JP6019140B2

JP6019140B2 - 金属栓で封をした磁界プローブ

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Publication number: JP6019140B2
Application number: JP2014558262A
Authority: JP
Inventors: ヤンフレデリクサイフェル; ヨハネスウィルヘルムスウェーカンプ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: RU2616765C2; BR112014020657A2; US9097752B2; EP2820439B1; CN104136933A; CN104136933B; WO2013128355A1; BR112014020657B1; US20150028871A1; RU2014137916A; JP2015509400A; EP2820439A1; MX2014009707A

Description

本発明は磁気共鳴イメージング用の磁界プローブ、特に磁界プローブへの試料の封入に関する。

磁気共鳴イメージング中、磁場は磁気共鳴画像の収集中に変動し得る。例えば傾斜磁場の切り替えは望ましくない磁場変動を導入し得る。異物の留置若しくは組織の存在でさえもまた静磁場に影響を及ぼし得る。望ましくない磁場変動を補正するために磁気測定が使用され得る。

磁界プローブは磁場中の時空間変化の測定を可能にするプローブ若しくはセンサである。磁界プローブは既知の核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を持つ材料を選ぶことによって構成され得る。特定のＮＭＲ共鳴の周波数は磁場の関数である。ＮＭＲスペクトロメータにおいて、磁場強度は既知であり、このようにして試料を同定するためにスペクトルが使用され得る。磁界プローブについてその逆が当てはまる。既知の材料が未知の強度の磁場に置かれ、そして特定の一つ若しくは複数の共鳴のスペクトル若しくは位置が磁場強度を決定するために使用され得る。

米国特許出願ＵＳ２００９／０２９５３８９Ａ１は磁界プローブとその製造法を開示する。

本発明は独立請求項において磁界プローブ、磁気共鳴イメージングシステム及び磁界プローブを製造する方法を提供する。実施形態が従属請求項に記載される。

臨床磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）において、環境の影響のために局所磁場が正確にわからないことは問題である。想定される解決法はいわゆる磁界プローブを用いて磁石内の複数の位置で実際の磁場を連続的に測定することである。主要な問題は磁界プローブが、典型的には数か月以内に漏出及び／又は蒸発し続ける液体を含むことである。磁界プローブは典型的には磁場強度の決定に使用される核磁気共鳴（ＮＭＲ）、若しくはＭＲＩ信号を生成するための過フッ化炭化水素などのフッ化炭素を有する。多くのフッ化炭素を使用することの困難はこれらが極めて滑りやすく容易に蒸発しやすいことである。上述の通り、フッ化炭素を磁界プローブ内に長期間封入することは困難であり得る。この問題は磁界プローブ内のフッ化炭素若しくは磁界プローブ全体を定期的に交換する必要さえもたらし得る。

本発明の実施形態は空洞を持つ容器を有する磁界プローブを提供することによってこの上述の問題などを解決し得る。空洞は原子スピンを持つ原子種を有する流体試料で満たされる。容器の壁を通って空洞へ入る導管がある。空洞の外面上に導管を囲む金属膜（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）がある。そして導管を少なくとも部分的に塞ぐ金属栓が使用される。金属栓はさらに金属膜とシールを形成する。このシールは空洞からの流体試料の蒸発及び／又は消失を削減し得る。これはより長く使用されることができる磁界プローブを提供し得る。

本明細書で使用される'磁界プローブ'若しくは'フィールドプローブ'は磁場中の時空間変化の測定を可能にするプローブ若しくはセンサを包含する。磁界プローブは既知のＮＭＲ若しくはＭＲＩ信号を持つ材料を選ぶことによって構成され得る。特定ＮＭＲ共鳴の周波数は磁場の関数である。ＮＭＲスペクトロメータにおいて、磁場強度は既知でありこのようにして試料を同定するためにスペクトルが使用され得る。磁界プローブについてこの逆が当てはまる。既知の材料が未知の強度の磁場におかれ、そして特定の一つもしくは複数の共鳴のスペクトル若しくは位置が磁場強度を決定するために使用され得る。

本明細書で使用される'コンピュータ可読記憶媒体'は計算装置のプロセッサによって実行可能な命令を記憶し得る任意の有形記憶媒体を包含する。コンピュータ可読記憶媒体はコンピュータ可読非一時的記憶媒体とよばれ得る。コンピュータ可読記憶媒体は有形コンピュータ可読媒体ともよばれ得る。一部の実施形態において、コンピュータ可読記憶媒体は計算装置のプロセッサによってアクセス可能なデータを記憶することができる場合もある。コンピュータ可読記憶媒体の実施例は、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、光磁気ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むがこれらに限定されない。光ディスクの実施例はコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、例えばＣＤ‐ＲＯＭ、ＣＤ‐ＲＷ、ＣＤ‐Ｒ、ＤＶＤ‐ＲＯＭ、ＤＶＤ‐ＲＷ、若しくはＤＶＤ‐Ｒディスクを含む。コンピュータ可読記憶媒体という語はネットワーク若しくは通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセス可能な様々なタイプの記録媒体もあらわす。例えばデータはモデム、インターネット、若しくはローカルエリアネットワーク上で検索され得る。

'コンピュータメモリ'若しくは'メモリ'はコンピュータ可読記憶媒体の一実施例である。コンピュータメモリはプロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。コンピュータメモリの実施例は、ＲＡＭメモリ、レジスタ、及びレジスタファイルを含むがこれらに限定されない。

'コンピュータストレージ'若しくは'ストレージ'はコンピュータ可読記憶媒体の一実施例である。コンピュータストレージは任意の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体である。コンピュータストレージの実施例は、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムドライブ、フロッピードライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ‐ＲＯＭ、及びソリッドステートハードドライブを含むがこれらに限定されない。一部の実施形態においてコンピュータストレージはコンピュータメモリでもあり又は逆もまた同様であり得る。

本明細書で使用される'計算装置'はプロセッサを有する任意の装置を包含する。本明細書で使用される'プロセッサ'はプログラム若しくは機械実行可能命令を実行することができる電子部品を包含する。"プロセッサ"を有する計算装置への言及は一つよりも多くのプロセッサ若しくはプロセシングコアを含む可能性があると解釈されるべきである。プロセッサは例えばマルチコアプロセッサであり得る。プロセッサは単一コンピュータシステム内の若しくは複数のコンピュータシステム間に分散したプロセッサの集合もあらわし得る。計算装置という語は各々が一つ若しくは複数のプロセッサを有する計算装置の集合若しくはネットワークをあらわす可能性があるとも解釈されるべきである。多くのプログラムは同じ計算装置内にあり得る若しくは複数の計算装置に分散し得る複数のプロセッサによって実行されるそれらの命令を持つ。

本明細書で使用される'ユーザインターフェース'はユーザ若しくはオペレータがコンピュータ若しくはコンピュータシステムと相互作用することを可能にするインターフェースである。'ユーザインターフェース'は'ヒューマンインターフェースデバイス'ともよばれ得る。ユーザインターフェースはオペレータに情報若しくはデータを提供する及び／又はオペレータから情報若しくはデータを受信し得る。ユーザインターフェースはオペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にし、コンピュータからユーザへ出力を提供し得る。言い換えれば、ユーザインターフェースはオペレータがコンピュータを制御若しくは操作することを可能にし、インターフェースはコンピュータがオペレータの制御若しくは操作の効果を示すことを可能にし得る。ディスプレイ若しくはグラフィカルユーザインターフェース上のデータ若しくは情報の表示はオペレータへ情報を提供する一実施例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、有線グローブ、ダンスパッド、リモートコントロール、及び加速度計を通じたデータの受信は全てオペレータからの情報若しくはデータの受信を可能にするユーザインターフェースコンポーネントの実施例である。

本明細書で使用される'ハードウェアインターフェース'はコンピュータシステムのプロセッサが外部計算装置及び／又は機器と相互作用する及び／又は制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースはプロセッサが外部計算装置及び／又は機器に制御信号若しくは命令を送信することを可能にし得る。ハードウェアインターフェースはプロセッサが外部計算装置及び／又は機器とデータを交換することも可能にし得る。ハードウェアインターフェースの実施例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ‐２３２ポート、ＩＥＥＥ‐４８８ポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続、ワイヤレスローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）接続、制御電圧インターフェース、ＭＩＤＩインターフェース、アナログ入力インターフェース、及びデジタル入力インターフェースを含むがこれらに限定されない。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、磁気共鳴イメージングスキャン中の磁気共鳴装置のアンテナによる、原子スピンによって放出される、ＭＲＩ信号、ＭＲ信号、若しくはＮＭＲ信号ともよばれる、高周波信号の記録された測定と本明細書で定義される。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像は磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの再構成された二次元若しくは三次元視覚化と本明細書で定義される。この視覚化はコンピュータを用いて実行され得る。

一態様において本発明は磁気共鳴イメージングシステム用の磁界プローブを提供する。磁界プローブは空洞を持つ容器を有する。空洞は容器の外面と空洞を接続する導管を有する。容器は外面上で導管を囲む金属膜をさらに有する。容器は金属栓をさらに有する。金属栓は導管を少なくとも部分的に塞ぐ。金属栓は金属膜とシールを形成する。つまり空洞へのアクセスをもたらす穴が容器内にある。穴を囲む容器の表面に接着若しくは付着される金属膜が穴への入り口を囲む。そして少なくとも部分的に穴を塞ぎ金属膜上にシールを形成する金属栓がある。磁界プローブはフッ素１９を有する試料をさらに有する。試料は少なくとも部分的に空洞を満たす。磁界プローブは流体試料の磁気スピン若しくは原子スピンを操作するための、及び流体試料からの磁気共鳴データを受信するための、容器に隣接するアンテナをさらに有する。

この実施形態は、金属栓が金属膜と良好なシールを形成するので有利であり得る。フッ素１９試料を用いる典型的な磁界プローブは、フッ素１９液体若しくは材料が非常に滑りやすく容器内に含むことが困難であるという問題を持ち得る。金属膜に対する金属栓封止の使用は、磁界プローブの耐用年数が長くなり得るように磁界プローブ内のフッ素１９を封じる手段を提供し得る。

本明細書で使用される'金属膜'は非金属表面上の金属の薄膜若しくは層の堆積を包含する。例えば金属膜はあらゆる方法で導管を囲む表面上に堆積され得る。金属膜を形成するように金属をスパッタするためのプラズマの使用はこれをする一つの方法である。別の方法は電子ビーム蒸着若しくは熱蒸着を用いて蒸発金属を生成し、そしてこれが凝縮して導管の周囲に金属膜を形成するものである。マスク若しくは他の同様の構造が、容器全体が覆われないように金属膜を形作るために使用され得る。

一実施形態において流体試料は液体である。これは例えば室温若しくは磁気共鳴イメージングシステムを操作するために使用され得る典型的な温度において液体であり得る。

別の実施形態において金属膜は接着層の開始としてクロム、続いてニッケル、続いて金である。金は金属栓と金の間の金ボンディングプロセスのために使用され得る。別の実施形態において金属膜はアルミニウムであり得る。この金属は容器の表面に付着するために使用され得、金ボンディングのために使用され得、また磁気共鳴イメージング適合性でもある。

別の実施形態において金属膜はチタン層を有する。

別の実施形態において金属膜は異なる時間に堆積される異なる金属のスタックによって形成される。例えばチタン、クロム、ニッケル及び金が様々なスタックにおいて使用され得る。一部の実施形態において金属膜は金属栓がそれに封じられる前に焼なまし炉で焼鈍される。

別の実施形態において容器は誘電体から製造される。

別の実施形態において容器は硬質容器である。この実施形態は既知の形状とサイズを持つ空洞を提供するので有益であり得る。これはアンテナによって検出される磁気共鳴信号の強度を評価するために使用され得る。

別の実施形態において容器は密封構造である。密封構造の使用は流体試料の漏出を防止し得るので有益であり得る。本明細書で使用される密封はフッ素１９試料を通さないシールを包含する。

別の実施形態において空洞は流体試料の膨張と収縮を軽減するために試料中に気泡を含む。この実施形態は大きな温度変化がある場合流体試料が膨張若しくは収縮し得るので有益であり得る。流体試料が過剰に膨張する場合圧力が金属栓を押し開けてしまう可能性があり得る。

別の実施形態において空洞の一部は気泡の好適な気泡位置を維持するためにコーティングで覆われる。例えばコーティングは気泡が位置することが望ましい空洞の一部分に堆積され得る。一部の実施形態においてこのコーティングは親水性コーティングであり得る。試料は必ずしも水性とは限らないが、気泡がコーティングのある位置にいることを好むようにコーティングは表面張力を変更し得る。

別の実施形態においてコーティングは以下のうちのいずれか一つである：テフロン（登録商標）、ＡＦ‐１６００、及びパリレン（登録商標）。この実施形態は、気泡が好適な位置にある場合試料からの磁気共鳴信号がより予測可能になるので有益であり得る。例えば気泡がアンテナに対して位置を変える場合、これは信号のレベルに影響し得る。また磁気プローブが試料を通る傾斜磁場を経験する場合、試料の異なる領域が磁気共鳴信号への異なる周波数成分に寄与し得る。気泡を好適な気泡位置に置くことは磁界プローブからの結果をより予測可能で信頼できるものにし得る。

別の実施形態において容器は少なくとも部分的に石英から作られる。

別の実施形態において容器は少なくとも部分的にアルミナから作られる。

別の実施形態において容器は流体試料の熱膨張と収縮を軽減するために少なくとも部分的に空洞内にあるベローズを有する。この実施形態はベローズが空洞内の気泡と同じ機能を持つので有益であり得る。ベローズは膨張及び収縮することができるので、このようにして金属栓が高過ぎる圧力によって破裂するのを防止するのに役立ち得る。

別の実施形態において、ベローズは空洞内にあり得る。この実施形態においてベローズは完全に空洞内に位置し得る。

他の実施形態においてベローズは空洞の壁の一部を形成し得る。例えば空洞の壁若しくは内壁の一部は柔軟であるか若しくはベローズ状材料であり得る。さらに別の実施形態において空洞は容器の誘電部分と別の部分によって形成され得、これはベローズによって形成され得る。

別の実施形態において空洞を形成する容器の少なくとも一部は流体試料の膨張と収縮を軽減するための少なくとも一つの柔軟な要素を有する。この実施形態は、金属栓が金属膜と形成するシールを圧力が破裂させるのを防止するように、柔軟な要素が何らかの圧力解放をもたらし得るので、有利であり得る。

別の実施形態において容器は流体試料で完全に満たされる。つまり気泡がなく柔軟な要素が圧力解放をもたらす。

別の実施形態において容器は壁によって形成される。柔軟な要素は容器の壁の一部である。

別の実施形態において容器は壁によって形成される。柔軟な要素は容器の全壁によって形成される。

別の実施形態において柔軟な要素はベローズである。

別の実施形態においてベローズは金属から製造されるか若しくは金属を有する。金属ベローズをガラス、アルミナ、若しくは石英に付着させる金属‐ガラス若しくは金属‐アルミナシールがあり得る。

別の実施形態において容器は少なくとも部分的にガラス、アルミナ、若しくは石英で作られる。

別の実施形態において原子種は水素である。

別の実施形態において原子種は重水素である。

別の実施形態において原子種はフッ素１９である。

別の実施形態において試料は以下のうちのいずれか一つを有する：過フッ化炭化水素；ヘキサフルオロベンゼン；ヘキサフルオロ‐２，３‐ビス（トリフルオロメチル）ブタン‐２，３‐ジオール；ヘキサフルオロ‐２‐プロパノール；２，２，２‐トリフロオロエタノール；３，３，３‐トリフルオロ‐１‐プロパノール；トリフルオロ酢酸；ヘキサフルオロベンゼン；ペルフルオロ１５‐クラウン‐５；及びそれらの組み合わせ。

別の実施形態において試料はＭＲ活性物質に混ぜられる少なくとも一つのドーパントを有する。ドーパントはそれぞれ二若しくは三等価の電荷中和リガンドを持つ二価若しくは三価金属カチオンの錯体である。リガンドはアセチルアセトナート、６，６，７，７，８，８，８‐ヘプタフルオロ‐２，２‐ジメチル‐３，５‐オクタンジオナート、ヘキサフルオロアセチルアセトナート、アセテート、テトラメチルシクロペンタジエニル、プロポキシド、及び２，２，６，６‐テトラメチル‐５３，５‐ヘプタンジオナートからなる群から選択される。金属カチオンはＦｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ若しくは希土類金属のどれかを有する群から選択される。

別の実施形態において試料はペルフルオロピナコールを有する。ペルフルオロピナコールの使用は、これが高いフッ素１９濃度を含むため有益であり得る。

別の実施形態において金属栓は以下のうちのいずれか一つを有する：金、インジウム、白金、パラジウム、及びこれらの組み合わせ。

別の実施形態においてフィールドプローブの外法寸法は全方向で１ｃｍ未満である。

別の実施形態において試料は全方向で１ｍｍよりも長くない。その幾何学形状は主に固定されるべきであるが、その正確な形状に強い要求はない。

別の実施形態において磁界プローブは永久に封じられる。好適にはこれは少なくとも１０年の耐用年数期間を持つ。

別の実施形態において磁界プローブは温度変動（標準ＣＥ‐ラベル要件によれば−２０℃から＋８０℃）中に封じられたままであるべきである。

別の実施形態において場を測定するための導線若しくはアンテナ、恐らく８若しくはそれ以上のワイヤのループは、試料から１ｍｍ未満離れているべきである。

別の実施形態において容器材料は非導電性であるべきである。容器は誘電性であり得る。

別の実施形態において封止流体容器内に存在する蒸気及び／又はエアポケットがある。蒸気及び／又はエアポケットは気泡とよばれ得る。気泡の体積は好適には１５℃ないし３０℃において作動中の総体積の１０％未満である。空洞内の気泡の位置が一定のままである場合も好適である。

別の態様において本発明はイメージングゾーンを提供するための磁石を有する磁気共鳴イメージングシステムを提供する。磁気共鳴イメージングシステムは高周波送受信機をさらに有する。磁気共鳴イメージングシステムは本発明の一実施形態にかかる磁界プローブをさらに有する。磁界プローブは高周波送受信機に接続される。磁界プローブはイメージングゾーン内に位置する。本明細書で使用されるイメージングゾーンは磁気共鳴イメージングを実行するために十分に強く十分に均一な磁場を持つ領域を包含する。この実施形態は本発明の一実施形態にかかる磁界プローブがフッ素を用いる従来の磁界プローブよりも長持ちし得るので有利であり得る。これは磁界プローブを点検する必要なく磁気共鳴イメージングシステムが長期間作動若しくは機能することを可能にし得る。

別の実施形態において磁気共鳴イメージングシステムは磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサをさらに有する。磁気共鳴イメージングシステムは機械実行可能命令を記憶するためのメモリをさらに有する。命令の実行はプロセッサに磁気共鳴イメージングシステムを用いて磁気共鳴データを収集させる。命令の実行はさらにプロセッサに磁気共鳴データを用いて磁場強度を計算させる。

別の実施形態において命令の実行はさらにプロセッサに磁気共鳴イメージングシステムを用いて対象から画像磁気共鳴データを収集させる。命令の実行はさらにプロセッサに磁場強度と画像磁気共鳴データを用いて補正磁気共鳴データを計算させる。命令の実行はさらにプロセッサに補正磁気共鳴データから画像を再構成させる。

上述の実施形態において命令の実行によりプロセッサによって実行されるアクションは方法におけるステップとしても使用され得る。前の実施形態においてプロセッサによって実行される機械実行可能命令はコンピュータプログラム製品としても記憶され得る。コンピュータプログラム製品は例えば非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。

別の態様において本発明は磁界プローブを製造する方法を提供する。方法は空洞を持つ容器を設けるステップを有する。空洞は容器の外面と空洞を接続する導管を有する。容器は外面上に導管を囲む金属膜をさらに有する。方法は原子スピンを持つ原子種を有する流体試料で空洞を少なくとも部分的に満たすステップをさらに有する。容器は試料の磁気スピン若しくは原子スピンを操作するため、及び流体試料から磁気共鳴データを受信するための、容器に隣接するアンテナを有する。一部の実施形態においてアンテナは容器の空洞に既に隣接している。他の実施形態において方法はアンテナを設けるステップとアンテナを容器に取り付けるステップをさらに有する。

方法は導管を金属栓で少なくとも部分的に塞ぐステップをさらに有する。金属栓は金属膜とシールを形成する。

別の実施形態において金属栓と金属膜間のシールはサーモソニックボンディングを用いて形成される。サーモソニックボンディングの使用は半導体上の金属膜への金属導体の接合から知られる。金属栓を所定位置に圧入し、そして超音波振動させながら圧力をかける機械がサーモソニックボンディングを実行するために使用され得る。

別の実施形態において試料は流体である。

別の実施形態において空洞は容器を真空に置くステップを実行することによって実行される。空洞は導管を試料に沈めるステップを実行することによってさらに充填される。試料は流体であり得、容器と試料を囲む空気若しくは大気が排出された後沸騰しているかもしれない。空洞の充填は真空を大気圧に通気することによってさらに実行される。導管は真空を通気した後に金属栓で塞がれる。容器は真空内に置かれているので空洞内の空気若しくは他のガスの全部が排出されている。導管を流体試料中に置き、そして真空を大気圧に通気することは、試料若しくは流体をそれを満たす空洞に入れる。ここで試料は少なくとも部分的に空洞を満たし、導管は金属栓で塞がれその結果封止する。

以下、ほんの一例として、図面を参照して本発明の好適な実施形態が記載される。

本発明の一実施形態にかかる磁界プローブを図示する。磁界プローブを構成するために使用され得る容器の一実施例を図示する。図１の磁界プローブが流体試料で満たされる様を図示する。導管が封止された後の図１の磁界プローブを図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。膨張壁を持つ図１０の完成した磁界プローブを示す。本発明の一実施形態にかかる磁界プローブを製造する方法を図示するフローチャートを示す。本発明のさらなる実施形態にかかる磁界プローブを製造する方法を図示するフロー図を示す。本発明の一実施形態にかかる容器を図示する。本発明のさらなる実施形態にかかる代替的な容器を図示する。本発明の一実施形態にかかる容器の代替的実施形態を示す。図１６に図示したものと同様の容器の組立プロトタイプを図示する。本発明の一実施形態にかかる容器の図を示す。図１８に図示したものと同様の容器の組立実施例を図示する。本発明の一実施形態にかかる磁気共鳴イメージングシステムの一実施例を図示する。本発明の一実施形態にかかる磁気共鳴イメージングシステムを操作する方法を図示するフロー図を示す。本発明のさらなる実施形態にかかる磁気共鳴イメージングシステムを操作する方法を図示するフロー図を示す。

これらの図面における同様の番号の要素は均等な要素であるか若しくは同じ機能を実行する。前述されている要素は機能が均等である場合それより後の図面において必ずしも論じられない。

図１は本発明の一実施形態にかかる磁界プローブ１００を示す。図１において磁界プローブ１００はまだ流体試料で満たされていない。磁界プローブ１００はアンテナ１０２によって囲まれる容器１０４を有する。図１に示す図は切断図若しくは断面図である。容器１０４は空洞１０６を持つ。容器１０４は外面１０９を持つ。外面１０９を空洞１０６に接続する導管１１０がある。導管１１０は流体試料で容器１０４を満たすために使用され得る。導管１１０を囲む外面１０９上の金属膜１０８がある。金属膜１０８は後に導管１１０を閉じるためのシールを形成するために使用される。

図２は磁界プローブを構成するために使用され得る容器２００の一実施例を示す。容器は上部板２０２、下部板２０４及び円筒２０６から形成される。上部板２０２及び下部板２０４は円筒２０６の両端で密封される。この図にはアンテナ若しくはコイルは図示されない。この図２には管が容器２００に接続することを可能にするオプションコネクタ２０８も図示される。導管は下部板２０４上にありこの図では見えない。

図３は磁界プローブ１００が流体試料３００で満たされる様を図示するために使用される。この図に図示の通り空洞は今や気泡３０２を除いて流体試料３００で満たされているように図示される。一部の実施形態において気泡３０２が容器１０４と接するところで表面３０４上にコーティングがあり得る。表面３０４上の材料は気泡３０２が選択的位置若しくはスポットに入るようにするために使用され得る。この実施例において導管１１０はまだ封じられていない。

試料３００は蒸気圧を持つ。空洞が凝固点よりも高い温度で満たされる場合、蒸気泡３０２は容器内にとどまる。

容器の充填に続いて、蒸気泡３０２は重力に対する（液体／蒸気／壁間の）界面張力の優位性のために容器の壁に固定されたままになる。必要に応じて、蒸気泡が位置する場所は空洞若しくは密閉構造の内部の界面張力を局所的に変更することによって強制され得る。これは例えばテフロン（登録商標）、ＡＦ‐１６００、パリレン（登録商標）などのコーティングの適用を通じて達成され得る。

図４は導管１１０が封じられた後の磁界プローブ１００を図示する。導管１１０は金属栓４００で部分的に塞がれている。金属栓４００は金属膜１０８とシール４０２を形成する。

図４に図示される最終ステップは内部ボリューム３００と外部ボリューム１０９の間の導管１１０を密封することである。これは例えばインジウム若しくは金で作られる金属栓などの変形可能材料４００をチャネルに注入し、その後この材料を密封構造の外側にある金属膜／封止基質１０８に超音波接合することによって達成される。最終状態は次のように見える：

図５‐１０は柔軟な容器を持つ磁界プローブの製造を図示する。図５に図示されるのは矩形構造若しくは箱５００である。図５‐１１の図は断面図である。代替的な実施形態において構造５００は管である。

この実施形態では容器のケーシング自体が柔軟である。

標準的なガラス／焼結技術が容器を完全に封じるために使用され得る。メタルハライドランプ製造から知られるものなどの技術が非常に良好な封止能で正確になされ得る。

図６において箱５００はその両端を一緒に圧着して容器６００を形成する。容器６００は今や封じられ空洞６０２を持つ。箱５００の両端の圧着端６０４は容器６００を封じる。

プロセスの次のステップが図７に図示される。図７において導管７００は容器６００を突き通されている。導管７００は容器６００の空洞６０２と外面７０２の間にポートを形成する。

製造プロセスの次のステップが図８に図示される。図８において金属膜８００が導管７００を囲む外面７０２上に堆積されている。図９において容器６００はその空洞を流体試料９００で満たしている。容器６００は例えば前記真空技術を用いて流体試料で満たされ得る。

図１０において導管７００は金属栓１０００で少なくとも部分的に塞がれているように図示される。金属栓１０００は金属膜８００とシール１００２を形成する。コイル若しくはアンテナを追加して、図１０に示す実施形態は完全な磁界プローブとなり得る。

図１１はこの場合容器６００の外側の圧力に対する流体試料９００の圧力が図１０に示すものよりも高いことを除き、図１０に示すものと同じ実施形態を示す。栓１０００が飛び出す代わりに、圧力解放をもたらすことができる膨張壁１１００がある。

図１２は本発明の一実施形態にかかる磁界プローブを製造する方法を図示するフローチャートを示す。ステップ１２００において空洞と空洞を満たすための導管を持つ容器が設けられる。次にステップ１２０２において空洞が原子若しくは磁気スピンを持つ原子アイソトープ若しくは原子種を有する流体試料で満たされる。ステップ１２０４において導管がそれを封止する金属栓で少なくとも部分的に塞がれる。

図１３は本発明のさらなる実施形態にかかる方法を図示するフロー図を示す。ステップ１３００において容器は空洞と空洞を満たすための導管を設けられる。次にステップ１３０２において容器が真空に置かれる。これは例えば容器を真空室内に入れ、真空室を真空排気することであり得る。次にステップ１３０４において導管が原子若しくは磁気スピンを持つ原子アイソトープ若しくは原子種を有する流体試料に沈められる。原子及び磁気スピンという語は本明細書において同じ意味で使用される。流体試料も真空内にある。流体試料は真空のために沸騰しているかもしれないことに留意すべきである。次にステップ１３０６において真空が通気される。真空に置かれたときに空洞の空気とガスは全て排気された。従って真空が通気されると真空室に戻る圧力が流体試料を容器の空洞内に流入させる。最後にステップ１３０８において導管が金属栓で少なくとも部分的に塞がれる。これは導管を封じ流体試料が出ていく若しくは漏れるのを妨げる。

図１４は本発明の一実施形態にかかる容器１４００を図示する。容器１４００はベローズ１４０２から構成される。上端に図示されない上板のための場所１４０４がある。ベローズ１４０２の底部は底板１４０６によって封止される。底板は充填するための導管と金属膜を含み得る。これはこの図には図示されない。ベローズ１４０２は温度に応じて流体の膨張に対処するために柔軟である。ベローズは上板と底板１４０６に接続して密封を作る。空洞１４１０がある。この実施形態において表面コイルは例えば上板若しくは底板１４０６上に置かれ得る。

図１５は本発明の一実施形態にかかる容器１５００の代替的な実施形態を示す。第１の管１５０２と第２の管１５０４がある。第２の管１５０４は第１の管１５０２内をスライドすることができる。第１の管１５０２は一端を上板１５０６で封じる。第１の管１５０２と上板１５０６は密封を作る。第２の管１５０４は底板１５０８で密封で封じられる。第１の管１５０２と第２の管１５０４の組み合わせは可変体積を持つ空洞１５１０を形成する。管は、第１の管１５０２と第２の管１５０４が流体試料を容器内に保つためにシールを形成するように押し付けられ得る。

図１６は磁界プローブを構成するために使用され得る容器１６００を示す。容器１６００は上板１６０４と底板１６０６で密封される管１６０２を有する。フッ素１９流体１６０８で満たされる空洞１６０８がある。空洞１６０８内に二つのベローズ１６１０があり、これらは試料１６０８の圧力変化を相殺するために膨張及び収縮するべくそこにある。磁界プローブを完成させるためにコイル若しくはアンテナが管１６０２に取り付けられ得る。

底板１６０６は充填するための導管及び金属膜を含み得る。これはこの図には示されない。ベローズ１６１０は温度に応じて流体の膨張に対処することができる。ベローズは上及び／又は底板に接続されて密封を形成し得る。ベローズは空洞の単一の角若しくは端にある単一ベローズでもあり得る。

図１７は図１６に図示のものと同様の容器の組立プロトタイプを図示する。この実施例では容器１７００がある。容器内にベローズ１７０２を含む。流体容器は９ｍｍ組立高さと５ｍｍ直径を持つ。ベローズ１７０２は空洞内にあり２ｍｍの直径を持つ。オプションコネクタ２０８もこの図に示される。

図１８は本発明の一実施形態にかかる容器１８００の図を示す。容器１８００をベローズ１８０４に接続するコネクタがある。ベローズ１８０４の膨張と収縮は容器１８００内の流体が定圧を維持することを可能にする。ベローズ１８０４はオプション管１８０６に接続される。

図１９は図１８に図示のものと同様の一実施形態の組立実施例を図示する。

図２０は本発明の一実施形態にかかる磁気共鳴イメージングシステム２０００の一実施例を図示する。磁気共鳴イメージングシステム１０００は磁石２００４を有する。磁石２００４はそれを通るボア２００６を持つ超電導円筒型磁石２００４である。磁石２００４は超電導コイルを持つ液体ヘリウムで冷却されたクライオスタットを持つ。永久磁石若しくは常伝導磁石を使用することも可能である。異なるタイプの磁石の使用も可能であり、例えばスプリット円筒磁石といわゆるオープン磁石の両方を使用することも可能である。スプリット円筒磁石は磁石の等角面へのアクセスを可能にするためにクライオスタットが二つの部分に分割されている点を除き、標準円筒磁石と同様であり、かかる磁石は例えば荷電粒子線療法と併用され得る。オープン磁石は対象を収容するのに十分な大きさの間隔をあけて上下に二つの磁石部分を持つ：二つの部分の配置はヘルムホルツコイルのものと同様である。オープン磁石は対象の閉塞感が少ないので人気がある。円筒磁石のクライオスタットの内部に超電導コイルの集合がある。円筒磁石２００４のボア２００６内に、磁気共鳴イメージングを実行するために十分に磁場が強く均一なイメージングゾーン２００８がある。

磁石のボア２００６内に傾斜磁場コイルのセット２０１０もあり、これは磁石２００４のイメージングゾーン２００８内の磁気スピン、若しくは原子スピンを空間エンコードするように磁気共鳴データの収集のために使用される。傾斜磁場コイル２０１０は傾斜磁場コイル電源２０１２に接続される。傾斜磁場コイル２０１０は代表例であるよう意図される。典型的には傾斜磁場コイル２０１０は三つの直交空間方向に空間エンコードするためのコイルの三つの個別セットを含む。傾斜磁場電源は傾斜磁場コイルに電流を供給する。傾斜磁場コイル２０１０に供給される電流は時間の関数として制御され、ランプ若しくはパルス状であり得る。

イメージングゾーン２００８に隣接して、イメージングゾーン２００８内の磁気スピン、原子スピンの配向を操作するための、及びこれもイメージングゾーン２００８内のスピンからの無線伝送を受信するための、高周波コイル２０１４がある。高周波アンテナは複数のコイル素子を含み得る。高周波アンテナはチャネル若しくはアンテナともよばれ得る。高周波コイル２０１４は高周波送受信機２０１６に接続される。高周波コイル２０１４と高周波送受信機２０１６は個別の送信及び受信コイル並びに個別の送信機及び受信機に置き換えられ得る。高周波コイル２０１４と高周波送受信機２０１６は代表例であることが理解される。高周波コイル２０１４は専用送信アンテナ及び専用受信アンテナもあらわすことが意図される。同様に送受信機２０１６は個別送信機及び受信機もあらわし得る。

対象２０１８は磁石２００４のボア２００６内で対象支持台２０２０上に横たわる。対象２０１８は部分的にイメージングゾーン２００８内にある。イメージングゾーン２００８内に磁界プローブ２０２２が見える。磁界プローブ２０２２は複数の磁界プローブもあらわし得る。例えば磁界プローブ２０２２は磁石２００４のボア２００６内の様々な位置に置かれ得る。これは磁場の変化の時空間測定を可能にし得る。一つもしくは複数の磁界プローブ２０２２が高周波コイル２０１４に取り付けられ得、それらは対象２０１８上に自由に横たわっているか、若しくはそれらは磁石のボア２００６内に取り付けられ得る。

傾斜磁場コイル電源２０１２と送受信機２０１６はコンピュータシステム２０２６のハードウェアインターフェース２０２８に接続される。コンピュータシステム２０２６はプロセッサ２０３０をさらに有する。プロセッサ２０３０はハードウェアインターフェース２０２８、ユーザインターフェース２０３４、コンピュータストレージ２０３６、及びコンピュータメモリ２０３８に接続される。

コンピュータストレージは磁気共鳴データ２０４０と画像磁気共鳴データ２０４２を含むとして図示される。磁気共鳴データ２０４０，２０４２は磁気共鳴イメージングシステム２０００によって収集されている。コンピュータストレージ２０３６はさらに磁気共鳴データ２０４０から再構成されている磁場マップ２０４４を含むとして図示される。コンピュータストレージ２０３６はさらに磁場マップ２０４４と画像磁気共鳴データ２０４２を用いて計算されている補正磁気共鳴データ２０４５を含むとして図示される。コンピュータストレージ２０３６はさらに補正磁気共鳴データ２０４５から再構成されている画像２０４６を含むとして図示される。コンピュータストレージ２０３６はさらにパルスシーケンス２０４８を含むとして図示される。本明細書で使用されるパルスシーケンスは磁気共鳴イメージングシステム２０００が磁気共鳴データ２０４０，２０４２を収集することを可能にする命令のセットである。

コンピュータメモリ２０３８は制御モジュール２０５０を含むとして図示される。制御モジュール２０５０はプロセッサが磁気共鳴イメージングシステム２０００の操作と機能を制御することを可能にする機械実行可能命令を含む。例えば制御モジュール２０５０はプロセッサ２０３０が磁気共鳴データ２０４０，２０４２を収集することを可能にするコマンドを生成するためにパルスシーケンス２０４８を使用し得る。コンピュータメモリ２０３８はさらに磁場計算モジュール２０５２を含むとして図示される。磁場計算モジュール２０５２はプロセッサ２０３０が磁気共鳴データ２０４０から磁場マップ２０４４を計算することを可能にする機械実行可能命令を有する。コンピュータメモリ２０３８はさらにデータ補正モジュール２０５４を含むとして図示される。データ補正モジュール２０５４はプロセッサ２０３０が磁場マップ２０４４と画像磁気共鳴データ２０４２から補正磁気共鳴データ２０４５を計算することを可能にするコンピュータ実行可能コードを含む。コンピュータメモリ２０３８は画像再構成モジュール２０５６をさらに含む。画像再構成モジュール２０５６はプロセッサ２０３０が補正磁気共鳴データ２０４５から画像２０４６を再構成することを可能にするコンピュータ実行可能コードを含む。

図２１は本発明の一実施形態にかかる方法を図示するフローチャートを示す。ステップ２１００において磁気共鳴データが収集される。次にステップ２１０２において磁気共鳴データを用いて磁場強度が計算される。一部の実施形態においてフッ素磁気共鳴データが複数の磁界プローブから収集される。この場合複数の空間位置における磁場強度が計算され得る。加えて磁気共鳴データが画像磁気共鳴データの収集を通じて複数の期間において若しくは連続的に収集され得る。従って磁場強度は空間依存性及び／又は時間依存性であり得る。つまり時間の関数として変化する多次元磁場マップも図２１に示す方法を用いて計算され得る。

図２２は本発明のさらなる実施形態にかかる方法を図示するフロー図を示す。ステップ２２００において磁気共鳴データが収集される。ステップ２２０２において画像磁気共鳴データが収集される。ステップ２２００及び２２０２は任意の順番で実行され得、同時に実行されてもよい。次にステップ２２０４において磁気共鳴データを用いて磁場強度が計算される。一部の実施形態において磁場強度は画像磁気共鳴データが収集される前に計算され得る。次にステップ２２０６において磁場強度と画像磁気共鳴データを用いて補正磁気共鳴データが計算される。最後にステップ２２０８において補正磁気共鳴データから画像が再構成される。先と同様に、磁気共鳴データは複数の磁界プローブから、また複数の期間若しくは間隔においても収集され得る。従って、補正磁気共鳴データは時間及び位置の両方において磁場の変化について補正され得る。

本発明は図面と先の説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は例示若しくは説明であって限定ではないとみなされるものとする。本発明は開示の実施形態に限定されない。

開示の実施形態への他の変更は図面、開示及び添付の請求項の考察から、請求される発明を実践する上で当業者によって理解され、もたらされ得る。請求項において、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットは請求項に列挙された複数の項目の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは他のハードウェアと一緒に若しくはその一部として供給される光記憶媒体若しくは固体媒体などの適切な媒体上に記憶／分散され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムなどを介して他の形式でも分散され得る。請求項における任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１００磁界プローブ
１０２アンテナ
１０４容器
１０６空洞
１０８金属膜
１０９外面
１１０導管
２００容器
２０２上部板
２０４下部板
２０６円筒
２０８オプションコネクタ
３００流体試料
３０２気泡
３０４表面
４００プラグ
４０２シール
５００箱
６００容器
６０２空洞
６０４圧着端
７００導管
７０２外面
８００金属膜
９００流体試料
１０００プラグ
１００２シール
１１００膨張壁
１４００容器
１４０２ベローズ
１４０４上板用の場所
１４０６底板
１４０８空洞
１５００容器
１５０２第１の管
１５０４第２の管
１５０６上板
１５０８底板
１５１０空洞
１６００容器
１６０２管
１６０４上板
１６０６底板
１６０８充填された空洞
１６１０ベローズ
１８００容器
１８０２容器
１８０４ベローズ
１８０６管
２０００磁気共鳴イメージングシステム
２００４磁石
２００６磁石のボア
２００８イメージングゾーン
２０１０傾斜磁場コイル
２０１２傾斜磁場コイル電源
２０１４高周波コイル
２０１６送受信機
２０１８対象
２０２０対象支持台
２０２２フィールドプローブ
２０２６コンピュータシステム
２０２８ハードウェアインターフェース
２０３０プロセッサ
２０３２ユーザインターフェース
２０３４ユーザインターフェース
２０３６コンピュータストレージ
２０３８コンピュータメモリ
２０４０磁気共鳴データ
２０４２画像磁気共鳴データ
２０４４磁場マップ
２０４５補正磁気共鳴データ
２０４６画像
２０４８パルスシーケンス
２０５０制御モジュール
２０５２磁場計算モジュール
２０５４データ補正モジュール
２０５６画像再構成モジュール

Claims

磁界プローブであって、
空洞を持つ容器であって、前記空洞は前記容器の外面と前記空洞を接続する導管を有し、前記容器が前記外面上で前記導管を囲む金属膜をさらに有し、前記容器が金属栓をさらに有し、前記金属栓が少なくとも部分的に前記導管を塞ぎ、前記金属栓が前記金属膜とシールを形成する、容器と、
核スピンを持つ原子種を有する流体試料であって、前記試料が前記空洞を少なくとも部分的に満たす、流体試料と、
前記流体試料の磁気スピンを操作するため及び前記流体試料から磁気共鳴信号を受信するための前記容器に隣接するアンテナと
を有する、磁界プローブ。
前記容器が硬質容器である、請求項１に記載の磁界プローブ。
前記空洞が前記流体試料の膨張と収縮を緩和するために前記試料中に気泡を含む、請求項２に記載の磁界プローブ。
前記空洞の一部が前記気泡の好適な気泡位置を維持するためにコーティングで被覆される、請求項３に記載の磁界プローブ。
前記容器が前記流体試料の熱膨張と収縮を緩和するために少なくとも部分的に前記空洞内にあるベローズを有する、請求項２に記載の磁界プローブ。
前記空洞を形成する前記容器の少なくとも一部が前記流体試料の膨張と収縮を緩和するための少なくとも一つの柔軟な要素を有する、請求項１に記載の磁界プローブ。
前記柔軟な要素がベローズである、請求項６に記載の磁界プローブ。
前記原子種が水素、重水素及びフッ素１９のいずれか一つである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
前記原子種がフッ素１９であり、前記試料が、過フッ化炭化水素；ペルフルオロピナコール；トリフラート；ヘキサフルオロベンゼン；ヘキサフルオロ‐２，３‐ビス（トリフルオロメチル）ブタン‐２，３‐ジオール；ヘキサフルオロ‐２‐プロパノール；２，２，２‐トリフルオロエタノール；３，３，３‐トリフルオロ‐１‐プロパノール；トリフルオロ酢酸；ヘキサフルオロベンゼン；ペルフルオロ１５‐クラウン‐５；ドーパントがそれぞれ二若しくは三等価の電荷中和リガンドを持つ二価若しくは三価金属カチオンの錯体である、ＭＲ活性物質に混合した少なくとも一つのドーパントであって、前記リガンドが、アセチルアセトナート、６，６，７，７，８，８，８‐ヘプタフルオロ‐２，２‐ジメチル‐３，５‐オクタンジオナート、ヘキサフルオロアセチルアセトナート、アセテート、テトラメチルシクロペンタジエニルプロポキシド、及び２，２，６，６‐テトラメチル‐５３，５‐ヘプタンジオナートからなる群から選択され、前記金属カチオンがＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ若しくは希土類金属のいずれかからなる群から選択されるもの；含フッ素、常温イオン液体；アニオンがテトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、四フッ化アルミニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、ヘキサフルオロヒ酸塩、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド若しくはトリフラートである含フッ素イオン液体；並びにそれらの組み合わせ、のいずれか一つを有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
前記金属栓が金、インジウム、白金、パラジウム及びそれらの組み合わせのいずれか一つを有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
イメージングゾーンを提供するための磁石を有する磁気共鳴イメージングシステムであって、前記磁気共鳴イメージングシステムは高周波送受信機をさらに有し、前記磁気共鳴イメージングシステムが請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の磁界プローブをさらに有し、前記磁界プローブが前記高周波送受信機に接続され、前記磁界プローブが前記イメージングゾーン内に位置する、磁気共鳴イメージングシステム。
前記磁気共鳴イメージングシステムが前記磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサをさらに有し、前記磁気共鳴イメージングシステムが機械実行可能命令を記憶するためのメモリをさらに有し、前記命令の実行が前記プロセッサに、
前記磁気共鳴イメージングシステムを使用して磁気共鳴データを収集させ、
前記磁気共鳴データを用いて磁場強度を計算させる、
請求項１１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
磁界プローブを製造する方法であって、
空洞を持つ容器を設けるステップであって、前記空洞が前記容器の外面と前記空洞を接続する導管を有し、前記容器が前記外面上で前記導管を囲む金属膜をさらに有する、ステップと、
核スピンを持つ原子種を有する流体試料で前記空洞を少なくとも部分的に満たすステップであって、前記容器が前記試料の磁気スピンを操作するため及び前記流体試料から磁気共鳴信号を受信するための前記容器に隣接するアンテナを有する、ステップと、
前記導管を金属栓で少なくとも部分的に塞ぐステップであって、前記金属栓が前記金属膜とシールを形成する、ステップと
を有する方法。
前記金属栓と前記金属膜の間の前記シールがサーモソニックボンディングを用いて形成される、請求項１３に記載の方法。
前記空洞が、
前記容器を真空に置くステップと、
前記流体試料に前記導管を沈めるステップと、
前記真空を大気圧に通気し、前記真空を通気した後に前記導管が前記金属栓で塞がれるステップと
を実行することによって塞がれる、請求項１３又は１４に記載の方法。