JP6117351B2 - Ｍｒｉシステム内における傾斜磁場コイルの振動を低減するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムに関し、特に傾斜磁場コイルの振動を低減させるための装置に関する。当該技術分野において周知のように、典型的なＭＲＩシステムは、画像領域を含む均一磁場と共に強い一様な背景磁場を発生させる主超電導磁石を備えている。傾斜磁場コイルは、画像領域において振動する直交磁場を発生させるように配設されている。これにより、一般にヒトの患者である画像ターゲット内において原子の原子スピン共鳴が発生する。

傾斜磁場コイルによって発生した振動磁場と一様な背景磁場との相互作用によって、傾斜磁場コイル集合体の強い機械的振動が生じるので、患者にとって不快で騒がしい騒音が発生する。

本発明は、傾斜磁場コイルの振動を大きく低減させるための方法及び装置を提供する。

具体的には、本発明は、例えばＭＲＩ（磁気共鳴映像）システムのような画像システムで利用されるが、例えば周知の開“Ｃ字状”磁石のような他のタイプの磁石にも適用可能とされる円筒状磁石システムに関する。

図１は、ＭＲＩ画像システムで利用するための典型的な磁石システムのラジアル方向における断面図である。典型的には前述の又は他の機械式サポート構造体に取り付けられた超電導コイルを具備する円筒状磁石１０は、クライオスタットの内部に配設されている。クライオスタットは、大量の液体クライオジェン１５、例えばヘリウムを収容しているクライオジェン容器１２を備えており、超電導磁石を当該超電導磁石の遷移温度より低い温度で維持する。磁石は、基本的に軸線Ａ−Ａに関して回転対称とされる。本明細書において、“アキシアル方向（axial）”との用語は、軸線Ａ−Ａに対して平行とされる方向を示すために利用される。“ラジアル方向（radial）”は、軸線Ａ−Ａを包含する平面において軸線Ａ−Ａに対して垂直とされる方向を意味する。ｚ方向は、軸線Ａ−Ａに沿った方向とされ、ｘ方向は、垂直なラジアル方向とされ、ｙ方向は、水平なラジアル方向とされる。

クライオジェン容器１２自体は、円筒状とされ、円筒状外壁１２ａと、円筒状内筒管１２ｂと、略平坦な環状端部キャップ（図１には図示しない）とを有している。真空容器１４はクライオジェン容器１２を囲んでいる。真空容器１４自体は、円筒状とされ、円筒状外壁１４ａと、円筒状内筒管１４ｂと、略平坦な環状端部キャップ（図１には図示しない）とを有している。真空容器１４とクライオジェン容器１２との間における容積内における真空度が高いので、効果的に断熱することができる。熱放射シールド１６が、真空とされる容積内に配置されている。熱放射シールド１６は、典型的には完全に閉じた容器ではないが、円筒状外壁１６ａと、円筒状内筒管１６ｂと、略平坦な環状端部キャップ（図１には図示しない）とを有している。熱放射シールド１６は、放射された熱を真空容器１４から遮断するように機能する。熱放射シールド１６は、例えばアクティブ極低温冷凍機によって、又はクライオジェン蒸気を逃がすことによって冷却される。

代替的な構成では、磁石は、クライオジェン容器の内部に収容されていないが、何らかの方法で、例えば冷却ループのような低クライオジェン一掃機構によって、又は極低温冷凍機が磁石に温度ヒューズを介して連結された‘乾’構造体によって冷却される。‘乾’構造体では、磁石に対する熱的負荷は、液体クライオジェンによって直接冷却されないが、その代わりに、冷却パイプ又は冷凍機に接続された温度ヒューズを介して除去される。例えば電流ランピング又は傾斜磁場コイル操作の結果として、このような熱的負荷が発生する。

真空容器１４の円筒状内筒管１４ｂは、ラジアル方向及びアキシアル方向の両方において真空による負荷に耐えるように、機械的強度が高く且つ真空気密である必要がある。従来、真空容器１４の円筒状内筒管１４ｂはステンレス鋼から作られている。クライオジェン容器１２の円筒状内筒管１２ｂは、設けられる場合には、高強度であって、クライオジェン容器１２の内部におけるクライオジェンガスの圧力に耐えることができる必要がある。典型的には、クライオジェン容器１２の円筒状内筒管１２ｂもステンレス鋼から作られている。熱放射シールド１６の円筒状内筒管１６ｂは、赤外線放射に耐えられる必要がある。好ましくは、熱放射シールド１６の円筒状内筒管１６ｂは、軽量であって、良好な熱伝導体とされる。典型的には、熱放射シールド１６の円筒状内筒管１６ｂはアルミニウムから作られている。

本発明は、このようなあらゆるケースに適用可能とされる。

撮像能力を付与するために、一連の傾斜磁場コイル２０が、超電導磁石のボアの内部に取り付けられた傾斜磁場コイル集合体２２の内部に設けられている。傾斜磁場コイル集合体２２は、一般に、円筒状の樹脂含浸処理されたブロックを備えている。当該ブロックは、直交する振動磁場を立体的に発生させる。

含浸処理の際に、傾斜磁場コイル２０は、典型的には数ミリ秒という非常に高速の立ち上がり時間で、急速に振動する振動磁場を発生させる。傾斜磁場コイル２０からの浮遊磁場は、クライオスタットの金属部分に、特に真空容器１４、熱放射シールド１６、及びクライオジェン容器１２の金属製の円筒状内筒管１４ｂ，１６ｂ，１２ｂに渦電流を発生させる。真空容器１４の金属材料に発生する渦電流は、熱放射シールド１６を遮蔽することを補助し、傾斜磁場コイル２０からの浮遊磁場によって、例えばクライオジェン容器１２の円筒状内筒管１２ｂ、磁石コイル、及び磁石フォーマー１０のような構成部品を極低温冷却する。しかしながら、一様な背景磁場が磁石によって発生するので、渦電流がラジアル方向及びアキシアル方向に作用するローレンツ力を発生させ、その結果として、機械的振動が真空容器の円筒状内筒管の内部に発生する。傾斜磁場コイル集合体自体の機械的振動によって、結果として、非常に高周波の交流電流が流れる傾斜磁場コイル集合体２２の導体に作用するローレンツ力によって発生するさらなる機械的振動が発生する。傾斜磁場コイル集合体２２の機械的振動は、傾斜磁場コイル集合体２２の内部の導体に作用するローレンツ力に起因するが、円筒状内筒管の内部における空気の直接振動を介して騒音を発生させる。

これら機械的振動は、円筒状磁石１０の一様な背景磁場の領域内において、例えば熱放射シールド１６の円筒状内筒管１６ｂやクライオジェン容器１２の円筒状内筒管１２ｂのような導電性材料内に、二次渦電流を誘導する。言うまでもなく、二次渦電流は、二次磁場として知られている磁場を発生させる。二次渦電流は、イメージングと相互干渉し、機械的振動及び二次浮遊磁場を発生させる場合がある。また、二次浮遊磁場は三次渦電流を導電面の近傍に誘導する。同様に、三次渦電流は三次磁場等を発生させる。このような過程によって、傾斜磁場コイルは、磁石及び／又は当該磁石を囲んでいるクライオジェン容器の中に、著しく大きい熱エネルギを蓄積する。従って、傾斜磁場コイル自体の振動を制限するためのステップを実施すべきである。また、傾斜磁場コイルの振動の振幅を低減させることが望ましい。イメージングの際に患者が受ける騒音及び振動が低減されるからである。

好ましくは、熱放射シールド１６の円筒状内筒管１６ｂは、磁石を傾斜磁場コイルから電磁的に遮蔽するように熱伝導性及び導電性を有している。

典型的ではあるが、傾斜磁場の振動の周波数が円筒状内筒管の共振周波数に近づいた場合に、格別の難題が生じる。例えば典型的なＭＲＩシステムの真空容器、熱放射シールド、及びクライオジェン容器の円筒状内筒管のような、類似する直径を有すると共に同心状に配置された多数の円筒状内筒管は、共通する上述のエンジニアリング材料から作られている場合に、類似する効果を有する共振周波数を有していることが知られている。

容器の管の共振周波数が浮遊磁場の振動の周波数に相当する場合に、機械的振動が特に強くなる。真空容器の円筒状内筒管の共振周波数、熱放射シールドの円筒状内筒管の共振周波数、クライオジェン容器の円筒状内筒管の共振周波数が、及び設けられている場合には磁石部品の共振周波数が共に近接している場合には、電流磁石の場合と同様に、円筒状内筒管が、一連の近密に結合された振動子として振る舞い、共振帯が発生する。

振動は、また、イメージング工程を妨害する場合があり、この場合には、最終的な画像を損なうことになる。

結果として生じる振動によって、ボア内の患者にとって最も不快な音響騒音及び振動が発生すると共に、イメージングを妨害し、設けられている場合には、例えば熱放射シールドやクライオジェン容器のような冷却された構成部品を加熱する。

磁石の極低温冷凍された構成部品の内部において誘導された渦電流は、極低温冷凍システムに対するオームの法則に基づく熱負荷を構成するので、利用される液体クライオジェンの消費が大きくなり、すなわち極低温冷凍機の熱負荷が大きくなる。―液体クライオジェンによって冷却されない磁石である―ドライマグネットでは、熱負荷が大きくなり、その結果としてコイルの温度が上昇するので、クエンチが生じる。

従って、本発明は、真空容器の筒管の直径を大きくすることなく、ＭＲＩシステム内における傾斜磁場コイルの振動を低減させるための方法及び装置を提供する。傾斜磁場コイルの振動を低減させるための従来の手法は、補強要素を傾斜磁場コイルに取り付けることによる機械的補強を含んでいる。しかしながら、当該手法は、極めて好ましくない。傾斜磁場コイルの口径が大きくなり、これに伴って超電導コイルの直径が大きくなり、これにより磁石のコストが著しく大きくなるからである。いずれの場合においても、傾斜磁場コイル集合体の補強を二重にすることによって、その結果として共振周波数が約１．４倍になる。

この問題を解決するための既知の手法は、以下の事項を含んでいる。傾斜磁場コイル集合体２２は、弾性取付具、楔、又はエアバッグを利用することによって、真空容器１４の円筒状内筒管１４ｂに取り付けられている場合がある。しかしながら、このような構成では、傾斜磁場コイルから真空容器に至る機械的振動の伝達を完全に防止することができず、隣り合う導電性構造体における渦電流の発生をほとんど低減させることができない。真空容器の円筒状内筒管ではなく、端部フレームに傾斜磁場コイルを取り付けることが提案されている。しかしながら、このような構成では、ＭＲＩシステムを全長を大きくすることが必要される。一方、本発明では、そのようなことは必要とされない。米国特許第６５５２５４３号明細書は、傾斜磁場コイルによる浮遊磁場によって生じた振動に対抗するようにアクチュエータが真空容器の内部に配設されている、動的力覚フィードバックアクチュエータを開示している。この解決策は複雑であり、例えば磁石コイルのような他の構成部品同士の間にアクチュエータを配設することが困難であると考えられている。モード補償された傾斜磁場コイルでは、傾斜磁場コイル自体の一次導体及び二次導体が、傾斜磁場コイル集合体の振動の大きさを低減するように最適化されていると考えられている。しかしながら、このような最適化によって、傾斜磁場コイルについての他の重要且つ必要な設計目標を達成することが困難になる。

類似する問題に対する既知の手法は、以下の特許文献に開示されている。

米国特許第６５５２５４３号明細書は、傾斜磁場コイル集合体とクライオスタットとの間における、動的取付具を含む取付具の利用について開示している。

米国特許第５３４５１７７号明細書は、放射状スポークの形態をした傾斜磁場コイルのための、軟質パッドを具備する取付具の利用について開示している。

米国特許第６３５３３１９号明細書は、共振モードを回避するために、磁石ボア内において機械的振動が最大振幅となる箇所に傾斜磁場コイルを取り付けることを開示している。

米国特許第７０５３７４４号明細書は、傾斜磁場コイルのための真空容器を開示している。

米国特許第５６１７０２６号明細書は、傾斜磁場コイルの振動の振幅を低減するための手段としての圧電変換器の利用について開示している。

独国特許出願公開第１０２００７―２５０９６号明細書は、傾斜磁場コイルをモード補償するための方法を開示している。

傾斜磁場コイル集合体の振動を効果的に低減させるために、以下の問題を解決する必要がある。大きい振幅の振動を発生させ、その結果として高レベルの音響騒音と傾斜磁場コイルによって誘導される熱負荷（ＧＣＩＨ）とを生じさせる場合がある、傾斜磁場コイル集合体についての非平衡負荷を回避するために、傾斜磁場コイルの内部におけるローレンツ力を補償する必要がある。傾斜磁場コイル集合体の振幅を低減すると共に、傾斜磁場コイル集合体の共振周波数を大きくするためには、傾斜磁場コイル集合体の有効曲げ剛性が著しく大きくなる必要がある。傾斜磁場コイル集合体は、大きい騒音を発生させる真空容器内において振動が直接励起することを防止するために、クライオスタットから機械的に絶縁されているべきである。これら問題は、一次超電導コイルの要求される直径を大きくすることなく且つ利用可能な患者ボアの直径を小さくすることなく、解決されるべきである。

本発明の目的は、傾斜磁場コイル集合体の共振に対抗して、傾斜磁場コイル集合体の特定領域に力を作用させるように制御されている動的力変換器を設けることによって、振動している傾斜磁場コイルの磁場に曝されている内筒管の振動を低減し、これにより傾斜磁場コイル集合体の共振の大きさを低減させることである。動的力変換器自体は、ＭＲＩシステムの主磁石コイルのラジアル方向外側に配置されているので、動的力変換器を据え付けるために、磁石コイルの直径を大きくすること、又は利用可能な患者ボアの直径を小さくすることを必要としない。

傾斜磁場コイル集合体の機械的振動を低減することによって、傾斜磁場コイル集合体からの音響ノイズを低減させ、近傍の導電面に誘起される渦電流を低減させ、さらには極低温冷却された構成部品の熱を低減させることができる。

従って、本発明は、特許請求の範囲で定義される方法及び装置を提供する。

本発明の上述の及びさらなる目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照しつつ、例示のみを目的とする実施例についての以下の記載から明らかとなる。

画像システムで利用するための典型的な磁石システムのラジアル方向断面図である。 本発明の実施例におけるアキシアル方向断面の部分的な概略図である。 本発明の実施例におけるアキシアル方向断面の部分的な概略図である。 本発明の実施例におけるアキシアル方向断面の部分的な概略図である。 本発明の実施例におけるアキシアル方向断面の部分的な概略図である。

本発明は、傾斜磁場コイルの動作に起因する傾斜磁場コイルの機械的振動と傾斜磁場コイルによる誘導加熱（ＧＣＩＨ）とが著しく低減される。具体的には、本発明によって、利用可能な傾斜磁場コイル集合体のラジアル方向における口径を低減させることなく、超電導コイルの直径を大きくすることなく、及び幾つかの実施例では磁石システムの長さを大きくすることなく、機械的振動及びＧＣＩＨが低減される。

本発明は、傾斜磁場コイル集合体の機械的振動を抑制するために、且つ、傾斜磁場コイル集合体から磁石システムの他の構成部品に至る機械的振動の伝達を低減させるために、傾斜磁場コイル集合体の表面に且つ選択された位置に配設された動的力変換器によって、このような振動に対抗することができる装置を提供する。

本発明は、それ自体は従来技術に基づく動的力変換器を利用することによって、傾斜磁場コイルを力平衡又は部分的な力平衡とするための方法及び装置を提供する。比較的大きい、従来技術に基づく動的力変換器が、一次超電導コイル同士の間に延在しているアクチュエータロッドの形態をした比較的細長い機械的なサポート部品と共に利用可能とされる。

傾斜磁場コイル集合体のアキシアル方向端部は、最も振動の影響を受け易く、特定の実施例では、力変換器は、傾斜磁場コイル集合体のアキシアル方向端部の近傍の選択された位置にしか配設することができない。幾つかの実施例では、機械的なサポート構造体が、クライオスタットのアキシアル方向端部の近傍のみに設けられている。これら「端部サポート部品」は、傾斜磁場コイル自体の剛性にはあまり貢献しない。

傾斜磁場コイル集合体のボアの大きさが患者ボアの直径を決定するので、傾斜磁場コイル集合体のボアを可能な限り大きく維持することが重要である。患者ボアの直径を低減させることによって、患者にとっての快適さが損なわれるので、結果として利用可能な空間が制限されることに起因して、撮像シーケンスが損なわれるか、又は患者が、撮影不可能となるか若しくは撮影されたがらなくなる。

磁石システムの長さを可能な限り短く維持することが重要である。長さが増大すると、患者の中で閉所恐怖症の感覚が増大するか、又は誘発されるので、撮像シーケンスが損なわれるか、又は患者が撮影を拒否する原因となるからである。また、磁石が比較的短ければ、利用者の施設において、輸送の際における及び現場における空間をあまり必要としない。磁石の長さが短ければ一層の望ましいと考えられるので、一般に、磁石システムの長さはセールスポイントとして活用される。

本発明では、これら特徴の組み合わせによって、本発明の目的が達成される。

ラジアル方向外側の機械的なサポート部品が設けられており、動的力変換器を介して傾斜磁場コイル集合体に機械的に結合されているが、クライオスタットからは機械的に絶縁されている。

傾斜磁場コイル集合体は、クライオスタット構造体から機械的に絶縁されているので、傾斜磁場コイル集合体の機械的振動に起因する、真空容器内における振動の機械的な励起を回避することができる。本発明の特定の実施例では、傾斜磁場コイルは、床に直接支持されており、クライオスタット構造体とは接触していない。

真空容器の内筒管の一部分―典型的には内筒管の端部の近傍―には、傾斜磁場コイルの浮遊磁場が最も大きく加えられており、渦電流の効果及び二次浮遊磁場の効果を低減又は消滅させるために、補剛されているか、又は非導電性材料から作られている。

本発明の一の特徴では、傾斜磁場コイル集合体及び一次超電導コイルのラジアル方向外側において傾斜磁場コイル集合体が機械的に支持されており、動的力変換器４５を介して傾斜磁場コイル集合体に結合されている。

図２は、本発明の一の実施例における一般的な傾斜磁場コイル集合体の一部分についてのアキシアル方向断面の概略図である。傾斜磁場コイル集合体は、傾斜磁場コイル集合体２２と、多数の動的力変換器４５を介して傾斜磁場コイル集合体２２に機械的に結合されている傾斜磁場コイル集合体サポート２４とを備えている。基本的に、図２に表わす構造体は、軸線Ａ−Ａに関して回転対称とされ、中心面Ｃ−Ｃに関して鏡映対称とされる。傾斜磁場コイル集合体２２及び傾斜磁場コイル集合体サポート２４は、当該構造体の残り部分とは機械的に結合されていない。当該実施例では、傾斜磁場コイル集合体サポート２４は、２つの環状構造体を備えており、環状構造体それぞれが、傾斜磁場コイル集合体のラジアル方向外側に且つ傾斜磁場コイル集合体のアキシアル方向端部の近傍に位置決めされている。環状構造体それぞれが、動的力変換器４５を介して傾斜磁場コイル集合体２２に機械的に取り付けられている。

当該構成では、図面中に破線で表わす真空容器１４は、環状端部キャップそれぞれに凹所２８を形成している環状の凹角状部分を有している。当該凹角状部分は端部キャップの剛性を高めるのに有効であるので、撮像作業の際に振動が発生しにくくなる。傾斜磁場コイル集合体サポート２４の環状構造体は、当該凹角状部分の内部に配置されている。超電導磁石は、真空容器１４の内部に且つ凹所２８のラジアル方向内側に配設されている一次超電導コイル３０と、真空容器１４の内部に且つ凹所２８のラジアル方向外側に配置されたシールドコイル３２とを備えている。シールドコイル３２と一次超電導コイル３０とは、任意の適切な方法で機械的に支持及び結合されている。傾斜磁場コイル集合体２２を傾斜磁場コイル集合体サポート２４に結合している機械式取付具２６が、貫通穴を通じて、真空容器、放熱シールド、並びに一次超電導コイル３０及びシールドコイルすなわち二次超電導コイル３２を支持及び結合している任意の構造体を貫通している。この点を除いて、一次超電導コイルとシールドコイルすなわち二次超電導コイルとの機械的な支持及び結合は、本発明の一部分を形成しない。

言うまでもなく、真空容器及び放熱シールドの貫通穴は、クロスチューブ４０によって密封されている。幾つかの実施例では、これらクロスチューブ４０を設けることによって、剛性が高められるので、これにより、真空容器及び放熱シールドについて薄肉材料の利用が可能となり、磁石のボアの直径、傾斜磁場コイル集合体の直径、及び患者ボアの直径も大きくすることができる。

撮像の際に、傾斜磁場コイルに流れる電流が急速に脈動する。傾斜磁場コイル内で急速に変化する電流が、一次超電導コイル３０の背景磁場に流れるので、ローレンツ力は、傾斜磁場コイル集合体に作用し、機械的振動を発生させる傾向にある。本発明の目的は、当該機械的振動を検出することによって、又は、コンピュータによって実行されるシミュレーションを介して予測し、当該機械的振動を低減させるための適切な大きさの衝撃力及びタイミングを発生させるために動的力変換器４５を制御することによって、当該機械的振動に対抗することである。幾つかの実施例では、動的力変換器４５は、圧電素子のラジアル方向外面とラジアル方向内面との間に適切な電圧を作用させることによって制御される圧電式変換器とされる。他の実施例では、動的力変換器４５は、適切な液圧を当該動的力変換器の室内容積に作用させることによって、液圧又は空圧を介して動作可能とされる。このような動的力変換器は、シリンダの内部に配設されたピストンとされるか、又は作用する液圧に従って伸縮する弾性材料から成る閉じた容器とされる場合がある。

機械式取付具２６は、動的力変換器４５を介して、堅固な構造体すなわち傾斜磁場コイル集合体サポート２４に結合されている。このような結合自体によって、傾斜磁場コイル集合体２２の剛性が高められると共に、高剛性の節（reaction point）が動的力変換器４５に形成される。従来技術に対する本発明のさらなる利点は、動的力変換器４５が比較的弱い磁場の領域に配置されているので、変換器装置の選択の幅が広いことである。また、変換器装置を磁石のボアの外側に配設することによって、従来技術と比較して、より大きな且つより多くの装置が利用可能となる。

図３は、図２に表わす実施例に類似している本発明の一の実施例におけるアキシアル方向断面の一部分を表わす。基本的に、図３に表わす構造体は、軸線Ａ−Ａに関して回転対称とされ、中心面Ｃ−Ｃに関して鏡映対称とされる。

クロスチューブ４０は、真空容器１４及び熱放射シールド１６の両方の機能的一体性を確保しつつ、機械式サポート２６を真空容器１４及び熱放射シールド１６を貫通させるが、傾斜磁場コイル集合体２２と真空容器１４との機械的な接触を防止している。機械式サポート２６は、例えば圧電素子、シリンダの内部に配設されたピストン、弾性材料から成る閉容器のような動的力変換器４５を備えており、選択された位置において傾斜磁場コイル集合体２２の表面に配設されている。

一次超電導磁石のコイル３０は、クロスチューブ４０をコイル３０同士の間を通過させることができる任意の適切な機構を介して、求められた相対的な定位置に機械的に支持されると共に保持されている。

超電導シールドコイル３２は、傾斜磁場コイル集合体サポート２４及び動的力変換器４５を配置するのに十分な凹角状部分であって、真空容器１４の環状の端部キャップに凹所２８を形成している凹角状部分を設けることができる任意の適切な構成によって、所定位置において機械的に支持されると共に保持されている。本発明の幾つかの実施例では、超電導シールドコイル３２が設けられていない。動的力変換器４５を具備する機械的サポート２６は、傾斜磁場コイル集合体２２の周囲の多数の位置に、且つ、傾斜磁場コイル集合体２２に沿った多数のアキシアル方向位置に配設されている。好ましくは、機械的サポート２６は、傾斜磁場コイル集合体２２の期待される振動モードの波腹に又はその近傍に配置されている。適切なタイミングの衝撃を予想又は検出された振動モードの波腹に又はその近傍に作用させることによって、振動に対抗され、その振幅が制限されるか、又は打ち消される。

上述のように、傾斜磁場コイル集合体２２は、傾斜磁場コイル集合体２２が発生させる振動磁場と一次超電導コイル３０によって形成される背景磁場との相互作用に起因して、動作中に振動する。振動磁場は直交方向ｘ，ｙ，ｚにおいて振動するので、直交方向ｘ，ｙ，ｚにおいて振動が発生すると予測される。本明細書では、ｘ方向は垂直方向を示しており、ｚ方向はアキシアル方向を示しており、ｙ方向は軸線Ａ−Ａに対して垂直とされる水平方向を示している。ラジアル方向力４７を傾斜磁場コイル集合体の表面上の選択された地点に作用させることによって、ｘ方向及びｙ方向における振動に対抗することができる。すなわち、当該振動の振幅が低減又は相殺される。

図４は、図３に表わす実施例に類似しているが、ｚ方向における振動に対抗するために構成部材がさらに装着されている点において相違する、本発明の他の例示的な実施例を表わす。ラジアル方向において磁石コイル３０の外側に位置決めされている傾斜磁場コイル集合体サポート２４に加えて、端部サポート４９が、傾斜磁場コイル集合体サポート２４に機械的に連結された状態で設けられており、動的力変換器４５′をそれぞれ備えているさらなる機械式サポート２６′を支持するためにラジアル方向内方に延在している。当該さらなる機械式サポート２６′それぞれが、端部サポート４９と傾斜磁場コイル集合体２２のアキシアル方向端部との間に取り付けられている。さらなる機械式サポート２６′は、傾斜磁場コイル集合体の計測された又は実際の振動に応じて適切なタイミング且つ適切な大きさの力衝撃を傾斜磁場コイル集合体の表面の選択された地点に作用させ、これにより当該振動の大きさを低減又は相殺するすることによって当該振動に対抗する点において、上述の機械式サポート２６の態様に類似した態様で動作する。動的力変換器４５と同様に、さらなる動的力変換器４５′は、例えば圧電式変換器のように電気的に動作するか、又は例えばシリンダの内部に配設されたピストンや弾性材料から成る膨張可能な閉容器のように液圧又は空圧によって動作する。

本発明の幾つかの実施例では、傾斜磁場コイル集合体が、真空容器の内部に収容されているので、音響騒音が傾斜磁場コイル集合体から伝達することを防止することができる。図５は、このような実施例の一例を表わす。図５に表わす形体については、他の図面に表わす形体に対応する場合には対応する参照符号が付されている。図５に表わす実施例は、傾斜磁場コイル集合体２２が真空容器１４の内部において真空容器１４と熱放射シールド１６との間に形成された退避空間に配置されている点において、図３に表わす実施例と相違する。傾斜磁場コイル集合体２２を真空環境内に収容することによって、騒音が空気の振動を介して患者に伝達しない。本発明は、傾斜磁場コイル集合体２２の機械的振動を低減させると共に、傾斜磁場コイル集合体２２の導電面に誘導される渦電流も低減させる。傾斜磁場コイル集合体２２は、真空容器１４から、及び、動的力変換器４５を具備する機械式サポート２６を介して傾斜磁場コイル集合体サポート２４に取り付けられている傾斜磁場コイル集合体２２の残り部分から略完全に機械的に取り外される。蛇腹部分７６が、傾斜磁場コイル集合体２２と真空容器１４との機械的結合を最小限度に抑えると共に真空容器１４を密閉するために、機械式サポート２６それぞれの周囲に設けられている。ＲＦコイルすなわち‘ボディ’コイル１４６が図５に表わされている。このようなコイル集合体が、ターゲット内の振動する原子からの信号を受信するために、すべてのＭＲＩシステムに設けられている。

傾斜磁場コイル集合体サポート２４は、先述の実施例を参照しつつ説明した環状の凹所２８内に且つ真空容器１４の外側に位置決めされている。傾斜磁場コイル集合体サポート２４は、地盤サポート６８を介してサポート面７２に、典型的には地面に支持されている。傾斜磁場コイル集合体２２は、傾斜磁場コイル集合体サポート２４によって機械式サポート２６を通じて機械的に支持されている。当該実施例では、機械式サポート２６は、熱放射シールド１６の内部においてクロスチューブ４０を貫通している。また、動的力変換器４５を具備する機械式サポート２６は、機械式サポート２６が傾斜磁場コイル集合体２４と接続している真空容器１４の外側から、機械式サポート２６が傾斜磁場コイル集合体２２と接続している真空容器１４の内部に至るまで延在している必要がある。

図示の実施例では、真空容器１４の表面に且つ傾斜磁場コイル集合体２２と傾斜磁場コイル集合体サポート２４との間に穴を配設することによって、このような配置が実現されている。当該穴は、機械式サポート２６を密閉している閉塞部材７８によって閉じられている。蛇腹機構７６によって、真空容器１４は、傾斜磁場コイル集合体からの機械的振動を吸収すると共に機械的振動が真空容器１４に作用しないことを確保しつつ、真空気密状態を維持することができる。

好ましくは、真空容器１４の端部キャップのうち一部分８０が取り外し可能とされ、これにより傾斜磁場コイル集合体２２を配置及び再配置することができる。取外可能部分８０を設けることは、真空容器１４が一次超電導コイル３０の周囲に組み付けられている場合に非常に有効である。好ましくは、このような配置では、真空容器１４の円筒状内筒管１４ｂは、非導電性且つ非磁性の材料から構成されている。適切な材料としては、熱硬化性樹脂を含浸させたガラス繊維が挙げられる。このような材料は、渦電流を発生させず、磁気的に透明であるので、傾斜磁場コイルによって生じる傾斜磁場と干渉しない。このような配置では、真空容器１４の円筒状内筒管１４ｂにはローレンツ力が作用しない。

必要な電流を傾斜磁場コイル集合体２２に供給するために、少なくとも１つの電流リード８４（current lead-through）が真空容器１４に、好ましくは取外可能部分８０に設けられている。好ましくは、電流リード８４は、依然として真空容器１４を真空気密状態に維持しつつ、真空容器１４を傾斜磁場コイル集合体２２の機械的振動から絶縁するように機能する蛇腹部分８６を介して、真空容器１４に接続されている。蛇腹部分８６は、電流リード８４を密閉している閉塞部材によって閉じられている。

傾斜磁場コイル集合体２２は最大８０Ｋまで加熱されるので、放射熱シールド１６に対する、間接的には磁石に対する熱負荷が高まる。しかしながら、このような‘定常状態’の熱負荷は、本発明によって効果的に剛性が高められることに起因して極めて厳しい動的発熱体が減少することを考慮すると、許容範囲内にあると考えられる。このような配置によって音響騒音が効果的に低減されるので、すべての既知の伝達経路が解消されるか、又は著しく低減される。

当該実施例の発展形態では、本発明における装置は、ｚ方向における振動に対抗するように設けられている。ラジアル方向において磁石コイル３０の外側に位置決めされている傾斜磁場コイル集合体サポート２４に加えて、端部サポート４９は、図４において図解及び説明した動的力変換器４５を具備すると共にアキシアル方向に方向づけられたさらなる機械式サポートを支持するために、ラジアル方向内方において傾斜磁場コイルサポート２４に機械的に連結された状態で設けられている。

本発明の幾つかの実施例では、例えば圧電式加速度計のような図３に表わすセンサ１０６が、傾斜磁場コイル集合体２２の振動を検知するために、傾斜磁場コイル集合体２２に取り付けられている。これらセンサ１０６からの信号１０８は、傾斜磁場コイル集合体２２の表面上における選択された位置１１４に対して適切なタイミング及び適切な大きさで力を脈動させるために、動的力変換器４５を起動するための適切な指令１１２を出す磁石制御装置１１０に送信される。利用している動的力変換器４５のタイプに応じて、指令１１２は、動的力変換器４５に直接作用する、例えば圧電式力変換器が利用される、又は空圧式又は液圧式で動作する動的力変換器に対して液体の圧力が脈動する、電気信号とされる場合がある。

磁石制御装置１１０は、傾斜磁場コイルに供給される振動電流を制御するために、傾斜磁場電力増幅器（図示しない）を制御する。磁石制御装置１１０は、計画電流を傾斜磁場コイルに印加することに起因して発生すると予想される振動によって動的力変換器４５を起動させるための指令を出す。このような配置では、傾斜磁場コイル集合体２２の振動を計測する必要が無い。図４に表わす配置では、傾斜磁場コイル増幅器１０２から直接供給される信号によって動的力変換器４５は制御され、電力供給によって交流電流が傾斜磁場コイルに付与されるが、このことはすべての実施例に適用可能である。

機械式サポート２６を傾斜磁場コイル集合体２２と傾斜磁場コイル集合体サポート２４との間に取り付けることによって、傾斜磁場こる集合体２２の機械的剛性が高められる。好ましくは、機械式サポート２６は、傾斜磁場コイル集合体２２に堅固に取り付けられているので、引っ張られた上に膨張された状態であっても動作可能とされ、これによりラジアル方向のいずれの向きにも、すなわち軸線Ａ−Ａに向かってラジアル方向に、又は軸線Ａ−Ａから離隔するようにラジアル方向に力を作用させることができる。

動的力変換器４５，４５′がラジアル方向において真空容器１４の外側に配置されているので、磁石を室温に至るまで温める必要なく任意の力変換器に交換することができる。例えば動的力変換器の故障に起因して、又は改善のためにアップグレードしようとして、動的力変換器は大型化しがちである。このような動的力変換器の交換は、動的力変換器４５の近傍に他の部品が存在しない領域に動的力変換器４５を配置させることによって容易に実施可能である。磁性材料を含まない動的力変換器４５が利用される場合であっても、磁石による磁場が存在する状況下において、このような交換が可能とされる。動的力変換器４５は真空中で動作させる必要は無いので、利用可能なアクチュエータのタイプの範囲を拡大させることができる。傾斜磁場コイル集合体２２自体は、好ましくは機械式サポートによって支持される補剛材料の取付点を備えていることを除いて、従来技術に基づく構造とされる。

図５に表わす例示的な実施例は、患者に対する音響騒音を制限するための幾つかの配置を表わすものであり、好ましい実施例と考えられる。傾斜磁場コイル集合体２２を真空領域内に取り付けることによって、機械的振動が、空気又はガスの機械的な振動を介して、傾斜磁場コイル集合体２２から伝達されない。本発明における高剛性な配置は、真空掃除機１４、磁石コイル３０、又は熱放射シールド１６から独立した動的力変換器４５，４５ａを利用することによって、傾斜磁場コイル集合体２２を介した、装置に対する機械的な振動の直接的な伝達が低減又は解消される。本発明の取付配置の効果によって、従来技術に基づく中庸な機械的補剛量によって達成される効果と比較して、傾斜磁場コイル集合体の剛性が著しく高められる。好ましくは、真空容器１４の内筒管１４ｂは、例えばステンレス鋼のような一般的な材料ではなく、例えば繊維ガラス強化樹脂（ＧＲＰ）のような非磁性材料から形成されている。このようにして、傾斜磁場コイル集合体２２の変化する磁場が、内筒管の材料内において渦電流の振動を誘発することが防止される。このように誘導された電流は定常背景磁場と相互作用するので、内筒管が振動し、これにより不快な音響騒音が発生する。同様の理由により、真空容器１４のアキシアル方向端部部品は、取外可能部分８０を含むが、例えばステンレス鋼のような一般的な材料ではなく、好ましくは例えばＧＲＰのような非磁性材料から作られている。

理想的には、傾斜磁場コイル集合体の騒音及び振動の低減には、相補的ではあるが矛盾する２つの側面が存在する。第一に、傾斜磁場コイルは、隣接する導電性構造体に誘起される一次渦電流を低減させるために、動的に遮蔽されるべきである。第二に、傾斜磁場コイルによって生じるローレンツ力は最小限に抑えられるべきである。上述の方法は、これら要件のうち第２の要件に向けられているが、第２の要件に適合することは、第１の要件に定義される動的な遮蔽を設けることと相互に関連する。本発明によって、設計者は、傾斜磁場コイルの動的な遮蔽を最適化することができる一方、上述の動的力変換器を利用することによって、比較的独立してローレンツ力を低減させることができる。

本発明について、限定された数量の実施例を参照しつつ説明したが、当業者であれば、多数の変化例及び変形例を想到することができる。例えば特定の実施例では、異なるタイプの動的力変換器を組み合わせて利用することができる。動的力変換器は、任意のアキシアル方向位置に載置可能であり、特定のアキシアル方向位置に一群で配置させる必要は無い。動的力変換器は、傾斜磁場コイル集合体を傾斜磁場コイル集合体の共振周波数の逆位相に対応する位置で支持するように配置されている場合がある。動的力変換器４５をラジアル方向において一次超電導コイル３０の外側に配置させることによって、一次超電導コイル３０の直径を大きくする必要もなければ、利用可能な患者ボアの直径を小さくする必要もない。比較的大きい動的力変換器４５が利用可能とされるので、動的力変換器４５が配置されている空間が、他の膨品を配置させるために必要とされない。特定の実施例では、すべての機械式取付具２６が動的力変換器を備えている訳ではないが、単に高剛性な機械式取付具であるにすぎない。

１０ 円筒状磁石
１２ クライオジェン容器
１２ａ 円筒状外壁
１２ｂ 円筒状内筒管
１４ 真空容器
１４ａ 円筒状外壁
１４ｂ 円筒状内筒管
１５ 液状クライオジェン
１６ 熱放射シールド
１６ａ 円筒状外壁
１６ｂ 円筒状内筒管
２０ 傾斜磁場コイル
２２ 傾斜磁場コイル集合体
２４ 傾斜磁場コイル集合体サポート
２６ 機械式取付具（サポート）
２６′ 機械式取付具（サポート）
２８ 凹所
３０ 一次超電導コイル
３２ シールドコイル（二次超電導コイル）
４０ クロスチューブ
４５ 動的力変換器
４５′ 動的力変換器
５１ アキシアル方向延長部分
４９ 端部サポート
７２ サポート面
７６ 蛇腹部分
７８ 閉塞部材
８０ （真空容器１４の端部キャップの）取外可能部分
８４ 電流リード
８６ 蛇腹部分
１０２ 傾斜磁場コイル増幅器
１０６ センサ
１０８ 信号
１１０ 磁石制御装置
１１２ 指令
Ａ−Ａ 軸線
Ｃ−Ｃ 中心面

Claims (24)

1. 磁気共鳴映像法で利用するための円筒状の超電導磁石システムであって、
   真空容器（１４）の内部に位置決めされている一次超電導コイル（３０）であって、アキシアル方向において位置合わせされている前記一次超電導コイル（３０）と、
   前記真空容器（１４）の内部において前記一次超電導コイル（３０）を囲んでいる熱放射シールド（１６）と、
   アキシアル方向において前記一次超電導コイル（３０）と位置合わせされている傾斜磁場コイル集合体（２２）であって、前記一次超電導コイル（３０）のラジアル方向内側に配置されている前記傾斜磁場コイル集合体（２２）と、
   を備えている前記超電導磁石システムにおいて、
   円筒状の前記超電導磁石システムが、前記一次超電導コイル（３０）のラジアル方向外側に位置決めされている集合体サポート（２４）であって、前記真空容器（１４）及び前記熱放射シールド（１６）を貫通している貫通穴を通過していると共に前記真空容器（１４）から機械的に絶縁されている、ラジアル方向に方向づけられた機械式取付具（２６）によって、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）に沿った複数のアキシアル方向において及び前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の周囲の複数の位置において、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）に機械的に取り付けられている前記集合体サポート（２４）を備えており、
   前記機械式取付具（２６）のうち少なくとも幾つかの機械式取付具が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動に対抗するために、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の表面に衝撃力を作用させるように配置されている、動的力変換器（４５）を備えており、
   前記機械式取付具（２６）が、前記動的力変換器（４５）が前記一次超電導コイル（３０）のラジアル方向外側に位置決めされた状態において、隣り合う前記一次超電導コイル（３０）同士の間を通過していることを特徴とする超電導磁石システム。
2. 前記動的力変換器（４５）が、非磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石システム。
3. 前記動的力変換器（４５）が、圧電素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石システム。
4. 前記動的力変換器（４５）が、空圧式で動作することを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石システム。
5. 前記動的力変換器（４５）が、液圧式で動作することを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石システム。
6. 前記動的力変換器（４５）が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動を示すためのセンサ（１０６）によって発生される信号（１０８）を応答して磁石制御装置（１１０）によって発生される信号に従って動作するように接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
7. 前記動的力変換器（４５）が、傾斜磁場コイル集合体（２２）に印加するための交流電流を発生させるための電源（１０２）によって発生される信号に従って動作するように接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
8. 前記動的力変換器（４５）が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動を予測するためのコンピュータによって実行されるシミュレーションの結果に従って動作するように接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
9. 前記真空容器（１４）の穴が、前記真空容器（１４）の円筒状内筒管（１４ｂ）と凹所（２８）との間に延在しているラジアル方向に方向づけられたチューブ（４０）によって密閉されており、
   前記機械式取付具（２６）が、前記チューブ（４０）を貫通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
10. 前記熱放射シールド（１６）の穴が、前記真空容器（１４）を密閉しているチューブと同軸で延在しているラジアル方向に方向づけられたチューブ（４０）によって密閉されていることを特徴とする請求項８に記載の超電導磁石システム。
11. 前記集合体サポート（２４）が、２つの環状構造体を備えており、
    前記環状構造体それぞれが、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）のアキシアル方向端部の近傍において前記傾斜磁場コイル集合体（２２）に機械的に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
12. 前記真空容器（１４）が、円筒状内筒管（１４ｂ）と、円筒状外壁（１４ａ）と環状の端部部品とを備えており、
    両方の前記端部部品が、凹所（２８）それぞれを形成している凹角状部分を有しており、
    前記環状構造体それぞれが、前記凹所（２８）それぞれの内部に位置決めされていることを特徴とする請求項１１に記載の超電導磁石システム。
13. 複数の前記機械式取付具（２６）が、前記一次超電導コイル（３０）及び前記真空容器（１４）のアキシアル方向外側に部分的に位置決めされている前記集合体サポート（２４）に機械的に結合されていることを特徴とする請求項１１に記載の超電導磁石システム。
14. 前記真空容器（１４）及びその内容物が、サポート面（７２）に支持されており、
    前記傾斜磁場コイル集合体（２２）及び関連する複数の前記機械式取付具（２６）が、前記真空容器（１４）及び前記内容物から独立して、前記サポート面（７２）に支持されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
15. 前記超電導磁石システムが、前記一次超電導コイル（３０）を収容しているクライオジェン容器（１２）を備えており、
    前記熱放射シールド（１６）が、前記真空容器（１４）の内部において前記クライオジェン容器（１２）を囲んでいることを特徴とする請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
16. 前記超電導磁石システムが、前記集合体サポート（２４）に機械的に連結されているアキシアル方向に方向づけられた前記機械式取付具（２６′）を備えており、
    前記機械式取付具（２６）のうち少なくとも幾つかの機械式取付具それぞれが、動的力変換器（４５′）を備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
17. 前記傾斜磁場コイル集合体（２２）が、前記真空容器（１４）の内部に収容されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の超電導磁石システム。
18. 磁気共鳴映像法で利用するための円筒状の超電導磁石システムの傾斜磁場コイル集合体の振動を低減させるための方法において、
    真空容器（１４）の内部に配置されている一次超電導コイル（３０）とアキシアル方向において位置合わせされている傾斜磁場コイル集合体（２２）であって、一次超電導コイル（３０）のラジアル方向内側に配置されている前記傾斜磁場コイル集合体（２２）を準備するステップと、
    前記一次超電導コイル（３０）のラジアル方向外側に位置決めされている集合体サポート（２４）であって、前記真空容器（１４）及び熱放射シールド（１６）を貫通している貫通穴を通過していると共に前記真空容器（１４）から機械的に絶縁されている、ラジアル方向に方向づけられた機械式取付具（２６）によって、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の周囲の複数の位置において及び前記傾斜磁場コイル集合体（２２）に沿った複数のアキシアル方向位置において、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）に機械的に取り付けられている前記集合体サポート（２４）を準備するステップであって、前記機械式取付具（２６）のうち少なくとも幾つかの機械式取付具それぞれが、前記一次超電導コイル（３０）のラジアル方向外側に位置決めされている動的力変換器（４５）を備えている、前記ステップと、
    前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の表面に衝撃力を作用させることによって前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動に対抗するように、前記動的力変換器（４５）を動作させるステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
19. 前記動的力変換器（４５）が、前記真空容器（１４）のラジアル方向外側に位置決めされており、
    前記方法が、前記真空容器（１４）のラジアル方向外側に配置されている前記動的力変換器（４５）のうち一の動的力変換器を取り外すステップと、
    室温に至るまで磁石を温める必要なく、前記一の動的力変換器を他の動的力変換器に交換するステップと、
    を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記動的力変換器を取り外すステップと、取り外された前記動的力変換器を他の動的力変換器に交換するステップとが、磁石による磁場が存在する状況下において実施されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記動的力変換器（４５）が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動を示すためのセンサ（１０６）によって発生される信号（１０８）を応答して磁石制御装置（１１０）によって発生される信号に従って動作することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記動的力変換器（４５）が、傾斜磁場コイル集合体（２２）に印加するための交流電流を発生させる電源（１０２）によって発生される信号に従って動作することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記動的力変換器（４５）が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動を予測するためのコンピュータによって実行されるシミュレーションの結果に従って動作することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記方法が、前記集合体サポート（２４）に機械的に連結されているアキシアル方向に方向づけられた機械式取付具（２６′）を準備するステップを備えており、
    前記機械式取付具（２６′）のうち少なくとも幾つかの機械式取付具（２６′）が、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の振動に対抗するために、前記傾斜磁場コイル集合体（２２）の表面に衝撃力を作用させるように動作する動的力変換器（４５′）を備えていることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の方法。

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