JP5698730B2 - 磁気共鳴イメージング用極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール - Google Patents
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Description
本願は、２００９年４月１７日付米国仮特許出願第６１/１７０，１３５号の利益を主張する。なお、該米国仮特許出願は、援用が認められているか禁止されていない各ＰＣＴ締約国及び地域においてはその全体を援用する。
本発明は、広くは磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光に関し、より詳しくは、超伝導コンポーネンツを用いた磁気共鳴イメージング装置及び分光装置、及びこのような装置の製造方法に関する。
磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）技術は、今日、世界中の大きな医療施設で一般的に使用されており、医療の実際において大きくかつユニークな利益をもたらしている。ＭＲＩは、組織及び解剖学的構造をイメージング（撮像）するための充分に定着した診断ツールとして開発されており、かつ機能的活動及び他の生物物理学的及び生化学的特性又はプロセス（例えば、血流、代謝産物/代謝、拡散）をイメージングするためにも開発されている。これらの磁気共鳴イメージング技術の幾つかは、機能的ＭＲＩ、分光ＭＲＩ又は磁気共鳴分光イメージング（Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging：ＭＲＳＩ）、拡散加重イメージング（diffusion weighted imaging：ＤＷＩ）及び拡散テンソルイメージング（diffusion tensor imaging：ＤＴＩ）として知られている。これらの磁気共鳴イメージング技術は、病理学的状態の識別及び評価及び検査した組織の健康状態の判断を行うための医療学的診断価値に加え、広い臨床的及び研究的用途を有している。
ＭＲＩ検査中、患者の身体（すなわち対象サンプル）は、一次（主）マグネットにより実質的に一定かつ均一な一次（主）磁界が付与される検査領域内に置かれかつＭＲＩスキャナの患者支持台により支持される。磁界は、体内の水素（陽子）のようなプリセッシング原子（precessing atoms）の核磁化と整合する。マグネット内の勾配コイル組立体（gradient coil assembly）は、所与の箇所に磁界の小さい変化を発生させ、これによりイメージング領域内で共鳴周波数エンコーディングを行う。無線周波数（ＲＦ）コイルが、パルスシーケンスによるコンピュータ制御により選択的に駆動され、患者の体内に、一時的に発振する横方向磁化信号を発生させる。この信号は、ＲＦコイルにより検出されかつコンピュータ処理により、患者の空間的に局在化された領域にマッピングされ、これにより検査対象領域のイメージが得られる。
一般的なＭＲＩ構成では、静止主磁界は、一般にソレノイドマグネット装置により作られ、患者のプラットホームはソレノイド巻線（主マグネットボア）により境界が定められた円筒状空間内に配置される。主磁界の巻線は一般に低温超伝導（low temperature superconductor：ＬＴＳ）材料として実施され、かつ抵抗を低下させ、したがって発生される熱の量及び主磁界を形成しかつ維持するのに要する電力を最小にするため、液体ヘリウムにより過冷却される。既存のＬＴＳ超伝導ＭＲＩマグネットの大部分はニオブ-チタン（ＮｂＴi）及び／又はＮｂ3Ｓn材料でつくられ、これらの材料はクライオスタットにより４．２Ｋの温度に冷却される。
当業者には知られているように、磁界勾配コイルは、一般に、空間内の３つの主デカルト座標軸（これらの座標軸の１つは主磁界の方向である）の各々に沿って直線磁界勾配（linear magnetic field gradient）を選択的に形成するように構成されており、このため、磁界の大きさは検査領域内の位置により変化し、かつ対象領域内の種々の位置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）が、領域内の位置にしたがって符号化される。一般に、勾配磁界は、主磁界の巻線を収容する大きいシリンダと同心状に該シリンダ内に嵌合されかつ取付けられたコイル状サドル又はソレノイド巻線を通る電流により発生される。主磁界とは異なり、勾配磁界を形成するのに使用されるコイルは、普通の常温銅巻線である。勾配強度及び磁界直線性は、例えばＭＲＳIにおいて、形成されるイメージの細部の精度及び組織化学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。
ＭＲＩの出現以来、例えば高い空間解像度、高スペクトル解像度（例えばＭＲＳIの場合）、高コントラスト及び高速獲得速度を得る等の努力により、ＭＲＩのクオリティ及び能力の改善が間断なく追及されてきた。例えば、患者の移動による変化、自然の解剖学的及び／又は機能的運動（例えば心臓の鼓動、呼吸、血流）及び／又は自然の生化学的変化（例えばＭＲＳI中の代謝により引き起こされる変化）のような、イメージ獲得中のイメージ領域内の一時的変化により引き起こされるイメージングぶれを最小にするには、高いイメージング速度（獲得速度）が望まれている。同様に、例えば分光ＭＲＩでは、データを獲得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、充分なスペクトル情報及び空間情報を獲得するのに要する時間を最短にして所望のスペクトル解像度を得ることができる。分光ＭＲＩの臨床的実用性及び有用性を改善するのに、空間的局在化は特に重要である。
高いコントラスト、解像度及び獲得速度に関する優れたＭＲＩイメージのクオリティには、幾つかのファクタが寄与する。イメージクオリティ及び獲得速度に影響を与える重要なパラメータは、信号対雑音比（signal-to-noise 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を増大させることは、イメージのクオリティを高める上で重要である。ＳＮＲは磁界の強度に比例するため、ＳＮＲを改善する１つの方法はマグネットの磁界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はマグネットの磁界強度に上限を有する（米国ＦＤＡの現在の上限は３テスラである）。ＳＮＲを改善するのに可能な他の方法として、可能ならば視界を小さくすることによりサンプル雑音を低減する方法、サンプルとＲＦコイルとの間の距離を短縮する方法及び／又はＲＦコイルの雑音を低減する方法がある。
Ma等著「人体イメージング用超伝導ＭＲ表面コイル（Superconducting MR Surface Coils for Human Imaging)」（Proc. Mag. Res. Medicine, 1, 171 (1999)）
Ma等著「低磁界での臨床ＭＲイメージング用超伝導ＲＦコイル（Superconducting RF Coils for Clinical MR Imaging at Low Field)」（Academic Radiology, vol. 10, no., 9, ２００３年９月、第９７８-９８７頁）
Miller等著「２．０Ｔでの体内顕微鏡用高温超伝導プローブの性能（Performance of a High Resonance in Medicine,４１巻、第７２−７９頁、１９９９年)
ＭＲＩを改善するための継続的努力及び多くの進歩がなされたにもかかわらず、例えば、高いコントラスト、優れたＳＮＲ、高い獲得速度、高い空間的及び時間的解像度及び／又は高いスペクトル解像度を得るためのＭＲＩの更なる改善が要望されている。
また、ＭＲＩ技術の更なる使用に影響を与える大きいファクタは、購入及びメインテナンスの双方について、高磁界システムには高コストが付随することである。したがって、ＭＲＩ技術のより広範囲な使用を可能にするリーズナブルなコストで製造及び／又はメインテナンスが可能な高品質のＭＲＩイメージングシステムを提供することが望まれている。
本発明の種々の実施形態は極低温冷却（cryogenic cooling）するように構成された超伝導勾配コイルモジュールを提供し、該超伝導勾配コイルモジュールは、（ｉ）真空状態にある気密シールされた内部空間を包囲し、かつ（ｉｉ）前記気密シールされた内部空間から分離されておりかつ真空状態に真空引きされるように構成された内部チャンバ領域を実質的に包囲する二重壁気密シールジャケットを備えた真空断熱ハウジングと、前記内部チャンバ領域内に配置されかつ少なくとも１つの磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光を行う１つ以上の磁界勾配を発生させるように構成された少なくとも１つの超伝導勾配コイルと、前記内部チャンバ領域内に配置されかつ前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルと熱接触している熱シンク部材と、少なくとも熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートとを有している。
幾つかの実施形態では、ポートは、少なくとも熱シンク部材に熱的に連結されたクライオクーラに連結されている。ポートへのクライオクーラの連結により、内部チャンバ領域が真空状態にあるように内部チャンバ領域がシーリングされる。
気密シールジャケットは、内部チャンバ領域と同じ広がりを有しかつ実質的に同じ真空状態に真空引きされるように構成された内部空間を有するチャンバにシールして連結されており、ポートは前記チャンバ内に設けられている。チャンバは、真空状態にある気密シールされた内壁キャビティを包囲する二重壁チャンバ（例えば、二重壁ステンレス鋼チャンバ）として構成されている。
幾つかの実施形態によれば、モジュールは、内部チャンバ領域内に配置された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）コイルを更に有し、少なくとも１つの無線周波数コイルは、少なくとも１つの磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光のための無線周波数信号の発生及び受信の少なくとも一方を行うように構成されている。１つ以上の少なくとも１つの無線周波数コイルは熱シンク部材と熱接触している。１つ以上の少なくとも１つの無線周波数コイルは超伝導材料からなり、該超伝導材料は高温超伝導（high temperature superconductor：ＨＴＳ）材料からなる。
本発明の幾つかの実施形態は磁気共鳴イメージング方法に関し、該磁気共鳴イメージング方法は、超伝導勾配コイルモジュールの内部チャンバ領域内に配置された少なくとも１つのそれぞれの超伝導勾配磁界コイルを用いて、検査領域内に少なくとも１つの磁界勾配を付与するように構成され、超伝導勾配コイルモジュールは、（ｉ）真空状態にある気密シールされた内部空間を包囲し、かつ（ｉｉ）前記気密シールされた内部空間から分離されておりかつ真空状態にある内部チャンバ領域を実質的に包囲する二重壁気密シールジャケットを備えた真空断熱ハウジングと、内部チャンバ領域内に配置されかつ前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルと熱接触している熱シンク部材と、少なくとも熱シンク部材を極低温冷却し、これにより前記熱シンク部材と熱接触している少なくとも１つのそれぞれの超伝導勾配磁界コイルを極低温冷却するように構成されたポートとを有している。
この磁気共鳴イメージング方法は、更に、少なくとも１つのＲＦコイルを使用して、検査領域に及び／又は検査領域から送信し又は受信し、又は送信及び受信の両方を行い、ＲＦコイルは、前記モジュール内に配置されかつ冷却を行うように構成されており、かつ（ｉ）室温より低い温度に冷却されると、該温度での銅の伝導率より高い伝導率を有する非超伝導材料、及び（ｉｉ）超伝導材料の少なくとも一方からなる。少なくとも１つのＲＦコイルの少なくとも１つは、熱シンク部材と熱接触している。
当業者ならば、上記簡単な説明及び下記の詳細な説明が本発明の例示であって、本発明により達成される長所を制限するものではないことは理解されよう。また、本発明の上記要約は本発明の幾つかの実施形態を代表するものであり、本発明の範囲内にある全ての主題及び実施形態を代表するものでも、包含するものでもないことも理解されよう。かくして、本願で引用しかつ本願の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示すものであり、詳細な説明とともに本発明の実施形態の原理を説明するものである。添付図面（添付図面では、同じ又は同様な部品は、種々の図面を通して同じ参照番号が使用されている）に関連して述べる以下の説明を考慮に入れて本発明を考えることにより、本発明の実施形態の態様、特徴及び長所は、その構造及び作動の両方に関して一層容易に理解されよう。
添付図面（添付図面では、同じ又は同様な部品は、種々の図面を通して同じ参照番号が使用されている）に関連して述べる以下の説明を考慮に入れて本発明を考えることにより、本発明の実施形態の態様、特徴及び長所は、その構造及び作動の両方に関して一層容易に理解されよう。
以下の説明から当業者には理解されようが、本発明の種々の実施形態による極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール（例えばインサート）は、例えば慣用の銅ＲＦコイルを用いたシステム、超伝導ＲＦコイルを用いたシステム（例えば、前記特許文献１に開示されたシステム。なお、該特許文献１は本願に援用する）、全身体システム、専用化されたシステム（例えば、肢部のみ、頭部のみ、ペット、幼児）、垂直方向又は水平方向の主磁界を有するシステム、開システム又は閉システム等の無数の磁気共鳴イメージングシステム及び磁気共鳴分光システムで実施できる。同様に、当業者ならば、以下の説明の種々の部分は患者の構造的検査に使用されるＭＲＩシステムに関連して述べるが、本発明の種々の実施形態による極低温冷却超伝導勾配コイルモジュールは、機能的ＭＲＩ、拡散加重及び／又は拡散テンソルＭＲＩ、ＭＲ分光及び／又は分光イメージング等の他の様式で作動され及び／又は構成された磁気共鳴（ＭＲ）システムに関連して使用できることも理解されよう。
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による全体として円筒状の形状を有する極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール１０の直交概略図である。より詳しくは、図１Ａは長手方向軸線に沿う断面図であり、一方、図１Ｂは図１Ａの左側から見た端面図であるが、ステンレス鋼チャンバ８内のクライオクーラ７を露出させるため該チャンバ８を切断したところを示すものである。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール１０は、（ｉ）例えばガラス及び／又はＧ１０、ＲＦ４、プラスチック及び／又はセラミック等の機械的に強い非導電性材料で作られた二重壁ジュワー１と、（ｉｉ）例えばサファイア又はアルミナ等の高熱伝導セラミックのような非金属熱伝導体２と、（ｉｉｉ）例えばＮｂＴi、Ｎｂ3Ｓｎ等の低温超伝導（ＬＴＳ）ワイヤ又はＹＢＣＯ、ＢＳＣＣＯ等の高温超伝導（ＨＴＳ）テープで作られかつ熱伝導体２と優れた熱的接触する超伝導勾配コイル３（すなわち、ｘ、ｙ、ｚの直交方向にＢ磁界変化を発生させる３つの勾配）と、（ｉｖ）二重壁ジュワー１にシールして連結され、かつ、少なくとも熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートを有する二重壁ステンレス鋼チャンバ８と、（ｖ）熱伝導体２に熱的に連結されかつステンレス鋼チャンバ８のポートのＯリング密封フランジ９にシールして取付けられたクライオクーラ７とを有している。
二重壁ジュワー１は、内部チャンバ（又はキャビティ）４を包囲する気密シールされた連続ガラスハウジングとして種々の方法で構成できる。内部チャンバ４内は少なくとも低真空状態にあり、かつ本発明の幾つかの実施形態にしたがって、好ましくは少なくとも高真空状態（例えば約１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力）に維持される。例えば幾つかの実施形態にしたがって、二重壁ジュワー１は次のように製造される。すなわち、（ｉ）各々が全体としてＵ型の壁断面を有する全体として円筒状の２つの二重壁構造を形成する。第１壁は連続ガラス壁部分１ａに相当しかつ第２壁は連続壁部分１ｂに相当する。（ｉｉ）全体として円筒状の連続ガラス壁部分１ｂを全体として円筒状の連続ガラス壁部分１ａの環状空間内に嵌合し、可能な限り両者の間にガラススペーサを使用する。（ｉｉｉ）キャビティ４をポンピングして高真空にし、両壁部分１ａ、１ｂの間の開放端部（すなわち、後で、ステンレス鋼チャンバ８にシールして取付けられる端部）をガラス接合し、融接し又はシーリングして、高真空下でキャビティ４を気密シールする。真空シーリング工程は無数の方法で行うことができることは理解されよう。例えば、全部を真空チャンバ内で行うことができ、或いは両壁部分１ａ、１ｂの端部は、真空ポンピングポートとして使用されかつ該ポートを介してキャビティを高真空にポンピングした後にシールされる小さい領域を除き互いに融接できる。種々の実施形態では、二重壁ジュワー１は、上記特許文献２及び３（これらの全体は本願に援用する）に開示された気密シール二重壁構造（及び真空断熱ハウジング）又は同様な構造にしたがって実施できる。
例えば、気密シール二重壁ジュワー１（例えばガラス）とステンレス鋼チャンバ８との間の継手は、勾配コイル３及び熱伝導体２を収容する内部チャンバ部分５の内部を少なくとも低真空状態（例えば約１０-2〜約１０-5Ｔｏｒｒ）に維持するのに充分なシールを形成するエポキシ接合（例えば図１Ａ中のエポキシボンド及びシール６）、溶接又は他の気密シール型フランジ連結により形成できる。また、同様に、クライオクーラ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、例えば、勾配コイル３及び熱伝導体２を収容する内部チャンバ部分５の内部を少なくとも低真空状態に維持するのに充分なシールを形成する又は他のシーリング機構（例えば金属ガスケット／ナイフエッジ連結）により形成できる。しかしながら、当業者ならば、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例えばガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの材料の組合せ等の他の非金属材料で作ることができ、かつこれらの他の材料はジュワー１及びクライオクーラ７に適宜接合できることは理解されよう。
種々の実施形態では、クライオクーラ７は、例えばジフォードマクマホン（Gifford McMahon：ＧＭ）クライオクーラ、パルスチューブ（pulse tube：ＰＴ）クーラ、ジュール-トムソン（Joule-Thomson：ＪＴ）クーラ、スターリングクーラ又は他のクライオクーラ等の種々の単段又は多段クライオクーラのうちの任意のクライオクーラで構成できる。種々の他の実施形態では、 勾配コイルモジュール１０は、コイル３が、液体ヘリウム及び液体窒素等の寒剤（cryogen）により冷却されるように構成できる。
ここで図２Ａを参照すると、図１Ａ及び図１Ｂの例示極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール１０の勾配コイル３に相当する勾配コイル１０３が、本発明の幾つかの実施形態にしたがって、斜視図で示されている。このような実施形態では、図２Ａに示すように、３つの直交方向に沿う磁界変化を発生させる３つの独立勾配コイルが、３つのそれぞれの同軸円筒状支持構造体、すなわちｘ勾配支持体２５８、ｙ勾配支持体２６２及びｚ勾配支持体２６４の表面上及び／又は表面内に形成されている。一般的な慣例によれば、ｘ及びｙは、主磁界に垂直な２つの直交方向（ときには、横方向とも呼ぶ）を表わし、ｚは、主磁界の方向を表わす。したがって、ｘ勾配支持体２５８、ｙ勾配支持体２６２及びｚ勾配支持体２６４は、それぞれの勾配コイルを支持して、それぞれ、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に沿う磁界勾配を形成する。勾配支持体２５８、２６２、２６４は、例えば、Ｇ１０又は他の非強磁性、非伝導性（例えば非金属絶縁性）材料で作ることができる。この実施形態では、ｚ勾配コイルはソレノイドコイルであり、ｘ勾配コイル及びｙ勾配コイルは、それぞれの円筒状支持体の約１／２を周方向にスパンし又はカバーするサドルコイルである。ｙ勾配支持体２６２は、ｘ勾配支持体２５８及びｚ勾配支持体２６４と優れた熱接触して取付けられ、かつ熱シンク１１０（図１Ａ及び図１Ｂの熱伝導体２に相当）と優れた熱接触して取付けられている。他の種々の実施形態では、ｘ勾配支持体に接触してヒートシンクを付加的に又は別途取付けることができる。熱シンク１１０（熱伝導体２）に付加して実施する場合には、ｘ勾配支持体２５８と接触するこのようなヒートシンクは、熱シンク１１０（熱伝導体２）を冷却するのと同じクライオクーラにより又は別のクライオクーラにより冷却することができる。
図２Ｂは、図２Ａの円筒状ｘ勾配支持体２５８の一部を平面図で概略的に示すものであり、本発明の一実施形態にしたがってｘ勾配支持体２５８により支持されたｘ勾配コイルの全体の１／４であるコイル２６８を示している。ｘ勾配支持体２５８の表面は通常凹んでおり（例えばエッチングされているか、彫刻されている）、この凹み内に勾配コイル２６８（ワイヤ）が配置される。勾配コイルワイヤは、電流が磁界内の勾配コイルワイヤを流れるときにワイヤが移動（例えばローレンツ力により移動）しないように、凹部内に固定されかつ接合されている。ｘ方向の勾配支持体の直径と比較してｙ方向の勾配支持体の直径が僅かに小さいために僅かな寸法的相違がある点を除き、ｙ方向支持体２６２上に設けられたｙ方向の勾配コイルは、ｘ方向の勾配コイル２６８と本質的に同じ設計及び構造を有している。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ｘ勾配コイル２６８の中心２６０はｘ方向を向いており、ｙ勾配コイルは、ｘ勾配コイルに対して周方向に９０°変位されている。ソレノイド状のｚ勾配コイル（詳細には図示せず）は、ｚ勾配支持体２６４の表面上及び／又は表面内に同様に組み立てられている。しかしながら、ｚ勾配コイルはｚ勾配支持体２６４の円筒状軸線の回りでヘリカルに巻回され、円筒状軸線に沿うコイルの１／２は、ｚ勾配コイルがコイルの１／２内の磁界を増大させるように主磁界の巻線と同方向に巻回され、かつ円筒状軸線に沿うコイルの他の１／２は、ｚ勾配コイルがコイルの他の１／２内の磁界を減少させるように反対方向に巻回されている。
当業者には理解されようが、本発明の幾つかの実施形態による図１Ａ及び図１Ｂに示すような全体として円筒状の形状を有する勾配コイルモジュール１０は、例えば、実質的に均一な水平磁界を発生する円筒状のソレノイド主マグネット構造を採用するＭＲＩシステムに使用するのに特に適している。例えば、このようなＭＲＩシステムは、図３において長手方向断面で概略的に示されており、円筒状の主マグネット１７を有している。該主マグネット１７はボアを備え、該ボア内には勾配子コイルモジュール１０が配置されている。またＭＲＩシステムはＲＦコイル（単一又は複数）１３を有し、該ＲＦコイルは、全身用、専用身体部分（例えば、頭部又は肢部）、幼児又はペット等のイメージング用の種々の形式のＲＦコイル又はコイル配列の任意のもので構成できる。しかしながら、極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール１０は、水平磁界を形成する円筒状ソレノイドマグネット以外の主マグネット形状で実施でき、及び／又は例えば、垂直マグネット又は二重ドーナツマグネットのような開型マグネットで実施できる。
また、図１Ａ、図１Ｂ及び図３に示す実施形態は、極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール１０の外部の１つ以上のＲＦコイルを使用するように構成されているが、本発明の幾つかの実施形態によれば、勾配コイルモジュール内に１つ以上のＲＦコイルを付加的に又は別途配置できることは理解されよう。例えば、図４に示すような幾つかの実施形態によれば、ＲＦコイル（単一又は複数）１３は、超伝導勾配コイル３と熱接触している同じヒートシンク（すなわち熱伝導体２）と優れた熱接触するように配置されている。種々の実施形態では、熱伝導体２と熱接触するように配置されしたがって極低温冷却を受けるＲＦコイル（単一又は複数）１３は、１つ以上の慣用銅コイルとして、及び／又は１つ以上の超伝導ＲＦコイル（ＬＴＳ及び／又はＨＴＳ）として、及び／又は室温より低い温度に冷却されたときに、室温より低い温度での銅の伝導率より高い伝導率を有する非超伝導材料（例えば、カーボンナノチューブをベースとする材料及び／又は二次元電子ガス半導体構造体）からなる１つ以上のコイルとして実施される。
例えば、この用途のＨＴＳＲＦコイルの適当な形態は、例えばビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（Bismuth Strontium Calcium Copper Oxides：ＢＳＣＣＯ）により作られた超伝導テープである。例えば、ＨＴＳテープからＨＴＳＲＦコイルを製造する詳細な教示が、上記特許文献４に開示されている。なお、該特許文献４の開示は本願に援用する。他の実施形態では、超伝導ＲＦコイルは、例えばイットリウムバリウム銅酸化物（Yttrium Barium Copper Oxide：ＹＢＣＯ）、タリウムバリウムカルシウム銅酸化物（Thallium Barium Calcium Copper Oxide：ＴＢＣＣＯ）、ＭｇＢ２又はＭＢ（ここで、ＭはＢｅ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ及びＣｒからなる群から選択される）のようなＨＴＳ材料からなる超伝導薄フィルムとして実施できる。平らな基板上にＨＴＳフィルムコイルを組付ける技術の詳細な教示が、上記非特許文献１に開示されている。なお、該非特許文献１の全体の開示は本願に援用する。ＨＴＳコイルに関する他の教示が上記非特許文献２及び３に開示されている。なお、これらの非特許文献２及び３の全体の開示を本願に援用する。
当業者には理解されようが、ＲＦコイル１３が勾配モジュール１０内にあるか否かにかかわらず、ＲＦコイル１３は、ＲＦ送信機及びＲＦ受信機用の別々のコイルとして、又は送信機及び受信機の両方用の共通コイル（すなわちトランシーバコイル）として実施される。また、送信機コイル及び受信機コイルが別々のコイルである幾つかの実施形態では、一方のコイル（例えば受信機コイル）のみが超伝導コイルとして実施される（例えば、他方のコイルは、例えば勾配モジュール１０の外部に配置される慣用の銅コイルとして実施されるのに対し、超伝導コイルは、例えば勾配モジュール１０内の熱伝導体２上に配置される）。また、幾つかの実施形態では、ＲＦコイルがモジュール１０内にあるか否かにかかわらず、ＲＦコイルはＲＦコイル配列として実施され、該ＲＦコイル配列は、幾つかの実施形態ではＨＴＳコイル配列のような超伝導ＲＦコイル配列として構成される。
また、極低温冷却超伝導勾配コイルモジュールの寸法及び形状は、用途に基づいて変更できることは理解されよう。例えば本発明の幾つかの実施形態にしたがって、図５は、頭部イメージングに専用化された磁気共鳴イメージングシステムに使用するために設計された極低温冷却超伝導勾配コイルモジュールのガラスジュワー部分を示す。このガラスジュワーのコンポーネンツは、単なる例示に過ぎないが次のような概略寸法を有している。すなわち、シリンダ６０は、それぞれ２３０ｍｍ、２３６ｍｍ及び２５４ｍｍの内径、外径及び軸線方向長さを有し、シリンダ６２は、それぞれ２４６ｍｍ、２５２ｍｍ及び２５４ｍｍの内径、外径及び軸線方向長さを有し、シリンダ６４は、それぞれ２８０ｍｍ、２８６ｍｍ及び３１２ｍｍの内径、外径及び軸線方向長さを有し、シリンダ６６は、それぞれ２９６ｍｍ、３０２ｍｍ及び３３０ｍｍの内径、外径及び軸線方向長さを有し、内側底板（円形／円筒状）７４は、２３６ｍｍの直径及び１２．７ｍｍの厚さを有し、外側底板（円形／円筒状）７６は、２５２ｍｍの直径及び１２．７ｍｍの厚さを有し、リング（環状）６６は、それぞれ２４６ｍｍ、２８６ｍｍ及び１２．７ｍｍの内径、外径及び厚さ（軸線方向）を有し、リング（環状）６８は、それぞれ２３０ｍｍ、３０２ｍｍ及び１２．７ｍｍの内径、外径及び厚さ（軸線方向）を有し、リング（環状）７２は、それぞれ２８０ｍｍ、３０２ｍｍ及び１２．７ｍｍの内径、外径及び厚さ（軸線方向）を有している。また、約５ｍｍの直径及び内側底板７４と外側底板７６との間に約５ｍｍのギャップを形成する高さを有する小さいスペーサディスク７８（８つあるうちの２つ）が示されている。この例示実施形態では、プラグ７０が、リング６８の標準真空ポート（該ポートを通してイントラジュワーキャビティが真空引きされる）を密封する。
更に、図示されていないが、本発明の種々の実施形態による極低温冷却超伝導勾配コイルモジュール（例えばモジュール１０）は、例えば、任意のセンサ（例えば、モジュールに設けられる圧力センサ及び／又は温度センサ等）を制御し及び／又はモニタリングすべく勾配コイルを駆動するカップリング電気信号をモジュールに供給するための少なくとも１つの電気的フィードスルー（例えば貫通チャンバ８）を有している。また、本発明の種々の実施形態によれば、ガラスジュワーを備えた勾配コイルモジュール（例えばモジュール１０）は、（ｉ）例えば破壊、チッピング又はクラッキングに対する保護を与え及び／又は強度等を付加すべくガラス上に形成されたコーティング（例えばプラスチック又はポリマー）を設けることができ、及び／又は（ｉｉ）例えばプラスチック又はＧ１０で形成された剛性スリーブを設け、該スリーブ内にガラスジュワーを嵌合して、前記保護を与え及び／又は強度を付加することができる。
以上、本発明を特定実施形態に関連して説明した。これらの実施形態は本発明の原理の単なる例示であって、本発明を排除し又は制限するものではない。したがって、本発明の例示の実施形態並びにこれらの実施形態の特徴についての上記説明は多くの特異性を含んでいるが、これらの可能性ある細部は本発明の範囲を制限するものであると解するべきではなく、当業者ならば、本発明はその範囲から逸脱することなくかつその付随する長所を損なうことなく、多くの変更、改造、省略、付加及び均等性を有する実施が可能であることは容易に理解されよう。例えば、本発明の方法において必要であるか固有である範囲を除き、添付図面を含む本願に開示の方法の工程又は段階の特定の順序を暗示するものではない。多くの場合において、工程の順序は変更でき、例示の種々の工程は、本発明の方法の目的、効果又は趣旨を変えることなく、組み合わせ、変更し又は省略することができる。また、用語及び表現は、説明の用語として使用したものであり、本発明を制限するものではない。これらの用語及び表現は、本願に示しかつ説明した全ての特徴を排除するものではない。更に、本発明は、必ずしも本願に開示した１つ以上の長所を備えなくても実施でき、又は本発明の幾つかの実施形態において実現できる。したがって、本発明の範囲は、本願に開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載にしたがって定められるものである。
１ 二重壁ガラスジュワー
２ 非金属熱伝導体
３ 超伝導勾配コイル
７ クライオクーラ
８ 真空ステンレス鋼チャンバ
１３ ＲＦコイル
６０、６２、６４、６６ シリンダ
１０３ 勾配コイル
２５８ ｘ勾配支持体
２６２ ｙ勾配支持体
２６４ ｚ勾配支持体
２ 非金属熱伝導体
３ 超伝導勾配コイル
７ クライオクーラ
８ 真空ステンレス鋼チャンバ
１３ ＲＦコイル
６０、６２、６４、６６ シリンダ
１０３ 勾配コイル
２５８ ｘ勾配支持体
２６２ ｙ勾配支持体
２６４ ｚ勾配支持体
Claims (22)
- 二重壁気密シールジャケットを備えた真空断熱ハウジングであって、前記二重壁気密シールジャケットが、（ｉ）前記二重壁気密シールジャケットを形成する二重壁の間で真空状態にある気密シールされた内部空間を包囲し、かつ（ｉｉ）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は、前記気密シールされた内部空間から分離されかつ圧力分離されており、かつ前記気密シールされた内部空間の真空状態から独立した真空状態に真空引きされるように構成されている、真空断熱ハウジングと、
前記内部チャンバ領域内に配置された少なくとも１つの超伝導勾配コイルであって、前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルの各々が、少なくとも１つの磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光を行うそれぞれの磁界勾配を発生させるように構成されている、少なくとも１つの超伝導勾配コイルと、
前記内部チャンバ領域内に配置されかつ前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルと熱接触している熱シンク部材と、
少なくとも熱シンク部材を極低温冷却するように構成されたポートと、
を有することを特徴とする極低温冷却するように構成された超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ポートは、少なくとも熱シンク部材に熱的に連結されたクライオクーラに連結されている
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ポートへのクライオクーラの連結により、前記内部チャンバ領域が真空状態にあるように内部チャンバ領域がシーリングされる
ことを特徴とする請求項２記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記気密シールジャケットは、前記内部チャンバ領域と同じ広がりを有しかつ実質的に同じ真空状態に真空引きされるように構成された内部空間を有するチャンバにシールして連結されており、前記ポートは前記チャンバに設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記チャンバは、真空状態にある気密シールされた内壁キャビティを包囲する二重壁チャンバとして構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ポートは、少なくとも熱シンク部材に熱的に連結されたクライオクーラに連結されている
ことを特徴とする請求項４記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ポートへのクライオクーラの連結により、前記内部チャンバ領域が真空状態にあるように内部チャンバ領域がシーリングされる
ことを特徴とする請求項６記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記チャンバは二重壁ステンレス鋼チャンバである
ことを特徴とする請求項４記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記気密シールされた内部空間は約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの範囲内の真空圧を有する真空状態にあり、前記内部チャンバ領域は約１０-2〜約１０-6Ｔｏｒｒの範囲内の真空圧を有する真空状態にある
ことを特徴とする請求項４記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記チャンバは、約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの範囲内の真空圧を有する真空状態にある気密性シールされた内壁キャビティを包囲する二重壁チャンバとして構成されていることを特徴とする請求項９記載の超伝導勾配コイルモジュール。
- 前記気密シールされた内部空間は約１０-6〜約１０-12Ｔｏｒｒの範囲内の真空圧を有する真空状態にあり、前記内部チャンバ領域は約１０-2〜約１０-6Ｔｏｒｒの範囲内の真空圧を有する真空状態にある
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記内部チャンバ領域内に配置されかつ前記熱シンク部材と熱接触している少なくとも１つの無線周波数コイルを更に有し、該少なくとも１つの無線周波数コイルは、少なくとも１つの磁気共鳴イメージング及び磁気共鳴分光のための無線周波数信号の発生及び受信の少なくとも一方を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - １つ以上の前記少なくとも１つの無線周波数コイルは超伝導材料からなる
ことを特徴とする請求項１３記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記超伝導材料はＨＴＳ材料からなる
ことを特徴とする請求項１３記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルの少なくとも１つはＨＴＳ材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ＨＴＳ材料はＨＴＳテープとして形成されている
ことを特徴とする請求項１５記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記ＨＴＳ材料はＨＴＳ薄フィルムとして形成されている
ことを特徴とする請求項１６記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 超伝導勾配コイルモジュールの内部チャンバ領域内に配置された少なくとも１つのそれぞれの超伝導勾配磁界コイルを用いて、検査領域内に少なくとも１つの磁界勾配を付与し、前記超伝導勾配コイルモジュールが、
二重壁気密シールジャケットを備えた真空断熱ハウジングであって、前記二重壁気密シールジャケットが、（ｉ）前記二重壁気密シールジャケットを形成する二重壁の間で真空状態にある気密シールされた内部空間を包囲し、かつ（ｉｉ）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は、前記気密シールされた内部空間から分離されかつ圧力分離されており、かつ前記気密シールされた内部空間の真空状態から独立した真空状態にある、真空断熱ハウジングと、
前記内部チャンバ領域内に配置されかつ前記少なくとも１つの超伝導勾配コイルと熱接触している熱シンク部材と、
少なくとも熱シンク部材を極低温冷却し、これにより前記熱シンク部材と熱接触している少なくとも１つのそれぞれの超伝導勾配磁界コイルを極低温冷却するように構成されたポートと、
を有していることを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 - 更に、少なくとも１つのＲＦコイルを使用して、検査領域に及び／又は検査領域から送信し又は受信し、又は送信及び受信の両方を行い、ＲＦコイルは、前記モジュール内に配置されかつ冷却を行うように構成されており、かつ（ｉ）室温より低い温度に冷却されると、該温度での銅の伝導率より高い伝導率を有する非超伝導材料、及び（ｉｉ）超伝導材料の少なくとも一方からなる
ことを特徴とする請求項２８記載の磁気共鳴イメージング方法。 - 前記少なくとも１つのＲＦコイルの少なくとも１つは、前記熱シンク部材と熱接触している
ことを特徴とする請求項１９記載の磁気共鳴イメージング方法。 - 前記超伝導勾配コイルモジュールは、主電磁コイルを収容せず、かつ、磁気共鳴イメージングシステムの主マグネット内の領域に挿入されるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の超伝導勾配コイルモジュール。 - 前記超伝導勾配コイルモジュールは、主電磁コイルを収容せず、かつ、磁気共鳴イメージングシステムの主マグネット内に配置される
ことを特徴とする請求項１８記載の磁気共鳴イメージング方法。
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