JP5101520B2 - 関心領域に一様磁場を発生させる特にnmrイメージング用の方法および装置 - Google Patents
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Description
・ 患者を収容するのに十分な大きさの試験体積内において、強力で一様な磁場(ベース磁場)を発生可能な磁石;
・一連のシークエンスの間に試験体積内の所定方向における磁場勾配の発生を可能にするための、通常、共通の円筒型マンドレル上に配置される勾配コイルのセット;および
・NMRの条件を満たす原子核のスピンを励起するための高周波送受信装置
を有している。
前記配列した超電導コイルは、前記長手方向軸に沿って前記長手方向軸を中心として分配されるモジュール素子のセットのスタックを少なくとも1つ有し、各モジュール素子は、第1の平板状シングルパンケーキコイルと、当該第1のシングルパンケーキコイルに平行に並置される第2の平板状シングルパンケーキコイルと、第1および第2のシングルパンケーキコイルの間の内部接合点のない渡り部とを有するダブルパンケーキコイルの形態に連続して巻回された、超電導材料製の方形断面を有する導体を含み、各シングルパンケーキコイルは、隣接するモジュール素子の接続末端と接合点を介して接続するための、パンケーキコイルの外縁部に位置する接続末端を有し、前記渡り部は、前記第1のシングルパンケーキコイルに対して第2のシングルパンケーキコイルが、前記長手方向軸に沿った前記導体の横方向の寸法以上の距離を前記長手方向軸に沿ってずれることを可能にし、第1および第2の平板状シングルパンケーキコイルのそれぞれは、2つの連続する半円周の間で前記導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成されており、かつ前記導体の厚さの1/2の距離だけ離れた半円周の2つの中心を交互に代えることを特徴とする装置によって達成される。
a)接合点のない方形断面を有する超電導材料製の1本の線材を準備する工程;
b)前記1本の線材を、2つの並置するシングルパンケーキコイルの間に渡り部を形成するための中央部のある形態にする工程;
c)得られる渡り部および、当該渡り部から伸長する線材の1/2の長さ分を特殊形状のマンドレル上に配置し、固定する工程;
d)前記マンドレルを第1の方向に回転させて、前記マンドレルに対して固定されていない他方の線材の1/2の長さ分より第1のシングルパンケーキコイルを形成する工程、ここで前記マンドレルの形状は、第1のシングルパンケーキコイルが、2つの連続する半円周の間で導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成され、当該半円周が、当該導体の厚さの1/2の距離だけ離れた2つの中心を交互に代えるものとなるような形状となっている;
e)形成した第1のシングルパンケーキコイルをマンドレルに一時的に固定し、先に一時的にマンドレルに固定していた線材の1/2の長さ分から、渡り部を解放する工程;
f)前記マンドレルを第2の方向に回転させて、線材の解放した1/2の長さ分より、第2のシングルパンケーキコイルを形成する工程、ここで前記マンドレルの形状は、第2のシングルパンケーキコイルが、2つの連続する半円周の間で導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成され、当該半円周が、当該導体の厚さの1/2の距離だけ離れた2つの中心を交互に代えるものとなるような形状となっている;
g)得られるモジュール素子をマンドレルから取り外して、各シングルパンケーキコイルの外縁部に接続末端を形成する工程;および
h)工程a)〜g)に従って調製した複数のモジュール素子を、長手方向軸に沿って組立て接合する工程。
図2は、図1のモジュール素子の実施に適した、正弦波状のリングの渡り部の一例を示す。
図3は、層状コイルの一例を示す立面図である。
図4は、図1のモジュール素子に組込むのに適した第1シングルパンケーキコイルの斜視図である。
図5は、渡り部が付加された図4のシングルパンケーキコイルの斜視図である。
図6は、本発明のダブルパンケーキコイルの斜視図である。
図7は、図4に示したシングルパンケーキコイルの平面図である。
図8は、円形の1/2巻きを渡り部と接合させてダブルパンケーキコイルモジュール素子を組み立てるプロセスを示す斜視図である。
図9は、本発明のダブルパンケーキコイルモジュール素子の製造方法に適した、中央ガイドスペーサの一例を示す斜視図である。
図10は、発生する磁場線をプロットした本発明の磁場発生装置の第1の例を示す横断面概略図である。
図11は、図10の装置によって発生する連続するモジュールの残存外部磁場の等高線を示す線図である。
図12は、発生する磁場線をプロットした本発明の磁場発生装置の第2の例を示す横断面概略図である。
図13は、図12の装置によって発生する連続するモジュールの残存外部磁場の等高線を示す線図である。
図14は、本発明のダブルパンケーキコイルの半分の中立素分の形状を示す図である。
図14Aは、図14の矢印XIVAに沿って見た図である。
図15は、本発明のダブルパンケーキコイルの種々の巻線を示す、図14の線XV−XVの軸方向の半断面概略図である。
s=e1+e2
h=w1+w2
・主磁石が常に、中心から端部に向かって増大する厚さおよび分離空間を有する、少なくともp0+1個のブロックを有することが必要である。それらのパラメータは、当然、補償磁石の存在を考慮に入れて調整されなければならない。
・5ガウス制限を、磁石の中心から許容される距離にするためには、最初の2つのモーメント(Z’2≡Z’4≡0)および必要に応じ3番目のモーメント(Z’6≡0)を約分することを満足する。このためには、1,2または3つだけ補償コイル5,6を使用すれば十分である。図12および13の実施態様のように、1つの単一の補償コイル7が、Z’2≡Z’4≡0となることを満たすような構造を見つけることも可能である。
・電流伝達能(超電導体の体積)は、補償コイルの外半径a’2が増加するにつれ減少し、その厚さa’2−a’1も減少する。従って、最適化プロセスにおいて、当該半径の上限を設けることも必要である。また、小さい厚さは、補償コイルについてダブルパンケーキコイルの構造とは反対の層状構造を奨励する。補償コイルは、磁場が比較的弱い領域にあるため、外側の電流密度の絶対値を増大させるために、主磁石のものとは異なる導体を使用することが有利である。
・補償コイルがあることによって、外部磁場が減少するだけでなく、メインコイルのピーク場と、中央部での公称磁場との差が減少する。用いる超電導体の性能を、特に臨界磁場に近い場合に最大限に活用できるように、当該差をできるだけ小さくするために、このパラメータを最適化プロセスに導入することもできる。
B0=11.7436T(500MHz)
D=1m
|J0|=34.612アンペア毎平方ミリメートル(A/mm2)
(主磁石+補償)
Vcoil=8.204m3
W=300MJ
・主磁石は、203個のダブルパンケーキコイルで構成されている;
・NbTiを超電導体として用いるために、米国特許3992893号明細書に開示されるように、常圧で超流動ヘリウム浴に磁石を浸してもよい。
Claims (18)
- 核磁気共鳴および磁気共鳴イメージング用の、関心領域に一様な磁場を発生させるための装置であって、前記関心領域の長手方向軸(z)の周りに配列して配置される超電導コイルを有し、前記関心領域は前記超電導コイルの配列の内部にあり、
前記配列した超電導コイルは、前記長手方向軸(z)に沿って前記長手方向軸(z)を中心として分配されるモジュール素子(8)のセットのスタック(1〜4)を少なくとも1つ有し、各モジュール素子(8)は、第1の平板状シングルパンケーキコイル(10)と、当該第1のシングルパンケーキコイル(10)に平行に並置される第2の平板状シングルパンケーキコイル(20)と、第1および第2のシングルパンケーキコイル(10,20)の間の内部接合点のない渡り部(30)とを有するダブルパンケーキコイルの形態に連続して巻回された、超電導材料製の方形断面を有する導体を含み、各シングルパンケーキコイル(10,20)は、隣接するモジュール素子の接続末端と接合点を介して接続するための、パンケーキコイルの外縁部に位置する接続末端(11,21)を有し、前記渡り部(30)は、前記第1のシングルパンケーキコイル(10)に対して第2のシングルパンケーキコイル(20)が、前記長手方向軸(z)に沿った前記導体の横方向の寸法以上の距離を前記長手方向軸(z)に沿ってずれることを可能にし、前記第1および第2の平板状シングルパンケーキコイル(10,20)のそれぞれは、2つの連続する半円周の間で前記導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成されており、かつ前記導体の厚さの1/2の距離だけ離れた半円周の2つの中心を交互に代えることを特徴とする装置。 - 第1の絶縁スペーサ(51)が、各モジュール素子(8)内において前記第1のシングルパンケーキコイル(10)と前記第2のシングルパンケーキコイル(20)との間に配置され、第2の絶縁スペーサ(61)が、連続するモジュール素子(8)間に配置されている、請求項1に記載の装置。
- 前記渡り部が、2π未満の範囲にわたって長手方向軸の周りで伸長している、請求項1または2に記載の装置。
- 前記渡り部が、π未満の範囲にわたって長手方向軸の周りで伸長している、請求項3に記載の装置。
- 前記渡り部(300)が、軸として前記長手方向軸(z)を有する円形シリンダーの周りに正弦波状に巻回されて構成される正弦波状のリングの形態をとる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- 各スタック(1〜4)が、数十個の同一のモジュール素子(8)を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置が、前記長手方向軸(z)に沿って一直線上に、かつ前記長手方向軸(z)に垂直な関心空間の中央平面について対称に配置される同一のモジュール素子(8)のスタック(1〜4)を少なくとも7個含み、当該スタック(1〜4)の厚さ、および一対の隣接するスタック間の分離空間の長さが、前記中央平面から前記装置の端部に向かって増大している、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置が、前記モジュール素子(8)のスタック(1〜4)を囲み、かつ前記長手方向軸(z)と一致する軸を有する超電導補償コイル(5,6;7)をさらに少なくとも1つ含み、前記超電導補償コイル(5,6;7)は、前記スタック(1〜4)の電流の方向と逆方向に電流を伝える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記スタック(1〜4)と電流を伝える補償コイル(5,6;7)とのセットでは、少なくとも関心領域外部の磁場に対応する電流分布の双極子モーメントZ'2がゼロであり、同時に、関心領域内部の磁場の展開の係数Z2pが、2より大きい固定次数Z2p0までゼロである、請求項8に記載の装置。
- 前記スタック(1〜4)と電流を伝える補償コイル(5,6;7)とのセットでは、少なくとも関心領域外部の磁場に対応する電流分布の双極子モーメントZ'2と四極子モーメントZ'4がゼロであり、同時に、関心領域内部の磁場の展開の係数Z2pが、2より大きい固定次数Z2p0までゼロである、請求項8に記載の装置。
- 前記スタック(1〜4)と電流を伝える補償コイル(5,6;7)とのセットでは、関心領域外部の磁場に対応する電流分布の磁気多極子モーメントが、最小の次数2(Z'2)から、2より大きい固定次数Z'2p0までゼロであり、同時に、関心領域内部の磁場の展開の係数Z2pが、2より大きい固定次数Z2p0までゼロである、請求項8に記載の装置。
- 前記超電導補償コイル(5,6;7)が、層状コイルの形態をとっている、請求項8〜11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記モジュール素子のスタック(1〜4)が、直径1メートル以上の関心領域の周囲に配置される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記モジュール素子のスタック(1〜4)により発生する磁場が、10T以上である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記モジュール素子の導体の断面が、数平方ミリメートルから数十平方ミリメートルの範囲にある、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記モジュール素子が、数十キログラムから約100キログラムの範囲の重量を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 一様な磁場を発生するための装置の製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする方法。
a)接合点のない方形断面を有する超電導材料製の1本の線材を準備する工程;
b)前記1本の線材を、2つの並置するシングルパンケーキコイルの間に渡り部(30)を形成するための中央部のある形態にする工程;
c)得られる渡り部(30)および、当該渡り部(30)から伸長する線材の1/2の長さ分を特殊形状のマンドレル上に配置し、固定する工程;
d)前記マンドレルを第1の方向に回転させて、前記マンドレルに対して固定されていない他方の線材の1/2の長さ分より第1のシングルパンケーキコイル(10)を形成する工程、ここで前記マンドレルの形状は、第1のシングルパンケーキコイル(10)が、2つの連続する半円周の間で導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成され、当該半円周が、当該導体の厚さの1/2の距離だけ離れた2つの中心を交互に代えるものとなるような形状となっている;
e)形成した第1のシングルパンケーキコイル(10)をマンドレルに一時的に固定し、先に一時的にマンドレルに固定していた線材の1/2の長さ分から、渡り部(30)を解放する工程;
f)前記マンドレルを第2の方向に回転させて、線材の解放した1/2の長さ分より、第2のシングルパンケーキコイル(20)を形成する工程、ここで前記マンドレルの形状は、第2のシングルパンケーキコイル(20)が、2つの連続する半円周の間で導体の厚さの1/2だけ半径が増加する半円周から構成され、当該半円周が、当該導体の厚さの1/2の距離だけ離れた2つの中心を交互に代えるものとなるような形状となっている;
g)得られるモジュール素子(8)をマンドレルから取り外して、各シングルパンケーキコイル(10,20)の外縁部に接続末端(11,21)を形成する工程;および
h)工程a)〜g)に従って調製した複数のモジュール素子(8)を、長手方向軸(z)に沿って組立て接合する工程。 - 各モジュール素子(8)内の第1のシングルパンケーキコイル(10)と第2のシングルパンケーキコイル(20)との間に第1の絶縁スペーサ(51)を挿入し、スタックを構成するいくつか連続するモジュール素子(8)の間に第2の絶縁スペーサ(61)を挿入する工程をさらに含む、請求項17に記載の方法。
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