(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生させるように動作可能な超伝導コイルの第１のセクション（３０４）であって、第１のクライオスタット（１０４）内に包含された超伝導コイルの第１のセクション（３０４）と、
第２のクライオスタット（１０６）内に包含された超伝導コイルの第２のセクション（３０８）と、
を備え、
前記超伝導コイルの第１のセクション（３０４）と前記超伝導コイルの第２のセクション（３０８）の少なくとも一方は該装置から取外し可能である、装置。
【請求項２】
前記超伝導コイルの第１のセクション（３０４）と前記超伝導コイルの第２のセクション（３０８）はＵ字型幾何学構成で配列されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のクライオスタット（１０４）内に包含された第１のバッキングコイル（３０２）と、
前記第２のクライオスタット（１０６）内に包含された第２のバッキングコイル（３０６）と、
をさらに備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のバッキングコイル（３０２）は前記超伝導コイルの第１のセクション（３０４）の磁気力と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力を有する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
傾斜コイルと、
前記傾斜コイルの第１の端部に少なくとも一部分が位置決めされた第１のクライオスタット（１０４）であって、該第１のクライオスタット（１０４）は第１のバッキングコイル（３０２）及び主コイルの第１のセクション（３０４）を備えた第１組の超伝導コイルを包含しており、該主コイルの第１のセクション（３０４）は磁場を発生させるように動作可能である第１のクライオスタット（１０４）と、
前記傾斜コイルの第２の端部に少なくとも一部分が位置決めされた第２のクライオスタット（１０６）であって、該第２のクライオスタット（１０６）は第２のバッキングコイル（３０６）及び主コイルの第２のセクション（３０８）を備えた第２組の超伝導コイルを包含しており、該主コイルの第２のセクション（３０８）は磁場を発生させるように動作可能である第２のクライオスタット（１０６）と、を備える磁気共鳴撮像システムであって、
前記第１組の超伝導コイルと第２組の超伝導コイルの少なくとも一方は該磁気共鳴撮像システムから取外し可能である磁気共鳴撮像システム。
【請求項６】
前記第１のバッキングコイル（３０２）は、前記主コイルの第１のセクション（３０４）の軸方向磁気力（３１６）と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力（３１４）を有する、請求項５に記載の磁気共鳴撮像システム。
【請求項７】
前記主コイルの第１のセクション（３０４）と前記主コイルの第２のセクション（３０８）はＵ字型幾何学構成で配列されている、請求項５または６に記載の磁気共鳴撮像システム。
【請求項８】
前記第１のクライオスタット（１０４）のバッキングコイルは、前記主コイルの第１のセクション（３０４）の軸方向磁気力（３１６）と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力（３１４）を有する、請求項５乃至７のいずれかに記載の磁気共鳴撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴撮像システムに関し、さらに詳細には磁気共鳴撮像システム向けの多重セクションマグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、対象を電磁場内に配置し、これにある周波数でパルス状の電磁場をかける技法である。このパルスによって対象の内部に核磁気共鳴が生じると共に、こうして得られたスペクトルが数値処理されて対象の断面像が形成される。ＭＲＩ撮像は、異なる生体組織が異なる共鳴信号特性を示し、これによって得られる画像内に該異なる生体組織を描出できるため、医学や獣医学の用途において特に有用である。このようなＭＲＩ装置は一般に、無線周波数（ＲＦ）電磁場を別の磁場の存在下で印加し、結果として身体内に誘導される核磁気共鳴を続いて検知し解析することによって動作する。
【０００３】
従来のＭＲＩシステムは、時間安定度が高くかつ撮像を行う撮像域（ＦＯＶ）内での空間均一性が高い強力な静磁場を発生させる主マグネットを含む。従来のＭＲＩシステムはさらに、主マグネットとＲＦコイルの間のボア内に配置させた傾斜コイルアセンブリを含む。傾斜コイルアセンブリは、患者身体の原子核の応答周波数及び位相をＦＯＶ内の位置に依存させこれにより身体の放出する信号の空間エンコードを提供するような空間変動性磁場を発生させる。従来のＭＲＩシステムはさらに、ＲＦ波を放出し身体からの共鳴信号を受信するようにボア内部に配列させたＲＦコイル／コイルを含む。主マグネットは、超伝導コイル向けの低温度の動作環境を提供するように設計されたクライオスタット内部に配置させた複数の同心円コイルを含む超伝導マグネットとすることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気共鳴撮像システム向けの多重セクションマグネットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、装置は磁場を発生させるように動作可能な超伝導コイルの第１のセクションを含む。この超伝導コイルの第１のセクションは第１のクライオスタット内に包含される。本装置はさらに、超伝導コイルの第２のセクションも含む。この超伝導コイルの第２のセクションは、第２のクライオスタット内に包含される。
【０００６】
別の実施形態では、システムは複数のクライオスタットを含む。各クライオスタットは磁場を発生させるように動作可能な超伝導コイルの１セクションを包含する。本システムはさらに、複数のクライオスタットの半径内方に位置決めされた傾斜コイルを含む。
【０００７】
別の実施形態では、磁気共鳴撮像システムは、傾斜コイルと、その少なくとも一部分が該傾斜コイルの第１の端部に位置決めされた第１のクライオスタットと、を含む。この第１のクライオスタットは、第１のバッキングコイルと主コイルの第１のセクションとを含んだ第１組の超伝導コイルを包含する。主コイルの第１のセクションは磁場を発生させるように動作可能である。本磁気共鳴撮像システムはさらに、その少なくとも一部分が傾斜コイルの第２の端部に位置決めされた第２のクライオスタットを含んでおり、該第２のクライオスタットは第２のバッキングコイルと主コイルの第２のセクションとを含んだ第２組の超伝導コイルを包含している。主コイルの第２のセクションは磁場を発生させるように動作可能である。第１組の超伝導コイルと第２組の超伝導コイルの少なくとも一方は磁気共鳴撮像システムから取外し可能である。
【０００８】
本明細書では、様々な趣旨による装置、システム及び方法について記載している。この課題の解決手段に記載した態様及び利点以外に、添付の図面を参照しかつ以下の詳細な説明を読むことによって別の態様及び利点も明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による少なくとも２つのクライオスタットを有する磁気共鳴撮像システムの簡略断面ブロック図である。
【図２】一実施形態による少なくとも２つのクライオスタットを有する磁気共鳴撮像システムの簡略断面ブロック図である。
【図３】一実施形態による超伝導マグネットの２つのセクションを分離式クライオスタット内に封入した磁気共鳴撮像システムの簡略断面ブロック図である。
【図４】一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する従来式ＭＲＩ横方向傾斜磁場体幹用コイルのアイソメトリック図である。
【図５】一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する従来式横方向傾斜コイルの断面図である。
【図６】一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する横方向折り返し単一層連続傾斜コイルの断面図である。
【図７】一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する横方向折り返し単一層連続傾斜コイルの断面図である。
【図８】一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合するクレセント傾斜コイルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成すると共に、実施可能な特定の実施形態を一例として図示している添付の図面を参照することにする。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実現できるように十分に詳細に記載しており、さらにこれら実施形態の趣旨を逸脱することなく別の実施形態も利用できること、並びに論理的、機械的、電気的その他の変更を実施できることを理解すべきである。以下の詳細な説明はしたがって、限定の意図と取るべきではない。
【００１１】
図１は、一実施形態による少なくとも２つのクライオスタットを有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１００の簡略断面ブロック図である。ＭＲＩシステム１００は傾斜コイル１０２を含む。ＭＲＩシステム１００はさらに、第１のクライオスタット１０４及び第２のクライオスタット１０６を含む。傾斜コイル１０２、第１のクライオスタット１０４及び第２のクライオスタット１０６は、円筒状の患者ボリュームまたはボア１１０を囲繞するハウジング１０８内に封入される。ＲＦコイル（複数のこともある）、懸架部材、ブラケット、患者テーブルまたは支持体、その他といったＭＲＩシステム１００の別の様々な要素は、明瞭にするため図１から省略してある。図１では、２つのクライオスタット１０４及び１０６を図示しているが、別の実施形態ではクライオスタットを３つ以上用いることもある。
【００１２】
第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６は別々の構成要素であって、液体ヘリウムその他の液体冷却剤などの流体を交換していない。第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６はそれぞれ患者ボリュームまたはボア１１０内に磁場を発生させるために使用する超伝導マグネット構成要素（例えば、超伝導コイル）を収容している。傾斜コイル１０２は第１のクライオスタット１０４及び第２のクライオスタット１０６の半径方向で内方に位置決めされており、収集信号の空間エンコードに用いるための磁場傾斜パルスを発生させるのに使用している。図２に示すように、第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６の少なくとも一方はハウジングから取外し可能である。図２は、一実施形態による少なくとも２つのクライオスタットを有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの簡略断面ブロック図である。図２では、第２のクライオスタット１０６がハウジング１０８と分離されて未装着であるように表している。代替的な一実施形態では、クライオスタット１０４、１０６の両方を分離可能とし、ハウジング１０８から取外し可能とすることができる。
【００１３】
図１に戻ると、上で言及したように第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６は別々の構成要素である。第１のクライオスタット１０４及び第２のクライオスタット１０６は第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６が有する寸法が同じでないような非対称割片によって表している。代替的な実施形態では、第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６は同様の寸法または同じ寸法を有することがある。図２に示すように、クライオスタット１０４、１０６の少なくとも一方はそのクライオスタットのハウジング１０８からの分離を可能とさせるような寸法を有することが好ましい。一実施形態では、クライオスタット１０４、１０６の少なくとも一方はそのクライオスタットが従来サイズの戸口（例えば、概ね３．０フィート×６．５フィートの戸口）を通過できるような寸法を有する。したがって、ＭＲＩシステム１００の箇所から出し入れするようにこうしたクライオスタットを運搬する際に、必ずしも該システムが配置されている部屋の戸口や壁を解体する必要がない。分離式クライオスタット１０４、１０６のこうした寸法によって、クライオスタットにアクセスし取り外す際やクライオスタットを交換する際に容易な操縦性及び運搬性が提供される（例えば、必要な機械的力がより小さくてよい）。分離式クライオスタット１０４、１０６はさらに傾斜コイル１０２へのより容易なアクセスを提供する。したがってＭＲＩシステム１００、傾斜コイル１０２及びクライオスタット１０４、１０６に対するメンテナンスにより好都合となり得る。分離式（すなわち、分割型の）クライオスタット構成によってクライオスタット（及びその内部に包含されたマグネット構成要素）や傾斜コイル１０２などのＭＲＩシステムの各部分に対するメンテナンス、修理及び更新のためのアクセスを提供することができる。例えば、固定、取り外しあるいは交換のための傾斜コイル１０２へのアクセスのために、第２のクライオスタット１０６は取り外すことができる（図２参照）。別法としてクライオスタット１０４、１０６をメンテナンスのために取り外すことができる。
【００１４】
上で言及したように、第１のクライオスタット１０４と第２のクライオスタット１０６はそれぞれ、患者ボリュームまたはボア１１０内に磁場を発生させるために使用される超伝導マグネット構成要素を包含している。図３は、一実施形態による超伝導コイルの２つのセクションを分離式クライオスタット内に封入した磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの簡略断面ブロック図である。ＭＲＩシステム３００は第１のクライオスタット１０４及び第２のクライオスタット１０６を含む。第１のクライオスタット１０４は第１の長さ３１０を有すると共に、第１のバッキング（すなわち、遮蔽用）コイル３０２及び主超伝導コイルの第１のセクション３０４を包含する。主コイル及び主超伝導コイルという用語は、全体を通じて円筒状のクライオスタットの内径上に配置したコイルを示すために使用している。主超伝導コイルの第１のセクション３０４は磁場を発生させるように動作可能である。第２のクライオスタット１０６は第２の長さ３１２を有すると共に、第２のバッキング（すなわち、遮蔽用）コイル３０６及び主超伝導コイルの第２のセクション３０８を包含している。主超伝導コイルの第２のセクション３０６は磁場を発生させるように動作可能である。ＭＲＩシステム３００の主超伝導コイルは総体として主超伝導コイルの複数のセクションから構成されている。例えば図３では、主超伝導コイルは総体として、主超伝導コイルの第１のセクション３０４と主超伝導コイルの第２のセクション３０８から構成されている。
【００１５】
上の図２にあるシステム２００と同様に図３でも、２つのクライオスタット１０４、１０６の少なくとも一方（またしたがって、超伝導コイルの２つのセクションのうちの少なくとも一方）はハウジング１０８及びＭＲＩシステム３００から取外し可能である。図３では、第１のクライオスタット１０４の第１の長さ３１０と第２のクライオスタット１０６の第２の長さ３１２とは異なっており、超伝導コイルの非対称の割片で表している。しかしＭＲＩシステム３００は超伝導コイルのクライオスタット１０４、１０６またはセクションに関して特定の長さによる制約はない。代替的な実施形態では、クライオスタット１０４、１０６の有する長さは、同様または同じとすることがある。
【００１６】
複数のクライオスタットのそれぞれの内部にあるコイルは、複数のクライオスタット間の正味の引力を無くす（または、ほとんど無くす）ように、正味平衡状態の軸方向磁気力を有することが好ましい。正味平衡状態の軸方向磁気力を提供するためには、あるクライオスタット内部のバッキングコイル（複数のこともある）は当該クライオスタット内の主超伝導コイルの軸方向磁気力と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力を有する。したがって、このようにバッキングコイルと主超伝導コイルが等しく（または、概ね等しく）かつ反対方向の磁気力であるため、各クライオスタット内部に正味平衡状態の軸方向磁気力、あるいは各クライオスタット内部に近平衡状態の軸方向力が生じる。例えば第１のクライオスタット１０４内において、バッキングコイル３０２は主超伝導コイルの第１のセクション３０４の軸方向磁気力と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力を有する。別の例で第２のクライオスタット内において、バッキングコイル３０６は主超伝導コイルの第２のセクション３０８の軸方向磁気力３１６、３１８と概ね等しくかつ方向が反対の軸方向磁気力３１４を有する。各クライオスタット内におけるコイルが平衡状態の軸方向磁気力であるため、生じる正味の軸方向磁気力は概ねゼロになる。したがってクライオスタット１０４及び１０６は互いに対して大きな磁気力を与えることがない。
【００１７】
超伝導コイルの所与のセクションに作用する軸方向力を平衡させるために、クライオスタットはその電流をその隣接するコイルの電流と反対方向とした少なくとも１つのコイルを含むことがある。例えばクライオスタット内の端部コイルの内側にあるクライオスタット内のコイルを逆コイルとし、当該クライオスタット内部で正味平衡状態の軸方向磁気力を可能とさせることがある。さらに、この逆方向の流れをかなり多数のコイル（例えば、６個を超えるコイル数）と組み合わせることによって短尺で均一な主コイル幾何学構成が可能となる。
【００１８】
複数のクライオスタットを用いた分離式クライオスタット構成（上述したような構成）は効率のよい主超伝導コイル幾何学構成に適合する。例えば、Ｕ字型幾何学構成で配列させた主超伝導コイルをＭＲＩシステム３００の長手方向軸３２０の方に開いた「Ｕ」型の開口に巻き付けることによって短尺のマグネットシステムが得られる。第１のクライオスタット１０４の少なくとも一部分は傾斜コイル１０２の第１の端部３２２に位置決めされ、また第２のクライオスタット１０６の少なくとも一部分は傾斜コイル１０２の第２の端部３２４に位置決めされる。その結果、傾斜コイル１０２の少なくとも一部分は２つのクライオスタット１０４と１０６の間に配置される。この構成では、主コイルが発生させる磁場は非常に高い度合いの均一性を有すると共に、その「Ｕ」字型幾何学構成の大きさはかなり大きいままである。この主（内側）コイルの「Ｕ」構成によって、傾斜コイルを収容するために依然としてかなりのスペースを提供しながら、主コイルの長さが低減され、かつ／または均一性が向上する。「Ｕ」構成では、主コイルの分離可能セクション（例えば、図３に示したセクション３０４、３０８）を用いることによって、傾斜コイル１０２は主コイルにより物理的に取り込まれることがなく、したがって傾斜コイルを容易に修理または交換することが可能である。
【００１９】
主超伝導コイルの「Ｕ」字型幾何学構成を実現させる場合、幾つかの実施形態は、傾斜コイルを端部主コイル間に収めることを可能にするようにその軸方向範囲を低減した傾斜コイル幾何学構成を含む。図４〜８は図１〜３のＭＲＩシステムに適合する例示的な短尺傾斜コイル構成を表している。図４は、一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する従来式横方向Ｇｏｌａｙ傾斜コイル４００のアイソメトリック図である。横方向傾斜コイル４００は、「指紋型」巻き線パターン４０２、４０４、４０６、４０８（図５に示したのと同様）をその各々が有する４つの四分円を有する。電流は、矢印４１０、４１２、４１４及び４１６に従うか、あるいはこれらと反対方向に流れる。四分円４０２、４０４、４０６及び４０８は互いに直列で電気的に接続されている。図４はさらに、被検体４１８及びマグネット手段４２０を含む。
【００２０】
図５は、一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する従来の横方向Ｇｏｌａｙ傾斜コイル５００の断面図である。図４の「指紋型」コイルのそれぞれにおいて、磁場を発生させるために領域５０２を通過してＡからＢに至る表面電流が設計される。領域５０２を通過してＡからＢに至るこの電流経路は、所望の磁場傾斜が提供されるようにして設計される。ＢからＣまでの領域５０４は、回路を完成させる電流帰還経路を提供するために必要である。しかし領域５０４内の帰還経路によって、有用な撮像傾斜を提供することなく電力消費並びに傾斜コイル長が増大する。しかし領域５０４内の帰還経路の例では、直線性を犠牲にすることなく若干低減した傾斜コイル長を提供するために、帰還経路領域は巻き線をより密に充填している。
【００２１】
図６及び図７は、一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合する横方向折り返し単一層連続傾斜コイル６００の断面図である。横方向折り返し単一層連続傾斜コイル幾何学構成は、より効率が高くまた軸方向範囲が低減され、これは「Ｕ」字型主コイル幾何学構成と連携して実現したときに特に有利となり得る。傾斜コイル６００は、電流を搬送する複数の半ループ６０４を有する第１の領域６０２と、同じく電流を搬送する複数の半ループを有する第２の領域６０６と、各半ループ６０４を対応する半ループと接続し単一傾斜コイル６００を生成する導体を有する第３の領域６０８と、を含む。傾斜コイル６００は、図７に示すように半径がａ１とａ２の２つのシリンダ上に配置するような形状を得るためにライン６１０及び６１２に沿って折り返す、すなわち曲げるように意図している。セクション６０２は、半径ａ１のシリンダ上に配置されており、一方セクション６０６は半径ａ２のシリンダ上に配置されている。セクション６０８はセクション６０２及び６０６の個々の電流経路をリンクさせるために使用される介在体であり、半径ａ１にあるセクション６０２の各巻き線を半径ａ２にあるセクション６０６の対応する各巻き線と接続している。この問題は半径ａ１のコイルの各巻き線と半径ａ２の各巻き線の間で接続用ワイヤを適正に半田付けし支持することによって解決することが可能である。
【００２２】
図８は、一実施形態による図１〜３のＭＲＩシステムに適合するクレセント（ｃｒｅｓｃｅｎｔ）傾斜コイル８００の断面図である。クレセント傾斜コイル８００は、第１の半径８０２及び第２の半径８０４を含む。クレセント傾斜コイル８００では、前方弓形向けの帰還経路が第２の半径８０４上にあり、軸方向傾斜範囲が低減されこれによって「Ｕ」字型主コイル幾何学構成と連携して実現したときにクレセント幾何学構成が有利となる。動作性能をさらに高めるために、クレセント傾斜コイルをより従来型のＧｏｌａｙ傾斜コイルと組み合わせることがあり、これによって、前方弓形の幾つかは第２の半径上に帰還経路を有し、また前方弓形の幾つかは同じ半径上に帰還経路を有することになる。
【００２３】
分離可能超伝導コイル磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムについて記載している。本明細書では特定の実施形態について図示し説明しているが、当業者であれば同じ目的を実現するように算定した任意の方式によって図示したこの特定の実施形態を代替できることを理解されよう。本出願はあらゆる適応形態や変形形態を包含するように意図している。
【００２４】
具体的には、当業者であれば本方法及び装置の名称が実施形態を制限する意図でないことを容易に理解されよう。さらに実施形態の趣旨を逸脱することなく、構成要素に対して追加的な方法及び装置の追加が可能であること、構成要素間で機能を配分し直すことが可能であること、さらに実施形態で使用される将来的な拡張や物理的デバイスに対応した新たな構成要素を導入することが可能である。当業者であれば、将来的なコイル、異なるクライオスタット、並びに新たなＭＲＩシステムにも実施形態を適用可能であることを容易に理解されよう。
【００２５】
本出願で使用した用語はすべてのＭＲＩシステム、クライオスタット及び磁気コイル、並びに本明細書に記載したのと同じ機能を提供する代替的テクノロジーを包含するように意図したものである。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ＭＲＩシステム
１０２  傾斜コイル
１０４  第１のクライオスタット
１０６  第２のクライオスタット
１０８  ハウジング
１１０  患者ボリューム、ボア
２００  システム
３００  ＭＲＩシステム
３０２  第１のバッキングコイル
３０４  第１のセクション
３０６  第２のバッキングコイル
３０８  第２のセクション
３１０  第１の長さ
３１２  第２の長さ
３１４  軸方向磁気力
３１６  軸方向磁気力
３１８  軸方向磁気力
３２０  長手方向軸
３２２  第１の端部
３２４  第２の端部
４００  従来式横方向Ｇｏｌａｙ傾斜コイル
４０２  「指紋型」巻き線パターン
４０４  「指紋型」巻き線パターン
４０６  「指紋型」巻き線パターン
４０８  「指紋型」巻き線パターン
４１０  矢印
４１２  矢印
４１４  矢印
４１６  矢印
４１８  被検体
４２０  マグネット手段
５００  従来式横方向Ｇｏｌａｙ傾斜コイル
５０２  領域
５０４  領域
６００  横方向折り返し単一層連続傾斜コイル
６０２  第１の領域
６０４  半ループ
６０６  第２の領域
６０８  セクション
６１０  ライン
６１２  ライン
８００  クレセント傾斜コイル
８０２  第１の半径
８０４  第２の半径
【図１】
0005548374.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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