(57)【要約】  磁気共鳴撮像システムにおける使用のための空気換気装置であって、当該空気換気装置は、電気モータ駆動のファン３０と、少なくとも１つの空気取入開口３６と少なくとも１つの空気吹出開口３８とを有するファンハウジング３４であって、少なくとも１つの空気取入開口３６と少なくとも１つの空気吹出開口３８との間でファン３０がファンハウジング３４の内部に配置されるファンハウジング３４と、少なくとも１つの空気吹出開口３８に接続される少なくとも１つの換気ダクト４０と、を含み、ファンハウジング３４は、所定の振幅関係パラメータを超える放射スペクトルの最大周波数よりも大きいカットオフ周波数ｆｃを有する電磁波を搬送するための、開放端の導波路２４としてデザインされ、導波路２４の一方の端は、少なくとも１つの空気取入開口３６としての機能を果たし、導波路２４の反対側の端は、少なくとも１つの空気吹出開口３８としての機能を果たす、空気換気装置、及び、対象被験者から磁気共鳴撮像を得るためのスキャナユニット１０と、斯様な空気換気装置の実施形態とを含む、磁気共鳴撮像システムに関する。
2017525409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像システムにおける使用のための空気換気装置であって、当該空気換気装置は、
動作中に、放射スペクトルを形成する電磁干渉信号を生成する、電気モータ駆動のファンと、
少なくとも１つの空気取入開口と少なくとも１つの空気吹出開口とを有するファンハウジングであって、前記少なくとも１つの空気取入開口と前記少なくとも１つの空気吹出開口との間で前記ファンが当該ファンハウジングの内部に配置され、少なくとも１つの動作状態において、前記少なくとも１つの空気取入開口を通じて空気を取り込み、当該空気を前記少なくとも１つの空気吹出開口に向かって搬送する、ファンハウジングと、
少なくとも１つの動作状態において、前記少なくとも１つの空気吹出開口に接続され、前記磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットの少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続可能である、流体接続として設けられる少なくとも１つの換気ダクトと、
を含み、
前記ファンハウジングは、所定の振幅関係パラメータを超える放射スペクトルの最大周波数よりも大きいカットオフ周波数を有する電磁波を搬送するための、開放端の導波路としてデザインされ、前記導波路の一方の端は、前記少なくとも１つの空気取入開口としての機能を果たし、前記導波路の反対側の端は、前記少なくとも１つの空気吹出開口としての機能を果たす、
空気換気装置。
【請求項２】
前記導波路は、当該導波路の伝播方向に垂直に配置される平面において、当該導波路の前記伝播方向に沿った少なくとも１つの連続した部分で、均一な断面領域を有する、請求項１に記載の空気換気装置。
【請求項３】
前記伝播方向に沿った前記導波路の長さと、前記伝播方向に垂直な前記導波路の最大寸法との比率は、２〜１０の間の範囲内にある、請求項１又は２に記載の空気換気装置。
【請求項４】
前記導波路の前記均一な断面領域は、長方形、円形、又は楕円形の形状のうちの１つである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項５】
前記導波路は、非金属材料から作られ、前記導波路の内部表面は、導電性被覆で被覆されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項６】
前記空気換気装置は、無線周波数シールドルーム内に、前記磁気共鳴撮像システムの前記スキャナユニットと共に配置され、前記少なくとも１つの換気ダクトは、前記スキャナユニットの前記少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項７】
前記導波路は、前記無線周波数シールドルームに電気的に結合される、請求項６に記載の空気換気装置。
【請求項８】
前記ファンハウジングは、前記ファンに電気を提供するための少なくとも１つの導線を受けるための少なくとも１つの無線周波数フィードスルーを含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項９】
対象の被験者から磁気共鳴撮像を得るためのスキャナユニットと、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の空気換気装置と、
を含む、磁気共鳴撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮像システムにおける使用のための空気換気装置、及び斯様な空気換気装置を含む磁気共鳴撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像の分野では、患者、又は磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットの他の部分を冷却するためのファンを有する空気換気システムを使用することが知られている。空気等の冷媒を循環させて、磁気共鳴撮像システムの円筒状の患者ボアを冷却するための冷却システムは、例えば米国特許出願公開第２００５／００３００２８Ａ１号に説明されている。米国特許出願公開第２００９／０１３４８７５号は、ＲＦコイルの回路素子の冷却空気を循環させるためのダクト及びファンを有する、磁気共鳴撮像システムのための冷却ユニットを開示している。ファンの電気系統がＲＦコイルによって受信される信号に影響を及ぼすことを回避するために、ファンはシールドルームの外部に設けられている。
【０００３】
効率性を考慮すると、中にスキャナユニットが通例設置される無線周波数シールドルームの内部にファンを配置することが好ましい。斯様な配置では、例えばファンの周りに無線周波数シールドを設置することによって、電磁干渉（ＥＭＩ）の影響を受けやすいスキャナユニットの電子機器と動作中のファンとの間のＥＭＩを回避するための対策が講じられなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線周波数シールドルームの内部に、磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットと共に空気換気装置の空気ファンが配置される磁気共鳴撮像システムにおいて、空気換気装置によって引き起こされる許容最大限の電磁干渉に関する要件を満たすための労力を低減させることが望ましい。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、効率的に機能し、且つ単純化された空気換気装置であって、動作中の空気換気装置によって生成される電磁信号からの電磁干渉を効率的に低減するか、又は回避することもできる、空気換気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様では、当該目的は、磁気共鳴撮像システムにおける使用のための空気換気装置であって、当該空気換気装置は、
‐動作中に、放射スペクトルを形成する電磁干渉信号を生成する、電気モータ駆動のファンと、
‐少なくとも１つの空気取入開口と少なくとも１つの空気吹出開口とを有するファンハウジングであって、当該少なくとも１つの空気取入開口と少なくとも１つの空気吹出開口との間でファンが当該ファンハウジングの内部に配置され、少なくとも１つの動作状態において、少なくとも１つの空気取入開口を通じて空気を取り込み、当該空気を少なくとも１つの空気吹出開口に向かって搬送する、ファンハウジングと、
‐流体接続として設けられる少なくとも１つの換気ダクトであって、少なくとも１つの動作状態において、少なくとも１つの空気吹出開口に接続され、磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットの少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続可能である、少なくとも１つの換気ダクトと、
を含む、空気換気装置によって達成される。
【０００７】
ファンハウジングは、所定の振幅関係パラメータを超える放射スペクトルの最大周波数よりも大きいカットオフ周波数を有する電磁波、特に無線周波数波のための開放端の導波路としてデザインされる。導波路の一方の端は、少なくとも１つの空気取入開口としての機能を果たし、導波路の反対側の端は、少なくとも１つの空気吹出開口としての機能を果たす。
【０００８】
本願で用いられるとき、「無線周波数波」との語句は、特に、３０ｋＨｚ〜３００ＭＨｚの間の周波数範囲の電磁波を含むものと理解されたい。
【０００９】
導波路は、電磁波の周波数が導波路のカットオフ周波数よりも大きいことを条件に、当該導波路の端点間で電磁波を搬送するためにデザインされる。周波数がカットオフ周波数よりも低い電磁波は、導波路の内部を伝播することができない。電磁波の振幅は、非常に効率的に、すなわち指数関数的に、伝播方向において減衰される。つまり、導波路は、カットオフ周波数がハイパス特性のエッジに適用されるハイパスフィルタとしての機能を果たす。例えば、カットオフ周波数を下回る減衰は、３ｄＢ、３０ｄＢ、又は１００ｄＢに設定される。
【００１０】
この態様で、空気取入開口においてファンによって取り込まれた空気を、空気吹出開口ハウジングに向かって誘導するファンハウジングの機能と、動作中にファンによって生成される電磁干渉信号を、ＥＭＩの影響を受けやすいスキャナユニットの電子機器に干渉しないように、空気換気装置の１つの部材、すなわち開口端の導波路内に封じ込める機能との組合せが達成され得る。空気換気装置の構成要素の数が低減されて構造が単純化され、重量、スペース、及びコストを節約できる。
【００１１】
好ましい実施形態では、導波路は、当該導波路の誘導方向に垂直な平面において、当該導波路の誘導方向に沿った少なくとも１つの連続した部分で、均一な断面領域（断面積）を有する。これにより、所望の空気流量での最大許容圧力降下、及び生成される電磁干渉信号の最小限の所望の減衰に関する要件を満たすデザインパラメータが容易に決定され得る。
【００１２】
導波路のカットオフ周波数よりも低い周波数の電磁波が指数関数的に減衰されるときに、動作中にファンによって生成される電磁干渉信号の十分な減衰は、伝播方向に沿った導波路の長さと、伝播方向に垂直な導波路の最大寸法との比率が、２〜１０の間の範囲内にあるようにデザインされる場合に達成される。
【００１３】
一般的に、導波路の均一な断面領域は、任意の形状を有してよい。好ましくは、均一な断面領域は、例えば三角形又は長方形といった正多角形状、円形状、又は楕円形状のうちの１つである。任意のこれらの形状の断面領域を有する導波路に対して、カットオフ周波数は、いかなる実験も実行する必要なく、理論的考察から容易に得られる。更に、長方形又は円形の断面領域の導波路は広く用いられており、ひいては広範囲の周波数に対して市販品を利用可能である。
【００１４】
例えば、長方形の断面領域を有する導波路に対して、周波数は、式
【数１】
2017525409.tif 000003
によって容易に決定されることができ、この式において、ａは長方形の長辺を示し、ｃ０は真空中の光の速度を示す。
【００１５】
０．３ｍの長辺を有する長方形の導波路に対して、５００ＭＨｚのカットオフ周波数が得られ、動作中にファンによって生成される、周波数が５００ＭＨｚのカットオフ周波数を下回るいかなる電磁干渉信号も、伝播方向に沿って指数関数的に減衰される。
【００１６】
別の好ましい実施形態では、導波路は非金属材料から作られ、導波路の内部表面は、導電性被覆で被覆されている。当業者に明らかであるように、表皮効果のために、電磁波の電磁場は、侵入深さとして知られているパラメータによって特徴付けられる範囲までしか材料内へ侵入することができない。通常の表皮効果の形態では、侵入深さδは
【数２】
2017525409.tif 000004
によって与えられ、この式において、σは材料の導電率であり、ωは角周波数２πｆであってｆは電磁波の周波数であり、μ０は１．２５７・１０−６Ｖｓ／Ａｍの磁気定数を示す。
【００１７】
例えば、銅層（σ＝５．６・１０７（Ωｍ）−１）及び３００ｋＨｚの周波数の電磁波に対し、表皮深さは約１２５μｍである。銅層が少なくとも０．５ｍｍ（＝４・δ）の厚さである場合、特定の周波数の電磁波の侵入に関し、銅のバルク材料との顕著な違いはほとんどない。
【００１８】
したがって、導波路の内部表面における導電性被覆の厚さは、式（２）を用いることによって、動作中にファンによって生成される電磁干渉信号を減衰させるための要件に従ってデザインされ得る。導電性被覆のための好ましい材料は、銅及びアルミニウムである。導波路のために例えばプラスチック材料といった非金属材料を用いることによって、及び導波路を導電性被覆で被覆することによって、ファンハウジングの重さがかなり低減されると同時に、動作中にファンによって生成される電磁干渉信号を封じ込めることに関する有利な特性が保たれる。
【００１９】
一実施形態では、導電性被覆は、非金属材料に付着する導電性塗料を塗布することによって調製される。一実施形態では、導電性被覆は、非金属材料に取り付けられる導電性フォイルを含む。一実施形態では、導電性被覆は、プラスチック材料と導電性金属又は炭素繊維とを含む複合材料を含む。原則として、導電性被覆は当業者にとって適切と思われる任意の材料を含んでよい。
【００２０】
本発明の別の態様では、本明細書に開示される任意の空気換気装置の実施形態又はこれらの組合せは、無線周波数シールドルーム内に、磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットと共に配置され、少なくとも１つの換気ダクトは、スキャナユニットの少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続される。
【００２１】
一実施形態では、導波路は、無線周波数シールドルームに電気的に結合される。この態様では、導波路は規定された安定した電位を有し、無線周波数シールドルームに対する容量結合のおかげで、ファンハウジングの電位のシフトが防止される。一実施形態では、無線周波数シールドルームはグランドに接続される。
【００２２】
別の好ましい実施形態では、ファンハウジングは、ファンに電気を提供するための少なくとも１つの導線を受けるための少なくとも１つの無線周波数フィードスルーを含む。無線周波数フィードスルーの実施形態は、当業者にとって一般的である。例えば、無線周波数フィードスルーは、キャパシタンスの機能が高周波に対して電気的グランドへの短絡を提供することである当該キャパシタンスを含む。この態様で、動作中にファンによって生成される電磁干渉信号の電線を介した伝播が防止される。
【００２３】
本発明の更に別の態様では、対象被験者から磁気共鳴撮像を得るためのスキャナユニットを含む磁気共鳴撮像システムが提供され、当該磁気共鳴撮像システムは、本明細書に開示される任意の空気換気装置の実施形態又はこれらの組合せを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して解明されるであろう。しかしながら、斯様な実施形態は必ずしも本発明の完全な範囲を示すものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するために、請求項及び本明細書が参照される。
【００２５】
【図１】無線周波数シールドルーム内に、磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットと共に配置される本発明による空気換気装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明による空気換気装置の概略図である。空気換気装置は、磁気共鳴撮像システムにおける使用に適合され、電気的接地接続１８を備える無線周波数シールドルーム１６内に、磁気共鳴撮像システムのスキャナユニット１０と共に配置される。スキャナユニット１０は、普及しているボアタイプの磁気共鳴スキャナのうちの１つである。磁気共鳴撮像を得るために内部に対象被験者を位置決めするように、スキャナユニットのマグネットのボアの内部に検査空間１２が設けられる。スキャナユニット１０は、空気換気装置から空気を受けるための空気換気吸気ポート１４を含む。空気換気吸気ポート１４は、受けた空気を、特に検査空間１２及びスキャナユニット１０の勾配コイル（示されていない）に分配するために、スキャナユニット１０の内部に配置されるマニホールド（連結管）（示されていない）に接続される。
【００２７】
空気換気装置は、動作中に、放射スペクトルを形成する電磁干渉信号を生成する、電気モータ駆動のファン３０を含む。ＥＭＩの影響を受けやすいスキャナユニット１０の電子機器（示されていない）に電磁干渉信号が干渉しないことを保証する、放射スペクトルのパワースペクトル密度（Ｗ・Ｈｚ−１／２で表される）によって与えられる許容最大限の振幅関係パラメータが、予め規定される。所定の許容最大限のパワースペクトル密度に達するか、又はこれを超える放射スペクトルの最大周波数は、約１ＭＨｚである。
【００２８】
更に、空気換気装置は、空気取入開口３６と空気吹出開口３８とを有するファンハウジング３４を含む。ファン３０は、空気取入開口３６と空気吹出開口３８との間でファンハウジング３４の内部に配置され、動作のアクティブ状態において、空気取入開口３６を通じて空気を取り込み、当該空気を空気吹出開口３８に向かって搬送する。ファン３０はファンハウジング３４内に、ファンハウジング３４の内部の空気取入開口３６から空気吹出開口３８までの方向において空気がファン３０を迂回できないように設置される。例えば蛇腹型ホースによって形成される可撓性換気ダクト４０が、流体接続として設けられ、動作可能状態において、可撓性換気ダクト４０の一方の端を用いて空気吹出開口３８と接続され、可撓性換気ダクト４０の反対側の端を用いて磁気共鳴撮像システムのスキャナユニット１０の空気換気吸気ポート１４に接続される。
【００２９】
ファンハウジング３４は、電磁波を搬送するための導波路２４の開放端のピースとしてデザインされる。開放端の導波路２４の一方の端は、空気取入開口３６としての機能を果たし、開放端の導波路２４の反対側の端は、空気吹出開口３８としての機能を果たす。電磁波の伝播方向２８に垂直に配置される平面において、導波路２４は、伝播方向２８での導波路２４の全伸長に沿って、円形状の均一な断面領域を有する。図１では、図面平面内に伝播方向２８がある。
【００３０】
導波路２４は、主に非金属材料、特にプラスチック材料から作られ、したがって軽量である。導波路２４の全内部表面は、導電性被覆として２ｍｍの厚さの銅箔２６で銅被覆されている。導電性被覆は、大きな無線周波数に対しても導波路２４に接地電位を確実に提供するように、低インダクタンスを有する銅のスタッド２０によって、無線周波数シールドルーム１６に電気的に結合される。
【００３１】
ファンハウジング３４は、ファン３０に電気を提供するための１つの導線３２１、３２２を各々受けるための、２つの無線周波数フィードスルー２２１、２２２を具備する。ファンハウジング３４にある無線周波数フィードスルー２２１、２２２は、銅箔２６に電気的に接続される。同様に、無線周波数シールドルーム１６は、２つの導線３２１、３２２を受けるための２つの無線周波数フィードスルー２２３、２２４を含む。フィードスルー２２３、２２４は、無線周波数シールドルーム１６に電気的に接続される。
【００３２】
導波路２４の円形状の均一な断面領域は、２００ｍｍの直径ｄを有する。伝播方向２８に沿った導波路２４の長さと、伝播方向２８に垂直な導波路２４の直径との比率は、２〜１０の間の範囲内であるようにデザインされ、特には約２．８である。
【００３３】
円形状の導波路に対して、導波路２４の内部を伝播することのできる任意の電磁波の最低周波数であるカットオフ周波数ｆｃは、
【数３】
2017525409.tif 000005
によって与えられ、約８８０ＭＨｚの導波路２４のカットオフ周波数ｆｃがもたらされる。
【００３４】
したがって、導波路２４のカットオフ周波数ｆｃは、パワースペクトル密度によって形成される所定の振幅関係パラメータを超える放射スペクトルの最大周波数（１ＭＨｚ）よりもかなり大きい。したがって、動作中にファン３０によって生成される電磁干渉信号は、導波路２４の伝播方向２８において指数関数的に減衰され、導波路２４を出るときに、ＥＭＩの影響を受けやすいスキャナユニット１０の電子機器とのいかなる許容されない干渉も引き起こし得ない。
【００３５】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示され説明されたが、斯様な例示及び説明は、例示的又は典型的であると考えられるべきであり、限定と考えられるべきではなく、本発明は、開示された実施形態に限定されない。当業者によって、特許請求された発明を実施するにあたり、図面、明細書、及び添付の請求項の研究から、開示された実施形態の他のバリエーションが理解され達成されることができる。請求項で、「含む」の文言は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを意味するわけではない。請求項のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００３６】
１０  スキャナユニット
１２  検査空間
１４  空気換気吸気ポート
１６  無線周波数シールドルーム
１８  電気的接地接続
２０  銅のスタッド
２２  フィードスルー
２４  導波路
２６  銅箔
２８  伝播方向
３０  ファン
３２  導線
３４  ファンハウジング
３６  空気取入開口
３８  空気吹出開口
４０  換気ダクト
ｄ    導波路の直径
ｆｃ  カットオフ周波数
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月26日(2017.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像システムにおける使用のための空気換気装置であって、当該空気換気装置は、
動作中に、放射スペクトルを形成する電磁干渉信号を生成する、電気モータ駆動のファンと、
少なくとも１つの空気取入開口と少なくとも１つの空気吹出開口とを有するファンハウジングであって、前記少なくとも１つの空気取入開口と前記少なくとも１つの空気吹出開口との間で前記ファンが当該ファンハウジングの内部に配置され、少なくとも１つの動作状態において、前記少なくとも１つの空気取入開口を通じて空気を取り込み、当該空気を前記少なくとも１つの空気吹出開口に向かって搬送する、ファンハウジングと、
少なくとも１つの動作状態において、前記少なくとも１つの空気吹出開口に接続され、前記磁気共鳴撮像システムのスキャナユニットの少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続可能である、流体接続として設けられる少なくとも１つの換気ダクトと、
を含み、
前記ファンハウジングは、前記磁気共鳴撮像システムのＥＭＩの影響を受けやすい電子機器との電磁干渉を回避するために、所定の振幅関係パラメータを超える放射スペクトルの最大周波数よりも大きいカットオフ周波数を有する電磁波を搬送するための、開放端の導波路としてデザインされ、
前記導波路の一方の端は、前記少なくとも１つの空気取入開口としての機能を果たし、前記導波路の反対側の端は、前記少なくとも１つの空気吹出開口としての機能を果たす、
空気換気装置。
【請求項２】
前記導波路は、当該導波路の伝播方向に垂直に配置される平面において、当該導波路の前記伝播方向に沿った少なくとも１つの連続した部分で、均一な断面領域を有する、請求項１に記載の空気換気装置。
【請求項３】
前記伝播方向に沿った前記導波路の長さと、前記伝播方向に垂直な前記導波路の最大寸法との比率は、２〜１０の間の範囲内にある、請求項１又は２に記載の空気換気装置。
【請求項４】
前記導波路の前記均一な断面領域は、長方形、円形、又は楕円形の形状のうちの１つである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項５】
前記導波路は、非金属材料から作られ、前記導波路の内部表面は、導電性被覆で被覆されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項６】
前記ファンハウジングは、前記ファンに電気を提供するための少なくとも１つの導線を受けるための少なくとも１つの無線周波数フィードスルーを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の空気換気装置。
【請求項７】
対象の被験者から磁気共鳴撮像を得るためのスキャナユニットと、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の空気換気装置と、
を含む、磁気共鳴撮像システム。
【請求項８】
前記磁気共鳴撮像システムは無線周波数シールドルーム内に前記スキャナユニットを有し、前記空気換気装置は、前記スキャナユニットの少なくとも１つの空気換気吸気ポートに接続される前記少なくとも１つの換気ダクトと共に配置される、請求項７に記載の磁気共鳴撮像システム。
【請求項９】
前記導波路は、前記無線周波数シールドルームに電気的に結合される、請求項８に記載の磁気共鳴撮像システム。
【国際調査報告】
2017525409.tif 000007
2017525409.tif 000008
2017525409.tif 000009