(57)【要約】本発明は、検査容積（１１）と、検査容積内に主磁界（Ｂ０）を発生するための主磁石システム（１３）と、主磁界の傾斜を発生するための傾斜磁石システム（１９）と、傾斜磁石システムの振動を削減するための防振システム（３９）と、を含むＭＲＩシステムに関する。本発明によれば、防振システムは、傾斜磁石システムに取り付けられたジャイロスコープ（４１）を含む。ジャイロスコープのジャイロ効果の結果、傾斜磁石システムの振動は効果的に削減される。本発明に従った開放型ＭＲＩシステムでは、別個のジャイロスコープ（４１，４３）が傾斜磁石システム（１９）の２つの部分（２１，２３）のそれぞれに取り付けられ、各ジャイロスコープは、主磁界（Ｂ０）の主方向（Ｚ）と平行な回転軸（６１）を有する。
2006520237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査容積と、
該検査容積内に主磁界を発生するための主磁石システムと、
前記磁界の傾斜を発生するための傾斜磁石システムと、
該傾斜磁石システムの振動を削減するための防振システムと、
を有する磁気共鳴映像システムであって、
前記防振システムは、前記傾斜磁石システムに取り付けられたジャイロスコープを有する、
ことを特徴とする磁気共鳴映像システム。
【請求項２】
前記検査容積は、相互に離間して配置された第一磁石ユニットと第二磁石ユニットとの間に存在し、前記第一磁石ユニット及び前記第二磁石ユニットの各々は、前記主磁石システムの第一部分及び第二部分の各々、並びに、前記傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々を有し、前記防振システムは、前記傾斜磁石システムの前記第一部分に取り付けられた第一ジャイロスコープと、前記傾斜磁石システムの前記第二部分に取り付けられた第二ジャイロスコープとを有し、前記第一ジャイロスコープ及び前記第二ジャイロスコープの各々は、前記主磁界の主たるＺ方向と平行に向けられた回転軸を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項３】
各ジャイロスコープに関して、前記回転軸についての慣性モーメントＪＺ、及び、動作中、角速度ωＺは、生成物ＪＺ＊ωＺが２π＊ＪＸ＊ｆＥＸＣよりも大幅に大きいようであり、ここで、ＪＸは、前記傾斜磁石システムの各部分、及び、前記回転軸についての各ジャイロスコープの慣性モーメントの合計であり、ｆＥＸＣは、前記傾斜磁石システムの各部分の削減されるべき振動周波数である、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項４】
前記傾斜磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分の各々は、コイルシステムを支持し、且つ、前記検査容積に面する前記第一磁石ユニット及び前記第二磁石ユニットの各々の部分内に収容された、支持部を有し、前記第一ジャイロスコープ及び前記第二ジャイロスコープは、前記検査容積から離間した、前記第一磁石ユニット及び前記第二磁石ユニットの各々の側部に配置され、且つ、前記主磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分の各々に設けられた中央通路内に収容された取付部材によって、前記傾斜磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分の各々に取り付けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項５】
前記傾斜磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分の各々は、コイルシステムを支持し、且つ、前記検査容積に面する前記第一磁石ユニット及び前記第二磁石ユニットの各々の部分内に収容された、支持部を含み、前記第一ジャイロスコープ及び前記第二ジャイロスコープの各々は、前記傾斜磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分の各々の前記支持部内に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項６】
前記ジャイロスコープは、アクチュエータシステム及び連結装置によって傾斜磁石システムに連結されることで、前記傾斜磁石システムに対する前記ジャイロスコープの移動を許容し、当該磁気共鳴映像システムは、動作中、前記アクチュエータシステムが前記傾斜磁石システムの残余振動を削減する補償的な機械負荷を前記傾斜磁石システムに加えるよう、前記アクチュエータシステムを制御するための制御システムを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項７】
前記第一ジャイロスコープ及び前記第二ジャイロスコープの各々は、別個のアクチュエータシステム及び別個の連結装置によって、前記傾斜磁石システムの前記第一部分及び前記第二部分に連結されることで、相互に及びＺ方向に対して直交して延びる第一回転軸及び第二回転軸についての、前記傾斜磁石システムの各部分に対する各ジャイロスコープの回転を少なくとも許容し、当該ＭＲＩシステムは、動作中、各アクチュエータシステムが、前記傾斜システムの各部分に、前記傾斜磁石システムの各部分の残余振動を削減する、前記第一回転軸及び前記第二回転軸についての補償的な機械トルクを少なくとも加えるよう、各アクチュエータシステムを制御するための制御システムを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴映像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査容積と、検査容積内に主磁界を発生するための主磁石システムと、主磁界の傾斜を発生するための傾斜磁石システムと、傾斜磁石システムの振動を削減するための防振システムと、を含む磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭部分で述べられている種類のＭＲＩシステムは、米国特許第５，６１７，０２６号によって既知である。既知のＭＲＩシステムは、核磁気共鳴法を用いて、患者の体の内蔵の映像を作成するために用いられる。既知のＭＲＩシステムにおいて、主磁石磁石システムは、極低温容器内に収容された幾つかの超伝導電気コイルを含む。よって、主磁石システムに発生された主磁界は比較的強力であり、その結果、強力な核磁気共鳴効果が達成される。傾斜磁石システムは、主磁界の傾斜を３つの直交する方向に発生するための幾つかの電気コイルを含む。患者の体の映像は、傾斜を連続的に変化することによって選択される患者の体の多数位置で、核磁気共鳴効果を連続的に観察することによって構成される。検査に必要な受容可能な全体的な時間を達成するために、主磁界の傾斜は比較的高周波で変更され、その結果、傾斜磁石システムのコイル内の電流も高周波で変化する。
【０００３】
主磁石システムの磁界と傾斜磁石システム内で変化する電流との間の磁気的相互作用の結果、既知のＭＲＩシステムの動作中、変化する機械的負荷、具体的には、ローレンツ力が傾斜磁石システムに作用する。追加的な手段がなければ、前記機械的負荷は、傾斜磁石システムの機械的及び音響的振動を引き起こし、該振動は、ＭＲＩシステムによって生成される映像の歪み、並びに、検査容積内及びＭＲＩシステムの周囲における許容し難い強力な音響ノイズを引き起こす。既知のＭＲＩシステムは、傾斜磁石システムの前記振動を削減するための防振システムを含む。防振システムは、傾斜磁石システムのコイルの円筒形キャリヤ内に組み込まれた複数の圧電装置を含む。動作中、圧電装置は励起されることで、傾斜磁石システムのコイルに作用する変化する機械的負荷、特にローレンツ力によって引き起こされるキャリヤの局所的変形が、圧電装置の補償的変形によって打ち消される。前記補償の故に、傾斜磁石システムの機械的及び音響的振動はある程度削減されるが、既知のＭＲＩシステムの傾斜磁石システムの残留する機械的及び音響的振動は依然として相当程度である。既知のＭＲＩシステムの他の欠点は、防振システムの圧電装置が制御システムによって制御される必要があることであり、その結果、既知のＭＲＩシステムの構造は多少複雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より簡単な構造を有し、それ故に、傾斜磁石システムに作用する変化する機械負荷によって引き起こされる機械的及び音響的振動が更に削減された防振システムを備えた、冒頭段落で述べられている種類の磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するために、本発明に従った磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムは、防振システムが傾斜磁石システムに取り付けられたジャイロスコープを含むことを特徴とする。ジャイロスコープは、ジャイロスコープの回転軸について、傾斜磁石システムに対して回転可能に軸支された均衡部材を含む。ジャイロスコープは、均衡部材を回転軸について回転するための電気モータを更に含み、電気モータの固定子は傾斜磁石システムに対する固定位置に配置され、電気モータの回転子は均衡部材に対する固定位置に配置される。動作中、均衡部材は比較的高い角速度で回転軸について回転される。機械負荷、具体的には、主磁石システムの磁界と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁相互作用の結果であるローレンツ力が傾斜磁石システムに加えられると、前記機械負荷は、傾斜磁石システム及びジャイロスコープの結合システムの重心についての機械トルクをもたらす。ジャイロ効果の結果として、ジャイロスコープの回転軸に対して直交して向けられた前記機械トルクの成分（以下「直交成分」と呼ぶ）によって引き起こされる、前記重心についての前記結合システムの角運動は大幅に制限される。ジャイロ効果は、前記結合システムの所謂行列動作(processional movement)の原因となる。この行列動作は、ジャイロスコープの回転軸に対して直交し、且つ、機械トルクの直交成分に対して直交して向けられた回転軸についての角運動である。しかしながら、行列動作は、もしジャイロスコープが存在しないならば機械負荷によって引き起こされるであろう動作に比べて小さい。均衡部材の慣性モーメント及び角速度の適切な値、並びに、均衡部材の回転軸の適切な方向を備えることで、傾斜磁石システムに加えられる変化するローレンツ力によって引き起こされる、傾斜磁石システム及びジャイロスコープの結合システムの振動は、該振動によって引き起こされるＭＲＩシステムの音響ノイズ、及び、生成された映像の歪みが受容し得る程に低いレベルであるようなレベルに削減される。防振システムは前記ジャイロスコープ、即ち、回転可能な均衡部材及び電気モータを含むので、防振システムは加えて比較的簡単な構造を有する。
【０００６】
本発明に従ったＭＲＩシステムの具体的な実施態様は、検査容積が、相互に離間して配置された第一磁石ユニットと第二磁石ユニットとの間に存在することを特徴とし、第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットは、主磁石システムの第一部分及び第二部分の各々と、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々とを含み、防振システムは、傾斜磁石システムの第一部分に取り付けられた第一ジャイロスコープと、傾斜磁石システムの第二部分に取り付けられた第二ジャイロスコープとを含み、第一ジャイロスコープ及び第二ジャイロスコープの各々は、主磁石システムの主たるＺ方向と平行に向けられた回転軸を有する。この具体的な実施態様では、ＭＲＩシステムは所謂開放型である。そこでは、Ｚ方向で見られたとき、主磁石システム及び傾斜磁石システムが２つの別個の磁石ユニット内に相互に離間して収容されているという事実の結果として、検査容積は患者及び医療スタッフのために容易にアクセス可能とされている。本発明のこの具体的な実施態様は、開放型ＭＲＩシステムにおいて、傾斜磁石システムの機械的及び音響的振動が、主磁石システムと傾斜磁石システム内の電流との間の電磁相互作用の結果として、Ｚ方向に対して直交する軸について、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分に加えられる機械トルクによって支配的に引き起こされるという洞察に基づいている。この実施態様におけると同様に、別個のジャイロスコープが傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分に取り付けられ、各ジャイロスコープはＺ方向と平行に向けられた回転軸を有し、Ｚ方向に対して直交する軸についての前記機械トルクによって引き起こされる、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の振動は、ジャイロスコープのジャイロ効果の結果として大幅に削減される。このようにして、傾斜磁石システムの２つの部分の機械的及び音響的振動の支配的部分は効果的に削減され、ジャイロスコープの慣性モーメント及び角速度の適切な値を用いることで、傾斜磁石システムの振動は、該振動によって引き起こされる開放型ＭＲＩシステムの音響ノイズ、及び、生成された映像の歪みが受容し得る程度の低いレベルであるようなレベルに低減される。
【０００７】
本発明に従ったＭＲＩシステムの更なる実施態様は、各ジャイロスコープに関して、回転軸についての慣性モーメントＪＺ、及び、動作中、角速度ωＺは、生成物ＪＺ＊ωＺが２π＊ＪＸ＊ｆＥＸＣよりも大幅に大きいようであり、ここで、ＪＸは、傾斜磁石システムの各部分、及び、回転軸についての各ジャイロスコープの慣性モーメントの合計であり、ｆＥＸＣは、傾斜磁石システムの各部分の削減されるべき振動の周波数であることを特徴とする。その結果、ｆＥＸＣまでの周波数のために、傾斜磁石システムの振動の有効な削減が達成され、ｆＥＸＣまでの周波数のために、ジャイロ共振効果が回避される。
【０００８】
本発明に従ったＭＲＩシステムの更なる実施態様は、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々が、コイルシステムを支持し且つ検査容積に面する第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの各々の部分内に収容された支持部を有し、第一ジャイロスコープ及び第二ジャイロスコープは、検査容積から離間した第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの各々の側部に配置され、且つ、主磁石システムの第一部分及び第二部分の各々に設けられた中央通路内に収容された取付部材によって、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々に取り付けられていることを特徴とする。検査容積から離間した各磁石ユニットの側部で、比較的大量の空間が各ジャイロスコープを位置付けるために利用可能である。具体的には、この側部に、各ジャイロスコープの回転可能な部分を、ジャイロスコープの回転軸から比較的大きな距離で配置することが可能であり、よって、ジャイロスコープの比較的大きな慣性モーメントを、ジャイロスコープの限定的な総質量で達成し得る。このようにして、ジャイロスコープは比較的強力なジャイロ効果をもたらし、よって、傾斜磁石システムの各部分の振動の比較的強力な削減が達成される。
【０００９】
本発明に従ったＭＲＩシステムの更なる実施態様は、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々が、コイルシステムを支持し且つ検査容積に面する第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの各々の部分内に収容された支持部を含み、第一ジャイロスコープ及び第二ジャイロスコープの各々が、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々の支持部に配置されていることを特徴とする。各ジャイロスコープは傾斜磁石システムの各部分の支持部内に配置されているので、各ジャイロスコープと、ローレンツ力が動作中に加えられる、傾斜磁石システムの各部分のコイルシステムと、の間に比較的短い距離が存在する。このようにして、傾斜磁石システムの各部分及び各ジャイロスコープの結合システムの比較的剛的な構造が達成され、その結果、前記結合システムの内部の機械的共振周波数が可能な限り回避される。
【００１０】
本発明に従ったＭＲＩシステムの具体的な実施態様では、ジャイロスコープは、アクチュエータシステム及び連結装置によって傾斜磁石システムに連結されることで、傾斜磁石システムに対するジャイロスコープの移動を許容し、磁気共鳴映像システムは、動作中、アクチュエータシステムが傾斜磁石システムの残余振動を削減する補償的な機械負荷を傾斜磁石システムに加えるよう、アクチュエータシステムを制御するための制御システムを有することを特徴とする。アクチュエータシステムによって加えられる補償的な機械負荷の結果として、傾斜磁石システムに加えられる機械トルクの直交成分によって引き起こされる、傾斜磁石システムの残余角運動及び傾斜磁石システムの行列動作の双方が、更に削減され或いは実質的に防止される。傾斜磁石システムに加えられるべき補償的な機械負荷は、制御システムによって、例えば、傾斜磁石システムの残余振動を測定するセンサシステムを用いて決定される。代替的に、或いは、センサシステムとの組み合わせで、補償的な機械負荷は、傾斜磁石システム内の電流の所定値、傾斜磁石システムの機械特性、並びに、ジャイロスコープの機械的及びジャイロ特性に基づいて、制御システムによってフィードフォワードに決定され得る。アクチュエータシステムは、ジャイロスコープに、前記補償的な機械負荷と同一且つ相対する機械反作用負荷を加える。連結装置は、傾斜磁石システムに対するジャイロスコープの十分に自由な動作をもたらすようであり、よって、前記機械反作用負荷は、傾斜磁石システムに対するジャイロスコープの移動に完全に変換される。ジャイロスコープは十分に大きな質量及び／慣性モーメントを有し、よって、ジャイロスコープの結果的な移動及び振動は可能な限り削減されることが好ましい。
【００１１】
本発明に従ったＭＲＩシステムの更なる実施態様では、第一ジャイロスコープ及び第二ジャイロスコープの各々は、別個のアクチュエータシステム及び別個の連結装置によって、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分に連結されることで、相互に及びＺ方向に対して直交して延びる第一回転軸及び第二回転軸についての、傾斜磁石システムの各部分に対する各ジャイロスコープの回転を少なくとも許容し、ＭＲＩシステムは、動作中、各アクチュエータシステムが、傾斜システムの各部分に、傾斜磁石システムの各部分の残余振動を削減する、第一回転軸及び第二回転軸についての補償的な機械トルクを少なくとも加えるよう、各アクチュエータシステムを制御するための制御システムを有することを特徴とする。このようにして、開放型ＭＲＩシステムにおいて、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分に加えられるローレンツ力の支配的部分によって引き起こされる、Ｚ方向に対して直交する方向についての傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の残余角運動、並びに、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の行列動作が、更に削減され或いは実質的に防止される。
【００１２】
本発明に従った磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムの実施態様を図面を参照して以下に詳細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示される本発明に従ったＭＲＩシステム１の第一実施態様は所謂開放型であり、２つの垂直ポスト７，９によって相互接続された上部ハウジング３及び下部ハウジング５を有する。上部ハウジング３及び下部ハウジング５の間には検査容積１１が存在し、検査されるべき患者はそこに位置し得る。ＭＲＩシステムは、更に、上部ハウジング３内に収容された第一部分１５と、下部ハウジング５内に収容された第二部分１７と、を有する主磁石システム１３を含む。前記第一部分及び第二部分１５，１７は、図１には詳細に示されていないが、極低温容器内に収容された多くの超伝導電気コイルをそれぞれ含む。主磁石システム１３によって、動作中、主磁界Ｂ０が検査容積１１内に発生し、その主磁界Ｂ０は垂直のＺ方向に主として向けられている。ＭＲＩシステム１は、更に、主磁石システム１３の第一部分１５と検査容積１１との間に配置された第一部分２１と、主磁石システム１３の第二部分１７と検査容積１１との間に配置された第二部分２３と、を有する傾斜磁石システム１９を含む。前記第一部分及び第二部分２１，２３は、３つの直交する方向Ｘ，Ｙ，Ｚで検査容積１１内の主磁界の傾斜を発生するために、図１に詳細に示されていない電気コイルシステムを支持する円錐形支持部２５をそれぞれ含む。第一部分２１の支持部２５は、検査容積１１に面する上部ハウジング３の側部２９で、上部ハウジング３に設けられた円錐形凹部２７内に間隙を備えて収容されているのに対し、第二部分２３の支持部２５は、検査容積１１に面する下部ハウジング５の側部３３で、下部ハウジング５に設けられた円錐形凹部３１内に間隙を備えて収容されている。主磁石システム１３の第一部分１５及び傾斜磁石システム１９の第一部分２１は、上部ハウジング３内に収容された第一磁石ユニット３５に属するのに対し、主磁石システム１３の第二部分１７及び傾斜磁石システム１９の第二部分２３は、第一磁石ユニット３５から垂直距離で、下部ハウジング５内に収容された第二磁石ユニット３７に属する。更に、第一磁石ユニット３５及び第二磁石ユニット３７は、図１に詳細に示されていないＲＦコイルをそれぞれ含む。
【００１４】
ＭＲＩシステム１は、核磁気映像法を用いて、患者の体の内蔵の映像を作成するのに適している。患者の体の映像は、患者の体の多数位置における核磁気映像効果を連続的に観察することによって構成され、患者の体は主磁界Ｂ０の傾斜を変えることによって連続的に選択される。各選択位置において、ＲＦ信号がＲＦコイルによって発信され、引き続き、該位置における核磁気共鳴効果の結果として発生するＲＦ信号が、ＲＦコイルユニットによって受信される。主磁石システム１３は超伝導電気コイルを含むので、主磁界Ｂ０は比較的強力であり、よって、比較的強力な核磁気共鳴効果が達成される。完全な検査のために要する全体的時間を制限するために、主磁界Ｂ０の傾斜は比較的高周波数で変更される。この目的のために、傾斜磁石システム１９のコイルシステム内の電流も高周波数で変更される。
【００１５】
主磁石システム１３の磁界の一部が傾斜磁石システム１９内に存在するため、電磁的な相互作用が、主磁石システム１３の磁界と傾斜磁石システム１９内の変化する電流との間で発生する。前記相互作用は機械的負荷を引き起こし、動作中、具体的には、ローレンツ力が傾斜磁石システム１９のコイルシステムに作用する。主磁石システム１３の磁界は比較的強力であり、傾斜磁石システム１９内の電流は比較的高周波数で変化するため、ローレンツ力は比較的高い。追加的な手段がなければ、ローレンツ力は、傾斜磁石システム１９の強力な機械的及び音響的振動を引き起こす。該振動は、ＭＲＩシステム１の他の部分にまでも、具体的には、主磁石システム１３、並びに、上部及び下部ハウジング３，５に伝達される。前記振動の結果、主磁界Ｂ０の歪みが発生し、それはＭＲＩシステム１によって生成される映像の許容し難い歪みを引き起こす。その上、許容し難い高い音響的振動がＭＲＩシステム１の内部及び周囲に発生する。
【００１６】
傾斜磁石システム１９の前記機械的及び音響的振動を制限するために、ＭＲＩシステム１は防振システム３９を含む。図１に示されるＭＲＩシステム１の第一実施態様において、防振システム３９は、第一部分２１の振動を制限するために、傾斜磁石システム１９の第一部分２１に取り付けられた第一ジャイロスコープ４１と、第二部分２３の振動を制限するために、傾斜磁石システム１９の第二部分２３に取り付けられた第二ジャイロスコープ４３とを含む。以下において、防振システム３９の第一ジャイロスコープ４１のみが詳細に議論される。第二ジャイロスコープ４３の構造及び動作は、第一ジャイロスコープ４１と同一である。その上、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の多くの構造的詳細が議論されるが、傾斜磁石システム１９の第二部分２３が同一の構造的詳細を有することは明らかであろう。
【００１７】
図１に示されるように、防振システム３９の第一ジャイロスコープ４１は、検査容積１１から離間した、上部ハウジング３の側部４５に配置されている。第一ジャイロスコープ４１は、Ｚ方向に対して直交する仮想平面４９に延在する環状の均衡部材４７を含む。第一ジャイロスコープ４１は、ディスク形状の取付素子５５を介して、均衡部材４７に対して固定された位置に取り付けられた回転子５３と、傾斜磁石システム１９の第一部分２１に対して固定された位置に取り付けられた固定子５７と、を含む電気モータ５１を更に含む。電気モータ５１は、図示の実施態様では、図１には詳細に示されていない流体溝軸受である軸受５９を有し、それによって、均衡部材４７は、Ｚ方向と平行に延びる第一ジャイロスコープ４１の回転軸６１について、傾斜磁石システム１９の第一部分分２１に対して回転可能に軸支されている。第一ジャイロスコープ４１のモータ５１の固定子５７は、大部分が円形の円筒取付部材６３を用いて、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の円錐形支持部２５に取り付けられている。前記円筒取付部材６３は、主磁石システム１３の第一部分１５に設けられた中央通路６５内に収容されている。よって、傾斜磁石システム１９の第一部分２１及び第一ジャイロスコープ４１は結合システム６７を構成し、それは、取付部材６３の外面７１及び中央通路６５の内面７３に取り付けられた環状の懸架素子６９を介して、主磁石システム１３の第一部分１５に取り付けられる。懸架素子６９は、例えばゴムのような弾性変形可能な材料で形成され、結合システム６７の重心７５のＺ方向位置に対応するＺ方向位置を有する。
【００１８】
開放型ＭＲＩシステムにおいて、傾斜磁石システム１９の第一部分２１及び第二部分２３の機械的及び音響的振動は、主として、機械トルクＭＸ，ＭＹ（図１を参照）によって引き起こされ、これらの機械トルクは、主磁石システム１３の磁界と第一部分及び第二部分２１，２３のコイルシステム内の電流との間の電磁的な相互作用の結果として、Ｚ方向に直交する方向に向けられた軸について第一部分及び第二部分２１，２３に作用する。第一ジャイロスコープ４１及び第二ジャイロスコープ４３を使用する結果として、ジャイロ効果が達成され、第一部分２１に関してにここに説明されるように、それは機械トルクＭＸ，ＭＹによって引き起こされる第一部分及び第二部分２１，２３の振動を大幅に制限する。このジャイロ効果は第二部分２３に関しても類似する。
【００１９】
動作中、第一ジャイロスコープ４１の均衡部材４７は、モータ５１によって、比較的高い角速度ωＺで回転軸６１について回転される。均衡部材４７は、回転軸６１について比較的大きな慣性モーメントＪＺを有する。これは第一ジャイロスコープ４１が第一ハウジング３の側部４５に配置されているという事実の結果として達成され、そこでは、比較的大量の空間が第一ジャイロスコープ４１のために利用可能である。具体的には、環状の均衡部材４７は比較的大きな直径ＤＢを有し、よって、比較的大きな慣性モーメントＪＺが均衡部材４７の比較的小さな質量で達成される。その結果、回転する均衡部材４７は比較的大きな角運動量ＪＺ×ωＺを有し、よって、第一ジャイロスコープ４１は強力なジャイロ効果をもたらす。
【００２０】
機械トルクＭＸが傾斜磁石システム１９の第一部分２１に加えられると、前記ジャイロ効果は、第一ジャイロスコープ４１が存在しないならば機械トルクＭＸによって引き起こされるであろう第一部分２１の振動を強く削減する。前記削減は、第一ジャイロスコープ４１の回転軸６１が機械トルクＭＸの方向に対して直交して延びるという事実の結果である。第一ジャイロスコープ４１の回転軸６１は機械トルクＭＹの方向に対しても直交して延びているので、機械トルクＭＹによって引き起こされる振動に関しても類似の削減が得られる。ジャイロ効果は、不可避的に、所謂行列動作(processional movement)を更にもたらす。変化する機械トルクＭＸに起因する行列動作は、Ｙ方向と平行な軸についての結合システム６７の角振動であるのに対し、変化する機械トルクＭＹに起因する行列動作は、Ｘ方向と平行な軸についての結合システム６７の角振動である。しかしながら、前記行列動作は比較的小さく、前記表列動作と、機械トルクＭＸ，ＭＹに直接起因する残余振動との合計は、第一ジャイロスコープ４１が存在しないならば機械トルクＭＸ，ＭＹによって引き起こされるであろう第一部分２１の振動よりも大幅に小さい。均衡部材４７の慣性モーメントＪＺ及び角速度ωＺの適切な値を用いることで、第一部分２１に加えられる変化するローレンツ力によって引き起こされる傾斜磁石システム１９の第一部分２１の振動は、ＭＲＩシステム１の音響ノイズ、及び、該振動によって生成される映像の歪みが受容可能な低レベルであるようなレベルに低減されることが分かった。
【００２１】
図１に示される実施態様では、機械トルクＭＸ，ＭＹは、約２５Ｈｚの周波数で約６００Ｎｍのピーク振幅を有し、機械トルクＭＸ，ＭＹの支配的振幅は１００Ｈｚまでの周波数で発生するのが典型的である。これらの支配的トルクによって引き起こされる振動の効果的な削減を達成するために、均衡部材の角速度ＪＺ＊ωＺは、２π＊ＪＸ＊ｆＥＸＣよりも大幅に大きくなければならないことが分かった。ここで、ＪＸは、回転軸６１に対して直交する軸についての結合システム６７の慣性モーメントであり、ｆＥＸＣは、削減されるべき振動の最大周波数である。図１の実施態様では、典型的な値は、例えば、ＪＸ＝１１ｋｇ．ｍ２、ＪＺ＝１１０ｋｇ．ｍ２、及び、ωＺ＝１００ｒａｄ／ｓであり得る。これらの値は、約１００Ｈｚまでの機械トルクＭＸ，ＭＹによって引き起こされる振動の有効な削減をもたらす。これらの値を用いて、及び、例えば、ｆＥＸＣ＝２５Ｈｚに関して、機械トルクＭＸ，ＭＹに直接起因する振動のために、約９８％の削減が達成されるのに対し、行列動作の振幅は、第一ジャイロスコープ４１が存在しないならば振動が有するであろう振幅の約１５％である。ジャイロスコープのより高い角運動量を用いることで、より高い削減が達成され得る。ＪＺ＊ωＺが２π＊ＪＸ＊ｆＥＸＣよりも大幅に大きいとき、励起周波数ｆＥＸＣが約ＪＺ＊ωＺ／（２π＊ＪＸ）であるときに典型的に発生するジャイロ共振効果の回避が達成される。「大幅に大きい」という表現は、「１．５の因数よりも大きい又はそれ以上」を意味するのが典型的である。上述の値は典型的な値の例に過ぎず、当業者であれば、特定のＭＲＩシステムの特性に適合するＪＺとωＺのための適切な値を発見し得ることが分かるであろう。
【００２２】
図２は本発明に従ったＭＲＩシステム１の第二実施態様を示し、これも開放型である。図２において、上述されたようなＭＲＩシステム１の部分に対応するＭＲＩシステム１’の部分は、対応する参照番号によって示されており、詳細には議論されない。図２は、ＭＲＩシステム１’の第二磁気ユニット３７’を収容する下部ハウジング５’内の主要部を概略的に示している。第一磁石ユニットを収容する上部ハウジングは図２において示されていないが、当業者であれば、上部ハウジング及び第一磁石ユニットが、下部ハウジング５’及び第二磁石ユニット３７’と実質的に同一であることを理解するであろう。ＭＲＩシステム１’とＭＲＩシステム１との間の主要な相違のみを以下に簡潔に議論する。
【００２３】
前述のＭＲＩシステム１と同様に、ＭＲＩシステム１’は、傾斜磁石システム１９’の第一部分（図２では見えない）に取り付けられた第一ジャイロスコープ（図２では見えない）と、傾斜磁石システム１９’の第二部分２３’に取り付けられた第二ジャイロスコープ４３’と、を有する防振システム３９’を含む。図２に示されるように、ＭＲＩシステム１’とＭＲＩシステム１との間の主要な相違は、第二ジャイロスコープ４３‘が傾斜磁石システム１９’の第二部分２３’の円錐形支持部２５’内に配置されていることである。このために、支持部２５’は中央チャンバ７７を備える。第二ジャイロスコープ４３’は、環状の均衡部材７９と、電気モータ８１と、Ｚ方向と平行に向けられた第二ジャイロスコープ４３’の回転軸８５を定める軸受８３とを含む。電気モータ８１は、中央チャンバ７７内の固定位置に取り付けられた固定子８７と、環状取付部材９１を介して、均衡部材７９に対する固定位置に取り付けられた回転子８９とを有する。円錐形支持部２５’は、固定位置において円錐形支持部２５’に取り付けられた環状取付部材９３を更に含む。傾斜システム１９’の第二部分２３’及び第二ジャイロスコープ４３’は結合システム９５を構成し、それは、取付部材９３と第二部分１７’の中央通路６５’の内面７３’とに取り付けられた環状懸架素子９７を介して、主磁石システム１３’の第二部分１７’に取り付けられている。第二ジャイロスコープ４３’の動作及び効果は、上述されたようなＭＲＩシステム１の第一ジャイロスコープ４１の動作及び効果と実質的に同一である。傾斜磁石システム１９’の第二部分２３’のコイルシステムのコイル（図２には示されていない）が円錐形支持部２５’の外面に設けられているので、比較的短い間隔のみが第二ジャイロスコープ４３’とコイルシステムとの間、即ち、第二部分に作用するローレンツ力がそれらの適用地点を有する場所に存在する。その結果、結合システム９５の比較的剛的な構造が達成され、よって、結合システム９５の内部の機械的共振周波数は可能な限り回避される。
【００２４】
図３は、本発明に従ったＭＲＩシステム１の第三実施態様”を概略的に示し、これも開放型である。図３では、上述されたようなＭＲＩシステム１の部分に対応するＭＲＩシステム１”の部分は対応する参照番号によって示されており、詳細には議論されない。図３は、ＭＲＩシステム１”の第二磁石ユニット３７”を収容する下部ハウジング５”内の主要部を概略的に示している。第一磁石ユニットを収容する上部ハウジングは図３に示されていないが、当業者であれば、上部ハウジング及び第一磁石ユニットが、下部ハウジング５”及び第二磁石ユニット３７”と実質的に同一であることを理解するであろう。ＭＲＩシステム１”とＭＲＩシステム１との間の主要な相違のみを以下に簡潔に議論する。
【００２５】
上述されたＭＲＩシステム１と同様に、ＭＲＩシステム１”は、傾斜磁石システム１９”の第一部分（図３では見えない）に取り付けられた第一ジャイロスコープ（図３では見えない）と、傾斜磁石システム１９”の第二部分２３”に取り付けられた第二ジャイロスコープ４３”と、を有する防振システム３９”を含む。図３に示されるように、ＭＲＩシステム１”とＭＲＩシステム１との間の主要な相違は、ＭＲＩシステム１における電気モータ５１の固定子５７と同様に、第二ジャイロスコープ４３”、即ち、電気モータ５１”の固定子５７”が、第二部分２３”の円錐形支持部２５”に対する固定位置に取り付けられていないが、アクチュエータシステム９９によって前記支持部２５”に連結され、それによって、第二ジャイロスコープ４３”が前記支持部２５”に対して移動され得ることである。図３に示される実施態様において、アクチュエータシステム９９は、３つの圧電アクチュエータ１０１を含み、各アクチュエータはＺ方向と平行な変形の主方向を有する。図３は、３つのアクチュエータ１０１のうちの２つのみを概略的に示しているのが分かるであろう。３つのアクチュエータ１０１は、第二ジャイロスコープ４３”の回転軸６１”の周りの仮想円上に規則的な間隔で配置されており、アクチュエータ１０１は、支持部２５”に剛的に取り付けられた第一の円形の円筒取付部材１０５の下部取付面１０３と、電気モータ５１”の固定子５７”に剛的に取り付けられた第二の円形の円筒取付部材１０９の上部取付面１０７とに取り付けられている。傾斜磁石システム１９”の第二部分２３”、第一取付部材１０５、アクチュエータシステム９９、第二取付部材１０９、及び、第二ジャイロスコープ４３”は、全体として結合システム１１１を構成する。結合システム１１１は、第一取付部材１０５の外面１１５と、中央通路６５”の内面７３”とに取り付けられた環状の弾性変形可能な取付素子１１３によって、主磁石システム１３”の第二部分１７”に取り付けられている。動作中、アクチュエータ１０１は、各々がＺ方向と平行な方向に向けられた補償的な機械力ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３を傾斜磁石システム１９”の第二部分２３”に加えることによって、アクチュエータシステム９９は、Ｘ方向と平行に延びる第一回転軸、及び、Ｙ軸と平行に延びる第二回転軸のそれぞれについて、補償的な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹを前記第二部分２３”に及ぼす。その上、連結装置が第二ジャイロスコープ４３”と支持部２５”との間に設けられている。連結装置は、第二ジャイロスコープ４３”及び第二部分２３”が前記第一及び第二回転軸について相互に回転し、且つ、第二ジャイロスコープ４３”及び支持部２５”がＺ方向で相互に移動することを許容すると共に、第二ジャイロスコープ４３”及び第二部分２３”がＺ方向と平行な回転軸について相互に回転し、且つ、第二ジャイロスコープ４３”及び支持部２５”がＺ方向及びＹ方向に相互に移動することを防止する。前記連結装置は簡潔性のために図３に示されていないが、当業者であれば、例えば、適切な数の弾性変形可能な連結ロッドを含む連結装置のような、前記の特性を有する適切な連結装置を設計することが可能であろう。アクチュエータシステムがＸ方向及びＹ方向において並びにＺ方向の周りの角方向において十分な堅固さを提供することを条件として、アクチュエータシステムが必要な連結装置を構成する或いは含む実施態様も本発明の範囲内であることが分かるであろう。
【００２６】
３つのアクチュエータ１０１は、簡潔性のために図３に示されていないＭＲＩシステム１”の制御システムによって制御される。前記のように、第一及び第二ジャイロスコープ４１，４３のジャイロ効果と連携された不可避的な行列動作の結果として、ＭＲＩシステム１の傾斜磁石システム１９の第一部分及び第二部分２１，２３の振動は、第一及び第二ジャイロスコープ４１，４３によって完全に中性化され得ない。ＭＲＩシステム１において、前記制御システムは、第二部分２３”に加えられるローレンツ力及び前記行列移動に直接起因する、前記第一回転軸及び第二回転軸についての第二部分２３”の残余角振動が更に削減されるか或いは防止されるよう、アクチュエータシステム９９によって傾斜磁石システム１９”の第二部分２３”に加えられる補償的な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹを決定する。このために、第二部分２３”は、第二部分２３の残余振動を測定し且つ測定された残余振動に対応する測定信号を制御システムに供給するセンサを備える。制御システムは、測定された残余振動が所望レベルに制限されるよう、必要な補償的な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹを決定するフィードバック制御ループを含む。代替的に、或いは、前記センサと共に、制御システムは、第二部分２３”のコイルシステム内の電流に基づいて必要な補償的な機械トルクを決定するフィードフォワード制御ループを含む。主磁界Ｂ０の傾斜は、ＭＲＩシステム１”のシーケンス制御ユニットによって制御された所定のシーケンスに従って設定されるべきであるので、第二部分２３”内の必要な電流は予め決定され、よって、第二部分２３に加えられるローレンツ力は制御システムによって予測され得る。予測されたローレンツ力、第二部分２３”及び結合システム１１１の機械特性、及び、第二ジャイロスコープ４３”のジャイロ特性に基づいて、制御システムは第二部分２３”の残余振動を補償するために必要な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹを予測する。
【００２７】
アクチュエータシステム９９が前記補償的な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹを傾斜磁石システム１９”の第二部分２３”に加えるという事実の結果として、アクチュエータシステム９９は、前記補償的な機械トルクＭＣＸ，ＭＣＹと同一且つ相対する機械反作用負荷を第二ジャイロスコープ４３”に加える。その結果、ジャイロスコープ４３は、前記第一及び第二回転軸について第二部分に対して角振動し、該角振動は第二部分２３と第二ジャイロスコープ４３”との間に設けられた連結装置によって許容される。第二ジャイロスコープ４３”は第二部分２３”に単独で連結されているので、第二ジャイロスコープ４３”の振動は、主磁石システム１３のようなＭＲＩシステム１”の他の部分に伝達されない。第二ジャイロスコープ４３”の均衡部材４７”は比較的大きな質量を有するので、第二ジャイロスコープ４３”の前記振動は比較的小さく、一般的に、ＭＲＩシステム１”の内部及び周囲における受容し難い高い音響ノイズの原因とはならない。しかしながら、振動し且つ回転する第二ジャイロスコープ４３”の音響ノイズを制限するために、第二ジャイロスコープ４３”を例えば真空チャンバ内に配置し得る。
【００２８】
本発明は前記された実施態様のような開放型のＭＲＩシステムに限定されず、例えば、円筒形検査容積を囲む単一の円筒磁石ユニットを含む所謂閉鎖円筒型のＭＲＩシステムもカバーすることが分かるであろう。閉鎖型のＭＲＩシステムの傾斜磁石システムは、単一の円筒形傾斜コイルシステムを含むのが普通である。従って、本発明に従った閉鎖型ＭＲＩシステムの防振システムは、前記円筒形傾斜コイルシステムに取り付けられる単一のジャイロスコープのみを含み得る。閉鎖型ＭＲＩシステムの傾斜磁石システムの特徴である内部機械曲げトルクを補償するために、閉鎖型ＭＲＩシステムは単一の円筒形傾斜コイルシステムに取り付けられた２つ又はそれ以上のジャイロスコープも備え得る。
【００２９】
前記のＭＲＩシステム１，１’，１”において、防振システム３９，３９’，３９”は、機械トルクＭＸ，ＭＹによって引き起こされる傾斜磁石システム１９，１９’，１９”の振動を制限するために用いられる。本発明はそのような実施態様に限定されず、傾斜磁石システムに加えられる他の種類の機械負荷を打ち消すために防振システムが用いられるＭＲＩシステムもカバーすることが分かるであろう。所与の上記記載に基づいて、当業者であれば、防振システムが適用されるべきＭＲＩシステムに関して典型的な機械負荷の特徴に基づいて、ジャイロスコープの最適な数及び各ジャイロスコープの回転軸の最適な方向を決定し得るであろう。具体的には、回転軸の相互に異なる方向を有する２つ又はそれ以上のジャイロスコープを上記の特徴に基づいて用い得る。もし、そのような代替的な実施態様において、傾斜磁石システムに補償的な機械負荷を加えるために、追加的なアクチュエータシステム及び連結装置が用いられるならば、当業者は、上記の特徴に基づいて、アクチュエータシステム及び連結装置の適切な構造を決定し得るであろう。
【００３０】
傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分が前記のＭＲＩシステム１，１’，１”で用いられているような円錐形以外の形状を有するコイルシステムの支持部を備える開放型ＭＲＩシステムの実施態様も本発明によってカバーされることが更に分かるであろう。支持部は、例えば、ディスク形状を有し得る。
【００３１】
補償的な機械負荷を傾斜磁石システムに加えるためのアクチュエータシステムが、防振システム３９’の第一及び第二ジャイロスコープ４１’，４３’が支持部２５’内に配置されているＭＲＩシステム１’でも用いられ得ることが更に分かるであろう。最後に、モータ５１，５１’，５１”及び軸受５９，８３は如何なる適切な種類であり得ることが分かるであろう。モータ５１，５１’，５１”は、例えば、ブラシレス直流モータ又は加圧空気モータであり得る。もしモータ５１，５１’，５１”が所謂Ｂ０モータで構成されるならば、永久磁石を有さないが、主磁石システム１３，１３’，１３”の永久磁界を用いる簡単な構造が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従ったＭＲＩシステムの第一実施態様を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に従ったＭＲＩシステムの第二実施態様の一部を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明に従ったＭＲＩシステムの第三実施態様の一部を概略的に示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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