JPH08168475A - 磁気共鳴イメージング磁石 - Google Patents
磁気共鳴イメージング磁石Info
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Abstract
な設計の超伝導MRI磁石を提供する 【解決手段】 縦方向の軸14、縦方向の第1の端1
6、縦方向の第2の端18、縦方向の第1の端から縦方
向の第2の端に向かって伸びる第1の内腔20、および
縦方向の第2の端から第1の内腔に向かって伸び、第1
の内腔より直径の小さいる第2の内腔22を有する環状
で円筒形の真空エンクロージャ12を含み、真空エンク
ロージャの中に円周方向に第1の内腔を取り囲む第1の
超伝導コイル24aおよび円周方向に第2の内腔を取り
囲む第2の超伝導コイル24bが配置され、第1の内腔
の中に勾配コイル32が配置される。軸から第2のコイ
ルの半径方向に最も内側の部分26までの半径方向距離
は第1の内腔の半径より小さく、軸から勾配コイルの半
径方向に最も内側の部分34までの半径方向距離は第2
の内腔の半径以上である。
Description
ジング(MRI)診断システムの一部として高磁界を発
生するために使用される超伝導磁石に関し、更に詳しく
は人体の特定の部位たとえば脳を安価にイメージングす
るためのコンパクトな設計のこのような磁石に関するも
のである。
医用診断のような種々の分野で使用される。公知の超伝
導磁石には、液体ヘリウムで冷却される超伝導磁石およ
び低温冷却器で冷却される超伝導磁石が含まれる。通
常、低温冷却器で冷却される磁石の場合、超伝導コイル
集合体は超伝導主コイルを含み、超伝導主コイルは熱遮
蔽体によって取り囲まれ、熱遮蔽体は真空エンクロージ
ャによって取り囲まれている。低温冷却器のコールドヘ
ッドは外部で真空エンクロージャに取り付けられ、コー
ルドヘッドの第1段は熱遮蔽体と熱的に接触し、第2段
は超伝導主コイルと熱的に接触している。
シム調整前の不均一度が10ppmである2テスラの球
形のイメージング容積の直径が10cmで、内腔(bo
re)の直径が20cmであるMRI脳イメージング用
の(眼開口付きの)ヘルメット形の設計にしたと主張さ
れているものがある。しかし、このような設計のものは
これまで開示されていない。
球形のイメージング容積内に高磁界を発生するために第
1の方向に等しい電流を通す1つ以上の縦方向に間隔を
置いて配置された主コイルを持つ大きな管状の超伝導コ
イル集合体を有するものがある。このような全身用磁石
で脳のMRIイメージングを行うのは費用のかかるやり
方である。
グのために設計された比較的安価な超伝導磁石が必要と
されている。
グのためのコンパクトな設計の超伝導MRI磁石を提供
することである。本発明の磁気共鳴イメージング(MR
I)磁石は、ほぼ環状の円筒形の真空エンクロージャ、
少なくとも2つの超伝導コイル、および勾配コイルを含
む。真空エンクロージャは、ほぼ縦方向に伸びる軸、縦
方向の第1および第2の端、第1の内腔、ならびに第2
の内腔を有する。第1の内腔は、軸とほぼ同軸にそろえ
られて、縦方向の第1の端から縦方向の第2の端に向か
ってほぼ一定の半径で伸び、かつ縦方向の第2の端から
隔たっている。第2の内腔は、軸とほぼ同軸にそろえら
れて、縦方向の第2の端から第1の内腔に向かってほぼ
一定の半径で伸びる。第2の内腔の半径は第1の内腔の
半径より小さい。超伝導コイルは縦方向に間隔を置いて
配置されて、軸とほぼ同軸にそろえられ、かつ真空エン
クロージャの中に真空エンクロージャから隔てて配置さ
れる。超伝導コイルは第1のコイルおよび第2のコイル
を含み、各コイルはほぼ同じ方向に電流を通す。第1の
コイルは第1の内腔をほぼ円周方向に取り囲み、第2の
コイルは第2の内腔をほぼ円周方向に取り囲む。第2の
コイルは半径方向に最も内側の部分を有し、軸からこの
第2のコイルの半径方向に最も内側の部分までの半径方
向距離は、第1の内腔の半径より小さい。勾配コイル
は、第1の内腔の中に配置され、半径方向に最も内側の
部分を有する。軸から勾配コイルの半径方向に最も内側
の部分までの半径方向距離は、ほぼ第2の内腔の半径以
上である。
は、真空エンクロージャの縦方向の第1の端よりも縦方
向の第2の端の近くに位置する磁気共鳴イメージング容
積を発生し、該イメージング容積は共通のほぼ円形の底
面に沿って半球体と円錐体を合わせた形状を持つ。本発
明からいくつかの利益および利点が得られる。本発明に
従って超伝導コイルを半径方向内側に位置決めし、イメ
ージング容積を縦方向の一方の側へ移動させ、更に半球
体−円錐体組合せ形状のイメージング容積を作ることに
より、患者の肩が真空エンクロージャの縦方向の第2の
端に当たるように患者の頭を第2の内腔を通って第1の
内腔の中に入れたときに人間の脳の医用イメージングを
行えるようにした、コンパクトな設計のMRI磁石が得
られる。
の磁気共鳴イメージング(MRI)磁石10を示す。磁
石10は、ほぼ縦方向に伸びる軸14、縦方向の第1の
端16、縦方向の第2の端18、第1の内腔20および
第2の内腔22を持つ、ほぼ環状で円筒形の真空エンク
ロージャ12を含む。第1の内腔20は、軸14とほぼ
同軸にそろえられて、縦方向の第1の端16から縦方向
の第2の端18に向かってほぼ一定の半径で伸び、かつ
縦方向の第2の端18から隔たっている。第2の内腔2
2は、軸14とほぼ同軸にそろえられて、縦方向の第2
の端18から第1の内腔20に向かってほぼ一定の半径
で伸びる。第2の内腔22の半径は第1の内腔20の半
径より小さい。典型的には、縦方向の第1の端16から
伸びる第1の内腔20の縦方向の距離は、縦方向の第2
の端18から第1の内腔20までの縦方向の距離より大
きく、好ましくは第1の内腔20が縦方向の第2の端1
8の近くまで伸びるようにする。
置された複数の超伝導コイル24a乃至24eを含む。
超伝導コイル24a乃至24eは、軸14とほぼ同軸に
そろえられて、真空エンクロージャ12の中に真空エン
クロージャ12から隔てて配置されている。第1のコイ
ル24aおよび第2のコイル24bを含む超伝導コイル
24a乃至24eは各々、ほぼ同じ方向に電流を通す
(電流方向の僅かな縦方向の成分を無視すると、これは
軸14を中心とした円周方向で時計周りまたは反時計周
りの方向である)。第1のコイル24aは第1の内腔2
0をほぼ円周方向に取り囲み、第2のコイル24bは第
2の内腔22をほぼ円周方向に取り囲む。第2のコイル
24bは半径方向に最も内側の部分26を有する。軸1
4から第2のコイル24bの半径方向に最も内側の部分
26までの半径方向距離は、第1の内腔20の半径より
小さい。
の第2の端18よりも縦方向の第1の端16により近く
配置され、第2のコイル24bは縦方向の第1の端16
よりも縦方向の第2の端18により近く配置される。好
ましくは、第1のコイル24aは縦方向の第1の端16
にほぼ隣接して配置し、第2のコイル24bは縦方向の
第2の端18にほぼ隣接して配置する。好ましい実施態
様では、第1のコイル24aおよび第2のコイル24b
の各々の縦方向の長さおよび半径方向の長さは、第1の
コイル24aの縦方向の長さが第1のコイル24aの半
径方向の長さより大きく、第2のコイル24bの半径方
向の長さが第2のコイル24bの縦方向の長さより大き
くなるようにされる。好ましい実施態様では、軸14か
ら第2のコイル24bの半径方向に最も外側の部分30
までの半径方向距離が、軸14から第1のコイル24a
の半径方向に最も外側の部分28までの半径方向距離に
ほぼ等しい。
配コイル32は第1の内腔20の中に配置され、半径方
向に最も内側の部分34を有する。軸14から勾配コイ
ル32の半径方向に最も内側の部分34までの半径方向
距離は、ほぼ第2の内腔22の半径以上である。磁石1
0は、勾配コイル32の半径方向内側で第1の内腔20
の中に配置された無線周波(RF)コイル36を更に含
むことが好ましい。無線周波コイル36は半径方向に最
も内側の部分38を有する。軸14から無線周波コイル
36の半径方向に最も内側の部分38までの半径方向距
離は、ほぼ第2の内腔22の半径以上である。図1で
は、勾配コイル32は真空エンクロージャ12に接触す
るものとして概略図示されており、無線周波コイル36
は勾配コイル32に接触するものとして概略図示されて
いる。しかし熟練した当業者には知られているように、
MRI磁石は通常、受動シムおよび勾配遮蔽体を含み、
真空エンクロージャ12と勾配コイル32との間にギャ
ップがあり、さらにまた無線周波遮蔽体を含み、勾配コ
イル32と無線周波コイル36との間にギャップがある
(このようなシム、遮蔽体、およびギャップは説明の便
宜のために図を簡単にするため図示していない)。真空
エンクロージャ12上および真空エンクロージャの中に
連続した金属経路が生じないことにより渦電流の無い磁
石10が得られる場合には、勾配遮蔽体は省略してもよ
い。
のイメージングに使用することができるが、磁石10は
とりわけ人間の脳のMRIイメージング用に設計される
ことが好ましい。したがって、患者の頭42が第2の内
腔22を通って第1の内腔20の中に入って、縦方向の
第2の端18が患者の肩40に合わさるように、第1の
内腔20および第2の内腔22の大きさを定めることが
好ましい。「患者」という用語は、熟練した当業者には
決められるように男と女について平均したサイズをそな
えた平均サイズの成人患者を意味する。当業者に知られ
ている従来の磁界解析と共に、前に説明した本発明の原
理を使用して、超伝導コイル24a乃至24eは、真空
エンクロージャ12の縦方向の第2の端18が患者の肩
40に合わさるように(すなわち患者の肩40に当接す
るように)患者の頭42を第2の内腔22を通して第1
の内腔20の中に入れたとき、第1の内腔20の中の患
者の脳の領域内に(点線で示された)磁気共鳴イメージ
ング容積44が生じるように設計することが好ましい。
好ましい超伝導コイル24a乃至24eの設計では、磁
気共鳴イメージング容積44は、軸14とほぼ同軸にそ
ろえられ、各々が(破線で示された)共通のほぼ円形の
底面50を持つ円錐体46と半球体48とを組み合わせ
た形状を有し、この組合せの円錐体46がほぼ第2の内
腔22の方を向いている頂点52を持ち、円形の底面5
0が縦方向において縦方向の第1の端16よりも縦方向
の第2の端18に近く配置されるように発生される。こ
のような半球体−円錐体組合せのイメージング容積44
は従来の球形のイメージング容積に比べて人間の脳の形
状に一層正確に適合する。半球体48は脳の主要領域を
包含し、円錐体46は脳幹を包含する。
に、前に説明した本発明の原理を使用して、本発明者
は、半球体48の半径がほぼ7.5cmで、円形の底面
50の半径がほぼ7.5cmで、円錐体46の頂点52
から円形の底面50までの高さがほぼ7.5cmである
半球体−円錐体組合せのイメージング容積44内に、設
計上のピークピーク磁界不均一度が10ppm未満であ
るほぼ0.5テスラの磁界を発生する上記のような磁石
10を設計した。第1の内腔20は直径がほぼ31cm
となるように設計され、第2の内腔22は直径がほぼ2
5cmとなるように設計された。真空エンクロージャ1
2の縦方向の長さはほぼ49cmであり、外径はほぼ5
0cmであり、円形の底面50は真空エンクロージャ1
2の縦方向の第2の端18からほぼ22cmのところに
配置された。
4a乃至24eは、ほぼ10ケルビンの温度に維持され
て、アンペア数がほぼ210アンペアの電流を通すよう
に、幅がほぼ0.12インチで、厚さがほぼ0.01イ
ンチで、長さ方向に連続した(一体のまたは接合され
た)Nb−Snの超伝導テープで構成された。第1のコ
イル24aは、真空エンクロージャ12の縦方向の第1
の端16から縦方向にほぼ2.5cmのところで、かつ
軸14から半径方向にほぼ17.5cmのところに配置
され、縦方向の長さがほぼ4.2cmであり、半径方向
の長さがほぼ1.1cmであり、ほぼ430mの超伝導
テープで構成される。第2のコイル24bは、真空エン
クロージャ12の縦方向の第2の端18から縦方向にほ
ぼ2.0cmのところで、かつ軸14から半径方向にほ
ぼ14.0cmのところに配置され、縦方向の長さがほ
ぼ0.9cmであり、半径方向の長さがほぼ4.3cm
であり、ほぼ330mの超伝導テープで構成される。第
3のコイル24cは、第2のコイル24bから縦方向に
ほぼ9.2cmのところで、かつ軸14から半径方向に
ほぼ17.5cmのところに配置され、縦方向の長さが
ほぼ1.9cmであり、半径方向の長さがほぼ0.9c
mであり、ほぼ160mの超伝導テープで構成される。
第4のコイル24dは、第3のコイル24cから縦方向
にほぼ5.4cmのところに配置され、軸14から半径
方向にほぼ21.1cmのところに配置され、縦方向の
長さがほぼ3.5cmであり、半径方向の長さがほぼ
0.9cmであり、ほぼ350mの超伝導テープで構成
される。第5のコイル24eは、第4のコイル24dか
ら縦方向にほぼ6.8cmで第1のコイル24aから縦
方向にほぼ9.3cmのところに配置され、軸14から
半径方向にほぼ21.1cmのところに位置し、縦方向
の長さがほぼ3.6cmであり、半径方向の長さがほぼ
0.9cmであり、ほぼ380mの超伝導テープで構成
される。磁石10は、超伝導コイル24a乃至24eを
支持するコイル枠54を含んでいることが好ましい。
ジャ12の中に真空エンクロージャ12から隔てて配置
された熱遮蔽体56を含み、超伝導コイル24a乃至2
4eは熱遮蔽体56の中に熱遮蔽体56から隔てて配置
されている。通常のスペーサ(簡明にするため図1では
省略されている)が、コイル枠54を熱遮蔽体56から
隔てて支持し、また熱遮蔽体56を真空エンクロージャ
12から隔てて支持する。磁石10は、第1段60およ
び第1段60(温度がほぼ40ケルビン)に比べて低温
の第2段62(温度がほぼ10ケルビン)を有する低温
冷却器のコールドヘッド58、たとえばギフォードマク
マホン(Gifford−McMahon)低温冷却器
のコールドヘッドをそなえることが好ましい。図1から
わかるように、第2段62は(コイル枠54と熱接触す
ることにより)超伝導コイル24a乃至24eと熱接触
し、第1段60は熱遮蔽体56と熱接触している。コイ
ル枠54および熱遮蔽体56は各々、銅(または他の高
熱伝導率の材料)のワイヤまたは条片を有するガラス強
化エポキシ合成物で構成され、そして真空エンクロージ
ャ12は、その中に(ステンレス鋼の箔のような)蒸気
障壁構造が埋め込まれたガラス強化エポキシ合成物で構
成されるのが好ましい。
der)形の脳イメージング用のMRI磁石10のコン
パクトな設計では、コイルの位置決めおよびイメージン
グ容積の配置と形状によって低い磁界不均一度で高磁界
強度が達成される。オンショルダ形の磁石10によるM
RI脳イメージングでは、イメージング容積44を真空
エンクロージャ12の縦方向の第2の端18から縦方向
に正しく配置することが必要になる。これは一部は、人
間の脳の形状をより正確に近似する半球体−円錐体組合
せ形状を持つイメージング容積44を発生するように超
伝導コイル24a乃至24eを設計することにより、ま
たイメージング容積44の中心(すなわち円形の底面5
0)が真空エンクロージャ12の縦方向の第1の端16
からよりも縦方向の第2の端18からの距離が小さくな
るように超伝導コイル24a乃至24eを設計すること
により、達成される。また磁界不均一度を小さくするた
めには、イメージング容積44の円形の底面50の平面
と第1のコイル24aおよび第2のコイル24bの各々
との間の立体角を大きくしなければならない。これは一
部は、縦方向において第1のコイル24aを真空エンク
ロージャ12の縦方向の第1の端16に隣接して位置決
めし、縦方向において第2のコイル24bを真空エンク
ロージャ12の縦方向の第2の端18に隣接して位置決
めし、第2のコイル24bの半径方向に最も内側の部分
26が第1のコイル24aの半径方向に最も内側の部分
64よりも半径方向内側に配置されるようにすることに
より、達成される。このような設計手法により、真空エ
ンクロージャ12の縦方向の第2の端18が患者の肩4
0に当接するように患者の頭を第2の内腔22を通過し
て第1の内腔20の中に入れたとき、イメージング容積
44が患者の脳と重なって患者の脳の形状にぴったり合
うようなMRI磁石が得られる。真空エンクロージャ1
2の縦方向の第2の端18が患者の肩40に当たるよう
にMRI磁石10に近づけることが出来るように、医用
検査台(図1に示さない)上に患者を仰向けに寝かせる
ことが好ましい。本発明の好適実施態様についての上記
の説明は、例示のためのものであって、全てを網羅した
ものは無く、また開示された細部に本発明を限定するも
のでもない。上記の教示を参考にして多数の変形および
変更を行えることは明らかである。たとえば、本発明の
磁石10の超伝導コイル24a乃至24eは低温冷却器
により冷却されるものに限定されず、液体ヘリウム(ま
たは他の液体冷却剤)で冷却されるものあってもよい。
本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により規定され
る。
I磁石の概略断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 (a)ほぼ縦方向に伸びる軸、(b)縦
方向の第1および第2の端、(c)上記軸とほぼ同軸に
そろえられて、上記縦方向の第1の端から上記縦方向の
第2の端に向かってほぼ一定の半径で伸び、かつ上記縦
方向の第2の端から隔たっている第1の内腔、および
(d)上記軸とほぼ同軸にそろえられて、上記縦方向の
第2の端から上記第1の内腔に向かってほぼ一定の半径
で伸び、かつ半径が上記第1の内腔の半径より小さい第
2の内腔を有するほぼ環状の円筒形の真空エンクロージ
ャ、 上記軸とほぼ同軸にそろえられて、上記真空エンクロー
ジャの中に上記真空エンクロージャから隔てて配置され
た、縦方向に間隔を置いて配置された複数の超伝導コイ
ルであって、各々がほぼ同じ方向に電流を通す第1のコ
イルおよび第2のコイルを含み、上記第1のコイルはが
ほぼ円周方向に上記第1の内腔を取り囲み、上記第2の
コイルはほぼ円周方向に上記第2の内腔を取り囲み、上
記第2のコイルが半径方向に最も内側の部分を持ち、上
記軸から上記第2のコイルの上記の半径方向に最も内側
の部分までの半径方向距離が上記第1の内腔の半径より
小さい複数の超伝導コイル、ならびに上記第1の内腔の
中に配置された勾配コイルであって、半径方向に最も内
側の部分を持ち、上記軸から当該勾配コイルの上記の半
径方向に最も内側の部分までの半径方向距離がほぼ上記
第2の内腔の上記半径以上である勾配コイルを含むこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項2】 更に、上記勾配コイルより半径方向内側
で上記第1の内腔の中に配置された無線周波コイルを含
み、上記無線周波コイルは半径方向に最も内側の部分を
持ち、上記軸から上記無線周波コイルの上記の半径方向
に最も内側の部分までの半径方向距離がほぼ上記第2の
内腔の上記半径以上である請求項1記載の磁気共鳴イメ
ージング磁石。 - 【請求項3】 上記第1の内腔がほぼ上記縦方向の第2
の端に隣接して伸び、上記第1のコイルが上記縦方向の
第1の端にほぼ隣接して配置され、上記第2のコイルが
上記縦方向の第2の端にほぼ隣接して配置されている請
求項1記載の磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項4】 上記第1のコイルの縦方向の長さが上記
第1のコイルの半径方向の長さより大きく、上記第2の
コイルの半径方向の長さが上記第2のコイルの縦方向の
長さより大きい請求項3記載の磁気共鳴イメージング磁
石。 - 【請求項5】 上記第1のコイルが半径方向に最も外側
の部分を持ち、上記第2のコイルが半径方向に最も外側
の部分を持ち、上記軸から上記第2のコイルの上記の半
径方向に最も外側の部分までの半径方向距離が、上記軸
から上記第1のコイルの上記の半径方向に最も外側の部
分までの半径方向距離にほぼ等しい請求項4記載の磁気
共鳴イメージング磁石。 - 【請求項6】 患者の頭が上記第2の内腔を通過して上
記第1の内腔の中に入れられたときに上記縦方向の第2
の端が患者の肩に当接するように、上記第1の内腔およ
び上記第2の内腔の大きさが定められている請求項1記
載の磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項7】 上記縦方向の第2の端が患者の肩に当接
するように患者の頭を上記第2の内腔を通過して上記第
1の内腔の中に入れたとき、上記超伝導コイルにより発
生される磁気共鳴イメージング容積が上記第1の内腔の
中の患者の脳の領域に位置している請求項6記載の磁気
共鳴イメージング磁石。 - 【請求項8】 上記磁気共鳴イメージング容積は、上記
軸とほぼ同軸にそろえられ、各々が共通のほぼ円形の底
面を持つように円錐体と半球体とを組み合わせた形状を
有し、上記円錐体はほぼ上記第2の内腔の方を向いてい
る頂点を持ち、上記円形の底面が縦方向において上記縦
方向の第1の端よりも上記縦方向の第2の端に近く配置
されている請求項7記載の磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項9】 更に、上記真空エンクロージャの中に上
記真空エンクロージャから隔てて配置された熱遮蔽体、
ならびに第1段および上記第1段に比べて低温の第2段
を持つ低温冷却器のコールドヘッドを含み、上記超伝導
コイルは上記熱遮蔽体の中に上記熱遮蔽体から隔てて配
置され、上記第2段は上記超伝導コイルと熱接触し、上
記第1段は上記熱遮蔽体と熱接触している請求項1記載
の磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項10】 更に、上記超伝導コイルを支持するコ
イル枠を含み、上記の低温冷却器のコールドヘッドの上
記第2段が上記コイル枠と熱接触している請求項9記載
の磁気共鳴イメージング磁石。 - 【請求項11】 上記第1の内腔の直径がほぼ31cm
であり、上記第2の内腔の直径がほぼ25cmである請
求項1記載の磁気共鳴イメージング磁石。
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