(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システムにおいて使用するための一体型磁石装置であって、
磁場シフト用遮蔽磁石と、
傾斜磁場コイルと、
前記磁場シフト用遮蔽磁石、及び前記傾斜磁場コイルに対する機械的支持を提供する、少なくとも１つの基材層と、
少なくとも１つの冷却機構と、を含む、一体型磁石装置と、
前記一体型磁石装置内に配置される着脱可能インサートであって、前記着脱可能インサートは、一次磁場シフト用磁石を含む、着脱可能インサートと、を含む、傾斜磁場コイル配置。
【請求項２】
前記冷却機構は、部分的には、冷却剤を受容する中空導体から形成される、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項３】
前記冷却機構は、
前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの少なくとも１つに隣接して配置される冷却剤層を含む、請求項１に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項４】
前記冷却剤層は、
冷却剤副層と、
前記冷却剤副層と、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの１つとの間に配置される、少なくとも１つの熱伝導性副層と、を更に含む、請求項３に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項５】
前記冷却剤副層は、冷却剤の循環を可能とする機構を含む、請求項４に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項６】
前記傾斜磁場コイルは、
一次傾斜磁石と遮蔽傾斜磁石を更に含み、前記一次傾斜磁石は、前記遮蔽傾斜磁石よりも、撮像する物体の近くに配置される、請求項１に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項７】
前記一体型磁石装置は、円筒状であり、前記円筒の内側は、撮像ボリュームを形成し、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石は、前記円筒の長さ方向に沿って延びる前記円筒の円形層を形成し、前記着脱可能インサートは、前記撮像ボリューム内に挿入され得る、請求項１に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項８】
前記着脱可能インサートが前記撮像ボリュームに存在しないとき、前記磁場シフト用遮蔽磁石は作動しない、請求項７に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項９】
前記層のそれぞれは、冷却剤層で分離されている、請求項７に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項１０】
前記着脱可能インサートは、冷却剤層及び基材層のうちの少なくとも一方を更に含む、請求項１に記載の傾斜磁場コイル配置。
【請求項１１】
デルタ緩和核磁気共鳴画像法（ＤＲＥＭＲ）システムであって、
撮像ボリュームにおいて、静磁場を生成する主磁石と、
前記主磁石のボア内に配置された磁場シフト用遮蔽磁石と、
前記主磁石の前記ボア内に配置された傾斜磁場コイルと、
前記磁場シフト用遮蔽磁石、及び前記傾斜磁場コイルに対する機械的支持を提供する、少なくとも１つの基材層と、
少なくとも１つの冷却機構と、
前記傾斜磁場コイル及び前記磁場シフト用遮蔽磁石内に配置される着脱可能インサートと、を含み、前記着脱可能インサートは、一次磁場シフト用磁石を含む、ＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１２】
前記冷却機構は、部分的には、冷却剤を受容する中空導体から形成される、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１３】
前記冷却機構は、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの少なくとも１つに隣接して配置される冷却剤層を含む、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１４】
前記冷却剤層は、
冷却剤副層と、
前記冷却剤副層と、前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石のうちの１つとの間に配置される、少なくとも１つの熱伝導性副層と、を更に含む、請求項１３に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１５】
前記冷却剤副層は、冷却剤の循環を可能とする機構を含む、請求項１４に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１６】
前記傾斜磁場コイルは、
一次傾斜磁石と遮蔽傾斜磁石を更に含み、前記一次傾斜磁石は、前記遮蔽傾斜磁石よりも、撮像する物体の近くに配置される、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１７】
前記傾斜磁場コイル、及び前記磁場シフト用遮蔽磁石は、前記円筒の長さ方向に沿って延びる、一体型装置の円筒状に形成された円形層であり、前記着脱可能インサートは、前記一体型装置内の前記撮像ボリューム内に挿入され得る、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１８】
前記着脱可能インサートを前記傾斜磁場コイル内から取り出したとき、前記磁場シフト用遮蔽磁石は作動しない、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項１９】
前記層のそれぞれは、冷却剤層で分離されている、請求項１７に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【請求項２０】
前記着脱可能インサートは、冷却剤層及び基材層のうちの少なくとも一方を更に含む、請求項１１に記載のＤＲＥＭＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、核磁気共鳴画像法に関する。より具体的には、本発明は、核磁気共鳴画像システムの信号検出感度を向上させるためのコイル配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、医学において使用されている主な画像化技術である。ＭＲＩは、脳、筋肉、及び腎臓などの柔組織の詳細画像を生成可能である。組織内に存在する水及び／又は脂肪などの種々な化合物の特異的性質を使用して、画像を生成する。強力な磁場を印加すると、核スピン角運動量を有する多数の原子（水素など、水素は水及び脂肪に多く含まれる）の核磁気モーメントのベクトル和により、外部から印加された磁場と整列した正味磁気モーメントが作り出される。更に、得られた正味磁気モーメントは、印加された磁場に比例する、明確に定義された周波数で歳差運動をすることができる。無線周波数パルスによる励起の後、この正味の磁化により、検出可能な信号が生成される。
【０００３】
デルタ緩和拡張核磁気共鳴（ＤＲＥＭＲ：ｄｅｌｔａ  ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）は、一般的には、磁場循環緩和時間測定法（ｆｉｅｌｄ−ｃｙｃｌｅｄ  ｒｅｌａｘｏｍｅｔｒｙ）、又は磁場循環画像法（ｆｉｅｌｄ−ｃｙｃｌｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれており、印加する磁場の強さによって変化する内在組織のコントラスト機構を使用して、新規な画像コントラストを生成可能とするＭＲＩ技術である。ＤＲＥＭＲコントラストを得るために、ＭＲパルスシーケンスの特定の部分の間、時間に応じて、静磁場を変化させる。磁場を変化させるために、磁場シフト用磁気コイルが用いられる。ＤＲＥＭＲのコントラスト機構は、生成される磁場シフトの強度に強く相関することから、ＤＲＥＭＲシステムにおいて使用する従来のＭＲＩコイルに対して、磁場シフト用電磁石を適切に配列することは、重要である。
【発明の概要】
【０００４】
ＭＲＩスキャニングシステム用の新規なシステム及び方法、並びに従来技術について、上で指摘した欠点のうちの少なくとも１つを回避及び軽減する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
一態様によれば、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システムにおいて使用するための一体型磁石装置が提供される。本システムは、静磁場Ｂ０を生成する主磁石を含む。加えて、本システムは、一体型磁石装置を更に含む。一体型磁石装置は、磁場シフト用遮蔽コイルと、傾斜磁場コイルを有していてよい。本ＭＲＩシステムは、磁場シフト用遮蔽コイルを含む、着脱可能インサートを更に含む。一体型磁石装置には、少なくとも１つの基材層が含まれ、磁場シフト用コイル、及び傾斜磁場コイルのための機械的支持を提供する。
更に、磁石の少なくとも一部を冷却する冷却機構が提供される。また、一体型磁石装置は、少なくとも１つの冷却機構を含んでいてもよい。
【０００６】
これらは、これ以降、明らかとなる他の態様及び利益と共に、より完全に以下に記載及び特許請求の範囲に記載された構築及び動作の詳細に記載され、その一部を形成する添付の図面が参照される。図面全体を通して、同様の符号は、同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態によるデルタ緩和核磁気共鳴画像システムの機能的サブシステムのブロック図である。
【０００８】
【図２】実施形態による図１のデルタ緩和核磁気共鳴システムによりスキャンされる撮像ボリューム及び対応するスライスである。
【０００９】
【図３】例示的なＴ１緩和、及びＴ２緩和の図を示す。
【００１０】
【図４】実施形態による例示的なパルスシーケンス図である。
【００１１】
【図５】実施形態による１本の受信された行を含むｋ空間の模式図である。
【００１２】
【図６】一実施形態に従う、例示的な一体型磁石装置の仮想的な径方向断面を示す。
【００１３】
【図７】一実施形態に従う、例示的な一体型磁石装置の理想的な縦方向断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、例示的な実施形態によるデルタ緩和磁気共鳴画像（ＤＲＥＭＲ）システムのブロック図１００が示されている。１００によって示されるＤＲＥＭＲシステムの例示的な実施形態は、単に例示を目的とするものであり、更なる構成要素、より少ない構成要素、及び／又は変更された構成要素を含む変更形態が可能である。従来の核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムは、物体中の水素原子などのプロトンからの核磁気共鳴（ＭＲ）信号の画像を構築するために主に使用される撮像モダリティを指す。医療用ＭＲＩにおいて、対象となる典型的な信号は、組織における主な水素含有要素である水及び脂肪からのＭＲ信号である。ＤＲＥＭＲシステムでは、従来のＭＲＩ手法と合わせて、磁場シフト型核磁気共鳴法を用いることにより、従来のＭＲＩにおいて可能なコントラストとは異なるコントラスト（特定の分子のコントラストなど）が得られる。
【００１５】
図１に示されるように、例示的なＤＲＥＭＲシステム１００は、データ処理システム１０５を備える。データ処理システム１０５は、概ね、ディスプレイなどの１つ又は２つ以上の出力デバイスと、キーボード及びマウスなどの１つ又は２つ以上の入力デバイスと、揮発的部品及び永続的部品を有するメモリに接続されている１つ又は２つ以上のプロセッサと、を備えることができる。データ処理システム１０５は、スキャンを行うために使用されるＭＲＩシステム１００のハードウェア構成要素との通信及びデータ交換に適合した１つ又は２つ以上のインターフェースを更に備えることができる。
【００１６】
図１を継続して参照して、例示的なＤＲＥＭＲシステム１００はまた、主磁石１１０を備えることができる。主磁石１１０は、例えば、永久磁石、超伝導磁石、又は抵抗磁石として実装されてもよい。ハイブリッド磁石を含む、ＤＲＥＭＲシステム１００における使用に適した他の磁石種が、現在、当業者に想起及び想到されると思われる。主磁石１１０は、強度Ｂ０及び軸に沿った方向を有する、実質的に均一な静磁場を生成するように動作可能である。この静磁場を使用して、撮像ボリューム内にある物体の所望の原子核（水及び脂肪の水素におけるプロトンなど）を、スキャンに備えて磁気的に整列させる。この例示的な実施形態でも同様であるが、一部の実施形態においては、主磁石１１０の動作を制御するために、データ処理システム１０５と通信接続される静磁場制御装置１１５を使用することができる。
【００１７】
ＤＲＥＭＲシステム１００は、例えば、３つの直交する傾斜軸に沿って、静磁場における空間情報をエンコーディングするために使用される、傾斜磁場コイル１２０などの傾斜磁石を更に備えてもよい。傾斜磁場コイル１２０のサイズ及び構成は、それらの傾斜磁場コイル１２０によって、制御された均一な線形傾斜が作り出されるようなものであってよい。例えば、主磁石１１０内に位置する３対の、直交する、通電された一次コイルが、所望の線形傾斜磁場を生成するように設計されていてよい。
【００１８】
一部の実施形態では、傾斜磁場コイル１２０は、遮蔽され、一次傾斜磁場コイルにより生成された傾斜磁場と逆方向の磁場を生成可能なコイルなどの遮蔽磁石からなる外層を含んでいてもよく、これにより、一次−遮蔽コイル対が形成されている。このようなコイル対では、「一次」コイルが、傾斜磁場を作り出す役割を果たし得る。他方で、「遮蔽」コイルは、撮像ボリュームなどの特定のボリュームの外側の一次コイルによる漂遊磁場の低減に寄与することができる。一部の実施形態では、一次コイルと遮蔽傾斜磁場コイル１２０は直列に接続されていてもよい。更なる実施形態では、遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０を共に形成するように、任意の所与の傾斜磁場軸のためのコイルを二層よりも多く有していてもよい。遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０により、スキャンされた画像にアーチファクトを生じさせ得る渦電流、及び他の干渉などを低減させることができる。渦電流は、ＤＲＥＭＲシステム１００の導電性部品内を主に流れ、また、撮像ボリュームの外側の磁場（フリンジ場）により生じるため、傾斜磁場コイル１２０により生じるフリンジ場を減らすことにより、干渉を減らすことができる。したがって、一次−遮蔽コイル対の形状及びサイズ、導電体ワイヤのパターン及びサイズ、並びに電流の振幅及びパターンを、傾斜磁場コイル１２０の外側の正味磁場が可能な限りゼロに近づくように選択することができる。円筒状の磁石の場合は、例えば、２つのコイルを、同心の円筒形態で配置することができるが、垂直磁場の磁石の場合は、２つのコイルを、同軸ディスクとして配置することができる。
【００１９】
遮蔽による副作用の１つとして、傾斜磁場コイル１２０の一次−遮蔽コイル対により生成される磁場が、撮像ボリューム内で、部分的に互いに打ち消し合う場合がある。したがって、遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０によって、ある特定の強度の傾斜磁場を生成するためには、遮蔽されていない傾斜磁場コイル１２０の場合よりも、多くの電流が必要となり得る。この作用は、傾斜磁場効率として数値化することができ、駆動電流１アンペアに対して達成可能な傾斜強度として定義することができる。傾斜磁場コイルの性能を記述する別の重要なパラメータとして、傾斜スルーレートと呼ばれるものがあり、これは、傾斜磁場コイルをゼロから最大振幅まで駆動させる速度である。この値は、傾斜磁場コイルのインダクタンスに逆比例する。通常、遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０の効率を、遮蔽されていない傾斜磁場コイル１２０の効率に匹敵し得るほどに高めるためには、インダクタンスの増加が必要となる。このインダクタンスの増加により、最大達成可能スルーレートが低下することとなる。遮蔽付きの構成における効率の低下は、一次コイルと遮蔽コイルとの間の距離と電流密度の比に依存し得る。一次−遮蔽コイル対間の距離を広げることにより、効率を高めることができる。
【００２０】
遮蔽されているかどうかに関わらず、一次コイル及び遮蔽コイルを含む傾斜磁場コイル１２０の導電性構成要素は、導電体（例えば、銅、アルミニウムなど）から構成することができる。内部の電気接続は、傾斜磁場コイル１２０の両端子に電位差が印加されると、電流が所望の経路を流れ得るように、行われ得る。一次傾斜磁場コイル及び遮蔽傾斜磁場コイルの両方について、３つの傾斜磁場軸のための各導電性構成要素は、物理的に分離されることにより、かつ／又は非導電性のバリアにより絶縁されていてよい。例えば、非導電性基板（例えば、Ｇ１０、ＦＲ４、エポキシなど）に、一次傾斜磁場巻線を配置してもよい。
【００２１】
いくつかの変更形態において、傾斜磁場コイル１２０に、熱制御機構又は熱抽出機構が設けられていてもよい。例えば、巻線の一部は、中空であってもよく、これらの中空導体に冷却剤を通過させて、傾斜磁場コイル１２０から、例えば、電気が印加された際の巻線の抵抗熱による熱を抽出してもよい。あるいは、傾斜磁場コイル１２０内に冷却剤流路を挿入するなど、熱を抽出する他の方法が使用されてもよい。冷却剤流路は、傾斜磁場コイルの巻線と熱接触していてもよい。また、傾斜磁場コイル１２０を、熱伝導性、かつ非電導性のエポキシに組み込むことにより、機械アセンブリを確実に固定し、かつ電気的破壊の可能性を抑制することができる。
【００２２】
撮像ボリューム内の物体の空間選択的な励起を行い得るように、傾斜磁場コイル１２０により生成される磁場を、組み合わせて、かつ／又は順次、静磁場に重ね合わせることができる。空間的な励起が可能であることに加えて、傾斜磁場コイル１２０により、撮像ボリューム内にある原子核に対して、空間特異的な周波数及び位相の情報を付加することができることから、得られたＭＲ信号を有用な画像に再構成することができるようになる。データ処理システム１０５と通信接続された傾斜磁場コイル制御装置１２５を使用して、傾斜磁場コイル１２０の動作を制御することができる。
【００２３】
ＤＲＥＭＲシステム１００の一部の実施形態においては、シムコイル（以下に限定されるわけではないが、通例、２次又はそれよりも高次の球面調和関数の磁場プロファイルを生成する）、又は一様な磁場オフセットコイル、又は何らかの他の補正電磁石などの追加的な磁気コイルが存在してもよい。能動的なシミング（様々の物体がシステム内部、又はシステムの周囲に存在するときに入り込む、磁場の歪みを補正すること）を行うためには、静磁場をより均一にするように作用する磁場を提供するために用いられる、シムコイルなどの補正電磁石に通電する。例えば、これらのコイルにより生成した磁場により、主磁石１１０の欠陥、若しくは外部の強磁性体の存在に起因する静磁場の不均一性、又は撮像領域内の物質の磁化率の違い、又は、何らかの他の静的事象若しくは時変的事象に起因する静磁場の不均一性の補正が容易になり得る。
【００２４】
ＤＲＥＭＲシステム１００は、無線周波数（ＲＦ）コイル１３０を更に備えていてもよい。ＲＦコイル１３０を使用して、強度Ｂ１のＲＦ磁場を確立し、原子核又は「スピン」を励起させることができる。ＲＦコイル１３０はまた、撮像される物体内の「緩和している」スピンから発せられる信号を検出することができる。したがって、ＲＦコイル１３０は、送信コイルと受信コイルが別個になった形式であってもよいし、送信モードと受信モードとを切り替えるための切り替え機構を備えた、統合型送受信コイルであってもよい。
【００２５】
ＲＦコイル１３０は、通常、受信専用のコイルである表面コイル、及び／又は、送受信コイルの場合もある、ボリュームコイルとして実装され得る。ＲＦコイル１３０は、主磁石１１０のボアにおいて、一体化されていてもよい。あるいは、頭部など、スキャンされる物体のより近位にＲＦコイル１３０を実装してもよく、緊密に適合するヘルメットなど、物体の形状に近似する形状であってもよい。データ処理システム１００と通信接続されたＲＦコイル制御装置１３５を使用して、ＲＦコイル１３０の動作を制御することができる。
【００２６】
磁場シフト法によりコントラスト画像を作成するため、ＤＲＥＭＲシステム１００では、ＭＲ信号の生成及び取得と同時に、磁場シフト用電磁石１４０を使用することができる。磁場シフト用電磁石１４０によって静磁場の強度を変動させることができる。したがって、磁場シフト用電磁石１４０は、静磁場を増大させるか、又は摂動させる、磁場シフト用磁場を作り出すことにより、主磁石１１０を補助する役目を果たし得る。磁場シフト用電磁石１４０の動作は、データ処理システム１００に通信接続された磁場シフト用電磁石制御装置１４５を用いて制御することができる。
【００２７】
干渉及びアーチファクトを減らすため、磁場シフト用電磁石１４０は、上述した遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０と同様の遮蔽体を含んでいてもよい。遮蔽付き磁場シフト用電磁石１４０は、２つの構成要素、即ち、磁場シフトを生み出す、内側の「一次」磁場シフト用電磁石と、撮像ボリュームなどの特定のボリュームの外側における、一次磁場シフト用電磁石の漂遊磁場を弱めることにより、遮蔽を形成する、外側の「遮蔽」磁場シフト用電磁石と、を有していてよい。インダクタンスを下げること（スルーレートを高速化すること）、効率を上げること（所与の電流振幅について磁場強度を高めること）、及び抵抗を減らすこと（発熱を抑え、後で冷却する必要性を減らすこと）など、競合する各要件のバランスをとって、磁場シフト一次電磁石と遮蔽電磁石とを組み合わせ、実装を行うことは、電磁石に関する複雑な問題である。
【００２８】
実際のところ、磁場シフト用電磁石１４０を遮蔽することによる副作用の１つとして、遮蔽付き磁場シフト用電磁石１４０の一次部分と遮蔽用部分によって作られる磁場が、撮像ボリューム内において部分的に互いに打ち消し合う場合がある。したがって、遮蔽付き磁場シフト用電磁石１４０によって、ある特定の強度の磁場を生成するためには、遮蔽されていない磁場シフト用電磁石１４０の場合よりも、多くの電流が必要となり得る。この作用は、磁場シフト効率として数値化することができ、電磁石を通る電流１アンペア当たりの磁場シフト振幅として定義することができる。遮蔽付きの構成における効率の低下は、遮蔽電磁石と一次電磁石との間の距離と電流密度の比に依存する。一次電磁石と遮蔽電磁石との間の距離を広げることにより、磁場シフト効率を高めることができる。
【００２９】
一次電磁石及び遮蔽電磁石などの磁場シフト用電磁石１４０の導電性部分は、導電体（例えば、銅、アルミニウムなど）から構成することができる。内部の電気接続は、磁場シフト用電磁石１４０の両端子に電位差が印加されると、電流が所望の経路を流れ得るように、行われ得る。一次電磁石及び遮蔽電磁石の両方について、各導電性構成要素は、物理的に分離されることにより、かつ／又は非導電性のバリアにより絶縁されていてよい。磁場シフト用巻線は、非導電性基材（例えば、Ｇ１０、ＦＲ４、エポキシなど）上に、又は非導電性基材内に、重なって配置されていてよい。
【００３０】
いくつかの変更形態において、磁場シフト用電磁石１４０に、熱制御機構又は熱抽出機構が設けられていてもよい。例えば、巻線を用いて電磁石を形成する場合、その巻線は、中空であってもよく、これらの中空導体に冷却剤を通過させて、電気を流したときの巻線の抵抗熱により電磁石に溜まった熱を抽出してもよい。あるいは、磁場シフト用電磁石１４０内に冷却剤流路を挿入するなど、熱を抽出する他の方法が使用されてもよい。冷却剤流路は、磁場シフト用電磁石１４０と熱接触していてもよい。磁場シフト用電磁石１４０についても、熱伝導性、かつ非電導性のエポキシに組み込むことにより、機械アセンブリを確実に固定し、かつ電気的破壊の可能性を抑制することができる。
【００３１】
ＤＲＥＭＲシステム１００を使用して、Ｔ１強調画像及びＴ２強調画像などの画像を取得するための多くの手法が存在する。ＤＲＥＭＲシステム１００の機能を簡潔に説明するために、プロトン密度強調画像を得るための動作を単純化し、非限定的な例として記載する。この例によると、ＤＲＥＭＲシステム１００は、画像を生成するために、物体に比較的大きな磁場をかけて、その物体中のスピン角運動量を含む原子核（組織中に存在する水又は脂肪中の水素のプロトンなど）の存在を検出する。この例示的な実施形態において、静磁場の強度はＢ０であり、スピン角運動量を含む原子核は、水素プロトン又は単にプロトンであってよい。静磁場は、主磁石１１０の撮像ボリューム内に配置された物体中の水素プロトンを部分的に分極させる。続いて、適切にチューニングしたＲＦ放射により、例えば、強度Ｂ１のＲＦ磁場を形成し、プロトンを励起する。最終的に、プロトンが磁性相互作用から「緩和」する際に、励起されたプロトンからの弱いＲＦ放射信号が、ＭＲ信号として検出される。検出されるＭＲ信号の周波数は、印加した磁場に比例する。物体を横断して傾斜した磁場を生成し、物体内での位置が変われば、静磁場の磁場の数値が変化し得るようにすることにより、信号を得るための物体の断面が選択可能となる。信号周波数が生成された変動磁場に比例すると仮定すると、この変化により、特定の信号周波数及び位相から、物体内での位置が特定される。したがって、得られたＭＲ信号から、プロトンの存在という観点での物体のマップを構成するための十分な情報を得ることができる。これが従来のＭＲＩ画像法の原理である。例えば、プロトンの密度が組織の種類により変化するため、得られた信号を処理した後、組織の違いを画像コントラストの違いとしてマッピングすることができる。
【００３２】
ここから図２を参照して、ＤＲＥＭＲシステム１００による例示的な信号取得プロセスを更に説明するために、２４０によって示されるＺ軸に沿った方向の、強度Ｂ０の静磁場２１０を有する主磁石１１０の撮像ボリューム２５０内に、物体が配置されると想定するものとする。続いて、物体は、正味磁化ベクトルを有する。この説明のための例では、２０５によって示されるように、Ｘ軸及びＹ軸に沿う平面におけるスライスが撮像されている。この例では、スライスが、Ｚ軸に沿う有限の厚さを有し、体積スライス２０５が生じていることに留意されたい。
【００３３】
物体をＢ０の静磁場においたとき、個々のスピンが、Ｚ軸の方向に整列する。図３を参照すると、平衡状態において、Ｂ０の静磁場による磁化により、Ｍ０の振幅を有する、正味の縦磁化Ｍｚが静磁場に平行に作り出され得る。振幅Ｂ１のＲＦ磁場を生成する無線周波数（ＲＦ）パルスを、ＲＦコイル１３０によりラーモア周波数にて印加すると、これらのスピンを励起させることができる。ＲＦ磁場が印加されている間、正味の磁化は、印加されたＲＦ（Ｂ１）磁場の周りに回転し、正味の磁化をＺ軸から離れるように回転させることができる。Ｘ−Ｙ平面に投射される回転した磁化の成分は、正味の横磁化Ｍｘｙである。ＲＦ磁場が取り除かれるまで、スピンは、印加されたＲＦ磁場の周りに歳差運動し得る。
【００３４】
平衡状態の磁化が摂動させられると、スピン緩和プロセスが起こる。スピン−格子緩和プロセスによって、磁化がＺ軸に沿った平衡状態の分布へと戻される。そのため、３０５で示すように、スピン−格子緩和により、縦磁化Ｍｚは、特徴的な時定数Ｔ１で、最大値Ｍ０に向かって戻され得る。Ｚ軸に沿った磁化が３７％回復したときの特徴的な時間を、Ｔ１緩和時間、又はＴ１時間と呼ぶ。１／Ｔ１は、縦緩和率と呼ばれる。
【００３５】
一方で、スピン−スピン緩和により、正味の横磁化のディフェージングに起因して、コヒーレンス性が失われ得る。それ故、スピン−スピン緩和の間、横磁化Ｍｘｙは、３１０に示すように、特徴的な時定数Ｔ２でゼロへ向かって指数関数的に減衰する。信号が３７％減衰したときの特徴的な時間を、Ｔ２緩和時間、又はＴ２時間と呼ぶ。１／Ｔ２は、横緩和率と呼ばれる。
【００３６】
横緩和（Ｔ２）は、横磁化の不可逆的なディフェージングを引き起こし得る。また、磁場の不均一性によって引き起こされる可逆的なディフェージング効果も存在する。これらの更なるディフェージング場は、静磁場の不均一性、各種組織又は物質間での磁化率の違い、化学シフト、空間エンコーディングのために適用した傾斜などの様々な要因により引き起こされ得る。横緩和時間に対する、これらの可逆的ディフェージング効果の寄与分は、通常、Ｔ２’と呼ばれる。可逆的な（Ｔ２’）ディフェージング効果、及び不可逆的な（Ｔ２）ディフェージング効果を組み合わせた特徴的な緩和時間は、通常、Ｔ２＊緩和と呼ばれる。
【００３７】
時定数Ｔ１と時定数Ｔ２との間の差は、ＭＲ画像にてコントラストを作り出すために重要である。これらの緩和時間は、印加する磁場の強度、並びに温度によって変化し得る。更に、生物の組織に関するＴ１及びＴ２の値は様々となり得る。一般的に、Ｔ１時間が短い（３１５で示すＴ１ａなど）組織ほど、信号の回復が早いため、Ｔ１時間が長い（３０５で示すＴ１ｂなど）組織と比べて、所与の時点において大きな信号強度を示し得る（画像においてより明るくなる）。一方で、Ｔ２時間が短い（３２０で示すＴ２ａなど）組織は、検出される横磁化Ｍｘｙにおける減少のため、信号強度が小さくなり得る（画像においてより暗くなる）。それ故、ある画像からのＭＲ信号は、内因的な組織特性と、使用者により選択される、外因的な画像パラメータ及び造影剤との組み合わせに依存し得る。
【００３８】
ＤＲＥＭＲシステム１００において、従来法で画像を取得するためには、データ処理システム１０５にて、１組又は２組以上のＲＦパルス及び傾斜波形（まとめて、「パルスシーケンス」と呼ばれる）を選択する。データ処理システム１０５は、選択されたパルスシーケンス情報を、ＲＦ制御装置１３５及び傾斜磁場制御装置１２５に伝達する。これらの制御装置は協働して、パルスシーケンスの提供に関する波形及びタイミングを生成し、スキャンが行われる。
【００３９】
印加されるＲＦパルスシーケンス及び傾斜磁場波形、即ち、パルスシーケンスの種類は、緩和時間が画像の特徴に最も大きく影響するように変更することができる。例えば、Ｔ２＊緩和は、グラディエントエコー（ＧＲＥ）シーケンスにおいて用いられる９０°ＲＦパルスの後に、有意な影響を有し、Ｔ２緩和は、（スピンエコーシーケンスとしても知られる）９０°〜１８０°の連続的なＲＦパルスの後に、更に有意な影響を有する。
【００４０】
ここからは図４を参照して、ＤＲＥＭＲシステム１００を使用して画像を取得するために使用することができる例示的なパルスシーケンス４００を示す。具体的には、例示的なパルスシーケンスのタイミング図が示されている。このタイミング図は、時間に対する、送信された（ＲＦｔ）信号、磁場傾斜Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚ、並びに受信されたＲＦｘ信号及び磁場シフト信号（ＦＳ）のパルス又は信号の大きさを示している。理想化したパルスシーケンスは、例示の目的のため単純化したものであり、ＲＦｔにおけるスライス選択無線周波数パルス４１０、Ｇｚにおけるスライス選択傾斜磁場パルス４２０、Ｇｙにおける位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０、Ｇｘにおける周波数エンコーディング傾斜磁場パルス４４０、並びに、ＲＦｘにおける検出ＭＲ信号４５０を含み得る。３つの傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚに対するパルスは、傾斜磁場コイル１２０により生成することができる磁場傾斜の大きさ及び持続期間を表わす。スライス選択パルス４１０は、ＲＦコイル１３０の送信態様により生成することができる。検出ＭＲ信号４５０は、ＲＦコイル１３０の受信態様により検出することができる。この説明のための例では、ＲＦコイル１３０の送信態様及び受信態様は、別箇のコイルにより形成されるものとする。最後に、磁場シフト信号ＦＳは、信号ＦＳの期間に亘って、静磁場強度を変化させる。画像化手法が異なれば、パルス又は信号の正確なタイミング、振幅、形状、及び期間も変化し得る。例えば、磁場シフト信号ＦＳは、用いる手法において画像コントラストを向上させ得る時間、及び様式にて適用されてよい。
【００４１】
パルスシーケンス４００において生じる最初のイベントは、スライス選択傾斜磁場パルス４２０をオンにすることであり得る。スライス選択ＲＦパルス４１０を、同時に印加することができる。この説明のための例では、スライス選択ＲＦパルス４１０は、ＲＦエネルギーのサイン関数型のバーストであってもよい。他の実施形態において、他のＲＦパルスの形状及び期間が使用されてもよい。スライス選択ＲＦパルス４１０をオフにした後は、スライス選択傾斜磁場パルス４２０もオフにすることができ、また、位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０をオンにすることができる。一部の実施形態では、この時点において、静磁場強度を変化させるために、磁場シフト信号４６０もオンにしてよい。位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０をオフにした後は、周波数エンコーディング傾斜磁場パルス４４０をオンにすることができ、検出ＭＲ信号４５０を記録することができる。図４に示されたパルス及び信号の形状、大きさ、及び期間は、例示の目的で選択されたものであり、実施形態においては、所望のスキャンの結果を得るために、これらのファクタなどのうち、１つ又は２つ以上を、変更してもよいことに留意されたい。
【００４２】
１つの画像を生成するのに必要とされる全てのデータを収集するために、パルスシーケンス４００を、特定の回数又は反復数、通常は、２５６回反復してよい。パルスシーケンス４００のそれぞれの反復間の時間は、反復時間（ＴＲ）と呼ばれる場合がある。更に、スライス選択パルス４１０の中心点と検出ＭＲ信号４５０のピークとの間の期間は、エコー時間（ＴＥ）と呼ばれる場合がある。ＴＲ及びＴＥは両方とも、所望のスキャンに適するように変更可能である。
【００４３】
ＤＲＥＭＲシステム１００の信号取得プロセスを更に説明するために、図４と併せて、図２を参照する。スライスを選択するために、スライス２０５中に位置しているプロトンに対する共鳴条件を満たす、スライス選択傾斜磁場パルス４２０がＺ軸に沿って印加されてもよい。実際に、Ｚ軸に沿うスライスの位置は、スライス選択傾斜磁場パルス４２０に部分的に基づいて決定することができる。したがって、スライス選択傾斜磁場パルス４２０と同時に生成されるスライス選択パルス４１０は、この例におけるスライス２０５内に位置しているプロトンを励起させることができる。スライス２０５の上下に位置しているプロトンは、通常、スライス選択パルス４１０により影響を受けない。
【００４４】
この例を続いて参照すると、パルスシーケンス４００によると、スライス選択傾斜磁場パルス４２０の後に位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０を印加することができる。Ｙ軸に沿って印加されたと仮定すると、Ｙ軸に沿う種々の位置におけるスピンは、種々のラーモア周波数で歳差運動を開始し得る。位相エンコーディング傾斜磁場パルス４２０がオフになると、種々の位置における正味磁化ベクトルは、同じ速度で歳差運動し得るが、異なる位相を有し得る。これらの位相は、位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０の期間及び大きさにより決定され得る。
【００４５】
位相エンコーディング傾斜磁場パルス４３０をオフにした後は、周波数エンコーディング傾斜磁場パルス４４０をオンにしてよい。この例では、周波数エンコーディング傾斜磁場は、Ｘ方向にある。周波数エンコーディング傾斜磁場により、選択されたスライス内のプロトンを、Ｘ方向の位置に応じた速度で歳差運動させ得る。したがって、スライス内の種々の空間的位置は、固有の位相角及び歳差周波数により特徴付けられる。周波数エンコーディング傾斜磁場パルス４４０がオンである間に、ＲＦ受信コイル１３０を使用して、スキャン中の物体に含まれるプロトンにより生成された検出信号４５０を受信することができる。
【００４６】
パルスシーケンス４００がＤＲＥＭＲシステム１００により行われる場合、図５の５００によって示されるように、ｋ空間と呼ばれる一時的な行列に、取得した信号を格納することができる。通常、ｋ空間は、あるスキャンについて測定された検出信号の集合であり、空間周波数ドメインに存在する。Ｘ軸５２０（Ｋｘ）に沿う周波数エンコーディングデータ及びＹ軸５３０（Ｋｙ）に沿う位相エンコーディングデータによりｋ空間をカバーすることができる。スライスについてのｋ空間行列に対する全ての行が（例えば、シグナルスライスのスキャン終了時に）受信されたとき、例えば、二次元フーリエ変換により、数学的にデータを処理して、最終的な画像を生成することができる。このため、ｋ空間は、画像を空間ドメインで再構成する前に、生データを保持することができる。通常、ｋ空間は、最終的な画像と同じ数の列及び行を有し、スキャン中、通常、パルスシーケンス４００当たり１本の行である生データにより満たされる。例えば、５１０で示されるｋ空間５００の第１の行は、スライスをスキャンするために生成されたパルスシーケンスの第１の反復完了後に満たされ、そのパルスシーケンス反復について検出された信号を含む。パルスシーケンスの複数回の反復後に、ｋ空間を満たすことができる。パルスシーケンスの各反復は、ｋ空間の適切な部分に対する信号が取得されるように、わずかに変更可能である。尚、種々のパルスシーケンスに基づいて、例えば、スパイラル様式などでｋ空間を満たす他の方法が可能であり、他の方法が想到されることに留意されたい。
【００４７】
傾斜磁場コイル１２０は、特定の空間分布を有する時変磁場を生成する、ＭＲＩシステムの典型的な構成要素である。磁場変化の程度が大きいほど、ＭＲ撮像シーケンスをより速く行なうことができると共に、解像度が向上する。上記で検討したとおり、達成可能な最大限の傾斜磁場強度は、傾斜磁場効率により特徴付けられる。傾斜磁場コイル１２０の効率は、傾斜磁場コイル１２０の形状、サイズ、及び配置における変化により改善することができる。例えば、円筒形の実施形態において、一次傾斜磁場コイル巻線は、撮像ボリューム内の物体により近くに、より小さい半径で構築することができる。あるいは、ワイヤ数（巻線密度）を増やすことができる。
【００４８】
磁場シフト用電磁石１４０にも同様の考え方を適用する。磁場シフト用電磁石１４０は、主磁石１１０によって作り出される静磁場を増大させることができる時変磁場を作り出す。磁場の変化の程度が大きいほど、性能を向上させることができる。上述したように、達成可能な磁場シフト振幅の最大値は、磁場シフト効率によって特徴付けられる。磁場シフト用電磁石１４０の効率は、磁場シフト用電磁石１４０の形状、サイズ、及び配置を変化させることで向上させることができる。例えば、一次磁場シフト用コイルは、撮像ボリューム内にある物体に近い、より小さな半径で構築されてよい。あるいは、ワイヤ数（巻線密度）を増やすことができる。
【００４９】
一般的に、磁場シフト用電磁石１４０により生成される絶対的な磁場シフトが大きいほど、デルタ緩和拡張ＭＲ信号についてのコントラスト対ノイズ比が大きくなると共に、ＤＲＥＭＲシステム１００によって実行されるパルスシーケンスにおける柔軟性が高まる。それ故、所与の電力入力により、磁場シフト用電磁石１４０の磁場シフト効率を向上させることにより、最大限の磁場シフトを作り出し得ることは、ＤＲＥＭＲシステム１００の実装を行う上で、非常に望ましいことであり得る。典型的には、効率をより高めるためには、一次磁場シフト用コイルは、撮像する物体に可能な限り近くに配置されてよく、磁場シフト用遮蔽コイルは、一次磁場シフト用コイルから可能な限り遠くに配置されてよい。この原則は、典型的には、遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０の効率にも当てはまる。一部の実施形態では、所望される磁場シフトの大きさを達成するために、傾斜磁場コイルの効率より、磁場シフト効率の向上を優先してもよい。
【００５０】
傾斜磁場コイル１２０と同一の機械的アセンブリ内に磁場シフト用電磁石１４０を組み合わせることにより、所与の径方向空間内の磁場シフト効率を向上させることができる。一部の実施形態では、傾斜磁場コイル１２０の一次コイル及び遮蔽コイルを、磁場シフト用電磁石１４０の一次コイル及び遮蔽コイルと組み合わせ、磁場シフト効率を最適化する層構造を備える単一の一体型磁石装置を形成してもよい。
【００５１】
一体型磁石装置６００の例示的な円筒型の実施形態の断面を、説明のために単純化した非限定的な様式で図６に示す。図６に示す各要素は、一定の縮尺に合わせてあるわけではない。この例の一体型磁石装置は、円筒形であり、この円筒形の長さ方向は、図の平面に垂直な平面上に延びている。他の実施形態においては、層の順番が保たれる限りは、他の形状をとっていてもよい。更なる変更形態では、この順番を変更してもよい。この例の一体型磁石装置６００は、撮像ボリューム６５０を取り囲んでいてもよく、また、一次磁場シフト用磁石６０５、一次傾斜磁石６１０、傾斜遮蔽磁石６１５、及び磁場シフト用遮蔽磁石６２０を含んでいてもよい。本一体型装置は、６２５で示す磁石１１０のボア内に示されている。更に、撮像ボリューム６５０内には、ＲＦコイル１３０、及び他の磁石又はコイル（シムコイルなど）も、配置され得る。なお、典型的には、一次磁場シフト用磁石６０５及び磁場シフト用遮蔽磁石６２０を使用して、Ｚ軸に沿った磁場シフト用磁場を作り出すことができ、これにより、所定量ｄＢだけ静磁場が増大される点に留意すべきである。図６において、Ｚ軸は、図の平面に対して垂直である。したがって、一次磁場シフト用磁石６０５及び磁場シフト用遮蔽磁石６２０は、Ｚ軸に沿って磁場シフト用磁場を作り出すための適切な巻線を含んでいてもよい。一方で、傾斜一次磁石６１０及び傾斜遮蔽磁石６１５は、直行する３軸（図の平面上にあるＸ軸とＹ軸、そして、Ｚ軸）全てに沿って変化する磁場を作り出すことができ、それ故、これらの方向に沿った傾斜磁場を生成し、遮蔽するために適切な巻線を含むことができる。
【００５２】
図６において示されている層配置に基づき、磁場シフト用電磁石１４０の一次磁石６０５は、スキャンされる物体に対して可能な限り近くに配置することができ、一方で、磁場シフト用遮蔽磁石６２０を、磁場シフト用電磁石１４０の一次磁石６０５から遠く離して配置することができ、これにより、磁場シフト効率を高める。更に、傾斜磁場コイル１２０を、磁場シフト用電磁石１４０の一次磁場シフト用磁石６０５と磁場シフト用遮蔽磁石６２０との間に配置することによって、磁場シフト効率を傾斜磁場効率よりも優先させる。例えば、磁場シフト用電磁石１４０の効率を高めるために、又は磁場シフト用遮蔽磁石の一部として、磁場シフト用電磁石の最も内側の一次電磁石層６０５と最も外側の遮蔽電磁石層６２０との間に、追加的な磁場シフト用電磁石１４０の層を挿入してもよい。なお、この層配置は、小動物と人間の両方に使用するための規模のＤＲＥＭＲシステム１００など、異なる大きさのＤＲＥＭＲシステム１００にも適用可能であることに留意されたい。
【００５３】
傾斜磁場コイル１２０及び磁場シフト用磁石１４０のための熱出力の放出は、能動的冷却及び受動的冷却によって管理し得る。熱の抽出は、冷却剤を通過させるための中空のチャネルを有する伝導体を用いて直接的に行ってもよいし、冷却剤が巻線と熱接触するような様式で、又は、電磁石によって抵抗性出力が放出させられるのと同一の平均速度にて、熱エネルギーを抽出可能な任意の他の方法によって、磁石又はコイルアセンブリに冷却剤を通過させて、間接的に行ってもよい。冷却層を複数のコイル要素と熱接触させると、効率を上げることができる。同一の冷却層を用いて、傾斜磁場コイル及びそれらの遮蔽、並びに磁場シフト用一次コイル及び遮蔽コイルを冷却することで、利用可能な径方向空間をより良好に使用できる。
【００５４】
Ａ−Ａに沿った、図６において示す層配置による、例示的な一体型磁石装置６００の断面の単純化した例示である、図７を参照する。なお、図示されている各要素は、縮尺が統一されておらず、図示しやすい大きさとなっていることに留意されたい。上述したように、例示的な一体型磁石装置は、遮蔽付き磁場シフト用電磁石１４０と、遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０と、受動的冷却部及び能動的冷却部と、を含む。参照符号６５０は、内部にスキャンを行う物体が配置される撮像ボリュームを示す。更に、この空間内には、ＲＦコイル１３０、及び他のコイル（シムコイルなど）も、配置されてよい。一方で、参照番号６２５は、内部に一体型磁石装置が配置された主磁石１１０のボアを示す。
【００５５】
図７を続いて参照すると、７０５において基材層が示されている。基材層は、磁場シフト用電磁石１４０のための機械的支持を付与することができる、任意の剛性又は半剛性材料で形成し得る。例えば、基材７０５は、Ｇ１０、ＦＲ４、又はエポキシから形成されていてよい。７１０において、磁場シフト用電磁石１４０の一次磁場シフト用磁石を示す。一次磁場シフト用磁石７１０は、基材７０５の上、及び／又は基材７０５の中に配置されていてよく、作動すると磁場シフト用磁場を作り出す磁石を形成する。一次磁場シフト用磁石７１０は、銅などの磁場生成に適した導電性材料から作製された巻線により形成されていてよい。用いられる導電性材料は、巻線内での、並びに、近くにある他の導電性要素との短絡を防ぐため、通常は絶縁される。
【００５６】
熱伝導性副層７１５ａ及び７１５ｃ、並びに冷却剤副層７１５ｂは、第１の冷却層７１５を形成する。熱伝導性副層７１５ａ及び７１５ｃは、銅、アルミニウム、鋼（典型的には、絶縁していないもの）、又は熱伝導性エポキシなどの任意の熱伝導性材料から形成されていてよい。冷却剤副層７１５ｂは、以下で更に詳しく述べるように、水若しくはグリコール混合物などの液体状、又は空気などの気体状の冷却剤を、一次磁場シフト用巻線７１０、及び傾斜磁場コイル１２０の一次巻線の周りに循環させることを可能とする、任意の機構で構成されていてよい。例えば、一次磁場シフト用磁石７１０の長さ方向に延びる細い冷却剤管を数百本用いて、液体冷却剤を循環させることができる。一変更形態では、冷却剤管は、一次磁場シフト用磁石７１０の周囲に延びていてもよい。典型的には、冷却剤層７１５ｂにおいて冷却剤を分配するために使用する冷却剤機構は、導電性のものではない。例えば、冷却剤管は、非導電性材料から構築されていてもよいし、絶縁性材料を適用することにより、非導電性としてもよい。なお、各冷却層を複数のコイル層を冷却するために用いることにより、径方向空間を節約できることに留意されたい。
【００５７】
例示的な一体型磁石装置の次の３つの層７２５ａ、７２５ｂ、及び７２５ｃは、それぞれＸ、Ｚ、及びＹ方向に沿って傾斜を作り出すための、傾斜磁場コイル１２０用一次磁石層７２５を形成する。傾斜磁場コイル１２０の直交する各部分の配置の順番は、限定的なものではなく、様々であってよい。例えば、変更形態では、Ｚ軸に沿った傾斜を作り出すための一次傾斜磁石は、７２５ａに置かれていてよく、Ｙ軸に沿った傾斜を作り出すための磁石は、７２５ｂに置かれていてよく、Ｘ軸に沿った傾斜を作り出すための磁石は、７２５ｃに置かれていてよい。磁石は、銅などの磁場生成に適した導電性材料から作製され得る巻線により形成されていてよい。用いられる導電性材料は、巻線内での、並びに、近くにある他の導電性要素との短絡を防ぐため、通常は絶縁される。傾斜磁場コイル１２０の一次磁石は、典型的には、エポキシなどの熱伝導性基材の中、及び／又はその上に配置される。変更形態では、一次磁石のうちの１つ又は２つ以上は、これらの層の機械的安定性を向上させるために、剛性若しくは半剛性基材の中、及び／又はその上に配置されてもよい。例えば、一部の変更形態では、ポッティングエポキシを使用して、傾斜磁場コイル１２０の一次巻線の間、及びその周りの全ての空隙を埋め、機械的に安定な構造を形成してもよい。エポキシ基材は、一次傾斜磁場巻線から冷却剤層へ熱を効率的に輸送するために熱伝導性のものとすべきである。一部の実施形態では、３つの層に対する基材のうち少なくとも１つは、熱伝導性ではなく、Ｇ１０、及びＦＲ４などの材料で形成されていてもよい。この例では、層７２５ｂは、非熱伝導性基材から形成される。
【００５８】
図７を続いて参照すると、熱伝導性副層７３０ａ及び７３０ｃ、並びに冷却剤副層７３０ｂは、第２の冷却層７３０を形成する。熱伝導性副層７３０ａ及び７３０ｃは、銅、アルミニウム、鋼、又はエポキシなどの任意の熱伝導性材料で形成されていてよい。冷却剤副層７３０ｂは、以下で更に詳しく述べるように、水などの液体状、又は空気などの気体状の冷却剤を、傾斜磁場コイル１２０の一次巻線、及び帰還層７４０の周りに循環させることを可能とする、任意の機構で構成されていてよい。例えば、一次傾斜磁場コイル１２０の長さ方向に延びる細い冷却剤管を数百本用いて、液体冷却剤を循環させることができる。一変更形態では、冷却剤管は、一次傾斜磁場コイル１２０及び／又はその要素である磁石の周囲に延びていてもよい。典型的には、冷却剤副層７３０ｂにおいて冷却剤を分配するために使用する冷却剤機構は、導電性のものではない。例えば、冷却剤管は、非導電性材料から構築されていてもよいし、絶縁性材料を適用することにより、非導電性としてもよい。冷却剤の流れの方向は、冷却剤層７１５の方向と異なっていてもよい。なお、各冷却層を複数の磁石又はコイル層を冷却するために用いることにより、径方向空間を節約できることに留意されたい。
【００５９】
７４０において、帰還線及び／又は帰還冷却ライン用の層が示されている。帰還線により、コイルシステムにおいて、磁場シフト用コイル１４０及び傾斜磁場コイル１２０からそれぞれの電力源への出力電流が、入力電流と同じ側にあるようにすることが可能となる。これらの電線は、スキャンに使用する磁場の生成に能動的に関与するわけではない。これらの電線は、典型的には、ポッティングエポキシなどの熱伝導性基材内に、かつ／又は、そのような熱伝導性基材上に埋め込まれる。帰還冷却ラインにより、このコイルシステムにおいて、冷却システムの出口が冷却システムの入り口と同一の側にあるようにすることが可能となる。一部の実施形態では、帰還線、及び／又は帰還冷却ラインは、層７４０により提供される空間を通過しないように配置されてよい。このような変更形態では、帰還線及び／又は帰還冷却ラインは、一体型磁石装置の他の層の中に、又は、一体型磁石装置の外側に配置されてもよい。
【００６０】
例示的な一体型磁石装置の次の３つの層７５０ａ、７５０ｂ、及び７５０ｃは、それぞれＸ、Ｚ、及びＹ軸に沿って遮蔽を作り出すための、傾斜磁場コイル１２０用遮蔽磁石を含む。傾斜磁場コイル１２０の指向性部分の配置の順番は、限定的なものではなく、様々であってよい。例えば、変更形態では、Ｚ軸に沿った遮蔽を作り出すための遮蔽巻線は、７５０ａに置かれていてよく、Ｙ軸に沿った遮蔽を作り出すための巻線は、７５０ｂに置かれていてよく、Ｘ軸に沿った遮蔽を作り出すための巻線は、７５０ｃに置かれていてよい。典型的には、この順番は、層７２５ａから７２５ｃにおける傾斜磁場コイル１２０の一次磁石の順番に合わせてよい。傾斜磁場コイル１２０のための遮蔽磁石は、銅などの磁場生成に適した導電性材料から作製された巻線により形成されていてよい。用いられる導電性材料は、巻線内での、並びに、近くにある他の導電性要素との短絡を防ぐため、通常は絶縁される。傾斜磁場コイル１２０の遮蔽磁石は、典型的には、エポキシなどの熱伝導性基材の中、及び／又はその上に配置される。変更形態では、一次巻線のうちの１つ又は２つ以上は、これらの層の機械的安定性を向上させるために、剛性若しくは半剛性基材の中、及び／又はその上に配置されてもよい。一部の実施形態では、３つの層に対する基材のうち少なくとも１つは、熱伝導性ではなく、Ｇ１０、ＦＲ４、又はエポキシなどの材料で形成されていてもよい。この例では、層７５０ｂは、非熱伝導性基材から形成される。
【００６１】
図７を続いて参照すると、熱伝導性副層７６０ａ及び７６０ｃ、並びに冷却剤副層７６０ｂは、第３の冷却層７６０を形成する。熱伝導性副層７６０ａ及び７６０ｃは、銅、アルミニウム、鋼、又はエポキシなどの任意の熱伝導性材料で形成されていてよい。冷却剤副層７６０ｂは、水若しくはグリコール混合物などの液体状、又は空気などの気体状の冷却剤を、傾斜磁場コイル１２０の遮蔽磁石、及び磁場シフト用電磁石１４０の遮蔽磁石の層７７０の周りに循環させることを可能とする、任意の機構で構成されていてよい。例えば、傾斜磁場コイル１２０の遮蔽磁石の長さ方向に延びる細い冷却剤管を数百本用いて、液体冷却剤を循環させることができる。一変更形態では、冷却剤管は、一次傾斜磁場コイル１２０の周囲に延びていてもよい。典型的には、冷却剤副層７６０ｂにおいて冷却剤を分配するために使用する冷却剤機構は、導電性のものではない。例えば、冷却剤管は、非導電性材料から構築されていてもよいし、絶縁性材料を適用することにより、非導電性としてもよい。冷却剤の流れの方向は、冷却剤層７１５及び／又は７３０の方向と異なっていてもよい。なお、各冷却層を複数のコイル層を冷却するために用いることにより、径方向空間を節約できることに留意されたい。
【００６２】
磁場シフト用電磁石１４０の遮蔽磁石を７７０において示す。磁場シフト用遮蔽磁石層７７０は、Ｇ１０、ＦＲ４、又はエポキシなどの基材の中に、かつ／又はそのような基材の上に配置されていてもよく、動作時に磁場シフト用磁場に対する遮蔽を生成する電磁石を形成し得る。磁場シフト用遮蔽巻線は、銅などの磁場生成に適した導電性材料から作製されていてよい。用いられる導電性材料は、巻線内での、並びに、近くにある他の導電性要素との短絡を防ぐため、通常は絶縁される。
【００６３】
変更形態では、一体型磁石装置６００の１つ又は２つ以上の層を、省略及び／若しくは変更してもよいし、更に／又は、追加的な層を加えてもよい。例えば、これら３つの冷却層は、実質的に同一の構成要素を有する、実質的に同一の冷却機構から形成されるものとして示されているが、変更形態では、これら３つの冷却層７１５、７３０、及び／又は７６０のうちの１つ又は２つ以上を使用して、互いに異なる冷却機構、副層、及び／又は構成要素を用いてもよい。更なる例として、一部の実施形態では、冷却層に加えて、又はその代わりに、人間サイズの用途など、より大型のＤＲＥＭＲシステム１００により適した他の冷却方法を用いてもよい。例えば、一部の実施形態では、磁場シフト用電磁石１４０及び／又は傾斜磁場コイル１２０（遮蔽巻線を含む）の実装において、中空の冷却剤輸送導体を使用することもでき、その中空導体を通して冷却流体を循環させてもよい。更なる例として、磁場シフト用電磁石導体、傾斜磁場コイル導体、又は他の電磁石導体の更なる層をアセンブリ内に挿入してもよい。一部の変更形態では、磁石が配置される基材は、電磁石の一部のための電線を保持するように、磁石の周囲に間隔を開ける、ホールドオフであってもよい。更なる変更形態では、このホールドオフは、３Ｄプリンタを用いて印刷されたものであってもよい。
【００６４】
一体型磁石装置６００は、広範な形状及びサイズのＤＲＥＭＲシステム１００のために使用できる。例えば、ＤＲＥＭＲシステム１００は、人間サイズの撮像用途（脳のスキャンのための脳撮像用途など）、又は小動物のスキャン用途を可能とするための適切なサイズ及び形状の一体型磁石装置を用いて構築されてよい。一部の実施形態では、磁場シフト用電磁石１４０、及び傾斜磁場コイル１２０のための遮蔽磁石を含む、一体型磁石装置６００内での、巻線の相対的な径方向位置、又は順番は、ＤＲＥＭＲシステム１００のサイズに関わらず同一のままであってもよい。
【００６５】
一体型磁石装置を用いて、より大型のサイズのＤＲＥＭＲシステムを構築する他の実施形態では、冷却方法及び冷却機構は、変更されてもよい。例えば、電磁石の巻線について中空導体を用いて、冷却流を、より熱源の近くに配置することもできる。したがって、一体型磁石装置の冷却剤層の代わりに、又はそれに加えて、冷却流体（液体又はガス）を、磁石を形成する巻線の中空導体を通して流し得る。例えば、中空導体を、一体型磁石装置の半径の周りにループ、渦巻き、螺旋状に走らせて、傾斜磁場コイル１２０の縦方向（ｚ軸）傾斜電磁石を実装してもよく、また、横方向（ｘ軸又はｙ軸）傾斜電線パターンは、冷却流を収容するｚ層と熱接触させて配置してもよい。同一の方法を磁場シフト用電磁石１４０の巻線を冷却するために利用してもよく、それらは、一体型磁石装置の半径の周りにループ、渦巻き、螺旋状に走っている点において、ｚ−傾斜巻線に類似していてよい。一変更形態では、横（ｘ軸又はｙ軸）傾斜電磁石も、中空導体で形成されていてよく、冷却流体（液体又はガス）をその中空導体に通し得るものであり得る。
【００６６】
ＤＲＥＭＲシステム１００の意図された用途に基づき、磁場シフト用電磁石１４０、及び傾斜磁場コイル１２０の巻線の実装に用いるパターンは、様々であってよい。例えば、（脳のスキャン用途などの）人間サイズのＤＲＥＭＲシステム１００において使用する一体型磁石装置の実装では、小動物のスキャン用途のものとは異なる巻線パターンを使用して、磁場シフト用電磁石１４０及び傾斜磁場コイル１２０を実装してもよい。一体型磁石装置での磁場シフト用電磁石１４０及び傾斜磁場コイル１２０（遮蔽巻線を含む）の実装に用いる巻線の相対的な径方向順序は、同一のままであってもよい。しかしながら、脳のスキャン用のＤＲＥＭＲシステム１００では、形状的な制限により、磁石の中心に頭部を配置することができない場合があるため、磁場シフト用電磁石１４０及び傾斜磁場コイル１２０の巻線パターンは、縦方向ｚ軸に沿って対称ではなくてもよい。対照的に、小動物撮像用のＤＲＥＭＲシステム１００のための磁場シフト用電磁石１４０及び傾斜磁場コイル１２０に対する巻線パターンは、撮像領域をコイルの中心に置くことができることから、縦方向に対称であってもよい。
【００６７】
更なる変更形態では、一次磁場シフト用磁石７１０は、一体型磁石装置６００とは物理的に分離したインサートとして形成されてよい。したがって、一部の変更形態では、一次磁場シフト用磁石７１０を、一体型磁石装置６００に挿入したり、取り外したりし得る一方で、一体型磁石装置６００は、ＭＲＩシステム内に継続して残ったままであってもよい。一次磁場シフト用磁石７１０が取り外されたとき、電流の供給の停止によって、磁場シフト用遮蔽磁石層７７０の作動を停止することができ、動作上、実質的に、ＤＲＥＭＲシステム１００が、通常のＭＲ画像システムに変換される。一方で、一次磁場シフト用磁石７１０インセット（ｉｎｓｅｔ）を一体型磁石装置６００内に挿入した場合、磁場シフト用遮蔽磁石層７７０に電流を供給して作動してよく、実質的に、画像システムからＤＲＥＭＲシステムへの変換が起こる。
【００６８】
このような配置からは複数の利益が得られる。エンドユーザは、ＤＲＥＭＲが可能でないシステムを始めに起動し、続いて、後日に、一次磁場シフト用磁石７１０インサートを追加してもよい。一次磁場シフト用磁石７１０インサートを付け加えるプロセスは、ＤＲＥＭＲが可能でない傾斜磁場コイルを取り外して、別のＤＲＥＭＲが可能な傾斜磁場コイルと取り替えることに比べて、簡単である。最終使用者は、最終使用者のニーズの変化に合わせて、小さい撮像ボリュームでＤＲＥＭＲを可能にすることと、ＤＲＥＭＲを無効にして、（インサートが取り外されているため）大きな撮像ボリュームすることとの間で、どちらにも切り替えが可能である。
【００６９】
このインサート型の配置では、磁場シフト用遮蔽磁石層７７０は、例えば、遮蔽傾斜磁場コイル層７５０と一次傾斜磁場コイル層７２５との間など、任意の所望の径方向位置にて、順序付けられ得る。更に、一部の実施形態では、一体型磁石装置の各要素が一体型装置を形成していなくてもよく、別々の構成要素を形成していてもよい。更に、一次磁場シフト用磁石７１０インサートは、冷却層と基材層を含んでいてよい。
【００７０】
上述した実施形態は、例示であることを意図しており、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ定義される範囲から逸脱することなく、当業者により、変形及び改変がこれらになされてもよい。例えば、検討された方法、システム、及び実施形態を、完全に又は部分的に、変形及び組み合わせることができる。
【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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