(57)【要約】  磁気共鳴イメージングでの使用のための極低温冷却用に構成された全身用ＲＦコイルアレイモジュール。ＲＦコイルアレイは、高温超伝導（ＨＴＳ）アレイのような超伝導コイルアレイとすることができる。ＲＦコイルアレイモジュールは、種々異なる身体部分用の専用ＲＦコイルの使用を必要せずにＲＦコイルアレイを全ての身体部分の診断的イメージング用にＭＲＩ全身用システム内で使用することができるように、十分に高い信号対ノイズ比及び大きい視野をもたらす。【選択図】図３Ａ
2014518709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の磁気共鳴分析中に前記試料から信号を受信し及び／又は該試料に信号を送信するための全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイであって、
極低温冷却されるように構成された熱伝導性部材と、
複数のコイル要素と、
を備え、
前記コイル要素の各々は、前記熱伝導性部材に熱的に結合され、且つ、（ｉ）前記複数のコイルのうちの他の少なくとも１つがそこからの信号を受信するように構成された、及び／又は（ｉｉ）前記複数の信号のうちの他の少なくとも１つがそこに信号を送信するように構成された空間領域と連続し及び／又は重なる、ある空間領域からの信号を受信し及び／又は前記空間領域に信号を送信するように構成され、前記複数のコイル要素は、全身イメージング用に十分な範囲の全視野（ＦＯＶ）を提供するように構成される、
ことを特徴とする全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項２】
前記コイル要素の各々が、高温超伝導体材料及び低温超伝導体材料のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項３】
前記コイル要素の各々が、前記熱伝導性部材に直接又は間接に熱的に結合されたサファイア基板を含み、該熱伝導性部材はアルミナ又はサファイア板であることを特徴とする、請求項２に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項４】
前記コイル要素の少なくとも１つが、前記熱伝導性部材に熱的に結合された概ね弓型の支持構造体上に配置された超伝導テープを含み、該熱伝導性部材は、前記支持構造体の形状に対応する概ね弓型の形状を有するアルミナ又はサファイア板であり、前記ＲＦコイルアレイは、該ＲＦコイルアレイが人体の全身イメージング用のＭＲＩシステム内に配置されたときに人体の周囲に概ね沿うように、対応する弓型の構成を有する筐体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項５】
前記ＲＦコイルアレイが、実質的に平面形又は実質的に直線型の筐体を含み、前記ＲＦコイルアレイ要素が、いずれの所与のコイル要素の平面も実質的に平行及び／又は同一平面となるように実質的に平面形の構成に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項６】
前記コイル要素が、全身のＦＯＶにわたる診断イメージングを可能にするのに十分に高いＳＮＲをもたらすＨＴＳコイル要素として構成されることを特徴とする、請求項１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項７】
前記コイル要素の各々が、前記ＦＯＶ内でのイメージングを提供するためのそれぞれのチャネルに対応することを特徴とする、請求項１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項８】
前記コイル要素の各々が、対応する前置増幅器を伴うことを特徴とする、請求項７に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項９】
前記チャネルの数は、全身イメージング用の前記ＦＯＶにわたって十分な信号対ノイズ比（ＳＮＲ）をもたらすように選択されることを特徴とする、請求項７に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１０】
前記コイル要素の各々が、ＨＴＳコイル要素として実装され、対応する前置増幅器を伴うことを特徴とする、請求項９に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１１】
全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイであって、
（ｉ）気密封止された内部空間を真空状態下で密閉し、（ｉｉ）前記気密封止された内部空間から分離した、真空状態まで排気されるように構成された内部チャンバ領域を実質的に密閉する、二重壁気密封止ジャケットを備えた、真空断熱筐体と、
前記内部チャンバ領域内に配置され、全身イメージング用に十分な視野（ＦＯＶ）にわたって磁気共鳴イメージング用の無線周波数信号を励起し及び／又は受信するように構成された超伝導体ＲＦコイル要素のアレイと、
前記内部チャンバ領域内に配置され、前記ＲＦコイル要素のアレイと熱接触する熱シンク部材と、
少なくとも前記熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートと、
を備えることを特徴とする全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１２】
前記超伝導体ＲＦコイル要素がＨＴＳ材料を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１３】
前記超伝導体ＲＦコイル要素が、全身のＦＯＶにわたる診断イメージングを可能にするのに十分高いＳＮＲをもたらすＨＴＳコイル要素として構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１４】
前記内部チャンバ領域内に配置される少なくとも１つの傾斜磁場コイルを更に備えることを特徴とする、請求項１１に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの傾斜磁場コイルが、前記熱シンク部材と熱接触することを特徴とする、請求項１４に記載の全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ。
【請求項１６】
全身用ＭＲＩシステムであって、
前記全身用ＭＲＩシステムの検査領域内に主磁場を生成するように構成され、前記検査領域が全身イメージングのために個体を収容するのに十分なサイズである、主磁石と、
前記検査領域内に少なくとも１つの磁場勾配を生成するように構成された少なくとも１つの傾斜磁場コイルと、
複数のＨＴＳ  ＲＦコイル要素を含むＨＴＳ  ＲＦコイルアレイと、
を備え、
前記複数のＨＴＳ  ＲＦコイル要素は、（ｉ）前記主磁石と前記検査領域との間に配置され、（ｉｉ）全身イメージング用に十分な前記検査領域内の視野（ＦＯＶ）にわたって磁気共鳴イメージング用の無線周波数信号を励起し及び／又は受信するように構成され、且つ、（ｉｉｉ）ＨＴＳ臨界温度より低い温度まで極低温冷却されて前記ＦＯＶ内の診断イメージング用に十分な信号対ノイズ比をもたらすように構成され、それにより、特定の身体部分のイメージング用に設計された専用ＲＦコイルを使用せずに診断的ＭＲＩを提供することを特徴とする全身用ＭＲＩシステム。
【請求項１７】
前記主磁石が超伝導ソレノイド磁石として構成されることを特徴とする、請求項１６に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項１８】
前記主磁石がＣ型永久磁石として実装されることを特徴とする、請求項１７に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項１９】
前記ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイが、極低温冷却されるように構成された熱伝導性部材を備え、前記複数のＨＴＳ  ＲＦコイル要素の各々が、前記熱伝導性部材に熱的に結合され、且つ、（ｉ）前記複数のＨＴＳ  ＲＦコイル要素のうちの他の少なくとも１つがそこから信号を受信するように構成された、及び／又は（ｉｉ）前記複数の信号のうちの他の少なくとも１つがそこに信号を送信するように構成された空間領域と連続し及び／又は重なる、ある空間領域からの信号を受信し及び／又は前記空間領域に信号を送信するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項２０】
前記ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、
（ｉ）気密封止された内部空間を真空状態下で密閉し、（ｉｉ）前記気密封止された内部空間から分離した、真空状態まで排気されるように構成された内部チャンバ領域を実質的に密閉する、二重壁気密封止ジャケットを備えた、真空断熱筐体と、
前記内部チャンバ領域内に配置され、前記ＨＴＳ  ＲＦコイル要素と熱的に結合される熱シンク部材と、
少なくとも前記熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートと、
を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項２１】
前記ＨＴＳ  ＲＦコイル要素の各々が、前記ＦＯＶ内でのイメージングを提供するためのそれぞれのチャネルに対応することを特徴とする、請求項１６に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項２２】
前記ＨＴＳ  ＲＦコイル要素の各々が、対応する前置増幅器を伴うことを特徴とする、請求項２１に記載の全身用ＭＲＩシステム。
【請求項２３】
前記チャネルの数は、診断的全身イメージング用に前記ＦＯＶにわたって十分な信号対ノイズ比（ＳＮＲ）をもたらすように選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の全身用ＭＲＩ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分光法に関し、より具体的には超伝導体構成要素を用いた磁気共鳴イメージング及び分光装置、並びに該装置を製造する方法に関する。本出願は、２０１１年５月１０日出願の米国仮特許出願第６１／４８４，６２０号の利益を主張するものであり、その全体が、引用による組み入れが認められるか又は別段禁止されていない各々のＰＣＴ加盟国及び地域の意図に関して引用により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）技術は、今日世界中の大規模医療機関において普通に使用されており、医療活動において重要且つ独自の利益をもたらしてきた。ＭＲＩは、構造及び解剖学的構造をイメージングするための確立された診断ツールとして発展してきたが、さらに、機能活性並びに他の生物物理学的及び生物化学的な特性又はプロセス（例えば、血流、代謝物／代謝、拡散）をイメージングするためにも発展してきたものであり、これらの磁気共鳴（ＭＲ）イメージング技術の幾つかは、機能的ＭＲＩ、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）として知られている。これらの磁気共鳴イメージング技術は、病理を特定し評価するため及び検査される組織の健康状態を判断するための医学診断的価値に加えて、幅広い臨床及び研究の用途を有する。
【０００３】
典型的なＭＲＩ検査の間、患者の身体（又は試料物体）は検査領域内に配置され、ＭＲＩスキャナ内の患者支持部によって支えられ、そこに一次（主）磁石によって実質的に一定で均一な一次（主）磁場がかけられる。磁場は、体内の水素（プロトン）などの歳差運動する原子の核磁化を整列させる。磁石内の傾斜磁場コイルアセンブリは、所与の位置において磁場の小さい変化を生じさせ、イメージング領域内の共鳴周波数のコード化をもたらす。無線周波数（ＲＦ）コイルがコンピュータ制御のもとでパルスシーケンスに従って選択的に駆動され、患者体内に一時的な振動横磁化信号を発生させ、これがＲＦコイルによって検出され、これをコンピュータ処理によって患者の空間的局在領域にマッピングすることができ、それにより検査中の関心領域の画像が与えられる。
【０００４】
普通のＭＲＩ構成においては、主静磁場は、典型的にはソレノイド磁石装置によって生成され、患者台は、ソレノイド巻き線によって囲まれた円筒型空間（即ち、主磁石ボア）内に配置される。主磁場用の巻き線は、典型的には低温超伝導体（ＬＴＳ）材料として実装され、抵抗を小さくするために液体ヘリウムで極低温に冷却され、従って、発生する熱量と、主磁場を生成し維持するのに必要な電力量とが最小化される。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材料製であり、これがクライオスタットによって温度４．２Ｋまで冷却される。
【０００５】
当業者には知られているように、ＲＦコイルは一般に、励起（送信コイル）及びＭＲＩ信号の受信（受信コイル）を選択的に提供するように構成される。普通のＭＲＩスキャナには、３種類のＲＦコイル、即ち、送信コイル、受信コイル、及び送受信コイルを使用することができる。送信コイルは、通常、ＦＯＶ（視野）全体にわたり均一なＲＦ励起を提供することができるように、磁石の近傍に配置される。送信コイルは受信のために用いることもできるが、送信コイルは、通常、患者から遠過ぎるので、必ずしもＭＲＩ信号を検出するにはふさわしい受信コイルにはならない。従って、典型的には、別個の受信コイルが使用され、これは、通常、サイズが小さく、信号又は信号対ノイズ比（ＳＮＲ）がより大きくなるようにイメージングされる患者の身体部分の回りに密接に巻き回される。しかし、異なる身体部分に対して異なる受信コイルを使用する必要がある。通常、異なる身体部分及びそれらの異なるサイズに適合するように、各ＭＲＩスキャナに対して６個から１０個の異なる受信コイルが存在する。コイルを変更するには時間がかかる。別々の送信コイル及び受信コイルを用いるのではなく、送信コイルと受信コイルとの機能を組み合せた送受信コイルをある種のＭＲＩスキャン用途に対して実装することができる。ある種のＭＲＩシステムの送信コイルは、送受信コイルとして実装することが普通である。この種類のコイルは大きなＦＯＶをイメージングすることができるので、小さい受信コイルを用いるよりも患者の位置決めが容易である。しかし、送受信コイルによって取得される画像のＳＮＲは低いので、このようなコイルを用いるときには診断イメージングが妨げられる。
【０００６】
画像のＳＮＲを向上させる１つの方法は、ＲＦコイルアレイを使用することである。受信コイルのサイズが小さくなると、コイルのノイズが大きくなり、これが画像のＳＮＲに悪影響を及ぼすことになる。このようなアレイは一般に、イメージングされる特定の身体部分（例えば、頭部、整形外科、胸部のイメージング）の上又は近傍に配置される表面コイルアレイとして実装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，９４３，５５０号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍａ他、「Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＲＦ  Ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ＭＲ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｆｉｅｌｄ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、２００３年９月、第１０巻、第９号、ｐ．９７８−９８７
【非特許文献２】Ｇａｏ他、「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ＨＴＳ  Ｃｏｉｌ  ａｎｄ  Ｃｏｉｌ  Ａｒｒａｙ  ｆｏｒ  Ｈｅａｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ」、ＩＳＭＲＭ−２００３、第１４１２号
【非特許文献３】Ｆａｎｇ他、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＭＲＩ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｉｌ  ｂｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍｏｍｅｎｔ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、２００２年、第１２巻、第２号、ｐ．１８２３−１８２７
【非特許文献４】Ｍｉｌｌｅｒ他、「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｉｎ  Ｖｉｖｏ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ａｔ  ２．０Ｔ」、Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１９９９年、第４１巻、ｐ．７２−７９頁
【非特許文献５】Ｍａ他、「Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＭＲ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｈｕｍａｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｐｒｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓ．  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１９９９年、第１巻、ｐ．１７１頁
【発明の概要】
【０００９】
本発明の種々の実施形態は、高温超伝導体極低温冷却型全身用ＲＦコイルアレイを提供する。全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイの幾つかの実施形態は、全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイを診断イメージングのために使用することができるほど十分なＳＮＲをもたらす。実施形態は、高いＳＮＲと大きいＦＯＶとをもたらすので、その結果、極低温冷却型ＲＦコイルアレイを全ての身体部分の診断イメージングのために使用することができる。それゆえ、全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイ自体を使用することにより、診断イメージングを与えるための専用ＲＦコイル（即ち、特定の身体部分用に設計されたコイル）の使用を必要とせずに、ＭＲＩ全身用システムにおいて診断イメージングを得ることができる。従って、他の特徴の中でもとりわけこの特徴（即ち、診断イメージング用の専用ＲＦコイルを使用する必要性をなくすこと）が、本実施形態の種々の実施形態と関連して、効率、患者処理量、並びにＭＲＩシステム及びイメージング処理の費用の点で更なる利点を提供する。
【００１０】
本発明による全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイの種々の実施形態は、送受信コイルアレイとして実装される。幾つかの実施形態において、全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイは、極低温冷却超伝導体ＲＦコイルアレイとして実装され、種々の実施形態において、この超伝導体は高温超伝導体（ＨＴＳ）として実装される。種々の実施形態において、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを構成するＨＴＳコイル要素は、コイルノイズを最小にするよう最小限のコイル抵抗を与える。
【００１１】
種々の実施形態による全身用極低温冷却型（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイは、第１の極低温冷却型（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイモジュール及び第２の極低温冷却型（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイモジュールを備えることができる。それぞれのモジュールは、全身イメージング用ＭＲＩシステムの検査領域の両側に配置することができる。第１の極低温冷却型（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイモジュール若しくは第２の極低温冷却型（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイモジュール又は両方を、実質的に平面形にすることができ、又は人体の輪郭に沿うように概ね弓形（断面がアーチ型）にすることができる。
【００１２】
本発明の種々の実施形態は、極低温冷却用に構成された全身用ＲＦコイルアレイモジュール（例えば、これはＨＴＳアレイのような超伝導コイルアレイとすることができる）を提供し、該モジュールは、（ｉ）気密封止された内部空間を真空状態下で密閉し、（ｉｉ）気密封止された内部空間から分離した、真空状態まで排気されるように構成された内部チャンバ領域を実質的に密閉する二重壁気密封止ジャケットを備えた、真空断熱筐体と、前記の内部チャンバ領域内に配置され、磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光のうちの少なくとも１つのために無線周波数信号を送信し／発生し及び／又は受信することのうちの少なくとも１つのために構成された少なくとも１つのＲＦコイルアレイ（例えば、ＨＴＳのような超伝導の）と、前記の内部チャンバ領域内に配置され、前記の少なくとも１つのＲＦコイルアレイと熱接触する熱シンク部材と、少なくとも熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートと、を備える。
【００１３】
幾つかの実施形態において、ポートは、少なくとも熱シンク部材に熱的に結合された冷凍機に結合される。ポートに対する冷凍機の結合は、内部チャンバ領域を封止して内部チャンバ領域が真空状態になるようにすることができる。
【００１４】
気密封止ジャケットは、内部チャンバ領域と同一の広がりを有し、それと実質的に同じ真空状態まで排気されるように構成された内部空間を有するチャンバに気密に接合することができ、ここでポートは該チャンバ内に設けられる。チャンバは、真空下にある気密封止された壁内空洞を密閉する二重壁チャンバ（例えば、二重壁ステンレス鋼チャンバ）として構成することができる。
【００１５】
幾つかの実施形態により、モジュールはまた、前記の内部チャンバ領域内に配置される少なくとも１つの傾斜磁場コイルを備えることができ、ここで、少なくとも１つの傾斜磁場コイルは、磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光のうちの少なくとも１つのための１つ又はそれ以上の磁場勾配を生成するように構成される。少なくとも１つの傾斜磁場コイルのうちの１つ又はそれ以上を、熱シンク部材と熱接触させることができる。少なくとも１つの傾斜磁場コイルのうちの１つ又はそれ以上は、超伝導体材料を含むことができ、これは高温超伝導体（ＨＴＳ）材料とすることができる。
【００１６】
種々の実施形態により、１つ又はそれ以上の冷却系を用いて主磁石、少なくとも１つの傾斜磁場コイル、及び少なくとも１つの超伝導体ＲＦコイルアレイを冷却することができる。幾つかの実施形態において、超伝導主磁石は第１の極低温冷却系によって冷却するように構成され、少なくとも１つの超伝導体ＲＦコイルアレイは第２の極低温冷却系によって冷却するように構成され、少なくとも１つの傾斜磁場コイルは第３の極低温冷却系によって冷却するように構成される。幾つかの実施形態において、超伝導主磁石は第１の極低温冷却系によって冷却するように構成され、少なくとも１つの超伝導体ＲＦコイルアレイは第２の極低温冷却系によって冷却するように構成される。幾つかの実施形態において、超伝導主磁石と少なくとも１つのＲＦコイルアレイとが共通の極低温冷却系によって冷却するように構成される。さらに、ＲＦコイルアレイが複数のＲＦコイルアレイモジュールを備える幾つかの実施形態において、各モジュールを別々に冷却することができ、又は２つ若しくはそれ以上のモジュールを共通に冷却することができる（例えば、同じ極低温冷却系によって）。
【００１７】
当業者であれば、上記の簡単な説明及び以下の詳細な説明は、本発明を例証し説明するものであり、本発明を制限することを意図するものではなく、種々の実施形態において本発明により達成することができる利点を限定することを意図したものでもないことを理解するであろう。さらに、上記の概要及び以下の詳細な説明は、本発明の幾つかの実施形態を代表するものであり、本発明の範囲内の全ての主題及び実施形態を代表するものでもなくそれらを包含するものでもないことを理解されたい。従って、本明細書で参照され、本明細書の一部分を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例証し、且つ、詳細な説明と共に、本発明の実施形態の原理を説明する役割を果たす。
【００１８】
本発明の実施形態の態様、特徴、及び利点は、構造及び操作の両方に関して、添付の図面に関連して記述される以下の詳細な説明を考慮して本発明を考察するとき、より容易に理解されより明白となり、図面中、同じ参照数字は種々の図を通して同じ又は類似部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、円筒型超伝導磁石の内部に組み込まれた全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを備えた例証的な全身用ＭＲＩシステムの概略を示す。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、円筒型超伝導磁石の内部に組み込まれた全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを備えた例証的な全身用ＭＲＩシステムの概略を示す。
【図２Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、Ｃ型磁石の内部に組み込まれた全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを備えた例証的な全身用ＭＲＩシステムの概略を示す。
【図２Ｂ】ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイが取り外された図２ＡのＣ型永久磁石ＭＲＩシステムを示す。
【図３Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、例証的な全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの平面図を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、例証的な全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの側面図を概略的に示す。
【図４】本発明の幾つかの実施形態による、弓形又は概ねアーチ形の湾曲部を有する全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、概ね平面形の形状を有する例証的な極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの垂直図（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｖｉｅｗ）を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、概ね平面形の形状を有する例証的な極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの垂直図を概略的に示す。
【図６】本発明の幾つかの実施形態による、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールが配置された全身検査領域を有する円筒型ＭＲＩシステムの長手方向断面図を概略的に示す。
【図７】本発明の幾つかの実施形態による、少なくとも１つの傾斜磁場コイルを含む極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの長手方向断面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
当業者には次の説明を考慮して理解されるように、本発明の種々の実施形態による極低温冷却超伝導型全身用ＲＦコイルアレイモジュールは、種々様々な全身用磁気共鳴イメージングシステム及び分光システム、例えば、従来の銅製傾斜磁場コイルを使用するシステム並びに超伝導傾斜磁場コイルを使用するシステム（例えば、それぞれ引用によりその全体が本明細書に組み入れられる、２００９年４月１日出願の米国特許出願第１２／４１６，６０６号、及び２０１０年４月１９日出願の米国特許出願第１２／７６２，９０１号）を含む、開放型又は閉鎖型システム内で実装することができる。また、次の説明の種々の部分は患者の構造的検査のために使用できるＭＲＩシステムの文脈で説明され得るが、本発明の種々の実施形態による極低温冷却（例えば超伝導）型全身用ＲＦコイルアレイモジュールは、例えば、機能的ＭＲＩ、拡散強調及び／又は拡散テンソルＭＲＩ、ＭＲＩ分光及び／又は分光学的イメージングなどの他のモダリティのために操作され及び／又は構成される磁気共鳴（ＭＲ）システムに関連して用いることができることもまた当業者には理解されるであろう。さらに、本明細書で用いる場合、ＭＲＩは、磁気共鳴分光イメージング、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）、並びに核磁気共鳴に基づくその他のいずれかのイメージングモダリティを含み、包含する。
【００２１】
次の例証的な実施形態において、参照を簡単にして説明を明確にするために、全身用極低温冷却型ＲＦコイルアレイは、例えば、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイとして実装される。しかし、種々の代替的実装において、極低温冷却型ＲＦコイルアレイの１つ又はそれ以上のコイルは、従来の導体（例えば、銅）を用いて、及び／又は低温超伝導体(ＬＴＳ)を用いて、及び／又は室温より低い温度に冷却されたときに室温より低い温度における銅の伝導性より高い伝導性を有する非超伝導材料（例えば、炭素ナノチューブをベースとする材料及び／又は２次元電子ガス半導体構造体）を用いて実装することができることが理解されよう。それら材料のいずれかによって実装される全身用ＲＦコイルアレイは、専用ＲＦコイルの使用を必要とせずに診断用全身イメージングを与えることが好ましい。
【００２２】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２Ａは、本発明の幾つかの実施形態による全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを含むことができる例証的な全身用ＭＲＩシステムを概略的に示す。例えば、図１Ａ及び図１Ｂは、ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイが高磁場ＭＲＩスキャナ１０の円筒型超伝導磁石内に組み込まれたそれぞれの例証的な実装を概略的に示し、ここでＨＴＳアレイコイルは送信ＲＦコイル、受信ＲＦコイル、及び／又は送受信ＲＦコイルとして用いられている。上記の考察により、種々の実施形態によるＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、信号受信に対して低（例えば、最小限の）コイルノイズ及び付随して高ＳＮＲを与えるよう受信コイル及び／又は送受信コイルとしての使用に特に適している。
【００２３】
より具体的には、図１Ａにおいて全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ１２は、２つの実質的に平面形の（例えば、平坦な）ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール１２ａ及び１２ｂを備え、他方、図１ＢにおいてＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ１４は、第１の（例えば、下部の）実質的に平面形のＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール１４ｂと、ヒトの身体の回りに概ね沿うように概ねアーチ形又は弓形の断面を有する第２の（例えば、上部の）ＲＦコイルアレイモジュール１４ａとを備える。図２Ａに示すように、幾つかの実施形態は、Ｃ型磁石（例えば、開放ＭＲＩ用）を使用し、且つ、全身検査領域の近傍及び傾斜磁場コイル２４の内部／近傍に配置された上部アレイモジュール２２ａと下部アレイモジュール２２ｂとを備えたＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ２２を含む、全身用ＭＲＩシステム２０を含む。参照及び説明の明確さのために、図２Ｂは、図２ＡのＣ型永久磁石ＭＲＩシステムを示すが、ＨＴＳコイルアレイは取り外されており、図示されたように、Ｃ型磁石は、磁極２６ａ、２６ｂ及びヨーク２８を含む。当業者であれば、本発明の実施形態による極低温冷却型全身用ＲＦコイルアレイ（及びアレイモジュール）は特定の型の主磁石を伴う実装のみに限定されず、磁石の型式又は構成（例えば、超伝導、永久、開放、閉鎖など）に関係なく種々様々な全身用ＭＲＩシステムのいずれかに組み込むことができることを理解するであろう。
【００２４】
種々の実施形態において、例えば、上記の円筒型磁石及びＣ型永久磁石の実施形態の種々の実装又はバリエーションにおいて、上部及び下部の全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、機械的に分離したモジュールとして、又は共通の冷却系に結合することができる分離したモジュールとして、又は一体型モジュール（例えば、上部アレイモジュール部分と下部アレイモジュール部分とがそれらの少なくとも一部分において機械的に一体化／結合され、例えば、共通のフランジを共有し、及び／又は冷却系に結合するための熱伝導部材を共有する）として実装することができる。次の説明を考慮することにより、当業者であれば、本明細書で開示する全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイには、引用によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる２０１０年９月２１日出願の米国特許出願第１２／８８７，４７４号、２０１０年４月１９日出願の米国特許出願第１２／７６２，９０１号、２０１０年４月２０日出願の米国特許出願第１２／７６４，０３６号、及び２０１０年４月２０日出願の米国特許出願第１２／７６４，０４４号の開示による技術、材料、及び原理を使用することができることを理解するであろう。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による例証的な全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイのそれぞれ平面図及び側面図を概略的に示す。図のように、図３Ａ及び図３Ｂに示す例証的な全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの実施形態は実質的に平面形であり、従って、例えば、図１Ａ（即ち、上部及び下部コイルアレイ）、図１Ｂ（即ち、下部コイルアレイ）、及び図２Ａ（即ち、上部及び下部コイルアレイ）の中の平面形ＨＴＳ  ＲＦコイルモジュールとして実装することができる。
【００２６】
より具体的には、図３Ａ及び図３Ｂは、熱伝導性基板（熱伝導体）３１と熱接触するＨＴＳ  ＲＦコイル要素３５（本明細書では種々の文脈において、コイル、又はＨＴＳコイル、又はＲＦコイルとも呼ぶ）の２次元アレイ（例えば、簡単な例として、５×５のアレイとして構成される）を収容する真空筐体３３を備えた例証的なＨＴＳ  ＲＦコイルアレイを示し、ここで、熱伝導体３１は、該熱伝導体３１及びコイル３５の極低温冷却のために、液体窒素（ＬＮ２）の流れをもたらすＬＮ２相互接続（例えば、導管）３９によって結合された液体窒素（ＬＮ２）貯留槽３７に熱的に結合される。真空筐体３３は、アレイを少なくとも低真空内に保持する。図示するように、この例証的な実施形態において、コイル３５は、２層に配置されて２次元アレイ内で重なり合うコイルを与える。理解されるように、図示した５×５のアレイは単に１つの説明例であり、例えば、アレイの各次元における要素の数は同じである必要はなく、例えば、所望のＦＯＶ及び個々のコイルの設計（例えば、サイズ、形状、隣り合うコイルの重なり量、など）に応じて変えることができる。例えば、単なる例として、幾つかの実施形態による極低温冷却型全身用ＲＦコイルアレイには、診断的全身イメージングのために十分なＳＮＲ及びＦＯＶをもたらすのに必要とされ得るように適切に設計されたコイル要素の２次元アレイ構成（例えば、５×５、５×１０、４×８、８×８、３２×３２、３２×６４、６４×６４、１００×１００、１２８×１２８など）に対応する任意の数のチャネルを用いることができる。
【００２７】
本発明の種々の実施形態により、全アレイサイズは、全身スキャンのために十分なものとされ、例えば、約１０インチ又はそれ以上の幅及び約１０インチ又はそれ以上の長さにすることができ、各次元に沿って同じ又は異なる全サイズを有して、正方形又は矩形にすることができ（例えば、幾つかの可能な全アレイサイズは、幅が約１０インチから約４０インチまで、長さが約１０インチから約４０インチまで変えることができる）、例えば、幅１０インチ長さ１０インチ、幅１０インチ長さ２０インチ、幅１０インチ長さ３０インチ、幅１０インチ長さ４０インチ、幅２０インチ長さ２０インチ、幅２０インチ長さび４０インチ、幅４０インチ長さ４０インチ長などである。
【００２８】
図示したように、図３Ａ及び図３Ｂの例証的な実施形態において、コイル要素は、（ｉ）各々が熱伝導基板３１と直接熱接触するように配置された（例えば、各行に対して１つのプレート部材として描かれた１つ又はそれ以上のプレート部材として実装された）コイルの下部層（便宜上、まとめて「下部コイル要素」と呼ぶ）と、（ｉｉ）下部コイル要素の上にそれと熱接触するように配置された（１０個の）コイル要素の上部層（便宜上、まとめて「上部コイル要素」又は「上部コイル」と呼ぶ）とを含む。所望であれば、付加的なスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）、支持体、又はスペーサ（図示せず）を、例えば、（ｉ）上部コイルと下部コイルとの間で用いてそれらを熱的に結合すると同時に上部コイル及び／又は下部コイル上のトレースが損傷しないように（例えば、トレースの上にギャップ／ブリッジ領域を設けることによって）すること、及び／又は（ｉｉ）上部コイル要素とプレートとの間で用いて、下部コイルが上部コイルを支えていない領域において上部コイル要素とプレートとの間に熱結合をもたらすようにすること、ができる。エポキシ及び／又は熱グリース／コンパウンド（これらは図示せず）をコイルとプレートとの間、及び／又は上部コイルと下部コイルとの間、及び／又はスタンドオフと隣接するプレート及び／又はコイルとの間に施して、それらの間に熱的及び機械的な接触を設けることができる。さらに、幾つかの実施形態において、２層より多くのコイルの重なり層を用いることができる。
【００２９】
熱伝導プレート３１（及び、実装される場合には熱伝導性スタンドオフ又はスペーサなど）は、例えば、１つ又はそれ以上の高熱伝導性材料、例えばサファイア若しくはアルミニウム、又は他の非金属高熱伝導性材料、例えば高熱伝導性セラミックのうちのいずれかで形成することができる。図示したように、以下、熱伝導プレート３１は、分離した平行な細長い部材として実装され、それらの各々は下部コイル要素の裏側部分に熱接触し、それぞれの端部がそれぞれのＬＮ２貯留槽に熱接触する。幾つかの実施形態において、熱伝導プレート３１を構成する分離した平行な細長い部材の各々は、コイル要素の直径より狭くすることができる。種々の代替的実施形態において、熱伝導プレート３１は、下部コイルの全てに接触する単一のプレートとして実装することができ、又は、下部コイルの行の数より少ない２つ又はそれ以上のプレートとして実装することができる。以下でさらに理解されるように、種々の実施形態において、冷却は、ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの真空チャンバを通して寒剤を流すのではなく冷凍機を用いて行うことができる。
【００３０】
図３Ａ及び図３Ｂのような幾つかの実施形態において、各コイル要素３５は、基板（例えば、サファイアウェハ）と薄膜超伝導コイル（トレースとも呼ぶ）とを備える。図３Ａ及び図３Ｂの実施形態において、薄膜トレースは基板の上面（プレート３１から遠い方に面する）上に形成されるが、種々の代替的実施形態において、トレースを基板の下面（プレート３１に面する）に配置することができる。
【００３１】
より具体的には、本発明の幾つかの実施形態によれば、各ＲＦコイル要素３５のトレースは、種々の実施形態において低温超伝導体（ＬＴＳ）を用いることができるが、ＹＢＣＯ及び／又はＢＳＣＣＯなどのような高温超伝導体（ＨＴＳ）として実装することができる（例えば、ＨＴＳ薄膜又はＨＴＳテープを用いて）。例えば、幾つかの実施形態において、各々のＲＦコイル要素３５は、サファイア又はアルミン酸ランタンなどの基板上のＨＴＳ薄膜らせんコイル及び／又はＨＴＳ薄膜らせん−インターデジタルコイルである。そのようなコイルの設計及び製造は、それぞれ引用によりその全体が本明細書に組み入れられる非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、及び非特許文献４において更に説明されており、及び／又はそれらを考慮して更に理解することができる。従って、幾つかの実施形態において、超伝導ＲＦコイルアレイは、ＨＴＳ薄膜ＲＦコイルアレイとして実装される。
【００３２】
各コイル要素の設計（例えば、トレースの直径、巻き数）は用途に応じたものとすることができ、均質性、信号対ノイズ比、及び視野（ＦＯＶ）の考慮事項を含むことができる。上述のように、同様の考慮事項は、使用されるコイル要素の数の決定に際して考慮に入れることができる（例えば、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態には５×５のコイル要素を示しているが、２次元アレイは各次元に沿ってより少数の又はより多数のコイル要素を含むことができる）。図３Ａ及び図３Ｂには詳細に示されていないが、隣り合うコイル要素３５のトレースは重なっており、この重なりは隣り合うコイル要素を垂直方向にずらすことによってもたらされる。当業者であれば、隣り合うコイルの間の重なり量を減結合に関して最適化することができることを理解するであろう。
【００３３】
前述のように、スタンドオフを用いて、熱伝導（例えば、上部コイルとプレート３１との間）及び機械的支持（例えば、上部コイルの補助支持）を補助することができる。下部コイル要素のトレースの上に配置されるスタンドオフを使用することで、上部コイル要素が下部コイル要素に直接接触する場合にこれらのトレースに対して生じ得る損傷を防ぐことを補助することもできる。種々の実施形態において、スタンドオフは、下部トレースが上に重なったスタンドオフに機械的に接触しないように、下にある下部コイル要素のトレースの上に配置される狭い窪んだ領域を有することができる（例えばブリッジを形成する）。
【００３４】
種々の代替的実施形態において、１つ又はそれ以上の（例えば、全ての）スタンドオフを省くことができることが理解されるであろう。例えば、幾つかの実施形態は、下部コイル要素と上部コイル要素との間にスタンドオフを含むことができ、その一方、コイル要素間のスタンドオフで上部コイル要素の冷却のために十分な熱伝導をもたらすことができるので、プレート３１と上部コイル要素との間にはスタンドオフを使用しない。付加的に又は代替的に、種々の実施形態は、上部コイル要素と直接接触する付加的な高熱伝導性プレートを含むことができる。
【００３５】
説明のための非限定的な例として、幾つかの実施形態においては、プレート３１は約３−５ｍｍの厚さを有することができ、各コイル要素のトレースは約１ｃｍ（又はそれ以下）から約１０ｃｍ又はそれ以上の直径を有することができ、各コイル要素の基板は約０．３ｍｍから約０．６ｍｍまでの厚さを有することができる。
【００３６】
図３Ａ及び図３Ｂには示さないが、各コイル要素用の電子回路モジュールをプレート３１の上及び／又はコイル要素基板の上に配置することができ、これは、少なくとも前置増幅器を含むことができ、そしてまたインピーダンス整合、減結合などのための付加的な回路も含むことができる。
【００３７】
前述のように、図３Ａ及び図３Ｂに示す例証的なＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、真空チャンバ内に配置され、且つ、寒剤（例えば、ＬＮ２）に熱的に結合されたプレート３１によって冷却される。種々の実施形態において、コイル要素３５は約４Ｋから１００Ｋまでの範囲の温度に冷却することができ、より具体的には、超伝導材料の臨界温度より低い（例えば、幾つかの実施形態においては、ＲＦコイル３５に使用される高温超伝導体（ＨＴＳ）の臨界温度より低い）温度に冷却することができる。種々の実施形態において、ＲＦコイルを冷却するために寒剤を使用するのではなく、種々の１段式又は多段式冷凍機、例えば、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機、パルス管（ＰＴ）冷凍機、ジュール・トムソン（ＪＴ）冷凍機、スターリング冷凍機、又は他の冷凍機などのうちのいずれかとして実装される冷凍機を備えた極低温冷却系を用いることができる。
【００３８】
種々の実施形態において、コイル要素は、円形以外の形状を用いて実装することができる。例えば、基板及びトレースを含むコイル要素は、矩形にすることができる。さらに、矩形基板を用い、且つ４層のコイルを用いたアレイを組立てる（適切な場合には熱伝導及び／又は機械的支持を補助するためのスタンドオフを用いる）ことにより、各々の隣接するコイル要素のトレースが互いに重なるようにすることができる（即ち、１つのコイル要素のトレースが、それと最も近接した隣り合うコイル要素及びその次に近接した隣り合うコイル要素（即ち対角線に配置された隣接コイル要素）のトレースと重なる）。さらに、当業者であれば、そのような４層構造を用いて、任意のアレイサイズ／寸法（例えば、５×５、５×１０、４×８、８×８、３２×３２、３２×６４、６４×６４、１００×１００、１２８×１２８、など）の隣り合うコイル要素が重なり合った２次元アレイを設けることができることを理解するであろう。矩形基板は、円形のサファイア又はアルミナ基板などの円形基板を切断するか又はけがきすることによって形成することができる。矩形型トレースは、トレース重なり距離が実質的に一定であることに依り、改善された画像再構成をもたらすことができる。
【００３９】
さらに、幾つかの実施形態において、それぞれの積層された基板上に形成されたトレースを含むコイル要素を有するのではなく、共通の熱伝導性基板の上にコイル要素のアレイを形成することができ、この共通の熱伝導性基板を平面形又は実質的に平坦なものとして実質的に平面形のＲＦコイルアレイを設けることができる。例えば、トレースは、ＨＴＳテープ又はＨＴＳ薄膜を用いて、重なり合った隣り合う構成で、絶縁スペーサが隣り合うコイルをそれらが重なるところで分離した状態で形成することができる。
【００４０】
次の説明を考慮して更に理解されるように、幾つかの実施形態において真空チャンバ３３は、例えば二重壁デュワー構造として実装することができる。より具体的には、本発明の幾つかの実施形態により、真空チャンバは、ガラス及び／又は他の機械的に強い非伝導性材料、例えば、Ｇ１０、ＲＦ４、プラスチック、及び／又はセラミックなどで作られた二重壁デュワー構造を含むことができる。種々の実施形態において、二重壁デュワーは、それぞれ引用により全体が本明細書に組み入れられる２００８年９月１７日出願の米国特許出願第１２／２１２，１２２号、２００８年９月１７日出願の米国特許出願第１２／２１２，１４７号、２００９年４月２０日出願の米国仮特許出願第６１／１７１，０７４号に記載の気密封止二重壁構造（及び真空断熱筐体）に従って実装され、又はそれらに類似のものとすることができる。
【００４１】
前述の説明を考慮して理解されるように、本発明の種々の実施形態により、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、受信専用アレイとして実装することができ、ＲＦ送信器は別個のＲＦコイルとして実装され、これは種々の実施形態において、従来型（例えば、従来型の銅製ＲＦコイルのような非超伝導型）ＲＦ送信コイル、又は超伝導ＲＦ送信コイルとすることができる。幾つかの実施形態において、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、送信及び受信コイルアレイ（送受信アレイ）として実装することができ、各超伝導ＲＦコイル要素１４はＲＦ信号の送信及び受信の両方に使用される。さらに、幾つかの実施において、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは、送信専用コイルとして使用することができる（例えば、ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイは送受信アレイとすることができるが、例えば、受信専用表面コイルアレイ又は他の身体部分専用ＲＦ受信専用コイルと併せて使用されるときには送信専用として使用することができる）。
【００４２】
本発明の種々の実施形態により、超伝導ＨＴＳ  ＲＦコイル要素３５のうちの１つ又はそれ以上を、多重共鳴ＲＦコイル要素（例えば、所与の磁場（例えば、３テスラ（Ｔ））におけるナトリウム及び水素の共鳴の検出用などの、異なる共鳴周波数を有する２つ又はそれ以上のコイルを備える）として実装することができる。
【００４３】
次に図４を参照すると、図１Ｂに示す上部コイルアレイ用に実装することができるような、幾つかの実施形態による弓形又は概ねアーチ形曲面を有する全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ４０の断面図が示される。コイルアレイ４０の種々の実施形態及びそのバリエーションは、実質的に平面形／直線型の全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの前述の説明と同様に実装することができる。例えば、真空チャンバ／壁４３及び熱伝導体４１は、同じ種類の材料であるが所望の曲率を有するように予備成形された材料を用いて形成することができる。また（前述の平面形／直線型コイルアレイモジュールと同様に）、図４の例証的な実施形態においては、冷却は寒剤（例えば、ＬＮ２）を熱伝導体４１の端部と熱接触する入力及び出力貯留槽４７（それらの間の導管は図４に示さない）に供給することによって行われるが、代替的な実施においては、冷却は冷凍機によって行われる。図４においては、ＨＴＳテープコイルアレイ４５がコイル要素を実装するために用いられる。幾つかの実施形態において、そのようなＨＴＳテープコイルアレイ４５は、湾曲した熱伝導性（例えば、アルミナ又はサファイア）支持体／基板の上に、重なり合って隣接する構成で配置されたＨＴＳテープコイル要素を含む。隣接するコイルが重なるところに絶縁（誘電体）スペーサが設けられる。ＨＴＳコイルアレイ４５の湾曲した熱伝導性基板は、熱伝導体４１に熱的に結合され、熱伝導体４１はＬＮ２貯留槽４７内に供給されたＬＮ２によってその端部を経て冷却される。テープコイルアレイの方が湾曲した基板を用いてより容易に形成することができるが、とはいえ、湾曲型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ（例えば、コイルアレイ４０）にはＨＴＳ薄膜を用いることも可能であり、これは、例えば、重なるように構成された（例えば、積層された）それぞれの基板上に形成することもでき、又は共通の熱伝導性基板の上に形成する（例えば、パターン付けする）こともできる（隣り合うトレースが重なるところには絶縁スペーサ層が配置される）。
【００４４】
前述の例証的な実施形態に関連して論じたように、可能な種類のＲＦコイル材料にはＨＴＳテープ及びＨＴＳ薄膜が含まれる。一例として、この用途のためのＨＴＳ  ＲＦコイルの適切な形態は、例えば、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）で作成された超伝導体テープである。例えば、ＨＴＳテープからＨＴＳ  ＲＦコイルを製造する方法の詳細な教示は、その開示が引用により本明細書に組み入れられる特許文献１に記載されている。代替的な実施形態において、超伝導体ＲＦコイルは、超伝導体薄膜、例えば、イットリウム・バリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、タリウム・バリウム・カルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、ＭｇＢ２、又はＭＢ（ここでＭはＢｅ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒから成る群から選択される）などのＨＴＳ材料を含む超伝導体薄膜として実装することができる。平坦な基板上にＨＴＳ薄膜コイルを製造することの詳細な教示が非特許文献５に記載されており、その開示の全体が引用により本明細書に組み入れられる。ＨＴＳコイルに関する更なる教示は非特許文献１及び非特許文献４に記載されており、これらの開示の全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００４５】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による、概ね平面形状の例証的な極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール５０の垂直図を概略的に示す。図示するように、モジュール５０は、例えば図１Ａ及び図２Ａに概略的に示された上部及び下部コイルアレイモジュールに対応する、上部モジュール及び下部モジュールを備える。より具体的には、図５Ａは長手軸に沿った断面図であり、他方、図５Ｂは、概ね図５Ａの左側から見た図５Ａの上部モジュールの平面図又は端面図であるが、チャンバ５８内部の冷凍機５７の部分を見えるようにするためにステンレス鋼チャンバ５８の切取図又は断面図を示す。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、幾つかの実施形態において極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール５０は、上部モジュール及び下部モジュールを含み、その各々は、（ｉ）ガラス及び／又は他の機械的に強い非伝導性材料、例えば、Ｇ１０、ＲＦ４、プラスチック、及び／又はセラミックなどで作られた二重壁デュワー５１と、（ｉｉ）サファイア又はアルミナのような高熱伝導性セラミックなどの非金属熱伝導体５２と、（ｉｉｉ）熱伝導体５２と良好に熱接触している超伝導体（例えば、ＨＴＳ）ＲＦコイルアレイ５３と、（ｉｖ）二重壁デュワー５１と封止可能に結合された二重壁ステンレス鋼チャンバ５８と、（ｖ）熱伝導体５２と熱的に結合され、ステンレス鋼チャンバ５８のフランジに封止可能に取付けされた冷凍機５９とを備える。図５Ａ及び図５Ｂには詳しく示さないが、ＲＦコイルアレイ５３は、例えば図３Ａ及び図３Ｂのコイル要素と同様に、各コイル要素が基板上に形成されたトレースを備え、隣り合うトレースが重なるようにコイル要素が積み重ねられた状態で実装することができる。幾つかの実施形態において、コイルアレイ５３のコイル要素は、平面形熱伝導性基板の上に形成されたＨＴＳ薄膜トレース又はＨＴＰテープ（例えば、ＹＢＣＯ、ＢＳＣＣＯなど）トレースとして実装することができ、トレースの重なり合う部分の間に絶縁部材が形成される。
【００４７】
二重壁デュワー５１は、内部チャンバ（又は空洞）５４を密閉する連続的な気密封止ガラス筐体として様々な方法で構築することができ、その内部チャンバ内では少なくとも低真空状態が維持され、幾つかの実施形態によれば、好ましくは少なくとも高真空状態（例えば、約１０-6トル又はそれより低い圧力）が維持されることが理解されるであろう。例えば、幾つかの実施形態により、二重壁デュワー５１は以下のようにして製造することができる。（ｉ）各々が概ねＵ型の壁断面を有する２つの概ね平面形／直線型二重壁構造体であって、第１の構造体が連続ガラス壁部分５１ａに対応し、第２の構造体が連続壁部分５１ｂに対応する、二重壁構造体を形成し、（ｉｉ）概ね直線型の連続ガラス壁部分５１ｂを概ね直線型の連続ガラス壁部分５１ａの環状空間に、場合によってはそれらの間にガラススペーサを用いてはめ込み、（ｉｉｉ）空洞５４を高真空まで排気し、５１ａと５１ｂとの間の開放端部（即ち、後でステンレス鋼チャンバ５８に封止可能に取り付けられる端部）をガラス接合、融着、又はそれ以外の方法で封止して、高真空下で空洞５４を気密封止する。真空封止するステップは様々な方法で行うことができることを理解することができよう。例えば、これは全体を真空チャンバ内で行うことができ、又は、５１ａ及び５１ｂの端部を小領域を除いて融着し、この小領域を真空排気ポートとして用いて、そこを通して空洞を高真空に排気した後でこれを封止することができる。種々の実施形態において、二重壁デュワー５１は、それぞれ引用によりその全体が本明細書に組み入れられる２００８年９月１７日出願の米国特許出願第１２／２１２，１２２号及び２００８年９月１７日出願の米国特許出願第１２／２１２，１４７号に記載の気密封止二重壁構造体（及び真空断熱筐体）に関して用いられる原理及び技術に従って実装することができる。
【００４８】
一例として、気密封止二重壁デュワー５１（例えば、ガラス）とステンレス鋼チャンバとの間の接合部は、傾斜磁場コイル５３及び熱伝導体５２を収容する内部チャンバ部分５５内を少なくとも低真空状態（例えば、約１０-2トルから約１０-5トルまで）に維持するのに十分なシールを与える、エポキシ接着（例えば、図５Ａのエポキシ接着／シール５６）、溶接、又は他の気密封止フランジ接続によって形成することができる。これもまた一例として、冷凍機５９とステンレス鋼チャンバ５８のフランジとの間にＯリング又は他の封止機構（例えば、金属ガスケット／ナイフエッジ接続）によって真空シールを設けて、同様に、傾斜磁場コイル５３及び熱伝導体５２を収容する内部チャンバ部分５５内を少なくとも低真空状態に維持することができる。しかし、当業者であれば、チャンバ５８はステンレス鋼以外の材料、例えばアルミナ又は他の金属材料若しくは他の非金属材料、例えばガラス、セラミック、プラスチックス、又はこれら材料の組合せで作ることができ、これら他の材料をデュワー５１及び冷凍機５９に適切に接合することができることを理解する。
【００４９】
種々の実施形態において、冷凍機５９は、種々の一段式又は多段式冷凍機、例えば、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機、パルス管（ＰＴ）冷凍機、ジュール・トムソン（ＪＴ）冷凍機、スターリング冷凍機、又は他の冷凍機などのうちのいずれかとして実装することができる。種々の代替的実施形態において、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール５０は、コイル５３が液体ヘリウム及び液体窒素などの寒剤によって冷却されるような冷却用に構成することができる。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂの例証的な実施形態においては、上部モジュール及び下部モジュールは別々の冷凍機を有する別々のモジュールとして実装されているが、幾つかの実装形態においては、共通の冷凍機を用いて上部モジュール及び下部モジュールの両方を冷却することができる。さらに、種々の実施形態において、上部モジュール及び下部モジュールは、例えば、共通の真空排気ステンレス鋼チャンバ部分を有することによって一体化することができる。そのような幾つかの実施形態において、冷凍機を上部及び下部の非金属熱伝導体５２に、例えば該上部及び下部の非金属熱伝導体５２を熱的に結合するためにチャンバ内に配置された更に別の熱伝導性部材を介して熱的に結合することにより、単一の冷凍機で上部及び下部アレイの両方を冷却することができる。
【００５１】
当業者であれば理解するように、本発明の幾つかの実施形態による図５Ａ及び図５Ｂに示すような概ね平面形／直線型の全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルモジュール５０は、Ｃ型永久磁石を用いたＭＲＩシステム（例えば、図２Ａ）、円筒型ソレノイド主磁石構造を用いたＭＲＩシステム（例えば、図１Ａ）、二重ドーナツ型磁石を用いたＭＲＩシステムなどのような様々な全身用ＭＲＩシステムでの使用に適している。円筒型ＭＲＩシステムは、図６に長手方向断面図を概略的に示すが、全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール５０が内部に配置された全身検査領域を有する主磁石６７を含み、さらにモジュール５０の外部にモジュール５０と主磁石６７との間に配置された傾斜磁場コイル６３を含む。
【００５２】
図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態のような全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの幾つかの実施形態は、極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイの外部にある１つ又はそれ以上の傾斜磁場コイルと共に使用するように構成されるが、本発明の幾つかの実施形態により、１つ又はそれ以上の傾斜磁場コイルを、代替的には又は付加的に全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの内部に配置することができることもまた理解される。例えば、図７に示すような幾つかの実施形態により、１つ又は複数の傾斜磁場コイル７３が、ＲＦコイル５３と熱接触する同じ熱シンク（即ち、熱伝導体５２）に良好に熱接触するように配置される。種々の実施形態において、熱伝導体５２と熱接触するように配置され、従って極低温冷却される傾斜磁場コイル７３は、１つ若しくはそれ以上の従来の銅コイルとして、及び／又は１つ若しくはそれ以上の超伝導体ＲＦコイル（ＬＴＳ及び／又はＨＴＳ）として、及び／又は、室温より低い温度に冷却されたときに室温より低い温度における銅の伝導性よりも高い伝導性を有する非超伝導材料（例えば、炭素ナノチューブをベースとする材料及び／又は２次元電子ガス半導体構造体）を含む１つ又はそれ以上のコイルとして実装することができる。一例として、この実装に適したＨＴＳ傾斜磁場コイルの形態は、例えばビスマス・ストロンチウム・カルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）製の超伝導体テープであるが、代替的な実施形態においては、超伝導体傾斜磁場コイルは、超伝導体薄膜、例えば、イットリウム・バリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、タリウム・バリウム・カルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、ＭｇＢ２、又はＭＢ（ここでＭはＢｅ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒから成る群から選択される）などのＨＴＳ材料を含む超伝導体薄膜として実装することができる。
【００５３】
当業者であれば理解するように、傾斜磁場コイルが全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの内部にある（例えば、傾斜磁場コイル７３）か又は外部にある（例えば、傾斜磁場コイル６３）かに関わらず、ＲＦコイルアレイ５３は、幾つかの実施形態において、ＲＦ送信機及びＲＦ受信機のための別々のコイルアレイとして実装することができ、又は送信機及び受信機の両方のための共通コイルアレイとして実装することができる。さらに、コイルアレイの送信コイルと受信コイルが別々のコイルである幾つかの実施形態において、コイルアレイの一方だけ（例えば、受信コイルアレイ）を超伝導コイルとして実装することができる（例えば、もう一方のコイルアレイは、例えばＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールの外部に配置される、従来の銅コイルアレイとして実装することができ、他方、超伝導コイルアレイ要素は、例えばＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール内の熱伝導体５２上に配置することができる）。さらに、ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイが受信専用アレイとして実装される場合、送信機はＲＦコイルアレイモジュールの外部におくことができ、従来の送信コイルとして（例えば、コイルアレイとしてではなく）実装することができる。
【００５４】
図面には示さないが、本発明の種々の実施形態による極低温冷却型全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールは、モジュールに入る及び／又はモジュールから出る電気信号を結合するため（例えば、ＲＦコイルアレイ要素への信号及び／又はＲＦコイルアレイ要素から受信する信号を結合するため、傾斜磁場コイルが全身用ＲＦコイルアレイ内に配置されている場合にはそれを駆動するため、モジュール内に設けることができるいずれかのセンサ（例えば、圧力及び／又は温度など）を制御し及び／又は監視するため）の少なくとも１つの電気的フィードスルー（例えば、チャンバ５８を通しての）を含むことがさらに理解される。さらに、本発明の種々の実施形態により、ガラス製デュワーを有する全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュールは、（ｉ）保護（例えば、破断、欠け、又はひび割れに対する）及び／又は追加の強度などを与えるためにガラス上に形成された被覆（例えば、プラスチック又はポリマー）を含むことも、及び／又は（ｉｉ）そのような保護及び／又は追加強度をもたらすようにガラスデュワーが内部にはめ込まれる剛性スリーブ（例えば、プラスチック又はＧ１０製）を設けることもできることもまた理解される。
【００５５】
本発明は、その特定の実施形態に関連して図示し説明したが、これら実施形態は本発明の原理を単に例証するものであり、排他的であることも又はそれ以外に実施形態を限定することも意図したものではない。従って、本発明の例証的な実施形態について前述の説明、並びにその種々の例証的な改変及び特徴は多くの特殊性を提供するが、これらの特権を与える詳細は本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、当業者であれば、本発明には、多くの改変、適合、バリエーション、省略、付加、及び等価な実装が、本発明の範囲を逸脱せずに、またその付随する利点を損なうことなく可能であることを容易に理解するであろう。例えば、プロセスそれ自体に必要な又は内在する範囲を除いて、図を含む本開示において説明される方法又はプロセスのステップ又は段階に対して、特定の順序はなんら含意されていない。多くの場合、プロセスステップの順序は変えることができ、また種々の例証的ステップは、説明した方法の目的、効果又は趣旨を変えずに組み合せ、変更し、又は省略することができる。用語及び表現は、限定のためではなく説明ために使用したものであることにもさらに留意されたい。それらの用語及び表現を使用して、図示し説明した特徴又はその一部分のいかなる均等物も除外することは意図されていない。さらに、本発明は、本明細書で説明した、又はそれ以外に本開示を考慮して理解される、及び／又は幾つかの実施形態において実現することができる１つ又はそれ以上の利点を必ずしももたらすことなく実施され得る。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０：高磁場ＭＲＩスキャナ、全身用ＭＲＩシステム
１２、１４、２２、４０：全身用ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイ
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ、２２ａ、２２ｂ、５０：ＨＴＳ  ＲＦコイルアレイモジュール
２４、６３、７３：傾斜磁場コイル
２６ａ、２６ｂ：磁極
２８：ヨーク
３１、４１、５２：熱伝導体
３３、４３：真空筐体（真空チャンバ）
３５：ＨＴＳ  ＲＦコイル要素
３７、４７：液体窒素貯留槽
４５：ＨＴＳテープコイルアレイ
５１：二重壁デュワー
５１ａ：第１の連続ガラス壁部分
５１ｂ：第２の連続ガラス壁部分
５３：超伝導ＲＦコイルアレイ
５４：内部チャンバ（空洞）
５５：内部チャンバ部分
５６：エポキシ接着／シール
５８：ステンレス鋼チャンバ
５７、５９：冷凍機
６７：主磁石
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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