(57)【要約】【課題】うず電流の量をシールドコイル無しに減少させるＭＲＩデバイスを提供すること。【解決手段】あるボリューム（２０）を撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイス（２００）には、磁場を発生させるための少なくとも１つの主マグネット（２３０）と、ボリューム（２０）を撮像するように、この少なくとも１つの主マグネット（２３０）が発生させる磁場を矯正するための少なくとも１つの傾斜コイル（５０）と、を設けている。この少なくとも１つの傾斜コイルが発生させる磁場（５０）は実質的にシールドしていない。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あるボリューム（２０）を撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイス（２００）であって、
磁場を発生させるための少なくとも１つの主マグネット（２３０）と、
前記ボリューム（２０）を撮像するように、前記少なくとも１つの主マグネット（２３０）が発生させる磁場を矯正するための少なくとも１つの傾斜コイル（５０）と、備えると共に、
前記少なくとも１つの傾斜コイル（５０）が発生させる磁場が実質的にシールドされていない、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの主マグネット（２３０）が、極低温で動作する少なくとも１つの超伝導コイルを備えている、請求項１に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの主マグネット（２３０）がさらに、超伝導コイル層に隣接して、クライオクーラ熱交換器（２８０）と結合させた少なくとも１つの冷却用チューブ（２７０）を備えている、請求項２に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの主マグネット（２３０）がさらに、前記少なくとも１つの超伝導コイルを包み込んでいる複合真空容器（２４０）であって、少なくとも１つの傾斜コイル（５０）が発生させる磁場によってその内部にうず電流が実質的に誘導されないような材料から形成されている複合真空容器（２４０）を備えている、請求項２に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの主マグネット（２３０）は、前記少なくとも１つの傾斜コイル（５０）が発生させる磁場により誘導されるようなうず電流が実質的に無い、請求項１に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項６】
冷却式熱シールド（８１０）と、
前記超伝導コイルをその上に巻き付けた冷却式コイルフォーム（２１０）と、
のうちの一方を含む少なくとも１つの冷却式熱スプレッダをさらに備える請求項１に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項７】
前記冷却式コイルフォーム（２１０）が、
ガラス繊維、エポキシ及び銅ワイヤを含む複合材料と、
前記コイルフォーム（２１０）の周りに巻き付けている、クライオクーラ熱交換器（２８０）と結合させた少なくとも１つの冷却用チューブ（２７０）と、
を備えている、請求項６に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの冷却式熱シールド（８１０）が、
シールド・シリンダ（８１０）と、
前記シールド・シリンダ（８１０）の周りに巻き付けている、クライオクーラ熱交換器（２８０）と結合させた少なくとも１つの冷却用チューブ（２７０）と、
を備えている、請求項６に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項９】
前記シールド・シリンダ（８１０）がエポキシ−ガラス／銅−ワイヤ複合材料を含む、請求項８に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのマグネット（２３０）と熱的に結合させたクライオクーラ熱交換器（２８０）と、
前記クライオクーラ熱交換器（２８０）が使用する冷却媒体を冷却するための極低温冷凍機（２８０）と、をさらに備えており、
前記極低温冷凍機（２８０）が少なくとも１つの傾斜コイル（５０）が発生させる前記磁場の実質的に外部に位置決めされている、請求項１に記載のＭＲＩデバイス（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスに関し、さらに詳細には、ＭＲＩマグネットが発生させる磁場を矯正させるための少なくとも１つの傾斜コイルを含んでおり、この傾斜コイルが発生させる磁場を実質的に磁気シールドしていないようなＭＲＩデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩデバイスは、組織構造や骨構造などの要素を撮像するための診断ツールとして医療界で広く使用されている。従来のＭＲＩデバイスについては、例えば、いずれも参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする米国特許第５，２２５，７８２号、同第５，２８５，１８１号及び同第５，３０４，９３４号に記載されている。
【０００３】
図１に示すように、周知の超伝導（ＳＣ）ＭＲＩデバイス１０は、典型的には、撮像ボリューム２０内に一様な磁場を発生させるために、概ね４°Ｋの温度を維持するように液体ヘリウム内で動作する巻き線３０を利用している。この液体ヘリウム溜めには、真空密閉性でありかつ米国機械学会（ＡＳＭＥ）の圧力容器要件を満たす容器４０が必要であり、こうした容器４０は典型的には、溶接アルミニウム合金のシリンダ及びフランジから製作している。熱輻射シールド（図示せず）は、典型的には２つ使用されており、これも溶接アルミニウム片から製作すると共に、ヘリウム容器４０を包含している。
【０００４】
ＭＲＩデバイス１０のボア内の傾斜コイル５０が電気的にパルス動作すると、この傾斜コイルを囲繞する導電性シリンダのうちのいずれかに生じる時間変動する磁束によってうず電流が誘導される。次いでこれらのうず電流はそれ自身の磁場を発生させ、この磁場によって所望の傾斜磁場の空間的及び時間的な品質が劣化する。今日のＭＲイメージングでルーチンに使用されるような能動（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）パルスシーケンスでは、マグネット・ボア内の第２の組の傾斜コイル６０（すなわち、シールド傾斜コイル）によって補償している。これらのシールド傾斜コイル６０は、シールドコイル６０の外部の領域において主傾斜コイル５０の磁場を打ち消すような磁場を構成し、これによって、熱シールドなどの導電性部材との任意の相互インダクタンスを大幅に減少させると共に、生じるうず電流を最小限にしている。本発明者らには、典型的な実現形態では、そのシールドコイル６０は傾斜コイル５０が発生させる磁場の約５０％を相殺するのが一般的であることが分かっている。
【特許文献１】米国特許第５，２２５，７８２号
【特許文献２】米国特許第５，２８５，１８１号
【特許文献３】米国特許第５，３０４，９３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、システム内の傾斜コイル５０によってＭＲＩデバイス１０内に生じる発生うず電流の量をシールドコイル６０無しに減少させるようなＭＲＩデバイス１０に対する要求や、ＭＲＩデバイス内に生じるうず電流の量をさらに減少させるようなシールドコイルを備えるシステムに対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した問題のうちの１つまたは幾つか、並びに従来技術内で見いだされているその他の問題に関する軽減または解消を目的とする。
【０００７】
本発明の実施の一形態では、あるボリュームを撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスであって、磁場を発生させるための少なくとも１つの主マグネットと、ボリュームを撮像するようにこの少なくとも１つの主マグネットが発生させる磁場を矯正するための少なくとも１つの傾斜コイルと、を備えており、この少なくとも１つの傾斜コイルが発生させる磁場が実質的にシールドされていないような磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスを提供する。
【０００８】
この主マグネットは極低温で動作する少なくとも１つの超伝導コイルを備えることが好ましい。この主マグネットはさらに、超伝導コイル層に隣接して、クライオクーラ熱交換器と結合させた少なくとも１つの冷却用チューブ備えることがさらに好ましい。
【０００９】
本発明の一態様では、その主マグネットは、少なくとも１つの超伝導コイルを包み込んでいる複合真空容器であって、少なくとも１つの傾斜コイルが発生させる磁場によってその内部にうず電流が実質的に誘導されないような材料から形成させた複合真空容器を含むことがある。
【００１０】
本発明の別の態様では、その主マグネットは傾斜コイルから誘電分離されている。
【００１１】
本発明の別の態様では、そのＭＲＩデバイスはさらに、少なくとも１つの冷却式（ｃｏｏｌｅｄ）熱スプレッダを備える。この冷却式熱スプレッダは、冷却式熱シールドと、超伝導コイルをその上に巻き付けた冷却式コイルフォームと、のうちの少なくとも一方を備えることが好ましい。この冷却式コイルフォームは、ガラス繊維、エポキシ及び銅ワイヤを含んだ複合材料を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の別の態様では、そのＭＲＩデバイスはさらに、少なくとも１つのマグネットと熱的に結合させたクライオクーラ熱交換器と、このクライオクーラ熱交換器が使用する冷却媒体を冷却するための極低温冷凍機と、を備える。この極低温冷凍機は、少なくとも１つの傾斜コイルが発生させる磁場の実質的に外部に位置決めすることが好ましい。この冷却媒体は、液体ヘリウム、液体水素、液体窒素及び液体ネオンのうちの１つを含むことができる。
【００１３】
本発明の別の態様では、その傾斜コイルは、複数のエポキシ−ガラス層及び複数の絶縁した銅ワイヤ層を備える。
【００１４】
本発明の別の態様では、そのＭＲＩデバイスはさらに、積層させた複数の磁化可能リングからなるような、少なくとも１つのマグネットの外部フリンジ磁場を受動的にシールドするための少なくとも１つの受動シールドを備える。この積層させた複数のリングによって、少なくとも１つの受動シールド内に発生するうず電流が抑制される。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、あるボリュームを撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスであって、主磁場を発生させるための手段と、ボリュームを撮像するために実質的にシールドされていない磁場を発生させているような主磁場矯正手段と、を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスを提供する。
【００１６】
本発明の一態様では、そのＭＲＩデバイスはさらに、その内部にうず電流が実質的に誘導されないような、主磁場発生手段に対する極低温冷却手段を備える。
【００１７】
本発明の別の態様では、そのＭＲＩデバイスはさらに、主磁場発生手段を受動的にシールドするための手段を備える。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、あるボリュームを撮像するための磁場を発生させる超伝導体マグネットと、この磁場を矯正しているシールドされていない傾斜コイルと、超伝導体マグネットと熱的に結合させた極低温冷却システムと、を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを提供する。
【００１９】
本発明の一態様では、その極低温冷却システムは、超伝導体マグネットと熱的に結合させたクライオクーラ熱交換器と、このクライオクーラ熱交換器が使用する冷却媒体を冷却するための極低温冷凍機と、を備える。この極低温冷凍機は超伝導体マグネットの外部に位置決めすることが好ましい。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、あるボリュームを撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスであって、磁場を発生させるように極低温で動作している少なくとも１つの超伝導コイルと、ボリュームを撮像するように、少なくとも１つの主マグネットが発生させた磁場を矯正するための少なくとも１つの傾斜コイルと、を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスを提供する。この少なくとも１つの超伝導コイルは、超伝導コイル層に隣接して、クライオクーラ熱交換器と結合させた少なくとも１つの冷却用チューブを含む。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、あるボリュームを撮像するための磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスであって、磁場を発生させるための少なくとも１つの主マグネットと、ボリュームを撮像するように、この少なくとも１つの主マグネットが発生させた磁場を矯正するための少なくとも１つの傾斜コイルと、少なくとも１つの冷却式熱スプレッダと、を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスを提供する。この冷却式熱スプレッダは、冷却式熱シールドと、少なくとも１つの主マグネットをその上に巻き付けた冷却式コイルフォームと、のうちの少なくとも一方を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここで、本発明に関する目下のところ好ましい実施形態について詳細に参照することにする。同じ部分や同様の部分を示す際には、図面全体を通じて可能な限り同じ参照番号を使用することにする。
【００２３】
本発明の実施の一形態によるうず電流の低減は、ＭＲＩデバイス２００内にうず電流の無い構成要素を実装することを通じて実現することができる。現行のシールドコイルは依然として傾斜コイルが発生させる磁場の約５０％を通過させているので、こうしたうず電流の無い構成要素を使用すると発生する残留うず電流を排除または軽減することができる。一例として、うず電流の無い構成要素は、冷却式熱シールドや冷却式コイルフォームなどの冷却式熱スプレッダの一部として使用することができる。これ以外の構成要素もその全体またはその一部をうず電流の無い／抵抗性の材料から製作することができる。
【００２４】
こうしたＭＲＩマグネット２００の１つを図２のブロック図に表している。この実施形態では、主ＭＲＩマグネット（すなわち、超伝導コイル２３０）は、主ＭＲＩマグネットを熱的シールドかつ／または冷却するために、熱サイホン対流冷却式コイルフォーム２１０を備えている。このコイルフォーム２１０はエポキシ−ガラス／銅−ワイヤ複合材料を含む複合材料から製作することが好ましいが、銅をアルミニウムに置き換えるなど別の材料を使用することも可能である。したがって、このコイルフォーム２１０（並びに、図５及び６の熱シールド・シリンダ８１０）は、シールドされていない傾斜コイル２９５の動作時にうず電流が実質的に発生しないような材料から製作することが好ましいことを理解されたい。真空容器のボア２８５もまた、実質的にうず電流の無い材料から製作する。
【００２５】
図２及び３に示すように、コイルフォーム２１０上には１つまたは複数の冷却用チューブ２７０を装着している。同様に、図５及び６に示すように、熱シールド８１０（設ける場合）上にも１つまたは複数の冷却用チューブ２７０を装着している。この冷却用チューブ２７０は、コイルフォーム２１０及び／または熱シールド・シリンダ８１０の周りを実質的に包んでいることが好ましい。
【００２６】
冷却用チューブ２７０はコイルフォーム２１０及び／または熱シールド・シリンダ８１０の周りに冷却媒体（例えば、液体ヘリウム、液体水素、液体窒素、液体ネオンなど）が通るように構成させ、これによってコイルフォーム２１０及び／または熱シールド・シリンダ８１０を冷却しており、この際この冷却媒体は、その超伝導体を動作させようとする電流密度と磁場の組み合わせにより要求される超伝導体臨界温度と比べてより低い温度を有するように選択する。このため、冷却用チューブ２７０は、冷却剤循環回路（図示せず）を介して極低温冷凍機２８０（図４）に結合させている。冷却用チューブ２７０のチューブのサイズ及び本数は、ＭＲＩデバイス２００に関する全体サイズ、流量及び抵抗、材料、並びに熱負荷（ただし、これらに限らない）を含む多くの熱伝達設計詳細事項に応じて様々であることを理解されたい。
【００２７】
冷却は、低温の冷却媒体が冷却用チューブ２７０を介してコイルフォーム２１０及び／または熱シールド・シリンダ８１０と熱交換を行い、より高い温度になって極低温冷凍機２８０に戻るようにしてＭＲＩデバイス２００を通るように冷却媒体を循環させることによって得られる。周知の極低温冷凍機設計では、原因の一部として極端な温度動作条件のためにその内部に利用可能な材料の種類が限られており、非金属製の「うず電流の無い」材料の使用も限られている。したがって、極低温冷凍機２８０は図４に示すようにＭＲＩデバイス２００の外部に位置決めすることが好ましい。このことによって、ＭＲＩデバイス２００が発生させる変動する電場及び磁場から極低温冷凍機２８０が隔絶され、これによって極低温冷凍機２８０内のうず電流の発生が防止される。流体の循環は、低温端と高温端の間の重力差を利用することによって、また別法ではポンプ（図示せず）によって、得ることができる。
【００２８】
動作で必要となる液体冷却媒体を格納するためには冷却媒体容器９４０を使用する。発生するうず電流を最小限にするため、容器９４０は、圧力境界を形成するための薄いステンレス鋼シェルと、圧力荷重を支持するためにステンレス鋼の周りを包んでいるガラス繊維複合構造と、から構成させることが好ましい。図４に示すようなコールドヘッド９３０の詳細は、具体的な実現形態に依存する。
【００２９】
上述の構成では、極低温冷凍システム（例えば、極低温冷凍機２８０）の一部分をＭＲＩマグネット２００の外部に移すこと、並びにＭＲＩ構成要素の少なくとも幾つかに対して非金属材料（例えば、複合材料）を使用することによって、その内部に発生するうず電流を減少させている。このうず電流発生の減少によって、シールド傾斜コイル６０（図１）の除去が可能となり、あるいはシールド傾斜コイル６０を用いた構成においてうず電流をさらに低下させることが可能となる。したがって、上述の特徴の任意の１つまたはこれらの組み合わせを利用することによって周知のＭＲＩデバイス１０を改良することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態に関するここまでの記述は、例示及び説明を目的として提示したものである。網羅を目的としたものでも、また開示した詳細な形態に本発明を限定する目的でもなく、修正形態や変形形態が上述の教示に照らして可能であり、また本発明の実施から得ることもできる。これらの実施形態は、当業者が企図される具体的な利用に合わせて様々な実施形態でまた様々な修正を伴って本発明を利用できるように、本発明の原理及びその実用例を説明するために選択し記載したものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって規定されるように意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】周知のＭＲＩデバイスの断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態によるＭＲＩデバイスの断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態による冷却式コイルフォームの一部分の拡大図である。
【図４】本発明の実施の一形態によるＭＲＩデバイスの端部像である。
【図５】本発明の実施の一形態による円筒状の冷却式熱シールドの断面図である。
【図６】本発明の実施の一形態による冷却式コイルフォームと円筒状の冷却式熱シールドの両者を備えたＭＲＩデバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  周知の超伝導ＭＲＩデバイス
２０  撮像ボリューム
３０  巻き線
４０  ヘリウム容器
５０  傾斜コイル
６０  シールドコイル
２００  ＭＲＩデバイス
２１０  コイルフォーム
２３０  超伝導コイル
２４０  複合真空容器
２７０  冷却用チューブ
２８０  極低温冷凍機
２８５  ボア
２９５  傾斜コイル
８１０  熱シールド、熱シールド・シリンダ
９３０  コールドヘッド
９４０  冷却媒体容器
【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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