JP4836434B2 - 磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器および磁場発生器を備えた磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器および磁場発生器を備えた磁気共鳴装置に関する。

磁気共鳴技術は特に検査対象物の体内の画像を得るための公知の技術である。磁気共鳴装置内では、静磁場磁石によって発生される静磁場に、傾斜磁場コイル装置によって発生された急速にスイッチングされる傾斜磁場が重畳される。さらに磁気共鳴装置は、磁気共鳴信号を発生させるために検査対象物内に高周波信号を入射させ、発生された磁気共鳴信号を受取る高周波アンテナを含んでいる。その磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴画像が形成される。

磁気共鳴装置の高周波アンテナと傾斜磁場コイル装置との間に、傾斜磁場コイル装置によって発生された低周波範囲の電磁場を透過させかつ高周波アンテナによって発生された高周波範囲の磁場を透過させないように構成された高周波シールドが配置されている磁気共鳴装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。高周波シールドは、誘電体を挟んでその一方の側に配置された第１導電層装置と反対側に配置された第２導電層装置とを備えている。各導電層装置は、絶縁スリットによって互いに分離された複数の並置された導体路を含んでいる。第１導電層装置内のスリットは第２導電層装置内のスリットに対して位置をずらして配置されている。少なくとも一方の導電層装置内において、隣接する導体路は高周波電流を流す、例えばコンデンサを含む特別に配置された橋絡片を介して互いに接続される。

高周波シールドの可能な実施形態は、例えば特許文献２により公知である。そこでは、例えば磁気共鳴装置の傾斜磁場コイル装置の両側にシールド層が配置されている。

磁気共鳴装置の高周波アンテナは例えばいわゆるバードケージ（鳥かご）アンテナとして構成される。バードケージアンテナはその内部空間に均一な高周波磁場を発生させるために通常、円筒外被上に互いに平行にかつ同一間隔で、エンドリング（短絡環）によって接続された複数の導体が配置されるように構成される。各導体または導体間エンドリングにキャパシタンスがもたらされることにより、高域通過フィルタ範囲および低域通過フィルタ範囲において同調が行われ、それにより共鳴時に均一な高周波磁場が生成される。この種のバードケージアンテナの実施形態は例えば特許文献３に見出すことができる。

さらに、極板および静磁場磁石を備えた磁気共鳴装置において極板に組み立てられたほぼ平板状の傾斜磁場コイル装置とアンテナ装置との間に高周波シールドを配置することが知られている（例えば、特許文献４参照）。この高周波シールドは容量的に橋絡されるスリットを備えることができる。さらにまた特許文献４により、極板および静磁場磁石において極板間隔をできるだけ小さくし、それにより静磁場磁石の重量を軽くし、静磁場の良好な均一性を達成することが知られている。そのためには極板間のすべての部品、例えば傾斜磁場コイル装置、高周波シールドおよびアンテナ装置も可能な限り平坦に形成されなければならない。他方、特に磁気共鳴信号用の受信アンテナとして利用する際のアンテナ装置の効率を向上させるために、アンテナ装置は高周波シールドに対してできるだけ大きな間隔とするのが望ましい。

渦電流が補償される磁気共鳴（ＭＲ）装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。これは、通常は中空円筒状ユニットを形成している２分割形傾斜磁場コイルによって行われる。高周波（ＨＦ）磁場を発生するために、より小さな半径の中空円筒状に形成されたＨＦアンテナが傾斜磁場コイルユニット内に装着される。このような構造は、多くのスペースを必要とし、またＭＲ装置の検査空間がＨＦアンテナの直径によって決定されてしまうという欠点を持っている。

西独特許出願公開第４４１４３７１号明細書 西独特許出願公開第３４４５７２４号明細書 米国特許第４６８０５４８号明細書 西独特許出願公開第４２３２８８４号明細書 米国特許第４８６４２４１号明細書

本発明の課題は、高効率でかつできるだけコンパクトに構成し得る、磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器および磁場発生器を備えた磁気共鳴装置を提供することである。

この課題は、磁場発生器に関しては請求項１に記載の構成によって解決され、磁気共鳴装置に関しては請求項１４に記載の構成によって解決される

請求項１によれば、検査対象物の少なくとも検査すべき範囲を収容するための検査空間を備えた磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器において、
磁場発生器の傾斜磁場コイル装置の導体が、検査空間を少なくとも部分的に包囲する領域を規定し、
この領域は、傾斜磁場コイル装置の導体が無く磁場発生器の高周波アンテナの導体が含まれている少なくとも１つの部分領域を含み、
高周波アンテナの磁場のための磁束戻り空間が、部分領域から出発して検査空間から離れるように延び、部分領域に関してアンダーカット部を形成し、部分領域の向こう側で高周波シールドによって限定され、磁束戻り空間の少なくとも一部に補強装置が配置されている。

従来技術においては、非アクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置の傾斜磁場コイルと静磁場磁石との間、または傾斜磁場コイルとアクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置のシールドコイルとの間に、傾斜磁場コイルによって発生された傾斜磁場の磁束線を終了させるのに十分な空間を設けなければならない。本発明によれば、高周波アンテナによって受信される高周波磁場の戻りのために従来では使用されていないこの空間が開発され、それゆえ言わば二重に利用され、それにより傾斜磁場コイル装置と高周波アンテナとの組合せが、同程度の効率で、同程度の従来技術に対してより僅かな構造高さで構成することが可能になる。それにより、磁気共鳴装置の患者収容空間を不変とする第１のケースでは、その静磁場磁石をより小さな寸法にすることができ、従って著しく安価に構成することができる。静磁場磁石を不変とする第２のケースでは、より大きな患者収容空間が達成され、そのため特に患者の快適性を向上させることができる。

磁場発生器に関する本発明の有利な実施態様は次のように列記される。
（１）磁場発生器は検査空間から離れる方向において磁束戻り空間の向こう側に、傾斜磁場コイル装置に属するシールドコイル装置の導体を含んでいる。
（２）磁場発生器は別の磁束戻り空間を有する少なくとも１つの別の部分領域を備えている。部分領域は傾斜磁場コイル装置の導体によって互いに分離されている。磁束戻り空間は磁場発生器によって互いに構造的に分離されている。
（３）部分領域の少なくとも１つおよび／または磁束戻り空間の少なくとも１つの領域はほぼ中空円筒状に形成されている。高周波アンテナの導体は、部分領域を軸線方向に橋絡する複数の棒を含んでいる。複数の棒は少なくとも棒間に接続されたコンデンサによって中断されている。
（４）磁場発生器はシム装置を挿入するための少なくとも１つの自由空間を備えている。自由空間の少なくとも一部は少なくとも１つの磁束戻り空間の内部を延びている。シム装置は支持装置と磁性材からなり支持装置上に配置可能なシム要素とを含んでいる。
（５）磁束戻り空間の少なくとも１つは少なくとも部分的に空気を満たされている。
（６）補強装置は、少量の繊維強化プレートと多量の発泡材とを含む、すなわち繊維強化プレートとこの繊維強化プレートよりも多く設けられた発泡材とを含んでいる。

本発明の他の利点、特徴、および詳細は、図面を参照して以下に説明する本発明の実施例から明らかにされる。
図１は、トンネル状患者収容空間と、補強装置を有する磁束戻り空間を含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器とを備えた磁気共鳴装置の上半部を示す縦断面図である。
図２は、トンネル状患者収容空間と、磁束戻り空間およびその外部に配置されたシム装置を含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器とを備えた磁気共鳴装置の上半部を示す縦断面図である。
図３は、トンネル状患者収容空間と、磁束戻り空間およびそれを貫通するシム装置を含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器とを備えた磁気共鳴装置の上半部を示す縦断面図である。
図４は、トンネル状患者収容空間と、２つの磁束戻り空間を含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器とを備えた磁気共鳴装置の上半部を示す縦断面図である。

図１は本発明の第１実施例としてトンネル状患者収容空間１１５を有する磁気共鳴装置の上半部の縦断面を示す。患者収容空間１１５内にできるだけ均一な静磁場を発生させるために、この磁気共鳴装置はほぼ中空円筒状の超伝導静磁場磁石１１０を備えている。静磁場磁石１１０の円筒状中心貫通孔内に、アクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置と高周波アンテナとを含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器１２０が配置されている。

磁場発生器１２０は２つの中空円筒状領域１２１，１２２を含み、それらの内部にそれぞれ第１および第２の横方向傾斜磁場コイルの導体と、急速にスイッチングされる傾斜磁場を発生するための縦方向傾斜磁場コイルの導体とが配置されている。２つの中空円筒状領域１２１，１２２間を中空円筒状の自由空間１３１が延びている。この自由空間１３１はその背後に位置し中空円筒状の自由空間１３１に関してアンダーカット部を形成する中空円筒状の磁束戻り空間１３２のための開口部の機能を果たす。さらに磁場発生器１２０の、患者収容空間１１５側の面は、自由空間１３１および磁束戻り空間１３２との境界面を含めて、高周波シールド１４０を備えている。この高周波シールド１４０は公知のごとく例えば複数層の導電箔を含み、容量的に橋絡されるスリットを備えて構成される。

中空円筒状の自由空間１３１は高周波アンテナを形成するために複数の導体棒１５１によって橋絡されている。導体棒１５１は高周波シールド１４０に高周波技術的に導電結合されている。その場合、高周波シールド１４０の一部が高周波アンテナの電流路の一部をも形成する。ほぼ中心部において、低域通過用バードケージ形高周波アンテナを構成するために、導体棒１５１はその中間に接続された共鳴コンデンサ１５２のために中断されている。

高周波アンテナによって送信され、または高周波アンテナによって受信されうる高周波磁場の磁束線は中空円筒状の自由空間１３１を通って磁束戻り空間１３２内で終了する。磁束戻り空間１３２は、高周波磁場の磁束線と傾斜磁場コイルによって発生された傾斜磁場の磁束線との戻りを可能にしてその内部で終了させることによって、言わば二重に利用される。高周波アンテナの効率は、磁束戻り空間１３２の縦方向に拡大して構成された分だけ改善される。磁束戻り空間１３２の縦方向拡大は、縦方向にλ／２共鳴の整数倍を阻止することによってのみ制限される。

磁場発生器１２０はさらに中空円筒状領域１２３を含み、その中に傾斜磁場コイルに属するシールドコイルの導体が配置されている。磁場発生器１２０の残りの領域は、特にシム装置の一部および／または磁場発生器の冷却装置の一部を収納するのに用いられる。特に、残りの領域の２つの中空円筒状領域１２４，１２５は傾斜磁場コイルを所属のシールドコイルに接続するのに用いられる。

磁気共鳴装置の作動時に生ずる機械的な振動および震動、つまり騒音を低減させるために、磁束戻り空間１３２の内部に補強装置が配置されている。この補強装置は、その誘電特性が高周波アンテナの機能にできるだけ僅かしか影響しないように構成される。その誘電特性としては空気の特性が理想である。補強装置は、補強に役立つ少量のガラス繊維強化プレート１６１と、誘電高周波損失の少ない例えばロハセル（Rohacell）のような多量の発泡材１６２との組合せを含む。好ましくは、磁束戻り空間１３２の内部にほぼ半径方向にのみ向いた力を生じさせることによって、磁場発生器１２０は磁束戻り空間１３２の容積のほぼ１５〜２０％を占めるガラス繊維強化プレート１６１によって十分に強化される。残りの容積に低損失の発泡材１６２を満たすことによって、誘電体損失が僅かに保たれる。

図２は本発明の第２実施例としてトンネル状患者収容空間２１５を有する磁気共鳴装置の上半部の縦断面を示す。患者収容空間２１５内にできるだけ均一な静磁場を発生させるために、この磁気共鳴装置はほぼ中空円筒状の超伝導静磁場磁石２１０を備えている。静磁場磁石２１０の円筒状中心貫通孔内に、アクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置と高周波アンテナとを含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器２２０が配置されている。

磁場発生器２２０は２つの中空円筒状領域２２１，２２２を含み、それらの内部に傾斜磁場コイル装置の傾斜磁場コイルの導体が配置される。２つの中空円筒状領域２２１，２２２間を中空円筒状の自由空間２３１が延びている。この中空円筒状の自由空間２３１はその背後に位置し中空円筒状の自由空間２３１に関してアンダーカット部を形成する中空円筒状の磁束戻り空間２３２のための開口部の機能を果たす。さらに磁場発生器２２０は高周波シールド２４０を備えている。中空円筒状の自由空間２３１は高周波アンテナを形成するために導体棒２５１によって橋絡されている。導体棒２５１は高周波シールド２４０に高周波技術的に導電結合される。ほぼ中心部において、導体棒２５１はその間に接続された共鳴コンデンサ２５２のために中断されている。

磁場発生器２２０はさらに中空円筒状の自由空間２２３を含み、その中に傾斜磁場コイルに属するシールドコイルの導体が配置されている。磁場発生器２２０の残りの領域は、特にシム装置の一部および／または磁場発生器の冷却装置の一部を収納するために用いられる。特に、残りの領域の２つの中空円筒状領域２２４，２２５は傾斜磁場コイルを所属のシールドコイルに接続するのに用いられる。

パッシブ形のシム装置を受け入れるために、磁場発生器２２０は周囲方向に分割されて軸線方向に貫通する複数の自由空間２７１を含む。図には自由空間２７１の一つがそこに挿入されたシム装置と共に縦断面で示されている。ここでシム装置は磁性材からなるシム要素２７７を装着した支持装置２７５を含んでいる。他の実施形態においては、シム装置はもちろんアクティブ形のシム装置を含むこともできる。シム装置を磁束戻り空間２３２の外部に配置することにより、高周波アンテナとシム要素２７７との相互作用が生じない利点が得られる。図２の磁束戻り空間２３２は図１に比べて補強装置ではなく、空気が満たされている。他の部分は図１における説明が図２に対してもあてはまる。

図３は本発明の第３実施例としてトンネル状患者収容空間３１５を有する磁気共鳴装置の上半部の縦断面を示す。患者収容空間３１５内にできるだけ均一な静磁場を発生させるために、この磁気共鳴装置はほぼ中空円筒状の超伝導静磁場磁石３１０を備えている。静磁場磁石３１０の円筒状中心貫通孔内に、アクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置と高周波アンテナとを含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器３２０が配置されている。

磁場発生器３２０は２つの中空円筒状領域３２１，３２２を含み、それらの内部に傾斜磁場コイル装置の傾斜磁場コイルの導体が配置されている。２つの中空円筒状領域３２１，３２２間を中空円筒状の自由空間３３１が延びている。この中空円筒状の自由空間３３１はその背後に位置し中空円筒状の自由空間３３１に関するアンダーカット部を形成する中空円筒状の磁束戻り空間３３２のための開口部の機能を果たす。さらに磁場発生器３２０は高周波シールド３４０を備えている。中空円筒状の自由空間３３１は磁気共鳴装置の高周波アンテナを形成するために導体棒３５１によって橋絡されている。導体棒３５１は高周波シールド３４０に高周波技術的に導電結合されている。ほぼ中心部において、導体棒３５１はその間に接続された共鳴コンデンサ３５２のために中断されている。

磁場発生器３２０は２つの中空円筒状領域３２３を含み、その内部に傾斜磁場コイルに属するシールドコイルの導体が配置されている。磁場発生器３２０の残りの領域は特にシム装置の一部および／または磁場発生器の冷却装置の一部を収納するために用いられる。特に、残りの領域の２つの中空円筒状領域３２４，３２５は傾斜磁場コイルを所属のシールドコイルに接続するのに用いられる。

パッシブ形のシム装置を受け入れるために、磁場発生器３２０は周囲方向に分割されて軸線方向に貫通する複数の自由空間３７１を含む。図には、自由空間３７１の一つがそこに挿入されたシム装置と共に縦断面で示されている。ここでシム装置は磁性材からなるシム要素３７７を装着した支持装置３７５を含んでいる。他の実施形態においては、シム装置はもちろんアクティブ形のシムを備えることもできる。シム装置が高周波シールド３４０を貫通し、部分的に磁束戻り空間３３２の内部に配置されることにより、確かに高周波アンテナの特性、特に同調および効率に関する特性への影響が生ずるが、しかしその影響はシム装置３７７が高周波シールド３４０の近くを延びるように配置されるほど僅かになる。そのため磁場発生器２２０（図２），３２０（図３）が同一外形寸法を有する場合、図３の磁束戻り空間３３２は図２の磁束戻り空間２３２に比べて大きな容積を有するという利点を持っている。というのは、シム装置が周囲方向に分割された位置にのみ配置され、従ってシム装置相互間に存在する自由空間が磁の戻りに利用可能になるからである。さらに図３の磁束戻り空間３３２は図１に比べて補強装置ではなく、空気を満たされている。他の部分は図１における説明が図３に対してもあてはまる。

最後に図４は本発明の第４実施例としてトンネル状患者収容空間４１５を備えた磁気共鳴装置の上半部の縦断面図を示す。患者収容空間４１５内にできるだけ均一な静磁場を発生させるために、この磁気共鳴装置はほぼ中空円筒状の超伝導静磁場磁石４１０を備えている。静磁場磁石４１０の円筒状中心貫通孔内に、アクティブシールド形の傾斜磁場コイル装置と高周波アンテナとを含み時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器４２０が配置されている。

磁場発生器４２０は３つの中空円筒状領域４２１，４２２，４２３を含み、それらの内部に傾斜磁場コイル装置の傾斜磁場コイルの導体が配置されている。３つの中空円筒状領域４２１，４２２，４２３間には２つの中空円筒状の自由空間４３１，４３３が延びている。これらの中空円筒状の自由空間４３１，４３３はその背後に位置し中空円筒状の自由空間４３１，４３３に関してアンダーカット部を形成する中空円筒状の磁束戻り空間４３２，４３４のための開口部の機能を果たす。さらに磁場発生器４２０の、患者収容空間４１５側の面は、自由空間４３１，４３３および磁束戻り空間４３２，４３４との境界面を含めて、高周波シールド４４０を備えている。中空円筒状の自由空間４３１，４３３は高周波アンテナを形成するために導体棒４５１によって橋絡されている。導体棒４５１は高周波シールド４４０に高周波技術的に導電結合されている。ここで高周波シールド４４０の一部は高周波アンテナの電流路の一部をも形成する。高周波アンテナによって発生され得る高周波磁場、または高周波アンテナによって受信され得る高周波磁場の磁束線は中空円筒状の自由空間４３１，４３３を通って磁束戻り空間４３２，４３４の内部で終了する。磁束戻り空間４３２，４３４は、高周波磁場の磁束線と傾斜磁場コイルによって発生された傾斜磁場の磁束線との戻りを可能にしてその内部で終了させることによって、言わば二重に利用される。

磁場発生器４２０はさらに中空円筒状領域４２４を含み、その中に傾斜磁場コイルに属するシールドコイルの導体が配置されている。磁場発生器４２０の残りの領域は特にシム装置の一部および／または磁場発生器の冷却装置の一部を収納するために用いられる。

他の実施形態においては、特に磁束戻り空間の内部または外部を延びるシム装置を備える実施例、および空気とは異なるものを満たした磁束戻り空間を備える実施例をそれぞれ上述の実施例と組み合わせて用いることができる。

さらに特に傾斜磁場コイルの導体用の互いに間隔を有する２つの領域を含む傾斜磁場コイル装置の利点についての、従来技術に比較しかつ傾斜磁場コイルの導体の分布に関する詳細な記載は、２つの領域間に高周波アンテナが配置される本願出願人による未公開のドイツ国特許出願第１０３１３２２９号明細書を参照されたい。

本発明による磁気共鳴装置の第１実施例を示す縦断面図 本発明による磁気共鳴装置の第２実施例を示す縦断面図 本発明による磁気共鳴装置の第３実施例を示す縦断面図 本発明による磁気共鳴装置の第４実施例を示す縦断面図

符号の説明

１１０，２１０，３１０，４１０ 静磁場磁石
１１５，２１５，３１５，４１５ 患者収容空間
１２０，２２０，３２０，４２０ 磁場発生器
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５ 磁場発生器の中空円筒状領域
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５ 磁場発生器の中空円筒状領域
３２１，３２２，３２３，３２４，３２５ 磁場発生器の中空円筒状領域
４２１，４２２，４２３，４２４ 磁場発生器の中空円筒状領域
１３１，２３１，３３１，４３１，４３３ 中空円筒状の自由空間
１３２，２３２，３３２，４３２，４３４ 磁束戻り空間
１４０，２４０，３４０，４４０ 高周波シールド
１５１，２５１，３５１，４５１ 高周波導体棒
１５２，２５２，３５２ 共鳴コンデンサ
１６１ プレート
１６２ 発泡材
２７１，３７１ シム装置用自由空間
２７５，３７５ 支持装置
２７７，３７７ シム要素

Claims (14)

1. 検査対象物の少なくとも検査すべき範囲を収容するための検査空間を備えた磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器において、
   磁場発生器の傾斜磁場コイル装置の導体が、検査空間を少なくとも部分的に包囲する領域を規定し、
   この領域は、傾斜磁場コイル装置の導体が無く磁場発生器の高周波アンテナの導体が含まれている少なくとも１つの部分領域を含み、
   高周波アンテナの磁場のための磁束戻り空間が、部分領域から出発して検査空間から離れるように延び、部分領域に関してアンダーカット部を形成し、部分領域の向こう側で高周波シールドによって限定され、磁束戻り空間の少なくとも一部に補強装置が配置されている
   ことを特徴とする磁気共鳴装置の時間的に可変の磁場を発生する磁場発生器。
2. 磁場発生器が、検査空間から離れる方向において磁束戻り空間の向こう側に、傾斜磁場コイル装置に属するシールドコイル装置の導体を含んでいることを特徴とする請求項１記載の磁場発生器。
3. 磁場発生器が別の磁束戻り空間を有する少なくとも１つの別の部分領域を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁場発生器。
4. 部分領域が傾斜磁場コイル装置の導体によって互いに分離されていることを特徴とする請求項３記載の磁場発生器。
5. 磁束戻り空間が磁場発生器によって互いに構造的に分離されていることを特徴とする請求項３又は４記載の磁場発生器。
6. 部分領域の少なくとも１つおよび／または磁束戻り空間の少なくとも１つの領域がほぼ中空円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の磁場発生器。
7. 高周波アンテナの導体が、部分領域を軸線方向に橋絡する複数の棒を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の磁場発生器。
8. 複数の棒が少なくとも棒間に接続されたコンデンサによって中断されていることを特徴とする請求項７記載の磁場発生器。
9. 磁場発生器がシム装置を挿入するための少なくとも１つの自由空間を備えていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の磁場発生器。
10. 自由空間の少なくとも一部が少なくとも１つの磁束戻り空間の内部を延びていることを特徴とする請求項９記載の磁場発生器。
11. シム装置が支持装置と磁性材からなり支持装置上に配置可能なシム要素とを含んでいることを特徴とする請求項９又は１０記載の磁場発生器。
12. 磁束戻り空間の少なくとも１つは少なくとも部分的に空気を満たされていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の磁場発生器。
13. 補強装置は、繊維強化プレートとこの繊維強化プレートよりも多く設けられた発泡材とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の磁場発生器。
14. 請求項１乃至１３の１つに記載の磁場発生器を備えた磁気共鳴装置。

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