(57)【要約】  磁気共鳴スキャナにおいて、メイン磁石システム１０は、少なくともスキャン領域２０において長手方向メイン磁場Ｂ０を生成するように巻かれる。メイン磁石システムは、外側磁石巻線領域３２，３４の間に配置される層毎に巻かれる中心磁石巻線領域３０を含む。長手方向磁場傾斜システム１２，１２'は、メイン長手方向磁場傾斜とは逆の極性を有する補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる外側傾斜巻線領域４４，４６の間に配置される、メインの長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる中心傾斜巻線領域４０，４０'，４２，４２'を含む。外側傾斜巻線領域は、外側磁石巻線領域３２，３４及び長手方向磁場傾斜システム１２，１２'の間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように構成される。
2009520576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴スキャナの少なくともスキャン領域において長手方向メイン磁場を生成するメイン磁石システムであって、
中心スキャナ平面に配置される、層毎に巻かれる中心磁石巻線領域
を有するメイン磁石システム。
【請求項２】
請求項１に記載のメイン磁石システムと、
メイン長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる中心傾斜巻線領域を含む長手方向磁場傾斜システムと
を有する磁気共鳴スキャナ。
【請求項３】
前記中心傾斜巻線領域が、前記中心スキャナ平面に対して対称に配置される複数の間隔を隔てられた巻線領域を含み、少なくとも前記間隔を隔てられた巻線領域に最も近い前記中心磁石巻線領域の層は、前記スキャン領域の周囲に巻かれる前記間隔を隔てられた巻線領域の間の間隔に相応の長さのシートを各々が含む、請求項２に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項４】
前記中心磁石巻線領域の各々の層の前記巻線が前記中心磁石巻線領域の長手方向の長さに連続的にわたり、前記層の長手方向巻線密度は、少なくとも前記スキャン領域内において実質的に一様な長手方向メイン磁場を生成するように変化される、請求項２に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項５】
前記メイン磁石システムが、
前記磁石巻線領域の外側において、中心スキャナ平面に対して対称に配置される外側磁石巻線領域
を更に含む、請求項２に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項６】
前記長手方向磁場傾斜システムが、
外側傾斜巻線領域を更に含み、前記中心傾斜巻線領域が前記外側傾斜巻線領域の間に配置され、前記外側傾斜巻線領域は、前記外側磁石巻線領域と前記長手方向磁場傾斜システムとの間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように、前記メイン長手方向磁場傾斜とは逆の極性を有する補償的な長手方向磁場傾斜を生成する
請求項５に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項７】
前記メイン磁石システムが前記中心スキャナ平面に対して対称であり、前記長手方向磁場傾斜システムが、前記中心スキャナ平面に対して対称である、請求項６に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項８】
前記外側傾斜巻線領域の間の長手方向の間隔が、前記外側磁石巻線領域の間の長手方向の間隔よりも小さい、請求項７に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項９】
前記外側傾斜巻線領域が、前記メイン磁石システムとほぼ同じ半径である一方、前記中心傾斜巻線領域が前記メイン磁石システムとは異なる半径である、請求項６に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１０】
前記外側傾斜巻線領域が前記メイン磁石システムの半径の約±５％以内の半径である、請求項９に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１１】
前記外側傾斜巻線領域が前記メイン磁石システムとほぼ同じ半径である一方、前記中心傾斜巻線領域は、前記メイン磁石システムよりも大きな半径である、請求項６に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１２】
前記メイン磁石システム及び前記長手方向磁場傾斜システムの巻線は、超伝導巻線であり、前記スキャナが、
前記メイン磁石システム及び前記長手方向磁場傾斜システムの前記超伝導巻線を含む真空ジャケット
を更に含む、請求項６に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１３】
少なくとも前記スキャン領域において、横方向磁場傾斜を生成するように巻かれる横方向磁場傾斜システム
を更に有する、請求項６に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１４】
前記横方向磁場傾斜システムが、前記メイン磁石システムよりも大きい半径で配置される、請求項１３に記載の磁気共鳴スキャナ。
【請求項１５】
磁気共鳴スキャナの少なくともスキャン領域において長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる長手方向磁場傾斜システムであって、
中心スキャナ面に対して対称に配置されるとともに、メイン長手方向磁場を生成するように巻かれる中心傾斜巻線領域と、
前記中心スキャナ平面の反対側に対して対称に、前記中心傾斜巻線領域を囲んで配置される外側傾斜巻線領域と
を有し、前記外側傾斜巻線領域は、前記メイン長手方向磁場傾斜とは逆の極性を有する補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれ、前記外側傾斜巻線領域は、前記長手方向磁場傾斜システム及び前記磁気共鳴スキャナのメイン磁石システムの外側巻線の間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように構成される、長手方向磁場傾斜システム。
【請求項１６】
前記中心傾斜巻線領域は、前記中心スキャナ平面に対して対称に配置される複数の間隔を隔てられた巻線部分を含む、請求項１５に記載の長手方向磁場傾斜システム。
【請求項１７】
前記外側傾斜巻線領域の巻線が、前記メイン磁石システムの前記巻線とほぼ同じ半径であり、一方前記中心傾斜巻線領域の巻線は、前記メイン磁石システムの巻線とは異なる半径である、請求項１５に記載の長手方向磁場傾斜システム。
【請求項１８】
前記外側傾斜巻線領域の巻線が、前記メイン磁石システムの前記巻線の半径の約±５％以内の半径である、請求項１７に記載の長手方向磁場傾斜システム。
【請求項１９】
前記中心傾斜巻線領域の巻線が、前記磁気共鳴スキャナの前記メイン磁石システムの前記巻線よりも大きな半径である、請求項１５に記載の長手方向磁場傾斜システム。
【請求項２０】
前記中心傾斜巻線領域と前記外側傾斜巻線領域とが、前記磁気共鳴スキャナの前記メイン磁石システムの前記巻線も含む真空ジャケットの内部に配置される、請求項１５に記載の長手方向磁場傾斜システム。
【請求項２１】
請求項１に記載のメイン磁石システムを有する磁気共鳴画像化システム。
【請求項２２】
請求項１５に記載の長手方向磁場傾斜システムを更に含む、請求項２１に記載の磁気共鳴画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴技術に関する。本発明は、磁気共鳴画像化において特定の用途を見出し、該用途を特に参照して記載されるであろう。しかしながら、本発明は、磁気共鳴画像化、磁気共鳴マッピング、磁気共鳴スペクトロスコピー等における、より一般的な用途も見出す。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴スキャナのコスト及び体積を低減させるため、通常メイン磁石巻線と比較して少し小さい半径で、メイン磁石の巻線の付近に傾斜コイルの巻線を位置させることが有利である。しかしながら、このような構成は、傾斜コイルのための遮蔽を含むことを困難にする。
【０００３】
遮蔽なしでは、かなりの電磁カップリングが、長手方向又はｚ傾斜コイルと、ボアタイプスキャナのメイン磁石との間に存在することが通常わかっている。本願の発明者は、例えば、外部に生成される長手方向磁場傾斜を切り換えると、メイン磁石巻線において１００００ボルト以上の電圧を誘起され得ると見積もっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの誘起された電圧は、メイン磁石回路の電気的な絶縁性にストレスを加える。更に、誘起された電圧により生じさせられる誘電電流は、渦電流のような場の誤りを引き起こし得る。更に、誘起された電圧は、メイン磁石のクエンチ検出及び保護回路の設計を複雑にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様によると、磁気共鳴スキャナが開示される。メイン磁石システムは、少なくともスキャン領域において長手方向メイン磁場を生成するように巻かれる。メイン磁石システムは、外部磁石巻線領域の間に配置され、層毎に巻かれる中心磁石巻線領域を含む。長手方向磁場傾斜システムは、メインの長手方向磁場傾斜とは逆の極性を有する補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる外側傾斜巻線領域の間に配置される、メイン長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる中心傾斜巻線領域を含む。外側傾斜巻線領域は、外側磁石巻線領域と長手方向磁場傾斜システムとの間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように構成される。
【０００６】
他の態様によると、磁気共鳴スキャナの少なくともスキャン領域において、長手方向メイン磁場を生成するメイン磁石システムが開示される。磁石巻線領域は、中心スキャナ平面に配置される。磁石巻線領域は、層毎に巻かれる。
【０００７】
他の態様によると、磁気共鳴スキャナの少なくともスキャン領域において長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる長手方向磁場傾斜システムが開示される。中心傾斜巻線領域は、中心スキャナ平面に対して対称に配置され、メイン長手方向磁場を生成するように巻かれる。外側傾斜磁場領域は、中心スキャナ平面の反対側に対して対称的に、中心傾斜巻線領域を囲んで配置される。外側傾斜巻線領域は、メイン長手方向磁場傾斜とは逆の極性を持つ補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる。外側傾斜巻線領域は、長手方向磁場傾斜システム及び磁気共鳴スキャナのメイン磁石システムの外側巻線の間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように構成される。
【０００８】
一つの利点は、メイン磁石巻線と、メイン磁石巻線の付近に配置される傾斜コイル巻線との間の電磁的結合を低下させることにある。
【０００９】
他の利点は、メイン磁石の絶縁へのストレスを低下させることにある。
【００１０】
他の利点は、メイン磁石並びに関連付けられるクエンチ及び保護回路の簡素化された設計にある。
【００１１】
他の利点は、より大きなボア開口直径及び／又はより小さな磁石直径を可能にすることにある。
【００１２】
他の利点は、低減されたスキャナ製造コストにある。
【００１３】
好ましい実施例の以下の詳細な説明を読むと、多くの更なる利点及び利益が当業者らには明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、並びに様々なプロセス動作及びプロセス動作の構成の形態を取ってもよい。図面は、単に好ましい実施例を説明する目的のためにあり、本発明を制限するとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１乃至５を参照すると、磁気共鳴画像化、磁気共鳴スペクトロスコピー等を実行することに適した磁気共鳴スキャナ８は、メイン磁石システム１０（図２乃至５において表示されるシステム）、長手方向磁場傾斜システム１２（図２乃至５において表示されるシステム）、横方向磁場傾斜システム１４（図１乃至２において表示されるシステム）、及び強磁性磁束リターンヨーク１６（内部スキャナコンポーネントを明らかにするためにヨーク１６の一部が切り取られて、図１に示される）を含む。
【００１６】
メイン磁石システム１０は、少なくともスキャン領域２０において、長手方向メイン磁場Ｂ０（図２及び５において図式的に示される）を生成するように巻かれる。メイン磁石システム１０は、中心スキャナ平面２２について長手方向に対して対称である。メイン磁石システム１０は、外側磁石巻線領域３２，３４の間に配置されて層毎に巻かれる中心磁石巻線領域３０を含む。外側磁石巻線領域３２，３４は、中心スキャナ平面２２に対して対称に配置される。中心磁石巻線領域は、外側磁石巻線領域３２，３４の間の中心スキャナ平面２２に対して対称に配置される。図示された実施例において、中心磁石巻線領域３０の各々の層の巻線は、連続的に中心磁石巻線領域３０の（図２に示される）長手方向の長さＬにわたり、層の長手方向巻線密度は、スキャン領域２０内において実質的に均一である長手方向メイン静磁場Ｂ０を生成するように変化される。他の意図される実施例（図示略）において、中心磁石巻線領域の各々の層の巻線は、全体で中心磁石巻線領域の長手方向長さＬにわたる複数の間隔を隔てられた巻線グループにグループ化され、スキャン領域内で実質的に一様である長手方向メイン磁場Ｂ０を生成するように構成され得る。
【００１７】
長手方向磁場傾斜システム１２は、少なくともスキャン領域２０において長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる。長手方向磁場傾斜システム１２は、図示された実施例において、中心スキャナ平面２２に対して対称に配置される２つの間隔を隔てられた巻線部分４０，４２を含む、中心傾斜巻線領域を含む。中心傾斜巻線領域４０，４２は、メイン長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる。例えばいくつかの実施例において、巻線部分４０，４２は、適切に直列接続されるが、反対向きに巻かれ、アンチヘルムホルツコイル対に類似した構成を形成し、ここで巻線部分４０，４２の一方により生成される磁場の長手方向成分は、長手方向メイン磁場Ｂ０に沿うとともに、長手方向メイン磁場Ｂ０を強める一方、巻線部分４０，４２の他方により生成される磁場の長手方向成分は、長手方向メイン磁場Ｂ０と逆向きであり、長手方向メイン磁場Ｂ０を弱める。
【００１８】
更に、長手方向磁場傾斜システム１２は、中心スキャナ平面の反対側に対して対称に、中心傾斜巻線領域４０，４２を囲んで配置される外側傾斜磁場領域４４，４６を含む。言い換えると、中心傾斜巻線領域４０，４２は、外側傾斜巻線領域４４，４６の間に配置される。外側傾斜巻線領域４４，４６は、中心傾斜巻線領域４０，４２により生成されるメイン長手方向磁場傾斜とは逆の極性を有する補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる。例えば、いくつかの実施例において、外側傾斜巻線部分４４，４６は、適切に直列で接続されるが、中心傾斜巻線領域４０，４２の構成とは逆の極性を有するアンチヘルムホルツコイル対に類似する構成を形成するように逆向きに巻かれる。
【００１９】
補償的な長手方向磁場傾斜は、メイン長手方向磁場傾斜よりもかなり弱く、その結果、長手方向磁場傾斜システム１２により生成される長手方向磁場傾斜の極性は、メイン長手方向磁場傾斜の極性に対応する。しかしながら、以下に議論されるように、補償的な長手方向磁場傾斜は、外側磁石巻線領域３２，３４と長手方向磁場傾斜システム１２との間の相互カップリングを低減させる有利な効果を有する。
【００２０】
開示されたメイン磁石システム１０及び長手方向磁場傾斜システム１２は、長手方向磁場傾斜システム１２の切り換えにより、メイン磁石システム１０において誘起される電圧をかなり低減させるように有利に構成される。一態様において、層毎の巻線は、中心磁石巻線領域３０のために使用される。すなわち長手方向長さＬの単層の巻線が横にされ、続いて長手方向長さＬの第２層の巻線、長手方向長さＬの第３層の巻線等と続く。層毎の巻線構成は、傾斜切り換えにより誘起される電圧をゼロ近くにする。
【００２１】
巻線構成に関わらず長手方向磁場傾斜によりメイン磁石巻線において引き起こされる全体の電圧は、（ヘルムホルツ対型対称性を有する）磁石コイルと、（アンチヘルムホルツ対型対称性を有する）長手方向傾斜コイルとの間の対称性の違いにより、通常ゼロになるであろうことが理解されるであろう。しかしながら、磁石巻線が層毎ではない場合、高く誘起される電圧は、長手方向磁場傾斜切り替えに応答するメイン磁石巻線の部分で増加し得る。これらの高く誘起される電圧は、絶縁完全性への有害な影響を有し得、磁気共鳴スキャンデータにおける電磁的なゆがみ又はアーチファクトを生成し得る。中心磁石巻線領域３０を層毎に巻くことにより、少なくとも傾斜巻線４０，４２の間に延在する外側の層があると、誘起された電圧は層毎のバイアスでキャンセルし、その結果実質的に誘起された電圧は、中心磁石巻線３０のいかなる部分においても増加しない。
【００２２】
層毎の巻線アプローチは、高く誘起される電圧を適切に避け、いくつかの意図される実施例において、中心磁石巻線と外側磁石巻線領域３２，３４とを含む全体のメイン磁石システムは、層毎に巻かれる。このアプローチは、外側磁石巻線領域３２、中心磁石巻線領域３０、及び外側磁石巻線領域３４に対する巻線を横たえることにより第１層を巻き、続いて第２層を巻き始めるため、戻りの直列接続ワイヤ部分が外側磁石巻線領域に戻ること等を必要とする。全体のメイン磁石が層毎に巻かれる実施例において、補償的な長手方向磁場傾斜を生成するように巻かれる外側傾斜巻線領域４４，４６は、オプションとして除外される。
【００２３】
しかしながら、このような完全に層毎の巻線構成は、製造を複雑にし、磁石巻線領域３０，３２，３４の間に非常に多くの長い直列のワイヤ部分接続を導入する。
【００２４】
したがって、図示された実施例において、中心磁石巻線領域３０のみが層毎に巻かれる。外側磁石巻線領域３２，３４は、層毎に巻かれない。それどころか、一実施例のおいて、外側磁石巻線領域３２全体はユニットとして巻かれ、外側磁石巻線領域３４全体はユニットとして巻かれ、２つの直列のワイヤ部分接続は、外側磁石巻線領域３２、中心層毎巻線磁石部分３０、及び外側磁石巻線領域３４を直列で接続する。他の実施例において、外側磁石巻線領域３２，３４は、２，３，４又はそれより多くのユニットで巻かれても良い。他の実施例において、外側の層は、共通して巻かれ、端部の内側の層３２，３４は、内側の部分３０とは別々に巻かれる。
【００２５】
層毎に巻かれない外側磁石巻線領域３２，３４において高く誘起される電圧を避けるため、外側傾斜巻線領域４４，４６は、外側磁石巻線領域３２，３４と長手方向磁場傾斜システム１２との間の相互インダクタンスを実質的にゼロにするように構成される。１つのアプローチにおいて、実質的に相互インダクタンスをゼロにすることは、外側傾斜巻線部分４４，４６をメイン磁石システム１０とほぼ同じ半径に位置させることにより（例えばメイン磁石システム１０の巻線の半径の約±５％以内において、傾斜巻線部分の巻線４４，４６を有することにより）、外側磁石巻線領域４４，４６の間の長手方向の間隔が外側磁石巻線領域３２，３４の間の長手方向の間隔よりも小さい（すなわち、外側傾斜巻線領域４４，４６が外側磁石巻線領域３２，３４「の内側」である）ことで達成される。この構成において、外側傾斜巻線領域４４，４６により生成される逆の極性の補償的な長手方向磁場傾斜は、相互インダクタンスをゼロにするように付近の外側磁石巻線領域３２，３４に強く影響を及ぼす。
【００２６】
図５を参照すると、いくつかの実施例において、メイン磁石システム１０は、メイン磁石システム１０の冷却又は冷凍を容易にするため、（図５に透視して図示される）真空ジャケット５０に包含される。いくつかの実施例において、メイン磁石システム１０の巻線は、イットリウム‐バリウム‐銅酸化物（ＹＢＣＯ）又はビスマスベースのＢＳＣＣＯのような高温超伝導材料からなる。このような高温超電導体は、通常、３０Ｋ乃至７０Ｋ付近の温度で適切に大きな超伝導電流を伝えるように動作し得る。したがって、真空ジャケット５０及びこの中身は、液化窒素又は液体ヘリウムのような極低温流体の熱伝導フロー等により冷却又は冷凍される。図示された実施例において、長手方向磁場傾斜システム１２の巻線も、高温超伝導材料からなり、中心及び外側傾斜巻線領域４０，４２，４４，４６も真空ジャケット５０内に包含される。
【００２７】
図１乃至５の実施例において、中心傾斜巻線領域４０，４２は、中心磁石巻線領域３０を囲む。言い換えると、中心傾斜巻線領域４０，４２は、メイン磁石システム１０よりも大きな半径である。代わりに、図６に示されるように、長手方向磁場傾斜システム１２'は、中心磁石巻線領域３０により囲まれる中心傾斜巻線領域４０'，４２'を有する。言い換えると図６の実施例において、中心傾斜巻線領域４０'，４２'は、メイン磁石システム１０よりも小さい半径である。
【００２８】
図１及び２に戻って参照し、更に図７を参照すると、図示された横方向磁場傾斜システム１４は、複数の強磁性クロスバー６０を有し、各々がバー型電磁石を規定するため、巻線６２により磁気的に駆動される。図７の例において、上部強磁性クロスバー６０は、右に向かう磁束を生成する電流で駆動され、下部強磁性クロスバー６０は、左に向かう磁束を生成する電流で駆動される。（図７の矢印により図式的に示される）漏れ磁束６６は、メイン磁場Ｂ０に印加される、示された横方向磁場傾斜Ｇｔｒａｎｓを生成する。図７が２つの逆向きの強磁性クロスバー６０を使用する動作を図示する一方、横方向磁場傾斜の改善された一様性が、更なる強磁性クロスバー６０の使用により達成され得ることが理解されるであろう。例えば、図１は、スキャン領域２０上に実質的に一様な横方向磁場傾斜を生成するように一緒に使用され得る８つの強磁性クロスバー６０を含むように、横方向磁場傾斜システム１４を図示する。
【００２９】
図示された横方向磁場傾斜システム１４は、メイン磁石システム１０の外に配置される。すなわち、図示された横方向磁場傾斜システム１４は、メイン磁石システム１０よりも大きな半径で配置される。図示されないが、例えば巻線６２が超伝導体からなる場合、横方向磁場傾斜システム１４の巻線６２及び強磁性バー６０に対して、真空ジャケット５０内に包含されることが意図される。
【００３０】
他の実施例において、従来の「指紋渦巻き」コイル対を採用する横方向磁場傾斜システムが使用され得る。このような従来の横方向磁場傾斜システムは、通常メイン磁石システム１０の内部に配置され、すなわちメイン磁石システム１０の半径より小さい半径である。指紋渦巻きコイル対が超伝導性である場合、該コイル対を真空ジャケット５０の内側に配置することが意図される。
【００３１】
本発明は好ましい実施例を参照して記載されている。明らかに、詳細な説明を読み、理解する他人に、修正及び変更が思いつくであろう。本発明は、請求項又はそれと等価のものの範囲内にある限り、このような修正及び変更全てを含むとして解釈されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、メイン磁石及び磁場傾斜システムを含む例示的な磁気共鳴スキャナの斜視図を示す。スキャナの強磁性磁束リターンヨークは、内部のスキャナコンポーネントを明らかにするため、部分的に除去される。
【図２】図２は、強磁性磁束リターンヨークが省略され、スキャン領域及び中心スキャナ平面が示される、図１の例示的な磁気共鳴スキャナの図式的な断面図を示す。
【図３】図３は、図１の例示的な磁気共鳴スキャナの長手方向磁場傾斜システム及びメイン磁石の斜視図を示す。
【図４】図４は、メイン磁場コイルの外周の半分が除去された、図３の長手方向磁場傾斜システム及びメイン磁石の斜視図を示す。
【図５】図５は、図３の長手方向磁場傾斜システム及びメイン磁石の９０度の弧の斜視図を示す。中心及び外側磁石巻線領域を含む真空ジャケットは、透視して図式的に示される。
【図６】図６は、図１乃至図５のものと類似する長手方向磁場傾斜システム及びメイン磁石の９０度の弧の斜視図を示すが、ここで長手方向磁場傾斜システムの中心傾斜巻線領域は、メイン磁石巻線よりも小さな半径で配置される。
【図７】図７は、図１及び図２の横方向磁場傾斜システムを使用する横方向磁場傾斜の生成を図式的に示す。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
2009520576.tif 000010
2009520576.tif 000011