專利名稱：磁共振成像裝置和在裝置中使用的靜磁場發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到磁共振成像裝置(以下稱MRI裝置)，特別是帶有使被檢查者沒有壓迫感的開放式磁鐵、并且改善裝置在工作時檢查空間中的磁場穩(wěn)定性的MRI裝置以及MRI裝置使用的靜磁場發(fā)生裝置。
背景技術：
利用核磁共振(NMR)現(xiàn)象得到人體的斷層圖像的MRI裝置廣泛地用于醫(yī)療部門。為了使MRI裝置的成像正確地反映被測體的檢查部位的內(nèi)部結構，必須有可以在放置被檢測體的空間(以下稱檢查空間或者是攝影空間)產(chǎn)生均勻磁場的靜磁場發(fā)生裝置。
因為均勻的靜磁場一般可以在無限長的圓筒形線圈內(nèi)得到，所以MRI裝置用的靜磁場發(fā)生裝置大多數(shù)都是采用在有一定大小的空間內(nèi)產(chǎn)生高強度并且高均勻度磁場的細長圓筒狀的圓筒形線圈和進一步改善該圓筒形線圈產(chǎn)生的靜磁場的均勻性的磁場補償機構組成的磁鐵結構。
對被檢測體被放置在上述圓筒狀的圓筒形線圈的細長空間進行檢查的MRI裝置來說，被測體在檢查時身體周圍被上述圓筒狀的線圈圍住并長時間停留在該狹小的空間。這樣圓筒狀的線圈給予被檢查者很強的壓迫感，不能忍耐這種壓迫感的關閉恐懼癥的被檢測者或者兒童就不能用帶這種圓筒狀的線圈的MRI裝置進行檢查。
因此對于帶有磁場強度較低的靜磁場發(fā)生裝置的MRI裝置，近年來一直普及采用靜磁場發(fā)生裝置的側面設有開口部，使得檢查空間成開放的龍門結構，或者將在靜磁場發(fā)生裝置前面設置的被檢查者送入部采用寬敞開放的龍門結構。
上述開放型結構的MRI裝置，產(chǎn)生磁場的磁鐵是永久磁鐵或者是一般的電磁鐵。用永久磁鐵或者是一般的電磁鐵的MRI裝置，和使用上述隧道型的超導電磁鐵的MRI裝置相比，高速攝影模式得到的圖象的S/N很低，而且不適合進行波譜立體成像或者腦功能測試這樣的高性能檢測。
因此現(xiàn)在一直在努力開發(fā)帶超導線圈的開放式磁鐵結構的MRI裝置。和該技術有關的技術有特開平10-179546號公報，特開平11-156831號公報和特開平11-197132號公報。
上述帶超導線圈的開放式磁鐵的磁場強度可以達到1特斯拉。該磁場強度是使用永磁或者是一般電磁鐵的場強的5倍。如果磁場強度是5倍，NMR信號強度比和磁場強度比大致相同，也大約高5倍，因此可以確保實時檢測等高速攝影模式得到足夠的S/N。
為了使帶有超導線圈的磁場發(fā)生裝置的檢查空間如以上所述的設置成開放式的，采用的是將原來的隧道型超導線圈分割成2部分，被分割的線圈分別放在低溫恒溫箱內(nèi)，將這些低溫恒溫箱夾住檢查空間地相向設置。
但是，本發(fā)明者等在開發(fā)超導開放式MRI裝置的過程中，發(fā)現(xiàn)對于上述結構的磁場發(fā)生裝置來說，放在低溫恒溫箱內(nèi)的超導線圈容易受振動的影響。即，原來的隧道型超導線圈的磁場發(fā)生裝置的結構是線圈一體化形成并被放在低溫恒溫箱內(nèi)，因為是整體式的，所以即使發(fā)生振動，也只是均勻磁場的位置稍有偏離，不會對磁場強度有大的影響。但是，對于開放式的磁鐵來說，對向放置的、產(chǎn)生靜磁場的各超導線圈產(chǎn)生的振動有差異，該振動差異使得均勻磁場的強度發(fā)生變化。
超導線圈發(fā)生振動源于磁鐵的環(huán)境振動、被脈沖驅動的梯度磁場發(fā)生裝置引起的振動和梯度磁場線圈振動引起的振動傳播、還有氦制冷機的振動等裝置本身發(fā)生的振動。這些振動使得低溫恒溫箱振動，如果該振動傳給超導線圈，超導線圈就會產(chǎn)生振動。在這些超導線圈振動的原因中，與氦制冷機和梯度磁場發(fā)生裝置的動作對應的振動傳給了低溫恒溫箱。
超導線圈振動的另外一個原因是梯度磁場線圈加電流時，有電磁力作用在梯度磁場線圈的導體上，它的反作用對超導線圈體有作用。
這樣，上述梯度磁場線圈和氦制冷機周期的動作使得超導線圈產(chǎn)生的靜磁場發(fā)生變化。如果這種周期性振動的振幅很小的話，它對圖象的影響可以忽略，但是振幅大到一定的程度時會產(chǎn)生不能忽略的靜磁場變化，該影響使得圖象上出現(xiàn)贗像，降低圖象質量。
即，磁場以規(guī)則的時間間隔(ω)振動，被測的NMR信號就被用振動頻率f(＝1/ω)調制。被調制的信號用傅立葉變換進行圖象和波譜變換處理后，在反映振動頻率f的空間位置上會出現(xiàn)和本來的圖象不同的贗像。即使磁場稍微變動，如果變動有規(guī)律，就會在圖象中出現(xiàn)明顯的贗像，在波譜上出現(xiàn)贗波譜。
已有的降低氦制冷機或者是梯度磁場線圈產(chǎn)生振動的技術，例如有美國的特許公報5363077號，本發(fā)明者的特愿2000-203695號所述的技術。這些技術是將固定物體和振動體之間插入機械的撓性結構體(彈簧)、或者是將振動體固定在質量大的物體(固定物體)上來吸收振動體的振動能量。并用主動式方法修正相應的磁場變化成分。例如美國特許公報5952734號上記載的方法是檢出因振動產(chǎn)生的磁場的誤差成分，用反饋回路驅動控制磁場修正單元。另外本發(fā)明者對于由氦制冷機的特定的周期性機械振動產(chǎn)生的磁場振動，提出了控制可以排除檢出誤差成分并且正確地產(chǎn)生補償磁場的磁場補償技術(特愿2000-34027)。該技術對周期性振動引起的磁場變化非常有效。
但是，該技術不能解決由超導線圈或者它的支持結構引起的共振產(chǎn)生的靜磁場的變化。根據(jù)本發(fā)明者的研究，開放式靜磁場發(fā)生裝置內(nèi)的超導線圈不僅由梯度磁場線圈的機械振動引起周期性振動，而且梯度磁場線圈加電流引起作用在超導線圈上的電磁力會引起分割結構的超導線圈的整體或者是一部分以電流周期的特定值相對應地振動，特別是超導線圈以及/或者支持結構發(fā)生共振時，振幅將變大。振幅變大會引起靜磁場強度變化。
這種超導線圈的共振引起的磁場變化不能忽略，尤其在隨著近年使用高速自旋回波(FSEFast Spin Echo)法、回波平面(Echo)法等新的高速攝像方法的增多，使得在短時間內(nèi)將很大的能量加在梯度磁場發(fā)生裝置上，即，梯度磁場線圈的振動能量急劇的增大、還有由于攝影條件參數(shù)設定范圍擴大引起的梯度磁場線圈的機械振動周期變化很大等情況下的磁場變化都不能忽略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上考慮，本發(fā)明的第1目的提供不用從外部提供能量就可以實質地消除因開放式MRI裝置的振動引起的靜磁場變化，提高檢查結果可靠性的MRI裝置。
本發(fā)明的第2目的是提供確實降低或者消除因為開放式超導線圈振動產(chǎn)生靜磁場強度變化的技術。
本發(fā)明的第3目的是提供即使開放式靜磁場發(fā)生裝置振動也不會在圖象上出現(xiàn)贗像，得到醫(yī)生很容易診斷、并有很好畫面質量的圖象的MRI裝置。
本發(fā)明的第4目的是提供用簡單的降低靜磁場變化機構來保證靜磁場強度的穩(wěn)定性的開放式MRI裝置。
本發(fā)明的第5目的是提供即使設置降低靜磁場變化機構也保證攝影空間寬闊的開放式MRI裝置。
本發(fā)明的第6目的是提供即使設置提高靜磁場均勻性的被動式磁場調整機構又設置降低靜磁場變化機構也保證攝影空間寬闊的開放式MRI裝置。
本發(fā)明的第7目的是提供達到上述第1到第6目的構成MRI裝置的靜磁場發(fā)生裝置。
以往涉及MRI裝置領域的技術者，為了盡量抑制用梯度磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場時產(chǎn)生的渦流，都是考慮在包括靜磁場發(fā)生裝置在內(nèi)的梯度磁場發(fā)生裝置附近不設置會產(chǎn)生渦流的材料。因為如果在梯度磁場發(fā)生機構附近設置了發(fā)生渦流的材料，在脈沖地將電流加給梯度磁場發(fā)生裝置時，設置在梯度磁場發(fā)生裝置附近的會產(chǎn)生渦流的材料內(nèi)將產(chǎn)生渦流，渦流對梯度磁場強度的波形有很壞的影響。
但是，由于梯度磁場產(chǎn)生的渦流影響可以由隨時間變化控制梯度磁場發(fā)生裝置提供的電流值來消除，因此本發(fā)明在梯度磁場發(fā)生裝置附近設置會產(chǎn)生渦流的材料，利用由超導線圈的振動引起的靜磁場變化在渦流發(fā)生材料內(nèi)產(chǎn)生的渦流，實質地消除由于振動或者共振引起的磁場變化。這樣，本發(fā)明的MRI裝置可以穩(wěn)定地維持工作時在檢查空間產(chǎn)生的靜磁場的強度。
為了達到上述目的，本發(fā)明的帶有可以在容納被檢體大小的攝影空間中產(chǎn)生預定的靜磁場強度的靜磁場發(fā)生裝置并在上述空間產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度磁場線圈的磁共振成像裝置，以設有降低磁場變化的機構，該機構在不是外部給予能量地發(fā)生靜磁場強度變化時，利用這個磁場變化，產(chǎn)生實際維持上述已定的靜磁場強度的磁通量為特征。
另外，本發(fā)明的MRI裝置帶有可以在容納被測體大小的攝影空間中產(chǎn)生已定強度的靜磁場的靜磁場發(fā)生裝置和在上述空間內(nèi)產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度線圈，并且作為可以確實消除上述靜磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場強度的變化的磁場變化降低機構，帶有相對上述靜磁場強度變化感應渦流并產(chǎn)生確實消除上述靜磁場強度變化的磁通的導電部件。
靜磁場發(fā)生裝置是夾住上述攝影空間對向配置的一對靜磁場發(fā)生源，希望上述磁場變化降低機構至少配置在一個靜磁場發(fā)生源的附近，也可以配置在一對靜磁場發(fā)生源的附近。
本發(fā)明的上述一對靜磁場發(fā)生源適用于帶有超導線圈或者是常導體線圈組成的磁共振成像裝置。
上述導電部件的材料最好用有非磁性特性的鋁、或者銅、或者銀。
上述導電部件最好是平板形狀，和上述攝影空間的磁通方向交叉設置。
上述一對靜磁場發(fā)生源由超導線圈組成，上述超導部件是可以覆蓋上述攝影空間大小的平板體，最好和上述攝影空間的磁通方向交叉設置。
上述磁場變化降低機構夾住上述攝影空間地設置在各靜磁場發(fā)生源的攝影空間側面的附近，最好是和上述靜磁場發(fā)生裝置緊密結合。
上述磁場變化降低機構可以包括作為靜磁場發(fā)生裝置的構成部件的一部分。
上述磁場變化降低機構可以設置在上述靜磁場發(fā)生源和上述梯度磁場線圈之間，也可以設在靜磁場發(fā)生裝置和梯度磁場線圈之間。
還有最好確保上述磁場變化降低機構和上述梯度磁場線圈之間的間隙。
本發(fā)明為了達到上述目的，磁共振成象裝置有夾住容納被測體攝影空間地相向設置的一對靜磁場發(fā)生源、設置在包括上述一對靜磁場發(fā)生源和上述攝影空間的單獨空間外并且將從上述靜磁場發(fā)生源產(chǎn)生的磁通從一個磁場發(fā)生源導向另一個磁場發(fā)生源的磁路部件、設置在上述靜磁場發(fā)生源各自的攝影空間附近的非磁性導電板以及設置在上述攝影空間和上述導電板之間并用支持部件支撐固定在上述磁路部件的一對梯度磁場線圈。
上述支持部件最好帶有可以使上述各梯度磁場線圈和上述靜磁場發(fā)生源的面平行的調整部件。
本發(fā)明為了達到上述目的，磁共振成象裝置有夾住容納被測體的攝影空間地相向設置的一對靜磁場發(fā)生源、設置在包括上述一對靜磁場發(fā)生源和上述攝影空間的單獨空間外并且將從上述靜磁場發(fā)生源產(chǎn)生的磁通從一個磁場發(fā)生源導向另一個磁場發(fā)生源的磁路部件、設置在上述各靜磁場發(fā)生源的攝影空間附近的非磁性導電板、設置在上述攝影空間和上述導電板之間并用支持部件支撐固定在上述磁路部件的一對梯度磁場線圈以及為調整上述攝影空間的磁場均勻性而可裝卸地設置的多個磁性體小片。
上述導電板有所定的厚度，上述磁性體小片的一部分埋在其厚度之中。
還有為了達到上述目的，本發(fā)明的帶有在容納被測體大小的攝影空間中產(chǎn)生所定強度的靜磁場的靜磁場發(fā)生裝置、在上述空間產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度磁場線圈的磁共振成象裝置，以具有根據(jù)上述靜磁場強度變化感應渦流并產(chǎn)生補償上述靜磁場強度變化的磁通的導電部件組成的上述磁場變化降低機構和具有上述磁場變化降低機構利用渦流產(chǎn)生的磁通補償對梯度磁場的影響為特征。
還有為了達到上述目的，本發(fā)明的磁共振成象裝置用靜磁場發(fā)生裝置，帶有將在攝影空間產(chǎn)生所定強度的靜磁場的一對線圈夾住上述攝影空間地分別收容在容器內(nèi)設置的靜磁場發(fā)生裝置、在上述攝影空間和上述一對容器以外設置并且將上述線圈產(chǎn)生的磁通從一個線圈導入另一個線圈的磁路部件、在收容上述線圈的各容器相對上述攝影空間側和上述線圈產(chǎn)生的磁通交叉設置并在上述磁通密度發(fā)生變化時可以產(chǎn)生補償該磁通密度變化的磁通的磁場變化降低機構。
上述線圈可以是超導或者是常導線圈。
該MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置中的上述磁場變化降低機構是平板狀導電板并且由非磁性材料組成，導電板的材料或者是鋁、或者是銅、或者是銀。
還有為了達到上述目的，本發(fā)明的MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，帶有在攝影空間產(chǎn)生所定強度的靜磁場的一對線圈夾住上述攝影空間地分別被放置在容器內(nèi)設置的靜磁場發(fā)生裝置、在上述攝影空間以及上述一對容器以外設置并且將上述線圈產(chǎn)生的磁通從一個線圈導入另一個線圈的磁路部件、在收容上述線圈的各容器相對上述攝影空間側和上述線圈產(chǎn)生的磁通交叉地設置并在上述磁通密度發(fā)生變化時可以產(chǎn)生確實補償該磁通密度的變化的磁通的導電板、為了調整上述線圈在攝影空間內(nèi)產(chǎn)生的磁場均勻度而設置并且有一部分在上述導電板的厚度內(nèi)的多個小磁性體片。


圖1是適用本發(fā)明的MRI裝置的整體組成方塊圖。
圖2是本發(fā)明的MRI裝置的一例實施方式的截面圖。
圖3是說明表示圖2的MRI裝置的磁場變化降低板的固定狀態(tài)的圖。
圖4是說明表示圖2的MRI裝置的梯度磁場線圈的固定狀態(tài)的圖。
圖5是說明本發(fā)明的磁場變化降低機構的作用的說明圖。
圖6是本發(fā)明的MRI裝置的另一實施方式中的要部。
圖7是本發(fā)明的MRI裝置的其他實施方式中的要部。
圖8是本發(fā)明的MRI裝置的其他實施方式中的要部。
圖9是高速自旋回波法的脈沖序列。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的合適的實施例。
圖1是本發(fā)明的MRI裝置的整體組成方塊圖。該MRI裝置由一對在上下方向相向地夾住容納被測體1的空間(測量空間)的磁場發(fā)生源的靜磁場發(fā)生磁鐵2和在產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2的各磁場發(fā)生源的測量空間側面配置的磁場變化降低板3組成的靜磁場發(fā)生裝置200、在檢測空間一側設置的梯度磁場線圈4、在該梯度磁場線圈4的檢測空間一側配置的高頻線圈5和檢出從被測體1發(fā)出的NMR信號的檢測線圈6組成。
磁場變化降低板3、梯度磁場線圈4和高頻線圈5配合靜磁場發(fā)生磁鐵2的開放結構，分別采用上下一對的平板結構。另外，為了移動被測體1使得檢查部位在靜磁場發(fā)生磁鐵2的中心設有臺7。為了防止外部來的電磁波噪聲混入NMR信號，具有以上構成的MRI裝置的臺架部和臺部被設置在施以電磁波屏蔽8的檢查室內(nèi)。
該MRI裝置還帶有驅動上述各個線圈的電源和電路、控制這些電源和電路動作計時的可編程控制器9、進行裝置的動作控制并處理NMR信號，做成圖象或者是波譜的計算機10。這些設備設在檢查室的外面，為了防止電磁波噪聲混入，它們通過濾波器電路11和各個線圈連接。
本實施方式的產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2采用超導線圈作為磁場產(chǎn)生源，這些超導線圈放在有冷卻劑，例如裝有液氦的低溫恒溫箱中。為了降低液氦的蒸發(fā)量，設有驅動低溫制冷機12的壓縮機13。
靜磁場發(fā)生磁鐵2產(chǎn)生的磁場方向如圖中的箭頭14所示，從床到頂部，磁場強度保持一定，例如0.7T。在該實施方式中，還帶有被動式磁場補償機構和主動式磁場補償機構，主動式磁場補償機構是通過電流流入裝配在梯度磁場線圈5內(nèi)的磁場補償線圈產(chǎn)生磁場進行補償。被動式和主動式磁場補償機構在后面將會敘述。這些磁場補償機構可以調整攝影空間的磁場強度以得到很高的均勻度，例如3ppm以下的高均勻度。
磁場變化降低板3被固定在產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2的低溫恒溫箱203、204的相對攝影空間的側面。磁場變化降低板3不用外部提供能量，只是利用該磁場的變化在磁場變化降低板3內(nèi)產(chǎn)生的渦流發(fā)生出的磁通來降低或者實際上抵消由靜磁場發(fā)生磁鐵2振動產(chǎn)生的磁場變化。磁場變化降低板3使用可以積極、高效地發(fā)生渦流的導電部件。該磁場變化降低板3的設置和結構將在后面詳細敘述。
梯度磁場線圈4由使得磁通密度在互相垂直的x，y，z三個軸向上和上述檢測空間內(nèi)的位置相對應地變化地繞成的3組梯度磁場線圈組成。各組梯度線圈都夾住檢測空間地分隔設置。而3組分別被分隔的梯度線圈又形成整體，并且該整體的線圈群成對地夾住攝影空間地配置。梯度磁場線圈4用公知的有源密封型。
為了不使驅動帶來的振動傳遞給磁場變化降低板3，梯度磁場線圈4和磁場變化降低板3不能直接接觸，因此使得磁場變化降低板3和梯度磁場線圈4之間有間隙地將梯度磁場線圈4固定在產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2上。固定結構在后面敘述。
這3組梯度磁場線圈，分別和梯度磁場電源15連接。當攝影程序(撮影sequence)啟動后，來自可編程控制器9的控制信號驅動梯度磁場電源15。從梯度磁場電源15以攝影程序所定的時刻向梯度磁場線圈4加電流，這樣對被測體1加上梯度磁場。該梯度磁場用于設定被側體1的攝像面位置和提供從被測體1的檢查部位得到的NMR信號對應的空間位置的信息。為了進行上述主動式磁場補償，例如在梯度磁場線圈4內(nèi)裝配了產(chǎn)生z2或者y2補償磁場的多個磁場補償線圈，這些磁場補償線圈的驅動電源也是經(jīng)過濾波器電路11連接到磁場補償電源上(在圖中沒有標出)。
高頻線圈5連接到通有高頻電流的高頻功率放大器16，產(chǎn)生為了使得被測體1的檢查部位的原子核(一般用氫原子核1H)形成核磁共振所需要的高頻磁場。高頻功率放大器16也由可編程控制器9的控制信號控制。
檢測線圈6與高頻放大檢波電路17連接，檢出從被測體1發(fā)出的NMR信號。高頻放大檢波電路17將用檢出線圈6檢出的NMR信號增幅、檢波并且變換成計算機10可以處理的數(shù)字信號。高頻放大檢波電路17也是由可編程控制器9控制它的動作時間。
計算機10用已經(jīng)變換成數(shù)字的NMR信號做成圖象，進行波譜計算。另外，計算機10通過可編程控制器9由已定的計時控制MRI裝置的各機構。另外，計算機10和有存儲數(shù)據(jù)的存儲裝置18、顯示處理后的數(shù)據(jù)的顯示裝置19以及操作人員輸入檢查條件等的操作臺20連接。
下面參照圖2說明磁場變化降低板3和梯度磁場線圈4的結構。圖2是圖1所示的靜磁場發(fā)生磁鐵2的內(nèi)部結構的截面圖。圖2也表示了磁場變化降低板3和梯度磁場線圈4的組合狀態(tài)。
本實施方式的靜磁場發(fā)生磁鐵2基本上是由裝有上部超導線圈201的上部低溫恒溫器203、裝有下部超導線圈202的下部低溫恒溫器204和連接上下低溫恒溫箱203，204的低溫連接管205組成。雖然在圖中表示的上下低溫恒溫箱內(nèi)各有1個的超導線圈，但是為了提高檢測空間磁場的均勻性，減少漏磁場分布，也可以由多個超導線圈組成。
上下低溫恒溫箱203、204內(nèi)設有裝滿液氦的液氦槽206。放置在槽內(nèi)的上部超導線圈201和下部超導線圈202由于液氦冷卻保持在4.2K的溫度，這樣維持超導線圈穩(wěn)定在超導狀態(tài)。上下低溫恒溫箱203、204和低溫連接管205的最外部形成真空槽207，在真空槽207和液氦槽206之間的間隙中保持真空。真空槽207和液氦槽206用具有耐大氣壓和電磁力厚度的不繡鋼構成。
真空槽207和液氦槽206之間裝有和制冷機12熱結合的熱屏蔽208。熱屏蔽208由鋁薄板組成，冷卻到例如20K溫度。在該溫度下冷卻的熱屏蔽208防止熱從真空槽207進入液氦槽206內(nèi)，從而抑制了液氦的蒸發(fā)量。圖中表示設置了1層熱屏蔽結構，但是也可以采用2層結構，例如用冷卻到70k溫度的熱屏蔽和冷卻到20k的熱屏蔽組成的2層熱屏蔽，或者采用3層結構的熱屏蔽，這里省略進一步的說明。
為了盡量抑制熱侵入引起液氦的蒸發(fā)，真空槽207和熱屏蔽208和液氦槽206由熱傳導率小的細不銹鋼支撐棒209互相固定。
產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2的上部低溫恒溫器203的上部和下部低溫恒溫器204的底部和低溫連接管205的后面，即相對檢測空間的后面裝有鐵框210，以形成磁路，降低漏磁分布空間。漏磁分布空間一般規(guī)定在0.5mT的磁通密度的位置，這里由于形成了這樣的磁路，即使本實施方式采用高磁場的開放性磁鐵結構，也將漏磁場分布空間降低到和原來裝置相同的6m×8m左右的屋內(nèi)。
磁場變化降低板3如前面說明的那樣，對應均勻磁場的變化積極地發(fā)生渦流。這樣磁場變化降低板3要用非磁性的低電阻材料組成?？梢杂娩X(純鋁)，銅，銀等。根據(jù)各個材料的電特性，磁特性，價格，是否容易得到和加工性來具體決定用哪種材料。另外為了捕捉如圖1所示的箭頭14方向的磁通，或者捕捉在攝影空間中形成均勻磁場的磁通，磁場變化降低板3有對應這些磁通垂直設置的平板狀的面。并且它的大小至少要能覆蓋攝影空間那樣大，最好和超導線圈201，202的外徑相同或者大于它們的外徑。為了降低電阻，磁場變化降低板3的厚度稍厚點為好，例如選擇厚度為1mm到20mm程度比較適合。另外導電材料不一定是上述的單一厚度材料，可以用所定的材料多層疊加。但是它們的厚度越厚，攝影空間的體積越小，因此最好考慮攝影空間的體積采用適當?shù)暮穸取?br> 本實施方式的磁場變化降低板3用純鋁的厚平板組成，用粘結劑或者螺絲緊密地固定在沿由上部低溫恒溫器203和下部低溫恒溫器204組成的被測體空間側的真空槽207的面上，如圖3所示。
磁場變化降低板3除了產(chǎn)生由于產(chǎn)生靜磁場的磁鐵2發(fā)出的磁場發(fā)生變化導致的渦流外，還產(chǎn)生由于驅動梯度磁場線圈4發(fā)出的磁場發(fā)生變化導致的渦流。這些渦流給磁場變化降低板3加上了復雜的力。另外，為了消除磁鐵2的變化磁場，磁場變化降低板3的位置必須穩(wěn)定。因此在本實施方式中，如圖3所示，用螺栓301將磁場變化降低板3在其圓周的多個地方固定在真空槽207強度很大的轉角部位，盡量抑制它的機械自由度。
梯度磁場線圈4如上所述，不和上下低溫恒溫器203，204以及磁場變化降低板3直接接觸，通過五金支持件400固定在鐵框210上。圖4表示了在下低溫恒溫器204側安裝的狀態(tài)。因為在上部低溫恒溫器203側也是同樣的安裝，所以下面僅對下部進行說明。
如圖4(a)所示，沿真空槽207的圓周配置了多個五金支持件400(401～404)，它們分別不和真空槽207接觸地用螺釘或者螺栓緊密地固定在鐵框210上。五金支持件中如圖所示的402，403，404等固定在鐵框210的下部金屬板上，支持在低溫連接管205附近的梯度磁場線圈4的五金支持件401固定在低溫連接管205附近的鐵框210的側面金屬板上。這樣將梯度磁場線圈4固定在鐵框210上使得梯度磁場線圈4的振動能量由質量很大的鐵框210吸收，梯度磁場線圈4的振動不會直接傳到低溫恒溫器204或者是磁場變化降低板3上。
還有，五金支持件400帶有為了將五金支持件400固定在鐵框210上的固定部分410和將梯度磁場線圈4水平地支撐·固定地水平部分411，如圖4(b)所示。水平部分411對于固定部分410可以向圖中弧形箭頭所示地那樣回旋調整，另外水平部分411可以用安裝螺絲向x，y，z方向調整地安裝到梯度磁場線圈4的位置。
圖4(c)表示了用這樣的五金支持件400固定梯度磁場線圈4的狀態(tài)。五金支持件400如上所述的結構可以在保證梯度磁場線圈4水平的同時，調整磁場變化降低板3和梯度磁場線圈4的間隙為一定的。由于磁場變化降低板3和梯度磁場線圈4之間的間隔均勻，可以排除由梯度磁場線圈4產(chǎn)生的脈沖狀梯度磁場誘導在磁場變化降低板3中產(chǎn)生渦流的位置依賴性。因此，由梯度磁場誘導的渦流可以用公知的技術，即調整驅動斜磁場線圈4的電流波形或者加上偏心磁場的修正法來精確修正。因此，對于本發(fā)明可以有效的利用靜磁場變化產(chǎn)生的渦流消除磁場變化。
圖5表示了磁場變化降低板3消除磁場變化的原理。如圖所示，上部超導線圈201和下部超導線圈202產(chǎn)生的磁通501(由箭頭表示)分別通過在超導線圈201，202附近設置的磁場變化降低板3A，3B，在有被測體1的攝影空間502中形成穩(wěn)定的、磁場強度為0.7T的磁場空間。為了確實能捕捉到磁通，磁場變化降低板3A，3B相對上下超導線圈201、202的直徑有足夠大的尺寸。
例如啟動如圖9所示的的高速回波法攝影程序。高速回波法攝影程序首先一邊從梯度磁場電源15將電流加到在x，y，z軸的梯度磁場線圈中的所定的梯度磁場線圈上，對被測體1加上層面選擇用梯度磁場(Gs)，一邊加上和被測體層面位置對應的頻率段的高頻磁場(90oRF脈沖)。這樣被測體1在層面位置激發(fā)核自旋。該激勵進行后經(jīng)過一定的時間后，加上已定量的使激勵的核自旋相位分散的讀出梯度磁場(Gr)。從上述激勵時間開始經(jīng)過已定的時間(τ)后再同時加上使激勵的核自旋反轉的高頻磁場(180oRF脈沖)和層面選擇用梯度磁場(Gs)。180oRF脈沖和層面選擇用梯度磁場(Gs)使得被測體層面位置的核自旋反轉，相位分散的核自旋開始重聚。在加上180oRF脈沖后，加上相位編碼梯度磁場(Gp)。相位編碼梯度磁場(Gp)是作為90oRF脈沖和180oRF脈沖之間的偏移值提供的。該相位編碼梯度磁場(Gp)提供了被激勵的核自旋對應相位編碼方向的位置。相位編碼完成時加上讀出梯度磁場(Gr)。在加讀出梯度磁場(Gr)的狀態(tài)用檢出線圈6檢出NMR信號S1(第1回波信號)。用檢出線圈6檢出的回波信號S1用高頻放大檢波電路17中的A/D變換器進行取樣。由取樣的時間間隔提供在回波信號中讀出方向的位置信息。
回波信號S1在加上180oRF脈沖后經(jīng)過τ時間后顯示出峰值，然后其振幅和核自旋分散一塊衰減。完成以上第1回波信號的檢測后，關閉讀出梯度磁場(Gr)，同時加上極性相反的相位編碼梯度磁場(-Gp)。加上上述180oRF脈沖后經(jīng)過2τ時間后再同時加上層面選擇用梯度磁場(Gs)和180oRF脈沖，這樣進行上述第2回波信號S2的檢測。該第2回波信號S2檢測和第1回波信號S1的檢測進行比較，相位編碼梯度磁場(Gp)的量不同。以下同樣第3回波信號S3、第4回波信號、.....第n回波信號SN被檢測。這樣檢測的回波信號群被保存在稱為K空間的存儲領域，進行2次傅立葉變換，圖像化并用顯示裝置顯示。
用加一次90oRF脈沖生成一張MR圖象的回波信號數(shù)的檢測稱1次發(fā)射快速自旋回波法，另外加多次90oRF脈沖的稱多次發(fā)射快速自旋回波法。多次發(fā)射快速自旋回波法是進行將生成一次圖象的回波信號數(shù)分成多次重復來得到的脈沖序列，重復進行一次脈沖序列時間的時間用TR表示。近年來為了縮短MR成像的攝影時間，RF脈沖的時間間隔、梯度磁場脈沖的時間間隔以及上述TR都有縮短的趨勢。還有，為了縮短檢測時間，有在短時間內(nèi)加高強度的梯度磁場的趨勢。
這樣在實行攝影程序時，梯度磁場電源提供電流給梯度磁場線圈產(chǎn)生梯度磁場，如果梯度磁場線圈上加上脈沖狀電流，該電流值對線圈導體有電磁力作用。該電磁力引起梯度磁場線圈的位置發(fā)生變化。因為在攝影程序實施中梯度磁場如上所述是在以一定時間間隔重復提供，因此梯度磁場線圈就以一定的頻率振動。
縮短梯度磁場脈沖的時間間隔，如上述，攝影參數(shù)中的梯度磁場脈沖Gs、Gp、Gr的時間間隔(也可以說頻率)中至少一個和低溫恒溫箱203、204或者超導線圈201、202的共振頻率一致。另外，梯度磁場脈沖Gs、Gp、Gr中2個以上組合也使梯度磁場線圈的振動頻率和低溫恒溫箱203、204或者超導線圈201、202的共振頻率一致。由于梯度磁場線圈的振動使得上部超導線圈201和下部超導線圈202中的一個或者2個共振，于是它們的相對位置發(fā)生變化。這種超導線圈201和202的相對位置因為共振發(fā)生變化會引起靜磁場強度發(fā)生變化。
例如，設上部超導線圈201的位置發(fā)生了變化，上部超導線圈201和下部超導線圈202之間的距離或者是平行度發(fā)生了偏離，使得通過磁場變化降低板3A的磁通501(即通過攝影空間502)的磁感應強度也發(fā)生了一點變化。該磁感應密度的變化使得攝影空間502的靜磁場強度也發(fā)生變化。這種變化使得圖象上出現(xiàn)贗像。
本發(fā)明積極利用磁場變化降低板3很好的導電性，對應磁通501的磁感應強度發(fā)生變化產(chǎn)生渦流503。
即，磁通501的磁感應強度減少地變化時，渦流503的方向是使得其產(chǎn)生的磁通補充磁通501的磁感應強度減少量，磁通501的磁感應強度增加地變化時，發(fā)生逆向渦流。這樣磁場變化降低板3在磁通501的磁感應強度有變化時，都會產(chǎn)生補償這種變化的渦流，因此保證了攝影空間502的均勻磁場有穩(wěn)定的磁場強度。因此可以將因靜磁場的磁場變化部分對圖象的影響降低到?jīng)]有的范圍(例如0.01ppm以下)。
根據(jù)以上說明的原理，很容易理解本發(fā)明的磁場變化降低板3不僅適用于梯度磁場發(fā)生機構的振動產(chǎn)生的靜磁場的變化，而且可以適用對其他振動引起的靜磁場變化。因此，本發(fā)明的MRI裝置不僅適用于梯度磁場發(fā)生機構等裝置本身發(fā)生的振動，對于設置MRI裝置的建筑物內(nèi)其他的裝置產(chǎn)生使靜磁場的磁場變化的振動也同樣有效。
以上說明了本發(fā)明的MRI裝置的一例實施方式，本發(fā)明不限定于上述實施方式，可以有各種變化。例如，雖然磁場變化降低板3在實施方式中是平板狀，但是磁場變化降低機構也可以是能捕捉到靜磁場發(fā)生線圈發(fā)出的磁通的各種形狀，如圖6所示，磁場變化降低板3也可以帶有覆蓋低溫恒溫箱的真空槽207一部分的、和其外圓周部垂直的部分。還有，在上述靜磁場產(chǎn)生裝置的低溫恒溫箱相對攝影空間的面為了容納梯度磁場線圈，不是平面而是凹凸面、梯度面時，磁場變化降低板也可以不是平面，而是沿低溫恒溫箱面的形狀。
雖然上述實施方式中是將磁場變化降低板3用螺栓等固定在上下低溫恒溫箱203、204上，但是也可以如圖7所示，用和磁場變化降低板3有同樣效果的材料組成上低溫恒溫箱203的真空槽207的下表面701和下低溫恒溫箱204的真空槽207的上表面701。在該實施方式中，組成真空槽207相對檢測空間的一面的部分701用純鋁，其他部分702用不銹鋼組成。純鋁和不銹鋼的結合技術是公知技術，這樣可以使真空槽達到要求的耐壓性。
在該實施方式中磁場變化降低機構構成真空槽的一部分，即701部分的圓周部和園筒狀的702部分一體結合，因此可以得到和圖2實施例同樣限制701部分的振動機械自由度的結構。另外可以使攝影空間擴大去掉真空槽207的不銹鋼部分的體積，或者將磁場變化降低板機構的純鋁厚度加厚一個真空槽207的不銹鋼板的厚度，保證磁場變化降低板有足夠的厚度。因此，提高磁場變化降低機構的性能。
作為本發(fā)明的其他實施方式，磁場變化降低機構也可以配置被動式磁場補償機構用的多個磁性體小片，如圖8所示。這種磁場變化降低機構和圖2同樣由固定在真空槽207的鋁板組成。被動式磁場補償機構由至少部分嵌在鋁板的一面上的多個磁性體小片802組成。一般為了用被動式磁場補償將攝影空間的磁場均勻度調整到3ppm以下的高均勻度，需要多個磁性體小片802。在該實施方式中，在磁場變化降低板801的攝影空間側的表面加工多個凹孔和螺絲孔，在需要螺絲孔的地方將和螺絲孔對合形狀的磁性體小片802擰入螺絲孔中，使磁性體小片的一部分埋入磁場變化降低板801的厚度之中。
在該實施方式中，磁性體小片802部分地埋入磁場變化降低板801的厚度中，因此可以防止采用被動式磁場調整的MRI裝置由于插入磁場變化降低板而縮小了攝影空間。還有，該實施方式中磁場變化降低板801如圖那樣可以固定在真空槽207上，也可以如圖7的實施方式那樣用真空槽207的一部分組成磁場變化降低板801。
本發(fā)明的MRI裝置適雖然用于上下配置的產(chǎn)生靜磁場的磁鐵，但是并不限制采用各種其他變形例。例如，上述實施方式中在對向的磁鐵的各攝影空間的側面分別設置了磁場變化降低板，但是僅在一側磁鐵的攝影空間側面設置磁場變化降低板也可以有效果。還有，本發(fā)明也適用產(chǎn)生靜磁場的磁鐵沿床上的被測體的身體軸向方向分隔設置的MRI裝置。還有，產(chǎn)生靜磁場的磁鐵不僅用超導線圈，也可以用導電線圈或者永磁磁鐵。
本發(fā)明對用于MRI裝置的產(chǎn)生高磁場的開放型磁鐵來說，可以提供在被測者的空間產(chǎn)生不受振動影響的穩(wěn)定的磁場強度。還可以得到高精度的檢查結果。
還有在本發(fā)明中不用原來為檢測振動以及振動帶來的磁場振動的機構、也不要原來產(chǎn)生補償磁場的機構，而且不受上述機構的檢出誤差和補償誤差影響，確實可以消除振動引起的磁場變化。
權利要求
1.一種磁共振成象裝置，帶有在容納被測體大小的攝影空間中產(chǎn)生已定強度的靜磁場的靜磁場發(fā)生裝置、在所述空間產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度磁場線圈的磁共振成象裝置，其特征在于具有當所述靜磁場強度發(fā)生變化時，不是從外部給予能量而是利用該磁場的變化來產(chǎn)生確實能維持所述已定靜磁場強度的磁通的磁場變化降低機構的磁共振成象裝置。
2.一種磁共振成象裝置，帶有在容納被測體大小的攝影空間中產(chǎn)生所定強度的靜磁場的靜磁場發(fā)生裝置、在所述空間產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度磁場線圈和確實能消除所述靜磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場強度變化的磁場變化降低機構的磁共振成象裝置，其特征在于帶有對于所述靜磁場強度的變化感應渦流，可以產(chǎn)生確實消除所述靜磁場強度變化的磁通的導電部件。
3.根據(jù)權利要求2所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述靜磁場發(fā)生裝置是夾住所述攝影空間并且相向設置的一對靜磁場發(fā)生源，至少在一個靜磁場發(fā)生源附近設置所述磁場變化降低機構。
4.根據(jù)權利要求3所述的磁共振成象裝置，其特征在于至少在靜磁場發(fā)生源的雙方附近設置所述磁場變化降低機構。
5.根據(jù)權利要求3所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述一對靜磁場發(fā)生源是由超導線圈構成。
6.根據(jù)權利要求3所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述一對靜磁場發(fā)生源是由常導線圈構成。
7.根據(jù)權利要求2所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述導電部件具有非磁性特性。
8.根據(jù)權利要求7所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述導電部件的材料或者是鋁、或者是銅、或者是銀。
9.根據(jù)權利要求2所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述導電部件有平板形狀，并和所述攝影空間的磁通方向交叉地設置。
10.根據(jù)權利要求2所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述一對靜磁場發(fā)生源是由超導線圈構成、所述導電部件是可以覆蓋所述攝影空間大小的平板體，并和所述攝影空間的磁通方向交叉地設置。
11.根據(jù)權利要求3所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構被設置在沿各靜磁場發(fā)生源的攝影空間的側面附近并夾住所述攝影空間。
12.根據(jù)權利要求11所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構緊密結合所述靜磁場發(fā)生裝置地設置。
13.根據(jù)權利要求5所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構包括作為靜磁場發(fā)生裝置的構成部件的一部分。
14.根據(jù)權利要求6所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構包括作為靜磁場發(fā)生裝置的構成部件的一部分。
15.根據(jù)權利要求2所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構設置在所述靜磁場發(fā)生裝置和所述梯度磁場線圈之間。
16.根據(jù)權利要求15所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構和所述梯度磁場線圈之間保持有間隙。
17.一種磁共振成象裝置，其特征在于帶有夾住容納被測體的攝影空間地相向設置的一對靜磁場發(fā)生源、設置在包括所述一對靜磁場發(fā)生源和所述攝影空間的單獨空間外并且將從所述靜磁場發(fā)生源產(chǎn)生的磁通從一個磁場發(fā)生源導向另一個磁場發(fā)生源的磁路部件、設置在所述各個靜磁場發(fā)生源的攝影空間附近的非磁性導電板、設置在所述攝影空間和所述導電板之間并用支持部件支撐固定在所述磁路部件的一對梯度磁場線圈。
18.根據(jù)權利要求17所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述支持部件帶有使得所述各梯度磁場線圈和所述靜磁場發(fā)生源的面平行的調整部件。
19.一種磁共振成象裝置，其特征在于帶有夾住容納被測體的攝影空間地相向設置的一對靜磁場發(fā)生源、設置在包括所述一對靜磁場發(fā)生源和所述攝影空間的單獨空間外并且將從所述靜磁場發(fā)生源產(chǎn)生的磁通從一個磁場發(fā)生源導向另一個磁場發(fā)生源的磁路部件、設置在所述各靜磁場發(fā)生源的攝影空間附近的非磁性導電板、設置在所述攝影空間和所述導電板之間并用支持部件支撐固定在所述磁路部件的一對梯度磁場線圈、以及為調整所述攝影空間的磁場均勻性而可向所述導電板裝卸地設置的多個磁性體小片。
20.根據(jù)權利要求19所述的磁共振成象裝置，其特征在于所述導電板有所定的厚度，所述磁性體小片的一部分在其厚度之中。
21.一種磁共振成象裝置，帶有在容納被測體大小的攝影空間中產(chǎn)生所定強度的靜磁場的靜磁場發(fā)生裝置、在所述空間產(chǎn)生梯度磁場強度的梯度磁場線圈的磁共振成象裝置，其特征在于帶有由根據(jù)所述靜磁場強度變化感應渦流并產(chǎn)生補償所述靜磁場強度變化的磁通的導電部件組成的所述磁場變化降低機構，所述磁場變化降低機構利用渦流產(chǎn)生的磁通補償對梯度磁場的影響。
22.一種MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于帶有將在攝影空間產(chǎn)生所定強度的靜磁場的一對線圈夾住所述攝影空間地分別收容在容器內(nèi)設置的靜磁場發(fā)生裝置、在所述攝影空間以及所述一對容器以外設置并且將所述線圈產(chǎn)生的磁通從一個線圈導入另一個線圈的磁路部件、在收容所述線圈的各容器相對所述攝影空間側和所述線圈產(chǎn)生的磁通交叉地設置并在所述磁通密度發(fā)生變化時產(chǎn)生可以補償該磁通密度變化的磁通的磁場變化降低機構。
23.根據(jù)權利要求22所述的MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述線圈是超導線圈。
24.根據(jù)權利要求22所述的MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述線圈是常導線圈。
25.根據(jù)權利要求22所述的MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述磁場變化降低機構是平板狀導電板并且由非磁性材料構成。
26.根據(jù)權利要求25所述的MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述導電板的材料或者是鋁、或者是銅、或者是銀。
27.一種MRI裝置用靜磁場發(fā)生裝置，其特征在于帶有在攝影空間產(chǎn)生所定強度的靜磁場的一對線圈夾住所述攝影空間地分別收容在容器內(nèi)設置的靜磁場發(fā)生裝置、在所述攝影空間以及所述一對容器以外設置并且將所述線圈產(chǎn)生的磁通從一個線圈導入另一個線圈的磁路部件、在收容所述線圈的各容器相對所述攝影空間側和所述線圈產(chǎn)生的磁通交叉設置并在所述磁通密度發(fā)生變化時產(chǎn)生可以確實補償該磁通密度的變化的磁通的導電板、為了調整所述線圈在攝影空間內(nèi)產(chǎn)生的磁場均勻度而設置并且有一部分在所述導電板的厚度內(nèi)的多個小磁性體片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁共振成像裝置和在裝置中使用的靜磁場發(fā)生裝置。對于采用開放式的超導磁鐵的MRI裝置，為了消除因振動引起的靜磁場變化，提供均勻的且隨時間穩(wěn)定的磁場的MRI裝置，本發(fā)明的MRI裝置帶有夾住放置被測體的攝影空間設置地磁場發(fā)生源的靜磁場發(fā)生磁鐵和在其內(nèi)側分別設置的磁場變化降低板。梯度磁場線圈和磁場變化降低板非接觸地固定在靜磁場發(fā)生磁鐵上。MRI裝置在攝影中因梯度磁場線圈或者其他的振動使得靜磁場發(fā)生磁鐵產(chǎn)生的磁場強度發(fā)生變化時，磁場變化降低板對應磁場變化產(chǎn)生渦流。該渦流產(chǎn)生抵消靜磁場變化成分的磁通，結果可以得到隨時間穩(wěn)定的靜磁場。
文檔編號G01R33/3815GK1496237SQ0280618
公開日2004年5月12日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權日2001年3月14日
發(fā)明者津田宗孝, 吉野仁志, 竹內(nèi)博幸, 宮脅升一, 一, 幸, 志 申請人:株式會社日立醫(yī)藥