(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩデバイス用の冷却システム（７０）であって、
ＭＲデバイス（１０）の一組の傾斜コイル（５０）と熱的接触すると共に、その内部に冷却剤を通過させている一組の冷却剤管（７６）と、
冷却剤から熱を除去するために前記一組の冷却剤管（７６）と接続させた熱交換器（９６）と、
前記一組の冷却剤管（７６）を囲繞している真空チャンバ（７４）と、
前記真空チャンバ（７４）と熱的接触させた少なくとも１つの温度センサ（１０２）と、
前記一組の冷却剤管（７６）を通過する冷却剤の流量を調整する冷却剤流量制御弁（８６）と、
温度センサ（１０２）からの温度指示信号を受け取り、前記冷却剤流量制御弁（８６）を調整し、前記冷却システム（７０）への冷却剤流量を調整して、冷却剤温度を制御する制御装置（８０）と、
を備えるＭＲＩデバイス用の冷却システム（７０）。
【請求項２】
さらに、前記真空チャンバ（７４）内の湿度を検知するように配置した湿度センサ（１０６）を備えると共に、前記制御装置（８０）は、湿度指示信号を受け取り、かつ真空チャンバ（７４）の湿度が露点レベルを超えた場合にＭＲＩデバイス（１０）への電力を制限するように接続されている、請求項１に記載の冷却システム（７０）。
【請求項３】
前記真空チャンバ（７４）と接続した真空ポンプ（７８）と、真空チャンバ（７４）内の圧力を検知するように接続した少なくとも１つの圧力センサ（１０４）と、をさらに備えると共に、前記制御装置（８０）は、圧力センサ（１０４）から圧力指示信号を受け取り、これに応答して、真空チャンバ（７４）内の真空が維持されるように真空ポンプ（７８）を制御するように接続されている、請求項１に記載の冷却システム（７０）。
【請求項４】
ＭＲＩデバイス（１０）の患者ボア表面（７５）と熱的接触させた第１の温度センサ（１０２）、前記真空チャンバ（７４）と熱的接触させた第２の温度センサ（１０２）、及び外側ボア表面（７７）と熱的接触させた第３の温度センサ（１０２）を有すると共に、該温度センサ（１０２）の各々は、温度指示信号を制御装置（８０）に送信して制御装置（８０）により各センサ（１０２）に関する温度を維持するように接続されている、請求項１に記載の冷却システム（７０）。
【請求項５】
さらに、傾斜コイル温度の上昇に応答して冷却剤温度を低下させるためのフィードバック・ループを備え、
前記フィードバック・ループ及び前記温度制御装置により、傾斜コイル（５０）への電力が変動しても傾斜コイル温度を一定に保持させている、請求項１に記載の冷却システム（７０）。
【請求項６】
偏向用磁場を印加するためにマグネット（５２）のボアの周りに配置した複数の傾斜コイル（５０）、並びにＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリ（５６）に送信しＭＲ画像を収集させるようにパルスモジュール（３８）により制御を受けているＲＦ送受信装置システム（５８）及びＲＦスイッチ、を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム（１０）と、冷却システム（７０）であって、
ＭＲシステム（１０）の傾斜コイル（５０）と熱的接触すると共に、その内部に冷却剤を通過させている一組の冷却剤管（７６）と、
冷却剤から熱を除去するように冷却剤管（７６）と接続させた熱交換器（９６）と、
冷却剤管（７６）を囲繞している真空チャンバ（７４）と、
前記真空チャンバ（７４）と熱的接触させた温度センサ（１０２）と、
真空チャンバ（７４）と接続した真空ポンプ（７８）と、
真空チャンバ（７４）内の圧力を検知するように接続した少なくとも１つの圧力センサ（１０４）と、
圧力センサ（１０４）から信号を受け取って真空ポンプ（７８）に信号を送信し真空チャンバ（７４）内の真空を制御かつ維持するように接続されると共に、温度センサ（１０２）から信号を受け取りこれに応じて冷却剤温度を制御し、これにより真空チャンバ（７４）の内部及び周囲で安定した傾斜コイル温度を維持するように接続されている制御機構（８０）と、を有している冷却システム（７０）と、を備えるＭＲＩ装置。
【請求項７】
さらに、熱交換器（９６）を前記一組の冷却剤管（７６）と接続させている、断熱材をその上に有する一組の冷却剤供給／帰還ライン（８８、９０、９８、１００）と、真空チャンバ（７４）の湿度を検知するように配置されると共に、真空チャンバ（７４）の湿度が露点を超えた場合に傾斜コイル（５０）への電力を制限するようにプログラムした制御機構（８０）と接続されている湿度センサ（１０６）と、を備える請求項６に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
さらに、ＭＲＩシステム（１０）の患者ボア表面（７５）と熱的接触させた第１の温度センサ（１０２）、真空チャンバ（７４）と熱的接触させた第２の温度センサ（１０２）、並びに外側ボア表面（７７）と熱的接触させた第３の温度センサ（１０２）を備える請求項６に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
さらに、制御機構（８０）から制御信号を受け取り冷却剤システム（７０）への冷却剤流量制御を調整するように接続されている冷却剤流量制御弁（８６）を備える請求項６に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
一組の傾斜コイル（５０）の周りに真空チャンバ（７４）を作成するステップと、
前記真空チャンバ（７４）から湿気を除去するステップと、
前記真空チャンバ（７４）内の一続きの冷却管（７６）、並びに熱交換器（９６）を通して冷却剤を再循環させるステップと、
ＭＲ動作の間に前記真空チャンバ（７４）の温度の指示値をモニタリングするステップ（１２８、１３０、１３２）と、
傾斜コイル温度の前記指示値に応答して冷却剤の温度を調整するステップ（１４２）と、
前記真空チャンバ（７４）内の圧力の指示値をモニタリングするステップと、
前記真空チャンバ（７４）内の圧力の前記指示値に応答して前記真空チャンバ（７４）内の圧力を調整するステップと、
を含むＭＲＩの冷却方法。
【請求項１１】
さらに、傾斜コイル温度フィードバックの指示をリアルタイムで提供するステップと、必要に応じて冷却剤温度を周囲露点以下まで低下させ傾斜コイルに対するより高い電力レベルを可能にするステップ（１３４、１４０、１４２）と、
前記真空チャンバ（７４）内の湿度レベルをモニタリングするステップ（１１６）と、必要とする冷却剤レベルでは前記真空チャンバ（７４）内に結露が生成されてしまうような場合には、モニタリングした湿度レベルに基づいて傾斜コイル（５０）への電力を制限するステップ（１２２）と、を含み、
湿気を除去する前記ステップが前記真空チャンバ（７４）内に真空を生成することにより実行されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＭＲデバイス（１０）に適応可能な冷却剤制御システム・キットであって、真空チャンバ（７４）内の湿度を検知するように配置した湿度センサ（１０６）と、前記真空チャンバ（７４）の一部分の温度を検知するように熱的接触させた少なくとも１つの温度センサ（１０２）と、温度センサ（１０２）から温度指示信号を受け取り、これに応答して冷却剤温度を制御するように接続した制御装置（８０）と、を備える冷却剤制御システム・キット。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの温度センサ（１０２）は、ＭＲＩデバイス（１０）の患者ボア表面（７５）と熱的接触させた第１の温度センサ（１０２）、真空チャンバ（７４）と熱的接触させた第２の温度センサ（１０２）、並びに外側ボア表面（７７）と熱的接触させた第３の温度センサ（１０２）を含んでおり、該温度センサ（１０２）の各々は、温度指示信号を制御装置（８０）に送信して制御装置（８０）により各センサに関する温度を所与の範囲に維持するように接続されており、
前記真空チャンバ（７４）の湿度を検知するように前記湿度センサ（１０６）を配置させていると共に、前記制御装置（８０）は、湿度指示信号を受け取り、かつ真空チャンバの湿度が露点レベルを超えた場合にＭＲＩデバイス（１０）への電力を制限するように接続されている、請求項１２に記載の冷却剤制御システム・キット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関し、さらに詳細には、ＭＲＩ装置に対して改良型の冷却法を提供し、これにより画質を向上させると共により長時間のスキャン時間が可能となるようにより高速なイメージングに対してより大きな電力の印加を可能としているシステム及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
人体組織などの物質を均一な磁場（偏向用磁場Ｂ0）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向用磁場と整列しようとして、この周りをラーモアの特性周波数で無秩序に歳差運動することになる。この物質（または組織）に、ｘｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数をもつ磁場（励起磁場Ｂ1）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦方向磁化」）Ｍzは、ｘｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭtが生成される。励起信号Ｂ1を停止させた後、励起したスピンにより信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇx、Ｇy及びＧz）が利用される。典型的には、画像化しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させている一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。結果として得られる受信したＮＭＲ信号の組は、ディジタル化され処理され、よく知られている多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像が再構成される。
【０００４】
患者スキャンの間に、磁場傾斜を発生させる傾斜コイルは大量の熱を放散しており、その熱の量は典型的には概ね数十キロワットとなる。この熱の大部分は、ｘ、ｙ及びｚ軸の傾斜コイルを付勢させた際にこれらのコイルを形成している銅製の電気導体の抵抗性加熱により発生している。発生する熱の量は傾斜コイルに供給される電力に正比例する。電力の消費が大きいと、傾斜コイルに対する温度が上昇するだけではなく、発生した熱が傾斜コイル・アセンブリ内や共鳴モジュール内に分散され、また別の２つの重要領域の温度に影響を及ぼすことになる。この２つの領域は、傾斜アセンブリの境界に位置しており、患者ボア表面、並びにマグネットを収容しているクライオスタットに隣接する常温ボア表面を含む。これら３つの領域の各々は、それぞれ特有の最大温度限界を有している。共鳴モジュールでは、ガラス転移温度など物体の温度限界がある。すなわち、コイルに対する銅や繊維強化材の裏当てにより１２０℃を超える温度に耐えることができるが、これらの層を結合させるためのエポキシはこれと比べて、典型的には、最高動作温度が概ね７０〜１００℃とかなり低い。患者ボア表面上では、規制限度により患者ボア表面上のピーク温度を４１℃とする必要がある。さらに常温ボア表面では、最高温度を概ね４０℃までに制限し、常温ボア表面を通ったクライオスタット内への過剰な熱移動を防止している。さらに、２０℃を超える温度変化があると、温度によって磁気特性の変動を示すという磁場シム材料の温度依存性のため磁場均一性に変動を生じることがある。
【０００５】
典型的には、共鳴モジュール内の傾斜コイルが発生させた熱は、共鳴モジュール内で熱導体から所与の距離位置に埋め込まれた液体を満たした冷却管により傾斜アセンブリから除去される。水、エチレン、またはプロピレン・グリコール混合物などの液体冷却剤は、ある一定の温度及び流量で共鳴モジュール内に入り、冷却管を通ってポンピングされるのに伴って傾斜コイルから熱を吸収し、さらに、この熱を遠隔の熱交換器／水冷却装置まで搬送している。次いで熱は、熱交換器／冷却装置を経由して大気中に放出される。共鳴モジュール内に挿入する際の冷却剤温度をそれぞれ低下させると、この３つの重要領域（共鳴モジュール内部、患者ボア表面、及び常温ボア表面）の各々のピーク温度も低下する。
【０００６】
しかし、現在の方式では、共鳴モジュールに供給する冷却剤の最低温度は周辺空気の露点温度により制限されている。すなわち、一般に空気中の水蒸気の共鳴モジュール内での（特に、傾斜コイル上での）結露を防ぐ必要があるため、冷却剤の温度は周辺空気の露点温度以上に維持する必要がある。傾斜コイルには高電圧及び高電流が加えられるため、こうした結露を生じさせない大気が必要となる。ＭＲ室に対する現在の環境仕様は、２１℃で７５％の相対湿度を要求しており、この相対湿度では１６℃が露点温度となる。したがって、これらの条件下では最低冷却剤温度を１６℃以上にする必要がある。
【０００７】
したがって、共鳴モジュールに供給できる最大電力は外部の露点温度により制限される。共鳴モジュールが受け取ることができる電力を増大させるには、最低冷却剤温度を低下させる必要がある。しかし、前述したように、相対湿度が２１℃で７５％であるＭＲ室に関しては、環境仕様によりその最低冷却剤温度が１６℃以上に制約されている。このため、こうした現在の方式では共鳴モジュールにより要求されることが多い高出力の患者スキャンシーケンスに対応することができない。
【０００８】
これら周知のシステムでは、最低許容冷却剤温度は大気の状態や周囲露点温度により決められる。これらのシステムでは、ＭＲシステムを備えている部屋の温度及び相対湿度に関する与えられた仕様に基づいて、その冷却剤温度を最悪のケースの露点温度以上に設定している。
【０００９】
さらに、これらのシステムでは過熱を防止する必要がある。共鳴モジュールや患者表面の温度が上昇した場合、イメージング・スキャンを中断すか、あるいは低電力のシーケンスに制限する必要があり、こうなるとＭＲシステムの効率や有効性が低下することになる。さらに、イメージング・セッションは共鳴モジュールや患者表面が十分に冷やされるまで新たに開始させることができないため、時間のロスが起こる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、周辺空気の露点温度により決められる上述の最低冷却剤温度制限と無関係にイメージング・スキャン中により多くの熱を消失させるように方法及びシステムを設計することが望ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部及び外部の温度を最大動作限界以下に保持しながら、イメージング・デバイスの傾斜コイル及びＲＦコイルを包含している真空チャンバ内の冷却剤温度を低下させて熱を除去し、これにより介入処置のためにより長時間のスキャン時間を可能にすると共に画質を向上させたより高速なイメージングのためにより大きな電力の印加を可能にすることによって上述の欠点を克服しているシステム及び方法を提供する。
【００１２】
ＭＲＩ共鳴デバイスに関する熱消失を改良した冷却システムを提供する。この冷却システムは、真空エンクロージャと、相対湿度、温度及び圧力センサの組と、共鳴モジュールに埋め込んだ冷却管内の冷却剤の温度を動的に調整する制御システムと、を含んでいる。共鳴モジュールから熱を吸収し、この熱を水冷却装置など遠隔の熱交換器まで輸送する際に、冷却用流体の温度は上昇する。共鳴モジュールを包含している真空エンクロージャからは空気及び水蒸気を除去しているため、真空エンクロージャ内の結露は防止される。その結果、冷却剤温度は熱を除去して傾斜コイル温度を許容レベル内に維持するように必要に応じて調整することができる。
【００１３】
その上、適正な動作及び信頼度をさらに向上させるために、真空エンクロージャ内に圧力センサと相対湿度センサを配置し、空気及び／または冷却剤の漏れをモニタリングしている。傾斜コイルの外部表面上での水蒸気の凝結を防止するため、患者及び常温ボアの表面と真空エンクロージャ内には温度センサを取り付けている。この制御システムは、冷却剤の最低実用温度を提供するように構成しており、同時に患者及び常温ボアの表面上での結露を防止している。さらに、相対湿度センサと圧力センサを用いることにより異常な動作状態に応答して警報を発すると共に傾斜コイルのドライバを抑止することができる。
【００１４】
本発明の一態様では、電気コイルを冷却するためのシステムを提供する。本システムは、その中を通過させる冷却剤を介して少なくとも１つの電気コイルから熱を伝達させるためのコイル状の冷却管アセンブリと、この冷却管アセンブリから冷却剤を受け取るための熱交換器と、を含んでいる。熱交換器は、冷却管アセンブリから受け取った冷却剤の熱を除去するように構成している。さらに、この冷却管アセンブリをその内部に含んでいるエンクロージャを設けている。このエンクロージャは、周囲大気の露点以下の内部露点を有するように設計している。制御システムは電気コイルの動作状態を示すフィードバックを受け取り、これに応答して、冷却剤温度を動的に調整するための制御信号を冷却装置に提供している。
【００１５】
本発明の別の態様では、ＭＲＩデバイス用の冷却システムは、ＭＲデバイスの一組の傾斜コイルと熱的接触すると共に、その内部に冷却剤を通過させているような一組の冷却剤管を含んでいる。該一組の冷却剤管には冷却剤で運ばれる熱を除去するように構成した熱交換器を接続している。冷却剤管の組は真空チャンバにより囲繞している。ＭＲデバイスの温度を検知するように熱的接触の状態にした少なくとも１つの温度センサを設けており、また真空チャンバ内には湿度を検知するように湿度センサを配置している。本システムは、温度センサから温度指示信号を受け取り、これに応答して冷却剤温度を制御するように接続した制御装置を含んでいる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、複数の傾斜コイルを有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを含んでいるＭＲＩ装置を提供する。これらの傾斜コイルは、偏向用磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに配置されるように構成している。ＭＲＩシステムはさらに、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信してＭＲ画像を収集するようにパルスモジュールにより制御を受けているＲＦ送受信装置システム及びＲＦスイッチを含んでいる。本ＭＲＩ装置はさらに、これら複数の傾斜コイルからの熱を消失させるための冷却システムを含んでいる。この冷却システムは、傾斜コイル温度を検知するように配置した温度センサと、ＭＲシステムの傾斜コイルと熱的接触させると共にその内部に冷却剤を通過させているような一組の冷却剤管と、を含んでいる。この冷却剤管には熱交換器を接続させ、真空チャンバにより冷却剤管を囲繞させて冷却剤から熱を除去している。この真空チャンバには真空ポンプを設けてチャンバ内の真空を保持している。本ＭＲＩ装置はさらに、真空チャンバ内の圧力を検知するように構成した少なくとも１つの圧力センサを含んでいる。圧力センサから信号を受け取って制御信号を真空ポンプに送信するように制御機構を接続している。この制御機構はさらに、温度センサから信号を受け取り、これに応答して冷却剤温度を制御するように接続している。この方式では、本システムは、冷却剤温度を変化させることにより安定した傾斜コイル温度を維持することができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様では、ＭＲＩデバイスの冷却方法を提供する。本方法は、一組の傾斜コイルの周りにシール付きエンクロージャを作成するステップと、このシール付きエンクロージャから湿気を除去するステップと、を含む。本方法はさらに、シール付きエンクロージャ内の一続きの冷却管内及び熱交換器内を通過させて冷却剤を再循環させるステップを含む。次に、ＭＲ動作の間で傾斜コイル温度の指示値をモニタリングし、傾斜コイル温度の指示値に応じて冷却剤の温度を調整している。
【００１８】
本発明のその他の様々な特徴、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び図面より明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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イメージング（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントを表している。本システムの動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及びディスプレイ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スクリーン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が含まれている。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、対話式の幾何学的指定をするために使用することができる。
【００２０】
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、発生した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してい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、一組の傾斜増幅器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、患者に接続した多数の異なるセンサからの信号（例えば、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号）を受け取っている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する様々なセンサからの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。
【００２１】
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的エンコーディングに使用する磁場傾斜を生成させるように全体として指定されている傾斜コイル・アセンブリ内の対応する物理的傾斜コイル５０を励起させている。傾斜磁場コイル・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を含んでいるマグネット・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に結合す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。増幅された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と電気的に接続させる。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同じ単独の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。
【００２２】
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に収集し終わると、一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・アレイの形に配列し直している。さらに、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内などのメモリ内に記憶される。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上などの長期用メモリ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に伝達したりディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００２３】
本発明は、内部及び外部の温度を最大動作限界以下に保持しながらイメージング・デバイスの傾斜コイル・ハウジング、または共鳴モジュール、からの熱除去を改善させ、これにより介入処置のためにより長時間のスキャン時間を可能にすると共に画質を向上させたより高速なイメージングのためにより大きな電力の印加を可能にするためのシステム及び方法を提供する。
【００２４】
図２を参照すると、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム１０の傾斜コイルが発生させた熱を減少させるように構成した冷却システム７０を提供している。傾斜コイルの過熱や損傷のおそれを回避するためにはＭＲＩデバイス１０内で発生した熱を消失させることが最も重要である。ＭＲＩデバイス１０は、主マグネット（図示せず）を収容している極低温タンク７１と、イメージング・セッションを受けるように患者などの被検体を配置するためのイメージング・ボリューム空間７２と、を含んでいる。イメージング・ボリュームは、傾斜コイル及びＲＦコイルを収容するように構成した真空ポンピングしたエンクロージャ（または共鳴モジュール）７４により規定される。前述したように、傾斜コイルは、対応する傾斜増幅器により励起して磁場傾斜を発生させ、これを用いて、周知の方式での画像再構成に使用するためＲＦコイルにより収集された信号を空間エンコーディングしている。
【００２５】
真空チャンバ７４内にさらに同封しているものとしては、水、エチレンまたはプロピレン・グリコール混合物などの液体冷却剤を循環させて、傾斜コイルの励起により発生した熱を低下させるように構成した多数の冷却管７６がある。磁場傾斜が生成されると、傾斜コイルは、その銅成分の抵抗の影響のために、かなりの熱（典型的には、概ね数十キロワットの熱）を発生させる。ＭＲＩシステム１０の適正な動作を保証するためには、この熱を消失させる必要がある。熱消失を手助けするため、共鳴モジュール７４内に埋め込んだ冷却管７６を通して冷却剤を循環させる（これについては、直ぐ後で検討することにする）。
【００２６】
前述したように、共鳴モジュール７４は真空状態に保持している。共鳴モジュール７４の真空での封入は、共鳴モジュール内に堆積する空気及び水蒸気をすべて消去するように動作する。よく知られているように、周辺環境の温度と比べてより低い温度を有する液体を循環させることにより、得られた環境で結露が形成されることがある。すなわち、真空でないチャンバ内で傾斜コイルから熱を消失させるように管７６を通して冷却剤を循環させても、冷却剤温度がチャンバ内の露点以下である場合に傾斜コイルの表面上に結露が形成される可能性がある。傾斜コイルの表面上に結露が形成されることは許容できないため、既存の冷却システムでは冷却剤の温度が露点を超えるように保持させている。
【００２７】
封入した真空チャンバ７４内を真空状態に保持することによりＭＲ装置の傾斜コイル上での結露の可能性が解消される。本発明は、各真空チャンバ７４と流体連絡した真空ポンプ７８を提供している。この真空ポンプは、概ね１０-1〜１０-2ｔｏｒｒの真空状態を保持させることにより、真空チャンバ７４内の空気及び／または湿気をすべて頻繁に除去させるように構成している。真空ポンプ７８は、真空ポンプ７８の動作を制御するように構成したコンピュータまたは制御装置８０などの制御システムにより制御を受けている。すなわち、コンピュータ／制御装置８０は真空ポンプに対してエンクロージャ７４内の圧力を低下または上昇させるように信号を送ることができる。さらに図２を参照すると、前述したように、チャンバ７４内が一定した真空状態でないと周囲露点以下の冷却剤の循環に応答して傾斜コイルの表面上に結露が形成されることがある。冷却剤は流入ポート８２及び８４を通じて共鳴モジュールまたはチャンバ７４に入る。冷却剤は、外部の流体ライン８８及び９０を介して流入ポート８２、８４と流体連絡している冷却剤ポンプ８６により共鳴モジュール７４に供給される。所望の冷却剤温度の維持に役立てるために、冷却剤ライン８８及び９０は、真空ポンピングした共鳴モジュール７４に入る際の冷却剤温度の変動を制限し真空でない領域での結露を回避するように十分に断熱させる必要である。図２では冷却剤に対して２つの流入ポートと流出ポートを表しているが、別の実施形態では、冷却管７６がイメージング・ボリューム７２の周りで環状になっているためにポートが１つだけの場合や、より安定した流通循環を得るように２個を超えるポートを設けることもある。
【００２８】
冷却剤ポンプ８６は、システムの要件に応じた温度で（本発明では、周囲の露点温度と無関係な冷却剤温度で）冷却剤を循環させている。真空エンクロージャ７４内の湿気をすべて除去することにより、冷却剤をポート８２及び８４を通じて所望の任意の温度で流入させることができる。すなわち、冷却剤温度と周囲温度の間の関係に起因する結露の影響は、真空ポンプ７８及び適正な制御機構８０による真空エンクロージャ７４からの湿気の排出により無効となる。
【００２９】
共鳴モジュール７４に入る冷却剤は、冷却管７６を通って移動し、冷却剤の移動の間にコイルから熱が吸収される。傾斜コイルから搬出した熱をその内部に担っている冷却剤は、流出ポート９２及び９４を通じて真空の共鳴モジュール７４を出る。この流出ポート９２及び９４は温められた冷却剤を帰還ライン９８、１００を介して冷却装置／熱交換器９６まで搬送している。冷却装置９６は、冷却剤内に吸収された熱を熱交換器及びコンプレッサ（図示せず）を使用して周知の技法で消失させ、かつ冷却剤温度をコンピュータ／制御機構８０により指令される所望の温度まで低下させるように構成している。
【００３０】
冷却装置９６の動作は、液体冷却剤の温度が所望の値となるようにコンピュータ／制御機構８０により制御を受けている。本発明に従った冷却剤温度の調節により、患者表面や共鳴モジュールその他の温度（例えば、共鳴モジュールに隣接する常温ボアの表面温度など）を指定した限度内に維持させるような冷却剤温度の動的調整が可能となる。すなわち、熱消失要件を上げる場合には、必要に応じて冷却剤の温度を露点温度以下まで低下させることができる。さらに、熱や電力の消失の要件を下げた場合には、冷却剤の温度の上昇を許容し、これにより冷却装置９６により加えられるエネルギー量を減少させることができる。この結果、システムが低温状態になるようにするためのＭＲＩ装置１０のダウンタイムが回避され、またさらに、傾斜コイルに大電力の入力を要するような用途やイメージング・シーケンスでＭＲＩ装置１０を実施することができる。冷却剤温度を調節するための方法については、具体的に図３を参照しながら説明することにする。
【００３１】
さらに図２を参照すると、真空エンクロージャ７４とＭＲ装置１０の様々な表面の温度、圧力及び相対湿度をモニタリングするために多数の作動センサを設けている。温度センサ１０２は、共鳴モジュール７４、患者表面７５及び常温ボア表面７７の温度を計測するように配置させている。さらに、共鳴モジュール７４内の真空圧力及び結露を計測するために、共鳴モジュール７４内に圧力センサ及び相対湿度センサ１０４、１０６を配置している。検知した相対湿度及び圧力はコンピュータ／制御機構８０に送られ、コンピュータ／制御機構８０はさらに共鳴モジュール７４の圧力を上昇または低下させるような制御信号を真空ポンプ７８に送っている。温度センサ１０２は共鳴モジュール７４、患者ボア表面７５及び常温ボア表面７７からの温度データを送信している。コンピュータ８０は受け取った温度信号に応答して、冷却装置９６に制御信号を送信している。ボア表面及び共鳴モジュール７４の温度が上昇すると、コンピュータ／制御機構８０は共鳴モジュール７４に流れる液体冷却剤の温度を調整するように冷却装置９６に命令を送る。別法として温度調整と関連して、傾斜コイルからの熱消失の必要性が変化するのに伴って、コンピュータ／制御機構８０はさらにＭＲデバイス１０の温度を所望の温度まで上昇または低下させるように冷却剤ポンプ８６の流量を調整している。さらに、温度、圧力及び相対湿度のセンサ１０２、１０４、１０６はさらに、異常状態を検出した場合は傾斜コイル・ドライバを抑止するようにコンピュータ／制御機構８０にトリガを与えるように実施することができる。
【００３２】
図３を参照すると、傾斜コイル・アセンブリの励起により発生した熱を消失させるため冷却剤温度を動的に調節するようなアルゴリズム１１０を提供している。アルゴリズム１１０はブロック１１２において、共鳴モジュール内での圧力（１１４）及び湿度（１１６）の読み取りで開始され、圧力センサまたは湿度センサのいずれかが共鳴モジュール内で圧力のロスまたはある湿度レベルを指示した場合（１１８、１２０）には、傾斜コイルへの電力を制限しシステムをシャットダウンしてオペレータに警告を送信し（１２２）、この時点でシステムは制御の開始（１１２）までループバックし圧力及び湿度のモニタリングを継続する。湿度も圧力ロスも存在しない場合（１１８、１２４）には、患者表面上（１２８）、共鳴モジュール内（１３０）、及び常温ボア表面上（１３２）の温度センサからの温度信号を読み取ること含む冷却剤温度に対するアクティブ制御を可能にする（１２６）。すべての温度が設定限界内にある場合（１３４、１３６）には、処置は不要であり（１３８）、制御アルゴリズムは開始（１１２）までループバックし、上に記載したようにして継続される。しかし、その温度が設定限界の範囲にない場合には（１３４、１４０）、その冷却剤温度を、患者表面、共鳴モジュール内、及び常温ボア表面上で検知した温度の指示に応じて調整する（１４２）。別法として、この動作に関連して、冷却剤の流量を調整することもできる（１４２）。冷却剤及び／または流量の調整（１４２）の後、システムはアルゴリズムの開始（１１２）までループバックし、上述の命令シーケンスを連続して繰り返す。
【００３３】
冷却剤流入温度及び／または流量を新たに決定した後、冷却装置または熱交換器９６（図２）により冷却剤温度を調整する、及び／または冷却剤ポンプ８６（図２）により冷却剤流量を調整する。最高及び最低温度が指定した範囲内に保持されるように冷却剤温度及び／または流量を調整しているが、本発明の制御処理では、温度を連続してモニタリングし、指定した要件内に温度幅を保持するように冷却剤温度及び／または流量に対してさらに調整を行うように構成させている。冷却剤の流入量及び冷却剤温度は、スキャンが完了した後でデフォルト値にリセットさせることができる。
【００３４】
本発明は、その内部を通過する冷却剤を介して少なくとも１つの電気コイルから熱を伝達するための冷却管アセンブリを含むような電気コイルを冷却するためのシステムを含む。さらに、この冷却管アセンブリから冷却剤を受け取り冷却剤から熱を除去するために熱交換器を設けている。本システムはさらに、その内部に冷却用アセンブリを有しており、かつ周囲大気の露点と比べてより低い内部露点を有するようなエンクロージャを含む。制御システムにより電気コイルの動作状態を示すフィードバックを受け取り、これに応答して、冷却剤温度を動的に調整させるような信号を熱交換器に提供している。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、ＭＲＩデバイス用の冷却システムは、ＭＲＩデバイスの一組の傾斜コイルと熱的接触させると共にその内部に冷却剤を通過させている一組の冷却剤管を含む。この冷却剤管の組には熱交換器を接続し、冷却剤並びに冷却剤管の組を囲繞している真空チャンバから熱を除去している。本システムはさらに、ＭＲデバイスの温度を検知するように熱的接触させた少なくとも１つの温度センサと、真空チャンバ内の湿度を検知するように配置した湿度センサとを含む。温度センサから温度指示信号を受け取り、これに応答して冷却剤温度を制御させるために制御装置を接続している。
【００３６】
本発明のさらに別の実施形態では、偏向用磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに配置した複数の傾斜コイルを有する磁気共鳴イメージング・システムを含んでいるＭＲＩ装置を提供する。この磁気共鳴イメージング・システムはさらに、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信してＭＲ画像を収集するようにパルスモジュールにより制御を受けているＲＦ送受信装置システム及びＲＦスイッチを含んでいる。本ＭＲＩ装置はさらに、傾斜コイル温度指示を検知するように配置した温度センサを有する冷却システムと、ＭＲＩシステムの傾斜コイルと熱的接触させると共にその内部に冷却剤を通過させている一組の冷却剤管と、冷却剤から熱を除去するように冷却剤管と接続した熱交換器と、を含む。真空チャンバにより冷却剤管を囲繞させ、真空チャンバには真空ポンプを接続させている。少なくとも１つの圧力センサを設け、真空チャンバ内の圧力を検知するように接続している。本ＭＲＩ装置さらに、圧力センサからの信号を受け取り、真空チャンバ内の真空を制御し保持させる信号を真空ポンプに送るように接続した制御機構を含む。この制御機構はさらに、温度センサからの信号を受け取りこれに応答して冷却剤温度を制御し、これにより共鳴モジュールの内部及び周囲を安定した温度に保持するように接続されている。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、ＭＲＩを冷却する方法は、一組の傾斜コイルの周りにシール付きエンクロージャを作成するステップを含む。本方法はさらに、このシール付きエンクロージャから湿気を除去するステップと、シール付きエンクロージャ内の一続きの冷却管を通り、さらに熱交換器を通るように冷却剤を再循環させるステップと、を含む。次に、ＭＲＩ動作の間は傾斜コイル温度の表示値をモニタリングしている。さらに、本方法は、傾斜コイル温度の表示値に応答して冷却剤の温度を調整するステップを含む。
【００３８】
本発明は、既存のＭＲスキャナに対する後付けに特に適応可能であり、これに従ったＭＲデバイスに適応可能な冷却剤制御システム・キットを含んでいる。この冷却剤制御システム・キットは、共鳴モジュール内の湿度を検知するように配置した湿度センサと、ＭＲデバイスの一部分の温度を検知するように熱的接触させた少なくとも１つの温度センサと、を含んでいる。このキットはさらに、温度センサからの温度指示信号を受け取り、これに応答して冷却剤温度を制御するように接続した制御装置を含む。
【００３９】
本発明を好ましい実施形態について記載してきたが、明示的に記述した以外に、本特許請求の範囲の域内で等価、代替及び修正が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と共に使用されるＭＲＩイメージング・システム装置のブロック概要図である。
【図２】図１に示すＭＲＩイメージング・システムで使用される冷却システムの概要図である。
【図３】本発明と共に使用される熱制御技法の各ステップを表した流れ図である。
【符号の説明】
１０  ＭＲＩシステム
１２  オペレータ・コンソール
１３  入力デバイス
１４  制御パネル
１６  スクリーン、ディスプレイ
１８  リンク
２０  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  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
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  傾斜コイル、傾斜磁場コイル・アセンブリ
５２  マグネット・アセンブリ
５４  偏向用マグネット
５６  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  冷却システム
７１  極低温タンク
７２  イメージング・ボリューム
７４  エンクロージャ、共鳴モジュール、真空チャンバ
７５  患者ボア表面
７６  冷却管
７７  常温ボア表面
７８  真空ポンプ
８０  コンピュータ、制御装置
８２  流入ポート
８４  流入ポート
８６  冷却剤ポンプ
８８  冷却剤ライン
９０  冷却剤ライン
９２  流出ポート
９４  流出ポート
９６  冷却装置／熱交換器
９８  帰還ライン
１００  帰還ライン
１０２  温度センサ
１０４  圧力センサ
１０６  相対湿度センサ
１１０  冷却剤温度調節アルゴリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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