９及び滑りレール１７、又は両部分間に、支持枠１６と滑りレール１７の間で消音層Ｅを組込むこと並びに消音ローラ軸受２０を用いることにより阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＲＴ装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す装置の正面図である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は積層板構造の種々の構成例を示す断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は補強を備えた多層構造の断面図および正面図である。
【図５】検査台の要部を示す平面図である。
【図６】従来のＭＲＴ装置の中心部分を示す平面図である。
【図７】従来の傾斜磁場コイルの斜視図である。
【符号の説明】
１ 静磁場磁石
２ 傾斜磁場コイル
３ ｘコイル
４ ｙコイル
５ ｚコイル
６ コイル鉄心
７ 支持部材
８ 外側殻
９ 内側殻
１０ 粘弾性層
１２ 磁石容器
１３ 高周波共振器
１４ 磁石内側面
１５ 低温ヘッド
１６ 可調整支持枠
１７ 滑りレール
１８ 被検者
１９ 検査台の天板
２０ ローラ
２１ 内部空間
Ａ、Ｃ 内側層
Ｂ、Ｄ 外側層
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２ 消音層
Ｆ 補強
Ｇ、Ｈ、Ｉ 多層積層板の層
Ｋ 殻

Claims (9)

1. 内部空間（２１）を包囲しかつ境界付ける磁石容器（１２）によって包囲された静磁場磁石（１）を備え、前記内部空間（２１）に傾斜磁場コイルシステム（２）が配置され、かつこの内部空間（２１）を境界付ける磁石容器（１２）の内側面（１４）に、傾斜磁場コイルシステム（２）の切換えの際に発生する音響振動を吸収する消音積層板構造（Ａ−Ｅ−Ｂ、Ｃ−Ｅ−Ｄ）が設けられた磁気共鳴断層撮影装置。
2. 消音積層板構造が、内側の層（Ａ）が磁石容器（１２）の真空を支える内壁を形成し、外側の層（Ｂ）がこれら層（Ａ）、（Ｂ）間にある消音層（Ｅ）と共に磁石容器（１２）の本来の消音外壁を形成する開放システムであることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 開放システムが、内部空間（２１）側の磁石容器（１２）の内側面（１４）だけにわたって延びることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 消音積層板構造が閉鎖システムを形成し、内側の層（Ｃ）と外側の層（Ｄ）が磁石容器（１２）の真空を支える壁を形成し、これら層（Ｃ）、（Ｄ）間に消音層（Ｅ）が配置されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 閉鎖システムが、内部空間（２１）側の磁石容器（１２）の内側面（１４）だけにわたって延びることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 閉鎖システムが、磁石容器（１２）の全面にわたって延びることを特徴とする請求項４記載の装置。
7. 消音積層板構造が、２つの層（Ａ−Ｂ又はＣ−Ｄ）と、両者間の消音層（Ｅ）とから形成されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
8. 多層構造（３）の消音積層板構造が、複数の層（Ｇ−Ｈ−Ｊ）と、それらの間の消音層（Ｅ１、Ｅ２）とから形成された閉鎖システムであることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
9. 消音層が粘弾性の層であることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の装置。

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