JPH05507005A - 磁界発生アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 磁界発生アセンブリ 本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置に用いる磁界発生アセンブリに関する。

従来のＮＭＲ装置は、強度の強い磁界をその内腔内部の中央において発生する大 きなソレノイド磁石を備えており、この内腔は、磁界強度が実質的に一様な作業 領域を有している。ＮＭＲイメージング試験（ＮＭＲｉｍａｇｉｎｇ　ｅｘｐｅ ｒｉｍｅｎｔｓ）に必要とされる強い強度を得るには、超電導ソレノイドを大き なりライオスタットに収容された超電導物質と共に使用しなければならない。試 験を行なうには、更に、こう配コイル装置を準備し、こう配コイル装置は一般に は抵抗性導体で形成されている、磁気こう配を作業領域内部の磁界上に重畳させ ねばならない。操作中、検体サンプルは磁石の内腔に挿入され〜該検体サンプル の領域←様な作業領域内部に位置付けた後、試験が実行される。サンプルに対す る空間を最大にするため、こう配装置は主コイルの内部表面に近接して位置づけ られるが、この結果、多くの欠点が引き起こされる。取り分１九こう配コイルと その周辺の磁気構造との間に、重要なカップリングが存在する。例えば、こう配 コイルの電流が変更された場合、磁石構造の磁束ねじ状導電部分（ｆｌｕｘ　ｔ ｈｒｅａｄｉｎｇ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｐａｒｔｓ）が変化し、超電導、及 び妨害うず電流（ｏｐｐｏｓｉｎｇ　ｅｄｄｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ）が誘導される 。

これにより、各こう配における変化速度が減少し、試験全体の速度が減少してし まう。更に、有用な磁気こう配を得るためには、こう配コイルに大きな電流を与 える必要があり、これらの電流における変化によっても、大きなうず電流が引き 起こされてしまう。

本発明によれば、ＮＭＲ装置に用いる磁界発生アセンブリは、作業領域で実質的 に均等であるような第１の磁界を発生する第１の磁界発生手段と、但し、この第 １の磁界発生手段は、アセンブリ外部から作業領域中へ作業領域を通じる磁界方 向を横切るような方向で検体対象物が導入され得るよう構成されており、また磁 界発生アセンブリは、１つ若しくは２つ以上の磁気こう配を作業領域を通してイ ンポーズする（ｉｍｐｏｓｅ）こう配磁界発生手段を備えており、但し、このこ う配磁界発生手段は、第１の磁界発生手段と相対的に移動可能なものとされてお り、作業領域中の検体対象物の位置に対して局部的に位置づけられる。

本出願人は、磁界発生アセンブリの完全に新しい形態を考案した。このアセンブ リは、その構成及びＮＭＲ装置の使用に対する新たな解決策を意味する。こう配 磁界発生手段（一般には、適当に設計されたコイルの形態とされている）自体を 作業領域に隣接させ、若しくは作業領域内部に位置づけることが可能であり、ま た、検体対象物に接触させて位置づけることさえ可能である。このため、第１の 磁界発生手段から離間させることができる。これは多数の重要な特徴を有する。

即ち、 １、こう配磁界発生手段と対象物間の分離を減少させることにより、信号対雑音 比が改善される。

２　こう配磁界発生手段と第１の磁界発生手段のオープンアクセス（ｏｐｅｎａ ｃｃｅｓｓ）によって形成された小さな容積により、それら２つの間のほぼ全て のうず電流が除去される。

３、人体用ＮＭＲイメージングの場合、このオーブンアクセス壓の磁界発生手段 を用いることにより、患者の体を横切る主磁界を用いて患者を適当に位置づける ことが可能である。このように、患者の体に対して横向きとされた主磁界を用い ることにより、ソレノイドＲＦコイルを用いてイメージング試験に必要なＲＦパ ルスを与えることができる。

４、実効性をより増大させるため、サンプルに特育のＲＦコイルを設計し、高い Ｑファクタを有するものとすることができる。

５、強力なこう配磁界発生手段を対象物に近接させることにより、解像度が改善 される。

６、急速なこう配傾斜速度（ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｒａｍｐ　ｒａｔｅｓ）が可能 である。

７、患者に快適であり、発散される音も小さなものにされているため、人体イメ ージングの場合に特に育用である。

８、従来の高価な素子の代わりに低コストの構成素子を用いることかできる。

９、所定のこう配に必要な電流が従来のＮＭＲ装置と比へて小さいため、より高 い実効性が生まれる。

局部的なこう配磁界発生手段を設けるのと同様に、本発明によれば、局部的なＲ Ｆコイルを利用することも可能とされ、また、ある特別な利点を有する装置によ れば、こう配磁界発生手段とＲＦコイルを、それが平坦であろうとまた機械装置 に特に有効な小さな円箭形チューブの形態であろうと、同一の巻ＩＪＩ（ｆｏｒ ｔｎｅｒ）の上に載置することができる。

第１の磁界発生手段は、例えば、欧州特許第０１８７６９１号（米国特許第４６ ８９５９１号）や欧州特許第０１８６９９８号に記述されているように、様々な 形態とすることができ、また更に、Ｃ字型磁石も可能である。

第１の磁界発生手段は、一般には、１っ若ｔべはそれ以上の超電導コイルである ような超電導装置によって形成されるのであろうが、高温セラミック超電導若し くは永久磁石を用いた装置とすることもできる。

上述のように、本発明の主な利点の！つとして、局部的に位置づけられたこう配 磁界発生手段がある。ある実施例では、こう配コイル構造（ＲＦプローブと同様 である）を影像する対象物の近接に結合（ｃｏｕｐｌｅ）することにより、どの 走査に対しても、視界領域がこう配フィールドのほぼ直線上の領域に整合するも のとされている。これは、強烈なこう配パルスを与えてスピンをディフェイズ（ ｄ、ｅｐｈａｓｅ）するが、エコーコレクション（ｅｃｈｏ　ｃｏｌｌｅｃｔｉ ｏｎ）に対してはより弱いこう配を用いて余計なイメージング輻を除去すること を目的としている。

エコー検出をより早くすることによって非常に重要なＳ／Ｎの改善が図られるこ とになり（信号の指数的（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉｏｎａｌ）な減衰による）、エコ 一時間がＴ２に比べて短い場合には、連続的なエコーの付加を通じて更に改善が 図られることになる。一般に、２のファクタだけより早いエコー測定を行なうと 、フィールドにおけるファクタはほぼ１．６増加し、この場合、フィールドは０ ．２４Ｔである。更に、０．２のエコ一時間の間にＴ２の速度に対して連続的な エコーが６個付加された場合、Ｓ／Ｎはほぼ１，５のファクタだけ増加する。こ れらの特徴を利用するため、１０ｍｓエコ一時間よりも小さな目標が設定され得 る。「従来」装置て達成されていたのは、一般的なエコ一時間である２０ｍ５で あり、ティッシュ−（ｔｉｓｓｕｅ）　Ｔ　２は、５０ｍ５若しくはそれより大 きなオーダーであることに注意すべきである。装置本体全体で、約０．１ガウス ／ｃｍ〜せいぜい１．　０ガウス／ｃｍを提供し、本出願人は少なくともｌＯガ ウス／ｃｍの達成を予定している。また、安定した非均質性（ｒｎｈｏｍｏｇｅ ｎｅｒｔｙ）を再焦合するためにＲＦパルスか使用されない場合は、エコーの付 加か常に可能ではないということを認識しなければならない。

非常に重要な特徴である急速なこう配の切換はうず電流を発生させる。永久的な Ｃ字断面磁石は本来的に、構成物質の特性により、より低く且つより小さな安定 した（継続時面かより短い）うず電流特性を育する。うず電流を除去して動作さ せることにより、画質の点で、多数の利点を得ることができる。うず電流によっ て発生されるフィールドは、時間依存型のフィールド歪みを作り出し、この歪み は画像及びより低い解像度を歪ませる。診断情報を駆動するために、画像特性の 何らかの容積分析に基づいてイメージングが実行されている場合に、この歪みは 重要な結果を持ち得る。時間依存壓のフィールドエラーがないため、より長いエ コー列を得ることが可能とさｔｋ　Ｓ／Ｎも改善される。こう配コイル構造を導 電表面から除去することにより、利用可能なフラックスリターンパス（ｆｌｕｘ ｒｅｔｕｒｎ　ｐａｔｈ）が増大し、この結果うず電流は減少する。また、第１ のこう配コイルと導電表面の間の空間をより大きなものとすることにより、実効 的なこう配シールドアレイ（ｇｒａｃｌｉｅｎｔ　５ｈｉｅｔｄ　ａｒｒａｙ） を配置するための空間が増大される。

磁石のＢｏフィールドの配向（ｏｒｊｅｎｔａｔｊｏｎ）が、サンプルの主方向 に関して右角度である場合には、サンプルを取り巻くためにソレノイドＲＦコイ ルを利用することができる。実効性のより低いサドル形態のコイルは、従来のソ レノイド磁石と共に使用する必要がある。ソレノイドＲＦコイルはサンプルを取 り巻いて窩い充填ファクタ（ｆｉｌｌｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ）を与え、高いコイ ルＱファクタを保持する。これにより、Ｓ／Ｎをサドルコイルよりも３ゲイン程 上昇させることができる。

シングルターン「表面コイル」を用いてサンプルを完全に取り囲むことにより、 影像される領域だけがノイズの原因となるようなときに、より多くのＳ／Ｎゲイ ンを作り出すことができる。マルチスライスイメージング（ｍｕｌｔｔｓｌｉｃ ｅ　ｉｍａｇｉｎｇ）の拡張には、完全な取得シーケンス（ａｃｑｕｉｓｉｔｉ ｏｎ　５ｅｑｕｅｎｃｅ）の闇に活発に切り換えられるような一連のコイルが使 用できることになっている。

視界フィールドの減少と、３Ｄデータセツトに宵月なＲＦコイル手段及びサンプ ルに特育なこう配の両方によるＳ／Ｎにおける改善が、可能である。

液体のようなサンプルに存在する陽子をサンプリングする際、所定のＲＦコイル 体積（ｃｏｉｌ　ｖｏｌｕｍｅ＞とレシーバコイル体積速度（ｒｅｃｅｉｖｅｒ 　ｃｏｉｌ　ｖｏｌｕｍｅ　ｒａｔｉｏ）に対する対応するボクセル（ｖｏｘｅ ｌ）に対して、概算を行なうことができる。はぼ３ｃｍ立方形状のイメージング 体積を必要としサブ（ｓｕｂ）１０ｍｓエコ一時間を有するサンプルに対しては 、マルチスライスシーケンス（ａＪｌｔｉｓｌｉｃｅ　５ｅｑｕｅｎｃｅ＞によ って約１７２秒の間にｌＸｌＸ４ｍｍの解像度が提供されるであろう。他の例と して、１０ｘ１．ＯＸ５ｃｍの大きさを有するサンプルは、１０以内に、１／２ ｃｍの厚みのスライス（ｓｌｉｃｅｓ）で、３分間の２ｍｍの解像度で、同様に １０ｍ５エコ一時間で、ソレノイドコイルを用いて影像され得る。シート形状の サンプルに対しては、立方形状の幾何学領域を選択するためにサンプル上部の表 面コイルを使用することができ、この場合、１０１０Ｘ１０Ｘ５の体積が、５以 内で、１ｃｍの厚みのスライスで、６分間の２ｍｍの解像度を用いて、影像され るであろう。

真の３Ｄイメージングに対しては、駆動された平衡シーケンス（ｅｑｕｉｌｉｂ ｒｉｕｍｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）が「フｔッグ・ディスバーサル（ｆｏｇ　ｄｉｓ ｐｅｒｓａｌ）　Ｊアプローチに良好に適合される。なぜなら、完全な位相エン コード段階のセットを急速に（ｌの段階毎に２０ｍ５のオーダーで）適用し、数 秒間で第１の２Ｄイメージを、１分間で３Ｄ体積等という具合に与えることがで きるからである。上の概算は０．５Ｔにおける「良好なＪイメージングに基づい たものである。

本発明は、本体全部、本体の一部、及び動物用の各磁気共鳴イメージングだけで なく、識別、特性表示、測定、品質保証、及び物質、部材、及びアセンブリの制 御を含む工業用及び商業用の分野にも適用することができる。他を排するもので はないが、これらを適用することができる特別な例として、麻薬若しくは爆発物 の識別、グリーンボディセラミック（ｇｒｅｅｎ　ｂｏｄｙ　ｃｅｒａｍｔｃｓ ）の特性表示、オイル飽和及びドリルによる穴の透過性の測定、及びポリマー及 びセラミック処理の品質保証、及び食料品若しくは積層板（Ｉａｍｉｎａｔｅ） 若しくは繊維強化複合材料（ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｍｐｏｓ ｉｔｅｓ）における品質制御がある。

本発明による磁界発生アセンブリの幾つかの例を、添付図面を参照しつつ以下に 説明する。

第１図は、第１の例の透し図。

第２図は、第１図のＣ字覆磁石の詳細図。

第３図は、第２の例の透し図。

第４図は、第３図に示された第１の磁石の断面の詳細図。

第５図は、一体型のｒｆ及びこう配コイルセットを示す図。

第６図は、Ｘこう配コイルの実際のトラックと、対象とすることによって相互に 作用して必要とされるこう配Ｂ、をＸの方向に与えるようなこう配の各半分とを 示す図。

ｗｃＴ図は、Ｂ、の強度がＸにおいてどのように変化するかを示す図。

第８図は、第６図の例に基づくこう配装置の一例を示す図。

第１の例は、Ｕ字形態とされた鉄性本体２（第２図）と一対のフェライト極片３ を備えたＣ字形態磁石ｌを使用したものである。非磁気テーブル４は極片３の間 に配置されており、使用の際、この非磁気テーブル４の上に検体サンプルが横に される。第１図から明かなように、磁気構造によって囲まれていないほとんどの サンプルと共に、極片３の間にサンプルを非常に容易に位置付けることができる 。

第２の例か第３図に示されている。この第２の例によれば、ソレノイド磁石５は テーブル６の片側に位置づけられている。ソレノイド磁石５は、テーブル６がそ の間を通じるような突出した一様領域を発生する。ソレノイド６の構成を、第４ 図でより詳細に見ることができる。このソレノイド６は、本明細書に参考として 組み入れられている欧州特許第０１８７６９１号に記述されたソレノイドと同様 である。磁石５は、クライオスタット５Ｂ内部に位置付けされた同軸の超電導コ イル５Ａを有する。

第５図は、第１図及び第３図に示された装置両方で用いる一体型のｒｆ及びこう 配コイルセットの一例を示したものである。こう配コイルは一対のＺこう配コイ ル７Ａ、７Ｂを備える。これらのコイルは、こう配コイルセットの原点８の周辺 に対象的に設けられており、磁気こう配をＺ方向に発生する。４組のＹこう配コ イル９Ａ、９Ｂが、原点８の周辺に対象的に位置づけられており、Ｙ方向に磁気 こう配を発生する。４組のＸこう配コイルＩＯＡ、ＩＯＢが原点８の周辺に対象 的に位置づけられており、Ｘ方向にこう開磁界を発生する。

実際には、異なる数のＸ、Ｙ、及びＺこう配コイルを使用することかできる。

ある１つの実用例では、Ｘこう配コイルを形成する導体は４２個存在し、平面Ｚ ＝−２３Ｃｍｉ：：２１個、平面Ｚ＝＋２３ｃｍに２１個が、原点８に対して相 対的に存在する。導体はＹ＝−４０ａｍ−Ｙ＝＋４０ｃｍまで広がっており、こ れらの導体は、（中央線）±Ｘ＝４．８．１２．１６．２０．２４．２８．３２ ．３６．４０ｃｍ及びＸ＝０に位置づけられている。

こう配コイルに加え、２組のＲＦコイルＩＩＡ、ＩＩＢ及び１２Ａ、１２Ｂが、 原点８の周辺に対象的に設けられている。

全てのこう配及びｒｆコイルは巻型の上に載置されているため、それらのコイル を主磁石に対して相対的に移動させ、若しくは検体サンプルに対して局部的に位 置決めすることができる。

第６図は、Ｘこう配コイルｌ０ＡＳ　ＩＯＢと、Ｚ方向の磁界成分の強度がＸに おいてどのように変化するかを破線で示したものである。

この変化は第７図にも示されている。

第８図は、第３図及び第４図に示された［平坦」型磁石を用いたこう配コイル装 置の一例を示す。この装置は、第５図に示された型のコイルセットを有する２組 のこう配コイル１４．１５を備える。作業領域１６は、コイルセット１４．１５ の間に形成されている。これらのコイルセットは、延長ロッドの形態をした支持 部１６、］７の各対から吊るされており、これらのロッドはプレート１９の開口 １８を通じて延長され、また支持プレート２０からぶら下がっている。開口１８ は、ロッド１６．１７をある位置に固定するかＸ方向の圧力下においてはそれら のロッドを摺動させるような取付具（図示していない）を含む。プレート１９の 横方向位置、Ｚ軸に沿ったコイルセット１４．１５は、支持部２３の開口２２に 摺動可能に装着されたロッド２Ｉ上のプレートを支持することによって制御され る。支持部２３は、支持部２３の開口２５を通じて延長されている円形ガイド２ ４上に摺動的に載置されているため、支持部２３をガイドにそって摺動させるこ とか可能であり、故に、こう配コイルセット１４．１５はＹ方向に移動すること になる。

局部的に位置づけられたこう配コイルの利点を理解するため、本出願人はソレノ イドこう配コイルの使用に基づいて、幾つかの簡単な計算を実行した。これらの 計算によると、アーク半径を減少させた場合に、ＢＯフィールドは１／ｒ増大さ れ、第１のオーダのこう配は１／ｒ”増大される。このことは、円筒形巻型を直 径７５０ｍｍから１５０ｍｍに減少させることにより、こう配強度は理論上、２ ５倍に増大することを意味する。ホールド直線性（ｈｏｌｄ　１ｉｎｅａｒｉｔ ｙ）に対する調整を行なうことによってこのゲインは減少され、平らなセットで は、円筒形のセットとしてアンプ（ａｍｐ）毎に同一の長さを有することは不可 能である。しかしながら、サンプルに特有の形態におけるこう配コイルの強度を 、大きさのオーダーだけ増大させることができることは明かである。

電力放散におけるこう配コイル強度の増大及び駆動要請は、コストの点て重要で ある。より小さな電流によって従来のこう配強度が作り出され、コイルインダク タンスか減少されることにより、同一の駆動電圧によってこう配フィールドを高 速に切り換えることができる。本出願人は以下の表に、１．２Ｍの長さを有する ディスク磁石を固定するためのこう配セットに関して、この点について図示して いる。平坦なサンプル特有のこう配コイルをソレノイド磁石の内腔に近接して取 り付けている円筒形セットよりも高速に（おそらく２〜３倍は）駆動することが できるが、このときても約１５０アンプ、１５０ｖを定格とした低コストの直線 電力増幅器を使用している。ＮＭＲの本体全体で利用可能なものよりも、より強 いこう配、おそらくこれは高速切換で２０ｍＴ／ｍより大きい、を利用すること ができるため、エーロホイルのような大きなサンプルを扱うこともできる。直線 性は調査されていないが、ストリーム関数（ｓｔｒｅａｍ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ）を用いるコイルの本体全体に関して開発された技術を使用することにより、許 容できるようなコイル実効率に必要とされる直線性を作り出すことができると思 われる。

以下のパラメータは、磁石の長さが１．２ｍのものに基づいている。ピーク電流 は１４０Ａと仮定されている。１．９〜２，０のオーバー・シュート（ｏｖｅｒ −ｓｈｏｏｔ）及び１０％の動作周期のうず電流を設けた場合、ＤＣ動作電流は ７０Ａ（はぼ）であった。「クラウン（ｃｒｏｗｎ）　Ｊタイプの増幅器に対し て実効的な抵抗を与えて実効的に作動させるため、導体は３．２ｍｍ”の断面を 有すると仮定されている。全てのコイルセットが、５０ｃｍ　ｄ、ｓ、ｖ、上に ±２０％の直線性をを作り出すよう設計されている。

直径６５０ｍｍのコイル こう配長さ　１ｒｎｓの上昇に対する　動放散の近似ピークＰＳＵ　Ｖ　（Ａｐ ｐｒｏｘ　Ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）ｍＴ／ｍ−Ｉ　Ｖｏ　Ｉ　ｔ 　ｓ　ｋＷ／ａ　ｘ　ｉ　ｓｌｏ、０　１７８　２．５ １２、　５　２６２　３．７　１５．０　４０１　５．６直径７５０ｍｍのコイ ル １０．０　２８７　４．０ １２．５　４２３　５．９ １５．０　６Ｂ７　８．５ 直径８５０ｍｍのコイル １０．０　４６５　６．５ １２．５　６６７　９．３ １５、　０　８６０　１２．　０ 浄書（内容に変更なし） 要約書 ＮＭＲ装置で使用する磁界発生アセンブリは、作業領域（１６）において実質的 に均等であるような第１の磁界を発生する第１の磁界発生器（５）を備える。

この第１の磁界発生器は、検査対象物がアセンブリ外部から作業領域（Ｉ６）中 へ、作業領域を通じる磁界方向を横切るような方向で導入されるように構成され ている。磁気こう配コイル（１４，１５）は、１つ若しくは２つ以上の磁界こう 配を作業領域中にインポーズするために設けられている。磁気こう配コイルは第 １の磁界発生器（５）に関して移動可能とされており、作業領域内の検査対象物 の位置に対して局部的に位置決めされる。

平成　年　月　日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．ＮＭＲ装置で使用する磁界発生アセンブリにおいて、該磁界発生アセンブリ は、作業領域において実質的に均等であるような第１の磁界を発生する第１の磁 界発生手段を備え、この第１の磁界発生手段は、アセンブリ外部から前記作業領 域中へ作業領域を通じる磁界方向を横切るような方向で検査対象が導入され得る ようにして構成されており、前記磁界発生アセンブリは更に、１つ若しくは２つ 以上の磁気こう配を作業領域を通してインポーズする磁気こう配発生手段を備え ており、このこう配発生手段は、前記第１の磁界発生手段と相対的に移動可能と されており、作業領域内の検査対象の位置に対して局部的に位置付けられること を特徴とする磁界発生アセンブリ。
2. ２．請求項１記載のアセンブリにおいて、更に、前記磁気こう配発生手段と共に 移動可能であるようにして載置されたＲＦコイルを備えているアセンブリ。
3. ３．請求項１若しくは２に記載のアセンブリにおいて、前記作業領域が前記第１ の磁界発生手段によって形成された体積を越えて突出されているアセンブリ。
4. ４．請求項１若しくは２に記載のアセンブリにおいて、前記第１の磁界発生手段 はＣ字磁石を備えるアセンブリ。
5. ５．請求項１〜４のいづれかに記載のアセンブリにおいて、前記第１の磁界発生 手段は超電導磁石を備えるアセンブリ。
6. ６．請求項１〜５のいづれかに記載のアセンブリにおいて、前記磁気こう配発生 手段は、磁気こう配発生手段を前記作業領域に関していづれか１つ若しくは２つ 以上の３つの直交方向に移動可能とさせるような支持構造に装着されているアセ ンブリ。