(57)【要約】  全身ＭＲＩスキャナ又は専用のヘッドオンリーＭＲＩシステムに使用できる極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ。頭部専用ＭＲＩシステム用の超伝導主磁石システムもまた提供され、ヘッドオンリーＭＲＩシステムは、かかる超伝導主磁石及び極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを有するのがよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部磁気共鳴イメージングのためのシステムであって、
共通長手方向軸線に対して同軸であるように構成された、高温超伝導コイルの第１及び第２のコイル組を備え、
前記第１のコイル組は、内側半径を有すると共に人体の頭部及び頸部を覆うように前記共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、前記第２のコイル組は、内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように前記共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含み、前記第２のコイル組の前記内側半径は、前記第１のコイル組の前記内側半径よりも大きく、
前記第１及び前記第２のコイルは、前記第１の領域内に位置決めされたときに個人の頭部の関心のある領域を画像化することができるよう前記第１の領域中に一様な磁界を生じさせるよう構成されている、システム。
【請求項２】
各コイルの長手方向位置及び広がり、ターンの数及び電流方向は、頭部画像化のために前記第１の領域内に１〜１０ｐｐｍの一様な磁界を生じさせるよう設計されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のコイル組は、２５〜３０ｃｍの内側半径を有すると共に前記共通長手方向軸線に沿って４０〜６０ｃｍの長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、前記第２のコイル組は、３０〜４０ｃｍの内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように前記共通長手方向軸線に沿って１５〜２５ｃｍの長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記人間の胴体の前記一部分は、肩を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
約１０-6〜１０-12Ｔｏｒｒの圧力状態にある二重壁気密封止高真空ジャケットを有する真空断熱ハウジングを更に有し、前記ジャケットは、１０-3〜１０-6Ｔｏｒｒの圧力状態にある低真空空間を包囲し、前記高温超伝導コイルは、前記低真空空間内に設けられている、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記低真空空間内の温度は、約７７Ｋ〜８０Ｋである、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記高温超伝導コイルは、ＹＢａＣｕＯ、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ、ＴｌＢｉＣａＣｕＯ及びＭｇＢ2から成る群から選択された少なくとも１つの超伝導材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つのコイルは、コイルの残部に対して逆方向に電流を流すよう巻かれている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記共通長手方向軸線を包囲すると共に前記第１及び前記第２のコイルと同軸の遮蔽コイルを更に有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記遮蔽コイルは、前記第１及び前記第２の領域の長さにわたって延びている、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記遮蔽コイルの半径は、６０〜７０ｃｍである、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記磁界の強度は、約３．０〜５．０Ｔである、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の領域の長さ及び前記第２の領域の長さは、それぞれ、１０〜２０ｃｍ及び２０〜３０ｃｍである、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１のコイル組及び前記第２のコイル組の前記内側半径は、それぞれ、１０〜２０ｃｍ及び２０〜３０ｃｍである、請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
遮蔽コイルを更に有し、前記第１のコイル組は、６つのコイルから成り、前記第２のコイル組は、２つのコイルから成り、前記第１のコイル、前記第２のコイル及び前記遮蔽コイルの寸法及び電流方向は次の表に記載されている通りであり、前記第１の組をなすコイルは、コイル番号１〜６として特定され、前記第２の組をなすコイルは、コイル番号７及び８として特定され、前記遮蔽コイルは、コイル番号９として特定され、Ｒ１は、内側半径を表し、Ｒ２は、外側半径を表し、Ｚ１は、第１の長手方向位置を表し、Ｚ２は、第２の長手方向位置を表し、Ｊは、電流方向を正（＋）又は負（−）として特定している、請求項１記載のシステム。
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【請求項１６】
前記共通長手方向軸線に対して同軸に設けられると共に個人の頭部が画像化のために位置決めされている前記第１の領域内に生じた高周波信号を少なくとも受け取るよう構成された超伝導高周波ヘッドコイルアレイモジュールを更に有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記ヘッドコイルアレイは、前記共通長手方向軸線の周りに方位的に設けられた複数個の高温超伝導コイルを含む、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
極低温冷却可能に構成された超伝導高周波コイルアレイモジュールであって、
二重壁気密封止ジャケットを備えた真空断熱ハウジングを有し、前記ジャケットは、（ｉ）真空条件下で気密封止内部空間を包囲すると共に（ｉｉ）前記気密封止内部空間から独立していると共に真空条件に合わせて排気されるよう構成された内部チャンバ領域を実質的に包囲し、
前記内部チャンバ領域内に設けられた複数個の超伝導体高周波コイルを有し、各高周波コイルは、磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴スペクトロスコピーのうちの少なくとも一方のために高周波信号の発生及び受信のうちの少なくとも一方を行うよう構成され、前記内部チャンバ領域内に前記超伝導高周波コイルと熱的接触関係をなして設けられた少なくとも１つのサーマルシンク部材を有し、少なくとも前記サーマルシンク部材を極低温冷却するよう構成されたポートを有する、モジュール。
【請求項１９】
前記ポートは、前記少なくとも１つのサーマルシンク部材に熱的に結合された冷凍機に結合されている、請求項１８記載のモジュール。
【請求項２０】
前記ポートへの前記冷凍機の前記結合は、前記内部チャンバ領域が真空条件下にあるように前記内部チャンバ領域の封止を可能にする、請求項１９記載のモジュール。
【請求項２１】
前記気密封止ジャケットは、前記内部チャンバ領域と同一の広がりを有すると共に前記内部チャンバ領域と実質的に同一の真空条件に合わせて排気されるよう構成された内部空間を有するチャンバに密封的に接合され、前記ポートは、前記チャンバ内に設けられている、請求項１８記載のモジュール。
【請求項２２】
前記チャンバは、真空下にある気密封止壁内キャビティを包囲した二重壁チャンバとして構成されている、請求項２１記載のモジュール。
【請求項２３】
前記ポートは、前記少なくとも１つのサーマルシンク部材に熱的に結合された冷凍機に結合されている、請求項２１記載のモジュール。
【請求項２４】
前記ポートへの前記冷凍機の前記結合は、前記内部チャンバ領域が真空条件下にあるように前記内部チャンバ領域の封止を可能にする、請求項２３記載のモジュール。
【請求項２５】
前記チャンバは、二重壁ステンレス鋼チャンバである、請求項２１記載のモジュール。
【請求項２６】
前記気密封止内部空間は、約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの真空圧力を有する真空条件下にあり、前記内部チャンバ領域は、約１０-2〜約１０-6Ｔｏｒｒの真空圧力を有する真空条件下にある、請求項２１記載のモジュール。
【請求項２７】
前記チャンバは、約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの真空圧力を有する真空条件下にある気密封止壁内キャビティを包囲した二重壁チャンバとして構成されている、請求項２６記載のモジュール。
【請求項２８】
前記気密封止内部空間は、約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの真空圧力を有する真空条件下にあり、前記内部チャンバ領域は、約１０-2〜約１０-6Ｔｏｒｒの真空圧力を有する真空条件下にある、請求項１８記載のモジュール。
【請求項２９】
各高周波コイルは、各々が前記冷凍機と熱的接触状態にある前記サーマルシンク部材のうちの別のものと直接的な熱接触状態にある前記サーマルシンク部材の各々とそれぞれ直接的な熱的接触状態にある、請求項１８記載のモジュール。
【請求項３０】
前記高周波コイルは、共通長手方向軸線に沿って実質的に共通の変位量のところで前記共通長手方向軸線の周りに方位的にずらして設けられた少なくとも８つの高周波コイルから成り、前記高周波コイルは、前記高周波コイルにより包囲された領域を画像化するよう構成されている、請求項１８記載のモジュール。
【請求項３１】
前記高周波コイルの各々は、高周波信号を受け取るが、該高周波信号を伝送することがないよう構成されている、請求項１８記載のモジュール。
【請求項３２】
前記超伝導体は、ＨＴＳ材料を含む、請求項１８記載のモジュール。
【請求項３３】
前記真空断熱ハウジング及び前記高周波コイルは、頭部を画像化するが、全身を画像化することがないよう寸法決めされると共に形作られている、請求項１８記載のモジュール。
【請求項３４】
前記高周波コイルは、共通長手方向軸線に沿って実質的に共通の変位量のところで前記共通長手方向軸線の周りに方位的にずらして設けられた少なくとも８つの高周波コイルから成り、前記高周波コイルは、前記高周波コイルにより包囲された領域を画像化するよう構成されている、請求項３３記載のモジュール。
【請求項３５】
前記高周波コイルアレイモジュールは、主電磁石システムを含むヘッドオンリー磁気共鳴イメージングシステムに用いられるよう寸法決めされると共に形作られ、前記主電磁石システムは、
共通長手方向軸線に対して同軸であるように構成された第１及び第２の組み合わす高温超伝導コイルを有し、
前記第１のコイル組は、内側半径を有すると共に人体の頭部及び頸部を覆うように前記共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、前記第２のコイル組は、内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように前記共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含み、
前記第１及び前記第２のコイルは、前記第１の領域内に位置決めされたときに個人の頭部の関心のある領域を画像化することができるよう前記第１の領域中に一様な磁界を生じさせるよう構成されている、請求項１８記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁気共鳴イメージング及びスペクトロスコピーに関し、特に、超伝導体コンポーネントを採用した磁気共鳴イメージング（画像化）及びスペクトロスコピー機器並びにかかる機器を製造する方法に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は，２００９年４月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／１７１，０７４号の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、かかる参照による引用が許可され又は禁じられてはいない各ＰＣＴ加盟国及び領域の目的上、この記載内容を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
磁気共鳴イメージング又は画像化（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）技術は、世界全体にわたって大規模医療機関において今日一般的に用いられており、かかる技術により、医療の実務において多大且つ特有の利益が得られている。ＭＲＩは、構造及び解剖学的特徴を画像化する確固たる診断ツールとして開発されたが、かかるＭＲＩは、機能的活動及び他の生物理学的及び生化学的特徴又はプロセス（例えば、血液の流れ、代謝産物／代謝、拡散）を画像化するためにも開発され、これら磁気共鳴（magnetic resonance：ＭＲ）イメージング技術の中には、機能ＭＲＩ（functional MRI）、分光ＭＲＩ又は磁気共鳴分光イメージング（Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging：ＭＲＳＩ）、拡散強調イメージング（diffusion weighted imaging：ＤＷＩ）及び拡散テンソルイメージング（diffusion tensor imaging：ＤＴＩ）と呼ばれるものが知られている。これら磁気共鳴イメージング技術は、病理学的特徴を突き止めてこれを評価すると共に検査対象の組織の健康状態を判定するためのこれらの医学的診断価値に加えて、広い臨床的及び研究的用途を有している。
【０００４】
典型的なＭＲＩ検査中、患者の体（又は試料物体）は、検査領域内に配置され、ＭＲＩスキャナの患者支持体によって支持され、ＭＲＩスキャナでは、実質的に一定且つ一様な一次（主）磁場が一次（主）磁石によって提供される。磁場は、体の中の歳差運動を行っている原子、例えば水素（プロトン）の核磁化を整列させる。磁石内のグラジエントコイル組立体が所与の場所で磁場の僅かな変化を生じさせ、かくして、画像化領域中に共振周波数の符号化をもたらす。高周波（radio frequency：ＲＦ）コイルは、コンピュータ制御下において、パルスシーケンスに従って選択的に駆動されて患者の体内に一時的振動横方向磁化信号を生じさせ、この磁化信号は、ＲＦコイルによって検出され、コンピュータ処理によって、患者の空間位置確認された領域にマップ可能であり、かくして検査中の関心領域（region-of-interest）の画像が得られる。
【０００５】
よく見受けられるＭＲＩ形態では、静的主磁場は、典型的には、ソレノイド磁石装置によって作られ、患者プラットホームは、ソレノイド巻線によって画定された円筒形空間（即ち、主磁石ボア）内に配置される。主磁場の巻線は、典型的には、低温半導体（low temperature superconductor：ＬＴＳ）物質として具体化され、抵抗を減少させるためにかくして、発生する熱の量及び主磁場を作ってこれを維持するのに必要な電力の大きさを最小限に抑えるために液体ヘリウムで過冷却される。既存のＬＴＳ超伝導ＭＲＩ磁石の大部分は、ニオブ‐チタン（ＮｂＴｉ）及び／又はＮｂ3Ｓｎ材料で作られ、これは、クライオスタットにより４．２Ｋの温度まで冷却される。
【０００６】
当業者には知られているように、磁場グラジエントコイルは、一般に、空間中の３本の主要なデカルト軸の各々に沿って線形磁場グラジエントを選択的に提供するよう構成されており、その結果、磁場の大きさは、検査領域内の場所で変化し、関心のある領域内の互いに異なる場所からの磁気共鳴信号の特性、例えば信号の周波数及び位相は、この領域内の位置に従って符号化されるようになっている（かくして、空間位置確認が可能になっている）。典型的には、傾斜（グラジエント）磁場は、電流がコイル状サドル（鞍）又はソレノイド巻線を通って流れることにより作られ、ソレノイド巻線は、主磁場の巻線を収容した大径筒体と同心に且つこの中に嵌め込まれた筒体に取り付けられている。主磁場とは異なり、グラジエント磁場を作るために用いられるコイルは、典型的には、共通の室温銅巻線である。グラジエント強度及び磁場の直線性は、得られる画像の細部の精度と組織化学的性質に関する情報の両方にとって基本的に重要なものである（例えば、ＭＲＳＩにおいて）。
【０００７】
ＭＲＩの利用開始以来、例えば高い空間分解能、高いスペクトル分解能（例えば、ＭＲＳＩに関して）、高いコントラスト及び迅速な収集速度を提供することによりＭＲＩ品質及び能力を向上させる絶え間ない技術的追求が行われている。例えば、画像化（収集）速度の増大は、画像収集中の画像化領域の一時的変化、例えば患者の動き、自然な解剖学的運動及び／又は機能的運動（例えば、心拍動、呼吸、血液の流れ）に起因する変化及び／又は自然な生化学的変化（例えば、ＭＲＳＩ中、代謝によって引き起こされる）により生じる画像化ぶれ又はぼけを最小限に抑える上で望ましい。同様に、例えば分光ＭＲＩにおいては、データを収集するパルスシーケンスが空間情報に加えてスペクトル情報を符号化するので、所望のスペクトル分解能及び空間位置確認を提供するのに十分なスペクトル情報及び空間情報を収集するために必要な時間を最小限に抑えることは、分光ＭＲＩの臨床的実用性及び有用性を向上させる上で特に重要である。
【０００８】
高コントラスト、高分解能及び高収集速度の観点において良好なＭＲＩ画像品質には幾つかの要因が寄与する。画像品質及び収集速度に影響を及ぼす重要なパラメータは、信号対雑音比（signal-to-ratio：ＳＮＲ）である。ＭＲＩシステムの前置増幅器前の信号を増大させることによりＳＮＲを向上させることは、画像品質を向上させる観点で重要である。ＳＮＲを向上させる一手法は、ＳＮＲが磁場の大きさに比例するので、磁石の磁場強度を増大させることである。しかしながら、臨床用途では、ＭＲＩには、磁石の磁場強度に関して上限がある（米国食品医薬品局の現行の上限は、３Ｔ（テスラ））。ＳＮＲを向上させる他の手法では、可能な場合には、視野を減少させ（可能な場合）、試料とＲＦコイルとの間の距離を減少させると共に／或いはＲＦコイルノイズを減少させることによって試料ノイズを減少させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩを改良する絶え間ない技術的努力及び多くの技術的進歩にもかかわらず、例えばコントラストの向上、ＳＮＲの向上、収集速度の高速化、空間及び一時的分解能の向上及び／又はスペクトル分解能の向上を可能にするＭＲＩにおける更にこれまで以上の改良が要望され続けている。
【００１０】
加うるに、ＭＲＩ技術のそれ以上の使用に悪影響を及ぼす大きな要因は、購入と保守の両方に関して高価な磁場システムと関連した高いコストにある。かくして、妥当なコストで製造されると共に／或いは維持可能であり、ＭＲＩ技術をより広く用いることができるようにする高品質ＭＲＩイメージングシステムを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の種々の実施形態は、全身ＭＲＩスキャナ及び／又は専用のヘッドオンリーＭＲＩシステム（本明細書において、「頭部専用ＭＲＩシステム」、「ヘッドオンリーＭＲＩシステム」等ともいう）に使用できる極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを提供する。本発明の幾つかの実施形態は、頭部専用ＭＲＩシステム及び特に頭部専用ＭＲＩシステム用の超伝導主磁石を提供し、この頭部専用ＭＲＩシステムは、幾つかの実施形態においては、本発明の実施形態としての極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを更に有する。
【００１２】
幾つかの実施形態によれば、頭部磁気共鳴イメージングのためのシステムは、共通の長手方向軸線に対して同軸であるように構成された、高温超伝導コイルの第１及び第２のコイル組を有し、第１のコイル組は、内側半径を有すると共に人体の頭部及び頸部を覆うように共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、第２のコイル組は、内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含み、第２のコイル組の内側半径は、第１のコイル組の内側半径よりも大きく、第１及び第２のコイルは、第１の領域内に位置決めされたときに個人の頭部の関心のある領域を画像化することができるよう第１の領域中に一様な磁界を生じさせるよう構成されている。
【００１３】
各コイルの長手方向位置及び広がり、ターンの数及び電流方向は、頭部画像化のために第１の領域内に１〜１０ｐｐｍの一様な磁界を生じさせるよう設計されるのがよい。第１のコイル組は、２５〜３０ｃｍの内側半径を有すると共に共通長手方向軸線に沿って４０〜６０ｃｍの長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含むのがよく、第２のコイル組は、３０〜４０ｃｍの内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように共通長手方向軸線に沿って１５〜２５ｃｍの長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含むのがよく、人間の胴体の一部分は、肩を含むのがよい。
【００１４】
幾つかの実施形態によれば、少なくとも１つのコイルは、コイルの残部に対して逆方向に電流を流すよう巻かれているのがよい。本システムは、共通長手方向軸線を包囲すると共に第１及び第２のコイルと同軸の遮蔽コイルを更に有するのがよく、遮蔽コイルは、第１及び第２の領域の長さにわたって延びるのがよい。
【００１５】
本システムは、共通長手方向軸線に対して同軸に設けられると共に個人の頭部が画像化のために位置決めされている第１の領域内に生じた高周波信号を少なくとも受け取るよう構成された超伝導高周波ヘッドコイルアレイモジュールを更に有するのがよい。かかる高周波ヘッドコイルアレイは、共通長手方向軸線の周りに方位的に設けられた複数個の高温超伝導コイルを含むのがよい。
【００１６】
幾つかの実施形態では、極低温冷却可能に構成された超伝導高周波コイルアレイモジュールであって、二重壁気密封止ジャケットを備えた真空断熱ハウジングを有し、ジャケットは、（ｉ）真空条件下で気密封止内部空間を包囲すると共に（ｉｉ）気密封止内部空間から独立していると共に真空条件に合わせて排気されるよう構成された内部チャンバ領域を実質的に包囲し、内部チャンバ領域内に設けられた複数個の超伝導体高周波コイルを有し、各高周波コイルは、磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴スペクトロスコピーのうちの少なくとも一方のために高周波信号の発生及び受信のうちの少なくとも一方を行うよう構成され、内部チャンバ領域内に超伝導高周波コイルと熱的接触関係をなして設けられた少なくとも１つのサーマルシンク部材を有し、少なくともサーマルシンク部材を極低温冷却するよう構成されたポートを有することを特徴とするモジュールが提供される。ポートは、少なくとも１つのサーマルシンク部材に熱的に結合された冷凍機に結合されるのがよい。
【００１７】
幾つかの実施形態では、各高周波コイルは、各々が冷凍機と熱的接触状態にあるサーマルシンク部材のうちの別のものと直接的な熱接触状態にあるサーマルシンク部材の各々とそれぞれ直接的な熱的接触状態にある。
【００１８】
高周波コイルは、共通長手方向軸線に沿って実質的に共通の変位量のところで共通長手方向軸線の周りに方位的にずらして設けられた少なくとも８つの高周波コイルを含むのがよく、高周波コイルは、高周波コイルにより包囲された領域を画像化するよう構成されている。高周波コイルの各々は、高周波信号を受け取るが、該高周波信号を伝送することがないよう構成されるのがよい。
【００１９】
真空断熱ハウジング及び高周波コイルは、頭部を画像化するが、全身を画像化することがないよう寸法決めされると共に形作られるのがよい。幾つかの実施形態では、高周波コイルアレイモジュールは、主電磁石システムを含むヘッドオンリー磁気共鳴イメージングシステムに用いられるよう寸法決めされると共に形作られ、主電磁石システムは、共通長手方向軸線に対して同軸であるように構成された第１及び第２の組み合わす高温超伝導コイルを有し、第１のコイル組は、内側半径を有すると共に人体の頭部及び頸部を覆うように共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、第２のコイル組は、内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように共通長手方向軸線に沿って所与の長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含み、第１及び第２のコイルは、第１の領域内に位置決めされたときに個人の頭部の関心のある領域を画像化することができるよう第１の領域中に一様な磁界を生じさせるよう構成されている。
【００２０】
当業者であれば理解されるように。上記概要説明及び以下の詳細な説明は、本発明の例示的な説明であり、本発明を制限するものでも本発明によって達成可能な利点を制限するものでもない。加うるに、本発明の上記概要説明は、本発明の幾つかの実施形態を表しており、本発明の範囲に含まれる全ての内容及び実施形態を表すものでもなく網羅的に示しているわけでもない。かくして、本明細書において参照され、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、詳細な説明と一緒になって、本発明の原理を説明するのに役立つ。構造と作用の両方に関する本発明の実施形態の観点、特徴及び利点は、本発明を添付の図面と関連して行われる以下の説明に照らして考慮すると理解されると共に容易に明らかになろう。なお、種々の図全体にわたり、同一の参照符号は、同一又は類似の部分を示している。
【００２１】
構造と作用の両方に関する本発明の実施形態の観点、特徴及び利点は、本発明を添付の図面と関連して行われる以下の説明に照らして考慮すると理解されると共に容易に明らかになろう。なお、種々の図全体にわたり、同一の参照符号は、同一又は類似の部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態としての例示の極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイの概略直交座標図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態としての例示の極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイの概略直交座標図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に従って二重壁ガラスデューアとして具体化されている図１Ａの真空チャンバの壁を概略的に示す図である。
【図３】図１Ａ及び図１Ｂに示された実施形態に対応した超伝導ＲＦヘッドコイルアレイの長手方向軸線に沿った概略断面図であり、真空チャンバが本発明の幾つかの実施形態に従って図２に示されている種々の実施形態としてのデューア１を有している状態を示す図である。
【図４Ａ】本発明の幾つかの実施形態としての超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ（モジュール）の例示の別の具体的構成例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の幾つかの実施形態としての超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ（モジュール）の例示の別の具体的構成例を示す図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態による例示のＭＲＩシステムの概略直交座標図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態に従って熱放射線遮蔽手段を有する例示のＲＦヘッドコイルアレイを概略的に示す図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態としてのヘッドオンリーＭＲＩシステムの超伝導主磁石の概略直交座標図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態としての超伝導主磁石システムのコイルの構成をｚ‐ｒ平面に関して示す図である。
【図９】本発明の幾つかの実施形態に従って図７の例示の実施形態に一致した主磁石コイル構成に関する標準化された電流分布状態を示す図である。
【図１０】本発明の種々の実施形態に従って３Ｔヘッド磁気共鳴イメージングスキャナの例示のコイルパターンを示す図（単位がメートル法に合わせて標準化されたｚ‐ｒ平面で示す図）である。
【図１１】本発明の幾つかの実施形態に従って図１０に示された例示の実施形態に関する磁場分布状態を示すプロット図である。
【図１２】本発明の例示の実施形態に従って図１１の磁場分布状態に関する１ガウス（１Ｇ）、３ガウス（３Ｇ）及び５ガウス（５Ｇ）線のフリンジフィールドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の説明は、（ｉ）全身ＭＲＩスキャナ及び／又は専用ヘッドオンリーＭＲＩシステム（「頭部専用ＭＲＩシステム」、「ヘッドオンリーＭＲＩシステム」等ともいう）に使用できる極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイの種々の実施形態及び（ｉｉ）頭部専用ＭＲＩシステムの種々の実施形態、特に、頭部専用ＭＲＩシステム用の超伝導主磁石の種々の実施形態を開示し、この頭部専用ＭＲＩシステムは、幾つかの実施形態では、本発明の実施形態としての極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを更に有する。
【００２４】
具体的に説明すると、以下の説明を読む当業者によって更に理解されるように、本発明の種々の実施形態としての極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイコイルは、多様な磁気共鳴イメージング及びスペクトロスコピーシステム、例えば従来型銅グラジエントコイルを採用したシステム、超伝導グラジエントコイル（例えば、２００９年４月１日に出願された米国特許出願第１２／４１６，６０６号明細書及び２００９年４月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／１７０，１３５号に開示されている超伝導グラジエントコイル、なお、これら特許文献の各々を参照により引用し、その開示内容全体を本明細書の一部とする）を採用したシステム、全身システム、専用ヘッドオンリーシステム、垂直又は水平に差し向けられた主磁場を有するシステム、開システム又は閉システム等に使用できる。同様に、以下の説明を読む当業者には更に理解されるように、本発明の種々の実施形態としての超伝導主磁石を採用した頭部専用ＭＲＩシステムは、多様な磁気共鳴イメージング及びスペクトロスコピーシステム、例えば従来型銅グラジエントコイルを採用したシステム、超伝導グラジエントコイル（例えば、２００９年４月１日に出願された米国特許出願第１２／４１６，６０６号明細書及び２００９年４月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／１７０，１３５号に開示されている超伝導グラジエントコイル、なお、これら特許文献の各々を参照により引用し、その開示内容全体を本明細書の一部とする）を採用したシステム、従来型（例えば、銅で作られた）ヘッドコイル又はコイルアレイを採用したシステム及び／又は超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを採用したシステム（例えば、本明細書において説明する超伝導ＲＦヘッドコイル実施形態による）等に使用できる。同様に、以下の説明の種々の部分は、患者の構造的検査に使用できるＭＲＩシステムとの関連で説明されているが、本発明の種々の実施形態は、他のモダリティ向きに稼働されると共に／或いは構成された磁気共鳴（ＭＲ）システム、例えば、機能ＭＲＩ、拡散強調及び／又は拡散テンソルＭＲＩ、ＭＲスペクトロスコピー及び／又は分光イメージング等と関連して利用できる。加うるに、本明細書において用いられるＭＲＩという用語は、磁気共鳴分光イメージング、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）並びに核磁気共鳴を利用した任意他のイメージングモダリティを包含する。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態としての例示の極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０の概略直交座標図である。（便宜上且つ参照しやすくするため、しかも更に説明を分かりやすくするため、直交ｘ，ｙ，ｚ座標が、基準系として示されている。）具体的に説明すると、図１Ａは、図１Ｂの基準線１Ａ‐１Ａ′で示されたｘ‐ｙ平面の断面図であり、８つの頂点とＲＦコイル３ａ〜３ｈ（本明細書においてひとまとめに超伝導ＲＦコイル３又はＲＦコイルアレイ３ともいう）の構成例を示しており、各ＲＦコイルは、８つの熱導体５ａ〜５ｈ（例えば、非金属製の熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率の高いセラミック、例えばサファイア又はアルミナ）の各々とそれぞれ熱的接触状態にあり、ＲＦコイル３ａ〜３ｈ及び熱導体５ａ〜５ｈは、真空チャンバ壁２を備えた密閉真空チャンバ内に配置されている。
【００２６】
図１Ｂは、図１Ａの符号１Ｂによって示された方向から見た長手方向軸線（即ち、ｚ軸）沿いの側面図であり、図１Ｂは、超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０の冷却システム、熱導体５ａ〜５ｈの各々と熱的接触状態にある熱導体１５（例えば、非金属製の熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率の高いセラミック、例えばサファイア又はアルミナ）を含む冷却システム、熱導体（シンク）１５と熱的接触状態にある低温ヘッド９及び低温ヘッド９を所望の極低温に維持するよう構成された冷凍機７を含むコンポーネントを示している。しかしながら、説明を分かりやすくするため、図１Ｂは、（ｉ）真空チャンバ壁２を有する真空チャンバ、（ｉｉ）コイル３ｂ，３ｄ及び（ｉｉｉ）熱導体５ｂ，５ｄを示していない（以下の説明（例えば、図３と関連している）から更に理解されるように、図１Ｂは、冷凍機７が収納される真空チャンバ部分をも示していない）。
【００２７】
したがって、図１Ａ及び図１Ｂに示されている超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０の構成では、コイル３ａ〜３ｈは、真空中にあり、熱導体５ａ，５ｂによって冷却され、これら熱導体は、コイルから熱を奪ってこれを極低温クーラ又は冷凍機７に熱的に結合された熱導体／シンク１５に伝える。当業者であれば理解されるように、幾つかの実施形態（例えば、低い、例えば３Ｔ未満又は１．５Ｔ未満等の主磁場具体的構成例）では、熱導体／シンク１５及び／又は場合によっては熱導体５ａ〜５ｈに少量の金属、例えば銅が用いられるのがよい。幾つかの実施形態では、熱導体５ａ〜５ｈは、熱導体／シンク１５と一体に形成されるのがよく、幾つかの実施形態では、熱導体５ａ〜５ｈのうちの１つ又は２つ以上は、機械的に熱導体／シンク１５に接合されて（例えば、エポキシ等を用いて）熱導体／シンク１５との間に良好な熱伝導関係を生じさせる別々の部材である。種々の実施形態では、コイル３ａ〜３ｈは、約４Ｋ〜１００Ｋの温度まで、特に超伝導体の臨界温度よりも低い温度（例えば、幾つかの実施形態では、ＲＦコイル３ａ〜３ｈに用いられる材料としての高温超伝導体（high temperature superconductor：ＨＴＳ）の臨界温度よりも低い温度）まで冷却されるのがよい。
【００２８】
具体的に説明すると、本発明の種々の実施形態によれば、ＲＦコイル要素３ａ〜３ｈの各々は、高温超伝導体（ＨＴＳ）、例えばＹＢＣＯ及び／又はＢＳＣＣＯ等として具体化される（例えば、ＨＴＳ薄膜又はＨＴＳテープを用いて）。ただし、低温超伝導体（ＬＴＳ）を種々の実施形態において用いることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ＲＦコイル３ａ〜３ｈの各々は、基材、例えばサファイア又はアルミン酸ランタン上に施されたＨＴＳ薄膜螺旋コイル及び／又はＨＴＳ薄膜螺旋交差指型コイルである。かかるコイルの設計及び製作は、例えば、マ，他（Ma et al.），「スーパーコンダクティングＲＦコイルズ・フォア・クリニカルＭＲイメージング・アット・ロー・フィールド（Superconducting RF Coils for Clinical MR Imaging at Low Field）」アカデミック・ラジオロジー（Academic Radiology），２００３年９月，第１０巻，第９号，ｐ．９７８‐９８７、ガオ，他（Gao et al.），「シミュレーション・オブ・ザ・センシティビティ・オブ・ＨＴＳコイル・アンド・コイル・アレイ・フォア・ヘッド・イメージング（Simulation of the Sensitivity of HTS Coil and Coil Array for Head Imaging）」，ＩＳＭＲＭ，２００３年，第１４１２号、ファン，他（Fang et al.），「デザイン・オブ・スーパーコンダクティングＭＲＩサーフェス・コイル・バイ・ユージング・メソッド・オブ・モーメント（Design of Superconducting MRI Surface Coil by Using Method of Moment）」，ＩＥＥＥトランス・オン・アプライド・スーパーコンダクティビティ（IEEE Trans, on Applied Superconductivity），２００２年，第１２巻，第２号，ｐ．１８２３‐１８２７、ミラー、他（Miller et al.），「パフォーマンス・オブ・ア・ハイ・テンプリチャー・スーパーコンダクティング・プローブ・フォア・イン・ビボ・マイクロスコピー・アット２．０Ｔ（Performance of a High Temperature Superconducting Probe for In Vivo Microscopy at ２.０ T）」，マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン（Magnetic Resonance in Medicine），１９９９年，第４１号，ｐ．７２‐７９に更に記載されていると共に／或いはこれらの記載内容を考慮して更に理解できる。なお、これら非特許文献の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。したがって、幾つかの実施形態では、超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０は、ＨＴＳ薄膜ＲＦヘッドコイルアレイとして具体化される。
【００２９】
図２に示されているように、本発明の幾つかの実施形態によれば、壁２を有する真空チャンバは、ガラス及び／又は他の非導電性の機械的に強固な材料、例えばＧ１０、ＲＦ４、プラスチック及び／又はセラミックで作られた二重壁デューア（「ジュワー」ともいう）１を有するのがよい。具体的に説明すると、図２は、本発明の幾つかの実施形態に従って二重壁ガラスデューア１として具体化された図１の真空チャンバの壁２を概略的に示している。理解されるように、極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイモジュールの寸法形状は、本発明の種々の具体的構成例に従って設計変更可能である。幾つかの具体的構成例によれば、図２は、例えば頭部画像化専用の磁気共鳴イメージングシステムに使用できる極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイモジュールのガラスデューア部分１を示しており、ガラスデューアコンポーネントは、一例として提供されていると共に更に説明を分かりやすくするために以下の適当な寸法を有するのがよく、即ち、筒体６０の内径、外径、軸方向距離は、それぞれ、２３０ｍｍ、２３６ｍｍ、２５４ｍｍであり、筒体６２の内径、外径、軸方向距離は、それぞれ、２４６ｍｍ、２５２ｍｍ、２５４ｍｍであり、筒体６４の内径、外径、軸方向距離は、それぞれ、２８０ｍｍ、２８６ｍｍ、３１２ｍｍであり、筒体６６の内径、外径、軸方向距離は、それぞれ、２９６ｍｍ、３０２ｍｍ、３３０ｍｍであり、内側底板（円形／円筒形）７４の直径は、２３６ｍｍであり、その厚さは、１２．７ｍｍであり、外側底板（円形／円筒形）７６の直径は、２５２ｍｍであり、その厚さは、１２．７ｍｍであり、リング（環状）６６の内径、外径、厚さ（軸方向厚さ）は、それぞれ、２４６ｍｍ、２８６ｍｍ、１２．７ｍｍであり、リング（環状）６８の内径、外径、厚さ（軸方向厚さ）は、それぞれ、２３０ｍｍ、３０２ｍｍ、１２．７ｍｍであり、リング（環状）７２の内径、外径、厚さ（軸方向厚さ）は、それぞれ、２８０ｍｍ、３０２ｍｍ、１２．７ｍｍである。また、８つの小型スペーサディスク７８のうちの２つが示されており、かかるスペーサディスクは、５ｍｍのおおよその直径を有すると共に内側底板７４と外側底板７６との間に約５ｍｍの隙間を生じさせる高さを有する。この例示の実施形態では、プラグ７０がリング６８に設けられた標準型真空ポートを封止し、デューア内キャビティは、かかるポートを介して排気される。
【００３０】
理解されるように、二重壁デューア１は、種々の仕方で、内部チャンバ（又はキャビティ）４を包囲した連続気密封止ガラスハウジングとして構成されるのがよく、少なくとも低真空条件、幾つかの実施形態によれば、好ましくは、少なくとも高真空条件（例えば、約１０-6Ｔｏｒｒ又はこれ以下の圧力）が内部チャンバ４内に維持される。例えば、幾つかの実施形態によれば、二重壁デューア１は、次のように製作でき、即ち、（ｉ）各々が全体としてＵ字形の壁断面を有する２つの全体として円筒形の（例えば、しかしながら長手方向／円筒形接近方向に対して横方向の断面が六角形である）二重壁構造体を形成し、第１の構造体は、連続ガラス壁部分１ａ（筒体６０，６６、リング６８及びプレート７４を有する）に対応し、第２の構造体は、連続壁部分１ｂ（筒体６２，６４、リング６６及びプレート７６を有する）に対応し、（ｉｉ）全体として円筒形の連続ガラス壁部分１ｂを場合によっては全体として円筒形の連続ガラス壁部分１ａとの間に場合によってはガラススペーサ（例えば、図２にディスク７８として示されている）を用いてかかる壁部分１ａの環状空間内にはめ込み、（ｉｉｉ）壁部分１ａ，１ｂ相互間の開口端部（即ち、後でステンレス鋼チャンバ８に封止可能に取り付けられる端部、これについては図３と関連して以下に更に説明する）をガラス結合し、融着し又は違ったやり方で封止して（例えば、リング７２を開口端部に結合し、融着し又は違ったやり方で密着させることによって）キャビティ４を高真空下に気密封止し、（ｉｖ）図示の標準型真空ポートを介してキャビティ４を高真空状態に排気し、この標準型真空ポートは、所望の真空圧力まで排気後に気密封止される（例えば、キャップ７０を用いて）。真空封止ステップを無数の仕方で実施することができることが理解できよう。例えば、壁部分１ａ，１ｂを真空チャンバ内で互いに接合して密着させるのがよく、或いは、上述したように、壁部分１ａ，１ｂの端部を真空排気ポートとして用いられると共にこのポートを介してキャビティを高真空状態に排気した後に封止される狭い領域を除き、互いに融着させてもよい。種々の実施形態では、二重壁デューア１は、２００８年９月１７日に出願された米国特許出願第１２／２１２，１２２号明細書及び２００８年９月１７日に出願された米国特許出願第１２／２１２，１４７号明細書に記載されている気密封止二重壁構造体（及び真空断熱ハウジング）に従って又はこれに類似した仕方で具体化できる。なお、これら米国特許出願の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００３１】
図３は、図１Ａ及び図１Ｂに示された実施形態に対応した超伝導体（例えばＨＴＳ）を含むＲＦヘッドコイルアレイの長手方向軸線に沿った概略断面図であり、真空チャンバは、図２に示されている種々の実施形態としてのデューア１を有している。図示のように、デューア１は、二重壁ステンレス鋼チャンバ８に封止可能に接合され、このチャンバ８は、冷凍機７が封止可能に取り付けられるフランジを有する。種々の実施形態では、二重壁ステンレス鋼チャンバ８は、内部チャンバ（又はキャビティ）１２を包囲した状態で気密封止され、少なくとも低真空条件及び幾つかの実施形態によれば好ましくは少なくとも高真空条件（例えば、約１０-6Ｔｏｒｒ又はこれ以下の圧力）がこの内部チャンバ１２内に維持される。一例を挙げると、気密封止二重壁デューア１（例えば、ガラス）とステンレス鋼チャンバとの間の接合部は、エポキシ結合、溶接又は他の気密封止フランジ連結方式によって形成されるのがよく、それにより超伝導ＲＦコイル３並びに熱導体５（即ち、５ａ〜５ｈ）及び熱導体１５を収容した内部チャンバ部分６内に少なくとも低真空条件（例えば、約１０-2〜約１０-5Ｔｏｒｒ）を維持するのに十分なシールが構成される。また、一例を挙げると、冷凍機７とステンレス鋼チャンバ８のフランジとの間の真空シールは、Ｏリング又は他の封止機構体（例えば、金属ガスケット／ナイフエッジ連結法）によって構成可能であり、それにより同様に少なくとも低真空条件がＲＦコイル３及び熱導体５，１５を収容した内部チャンバ部分６内に維持される。しかしながら、当業者であれば理解されるように、チャンバ８は、ステンレス鋼以外の材料、例えばアルミニウム又は他の金属若しくは他の非金属材料、例えばガラス、セラミック、プラスチック又はこれら材料の組み合わせで構成でき、かかる他の材料は、デューア１及び冷凍機７に適切に接合可能である。
【００３２】
種々の実施形態では、冷凍機７は、種々の単一段又は多段冷凍機、例えば、ギフォード・マクマホン（Gifford McMahon：ＧＭ）型冷凍機、パルスチューブ（ＰＴ）型冷却機、ジュール‐トムソン（ＪＴ）型冷却機、スターリング（Stirling）型冷却機又は他の冷却機のうちの任意のものとして具体化可能である。種々の変形実施形態では、超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０は、コイル３がクライオジェン（極低温液体）、例えば液体ヘリウム及び液体窒素によって冷却されるよう冷却可能に構成されてもよい。
【００３３】
図示していないが、本発明の種々の実施形態としての極低温冷却型超伝導ＲＦコイルアレイ（例えば、アレイ１０）は、電気信号をアレイに入力したり出力したりするよう（例えば、ＲＦコイルのため、モジュール内に設けることができるセンサ（例えば、圧力センサ及び／又は温度センサ等）の制御及び／又はモニタのために）少なくとも１つの電気的フィードスルー（例えば、スルーチャンバ８）を有することは理解されよう。加うるに、ＲＦコイルの各々のための受信機及び／又は該当する場合には送信機回路（例えば、増幅器及び／又はフィルタ及び／又は適当な整合及び／又は減結合回路）のうちの少なくとも一部分が真空チャンバ内に設けられるのがよいことが理解され、例えば、この一部分は、熱導体５ａ〜５ｈ上にこれと熱的接触関係をなして設けられるのがよく、かかる冷却は、耐ノイズ性を向上させると共に／或いはかかる回路の少なくとも一部分のために超伝導コンポーネントを用いることができるようにする。
【００３４】
上述の説明を考慮して理解されるように、本発明の種々の実施形態によれば、超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０は、受信専用アレイとして具体化され、ＲＦ送信機は、別個のＲＦコイル（図示せず）として具体化され、別個のＲＦコイルは、種々の実施形態では、従来型（例えば、非超伝導、例えば従来型銅ＲＦコイル）ＲＦ送信機コイル又は超伝導ＲＦ送信コイルであるのがよい。かかる別個の送信機コイルは、壁２を有する真空チャンバの外部に（例えば、デューア１の外部に）又は幾つかの実施形態では壁２を有する真空チャンバ内に（例えば、デューア１内に）構成されるのがよい。例えば、ＲＦ送信コイルがＲＦ受信コイルとは別体である１つ又は２つ以上の超伝導ＲＦ送信コイル（例えば、高温超伝導体（ＨＴＳ）ＲＦ送信機）として具体化される場合、幾つかの実施形態では、かかる１つ又は２つ以上の超伝導ＲＦ送信コイルは、熱導体５ａ〜５ｈのうちの１つ又は２つ以上と熱的接触関係をなして配置されるのがよい。
【００３５】
幾つかの実施形態では、超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０は、送信及び受信コイルアレイ（トランシーバアレイ）として具体化されるのがよく、超伝導ＲＦコイル３ａ〜３ｈのうちの１つ又は２つ以上の各々は、ＲＦ信号の送信と受信の両方に用いられる。
【００３６】
本発明の種々の実施形態によれば、超伝導ＲＦコイル要素３ａ〜３ｈのうちの１つ又は２つ以上は、多重共鳴ＲＦコイル要素（例えば、所与の磁場（例えば、３テスラ（Ｔ）にある）でナトリウム及び水素の共鳴を検出するために互いに異なる共鳴周波数を有する２つ又は３つ以上の受信コイルを含む）として具体化されるのがよい。幾つかの実施形態では、超伝導ＲＦコイル要素３ａ〜３ｈの２つ又は３つ以上の要素は、互いに異なる共鳴周波数を有するよう設計されるのがよく、例えば、ＲＦコイル要素３ａ，３ｃ，３ｅ，３ｇは、第１の共鳴周波数（例えば、３Ｔでの水素核の共鳴周波数）に同調可能であり、ＲＦコイル要素３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈは、第２の共鳴周波数（例えば、３Ｔでのナトリウム核の共鳴周波数）に同調されるのがよい。したがって、本発明の種々の実施形態としての超伝導ＲＦヘッドコイルアレイは、同時又は時分割多重化方式で種々の核から磁気共鳴信号を収集するために使用できる。
【００３７】
更に理解されるように、上述の図は、８つのＲＦ受信チャネル（例えば、８つの受信機コイル）を有する超伝導ＲＦヘッドコイルアレイの例示の実施形態を示しているが、本発明の変形実施形態は、８つよりも少ない又はこれよりも多い数の超伝導ＲＦ受信チャネル（例えば、７つ以下又は９つ以上のＲＦ受信機）を有する超伝導ＲＦヘッドコイルアレイから成っていてもよい。
【００３８】
加うるに、上述したように、本発明の幾つかの実施形態によれば、本発明の種々の実施形態としての極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイは、例えば２００９年４月１日に出願された米国特許出願第１２／４１６，６０６号明細書及び２００９年４月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／１７０，１３５号明細書に開示されている超伝導グラジエントコイルを採用した磁気共鳴イメージングシステムに具体化でき、これら特許文献の各々を参照により引用し、その開示内容全体を本明細書の一部とする。幾つかの実施形態では、超伝導グラジエントコイルのうちの１つ又は２つ以上は、超伝導ＲＦコイルと同一の真空チャンバ内に配置されるのがよい（例えば、グラジエントコイルは、コイル３ａ〜３ｈと接触状態にある表面とは反対側の熱導体５ａ〜５ｈの表面と熱的接触状態にあるのがよい）。
【００３９】
次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発明の幾つかの実施形態としての超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ（モジュール）の例示の変形具体的構成例が示されている。具体的に説明すると、図４Ａは、図３の実施形態に関して図示した断面図と類似した長手方向軸線を含む平面で見た断面図を概略的に示す図であり、（例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図３の実施形態のための座標系とほぼ同様に差し向けられた座標系を用いてｘ‐ｚ平面断面で見て）、図４Ｂは、図４Ａの左側から見た平面図又は端面図を全体的に示す図であるが、チャンバ８内の冷凍機７の部分を露出させるようステンレス鋼チャンバ８の破断図又は断面図を示している。理解できるように、図４Ａ及び図４Ｂに示されている実施形態は、図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図３の実施形態とほぼ同じなので、便宜上且つ参照を容易にするために、対応の又は類似の要素を示すために同一の参照符号が用いられている。また、理解できるように、図１Ｂ、図２及び図３に示されている実施形態と図４Ａ及び図４Ｂに示されている実施形態の差を挙げると、前者の実施形態は、冷凍機の近くに配置された端部が閉鎖されるように構成され、後者の実施形態のデューア１及びチャンバ８（例えばエポキシ結合部／封止部１６を介して封止可能に連結されている）は、冷凍機の近くに配置された端部が開放状態であるように構成されている。同様に、図４Ａ及び図４Ｂの開口端設計と関連して、熱伝導性リング２５（円筒形リング）は、各熱導体５ａ〜５ｈ（５ａ及び５ｅが図４Ａに示されている）及び冷凍機７に熱的に結合されており、冷凍機７は、チャンバ８に封止可能に取り付けられている（例えば、Ｏリング密封フランジ１９を介して）。
【００４０】
当業者であれば理解されるように、例えば上述の実施形態で示されている全体として円筒形の形をしたＲＦヘッドコイルアレイモジュールは、例えば実質的に一様な水平磁場を発生させる円筒形のソレノイド主磁石構造体を用いたＭＲＩシステムに用いるのに好適である場合がある。例えば、かかるＭＲＩシステムは、図５に縦断面図で概略的に示されており、このＭＲＩシステムは、図４Ａ及び図４Ｂの超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ（モジュール）に対応した超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ（モジュール）１０を収納すると共にグラジエントコイル１３を更に収納したボアを有する円筒形主磁石１７を有している。しかしながら、理解されるように、極低温冷却型超伝導ＲＦヘッドコイルアレイ１０は、水平磁場を生じさせる円筒形ソレノイド磁石以外の主磁石構成を備えた状態で具体化できると共に／或いは例えば開放磁石構成、例えば垂直磁石又は二重ドーナツ形磁石を備えた状態で具体化できる。また、理解されるように、種々の実施形態によれば、主磁石１７は、全身スキャナの主磁石であってもよく、または専用（例えば、ヘッドオンリー）システムの主磁石（例えば、図７〜図１２と関連して以下に説明する主磁石）であってもよい。
【００４１】
図６は、本発明の幾つかの実施形態に従って熱放射線遮蔽手段を有する例示のＲＦヘッドコイルアレイを概略的に示す図である。具体的に説明すると、図６は、図４Ａに示されたコイルの上半分を示しており、更に、ＲＦコイル３ａ及び非金属製熱導体５ａの低温状態を二重壁ガラスデューアの外壁及びデューアの外部の環境からの放射線による熱から一段と保護するようオプションとして使用される熱放射線スクリーン１７を示している。熱放射線スクリーン１７は、１種類又は２種類以上の材料、例えばフォーム、二次加工品、綿又は他の非金属製の良好な熱不導体又はこれらの組み合わせから構成されるのがよい。
【００４２】
上述したように、上述の実施形態としての超伝導ＲＦヘッドコイルアレイは、全身ＭＲＩスキャナと関連して具体化できるが、かかるＲＦヘッドコイルアレイは、変形例として、専用ヘッドオンリーＭＲＩスキャナに使用できる。本発明の幾つかの実施形態によれば、専用ヘッドオンリースキャナは、以下の図に示されると共に以下の図と関連して説明される実施形態に従って超伝導主磁石を具体化することができる。しかしながら、理解されるように、以下の実施形態に従って超伝導主磁石を採用するＭＲＩスキャナは、種々のＲＦコイル形態（例えば、アレイ、非アレイ型、超伝導、非超伝導等）を採用することができる。ただし、幾つかの実施形態では、上述の実施形態に従って具体化された超伝導ＲＦヘッドコイルアレイを用いてもよい。
【００４３】
図７は、ヘッドオンリーＭＲＩシステムの超伝導主磁石の概略直交座標図であり、超伝導主磁石は、二重壁ハウジング４１及びソレノイド／螺旋コイル４２を有し、図示の被験者が超伝導主磁石内に寝かされ、被験者の頭部は、主磁石の直径敏感性容積部４３内に配置されている。図示のように、二重壁ハウジング４１は、少なくとも低真空条件下にあるが、好ましくは高真空（例えば、１０-6〜１０-12Ｔｏｒｒ）にある気密封止領域４７を包囲すると共に超伝導コイル４２が収納されると共に少なくとも低真空条件（例えば、１０-3〜１０-6Ｔｏｒｒ）下にある内部チャンバ領域４５を包囲している。
【００４４】
具体的に説明すると、幾つかの実施形態によれば、超伝導主磁石は、ヒートパイプ（図示せず）を介して超伝導コイル４２を冷却することができる極低温システム（図示せず）と一体化された真空断熱ハウジング４１（例えば、デューア）及び超伝導コイルと熱的接触状態にあるヒートシンク組立体（図示せず）を有している。超伝導コイルは、高温超伝導体（ＨＴＳ）コイルとして具体化されるのがよく、幾つかの実施形態では、以下の超伝導物質、即ち、ＹＢａＣｕＯ、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ、ＴｌＢｉＣａＣｕＯ及びＭｇＢ2のうちの少なくとも１つを含むのがよい。一例を挙げると、コイルが収納される内部チャンバ領域内の温度は、約７７Ｋ〜８０Ｋであるのがよい。
【００４５】
幾つかの実施形態によれば、図示のように、コイルは、（ｉ）個人の頭部を覆い若しくは包囲し又はこれに隣接して配置されるよう第１の領域に設けられた第１のコイル組、（ｉｉ）第１のコイル組と同軸であり且つ個人の肩又は胴体上部を覆い若しくは包囲し又はこれに隣接して配置されるよう第２の領域に設けられた第２のコイル組として構成され、第１のコイル組の内側半径は、第２のコイル組の内側半径よりも小さく、これらコイルは、個人の頭部の領域中に一様な磁界を生じさせるよう構成される。本明細書の開示内容を考慮すると、当業者によって理解されるように、種々の実施形態では、１組当たりのコイルの数、コイル半径、ターンの数、長手方向位置及び長さ、各コイル中の電流の大きさ及び方向は、所望の磁界強度の分布状態をもたらすよう様々であって良い。本発明の幾つかの実施形態によれば、各コイルの長手方向位置及び広がり、ターンの数及び電流方向は、頭部画像化のために第１の領域内に１〜１０ｐｐｍの一様な磁界を生じさせるよう設計される。
【００４６】
一例を挙げると、第１のコイル組は、２５〜３０ｃｍの内側半径を有すると共に共通長手方向軸線に沿って４０〜６０ｃｍの長さの第１の領域に設けられた少なくとも２つのコイルを含み、第２のコイル組は、３０〜４０ｃｍの内側半径を有すると共に人間の胴体の一部分を覆うように共通長手方向軸線に沿って１５〜２５ｃｍの長さの第２の領域に設けられた少なくとも１つのコイルを含む。種々の変形実施形態では、第１及び第２の領域の長さは、例えば、それぞれ、約２０〜７０ｃｍ及び１０〜４０ｃｍであるのがよく、第１及び第２のコイルの内側半径は、それぞれ、約１０〜４０ｃｍ及び２０〜５０ｃｍであるのがよい。幾つかの実施形態では、第１及び第２の領域の長さは、それぞれ、約１０〜２０ｃｍ及び２０〜３０ｃｍであるのがよい。加うるに、幾つかの実施形態では、第１及び第２のコイルの内側半径は、それぞれ、約１０〜２０ｃｍ及び２０〜３０ｃｍであるのがよい。
【００４７】
一例を挙げると、図８は、本発明の幾つかの実施形態としての例示の実施例に従って、ｚ‐ｒ平面に関し、寸法の単位がメートル（ｍ）で、内側半径が０．２８メートルである第１の組をなすコイル（例えば、図７に示されている４つの最も左側のコイル組に対応する）の長手方向広がりＬ２、内側半径が０．３８メートルである第２の組をなすコイル（例えば、図７に示されている最も右側のコイル組に対応する）の長手方向広がりＬ１及び約０．１メートルであり且つｚ軸に沿って第１の組をなすコイルから第２の組をなすコイルまで（Ｌ２からＬ１まで）移行部から約０．０５メートルだけオフセットしたＤＳＶ４３を示している。
【００４８】
図９は、図７及び図８の例示の実施形態に対応した主磁石コイル構成に関する標準化された電流分布状態を示す図である。図示のように、幾つかの実施形態によれば、少なくとも１つのコイルが他のコイルに対して逆方向に電流を流すよう巻かれている。
【００４９】
図１０は、本発明の種々の実施形態に従って３Ｔ頭部磁気共鳴イメージングスキャナの例示のコイルパターン（ｚ‐ｒ平面で示され、単位は、メートル法に合わせて標準化されている）を示す図である。具体的に説明すると、アクティブな遮蔽コイル５１が外側に配置され、主磁石コイル５２が８つのコイル組を有し、一様な磁場の直径感応体積（diameter-sensitive volume：ＤＳＶ）５３の直径は、約２００ｍｍである（即ち、半径が約０．１メートルである）。遮蔽コイル５１は、例えば約６０〜７０ｃｍの半径を有するのがよい。ただし、特定の具体的構成に応じて他の半径の採用が可能である。非限定的な一例を挙げると、以下の表は、図１０の実施形態に従って構成されたコイルに関する寸法及び電流の向きを示しており、第１のコイル組は、コイル番号１〜６から成り、第２のコイル組は、コイル番号７及び８から成り、遮蔽コイルは、コイル番号９として示され、Ｒ１は、内側半径であり、Ｒ２は、外側半径であり、Ｚ１は、第１の長手方向位置であり、Ｚ２は、第２の長手方向位置であり、電流の方向Ｊは、正（＋）又は負（−）として示されている。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
図１１は、上記表による例示の寸法及び電流の向きを備えた図１０に示されている例示の実施形態に関する磁場分布状態を示すプロット図である。図示のように、３Ｔ一様磁界は２００ｍｍＤＳＶを提供する。
【００５２】
図１２は、本発明の例示の実施形態に従って図１１の磁場分布状態に関する１ガウス（１Ｇ）、３ガウス（３Ｇ）及び５ガウス（５Ｇ）線のフリンジフィールドを示す図である。
【００５３】
したがって、理解できるように、図１０は、本発明の実施形態の非限定的な実施例を示している。この実施例では、上述したように、外側層は、アクティブな遮蔽コイル５１であり、図示の内側層は、非対称構造を提供する８つのコイル組を有する主磁石コイル５２から成り、右側（増大するｚに向かう側）のコイルは、患者の肩を収容するために大きな直径を有している。この図示の非限定的な実施形態では、磁石の全長は、０．８６ｍであり、ピーク磁場は、Ｊ＝１．２×１０8Ａ／ｍ2の電流密度では５．０４テスラであり、ＤＳＶ５３の直径は、２００ｍｍである。これらのパラメータによれば、図１１は、ｚ＝−０．１±０．１ｍ、ｒ＝０．２ｍの円筒座標で磁場分布状態をプロットしている。ｚ＝−０．１±０．１ｍ、ｒ＝０．１５ｍの円筒座標では、１ガウス、３ガウス及び５ガウス線のフリンジフィールドが図１２に示されており、２００ｍｍＤＳＶは、予想されると共に所望されるように１ガウス線の内側に位置する。
【００５４】
したがって、また、上述の内容を考慮すると理解できるように、本発明の実施形態としてのヘッドオンリー磁気共鳴イメージングスキャナに関し、一様な磁場のＤＳＶ４３を包囲したボアは、好ましくは、患者の頭にフィットするのに必要な直径よりもそれほど大きくない直径のものであり、主磁石ボアは、図７に示されているように肩を収容するのに適した大きさの直径を備えるよう設計された一部分を更に有する。全身ＭＲＩとは対照的に、本発明の幾つかの実施形態としてのヘッドオンリー主磁石は、小さなＤＳＶを有し、従って、超電導磁石のサイズを減少させることができ、小型のデューア及び小型の磁気システムを達成することができ、かくして、コストもまた減少させることができる。
【００５５】
本発明をその特定の実施形態に関して図示すると共に説明したが、これら実施形態は、本発明の原理の単なる例示であり、網羅的ではなく又は本発明を限定する実施形態でもない。したがって、本発明の例示の実施形態並びにこれらの種々の例示の改造例及び特徴に関する上述の説明は、多くの特徴をもたらすが、これら実施可能要件に関する詳細は、本発明の範囲を限定するものと解されてはならず、当業者には容易に理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく且つその付随する利点を減少しないで、本発明は多くの改造例、設計変更例、変形例、省略例、追加例及び均等例で実施することができる。例えば、プロセスそれ自体に必要な又は固有の程度までを除き、図を含む本明細書に記載した方法又はプロセスのステップ又は段階の特定の順序が示唆されていない。多くの場合、プロセスステップの順序は様々であってよく、本明細書において説明した方法の目的、作用効果又は意味を変えないで、種々の例示のステップを組み合わせ、変更し又は省くことができる。さらに、用語及び表現は、本発明を限定する用語ではなく、説明のための用語として用いられていることが注目される。図示すると共に説明した特徴の均等例又はその部分を排除するためにこれら用語又は表現を用いる意図はない。加うるに、本発明は、本明細書に記載され又は本明細書の開示内容を考慮して理解されると共に／或いはその幾つかの実施形態において実現できる利点のうちの１つ又は２つ以上を必ずしも提供しないで実施できる。したがって、本発明は、開示した実施形態には限定されず、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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