JPS6247349A - 磁気共鳴イメ−ジング装置 - 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】 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−の式ω＝Ｔβ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を利用する補正方法は、゛マ
グネチック　レゾナンス　イン　メゾシン（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減少するも
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Ｍ
ＲＩ装置が患者にとて著しく不適なものとなるからであ
る。この設計時におるけ高次の磁場誤差によってサジク
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てきる。

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池の要求に
これら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磁石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詳細な説明する。

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、傾斜磁場を発生ずる磁石系
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ＩＯ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ｊ［（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ｊ■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。主磁場用磁石コ
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
度の超伝導磁石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
層ｅｌＴｔ１石コイルＩＯ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Ｈ１１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３
０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四〇に
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、リング対の幅と、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
ンク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
き副次的な条件は左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、構造的制限及び幾河学的＊ＩｒＪ
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、例えば装置の総重屯であ
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１直
以下に保持する必要があり、例えば全ての影響をＪ（ｑ
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。

かかるシュミ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。非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。即ち同れの
最大の個別の影響をも補（賞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、又は和の最小随を保持
しながら油力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
性側斜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し）よう：こする必要
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〜ｌＱｃｍの軸線方向の幅及び例えば多く
とも２ＣＱｌ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３
２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（Ｎｏｙ−ｄ
ｙｎｉｕｍ）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きすることができ、
これにより成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（尋るようにする。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２ｈ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．訃・・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１
６・・・位相感応整流器　　１８・・・中央制御装置２
０・・・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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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磁気共鳴
   イメージング装置。 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、磁性材料を、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、磁性材料を円筒形傾斜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を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、磁性材料を、同軸のリング状素子の形態で磁石系に
   設けるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項、第３項又は第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、磁性材料のリング状素子を方位遮断部により複数の
   扇形弧状部分に細分割するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の磁気共鳴イメージング装
   置。 ７、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
   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、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６
   項の何れかの項に記載の磁気共鳴イメージング装置。 ９、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、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９項の何れかの項に
   記載の磁気共鳴イメージング装置。 １１、磁性材料の同軸配置されたリング状素子を半径方
   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９項のいずれかの項
   に記載の磁気共鳴イメージング装置。 １２、磁性材料を主として強磁性材料とすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項の何れかの項
   に記載の磁気共鳴イメージング装置。 １３、均等な磁性材料は、少なくとも一部分を永久磁化
   材料で構成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１１項の何れかの項に記載の磁気共鳴
   イメージング装置。 １４、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１３項の何れかの
   項に記載の磁気共鳴イメージング装置。 １５、特許請求の範囲第１２項に記載の磁気共鳴イメー
   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、磁石系内の測定スペースで磁場強
   度の測定を行い、静磁場を表わす磁場強度の多項式の異
   なる次数の係数を、静磁場から決定して磁石系内及び磁
   石に設けるべき強磁性材料の位置及び量を決め得るうよ
   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。 １６、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１５項に記載の静磁
   場均等方法。 １７、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１５項又は第１６項に記載の静磁場均等方法
   。 １８、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１５項乃至第１８項の何れかの項に記載の静
   磁場均等方法。 １９、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１５項乃
   至第１８項の何れかの項に静磁場均等方法。 ２０、意図する用途に最適に適合す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１９項記載の静磁場均等方法。 ２１、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１５項乃至第２０項の何れかの項に記載の静
   磁場均等方法。