(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ） 全体的に縦方向に伸びている軸線を有していると共に、大体１ｔｏｒｒから大体２５０ｔｏｒｒにある第１の真空を収容している全体的に環状円筒形のエンクロージャと、
（ｂ） 前記第１の真空にある前記エンクロージャ内に設けられていると共に、前記エンクロージャから全体的に離隔している磁気共鳴作像用勾配コイル・アセンブリであって、該磁気共鳴作像用勾配コイル・アセンブリは、ある電力を有している所定の系列の多周波数電気パルスにより励起され、前記系列の前記電力のうちの大体５％は、閾励起周波数以下の周波数に由来しており、前記系列の前記電力のうちの大体９５％は、前記閾励起周波数よりも高い周波数に由来している磁気共鳴作像用勾配コイル・アセンブリと、
（ｃ） 前記軸線と全体的に同軸状に整列していると共に、前記第１の真空よりも低圧の真空である第２の真空を収容している全体的に環状円筒形のハウジングと、
（ｄ） 前記軸線と全体的に同軸状に整列していると共に、前記第２の真空にある前記ハウジング内に設けられている磁気共鳴作像用超伝導主コイルと
（ｅ） 該磁気共鳴作像用勾配コイル・アセンブリを支持している絶縁マウント・アセンブリッジであって、該絶縁マウント・アセンブリッジ及び前記磁気共鳴作像用勾配コイル・アセンブリは共に、前記閾励起周波数を２の平方根で除したものよりも小さく、前記閾励起周波数の約２０％よりも大きい固有振動周波数を有している絶縁マウント・アセンブリッジとを備え、
前記絶縁マウント・アセンブリッジは、離隔した複数のゴム弾性絶縁マウントを含んでいる磁気共鳴作像用スキャナ・サブアセンブリ。
【請求項２】
前記第２の真空は、大体１０-7ｔｏｒｒから大体１０-3ｔｏｒｒにある請求項１に記載の磁気共鳴作像用スキャナ・サブアセンブリ。
【請求項３】
前記エンクロージャ内に吸音材料を含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴作像用スキャナ・サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には、磁気共鳴作像（ＭＲＩ）用スキャナに関し、より具体的には、ＭＲＩスキャナ用の低騒音のサブアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩスキャナは、医療診断等の様々な分野に用いられており、典型的には計算機を用いて、マグネットと、勾配コイル・アセンブリと、１つ又は複数の無線周波数コイルとの動作に基づいて画像を形成するものである。マグネットは、水素原子等の原子を無線周波数による励起に応答させるような均一な主磁場を形成している。勾配コイル・アセンブリは、主磁場にパルス状の空間的な勾配磁場を付加して、作像空間内の各々の点に対して、勾配コイル・アセンブリ独自の磁場に対応している空間的な識別性を与えている。無線周波数コイルは、原子のエネルギ準位を一時的に高める励起周波数パルスを形成し、結果として得られるエネルギ減衰が、無線周波数コイルによって測定されると共に計算機によって用いられて、画像が形成される。典型的には、無線周波数コイル、勾配コイル・アセンブリ及びマグネットは、全体的に環状円筒形の形状を成していると共に、全体的に同軸上に整列している。ここで、勾配コイル・アセンブリは、無線周波数コイルを円周状に包囲しており、マグネットは、勾配コイル・アセンブリを円周状に包囲している。
【０００３】
ＭＲＩスキャナ用のマグネットには、超伝導コイル・マグネット、抵抗コイル・マグネット及び永久磁石がある。公知の超伝導マグネットには、液体ヘリウム冷却式超伝導マグネット及びクライオ（極低温）クーラ冷却式超伝導マグネットがある。典型的には、ヘリウム冷却式マグネットでは、超伝導コイル・アセンブリは、ヘリウム・デュワー容器に収納された液体ヘリウムに少なくとも部分的に浸漬されている超伝導主コイルを含んでおり、ヘリウム・デュワー容器は、真空エンクロージャによって包囲されている二重の熱シールドによって包囲されている。又、従来のクライオクーラ冷却式マグネットでは、超伝導主コイルは熱シールドによって包囲されており、熱シールドは真空エンクロージャによって包囲されている。真空エンクロージャには、クライオクーラのコールド・ヘッド（coldhead）が外部から装着されており、コールド・ヘッドの第１ステージは熱シールドと熱的に接触していると共に、コールド・ヘッドの第２ステージは超伝導主コイルと熱的に接触している状態になっている。Ｎｂ−Ｔｉの超伝導コイルは典型的には、大体４Ｋ（ケルビン）の温度で動作し、Ｎｂ−Ｓｎの超伝導コイルは典型的には、大体１０Ｋの温度で動作する。真空エンクロージャ内の真空は、マグネットの「クエンチ」（即ち、超伝導性を失うこと）を招くおそれのある望ましくない熱伝達を防止するために、極めて低い圧力になければならない。典型的な真空度は、大体１０-7ｔｏｒｒから大体１０-3ｔｏｒｒにある。標準大気圧は、７６０ｔｏｒｒであるものと定義されており、真空は、大気圧よりも低い圧力を有しているものと定義されていることを銘記されたい。
【０００４】
公知の超伝導マグネット設計には、閉構造マグネットと、開構造マグネットとがある。閉構造マグネットは典型的には、ボア（中孔）を備えた単一の管状超伝導コイル・アセンブリを有している。超伝導コイル・アセンブリは、半径方向に整列していると共に縦方向に離隔しているいくつかの超伝導主コイルを含んでおり、各々のコイルは、同一の大電流を同一の方向に流している。典型的には、超伝導主コイルは、被作像物体が配置されるマグネットのボア内に中心を有している球状作像空間の内部で、高度の均一性を有する磁場を形成するように設計されている。
【０００５】
開構造マグネットは典型的には、２つの離隔した超伝導コイル・アセンブリを用いており、これらのアセンブリの間に空間があるので、ＭＲＩ作像中に医者が外科手術又は他の医療的処置のために接近することが可能になっている。患者は、その空間内に配置されることもできるし、又はトロイド形のコイル・アセンブリのボア内に配置されることもできる。開放的な空間があることは、閉構造マグネット設計で経験されることのある閉所恐怖症的感覚を患者が克服する助けになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＲＩスキャナの勾配コイル・アセンブリは、大きな騒音を発生し、これにより、多くの患者は不快を感じる。勾配コイル・アセンブリの騒音を低減させるために、騒音を相殺する患者用イヤホンを含めた能動的な騒音制御法が用いられている。公知の受動的な騒音制御法には、超伝導主コイルを収容している真空エンクロージャ内に勾配コイル・アセンブリを配置する方法がある。
【０００７】
機械業界では公知であるが、絶縁マウント（isolation mount）が設計及び使用されており、この絶縁マウントによって支持された装置からの振動が、絶縁マウントを支持している周囲の構造へ伝達されないようになっている。従来の絶縁マウントには、ゴム弾性体（エラストマー）形式の絶縁マウント及びばね形式の絶縁マウントがある。これらのような絶縁マウントは、マウント及び装置の固有振動周波数が、装置の主励起周波数を２の平方根で除したものよりも小さくなるようにして、効果的な振動絶縁を提供すべく、当業者によって設計されている。
【０００８】
必要とされているのは、低騒音のＭＲＩスキャナである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の実施例では、本発明の磁気共鳴作像（ＭＲＩ）用スキャナ・サブアセンブリは、大体１ｔｏｒｒから大体２５０ｔｏｒｒにある第１の真空を収容しているエンクロージャを含んでいると共に、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを更に含んでおり、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリは、第１の真空にあるエンクロージャ内に配設されていると共に、エンクロージャから全体的に離隔している。
【００１０】
本発明の第２の実施例では、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリは、エンクロージャと、ハウジングと、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリと、ＭＲＩ超伝導主コイルとを含んでいる。エンクロージャは、全体的に環状円筒形であり、全体的に縦方向に伸びている軸線を有していると共に、第１の真空を収容している。ハウジングは、全体的に環状円筒形であり、前述の軸線と全体的に同軸状に整列していると共に、第１の真空よりも低圧の真空である第２の真空を有している。ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリは、第１の真空にあるエンクロージャ内に配置されていると共に、エンクロージャから全体的に離隔している。ＭＲＩ超伝導主コイルは、前述の軸線と全体的に同軸状に整列していると共に、第２の真空にあるハウジング内に配置されている。
【００１１】
本発明の第３の実施例では、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリは、ある電力を有している所定の系列の多周波数電気パルスによって励起されるＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを含んでおり、ここで、前述した系列の前述の電力のうち、大体５％は、閾（threshold）励起周波数以下の周波数に由来しており、前述した系列の前述の電力のうち、大体９５％は、前述の閾励起周波数よりも高い周波数に由来している。ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリは更に、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを支持している絶縁マウント・アセンブリッジを含んでいる。絶縁マウント・アセンブリッジ及びＭＲＩ勾配コイル・アセンブリは共に、閾励起周波数を２の平方根で除したものよりも小さな固有振動周波数を有している。
【００１２】
既存のＭＲＩスキャナに改良を加えることのできる、又は新たなＭＲＩスキャナに組み込むことのできる本発明から、いくつかの利点及び長所が導き出される。真空内にＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを配置することにより、音の伝達が低減される。超伝導主コイルのより低圧の真空から分離されているより高い圧力の真空内にＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを配置することにより、経費が削減される。絶縁マウントを用いてＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを支持することにより、勾配コイル・アセンブリの支持体を介した勾配コイル・アセンブリの騒音の伝達が低減する。
【００１３】
【実施例】
図面は、本発明の好ましい実施例を示している。
ここで図面を参照すると、各図面で一貫して同様の参照番号は同様の構成要素を表しており、図１及び図２は、本発明の磁気共鳴作像（ＭＲＩ）用スキャナ・サブアセンブリ１０の好ましい実施例を示している。本発明の第１の好ましい記載としては、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は、大体１ｔｏｒｒから大体２５０ｔｏｒｒにある第１の真空を収容しているエンクロージャ１２を含んでいる。ここで再度特記しておくと、標準大気圧は、７６０ｔｏｒｒであるものと定義されており、真空は、大気圧よりも低い圧力を有しているものと定義されている。ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は又、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を含んでおり、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は、第１の真空にあるエンクロージャ１２内に配設されていると共に、エンクロージャ１２から全体的に離隔している。ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は典型的には、互いに直交する磁場方向を有している３つの勾配コイル（図示されていない）を含んでいる。本発明のこの第１の好ましい記載では、当業者には理解され得るであろうが、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は、いかなる手段によっても、エンクロージャ１２から全体的に離隔すると共に、エンクロージャ１２によって支持されることができ、又、ＭＲＩスキャナは、いかなる形式のマグネットを含んでいても、作像空間の内部に均質な磁場を形成することができる。限定のためではなく例として、ＭＲＩスキャナは、閉構造マグネット設計又は開構造マグネット設計を有していてもよく、又、永久磁石、抵抗コイル・マグネット又は超伝導コイル・マグネットを含んでいてもよい。特記しておくと、当業者には理解され得るであろうが、開構造マグネット設計の各々のマグネット・アセンブリは、各マグネット・アセンブリ自体のエンクロージャと、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリとを付設しているとよい。更に特記しておくと、抵抗コイル・マグネット又は永久磁石は好ましくは、周囲大気圧（大体７６０ｔｏｒｒ）に露出されており、ハウジングを有していないことすらあり得る。
【００１４】
本発明の第２の好ましい記載としては、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は、エンクロージャ１２と、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４と、ハウジング１６と、ＭＲＩ超伝導主コイル１８とを含んでいる。エンクロージャ１２は、全体的に環状円筒形のエンクロージャ１２であり、全体的に縦方向に伸びている軸線２０を有していると共に、第１の真空を収容している。ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は、第１の真空にあるエンクロージャ１２内に配設されていると共に、エンクロージャ１２から全体的に離隔している。ハウジング１６は、全体的に環状円筒形のハウジング１６であり、軸線２０と全体的に同軸状に整列していると共に、第１の真空よりも低圧の真空である第２の真空を収容している。ＭＲＩ超伝導主コイル１８は、軸線２０と全体的に整列していると共に、第２の真空にあるハウジング１６内に配設されている。ＭＲＩ超伝導主コイル１８は、ハウジング１６によって支持されているが、このような従来のコイル形態及びスペーサ支持体、並びに必要とされる任意の熱シールド（１つ又は複数）、液体ヘリウム・デュワー容器、クライオクーラ・コールド・ヘッド及びその他は、明瞭にするために図面から省いてある。特記しておくと、ＭＲＩスキャナの超伝導コイル・マグネットは、静磁場を発生する１つ又はそれ以上の超伝導主コイル１８（図１ではそのうちの４つを示す）で構成されている。
【００１５】
ＭＲＩ超伝導主コイル１８は、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を半径方向に包囲しており、ハウジング１６は、エンクロージャ１２を半径方向に包囲している。好ましくは、エンクロージャ１２の円周状外壁２２と、ハウジング１６の円周状内壁２４とは、全体的に当接している壁面である（図示されている）か、又は同一の壁面ですらある（図示されていない）。特記しておくと、ＭＲＩスキャナは又、典型的には単一のコイルであるか又は２つのサブコイルを含んでいるＭＲＩ無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリッジ（図示されていない）を含んでいることがあり、ＲＦコイル・アセンブリッジは、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４によって半径方向に包囲されていると共に、（図面には示していないが）エンクロージャ１２の円周状内壁２６を、好ましくは画定している。
【００１６】
好ましくは第２の真空は、大体１０-7ｔｏｒｒから大体１０-3ｔｏｒｒにあり、好ましくは第１の真空は、大体１ｔｏｒｒから大体２５０ｔｏｒｒにある。一実施例では、第２の真空は、大体１０-6ｔｏｒｒである。第１の真空を音響的真空と呼ぶこともでき、この真空は、これがなければ周囲空気を介して伝達されたであろうＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４からの音響を低減させる。第１の真空についての好ましい範囲の選択は、ＭＲＩ患者が音響低減の利益を獲得し始めるためには、ある高圧限度よりも低い圧力が必要であったという認識と、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４の支持体を介してＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４からの音響が伝達されてしまうことを理由として、ある低圧限度よりも低い圧力では音響を更に低減させる利益が得られなかったという認識とを以て行われた。真空を２５０ｔｏｒｒにすると、大気圧の場合と比較して大体半分の大きさの勾配コイル・アセンブリ騒音が結果として得られる。第２の真空をマグネット真空と呼ぶこともでき、その範囲は、断熱上の理由から選択されていると共に、当業者の技術の範囲内にあって、ＭＲＩ超伝導主コイル１８のクエンチを防止している。好ましい構成では、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は更に、吸音材料２８を含んでおり、吸音材料２８は、エンクロージャ１２内に配設され、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を全体的に包囲して（即ち、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４の全面を全体的に包囲して）、第１の真空内のあらゆる残留音響を更に減衰させている。好ましい吸音材料２８は、荒いガラス繊維性絶縁材である。
【００１７】
本発明のこの第２の好ましい記載では、当業者には理解され得るであろうが、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は、いかなる手段によっても、エンクロージャ１２から全体的に離隔すると共に、エンクロージャ１２によって支持されることができ、又、限定のためではなく例として、ＭＲＩスキャナは、閉構造マグネット設計又は開構造マグネット設計を有していてもよい。特記しておくと、当業者には理解され得るであろうが、開構造マグネット設計の各々のマグネット・アセンブリは、各マグネット・アセンブリ自体のエンクロージャと、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリとを付設しているとよい。
【００１８】
穏やかな真空内に、主マグネットの巻線を収容しているより低圧の真空空間から分離した状態でＭＲＩ勾配コイル・アセンブリを配置すると、コイル線を支持するために、良好な音響特性を有しているが高い蒸気圧を有している安価な材料（例えば、ゴム、プラスチック、エポキシ）を勾配コイル・アセンブリ内で用いることが可能になることにより、経費が最低限に抑えられると共に性能が最大限に高められる。これらの材料が主マグネットの巻線の空間内に配置されたとすると、これらの材料の蒸気圧が高いことにより、主マグネットの巻線によって要求される低圧の真空を達成することが不可能になるおそれがある。これらの材料は、室温ではかなりの蒸気圧を有しているが、材料の存在している真空空間を吸排気して、例えば１ｔｏｒｒにすることは当然可能である。
【００１９】
本発明の第３の好ましい記載では、ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は、ある電力を有している所定の系列の多周波数電気パルスによって励起されるＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を含んでおり、ここで、前述した系列の前述の電力のうち、大体５％は、閾励起周波数以下の周波数に由来しており、前述した系列の前述の電力のうち、大体９５％は、前述の閾励起周波数よりも高い周波数に由来している。ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４について典型的な閾励起周波数は、大体７０Ｈｚから大体２，０００Ｈｚの範囲内にある。ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は又、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を支持している絶縁マウント・アセンブリッジ３０を含んでおり、ここで、絶縁マウント・アセンブリッジ３０及びＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４は共に、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４の閾励起周波数を２の平方根で除したものよりも小さな固有振動周波数を有している。このような固有振動周波数は、絶縁マウント・アセンブリッジ３０の質量、剛性及び減衰性を調節することにより、前述のように設計されることができ、これは当業者の知識及び技術の範囲内にある。好ましくは固有振動周波数は、閾励起周波数の大体２０％から大体７０％になるように設計される。特記しておくと、固有振動周波数を閾周波数に近付けると、絶縁マウント・アセンブリッジ３０は、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４からの振動を十分に取り除くことができなくなるが、他方、固有振動周波数を過度に低く（即ち、小さく）すると、絶縁マウント・アセンブリッジ３０は、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４を適切に支持することができなくなる。
【００２０】
好ましくは絶縁マウント・アセンブリッジ３０は、隔設された複数のゴム弾性（elastomeric）絶縁マウント３２を含んでいる。好ましい構成では、多数の剛性支持体３４の各々が、エンクロージャ１２に取り付けられているか、又はエンクロージャ１２の一部を成しており、ゴム弾性絶縁マウント３２のうちの対応する１つの絶縁マウントを支持している。図１及び図２の絶縁マウント・アセンブリッジ３０は又、隔設されたばね式絶縁マウント３６を含んでおり、各々の絶縁マウント３６は、その両端のうちの一端をＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４に取り付けられていると共に、その両端のうちの他端を、エンクロージャ１２の円周状外壁２２の内側表面に堅固に取り付けられているか又はその一部を成している関連した支持フランジ３８に取り付けられている。
【００２１】
本発明のこの第３の好ましい記載では、当業者には理解され得るであろうが、ＭＲＩスキャナは、いかなる形式のマグネットを含んでいても、作像空間の内部に均質な磁場を形成することができる。限定のためではなく例として、ＭＲＩスキャナは、閉構造マグネット設計又は開構造マグネット設計を有していてもよく、又、永久磁石、抵抗コイル・マグネット又は超伝導コイル・マグネットを含んでいてもよい。特記しておくと、当業者には理解され得るであろうが、開構造マグネット設計の各々のマグネット・アセンブリは、各マグネット・アセンブリ自体のエンクロージャと、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリとを付設しているとよい。更に特記しておくと、抵抗コイル・マグネット又は永久磁石は好ましくは、周囲大気圧（大体７６０ｔｏｒｒ）に露出されており、ハウジングを有していないことすらあり得る。
【００２２】
具体的な用途としては、本発明の好ましい第１の記載の特徴と第２の記載の特徴とを組み合わせることもできるし、又は第１の記載の特徴と第３の記載の特徴とを組み合わせることもできる。このように組み合わされた諸特徴を有しているＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ１０は、エンクロージャ１２内の第１の真空を利用してＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４からの空気伝達による音響伝達を低減させると共に、絶縁マウント・アセンブリッジ３０を利用してＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４からの固体伝達による音響伝達を低減させることにより、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４の雑音を低減させる。ここで銘記しておくと、ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ１４及び絶縁マウント・アセンブリッジ３０は、第１の真空にあるエンクロージャ１２内に配設されており、絶縁マウント・アセンブリ３０は、剛性支持体３４及び支持フランジ３８を介して、エンクロージャ１２によって支持されている。
【００２３】
本発明の以上のいくつかの好ましい記載は、説明の目的で掲げられている。これは、開示された厳密な形態として発明を網羅したり限定したりすることを意図しているのではなく、明らかに、以上の教示に照らして、多くの改変及び変形を行うことが可能である。本発明の要旨は、特許請求の範囲によって定義されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリの断面側面の概略図である。
【図２】図１のＭＲＩスキャナ・サブアセンブリを図１の線２−２に沿って切断した断面の概略図である。
【符号の説明】
１０  ＭＲＩスキャナ・サブアセンブリ
１２  エンクロージャ
１４  ＭＲＩ勾配コイル・アセンブリ
１６  ハウジング
１８  ＭＲＩ超伝導主コイル
２０  軸線
２２  エンクロージャの外壁
２４  ハウジングの内壁
２６  エンクロージャの内壁
２８  吸音材料
３０  絶縁マウント・アセンブリッジ
３２  ゴム弾性絶縁マウント
３４  剛性支持体
３６  ばね式絶縁マウント
３８  支持フランジ
【図１】
0004097307.tif 000002
【図２】
0004097307.tif 000003