JP5032247B2 - Magnetic fine particle imaging apparatus and coil arrangement method - Google Patents

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Description

この発明は、ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加することにより当該ゼロ磁場領域内の磁性微粒子から発せられる高調波信号に基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置およびコイル配設方法に関し、特に、磁性微粒子イメージング装置を小型化するための技術に関する。   The present invention relates to a magnetic particle imaging apparatus for imaging a distribution of magnetic fine particles in a subject based on a harmonic signal emitted from the magnetic fine particles in the zero magnetic field region by applying an alternating magnetic field to the zero magnetic field region. In particular, the present invention relates to a technique for reducing the size of a magnetic particle imaging apparatus.

近年、表面が化学修飾された磁性ナノ粒子(磁性微粒子)を被検体に投与した場合に、その磁性ナノ粒子がEPR(Enhanced Permeability and Retention)効果によって被検体の腫瘍およびその近傍に取り込まれることを利用して腫瘍の3次元部分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置(以下、「MPI(Magnetic Particle Imaging)装置」と呼ぶ。)が考案されている(たとえば、非特許文献1参照。)。   In recent years, when magnetic nanoparticles (magnetic fine particles) whose surface is chemically modified are administered to a subject, the magnetic nanoparticles are taken into the tumor of the subject and its vicinity by the EPR (Enhanced Permeability and Retention) effect. A magnetic fine particle imaging apparatus (hereinafter referred to as “MPI (Magnetic Particle Imaging) apparatus”) that images the three-dimensional distribution of a tumor by using it has been devised (for example, see Non-Patent Document 1).

図13および14は、従来のMPI装置を説明するための図(1)および(2)である。図13に示すように、MPI装置は、まず、1対のコイルから構成された静磁場発生コイルによる反発磁場を利用してゼロ磁場領域を発生させ、そのうえで、高周波コイルを用いて、ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加する。   13 and 14 are views (1) and (2) for explaining a conventional MPI apparatus. As shown in FIG. 13, the MPI apparatus first generates a zero magnetic field region using a repulsive magnetic field generated by a static magnetic field generating coil composed of a pair of coils, and then uses a high frequency coil to generate a zero magnetic field region. An alternating magnetic field is applied to.

ゼロ磁場領域中に磁性ナノ粒子が存在していた場合、十分強力な交番磁場が印加されると、磁性ナノ粒子の状態が磁気未飽和状態と飽和状態との間で状態が変化する。そのため、ゼロ磁場領域から奇数次の高調波信号が観測される。他方、ゼロ磁場領域外に磁性ナノ粒子が存在していた場合、その磁性ナノ粒子自体はすでに磁気飽和しているため、高調波信号はほとんど観測されない。この現象を利用すれば、ゼロ磁場領域を3次元的に走査させることによって磁性ナノ粒子の3次元分布を画像化できることになる。   When magnetic nanoparticles exist in the zero magnetic field region, when a sufficiently strong alternating magnetic field is applied, the state of the magnetic nanoparticles changes between a magnetic unsaturated state and a saturated state. Therefore, an odd-order harmonic signal is observed from the zero magnetic field region. On the other hand, when magnetic nanoparticles exist outside the zero magnetic field region, since the magnetic nanoparticles themselves are already magnetically saturated, almost no harmonic signal is observed. By utilizing this phenomenon, the three-dimensional distribution of magnetic nanoparticles can be imaged by scanning the zero magnetic field region three-dimensionally.

そこで、MPI装置は、図14に示すように、3対のゼロ磁場領域移動コイルと呼ばれるコイルを用いてゼロ磁場領域を3次元的に走査させ、これにより発生する高調波信号を検出して磁性ナノ粒子の3次元分布を画像化する。ここで、MPI装置では、ゼロ磁場領域移動コイルを用いてゼロ磁場領域を3次元方向へ移動する際には、ゼロ磁場領域のシフト量の制御をできるだけ簡単にするために「均一な磁場を発生させること」を前提としている。   Therefore, as shown in FIG. 14, the MPI apparatus scans a zero magnetic field region three-dimensionally using three pairs of coils called zero magnetic field region moving coils, detects a harmonic signal generated thereby, and generates a magnetic signal. The three-dimensional distribution of nanoparticles is imaged. Here, in the MPI apparatus, when the zero magnetic field region is moved in the three-dimensional direction using the zero magnetic field region moving coil, a “uniform magnetic field is generated in order to make the control of the shift amount of the zero magnetic field region as simple as possible. It is premised on.

そのため、ゼロ磁場領域移動コイルとしては、構造が単純なわりに均一性がよい磁場を発生させることが可能な「ヘルムホルツコイル」が選択される。ヘルムホルツコイルは、同心円の2つのループコイルから構成されるコイルである。このヘルムホルツコイルを選択した場合、ゼロ磁場領域移動コイルに流れる電流とゼロ磁場シフト距離の関係はほぼ線形関係になるため、駆動制御という観点からみた場合に有利である。   Therefore, a “helmholtz coil” is selected as the zero magnetic field region moving coil, which can generate a magnetic field with good uniformity despite its simple structure. The Helmholtz coil is a coil composed of two concentric loop coils. When this Helmholtz coil is selected, the relationship between the current flowing through the zero magnetic field region moving coil and the zero magnetic field shift distance is almost linear, which is advantageous from the viewpoint of drive control.

Gleich B, Weizenecker J, “ Tomographic Imaging using the Nonlinear Response of Magnetic Particles.”, Nature 2005; 435 (Letters):1214-1217Gleich B, Weizenecker J, “Tomographic Imaging using the Nonlinear Response of Magnetic Particles.”, Nature 2005; 435 (Letters): 1214-1217

しかしながら、ヘルムホルツコイルには、「ループコイルの半径がループコイル間の距離に等しい」という配置条件がある。そのため、この条件を踏襲しようとすると、3対のゼロ磁場領域移動コイルを入れ子にして配置せざるを得ず、結果的に装置全体が大きくなってしまうという問題がある。   However, the Helmholtz coil has an arrangement condition that “the radius of the loop coil is equal to the distance between the loop coils”. Therefore, if this condition is followed, three pairs of zero magnetic field region moving coils must be nested and there is a problem that the entire apparatus becomes large as a result.

図15は、従来のMPI装置における問題点を説明するための図である。たとえば、同図に示すように、X軸方向のオフセット磁場を発生するゼロ磁場領域移動コイルの外側にY軸方向のオフセット磁場を発生するゼロ磁場領域移動コイルを配置し、さらにその外側にZ軸方向のオフセット磁場を発生するゼロ磁場領域移動コイルを配置する場合を考える。   FIG. 15 is a diagram for explaining a problem in the conventional MPI apparatus. For example, as shown in the figure, a zero magnetic field region moving coil that generates an offset magnetic field in the Y-axis direction is disposed outside a zero magnetic field region moving coil that generates an offset magnetic field in the X-axis direction, and a Z-axis is further disposed outside the zero magnetic field region moving coil. Consider a case where a zero-field moving coil that generates an offset magnetic field in the direction is arranged.

この場合、被検体が人体であることを想定して、X軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルにおけるループコイル間の距離を80cmとすると、各ループコイルの直径はその2倍の160cmとなる。すると、Y軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルについては、ループコイル間の距離は160cm以上となり、各ループコイルの直径は320cm以上となる。   In this case, assuming that the subject is a human body and the distance between the loop coils in the zero magnetic field region moving coil for the X-axis direction is 80 cm, the diameter of each loop coil is 160 cm, which is twice that of the loop coil. Then, for the zero magnetic field region moving coil for the Y-axis direction, the distance between the loop coils is 160 cm or more, and the diameter of each loop coil is 320 cm or more.

さらに、Z軸方向のオフセット磁場を発生するゼロ磁場領域移動コイルについては、ループコイル間の距離は320cm以上となり、各ループコイルの直径は640cm以上となる。このように、ヘルムホルツコイルを用いた場合には、3対のゼロ磁場領域移動コイルを含む装置全体の大きさが非常に大きくなってしまう。   Furthermore, for the zero magnetic field region moving coil that generates the offset magnetic field in the Z-axis direction, the distance between the loop coils is 320 cm or more, and the diameter of each loop coil is 640 cm or more. Thus, when the Helmholtz coil is used, the size of the entire apparatus including three pairs of zero magnetic field region moving coils becomes very large.

一般に、コイルをk倍に大きくして同じ駆動電流を流した場合、コイルによって発生する中心磁場強度は1/k倍となる。そのため、コイルが大型化した場合には、磁場の発生効率が低下してしまうという問題も生じる。   In general, when the coil is enlarged k times and the same drive current is passed, the intensity of the central magnetic field generated by the coil is 1 / k times. Therefore, when the coil is enlarged, there is a problem that the generation efficiency of the magnetic field is lowered.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、装置全体の大きさを小型化することができるMPI装置およびコイル配設方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide an MPI apparatus and a coil arrangement method capable of reducing the size of the entire apparatus.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1記載の本発明は、ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加することにより当該ゼロ磁場領域内の磁性微粒子から発せられる高調波信号に基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置であって、前記ゼロ磁場領域を発生させる静磁場発生コイルと、円筒形状に形成された撮影領域を巻装するようにそれぞれ配設され、前記撮影領域内でゼロ磁場領域を三次元方向に移動するゼロ磁場領域移動コイルと、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention according to claim 1 is directed to a harmonic signal emitted from magnetic fine particles in the zero magnetic field region by applying an alternating magnetic field to the zero magnetic field region. A magnetic fine particle imaging apparatus for imaging a distribution of magnetic fine particles in a subject based on a static magnetic field generating coil for generating the zero magnetic field region and an imaging region formed in a cylindrical shape, respectively. And a zero magnetic field region moving coil that moves in a three-dimensional direction in the zero magnetic field region within the imaging region.

また、請求項8記載の本発明は、ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加することにより当該ゼロ磁場領域内の磁性微粒子から発せられる高調波信号に基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置で用いられるコイル配設方法であって、円筒形状に形成された撮影領域内でゼロ磁場領域を三次元方向に移動するゼロ磁場領域移動コイルを、前記撮影領域を巻装するようにそれぞれ配設するステップを含んだことを特徴とする。   Further, according to the present invention, the distribution of the magnetic fine particles in the subject is determined based on the harmonic signal emitted from the magnetic fine particles in the zero magnetic field region by applying an alternating magnetic field to the zero magnetic field region. A coil arrangement method used in a magnetic particle imaging apparatus for imaging, wherein a zero magnetic field region moving coil that moves a zero magnetic field region in a three-dimensional direction within a cylindrical imaging region is wound around the imaging region. It is characterized by including a step of arranging each to be worn.

請求項1または8記載の本発明によれば、装置全体の大きさを小型化することができるという効果を奏する。   According to the first or eighth aspect of the present invention, there is an effect that the size of the entire apparatus can be reduced.

以下に添付図面を参照して、この発明に係るMPI装置およびコイル配設方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例では、被検体が仰向け状態で撮影されることを前提とし、横置きタイプのMRI装置と同様に、撮影領域が円筒形状に形成されている場合について説明する。   Exemplary embodiments of an MPI apparatus and a coil arrangement method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the embodiment described below, it is assumed that the subject is imaged in the supine state, and the case where the imaging region is formed in a cylindrical shape will be described as in the case of the horizontal MRI apparatus.

まず、本実施例1に係るMPI装置の構成について説明する。図1は、本実施例1に係るMPI装置の構成を示す構成図である。同図に示すように、このMPI装置10は、ゼロ磁場領域11を発生させる静磁場発生コイル12と、X軸方向にゼロ磁場領域11を移動するゼロ磁場領域移動コイル13xと、Y軸方向にゼロ磁場領域11を移動するゼロ磁場領域移動コイル13yと、Z軸方向にゼロ磁場領域11を移動するゼロ磁場領域移動コイル13zとを有する。   First, the configuration of the MPI apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating the configuration of the MPI apparatus according to the first embodiment. As shown in the figure, the MPI apparatus 10 includes a static magnetic field generating coil 12 that generates a zero magnetic field region 11, a zero magnetic field region moving coil 13x that moves the zero magnetic field region 11 in the X-axis direction, and a Y-axis direction. A zero magnetic field region moving coil 13y that moves the zero magnetic field region 11 and a zero magnetic field region moving coil 13z that moves the zero magnetic field region 11 in the Z-axis direction are provided.

なお、ここでは図示を省略しているが、このMPI装置10は、ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加するとともに、磁性ナノ粒子から発せられる高周波信号を検出するための高周波コイルや、各種コイルが配設されるとともに、円筒形状に形成された撮影領域を有する架台部や、被検体が載置された天板を撮影領域の内外へ移動する寝台部や、各種コイルの駆動を制御するとともに、高周波コイルにより検出された高周波信号基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する画像処理部なども有している。   Although not shown here, the MPI device 10 applies an alternating magnetic field to the zero magnetic field region and detects a high-frequency signal emitted from the magnetic nanoparticles and various coils. Is provided, and a gantry unit having an imaging region formed in a cylindrical shape, a bed unit that moves the top plate on which the subject is placed in and out of the imaging region, and driving of various coils are controlled. An image processing unit that images the distribution of magnetic fine particles in the subject based on the high-frequency signal detected by the high-frequency coil is also included.

また、同図に示すように、ここでは、撮影領域に対する被検体の移動方向を基準として、左右、上下、前後の方向をそれぞれX軸、Y軸、Z軸方向として定義している。   Further, as shown in the figure, here, the directions of the left, right, up, down, and front and back are defined as the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively, based on the moving direction of the subject relative to the imaging region.

静磁場発生コイル12は、高温超電導ケーブルを用いた大型のヘルムホルツコイルであり、円筒形状に形成された撮影領域を巻装するように配設されている。この静磁場発生コイル12(ヘルムホルツコイル)を構成する2つのループコイルには、互いに逆向きとなるように電流が流される。これにより、各ループコイルから互いに反発する磁場が発生し、ループコイル間にゼロ磁場領域が発生する。   The static magnetic field generating coil 12 is a large Helmholtz coil using a high-temperature superconducting cable, and is disposed so as to wind an imaging region formed in a cylindrical shape. The two loop coils constituting the static magnetic field generating coil 12 (Helmholtz coil) are supplied with currents in opposite directions. As a result, repulsive magnetic fields are generated from the loop coils, and a zero magnetic field region is generated between the loop coils.

なお、同図においては、静磁場発生コイル12として、撮影領域を挟んで上下にループコイルを配設した場合を示しているが、これらループコイルは、撮影領域を挟んで対象となる位置に配設されていれば、どのような位置に配設されていてもよい(たとえば、左右または前後など。)。   In the figure, the static magnetic field generating coil 12 is shown with a loop coil arranged above and below the imaging region, but these loop coils are arranged at target positions with the imaging region interposed therebetween. As long as it is provided, it may be arranged at any position (for example, left and right or front and rear).

ゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zは、それぞれ所定の巻き数のループコイルである。図2は、本実施例1に係るX軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル13xを示す図であり、図3は、本実施例1に係るY軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル13yを示す図であり、図4は、本実施例1に係るZ軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル13zを示す図である。   The zero magnetic field region moving coils 13x, 13y and 13z are loop coils each having a predetermined number of turns. FIG. 2 is a diagram illustrating a zero magnetic field region moving coil 13x for the X-axis direction according to the first embodiment, and FIG. 3 illustrates a zero magnetic field region moving coil 13y for the Y-axis direction according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating the Z-axis direction zero magnetic field region moving coil 13z according to the first embodiment.

図2、3および4に示すように、これらゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zは、円筒形状に形成された撮影領域を巻装するように配設されている。また、各ゼロ磁場領域移動コイルは、すべてのゼロ磁場領域移動コイルに電流が流れていない状態で静磁場発生コイル12により発生するゼロ磁場領域11の中心(以下、「ゼロ磁場領域11の原点」と呼ぶ)に、コイルの幾何学的中心が一致するようにそれぞれ配設されている。   As shown in FIGS. 2, 3 and 4, these zero magnetic field region moving coils 13 x, 13 y and 13 z are arranged so as to wind an imaging region formed in a cylindrical shape. In addition, each zero magnetic field region moving coil is the center of the zero magnetic field region 11 generated by the static magnetic field generating coil 12 in a state where no current flows through all the zero magnetic field region moving coils (hereinafter referred to as “the origin of the zero magnetic field region 11”). Are arranged so that the geometric centers of the coils coincide with each other.

このように、ゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zを配設することにより、各ゼロ磁場領域移動コイルが入れ子にならずに円筒形状の撮影領域の周囲に効率よくまとめて配置され、ゼロ磁場領域移動コイルを含む装置全体がコンパクトになる。   Thus, by providing the zero magnetic field region moving coils 13x, 13y, and 13z, each zero magnetic field region moving coil is efficiently nested and arranged around the cylindrical imaging region without being nested, The entire apparatus including the area moving coil becomes compact.

そして、これらゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zに電流を流すことによって、図2、3および4に示すように、太い矢印で示す方向の磁場が発生する。これらの磁場によるゼロ磁場領域11の原点近傍での磁力線の流れを考えれば、各ゼロ磁場領域移動コイルによって、3次元方向にゼロ磁場をシフトできることがわかる。   Then, by passing a current through these zero magnetic field region moving coils 13x, 13y, and 13z, a magnetic field in the direction indicated by a thick arrow is generated as shown in FIGS. Considering the flow of magnetic field lines near the origin of the zero magnetic field region 11 by these magnetic fields, it can be seen that the zero magnetic field can be shifted in a three-dimensional direction by each zero magnetic field region moving coil.

なお、図2および図3に示すゼロ磁場領域移動コイル13xおよびゼロ磁場領域移動コイル13yの円弧部分は、それぞれ、円筒形状に形成された撮影領域に被検体を導入するための開口部を与えるものである。これら円弧部分のコイルは、電流の流れる向きおよびその配置から、ゼロ磁場領域の原点近傍では殆ど不要な磁場を発生しない。   The arc portions of the zero magnetic field region moving coil 13x and the zero magnetic field region moving coil 13y shown in FIGS. 2 and 3 each provide an opening for introducing the subject into the imaging region formed in a cylindrical shape. It is. The coils in these arc portions generate almost no unnecessary magnetic field in the vicinity of the origin of the zero magnetic field region because of the direction of current flow and the arrangement thereof.

また、図4に示すように、ゼロ磁場領域移動コイル13zは、単純なループコイルの形状となっている。さらに、幾何学的対称性から、ゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zと静磁場発生コイル12との間には磁気的結合が生じない構造となっている。   Further, as shown in FIG. 4, the zero magnetic field region moving coil 13z has a simple loop coil shape. Furthermore, due to geometric symmetry, the magnetic field coupling coil 13x, 13y and 13z and the static magnetic field generating coil 12 have a structure in which no magnetic coupling occurs.

上述してきたように、本実施例1では、撮影領域内でゼロ磁場領域を三次元方向に移動する3対のゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zが、円筒形状に形成された撮影領域を巻装するようにそれぞれ配設されることとしたので、各ゼロ磁場領域移動コイルを、入れ子にすることなく円筒形状の撮影領域の周囲に効率よくまとめて配置することが可能になり、装置全体の大きさを小型化することができる。   As described above, in the first embodiment, three pairs of zero magnetic field region moving coils 13x, 13y, and 13z that move the zero magnetic field region in a three-dimensional direction within the photographing region are formed into a cylindrical shape. Since it is arranged so as to be wound, each zero magnetic field region moving coil can be arranged efficiently around the cylindrical imaging region without being nested, and the entire apparatus Can be reduced in size.

また、本実施例1では、静磁場発生コイル12についても、撮影領域を巻装するように配設されていることとしたので、ゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zを内包するように静磁場発生コイル12を配設することが可能になり、装置全体の大きさをさらに小型化することができる。   In the first embodiment, the static magnetic field generating coil 12 is also disposed so as to wind the imaging region, so that the static magnetic field generating coils 13x, 13y, and 13z are included so as to include the static magnetic field generating coils 13x, 13y, and 13z. The magnetic field generating coil 12 can be disposed, and the size of the entire apparatus can be further reduced.

また、本実施例1では、ゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zは、それぞれ、すべてのゼロ磁場領域移動コイルに電流が流れていない状態でゼロ磁場領域11の中心に幾何学的中心が一致するように配設されたループコイルであることとしたので、原点を中心に、X軸、Y軸、Z軸ごとに正負の方向へ精度よくゼロ磁場領域11を移動することができる。   In the first embodiment, the zero magnetic field region moving coils 13x, 13y, and 13z have a geometric center that coincides with the center of the zero magnetic field region 11 when no current flows through all the zero magnetic field region moving coils. Therefore, the zero magnetic field region 11 can be accurately moved in the positive and negative directions about the X axis, the Y axis, and the Z axis with the origin at the center.

ところで、上記実施例1では、ゼロ磁場領域移動コイルとしてループコイルを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば、サドルコイルを用いてもよい。一般的に、サドルコイルは、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置におけるRF(Radio Frequency)コイルのエレメント形状としてよく知られた形状のコイルであり、構造上、ループコイルと比べて均一性の高い磁場を発生することができる。   Incidentally, in the first embodiment, the case where the loop coil is used as the zero magnetic field region moving coil has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a saddle coil may be used. In general, a saddle coil is a coil having a shape well known as an element shape of an RF (Radio Frequency) coil in an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus. Can be generated.

そこで、以下では、ゼロ磁場領域移動コイルとしてサドルコイルを用いるようにした場合を実施例2として説明する。なお、本実施例2に係るMPI装置は、基本的には図1に示したMPI装置10と同様の構成を有するものであり、ゼロ磁場領域移動コイルの種類が異なるのみであるので、ここでは、3対のゼロ磁場領域移動コイルについてのみ説明する。   Thus, hereinafter, a case where a saddle coil is used as the zero magnetic field region moving coil will be described as a second embodiment. Note that the MPI apparatus according to the second embodiment basically has the same configuration as the MPI apparatus 10 shown in FIG. 1 and differs only in the type of the zero magnetic field region moving coil. Only three pairs of zero magnetic field region moving coils will be described.

図5は、本実施例2に係るX軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル23xを示す図であり、図6は、本実施例2に係るY軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル23yを示す図であり、図7は、本実施例2に係るZ軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル23zを示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a zero magnetic field region moving coil 23x for the X-axis direction according to the second embodiment, and FIG. 6 shows a zero magnetic field region moving coil 23y for the Y-axis direction according to the second embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating the Z-axis direction zero magnetic field region moving coil 23z according to the second embodiment.

図5および図6に示すように、ゼロ磁場領域移動コイル23xおよびゼロ磁場領域移動コイル23yは、それぞれ、円筒状に形成された撮影領域の側面に沿って湾曲するように形成されたサドルコイルであり、実施例1と同様に、コイルの幾何学的中心が、ゼロ磁場領域11の原点に一致するようにそれぞれ配設されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the zero magnetic field region moving coil 23x and the zero magnetic field region moving coil 23y are saddle coils formed so as to be curved along the side surface of the imaging region formed in a cylindrical shape. As in the first embodiment, the geometric centers of the coils are arranged so as to coincide with the origin of the zero magnetic field region 11.

また、本実施例2では、図7に示すように、Z軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル23zとしては、ループコイルの半径およびループコイル間の距離がともにrであるヘルムホルツコイルを用いている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, a Helmholtz coil having a radius of the loop coil and a distance between the loop coils of r is used as the zero magnetic field region moving coil 23z for the Z-axis direction. .

そして、これらゼロ磁場領域移動コイル23x、23yおよび23zに電流を流すことによって、図5、6および7に示すように、太い矢印で示す方向の磁場が発生する。これらの磁場によるゼロ磁場領域11の原点近傍での磁力線の流れを考えれば、実施例1と同様に、各ゼロ磁場領域移動コイルによって、3次元方向にゼロ磁場をシフトできることがわかる。   Then, by passing a current through these zero magnetic field region moving coils 23x, 23y, and 23z, a magnetic field in the direction indicated by the thick arrow is generated as shown in FIGS. Considering the flow of lines of magnetic force in the vicinity of the origin of the zero magnetic field region 11 by these magnetic fields, it can be seen that the zero magnetic field can be shifted in a three-dimensional direction by each zero magnetic field region moving coil as in the first embodiment.

なお、本実施例2においても、実施例1と同様に、幾何学的対称性から、3対のゼロ磁場領域移動コイル23x、23yおよび23zと静磁場発生コイル12との間には磁気的結合が生じない構造となっている。   In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the magnetic coupling between the three pairs of zero magnetic field region moving coils 23x, 23y and 23z and the static magnetic field generating coil 12 is caused by geometric symmetry. It has a structure that does not occur.

上述してきたように、本実施例2では、3対のゼロ磁場領域移動コイル23x、23yおよび23zは、被検体の体軸方向にゼロ磁場領域11を移動する1対のヘルムホルツコイルと、それぞれ撮影領域の側面に沿って湾曲するように形成され、他の2次元の方向にゼロ磁場領域を移動する2つのサドルコイルとから構成されることとしたので、装置を小型化することができるとともに、オフセット磁場の均一性をより改善することができる。   As described above, in the second embodiment, the three pairs of zero magnetic field region moving coils 23x, 23y, and 23z are each photographed with a pair of Helmholtz coils that move in the zero magnetic field region 11 in the body axis direction of the subject. The apparatus can be reduced in size because it is formed of two saddle coils that are formed to bend along the side surface of the region and move in the other two-dimensional direction through the zero magnetic field region. The uniformity of the offset magnetic field can be further improved.

ところで、上記実施例1および2では、ともに3対のゼロ磁場領域移動コイルを備えたMPI装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、被検体の体軸方向へのゼロ磁場領域の移動については、Z軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを用いるのではなく、被検体が載置される天板を体軸方向に移動することによって相対的にゼロ磁場領域を移動するようにしてもよい。   In the first and second embodiments, the MPI apparatus including three pairs of zero magnetic field region moving coils has been described. However, the present invention is not limited to this, and the zero magnetic field in the body axis direction of the subject is used. Regarding the movement of the region, the zero magnetic field region moving coil for the Z axis direction is not used, but the zero magnetic field region is moved relatively by moving the top plate on which the subject is placed in the body axis direction. It may be.

そこで、以下では、実施例1で説明したMPI装置において、Z軸方向へのゼロ磁場領域の移動を、Z軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルの代わりに天板を用いて行うようにした場合を実施例3として説明する。図8は、本実施例3に係るMPI装置の構成を示す構成図である。なお、ここでは説明の便宜上、図1に示した各部と同様の役割を果たす機能部については、同一符号を付すこととしてその詳細な説明を省略する。   Therefore, in the following, in the MPI apparatus described in the first embodiment, the movement of the zero magnetic field region in the Z-axis direction is performed using a top plate instead of the zero magnetic field region moving coil for the Z-axis direction. Will be described as Example 3. FIG. 8 is a configuration diagram illustrating the configuration of the MPI apparatus according to the third embodiment. Here, for convenience of explanation, functional units that play the same functions as the respective units shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.

同図に示すように、本実施例3に係るMPI装置30は、ゼロ磁場領域11を発生させる静磁場発生コイル12と、X軸方向にゼロ磁場領域11を移動するゼロ磁場領域移動コイル13xと、Y軸方向にゼロ磁場領域11を移動するゼロ磁場領域移動コイル13yと、被検体PをZ軸方向に移動する天板34zとを有する。   As shown in the figure, the MPI apparatus 30 according to the third embodiment includes a static magnetic field generating coil 12 that generates a zero magnetic field region 11, and a zero magnetic field region moving coil 13x that moves the zero magnetic field region 11 in the X-axis direction. , A zero magnetic field region moving coil 13y that moves the zero magnetic field region 11 in the Y-axis direction, and a top plate 34z that moves the subject P in the Z-axis direction.

天板34zは、図示していない寝台部によって電気的に駆動される。天板34zが被検体PをZ軸方向に移動することによって、被検体Pを基準とした場合に、Z軸方向へ相対的にゼロ磁場領域を移動することができる。なお、天板34zの移動はできるだけ遅い動きであるほうが患者である被検体Pにとってのメリットがあるため、XY平面で全ての走査が完了した後に天板34zをZ軸方向へ移動する動作を繰り返すのが望ましい。   The top plate 34z is electrically driven by a bed portion (not shown). The top plate z moves the subject P in the Z-axis direction, so that the zero magnetic field region can be moved relatively in the Z-axis direction when the subject P is used as a reference. Since the movement of the couchtop 34z is as slow as possible, there is a merit for the subject P who is a patient. Therefore, the movement of moving the couchtop 34z in the Z-axis direction is repeated after all the scans are completed on the XY plane. Is desirable.

このように、本実施例3では、3対のゼロ磁場領域移動コイル13x、13yおよび13zのうち、被検体Pの体軸方向にゼロ磁場領域を移動するゼロ磁場領域移動コイル13zに代えて、天板34zが、ゼロ磁場領域に対して被検体Pを体軸方向に移動することによって相対的にゼロ磁場領域を移動するので、Z軸方向用のゼロ磁場領域移動コイル13z、および、当該ゼロ磁場領域移動コイル13zに電流を流すための駆動アンプを省略することが可能になり、装置をさらに小型化することができる。   As described above, in the third embodiment, among the three pairs of zero magnetic field region moving coils 13x, 13y, and 13z, instead of the zero magnetic field region moving coil 13z that moves the zero magnetic field region in the body axis direction of the subject P, The top plate 34z moves the subject P relative to the zero magnetic field region in the body axis direction, thereby moving the zero magnetic field region relatively. Therefore, the zero magnetic field region moving coil 13z for the Z axis direction and the zero It becomes possible to omit a drive amplifier for passing a current through the magnetic field region moving coil 13z, and the device can be further miniaturized.

なお、上記実施例1、2および3では、3つまたは2つのゼロ磁場領域移動コイルを備えた場合について説明したが、いずれかひとつのゼロ磁場領域移動コイルの役割を静磁場発生コイルが兼ねるようにしてもよい。その場合、静磁場を発生させるための直流電流と、ゼロ磁場領域を移動するための交流電流とを重畳した電流を静磁場発生コイルに流すように電流供給を制御する。これにより、3つまたは2つのゼロ磁場領域移動コイルのうちいずれかひとつを省略することが可能になり、さらに装置を小型化することが可能になる。   In the first, second, and third embodiments, the case where the three or two zero magnetic field region moving coils are provided has been described. However, the static magnetic field generating coil also serves as one of the zero magnetic field region moving coils. It may be. In this case, the current supply is controlled so that a current obtained by superimposing a direct current for generating a static magnetic field and an alternating current for moving in the zero magnetic field region flows through the static magnetic field generating coil. As a result, any one of the three or two zero magnetic field region moving coils can be omitted, and the apparatus can be further downsized.

また、これまでに説明した実施例では、全体的に、ゼロ磁場領域移動コイルが発生する磁場の均一性の優先順位を下げ、電流の利用効率を上げるという方法を採用した。ここで優先順位を下げた磁場の不均一性については、あらかじめ実測(または計算)された校正データから逆演算して制御入力値を計算するといった方法でカバーすることが可能である。   Further, in the embodiments described so far, the method of lowering the priority of the uniformity of the magnetic field generated by the zero magnetic field region moving coil and increasing the current use efficiency is adopted. Here, the non-uniformity of the magnetic field whose priority is lowered can be covered by a method of calculating a control input value by performing a reverse operation from calibration data measured (or calculated) in advance.

図9は、ゼロ磁場領域移動コイルにより発生する磁場とゼロ磁場領域のシフト量との関係を示す図である。たとえば、同図に示すように、あらかじめ校正データとして、ゼロ磁場領域移動コイルにより発生する磁場に対するゼロ磁場領域のシフト量の関係を定義しておき、ゼロ磁場領域をシフトする際には、そのシフト量に応じて任意のゼロ磁場領域の位置から逆演算で駆動電流値を特定し、特定した駆動電流値をゼロ磁場領域移動コイルに供給するようにしておく。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the magnetic field generated by the zero magnetic field region moving coil and the shift amount of the zero magnetic field region. For example, as shown in the figure, as the calibration data, the relation of the shift amount of the zero magnetic field region to the magnetic field generated by the zero magnetic field region moving coil is defined in advance, and when shifting the zero magnetic field region, the shift A drive current value is specified by inverse calculation from the position of an arbitrary zero magnetic field region according to the amount, and the specified drive current value is supplied to the zero magnetic field region moving coil.

以上、本発明に係るMPI装置およびコイル配設方法の実施例について説明したが、以降では、これまでに説明した実施例について、実用的な時間、実用的空間分解能を満たしつつ、所望のサイズの領域を撮影できるかどうかを具体的に検討する。   In the above, the embodiments of the MPI apparatus and the coil arranging method according to the present invention have been described. Hereinafter, the embodiments described so far have a practical size and a desired spatial resolution while satisfying a practical spatial resolution. Specifically consider whether the area can be imaged.

まず、MPI装置における関心領域のサイズを256(W)×256(D)×256(H)[mm]の立方体領域とし、空間分解能を1(W)×1(D)×1(H)[mm]と仮定する。さらに、説明を分かりやすくするために、静磁場発生コイルが発生する磁場勾配X[A/m]は一定であると仮定し、ゼロ磁場領域移動コイルが発生する磁場も均一(一定)であると仮定する。 First, the size of the region of interest in the MPI apparatus is a cubic region of 256 (W) × 256 (D) × 256 (H) [mm 3 ], and the spatial resolution is 1 (W) × 1 (D) × 1 (H). Assume that [mm 3 ]. Furthermore, for easy understanding, it is assumed that the magnetic field gradient X S [A / m 2 ] generated by the static magnetic field generating coil is constant, and the magnetic field generated by the zero magnetic field region moving coil is also uniform (constant). Assume that there is.

前出の非特許文献1によれば、直径30[nm]の磁性ナノ粒子の飽和外部磁場はH=0.5×10−3・μ −1[A/m]となる(μは真空の透磁率を表し、その値は4π×10−7[H/m]である。)。このことから、空間分解能はR=2H/Xと表される。ここで、空間分解能の1辺は1[mm]と仮定していたので、これを前式に代入して解くと、静磁場発生コイルが発生する磁場勾配としては、X=1・μ −1[A/m]が必要であることが分かる。 According to the aforementioned Non-Patent Document 1, the saturation external magnetic field of magnetic nanoparticles having a diameter of 30 [nm] is H K = 0.5 × 10 −3 · μ 0 −1 [A / m] (μ 0 Represents the magnetic permeability of vacuum, and its value is 4π × 10 −7 [H / m]. From this, the spatial resolution is expressed as R = 2H K / X S. Here, since one side of the spatial resolution is assumed to be 1 [mm], when this is substituted into the previous equation and solved, the magnetic field gradient generated by the static magnetic field generating coil is X S = 1 · μ 0. It can be seen that −1 [A / m 2 ] is necessary.

図10は、静磁場発生コイルが発生する磁場勾配Xを一定とした場合のゼロ磁場領域移動コイルが発生するオフセット磁場とゼロ磁場領域との関係を示す図である。同図に示すように、関心領域である1辺が256[mm]の領域をカバーするためには、ゼロ磁場の範囲(同図では、静磁場発生コイルが発生する磁場勾配Xにゼロ磁場領域移動コイルによるオフセット磁場を重畳した磁場を表す直線MがX軸と交差する点を中心とした範囲)が±0.128・μ −1[A/m]でなければならないことが分かる。すなわち、静磁場発生コイルが発生する磁場勾配Xを一定とした場合、ゼロ磁場領域移動コイルは±0.128・μ −1[A/m]だけのオフセット磁場を磁場勾配Xに対して重畳する必要がある。 Figure 10 is a diagram showing a relationship between the offset magnetic field and zero field region the zero magnetic field region moving coil when the static magnetic field generating coil is constant magnetic field gradients X S generated is generated. As shown in the figure, to one side is a region of interest covering an area of 256 [mm], in the range (figure of zero field, zero field to the magnetic field gradients X S of the static magnetic field generating coil generates It can be seen that the range around the point where the straight line M representing the magnetic field superimposed with the offset magnetic field generated by the region moving coil intersects the X axis must be ± 0.128 · μ 0 −1 [A / m]. That is, when the static magnetic field generating coil is constant magnetic field gradients X S that occurs, the zero field region moving coil relative to the magnetic field gradients X S offset magnetic field of only ± 0.128 · μ 0 -1 [A / m] Need to be superimposed.

ところで、国際安全規格IEC60601−2−33で規定されている磁束密度の時間変動率(dB/dt)の制限から、被検体に印加される磁場の磁場密度は、磁場の印加時間が連続の場合には20[T/s]以下でなければならないとされている。すなわち、磁場の印加時間は0.128×2/20=0.0128[s]となる。そのため、たとえばX軸(またはY軸)方向に1ライン分だけゼロ磁場領域を走査する場合には、0.0128[s]以上の時間をかけなければならないことになる。   By the way, the magnetic field density of the magnetic field applied to the subject is continuous when the application time of the magnetic field is continuous due to the restriction of the time variation rate (dB / dt) of the magnetic flux density defined in the international safety standard IEC 60601-2-33. It must be 20 [T / s] or less. That is, the application time of the magnetic field is 0.128 × 2/20 = 0.128 [s]. For this reason, for example, when scanning the zero magnetic field region by one line in the X-axis (or Y-axis) direction, it is necessary to spend 0.0128 [s] or more.

図11は、関心領域でのゼロ磁場領域の走査を示す図である。実際には、同図に示すように、MPI装置は、ゼロ磁場領域移動コイルを制御することによって、X軸方向(またはY軸方向)へゼロ磁場領域の走査を繰り返しながら(総回数=256)、これと直交するY軸方向(またはX軸方向)にも走査する。   FIG. 11 is a diagram illustrating scanning of the zero magnetic field region in the region of interest. Actually, as shown in the figure, the MPI apparatus repeats scanning of the zero magnetic field region in the X-axis direction (or Y-axis direction) by controlling the zero magnetic field region moving coil (total number = 256). The scanning is also performed in the Y-axis direction (or the X-axis direction) orthogonal to this.

そのため、1面を走査し終わるために必要な時間は0.0128×256=3.2768[s]となる。さらに、1面毎の走査を256回繰り返しながらZ軸方向へ走査することによって全関心領域を走査することになるので、総走査時間は3.2768×256=838.8608[s]≒14[min]となる。   Therefore, the time required to finish scanning one surface is 0.0128 × 256 = 3.2768 [s]. Further, since the entire region of interest is scanned by scanning in the Z-axis direction while repeating the scanning for each surface 256 times, the total scanning time is 3.2768 × 256 = 838.8608 [s] ≈14 [ min].

臨床への応用を考えた場合でも、この程度の時間であれば十分に実用的であると言える。約14分間でZ軸方向の走査をすればよいことから、実施例3で説明した寝台移動によるZ軸方向の走査は被検体に負担をかけることなく実現可能であることが分かる。   Even when considering clinical application, it can be said that this time is sufficiently practical. Since it suffices to perform scanning in the Z-axis direction in about 14 minutes, it can be understood that the scanning in the Z-axis direction by the bed movement described in the third embodiment can be realized without imposing a burden on the subject.

また、イメージングのために1点の測定に使える時間は0.0128×2/256=1×10−4[s]=100[μs]と計算される。さらに、人体に高周波磁界を印加する場合は人体の導電率と渦電流の影響を考えて、100[kHz]前後(周期10[μs])に設定されることが多い。これらの理由から、ゼロ磁場の移動による「ボケ」の影響を無視できるならば、1点につき最大10周期分のデータを収集できることになり、十分な精度で磁性ナノ粒子の分布を測定できることが分かる。   Further, the time available for measurement of one point for imaging is calculated as 0.0128 × 2/256 = 1 × 10 −4 [s] = 100 [μs]. Furthermore, when a high-frequency magnetic field is applied to the human body, the frequency is often set to around 100 [kHz] (period 10 [μs]) in consideration of the influence of the human body conductivity and eddy current. For these reasons, if the influence of “blur” due to the movement of the zero magnetic field can be ignored, it is possible to collect data for up to 10 cycles per point, and it is understood that the distribution of magnetic nanoparticles can be measured with sufficient accuracy. .

次に、実施例1で示した図4を例に挙げて、現実的な範囲内で電気的にゼロ磁場を移動できるかを吟味してみる。図2および3のコイルについては、開口面積をほぼ同程度となるように設計しておけば、印加電流に対する発生磁場や自己インダクタンスもほぼ同程度となることから、図4のコイルに対して検討すれば十分である。   Next, using FIG. 4 shown in the first embodiment as an example, it will be examined whether the zero magnetic field can be electrically moved within a practical range. 2 and 3 are designed to have approximately the same opening area, the generated magnetic field and the self-inductance with respect to the applied current will be approximately the same. It is enough.

ここで、図4に示したコイルは、単純な「円形コイル」とみなすことができる。図12は、円形コイルにより発生する磁場を示す図である。同図に示すように、コイルに流れる電流をI[A]、コイルの半径をa[m]とすると、コイルの中心軸上で中心からz[m]離れた位置での磁場H[A/m]は以下の式で表される。

Figure 0005032247
Here, the coil shown in FIG. 4 can be regarded as a simple “circular coil”. FIG. 12 is a diagram showing a magnetic field generated by a circular coil. As shown in the figure, when the current flowing through the coil is I [A] and the radius of the coil is a [m], the magnetic field H [A / at a position z [m] away from the center on the central axis of the coil. m] is represented by the following formula.
Figure 0005032247

この式から、a=0.5[m]、z=0[m]としてH=0.128・μ −1[A/m]を満足するためには、電流としてI=2a×0.128・μ −1=1.02×105[A]を流す必要があることが分かる。 From this equation, in order to satisfy H = 0.128 · μ 0 −1 [A / m] when a = 0.5 [m] and z = 0 [m], I = 2a × 0. It can be seen that 128 · μ 0 −1 = 1.02 × 105 [A] needs to flow.

また、コイルの巻き数N、長さl[m]、半径a[m]、真空の透磁率μ[H/m]とすると、自己インダクタンスLは以下の式で表される。

Figure 0005032247
Further, when the number of turns N of the coil, length l [m], radius a [m], and vacuum permeability μ 0 [H / m], the self-inductance L is expressed by the following equation.
Figure 0005032247

さらに、長さlが半径と比べて十分短いと仮定できる場合(l<<aに相当。)には、自己インダクタンスLは以下の式で近似することができる。
L=(μ・N・π・a)/2[H]
Furthermore, when it can be assumed that the length l is sufficiently shorter than the radius (corresponding to l << a), the self-inductance L can be approximated by the following equation.
L = (μ 0 · N 2 · π · a) / 2 [H]

これらの式から、たとえばコイルの巻数をN=200[turn]とすれば、I=510[A]、自己インダクタンスL=0.0789[H]となり、コイルの抵抗損が無視できる場合、印加すべき電圧E[V]はE=L・(dI/dt)=0.0789×510/0.0128=3,145[V]と求めることができる。   From these equations, if the number of turns of the coil is N = 200 [turn], for example, I = 510 [A] and self-inductance L = 0.0789 [H]. The power voltage E [V] can be obtained as E = L · (dI / dt) = 0.0789 × 510 / 0.0128 = 3,145 [V].

これは、周波数39.1[Hz](周期T=0.0128×2=0.0256[s]に対応。)にて最大電圧3,145[V]、最大電流510[A]を印加することができれば、このコイルを十分駆動することが可能であることを示している。そして、これらコイルの性能は、現在製品に搭載されているMRI装置用傾斜磁場電源の性能と比較すれば、十分に実現可能であることが分かる。   This applies a maximum voltage of 3,145 [V] and a maximum current of 510 [A] at a frequency of 39.1 [Hz] (corresponding to a cycle T = 0.0128 × 2 = 0.0256 [s]). If possible, this indicates that the coil can be driven sufficiently. Then, it can be seen that the performance of these coils can be sufficiently realized when compared with the performance of the gradient magnetic field power supply for the MRI apparatus currently mounted on the product.

ところで、すでに説明したように、実用可能なMPI装置を得るためには、510[A]、39.1[HZ]の交流電流を約14分間連続で流し続ける必要性があることから、ゼロ磁場領域移動コイルの抵抗値をゼロに近くすることができれば抵抗損による発熱がほとんど無視することができ、実用上非常に有利になる。   By the way, as described above, in order to obtain a practical MPI apparatus, it is necessary to continuously flow an alternating current of 510 [A] and 39.1 [HZ] for about 14 minutes. If the resistance value of the region moving coil can be made close to zero, heat generation due to resistance loss can be almost ignored, which is very advantageous in practice.

2006年11月1日付けの国際超電導産業技術センター(ISTEC)の発表によれば、イットリウム系高温超電導ケーブル(導体径20mm)600[Arms](商用周波数)を用いた場合に、交流損失を0.004[W/m]以下に抑えることができると報告されている(「超電導コイル エネルギー損失1/3 ISTEC変圧器など応用期待」,日経産業新聞,2006年11月1日、「ソリューション21」,日工フォーラム,2006年9月号,34ページ)。   According to the announcement of the International Superconducting Industrial Technology Center (ISTEC) dated November 1, 2006, AC loss was reduced to 0 when using yttrium-based high-temperature superconducting cable (conductor diameter 20 mm) 600 [Arms] (commercial frequency). .004 [W / m] or less ("Superconducting coil energy loss 1/3 Expected applications such as ISTEC transformer", Nikkei Sangyo Shimbun, November 1, 2006, "Solution 21" , Nikko Forum, September 2006, page 34).

これは、コイルの半径a=0.5[m]、巻き数N=200[turn]とすれば、トータルの交流損失が2.51[W]以下になることを意味しており、十分実用的なレベルに達していることを示唆している。   This means that if the coil radius a = 0.5 [m] and the number of turns N = 200 [turn], the total AC loss is 2.51 [W] or less, which is sufficiently practical. Suggests that it has reached a certain level.

また、前述したように、ゼロ磁場領域の大きさ(画像分解能に関連)を維持しながら3次元走査範囲を拡大するには、ゼロ磁場領域移動コイルにより発生する磁場が十分強力でなければならない。そのためには、ゼロ磁場領域移動コイルに大電流を流す必要があるが、各ゼロ磁場領域移動コイルに通常の銅線を使ったのでは、抵抗損によるエネルギー損が非常に大きくなるため、強力な冷却装置が必要になるなどの問題がある。   Further, as described above, in order to expand the three-dimensional scanning range while maintaining the size of the zero magnetic field region (related to the image resolution), the magnetic field generated by the zero magnetic field region moving coil must be sufficiently strong. For this purpose, it is necessary to pass a large current through the zero magnetic field region moving coils. However, if a normal copper wire is used for each zero magnetic field region moving coil, the energy loss due to resistance loss becomes very large. There are problems such as the need for a cooling device.

イットリウム系超電導ケーブルは、交流電流を流してもエネルギー損失がそれ程大きくならず、かつ、液体窒素温度で高温超電導状態となるので、このイットリウム系超電導ケーブルをゼロ磁場領域移動コイルとしてこれによって所望の画像分解能と撮影視野を確保したままで、ランニングコスト(=電力損失と冷却損失)を下げることができる。   The yttrium-based superconducting cable does not have so much energy loss even when an alternating current is applied, and enters a high-temperature superconducting state at the liquid nitrogen temperature. Running costs (= power loss and cooling loss) can be reduced while maintaining the resolution and field of view.

以上の理由から、本発明のゼロ磁場領域移動コイルは、交流電流を流してもエネルギー損失がそれほど大きくならず、かつ、液体窒素で超電導状態を示すイットリウム系超電導ケーブルで構成しておくことが望ましい。これにより、所望の画像分解能と撮影視野を確保したままで、ランニングコスト(=電力損失と冷却損失)を下げることができる。   For the above reasons, it is desirable that the zero magnetic field region moving coil of the present invention is configured with an yttrium-based superconducting cable that does not have a large energy loss even when an alternating current is passed and that shows a superconducting state with liquid nitrogen. . As a result, the running cost (= power loss and cooling loss) can be reduced while ensuring the desired image resolution and field of view.

さらに、ゼロ磁場領域移動コイルだけでなく静磁場発生コイルもこれで実現する方が冷却コストの面からも有利であり、かつ、電流値や電流方向を簡単に変更できるという利点も生じる。   Further, it is advantageous from the viewpoint of cooling cost to realize not only the zero magnetic field region moving coil but also the static magnetic field generating coil, and there is an advantage that the current value and the current direction can be easily changed.

以上のように、本発明に係る磁性微粒子イメージング装置およびコイル配設方法は、装置を小型化することが求められる場合に有用であり、特に、撮影領域が円筒形状に形成されている場合に適している。   As described above, the magnetic particle imaging apparatus and the coil arrangement method according to the present invention are useful when it is required to reduce the size of the apparatus, and are particularly suitable when the imaging region is formed in a cylindrical shape. ing.

本実施例1に係るMPI装置の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a configuration of an MPI apparatus according to a first embodiment. 本実施例1に係るX軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for X-axis directions which concerns on the present Example 1. FIG. 本実施例1に係るY軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for Y-axis directions which concerns on the present Example 1. FIG. 本実施例1に係るZ軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for Z-axis directions which concerns on the present Example 1. FIG. 本実施例2に係るX軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for X-axis directions which concerns on the present Example 2. FIG. 本実施例2に係るY軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for Y-axis directions which concerns on the present Example 2. FIG. 本実施例2に係るZ軸方向用のゼロ磁場領域移動コイルを示す図である。It is a figure which shows the zero magnetic field area | region moving coil for Z-axis directions which concerns on the present Example 2. FIG. 本実施例3に係るMPI装置の構成を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a configuration of an MPI apparatus according to a third embodiment. ゼロ磁場領域移動コイルにより発生する磁場とゼロ磁場領域のシフト量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic field which a zero magnetic field area | region moving coil generate | occur | produces, and the shift amount of a zero magnetic field area | region. 静磁場発生コイルが発生する磁場勾配を一定とした場合のゼロ磁場領域移動コイルが発生するオフセット磁場とゼロ磁場領域との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the offset magnetic field which a zero magnetic field area | region moving coil generate | occur | produces when the magnetic field gradient which a static magnetic field generation coil generates is constant, and a zero magnetic field area | region. 関心領域でのゼロ磁場領域の走査を示す図である。It is a figure which shows the scan of the zero magnetic field area | region in a region of interest. 円形コイルにより発生する磁場を示す図である。It is a figure which shows the magnetic field generated by a circular coil. 従来のMPI装置を説明するための図(1)である。It is a figure (1) for demonstrating the conventional MPI apparatus. 従来のMPI装置を説明するための図(2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the conventional MPI apparatus. 従来のMPI装置における問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem in the conventional MPI apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10,30 MPI装置
11 ゼロ磁場領域
12 静磁場発生コイル
13x,13y,13z,23x,23y,23z ゼロ磁場領域移動コイル
34z 天板
10, 30 MPI device 11 Zero magnetic field region 12 Static magnetic field generating coils 13x, 13y, 13z, 23x, 23y, 23z Zero magnetic field region moving coil 34z Top plate

Claims (8)

ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加することにより当該ゼロ磁場領域内の磁性微粒子から発せられる高調波信号に基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置であって、
前記ゼロ磁場領域を発生させる静磁場発生コイルと、
円筒形状に形成された撮影領域を巻装するようにそれぞれ配設され、前記撮影領域内でゼロ磁場領域を三次元方向に移動するゼロ磁場領域移動コイルと、
を備えたことを特徴とする磁性微粒子イメージング装置。
A magnetic fine particle imaging apparatus that images a distribution of magnetic fine particles in a subject based on a harmonic signal emitted from the magnetic fine particles in the zero magnetic field region by applying an alternating magnetic field to the zero magnetic field region,
A static magnetic field generating coil for generating the zero magnetic field region;
A zero magnetic field region moving coil that is arranged so as to wrap around the imaging region formed in a cylindrical shape and moves the zero magnetic field region in a three-dimensional direction within the imaging region;
A magnetic particle imaging apparatus comprising:
前記ゼロ磁場領域移動コイルは、三つのループコイルから構成され、すべてのゼロ磁場領域移動コイルに電流が流れていない状態でゼロ磁場領域の中心に幾何学的中心が一致するようにそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性微粒子イメージング装置。   The zero magnetic field region moving coil is composed of three loop coils, and each zero magnetic field region moving coil is disposed so that the geometric center coincides with the center of the zero magnetic field region when no current flows through all the zero magnetic field region moving coils. The magnetic fine particle imaging apparatus according to claim 1, wherein: 前記ゼロ磁場領域移動コイルは、前記被検体の体軸方向に前記ゼロ磁場領域を移動する一つのヘルムホルツコイルと、それぞれ前記撮影領域の側面に沿って湾曲するように形成され、他の2次元の方向に前記ゼロ磁場領域を移動する二つのサドルコイルとから構成されることを特徴とする請求項1に記載の磁性微粒子イメージング装置。   The zero magnetic field region moving coil is formed to have one Helmholtz coil that moves the zero magnetic field region in the body axis direction of the subject, and to be curved along the side surface of the imaging region. The magnetic particle imaging apparatus according to claim 1, comprising two saddle coils moving in the direction of the zero magnetic field region. 前記ゼロ磁場領域移動コイルのうち前記被検体の体軸方向に前記ゼロ磁場領域を移動するゼロ磁場領域移動コイルに代えて、前記被検体を体軸方向に移動することによって相対的に前記ゼロ磁場領域を移動する天板を備えたことを特徴とする請求項1、2または3に記載の磁性微粒子イメージング装置。   Instead of the zero magnetic field region moving coil that moves the zero magnetic field region in the body axis direction of the subject among the zero magnetic field region moving coils, the zero magnetic field is relatively moved by moving the subject in the body axis direction. 4. The magnetic fine particle imaging apparatus according to claim 1, further comprising a top plate that moves in the region. 前記ゼロ磁場領域移動コイルは、それぞれ、イットリウム系超電導ケーブルにより形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の磁性微粒子イメージング装置。   5. The magnetic particle imaging apparatus according to claim 1, wherein each of the zero magnetic field region moving coils is formed of an yttrium-based superconducting cable. 前記静磁場発生コイルは、イットリウム系超電導ケーブルにより形成されていることを特徴とする請求項5に記載の磁性微粒子イメージング装置。   6. The magnetic particle imaging apparatus according to claim 5, wherein the static magnetic field generating coil is formed of an yttrium superconducting cable. 前記静磁場発生コイルは、前記撮影領域を巻装するように配設されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の磁性微粒子イメージング装置。   The magnetic fine particle imaging apparatus according to claim 1, wherein the static magnetic field generating coil is disposed so as to wind the imaging region. ゼロ磁場領域に対して交番磁場を印加することにより当該ゼロ磁場領域内の磁性微粒子から発せられる高調波信号に基づいて被検体内における磁性微粒子の分布を画像化する磁性微粒子イメージング装置で用いられるコイル配設方法であって、
円筒形状に形成された撮影領域内でゼロ磁場領域を三次元方向に移動するゼロ磁場領域移動コイルを、前記撮影領域を巻装するようにそれぞれ配設するステップを含んだことを特徴とするコイル配設方法。
Coil used in a magnetic particle imaging apparatus that images a distribution of magnetic fine particles in a subject based on a harmonic signal emitted from the magnetic fine particles in the zero magnetic field region by applying an alternating magnetic field to the zero magnetic field region An arrangement method comprising:
A coil comprising a step of disposing a zero magnetic field region moving coil for moving a zero magnetic field region in a three-dimensional direction within a photographing region formed in a cylindrical shape so as to wind the photographing region. Arrangement method.
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