磁石組立体
それぞれの磁場を発生させるための第1組及び第2組のコイル(1,2)を含む磁石組立体であって、コイルが、動作条件の下で、第1均質領域(3)を磁石組立体によって定められるエンベロープ内に発生させ、第2均質領域(4)をエンベロープの外側に発生させることができるように構成され、かつ配置され、領域の各々に結果として生じる磁場が、領域においてNMRプロセスが物体に施されることを可能にするのに十分に均質になる磁石組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、NMR(核磁気共鳴)法が物体に施されることを可能にするのに用いるための磁石組立体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来型NMRは、動作(又は均質)領域において実質的に均一磁場の発生を必要とする。NMRプロセスに付されることになる物体は均質領域に位置し、物体から通常の方法で発せられるNMR信号を生起するRFパルスに曝され、次に、NMR信号が検出される。傾斜磁場を用いて、NMR信号が得られる領域内の位置にNMR信号の周波数及び位相をマッピングすることができる。
NMRプロセスは、磁気共鳴映像法(MRI)において特定用途、具体的には、全身画像化を見出したが、分光学を含む多種多様な他の用途においてもまた、用いられる。
【0003】
従来型NMRシステムの問題の1つは、均質領域がそれ自体磁石組立体内に完全に位置しており、そのため従来型人体MRIについては、患者がその組立体内に位置しなければならないことである。均質領域が磁石組立体の外側に突出されるオープンアクセスの組立体についての様々な提案が、なされてきた。これらの新規な磁石組立体にともなう問題は、MRIの分野において、ユーザが自分たちの既存装置をどちらかというと未だ試験されていない新装置に置換するのに極めて慎重であるということである。
【発明の開示】
【0004】
本発明によると、それぞれの磁場を発生させるための第1組及び第2組のコイルを含む磁石組立体であって、そのコイルが、動作条件の下で、第1均質領域を磁石組立体によって定められるエンベロープ内に発生させ、第2均質領域をエンベロープの外側に発生させることができるように構成され、かつ配置され、領域の各々に結果として生じる磁場が、その領域においてNMRプロセスが物体に施されることを可能にするのに十分に均質である磁石組立体が、提供される。
【0005】
本発明によって、NMRプロセスのために用いられる磁石組立体がフリンジ磁場を発生させ、これまで試みられているようにフリンジ磁場を減少させようとする代わりに、これを利用して第2均質領域を生成できることが、確認された。磁石組立体の多くは、フリンジ磁場を減少させるために積極的にシールドされるが、これらを用いても、少なくとも軸方向のフリンジ磁場を利用して、外部均質領域を発生させることが依然として可能である。このことの利点は、組立体内の従来型の第1均質領域を継続して発生させるが、オープンアクセスの第2均質領域を発生させるという付帯的利点を有することでよく知られている構造を、ユーザが供与されることである。
【0006】
場合によっては、第2組のコイルが装備(又は作動)されないと、第1均質領域がその形状と同じになるという利点を有する2つの均質領域を代替的に発生させることができる。或いは、第2組のコイルが動作(又は存在)しないときのその大きさに比較して、第1均質領域の大きさにわずかな減少はあるが、組立体の動作を簡略化するものである2つの均質領域を同時に発生させることもできる。
【0007】
第1組のコイルは従来型形状を取ることができ、典型的にはソレノイドを定め、積極的にシールド型にすることができる。
第2組のコイルは典型的には入れ子状にされ、実質的に同一平面にしてそれらのエンベロープの体積を減少させることが好ましい。一般に、第2組の少なくとも2つのコイルは、第2均質領域を発生させるために動作電流を反対向きに運ぶ。
【0008】
典型的には、第2組のコイルは少なくとも2対のコイルを備えており、好ましい配置において、第1均質領域においては、対のコイルの各々が実質的にゼロの一次傾斜磁場と反対向きの実質的に等しい二次傾斜磁場とを発生させる。
ある特定の状況では、各対からのコイルの1つが、合計で3つのコイルが必要とされる結果に併合されることを可能にすることができる。
【0009】
上記で別個のコイルについて言及してきたが、コイルの各組を直列に接続することができることもまた、認識されるべきである。
コイル自体は典型的には超伝導であり、少なくとも第2組のコイルは高温超伝導体で製造されることが好ましい。或いは、組のコイルは両方とも、従来の低温超伝導体で製造され、次に、それぞれのクライオスタット内、又は好ましくは同じクライオスタット内に収容することができる。
【0010】
磁石組立体を2組のコイルを有するものと定めることによって、内蔵型ユニットとして第2組のコイルを形成することが可能になるため、それらを、第1組のコイルの動作的完全性を損なうことなく第1の組のコイルから分離することができる。このように、第2組のコイルは従来型磁気共鳴磁石組立体に「ボルトオン」を提供する。ちなみに、これは、第1組のコイルを内蔵するクライオスタットを取り除かなければならないこともなく、第2組のコイルは第1組のコイルから引き離すことができることを意味する。
しかしながら、実際には、第1組及び第2組のコイルを一緒に組み立てることは、通常、特にそれらが同じクライオスタット内に収容されていると、さらに効率的である。
【0011】
典型的には、均質領域は実質的に球形になるが、第2均質領域が実質的にディスク形状であり、軸方向に傾斜磁場を有するように、第2組のコイルを組み立てることもまた可能である。このことは、突出した傾斜コイルによるオープンアクセスを損なうことなく、スライス選択がより簡単に達成されることを可能にする。
磁石組立体内の力を均衡させるために、第2コイルの追加の組が、第2コイルの1つの組に対して第1組のコイルの反対側に隣接して位置することが好ましい。
ここで、添付図面を参照して本発明による磁石組立体の実施例の幾つかを説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、本発明による磁石組立体の一般構造を示す。このように、典型的にはソレノイドの主磁石1は、磁石1と同軸上にある入れ子状の補助コイル2の組に隣接して位置する。以下で説明されるように、磁石1及びコイル2は、その磁石1内の中心にある第1均質領域3と組立体全体のエンベロープの外部に位置する第2均質領域4とを(必ずしも同時ではないが)発生させるための様々な方法で、作動することができる。
【0013】
主磁石1及び補助コイル2は超伝導材料で製造される。両方ともに低温超伝導体で製造することができ、かつ、同じか又はそれぞれの(明確にするために、図1に示さない)クライオスタット内に位置することができる。代わりに補助コイル2を高温超伝導体で製造することができ、さらに主磁石1と同じか又は異なるクライオスタット内に位置することができる。主磁石1及び補助コイル2は、継続して動作することを許容することができる主磁石1の完全性を損なうことなく、2つとも内蔵型にするように分離可能にすることができる。しかしながら、主磁石1と補助コイル2とは、普通一緒に位置する。
【0014】
1 非均質磁石の中心磁場領域3
従来型MRI磁石の2つの実施例によって、1組の補助コイルを用いたことが調査された。
1.非シールド型の1.5T磁石(軸長1.75m)
2.自己シールド型の短い1.0T磁石(軸長0.975m)
補助巻線2は、厚さ100mmの空間を占め、磁石巻線の終端から75mmの間隔をあけるように想定される。動作すなわち均質体積4は補助巻線2から250mmのところにあるように想定される。
両方の場合において、補助コイルは、それが動作体積における一次及び二次の軸方向傾斜を取り消したことが分かり、フリンジ磁場の側面に平坦領域を産生していた。より高次の傾斜を取り消すための追加のコイルは可能なことであり、磁場の強度及び力についての判定に大きく影響することはない。
非シールド型の1.5磁石
軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭のマップが図2及び図3に示される。図2において、第2均質領域4の中心が5で示される。Z=0は磁石1の軸中心に相当する。図3において、線6から線8は、2.0E‐04テスラ、1.0E‐04テスラ、2.0E‐05テスラにおける輪郭を、それぞれ示す。
領域4における磁場の強度は0.2テスラ(磁石の中心磁場の13%)であり、補助コイル2と磁石1との間の軸方向の力は81.75メートルトンである。補助コイル2は、444mmの平均半径で618600のアンペア回数を有する。
自己シールド型の短い1.0T磁石
図4及び5は、図2及び3に相当するグラフを示す。領域4の磁場の強度は0.1テスラ(磁石の中心磁場の10%)であり、補助コイル2と磁石1との間の軸方向の力は141.74メートルトンである。補助コイル2は、515mmの平均半径で613760のアンペア回数を有する。図5において、線9から線11は、1.0E‐04テスラ、5.0E‐05テスラ、1.0E‐05テスラにおける輪郭を、それぞれ示す。
【0015】
2 均質磁石の中心磁場領域3
上で示したことは、従来型MRI磁石1の終端を越える「外部磁場」領域4を産生することが可能であることである。外部均質領域4を産生するが単一コイル2を用いた実施例は、磁石の中心3における磁場の均一性を破壊した。このことは、同時に2つの領域3、4を用いることができなかったことを意味する。補助的組2を主磁石1に結合するので、補助的組2の通電には、その電源上に主磁石1もまた置かれることが必要とされる。
さらなる改良は同時に利用可能な領域3、4の両方を有することであり、それにより、組み合わせられたシステムは一度通電することだけで間に合うことになる。
このことは、
1.外部均質領域4を産生するために磁石1の終端における傾斜を取り消し、一方、
2.MRIシステムに提供される際に、磁石の中心に標準シムの組が補正することができない非均質性を産生しない、
そうした補助コイル2のシステムを見出すことによって、達成することができる。
【0016】
実施例として、先に記載した非シールド型の1.5テスラ磁石を用いる。目標は、本質的に同一平面上にあり、磁石の中心から1メートルに位置付けられており、領域3の中心においてか又は磁石の中心から約1.3メートルにある外部磁場体積4において、一切の一次又は二次の傾斜を有しない磁場を産生する補助コイル2の組を見出すことである。より高次の傾斜は、シムコイルによって処理しやすいほどに十分に小型であるべきである。配置は、b1=1.0m及びb2=0.3mで、図1に表される。
したがって、b1における一次又は二次の傾斜(B1、B2)を一切産生しないが、b2における一次傾斜に対する二次傾斜の固有比率(B2/B1)を産生するシステムが、求められる。この実施例において、比率は、b2=0.3mで約−1.8577であり、そのマイナスの最高値はb2=1.65mで約−2.41である。図6を参照されたい。
これを達成するためには、補助コイルシステム2は4個のコイルから成る。これらは2つの対にグループ分される。対の各々は、b1でゼロの一次傾斜(B1)を産生し、対によって産生される二次傾斜(B2)は等しくかつ反対向きである。次に、b2におけるB2/B1の補正比率と、ここで磁石傾斜を取り消すように調整される強度とを産生すべく、寸法が選択される。
【0017】
(相対的に)簡単に算出させるために、コイルは、半径a1、a2、a3、a4、と相対強度n1、n2、n3、n4とによって特徴づけられる単一巻数として表される。単一巻数コイルは、その効果的中心が単一巻数コイルによって占められる位置にある分散型電流密度のコイルに置換することができる。
コイル1及びコイル2は一方の対の部材であり、コイル3及びコイル4は他方の対の部材である。また、比率a1=a2/a1とa2=a4/a3とを用いる。
単一巻数について、A/morder+1のユニットにおける傾斜が方程式1から4によって与えられる。
次に、方程式5が満足される場合には、一対のコイルが軸線上の位置bにおける一次傾斜を一切産生しない。
その対の二次傾斜全体が方程式6によって与えられる。
図7において、これらのb=1mについてのα及びaに対する関数がグラフ化して示される。
【0018】
αの異なる値を備える2対のコイルを選択し、二次傾斜が取り消すようにそれらの相対強度を選択することが可能であることを、ここで理解することができる。これが可能である対については無数の対があり、そのため、なされる必要があることの全ては、b2におけるB2/B1の補正比率も有するいくつかの対を見出すことである。磁石中心においてゼロB1及びゼロB2の条件は、mが第1対に比例する第2対の強度である場合の方程式7によって与えられる。
図8から図12は、a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムについてのa2に対するb2のB2/B1をグラフ化したものである。
a1及びa2のより小さい値についてのこの領域における曲線の急勾配は、aの高精度が要求されていることを意味するが、これらの曲線の大部分に所要値−1.8577が存在していることを認識することができる。
【0019】
この方法を用いて実施例の幾つかが算出された。表1は、コイル1からコイル4についての半径(a)及び相対強度(n)と、(初期中心磁場が1.5テスラであった)2つの均質領域3、4における磁場の強度とを示す。最後列の2つは均質体積の半径を示しており、三次傾斜が、領域内の物体にNMRプロセスが施されることを可能にするほどに十分に均質である100ppmすなわち体積をもたらす半径である。
【0020】
【表1】
【0021】
図13は表の実施例2の配置を示す。図14から図17は、1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
上記分析によって、磁場均質性の近似球形体積を産生するシステムが詳述された。外部磁場領域4については、固定された一次Z傾斜を有し、スライス選択において用いられることが有利になり得る。このことは、均質領域へのアクセスに突出するZ傾斜コイルを用いることを回避する。このことにおいて、三次傾斜によって求められたディスク半径を備える均質体積は、ディスク形状である。
計算は以下のように進行する。
b2における所要のZ傾斜がGzであると、コイルのシステムは、次に、B2/(B1‐Gz)の一次傾斜に対する二次傾斜の比率を有するように選択される。次に、強度がGzの所要値を与えるように選択される。実施例が表2に設定される。
【0022】
【表2】
【0023】
図18及び19は、このシステムについての軸方向磁場のプロファイルであり、このシステムと非傾斜システムとの間の差を示すものである。
図20は、磁石1及び補助コイル2が位置する回路を表す。図20Aに見ることができるように、各々がそれ自体の電源20、21をそれぞれに有する。磁石1の場合に、これはスイッチ22と並列に接続される。通電中に、2つの電源20、21はスイッチがオンに入り、一方、スイッチ22は開状態になる。次に、スイッチ22が閉状態になり、磁石1が持続モードで継続して動作し、一方、電力は電源21からコイル2に継続して供給される(図20B)。
【0024】
実際には、補助コイル2に通電することは、
‐主磁石1をその電源上に戻すのか、又は、
‐磁石に結合する正味の数量がゼロとなるように磁石の他方の終端に第2補助コイルを持たせるのか(しかしながら、これは力の問題を倍にすることになり、以下を参照されたい)、又は、
‐主磁石1と補助コイル2とを共に用いることができるようにし、それにより、両方とも永続的に通電されたままにすることができるようなシステムを設計し、かつ組み立てるのか、その何れかが要求されることになる。
【0025】
補助コイル2と主磁石1との間の力が実質的なものであることに注目すべきである。両方の終端における補助コイルの対称配置によって、磁石のクライオスタットに働く力を除去することができる。
【0026】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】磁石組立体の実施例の略断面図である。
【図2】非シールド型ベースの実施例のそれぞれの軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭を示す。
【図3】非シールド型ベースの実施例のそれぞれの軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭を示す。
【図4】図2及び3のそれぞれに類似するが、自己シールド型の実施例である。
【図5】図2及び3のそれぞれに類似するが、自己シールド型の実施例である。
【図6】二重の均質領域システムについてのB1及びB2の変化を表す。
【図7】R及びSのグラフである。
【図8】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図9】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図10】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図11】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図12】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図13】図1に類似するが、上の表1に示されたシステムの1つについての断面図である。
【図14】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図15】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図16】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図17】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図18】このシステムについての軸方向磁場のプロファイル、及びこのシステムと非傾斜システムとの間の差を示す。
【図19】このシステムについての軸方向磁場のプロファイル、及びこのシステムと非傾斜システムとの間の差を示す。
【図20A】それぞれに通電中又は通電後の主磁石と補助コイルとを含む回路を示す。
【図20B】それぞれに通電中又は通電後の主磁石と補助コイルとを含む回路を示す。
【技術分野】
【0001】
本発明は、NMR(核磁気共鳴)法が物体に施されることを可能にするのに用いるための磁石組立体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来型NMRは、動作(又は均質)領域において実質的に均一磁場の発生を必要とする。NMRプロセスに付されることになる物体は均質領域に位置し、物体から通常の方法で発せられるNMR信号を生起するRFパルスに曝され、次に、NMR信号が検出される。傾斜磁場を用いて、NMR信号が得られる領域内の位置にNMR信号の周波数及び位相をマッピングすることができる。
NMRプロセスは、磁気共鳴映像法(MRI)において特定用途、具体的には、全身画像化を見出したが、分光学を含む多種多様な他の用途においてもまた、用いられる。
【0003】
従来型NMRシステムの問題の1つは、均質領域がそれ自体磁石組立体内に完全に位置しており、そのため従来型人体MRIについては、患者がその組立体内に位置しなければならないことである。均質領域が磁石組立体の外側に突出されるオープンアクセスの組立体についての様々な提案が、なされてきた。これらの新規な磁石組立体にともなう問題は、MRIの分野において、ユーザが自分たちの既存装置をどちらかというと未だ試験されていない新装置に置換するのに極めて慎重であるということである。
【発明の開示】
【0004】
本発明によると、それぞれの磁場を発生させるための第1組及び第2組のコイルを含む磁石組立体であって、そのコイルが、動作条件の下で、第1均質領域を磁石組立体によって定められるエンベロープ内に発生させ、第2均質領域をエンベロープの外側に発生させることができるように構成され、かつ配置され、領域の各々に結果として生じる磁場が、その領域においてNMRプロセスが物体に施されることを可能にするのに十分に均質である磁石組立体が、提供される。
【0005】
本発明によって、NMRプロセスのために用いられる磁石組立体がフリンジ磁場を発生させ、これまで試みられているようにフリンジ磁場を減少させようとする代わりに、これを利用して第2均質領域を生成できることが、確認された。磁石組立体の多くは、フリンジ磁場を減少させるために積極的にシールドされるが、これらを用いても、少なくとも軸方向のフリンジ磁場を利用して、外部均質領域を発生させることが依然として可能である。このことの利点は、組立体内の従来型の第1均質領域を継続して発生させるが、オープンアクセスの第2均質領域を発生させるという付帯的利点を有することでよく知られている構造を、ユーザが供与されることである。
【0006】
場合によっては、第2組のコイルが装備(又は作動)されないと、第1均質領域がその形状と同じになるという利点を有する2つの均質領域を代替的に発生させることができる。或いは、第2組のコイルが動作(又は存在)しないときのその大きさに比較して、第1均質領域の大きさにわずかな減少はあるが、組立体の動作を簡略化するものである2つの均質領域を同時に発生させることもできる。
【0007】
第1組のコイルは従来型形状を取ることができ、典型的にはソレノイドを定め、積極的にシールド型にすることができる。
第2組のコイルは典型的には入れ子状にされ、実質的に同一平面にしてそれらのエンベロープの体積を減少させることが好ましい。一般に、第2組の少なくとも2つのコイルは、第2均質領域を発生させるために動作電流を反対向きに運ぶ。
【0008】
典型的には、第2組のコイルは少なくとも2対のコイルを備えており、好ましい配置において、第1均質領域においては、対のコイルの各々が実質的にゼロの一次傾斜磁場と反対向きの実質的に等しい二次傾斜磁場とを発生させる。
ある特定の状況では、各対からのコイルの1つが、合計で3つのコイルが必要とされる結果に併合されることを可能にすることができる。
【0009】
上記で別個のコイルについて言及してきたが、コイルの各組を直列に接続することができることもまた、認識されるべきである。
コイル自体は典型的には超伝導であり、少なくとも第2組のコイルは高温超伝導体で製造されることが好ましい。或いは、組のコイルは両方とも、従来の低温超伝導体で製造され、次に、それぞれのクライオスタット内、又は好ましくは同じクライオスタット内に収容することができる。
【0010】
磁石組立体を2組のコイルを有するものと定めることによって、内蔵型ユニットとして第2組のコイルを形成することが可能になるため、それらを、第1組のコイルの動作的完全性を損なうことなく第1の組のコイルから分離することができる。このように、第2組のコイルは従来型磁気共鳴磁石組立体に「ボルトオン」を提供する。ちなみに、これは、第1組のコイルを内蔵するクライオスタットを取り除かなければならないこともなく、第2組のコイルは第1組のコイルから引き離すことができることを意味する。
しかしながら、実際には、第1組及び第2組のコイルを一緒に組み立てることは、通常、特にそれらが同じクライオスタット内に収容されていると、さらに効率的である。
【0011】
典型的には、均質領域は実質的に球形になるが、第2均質領域が実質的にディスク形状であり、軸方向に傾斜磁場を有するように、第2組のコイルを組み立てることもまた可能である。このことは、突出した傾斜コイルによるオープンアクセスを損なうことなく、スライス選択がより簡単に達成されることを可能にする。
磁石組立体内の力を均衡させるために、第2コイルの追加の組が、第2コイルの1つの組に対して第1組のコイルの反対側に隣接して位置することが好ましい。
ここで、添付図面を参照して本発明による磁石組立体の実施例の幾つかを説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、本発明による磁石組立体の一般構造を示す。このように、典型的にはソレノイドの主磁石1は、磁石1と同軸上にある入れ子状の補助コイル2の組に隣接して位置する。以下で説明されるように、磁石1及びコイル2は、その磁石1内の中心にある第1均質領域3と組立体全体のエンベロープの外部に位置する第2均質領域4とを(必ずしも同時ではないが)発生させるための様々な方法で、作動することができる。
【0013】
主磁石1及び補助コイル2は超伝導材料で製造される。両方ともに低温超伝導体で製造することができ、かつ、同じか又はそれぞれの(明確にするために、図1に示さない)クライオスタット内に位置することができる。代わりに補助コイル2を高温超伝導体で製造することができ、さらに主磁石1と同じか又は異なるクライオスタット内に位置することができる。主磁石1及び補助コイル2は、継続して動作することを許容することができる主磁石1の完全性を損なうことなく、2つとも内蔵型にするように分離可能にすることができる。しかしながら、主磁石1と補助コイル2とは、普通一緒に位置する。
【0014】
1 非均質磁石の中心磁場領域3
従来型MRI磁石の2つの実施例によって、1組の補助コイルを用いたことが調査された。
1.非シールド型の1.5T磁石(軸長1.75m)
2.自己シールド型の短い1.0T磁石(軸長0.975m)
補助巻線2は、厚さ100mmの空間を占め、磁石巻線の終端から75mmの間隔をあけるように想定される。動作すなわち均質体積4は補助巻線2から250mmのところにあるように想定される。
両方の場合において、補助コイルは、それが動作体積における一次及び二次の軸方向傾斜を取り消したことが分かり、フリンジ磁場の側面に平坦領域を産生していた。より高次の傾斜を取り消すための追加のコイルは可能なことであり、磁場の強度及び力についての判定に大きく影響することはない。
非シールド型の1.5磁石
軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭のマップが図2及び図3に示される。図2において、第2均質領域4の中心が5で示される。Z=0は磁石1の軸中心に相当する。図3において、線6から線8は、2.0E‐04テスラ、1.0E‐04テスラ、2.0E‐05テスラにおける輪郭を、それぞれ示す。
領域4における磁場の強度は0.2テスラ(磁石の中心磁場の13%)であり、補助コイル2と磁石1との間の軸方向の力は81.75メートルトンである。補助コイル2は、444mmの平均半径で618600のアンペア回数を有する。
自己シールド型の短い1.0T磁石
図4及び5は、図2及び3に相当するグラフを示す。領域4の磁場の強度は0.1テスラ(磁石の中心磁場の10%)であり、補助コイル2と磁石1との間の軸方向の力は141.74メートルトンである。補助コイル2は、515mmの平均半径で613760のアンペア回数を有する。図5において、線9から線11は、1.0E‐04テスラ、5.0E‐05テスラ、1.0E‐05テスラにおける輪郭を、それぞれ示す。
【0015】
2 均質磁石の中心磁場領域3
上で示したことは、従来型MRI磁石1の終端を越える「外部磁場」領域4を産生することが可能であることである。外部均質領域4を産生するが単一コイル2を用いた実施例は、磁石の中心3における磁場の均一性を破壊した。このことは、同時に2つの領域3、4を用いることができなかったことを意味する。補助的組2を主磁石1に結合するので、補助的組2の通電には、その電源上に主磁石1もまた置かれることが必要とされる。
さらなる改良は同時に利用可能な領域3、4の両方を有することであり、それにより、組み合わせられたシステムは一度通電することだけで間に合うことになる。
このことは、
1.外部均質領域4を産生するために磁石1の終端における傾斜を取り消し、一方、
2.MRIシステムに提供される際に、磁石の中心に標準シムの組が補正することができない非均質性を産生しない、
そうした補助コイル2のシステムを見出すことによって、達成することができる。
【0016】
実施例として、先に記載した非シールド型の1.5テスラ磁石を用いる。目標は、本質的に同一平面上にあり、磁石の中心から1メートルに位置付けられており、領域3の中心においてか又は磁石の中心から約1.3メートルにある外部磁場体積4において、一切の一次又は二次の傾斜を有しない磁場を産生する補助コイル2の組を見出すことである。より高次の傾斜は、シムコイルによって処理しやすいほどに十分に小型であるべきである。配置は、b1=1.0m及びb2=0.3mで、図1に表される。
したがって、b1における一次又は二次の傾斜(B1、B2)を一切産生しないが、b2における一次傾斜に対する二次傾斜の固有比率(B2/B1)を産生するシステムが、求められる。この実施例において、比率は、b2=0.3mで約−1.8577であり、そのマイナスの最高値はb2=1.65mで約−2.41である。図6を参照されたい。
これを達成するためには、補助コイルシステム2は4個のコイルから成る。これらは2つの対にグループ分される。対の各々は、b1でゼロの一次傾斜(B1)を産生し、対によって産生される二次傾斜(B2)は等しくかつ反対向きである。次に、b2におけるB2/B1の補正比率と、ここで磁石傾斜を取り消すように調整される強度とを産生すべく、寸法が選択される。
【0017】
(相対的に)簡単に算出させるために、コイルは、半径a1、a2、a3、a4、と相対強度n1、n2、n3、n4とによって特徴づけられる単一巻数として表される。単一巻数コイルは、その効果的中心が単一巻数コイルによって占められる位置にある分散型電流密度のコイルに置換することができる。
コイル1及びコイル2は一方の対の部材であり、コイル3及びコイル4は他方の対の部材である。また、比率a1=a2/a1とa2=a4/a3とを用いる。
単一巻数について、A/morder+1のユニットにおける傾斜が方程式1から4によって与えられる。
次に、方程式5が満足される場合には、一対のコイルが軸線上の位置bにおける一次傾斜を一切産生しない。
その対の二次傾斜全体が方程式6によって与えられる。
図7において、これらのb=1mについてのα及びaに対する関数がグラフ化して示される。
【0018】
αの異なる値を備える2対のコイルを選択し、二次傾斜が取り消すようにそれらの相対強度を選択することが可能であることを、ここで理解することができる。これが可能である対については無数の対があり、そのため、なされる必要があることの全ては、b2におけるB2/B1の補正比率も有するいくつかの対を見出すことである。磁石中心においてゼロB1及びゼロB2の条件は、mが第1対に比例する第2対の強度である場合の方程式7によって与えられる。
図8から図12は、a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムについてのa2に対するb2のB2/B1をグラフ化したものである。
a1及びa2のより小さい値についてのこの領域における曲線の急勾配は、aの高精度が要求されていることを意味するが、これらの曲線の大部分に所要値−1.8577が存在していることを認識することができる。
【0019】
この方法を用いて実施例の幾つかが算出された。表1は、コイル1からコイル4についての半径(a)及び相対強度(n)と、(初期中心磁場が1.5テスラであった)2つの均質領域3、4における磁場の強度とを示す。最後列の2つは均質体積の半径を示しており、三次傾斜が、領域内の物体にNMRプロセスが施されることを可能にするほどに十分に均質である100ppmすなわち体積をもたらす半径である。
【0020】
【表1】
【0021】
図13は表の実施例2の配置を示す。図14から図17は、1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
上記分析によって、磁場均質性の近似球形体積を産生するシステムが詳述された。外部磁場領域4については、固定された一次Z傾斜を有し、スライス選択において用いられることが有利になり得る。このことは、均質領域へのアクセスに突出するZ傾斜コイルを用いることを回避する。このことにおいて、三次傾斜によって求められたディスク半径を備える均質体積は、ディスク形状である。
計算は以下のように進行する。
b2における所要のZ傾斜がGzであると、コイルのシステムは、次に、B2/(B1‐Gz)の一次傾斜に対する二次傾斜の比率を有するように選択される。次に、強度がGzの所要値を与えるように選択される。実施例が表2に設定される。
【0022】
【表2】
【0023】
図18及び19は、このシステムについての軸方向磁場のプロファイルであり、このシステムと非傾斜システムとの間の差を示すものである。
図20は、磁石1及び補助コイル2が位置する回路を表す。図20Aに見ることができるように、各々がそれ自体の電源20、21をそれぞれに有する。磁石1の場合に、これはスイッチ22と並列に接続される。通電中に、2つの電源20、21はスイッチがオンに入り、一方、スイッチ22は開状態になる。次に、スイッチ22が閉状態になり、磁石1が持続モードで継続して動作し、一方、電力は電源21からコイル2に継続して供給される(図20B)。
【0024】
実際には、補助コイル2に通電することは、
‐主磁石1をその電源上に戻すのか、又は、
‐磁石に結合する正味の数量がゼロとなるように磁石の他方の終端に第2補助コイルを持たせるのか(しかしながら、これは力の問題を倍にすることになり、以下を参照されたい)、又は、
‐主磁石1と補助コイル2とを共に用いることができるようにし、それにより、両方とも永続的に通電されたままにすることができるようなシステムを設計し、かつ組み立てるのか、その何れかが要求されることになる。
【0025】
補助コイル2と主磁石1との間の力が実質的なものであることに注目すべきである。両方の終端における補助コイルの対称配置によって、磁石のクライオスタットに働く力を除去することができる。
【0026】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】磁石組立体の実施例の略断面図である。
【図2】非シールド型ベースの実施例のそれぞれの軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭を示す。
【図3】非シールド型ベースの実施例のそれぞれの軸方向磁場のプロファイル及び磁場輪郭を示す。
【図4】図2及び3のそれぞれに類似するが、自己シールド型の実施例である。
【図5】図2及び3のそれぞれに類似するが、自己シールド型の実施例である。
【図6】二重の均質領域システムについてのB1及びB2の変化を表す。
【図7】R及びSのグラフである。
【図8】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図9】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図10】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図11】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図12】a1とα1及びα2との様々な値について、この条件を満足するシステムのためのa2に対するb2におけるB2/B1をグラフ化したものである。
【図13】図1に類似するが、上の表1に示されたシステムの1つについての断面図である。
【図14】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図15】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図16】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図17】1、3、5、6のそれぞれで参照されたシステムについての軸方向のプロファイルを示す。
【図18】このシステムについての軸方向磁場のプロファイル、及びこのシステムと非傾斜システムとの間の差を示す。
【図19】このシステムについての軸方向磁場のプロファイル、及びこのシステムと非傾斜システムとの間の差を示す。
【図20A】それぞれに通電中又は通電後の主磁石と補助コイルとを含む回路を示す。
【図20B】それぞれに通電中又は通電後の主磁石と補助コイルとを含む回路を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれの磁場を発生させるための第1組及び第2組のコイルを含む磁石組立体であって、前記コイルが、動作条件の下で、前記磁石組立体によって定められるエンベロープ内に第1均質領域を発生させ、前記エンベロープの外側に第2均質領域を発生させることができるように構成及び配置され、前記領域の各々に結果として生じる磁場が、前記領域においてNMRプロセスが物体に施されることを可能にするのに十分に均質であることを特徴とする組立体。
【請求項2】
前記コイルが、前記第1及び前記第2の均質領域を同時に発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項1に記載の組立体。
【請求項3】
前記第1組のコイルがソレノイドを定めることを特徴とする請求項1及び2に記載の組立体。
【請求項4】
前記第1組のコイルが積極的にシールドされることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項5】
前記第2組のコイルが入れ子状にされていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項6】
前記入れ子状にされているコイルが実質的に同一平面状にあることを特徴とする請求項5に記載の組立体。
【請求項7】
前記第2組の少なくとも2つのコイルが動作電流を反対向きに運ぶように配置されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の組立体。
【請求項8】
前記第2組のコイルが少なくとも2対のコイルを含むことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の組立体。
【請求項9】
請求項2に従属するときに、前記第1均質領域において、前記対のコイルの各々が、実質的にゼロの一次傾斜磁場と反対向きの実質的に等しい二次傾斜磁場とを発生させることを特徴とする請求項8に記載の組立体。
【請求項10】
前記第1組のコイルが超伝導であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項11】
前記第2組のコイルが超伝導であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項12】
前記第2組のコイルが高温超伝導体で製造されることを特徴とする請求項11に記載の組立体。
【請求項13】
前記第2組のコイルがクライオスタット内に位置することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の組立体。
【請求項14】
請求項10に従属するときに、前記第1組及び前記第2組のコイルが同じクライオスタット内に位置することを特徴とする請求項13に記載の組立体。
【請求項15】
前記第1組のコイルの動作的完全性を損なうことなく前記第2組のコイルを前記第1組のコイルから分離することができるように、前記第2組のコイルが内蔵型であることを特徴する請求項1から請求項13のいずれかに記載の組立体。
【請求項16】
前記第2均質領域が実質的に球形であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項17】
前記第2均質領域が実質的にディスク形状であり、軸方向に傾斜磁場を有することを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載の組立体。
【請求項18】
前記第1均質領域が前記第1組のコイル内に位置することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項19】
前記均質領域の各々の磁場の強度が100ppmを越えない程度にまで変化することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項20】
前記コイルに継続的に通電するために前記コイルに結合された電源をさらに含む前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項21】
第2コイルの追加の組をさらに含み、該追加の組が前記第2コイルの1つの組に対して前記第1組のコイルの反対側に隣接して位置することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項1】
それぞれの磁場を発生させるための第1組及び第2組のコイルを含む磁石組立体であって、前記コイルが、動作条件の下で、前記磁石組立体によって定められるエンベロープ内に第1均質領域を発生させ、前記エンベロープの外側に第2均質領域を発生させることができるように構成及び配置され、前記領域の各々に結果として生じる磁場が、前記領域においてNMRプロセスが物体に施されることを可能にするのに十分に均質であることを特徴とする組立体。
【請求項2】
前記コイルが、前記第1及び前記第2の均質領域を同時に発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項1に記載の組立体。
【請求項3】
前記第1組のコイルがソレノイドを定めることを特徴とする請求項1及び2に記載の組立体。
【請求項4】
前記第1組のコイルが積極的にシールドされることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項5】
前記第2組のコイルが入れ子状にされていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項6】
前記入れ子状にされているコイルが実質的に同一平面状にあることを特徴とする請求項5に記載の組立体。
【請求項7】
前記第2組の少なくとも2つのコイルが動作電流を反対向きに運ぶように配置されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の組立体。
【請求項8】
前記第2組のコイルが少なくとも2対のコイルを含むことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の組立体。
【請求項9】
請求項2に従属するときに、前記第1均質領域において、前記対のコイルの各々が、実質的にゼロの一次傾斜磁場と反対向きの実質的に等しい二次傾斜磁場とを発生させることを特徴とする請求項8に記載の組立体。
【請求項10】
前記第1組のコイルが超伝導であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項11】
前記第2組のコイルが超伝導であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項12】
前記第2組のコイルが高温超伝導体で製造されることを特徴とする請求項11に記載の組立体。
【請求項13】
前記第2組のコイルがクライオスタット内に位置することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の組立体。
【請求項14】
請求項10に従属するときに、前記第1組及び前記第2組のコイルが同じクライオスタット内に位置することを特徴とする請求項13に記載の組立体。
【請求項15】
前記第1組のコイルの動作的完全性を損なうことなく前記第2組のコイルを前記第1組のコイルから分離することができるように、前記第2組のコイルが内蔵型であることを特徴する請求項1から請求項13のいずれかに記載の組立体。
【請求項16】
前記第2均質領域が実質的に球形であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項17】
前記第2均質領域が実質的にディスク形状であり、軸方向に傾斜磁場を有することを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載の組立体。
【請求項18】
前記第1均質領域が前記第1組のコイル内に位置することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項19】
前記均質領域の各々の磁場の強度が100ppmを越えない程度にまで変化することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項20】
前記コイルに継続的に通電するために前記コイルに結合された電源をさらに含む前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【請求項21】
第2コイルの追加の組をさらに含み、該追加の組が前記第2コイルの1つの組に対して前記第1組のコイルの反対側に隣接して位置することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の組立体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【公表番号】特表2006−500984(P2006−500984A)
【公表日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−539248(P2004−539248)
【出願日】平成15年9月30日(2003.9.30)
【国際出願番号】PCT/GB2003/004200
【国際公開番号】WO2004/029644
【国際公開日】平成16年4月8日(2004.4.8)
【出願人】(597089679)オックスフォード インストルメンツ パブリックリミテッド カンパニー (3)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成15年9月30日(2003.9.30)
【国際出願番号】PCT/GB2003/004200
【国際公開番号】WO2004/029644
【国際公開日】平成16年4月8日(2004.4.8)
【出願人】(597089679)オックスフォード インストルメンツ パブリックリミテッド カンパニー (3)
【Fターム(参考)】
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