JPH08215171A - 磁気共鳴結像装置に使用するための電磁石 - Google Patents

磁気共鳴結像装置に使用するための電磁石

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JPH08215171A
JPH08215171A JP7307549A JP30754995A JPH08215171A JP H08215171 A JPH08215171 A JP H08215171A JP 7307549 A JP7307549 A JP 7307549A JP 30754995 A JP30754995 A JP 30754995A JP H08215171 A JPH08215171 A JP H08215171A
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shim
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的に短い軸線方向の長さが得られかつ患
者の接近を容易にした磁気共鳴結像装置に使用するため
の電磁石を提供することにある。 【解決手段】 この電磁石は内部に磁場を発生させるた
めに電圧を印加できる環状巻線（５ａ，５ｂ，６ａ，６
ｂ）が冷鉄と呼ばれる鉄構成部分と一緒に収容された環
状容器（３）を備え、該鉄構成部分は巻線（５ａ，５
ｂ）に機械的に固定され、該冷鉄は環状巻線に極めて接
近して磁石の各々の端部に１個づつ配置された１対の鉄
リング（１３ａ，１３ｂ）を備え、該鉄リングは磁石の
内部の円筒形のスペースの各々の端部にフレア開口部を
規定するように形成され、該開口部は磁気共鳴結像の目
的のための磁石に使用されるときに患者により占有され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は電磁石に関し、そしてさ
らに特定すると、本発明は磁気共鳴結像（ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）（ＭＲ
Ｉ）装置に使用するための極低温電磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】磁気共鳴
結像の用途のための磁石が非常に高い均質性の磁場を有
する所定の領域を提供すべきであることはよく理解され
た要求条件である。結像容積（ｉｍａｇｉｎｇ ｖｏｌ
ｕｍｅ）として知られているこの領域は診察をうける患
者のその部分が配置される領域である。比較的に長い軸
線方向の長さを有する磁石により高い均質性を得ること
は比較的に容易である。しかしながら、長い磁石の穴は
閉所恐怖症の作用のために患者に有害な反応をひき起こ
す傾向がある。従って、磁石の軸線方向の長さを減ら
し、それにより閉所恐怖症の作用をも低減し、そのう
え、患者の接近が容易になるように磁石の設計を適合さ
せることは大いに望ましい。
【０００３】十分により短い磁石を製造するために、鉄
を磁石内に使用し、それにより均質性をいかなる有意な
程度まで犠牲にすることなく場を集中することができる
ようにすることは知られている。注意を払うべきである
本出願人の共に懸案中の英国特許出願ＧＢ９４２４０６
９．４号明細書に記載されているように、鉄を磁石内に
使用して短い磁石における均質性を改良するための種々
の技術を使用することができる。しかしながら、多数の
磁気共鳴結像の用途のために、磁石をさらに効果的に短
縮することが有利であろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】それゆえに、本発明の一
つの目的は比較的に短い軸線方向の長さが得られかつ患
者の接近を容易にした磁石を提供することにある。
【０００５】本発明の一つの局面によれば、磁気共鳴結
像装置に使用するための電磁石は内部に磁界を発生させ
るために電圧を印加することができる環状巻線が以下に
冷鉄（ｃｏｌｄ ｉｒｏｎ）と呼ぶ鉄構成部分と一緒に
収容された環状容器を備え、前記鉄構成部分は巻線に対
して機械的に固定され、前記冷鉄は環状巻線に極めて接
近して磁石の各々の端部に１個づつ配置された１対の鉄
リングを備え、前記鉄リングは磁石の内部の円筒形のス
ペースの各々の端部にフレア開口部を規定するように形
成され、前記フレア開口部は磁気共鳴結像の目的のため
の磁石に使用される際に患者により占有される。
【０００６】フレア開口部は前記円筒形のスペースの各
々の端部において鋭いテーパー効果を発生するように鉄
リングを、例えば、面取りにより好適に形成することに
より製造されている。
【０００７】フレア開口部は磁石の軸線方向の長さを効
果的に短縮し、または少なくとも患者の視野から効果的
な短縮を生ずる作用をする。
【０００８】いくつかの磁石の設計では、必要な鉄の質
量およびその他の寸法に関する設計上の考慮事項のため
に鉄のすべてを容器の内部に収容することができるけれ
ども（すなわち、すべての鉄は「冷鉄」であってもよ
い）、またいくつかの短い磁石の設計においては、本出
願人の共に懸案中の英国特許出願ＧＢ９４２４０６９．
４号明細書に十分に論議されているように温度および／
または振動に対する感度に関するその他の問題を導入す
ることなく最適の性能のために必要な鉄のすべてを収容
することが不可能であるかもしれない。
【０００９】それゆえに、本発明のさらに一つの目的は
振動に対する高い許容限度と温度変化に対する低い感度
とを有する比較的に短い磁石を提供し、またはこれらの
望ましい特徴の間の良好な折衷案である磁石を提供し、
それにより磁気共鳴結像の用途のために必要であるよう
な容認可能な高度の均質性を有する磁場が提供される。
【００１０】本発明のさらに一つの局面によれば、磁気
共鳴結像装置に使用するための電磁石は内部に磁場を発
生させるために電圧を印加することができる環状巻線が
以下に冷鉄と呼ぶ鉄構成部分と一緒に収容された環状容
器を備え、前記鉄構成部分は巻線に対して機械的に固定
され、前記冷鉄は環状巻線に極めて接近して磁石の各々
の端部に１個づつ配置された１対の鉄リングを備え、前
記鉄リングは磁石の内部の円筒形のスペースの各々の端
部のフレア開口部を規定するように形成され、前記フレ
ア開口部は磁気共鳴結像の目的のための磁石に使用する
際に患者により占有され、さらに、以下に温鉄（ｗａｒ
ｍ ｉｒｏｎ）と呼ぶその環状の穴の内部の容器の外部
に配置された鉄シムリングを備え、前記シムリングのサ
イズおよび相対位置は振動または温度変化のために１個
のシムリングにより導入された磁場の不安定性が１個ま
たはそれ以上のシムリングにより発生された等しくかつ
反対の作用により実質的に補償されるように選択されて
いる。
【００１１】必要な鉄の大部分を容器の内部に収容する
ことにより、振動および温度に対する感度に関する問題
がある程度まで克服され、かつ必要なその他の鉄が事実
上自己補償性を発揮するように構成することにより、温
度および／または振動に起因する場の不安定性を本質的
になくし、または少なくとも有意に低減させることがで
きる。
【００１２】もしも本発明による磁石の中央の磁場を球
形調和を基準とする組（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｈａｒｍ
ｏｎｉｃ ｂａｓｉｓ ｓｅｔ）に関して定義すれば、
方位対称性を示す円筒形の磁石においては、場は次式に
より与えられる。
【００１３】
【数１】 式中、 Ａｎ＝ｎ次調和振幅 Ｒｏ＝正規化半径 Ｐｎ＝次数ｎのルジャンドル多項式
【００１４】もしも全体の場（ｔｏｔａｌ ｆｉｅｌ
ｄ）（冷鉄構成部分＋温鉄構成部分）を振幅ＢｏT およ
びＡｎT に関して定義すれば、ＢｏC およびＡｎC に関
する冷磁石の場とＢｏi およびＡｎi に関するｉ番目の
温鉄リングの組に起因する場との関数により構成され
る。全体の場は次式により表された冷場および温場に関
する。
【００１５】
【数２】
【００１６】
【数３】
【００１７】通常、磁石の設計においては、ＢｏT およ
びＡｎT が所定の場の大きさおよび均質性を得るために
最適化されるが、本発明の場合には付加的な制約が
【外１】 および／または
【外２】 に関して導入される。
【００１８】さて、リングが飽和状態まで軸線方向に磁
化されると仮定すると、Ｂｏi およびＡｎi がリングの
飽和磁化に正比例する。しかしながら、鉄の飽和磁化は
所定の温度に対する感度を有している。それゆえに、Ｂ
ｏi およびＡｎi もまた同じサイズの温度に対する感度
を有し、この感度は磁石ＤＣの場（ＢｏT ）および均質
性（ＡｎT ）のそれぞれにおける温度に対する感度に変
換される。
【００１９】さて、Ｂｏi またはＡｎi の感度を変更す
ることは不可能であるが、次式によりシムの組の配置
（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を得ることが可能であるかもしれ
ない。
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】このような組はゼロの次数に補償されかつ
ｎ次数に補償されるシムの組のそれぞれとして記載され
ている。
【００２３】この場合には、もしも任意の温度変化がす
べてのｉ成分に対して同じであれば、補正された次数の
熱感度はゼロである。また、シムの温度が発散するとき
に重要になる補償された次数の感度に差異が生ずること
を理解することが非常に重要である。それにより得られ
る利点はシムの絶対温度を安定させるよりもシムの相対
温度を安定させることが容易であることである。
【００２４】従って、本発明の一実施例によれば、温鉄
はゼロの次数に補償されたシムリングの組を備えてい
る。
【００２５】本発明の別の一つの局面によれば、シムリ
ングの組はｎ次数に補償されている。
【００２６】本発明のさらに一つの局面によれば、シム
リングの組はゼロの次数に補償され（すなわち、直流
（ＤＣ）の場が補償されている）かつｎ次数に補償さ
れ、ｎ＝２である。
【００２７】上述したように補償を達成するためには、
１対またはそれ以上の対のシムリングを予想している特
定の用途により提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】さて、本発明のいくつかの実施例
を添付図面を参照して以下に説明する。図１について述
べると、図から理解できるように、磁石は環状に構成さ
れかつその長手方向の軸線１のまわりに実質的に対称に
構成されている。この磁石は内部に容器３が収容された
外側ハウジング２を備えている。容器３内には、使用中
に液体ヘリウムが満たされている。熱絶縁を改良するた
めに、熱遮蔽４が容器３とハウジング２との間に配置さ
れている。この磁石は磁化巻線５ａ、５ｂおよび６ａ、
６ｂと、磁化巻線５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂにより発
生した場を収容する役目をする遮蔽巻線７ａ、７ｂとを
備えている。巻線７は巻型８上に支持され、かつ巻線５
および６が巻型９および１０上にそれぞれ支持されてい
る。
【００２９】磁気共鳴結像操作を容易にするために、グ
ラディエントコイル１１が環状容器３の穴１２の内部に
設けられている。巻線５ａおよび５ｂと並んで、冷鉄シ
ムリング１３ａおよび１３ｂがそれぞれ設けられてい
る。シムリング１３ａおよび１３ｂは穴１２にフレアが
付けられた開口部を提供する役目をする面取り（ｃｈａ
ｍｆｅｒｓ）１３ｃおよび１３ｄを含む。面取り１３ａ
および１３ｂによるこのフレア作用を提供することによ
り、磁石の長さが患者の視野から効果的に短縮され、そ
れにより閉所恐怖症の作用が低減しかつ患者の接近が改
良される。
【００３０】シムリング１３ａおよび１３ｂを容器３の
内部に収容することにより、前記シムリングの温度が効
果的に安定し、かつ前記シムリングが巻線５ａおよび５
ｂに関して位置的に固定されるように構成することによ
り、前記シムリングが振動に対して実質的に反応しなく
なり、またそうしないと、振動がシムリング１３ａおよ
び１３ｂとそれらと組み合わされた巻線５ａおよび５ｂ
との間に移動の差異を生ずることがある。
【００３１】従って、鉄が容器の内部に閉じ込められて
いる上記の装置を提供することが大いに望ましいが、あ
る用途においては、課せられた寸法上の制約によりすべ
ての鉄を容器内に収容することは不可能である。
【００３２】従って、付加的な鉄製シムリング１４、１
５および１６がグラディエントコイル１１に隣接した穴
１２内に配置される温鉄の形態で提供される。前述した
ように、穴１２内のシムリング１４、１５および１６は
実質的に自己補償性を発揮するように配置され、すなわ
ち、１個のシムにおける温度変化および／または振動に
より発生した不安定性がその他の１個または複数個のシ
ムに起因した等しくかつ反対の不安定性により補償され
るように構成されている。この補償に関する理論につい
ては前述してある。
【００３３】図１に示した装置においては、単一対のシ
ムリング１４、１６が中央に配置されたシムリング１５
に対して対称に配置されるように設けられている。
【００３４】しかしながら、図１に相当する図面の部分
に同じ数値の符号を付けた図２に示した別の一つの装置
においては、２対のシムリング１７ａ、１７ｂおよび１
８ａ、１８ｂが長手方向の軸線１と直交した中央軸線１
９のまわりに対称に配置されるように設けられている。
温シムリング構成部分の選択は予想している用途により
決定され、従って、必要な特徴により決定される。
【００３５】図１の装置は安定した均等性を提供する役
目をなし、一方、図２においては、シムリングの配列が
最適な直流の場の安定化を提供するように選択されてい
る。
【００３６】熱感度安定化のための基準は包含された理
論について既に前述してある。しかしながら、振動感度
を最小限度にするための基準は考慮されるべき経験に基
づいて決定された関数になる傾向がある。
【００３７】磁石の中央部のまわりに対称に配置された
温鉄シムリングおよびコイルの装置においては、奇数の
次数（方程式１参照）がゼロである。さて、もしも温鉄
シムリングが冷磁石（ｃｏｌｄ ｍａｇｎｅｔ）に対し
て軸線方向に配置されるとすれば、シムリングは冷磁石
に対して依然として同心を有するが、長手方向の軸線と
直交した中央平面のまわりに対称に配置されず、温鉄シ
ムリングがいくつかの奇数の次数の振幅を方程式１に示
した関数の中に導入する。もしも変位が十分に小さけれ
ば、偶数の次数は変化しない。
【００３８】これは次の議論により説明することができ
る。先ず、共通の直径に対する軸線方向の離隔の比であ
るパラメーターβに関して小さい横断面積を有する１対
のフィラメント状の鉄リングを限定する。次に、１対の
薄い鉄リングを小さい距離（ｄｚ）にわたって変位させ
る効果を考究する。図３に例示したように、もしもリン
グの軸線方向の範囲をβL およびβU により定義すれ
ば、これはβL およびβ U において厚さｄｚの２対のリ
ングを形成することに相当する。これらのリングの素子
は反対方向に磁化され、それゆえに、奇数の次数のみを
中央の場に導入する。
【００３９】この効果により冷磁石（非軸線方向の振動
は考慮されない）に対するシムの組の軸線方向の振動に
対する均等性の感度が得られる。この感度はシムの組の
mmの変位当たりに導入された奇数の次数の振幅に関して
定量化することができる。また、これは結像容積に関す
るｐｋ−ｐｋ均質性移動（ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｓｈ
ｉｆｔ）に変換することができる。
【００４０】しかし、所定のシムの形状の振動に対する
感度をどのように評価しかつ最適化することができる
か。図４においては、反対に磁化された１対のフィラメ
ント状の鉄リングにより導入された１次数および３次数
の調和振幅がβの関数として曲線で表示されている。こ
れらの振幅は磁化ベクトルが磁石の中央平面から離れる
方向に向いている場合について曲線で表示されている。
反対のモードについては、振幅の符号が逆になる。図３
から、変位により形成されたフィラメント状の対が反対
の磁化モードを有していることに気付かれよう。それゆ
えに、図２に示したようなシムの形状が変位したときに
極めて小さい１次数の振幅を導入する。また、図４はシ
ムの組の振動に対する感度が図２に示したように１対よ
りも多数のシムの組において低い次数の項を補償するた
めのはるかに大きい範囲が得られるので大いに改良され
ていることを証明している。
【００４１】本発明による磁石が磁石の「冷」構成部分
に起因する場の高度の不均等性を容認し、その後、通
常、温鉄シムリングに付随する温度および／または振動
に関する感度が補償されるように設定された「自己補償
された」シムリングの組としての役目をする温穴（ｗａ
ｒｍ ｂｏｒｅ）内の鉄シムを使用してこの不均等性を
修正することにより短くすることができることが理解さ
れよう。鑑定家には容易に明らかであるように、すべて
の要素を同時に補償することができず、従って、均質性
と直流の場との間の選択を行うことが必要であり、それ
により振動に対する十分な感度を予想された用途により
決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気共鳴結像装置の一部を構成する極低温磁石
組立体の断面を示した側面図。
【図２】磁気共鳴結像に適用するための別の極低温磁石
の断面を示した側面図。
【図３】図２に示した中心軸線１９からのシムリングの
変位の効果を例示した図。
【図４】１対のフィラメント状リングにより導入された
振幅Ｚ１およびＺ３のグラフ。
【符号の説明】
１ 長手方向軸線 ２ 外側ハウジング ３ 容器 ５ａ 磁化巻線 ５ｂ 磁化巻線 ６ａ 磁化巻線 ６ｂ 磁化巻線 ７ａ 遮蔽巻線 ７ｂ 遮蔽巻線 １１ グラディエントコイル １２ 容器の穴 １３ａ シムリング １３ｂ シムリング １３ｃ 面取り １３ｄ 面取り １４ シムリング １５ シムリング １６ シムリング １７ａ シムリング １７ｂ シムリング １８ａ シムリング １８ｂ シムリング １９ 中心軸線

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気共鳴結像装置に使用するための電磁
    石にして、内部に磁場を発生させるために電圧を印加す
    ることができる環状巻線が冷鉄と呼ぶ鉄構成部分と一緒
    に収容された環状の容器を備え、前記鉄構成部分は巻線
    に対して機械的に固定され、前記冷鉄が環状巻線に極め
    て接近して磁石の各々の端部に１個づつ配置された１対
    の鉄リングを備え、前記鉄リングは磁石の内部の円筒形
    のスペースの各々の端部にフレア開口部を規定するよう
    に形成され、前記フレア開口部が磁気共鳴結像の目的の
    ための磁石に使用される際に患者により占有される電磁
    石。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の電磁石にして、フレア
    開口部が前記円筒形のスペースの各々の端部に鋭いテー
    パー効果を発生するように鉄リングを好適に形成するこ
    とにより製造されている電磁石。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の電磁石にして、鉄リン
    グが前記テーパー効果を発生するために面取りされてい
    る電磁石。
  4. 【請求項４】 磁気共鳴結像装置に使用するための電磁
    石にして、内部に磁場を発生させるために電圧を印加す
    ることができる環状巻線が冷鉄と呼ぶ鉄構成部分と一緒
    に収容された環状の容器を備え、前記鉄構成部分は巻線
    に対して機械的に固定され、前記冷鉄は環状巻線に極め
    て接近して磁石の各々の端部に１個づつ配置された１対
    の鉄リングを備え、前記鉄リングは磁石の内部の円筒形
    のスペースの各々の端部にフレア開口部を規定するよう
    に形成され、前記フレア開口部は磁気共鳴結像の目的の
    ために使用される際に患者により占有され、さらに、以
    下に温鉄と呼ぶその環状の穴の内部の容器の外部に配置
    された鉄シムリングを備え、該シムリングのサイズおよ
    び相対位置が振動または温度変化のために１個のシムリ
    ングにより導入された磁場の不安定性が１個またはそれ
    以上のその他のシムリングにより発生された等しくかつ
    反対の作用により実質的に補償されるように選択される
    電磁石。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の電磁石にして、温鉄が
    ゼロの次数に補正されたシムリングの組を備えている電
    磁石。
  6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の電磁石
    にして、温鉄がｎ次数に補償されたシムリングの組を備
    えている電磁石。
  7. 【請求項７】 請求項４に記載の電磁石にして、シムリ
    ングの組がゼロの次数に補償されかつｎ次数に補償さ
    れ、ｎ＝２である電磁石。
  8. 【請求項８】 請求項４から請求項７までのいずれか一
    項に記載の電磁石にして、温鉄が１対のシムリングを含
    むシムリングの組を備えている電磁石。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の電磁石にして、前記の
    １対のシムリングが中央に配置されたシムリングの両側
    に１個づつ配置されている電磁石。
  10. 【請求項１０】 請求項４から請求項７までのいずれか
    一項に記載の電磁石にして、温鉄が２対のシムリングを
    含むシムリングの組を備えている電磁石。
  11. 【請求項１１】 請求項４から請求項１０までのいずれ
    か一項に記載の電磁石にして、シムリングが磁石の長手
    方向の軸線と直交した中心軸線のまわりに対称に配置さ
    れている電磁石。
  12. 【請求項１２】 請求項４から請求項１０までのいずれ
    か一項に記載の電磁石にして、少なくとも１対のシムリ
    ングが磁石の長手方向の軸線と直交した中心軸線に関し
    て偏位している電磁石。
JP30754995A 1994-11-29 1995-11-27 磁気共鳴結像装置に使用するための電磁石 Expired - Fee Related JP3583528B2 (ja)

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JPH08215171A true JPH08215171A (ja) 1996-08-27
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EP (1) EP0715180B1 (ja)
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DE (1) DE69517394T2 (ja)
GB (1) GB2295673B (ja)

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