(57)【要約】本発明は磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システム（１）に関し、ＭＲＩシステムは、検診ボリューム（１１）と、Ｚ方向で検診ボリューム内に主磁界（Ｂ０）を発生するための主磁石システム（１３）と、主磁界の傾斜を生成するための傾斜磁石システム（１９）と、主磁界と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用の結果として、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷（ＭＸ，ＭＹ）によって引き起こされる傾斜磁石システムの振動を低減するための抗振動システム（３３）とを含む。本発明によれば、抗振動システム（３３）は、アクチュエータシステム（８１）及び結合装置（４９）によって傾斜磁石システムに結合された均衡部材（３９）を含むことで、均衡部材は傾斜磁石システムに対して移動可能である。ＭＲＩシステムは制御システム（８１）も有し、制御システムは、アクチュエータシステムが、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷と実質的に対応する補償機械的負荷（ＭＣＸ，ＭＣＹ）を均衡部材に作用するよう、アクチュエータシステムを制御する。その結果、アクチェエータシステムは、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷（ＭＸ，ＭＹ）と同一の大きさであり且つ反対方向の機械的反作用負荷（ＭＲＸ，ＭＲＹ）を傾斜磁石システムに及ぼすことによって、傾斜磁石システムの振動が効果的に制限される。
2006506156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検診ボリュームと、Ｚ方向で該検診ボリューム内に主磁界を発生するための主磁石システムと、前記主磁界の傾斜を生成するための傾斜磁石システムと、動作中、前記主磁界と前記傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用に起因して前記傾斜磁石システムに作用する機械的負荷によって引き起こされる前記傾斜磁石システムの振動を低減するための抗振動システムと、からなる磁気共鳴映像システムであって、
前記抗振動システムは、アクチュエータシステム及び結合装置によって前記傾斜磁石システムに結合された均衡部材を含むことで、前記均衡部材は前記傾斜磁石システムに対して移動可能であり、
当該磁気共鳴システムは、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に作用する機械的負荷と実質的に一致する補償機械的負荷を前記均衡部材に作用するよう、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磁気共鳴映像システム。
【請求項２】
動作中、前記制御システムは、前記補償機械的負荷に対応する制御信号を前記アクチュエータシステムに適用し、前記制御システムは、前記傾斜磁石システム内の電流の値の関数として、前記制御信号を決定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】
前記傾斜磁石システムは、動作中、前記傾斜磁石システムの残余振動を計測し、且つ、前記計測された残余振動に対応する計測信号を前記制御システムに供給するセンサシステムを有し、前記制御システムは、前記計測された残余振動が所定の閾値よりも小さいよう、前記制御信号を調節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。
【請求項４】
前記アクチュエータシステムは、複数の圧電アクチュエータ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５】
前記均衡部材は、前記主磁石システムの磁界の部分に位置する導電性部分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６】
当該磁気共鳴映像システムは、第一磁石ユニットと、該第一磁石ユニットから離間した第二磁石ユニットとを有し、前記検診ボリュームは、前記第一磁石ユニットと前記第二磁石ユニットとの間に存し、
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を有し、且つ、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、
前記傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々は、別個のアクチュエータシステム及び別個の結合装置によって別個の均衡部材に結合され、相互に直交し且つ前記Ｚ方向に対して直交する第一水平回転軸及び第二水平回転軸の周りにおける、前記傾斜磁石システムの各部分に対する各均衡部材の回転を少なくとも許容し、
前記制御システムは、前記主磁界と前記傾斜磁石システムの各部分内の前記電流との間の電磁的相互作用に起因して、各アクチュエータシステムが、動作中、前記第一水平回転軸及び前記第二水平回転軸の周りで、少なくとも、前記傾斜磁石システムの各部分に作用する機械的トルクに実質的に一致する補償機械的トルクを各均衡部材に作用するよう、各アクチュエータシステムを制御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】
各アクチュエータシステムは３つのアクチュエータを有し、各アクチュエータは、前記Ｚ方向に対して平行な方向に、補償力を各均衡部材に作用することを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項８】
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は、前記検診ボリュームに面する各磁石ユニットの部分に位置し、各均衡部材は、前記検診ボリュームから離間した各磁石ユニットの側部に位置し、前記傾斜磁石システムの各部分と各均衡部材とは、各磁石ユニット内に設けられた中央チャンバ及び前記主磁石システムの各部分内に収容された接続部材を介して、相互に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項９】
前記３つのアクチュエータの各々は、各磁石ユニットの前記中央チャンバ内に配置された圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項４、７及び８のうちいずれか１項に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項１０】
各均衡部材は、各磁石ユニットの前記中央チャンバ内に配置された導電性部分を有することを特徴とする請求項５及び６に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項１１】
各均衡部材の前記導電性部分は、前記Ｚ方向に対して実質的に平行に位置する円筒形板であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気共鳴映像システム。
【請求項１２】
各均衡部材は、各磁石ユニットの前記中央チャンバ内に配置された堅固な円筒形本体を有し、各円筒形板は前記円筒形本体の周りに取り付けられていることを特徴とする請求項１１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】
本発明は磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムに関し、検診ボリュームと、Ｚ方向において検診ボリューム内に主磁界を発生させるための主磁気システムと、主磁界の傾斜を発生させるための傾斜磁石システムと、動作中に、主磁気と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用に起因して傾斜磁石システムに作用する機械的負荷によって引き起こされる傾斜磁石システムの振動を低減するための抗振動システムとを含む。
【背景技術】
【０００２】
冒頭部分において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、核磁気共鳴法によって、患者の内臓の画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、主磁気システムは、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。それ故に、主磁気システムによって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つの直交方向に発生させ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。検診に必要な受容可能な全体的な時間帯を達成するために、主磁界の傾斜は比較的高周波数で変化され、その結果、傾斜磁石システムのコイル内の電流も高周波数で変化する。
【０００３】
主磁界と傾斜磁石システム内で変化する電流との間の電磁的相互作用の故に、既知のＭＲＩシステムの動作中、変化する機械的負荷、特に、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、この振動は、検診ボリューム内部及びＭＲＩシステム周囲に、ＭＲＩシステムによって生成される映像の歪み及び許容できない強力な音響ノイズを引き起こす。既知のＭＲＩシステムは、前記傾斜磁石システムの振動を低減するための抗振動システムを含む。前記抗振動システムは、傾斜磁石装置のコイルの円筒形キャリア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機械的負荷、特に、ローレンツ力によって引き起こされる局地的なキャリアの歪みが、圧電装置の補償的な歪みによって打ち消される。前記補償的歪みの結果、傾斜磁石装置の機械的及び音響的振動はある程度低減されるが、既知のＭＲＩシステムの傾斜磁石システムの残留機械的及び音響的振動は依然として相当程度である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、冒頭パラグラフにおいて述べられた種類の磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムを提供することであって、動作中、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷によって引き起こされる機械的及び音響的振動をさらに低減することで、ＭＲＩシステムによって生成される映像の許容し難い歪み並びにＭＲＩシステム内部及び周囲における許容し難い音響的振動を可能な限り防止することを目的とする。
【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システムは、アクチュエータシステム及び結合装置によって傾斜磁石システムに結合された均衡部材を含むことで、均衡部材が傾斜磁石システムに対して移動可能であることを特徴とし、磁気共鳴システムは、動作中、アクチュエータシステムが、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷と実質的に一致する補償機械的負荷を均衡部材に作用するよう、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。アクチュエータシステムが補償機械的負荷を均衡部材に作用するという事実の故に、アクチュエータシステムは、主磁界と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用に起因して傾斜磁石システムに作用する機械的負荷と実質的に同一且つ反対方向の機械的反作用負荷を傾斜磁石システムに及ぼす。その結果、前記電磁的相互作用に起因する機械的負荷は、前記機械的反作用負荷によって実質的に打ち消されることから、前記機械的負荷に起因する機械的及び音響的振動は効果的に低減される。結合装置は、傾斜磁石システムに対する均衡部材の十分な移動の自由をもたらすものであり、よって、均衡部材に作用する補償機械的負荷は、傾斜磁石システムに対する均衡部材の移動に転換される。均衡部材は十分に大きな質量及び／又は慣性モーメントを有し、よって、均衡部材の派生的な移動及び振動は可能な限り制限される。
【０００６】
本発明に従ったＭＲＩシステムの特別の実施態様は、動作中、制御システムが、補償機械的負荷に対応する制御信号をアクチュエータシステムに適用し、制御システムが、傾斜磁石システム内の電流の値の関数として制御信号を決定することを特徴とする。主磁界は所定の強度及び向きを有し、傾斜磁石システム内の瞬間電流はＭＲＩシステムのパルス系列制御ユニットによって決定されるので、主磁界と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用の結果として傾斜磁石システムに作用する機械的負荷及び所要の補償機械的負荷は、制御システムによって正確に予測し得る。その結果、この特別の実施態様は、傾斜磁石システムに作用する機械的負荷の正確な補償を提供し、よって、抗振動システムの効率がさらに向上する。
【０００７】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる特別の実施態様は、傾斜磁石システムが、動作中、傾斜磁石システムの残余振動を計測し、且つ、計測された残余振動に対応する計測信号を制御システムに供給するセンサシステムを含み、制御システムが、計測された残余振動が所定の閾値よりも小さいよう、制御信号を調節することを特徴とする。このさらなる実施態様において、例えば、傾斜磁石システム上の実際の機械的負荷と制御システムによって予測された機械的負荷との間の小さな差の故に存在し得る、傾斜磁石システムの残余振動は、制御システムとセンサシステムとの協働によって効果的に打ち消される。よって、抗振動システムの効率がさらに向上する。
【０００８】
本発明に従ったＭＲＩシステムの特別の実施態様は、アクチュエータシステムが複数の圧電アクチュエータを含むことを特徴とする。アクチュエータ内に導電性材料が存在しないため、ＭＲＩシステム内における圧電アクチュエータの存在は、検診ボリューム内の磁界に対して実質的に何らの効果も有さない。さらに、圧電アクチュエータを活性化する制御信号は比較的小さな電流値を有し、よって、制御信号は比較的少しだけしか磁界を乱さない。
【０００９】
本発明に従ったＭＲＩシステムの特別の実施態様は、均衡部材が、主磁石システムの磁界の部分に位置する導電性部分を含むことを特徴とする。補償機械的負荷の故に、均衡部材が傾斜磁石システムに対して移動すると、主磁石システムの磁界によって、渦電流が導電性部分に発生する。磁界と渦電流との間の電磁的相互作用の結果として、均衡部材の移動方向と逆方向に、ローレンツ力が導電性部分に作用することで、傾斜磁石システムに対する均衡部材の移動及び振動が効果的に制動される。その結果、抗振動システムの効率がさらに向上する。主磁石システムの磁界における導電性部分の大きさ及び向きが適切に選択されると、前記制動効果は相当なものとなり、よって、均衡部材の移動及び振動を十分に制限するのに必要な均衡部材の質量及び／又は慣性モーメントが低減され得る。
【００１０】
本発明に従ったＭＲＩシステムの特別な実施態様は、ＭＲＩシステムが、第一磁石ユニットと、第一磁石ユニットから離間した第二磁石ユニットとを有し、検診ボリュームが、第一磁石ユニットと第二磁石ユニットとの間に存し、第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの各々が、主磁石システムの第一部分及び第二部分の各々を有し、且つ、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、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部の各々が、別個のアクチュエータシステム及び別個の結合装置によって別個の均衡部材に結合され、相互に直交し且つＺ方向に対して直交する第一水平回転軸及び第二水平回転軸の周りにおける、傾斜磁石システムの各部分に対する各均衡部材の回転を少なくとも許容し、制御システムは、主磁界と傾斜磁石システムの各部分内の電流との間の電磁的相互作用に起因して、各アクチュエータシステムが、動作中、第一水平回転軸及び第二水平回転軸の周りにおいて、少なくとも、傾斜磁石システムの各部分に作用する機械的トルクに実質的に一致する補償機械的トルクを各均衡部材に作用するよう、各アクチュエータシステムを制御することを特徴とする。この特別の実施態様において、ＭＲＩシステムは所謂開放型であり、主磁石システム及び傾斜磁石システムが相互に離間した２つの別個の磁石ユニット内に収容されているという事実の故に、検診ボリュームは患者及び医療スタッフによって容易にアクセス可能である。本発明のこの特別の実施態様は、開放型の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、主磁界のＺ方向に対して直交する複数軸の周りにおいて、主磁界と傾斜磁石システム内の電流との間の電磁的相互作用に起因して傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分に作用する機械的トルクによって主として引き起こされているという洞察に基づいている。この実施態様において、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分の各々は、別個のアクチュエータシステムを介して、別個の結合部材に結合されており、且つ、各アクチュエータシステムは、第一回転軸及び第二回転軸の周りで傾斜磁石システムの各部分に作用する機械的トルクに対応する補償機械的負荷を第一回転軸及び第二回転軸の周りで各均衡部材に作用するので、前記機械的トルクは、傾斜磁石システムの各部分上の各アクチュエータシステムによって作用する機械的反作用トルクによって実質的に打ち消される。このようにして、傾斜磁石システムの機械的及び音響的な振動の大部分は効果的に低減される。傾斜磁石システムの各部分と各結合部材との間の結合装置は比較的単純である。何故ならば、結合装置は、均衡部材を第一回転軸及び第二回転軸の周りで回転可能にしさえすればよいからである。
【００１１】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、各アクチュエータシステムが３つのアクチュエータを有し、各アクチュエータが、Ｚ方向に対して平行な方向に、補償力を各均衡部材に作用することを特徴とする。３つのアクチュエータは、実際的且つ効率的な方法で、Ｚ方向に対して直交する方向に延びる第一回転軸及び第二回転軸の周りに、所要の補償機械的負荷を発生する。
【００１２】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、傾斜磁石システムの第一部分及び第二部分が、検診ボリュームに面する各磁石ユニットの部分に位置し、各均衡部材が、検診ボリュームから離間した各磁石ユニットの側部に位置し、傾斜磁石システムの各部分と各均衡部材とが、各磁石ユニット内に設けられた中央チャンバ及び主磁石システムの各部分内に収容された接続部材を介して、相互に接続されていることを特徴とする。検診ボリュームから離間した各磁石ユニットの側部では、均衡部材を位置付けるために、大量の空間が利用可能である。この側部において、特に、均衡部材の部分は、第一回転軸及び第二回転軸から大きく離間して配置可能であり、よって、前記軸周りの比較的大きな慣性モーメントが、均衡部材の限定的な質量によって達成可能される。その結果、均衡部材に作用する補償機械的負荷に起因して発生する、第一回転軸及び第二回転軸の周りでの均衡部材の角変位は相当低減される。
【００１３】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、３つのアクチュエータの各々が、各磁石ユニットの中央チャンバ内に配置された圧電アクチュエータであることを特徴とする。この実施態様において、中央チャンバの利用可能なボリュームは、圧電アクチュエータを収容するために効果的に用いられる。追加的な利点は、圧電アクチュエータが第一回転軸及び第二回転軸から比較的近距離で配置されることである。その結果、第一回転軸及び第二回転軸の周りでの均衡部材の所定の回転を達成するために必要な圧電アクチュエータの長手方向の歪みが相当低減されることで、圧電アクチュエータの所要寸法が制限され、且つ、圧電アクチュエータの堅固さが増大する。
【００１４】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、各均衡部材が、各磁石ユニットの中央チャンバ内に配置された導電性部分を有することを特徴とする。開放型ＭＲＩシステムの第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの中央チャンバにおいて、主磁石システムの磁界は比較的大きな強度を有する。その結果、導電性部分内に比較的強力な渦電流が発生することで、導電性部分は比較的強い制動効果をもたらし、且つ、均衡部材の移動及び振動はさらに制限される。
【００１５】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、各均衡部材の導電性部分が、Ｚ方向に対して実質的に平行に位置する円筒形板であることを特徴とする。この実施態様において、中央チャンバ内の円筒形板は、主として、主磁石システムの磁界方向に対して平行に位置する。このようにして、最善の制動効果が均衡部材の導電性部分によって達成される。
【００１６】
本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる実施態様は、各均衡部材が、各磁石ユニットの中央チャンバ内に配置された堅固な円筒形本体を有し、各円筒形板は円筒形本体の周りに取り付けられていることを特徴とする。この実施態様において、均衡部材の慣性モーメントは、堅固な円筒形本体の使用によって低減される。この減少は、円筒形本体の周りに取り付けられた円筒形の伝導性板によって得られる制動効果に鑑みて可能である。このようにして、各均衡部材はコンパクトな構造を有し、第一磁石ユニット及び第二磁石ユニットの中央チャンバの利用可能なボリュームは、均衡部材を収容するために効果的に用いられる。
【００１７】
図面を参照して、本発明に従った磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムの実施態様を以下に記述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示されるような本発明に従ったＭＲＩシステム１の第一実施態様は、所謂開放型であり、上部ハウジング３と、下部ハウジング５とを有し、それらは２つの垂直ポスト７，９によって相互接続されている。上部ハウジング３と下部ハウジング５との間には、検診ボリューム１１が存し、被検者がその内部に位置し得る。ＭＲＩシステム１は、主磁石システム１３も含み、主磁石システムは、上部ハウジングに収容された第一部分１５と、下部ハウジングに収容された第二部分１７とを有する。図１には詳細に示されていない第一部分及び第二部分１５，１７の各々は、極低温容器内に収容された多数の超伝導電気コイルを含む。主磁石システム１３は、動作中、検診ボリューム内に主磁界Ｂ０を発生し、主磁界はＢ０は垂直のＺ方向に実質的に向けられている。ＭＲＩシステム１は傾斜磁石システム１９も含み、傾斜磁石システムは、主磁石システム１３の第一部分１５と検診ボリューム１１との間で上部ハウジング３内に収容された第一部分２１と、主磁石システム１３の第二部分１７と検診ボリューム１１との間で上記下部ハウジング５内に収容された第二部分２３とを有する。第一部分及び第二部分２１，２３の各々は、図１には詳細に示されていないが、検診ボリューム１１内の主磁界Ｂ０の傾斜を３つの直交方向Ｘ，Ｙ，Ｚに発生するための多数の電磁コイルを含む。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の第一部分は、上部ハウジング３に収容された第一磁石ユニット２５に属すのに対し、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２５から垂直方向に離間した位置にある、下部ハウジング５に収容された第二磁石ユニット２７に属する。第一磁石ユニット２５は、傾斜磁石システム１９の第一部分２１と検診ボリューム１１との間に位置する第一ＲＦコイルユニット２９と、傾斜磁石システム１９の第二部分２３と検診ボリューム１１との間に位置する第二ＲＦコイルユニット３１も含む。
【００１９】
ＭＲＩシステム１１は、核磁気共鳴方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。患者の体の映像は、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。各選択位置において、ＲＦ信号が第一ＲＦコイルユニット２９及び／又は第二ＲＦコイルユニットによって伝送され、続いて、前記位置における核磁気共鳴効果の結果として発生するＲＦ−信号が第一ＲＦコイルユニット２９及び／又は第二ＲＦコイルユニット３１によって受信される。主磁石システム１３は超伝導コイルを含むので、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。検診完了に要する全体的な期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化する。この目的のために、傾斜磁石システム１９のコイル内の電流も高周波数で変化する。
【００２０】
主磁石システム１３の磁界の部分が傾斜磁石システム１９内に存するので、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に、電磁的相互作用が発生する。この相互作用は機械的負荷、特に、ローレンツ力をもたらし、動作中に、傾斜磁石システム１９のコイル上に作用する。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ので、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。この振動はＭＲＩシステム１の他の部分、特に、主磁石システム１３並びに上部ハウジング及び下部ハウジング３，５にさえも伝播する。前記振動は主磁界Ｂ０の歪みを引き起こし、ＭＲＩシステムによって生成される映像の許容し得ない歪みを生じる。さらに、許容し得ない高音響的振動がＭＲＩシステム１の内部及び周囲に発生する。
【００２１】
傾斜磁石システム１９の機械的及び音響的振動を低減し且つ制限するために、ＭＲＩシステム１は抗振動システム３３を含む。図１に示されたＭＲＩシステムの第一実施態様において、抗振動システム３３は、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の振動を低減するための個別の第一部分３５と、傾斜磁石システム１９の第二部分２３の振動を低減するための個別の第二部分３７とを含む。以下において、抗振動システム３３の第一部分３５のみが詳細に記述する。抗振動システム３３の第二部分３７の構造及び動作は第一部分３５と統一である。さらに、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の幾つかの構造的詳細を議論するが、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る。
【００２２】
図１に示されるように、抗振動システム３３の第一部分３５は後に詳述される均衡部材３９を含み、均衡部材は、検診ボリューム１１から離間して、第一磁石ユニット２５の側４１に位置する。傾斜磁石システム１９の第一部分２１は、第一磁石ユニット２５の検診ボリューム１１に面する部分に位置し、円筒形の接続部材４３に剛的に取り付けられている。接続部材は、第一磁石ユニット２５内と主磁石システムの第一部分１５内とに設けられた中央チャンバ４５内に収容されている。傾斜磁石システム１９の第一部分２１は、多数の取付部材４７を介して主磁石システム１３の第一部分１５に取り付けられている。取付部材は、接続部材４３上に設けられ、ゴムのような弾性変形可能材料で形成されている。均衡部材３９は、後に詳述される結合装置４９及びアクチュエータシステム５１によって、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の接続部材４３に結合されている。
【００２３】
図２は均衡部材３９を詳細に示している。図示の実施態様において、均衡部材３９は３つの部分５３を含む。これらの部分は、比較的高質量を有し、且つ、Ｚ方向と平行に延びる、第一磁石ユニット２５の中心軸５５の周りの仮想円周上に位置している。これらの部分５３は、中央開口５９を有する三角形状フレーム５７によって相互接続されている。結合装置４９は、Ｚ方向に対して直交する水平仮想面に延びる可撓ロッド６１を含む。各ロッド６１の第一端部は、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の接続部材４３の端部ディスク６３に接続されている。各ロッド６１の第二端部は、三角形状フレーム５７の中央開口５９の内壁６５に接続されている。３つの可撓ロッド６１は、均衡部材３９を、Ｚ方向に対して直交する第一水平回転軸６７の周り並びにＺ方向及び第一水平回転軸６７に対して直交する第二水平回転軸６９の周りにおいて、傾斜磁石システム１９の第一部分に対して回転可能にする。アクチュエータシステム５１も中心軸５５の周りの仮想円周上に配置された３つのアクチュエータ７１を含み、各アクチュエータ７１は、Ｚ方向に平行な方向で、均衡部材３９に補償力ＦＺを作用し得る。図１及び図２の実施態様において、各アクチュエータ７１は、中央チャンバ４５内に配置された圧電アクチュエータである。各アクチュエータ７１の第一端部は、第一弾性ヒンジ７３を介して、接続部材４３の角張った水平取付面７５に接続されているのに対し、各アクチュエータの第二端部は、第二弾性ヒンジ７７を介して、中央開口５９の近傍に存する三角形状フレーム５７の取付面７９に接続されている。３つのアクチュエータ７１を介して、アクチュエータシステム５１は、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りで、補償的な機械的トルクＭＣＸ，ＭＣＹ（図２を参照）を均衡部材３９に及ぼし得る。結合装置４９は、このトルクを、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りにおける、傾斜磁石システム１９の第一部分２１に対する均衡部材３９の回転に転換する。均衡部材３９が、検診ボリューム１１から離間して、第一磁石ユニット２５の側４１に位置するので、比較的多量の空間が均衡部材３９のために利用可能である。その結果、前記部分５３は中心軸５５から比較的大きく離間して位置し得る。このようにして、均衡部材３９は、均衡部材３９の限定的な総質量を利用して、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りで各々比較的大きな慣性ＩＸ，ＩＹを有する。圧電アクチュエータ７１は中央チャンバ４５内に収容されているので、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りでの均衡部材３９の所定回転を達成するのに必要な圧電アクチュエータ７１の長手方向の歪みは相当限定され、よって、圧電アクチュエータ７１の所要寸法は限定され、圧電アクチュエータ７１の堅固さが増大する。アクチュエータシステム５１において圧電アクチュエータを用いる利点は、圧電アクチュエータは実際上何らの電気導電性材料をも包含しないので、圧電アクチュエータの存在が検診ボリューム１１内の主磁界Ｂ０に対し実質的に何の効果も有さない点である。
【００２４】
記述された構造並びに均衡部材３９、結合装置４９及びアクチュエータシステム５１の適用は、ＭＲＩシステム１のような開放型ＭＲＩシステムにおいて、傾斜磁石システム１９の機械的及び音響的振動が、主磁石システム１３の磁界と傾斜磁石システム１９内の電流との間の電磁的相互作用の故に、Ｚ方向に直交方向の軸の周りで、傾斜磁石システム１９の第一部分及び第二部分２１，２３に作用する機械的トルクＭＸ，ＭＹ（図１を参照）によって主として引き起こされるという洞察に基づいている。本発明のＭＲＩシステム１によれば、アクチュエータシステム５１によって均衡部材３９に作用する補償的な機械的トルクＭＣＸ，ＭＣＹが機械的トルクＭＸ，ＭＹと実質的に一致するので、傾斜磁石システム１９の第一部分２１上の機械的トルクＭＸ，ＭＹは実質的に打ち消される。この結果、アクチュエータシステム５１によって機械的な反作用トルクＭＲＸ、ＭＲＹ（図１を参照）が、傾斜磁石システム１９の第一部分２１に作用する。これらのトルクは前記機械的トルクＭＸ、ＭＹと同一の大きさであるが、反対方向に作用する。よって、Ｚ方向に直交する軸の周りで傾斜磁石システム１９の第一部分２１上に作用する総機械的トルクは、実質的にゼロである。この目的のために、ＭＲＩシステム１は、図１に概略的に示された制御システム８１を含む。制御システムは、アクチュエータシステム５１によって均衡部材３９上に作用する補償的な機械的トルクＭＣＸ，ＭＣＹが機械的トルクＭＸ，ＭＹと実質的に同一であるよう、アクチュエータシステム５１の各アクチュエータ７１を制御する。所要の補償的トルクＭＣＸ，ＭＣＹの瞬間値を計算するために、制御システム８１は、傾斜磁石システム１９のコイル内の瞬間電流値に対応する信号Ｕ１を受信するための入力部８３を有する。信号Ｕ１は、ＭＲＩシステム１のパルス系列制御ユニット８５によって供給される。パルス系列制御ユニットは、図１には詳細に示されておらず、所定のＭＲＩパルス系列プログラムに従って、傾斜磁石システム１９のコイル内の電流及びＲＦコイルユニット２９，３１によって伝送されるべきＲＦ信号を決定する。信号Ｕ１並びに制御システム８１のメモリに記憶される主磁石システム１３の強度及び位置に関する情報に基づいて、制御システム８１は機械的トルクＭＸ，ＭＹの瞬間値を予測する。次に、制御システム８１は、所要の補償的な機械的トルクＭＣＸ，ＭＣＹを達成するのに必要な圧電アクチュエータ７１の歪みを決定する。制御システム８１は、機械的トルクＭＸ，ＭＹ、均衡部材３９の慣性モーメントＩＸ，ＩＹ及び均衡部材３９の所要の角変位の予測値に基づいて、この歪みを計算する。最後に、制御システム８１は、所要歪みに対応する制御信号ＵＤをアクチュエータシステム５１の各個別のアクチュエータ７１に適用する。圧電アクチュエータ７１の有利な特性は、制御信号ＵＤは比較的小さな電流値を有することから、制御信号ＵＤは比較的小さな外乱のみを磁界に引き起こすということである。傾斜磁石システム１９の第二部分２３上の機械的トルクＭＸ，ＭＹは、抗振動システム３３の第二部分３７によって、同様な方法で打ち消されるのが明らかであろう。
【００２５】
均衡部材３９、アクチュエータシステム５１及び制御システム８１の結果、傾斜磁石システム１９の第一部分２１の機械的及び音響的振動の主要部分、特に、Ｚ方向に対し直交する軸の周りの主要な角振動が効果的な方法で低減される。均衡部材３９に作用する補償的な機械的トルクＭＣＸ，ＭＣＹは、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りの均衡部材３９の角変位に転換される。均衡部材３９の慣性モーメントＩＸ，ＩＹは比較的高いので、均衡部材３９の角変位及びそれに起因する均衡部材３９の振動は比較的小さく、知覚し得る程の均衡部材の音響的振動を引き起こさない。均衡部材３９の振動によって引き起こされる音を低減するために、適切な遮音手段を均衡部材３９の周りに設け得る。そのような遮音手段の一例は真空チャンバであり、均衡部材３９は真空チャンバ内に配置される。重要な利点は、傾斜磁石システム１９の第一部分２１以外、均衡部材３９がＭＲＩシステム１の如何なる部分にも機械的に結合されていない点であり、よって、均衡部材３９の派生的な振動はＭＲＩシステム１の如何なる部分にも機械的に伝達されない。この実施態様においては、第一水平回転軸及び第二水平回転軸６７，６９の周りの角変位のみが発生するので、結合装置４９及びアクチュエータシステム５１は単純な構造を有する。
【００２６】
図１に示される実施態様において、傾斜磁石システム１９は動作中に前記残余振動を計測するセンサシステム８７を備えるので、Ｚ軸に直交する軸の周りの傾斜磁石システム１９の第一部分２１の残余角振動がさらに低減される。センサシステム８７は、計測された残余振動に対応する計測信号ＵＲＶを制御システム８１に適用する。センサシステム８７は制御システム８１のフィードバック制御ループに属し、アクチュエータシステム５１に適用された制御信号ＵＤを、計測された残余振動が所定の閾値よりも小さく維持されるよう調整する。そのような残余振動は、例えば、傾斜磁石システム１９の第一部分２１によって実際に経験される機械的トルクＭＸ，ＭＹと制御システム８１によって予測される機械的トルクＭＸ，ＭＹの値との間の差の結果として生じる。フィードバック制御ループを使用することによって、センサシステム８７を含めて、抗振動システム３３の第一部分３５の効率がさらに向上する。Ｚ方向に直交する軸の周りでの傾斜磁石システム１９の第二部分２３の残余角振動も同様の方法でさらに低減されるのは明らかである。
【００２７】
図３は、本発明に従ったＭＲＩシステム１０１の第二実施態様を概略的に示しており、これも開放型である。前述のＭＲＩシステム１の部材に対応するＭＲＩシステム１０１の部材には、図３において、対応する参照番号が付されており、詳細には説明しない。図３は、ＭＲＩシステム１０１の第二磁石ユニット２７'を収容する下部ハウジング５'内の主要部材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は下部ハウジング５'及び第二磁石ユニット２７'と同一であることを理解するであろう。以下において、ＭＲＩシステム１０１とＭＲＩシステム１との間の主要な相違のみを簡潔に説明する。
【００２８】
図３に示されるように、ＭＲＩシステム１０１は抗振動システム１０３を含み、抗振動システムは、主磁石システム１３'の磁界と傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'の電流との間の電磁的な相互作用に起因して、傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'に作用する機械的トルクＭＸ，ＭＹを打ち消すための第二部分１０５を含む。当業者であれば、図３に示されておらず且つ傾斜磁石システムの第一部分に作用する機械的トルクＭＸ，ＭＹを打ち消すために用いられる抗振動システム１０３の第一部分が、第二部分１０５と実質的に同一であることを理解するであろう。抗振動システム１０３の第二部分１０５は均衡部材１０７を含み、均衡部材は、第二磁石ユニット２７'の中央チャンバ４５'内に配置された円筒形本体を含む。均衡部材１０７は、アクチュエータシステム１０９によって、並びに、Ｚ方向に直交する軸の周りでの傾斜磁石システムの第二部分に対する均衡部材の回転を許容する結合装置によって、傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'に結合されている。結合装置は図３に示されていないが、当業者であれば、ＭＲＩシステム１の結合装置４９の前記開示に基づいて、適切な結合装置をどのように構成するか分かるであろう。アクチュエータシステム１０９は、ＭＲＩシステム１のアクチュエータシステム５１と互換性があり、３つの圧電アクチュエータ１１１を含む。各圧電アクチュエータは、Ｚ方向と平行な方向に、補償力ＦＺを均衡部材１０７に作用し得る。図３では、２つのアクチュエータ１１１のみが概略的に示されている。アクチュエータ１１１は、均衡部材１０７の水平取付面１１３と傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'の水平取付面１１５との間に取り付けられている。アクチュエータ１１１はＭＲＩシステム１０１の制御システムによって制御されている。この制御システムは図３に示されていないが、アクチュエータの計測された変位に対応して、制御信号を各アクチュエータ１１１に適用する。
【００２９】
均衡部材１０７はコンパクトな構造を有し、中央チャンバ４５'の利用可能なボリュームは、均衡部材１０７、結合装置及びアクチュエータシステム１０９を収容するために効果的に用いられる。しかしながら、その結果、Ｚ方向に直交する軸の周りでの均衡部材１０７の慣性モーメントＩＸ，ＩＹは比較的小さい。しかしながら、ＭＲＩシステム１０１においては、均衡部材１０７は主磁石システム１３'の磁界の部分に位置する導電性部分１１７を有するので、均衡部材１０７の角変位は限定されている。図３に示されている実施態様において、均衡部材１０７の導電性部分１１７は円筒形板１１９を含む。この円筒形板も中央チャンバ４５'内に配置され、均衡部材１０７の円筒形本体の周りに取り付けられている。円筒形板１１９は、例えば、銅のような比較的大きな導電性を有する材料で形成されている。抗振動システム１０３の第一部分は同様な伝導性部分を含むことが理解されるであろう。中央チャンバ４５'において、主磁石システム１３'の磁界は比較的強力で、Ｚ方向に対し実質的に平行に位置する。均衡部材１０７がアクチュエータシステム１０９によって傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'に対して移動されると、主磁石システム１３'の磁界によって導電性部分１１７内に渦電流が発生する。前記磁界と前記渦電流との間の電磁的相互作用によって、導電性部分１１７の移動方向と逆方向に、ローレンツ力が導電性部分１１７に対して作用する。よって、このローレンツ力は均衡部材１０７の角変位に対する制動効果を有する。例えば、導電性部分１１７の存在の結果、前記変位は制限される。中央チャンバ４５'内の主磁石システム１３の磁界は比較的強いため、前記制動効果も比較的強く、よって、均衡部材１０７の慣性モーメントＩＸ，ＩＹは比較的小さいにも拘わらず、均衡部材１０７の角変位は比較的小さい。図３の実施態様のさらなる利点は、円筒形板１１９がＺ方向に対して平行、即ち、中央チャンバ４５'内の主磁石システム１３'の磁界の局所方向に対して実質的に平行に位置することである。その結果、最善の制動効果が導電性部分１１７によって達成される。ＭＲＩシステム１０１の制御システムは、傾斜磁石システム１９'の第二部分２３'に作用する予測された機械的トルクの関数としてのみならず、導電性部分１１７によって発生された制動力の予測値の関数としても各個別のアクチュエータ１１１に供給される制御信号を決定する。前記制動力は、所定の方法で、導電性部分１１７の角速度に依存する。当業者であれば、制動力を考慮するために制御システムをどのように適合するか分かるであろう。
【００３０】
均衡部材１０７の導電性部分１１７を検診ボリューム１１から可能な限り離間した位置に配置するのが好ましい。そのようにして、検診ボリューム１１内の主磁界Ｂ０上の導電性部分１１７内の渦電流の効果は最小化される。従って、図示されていない、本発明に従ったＭＲＩシステムのさらなる好適実施態様において、円筒形板１１９は、検診ボリューム１１から離間した均衡部材１０７の下部半分の周囲にのみ延在する。このさらなる実施態様において、均衡部材１０７の端面１２１の位置に導電性の端板を加えることによって、制動効果を増大し得る。
【００３１】
本発明は、円筒形の検診ボリュームを囲む単一の円筒形磁気ユニットを含む所謂閉鎖円筒型の磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムもカバーすることが留意されるべきである。閉鎖円筒型ＭＲＩシステムの傾斜磁石システムは単一の円筒形の傾斜コイルシステムを含むのが普通である。よって、本発明に従った閉鎖円筒型ＭＲＩシステムの抗振動システムは単一の均衡部材のみを含み、均衡部材は単一の適切な結合装置及び単一の適切なアクチュエータシステムによって傾斜コイルシステムに結合され得る。閉鎖円筒型ＭＲＩシステムの傾斜磁石システムの特徴である内部機械的曲げトルクを補償するために、閉鎖円筒型ＭＲＩシステムは、傾斜磁石システムに結合された２つ又はそれ以上の均衡部材も備え得る。
【００３２】
記述されたＭＲＩシステム１，１０１において、抗振動システム３３，１０３は、Ｚ方向に対して直交する軸の周りで傾斜磁石システム１９，１９'の第一部分２１，２１'及び第二部分２３，２３'に作用する機械的トルクＭＸ，ＭＹを打ち消すために用いられる。最後に、本発明は、抗振動システムが、例えば、正味直線力のような、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的相互作用に起因して傾斜磁石システムに作用する他の機械的負荷を打ち消すために用いられる磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムもカバーする。そのような実施態様において、傾斜磁石システムに対する均衡部材の必要な直線変位を許容する適切な結合装置が設けられるべきであり、必要な補償を行う機械的負荷（力）を均衡部材に作用させることを許容する適切なアクチュエータシステムが設けられるべきである。当業者であれば、適切な結合装置及び補償されるべき機械的負荷の種類に適合する適切なアクチュエータシステムを設計し得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に従ったＭＲＩシステムの第一実施態様を示す断面図である。
【図２】図１のＭＲＩシステムの均衡部材を示す平面図である。
【図３】本発明に従ったＭＲＩシステムの第二実施態様の主要部を示す断面図である。
【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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