(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部を貫通してボアを形成するように構成されている磁気共鳴撮像デバイス（１０）の電磁気コイル（７０）であって、
前記磁気共鳴撮像デバイス（１０）の傾斜コイルを構成する第１及び第２の導体（９４、９６、９８）であって、その各々が１つの傾斜コイル軸と関連付けされている第１及び第２の導体（９４、９６、９８）と、
前記第１の導体（９４、９６、９８）と第２の導体（９４、９６、９８）の間に配置させたエポキシ（９０）と、
前記第１と第２の導体（９４、９６、９８）の部分放電開始電圧を上昇させるため前記エポキシ（９０）内に全体的に均一に懸濁させた複数の粒子（１００）と、
を備え、
前記複数の粒子（１００）はさらに、複数のマイクロ粒子（１０４）、複数のナノ粒子（１０２）、及びマイクロ粒子とナノ粒子の組み合わせ粒子（１０２、１０４）のうちの少なくとも１つであると規定される、
電磁気コイル（７０）。
【請求項２】
前記複数の粒子（１００）は、前記エポキシ（９０）の幅（１０６）、長さ（１０８）、及び深さ（１１０）のうちの少なくとも１つにわたって実質的に均一に分布させると共に、前記第１の導体（９４、９６、９８）と第２の導体（９４、９６、９８）の部分放電を調整するように構成されている、請求項１に記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項３】
前記複数の粒子（１００）のうちの少なくとも１つの粒子はＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、アルミナ、ＢａＴｉＯ3、ＳｉＣ、及びＺｎＯのうちの１つである、請求項１または２に記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項４】
前記第１の導体（９４、９６、９８）及び第２の導体（９４、９６、９８）のチャージを制御するように構成させた制御器（３２）をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項５】
前記第１の導体（９４、９６、９８）及び第２の導体（９４、９６、９８）のチャージは患者内に励起を生じさせるように制御されている、請求項４に記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項６】
前記磁気共鳴撮像デバイス（１０）の傾斜コイルを構成する第３の導体（９４、９６、９８）であって、１つの傾斜コイル軸と関連付けされている第３の導体（９４、９６、９８）と、
前記第２の導体（９４、９６、９８）と第３の導体（９４、９６、９８）の間に配置させた第２のエポキシの層と、
前記第２と第３の導体（９４、９６、９８）の部分放電開始電圧を上昇させるため前記第２のエポキシの層内に全体的に均一に懸濁させた第２の複数の粒子（１００）と、
を備え、
前記第２の複数の粒子（１００）はさらに、複数のマイクロ粒子（１０４）、複数のナノ粒子（１０２）、及びマイクロ粒子とナノ粒子の組み合わせ粒子（１０２、１０４）のうちの少なくとも１つであると規定される、請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項７】
前記第１の導体（９４、９６、９８）と第２の導体（９４、９６、９８）の間の間隔が１ミリメートル以下である、請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁気コイル（７０）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電磁気コイル（７０）を備える前記磁気共鳴撮像デバイス（１０）。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電磁気コイル（７０）を形成する方法であって、
前記エポキシを用いて前記第１の伝導性プレートを前記第２の伝導性プレートに対して確保する工程と、
前記第１の伝導性プレートと前記第２の伝導性プレートの間のエポキシ内に前記複数の粒子を全体的に均一に懸濁させる工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気コイルの製作に関し、さらに詳細には、コイルの隣接する伝導層間の部分放電を低下させると共にボア半径を大きくしコイル動作電圧を上昇させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁気コイルは広範な産業分野にわたる用途を有する。電磁気コイルは、磁気浮上列車などの輸送システム、変圧器などのデバイス内の電力システム、及び磁気共鳴撮像（すなわち、ＭＲＩ）システムなどの医用撮像テクノロジーにおいて用途を有する。このコイルの製作は、コイルの最終的な用途と直接的な関係があり、コイルの動作及びコイルを利用するシステムの動作性能に直接的な影響を与える。
【０００３】
医用撮像分野では、コイルの製作は、医用撮像デバイスの製作及び動作に関する重要な検討事項の１つである。こうしたコイルは一般に、互いに付着させて１つのボアを画定するような形状とした複数の伝導性プレートからなる。患者の撮像の間に、この撮像デバイスのボア内に患者を通している。患者によってはコイルのボアのかなり閉ざされた空間について危惧を抱くものがある。この危惧は患者の生理機能に悪影響を及ぼし、これが次いで画質及び／または完全性に悪影響を及ぼすことがあり得る。したがって、コイルのボアの領域を拡大し、スキャン過程に関連する患者の不安を最小限にすることが望ましい。さらに、コイルのボアのサイズを増大させると、より大きな断面積をもつ対象物や荷物を撮像することができる。
【０００４】
コイルの隣接する伝導性プレート同士の間隔を狭くすることによって撮像デバイスの全体サイズを大きくせずにボア開口のサイズを大きくすることが可能である。しかし、この介在層間隔を狭くするとコイルの隣接する層間での部分放電が増加する。以下でさらに説明するが、磁気共鳴撮像用途では、コイルの層間での部分放電が増加すると画質にマイナスの影響がある。
【０００５】
別の検討事項は上昇を続ける動作パラメータによって機能できるコイルの能力である。撮像分野では特に、より強力な傾斜及び／またはより大きなスルーレート（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）を発生させることが可能なデバイスを提供することによって、撮像機能の増大及びデバイス・スループットの改善を提供することができる。より強力な傾斜及びより大きなスルーレートを発生するために、コイルの伝導性プレートは上昇を続ける動作電圧を受ける。これらの上昇させた電圧もコイルの隣接する層間での部分放電に悪影響を及ぼす。隣接するプレート同士の間隔が狭くなりかつこのプレートが上昇した動作電圧を受けると、コイルの隣接する層間での部分放電が増大する確率がより大きくなる。
【０００６】
磁気共鳴撮像用途では、コイルの層間での部分放電は白の画素を生じさせ、これによって撮像品質が悪影響を受ける。ボアサイズを大きくしこれによりコイルの隣接する層同士の介在層間隔が狭くなると、隣接する層間での部分放電の確率が増大し、またこのために画質に悪影響を及ぼす。コイルの動作電圧を上昇させることも、隣接する層間での部分放電を増大させ、これが画質に悪影響を及ぼす。当然のことながら、撮像デバイスのボアサイズ並びに動作出力レンジを増大させると、コイルのプレート間の部分放電に対する有害な影響が形成され画質が低下する。
【特許文献１】米国特許第６９９２４８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ボア直径が大きいコイルを提供できると共に、コイルの部分放電に悪影響を及ぼさずにパワーレベルを上昇させて動作できるように製作されているシステム及び方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の欠点を克服したコイル及びコイルの形成方法を提供する。本発明は、コイルの隣接する層間での部分放電を増加させることなくコイルの隣接する伝導層同士の間隔を狭くさせたシステム及び方法を提供する。
【０００９】
本発明の一態様では、第１の導体、第２の導体、及びこれらの間に配置させたエポキシを含む電磁気コイルを開示する。エポキシ内には全体的に均一に複数の粒子を懸濁させると共に、この複数の粒子によって第１と第２の導体の部分放電開始電圧を上昇させている。
【００１０】
本発明の別の態様では、複数の伝導性プレートを有するコイルと、該複数の伝導性プレートに電気的チャージを導くように構成した制御器と、を含む医用撮像デバイスを開示する。隣接する伝導性プレートの間にはエポキシを配置させると共に、隣接する伝導性プレート間のエポキシ内には部分放電を抑制する手段を懸濁させている。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、磁気コイルを形成する方法を開示する。本方法は、エポキシを用いて第１の伝導性プレートを第２の伝導性プレートに対して確保する工程と、第１の伝導性プレートと第２の伝導性プレートの間のエポキシ内に選択した複数の粒子を全体的に均一に懸濁させる工程と、を含む。
【００１２】
本発明に関する別の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される好ましい一実施形態を図示している。
【００１４】
図１を参照すると、本発明を組み込んでいる好ましい磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントを表している。当然のことながら、ＭＲＩシステム１０は本発明に関する想定される用途のうちの１つである。当業者であれば、本発明が本明細書で検討したＭＲＩシステムの具体的な例以外にも用途を有することを理解されよう。すなわち、本発明は例えば、磁気浮上列車、変圧器製作、その他など任意の電磁気コイル用途に応用可能であることを理解されたい。ここに示した一覧は網羅的なものではなく、単に本発明の広範な応用範囲を示しているに過ぎない。簡潔にするために、以下では本発明をＭＲＩの医用撮像モダリティに関連させながら記載することにする。
【００１５】
システム１０の動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及び表示画面１６を含むオペレータ・コンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１６上への画像表示を制御できるようにする独立のコンピュータ・システム２０と、リンク１８を介して連絡している。コンピュータ・システム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像プロセッサ・モジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに当技術分野でフレーム・バッファとして知られている画像データ・アレイを記憶するためのメモリモジュール２６が含まれる。コンピュータ・システム２０は、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置２８及びテープ駆動装置３０とリンクしており、さらに高速シリアルリンク３４を介して独立のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００１６】
システム制御部３２は、バックプレーン３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６や、シリアルリンク４０を介してオペレータ・コンソール１２に接続させたパルス発生器モジュール３８が含まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、各システム・コンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器４２と接続させている。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続させており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサから信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者を所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１７】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイル・アセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜コイル・アセンブリ５０は、偏向用マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含むマグネット・アセンブリ５２の一部を形成している。システム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受け送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をコイル５６に接続させている。送信／受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても独立したＲＦコイル（例えば、表面コイル）を使用することが可能となる。
【００１８】
ＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御部３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データ・アレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データはシリアルリンク３４を介してコンピュータ・システム２０に送られ、コンピュータ・システム２０において画像データはディスク記憶装置２８内などの記憶装置内に格納される。この画像データは、オペレータ・コンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、テープ駆動装置３０上などの長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータ・コンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００１９】
図２には、コイル・アセンブリ５０のコイル７０の一部の断面を表している。コイル７０は、その各々が１つの傾斜コイル軸と関連付けされている複数の伝導性プレート９４、９６、９８を含む。隣接する伝導性プレート９４、９６及び９８の間の空間９２にはエポキシ層９０を配置させている。隣接するプレート９４、９６、９８の間のエポキシ層９０内には複数の粒子１００を全体的として均一に分布させている。複数の粒子１００は、複数のナノ粒子１０２及び複数のマイクロ粒子１０４を含む。当然のことながら、複数の粒子１００はその全体をナノサイズの粒子とすること、その全体をマイクロサイズの粒子とすること、あるいはこれらの粒子を任意の比率で混合させた粒子とすることが可能である。粒子１００は、隣接するプレートの間のエポキシ層９０の幅１０６、長さ１０８及び深さ１１０全体にわたって全体として均一に分布させることが好ましい。その粒子サイズに関する好ましさ以外に、粒子１００はさらに、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、アルミナ、ＢａＴｉＯ３、ＳｉＣ、またはＺｎＯのいずれかから形成することが好ましい。当然のことながら、ここに示した材料の一覧は網羅的なものではなく、また如何なる意味においても本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。粒子１００のサイズの混合が可能であることに加えて、エポキシ層９０内の粒子１００は、これらの材料のうちの１種類のみを含むことや、これらを任意の組み合わせて含むことがある。複数の粒子１００は二酸化ケイ素から形成させることが好ましい。当然のことながら、プレート９４、９６、９８、空間９２、及び粒子１００、１０２、１０４の相対的なサイズは縮尺どおりに示したものではなく、組み上げたコイル７０の構造がより明瞭に表されるように修正を加えてある。
【００２０】
コイル７０の動作時において、プレート９４、９６、９８に対してある電圧が印加されており、粒子１００のために、隣接するプレート９０間の部分放電が抑制されると共に、コイル７０の動作時部分放電開始電圧が上昇する。部分放電開始電圧の上昇は、プレート９４、９６、９８の間にあるエポキシ９０の体積に対する粒子の表面積の比が増加することによって実現される。粒子１００とエポキシ９０の間の界面によって、隣接するプレート９４、９６、９８の間の部分放電が抑制される。コイル７０によって画定されるボアのサイズは隣接するプレート９４、９６、９８の間の空間９２を狭くすれば大きくすることが可能であるが、エポキシ層９０の厚さを単に小さくしたのでは、隣接するプレート間に受容しがたい部分放電を生じさせ、コイルの動作駆動電圧に悪影響を及ぼす。このため、空間９２が画定する隣接するプレート間の距離をプレート間の部分放電に対処しないで単純に狭くしたのでは画質に悪影響を及ぼすことになる。粒子１００によれば、隣接するプレート間の部分放電をあまり増加させることなく介在層間隔を狭くすることができる。
【００２１】
介在層の粒子懸濁を利用することによって、概ね１ミリメートル以下の介在層間隔において、動作可能駆動電圧の上昇、コイルのボアサイズの増大、及び介在層の部分放電の低下が想定される。したがって、本発明による医用撮像スキャナによれば、コイルの部分放電に由来する画質の低下を生じさせることなく、患者ボア開口の増大、駆動電圧を上昇させた動作、並びにより強力な傾斜及びより大きなスルーレートの生成が可能となる。
【００２２】
本発明について、医用撮像デバイスに対するその応用に関連して記載してきた。当然のことながら、本発明が別の用途にも利用可能であることは当業者であれば理解されよう。介在層部分放電の低下、動作駆動電圧の上昇、及び／またはより強力な傾斜の生成のうちのいずれかによって恩恵が得られる任意の電磁気コイル用途に本発明を適用可能であることを理解されたい。
【００２３】
したがって本発明の一実施形態では、電磁気コイルは、第１の導体、第２の導体、及び第１の導体と第２の導体の間に配置させたエポキシを含む。エポキシ内には全体的に均一に複数の粒子を懸濁させると共に、この複数の粒子によって第１と第２の導体の部分放電開始電圧を上昇させている。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、医用撮像デバイスは、複数の伝導性プレートを有するコイルと、該複数の伝導性プレートに電気的チャージを導くように構成した制御器と、を含む。隣接する伝導性プレートの間にはエポキシを配置させると共に、隣接する伝導性プレート間のエポキシ内には部分放電を抑制する手段を懸濁させている。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態は、エポキシを用いて第１の伝導性プレートを第２の伝導性プレートに対して確保する工程と、第１の伝導性プレートと第２の伝導性プレートの間のエポキシ内に選択した複数の粒子を全体的に均一に懸濁させる工程と、を含む磁気コイルの形成方法である。
【００２６】
本発明を好ましい実施形態に関して記載してきたが、明示的に記述した以外に等価、代替及び修正が可能であり、これらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるコイルを装備したＭＲ撮像システムのブロック概要図である。
【図２】図１に示したコイルの一部の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  好ましい磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム
１２  オペレータ・コンソール
１３  キーボードその他の入力デバイス
１４  制御パネル
１６  表示画面
１８  リンク
２０  独立のコンピュータ・システム
２０ａ  バックプレーン
２２  画像プロセッサ・モジュール
２４  ＣＰＵモジュール
２６  メモリモジュール
２８  ディスク記憶装置
３０  テープ駆動装置
３２  独立のシステム制御部
３２ａ  バックプレーン
３４  高速シリアルリンク
３６  ＣＰＵモジュール
３８  パルス発生器モジュール
４０  シリアルリンク
４２  傾斜増幅器組
４４  生理学的収集制御器
４６  スキャン室インタフェース回路
４８  患者位置決めシステム
５０  傾斜磁場コイル・アセンブリの全体
５２  マグネット・アセンブリ
５４  偏向用マグネット
５６  全身用ＲＦコイル
５８  送受信器モジュール
６０  ＲＦ増幅器
６２  送信／受信スイッチ
６４  前置増幅器
６６  メモリモジュール
６８  アレイプロセッサ
７０  コイル
９４  伝導性プレート
９６  伝導性プレート
９８  伝導性プレート
９０  エポキシ層
９２  空間
１００  複数の粒子
１０２  複数のナノ粒子
１０４  複数のマイクロ粒子
１０６  幅
１０８  長さ
１１０  深さ
【図１】
0005172184.tif 000002
【図２】
0005172184.tif 000003