JP4330447B2 - 開放型ｍｒ装置におけるノイズ抑制 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、横からもアクセス可能であるよう開放型である検査容積と、検査容積の２つの対向する側部に配置され主磁場を生成する主コイル装置と、プロトンの歳差運動を励起する少なくとも１つの高周波コイル装置と、プロトンの歳差運動の励起の位置的コード化のために検査容積の対向する側部に配置される少なくとも１つの二部構成傾斜磁場コイルとを有するＭＲ装置に係る。

主コイル装置は、従来のコイル装置と、低温に冷却される超伝導コイル装置の両方を意味するものとして理解し、その断熱性ケーシングは、以下クリオスタットと称する。

一般的な磁気共鳴撮像方法の範囲において、プロトンの磁気モーメントは、例えば、１．５テスラの強い静磁場によって１つの空間方向に整列される。個々のプロトンは、短い電磁気高周波パルスによって歳差運動するよう励起され、次に、再び、外部の強い磁場に応じて整列する。これに関連して、特に、励起及び弛緩時間と、更に、歳差運動の周波数は、組織に依存し、測定の範囲内にて、励起の位置的コード化と共に、様々な組織の空間配置に関する情報を与える。位置的コード化は、位置に依存する周波数と歳差運動の励起の位相を使用し、また、測定されたＭＲ信号のフーリエ変換によってそれぞれの放射の位置に関する結論を引き出すことを可能にする。

プロトンの歳差運動励起のために用いるコイルは、原則として、残りのコイルに取り囲まれる検査空間内に置かれる。

周知のＭＲ装置の検査容積は、一般的に、円筒管として設計され、その中に患者が、軸方向端から入れられる。従来のＭＲ装置における検査時の閉鎖され且つ圧迫された状態は、多くの患者に不愉快且つ不安な感情をもたらし、一部の場合には、閉所恐怖症のような反応をもたらす。このために、最近の開発は、開放型ＭＲ装置を提供することに主眼が置かれている。患者は、検査台の表面から約０．５メートル離れたルーフ上部セクション内のコイル装置又は磁気装置とインタラクトするコイル又は磁気装置を有する検査台の上に寝かされる。支持領域とルーフ上部セクションは、一体の構成要素として、プロトンを整列するために設けられる主磁石と、位置的コード化のために設けられる傾斜磁場コイルと、励起のために用いる高周波コイルを有する。

強い磁場は、個々のコイルと磁石の下で、支持されなくてはならない高い力を生成する。静的力に加えて、動的に変化する力も発生し、これらは、深刻な振動と高いノイズレベルを引き起こし得る。閉鎖型ＭＲ装置の複合管は、開放型では必要ないので、高い静的及び動的力の支持が、特に問題となる。

従来技術では、傾斜磁場コイルは、検査容積の方向に向く主コイル装置のその表面上に好適な取付け素子によって平面構成に取付けられる。動作時に動的に発生するローレンツ力は、このような種類の取付け器具において高い振動レベルをもたらし、何故なら、傾斜磁場コイルが、主コイル又はその筐体への取付けによって、全体のＭＲ装置を振動させるからである。これに関連して、特に高いノイズレベルが、一般的に用いられ且つ真空室を形成する筐体によって取り囲まれるクリオスタットの振動励起によって生成される。筐体設計における主な力点は、一般的に、熱橋を阻止することに置かれ、そのために、筐体は非常に振動の影響を受けやすい。振動は、患者の健康に悪影響を与えるだけでなく、磁場の質も損ない、これは、画質の深刻な損失が伴う。

従来技術の不利点及び問題から進むに、本発明は、横からのアクセス可能性と、高い磁場強度及び高速切替えシーケンスにも関らず非常に低い振動レベル及び低ノイズ放射を特徴とする開放型ＭＲ装置を提供することを目的とする。

本発明によると、この目的は、検査容積の少なくとも１つの側部において、中央凹部が、検査容積から主コイル装置を通り延在し、凹部内に、保持素子が配置され、保持素子の検査容積に面する側に、傾斜磁場コイル装置が排他的に取付けられる、初めに述べたような種類のＭＲ装置によって達成される。

傾斜磁場コイル装置の本発明による取付け器具の決定的な利点は、主コイル装置の非常に遠くまで及ぶ機械的な減結合（decoupling）にある。従って、主コイル装置は、傾斜磁場コイル装置の振動及び発振によってもはや励起されることはない。従って、ＭＲ装置の動作は、有意に静かであり、このことは、検査される患者の健康のためになり、患者が閉所恐怖症の状態に陥る危険性を少なくする。

本発明によるＭＲ装置の低振動レベルは、更に、撮像に必要な磁界が、干渉されることなく且つ高い品質で生成されることが可能であり、開放型ＭＲ装置の画質を向上する利点を有する。

本発明の有利な更なる発達は、保持素子は、円柱として設計されることを与える。この場合、傾斜磁場コイル装置を、検査容積に面する保持素子の軸方向端に取付けることが好都合である。円柱型設計の保持素子は、主コイル装置の内部構造と主コイル装置の中央凹部の構成内に嵌る。何故なら、中央凹部の領域における主磁場の形成は、主コイル装置の構成要素を必ずしも必要としないからである。

この場合、保持素子は、主コイル装置の全深度を通り延在し、剛性支持枠体か、又は、中央凹部内で主コイル装置に取付けられる。保持素子が、主コイル装置の中央凹部内で取付けられると、主コイル装置又は主コイル装置の筐体が適切に堅くされ且つ補強されるか、又は、主コイル装置の筐体が保持素子への継手により堅くされると好都合である。主コイル装置が、例えば、スチールから形成される筐体によって取り囲まれると、筐体の剛性は、中央凹部の形成と中央凹部内への筐体の延長によって増加される。増加される剛性は、振動励起に対する感受性を低くする。

傾斜磁場コイル装置の取付けは、保持素子が、円錐部を有する円柱として設計され、保持素子の広い方の端が、外部支持枠体に取付けられると、振動に対し、特に耐性を有し、振動を受けにくくなる。従って、円柱の抵抗のモーメントは、発生する曲げモーメントの負荷に適切に適応される。

振動レベルとノイズ発展を更に減少するために、振動レベルをアクティブ制御することを可能にする圧電式又はハイドロリック式アクチュエータが、保持素子と傾斜磁場コイル装置との間に配置されることが有利である。

それぞれの動作状態に依存するアクチュエータの作動によって、発生する振動の大部分を相殺することを可能にする。この点に関し、シミュレーション又は実験によって予めアクチュエータの作動の周波数を最適化することによって、様々な動作状態を予め最適な振動挙動に合わせることが可能である。この場合、アクチュエータは、例えば、保持素子と剛性支持枠体又は主コイル装置との間において、傾斜磁場コイル装置から離れた保持素子の端に設けることもできる。

本発明の有利な更なる発展は、アクチュエータは、傾斜磁場コイル装置におけるコイル電流の関数として作動されることを与える。この点に関し、個々のアクチュエータのそれぞれの位置を、個々の空間方向についての傾斜磁場コイル装置における電流の適切に重み付けされた合計の関数として構成することが好都合である。

特に、金属又はスチールから形成される主コイル装置の筐体の場合、傾斜磁場コイル装置の漂遊磁界の少なくとも一部、しかし、好適には全部が、シールドコイルによってアクティブシールドされることが好都合である。その場合、シールドコイルは、傾斜磁場コイル装置と一体の構成要素として構成されることが好適である。このようにすると、磁場によって生成されるローレンツ力による主コイル装置の筐体の励起を回避することができる。

本発明の有利な更なる発展は、少なくとも１つの空間方向の傾斜磁場コイルは、支持枠体に取付けられることを与える。この場合、支持枠体が、主コイル装置に直接的な機械結合がないことが好都合である。このようにすると、主コイル装置は、傾斜磁場コイル装置からの機械的な振動励起によって影響を受けず、画質、及び、ノイズレベルも決定的に向上する。

本発明によるＭＲ装置の同等に安価で長持ちし耐久性のある設計は、保持素子と主コイル装置との間で、減衰素子が凹部内に配置されることを与える。例えば、エラストマー材料から形成される円筒又は環状の３次元成形物を、減衰素子として設け得る。

特に、保持素子が、主コイル装置の中央凹部内に取付けられると、主コイル装置が、中央凹部の領域において補強されることが好都合である。例えば、主コイル装置の筐体の肋材又は凹部を補強するスリーブが補強材として機能し得る。

本発明の上述及び他の面は、以下に説明する実施例を参照しながら明らかになろう。

図１乃至７のそれぞれにおいて、ＭＲ装置１は、その全体として、参照記号１として示す。ＭＲ装置１の必要不可欠な構成要素は、２つの結合クリオスタット３であり、それぞれの結合クリオスタットは、必要な磁場を生成する様々なコイル２ａを有する主コイル装置２を収容する。個々のコイル２ａは、プロトンを整列させるために可能な限り最大限一定の強力な磁場を生成するよう設けられ、また、超伝導に適した温度に、クリオスタット３によって冷却される。クリオスタット３はそれぞれ筐体８によって囲まれる。筐体壁にそれぞれ隣接する真空室３ａがクリオスタット３の内部に置かれ、真空室３ａは、低温で動作する主コイル装置２を断熱するように機能する。

検査容積６に隣接する傾斜磁場コイル装置４は、プロトンの励起の位置的コード化のための局所的に可変な磁場を生成し、高周波コイル装置５は、プロトンの歳差運動の励起を与える。２つの主コイル装置２は、横からアクセス可能な検査容積６の下に置かれる。２つの主コイル装置２は、それぞれ、主コイル装置２全体を略垂直に延在し通る中央凹部７を有する。主コイル装置２はそれぞれ、中央凹部７をそれぞれ環状に取り囲むクリオスタット３の筐体８内に置かれる。上下に位置付けられる中央凹部７のそれぞれの内部には、各保持素子９が置かれる。

検査容積６のすぐ付近には、フラットな設計の高周波コイル装置５がそれぞれ、検査容積６と中央凹部７との間に置かれる。各高周波コイル装置５にすぐ隣接して、傾斜磁場コイル装置４が配置され、傾斜磁場コイル装置４は、検査容積６の方向に向く面についてフラットな設計であり、検査容積６から離れる面について円錐状に設計される。傾斜磁場コイル装置４の円錐形に合わせるために、クリオスタット３の筐体８も、検査容積６につながる中央凹部７の開口において円錐設計である。

主コイル装置２、又は、クリオスタット３を取り囲む筐体８は、それぞれ、約８ｍｍの厚さのスチールシートから製造され、これは、真空負荷を吸収するための適切な耐久性を確実にする。

傾斜磁場コイル装置４は、それぞれ、中央凹部７内に置かれる保持素子９に取付けられる。

図１に示す例示的な実施例では、保持素子９は、円柱として設計され、減衰素子１０によってクリオスタット３の筐体８上に取付けられる。取付けは、クリオスタット３の筐体８の剛性が増加された領域において排他的に行われる。減衰素子１０は、本願明細書及び図面では、減衰に適した弾性材料から形成されるリングとして構成される。円柱形の保持素子９には、それぞれ、中央凹部７と平行な長手方向の延長を有する中心孔１１があけられる。保持素子９は、恐らく、それぞれにおいて、２つの部分９ａと９ｂにネジ継手１２が分けるようなモジュラー構造である。それぞれ、傾斜磁場コイル４の横に置かれる保持素子９の部分９ａは、傾斜磁場コイル装置４にしっかりと接合される。ネジ継手１２のボルト１３が、傾斜磁場コイル装置４を通り検査容積６の方向に延在し、それぞれ、クリオスタット３に接合する。

傾斜磁場コイル装置４とクリオスタット３の筐体８との間には、それぞれ、機械結合、又は、振動の伝達を信頼度が高く阻止するために少なくとも２ｃｍの隙間１４が設けられる。それぞれにおいて、高周波コイル装置５と傾斜磁場コイル装置４との間で振動が伝達されないことを確実にするために、隙間１５も、これらの２つの構成要素間に設けられる。

それぞれにおいて、保持素子９は、クリオスタット３の筐体８に、２つの環状減衰素子１０によってのみ接合され、それ以外は、中央凹部７の境界壁から十分な間隔を有し、それにより、任意の種類の機械結合が、ここでも起きることができないようにされる。

図２に示す例示的な実施例では、保持素子９は、それぞれモジュラー構造であり、分解されると、検査容積６に面する部分９ａと、検査容積９から一層遠くにある部分９ｂとに分けられる。

図３に示す例示的な実施例では、保持素子９の類似した設計を提案する。ここでは、保持素子９はそれぞれ同様に、２つの部分９ａ、９ｂに分けられ、それぞれにおいて、検査容積から更に遠くにある保持素子９の部分９ｂは、それぞれ、クリオスタット３の筐体８の一体の構成要素として設計される。ここでも、各傾斜磁場コイル装置４は、クリオスタット５と共に、ネジ継手１２によって、検査容積６により近い保持素子９の部分９ａに取付けられる。クリオスタット３の筐体８は、それぞれ、検査容積６から更に遠くにある中央凹部７の領域において保持素子９の部分９ｂによって補強される。

図４に示す例示的な実施例では、保持素子９は、それぞれ、減衰のための環状弾性インサート２１を有する環状レセプタクル２０によって主コイル装置２の下部筐体８に取付けられる。保持素子９は、それぞれ、図示しないラジアルボルトによって、クリオスタット３に取付けられる。

傾斜磁場コイル装置４のエネルギー供給及び冷却のために、保持素子９は、保持素子９の長手方向に延在する孔２３を通る様々な導線２２が通される。保持素子９の検査容積６の方向に向く側では、導線２２は、傾斜磁場コイル装置４の電気接点２５に対応する電気接点２４につながる。傾斜磁場コイル装置４は、ネジ継手１２とラジアルガイド２６によって、保持素子９に取付けられる。

図５、６、及び７に示すＭＲ装置１の例示的な実施例では、２つの傾斜磁場コイル装置４のための本発明による保持素子９は、外部の支持枠体２７に取付けられる。支持枠体２７には、クリオスタット３と傾斜磁場コイル装置４との間に任意の種類の直接的な機械結合がないよう独自の取付け素子２８が設けられる。

図５では、外部支持枠体２７から遠隔にあり、急な円錐角を有する円錐台が、傾斜磁場コイル装置４によって部分的に取り囲まれる。傾斜磁場コイル装置４とクリオスタットとの間の領域には、傾斜磁場コイル４を支持するための釣合い素子３５が置かれる。

図６では、外部支持枠体２７は、クリオスタット３の支持構造から構造的に分離されることが明らかに分かる。

それぞれにおいて、円柱形状設計である保持素子９は、１つの領域において円錐設計であり、外部支持枠体２７に１つの端部２９によって取付けられる。保持素子９は、この場合、それぞれの狭い方の端で互いに立つ２つの円錐台の形を有し、外部支持枠体２７に接合される円錐台は、円錐形はあまり鋭くない。

図５及び７のＭＲ装置１のそれぞれでは、傾斜磁場コイル装置４と保持素子９との間には、振動レベルをアクティブ制御するよう機能する圧電アクチュエータ３０が配置される。アクチュエータ３０は、傾斜磁場コイル装置４の動作状態の関数として作動され、最小振動レベルに設計される。

図６に示す実施例では、傾斜磁場コイル装置は、複数のネジボルト３１によって保持素子９に取付けられる。保持素子９は、その長手方向の延在部全体に亘って略円錐設計である。

図７に示す保持素子は、ハンマ形状の断面を有する頭部を有して傾斜磁場コイル装置内に延在する。

主コイル装置の筐体上の保持素子による傾斜磁場コイル装置の本発明による取付けを有するＭＲ装置を示す断面図である。 主コイル装置の筐体上の保持素子による傾斜磁場コイル装置の本発明による取付けを有するＭＲ装置を示す断面図である。 主コイル装置の筐体上の保持素子による傾斜磁場コイル装置の本発明による取付けを有するＭＲ装置を示す断面図である。 主コイル装置の筐体に取付けられる本発明による保持素子に取付けられる傾斜磁場コイル装置を有するＭＲ装置の下部を示す断面図である。 傾斜磁場コイル装置がその上に取付けられ、外部支持面に取付けられる本発明による保持素子を有するＭＲ装置を示す図である。 傾斜磁場コイル装置がその上に取付けられ、外部支持面に取付けられる本発明による保持素子を有するＭＲ装置を示す図である。 傾斜磁場コイル装置がその上に取付けられ、外部支持面に取付けられる本発明による保持素子を有するＭＲ装置を示す図である。

Claims (9)

1. 横からもアクセス可能であるよう開放型である検査容積と、前記検査容積の２つの対向する側に配置され主磁場を生成する主コイル装置と、プロトンの歳差運動を励起する少なくとも１つの高周波コイル装置と、前記プロトンの歳差運動の前記励起の位置的コード化のために前記検査容積の対向する側に配置される少なくとも１つの二部構成傾斜磁場コイル装置とを有するＭＲ装置であって、
   前記検査容積の少なくとも１つの側において、中央凹部が、前記検査容積から前記主コイル装置を通って延在しており、
   前記凹部内に、保持素子が配置されており、
   前記保持素子の前記検査容積に面する側に、前記傾斜磁場コイル装置が排他的に取付けられ、
   前記保持素子および前記傾斜磁場コイル装置が前記主コイル装置から機械的に減結合されており、
   前記傾斜磁場コイル装置が前記高周波コイル装置から機械的に減結合されていることを特徴とするＭＲ装置。
2. 前記保持素子は、円柱として設計されることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
3. 前記保持素子は、円錐部を有する円柱として設計され、
   前記保持素子の広い方の端が外部支持枠体に取付けられることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
4. 振動レベルをアクティブ制御することを可能にする圧電式又はハイドロリック式アクチュエータが、前記保持素子と前記傾斜磁場コイル装置との間に配置されることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
5. 前記傾斜磁場コイルの漂遊磁界の少なくとも一部は、シールドコイルによってアクティブシールドされることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
6. 少なくとも１つの空間方向の前記傾斜磁場コイルは、前記主コイル装置に直接的な機械結合を有さない支持枠体に取付けられることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
7. 前記保持素子と前記主コイル装置との間で、減衰素子が前記凹部内に配置されることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
8. 前記保持素子は、前記中央凹部内で前記主コイル装置に取付けられることを特徴とする請求項１記載のＭＲ装置。
9. 前記主コイル装置は、前記中央凹部の領域で補強された設計であることを特徴とする請求項８記載のＭＲ装置。

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