2017 Fiscal Year Research-status Report

7T-MRIのための超薄型シムコイル開発

Research Project

Project/Area Number	16K10317
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	浦山慎一京都大学, 健康長寿社会の総合医療開発ユニット, 特定助教 (10270729)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鈴木崇士京都大学, 健康長寿社会の総合医療開発ユニット, 特定助教 (10572224) 武田和行京都大学, 理学研究科, 准教授 (20379308)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	7T-MRI / シムコイル
Outline of Annual Research Achievements	7テスラMRI装置において、生体組織と空気との境界面で生じる不均一磁場は、B1不均一問題と並び、最大の問題である。本研究の目的は、我々が有する超薄型アクティブシムコイル開発技術を用いて、限られたボア内に、安価かつ有効性の高いインサート型シムコイルを開発・設置し、またその制御プログラムも合わせて開発、その有用性を評価することである。本年度は、初年度に引き続き、まずはシステム設計を行い、またプロトタイプ機の開発を行った。ただしコイル設置位置に関しては、初年度にNova社製RF送信・受信コイルの送信コイル内側の上半周分、及び、送信コイル外側の上部3/4周分と決定したが、Nova社の技術者やRFコイル開発研究者と討論した結果、送信コイルの内側にループコイルを設置すると、たとえ並列共振回路を組み込んで送信波との干渉を最小化したとしても、送受信コイルに悪影響を与えるリスクは避けられない、と言う結論に至り、内側への設置は見送ることになった。また、非常に高価な7T用RF送受信コイルへの影響を見積もるためにも、まずは所有する3T-MRI装置用にシムコイルを開発することとした。シムコイルのプロトタイプ機は、3T用32ch-RF受信コイルを覆うように、7T用と同じく外径375mmの円筒を設置し、その外側にループコイルを配置するようにした。配置する位置に関して自由度を持たせるため、ループコイルはそれぞれ独立に20個作成し、位置を自由に変更しながら最適配置をテストできるようにした。また、各々のループコイルは柔らかいシリコン樹脂もしくは3Dプリンタ樹脂で固め、形状の保持や絶縁を確保した。作成したシムコイルを用いてファントム実験した結果、並列共振回路を使用したことにより、送信波との干渉はある程度、抑制出来ていることも確認できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 計画では、本年度にプロトタイプ機開発と共に制御プログラムの初期検討を行う予定であった。しかし、昨年度、従来型の球面調和関数をベースにしたものでは大きな高次項を含む磁場不均一を補正できないことが明確となり、非球面調和関数型マルチコイルシステムに変更したため、設計プログラムの開発を一から始めることとなり、制御プログラムの検討まで行うことが出来なかった。加えて、開発したプロトタイプ機はループコイルの位置も変更出来るため、その制御プログラムとは、電流値だけでなく各コイルの配置もパラメタとして含む非常に複雑なものとなり、この逆問題を解くことが容易ではないこともプログラム開発の障害となっている。そのため、若干計画より遅れが生じている。
Strategy for Future Research Activity	次年度は、開発した3T用プロトタイプ機を用いてファントム実験を行い、ルームコイルの最適配置を決定すると共に、各コイルにどの程度の電流を流すべきかを計算する制御プログラムも開発する。具体的には、まずループコイルの配置を変更しながら適当に電流を流すなどしてファントム内の磁場空間分布を計測し、それらとシミュレーション結果との一致度を評価する。計測結果とシミュレーション結果が一致するようになれば、別途ヒト頭部内の磁場分布を計測し、その分布を均一化する各ループコイルの最適配置と電流値を求めるよう逆問題解析を行う。その解析結果に基づきループコイルを配置し、実際に電流を流し、磁場分布の均一度がどの程度向上するかを評価する。これらの実験時には、ループコイルの存在がアーティファクトとして画像に影響がないかどうかを注意する。加えて、ループコイルの配置を撮像の度に変更するのは実用上、大きな問題となり得るので、被験者が変わってもある程度の磁場分布の均一度を確保できる共通のコイル配置がないか、探索する。上記の実験により良い結果が得られれば、その結果を基に7T-MRI装置でも実験を行い、システムを完成させる。理想的には、磁場不均一度は3Tと比較して7/3倍に大きくなっているだけ、と考えられるので、各コイルに流す電流値を7/3倍上げるだけである程度の磁場均一化が可能、と期待できる。
Causes of Carryover	（理由）次年度は7T-MRI装置を用いて実験を行うため、その高い使用料として充分な経費を残しておく必要があったため。（使用計画）生じた次年度使用額は、最終年度に作製する7T用プロトタイプ機の製作費及びMRI装置の使用料に使用する。具体的には、使用する銅線や3Dプリンタの樹脂、電子部品などである。特にMRI装置内で用いる電子部品は非磁性品である必要があり一般的なものよりも高価であるため、その部品の購入費に充当する。