JPH0763457B2 - 磁気共鳴イメ−ジング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメ−ジング装置

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JPH0763457B2
JPH0763457B2 JP61198281A JP19828186A JPH0763457B2 JP H0763457 B2 JPH0763457 B2 JP H0763457B2 JP 61198281 A JP61198281 A JP 61198281A JP 19828186 A JP19828186 A JP 19828186A JP H0763457 B2 JPH0763457 B2 JP H0763457B2
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magnetic
imaging apparatus
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エヌ・ベ−・フイリツプス・フル−イランペンフアブリケン
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
    • G01R33/3873—Compensation of inhomogeneities using ferromagnetic bodies ; Passive shimming

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内部に位置する測定スペースに静磁場を発生す
ると共に増大空間磁場を均等にする磁石系を有する磁気
共鳴イメージング装置及び磁石系内の測定スペースの静
磁場を空間的に均等にする方法に関するものである。
この種の装置では、特に空間的な相関測定に対し、磁石
系内の測定空間の静磁場の空間均等性を高くする必要が
ある。測定すべき磁気共鳴信号の局部化は局部磁場を一
定値に選択することにより通常達成され、この選択は周
波数選択に関するラーマーの式ω＝γβによって行うこ
とができる。特定の手段を講じない場合には試験すべき
物体に対しアクセスし得る必要のある磁石系によっても
充分に大きな均等区域、即ち静磁場の均等化が関連する
物体に対し充分に高い測定スペースを得ることができな
い。
関連する磁場の数学的解析は利用する補正方法は、“マ
グネチック レゾナンス イン メデシン（医学におけ
る磁気共鳴）"1984年３月，第１巻第１号に発表された
エフ・ロメオ及びディージェイ・ホールトによる論文
「マグネチック フィールド プロファイリング：アナ
リシス アンド コレクティング コイル デザイン
（磁場プロフィール：解析及び補正コイル設計）」に記
載されている。上記論文にも記載されているラプラスの
式に基づき、通常のほぼソレノイド状の磁石系ΔB2＝０
の磁場に対して、即ち以下Ｚ軸と称されるソレノイド状
磁石系の軸線方向に測定した磁場に対しては、対称性の
ために全ての奇数項が０となる同心コイル即ちコイル対
より成る磁石に対し磁場強度の多項式を得ることができ
る。上述した論文によれば数学的データを基本として、
４次までの誤差と解釈される低次の誤差の補正を行うこ
とができる。上述したように、かかる誤差は、周囲から
の磁気変動、製造公差、コイルの巻回の不整合による誤
差、コイルの不適切な位置決め等によって生ずる。実際
には区域誤差に対し２次及び４次の誤差を示す４次まで
の任意の誤差はできるだけ低い値に個別に幻想するもの
と見做される。
これは高次の誤差、特に６次及び８次の誤差に対する解
決とはならない。これらの誤差は、例えばコイル設計そ
れ自体によるか又は実際的な理由でコイルにより満足す
べき副次的な条件により課せられた制限によるものであ
る。例えば医療診断のMRI（磁気共鳴イメージング）装
置では測定スペースは検査すべき患者に対し充分にアク
セスし得るようにする必要があり、更にコイルの長さを
制限する必要がある。その理由は、そうでない場合MRI
装置が患者にとて著しく不適なものとなるからである。
この設計時における高次の磁場誤差によってサジタル及
びコロナル像にアーティファクトを発生する。調整され
た磁場強度を局部偏位にすることによって共鳴周波数従
って像に局部偏位を発生するようになり、これは局部周
波数に依存するものである。像のアーティファクトは医
療診断に悪影響を与えるようになる。
本発明の目的は、上述した欠点を除去し、高次の磁場誤
差の影響を充分に大きな測定スペース内で減少し得る磁
石系を備える磁気共鳴イメージング装置を提供せんとす
るにある。
本発明は内部に位置する測定スペースに静磁場を発生す
ると共に増大空間磁場を均等にする磁石系を有する磁気
共鳴イメージング装置において、前記磁石系内に、４次
以上の次数の磁場誤差に対しても空間磁場を均等に増大
する磁性材料を設けるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、磁石系のコイル巻型に例えば磁性材料
を導入することによって静磁場の関連する高次の誤差の
組合せ分布を減少することができる。この静磁場の高次
の誤差は磁石系の磁場強度を一定とすることにより任意
に互いに補償することができる。磁場強度が強く偏位し
ている場合には補償は最適ではないが、磁場強度が常規
磁場強度から僅かに偏位している場合には誤差補償磁性
材料が設けられていない場合よりも充分良好に均等とな
る。この欠点は、例えば強磁性素子の代りに追加の補助
コイルを用いることによって除去できる。しかしこの場
合には、充分に強い補償磁場を発生させるために実際上
かかるコイルを、超伝導コイルとして、又は二重コイル
として構成する必要のある欠点がある。又、この場合補
助コイルの所望の直線性補助磁場のようなMRI装置内の
変化磁場のため、循環電流が発生し、これによっても磁
場を騒乱するようになる他の欠点がある。
好適な例では巻型の中心に対し毎回対称に配列されたリ
ング対により強磁性素子を形成するのが有利である。磁
性材料のリングに循環電流が発生するのを防止するため
にはリングを方位遮断部により複数の扇形弧状部分に細
分割し得るようにする。これらのリング即ちリングセグ
メントは、例えば静磁場に対し磁石系内に通常のように
配列された傾斜コイルの支持体に形成した条溝内に収納
し得るようにする。各リングセグメントの強磁性材料
は、ワイヤの積層体状に構成することができるが、帯状
又は細条状に構成することもできる 好適な例では強磁性材料の３対のリングセグメントを用
い、これらリングセグメントを軸線方向にみて磁石系の
中心面に対し対称に配列し得るようにする。
本発明によるコイル設計では関連する高次の静磁場誤差
の各々からの影響を個別に大きくし得るため、本発明に
よる磁石系の幾何学的形状をこれに課すべき他の要求に
これの可能性内で最適に適合させることができる。本発
明装置の静磁場を発生させる自作系は比較的短くなるよ
うに構成することができる。これがため患者に好適な装
置を提供することができる。個別の静磁場誤差の影響を
補償することにより合成磁場も著しく均等となる。
関連する磁場の上述した数学的記述及び例えば達成すべ
き測定スペースの端部での測定を基として高次の磁場誤
差の補償に、例えば処理すべき高次の磁場誤差の影響が
強磁性材料のリング対の軸線方向の位置、幅及び厚さに
より最小となる方法を用いる。
本発明磁気共鳴イメージング装置のコイル系を上述した
ように設計することによって副次的な条件、特にコイル
系の軸線方向の寸法を高い自由度で選定することができ
る。その理由は高次の静磁場誤差の影響を後の段階で補
償することもできるからである。最適の折衷策をとるこ
とによって幾何学的に一層有効な磁石系を得ることがで
きる。コイル設計において高次の磁場誤差による影響の
各々を個別に減少させることを現在まで試みる必要がな
かったことは特に重要なことである。超伝導磁石系の場
合には、強磁性材料を超伝導コイルの冷却スペースに簡
単に収納することができ、この冷却スペースはヘリウム
スペースとすることができ、又例えば液体窒素を充填し
たジャケットスペースとすることができる。これがた
め、適宜の設計を行うことにより、熱遮蔽及び誤差補正
の機能を組合せることができる。強磁性材料はこれを冷
却スペースに収納する場合唯１回冷却する必要があるだ
けであり、追加の熱リークを形成しない。その理由は外
部接続を行う必要がないからである。又、熱容量即ち寒
冷貯蔵を増大することも有利である。
図面につき本発明の実施例を説明する。
第１図に示す磁気共鳴イメージング装置１は均等な静磁
場Ｈを発生する磁石系２と、傾斜磁場を発生する磁石系
４と、これら磁石系２及び４の電力供給源６及び８とを
具える。無線周波磁石コイル10によって無線周波交番磁
場を発生させるようにする。この目的のため、コイル10
を無線周波源12に接続する。検査すべき物体（被検体）
の搬送無線周波磁界により発生するスピン共鳴信号を検
出するために無線周波コイル10をも用い、これを信号増
幅器14に接続する。信号増幅器14を位相感応整流器16に
接続し、これを中央制御装置18に接続する。又、中央制
御装置18によって無線周波源12の変調器20と、傾斜磁場
コイルの電力供給源８と、表示用モニタ22とをも制御す
る。又無線周波発振器24によって変調器20を制御すると
共に測定信号を処理する位相感応整流器16を制御する。
主磁場磁石コイル２を冷却し得るようにするために冷却
ダクト27を含む冷却装置26を設ける。かかる冷却装置は
抵抗性コイル用の水冷系として構成することができ、又
高磁場強度の超伝導電磁コイル用の液体ヘリウム冷却系
として構成することができる。磁石系２及び４内に配列
した無線周波磁石コイル10によって、医療診断装置の場
合検査すべき患者を収容するに充分な大きさの測定スペ
ース28を囲むようにする。従って測定スペース28内には
均等な磁場Ｈ、被検体のスライスを選択する傾斜磁場、
及び空間的に均等な無線周波交番磁場を発生させること
ができる。ここに云う無線周波磁場コイル10とは伝搬コ
イル及び測定コイルの機能の組合されたものを意味する
ものとする。しかし両機能に対し、例えば測定コイルと
して用いられる表面コイルのような異なるコイルを用い
ることもできる。
本例では静磁場用コイル系２を６個のイソラジアルコイ
ル29により構成し、これらコイル29は冷却装置26から内
部に導入し得る液体ヘリウム用のデューア容器30内に超
伝導コイルとして収納する。冷却装置は液体ヘリウムの
貯蔵装置及びヘリウム液化装置とすることができる。ヘ
リウム液化装置の場合にはデューア容器内で蒸発するヘ
リウムを常時再冷却して閉冷却系を得るようにする。ヘ
リウムデューア容器の囲りには例えば液体窒素を充填し
た通常のジャケットを設けるようにする。
傾斜コイル４を支持する傾斜コイルホルダ32は主磁場用
コイル２の内側従って通常のようにデューア容器30の内
側に設ける。本発明の好適な例では例えば強磁性材料の
リング34を傾斜コイルホルダ32内に埋設する。本例では
特定の磁石設計を行わない限り、これらリング34は磁石
系の軸対称面36に対し常時対称に配設されたリング対を
形成する。これがため、極めて実際的にイソラジアルリ
ング対を用いることにより軸対称面36に対するリング対
の位置と、リング対の幅、リング対当りの強磁性材料の
量とによって測定スペース28内の静磁場を均等化するこ
とができる。特定の磁石設計を行わない限り、全部のリ
ングを回転対称に配設してこれらリングが円周に沿い等
量の磁性材料を有するようにする。測定スペース28内の
最終磁場を均等化する強磁性材料のイソラジアルに対称
且つ均等なリング対を使用することに関する制限を受け
るため、本発明による磁石設計は例えば次に示すように
達成することができる。満足すべき副次的な条件は装置
により達成すべき診断像に対し課すべき最小の要求であ
る。先ず最初、本例で制限される静磁場の均等化に課す
べき要求は、公式化する必要がある。更に技術的制限、
構造的制限及び幾何学的制限も存在する。技術的制限は
例えは0.25ステラ以上のような比較的強い磁場に対して
は超伝導コイルを用いることである。構造的制限は、例
えば装置の総重量であり、これは永久磁石の設計を強い
磁場に対して不適当とする。これらの制限のほかに、幾
何学的形状は装置を検査すべき患者に対してアクセスし
得ると共に受入れ得るようにする必要のある要求によっ
ても制限される。このアクセス可能性によって例えばほ
ぼ1mの内径を任意とすることができる。通常の寸法の測
定スペース、例えば少なくとも25cmの半径を有する球状
測定磁場に対してはかかる直径によってコイル系の長さ
を最小、例えば2.5mとする。特にコイル系の長さを小さ
くすることにより装置の長さを小さくすることができ
る。その理由は今までの所高次の磁場の影響の任意のも
のを、課すべき所定の最大値以下に保持する必要があ
り、例えば全ての影響を測定領域に対し50ppm以下とす
る必要があるからである。しかし本発明によれば全ての
高次の磁場の偏位の和を課すべき最大の影響以下に保持
する必要があり、この要求は強磁性均等化素子を用いる
際充分に短い磁石によって満足させることもできる。許
容最小長さの概算はシミュレーション計算によって得る
ことができる。かかるシミュレーションモデルでは測定
磁場における高次の誤差の影響を計算又は測定すること
ができ、その後強磁性リングの最適のシステムを計算に
より決めることができる。被補正磁場は例えば完全にイ
ソラジアルでないコイル設計によっても発生し得るよう
になる。これがため、磁石系に対し多少反復的に最小許
容長さを階段状に決めることができる。均等化強磁性素
子を経験的に用いると、その逆のアプローチも可能とな
る。即ち何れの最大の個別の影響をも補償してできるだ
け短い設計を得るようにした見識に基づくアプローチも
可能となり、その後補償を行い得るようにする。既に存
在する磁石を均等化するためには例えば測定領域の端部
の磁場を測定する必要があり、これにより強磁性領域の
最適の補償系を得ることができる。
前述したように、原理的には１個のコイルを一定磁場強
度に対してのみ最適に補償することができる。例えば２
つの磁場強度、例えば1.0テスラ及び1.5テスラに対して
磁石を用いる必要があることが予め既知であるものとす
ると、この事実は平均値に対し最適化を行うことを考慮
することができるか又は２つの磁場強度の好適な値に対
し他方の磁場強度に対する状態を考慮し得るようにす
る。これは例えば充分に最小の組合せの影響に対して正
又は負の誤差を与えること、又は和の最小値を保持しな
がら他方の磁場強度値を良好とするように個別の影響を
ずらせるようにすることを意味する。
強磁性材料の形状及び量が決まると単に技術的には強磁
性材料ができるだけみえないようにしてコイル内のスペ
ースのアクセス可能性を妨害しないようにする必要があ
ること、及び磁石系内の熱的条件に逆の遮蔽効果が生じ
ないようにすることだけである。この目的のためには傾
斜コイルの支持体、調整コイルの支持体及び両タイプの
コイルに共通の支持体を用いることができる。通常は、
例えば１〜10cmの軸線方向の幅及び例えば多くとも2cm
の半径方向の厚さを有するリング対を用いるだけで充分
である。実際上設計には装着の容易性をできるだけ考慮
する必要がある。
第２図は強磁性リング34を有する傾斜コイルホルダ32を
軸線方向の断面（第2a図）で、及び１つのリング34の区
域の半径方向断面（第2b図）で夫々示す。強磁性素子は
傾斜コイルホルダの条溝内に収納すると共に渦電流が循
環するのを防止するためにこれら強磁性素子を遮断部40
でセグメント42に細分割する。特定の例を除いて、セグ
メントは同一構成となるように再び選定することができ
る。特に経験的な決定では強磁性材料のセグメントを経
験的な最適化のために個別に着脱し得る強磁性材料の比
較的多数のワイヤ又はバンドで構成するのが好適であ
る。通常のように計算された強磁性素子では適当な条溝
に装着し得る単一細条を用いることができる。リング対
の厚さを同一としたが、これは必須の要件ではない。各
リング対による上述した誤差の各々に対する個別の影響
を考慮する場合にはリングの幅を互いに相違させるのが
実際的である。補償リングの材料としては上述した強磁
性材料を極めて良好に用いることができる。しかし、他
の磁性材料例えばノイジウム（Noydynium）のような永
久磁化材料を用いることもできる。かかる永久磁化材料
を用いる場合には１個のリングに対する磁化配向を互い
に逆向きとすることができ、これにより或る場合には一
層正確な補償を行い得るようにするか又は少量の材料を
用い得るようにする。上述した種類の材料を数種類組合
せて用いても良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明磁気共鳴イメージング装置の構成を示す
概略構成図、 第2a図は第１図の装置の磁性材料を有する巻型を示す縦
断面図、 第2b図は同じくその横断面図である。 １……磁気共鳴イメージング装置 2,4……磁石系、6,8……電力供給源 10……無線周波磁石コイル 12……無線周波源、14……信号増幅器 16……位相感応整流器、18……中央制御装置 20……変調器、22……モータ 24……無線周波発振器、26……冷却装置 27……冷却ダクト、28……測定スペース 29……イソラジアルコイル 30……デューア容器、32……傾斜コイルホルダ 34……リング、36……軸対称面 42……遮断部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 7/20 8203−2Ｇ Ｇ０１Ｒ 33/22

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部に位置する測定スペースに静磁場を発
    生すると共に空間磁場を均等に増大する磁性材料を設け
    たコイル磁石系を含む磁気共鳴イメージング装置におい
    て、同軸のリング状素子の形態を成し、方位遮断部によ
    り複数の扇形弧状部分の細分割されて静磁場を表わす多
    項式の高次の項に対しても静磁場の磁場均等化を増大す
    る磁場材料を前記磁石系に設けるようにしたことを特徴
    とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 【請求項２】磁性材料を、電磁石系のコイル支持体の内
    側に設けるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項３】磁性材料を、イメージング装置の磁石系に
    含まれる他の電磁コイルの支持体に設けるようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁気共鳴
    イメージング装置。
  4. 【請求項４】磁性材料を円筒形コイル支持体の内側に形
    成した条溝内に設けるようにしたこと特徴とする特許請
    求の範囲第２項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 【請求項５】磁性材料をワイヤ状材料の積層体により形
    成するうよにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
    項乃至第４項の何れかの項に記載の磁気共鳴イメージン
    グ装置。
  6. 【請求項６】磁性材料を同軸配向細条の形態にほぼ配列
    するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    乃至第５項の何れかの項に記載の磁気共鳴イメージング
    装置。
  7. 【請求項７】磁性材料は、軸線方向にみて、隣接配置さ
    れた少なくとも３対のリング状素子を備えることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかの項に
    記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 【請求項８】磁性材料の同軸配置されたリング状素子を
    軸線方向に互いに異なる距離に配設するか、または半径
    方向に互いに異なる距離に配設するようにしたことを特
    徴とする特許請求の範囲第５項乃至第７項の何れかの項
    に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 【請求項９】軸線方向の寸法が150cm以下の磁石系内
    に、直径が少なくとも50cmで、磁場均等度が25ppm以下
    の球状測定領域を生ぜしめ得るようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかの項に記
    載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 【請求項１０】内部に位置する測定スペースに静磁場を
    発生すると共に空間磁場を均等に増大する磁性材料を設
    けたコイル磁石系を含み、同軸のリング状素子の形態を
    成し、方位遮断部により複数の扇形弧状部分に細分割さ
    れる磁場材料を前記磁石系に設けるようにした磁気共鳴
    イメージング装置の磁石系内の測定スペースの静磁場を
    空間的に均等にするに当り、静磁場を表わす磁場強度の
    多項式の異なる次数の磁場強度の係数を磁石系内の測定
    スペース内で測定して、磁石系内に設けるべき強磁性材
    料の位置及び量を決め、静磁場を表わす多項式の高次の
    項に対しても静磁場の磁場均等化を増大するようにした
    ことを特徴とする磁石系内の測定スペースの静磁場を空
    間的に均等にする方法。
  11. 【請求項１１】磁場測定を測定スペースの表面で行うよ
    うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載
    の静磁場均等方法。
  12. 【請求項１２】磁界多項式の磁場均等化項の次数に適合
    するように多数の磁場測定点を選定することを特徴とす
    る特許請求の範囲第10項又は第11項に記載の静磁場均等
    方法。
  13. 【請求項１３】磁場測定を少なくとも用いて相互補償に
    より磁場不均等性を減少するようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第10、11または12項に記載の静磁場均
    等方法。
  14. 【請求項１４】空間磁場を不均等化しながら他の要求に
    関して不均等化磁石を先ず最初最適化し、その後磁石系
    内に導入すべき強磁性材料により磁場が均等化するのを
    減少するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    10項乃至第13項の何れかの項に静磁場均等方法。
  15. 【請求項１５】最適化となる磁石系の内径及び長さで上
    記最適化を行うようにしたことを特徴とする特許請求の
    範囲第14項記載の静磁場均等方法。
  16. 【請求項１６】区域騒乱を補償するために、磁石系の軸
    線を中心として同軸配向すべきほぼリング状の補正素子
    を決めて磁石系内に導入するようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第10項乃至第15項の何れかの項に記載
    の静磁場均等方法。
JP61198281A 1985-08-26 1986-08-26 磁気共鳴イメ−ジング装置 Expired - Lifetime JPH0763457B2 (ja)

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JPS6247349A JPS6247349A (ja) 1987-03-02
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