JP6660368B2 - 磁気共鳴イメージングシステム用のステータレス電気モータおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、より具体的には、ＭＲＩシステム用のステータレス電気モータおよびその方法に関する。

ＭＲＩは、核磁気共鳴（「ＮＭＲ」）の影響を受けやすい原子核の実質的な集団を有する対象物の内部構造を表す、デジタル化された視覚画像を得るために広く受け入れられ、かつ商業的に利用可能な技術である。多くのＭＲＩシステムは、画像化すべき被験者の核に強い主磁場を印加することによって被験者／患者を走査するために超伝導磁石を使用する。核は、特定のＮＭＲ（ラーモア）周波数でＲＦコイルによって送信される無線周波数（「ＲＦ」）信号／パルスによって励起される。励起された陽子がより低エネルギの定常状態へと再び緩和するときに被験者を取り囲む局所化された磁場を空間的に変形させて、核からのＲＦ応答を分析することによって、それらの空間的位置の関数としてこれらの核応答のマップまたは画像が生成され、表示される。核応答の画像により、被験者の内部構造の非侵襲的視点が得られる。

多くのＭＲＩシステムは、超伝導磁石と同じ一般領域内の電子機器を冷却するために、電気モータによって電力を供給される送風機を利用する。しかし、多くのこのような電気モータは、超伝導磁石によって印加された強い磁場が、構成要素が電流によって通電されることなく磁力を誘導することができるステータなどの鉄構成要素を含む。したがって、多くのこのような電気モータの鉄構成要素は、電気モータが使用されていないとき、強い磁場の中心に向かって、たとえば超伝導磁石に向かって引き付けられる。特定の状況下では、このような電気モータ内の鉄構成要素の引力は、電気モータを高速で超伝導磁石に向かって積極的に移動させる可能性がある。しかし、電気モータのこのような積極的な移動は、電気モータによって打撃された人および／または電気モータによって超伝導磁石に対して固定された人に重大な身体障害を引き起こすことがある。

したがって、必要とされるのは、ＭＲＩシステム用のステータレス電気モータおよびその方法である。

米国特許出願第２０１４／００７０６５１号

一実施形態では、ＭＲＩシステム用のステータレス電気モータが提供される。ステータレス電気モータは、本体と、前記本体に接続された回転可能なロータと、前記ロータに配置された少なくとも１つのコイル巻線とを含む。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記ＭＲＩシステムの磁石アセンブリによって生成された磁場の存在下で電流を介して通電されると前記ロータを回転させるように配置される。

別の実施形態では、ステータレス電気モータに電力を供給する方法が提供される。前記方法は、ＭＲＩシステムの磁石アセンブリを介して磁場を生成することと、電流を介して少なくとも１つのコイル巻線を通電することであって、前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記ステータレス電気モータの本体に接続された回転可能なロータの前記磁場内に配置されている通電することと、前記磁場の存在下で前記１つまたは複数の通電されたコイル巻線を介して前記ロータを回転させることとを含む。

さらに別の実施形態では、ＭＲＩシステムが提供される。ＭＲＩシステムは、磁場を生成するように動作する磁石アセンブリと、ステータレス電気モータとを含む。前記ステータレスモータは、本体と、前記本体に回転可能に接続されたロータと、前記ロータに配置された少なくとも１つのコイル巻線とを含む。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記磁場の存在下で電流を介して通電されると前記ロータを回転させるように配置される。

本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。

本発明の一実施形態による、例示的なＭＲＩシステムのブロック図である。 本発明の一実施形態による、図１のＭＲＩシステムの磁石アセンブリの概略断面図である。 本発明の一実施形態による、請求項１のＭＲＩシステム用のステータレス電気モータの斜視図である。 本発明の一実施形態による、図３のステータレス電気モータのロータおよび少なくとも１つのコイル巻線の斜視図である。 本発明の一実施形態による、磁石アセンブリの超伝導コイルによって生成されたＢ_０磁場を示す図２の磁石アセンブリの上面図である。 本発明の一実施形態による、図５のＢ_０磁場に対する図３のステータレス電気モータのロータの向きを示す図である。 本発明の一実施形態による、図６のロータを横切る図５のＢ_０磁場の磁束密度を示すチャートである。 本発明の一実施形態による、ステータレス電気モータが交流によって電力を供給される、図３のステータレス電気モータの図である。 本発明の一実施形態による、図８のステータレス電気モータの少なくとも１つのコイル巻線を通電するタイミングパターンを示すチャートである。 本発明の一実施形態による、ステータレス電気モータが直流および回転インバータによって電力を供給される、図３のステータレス電気モータの図である。 本発明の一実施形態による、ステータレス電気モータが直流および少なくとも１つの整流子ブラシによって電力を供給される、図３のステータレス電気モータの図である。 本発明の一実施形態による、図２の磁石アセンブリの斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について詳しく説明するが、その例が添付の図面に示されている。可能な限り、図面全体を通して使用されている同一の参照符号は同一または同様の部分を示し、重複する説明は省略する。

本明細書で使用する場合、「実質的に」「一般に」、および「約」という用語は、構成要素またはアセンブリの機能的目的を達成するのに適した理想的な望ましい条件に対して、合理的に達成可能な製造およびアセンブリ公差内の条件を示す。本明細書で使用する場合、「電気的に結合された」、「電気的に接続された」、および「電気的通信」とは、電流が一方から他方に流れるように、参照される要素が直接的または間接的に接続されることを意味する。接続は、直接的な導電性接続、すなわち、介在する容量性、誘導性または能動素子がない、誘導性接続、容量性接続、および／または任意の他の適切な電気的接続を含むことができる。介在する構成要素が、存在してもよい。

さらに、本明細書に開示される実施形態は、ＭＲＩシステムに関して記載されているが、本発明の実施形態は、強い磁場を利用する他のシステムおよび方法に適用可能であり得ることを理解されたい。さらに、理解されるように、本発明の実施形態は、一般に組織を分析するために使用することができ、ヒト組織に限定されない。

ここで図１を参照すると、本発明の実施形態を組み込むＭＲＩシステム１０の主要な構成要素が示されている。システム１０の動作は、キーボードまたは他の入力デバイス１４、制御パネル１６、およびディスプレイスクリーン１８を含むオペレータコンソール１２から制御される。コンソール１２は、オペレータが、ディスプレイスクリーン１８の画像の生成および表示を制御することを可能にする別個のコンピュータシステム２２と、リンク２０を介して通信する。コンピュータシステム２２は、バックプレーン２４を介して互いに通信する多数のモジュールを含む。これらは、画像プロセッサモジュール２６と、ＣＰＵモジュール２８と、画像データアレイを記憶するためのフレームバッファを含むことができるメモリモジュール３０とを含む。コンピュータシステム２２は、高速シリアルリンク３４を介して別個のシステム制御または制御ユニット３２と通信する。入力デバイス１４は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、ライトワンド、音声制御、または任意の同様のもしくは等価な入力デバイスを含むことができ、対話的なジオメトリ指示のために使用することができる。コンピュータシステム２２およびＭＲＩシステム制御３２は、まとめて「ＭＲＩコントローラ」３６を形成する。

ＭＲＩシステム制御３２は、バックプレーン３８によって共に接続された１組のモジュールを含む。これらは、ＣＰＵモジュール４０と、シリアルリンク４４を介してオペレータコンソール１２に接続されるパルス発生器モジュール４２とを含む。リンク４４を介して、システム制御３２は、実行すべき走査シーケンスを示すためにオペレータからコマンドを受信する。パルス発生器モジュール４２は、システム構成要素を動作させて所望の走査シーケンスを実行し、生成されたＲＦパルスのタイミング、強度および形状、ならびにデータ取得ウィンドウのタイミングおよび長さを示すデータを生成する。パルス発生器モジュール４２は、１組の勾配増幅器４６に接続され、走査中に生成される勾配パルスのタイミングおよび形状を示す。パルス発生器モジュール４２はまた、患者に取り付けられた電極からのＥＣＧ信号など、患者に接続された多数の異なるセンサからの信号を受信する生理学的取得コントローラ４８から患者データを受信することができる。最後に、パルス発生器モジュール４２は、患者および磁石システムの状態と関連する様々なセンサからの信号を受信する走査室インターフェース回路５０に接続される。また、走査室インターフェース回路５０を介して、患者位置決めシステム５２が、患者を走査のために所望の位置に移動させるコマンドを受信する。

パルス発生器モジュール４２は、勾配増幅器４６を動作させて、走査中に生成される勾配パルスの所望のタイミングおよび形状を達成する。パルス発生器モジュール４２によって生成された勾配波形は、Ｇｘ、Ｇｙ、およびＧｚ増幅器を有する勾配増幅器システム４６に加えられる。各勾配増幅器は、全体として５４で指定される勾配コイルアセンブリの対応する身体の勾配コイルを励起して、取得された信号を空間的にエンコードするために使用される磁場勾配を生成する。勾配コイルアセンブリ５４は、分極磁石５８（動作中、磁石アセンブリ５６によって囲まれる目標体積／ボア６０の全体にわたって均一な縦磁場Ｂ_０を提供する）と、全身（送信および受信）ＲＦコイル６２（動作中、目標体積６０の全体にわたってＢ_０にほぼ垂直な横磁場Ｂ_１を提供する）とを含む磁石アセンブリ５６の一部を形成する。

患者において励起された核によって放出されて得られた信号は、同じＲＦコイル６２によって感知され、送信／受信スイッチ６４を介して前置増幅器６６に結合され得る。増幅器磁気共鳴（「ＭＲ」）信号は、トランシーバ６８の受信装置部で復調され、フィルタされ、かつデジタル化される。送信／受信スイッチ６４は、パルス発生器モジュール４２からの信号によって制御され、送信モード中はＲＦコイル６２にＲＦ増幅器７０を電気的に接続し、受信モード中はＲＦコイル６２に前置増幅器６６を接続する。送信／受信スイッチ６４はまた、別個のＲＦコイル（たとえば、表面コイル）を、送信モードまたは受信モードで使用可能にすることもできる。

ＲＦコイル６２によって取得されたＭＲ信号は、トランシーバモジュール６８によってデジタル化され、システム制御３２のメモリモジュール７２に転送される。生のｋ空間データのアレイがメモリモジュール７２に取得されたとき、走査が完了する。この生のｋ空間データ／データムは、再構成すべき各画像のために別個のｋ空間データアレイに再配置され、これらの各々は、データを画像データのアレイにフーリエ変換するように動作するアレイプロセッサ７６に入力される。この画像データは、シリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２２に運ばれ、メモリ３０に記憶される。オペレータコンソール１２から受信されたコマンドに応答して、この画像データは、長期ストレージにアーカイブすることができるが、あるいは画像プロセッサ２６によってさらに処理されてオペレータコンソール１２に運ばれ、ディスプレイ１８に提示することができる。

図２に示すように、本発明の一実施形態による、磁石アセンブリ５６の概略側面正面図が示されている。磁石アセンブリ５６は、中心軸７８を有する円筒形状である。磁石アセンブリ５６は、クライオスタット８０と、分極磁石５８を形成する１つまたは複数の半径方向に位置合わせされ長手方向に離間した超伝導コイル８２とを含む。超伝導コイル８２は、大きな電流を流すことができ、患者／目標体積６０内にＢ_０磁場を生成するように設計されている。理解されるように、磁石アセンブリ５６はさらに、ＭＲＩシステム１０（図１）の残りの部分によって生成された熱からクライオスタット８０を絶縁するのを助けるために、クライオスタット８０を取り囲む端末シールドと真空容器（図示せず）の両方を含むことができる。磁石アセンブリ５６はまたさらに、カバー、支持体、懸架部材、端部キャップ、ブラケットなど（図示せず）のような他の要素を含むことができる。図１および図２に示す磁石アセンブリ５６の実施形態は円筒形のトポロジを利用するが、円筒形以外のトポロジを使用してもよいことを理解されたい。たとえば、スプリットオープンＭＲＩシステムにおける平坦な幾何形状はまた、以下に記載される本発明の実施形態を利用してもよい。図２にさらに示されるように、患者／画像化される被験者８４が、磁石アセンブリ５６に挿入される。

次に図３および図４を参照すると、ＭＲＩシステム１０は、本体８８と、本体８８に接続された回転可能なロータ９０と、ロータ９０に配置された少なくとも１つのコイル巻線９２とを含むステータレス電気モータ８６を含むことができる。理解されるように、コイル巻線９２は、別個のグループ化された軸方向巻線であってもよい。

図５に移ると、磁石アセンブリ５６を通る水平スライスの上面図が示されている。図５に示すように、ステータレス電気モータ８６は、超伝導コイル８２によって生成されたＢ_０磁場（磁場線９４で表される）がステータレス電気モータ８６を通過するように、磁石アセンブリ５６に近接して配置される。理解されるように、実施形態では、ステータレス電気モータ８６を通過するＢ_０磁場の部分は、約１．５Ｔ〜３Ｔ程度の対応するＢ_０磁場に対して約０．００１Ｔ程度の漏れ／フリンジ磁場であってもよい。本明細書で使用する場合、「漏れ磁場」および「フリンジ磁場」という用語は、ボア６０の外側にあるＢ_０磁場の磁場線９４の部分を指す。図５および図６にさらに示すように、コイル巻線９２は、Ｂ_０磁場の存在下で電流を介して通電されるとロータ９０を回転させるように配置される。さらに、コイル巻線９２を駆動する磁場はＢ_０磁場であるとして説明されているが、長時間にわたって比較的均一な他の磁場を利用してもよい。

たとえば、図６に示すのは、３組のコイル巻線９２を有するステータレス電気モータ８６の実施形態であり、コイル巻線９２の各々は、２つの一致する断面部分Ａ／Ａ’、Ｂ／Ｂ’、およびＣ／Ｃ’を有するものとして示されている。理解されるように、コイル巻線９２が通電されると、電流は、断面Ａ、Ｂ、およびＣで図面用紙の外側へと延びる方向に、ならびに断面Ａ、Ｂ’、およびＣ’で図面用紙の内側へと延びる方向に流れる。すなわち、ＡおよびＡ’で示されるコイル巻線９２が通電されると、電流は、Ａから図面用紙の外側に、図面用紙の外側へと弧を描いてＡ’に接続されるコイル巻線９２の部分（図示せず）に沿って、そしてＡ’から図面用紙の内側に、図面用紙の内側へと弧を描いて再びＡに接続されるコイル巻線９２の部分（図示せず）に沿って流れる。電流は、ＢからＢ’とＣからＣ’の間で同様に流れる。理解されるように、Ｂ_０磁場の存在下でコイル巻線９２が付勢されると、コイル巻線は、いわゆる磁気の「左手の法則」に従って、コイル巻線９２を通って流れる電流の方向と磁場線９４の方向との間の関係に基づいて、直交する力、すなわちローレンツ力を受ける。したがって、以下により詳細に説明するように、コイル巻線９２の通電は、コイル巻線９２が受ける集合的な直交する力がロータ９０を時計回りおよび／または反時計回りの方向に回転させるように制御／タイミング調整することができる。たとえば、コイル巻線Ａ／Ａ’、Ｂ／Ｂ’、およびＣ／Ｃ’が適切に制御された態様で上述したように通電されると、ロータ９０は軸９６の周りを反時計回りの方向に回転する。理解されるように、ロータ９０の回転の方向は、コイル巻線Ａ／Ａ’、Ｂ／Ｂ’、およびＣ／Ｃ’を通って流れる電流の方向を逆転させることによって、または磁場線９４の方向を逆転させることによって逆転することができる。

さらに、次に図５および図７を参照すると、理解されるように、実施形態では、コイル巻線９２の制御／タイミングは、磁場線９４の分布（図５に最もよく見られる）の結果として変化するロータ９０を横切るＢ_０磁場の磁束密度（図７のチャートによって示されている）の少なくとも一部に基づくことができる。たとえば、図７に示すように、ロータ９０を横切る磁束密度は、超伝導コイル８２に対して最も近い点９８で最も高く、超伝導コイル８２から最も遠い点１００で最も低い。したがって、コイル巻線９２は、軸９６の周りでロータ９０を回転させるとき、異なるレベルの力を受ける。

次に図８に移ると、実施形態では、コイル巻線９２は、交流を介して通電されてもよい。このような実施形態では、ステータレス電気モータ８６は、整流器１０２と、整流器１０２とコイル巻線９２との間に配置されたインバータ１０４とを含むことができる。理解されるように、整流器１０２は、インバータ１０４に電流を供給することができ、インバータ１０４は、コイル巻線９２への電流のスイッチングを制御／管理することができる。理解されるように、電流およびコイル巻線９２に関して本明細書で使用される「スイッチング」という用語は、コイル巻線９２の通電のタイミングを指す。たとえば、実施形態では、交流は、整流器１０２、インバータ１０４、およびコイル巻線９２の間の３組の電気的接続による図８に示される三相電流とすることができる。整流器１０２は、発電機１０６からのソース電流を受け取り、インバータ１０４は、スリップリング１０８を介してコイル巻線９２に電気的に接続することができる。

図８にさらに示されているように、実施形態では、ステータレス電気モータ８６はさらに、ロータ９０に配置され、軸９６の周りのロータ９０の回転速度を測定するセンサ１１０を含むことができる。理解されるように、センサ１１０は、ホール効果センサを含む任意のタイプの回転速度センサとすることができる。このような実施形態では、インバータ１０４は、ロータ９０の回転速度に少なくとも部分的に基づいてコイル巻線９２への電流のスイッチングをインバータ１０４が管理するように、センサ１１０と電気的に連通することができる。たとえば、センサ１１０は、図９に示されるタイミングパターンに従ってコイル巻線９２の通電のタイミングをインバータ１０４が調整／管理することを可能にするフィードバック機構として機能することができ、理解されるように、３，０００回転／分（「ＲＰＭ」）の回転速度に対応することができる。

図１０を参照すると、実施形態では、コイル巻線９２は、直流を介して通電されてもよい。このような実施形態では、ステータレス電気モータ８６は、整流器１１２と、整流器１１２とコイル巻線９２との間に配置された回転インバータ１１４とを含むことができる。整流器１１２は、発電機１１６からの電源電流を受け取ることができ、電流を回転インバータ１１４に供給し、これはコイル巻線９２への電流のスイッチングを管理する。整流器１１２は、スリップリング１１８を介して回転インバータ１１４に電気的に接続することができる。あるいは、図１１に示すように、コイル巻線９２が直流を介して通電される実施形態では、ステータレス電気モータ８６は、コイル巻線９２への電流のスイッチングを管理する回転インバータ１１４の代わりに、少なくとも１つの整流子ブラシ１２０、たとえばクロックド整流子を含むことができる。

図１２に示すように、実施形態では、ステータレス電気モータ８６は、ボア６０内の患者および／またはＭＲＩシステム１０の１つまたは複数の電気的構成要素を冷却する送風機／液体ポンプ１２２を駆動することができる。たとえば、送風機／液体ポンプ１２２は、空気、冷却剤および／または油圧流体を磁石アセンブリ５６の様々な部分に分配する一連のダクト／パイプ１２４を介して空気、冷却剤、および／または油圧流体を移動させるように動作することができる。

さらに、理解されるように、実施形態では、ステータレス電気モータ８６は、コイル巻線９２が通電されていないときにＢ_０磁場の存在下で誘導された磁力を受けない材料から作製することができる。たとえば、ステータレス電気モータ８６は、反磁性、常磁性、または強磁性ではないプラスチックおよび／または銅のような材料から作製されてもよい。

最後に、システム１０は、必要な電子機器、ソフトウェア、メモリ、ストレージ、データベース、ファームウェア、論理／状態マシン、マイクロプロセッサ、通信リンク、ディスプレイまたは他の視覚または音声ユーザインターフェース、印刷デバイス、および本明細書に記載の機能を実行する、かつ／または本明細書に記載の結果を達成する任意の他の入力／出力インターフェースを含むことができることも理解されたい。たとえば、前述したように、システムは、少なくとも１つのプロセッサと、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）およびリードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）を含むことができるシステムメモリ／データストレージ構造とを含むことができる。システム１０の少なくとも１つのプロセッサは、１つまたは複数の従来のマイクロプロセッサと、数学コプロセッサなどの１つまたは複数の補助コプロセッサとを含むことができる。本明細書で論じられるデータストレージ構造は、磁気、光学および／または半導体メモリの適切な組み合わせを含み、たとえばＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュドライブ、コンパクトディスクなどの光ディスク、および／またはハードディスクまたはドライブを含むことができる。

さらに、本明細書に開示される方法を実行するようにコントローラを適合させるソフトウェアアプリケーションは、コンピュータ可読媒体から少なくとも１つのプロセッサのメインメモリに読み込まれてもよい。本明細書で使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行のためにシステム１０の少なくとも１つのプロセッサ（または本明細書に記載のデバイスの任意の他のプロセッサ）に命令を提供することを提供または関与する任意の媒体を指す。このような媒体は、不揮発性媒体および揮発性媒体を含むが、これに限定されない多くの形態をとることができる。不揮発性媒体には、たとえば、メモリなどの光学ディスク、磁気ディスク、または光磁気ディスクがある。揮発性媒体は、典型的にはメインメモリを構成するダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含む。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、たとえば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能なプログラム可能なリードオンリメモリ）、ＦＬＡＳＨ−ＥＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。

実施形態では、ソフトウェアアプリケーションにおける一連の命令の実行により、少なくとも１つのプロセッサによって本明細書に記載の方法／プロセスを実行させているが、ハードワイヤード回路は、本発明の方法／プロセスの具体化のため、ソフトウェア命令の代わりにまたはそれと組み合わせて使用され得る。したがって、本発明の実施形態は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの特定の組み合わせに限定されない。

上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことが意図されていることはさらに理解されるべきである。たとえば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多くの修正を行うことができる。

たとえば、一実施形態では、ＭＲＩシステム用のステータレス電気モータが提供される。ステータレス電気モータは、本体と、前記本体に接続された回転可能なロータと、前記ロータに配置された少なくとも１つのコイル巻線とを含む。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記ＭＲＩシステムの磁石アセンブリによって生成された磁場の存在下で電流を介して通電されると前記ロータを回転させるように配置される。特定の実施形態では、前記磁場は、前記磁石アセンブリのボアの外側の漏れ磁場である。特定の実施形態では、前記電流は、交流である。特定の実施形態では、前記ステータレス電気モータは、前記ロータに配置されて前記ロータの回転速度を測定するように動作するセンサと、前記電流を供給するように動作する整流器と、前記整流器と前記少なくとも１つコイル巻線との間に配置されたインバータとをさらに含む。前記インバータは、前記ロータの前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流のスイッチングを管理するように動作する。特定の実施形態では、前記電流は、直流である。特定の実施形態では、前記ステータレス電気モータは、前記電流を供給するように動作する整流器と、前記整流器と前記少なくとも１つのコイル巻線との間に配置された回転インバータとをさらに含む。前記回転インバータは、前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流のスイッチングを管理するように動作する。特定の実施形態では、前記ステータレス電気モータは、前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流のスイッチングを管理するように動作する少なくとも１つの整流子ブラシをさらに含む。特定の実施形態では、前記ロータは、送風機および液体ポンプの少なくとも１つを駆動するように動作する。特定の実施形態では、前記送風機は、前記磁石アセンブリのボア内に配置された患者、および前記ＭＲＩシステムの１つまたは複数の電気的構成要素の少なくとも１つを冷却するように動作する。特定の実施形態では、前記磁場は、前記少なくとも１つのコイル巻線が通電されていないとき、前記ステータレスモータに磁力を誘導しない。

他の実施形態は、ステータレス電気モータに電力を供給する方法を提供する。前記方法は、ＭＲＩシステムの磁石アセンブリを介して磁場を生成することと、電流を介して少なくとも１つのコイル巻線を通電することであって、前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記ステータレス電気モータの本体に接続された回転可能なロータの前記磁場内に配置されている通電することと、前記磁場の存在下で前記１つまたは複数の通電されたコイル巻線を介して前記ロータを回転させることとを含む。特定の実施形態では、前記磁場は、前記磁石アセンブリのボアの外側の漏れ磁場である。特定の実施形態では、前記電流は、交流であり、前記方法は、前記ロータに配置されたセンサを介して前記ロータの回転速度を測定することと、整流器を介してインバータに電流を供給することであって、前記インバータは、前記整流器と前記少なくとも１つのコイル巻線との間に配置されている、供給することと、前記ロータの前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記インバータを介して前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む。特定の実施形態では、前記電流は、直流であり、前記方法は、整流器を介して回転インバータに前記電流を供給することであって、前記回転インバータは、前記整流器と前記少なくとも１つのコイル巻線との間に配置されている、供給することと、前記回転インバータを介して前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む。特定の実施形態では、前記電流は、直流であり、前記方法は、少なくとも１つの整流子ブラシを介して前記少なくとも１つのコイル巻線への前記電流をスイッチングすることをさらに含む。特定の実施形態では、前記方法は、前記ロータを介して送風機および液体ポンプの少なくとも１つを駆動することをさらに含む。特定の実施形態では、前記送風機は、前記磁石アセンブリのボア内の患者、および前記ＭＲＩシステムの１つまたは複数の電気的構成要素の少なくとも１つを冷却する。特定の実施形態では、前記磁場は、前記少なくとも１つのコイル巻線が通電されていないとき、前記ステータレスモータに磁力を誘導しない。

さらに他の実施形態は、ＭＲＩシステムを提供する。ＭＲＩシステムは、磁場を生成するように動作する磁石アセンブリと、ステータレス電気モータとを含む。前記ステータレスモータは、本体と、前記本体に回転可能に接続されたロータと、前記ロータに配置された少なくとも１つのコイル巻線とを含む。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記磁場の存在下で電流を介して通電されると前記ロータを回転させるように配置される。特定の実施形態では、前記磁場は、前記少なくとも１つのコイル巻線が通電されていないとき、前記ステータレスモータに磁力を誘導しない。

したがって、理解されるように、ＭＲＩシステム１０の超伝導コイル８２によって生成されたＢ_０磁場を利用することによって、本発明のいくつかの実施形態は、コイル巻線９２が通電されていないときに磁力を受けないステータレス電気モータ８６を提供する。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、このような電気モータが強力な磁石に向かって激しく加速されるリスクが低減された、強力な磁石、たとえばＭＲＩ超伝導コイルに近接して利用することができる電気モータを提供する。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、ＭＲＩシステムで使用するためのより安全な電気モータを提供する。さらに、いくつかの実施形態は、ＭＲＩシステム内の多数の場所に配置することができる電気モータを提供し、したがって送風機を介して必要に応じて局所的に空気流を発生させることができ、長時間のホースおよび／または複雑な空気流ルーティングの必要性を低減する。

さらに、本明細書に記載の材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを定義することを意図しているが、決して限定的ではなく例示的な実施形態である。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討すると当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲とともに決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その中で（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれの用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の等価物として用いられる。さらに、以下の添付の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、「第３」、「上方」、「下方」、「底部」、「上部」などの用語は単に名称として用いられ、その対象に数値的または定位置的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、そのような特許請求の範囲の限定が「手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の後にさらなる構造のない機能についての記載が続くフレーズを明白に用いない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション形式で書かれたものではなく、そのように解釈されることを意図するものではない。

本明細書は例を用いて最良の形態を含む本発明のいくつかの実施形態を開示し、当業者によって任意のデバイスまたはシステムの作成および使用ならびに組み込まれた方法の実行を含む本発明の実施形態を具体化させる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差のない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

本明細書で使用する場合、単数で記載されるかまたは単語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」が続く要素またはステップは、そのような除外が明示的に述べられていない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないものとして理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載された特徴をも組み込む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図しない。さらに、明示的に反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含むことができる。本明細書に含まれる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上述した発明にある種の変更を加えることができるので、添付の図面に示された上記説明の主題のすべてが、単に本発明の概念を説明するための例として解釈され、本発明を限定するものではないことが意図される。
［実施態様１］
ＭＲＩシステム（１０）用のステータレス電気モータ（８６）であって、
本体（８８）と、
前記本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）と、
前記ロータ（９０）に配置された少なくとも１つのコイル巻線（９２）とを含み、
前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）によって生成された磁場（９４）の存在下で電流を介して通電されると前記ロータ（９０）を回転させるように配置される、ステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様２］
前記磁場（９４）が、前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）の外側の漏れ磁場である、実施態様１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様３］
前記電流が、交流である、実施態様１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様４］
前記ロータ（９０）に配置されて前記ロータ（９０）の回転速度を測定するように動作するセンサ（１１０）と、
前記電流を供給するように動作する整流器（１０２）と、
前記整流器（１０２）と前記少なくとも１つコイル巻線（９２）との間に配置され、前記ロータ（９０）の前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流のスイッチングを管理するように動作するインバータ（１０４）とをさらに含む、実施態様３に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様５］
前記電流が、直流である、実施態様１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様６］
前記電流を供給するように動作する整流器（１１２）と、
前記整流器（１１２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置され、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流のスイッチングを管理するように動作する回転インバータ（１１４）とをさらに含む、実施態様５に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様７］
前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流のスイッチングを管理するように動作する少なくとも１つの整流子ブラシ（１２０）をさらに含む、実施態様５に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様８］
前記ロータ（９０）が、送風機および液体ポンプ（１２２）の少なくとも１つを駆動するように動作する、実施態様１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様９］
前記送風機（１２２）が、
前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）内に配置された患者、および
前記ＭＲＩシステム（１０）の１つまたは複数の電気的構成要素の少なくとも１つを冷却するように動作する、実施態様８に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様１０］
前記磁場（９４）が、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）が通電されていないとき、前記ステータレスモータ（８６）に磁力を誘導しない、実施態様１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
［実施態様１１］
ステータレス電気モータ（８６）に電力を供給する方法であって、
ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）を介して磁場（９４）を生成することと、
電流を介して少なくとも１つのコイル巻線（９２）を通電することであって、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ステータレス電気モータ（８６）の本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）の前記磁場（９４）内に配置されている通電することと、
前記磁場（９４）の存在下で前記１つまたは複数の通電されたコイル巻線（９２）を介して前記ロータ（９０）を回転させることとを含む、方法。
［実施態様１２］
前記磁場（９４）が、前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）の外側の漏れ磁場である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記電流が、交流であり、前記方法が、
前記ロータ（９０）に配置されたセンサ（１１０）を介して前記ロータ（９０）の回転速度を測定することと、
整流器（１０２）を介してインバータ（１０４）に電流を供給することであって、前記インバータ（１０４）が、前記整流器（１０２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置されている、供給することと、
前記ロータ（９０）の前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記インバータ（１０４）を介して前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記電流が、直流であり、前記方法が、
整流器（１１２）を介して回転インバータ（１１４）に前記電流を供給することであって、前記回転インバータ（１１４）が、前記整流器（１１２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置されている、供給することと、
前記回転インバータ（１１４）を介して前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記電流が、直流であり、前記方法が、
少なくとも１つの整流子ブラシ（１２０）を介して前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流をスイッチングすることをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記ロータ（９０）を介して送風機および液体ポンプ（１２２）の少なくとも１つを駆動することをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１７］
前記送風機（１２２）が、
前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）内の患者、および
前記ＭＲＩシステム（１０）の１つまたは複数の電気的構成要素の少なくとも１つを冷却する、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記磁場（９４）が、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）が通電されていないとき、前記ステータレスモータ（８６）に磁力を誘導しない、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１９］
磁場（９４）を生成するように動作する磁石アセンブリ（５６）と、
本体（８８）、
前記本体（８８）に回転可能に接続されたロータ（９０）、および
前記ロータ（９０）に配置された少なくとも１つのコイル巻線（９２）
を含むステータレス電気モータ（８６）とを含み、
前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記磁場（９４）の存在下で電流を介して通電されると前記ロータ（９０）を回転させるように配置される、ＭＲＩシステム（１０）。
［実施態様２０］
前記磁場（９４）が、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）が通電されていないとき、前記ステータレスモータ（８６）に磁力を誘導しない、実施態様１９に記載のＭＲＩシステム（１０）。

１０ ＭＲＩシステム
１２ オペレータコンソール
１４ 入力デバイス
１６ 制御パネル
１８ ディスプレイスクリーン
２０ リンク
２２ コンピュータシステム
２４ バックプレーン
２６ 画像プロセッサモジュール
２８ ＣＰＵモジュール
３０ メモリモジュール
３２ ＭＲＩシステム制御、制御ユニット
３４ 高速シリアルリンク
３６ ＭＲＩコントローラ
３８ バックプレーン
４０ ＣＰＵモジュール
４２ パルス発生器モジュール
４４ シリアルリンク
４６ 勾配増幅器システム
４８ 生理学的取得コントローラ
５０ 走査室インターフェース回路
５２ 患者位置決めシステム
５４ 勾配コイルアセンブリ
５６ 磁石アセンブリ
５８ 分極磁石
６０ 目標体積、ボア
６２ ＲＦコイル
６４ 送信／受信スイッチ
６６ 前置増幅器
６８ トランシーバモジュール
７０ ＲＦ増幅器
７２ メモリモジュール
７６ アレイプロセッサ
７８ 中心軸
８０ クライオスタット
８２ 超伝導コイル
８４ 被験者
８６ ステータレス電気モータ
８８ 本体
９０ ロータ
９２ コイル巻線
９４ 磁場線
９６ 軸
９８ 最も近い点
１００ 最も遠い点
１０２ 整流器
１０４ インバータ
１０６ 発電機
１０８ スリップリング
１１０ センサ
１１２ 整流器
１１４ 回転インバータ
１１６ 発電機
１１８ スリップリング
１２０ 整流子ブラシ
１２２ 送風機／液体ポンプ
１２４ ダクト／パイプ

Claims (12)

1. ＭＲＩシステム（１０）用のステータレス電気モータ（８６）であって、
   本体（８８）と、
   前記本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）と、
   前記ロータ（９０）に配置された少なくとも１つのコイル巻線（９２）とを含み、
   前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）によって生成された磁場（９４）の存在下で電流を介して通電されると前記ロータ（９０）を回転させるように配置され、
   前記電流が交流である、ステータレス電気モータ（８６）。
2. 前記磁場（９４）が、前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）の外側の漏れ磁場である、請求項１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
3. 前記ロータ（９０）に配置されて前記ロータ（９０）の回転速度を測定するように動作するセンサ（１１０）と、
   前記電流を供給するように動作する整流器（１０２）と、
   前記整流器（１０２）と前記少なくとも１つコイル巻線（９２）との間に配置され、前記ロータ（９０）の前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流のスイッチングを管理するように動作するインバータ（１０４）とをさらに含む、請求項３に記載のステータレス電気モータ（８６）。
4. ＭＲＩシステム（１０）用のステータレス電気モータ（８６）であって、
   本体（８８）と、
   前記本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）と、
   前記ロータ（９０）に配置された少なくとも１つのコイル巻線（９２）とを含み、
   前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）によって生成された磁場（９４）の存在下で直流を介して通電されると前記ロータ（９０）を回転させるように配置される、ステータレス電気モータ（８６）であり、
   前記直流を供給するように動作する整流器（１１２）と、
   前記整流器（１１２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置され、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記直流のスイッチングを管理するように動作する回転インバータ（１１４）とをさらに含む、ステータレス電気モータ（８６）。
5. 前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流のスイッチングを管理するように動作する少なくとも１つの整流子ブラシ（１２０）をさらに含む、請求項４に記載のステータレス電気モータ（８６）。
6. 前記ロータ（９０）が、送風機および液体ポンプ（１２２）の少なくとも１つを駆動するように動作する、請求項１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
7. 前記送風機（１２２）が、
   前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）内に配置された患者、および
   前記ＭＲＩシステム（１０）の１つまたは複数の電気的構成要素の少なくとも１つを冷却するように動作する、請求項６に記載のステータレス電気モータ（８６）。
8. 前記磁場（９４）が、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）が通電されていないとき、前記ステータレスモータ（８６）に磁力を誘導しない、請求項１に記載のステータレス電気モータ（８６）。
9. ステータレス電気モータ（８６）に電力を供給する方法であって、
   ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）を介して磁場（９４）を生成することと、
   電流を介して少なくとも１つのコイル巻線（９２）を通電することであって、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ステータレス電気モータ（８６）の本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）の前記磁場（９４）内に配置されている通電することと、
   前記磁場（９４）の存在下で前記１つまたは複数の通電されたコイル巻線（９２）を介して前記ロータ（９０）を回転させることとを含み、
   前記電流が交流である、方法。
10. 前記磁場（９４）が、前記磁石アセンブリ（５６）のボア（６０）の外側の漏れ磁場である、請求項９に記載の方法。
11. 前記方法が、
    前記ロータ（９０）に配置されたセンサ（１１０）を介して前記ロータ（９０）の回転速度を測定することと、
    整流器（１０２）を介してインバータ（１０４）に電流を供給することであって、前記インバータ（１０４）が、前記整流器（１０２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置されている、供給することと、
    前記ロータ（９０）の前記回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記インバータ（１０４）を介して前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. ステータレス電気モータ（８６）に電力を供給する方法であって、
    ＭＲＩシステム（１０）の磁石アセンブリ（５６）を介して磁場（９４）を生成することと、
    電流を介して少なくとも１つのコイル巻線（９２）を通電することであって、前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）は、前記ステータレス電気モータ（８６）の本体（８８）に接続された回転可能なロータ（９０）の前記磁場（９４）内に配置されている通電することと、
    前記磁場（９４）の存在下で前記１つまたは複数の通電されたコイル巻線（９２）を介して前記ロータ（９０）を回転させることとを含み、
    前記電流が、直流であり、前記方法が、
    整流器（１１２）を介して回転インバータ（１１４）に前記電流を供給することであって、前記回転インバータ（１１４）が、前記整流器（１１２）と前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）との間に配置されている、供給することと、
    前記回転インバータ（１１４）を介して前記少なくとも１つのコイル巻線（９２）への前記電流をスイッチングすることとをさらに含む、方法。