(57)【要約】      （修正有）【課題】極めて高い電流の複数の電圧源を必要とせずに、合計された電流構成を介して１つ又は複数の他の磁界パターンとともにＢ０界を確立することが可能な構造を提供する。【解決手段】伝導ループが、厚い断面積を有し、極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源によって電力供給される。ループの逆並列セグメントは互いに極めて近接して持ってこられ、このループにおける不対セグメントは均一なＢ０界を集合的に形成するように整形される。電圧源は、この厚いループ内の電流の再分配が得られることにより、それのＢ０界に加えて、必要とされる傾斜界及び／又はシミング界をそれが同時に確立することが可能になるように、電流をこの厚いループの１つのポイントから別のポイントに短絡する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージングボリューム内での、均一Ｂ０界の一部又は全部の生成のための、ならびに必要とされる傾斜界及び／又はシミング界の同時生成のためのデバイスであって、前記デバイスは：
厚い断面積をもつ伝導ループと；
極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源、又は、極めて高い電流を発生することが可能な単一の実効電圧源と、
前記単一の実効電圧源が、直列に及び／又は並列に接続された電圧源のグループからなることと、
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源が、厚い断面積をもつ前記伝導ループと直列に接続されること；
厚い断面積をもつ前記伝導ループが、
１つ又は複数の消去セグメント対と、
２つ以上の寄与セグメントと
を含むように整形されることと、
各前記消去セグメント対の２つの消去セグメントが、
互いに極めて近接して持ってこられた厚い断面積をもつ前記伝導ループの逆並列セグメントであり、
及び、
前記デバイスの前記イメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することと、
各前記寄与セグメントが、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの不対セグメントであることと、
前記寄与セグメントが、複数の不完全なループにグループ化されることと、
各前記不完全なループが、
１つ又は複数の前記寄与セグメントからなり、
それの円周に１つ又は複数の小さいギャップを有する完全なループと等価であり、
及び、
共通の軸を中心とするものであることと、
前記不完全なループの全体が、
前記イメージングボリューム内で前記均一Ｂ０界の一部又は全部を集合的に形成するように整形されることと、
各前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントが、
少なくとも１つの寄与セグメントによって厚い断面積をもつ前記伝導ループの全長に沿って分離され、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長のそれぞれの端部に両方とも配置されるのではないことと；
複数の電流シャントと、各前記電流シャントが、
１つ又は複数のシャント導体セグメントと、前記１つ又は複数のシャント導体セグメント内に挿入された少なくとも１つのシャント電圧源とを備えることと、
前記シャント導体セグメントが、厚い断面積をもつ前記伝導ループとは別個であることと、
前記少なくとも１つのシャント電圧源が、極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源とは別個であり物理的に分離していることと、
各前記電流シャントが、電流を、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成され、
各前記不完全なループについて、
前記不完全なループの前記円周における前記１つ又は複数の小さいギャップの両側が、シャント伝導セグメントの終端に接続されることと、
前記不完全なループのうちの少なくとも２つの各不完全なループについて、
前記不完全なループの前記円周上の４つの位置が、シャント伝導セグメントの終端に接続されることと、前記４つの位置が、前記軸によって定義される座標システム内で９０°のアジマス分離を有することと、
前記不完全なループのうちの前記少なくとも２つのすべてについて、
前記４つの位置のそれぞれのアジマスが同一であることと；
を備え、それにより、前記デバイスは：
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源からの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一Ｂ０界の一部又は全部を発生すること；
ならびに、
前記シャント電圧源を介して厚い断面積をもつ前記伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一Ｂ０界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、デバイス。
【請求項２】
各前記不完全なループが、正確に１つの前記寄与セグメントからなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
各前記不完全なループが、１つ以上の前記寄与セグメントからなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
各前記不完全なループのどちらか一方が、垂直な前記消去セグメント対又は前記消去セグメント対の垂直部分をそれの下に配置させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記軸によって定義される前記座標システム内で９０°のアジマス分離を有する４つの位置が前記シャント伝導セグメントの終端に接続される、各前記不完全なループについて、
第１の電流シャントが、前記４つの位置のうちの第１の位置と第２の位置との間に結合され、前記第１の位置と前記第２の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、
第２の電流シャントが、前記４つの位置のうちの第３の位置と第４の位置との間に結合され、前記第３の位置と前記第４の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、前記第３の位置と前記第４の位置とがその上にあるラインが、それにより、前記第１の位置と前記第２の位置とがその上にあるラインに対して９０°回転される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の位置と前記第２の位置との中間の前記第１の電流シャントの一部分が、２つの分岐に分けられ、
前記第３の位置と前記第４の位置との中間の前記第２の電流シャントの一部分も、２つの分岐に分けられる、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記不完全なループが、
円形に形成され、
及び、
前記軸に垂直な面に位置する、
請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電流シャントの少なくとも１つが何らかの可変抵抗を持つ、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電流シャントが細長い真空チューブ内に置かれる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記単一の実効電圧源が、並列に配線され絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記単一の実効電圧源が、並列に配線されサイリスタ又は他の半導体技術を採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
任意の２つの隣接する寄与セグメントが、２つあるいは３つの消去セグメント対に属する消去セグメントによって、厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長に沿って分離される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
任意の２つの隣接する寄与セグメントが、１つの単一の消去セグメントによって、厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長に沿って分離される、請求項
１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記軸上で整合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記軸上で整合されるものではない、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントの磁界消去が、前記消去セグメントの一方の、他方の消去セグメント内のテレスコーピングを伴う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントの磁界消去が、前記２つの消去セグメントの交互絡合を伴う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
すべての前記消去セグメント対に関連する電流消去の度合いが、前記デバイスの前記イメージングボリューム内での磁界汚染の指定された最大しきい値を超えない磁界汚染のレベルに対応する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
磁界汚染の前記指定された最大しきい値が、前記Ｂ０界の大きさに関して１パートパーミリオンと５０パートパーミリオンとの間の値である、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
厚い断面積をもつ前記伝導ループが、成形品からアセンブルされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
イメージングボリューム内で、均一Ｂ０界の一部又は全部を生成するための、ならびに必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を同時に生成するための方法であって、前記方法は：
厚い断面積をもつ伝導ループと直列に、極めて高い電流を発生することが可能である単一の電圧源、あるいは直列に及び／又は並列に接続された電圧源のグループを接続するステップと；
１つ又は複数の消去セグメント対と、
２つ以上の寄与セグメントと
を含むように厚い断面積をもつ前記伝導ループを整形するステップと、
各前記消去セグメント対の２つの消去セグメントが、
互いにまだ極めて近接してはいなかったが互いに極めて近接して持ってこられたか、又は効果的に互いに締め付けられた、厚い断面積をもつ前記伝導ループの逆並列セグメントであり、
及び、
スキャナの前記イメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することと、
各前記寄与セグメントが、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの不対セグメントであり、
及び、
前記寄与セグメントが前記イメージングボリューム内で前記均一Ｂ０界の一部又は全部を集合的に形成するように整形されることと；
ならびに、
厚い断面積をもつ前記伝導ループにシャント電圧源を取り付けるステップと、各前記シャント電圧源が、電流を、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成されることと；
を備え、それにより、前記方法は：
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源からの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一Ｂ０界の一部又は全部を発生すること；
及び、
前記シャント電圧源を介して厚い断面積をもつ前記伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一Ｂ０界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、方法。
【請求項２２】
厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントへの電流の前記短絡が、可変抵抗を伴う、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０４６２号に対応する日本出願であり、前記国際出願は、２０１１年８月１０日に出願された特許文献１の利益を主張している、２０１２年８月１０日に出願された特許文献２に関連する。
【０００２】
連邦出資の研究及び開発に関する声明
本開示は連邦支援の研究及び開発の主題でなかった。
【０００３】
本開示は、電流の印加を介した磁界パターンの確立に関し；より詳細には、本開示は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナのコンテキストにおける、ならびに、対象からの情報の導出のために正確な磁界パターンの確立を同じく必要とする核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴イメージング、及び電子常磁性共鳴スペクトロスコピーなどの他のシステムのコンテキストにおける磁界パターンの確立に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ及び他の同様のデバイスは、対象内に本質的に存在する磁気モーメントの配向を正確に操作するように磁界を確立するシステムである。この操作により、磁気モーメントがスキャナ内に電気信号を生成し、次にこれらの信号が使用されて、対象の内部組成の詳細な画像が構築される。
【０００５】
イメージング中にＭＲＩスキャナ内で見られる磁界は、通常、スキャナによって発生された２つ以上の極めて異なる磁界パターンの合計である。これらのパターンは、それらのネット効果が、イメージングのために特に指定されたスキャナのボリューム内で特定の時点において所望される磁気モーメント配向を発生するように、慎重に設計され、タイミングをとられなければならない。ＭＲ画像取得にとって重要であると見なされる磁界パターンは、極めて強くて均一であるＢ０界；無線周波数において変動するＢ１界；ならびに、各々の大きさがｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向においてそれぞれほぼ線形的に変化するｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及びｚ傾斜界である。Ｂ０界の均一性の改善のために、シミング磁界も頻繁に使用される。
【０００６】
上記の磁界パターンの各々は、通常、スキャナ内の別個の構造によって発生され、そのような各構造は、電流の構成であるか又は永久磁石の構成である。抵抗性ＭＲＩスキャナの場合、磁界パターンのすべてが非超伝導電気的構造によって発生される。
【０００７】
ＭＲＩイメージングは、病気診断に対する大きい成功を伴って適用されている。しかしながら、癌検査を含む、病気検査へのＭＲＩの拡張は、残念ながら比較的限定されている。検査のためのＭＲＩの使用を著しく限定する２つの要因は、スキャナ構築に一般に関連する比較的高いコスト、及びＭＲＩスキャナ内に見られる典型的に小さい患者空間に関連する不快感である。
【０００８】
スキャナをより安価で広々としたものにし、したがって、特に病気検査のほうを指向したスキャナを開発するための１つの手法は、ＭＲＩにおいて使用される複数の磁界パターンを、それらのそれぞれの電流の合計を搬送する構成を用いて同時に生成することであろう。Ｂ０界、傾斜界、及びシミング界のすべてのベクトルは主に単一の方向、慣例によればｚ方向に配向されることになるので、原理上はこれらの界の電流を合計することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、合計された電流構成とともに複数の傾斜界及び／又はシミング界を発生することに極めて成功しているように思われる方法は開発されたが、特にＢ０界を傾斜界及び／又はシミング界と合成するための実際的な手段はまだ導入されていない。例えば、ゲープハルトらの特許文献３の図１４は、異なる磁界パターンを同時に確立することができ、ループの平面に直角に配向された規則正しく離間したラインセグメントによって接続される一連の並列同心ループからなる電気的構成を示している。Ｂ０界に必要な電流は、ループ巻線が使用されないときは数万アンペア程度であるので、仮定的Ｂ０界に寄与するこの構造中の各ループは、極めて大きい電流を供給することが可能な電圧源を有しなければならないであろう。十分均一なＢ０界のために最低４つのループを仮定すると、その構造がそれの他の磁界パターンの中でもＢ０界を発生するためには、したがって、極めて大きい電流のための４つの電圧源が必要とされよう。
【００１０】
ワトキンズらの特許文献４の図１は、個々のループが、独立した電圧源をもつ別個のループセグメント又はアークと交換された電気的構成を開示している。各セグメント化されたループにおける、及び全体としての構造における電流パターンは、異なるＭＲＩ磁界パターンに関連付けられた電流パターンの合計を表すことが明らかに可能である。ただし、ここでは、仮定的Ｂ０界に寄与するために使用されるあらゆるセグメントが、数万アンペアを生成することが可能な電圧源を必要とするであろう。ここでも、Ｂ０界のために最低４つのループのアセンブリを仮定し、さらに、ワトキンズらの構造の各セグメント化されたループが少なくとも４つのセグメントからなると仮定すると、この構造がそれの他の磁界パターンとともにＢ０界を同時に発生した場合、極めて高い電流の１６個の電源が必要とされよう。その極めて実際的でない要件以上に、Ｂ０界に寄与する各セグメントに関連付けられた極めて高い復帰電流が、エネルギーの浪費につながり得、さらにスキャナのイメージングボリューム内の磁界を著しくひずませる可能性があり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／５７４，８２３号
【特許文献２】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０４６２号
【特許文献３】米国特許第６，４９２，８１７号
【特許文献４】米国特許第６，９３３，７２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
極めて高い電流の複数の電圧源を必要とせずに又は上述の他の問題に対処する必要なしに、合計された電流構成を介して１つ又は複数の他の磁界パターンとともにＢ０界を確立することが可能な構造を提供することが、本開示の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、本開示に従って、厚い断面積をもつ伝導ループ、及び極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源を伴う実施形態を通して達成される。ループの逆並列セグメントは互いに極めて近接して持ってこられ、これは、ループが１つ又は複数のロケーションにおいて効果的に「締め付けられ」、逆並列セグメントの各ペアがスキャナのイメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することを意味する。このループにおける不対セグメントは、均一なＢ０界を集合的に形成するように整形される。電圧源は、次いで、この厚いループ内の電流の再分配が得られることにより、それのＢ０界に加えて、必要とされる傾斜界及び／又はシミング界をそれが同時に確立するように、電流をこの厚いループの１つのポイントから別のループに短絡する。
【００１４】
単一の厚いループを用いたＢ０界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されるシステム及び方法のさらにより良い理解が、以下の図面を参照することによって得られよう：
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】Ｂ０界、ｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及びｚ傾斜界を発生することが可能な、電流シャントが取り付けられた、単一の厚いループを太線として示す概略回路図である。
【図２】図１の単一の厚いループ内の円形構造のいずれか１つに関連付けられ得る実際の電流を示す概略回路図である。
【図３】図１によって表される概略回路図実施形態がＭＲＩスキャナにおいて実際にどのように見え得るかを示す。
【図４】共有電流構成を介してＢ０界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図１の代替実施形態を提示する。
【図５】共有電流構成を介してＢ０界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図１の代替実施形態を提示する。
【図６Ａ】ｚ傾斜界を形成するために単一の薄いループが使用され、取り付けられた電流シャントにより、この単一の薄いループがｘ傾斜界及びｙ傾斜界をも確立することが可能になる、図１に類似する構造を示す。
【図６Ｂ】図６Ａの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。
【図６Ｃ】図６Ａの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、極めて高い電流Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇを生成することが可能な単一の電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉから電力を受け取る、太い黒線によって表される、単一の厚い伝導ループ１００を示す概略回路図である。電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉに取り付けられることが通常は予想されるであろう逆並列電流に加えて逆並列電流のいくつかのセグメント１１０が対合されるように、厚いループ１００は曲げられている。そのような各セグメント対は、イメージングのために指定されたスキャナのボリューム中でほぼ０に等しい合成磁界を有するものと理解され、それは、例えば、所与のセグメント対が、セグメントを互いに極めて近くに置くこと、一方のセグメントを他方のセグメント内にテレスコーピングすること、又は２つのセグメントを互いに交互絡合することを通して達成され得る。絶縁及び／又はエアーギャップは、対の中のセグメントが、互いに直接的な物理的接触を生じること、又は互いに直接的に電気的に伝導することを防止する。４つの円形構造（部分ループ）を形成する、１００の非対セグメントは、それらの円形構造が適切にサイズ決定され、配置されると、電流ＩｐｏｌａｒｉｚｉｎｇをもつＢ０界を発生する。３つの電流シャント２０が１００の４つの円形構造の各々に接続される。各電流は電圧源Ｖから電力を受け取り、電流シャント２０のアクティブ化により、１００によって発生されたＢ０界にｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界が加えられるように厚いループ１００中で電流が再分配される。シャントは、それらが互いに視覚的に区別されるのを助けるために、本出願全体にわたって実線と破線の両方で描かれている。
【００１７】
図２は、図１の厚いループ１００内の円形構造のいずれかの１つに関連付けられ得る実際の電流を示す概略回路図である。図２に示された軸に一致して、円形構造は、ｘ−ｙ平面に対して平行であり、ｚ軸を中心とするものであると理解される。シャントＡ４０はｙ軸上のポイント４２からｙ軸上のポイント４４に電流を伝え、シャントＢ６０はｘ軸上のポイント６２からｘ軸上のポイント６４に電流を伝え、シャントＣ８０は、図２中の垂直セグメント対の一方のセグメント１１０からのポイント８２から、垂直セグメント対の他方のセグメント１１０上のポイント８４に電流を伝える。当業者は、電圧源によって発生された電流β、γ、及びδが、スキャナのイメージングボリューム内のｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界にそれぞれ寄与し得ることを認識するであろう。当業者はさらに、図２に示された電流β、γ、及びδのために必要とされるシャント電圧の大きさについて容易に解くために、キルヒホッフの接合法則及びループ法則が使用され得ることを諒解するであろう。これらの電圧は以下の通りである：
ＶＡ＝（２β）ＲΑ＋２（Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ＋δ＋β）Ｒｑ
ＶＢ＝（２γ）ＲＢ＋２（Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ＋δ＋γ）Ｒｑ
ＶＣ＝（δ−β−γ）ＲＣ＋４（Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ＋δ）Ｒｑ、
ただし、Ｒｑは円形構造の各１／４の抵抗であり、ＲＡはシャントＡに関連する総抵抗であり、ＲＢはシャントＢに関連する総抵抗であり、ＲＣはシャントＣに関連する総抵抗である。
【００１８】
図３は、図１の概略実施形態がＭＲＩスキャナにおいて実際に物理的にどのように見え得るかを示す。図３Ａは、図３Ｂの予備図であり、削除されている図１の垂直セグメント対を示す。図１の垂直セグメント対は、Ｂ０界を実際に発生する１００の非対セグメントから対合されたセグメント１１０をよりはっきり視覚的に分離することによって本実施形態がより良く理解されるのを助けるが、それらは本実施形態の動作のために必要ではなく、実際は、それらの電流はエネルギーの浪費を表す可能性があり得る。図３Ｂは、各円形構造が図２の円形構造と同じ配向を有する、図１の概略回路図の実際の物理的顕示を示す。当業者は、構造のうちの最初の２つの円形構造及び最後の２つの円形構造にそれぞれ関連する対抗δ電流がｚ傾斜界の生成に一致し、一方、中間の２つのループの並列β電流及び中間の２つのループの並列γ電流がｘ傾斜界及びｙ傾斜界のそれぞれの生成に一致することを認識するであろう。
【００１９】
図３Ｂに関するいくつかの実際的な注記がここで行われ得る。第１に、各シャントは、ｚ軸に直角に進むとき、２つの分岐に分かれることがわかる。この分岐に関連する正確な構成は、スキャナによって発生されるｘ及びｙ傾斜磁界パターンを保存するように示され得る。当業者は、本開示に関連するシャントは、スキャナのイメージングボリューム内で所望される磁界パターンをひずませないように概して構築されていることを確認できるであろう。第２に、図３Ｂの厚いループは、その内の渦電流の形成を防止するスロットを含んでいなければならないことがある。これらのスロットは、ループから生じる磁界パターンの全体的な精度に影響を及ぼさないように設計されるべきである。第３に、この厚いループのインダクタンスを克服するためにシャント中に電流を駆動する電圧源が使用され得、このようにして、この厚いループによって確立される磁界が、典型的にはＭＲＩスキャニングのために必要とされるときのように迅速に（すなわち、約１／２ミリ秒中に）変更されることが可能になることがわかる。第４に、関連する電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉは、この厚いループに関連する極めて高い電流及び極めて低い抵抗を特に取り扱うように構築される必要がある可能性があり得る。これは、例えば、並列に互いに配線された整流器コントローラユニットのスタックの使用によって、及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、又は他の半導体技術を採用することによって達成され得る。
【００２０】
図３Ｃは、それにより図３Ｂの円形構造が図３Ｂの管状構造によって互いに接続される手段を示し、それは図１の水平セグメント対に集合的に対応する。明らかに、管状構造と図３Ｂの各円形構造との間には、これらの構造が構築される導体の厚みのみのために、図３Ａによって示された垂直セグメント対が削除された場合でも、短い逆電流セグメント対が存在することになる。
【００２１】
図３Ｄは、図１の水平セグメント対に対応する電流がスキャナのイメージングボリューム内で合計でほぼ０になることを保証するのを助けるためのテレスコーピングの使用を示す。当業者なら、最高度の電流消去を達成するための方法に気づいているはずであり、この電流消去の精度は、スキャナのイメージングボリューム内で許容される対応する磁界汚染の最大しきい値に関して指定され得る（例えば、選択肢の中でも、Ｂ０界の大きさに関して、１パートパーミリオン、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ）。
【００２２】
図４Ａは、シャントが、同じ円形構造内のポイントとは対照的に異なる円形構造間のポイントを接続する、図１の実施形態の変形形態を示す。図４Ｂは、Ｂ０界が、４つの円形構造とは対照的に６つの半円形構造及び１つの円形構造によって発生される、図１の実施形態の変形形態を示す。
【００２３】
図５Ａは、２つの別個のシャントが厚いループの同じポイントに接続され得ることを示す図１の実施形態の変形形態である。図５Ｂは、シャントが厚いループの３つ以上のポイントに接続され得ることを示す変形形態である。図５Ｃは、厚いループがＢ０界及び傾斜界に加えてシミング界を生成することを特に可能にするものと当業者が認識するであろう変形形態である。図５Ｄは、２つのシャントがノードにおいて交差することができることを示し、図５Ｅは、２つのシャントが、円、ポリゴン、又はより複雑な構造を介して交差することができることをさらに示唆する。
【００２４】
図５Ｆは、厚いループ又は極めて大きい電流を生成することが可能な電圧源のいずれかを実際に使用せずに、合計された電流構造を用いてＢ０界及び他の磁界パターンを達成するための方法を示す図１の実施形態の変形形態である。特に、図１の厚いループは、わずか数十アンペア程度の電流を搬送する薄いループと交換される。さらに、図１の場合のように、硬い円形構造をそれぞれ形成するループの不対セグメントの代わりに、各不対セグメントは、何回も並列に巻かれ得る極めて長いフレキシブルなセグメントである。図５Ｆの上部の３つの薄い円形構造は、１つのそのような長いフレキシブルなセグメントの個々の巻線を表すと仮定される。巻かれた長いフレキシブルな各セグメントに関連するアンペア回数の総数は、図５Ｆの不対セグメントが、図１に関連するＢ０界程度のＢ０界を発生するのに十分大きい。さらに、各巻線と、図５Ｆの下部の近くの垂直セグメント対とに取り付けられたシャントは、ｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界がそのＢ０界と同時に発生されることを可能にする。
【００２５】
図６は、図５Ｆのように、極めて大きい電流を搬送しない薄いループ１００’を使用する図１の変形形態である。ただし、図６の構造は、図５Ｆの構造が含んでいるように長いフレキシブルなセグメント及び巻線を含んでおらず、したがって、図６の回路は、Ｂ０界を発生するようにはまったく意図されていない。代わりに、図６は、図１の類似物を示すように意図されており、ここでは、主要な薄いループが非Ｂ０電磁界パターンを確立し、その初期非Ｂ０電磁界パターンに他の磁界パターンをアドオンするために、主要な薄いループ１００’に取り付けられたシャントが使用される。図６の特定の場合、主要な薄いループ１００’はｚ傾斜界を発生し得、そのループに接続されたシャント２０は、次いで、そのｚ傾斜界にｘ傾斜界及び／又はｙ傾斜界を加えるはずである。
【００２６】
当業者によく知られているように、極めて強い磁界にさらされ、また時間とともに変化している電流を含んでいる構造は、概してローレンツ力から振動し、それにより、音響雑音を発生する。変化している電流をもつ厚いループ１００のセグメントは、概して、厚いループは数千キログラム程度の重さがある可能性があることのみにより、厚いループの他のセグメントから発する界に関連するローレンツ力からの影響を受けないことが予想され得る。一方、Ｂ０界発生構造の近くに置かれた薄いループ１００’は、明らかにローレンツ力の影響を受けやすいことがある。その問題を緩和するための１つの方法が図６Ｂに示されている。薄いループ１００’とＢ０界を発生する構造の両方が円形断面を有し、Ｂ０界を発生する構造４００の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル４０２中に、薄いループの一部が対称的に入れられている。同様に、図６Ｃでは、薄いループ１００’とＢ０界を発生する構造の両方がこの場合も円形断面を有するが、今度は、薄いループ１００’の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル５０２中に、Ｂ０界を発生する構造５００の一部が対称的に入れられている。当業者なら、図６Ｂ及び図６Ｃに示された構成の対称性により、Ｂ０界を発生する構造の内部に置かれるか又はその一部を包囲するようにされる薄いループ１００’の一部の音響振動は、Ｂ０界を発生する構造に１００’のその一部が単に隣接するままにされた場合に１００’のその一部が受けるであろう振動に対して、低減される可能性があり得ることを理解するであろう。振動のそのような低減は、同心にされた薄いループ１００’の一部とＢ０界を発生する構造の一部とが比較的大きい曲率半径を有する場合、より著しくなることが予想されるであろう。
【００２７】
当業者は、上記の図において提示されたもの以外に、本開示に関連する多くの他の変形形態があることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、厚いループが分岐し再結合するようにされるか、あるいは複数の厚いループが一緒に配置され得るが、電流の全体的な構造は、図１の実施形態について説明されたものと依然として等価であり得る。厚いループは、いくつかの実施形態では、スキャナに必要とされるＢ０界の一部のみを発生するが、場合によっては図１に示されているように現れ得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、それの電圧源に加えて厚いループ内の必要とされる電流の分配を達成するのを助けるために使用され得る何らかの可変抵抗を持ち得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、厚いループの複数のポイントからの電流、厚いループの複数のポイントへの復帰電流、又は両方をピックアップし得る。上記で論じられたいかなる所与の電圧源も、いくつかの実施形態では、例えば厚いループスキャナのループに電力供給するために使用される高電流電圧源の場合に当てはまる可能性があり得るように、直列及び／又は並列に接続された電圧源のグループと交換され得る。本開示は、明らかに、磁界パターンを発生するＭＲＩスキャナ以外のシステムにおいて使用され得る。核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴スペクトロスコピー、及び電子常磁性共鳴イメージングは、本開示が適用され得る非ＭＲＩ方法の３つの例である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
今や本開示のシステム及び方法を開示したので、当業者は、以下の段落において説明される利点の一部又は全部が可能にされ得ることを理解するであろう。以下の段落では、図１に描かれた回路の物理的実施形態は「厚いループスキャナ」と呼ばれる。
【００２９】
厚いループスキャナの第１の利点は、ＭＲＩにおいてＢ０界磁界パターンの精度が特に重要であるとすれば、厚いループスキャナのループが、抵抗性ＭＲＩスキャナにおける典型的なＢ０界発生構造の位置、直径、及び厚みに等しいか又はほぼ等しい位置、直径、及び厚みを有するように設計される可能性があり得るということからわかるであろう。これは、シャントの経路が、図３Ｂの場合のように厚いループによって囲まれたボリュームの外部にあるように設定されると仮定すると、広さの観点から、厚いループスキャナは、Ｂ０界及びＢ１界発生構造のみを含んでいるＭＲＩスキャナと等価になることを意味する。無線周波数コイルセットのサイズは、厚いループスキャナ内で解放される空間により、通常よりも大きくされることが可能であり得る。大幅に増加した広さの感覚は、病気検査を一般集団にとってより快いものにする可能性があり得、肥満した個人のイメージング、閉所恐怖症をもつ個人のイメージング、獣医学イメージング、及び介入性又は外科的手技中のイメージングのための機会をも増加させるであろう。
【００３０】
厚いループスキャナの第２の有利な特徴は、比較的低い予想製造コストである。Ｂ１界発生構造以外のただ１つの有意な磁界発生構造がスキャナのために製造される必要があり得る。さらに、厚いループは、おそらく成形品からアセンブルされ、したがって、ワイヤを慎重に繰り返し巻くことから形成される構造と比較して、作成するのによりコスト効果的であり得る。成形構造はまた、巻かれた構造よりも輸送の機械的応力から生じる誤差を受けにくく、その理由で、例えば、発展途上国への寄付のために、多数の巻線をもつスキャナの場合に当てはまり得るよりも、厚いループスキャナを分解し、それを他の場所で再アセンブルすることがより経済的であり得る。電流シャントは、厚いループスキャナの厚いループとともに製造され、その厚いループに取り付けられなければならないことは、真実である；しかしながら、厚いループ自体のように、電流シャントは比較的単純な構造である。
【００３１】
厚いループスキャナの第３の有利な特徴は、比較的静かな動作を提供するそれの能力である。標準のＭＲＩでは、様々な構造がしばしば、密嵌している同心シリンダーの形態で互いの内に配置される；しかしながら、上記で説明されたように、厚いループスキャナは、比較的大量の自由空間を有することが予想される。この増加した空間の一部は、電流シャントの周りの細長い真空チューブの配置に充てられ得、それにより、それらの電流の値が変化するときにシャントに作用するローレンツ力から生じる雑音伝送が著しく低減され得る。シャントが図３Ｂに示された配置を有することになった場合、シャントを囲むために使用される真空チューブは、単に、８つのまっすぐな真空チューブ、及び２つの円形真空リングから構成され得る。厚いループはおそらく１０００ｋｇ程度の重さになり、したがって、それの電流が変化したときに著しく振動する可能性が低くなり得るので、真空チューブは、厚いループ自体のどの部分の周りにも配置される必要はないであろう。
【００３２】
今やＢ０界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されたシステム及び方法を読んで理解したので、当業者は、上記の開示によって可能にされている他の利点、変形形態、及び実施形態を認識するであろう。そのような利点、変形形態、及び実施形態は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物の範囲及び意味の一部であると見なされるべきである。
【００３３】
上記では特定の実施形態について説明されたが、これらの実施形態は、特定の特徴に関して１つの実施形態しか説明されていない場合でも、本開示の範囲を限定するものではない。本開示において提供される特徴の例は、別段に記載されていない限り、限定的ではなく例示的であるように意図されている。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者に明らかであるはずのそのような代替形態、変更形態、及び等価形態を包含するものである。
【００３４】
本開示の範囲は、それが本明細書において対処された問題のいずれか又はすべてを緩和するか否かにかかわらず、（明示的にあるいは暗黙的に）本明細書で開示された任意の特徴又は特徴の組合せ、あるいはそれらの任意の一般化を含む。本開示の様々な利点について本明細書で説明されたが、特許請求の範囲によってカバーされる実施形態は、そのような利点の一部、全部を提供するか、又はそのような利点をまったく提供しないことがある。
【図１】
2018161492.tif 000003
【図２】
2018161492.tif 000004
【図３】
2018161492.tif 000005
【図４】
2018161492.tif 000006
【図５】
2018161492.tif 000007
【図６Ａ】
2018161492.tif 000008
【図６Ｂ】
2018161492.tif 000009
【図６Ｃ】
2018161492.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月29日(2018.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージングボリューム内での、均一Ｂ０界の一部又は全部の生成のための、ならびに必要とされる傾斜界及び／又はシミング界の同時生成のためのデバイスであって、前記デバイスは：
厚い断面積をもつ伝導ループと；
極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源、又は、極めて高い電流を発生することが可能な単一の実効電圧源と、
前記単一の実効電圧源が、直列に及び／又は並列に接続された電圧源のグループからなることと、
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源が、厚い断面積をもつ前記伝導ループと直列に接続されること；
厚い断面積をもつ前記伝導ループが、
１つ又は複数の消去セグメント対と、
２つ以上の寄与セグメントと
を含むように整形されることと、
各前記消去セグメント対の２つの消去セグメントが、
電流が逆平行であるように、互いに極めて近接して持ってこられた厚い断面積をもつ前記伝導ループのセグメントであり、
及び、
前記デバイスの前記イメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することと、
各前記寄与セグメントが、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの不対セグメントであることと、
前記寄与セグメントが、複数の不完全なループにグループ化されることと、
各個々の前記不完全なループが、
１つ又は複数の前記寄与セグメントからなり、
それの円周に１つ又は複数の小さいギャップを有する完全なループと等価であり、
及び、
共通の軸を中心とするものであることと、
前記不完全なループの全体が、
前記デバイスの前記イメージングボリューム内で前記均一Ｂ０界の一部又は全部を集合的に形成するように整形されることと、
各前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントが、
少なくとも１つの寄与セグメントによって厚い断面積をもつ前記伝導ループの全長に沿って分離され、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長のそれぞれの端部に両方とも配置されるのではないことと；
複数の電流シャントと、各前記電流シャントが、
１つ又は複数のシャント導体セグメントと、前記１つ又は複数のシャント導体セグメント内に挿入された少なくとも１つのシャント電圧源とを備えることと、
前記シャント導体セグメントが、厚い断面積をもつ前記伝導ループとは別個であることと、
前記少なくとも１つのシャント電圧源が、極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源とは別個であり物理的に分離していることと、
各前記電流シャントが、電流を、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成され、
各前記不完全なループについて、
前記不完全なループの前記円周における１つの前記小さいギャップの両側が、シャント伝導セグメントの終端に接続されることと、
前記不完全なループのうちの少なくとも２つの各不完全なループについて、
前記不完全なループの前記円周上の４つの位置が、シャント伝導セグメントの終端に接続されることと、前記４つの位置が、前記共通の軸によって定義される座標システム内で９０°のアジマス分離を有することと、
前記不完全なループのうちの前記少なくとも２つのすべてについて、
前記４つの位置のそれぞれのアジマスが同一であることと；
を備え、それにより、前記デバイスは：
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源からの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一Ｂ０界の一部又は全部を発生すること；
ならびに、
前記シャント電圧源を介して厚い断面積をもつ前記伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一Ｂ０界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、デバイス。
【請求項２】
各前記不完全なループが、正確に１つの前記寄与セグメントからなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記不完全なループのうち１つを除く全てが、１つより多い前記寄与セグメントからなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
各個々の前記不完全なループのいずれかが、垂直な前記消去セグメント対又は前記消去セグメント対の垂直部分をそれの下に配置させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記共通の軸によって定義される前記座標システム内で９０°のアジマス分離を有する４つの位置が前記シャント伝導セグメントの終端に接続される、各前記不完全なループについて、
第１の電流シャントが、前記４つの位置のうちの第１の位置と第２の位置との間に結合され、前記第１の位置と前記第２の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、
第２の電流シャントが、前記４つの位置のうちの第３の位置と第４の位置との間に結合され、前記第３の位置と前記第４の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、前記第３の位置と前記第４の位置とがその上にあるラインが、それにより、前記第１の位置と前記第２の位置とがその上にあるラインに対して９０°回転される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の位置と前記第２の位置との中間の前記第１の電流シャントの一部分が、２つの分岐に分けられ、
前記第３の位置と前記第４の位置との中間の前記第２の電流シャントの一部分も、２つの分岐に分けられる、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記不完全なループが、
円形に形成され、
及び、
前記共通の軸に垂直な面に位置する、
請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電流シャントの少なくとも１つが何らかの可変抵抗を持つ、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電流シャントが細長い真空チューブ内に置かれる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記単一の実効電圧源が、並列に配線され絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記単一の実効電圧源が、並列に配線されサイリスタを採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
任意の２つの隣接する寄与セグメントが、２つあるいは３つの消去セグメント対に属する消去セグメントによって、厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長に沿って分離される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
任意の２つの隣接する寄与セグメントが、１つの単一の消去セグメントによって、厚い断面積をもつ前記伝導ループの前記全長に沿って分離される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記共通の軸上で整合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記共通の軸上で整合されるものではない、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントの磁界消去が、前記消去セグメントの一方の、他方の消去セグメント内のテレスコーピングを伴う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記消去セグメント対の前記２つの消去セグメントの磁界消去が、前記２つの消去セグメントの交互絡合を伴う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
すべての前記消去セグメント対に関連する電流消去の度合いが、前記デバイスの前記イメージングボリューム内での磁界汚染の指定された最大しきい値を超えない磁界汚染のレベルに対応する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
磁界汚染の前記指定された最大しきい値が、前記Ｂ０界の大きさに関して１パートパーミリオンと５０パートパーミリオンとの間の値である、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
厚い断面積をもつ前記伝導ループが、成形品からアセンブルされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
スキャナのイメージングボリューム内で、均一Ｂ０界の一部又は全部を生成するための、ならびに必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を同時に生成するための方法であって、前記方法は：
厚い断面積をもつ伝導ループと直列に、極めて高い電流を発生することが可能である単一の電圧源、あるいは直列に及び／又は並列に接続された電圧源のグループを接続するステップと；
１つ又は複数の消去セグメント対と、
２つ以上の寄与セグメントと
を含むように厚い断面積をもつ前記伝導ループを整形するステップと、
各前記消去セグメント対の２つの消去セグメントが、
電流が逆平行であるように、互いにまだ極めて近接してはいなかったが互いに極めて近接して持ってこられたか、又は効果的に互いに締め付けられた、厚い断面積をもつ前記伝導ループのセグメントであり、
及び、
前記スキャナの前記イメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することと、
各前記寄与セグメントが、
厚い断面積をもつ前記伝導ループの不対セグメントであり、
及び、
前記寄与セグメントが前記スキャナの前記イメージングボリューム内で前記均一Ｂ０界の一部又は全部を集合的に形成するように整形されることと；
ならびに、
厚い断面積をもつ前記伝導ループにシャント電圧源を取り付けるステップと、各前記シャント電圧源が、電流を、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成されることと；
を備え、それにより、前記方法は：
極めて高い電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源からの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一Ｂ０界の一部又は全部を発生すること；
及び、
前記シャント電圧源を介して厚い断面積をもつ前記伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一Ｂ０界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び／又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、方法。
【請求項２２】
厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数のポイントから、厚い断面積をもつ前記伝導ループの１つ又は複数の他のポイントへの電流の前記短絡が、可変抵抗を伴う、請求項２１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月１４日に出願された、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０２６００６号に対応する日本出願であり、前記国際出願は、２０１１年８月１０日に出願された特許文献１の利益を主張している、２０１２年８月１０日に出願された特許文献２に関連する。
【０００２】
連邦出資の研究及び開発に関する声明
本開示は連邦支援の研究及び開発の主題でなかった。
【０００３】
本開示は、電流の印加を介した磁界パターンの確立に関し；より詳細には、本開示は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナのコンテキストにおける、ならびに、対象からの情報の導出のために正確な磁界パターンの確立を同じく必要とする、核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴イメージング、及び電子常磁性共鳴スペクトロスコピーなどの、他のシステムのコンテキストにおける磁界パターンの確立に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ及び他の同様のデバイスは、対象内に本質的に存在する磁気モーメントの配向を正確に操作するように磁界を確立するシステムである。この操作により、磁気モーメントがスキャナ内に電気信号を生成し、次にこれらの信号が使用されて、対象の内部組成の詳細な画像が構築される。
【０００５】
イメージング中にＭＲＩスキャナ内で見られる磁界は、通常、スキャナによって発生された２つ以上の極めて異なる磁界パターンの合計である。これらのパターンは、それらのネット効果が、イメージングのために特に指定されたスキャナのボリューム内で特定の時点において所望される磁気モーメント配向を発生するように、慎重に設計され、タイミングをとられなければならない。ＭＲ画像取得にとって重要であると見なされる磁界パターンは、極めて強くて均一であるＢ０界；無線周波数において変動するＢ１界；ならびに、各々の大きさがｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向においてそれぞれほぼ線形的に変化するｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及びｚ傾斜界である。Ｂ０界の均一性の改善のために、シミング磁界も頻繁に使用される。
【０００６】
上記の磁界パターンの各々は、通常、スキャナ内の別個の構造によって発生され、そのような各構造は、電流の構成であるか又は永久磁石の構成である。抵抗性ＭＲＩスキャナの場合、磁界パターンのすべてが非超伝導電気的構造によって発生される。
【０００７】
ＭＲイメージングは、病気診断に対する大きい成功を伴って適用されている。しかしながら、癌検査を含む、病気検査へのＭＲＩの拡張は、残念ながら比較的限定されている。検査のためのＭＲＩの使用を著しく限定する２つの要因は、スキャナ構築に一般に関連する比較的高いコスト、及びＭＲＩスキャナ内に見られる典型的に小さい患者空間に関連する不快感である。
【０００８】
スキャナをより安価で広々としたものにし、したがって、特に病気検査のほうを指向したスキャナを開発するための１つの手法は、ＭＲＩにおいて使用される複数の磁界パターンを、それらのそれぞれの電流の合計を搬送する構成を用いて同時に生成することであろう。Ｂ０界、傾斜界、及びシミング界のすべてのベクトルは主に単一の方向、慣例によればｚ方向に配向されることになるので、原理上はこれらの界の電流を合計することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、合計された電流構成とともに複数の傾斜界及び／又はシミング界を発生することに極めて成功しているように思われる方法は開発されたが、特にＢ０界を傾斜界及び／又はシミング界と合成するための実際的な手段はまだ導入されていない。例えば、ゲープハルトらの特許文献３の図１４は、異なる磁界パターンを同時に確立することができ、ループの平面に直角に配向された規則正しく離間したラインセグメントによって接続される一連の並列同軸ループからなる電気的構成を示している。Ｂ０界に必要な電流は、ループ巻線が使用されないときは数万アンペア程度であるので、仮定的Ｂ０界に寄与するこの構造中の各ループは、極めて大きい電流を供給することが可能な電圧源を有しなければならないであろう。十分均一なＢ０界のために最低４つのループを仮定すると、その構造がそれの他の磁界パターンの中でもＢ０界を発生するためには、したがって、極めて大きい電流のための４つの電圧源が必要とされよう。
【００１０】
ワトキンズらの特許文献４の図１は、個々のループが、独立した電圧源をもつ別個のループセグメント又はアークと交換された電気的構成を開示している。各セグメント化されたループにおける、及び全体としての構造における電流パターンは、異なるＭＲＩ磁界パターンに関連付けられた電流パターンの合計を表すことが明らかに可能である。ただし、ここでは、仮定的Ｂ０界に寄与するために使用されるあらゆるセグメントが、数万アンペアを生成することが可能な電圧源を必要とするであろう。ここでも、Ｂ０界のために最低４つのループのアセンブリを仮定し、さらに、ワトキンズらの構造の各セグメント化されたループが少なくとも４つのセグメントからなると仮定すると、この構造がそれの他の磁界パターンとともにＢ０界を同時に発生した場合、極めて高い電流の１６個の電源が必要とされよう。その極めて実際的でない要件以上に、Ｂ０界に寄与する各セグメントに関連付けられた極めて高い復帰電流が、エネルギーの浪費につながり得、さらにスキャナのイメージングボリューム内の磁界を著しくひずませる可能性があり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／５７４，８２３号
【特許文献２】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０４６２号
【特許文献３】米国特許第６，４９２，８１７号
【特許文献４】米国特許第６，９３３，７２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
極めて高い電流の複数の電圧源を必要とせずに又は上述の他の問題に対処する必要なしに、合計された電流構成を介して１つ又は複数の他の磁界パターンとともにＢ０界を確立することが可能な構造を提供することが、本開示の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、本開示に従って、厚い断面積をもつ伝導ループ、及び極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源を伴う実施形態を通して達成される。ループの逆並列セグメントは互いに極めて近接して持ってこられ、これは、ループが１つ又は複数のロケーションにおいて効果的に「締め付けられ」、逆並列セグメントの各ペアがスキャナのイメージングボリューム内でほぼ０の磁界に寄与することを意味する。このループにおける不対セグメントは、均一なＢ０界を集合的に形成するように整形される。電圧源は、次いで、この厚いループ内の電流の再分配が得られることにより、それのＢ０界に加えて、必要とされる傾斜界及び／又はシミング界をそれが同時に確立するように、電流をこの厚いループの１つのポイントから別のループに短絡する。
【００１４】
単一の厚いループを用いたＢ０界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されるシステム及び方法のさらにより良い理解が、以下の図面を参照することによって得られよう：
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、Ｂ０界、ｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及びｚ傾斜界を発生することが可能な、電流シャントが取り付けられた、単一の厚いループを太線として示す概略回路図である。
【図２】図２は、図１の単一の厚いループ内の円形構造のいずれか１つに関連付けられ得る実際の電流を示す概略回路図である。
【図３】図３は、図１によって表される概略回路図実施形態がＭＲＩスキャナにおいて実際にどのように見え得るかを示し、図３Ａは、物理的な実施形態への変換に備えるために、図１の概略回路図になされた変更を示し、図３Ｂは、図１の実際の物理的実施形態がどのように現れるかを示し、図３Ｃは、図３Ｂの物理的実施形態の環状構造および管状構造がどのように互いに接続されているかを示し、図３Ｄは、図３Ｂの物理的実施形態の管状構造内での入れ子式の使用を図示する。
【図４】図４は、共有電流構成を介してＢ０界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図１の代替実施形態を提示する。
【図５】図５もまた、共有電流構成を介してＢ０界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図１の代替実施形態を提示する。
【図６Ａ】図６Ａは、ｚ傾斜界を形成するために単一の薄いループが使用され得て、取り付けられた電流シャントにより、この単一の薄いループがｘ傾斜界及びｙ傾斜界をも確立することが可能になる、図１に類似する構造を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。
【図６Ｃ】図６Ｃもまた、図６Ａの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、極めて高い電流Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇを生成することが可能な単一の電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉから電力を受け取る、太い黒線によって表される、単一の厚い伝導ループ１００を示す概略回路図である。電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉに取り付けられることが通常は予想されるであろう逆並列電流に加えて逆並列電流のいくつかのセグメント１１０が対合されるように、厚いループ１００は曲げられている。そのような各セグメント対は、イメージングのために指定されたスキャナのボリューム中でほぼ０に等しい合成磁界を有するものと理解され、それは、例えば、所与のセグメント対が、セグメントを互いに極めて近くに置くこと、一方のセグメントを他方のセグメント内にテレスコーピングすること、又は２つのセグメントを互いに交互絡合することを通して達成され得る。絶縁及び／又はエアーギャップは、対の中のセグメントが、互いに直接的な物理的接触を生じること、又は互いに直接的に電気的に伝導することを防止する。４つの円形構造（部分ループ）を形成する、１００の非対セグメントは、それらの円形構造が適切にサイズ決定され、配置されると、電流ＩｐｏｌａｒｉｚｉｎｇをもつＢ０界を発生する。３つの電流シャント２０が１００の４つの円形構造の各々に接続される。各電流シャント２０は電圧源Ｖから電力を受け取り、電流シャント２０のアクティブ化により、１００によって発生されたＢ０界にｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界が加えられるように厚いループ１００中で電流が再分配される。シャントは、それらが互いに視覚的に区別されるのを助けるために、本出願全体にわたって実線と破線の両方で描かれている。
【００１７】
図２は、図１の厚いループ１００内の円形構造のいずれかの１つに関連付けられ得る実際の電流を示す概略回路図である。図２に示された軸に一致して、円形構造は、ｘ−ｙ平面に対して平行であり、ｚ軸を中心とするものであると理解される。シャントＡ４０はｙ軸上のポイント４２からｙ軸上のポイント４４に電流を伝え、シャントＢ６０はｘ軸上のポイント６２からｘ軸上のポイント６４に電流を伝え、シャントＣ８０は、図２中の垂直セグメント対の一方のセグメント１１０上のポイント８２から、垂直セグメント対の他方のセグメント１１０上のポイント８４に電流を伝える。当業者は、電圧源によって発生された電流β、γ、及びδが、スキャナのイメージングボリューム内のｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界にそれぞれ寄与し得ることを認識するであろう。当業者はさらに、図２に示された電流β、γ、及びδのために必要とされるシャント電圧の大きさについて容易に解くために、キルヒホッフの接合法則及びループ法則が使用され得ることを諒解するであろう。これらの電圧は以下の通りである：
ＶＡ＝（２β）ＲΑ＋２（Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ＋δ＋β）Ｒｑ
ＶＢ＝（２γ）ＲＢ＋２（−Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ−δ＋γ）Ｒｑ
ＶＣ＝（δ−β＋γ）ＲＣ＋４（Ｉｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ＋δ）Ｒｑ、
ただし、Ｒｑは円形構造の各１／４の抵抗であり、ＲＡはシャントＡに関連する総抵抗であり、ＲＢはシャントＢに関連する総抵抗であり、ＲＣはシャントＣに関連する総抵抗である。
【００１８】
図３は、図１の概略実施形態がＭＲＩスキャナにおいて実際に物理的にどのように見え得るかを示す。図３Ａは、図３Ｂの予備図であり、削除されている図１の垂直セグメント対を示す。図１の垂直セグメント対は、Ｂ０界を実際に発生する１００の非対セグメントから対合されたセグメント１１０をよりはっきり視覚的に分離することによって本実施形態がより良く理解されるのを助けるが、それらは本実施形態の動作のために必要ではなく、実際は、それらの電流はエネルギーの浪費を表す可能性があり得る。図３Ｂは、各円形構造が図２の円形構造と同じ配向を有する、図１の概略回路図の実際の物理的顕示を示す。当業者は、構造のうちの最初の２つの円形構造及び最後の２つの円形構造にそれぞれ関連する対抗δ電流がｚ傾斜界の生成に一致し、一方、中間の２つの部分ループの並列β電流及び中間の２つの部分ループの並列γ電流がｘ傾斜界及びｙ傾斜界のそれぞれの生成に一致することを認識するであろう。
【００１９】
図３Ｂに関するいくつかの実際的な注記がここで行われ得る。第１に、各シャントは、ｚ軸に直角に進むとき、２つの分岐に分かれることがわかる。この分岐に関連する正確な構成は、スキャナによって発生されるｘ及びｙ傾斜磁界パターンを保存するように示され得る。当業者は、本開示に関連するシャントは、スキャナのイメージングボリューム内で所望される磁界パターンをひずませないように概して構築されていることを確認できるであろう。第２に、図３Ｂの厚いループは、その内の渦電流の形成を防止するスロットを含んでいなければならないことがある。これらのスロットは、ループから生じる磁界パターンの全体的な精度に影響を及ぼさないように設計されるべきである。第３に、この厚いループのインダクタンスを克服するためにシャント中に電流を駆動する電圧源が使用され得、このようにして、この厚いループによって確立される磁界が、典型的にはＭＲＩスキャニングのために必要とされるときのように迅速に（すなわち、約１／２ミリ秒中に）変更されることが可能になることがわかる。第４に、関連する電圧源ＶＨＩＧＨ  Ｉは、この厚いループに関連する極めて高い電流及び極めて低い抵抗を特に取り扱うように構築される必要がある可能性があり得る。これは、例えば、並列に互いに配線された整流器コントローラユニットのスタックの使用によって、及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、又は他の半導体技術を採用することによって達成され得る。
【００２０】
図３Ｃは、それにより図３Ｂの円形構造が図３Ｂの管状構造によって互いに接続される手段を示し、それは図１の水平セグメント対に集合的に対応する。明らかに、管状構造と図３Ｂの各円形構造との間には、これらの構造が構築される導体の厚みのみのために、図３Ａによって示された垂直セグメント対が削除された場合でも、短い逆電流セグメント対が存在することになる。
【００２１】
図３Ｄは、図１の水平セグメント対に対応する電流がスキャナのイメージングボリューム内で合計でほぼ０になることを保証するのを助けるためのテレスコーピングの使用を示す。当業者なら、最高度の電流消去を達成するための方法に気づいているはずであり、この電流消去の精度は、スキャナのイメージングボリューム内で許容される対応する磁界汚染の最大しきい値に関して指定され得る（例えば、選択肢の中でも、Ｂ０界の大きさに関して、１パートパーミリオン、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、又は５０ｐｐｍ）。
【００２２】
図４Ａは、シャントが、同じ円形構造内のポイントとは対照的に異なる円形構造間のポイントを接続する、図１の実施形態の変形形態を示す。図４Ｂは、Ｂ０界が、４つの円形構造とは対照的に６つの半円形構造及び１つの円形構造によって発生される、図１の実施形態の変形形態を示す。
【００２３】
図５Ａは、２つの別個のシャントが厚いループの同じポイントに接続され得ることを示す図１の実施形態の変形形態である。図５Ｂは、シャントが厚いループの３つ以上のポイントに接続され得ることを示す変形形態である。図５Ｃは、厚いループがＢ０界及び傾斜界に加えてシミング界を生成することを特に可能にするものと当業者が認識するであろう変形形態である。図５Ｄは、２つのシャントがノードにおいて交差することができることを示し、図５Ｅは、２つのシャントが、円、ポリゴン、又はより複雑な構造を介して交差することができることをさらに示唆する。
【００２４】
図５Ｆは、厚いループ又は極めて大きい電流を生成することが可能な電圧源のいずれかを実際に使用せずに、合計された電流構造を用いてＢ０界及び他の磁界パターンを達成するための方法を示す図１の実施形態の変形形態である。特に、図１の厚いループは、わずか数十アンペア程度の電流を搬送する薄いループと交換される。さらに、図１の場合のように、硬い円形構造をそれぞれ形成するループの不対セグメントの代わりに、各不対セグメントは、何回も並列に巻かれ得る極めて長い、フレキシブルなセグメントである。図５Ｆの上部の３つの薄い円形構造は、１つのそのような長い、フレキシブルなセグメントの個々の巻線を表すと仮定される。巻かれた長い、フレキシブルな各セグメントに関連するアンペア回数の総数は、図５Ｆの不対セグメントが、図１に関連するＢ０界程度のＢ０界を発生するのに十分大きい。さらに、各巻線と、図５Ｆの下部の近くの垂直セグメント対とに取り付けられたシャントは、ｘ傾斜界、ｙ傾斜界、及び／又はｚ傾斜界がそのＢ０界と同時に発生されることを可能にする。
【００２５】
図６Ａは、図５Ｆのように、極めて大きい電流を搬送しない薄いループ１００’を使用する図１の変形形態である。ただし、図６Ａの構造は、図５Ｆの構造が含んでいるように長い、フレキシブルなセグメント及び巻線を含んでおらず、したがって、図６Ａの回路は、Ｂ０界を発生するようにはまったく意図されていない。代わりに、図６Ａは、図１の類似物を示すように意図されており、ここでは、主要な薄いループが非Ｂ０電磁界パターンを確立し、その初期非Ｂ０電磁界パターンに他の磁界パターンをアドオンするために、主要な薄いループ１００’に取り付けられたシャントが使用される。図６Ａの特定の場合、主要な薄いループ１００’はｚ傾斜界を発生し得、そのループに接続されたシャント２０は、次いで、そのｚ傾斜界にｘ傾斜界及び／又はｙ傾斜界を加えるはずである。
【００２６】
当業者によく知られているように、極めて強い磁界にさらされ、また時間とともに変化している電流を含んでいる構造は、概してローレンツ力から振動し、それにより、音響雑音を発生する。変化している電流をもつ厚いループ１００のセグメントは、概して、厚いループは数千キログラム程度の重さがある可能性があることのみにより、厚いループの他のセグメントから発する界に関連するローレンツ力からの影響を受けないことが予想され得る。一方、Ｂ０界発生構造の近くに置かれた薄いループ１００’は、明らかにローレンツ力の影響を受けやすいことがある。その問題を緩和するための１つの方法が図６Ｂに示されている。薄いループ１００’とＢ０界を発生する構造の両方が円形断面を有し、Ｂ０界を発生する構造４００の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル４０２中に、薄いループの一部が対称的に入れられている。同様に、図６Ｃでは、薄いループ１００’とＢ０界を発生する構造の両方がこの場合も円形断面を有するが、今度は、薄いループ１００’の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル５０２中に、Ｂ０界を発生する構造５００の一部が対称的に入れられている。当業者なら、図６Ｂ及び図６Ｃに示された構成の対称性により、Ｂ０界を発生する構造の内部に置かれるか又はその一部を包囲するようにされる薄いループ１００’の一部の音響振動は、Ｂ０界を発生する構造に１００’のその一部が単に隣接するままにされた場合に１００’のその一部が受けるであろう振動に対して、低減される可能性があり得ることを理解するであろう。振動のそのような低減は、同心にされた薄いループ１００’の一部とＢ０界を発生する構造の一部とが比較的大きい曲率半径を有する場合、より著しくなることが予想されるであろう。
【００２７】
当業者は、上記の図において提示されたもの以外に、本開示に関連する多くの他の変形形態があることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、厚いループが分岐し再結合するようにされるか、あるいは複数の厚いループが一緒に配置され得るが、電流の全体的な構造は、図１の実施形態について説明されたものと依然として等価であり得る。厚いループは、いくつかの実施形態では、スキャナに必要とされるＢ０界の一部のみを発生するが、場合によっては図１に示されているように現れ得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、それの電圧源に加えて厚いループ内の必要とされる電流の分配を達成するのを助けるために使用され得る何らかの可変抵抗を持ち得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、厚いループの複数のポイントからの電流、厚いループの複数のポイントへの復帰電流、又は両方をピックアップし得る。上記で論じられたいかなる所与の電圧源も、いくつかの実施形態では、例えば厚いループスキャナのループに電力供給するために使用される高電流電圧源の場合に当てはまる可能性があり得るように、直列及び／又は並列に接続された電圧源のグループと交換され得る。本開示は、明らかに、磁界パターンを発生するＭＲＩスキャナ以外のシステムにおいて使用され得る。核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴スペクトロスコピー、及び電子常磁性共鳴イメージングは、本開示が適用され得る非ＭＲＩ方法の３つの例である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
今や本開示のシステム及び方法を開示したので、当業者は、以下の段落において説明される利点の一部又は全部が可能にされ得ることを理解するであろう。以下の段落では、図１に描かれた回路の物理的実施形態は「厚いループスキャナ」と呼ばれる。
【００２９】
厚いループスキャナの第１の利点は、ＭＲＩにおいてＢ０界磁界パターンの精度が特に重要であるとすれば、厚いループスキャナの部分ループが、抵抗性ＭＲＩスキャナにおける典型的なＢ０界発生構造の位置、直径、及び厚みに等しいか又はほぼ等しい位置、直径、及び厚みを有するように設計される可能性があり得るということからわかるであろう。これは、シャントの経路が、図３Ｂの場合のように、厚いループによって囲まれたボリュームの外部にあるように設定されると仮定すると、広さの観点から、厚いループスキャナは、Ｂ０界及びＢ１界発生構造のみを含んでいるＭＲＩスキャナと等価になることを意味する。無線周波数コイルセットのサイズは、厚いループスキャナ内で解放される空間により、通常よりも大きくされることが可能であり得る。大幅に増加した広さの感覚は、病気検査を一般集団にとってより快いものにする可能性があり得、肥満した個人のイメージング、閉所恐怖症をもつ個人のイメージング、獣医学イメージング、及び介入性又は外科的手技中のイメージングのための機会をも増加させるであろう。
【００３０】
厚いループスキャナの第２の有利な特徴は、比較的低い予想製造コストである。Ｂ１界発生構造以外のただ１つの有意な磁界発生構造がスキャナのために製造される必要があり得る。さらに、厚いループは、おそらく成形品からアセンブルされ、したがって、ワイヤを慎重に繰り返し巻くことから形成される構造と比較して、作成するのによりコスト効果的であり得る。成形構造はまた、巻かれた構造よりも輸送の機械的応力から生じる誤差を受けにくく、その理由で、例えば、発展途上国への寄付のために、多数の巻線をもつスキャナの場合に当てはまり得るよりも、厚いループスキャナを分解し、それを他の場所で再アセンブルすることがより経済的であり得る。電流シャントは、厚いループスキャナの厚いループとともに製造され、その厚いループに取り付けられなければならないことは、真実である；しかしながら、厚いループ自体のように、電流シャントは比較的単純な構造である。
【００３１】
厚いループスキャナの第３の有利な特徴は、比較的静かな動作を提供するそれの能力である。標準のＭＲＩでは、様々な構造がしばしば、密嵌している同心シリンダーの形態で互いの内に配置される；しかしながら、上記で説明されたように、厚いループスキャナは、比較的大量の自由空間を有することが予想される。この増加した空間の一部は、電流シャントの周りの細長い真空チューブの配置に充てられ得、それにより、それらの電流の値が変化するときにシャントに作用するローレンツ力から生じる雑音伝送が著しく低減され得る。シャントが図３Ｂに示された配置を有することになった場合、シャントを囲むために使用される真空チューブは、単に、８つのまっすぐな真空チューブ、及び２つの円形真空リングから構成され得る。厚いループはおそらく１０００ｋｇ程度の重さになり、したがって、それの電流が変化したときに著しく振動する可能性が低くなり得るので、真空チューブは、厚いループ自体のどの部分の周りにも配置される必要はないであろう。
【００３２】
今やＢ０界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されたシステム及び方法を読んで理解したので、当業者は、上記の開示によって可能にされている他の利点、変形形態、及び実施形態を認識するであろう。そのような利点、変形形態、及び実施形態は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物の範囲及び意味の一部であると見なされるべきである。
【００３３】
上記では特定の実施形態について説明されたが、これらの実施形態は、特定の特徴に関して１つの実施形態しか説明されていない場合でも、本開示の範囲を限定するものではない。本開示において提供される特徴の例は、別段に記載されていない限り、限定的ではなく例示的であるように意図されている。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者に明らかであるはずのそのような代替形態、変更形態、及び等価形態を包含するものである。
【００３４】
本開示の範囲は、それが本明細書において対処された問題のいずれか又はすべてを緩和するか否かにかかわらず、（明示的にあるいは暗黙的に）本明細書で開示された任意の特徴又は特徴の組合せ、あるいはそれらの任意の一般化を含む。本開示の様々な利点について本明細書で説明されたが、特許請求の範囲によってカバーされる実施形態は、そのような利点の一部、全部を提供するか、又はそのような利点をまったく提供しないことがある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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