(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的クライオクーラと熱的に接触している超伝導電磁石の磁場を傾斜させるための制御システムであって、
超伝導電磁石と電源とを選択的に接続すると共に、閉状態では超伝導電磁石と電源とを接続されている回路で接続するように、開閉状態を有する超伝導スイッチと、
前記超伝導電磁石によって生成された磁場を現在の磁場強度から目標の磁場強度まで傾斜させるようにプログラムされたコントローラであって、該コントローラは、
（ア）前記超伝導電磁石の現在の状態を示す、超電導磁石の温度および超電導磁石の現在の磁場強度の少なくとも１つで構成される少なくとも１つの作動パラメータ値を受信する工程、
（イ）前記少なくとも１つの作動パラメータ値および目標磁場強度に基づいて少なくとも１つの傾斜速度を規定する傾斜関数を選択する工程、
（ウ）電源によって生成された電流を初期電流値に設定する工程、
（エ）前記超伝導スイッチを閉位置に作動させて、超伝導電磁石と電源とを接続されている回路内に接続する工程、
（オ）前記選択された傾斜関数に従って電源によって生成される電流を調整する工程、及び
（カ）目標磁場強度に達したときに前記超伝導スイッチを開位置に作動させ、それによって前記超伝導電磁石および前記電源を前記接続されている回路から切り離し、前記超伝導電磁石を閉回路内に配置する工程、を含む前記コントローラと、
を含む制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記初期電流値はゼロであり、前記電源が前記接続されている回路内にあるときに前記電源によって生成される電流を調整することは、前記電源によって生成される電流を増加させることを特徴とする制御システム。
【請求項３】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記初期電流値は、前記超伝導電磁石における予想電流と実質的に同じであり、前記電源が前記接続されている回路内にあるときに前記電源によって生成される電流を調整することは、前記電源によって生成される電流を削減させることを特徴とする制御システム。
【請求項４】
請求項１記載の制御システムであって、前記超伝導電磁石の温度を測定するために、前記超伝導電磁石と熱的に接触する温度モニタをさらに備える制御システム。
【請求項５】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記コントローラは、目標磁場強度に達するのに必要な時間を最小にするか、または目標磁場における前記超伝導電磁石の温度が持続モードにおける前記超伝導電磁石の平衡温度と実質的に同様であるか、の少なくとも１つに傾斜関数を選択するようにプログラムされることを特徴とする制御システム。
【請求項６】
請求項５記載の制御システムにおいて、傾斜関数は、前記超伝導電磁石の温度が初期傾斜速度に従って上昇する第１傾斜期間、および前記超伝導磁石の温度が初期傾斜速度よりも遅い少なくとも１つの傾斜速度に従って低下する第2傾斜期間、を含む制御システム。
【請求項７】
超伝導電磁石の傾斜上昇または傾斜下降を制御する方法であって、
（ア）超伝導電磁石の温度および超伝導電磁石の現在の磁場強度を含む少なくとも１つの作動パラメータ値を測定するセンサを使用し、現在の磁場強度を有する磁場を生成する超伝導電磁石の現在の状態を示す少なくとも１つの作動パラメータ値を監視する工程と、
（イ）コントローラを使用し、前記少なくとも１つの作動パラメータ値に基づいて傾斜関数を決定する工程と、
（ウ）前記超伝導電磁石を接続されている回路内の電源に接続するために超伝導スイッチを選択的に作動させることによって、前記超伝導電磁石によって生成された磁場を、前記少なくとも１つの作動パラメータ値に基づいて、傾斜させる命令をコントローラに供給する工程と、を含む方法であり、そして、
前記接続されている回路では、前記超伝導電磁石によって生成される磁場を現在の磁場強度から目標の磁場強度に調整するために、電源によって生成された電流が、決定された傾斜関数に従って、調整されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記傾斜関数は、目標磁場強度に達するのに必要な時間を最小にするか、または目標磁場における前記超伝導電磁石の温度が持続モードにおける前記超伝導磁石の平衡温度と実質的に同様であるか、の少なくとも１つに決定されることを特徴とする方法。
【請求項９】
磁場を発生させるための電磁コイルを含む核磁気共鳴画像法（MRI）のシステムであって、
ニオブ、ニオブチタン、またはトリニオブスズの少なくとも１つから構成される超伝導材料と、
電源と、
超伝導電磁石と電源とを選択的に接続すると共に、閉状態では超伝導電磁石と電源とを接続回路で接続するように、開閉状態を有する超伝導スイッチと、
前記電磁コイルと熱的に接触し、前記電磁コイルの温度を超伝導材料の遷移温度以下に低下させて維持するように作動可能なGifford-McMahon（GM）クライオクーラまたはパルスチューブクライオクーラのうちの１つを含む機械的クライオクーラと、
前記電磁コイルによって生成された磁場を現在の磁場強度から目標磁場強度まで：
（ア）前記超伝導電磁石の現在の状態を示す、超電導磁石の温度および超電導磁石の現在の磁場強度の少なくとも１つで構成される少なくとも１つの作動パラメータ値を受信する、
（イ）前記少なくとも１つの作動パラメータ値および目標磁場強度に基づいて少なくとも１つの傾斜速度を規定する傾斜関数を選択する、
（ウ）前記電源によって生成された電流を初期電流値に設定する、
（エ）前記超伝導スイッチをその閉位置に作動させて、前記電磁コイルおよび電源を接続されている回路に接続する、
（オ）前記選択された傾斜関数に従って前記電源によって生成される電流を調整する、そして
（カ）前記目標磁場強度に達したときに前記超伝導スイッチを開位置に作動させ、それによって前記電磁コイルおよび前記電源を前記接続されている回路から切り離し、前記電磁コイルを閉回路内に配置する、
の工程によって傾斜させるようにプログラムされたコントローラと、
から構成される前記電磁コイルを含むMRIシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のMRIシステムにおいて、初期電流値はゼロであり、前記電源が接続されている回路内にあるときに前記電源によって生成される電流を調整することは、前記電源によって生成される電流を増加させることを特徴とするMRIシステム。
【請求項１１】
請求項９記載MRIシステムにおいて、前記初期電流値は、前記電磁コイルにおける予想電流と実質的に同じであり、前記電源が前記接続されている回路内にあるときに前記電源によって生成される電流を調整することは、前記電源によって生成される電流を削減させることを特徴とするMRIシステム。
【請求項１２】
請求項９に記載の前記電磁コイルの温度を測定するように前記磁石コイルと熱接触する温度モニタをさらに備え、前記少なくとも１つの作動パラメータ値は、前記電磁コイルの温度を含むことを特徴とするMRIシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のMRIシステムにおいて、前記コントローラは、目標磁場強度に達するのに必要な時間を最小にするか、または目標磁場における前記電磁コイルの温度が持続モードにおける前記超伝導磁石の平衡温度と実質的に同様であるか、の前記少なくとも１つに傾斜関数を選択するようにプログラムされることを特徴とするMRIシステム。
【請求項１４】
請求項９記載のMRIシステムにおいて、前記電磁コイルによって生成された磁場の現在の磁場強度を測定するための、前記電磁コイルに近接した磁場センサをさらに備え、そして少なくとも１つの作動パラメータ値は、現在の磁場強度を含むことを特徴とするMRIシステム。
【請求項１５】
請求項９記載のMRIシステムにおいて、前記電源によって生成された電流を測定するための、前記電源と電気通信する電流モニタをさらに備え、そして少なくとも１つの作動パラメータ値は、前記電源によって生成される電流を含むことを特徴とするMRIシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明の分野は、磁気共鳴画像法（MRI）のためのシステムおよび方法である。より詳細には、本発明は、MRIスキャナの磁場を必要に応じて迅速に上昇および下降させることができるMRIのためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
MRIシステムは、典型的には、二種類の磁気アセンブリの内１つを利用して、撮像に使用される強い静磁場を生成する。 １つの種類は、永久磁石を使用して静磁場を生成する。この種類のシステムは、達成できる磁場強度が限られているため、あまり一般的ではない。さらに、これらのシステムは非常に重くなりがちであり、温度変動に対して非常に敏感である。永久磁石もオフにすることはできないので、磁場を除去する方法がない。
【０００３】
第2種のMRIシステムは、超伝導電磁石を用いて静磁場を発生させる。超伝導電磁石を使用することにより、高い電流密度が電力消散なしに電磁石の導体を通ることが可能となり、それによって高い磁場強度を達成することが可能になる。磁石が超伝導であるためには、磁石コイルを極低温（例えば、約4ケルビン）に冷却しなければならない。
【０００４】
超伝導電磁コイルをこの低温に冷却するために使用される１つの方法は、導体を液体ヘリウム浴に浸漬することによって行われる。これらの超伝導システムは、液体寒剤（例えば、液体ヘリウム）の高費用のために非常に高価である傾向がある。さらに、これらのシステムによって生成される磁場を迅速にオンまたはオフにすることは容易ではない。例えば、磁場を迅速にオフにするには、典型的には、導電性のある電磁コイルを加熱して、蓄積されたエネルギーを消散させる抵抗を発生させる必要がある。
【０００５】
この抵抗は、冷却を提供する液体低温流体が急速に膨張するガスに変換されるように熱を生成する。液体冷却剤のこの沸騰により、システムの冷却能力、したがって電磁コイルによって生成される磁場、が除去される。しかし、液体冷媒が交換され、電磁コイルが超伝導温度まで冷却されるまで、磁場を再生することはできない。通常、これは複数の日数と大きな費用がかかる工程である。
あるいは、液体寒剤を沸騰させるのに十分な加熱を引き起こすことなく、超伝導電磁石システムに電流を非常にゆっくりと削除または追加することができる。このような状況では、電流を完全に追加または除去するのに数時間かかるので、このようにして磁場を迅速的にオンまたはオフにすることは不可能である。
【０００６】
安全上の理由から、MRIスキャナが磁場を迅速にオフにすることができることが有益である。例えば、強い磁場に引き付けられる大きな金属物体は、これらの機器に関連する主要なリスクの１つである。従来の超伝導電磁石は、すべての液体低温流体が非常に迅速に沸騰する上述の方法で磁石を「急冷する」ことによって、緊急事態において磁場を迅速に消すための機構を実施してきた。しかしながら、磁石を急冷することは、磁場を再確立することができるまでに、高価な液体寒剤の時間のかかる交換を必要とする。
【０００７】
高価な液体クライオジェンを紛失したり交換することなく、MRIシステムの磁場を迅速に上昇および下降させる性能は、介入および移動的撮像の用途に非常に有用である。このような状況では、MRIシステムの磁場を下降させて（例えば、外科手術用のスイート内に）保管することができ、また、必要に応じて使用するように同時に磁場を迅速に（例えば、数分以内に）上昇させるように輸送することができることが有益である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、磁気共鳴画像法（「MRI」）システムで使用するように適合された超伝導電磁石のような、超伝導電磁石によって生成される磁場を迅速に上昇または下降させるためのシステムおよび方法を提供することによって、上記の欠点を克服する。
【０００９】
したがって、本発明の一態様は、機械的クライオクーラと熱的に接触している超伝導電磁石の磁場を傾斜させるための制御システムを提供することである。制御システムは、一般に、超伝導電磁石を電源に選択的に接続し、開状態と閉状態とを有する超伝導スイッチを含む。超伝導スイッチは、閉状態では、接続されている回路内の超伝導電磁石と電源とを接続する。制御システムはまた、少なくとも１つの傾斜速度を規定する傾斜関数を選択する工程と、電源によって生成された電流を初期電流値に設定する工程と、超伝導スイッチを閉位置に操作させて、超伝導電磁石と電源とを接続されている回路に接続する工程と、選択された傾斜関数に従って電源によって生成される電流を調整する工程と、そして目標磁界強度に達したときに超伝導スイッチを開位置に操作させることによって超伝導マグネットと電源とを接続回路から切り離し、超伝導マグネットを閉回路内に配置する工程と、によって、現在の磁場強度から目標の磁場強度まで超伝導電磁石によって生成された磁場を傾斜するようにプログラムされたコントローラを含む。
【００１０】
本発明の別の態様は、超伝導電磁石の傾斜上昇または傾斜下降を制御する方法を提供することである。この方法は、現在の磁場強度を有する磁場を生成する超伝導磁石の現在の状態を示す少なくとも１つの作動パラメータ値を監視する工程と、少なくとも１つの作動パラメータ値に基づいて傾斜関数を決定する工程とを含む。次いで、超伝導電磁石を接続されている回路内の電源に接続するために超伝導スイッチを選択的に操作させることによって、少なくとも１つの作動パラメータ値に基づいて、超伝導電磁石によって生成された磁場を傾斜させる命令がコントローラに提供される。接続されている回路において、電源によって生成された電流は、決定された傾斜関数に従って調整されて、超伝導電磁石によって生成される磁場を現在の磁場強度から目標の磁場強度に調整する。
【００１１】
本発明の別の態様は、磁場を迅速に上下させることができるMRIシステムを提供することである。 MRIシステムは、一般的に、磁石コイル、電源、超伝導スイッチ、機械的クライオクーラ、およびコントローラを含む。電磁コイルは磁場を生成し、超伝導材料から構成される。超伝導スイッチは、電磁コイルを電源に選択的に接続し、開状態と閉状態とを有する。閉じた状態では、超伝導スイッチは、接続されている回路内の電磁コイルと電源とを接続する。機械的クライオクーラは、電磁コイルと熱的に接触しており、電磁コイルの温度を、超伝導材料の転移温度以下に低下させて維持するように作動可能である。コントローラは、少なくとも１つの傾斜速度を規定する傾斜関数を選択する工程と、電源によって生成された電流を初期電流値に設定する工程と、超伝導スイッチを閉位置に操作させて、超伝導電磁石と電源とを接続されている回路に接続する工程と、選択された傾斜関数に従って電源によって生成される電流を調整する工程と、そして目標磁界強度に達したときに超伝導スイッチを開位置に操作させることによって超伝導マグネットと電源とを接続回路から切り離し、超伝導マグネットを閉回路内に配置する工程と、によって、現在の磁場強度から目標の磁場強度まで超伝導電磁石によって生成された磁場を傾斜するようにプログラムされる。
【００１２】
本発明の前述および他の態様および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。 説明では、本発明の一部を形成する添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を例示として示す。 このような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示すものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するための特許請求の範囲および特許請求の範囲を参照するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
図１は、磁場の高速傾斜が可能な磁気共鳴画像法（「MRI」）システムの一例のブロック図である。
【００１４】
図２は、図１に示すMRIシステムの磁場強度を迅速に傾斜させるような、MRIシステムを制御する例示的な方法の工程を示すフローチャートである。
【００１５】
図３は、超伝導電磁石の温度が閾値温度よりも低い温度まで上昇する第１傾斜期間と、超伝導磁石の温度が低下する第２傾斜期間とを含む例示的な傾斜関数であり、第２傾斜期間を規定する１つ以上の傾斜速度は、第１傾斜期間を規定する１つ以上の傾斜速度よりも遅い。
【００１６】
図４は、超伝導電磁石の温度が閾値温度よりも低い温度まで上昇する第１傾斜期間と、超伝導磁石の温度が、温度の微分値に基づいて調整された滑らかに変化する傾斜速度に従って低下する第2の傾斜期間とを含む別の例示的な傾斜関数である。
【実施例の説明】
【００１７】
本文には、機械的クライオクーラによって冷却された超伝導電磁石を含む磁気共鳴画像法（MRI）システムにおける磁場の高速傾斜のためのシステムおよび方法が記載されている。
【００１８】
近年、超伝導特性を達成し維持するために必要な高価な液体冷媒の量を減らすことを目的とした超伝導体および超伝導電磁石の設計が進歩している。 これらの進歩には、４ケルビン（K）以上の温度で超伝導になる導体である高温超伝導体の開発が含まれる。現在、妥当な高温超伝導体は１０Kで作動することができる。 ある材料は３０Kもの高温で超伝導特性を示すことができる。さらに、低温冷却器を使用して電磁コイル導体を熱的に接触するによって冷却する寒剤不使用磁石設計に関する最近の提案がある。
【００１９】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、短時間で主磁場をオン/オフすることができる従来の、または高温の、超伝導体を用いた機械的な超伝導磁石設計に基づいている。 例えば、磁場は、MRIシステムで撮像される被検体を準備するのに要する典型的な時間（例えば、約１０〜１５分）に匹敵する時間内にオン及びオフすることができる。
【００２０】
本文に記載されたMRIシステムは、超伝導磁石内の導体と熱的に接触している機械的クライオクーラを使用して、４Kに近い温度に冷却する。ここで、熱的な接触は、直接的または間接的な接触を含み、それを通じて熱エネルギーが伝達または伝導される 。 磁石設計に使用される超伝導材料は、好ましくは、１０Kに近い温度まで超伝導特性を維持する。 記載されたシステムでは、電源に電源を導入することにより、電流密度を磁石コイルの導電性巻線に、（例えば、超伝導スイッチを用いて）迅速に追加または除去することができる。 この電流を磁石コイルに供給することにより、システムに熱が導入され、熱は機械的クライオクーラの熱的冷却能力を用いて除去することができる。
【００２１】
このシステムでは、導体の温度が電磁コイルの材料の超伝導転移点を超えないように、電流変化速度（したがって磁場変化速度）を制御することができる。 このようにして、制御不能の磁場損失（すなわち、急冷）を引き起こすような導体の急速な抵抗の変化がない。 さらに、本文に説明する制御システムは、磁場をオン/オフするための簡単なユーザ対話を提供し、磁場傾斜の間およびその後の導体の温度を監視し、そして、 電磁コイルの超伝導特性を維持するのための十分なほど冷たい温度を維持するために、傾斜関数または傾斜速度と、磁場のオン／オフと、またはその両方を調節可能である。
【００２２】
次に図１を参照するにあたって、磁気共鳴画像法システム１０は、一般に、被検体１８または他の被検体を保持することができるボア１６内で実質的に均一な磁場１４を提供する磁気アセンブリ１２を含む。 磁気アセンブリ１２は、ボア１６内に配置された対象物または被験者（図示せず）の核スピンに無線周波数（RF）励起を提供するRFコイル（図示せず）を支持する。RFコイルは、当技術分野で理解されているように、RFシステム ２０と通信し、必要な電気波形を生成する。
【００２３】
磁気アセンブリ１２はまた、当技術分野で公知の種類の勾配コイル（図示せず）の3つの軸を支持し、その軸らは対応する勾配システム２２と通信し、勾配コイルに電力を供給して磁場勾配Gx、GyおよびGzを時間の経過とともに生成する。
【００２４】
データ収集システム２４は、磁気アセンブリ１２内に支えられるかまたはボア１６内に配置されるRF受信コイル（図示せず）に接続する。
【００２５】
RFシステム２０、勾配システム２２、およびデータ収集システム２４はそれぞれ、RFシステム２０からのRFパルスおよび勾配システム２２からの勾配パルスを含むパルスシーケンスを生成するコントローラ２６と通信する。データ収集システム２４は、磁気共鳴信号をRFシステム２０から受信し、磁気共鳴信号をデータ処理システム28に提供する。データ処理システム２８は、磁気共鳴信号を処理し、画像を再構成するように作動する。 再構成された画像は、ユーザへの表示のためにディスプレイ３０に提供することができる。
【００２６】
磁気アセンブリ１２は、一般的に電磁コイル３２用のクライオスタットを提供する真空収容34内に収容され、Gifford-McMahon（GM）クライオクーラまたはパルス管クライオクーラなどの機械的クライオクーラ３６によって機械的に冷却される１つ以上の磁石コイル32を含む。 一構成例では、クライオクーラは住友重機械工業（株）製のRDK-305Gifford-McMahon型クライオクーラであってもよい。一般的にクライオクーラ３６は、電磁コイル３２と熱的に接触しており、電磁コイル３２の温度を低下させ、電磁コイル３２および所望の作動温度を維持するように作動可能である。いくつかの実施形態では、クライオクーラ３６は、真空収容３４と熱的に接触する第1段階と、電磁コイル３２と熱的に接触する第2段階とを含む。これらの実施形態では、クライオクーラ３６の第1段階では、真空収容３４を第１温度に維持し、クライオクーラ３６の第2段階では、電磁コイル３２を第１温度よりも低い第２温度に維持する。
【００２７】
電磁コイル３２は、超伝導材料で構成されており、超伝導電磁石を提供する。 超伝導材料は、好ましくは、電磁コイル３２が適切な温度の範囲にわたって所望の磁場強度を達成できるように、適切な臨界温度を有する材料であるように選択される。 一例として、超伝導材料は、約９．２Kの遷移温度を有するニオブ（Nb）であってもよい。別の例として、超伝導材料は、約１０Kの遷移温度を有するニオブチタン（NbTi）であってもよい。 さらに別の例として、超伝導材料は、約１８．３Kの遷移温度を有するトリニオブスズ（Nb 3 Sn）であってもよい。
【００２８】
超伝導材料の選択は、磁気アセンブリ１２で磁場強度の達成可能な範囲を規定する。好ましくは、超伝導材料は、その範囲の磁場強度が、クライオクーラー３６によって適切に達成され得る温度の約０．０T?約３．０Tの範囲にわたって達成され得るように選択される。しかしながら、いくつかの構成では、超伝導材料は、3.0Tより高い磁場強度を提供するように選択することができる。
【００２９】
クライオクーラ３６は、電磁コイル３２が超伝導で作動する温度、例えば電磁コイル３２が構成されている材料の遷移温度または臨界温度よりも低い温度のような作動する温度、に維持するように作動可能である。一例として、作動温度の下限は約4Kとすることができ、作動温度の上限は、電磁コイル３２が構成されている超伝導材料の遷移または臨界温度またはその近傍であり得る。
【００３０】
本発明のMRIシステム１０における電磁コイル３２の電流密度は、クライオクーラ３６を有する電磁コイル３２の温度を、電磁コイル３２が構成されている超伝導材料の転移温度より低い温度に保つように制御する一方、磁気アセンブリ１２によって生成された磁場１４を迅速に上昇または下降させるように制御可能である、一例として、磁場１４は、１５分以下のような数分の規模で傾斜を上昇または降下することができる。
【００３１】
一般に、電磁コイル３２の電流密度は、スイッチ４０を介して電磁コイル３２と電気連通する電源３８を有する回路に接続し、電源３８を作動させて接続されている回路の電流を増減することによって、増減させることができる。スイッチ４０は、一般に、第１の閉状態と第２の開状態との間で操作可能な超伝導スイッチである。
【００３２】
スイッチ４０が開状態にあるとき、電磁コイル３２は閉回路にあり、「永続モード」と呼ばれることもある。この構成では、電磁コイル３２は、超伝導状態にあり、電磁コイル３２の温度はそれらが構成されている超伝導材料の遷移温度以下の温度に維持される。
【００３３】
しかしながら、スイッチ４０が閉状態にあるとき、電磁コイル３２および電源３８を接続回路内に配置することができて、電源によって供給される電流３８と電磁コイル３２内の電流とが等しくなるようとする。例えば、電源３８がより多くの電流を接続されている回路に供給するように作動すると、電磁コイル３２内の電流が増加し、磁場１４の強度が増加する。一方、電源３８をて接続回路の電流を減少させるように作動すると、電磁コイル３２の電流が減少し、磁場１４の強度が低下する。
【００３４】
電磁コイル３２と電源３８とを接続されている回路に選択的に接続するために、任意の適切な超伝導スイッチを使用することができることは、当業者には理解されよう。 けれども、１つの非限定的な例として、スイッチ４０は、電磁コイル３２および電源３８に並列に接続された一定の長さの超伝導線を含むことができる。そのようなスイッチ４０を閉状態に操作させるために、スイッチ40と熱的に接触しているヒータを操作して、超伝導線の温度をその転移温度以上に上昇させ、これにより、電磁コイル３２の誘導インピーダンスに比べて線材を高抵抗にする。その結果、スイッチ４０を流れる電流はごくわずかである。次いで、電源３８は電磁コイル３２と共に、接続されている回路内に配置することができる。この接続されている回路では、電源３８および電磁コイル３２内の電流が等しくしようとする。したがって、電源３８によって供給される電流を調整することによって、電磁コイル３２の電流密度を増減させて、磁場１４の傾斜を上昇または下降させることができる。スイッチ４０を開状態に操作させるために、スイッチ４０内の電線はその転移温度以下に冷却され、電磁コイル３２を閉回路に戻し、それによって電源３８を切断し、全ての電流を電磁コイル３２に流すことができる。
【００３５】
電磁コイル３２が電源３８との接続されている回路内にあるとき、接続されている回路の電流が等しくなるにつれて電磁コイル３２の温度が上昇する。従って、電磁コイル３２の温度は、それらが構成されている超伝導材料の遷移温度よりも低いままであることを確実にするために監視されるべきである。電磁コイル３２が電源３８との接続されている回路内に配置することは、電磁コイル３２の温度を上昇させる傾向があるので、磁場１４の傾斜を上昇または下降させる速度は、部分的にクライオクーラ３６の冷却能力にに依存する。例えば、より大きな冷却能力を有するクライオクーラは、電磁コイル３２が電源38と共にの接続されている回路内にある間、電源３８からの熱を、さらに迅速に除去することができる。
【００３６】
電源３８およびスイッチ４０は、コントローラ２６からの制御の下で、電源３８が電磁コイル３２との接続回路にあるとき電磁コイル３２に電流を供給するために、作動する。電流モニタ４２は、電源３８から電磁コイル３２に流れる電流を測定し、電流の測定値をコントローラ２６に提供して、磁場１４の傾斜上昇または傾斜下降を制御することができる。いくつかの構成では、電流モニタ４２は、電源３８に組み込まれる。
【００３７】
温度モニタ４４は、磁気アセンブリ１２と熱的に接触しており、実時間で電磁コイル３２の温度を測定するように作動する。一例として、温度モニタ４４は、熱電対温度センサ、ダイオード温度センサ（例えば、シリコンダイオードまたはGaAlAsダイオード）、抵抗温度検出器（RTD）、容量性温度センサなどを含むことができる。 RTDベースの温度センサは、セラミック酸窒化物、ゲルマニウム、または酸化ルテニウムから構成することができる。電磁コイル３２の温度が監視され、磁場１４の傾斜上昇または傾斜下降を制御するためにコントローラ２６に提供することができる。
【００３８】
作動中、コントローラ２６は、ユーザからの指示に応答して磁気アセンブリ１２の磁場１４の傾斜を上昇または下降させるようにプログラムされる。上述のように、コントローラ２６によって制御されるスイッチ４０を介して電源３８から磁石コイル32に電流を供給し、電磁コイル３２の電流密度を減少させることによって、磁場１４を下げることができる。同様に、コントローラ２６によって制御されるスイッチ４０を介して電源３８から電磁コイル３２に電流を供給し、電磁コイル３２の電流密度を増加させることによって、磁場１４の強度を増加させることができる。
【００３９】
コントローラ２６はまた、磁場１４を上昇または下降させる工程のその前、その間、およびその後の、MRIシステム１０に関連する様々な作動パラメータ値を監視するようにプログラムされる。一例として、上述のように、コントローラ２６は、電流モニタ４２から受信したデータを介して、電源３８によって電磁コイル３２に供給される電流を監視することができる。別の例として、上述のように、コントローラ２６は、温度モニタ４４から受信したデータを介して電磁コイル３２の温度を監視することができる。さらに別の例として、コントローラ２６は、例えば、磁気アセンブリ１２のボア１６内または近接に配置されたホールプローブなどの磁場センサからデータを受信することによって、磁場１４の強度を監視することができる。
【００４０】
ここでより詳細に説明するように、コントローラ２６は、磁場１４の傾斜の上昇または降下を制御するために、電磁コイル３２に供給される電流（I）、電磁コイル３２の温度（T）、および電磁コイル３２によって生成される磁場強度（B0）などの作動パラメータ値を個々にまたは集合的に監視することができる。
【００４１】
図２を参照すると、図１に関して上述したMRIシステムによって生成された磁場を傾斜する例示的な方法の工程を示すフローチャートが示されている。一般に、磁場は、超電導電磁石が所望の磁場強度を規定するセットポイントに基づいて傾斜の上昇または下降する。
【００４２】
この目的のために、ステップ２０２に示されるように、コントローラ２６によってセットポイントが設定される。セットポイントは、一般に、ユーザによって与えられる指示、例えばユーザによって与えられた超伝導磁石によって傾斜させられるべき目標磁場強度、に基づいて選択される。例えば、ユーザは、コントローラ２６に指示を与えて、現在の磁場強度からゼロまで磁場強度を下げ、それによってMRIシステム１０の磁場を「オフにする」ことができる。別の例として、ユーザは、第１磁場強度から第１磁場強度よりも弱い第２磁場強度まで磁場の傾斜を下降させるようにコントローラ２６に命令を与えることができる。例えば、異なる磁場強度で異なる撮像用途を実施するために、磁場を３．０Tから１．５Tまで下降させることができる。同様に、命令は、１．５Tから３．０Tのような磁場を上昇させること、またはゼロ磁場から所望の磁場強度まで上昇させることであってもよい。
【００４３】
セットポイントが確立された後、ステップ２０４に示されるように、MRIシステム１０に関連する現在の作動パラメータ値がコントローラ２６に提供される。これらの作動パラメータは、集合的に、MRIシステム１０もしくは磁気アセンブリ１２または電磁コイル３２のようなMRIシステム10内の現在の状態を記述する。一例として、電磁コイル３２の温度および現在の磁場強度は、コントローラ２６によって受信され得る。
【００４４】
ステップ２０６において、現在の作動パラメータ値のチェックが行われる。例えば、電磁コイル３２の温度、現在の磁界強度、またはその両方を調べて、磁場を傾斜させる命令を実施すべきかどうかを確認することができる。一例として、電磁コイル３２の温度が磁場を傾斜させるのに適していないようなものである場合、電磁コイル３２の温度が適切に変更されるまで、傾斜過程は終了されるか、さもなければ保持される。例えば、電磁コイル３２の温度がMRIシステム１０の作動温度の上限（例えば、電磁コイルの超伝導材料の臨界温度または過渡温度）以上である場合、電磁コイル３２の温度をそれ以上に上昇させことは適していないので、クライオクーラ３６が電磁コイル３２の温度を適切な温度に下げることができるまで、磁場の傾斜を終了させるか、または保持させるべきである。
【００４５】
次にステップ２０８で、電源３８の現在の設定を確認するチェックが行われる。例えば、電源３８内の電流が目標の作動電流に近いことを確認するために、電源３８の現在の設定がチェックされる。磁場の傾斜を上昇させるとき、目標作動電流はゼロ電流またはそれに近い電流であり、磁場の傾斜を下降させるとき、目標作動電流は、電磁コイル３２の予想電流またはそれに近い電流である。電源３８が目標作動電流に近くない場合、電源３８の設定を調整して、現在の電流を目標作動電流にする。
【００４６】
コントローラ２６は、電源装置３８の現在の設定を確認した後、ステップ２１０に示すように、電流を電源装置３８から電磁コイル３２に流すことができるように、スイッチ４０を開状態に操作させる命令を送る。コントローラ２６は、少なくとも１つの傾斜速度を規定する傾斜関数に従って磁場の傾斜を制御する。
【００４７】
スイッチ４０が閉状態では、電源３８と電磁コイル３２は接続されている回路内に配置される。次に、ステップ２１２に示すように、電源３８によって供給される電流は、緩やかに増加または減少されて、磁場の傾斜をそれぞれ上昇または下降する。電磁コイル３２および電源３８が接続されている回路内にある間、電源３８の電流の増加または減少によって引き起こされるエネルギー変化は、電磁コイル３２の温度を上昇させる熱を発生する。したがって、傾斜過程中に、ステップ２１４に示すように、電磁コイル３２の温度が監視される。
【００４８】
一例として、電磁コイル３２の現在の温度は、温度モニタ４４によって測定され、監視されて、電磁コイル３２の温度が作動限界内に維持されているかどうかを確認することができる（例えば、電磁コイル３２の温度が、電磁コイル３２が構成されている超伝導材料の転移温度以下に、維持される）。温度に加えて、MRIシステム１０の他の作動パラメータ値は、ホールプローブまたは他の適切なセンサによって測定することができる磁場強度を含めて、監視することができる。磁場強度は、好ましくは磁場設セットポイントに達したかどうかを確認するために監視される。さらに別の例として、電源３８によって供給される電流は、電流モニタ４２によって測定され、適切なレベルの電流が磁石コイル３２に供給されていることを確認するために、監視されることができる。
【００４９】
判定ブロック２１６において、MRIシステム１０の作動パラメータの監視に基づいてセットポイントに到達したかどうかが判定される。セットポイントに達していない場合、作動パラメータの監視は、セットポイントに達するまで続ける。作動パラメータが監視されている間に、決定ブロック２１８において、電流が電磁コイル３２に追加されるかまたは除去される速度に基づいて、電磁コイル32を（例えば、遷移温度の近傍または上に加熱されて）過熱する危険性があるかどうかの決定も含む。電磁コイル３２の温度が遷移温度以上に上昇するのに近い場合、ステップ２２０に示すように、電源３８の設定を調整して、接続されている回路の電流の変更を一時的に停止させるか、さもなければ傾斜速度を遅くする。傾斜過程を遅くするか、もしくは停止すると、電磁コイル３２の加熱が減少し、クライオクーラ３６が電磁コイル３２の温度をより適切な温度に下げることができる。温度がより適切なレベルに低下すると、電源３８の設定を再び調整して、セットポイントに達するまで電磁コイル３２の電流密度を増加または減少させ続けることができる。
【００５０】
セットポイントに達すると、ステップ２２２に示すように、コントローラ２６によってスイッチ４０を閉状態に操作させる命令が送信される。スイッチ４０が閉状態になった後、MRIシステム１０の作動パラメータは依然として、電磁コイル３２の温度が決定ブロック２２６で決定された作動に適した温度に低下するまで、ステップ２２４に示すように監視される。電磁コイル３２が安定作動温度に達すると、MRIシステム１０はステップ２２８に示すように、スキャンを実行する準備ができている。
【００５１】
いくつかの実施形態では、傾斜関数または傾斜速度をユーザ定義することができる。いくつかの他の実施形態では、MRIシステム１０の現在の動作パラメータおよびユーザによって選択されたセットポイントに基づいて、傾斜関数または傾斜速度を最適化して総傾斜時間を短縮することができる。図３および図４示すように、傾斜関数５０は、一般に、電磁コイル３２の温度が閾値温度より低い温度まで上昇する第１傾斜期間と、電磁コイル３２の温度が低下する第２傾斜期間とを含む。第１傾斜期間は、初期傾斜速度によって定義することができ、第２傾斜期間は、１つ以上の初期傾斜速度よりも遅い傾斜速度によって定義することができる。
【００５２】
特に図３を参照すると、早い初期傾斜速度で始まる傾斜関数５０を使用することによって、その特定の傾斜速度での電磁コイル３２の平衡温度が所定の閾値温度を超えないように、総傾斜時間を短縮することができる。次に、電磁コイル３２が平衡温度に達するか、または電磁コイル３２の電流が所定のレベルに達すると、傾斜速度は、電磁コイル３２が新たな、より低い平衡温度を有する。この過程は、電磁コイル３２が所望の電流で付勢される（すなわち、目標磁界強度に達する）まで繰り返され得る。
【００５３】
初期の「高速」傾斜期間、個々の傾斜速度および傾斜ステップサイズは、以下の効果の１つが達成されるように調整することができる。（１）所望の電流、したがって目標磁界強度が最小時間で到達する。または（２）最終的な傾斜平衡温度が、永続モードでの電磁コイル３２の平衡温度に近いか、または実質的に類似している。
【００５４】
さらに、図４に示すように、電磁コイル３２の温度の微分を監視することができ、傾斜関数５０は、より細かい傾斜速度のステップサイズで、傾斜関数５０の温度減衰曲線が滑らかに変化するように、より頻繁に調整される。傾斜関数または傾斜速度は、上述のように、作動パラメータの監視に基づいて傾斜過程中に制御することもできる。
【００５５】
本発明を１つまたは複数の好ましい実施形態に関して説明したが、明示的に述べられた以外の多くの等価物、代替物、変形物および改変が可能であり、本発明の範囲内であることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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