JP2005177509A - 傾斜コイル装置及びその組み上げ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜コイル・アセンブリ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】傾斜コイル・アセンブリは、１つの軸に沿って延びる第１の導体を含んだ第１のチューブ（３０）を含む。本アセンブリはさらに、第１のチューブの周りに概して同心円状に配置させた第２のチューブ（２８）であって、この第１のチューブと第２のチューブの間に内側空間が画定される第２のチューブを含む。この第２のチューブは第２の導体を含む。最終的に、本アセンブリは、内側空間内に配置されており、アセンブリの剛性を増大させるために第１及び第２のチューブと動作可能に関連付けさせた繊維複合材構造（６０、６０’、６０”）を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置で利用される傾斜コイル・アセンブリ、並びに傾斜コイル・アセンブリを組み上げるための方法に関する。

ＭＲＩ装置は、３つの所望の直交軸に沿って磁場傾斜を発生させるために傾斜コイルを利用している。しかしこの傾斜コイルはコイル励磁の間に、コイルを振動させかつ望ましくないノイズ及び画像劣化を生成させる可能性があるような大きなローレンツ力を受ける。
米国特許第６０７５３６３号

本発明者らは、コイル振動を低減させ、またこれにより望ましくないノイズ及び画像劣化を低減させることが可能であるような、他の傾斜コイル・アセンブリと比べてより剛性が高い傾斜コイル・アセンブリの必要性が存在することを理解している。

上述した問題点及び欠点は、本明細書で開示した例示的な実施形態の従った傾斜コイル・アセンブリ並びにアセンブリの製造方法によって克服される。

例示的な実施形態による傾斜コイル・アセンブリは、１つの軸に沿って延びる第１の導体を含んだ第１のチューブを含む。本傾斜コイル・アセンブリはさらに、第１のチューブの周りに概して同心円状に配置させた第２のチューブであって、この第１のチューブと第２のチューブの間に内側空間が画定される第２のチューブを含む。この第２のチューブは第２の導体を含む。最終的に、本アセンブリは、アセンブリの剛性を増大させるために第１及び第２のチューブと動作可能に関連付けさせた、内側空間内に配置された繊維複合材構造を含む。

例示的な実施形態によれば、ＭＲＩデバイスで使用するための傾斜コイル・アセンブリを組み上げるための方法が提供される。本方法は、第１の傾斜チューブを第２の傾斜チューブの周りに概して同心円状に配置する工程であって、これら第１のチューブと第２の傾斜チューブの間に内側空間が画定されるようにする配置工程を含む。本方法はさらに、第１及び第２の傾斜チューブによって画定される内側空間内に繊維複合材構造を配置する工程を含む。

本実施形態による別のシステム及び／または方法は、以下の図面及び詳細な説明を吟味することにより当業者には明らかであるか、または明らかとなろう。こうした追加的なシステム、方法、及び／またはコンピュータ・プログラム生成物もまさに本発明の趣旨域内にあると共に、添付の特許請求の範囲によって保護されるように意図したものである。

ここで、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について単に一例として記載することにする、
図面を参照すると、その様々な図において同一の参照番号は同一の構成要素を表している。図１を参照すると、人間１８の画像を作成するための例示的なＭＲＩシステム１０を提供している。ＭＲＩシステム１０は、磁気アセンブリ１２と、傾斜増幅器ユニット１４と、システム制御装置１６と、を備えることがある。

磁気アセンブリ１２は、人間１８に対して伝播される磁場を発生させるために設けられている。アセンブリ１２は、人間１８を受け容れるためのチェンバ１７を画定しているハウジング１５を備えることがある。アセンブリ１２はさらに、偏向用マグネット２０と、（Ｘ）コイル、（Ｙ）コイル及び（Ｚ）コイルを有する傾斜コイル・アセンブリと、を備えることがある。傾斜コイル・アセンブリ２２は、傾斜増幅器ユニット１４内に包含された（Ｇｘ）増幅器、（Ｇｙ）増幅器及び（Ｇｚ）増幅器のそれぞれから受信した信号に応答して磁場を発生させる。

制御装置１６は、傾斜増幅器ユニット１４を制御するための制御信号を発生させるために設けられている。詳細には、制御装置１６は、傾斜コイル・アセンブリ２２を付勢させるように傾斜増幅器ユニット１４を誘導している制御信号を発生させることがある。

図２〜４を参照しながら、傾斜コイル・アセンブリ２２内で利用される内側傾斜チューブ３０及び外側傾斜チューブ２８の簡単な検討を行うことにする。外側傾斜チューブ２８は、その内部にある傾斜コイル・アセンブリ構成要素のうちの残りの要素を保持するために設けられている。傾斜チューブ２８は、その各々が、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー（商標）繊維及び酸化アルミニウム繊維（例えば、エポキシ樹脂によるコーティングが施される）などの複数の繊維を備える１つまたは複数の層を備えた繊維複合材料から製作されることがある。傾斜チューブ２８はさらに、チューブ２８の外部表面上に配置させたサドルコイル３２、３４、３６、３８を含むことがある。サドルコイル３２、３４、３６、３８は、銅導体から製作されることがあると共に、磁場を発生させるように設けられている。サドルコイル３２、３４、３６、３８は、互いに対して直列または並列のいずれかで電気的に接続されている。コイル３２、３４、３６、３８は、エポキシ樹脂などの接着剤によってチューブ２８に対して接着性に付着されることがある。図示したように、チューブ２８は軸４８の周りに配置されていると共に、チューブ２８を貫通して延びる中心線５２を含んでいる。

内側傾斜チューブ３０は、外側傾斜チューブ２８の内部に配置させている。傾斜チューブ３０は、その各々が、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー（商標）繊維及び酸化アルミニウム繊維（例えば、エポキシ樹脂によるコーティングが施される）などの複数の繊維を備える１つまたは複数の層を備えた繊維複合材料から製作されることがある。傾斜チューブ３０はさらに、チューブ３０の外部表面上に配置された１つまたは複数の銅導体から製作されたサドルコイル４０、４２、４４、４６を含むことがある。サドルコイル４０、４２、４４、４６は磁場を発生させるために設けられていると共に、互いに電気的に結合されている。サドルコイル４０、４２、４４、４６は、例えばエポキシ樹脂などの接着剤によってチューブ３０に対して接着性に付着されることがある。図示したように、チューブ３０は、軸５０の周りに配置されていると共に、チューブ３０を貫通して延びる中心線５４を含んでいる。

サドルコイル３２、３４、３６、３８とサドルコイル４０、４２、４４、４６とが組み合わされて（Ｘ）コイルをなしていることに留意すべきである。さらに、磁気アセンブリ１２は（Ｙ）コイルや（Ｚ）コイルも含んでいるが、（Ｙ）コイル及び（Ｚ）コイルについては、簡略とするためにここではこれ以上詳細に検討しない。

図４を参照すると、外側傾斜チューブ２８の内部に内側傾斜チューブ３０を配置させることがある。さらに、軸４８、５０は、その最終的な組み上げの後で互いに合致させることが好ましい。さらに中心線５２、５４もその最終的な組み上げの後で互いに合致させることが好ましい。

図５を参照すると、本発明の第１の実施形態による傾斜コイル・アセンブリ２２の分解図を提供している。傾斜コイル・アセンブリ２２は、外側傾斜チューブ２８と、内側傾斜チューブ３０と、粘弾性シート５６と、粘弾性シート５８と、管状のフィン・アセンブリ６０、６０’、６０”と、を含むことがある。

粘弾性シート５６は、アセンブリ２２内のサドルコイルの励磁の間におけるアセンブリ２２内部の振動を減衰させるために設けられている。粘弾性シート５６は内側傾斜チューブ３０の周りに巻きつけられることがある。シート５６は、ゴム複合材を含む複数の材料から製作されることがある。

粘弾性シート５８は、アセンブリ２２内のサドルコイルの励磁の間におけるアセンブリ２２内部の振動を減衰させるために設けられている。粘弾性シート５８は、外側傾斜チューブ２８の内側表面の周りに巻きつけられることがある。シート５８は、例えばゴム複合材を含む複数の材料から製作されることがある。

図６を参照しながらここで、管状フィン・アセンブリ６０の構成について説明することにする。管状フィン・アセンブリ６０は、直径（Ｄ）の周りに円周方向に配置させた複数のフィン６６を備えることがある。直径（Ｄ）は、少なくとも内側傾斜チューブ３０の直径と同じ大きさである。フィン６６は、アセンブリ２２を剛性にしてアセンブリ２２のサドルコイルの励磁の間における振動を低減させるために設けられている。フィン６６のそれぞれは、同じ矩形断面積（Ａ）を有することがあり、また実質的に同じ長さ（Ｌ）を有することがある。フィン６６は別の断面幾何形状を用いて製作することも可能であることに留意すべきである。さらに、フィン６６のそれぞれは、その各々が、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー（商標）繊維及び酸化アルミニウム繊維（例えば、エポキシ樹脂によるコーティングが施される）などの複数の繊維を備える１つまたは複数の層を備えた繊維複合材料から製作されることがある。各フィン６６内部の繊維方向は、アセンブリ２２の軸４８と平行になるように、あるいは軸４８と垂直となるように、あるいは軸４８に対して所定の角度をなすように選択することができる。繊維の方向及び繊維の本数は、アセンブリ２２に関する所望の振動特性に基づいて様々とすることができる。さらに、フィン６６内の繊維対樹脂比は９０％に等しいか、これを超えることがある。

図示したように、管状フィン・アセンブリ６０はさらに、１つまたは複数のフィン６６の間に断続的に配置させた複数の粘弾性フィン６８を含むことがある。粘弾性フィン６８は、アセンブリ２２内のサドルコイルの励磁の間におけるアセンブリ２２内の振動を減衰させるために設けられている。粘弾性フィン６８は、ゴム複合材を含む複数の材料から製作されることがある。フィン６６及びフィン６８の数は、アセンブリ２２に関する所望の動作特性に応じて様々とすることができることに留意すべきである。さらに、フィン６６、６８の断面形状も、アセンブリ２２に関する所望の動作特性に応じて様々とすることができる。例えば、フィン６６、６８は実質的にくさび形状とすることも可能である。管状フィン・アセンブリ６０’及び６０”は、アセンブリ６０と実質的に同じ構成を有することがある。

図５を参照すると、アセンブリ２２内のサドルコイルの励磁の間における傾斜コイル・アセンブリ２２内の振動を減衰させるために管状の粘弾性シート６２、６４が設けられることがある。図示したように、管状粘弾性シート６２はアセンブリ６０、６０’の間に配置させることがある。管状粘弾性シート６４はアセンブリ６０’、６０”の間に配置させることがある。シート６２、６４は、ゴム複合材を含む複数の材料から製作されることがある。

図１１−１及び１１−２を参照しながらここで、傾斜コイル・アセンブリ２２を組み上げるための方法について説明することにする。工程９０において、（Ｘ）コイルのサドルコイル４０、４２、４４、４６が、内側傾斜チューブ３０の外側表面に付着される。内側（Ｙ）コイル（図示せず）及び内側（Ｚ）コイル（図示せず）も内側傾斜チューブ３０上に配置させることが可能であることに留意すべきである。

次に工程９２において、（Ｘ）コイルのサドルコイル３２、３４、３６、３８が外側傾斜チューブ２８の外側表面に付着される。外側（Ｙ）コイル（図示せず）及び外側（Ｚ）コイル（図示せず）も外側傾斜チューブ２８上に配置させることが可能であることに留意すべきである。

次に工程９４において、内側傾斜チューブ３０の外側表面及びサドルコイル４０、４２、４４、４６を覆うように粘弾性シート５６が巻きつけられ、またシート５６はチューブ３０に付着される。

次に工程９６において、外側傾斜チューブ２８の内側表面に粘弾性シート５８が付着される。

次に工程９８において、内側傾斜チューブ３０の外径にシート５６の厚さを加えた値に実質的に対応する所定の直径（Ｄ）の周りに、半径方向に延びる第１の複数の繊維複合材フィン６６及び粘弾性フィン６８が配置される。さらに、この第１の複数のフィン６６、６８を互いに付着させて管状フィン・アセンブリ６０を形成させている。

次に工程１００において、所定の直径（Ｄ）の周りに、半径方向に延びる第２の複数の繊維複合材フィン６６及び粘弾性フィン６８が配置される。さらに、この第２の複数のフィン６６、６８を互いに付着させて管状フィン・アセンブリ６０’を形成させている。

次に工程１０２において、所定の直径（Ｄ）の周りに、第３の複数の繊維複合材フィン６６及び粘弾性フィン６８が配置される。さらに、この第３の複数のフィン６６、６８を互いに付着させて管状フィン・アセンブリ６０”を形成させている。

次に工程１０４において、管状フィン・アセンブリ６０、管状粘弾性シート６２、管状フィン・アセンブリ６０’、粘弾性シート６４、及び管状フィン・アセンブリ６０”を内側傾斜チューブ３０の周りに実質的に同心円状に配置させて内側アセンブリ６９を形成させる。

次に工程１０６において、内側アセンブリ６９を外側傾斜チューブ２８の内部に配置させて傾斜コイル・アセンブリ２２を形成させる。

次に工程１０８において、内側傾斜チューブ３０のサドルコイル４０、４２、４４、４６を、外側傾斜チューブ２８のサドルコイル３２、３４、３６、３８に対して整列させる。

次に工程１１０において、傾斜コイル・アセンブリ２２にエポキシ樹脂（図示せず）を真空含浸させる。

図８を参照すると、本発明の第２の実施形態による傾斜コイル・アセンブリ２２’の分解図を提供している。傾斜コイル・アセンブリ２２’は、外側傾斜チューブ２８と、内側傾斜チューブ３０と、粘弾性シート５６と、粘弾性シートと、繊維複合材チューブ７０と、を含むことがある。傾斜コイル・アセンブリ２２’と傾斜コイル・アセンブリ２２との主な違いは、アセンブリ２２’が管状フィン・アセンブリ６０、６０’及び６０”ではなく繊維複合材チューブ７０を利用していることであることに留意すべきである。

外側傾斜チューブ２８、内側傾斜チューブ３０、粘弾性シート５６及び粘弾性シート５８の構造は傾斜コイル・アセンブリ２２に関連してすでに上で検討したため、これらの構成要素の構造についてはこのあとこれ以上詳細に検討しない。

繊維複合材チューブ７０は、アセンブリ２２’のサドルコイルの励磁の間におけるアセンブリ２２’の変形を防止するようにアセンブリ２２’の剛性を高めるために設けられている。繊維複合材チューブ７０は、その各々が、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー（商標）繊維及び酸化アルミニウム繊維（例えば、エポキシ樹脂によるコーティングが施される）などの複数の繊維を備える１つまたは複数の層を備えた繊維複合材料から製作されることがある。さらに、チューブ７０の繊維対樹脂比は、９０％に等しいか、これを超えることがある。さらに図１０を参照すると、図示した実施形態のチューブ７０内では、第１の複数の繊維７４が第２の複数の繊維７６と実質的に垂直に配置されている。しかし、第２の複数の繊維７６を基準とした第１の複数の繊維７４の向きは、チューブ７０の所望の動作特性に応じて様々とすることができることに留意すべきである。さらに、繊維７６に対する繊維７４の比も、チューブ７０の所望の動作特性に応じて様々とすることができる。

図１２を参照しながらここで、傾斜コイル・アセンブリ２２’を組み上げるための方法について説明することにする。工程１２０において、（Ｘ）コイルのサドルコイル４０、４２、４４、４６が内側傾斜チューブ３０の外側表面に付着される。内側（Ｙ）コイル（図示せず）及び内側（Ｚ）コイル（図示せず）も内側傾斜チューブ３０上に配置させることが可能であることに留意すべきである。

次に工程１２２において、（Ｘ）コイルのサドルコイル３２、３４、３６、３８が、外側傾斜チューブ２８の外側表面に対して固定される。外側（Ｙ）コイル（図示せず）及び外側（Ｚ）コイル（図示せず）も外側傾斜チューブ２８上に配置させることが可能であることに留意すべきである。

次に工程１２４において、内側傾斜チューブ３０の外側表面とサドルコイル４０、４２、４４、４６の両者を覆うように粘弾性シート５６が巻きつけられてチューブ３０に付着される。

次に工程１２６において、粘弾性シート５８が外側傾斜チューブ２８の内側表面に付着される。

次に工程１２８において、繊維複合材チューブ７０が内側傾斜チューブ３０の周りで実質的に同心円状に配置される。

次に工程１３０において、外側傾斜チューブ２８の内部に繊維複合材チューブ７０と内側傾斜チューブ３０を組み合わせて配置させて傾斜コイル・アセンブリ２２’を形成させる。

次に工程１３２において、内側傾斜チューブ３０のサドルコイル４０、４２、４４、４６を、外側傾斜チューブ２８のサドルコイル３２、３４、３６、３８に対して整列させる。

次に工程１３４において、傾斜コイル・アセンブリ２２’にエポキシ樹脂（図示せず）を真空含浸させる。

発明した傾斜コイル・アセンブリ及び該アセンブリを製造するための方法によって、その他のアセンブリ及び方法と比較して大きな利点が提供される。詳細には、発明した傾斜コイル・アセンブリは、内側と外側の傾斜チューブの間に配置した繊維複合材構造を利用することによってその他の傾斜コイル・アセンブリと比較してより剛性の高いアセンブリを提供している。詳細には、発明した傾斜コイル・アセンブリで利用している繊維複合材構造は、アセンブリ２２の比較的高い動作温度の間でも柔軟になることがなく、これによって内側と外側の傾斜チューブ間にエポキシ樹脂を利用しているその他のアセンブリと比較してより剛性の高いアセンブリを提供している。その結果、発明した傾斜コイル・アセンブリは剛性が高いため、その他のシステムと比較してサドルコイルの励磁の間に発生するノイズが小さくなる。またさらに、発明した傾斜コイル・アセンブリは該アセンブリの内部に最良に配置させた粘弾性の部材を利用し、傾斜コイル・アセンブリ内のサドルコイルの励磁の間に生じる振動やノイズをさらに減衰させている。

ＭＲＩイメージング・システムのブロック図である。 外側傾斜チューブの概要図である。 内側傾斜チューブの概要図である。 内側傾斜チューブを外側傾斜チューブの内部に配置させた様子を表した概要図である。 傾斜コイル・アセンブリの第１の実施形態の分解図である。 傾斜コイル・アセンブリの第１の実施形態の断面図である。 繊維複合材フィンの概要図である。 傾斜コイル・アセンブリの第２の実施形態の分解図である。 傾斜コイル・アセンブリの第２の実施形態の断面図である。 傾斜コイル・アセンブリの第２の実施形態で使用される繊維複合材チューブの一部分の概要図である。 傾斜コイル・アセンブリの第１の実施形態を組み上げる方法の流れ図である。 傾斜コイル・アセンブリの第１の実施形態を組み上げる方法の流れ図である。 傾斜コイル・アセンブリの第２の実施形態を組み上げる方法の流れ図である。

符号の説明

１０ ＭＲＩシステム
１２ 磁気アセンブリ
１４ 傾斜増幅器ユニット
１５ ハウジング
１６ システム制御装置
１７ チェンバ
１８ 人間
２０ 偏向用マグネット
２２ 傾斜コイル・アセンブリ
２２’ 傾斜コイル・アセンブリ
２８ 外側傾斜チューブ
３０ 内側傾斜チューブ
３２ サドルコイル
３４ サドルコイル
３６ サドルコイル
３８ サドルコイル
４０ サドルコイル
４２ サドルコイル
４４ サドルコイル
４６ サドルコイル
４８ 軸
５０ 軸
５２ 中心線
５４ 中心線
５６ 粘弾性シート
５８ 粘弾性シート
６０ 管状フィン・アセンブリ
６０’ 管状フィン・アセンブリ
６０” 管状フィン・アセンブリ
６２ 粘弾性シート
６４ 粘弾性シート
６６ 粘弾性フィン
６８ 粘弾性フィン
６９ 内側アセンブリ
７０ 繊維複合材チューブ
７４ 繊維
７６ 繊維

Claims (10)

1. ＭＲＩデバイスで使用するための傾斜コイル・アセンブリ（２２）であって、
   １つの軸に沿って延びる第１の導体（４０）を含んだ第１のチューブ（３０）と、
   前記第１のチューブ（３０）の周りに概して同心円状に配置させた第２のチューブ（２８）であって、該第１のチューブと第２のチューブ（３０、３０）の間に内側空間が画定されること、第２の導体（３２）を含むことを特徴とする第２のチューブ（２８）と、
   前記内側空間内に配置されており、該アセンブリの剛性を増大させるために前記第１及び第２のチューブ（３０、２８）と動作可能に関連付けさせた繊維複合材構造（６６）と、
   によって特徴付けられる傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
2. 前記繊維複合材構造（６６）は樹脂と該樹脂内に配置された繊維とから製作されていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
3. 前記繊維複合材構造（６６）は９０％に等しいか９０％を超える繊維対樹脂比を有することを特徴とする請求項２に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
4. 前記繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維及び酸化アルミニウム繊維のうちの１つ、または前出の繊維のうちの少なくとも１つによって特徴付けされる繊維の組み合わせを含むことを特徴とする請求項２に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
5. 前記樹脂はエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項２に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
6. 前記繊維複合材構造（６６）は半径方向に延びる複数のフィンを含むことを特徴とする請求項１に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
7. 内側空間内の半径方向に延びる複数のフィン（６６）のそれぞれの間の空間は樹脂によって満たされていることを特徴とする請求項６に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
8. 前記半径方向に延びる複数のフィン（６６）は実質的に前記第１のチューブ（３０）から前記第２のチューブ（２８）まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
9. 傾斜コイル・アセンブリ（２２）であって、
   １つの軸に沿って延びる第１の導体（４０）を含んだ第１のチューブ（３０）と、
   前記第１のチューブ（３０）の周りに概して同心円状に配置させた第２のチューブ（２８）であって、該第１のチューブと第２のチューブ（３０、２８）の間に内側空間が画定されること、第２の導体（３２）を含むことを特徴とする第２のチューブ（２８）と、
   樹脂と該樹脂内に配置された繊維とを有しており、該アセンブリの剛性を増大させるために前記内側空間内に配置された半径方向に延びる複数のフィンを備える繊維複合材構造（６６）と、
   によって特徴付けられる傾斜コイル・アセンブリ（２２）。
10. ＭＲＩデバイスで使用するための傾斜コイル・アセンブリ（２２）を組み上げるための方法であって、
    第１の傾斜チューブ（２８）を第２の傾斜チューブ（３０）の周りに概して同心円状に配置する工程であって、該第１のチューブと第２の傾斜チューブ（２８、３０）の間に内側空間が画定されることを特徴とする配置工程と、
    前記第１及び第２の傾斜チューブ（２８、３０）によって画定された前記内側空間内に繊維複合材構造（７０）を配置する工程と、
    によって特徴付けられる方法。

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