(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記少なくとも１つのグラジエントコイル及び前記少なくとも１つのＲＦコイルは、前記検査領域と前記グラジエントコイルと前記少なくとも１つのＲＦコイルとの間に配置された少なくとも１つの非磁性非金属壁を有する少なくとも１つの真空チャンバ内に配置されている、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、前記超伝導物質で作られている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記主超伝導磁石、前記少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルの各々、及び前記少なくとも１つの超伝導ＲＦコイルの各々は全て、高温超伝導（ＨＴＳ）物質と低温超伝導（ＬＴＳ）物質の両方ではなく、これらのうちいずれか一方で作られている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記主超伝導磁石、前記少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルの各々、及び前記少なくとも１つの超伝導ＲＦコイルの各々は全て、ＨＴＳ物質で作られている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記主超伝導磁石、前記少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルの各々及び前記少なくとも１つの超伝導ＲＦコイルの各々には同一の前記ＨＴＳ物質が用いられている、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記主超伝導磁石、前記少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルの各々、及び前記少なくとも１つの超伝導ＲＦコイルの各々は全て、同一のＨＴＳ物質で作られ、
前記ＨＴＳ材料は、テープとして形成されたビスマス・ストロンチウム・銅・酸素（ＢＳＣＣＯ）から構成される、システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのグラジエントコイル及び前記少なくとも１つのＲＦコイルは、少なくとも１つの非磁性非金属壁から構成される共通真空チャンバ内に配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記共通真空チャンバと前記検査領域との間に配置された別の真空チャンバを更に有し、前記別の真空チャンバは、前記少なくとも１つの非磁性非金属壁で作られた第１の壁と、前記第１の壁から間隔を隔てた第２の非磁性非金属壁とを有する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの真空チャンバは、前記少なくとも１つのグラジエントコイルを収容した第１の真空チャンバと、前記第１の真空チャンバと前記検査領域との間に配置され、かつ前記少なくとも１つのＲＦコイルを収容した第２の真空チャンバとから構成され、前記少なくとも１つの非磁性非金属壁は、前記検査領域と前記グラジエントコイルとの間に配置された第１の非磁性非金属壁と、前記検査領域と前記少なくとも１つのＲＦコイルとの間に配置された第２の非磁性非金属壁とから構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の真空チャンバと前記検査領域との間に配置された別の真空チャンバを更に有し、前記別の真空チャンバは、前記第２の非磁性非金属壁から形成された第１の壁と、前記第１の壁から間隔を隔てた第３の非磁性非金属壁とを有する、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記主磁石は、第１の真空チャンバ内に配置され、前記少なくとも１つのＲＦコイル及び前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、第２の真空チャンバ内に配置されている、システム。
【請求項１２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記主磁石、前記少なくとも１つのＲＦコイル及び前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、それぞれの真空チャンバ内に配置されている、システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＲＦコイル及び前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、共通真空チャンバ内に配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのＲＦコイル及び前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、共通ヒートシンクに熱的結合されている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、室温未満に冷却されたときに銅よりも高い導電率を有する前記非超伝導物質で作られている、請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、室温未満に冷却されたときに銅よりも高い導電率を有する前記非超伝導物質で作られ、
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、２次元電子ガス構造体である、システム。
【請求項１７】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、室温未満に冷却されたときに銅よりも高い導電率を有する前記非超伝導物質で作られ、
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、カーボンナノチューブ構造体である、システム。
【請求項１８】
前記主超伝導磁石は、前記検査領域を含むボアを有する円筒形ソレノイド磁石である、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、コイルアレイから構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、送信機及び受信機の両方として動作可能な単一のＲＦコイルから構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、送信機ＲＦコイルと、受信機ＲＦコイルとから構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記主超伝導磁石は、第１の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、第２の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、第３の極低温冷却システムによって冷却可能に構成されている、システム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのＲＦコイルは、室温未満に冷却されたときに銅よりも高い導電率を有する前記非超伝導物質で作られている、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピーの少なくとも一方のためのシステムであって、前記システムは、
検査領域に一様な磁場を生じさせるように動作可能な主超伝導磁石と、
それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを前記検査領域内に加えるように動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、
高周波信号を前記検査領域に送信したりこれから受信したりするように動作可能であると共に冷却可能に構成された少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、前記少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成され、
前記主超伝導磁石は、第１の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、前記少なくとも１つのＲＦコイル及び前記少なくとも１つのグラジエントコイルは、第２の極低温冷却システムによって冷却可能に構成されている、システム。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルは、３つのそれぞれの互いに直交する方向に磁場グラジエントをもたらすよう構成された３つの超伝導グラジエント界磁コイルから構成され、前記方向のうちの１つは、前記検査領域内における前記一様な磁場の方向に沿っている、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁気共鳴イメージング及びスペクトロスコピーに関し、特に、超伝導体コンポーネントを採用した磁気共鳴イメージング（画像化）及びスペクトロスコピー機器並びにかかる機器を製造する方法に関する。
【０００２】
（関連出願の説明）
本願は、２００９年３月１０日に出願された米国特許仮出願第６１／１５９，００８号及び２００９年４月１日に出願された米国特許出願第１２／４１６，６０６号の権益主張出願であり、これら出願の各々を参照により引用し、かかる引用による組み込みが許容され又は禁止されてはいない各ＰＣＴ加盟国及び領域の目的に照らしてその記載内容全体を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
磁気共鳴イメージング又は画像化（ＭＲＩ）技術は、世界全体にわたって大規模医療機関において今日一般的に用いられており、かかる技術により、医療の実務において多大な且つ特有の利益が得られている。ＭＲＩは、構造及び解剖学的特徴を画像化する確固たる診断ツールとして開発されたが、かかるＭＲＩは、機能的活動及び他の生物理学的及び生化学的特徴又はプロセス（例えば、血液の流れ、代謝産物／代謝、拡散）を画像化するためにも開発され、これら磁気共鳴（ＭＲ）イメージング技術の中には、機能ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）、分光ＭＲＩ又は磁気共鳴分光イメージング（ＭＲＳＩ）、拡散強調イメージング（ＤＷＩ）及び拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）と呼ばれるものが知られている。これら磁気共鳴イメージング技術は、病理学的特徴を突き止めてこれを評価すると共に検査対象の組織の健康状態を判定するためのこれらの医学的診断価値に加えて、広い臨床的及び研究的用途を有している。
【０００４】
典型的なＭＲＩ検査中、患者の体（又は試料物体）は、検査領域内に配置され、ＭＲＩスキャナの患者支持体によって支持され、ＭＲＩスキャナでは、実質的に一定且つ一様な一次（主）磁場が一次（主）磁石によって提供される。磁場は、体の中の歳差運動を行っている原子、例えば水素（プロトン）の核磁化を整列させる。磁石内のグラジエントコイル組立体が所与の場所で磁場の僅かな変化を生じさせ、かくして、画像化領域中に共振周波数の符号化をもたらす。高周波（ＲＦ）コイルは、コンピュータ制御下において、パルスシーケンスに従って選択的に駆動されて患者の体内に一時的振動横方向磁化信号を生じさせ、この磁化信号は、ＲＦコイルによって検出され、コンピュータ処理によって、患者の空間位置確認された領域にマップ可能であり、かくして検査中の関心領域（region-of-interest）の画像が得られる。
【０００５】
よく見受けられるＭＲＩ形態では、静的主磁場は、典型的には、ソレノイド磁石装置によって作られ、患者プラットホームは、ソレノイド巻線によって画定された円筒形空間（即ち、主磁石ボア）内に配置される。主磁場の巻線は、典型的には、低温半導体（ＬＴＳ）物質として具体化され、抵抗を減少させるためにかくして、発生する熱の量及び主磁場を作ってこれを維持するのに必要な電力の大きさを最小限に抑えるために液体ヘリウムで過冷却される。既存のＬＴＳ超伝導ＭＲＩ磁石の大部分は、ニオブ−チタン（ＮｂＴｉ）及び／又はＮｂ3Ｓｎ材料で作られ、これは、クライオスタットにより４．２Ｋの温度まで冷却される。
【０００６】
当業者には知られているように、磁場グラジエントコイルは、一般に、空間中の３本の主要なデカルト軸の各々に沿って線形磁場グラジエントを選択的に提供するよう構成されており、その結果、磁場の大きさは、検査領域内の場所で変化し、関心のある領域内の互いに異なる場所からの磁気共鳴信号の特性、例えば信号の周波数及び位相は、この領域内の位置に従って符号化されるようになっている（かくして、空間位置確認が可能になっている）。典型的には、傾斜（グラジエント）磁場は、電流がコイル状サドル（鞍）又はソレノイド巻線を通って流れることにより作られ、ソレノイド巻線は、主磁場の巻線を収容した大径筒体と同心に且つこの中に嵌め込まれた筒体に取り付けられている。主磁場とは異なり、グラジエント磁場を作るために用いられるコイルは、典型的には、共通の室温銅巻線である。グラジエント強度及び磁場の直線性は、得られる画像の細部の精度と組織化学的性質に関する情報の両方にとって基本的に重要なものである（例えば、ＭＲＳＩにおいて）。
【０００７】
ＭＲＩが始まって以来、例えば高い空間分解能、高いスペクトル分解能（例えば、ＭＲＳＩに関して）、高いコントラスト及び迅速な収集速度を提供することによりＭＲＩ品質及び能力を向上させる絶え間ない技術的追求が行われている。例えば、画像化（収集）速度の増大は、画像収集中の画像化領域の一時的変化、例えば患者の動き、自然な解剖学的運動及び／又は機能的運動（例えば、心拍動、呼吸、血液の流れ）に起因する変化及び／又は自然な生化学的変化（例えば、ＭＲＳＩ中、代謝によって引き起こされる）により生じる画像化ぶれ又はぼけを最小限に抑える上で望ましい。同様に、例えば分光ＭＲＩにおいては、データを収集するパルスシーケンスが空間情報に加えてスペクトル情報を符号化するので、所望のスペクトル分解能及び空間位置確認を提供するのに十分なスペクトル情報及び空間情報を収集するために必要な時間を最小限に抑えることは、分光ＭＲＩの臨床的実用性及び有用性を向上させる上で特に重要である。
【０００８】
高コントラスト、高分解能及び高収集速度の観点において良好なＭＲＩ画像品質には幾つかの要因が寄与する。画像品質及び収集速度に影響を及ぼす重要なパラメータは、信号対雑音比（ＳＮＲ）である。ＭＲＩシステムの前置増幅器前の信号を増大させることによりＳＮＲを向上させることは、画像品質を向上させる観点で重要である。ＳＮＲを向上させる一手法は、ＳＮＲが磁場の大きさに比例するので、磁石の磁場強度を増大させることである。しかしながら、臨床用途では、ＭＲＩには、磁石の磁場強度に関して上限がある（米国食品医薬品局の現行の上限は、３Ｔ（テスラ））。ＳＮＲを向上させる他の手法では、可能な場合には、視野を減少させ（可能な場合）、試料とＲＦコイルとの間の距離を減少させると共に／或いはＲＦコイルノイズを減少させることによって試料ノイズを減少させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩを改良する絶え間ない技術的努力及び多くの技術的進歩にもかかわらず、例えばコントラストの向上、ＳＮＲの向上、収集速度の高速化、空間及び一時的分解能の向上及び／又はスペクトル分解能の向上を可能にするＭＲＩにおける更にこれまで以上の改良が要望され続けている。
【００１０】
さらに、ＭＲＩ技術のそれ以上の使用に悪影響を及ぼす大きな要因は、購入と保守の両方に関して高価な磁場システムと関連した高いコストにある。かくして、妥当なコストで製造されると共に／或いは維持可能であり、ＭＲＩ技術をより広く用いることができるようにする高品質ＭＲＩイメージングシステムを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の種々の実施形態は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び／又は磁気共鳴スペクトロスコピー用の方法及び機器を提供し、かかる機器は、検査領域に一様な磁場を生じさせるよう動作可能な主超伝導磁石と、それぞれ少なくとも１つの磁場グラジエントを検査領域内に加えるよう動作可能な少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルと、高周波信号を検査領域に送信したりこれから受信したりするよう動作可能であると共に冷却可能に構成されている少なくとも１つのＲＦコイルとを有し、少なくとも１つのＲＦコイルは、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成される。
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態によれば、主超伝導磁石、超伝導グラジエント界磁コイル及びＲＦコイルは各々、高温超伝導物質を用いた超伝導体として具体化されている。変形形態では、主超伝導磁石及び／又は少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルのうちの１つ又は２つ以上及び／又はＲＦコイルは全て、低温超伝導物質で作られている。
【００１３】
本発明の幾つかの観点によれば、少なくとも１つのグラジエントコイル及び少なくとも１つのＲＦコイルは、検査領域とグラジエントコイルと少なくとも１つのＲＦコイルとの間に配置された少なくとも１つの非磁性非金属壁を有する少なくとも１つの真空チャンバ内に配置されている。さらに、少なくとも１つのグラジエントコイル及び少なくとも１つのＲＦコイルは、少なくとも１つの非磁性非金属壁から構成される共通真空チャンバ内に配置されるのがよい。別の真空チャンバを共通真空チャンバと検査領域との間に配置するのがよく、別の真空チャンバは、（ｉ）共通真空チャンバの少なくとも１つの非磁性非金属壁で作られた第１の壁、及び（ｉｉ）第１の壁から間隔を隔てた第２の非磁性非金属壁を有する。
【００１４】
本発明の幾つかの観点によれば、主磁石は、第１の真空チャンバ内に配置されるのがよく、少なくとも１つのＲＦコイル及び少なくとも１つのグラジエントコイルは、第２の真空チャンバ内に配置されるのがよい。変形例として、幾つかの実施形態では、主磁石、少なくとも１つのＲＦコイル及び少なくとも１つのグラジエントコイルは、それぞれの真空チャンバ内に配置されるのがよい。
【００１５】
本発明の種々の観点によれば、少なくとも１つのＲＦコイルは、２次元電子ガス構造体として且つ／或いはカーボンナノチューブ構造体として具体化されるのがよい。幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＲＦコイルは、コイルアレイから構成されるのがよい。
【００１６】
種々の実施形態によれば、主磁石、少なくとも１つのグラジエントコイル及び少なくとも１つのＲＦコイルを冷却するのに１つ又は２つ以上の冷却システムが用いられるのがよい。幾つかの実施形態では、主超伝導磁石は、第１の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、少なくとも１つのＲＦコイルは、第２の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、少なくとも１つのグラジエントコイルは、第３の極低温冷却システムによって冷却可能に構成されている。幾つかの実施形態では、主超伝導磁石は、第１の極低温冷却システムによって冷却可能に構成され、少なくとも１つのＲＦコイル及び少なくとも１つのグラジエントコイルは、第２の極低温冷却システムによって冷却可能に構成されている。幾つかの実施形態では、超伝導主磁石、少なくとも１つのＲＦコイル及び少なくとも１つのグラジエントコイルは、共通の極低温冷却システムによって冷却可能に構成されている。
【００１７】
本発明の幾つかの観点によれば、少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルは、３つのそれぞれの互いに直交する方向に磁場グラジエントをもたらすよう構成されている３つの超伝導グラジエント界磁コイルから構成され、方向のうちの１つは、検査領域内における一様な磁場の方向に沿っている。
【００１８】
本発明の種々の観点によれば、磁気共鳴イメージング方法は、主超伝導磁石を用いて一様な磁場を検査領域に印加するステップと、少なくとも１つのそれぞれの超伝導グラジエント界磁コイルを用いて少なくとも１つの磁場グラジエントを検査領域内に加えるステップと、少なくとも１つのＲＦコイルを用いて高周波信号を検査領域に送信したりこれから受信したりするステップとを有し、少なくとも１つのＲＦコイルは、冷却可能に構成され、（ｉ）室温よりも低い温度への冷却時にその温度での銅の導電率よりも高い導電率を有する非超伝導物質及び（ｉｉ）超伝導物質のうちの少なくとも一方から構成される。主超伝導磁石、少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルの各々、及び少なくとも１つの超伝導ＲＦコイルの各々は全て、ＨＴＳ物質で作られている。少なくとも１つの超伝導グラジエント界磁コイルは、３つの互いに直交する方向に磁場グラジエントをもたらすよう構成されている３つの超伝導グラジエント界磁コイルから構成され、方向のうちの１つは、検査領域内における一様な磁場の方向に沿っている。
【００１９】
当業者であれば理解されるように。上記概要説明及び以下の詳細な説明は、本発明の例示的な説明であり、本発明を制限するものでも本発明によって達成可能な利点を制限するものでもない。さらに、本発明の上記概要説明は、本発明の幾つかの実施形態を表しており、本発明の範囲に含まれる全ての内容及び実施形態を表すものでもなく網羅的に示しているわけでもない。かくして、本明細書において参照され、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、詳細な説明と一緒になって、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００２０】
構造と作用の両方に関する本発明の実施形態の観点、特徴及び利点は、本発明を添付の図面と関連して行われる以下の説明に照らして考慮すると理解されると共に容易に明らかになろう。なお、種々の図全体にわたり、同一の参照符号は、同一又は類似の部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の実施形態による例示の超伝導体ＭＲＩシステムの概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による図１Ａに示されている主磁石システムの上側断面部分の詳細図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による図１Ａの例示の超伝導体ＭＲＩシステムのグラジエントコイル形態の概略詳細斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による図２Ａの円筒形ｘ配向グラジエントコイルの概略平面図である。
【図３Ａ】本発明の種々の実施形態によるＭＲＩシステム内に使用できる冷却形態の１つの例を示す略図である。
【図３Ｂ】本発明の種々の実施形態によるＭＲＩシステム内に使用できる冷却形態の別の例を示す略図である。
【図３Ｃ】本発明の種々の実施形態によるＭＲＩシステム内に使用できる冷却形態の別の例を示す略図である。
【図３Ｄ】本発明の種々の実施形態によるＭＲＩシステム内に使用できる冷却形態の別の例を示す略図である。
【図４Ａ】本発明の幾つかの実施形態による円筒形ソレノイド主磁石構造を採用した超伝導ＭＲＩシステムと関連した例示のコイル形態の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による円筒形ソレノイド主磁石構造を採用した超伝導ＭＲＩシステムと関連した例示のコイル形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
当業者であれば理解されるように、以下の説明は、患者を検査するために使用できるＭＲＩシステムとの関連で説明するが、本発明の実施形態は、磁気共鳴スペクトロスコピーシステム及び方法を含む。さらに、本明細書で用いられる「ＭＲＩ」という用語は、磁気共鳴分光イメージングを含む。
【００２３】
図１Ａは、本発明の実施形態としての例示の超伝導体ＭＲＩシステム１００の概略断面図である。超伝導体ＭＲＩシステム１００は、検査領域１８０、可動患者ベッド１９０、磁石／コイルハウジング１３０、主磁石システム（図１Ｂに詳細に示されている）を有し、この主磁石システムは、（ｉ）超伝導コイル１０４、超伝導補正コイル１０６及びコイルフレーム１０８を含む主磁石、（ｉｉ）サーマルシンク（thermal sink）、（ｉｉｉ）極低温容器１１２、（ｉｖ）熱遮蔽体（サーマルシールド）１１４、（ｖ）主磁石真空チャンバハウジング１１６及び（ｖｉ）極低温システム１６０を有する。少なくとも、主磁場内に配置されている患者ベッド１９０の部分は、非金属製且つ非磁性材料、例えばプラスチックで作られている。
【００２４】
図１Ａ及び図１Ｂの実施形態では、超伝導体主磁石システムは、検査領域中に例えば約０．５Ｔ（テスラ）〜１０Ｔの実質的に一様な水平磁場を発生させるソレノイド磁石として具体化される。変形実施形態では、主磁石システムは、設計及び／又は用途に応じてソレノイド以外の形態として具体化されると共に／或いは開放磁石、例えば垂直磁石又は２重ドーナツ形磁石として具体化されると共に／或いは弱い磁場（例えば０．１Ｔ〜０．５Ｔ）を用いて具体化されても良い。しかしながら、代表的には、弱い磁場の方向は、所望の方向、例えば患者ベッドに（例えば、垂直に）差し向けられるのがよく、強い磁場の方向は、通常水平である。
【００２５】
上述したように、図１Ｂは、図１Ａに示されている主磁石システムの上側断面部分の細部を概略的に示している。図示のように、真空チャンバ（ハウジング）１１６が真空空間１３２を包囲し、この真空空間は、主磁石を包囲していて、真空システム（図示せず）によって例えば１０-5トル以下の圧力の真空（即ち、高めの真空）まで排気され、この真空システムは、１つ又は２つ以上のポート、弁及び／又はフィードスルー等を介して真空空間１３２に結合された１つ又は２つ以上の真空ポンプから構成される。真空チャンバハウジング１１６は、アルミニウム、ステンレス鋼又は他の金属製若しくは他の非金属製材料、例えばガラス、セラミック、プラスチック又はこれら材料の組み合わせで構成可能である。当業者には理解されるように、真空空間１３２は、低温主磁石と真空チャンバハウジング１１６の室温壁との間の断熱手段となる。
【００２６】
主磁石コイル１０４並びに補正コイル１０６は、低温超伝導体（ＬＴＳ）又は高温超伝導体（ＨＴＳ）として具体化可能である。ＬＴＳ主磁石は、ＬＴＳ線材を用いて作られるのがよく、かかる線材としては、例えば、ＮｂＴｉ、Ｎｂ3Ｓｎ、Ｎｂ3Ａｌ、ＭｇＢ2及び他の低温超伝導体線材が挙げられる。ＨＴＳ主磁石は、ＨＴＳテープを用いて作られるのがよく、かかるＨＴＳテープとしては、例えば、ＹＢＣＯ、ＢＳＣＣＯ及び臨界温度が７７Ｋを超える他の高温超伝導体テープのうちの１つ又は２つ以上が挙げられる。当業者であれば理解されるように、高い磁場一様性を達成する目的で１つ又は２つ以上の組をなす補正コイル１０６を設けるのがよい。かかる補正コイルは、代表的には、主超伝導コイルによって運ばれる電流のほんの僅かな部分しか運ばず且つ／或いは主超伝導コイルのターン数のほんの僅かな部分を有するよう設計され、補正コイルの磁場に対する寄与は、非一様であるように設計され、従って、主磁場との組み合わせにおいて、補正コイルの磁場は、全体的磁場非一様性を減少させるよう働く。
【００２７】
超伝導磁石コイル１０４並びに超伝導補正コイル１０６は、主磁石コイルフレーム１０８に巻き付けられ、このフレームは、１種類又は２種類以上の材料、例えばステンレス鋼、アルミニウム、ＦＲ４（例えば自己消炎性可燃性Ｇ１０）又は他の機械的に強固な材料で作られるのがよい。主磁石コイルフレームは、サーマルシンク１１０と良好な熱的接触関係をなして設けられ、このサーマルシンクは、極低温システム１６０に熱的結合されており、従って、熱は、主磁石からサーマルシンク１１０を介して極低温システム１６０に伝えられるようになっている。サーマルシンク１１０を構成するのに適した材料としては、例えば、アルミナ、サファイヤ及び金属が挙げられる。
【００２８】
幾つかの実施形態、例えば図１Ａ及び図１Ｂに示されている実施形態では、極低温システム１６０は、２段システムとして具体化されるのがよく、２段システムは、冷凍機１６２、第１段１６４、第２段１６８を有し、第１段１６４は、熱遮蔽体１１４に結合され、第２段は、サーマルシンク１１０及び／又は凍結剤容器１１２内に入っている凍結剤、例えば液体ヘリウムに結合されている。幾つかの実施形態では、凍結剤容器１１２は、具体化されなくても良い。というのは、冷却は、周りの凍結剤を用いないでサーマルシンク１１０を介して行えるからである。冷凍機の第１段及び第２段の温度は、例えば、それぞれ、４０Ｋ及び２０Ｋ又は７７Ｋ及び４０Ｋであり、種々の設計上のパラメータ、例えば超伝導磁石に用いられる材料、用いられる極低温システムの形式、熱源又は熱負荷等に応じて所望に応じて種々の他の値の組み合わせである。したがって、熱遮蔽体１１４は、室温真空壁と低温磁石コイルとの間の温度を有し、かくして、熱遮蔽体は、室温真空壁からの放射線が超伝導主磁石を加熱するのを阻止する。しかしながら、幾つかの実施形態では、２つ以上の熱遮蔽層を採用するのがよく、或いは、変形例として、熱遮蔽体１１４を使用しなくても良い。
【００２９】
種々の実施形態では、極低温システム１６０は、種々の単一段又は多段冷凍機、例えば、ギフォード・マッハホン（Gifford McMahon：ＧＭ）型冷凍機、パルスチューブ（ＰＴ）型冷却機、ジュール‐トムソン（ＪＴ）型冷却機、スターリング（Stirling）型冷却機又は多の冷却機のうちの任意のものとして具体化されても良い。
【００３０】
図４Ａに示されているように、磁石／コイルハウジング１３０は、真空チャンバハウジング１１６の内側部分、磁石／コイルハウジング１３０の端壁部分及び内壁１５０を有する第２の真空チャンバを更に有し、この第２の真空チャンバは、真空空間１４２、グラジエントコイル１０３及びＲＦコイル１０５を包囲している。真空チャンバ包囲真空空間１４２は、製造中、低圧（例えば、高真空条件）を確立するよう高真空吸込み排出システムに結合され、高真空に達した後では密封される。ＲＦコイル１０５及びグラジエントコイル１０３は各々、共通ヒートシンク１１０と熱的接触状態にあり、この共通ヒートシンクは、極低温システム１７０に熱的に結合されており、この極低温システムは、冷凍機１７２及びヒートシンク１１０に熱的に結合された一端部及び冷凍機１７２に熱的に結合された他端部を備える第２の段１７４を有している。ヒートシンクを作るのに適した例示の材料としては、セラミック、例えばアルミナ、結晶、例えば、サファイヤ及び金属並びにガラスが挙げられる。
【００３１】
本発明の幾つかの実施形態によれば、別の真空空間１５４を形成するために第２の内壁１５２が設けられており、真空空間１５４は、追加の断熱手段となり、かくして、温度に対するユーザの快適さも向上する。真空空間１５４を真空ポンプに結合するのがよく又は気密封止チャンバとして具体化されるのがよい。真空空間１５４の半径方向の広がり（例えば、主磁石の全体として円筒形の形に対応した円筒座標に関する半径方向広がり）は、ＲＦコイル１０５が検査領域の近くに維持されるようにするよう全体として最小限に抑えられる。内壁１５０，１５２の例示の構成材料としては、Ｇ１０ガラス繊維、ガラス、ガラス複合材又はこれら材料の組み合わせが挙げられる。公知のように、これら材料は、非磁性であり、検査領域におけるグラジエント磁場又はＲＦ信号を妨害しない。
【００３２】
超伝導ＲＦコイル１０５と超伝導グラジエントコイル１０３の両方が通常冷却されるこの形態では、より代表的には、ＲＦコイル１０５及びグラジエントコイル１０３は、同種の超伝導体、即ちＨＴＳかＬＴＳかのいずれかとして具体化される（ただし、それにもかかわらず、これら要素のうちの一方をＨＴＳとして具体化し、他方をＬＴＳとして具体化することが可能である。ただし、これらが臨界ＬＴＳ温度未満に冷却されることを条件とする）。この用途についてＨＴＳＲＦコイル及びＨＴＳグラジエントコイルの適当な形態は、例えばビスマス・ストロンチウム・銅・酸素（ＢＳＣＣＯ）で作られた超伝導体テープである。例えば、ＨＴＳＲＦコイルをＨＴＳテープから製作する詳細な教示は、米国特許第６，９４３，５５０号明細書に記載されており、この米国特許を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。変形実施形態では、超伝導体ＲＦコイルは、超伝導体薄膜、例えばＨＴＳ材料、例えばイットリウム・バリウム・銅・酸素（ＹＢＣＯ）、タリウム・バリウム・カルシウム・銅・酸素（ＴＢＣＣＯ）、ＭｇＢ2又はＭＢから構成される超伝導体薄膜として具体化されてもよく、この場合、Ｍは、Ｂｅ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ及びＣｒから構成される群から選択される。ＨＴＳ膜コイルを平坦な基板上に作製する詳細な教示は、マ等（Ma et al），「スーパーコンダクティング・エムアール・サーフェイス・コイルズ・フォー・ヒューマン・イメージング（Superconducting MR Surface Coils for Human Imaging）」，プロク・マグ・レス・メディシン（Proc. Mag. Res. Medicine），１９９１年，１，１７１に記載されており、この非特許文献を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。ＨＴＳコイルに関する追加の教示は、マ等（Ma et al），「スーパーコンダクティング・アールエフ・コイルズ・フォー・クリニカル・エムアール・イメージング・アット・ロウ・フィールド（Superconducting RF Coils for Clinical MR Imaging at Low Field）」，アカデミック・レジオロジー（Academic Radiology），２００３年９月，Ｖｏｌ．１０，ｎｏ．９，ｐｐ．９７８‐９８７及びミラー等（Miller et al），「パフォーマンス・オブ・ア・ハイ・テンパチャー・スーパーコンダクティング・プローブ・フォー・イン・ビヴォ・マイクロスコピー・アット・２．０Ｔ（Performance of a High Temperature Superconducting Probe for In Vivo Microscopy at 2.0T）」，マグネティック・レゾナンス・イン・メディシン（Magnetic Resonance in Medicine），１９９９年，４１：７２〜７９に記載されており、これら特許文献を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００３３】
当業者であれば理解されるように、ＲＦコイル１０５は、ＲＦ送信機及びＲＦ受信機のための別々のコイルとして具体化されるのがよく又は送信機と受信機両方のための共通のコイル（即ち、トランシーバコイル）として具体化されるのがよい。さらに、送信機及び受信機コイルが別々のコイルである幾つかの実施形態では、コイルのうちの一方だけ（例えば、受信機コイル）が超伝導コイルとして具体化されるのがよい（例えば、他方のコイルは、従来型銅コイルとして具体化されるのがよい）。さらに、幾つかの実施形態では、超伝導ＲＦコイル１０５は、コイルアレイ、例えばＨＴＳコイルアレイとして具体化されるのがよい。
【００３４】
本発明の幾つかの変形実施形態では、ＲＦコイルのうちの１つ又は２つ以上（例えば、別々のコイルとして具体化されている場合、送信機コイル又は受信機コイル）は、所与の温度まで冷却されたとき（例えば、凍結剤により冷却されたとき、冷凍されたとき、水で冷却されたとき、熱電作用で冷却されたとき等）その所与の温度での銅の導電率よりも高い導電率をもつ１種類又は２種類以上の材料で形成された非超伝導コイルとして具体化されても良い。かかる非超伝導コイルは、例えば、超伝導体２次元電子ガス（２ＤＥＧ）材料構造体（例えば、ＧａＡｓ及び／又はＩｎＰを主成分とする）、カーボンナノチューブ及び他の金属で構成されるのがよい。極低温（クライオジェニックス）と冷凍を区別する目的で、本明細書において約−７３．３℃（−１００°Ｆ）にほぼ等しく又はこれ以下の温度を極低温と見なす場合がある。
【００３５】
次に図２Ａを参照すると、図１Ａ及び図１Ｂの例示の超伝導体ＭＲＩシステムのグラジエントコイル１０３が本発明の幾つかの実施形態に従って斜視図で詳細に示されている。図２Ａに示されているかかる実施形態では、３つの直交する方向に沿って磁場の変化を生じさせる３つの独立したグラジエントコイルは、３つのそれぞれの同軸円筒形支持構造体即ち、ｘグラジエント支持体２５８、ｙグラジエント支持体２６２及びｚグラジエント支持体２６４の表面上に形成され又は違ったやり方で設けられると共に／或いはこれら表面の中に形成され又は設けられている。典型的な従来方式によれば、ｘ及びｙは、主磁場に垂直な２つの直交する方向を示し、ｚは、主磁場の方向を示している。かくして、ｘグラジエント支持体２５８、ｙグラジエント支持体２６２及びｚグラジエント支持体２６４は、それぞれｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に沿って磁場グラジエントを生じさせるそれぞれのグラジエントコイルを支持している。グラジエント支持体２５８，２６２，２６４は、例えばＧ１０又は他の非鉄非導電性（例えば、非金属製、絶縁性）の材料で作られるのがよい。この実施形態では、ｚグラジエントコイルは、ソレノイドコイルであり、ｘグラジエントコイル及びｙグラジエントコイルは、各々がこれらのそれぞれの円筒形支持体の半部周りに周方向に跨ぐ又は覆うサドル（鞍形）コイルである。ｘグラジエント支持体２６２は、ｘグラジエント支持体２５８及びｚグラジエント支持体２６４と良好な熱的接触関係をなして設けられ、ｚグラジエント支持体２６４は、サーマルシンク１１０と良好な熱的接触関係をなして設けられている。種々の変形実施形態では、ヒートシンクは、ｘグラジエント支持体２５８と接触関係をなして追加的に又は代替的に設けられても良い。ｘグラジエント支持体２５８と接触状態にあるかかるヒートシンクは、サーマルシンク１１０に加えて具体化される場合、冷凍機１７２（即ち、サーマルシンク１１０を冷却する同一の冷凍機）か別個の冷凍機かのいずれかによって冷却されるのがよい。サーマルシンク１１０は、グラジエントコイルを冷却するサーマルシンク１１０の代替手段として具体化される場合、ＲＦコイル１０５を冷却するためにＲＦコイル１０５に依然として熱的に結合された状態で、ｚグラジエント支持体２６４から熱的に結合解除されるのがよい（例えば、空間的に分離されるのがよい）。
【００３６】
図２Ｂは、平面で示された図２Ａの円筒形ｘグラジエント支持体２５８を概略的に示しており、ｘグラジエントコイル２６８が本発明の実施形態に従ってｘグラジエント支持体２５８で支持されている状態を示している。ｘグラジエント支持体２５８の表面は、通常凹んでおり（例えば、エッチングされ又は刻まれており）、個々にグラジエントコイル２６８（線材）が納められ、グラジエントコイル線材は、固定されると共にこの凹部内に結合されており、従って、この線材は、電流が磁場中のグラジエントコイル線材を通って流れているときに動かない（例えば、結果的にローレンツ力が生じる）。ｙグラジエント支持体２６２上に設けられたｙ配向グラジエントコイルは、ｘ配向グラジエント支持体と比較してｙグラジエント支持体の直径が僅かに小さいことを考慮に入れて僅かな寸法の差があることを除き、ｘグラジエント支持体２５８上のｘ配向グラジエントコイル２６８と本質的に同一の設計及び構成のものである。ｘグラジエントコイル２６８の中心２６０は、図２Ａ及び図２Ｂに示されているようにｘ方向に向いており、ｙグラジエントコイルは、ｘグラジエントコイルに対して周方向に９０°ずらされている。ソレノイドのｚグラジエントコイル（詳細には示されていない）は、ｚグラジエント支持体２６４の表面上に且つ／或いは表面内に同様に製作されているが、ｚグラジエントコイルは、ｚグラジエント支持体２６４の中心軸線回りに螺旋状に巻かれ、円筒形軸線に沿うコイルの半分は、主磁石巻線と同一方向に巻かれ、その結果、ｚグラジエントコイルは、この半部内における磁場を強化し、円筒形軸線に沿うコイルの他方の半部は、逆方向に巻かれ、その結果、ｚグラジエントコイルは、コイルのこの他方の半部内の磁場を弱くしている。
【００３７】
幾つかの実施形態では、以下に更に説明するように、グラジエントコイル１０３及びＲＦコイル１０５は、別々に冷却されると共に互いに熱的に隔離されるのがよく、このことは、例えば、グラジエントコイル及びＲＦコイルについて互いに異なる動作温度を提供する上で望ましい場合がある（例えば、互いに異なる材料がこれら要素に用いられている場合）。かかる変形実施形態では、ＲＦコイル及びグラジエントコイルを共通真空チャンバか別々の真空チャンバかのいずれかの中に配置するのがよい。
【００３８】
幾つかの実施形態、例えば図１Ａ及び図１Ｂと関連して上述した実施形態では、主磁石、グラジエントコイル及びＲＦコイルは全て、超伝導体として具体化され、これらコンポーネントの各々は、ＨＴＳかＬＴＳかのいずれかとして具体化されるのがよく、かくして、グラジエントコイルの全てが同一種類の超伝導体（即ち、ＨＴＳかＬＴＳかのいずれか）で具体化されると仮定すると、可能性として８通りの場合が提供される。本発明の幾つかの好ましい実施形態によれば、主磁石、グラジエントコイル及びＲＦコイルは各々、ＨＴＳ材料で具体化される。当業者には理解されるように、かかる全てＨＴＳの形態は、費用効果が良く、高品質であり、高性能のＭＲＩシステムを提供するという観点で多くの利点をもたらす。
【００３９】
例えば、低温超伝導体で作られた超伝導主磁石は、一般的に極めて嵩張っていて且つ重い。しかしながら、本発明の種々の実施形態に従ってＨＴＳで作られた主磁石は、比較的極めて軽く且つコンパクトである。というのは、例えば、同一の磁場の大きさをＬＴＳ線材よりも少ないＬＴＳ線材で達成できるからである。さらに、ＨＴＳ主磁石をＬＴＳ磁石の動作温度（例えば、約１０〜２０Ｋ）よりも極めて高い温度（例えば、７７Ｋ）で動作させることができるので、ＨＴＳ主磁石は、使用する凍結剤が極めて少なく、従って、費用が実質的に減少する。同様に、グラジエントコイルとＲＦコイルの両方をＨＴＳ材料で具体化することによっても冷却費用が減少すると共にグラジエントコイル及び／又はＲＦコイルにＬＴＳ材料を用いる本発明の実施形態と比較して、熱的隔離及び真空隔離が単純化される。同時に、従来型銅ＲＦコイル及びグラジエントコイルと比較して、全体的ＭＲＩシステム性能は、１つにはＨＴＳＲＦコイルが高い感度を提供し、（例えば、コイルノイズを減少させ、かくしてＳＮＲを高くする）一方で、ＨＴＳグラジエントコイルが高い駆動電流を提供すると共に迅速なスイッチングを提供し、しかも熱放散量の著しい減少を可能にするので著しく向上する。
【００４０】
次に図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、本発明の種々の実施形態によるＭＲＩシステム内で使用可能な冷却構成例の互いに異なる具体例が概略的に示されている。図３Ａに示されているように、超伝導コイル２０２の各々は、別個の極低温冷却システム２０４によってこれら自体の冷却チャンバ内で個々に冷却される。主磁石コイル２０６は、極低温冷却システム２０８の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。同様に、グラジエントコイル２１０は、極低温冷却システム２１２の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。また、ＲＦコイル２１４は、極低温冷却システム２１６の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。
【００４１】
図３Ｂに示されているように、主磁石コイル２２０は、極低温冷却システム２２２の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。しかしながら、グラジエントコイル２２６及びＲＦコイル２２８は、共通の極低温冷却システム２３０の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。この実施形態では、コイルは、全て、これら自体の個々の冷却チャンバ内で冷却される。
【００４２】
図３Ｃに示されているように、主磁石コイル２３４は、極低温冷却システム２３６の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却され、それにより、コイル２３４は、これら自体の冷却チャンバ内で冷却される。しかしながら、グラジエント及びＲＦコイル２３８は、共通極低温冷却システム２４０の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却される。この実施形態では、グラジエント及びＲＦコイル２３８の両方は、同一冷却チャンバ内で冷却される。
【００４３】
図３Ｄに示されているように、主磁石及びグラジエントコイル２４４は両方とも、個々の極低温冷却システム２４６の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却され、それにより、コイル２４４は両方とも、同一の冷却チャンバ内で冷却される。しかしながら、ＲＦコイル２４８は、個々の極低温冷却システム２５０の制御下でＨＴＳ又はＬＴＳ特性を示すよう冷却され、それにより、ＲＦコイル２４８は、主磁石及びグラジエントコイル２４４の冷却チャンバとは別個の冷却チャンバ内で冷却される。
【００４４】
さらに、上述の内容を考慮して当業者であれば理解されるように、本発明の種々の実施形態は、主磁石、グラジエントコイル及びＲＦコイルが各々別個の（それぞれの）真空隔離冷却チャンバ内に配置されているかどうかとは無関係に２つの真空隔離冷却チャンバ（例えば、同一チャンバ内にグラジエントコイル及びＲＦコイル）に配置されているかどうかとは無関係に、或いは、共通の真空隔離冷却チャンバ内に配置されているかどうかとは無関係に、主磁石、グラジエントコイル及びＲＦコイルが共通冷凍機によって冷却される状態で具体化できる。
【００４５】
図４Ａは、幾つかの実施形態に従って円筒形のソレノイド主磁石構造体を採用した超伝導ＭＲＩシステム（例えば、図１Ａに示されているＭＲＩシステム１００に類似している）と関連した例示のコイル構成例３００の第１の断面図である。この構成例３００は、第１の真空チャンバ３１６、第２の真空チャンバ３１４、１つ又は２つ以上の主磁石コイル３０２、１つ又は２つ以上のグラジエントコイル３０４、１つ又は２つ以上のＲＦコイル３０６及び壁３０８，３１０，３１２を有する。以下の説明を考慮して理解されるように、種々の実施形態によれば、構成例３００の壁３０８，３１０，３１２のうちの１つ又は２つ以上の各々は、気密封止２重壁型構造体として具体化されるのがよく、かかる気密封止２重壁型構造体は、幾つかの実施形態では、２００８年９月１７日に出願された米国特許出願第１２／２１２，１２２号明細書及び２００８年９月１７日に出願された米国特許出願第１２／２１２，１４７号明細書に記載された気密封止２重壁型構造体（及び真空熱隔離ハウジング）に従って又はこれを類似した状態で具体化でき、これら米国特許出願の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００４６】
第１の真空チャンバ３１６は、超伝導ＭＲＩ磁石及びその対応の主磁石コイル３０２を収容している。真空チャンバ３１６は、気密封止２重壁３０８，３１０相互間に形成され、２重壁３０８，３１０の各々の中のキャビティは、真空ポンプの作用で排気され、断熱材料（例えば、ガラス繊維）で満たされ（オプションとして）、そして適切に密封されて（例えば、溶接により）高度の真空が維持される。第１の真空チャンバ３１６と関連したエンクロージャも又、適当な真空ポンプを用いて排気される。第１の真空チャンバ３１６の外側２重壁３０８は、従来型真空チャンバ材料、例えばアルミニウム又はステンレス鋼（これらには限定されない）で作られるのがよい。しかしながら、第１の真空チャンバ３１６の内側２重壁３１０は、非磁性且つ非金属製の材料、例えばガラス、非導電性セラミック、Ｇ１０、ＦＲ４又はプラスチック（これらには限定されない）で作られるのがよい。
【００４７】
上述したように、十分な真空が第１の真空チャンバ３１６内にいったん作られると、主磁石コイル３０２の温度を低下させるために極低温冷却システムが用いられる。所要の温度減少は、コイル材料で決まる場合がある。低温超伝導（ＬＴＳ）物質又は高温超伝導（ＨＴＳ）物質のいずれかをコイル３０２の構成に利用することにより、その抵抗は、従来型冷却銅コイルと比較して大幅に減少する。したがって、主磁石コイル３０２の超伝導巻線は、特定の標的磁場（例えば、１テスラ）を発生させるのに必要な規定電流によって駆動されたときにコイル巻線中に生じる熱発生量／熱放散量を減少させる。また、その結果として、主ＭＲＩ磁石によって特定の磁場を発生させてこれを維持するのに必要な電力の量が減少する。さらに、将来のＭＲＩ用途により、高い磁場の大きさ（例えば、７テスラを超える）の使用が可能になる場合がある。かかる状況下において、超伝導主磁石コイルの使用により、コイル中の高い電流密度の発生が可能であり、かくして、磁場能力が向上する。極低温冷却システムは、例えば、２０〜４０ケルビン（Ｋ）にわたり動作するのがよい。また、幾つかの実施形態によれば、超伝導主磁石コイルは、長さが０．５〜３メートル（ｍ）、であり、外径が１〜３ｍであり、内径が０．１〜２．５ｍであり、幾何学的形状が実質的に円筒形である。
【００４８】
第２の真空チャンバ３１４は、グラジエントコイル３０４とＲＦコイル３０６の両方を収容している。真空チャンバ３１４が気密封止２重壁３１０，３１２相互間に形成され、２重壁３１０，３１２の各々の中のキャビティも又、真空ポンプの作用で排気され、断熱材料（例えば、ガラス繊維）で満たされ（オプションとして）、そして適切に密封されて（例えば、溶接により）高度の真空が維持される。第２の真空チャンバ３１４と関連したエンクロージャも又、適当な真空ポンプを用いて排気される。第２の真空チャンバ３１４の外側２重壁３１０は、非磁性且つ非金属製の材料、例えばガラス、非導電性セラミック、Ｇ１０、ＦＲ４又はプラスチック（これらには限定されない）で作られている。しかしながら、第２の真空チャンバ３１４の内側２重壁３１２は、物質的にＲＦコイル３０６により送られたりこれから受け取ったりしたＲＦ信号に対して遮蔽効果を及ぼさないよう構成され、かかる内側２重壁３１２は、グラジエントコイル３０４へのグラジエント信号の印加に起因して生じる場合のある渦電流効果を生じさせない。
【００４９】
十分な真空が第２の真空チャンバ３１４内にいったん作られると、グラジエントコイル３０４及びＲＦコイル３０６のいずれか一方又はこれら両方の温度を低下させるよう別の極低温冷却システムが用いられる。上述したように、所要の温度減少は、コイル材料で決まる場合がある。低温超伝導（ＬＴＳ）物質又は高温超伝導（ＨＴＳ）物質のいずれかをコイル３０２の構成に利用することにより、その抵抗は、従来型冷却銅コイルと比較して大幅に減少する。グラジエントコイル３０４（ＬＴＳ又はＨＴＳ）の超伝導巻線は、グラジエント加熱量を最小限に抑え／減少させると共に高い傾斜にする。かくして、迅速な画像収集（時間的分解能の向上）及びグラジエントコイル発生熱を消散させるための追加の冷却要件の減少が実現される。グラジエントコイル３０４の冷却と関連した極低温冷却システムは、例えば、４０〜６０ケルビン（Ｋ）の範囲にわたって動作するのがよい。幾つかの実施形態によれば、超伝導グラジエントコイルは、長さが０．２〜２メートル（ｍ）であり、外径が０．１〜２．５ｍであり、内径が０．０２〜２．３ｍであり、幾何学的形状が円筒形のソレノイド且つサドル（鞍）形である。超伝導ＲＦコイル（ＨＴＳ）は、長さが０．０１〜０．５ｍであり、外径が０．０２〜１．０ｍであり、内径が０．０１〜０．８ｍであり、幾何学的形状が円筒形ソレノイド且つサドル（鞍）形である。超伝導ＲＦコイル３０６は、コイルノイズを減少させる。この結果、ＲＦ受信機回路内でのＳ／Ｎ性能が向上し（試料ノイズがコイルノイズを上回らないことを条件とする）、それにより迅速な収集及び／又は向上した画像分解の捕捉が可能になる。グラジエントコイル３０４及びＲＦコイルの冷却と関連した極低温冷却システムは、例えば、４０〜６０ケルビン（Ｋ）の範囲にわたって動作するのがよい。図４Ｂは、長手方向に沿って取った例示のコイル構成例３００の第２の断面図である。
【００５０】
超伝導ＭＲＩシステムの構成及び作用において多種多様なＨＴＳ及びＬＴＳ物質を採用することができる。例えば、グラジエントコイル３０４は、Ｂｉ−２２３テープで構成可能であり、これは、市販の安価なＨＴＳ物質である。幾つかの場合において、Ｂｉ−２２３テープの機械的強度を向上させるためにＢｉ−２２３テープを純銀（Ａｇ）で外装するのがよい。Ｂｉ‐２２３テープを例えば液体窒素中への浸漬によって冷却する場合、Ｂｉ−２２３テープは、超伝導性を示し、それによりその抵抗がほぼゼロまで減少する。トランシーバか別々の送信機及び受信機かのいずれかとして構成可能な超伝導ＲＦコイル３０６も又、ＨＴＳ物質（例えば、ＹＢａＣｕＯ、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ等）並びに高い導電率特性を有する（例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＰ物質系を利用した化合物を用いた）他の超伝導体、ナノ物質、例えばカーボンナノチューブ及び２次元電子ガス（２ＤＥＧ）物質／構造体で形成可能である。代替的に又は追加的に、ＨＴＳＲＦコイル３０６は、各々が例えば約１ｃｍ〜３０ｃｍの基材直径をもつ薄膜コイルのアレイを有してもよい。超伝導主磁石コイルは、ＨＴＳ物質かＬＴＳ物質かのいずれで構成されても良い。例えば、ＬＴＳ物質、例えばＭｇＢ2（二硼化マグネシウム）を用いて主磁石コイル３０２を形成することができる。冷却の観点から、超伝導コイルを互いに異なる温度範囲にわたって動作させるのがよい。例えば、超伝導主磁石コイル３０２を約２０〜４０Ｋの範囲にわたって冷却するのがよい。超伝導グラジエントコイル３０４を約４０〜６０Ｋの範囲にわたって冷却するのがよく、超伝導ＲＦコイル３０６を約４０〜６０Ｋ又は約７７Ｋの高い温度に維持するのがよい。変形例として、超伝導グラジエントコイル３０４と超伝導ＲＦコイル３０６の両方を約７７Ｋまで冷却しても良く、他方、超伝導グラジエントコイル３０４を２０〜４０Ｋの範囲にわたって冷却する。数限りないほど多くの互いに異なる動作温度を使用することができる。例えば、幾つかの構成例によれば、超伝導コイル全てを約７７Ｋの温度に維持してもよい。
【００５１】
上述の実施形態は、水平磁場を提供する仕方で構成されたコイルを示しているが、他のＭＲＩシステムは、種々の視野（ＦＯＶ）全体にわたり様々な強度（例えば、０．５Ｔ、１．０Ｔ等）の垂直磁場の発生を容易にする構造的設計を有してもよい。かかるＭＲＩシステムの例としては、６又は８ＲＦコイルアレイを有する非対称ヘッド‐スキャニングＭＲＩ、手又は脚の検査のための整形外科用ＭＲＩシステム（ヘルムホルズコイルペア（Helmholtz Coil Pair）を用いた０．２〜０．５Ｔシステム）又は乳房を走査する開放垂直磁場ＭＲＩシステムが挙げられるが、これらには限定されず、ＲＦコイルは、検査用ベッドに組み込まれるのがよい。開放垂直磁場ＭＲＩシステム設計思想は又、上述の実施形態としてのＭＲＩシステムは、代表的には、体内組織の水の中の水素原子を検出するのに向いているが、このＭＲＩシステムは、他の核種を検出するよう改造可能である。
【００５２】
本発明をその特定の実施形態に関して図示すると共に説明したが、これら実施形態は、本発明の原理の単なる例示であり、網羅的ではなく又は本発明を限定する実施形態でもない。したがって、本発明の例示の実施形態並びにこれらの種々の例示の改造例及び特徴に関する上述の説明は、多くの特徴をもたらすが、これら実施可能要件に関する詳細は、本発明の範囲を限定するものと解されてはならず、当業者には容易に理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく且つその付随する利点を減少しないで本発明は多くの改造例、設計変更例、変形例、省略例、追加例及び均等例で実施できる。例えば、プロセスそれ自体に必要な又は固有の程度までを除き、図を含む本明細書に記載した方法又はプロセスのステップ又は段階の特定の順序が示唆されていない。多くの場合、プロセスステップの順序は様々であって良く、本明細書において説明した方法の目的、作用効果又は意味を変えないで、種々の例示のステップを組み合わせ、変更し又は省くことができる。さらに、用語及び表現は、本発明を限定する用語ではなく、説明のための用語として用いられていることが注目される。図示すると共に説明した特徴の均等例又はその部分を排除するためにこれら用語又は表現を用いる意図はない。さらに、本発明は、本明細書に記載され又は本明細書の開示内容を考慮して理解されると共に／或いはその幾つかの実施形態において実現できる利点のうちの１つ又は２つ以上を必ずしも提供しないで実施できる。したがって、本発明は、開示した実施形態には限定されず、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１００  超伝導体ＭＲＩシステム
１０３  グラジエントコイル
１０４  超電導コイル
１０５  ＲＦコイル
１０６  超電導補正コイル
１０８  主磁石コイルフレーム
１１０  サーマルシンク、共通ヒートシンク
１１２  極低温容器
１１４  熱遮蔽体
１１６  主磁石真空チャンバハウジング
１３０  磁石／コイルハウジング
１３２  真空空間
１４２  真空空間
１５０、１５２  内壁
１５４  真空空間
１６０  極低温システム
１７０  極低温システム
１７２  冷凍機
１７４  第２の段
１８０  検査領域
１９０  可動患者ベッド
２０２  超電導コイル
２０４  極低温冷却システム
２０６  主磁石コイル
２０８  極低温冷却システム
２１０  グラジエントコイル
２１２  極低温冷却システム
２１４  ＲＦコイル
２１６  極低温冷却システム
２２０  主磁石コイル
２２２  極低温冷却システム
２２６  グラジエントコイル
２２８  ＲＦコイル
２３０  共通極低温冷却システム
２４４  コイル
２４６  極低温冷却システム
２４８  ＲＦコイル
２５０  極低温冷却システム
２５８  ｘグラジエント支持体
２６２  ｙグラジエント支持体
２６４  ｚグラジエント支持体
２６８  ｘ配向グラジエントコイル
３００  構成例
３０２  主磁石コイル
３０４  グラジエントコイル
３０６  ＲＦコイル
３０８、３１０、３１２  壁
３１４  第２の真空チャンバ
３１６  第１の真空チャンバ
【図１Ａ】
0005723299.tif 000002
【図１Ｂ】
0005723299.tif 000003
【図２Ａ】
0005723299.tif 000004
【図２Ｂ】
0005723299.tif 000005
【図３Ａ】
0005723299.tif 000006
【図３Ｂ】
0005723299.tif 000007
【図３Ｃ】
0005723299.tif 000008
【図３Ｄ】
0005723299.tif 000009
【図４Ａ】
0005723299.tif 000010
【図４Ｂ】
0005723299.tif 000011