液体誘電体傾斜コイルシステム及び方法
【課題】磁気共鳴撮像システム向けの２つ以上の傾斜コイルに対する冷却及び電気的分離を提供すること。
【解決手段】液体誘電媒質を利用した傾斜コイルアセンブリを有する磁気共鳴撮像システムを提供する。一実施形態の磁気共鳴撮像システム（１０）は、複数の傾斜コイル（２６、２８、３０）を有する傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）を含む。この傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）では、傾斜コイル（２６、２８、３０）のうちの少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている。
【解決手段】液体誘電媒質を利用した傾斜コイルアセンブリを有する磁気共鳴撮像システムを提供する。一実施形態の磁気共鳴撮像システム（１０）は、複数の傾斜コイル（２６、２８、３０）を有する傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）を含む。この傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）では、傾斜コイル（２６、２８、３０）のうちの少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は全般的には磁気共鳴撮像システムに関し、またさらに詳細には、磁気共鳴撮像システム向けの２つ以上の傾斜コイルに対する冷却及び電気的分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムは、水分子内の水素原子核など対象内の特異的な原子核成分と相互作用する主磁場、無線周波数（ＲＦ）パルス、時間変動する傾斜磁場に基づいた撮像が可能である。こうした原子核成分の磁気モーメントは主磁場と整列しようとするが、引き続いてラーモア周波数と呼ぶ特性周波数で歳差運動することになる。こうした原子核成分のラーモア周波数にあるまたはその近傍の周波数にあるＲＦパルスは磁気モーメントを回転させることができる。ＲＦパルスが終了したときに、磁気モーメントは主磁場と再び整列しようとして、検出可能な信号を放出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
少なくとも３つの離散的な傾斜コイル（ｘ、ｙ及びｚ）によって、対象の指定したスライスからの信号を検出できるように計算された時間変動する傾斜磁場（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）を発生させることができる。この傾斜コイルは互いに近づけて配置されることがあるため、時にこれら傾斜コイルのうちの２つのコイル間で電圧の部分放電が発生することがあり、これによりこうして収集した画像のいずれかに１つまたは複数のアーチファクトを表示させることがある。部分放電を防ぐために、概して円筒状をした傾斜コイルの各々をガラス充填のエポキシベースの樹脂によってその他のコイルから電気的に分離させることがある。こうしたエポキシベースの材料は、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）特性が低いこと、傾斜コイル冷却の効率がよくないこと、エポキシベースの傾斜コイルの製造に一般に利用される真空圧力含浸手順のために製造サイクルが長いこと、を含む多くの欠点を有することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に開示した主題の実施形態は全般的には、液体誘電媒質を利用する傾斜コイルアセンブリを有する磁気共鳴撮像システムに関する。一実施形態の磁気共鳴撮像システムは、複数の傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この傾斜コイルアセンブリでは、傾斜コイルのうちの少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている。
【０００５】
別の実施形態の磁気共鳴撮像システムは、第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルは該第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルの外部にある液体媒質によって冷却される。
【０００６】
さらに別の実施形態の磁気共鳴撮像システムは、少なくとも２つの中実な傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この少なくとも２つの中実な傾斜コイルは液体誘電媒質によって冷却される。
【０００７】
これらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の態様による傾斜コイルアセンブリ内で流体媒質を利用するＭＲＩシステムを表した概要図である。
【図２】本発明の態様による図１のＭＲＩシステムのスキャナの一実施形態の断面概要図である。
【図３】本発明の態様による図１のＭＲＩシステムのスキャナの代替的実施形態の断面概要図である。
【図４】本発明の態様による図１のスキャナ向けの傾斜コイルアセンブリの断面概要図である。
【図５】図４の傾斜コイルアセンブリの斜視図である。
【図６】図４の傾斜コイルアセンブリの横断面図である。
【図７】本発明の態様による図４の傾斜コイルアセンブリ内部に流体媒質を循環させることができるマニホールドの斜視図である。
【図８】図７のマニホールドの側面図である。
【図９】球−球幾何学構成に関する破壊電圧と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【図１０】点−球幾何学構成に関する破壊電圧と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【図１１】傾斜コイル巻き線の温度上昇と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図面に移り先ず図１を参照すると、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０をスキャナ１２、スキャナ制御回路１４及びシステム制御回路１６を含むように概要図で表している。ＭＲＩシステム１０は適当な任意のＭＲＩスキャナまたは検出器を含むことができるが、図示した実施形態のシステムは、スキャンのために患者２２を所望の位置に配置するようにテーブル２０をその内部に位置決めできる撮像ボリューム１８を備えた全身用スキャナを含む。スキャナ１２は、追加としてまたは別法として、頭部や頚部などのある種の解剖構造を目標とするように構成されることがある。
【００１０】
スキャナ１２は、制御された磁場を発生させるため、無線周波数（ＲＦ）励起パルスを発生させるため、並びにこうしたパルスに応答した患者内部の磁気回転材料からの放出を検出するために、一連の関連するコイルを含むことがある。図１の概要図では、撮像ボリューム１８と全体的に整列した主磁場を発生させるような主マグネット２４が設けられている。一連の傾斜コイル２６、２８及び３０は、検査シーケンスの間に制御された傾斜磁場を発生させるために１つまたは複数の傾斜コイルアセンブリ内でグループ分けされている（これについては以下でより完全に説明することにする）。磁気回転材料を励起するためのＲＦパルスを発生させるためにＲＦコイル３２が設けられている。スキャナ１２に対しては適当な任意の方式でパワー（その全体を参照番号３４で示す）を提供することがある。図１に図示した実施形態ではそのＲＦコイル３２はさらに受信器コイルの役割をすることがある。したがってＲＦコイル３２は、磁気回転材料からの放出を受け取るため及びＲＦ励起パルスを付与するためにそれぞれ受動モードと能動モードで駆動及び受信回路に結合させることがある。別法として、ＲＦコイル３２から独立させた受信器コイルの様々な構成を提供することがある。こうしたコイルは、頭部コイルアセンブリやその他など目標の解剖構造に特に適応させた構造を含むことがある。さらに受信器コイルは、フェーズドアレイコイルその他を含む適当な任意の物理的構成で設けられることがある。
【００１１】
本構成の１つではその傾斜コイル２６、２８及び３０は、制御パルスが付与されたときに傾斜磁場を発生させるコイル構造を形成するように巻き付けまたは切断された導電性のワイヤ、バーまたはプレートで形成させることがある。傾斜コイルアセンブリ内部におけるこれらのコイルの配置は、数種類の順序及び様々な構成で実施されることがあり、またスキャナ１２はさらに、傾斜コイル２６、２８及び３０を遮蔽するための補助傾斜コイルを（以下に記載する方式で）含むことがある。ｚ傾斜コイル２６は一般に最外側位置に位置決めされることがあり、また一般にＲＦ磁場に対する影響が比較的小さいソレノイド様の構造で形成させることがある。傾斜コイル２８及び３０はそれぞれｘ軸コイルとｙ軸コイルとすることがある。
【００１２】
スキャナ１２の傾斜コイル２６、２８及び３０は所望の場及びパルスを発生させるため、並びに磁気回転材料からの信号を制御された方式で読み取るために外部の回路によって制御されることがある。材料（典型的には、患者の組織内に束縛されている）を主磁場に置くと、組織内の常磁性原子核の個々の磁気モーメントは該場と部分的に整列する。正味の磁気モーメントが偏向場の方向で生成されている間は、直交する面内における該モーメントのランダムな方向を向いた成分は全体として互いに相殺されている。検査シーケンスの間に、ＲＦコイル３２は関心対象材料のラーモア周波数にあるまたはこれに近い周波数のＲＦパルスを発生させ、これにより正味の整列モーメントに回転を生じさせて正味の横方向磁気モーメントを生成することがある。この横方向磁気モーメントは主磁場方向の周りで歳差運動し、これによってスキャナ１２により検出されて所望の画像を再構成するように処理を受けるＲＦ信号を放出させる。
【００１３】
傾斜コイル２６、２８及び３０は、その強度が事前定義の視野域全体にわたって変動する（典型的には、正極性と負極性を有する）ような精細に制御された磁場を発生させる役割をすることがある。各傾斜コイル２６、２８または３０が既知の電流によって付勢されると、得られた磁場傾斜は主磁場の上に重ね合わされると共に、視野域全体にわたる磁場強度のアキシャル成分に望ましい直線的な変動を生成させる。この場はある１つの方向で直線的に変動するが、残りの２つの方向では均一とすることがある。この３つの傾斜コイル２６、２８及び３０はその変動方向に関して相互に直交する軸を有しており、このためこの３つの傾斜コイル２６、２８及び３０を適当に組み合わせた任意の方向に直線的な磁場傾斜を課することが可能となる。
【００１４】
パルス状の傾斜磁場は撮像処理にとって不可欠な様々な機能を実行することがある。これらの機能のうちの幾つかは、スライス選択、周波数エンコード及び位相エンコードである。これらの機能は元の座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に沿って適用すること、あるいは個々の磁場コイルに与えるパルス状電流を組み合わせることにより決定される別の軸に沿って適用することが可能である。
【００１５】
スライス選択傾斜磁場は、患者内の撮像しようとする組織または解剖構造のスラブを決定することがあり、また同じ周波数で歳差運動させる既知のスピンボリュームを励起するために周波数選択ＲＦパルスと同時に付与されることがある。スライス厚は、ＲＦパルスのバンド幅及び視野域全体にわたる傾斜強度によって決定されることがある。
【００１６】
周波数エンコード傾斜（読み出し傾斜と呼ぶこともある）は通常、スライス選択傾斜と直交する方向で付与される。この周波数エンコード傾斜は一般に、ＲＦ励起に由来するＭＲエコー信号の形成前及び形成中に付与される。この傾斜の影響を受けた磁気回転材料のスピンは傾斜磁場に沿ったその空間的位置に従った周波数エンコードを受ける。収集した信号はフーリエ変換によって解析し、選択したスライス内のその箇所を周波数エンコードによって特定することがある。
【００１７】
最終的に、読み出し傾斜の前かつスライス選択傾斜の後に位相エンコード傾斜が付与されるのが一般である。位相エンコード方向での磁気回転材料のスピンの位置特定は、データ収集シーケンス中に順次付与される若干異なる傾斜振幅を用いて材料の歳差運動する陽子の位相に順次変動を誘導することによって実現される。この位相エンコード傾斜によって、位相エンコード方向におけるその位置に従って材料のスピンの間に位相差を生成することが可能となる。
【００１８】
上述した例示的な傾斜パルス機能、並びに上では明示的に記載していない別の傾斜パルス機能を利用してパルスシーケンスに関する非常に多くの変動形態を考案することができる。さらに、パルスシーケンスの適応は、所望の材料を励起し、得られたＭＲ信号を収集して処理するために、選択されるスライスと周波数及び位相エンコードとが適当に方向付されるように実施されることがある。
【００１９】
スキャナ１２のコイルは、所望の磁場及び無線周波数パルスを発生させるようにスキャナ制御回路１４によって制御される。図１の概要図では制御回路１４はしたがって、検査中に利用されるパルスシーケンスを指令するため並びに受信した信号を処理するための制御回路３６を含む。制御回路３６は、汎用または特殊用途のコンピュータのＣＰＵまたはディジタル信号プロセッサなどの適当な任意のプログラム可能論理デバイスを含むことがある。さらに制御回路３６は、スキャナ１２によって実現される検査シーケンス中に使用される物理的及び論理的な軸構成パラメータ、検査パルスシーケンス記述、収集画像データ、プログラミングルーチンその他を保存するための揮発性及び／または不揮発性のメモリデバイスなどのメモリ回路３８を含むことがある。
【００２０】
制御回路３６とスキャナ１２のコイルの間のインタフェースは増幅及び制御回路４０並びに送信及び受信インタフェース回路４２によって管理されることがある。増幅及び制御回路４０は、制御回路３６からの制御信号に応答して駆動電流を供給するために各傾斜磁場コイル２６、２８及び３０ごとの増幅器を含む。受信インタフェース回路４２は、ＲＦコイル３２を駆動するために追加的な増幅回路を含む。さらに、ＲＦコイル３２がＲＦ励起パルスの送出とＭＲ信号の受信の両方の役割をする場合、その受信インタフェース回路４２は、能動すなわち送信モードと受動すなわち受信モードの間でＲＦコイルをトグル切り替えするための切替デバイスを含むことがある。主マグネット２４を付勢するために、図１でその全体を参照番号３４で表した電源が設けられている。最後にスキャナ制御回路１４は、システム制御回路１６とで構成及び画像データを交換するためのインタフェース構成要素４４を含む。
【００２１】
システム制御回路１６は、オペレータや放射線医とスキャナ１２の間のスキャナ制御回路１４を介したインタフェースを容易にするために広範なデバイスを含むことがある。図示した実施形態では例えば、汎用または特殊用途のコンピュータを利用するコンピュータワークステーションの形態をしたオペレータワークステーション４６が設けられている。オペレータワークステーション４６もまた典型的には、検査パルスシーケンス記述、検査プロトコル、ユーザ及び患者データ、画像データ（生データと処理済みデータの両方）その他を保存するためのメモリ回路を含む。オペレータワークステーション４６はさらに、データの受信並びにローカル及びリモートのデバイスとのデータ交換のために様々なインタフェース及び周辺駆動装置を含むことがある。図示した実施形態ではこうしたデバイスには、モニタ４８、従来のコンピュータキーボード５０及びマウス５２などの代替的な入力デバイスが含まれる。ドキュメントや収集データから再構成した画像に関するハードコピー出力を作成するためにはプリンタ５４が設けられている。さらにシステム１０は、図１でその全体を参照番号５６で表したようなローカル及びリモートの様々な画像アクセス及び検査制御デバイスを含むことがある。こうしたデバイスには、ＰＡＣＳ（ｐｉｃｔｕｒｅ ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）、遠隔放射線学システム、その他を含むことがある。
【００２２】
図２は、スキャナ１２の一実施形態の上半分の簡略断面概要図を表している。図２の簡略図は必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。図２に示すように、内側傾斜コイルアセンブリ５８、外側傾斜コイルアセンブリ６０及び主マグネット２４は撮像ボリューム１８を円筒状に取り囲んで配置されることがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０はそれぞれ、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０を含むことがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部に見出される傾斜コイル２６、２８及び３０の各々は、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０内部の空間を満たす液体誘電媒質によって電気的に分離されることがある（これについては以下でさらに検討することにする）。液体誘電媒質は、誘電体の機能に加えてさらに、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０に対する冷却剤の役割もすることがある。したがって、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０は中空の導体材料で形成されるのではなく中実な導体材料で形成させることがある。図９〜１１を参照しながら以下で検討することにするが、液体誘電媒質は、鉱油及び／またはパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）などの電気的陰性の液体を含む幾つかの成分を含むことがある。
【００２３】
流体循環システム６２によって、内側及び／または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０の全体にわたって液体誘電媒質を循環させることがある。流体循環システム６２に入るように、液体誘電媒質は１つまたは複数の流出口６４を介して内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０を出ることがある。ポンプ６６は、液体誘電媒質内に堆積することがある不純物を除去できるフィルタ６８を通るように液体誘電媒質をポンピングすることがある。ポンプ６６はさらに、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部で液体誘電媒質を１気圧以上の圧力に維持させることがある。したがって、脱気用構成要素及び真空ポンプ構成要素を含むことがある脱気システム７０によって、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０内の液体誘電媒質内に形成されることがあるような気泡を除去することがある。液体誘電媒質からの熱は、液体誘電媒質が内側及び／または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０内に再循環される前に冷却機７２によって除去することがある。フィルタ６８及び脱気システム７０によって、電気的応力が大きい領域内で起こることが一般的であるような液体誘電媒質内の不純物を除去できることに留意すべきである。不純物は部分放電現象を生じさせる可能性があるため、流体循環システム６２を用いて液体誘電媒質を連続して循環することによって、放電のリスクが低減されると同時に、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０からの熱を除去することができる。
【００２４】
図３は、スキャナ１２の代替的実施形態の上半分の簡略断面概要図を表している。図３の簡略図は必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。上の図２の場合と同様に、図３のスキャナ１２は、撮像ボリューム１８を円筒状に取り囲んで配置された内側傾斜コイルアセンブリ５８、外側傾斜コイルアセンブリ６０及び主マグネット２４を含む。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０はそれぞれ、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０を含むことがある。内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０は中空の導体材料で形成されるのではなく中実な導体材料で形成させることがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部に見出される傾斜コイル２６、２８及び３０の各々は、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０内部の空間を満たす液体誘電媒質によって電気的に分離されることがある（これについては以下でさらに検討することにする）。図２の実施形態と異なり、内側傾斜コイル循環システム７６が内側傾斜コイルアセンブリ５８全体にわたり液体誘電媒質を循環させかつ冷却することがある一方、外側傾斜コイル循環システム７８によって外側傾斜コイルアセンブリ６０内の液体誘電媒質を循環させかつ冷却することがある。内側及び外側傾斜コイル循環システム７６及び７８の各々は、ポンプ６６、フィルタ６８、脱気システム７０及び冷却機７２を含むことがある。
【００２５】
図４は、スキャナ１２の一実施形態の内側傾斜コイルアセンブリ５８の上半分に関するより詳細な断面概要図を表している。図４は内側傾斜コイルアセンブリ５８を表しているが、この内側傾斜コイルアセンブリ５８は例示的な内側または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０のいずれかに関する例示を意図したものであることを理解されたい。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０内で液体誘電媒質を使用すると力学的剛性に関する困難が生じ、これがさらに傾斜コイル２６、２８及び３０に対する電磁気力の効果を制限することがあるため、図４の実施形態はこうした力を考慮している。内側傾斜コイルアセンブリ５８の構造は例えば、その後ろ側に内側ドラム８２が形成されている背部フランジ８０を含むことがある。内側ドラム８２はＦＲ４シリンダから形成されることがある。内側ドラム８２は外側ドラム８４の内部に装着されており、この外側ドラム８４もさらにＦＲ４シリンダから形成されることがある。以下で図５を参照しながら記載することにするが、内側ドラム８２は背部フランジ８０に取り付けられることがあり、また外側ドラム８４は前部フランジ８６に取り付けられることがある。
【００２６】
内側ドラム８２の一部分に対してはｘ傾斜コイル２８を保持しているＦＲ４シリンダから形成されたｘ傾斜ボード８７が接着剤及び／またはビスによって取り付けられることがある。内側ドラム８２に対するｘ傾斜ボード８７の機械的取り付けを支援するため並びに電磁気力に応じた剛性を提供するために、内側ドラム８２を窪ませることがある。ｙ傾斜コイル３０を保持しているＦＲ４シリンダから形成されたｙ傾斜ボード８８が接着剤及び／またはビスによってスタンドオフ８９に取り付けられることがある。スタンドオフ８９は、ｘ傾斜ボード８７内のギャップを通しかつｘ傾斜コイル２８のアイを通してｙ傾斜ボード８８を内側ドラム８２に取り付けることがある。傾斜コイル２８及び３０は銅の側を下にして配置し、これにより両者の間を概ね２〜３ｍｍ離間させることがある。ｚ傾斜コイル２６は、概ね５〜１０ｍｍの厚さを有することがあるｙ傾斜ボード８８内に機械加工し得る溝を介して、ｙ傾斜ボード８８の外径に取り付けられることがある。
【００２７】
背部フランジ８０、内側ドラム８２、外側ドラム８４及び前部フランジ８６を境界とする内側ボリューム９０には液体誘電媒質を満たすことがある。内側ボリューム９０は、その全体にわたって配置させた一連のスペーサ９１を用いて維持されることがある。スペーサ９１は例えば、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０にかかる電磁気力が生じさせる動きを最小化するためのスペース確保用ストラップを含むことがある。各スペーサ９１は、追加的なギャップ間隔を提供しかつ力学的剛性を高めるためにｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０の周りにうずまき状に張力をかけて巻き付け得るような非金属ストラップを含むことがある。このスペーサ９１の非金属ストラップは、例えば液体誘電媒質を一杯まで含ませたプラスチックまたはコットンから製作されることがある。内側ボリューム９０の全体にわたって冷却流体コンジット９２によって液体誘電媒質を行き渡らせることがある（これについては以下でさらに説明する）。
【００２８】
図５は、図４に示した内側傾斜コイルアセンブリ５８の内側及び外側ドラム８２及び８４の部分分解図を提供している。図５に示すように、背部フランジ８０は内側ドラム８２に連結させることがある。内側ドラム８２は外側ドラム８４の内部に装着されることがあり、またこの外側ドラム８４は前部フランジ８６に取り付けられることがある。背部フランジ８０は次いで、内側ドラム８２と外側ドラム８４の両方に取り付けられることがある。背部フランジ８０及び前部フランジ８６は、その中を通って液体誘電媒質が内側傾斜コイルアセンブリ５８を出入りできるような流体接続９４を有することがある。内側及び外側ドラム８２及び８４は図４に図示した方式で一体に装着されるように製作されることがあることを理解されたい。
【００２９】
図６は、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０を有するスキャナ１２の一実施形態の端部の横断簡略図である。図６の簡略図では必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。主マグネット２４は、円筒状の外側傾斜コイルアセンブリ６０及び内側傾斜コイルアセンブリ５８を取り囲んでいる。内側傾斜コイルアセンブリ５８と外側傾斜コイルアセンブリ６０の両者に関する前部フランジ８６は、その中を通って液体誘電媒質が傾斜コイルアセンブリ５８及び６０を出入りできるような流体接続９４を含むことがある。
【００３０】
図７は、内側または外側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または６０全体にわたって液体誘電媒質を行き渡らせることができるマニホールド９６を表している。図７に示すように、液体誘電媒質は図５または６の流体接続９４に結合させ得る流入マニホールド９８を通って流入させることがある。コンジット９２は流入マニホールド９８に沿って分布させることがある。液体誘電媒質は流入マニホールド９８からコンジット９２まで移動し、引き続きコンジット９２内の複数のアパーチャ１００を通ってマニホールド９６を出ることがある。液体誘電媒質は、流体接続９４の流出口を通して液体誘電媒質を引き出すための流出アパーチャを伴う補助コンジットを有することがある補助流出マニホールドを通して流出させることがある。別法として液体誘電媒質は、流体接続９４にある単一の流出口を通って流出させることがある。
【００３１】
図８は、スキャナ１２のその他の構成要素と連係させ得るマニホールド９６の構成を表している。図８に示すように、マニホールド９６の流入マニホールド９８は、内側傾斜コイルアセンブリ５８の内側ドラム８２の周りに巻き付け得るコンジット９２を含むことがある。このためにコンジット９２は、図４のスペーサ９１の代表的な１つとなり得るように非金属ストラップ１０２同士の間に装着するように角度が付けられることがある。
【００３２】
図９〜１１は、液体誘電媒質の様々な組成について達成され得る結果を表している。内側傾斜コイル組及び外側傾斜コイル組の様々な構成要素を電気的に分離させるために使用される液体誘電媒質は、多種多様な液体媒質を含むことがある。例えば液体誘電媒質は、変圧器オイルまたは鉱油を含むことがあり、あるいは鉱油と別の液体との混合物を含むことがある。部分放電現象はスキャナ１２が取得した画像内に白画素を出現させることがあるため、液体誘電媒質はこうした部分放電現象により生じた白画素の数を減少させる役割をすることがある。さらに液体誘電媒質は、エポキシベースの誘電媒質において典型的であるような１マイクロ秒未満の放電ではなく、典型的には１０マイクロ秒未満で放電することがある。放電時間が比較的長いため、ＭＲＩ動作周波数においてその包含する周波数成分が少なくなり、発生することがあるこうした部分放電現象の悪影響を制限できるので有利である。
【００３３】
液体誘電媒質は、電気的陰性の液体を含めることによって強化されることがある。この電気的陰性の液体は例えばパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）とすることがあり、これによりさらに部分放電形成を阻止することができる。図９及び１０の両図は、様々な幾何学構成における破壊電圧と鉱油内の追加的な電気的陰性液体（パークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４））濃度との間の関係を表している。先ず図９を見ると、縦座標１０４は球−球幾何学構成（２．５ｍｍギャップ、２０℃）に関するｋＶｒｍｓを単位とする平均破壊電圧を意味しており、また横座標１０６は液体誘電媒質内のパークロロエチレン濃度を意味している。図９に示すように、破壊電圧はパークロロエチレン濃度が概ね３５％のときに極大値１０８に達している。次に図１０をみると、縦座標１１０は点−球幾何学構成（２５ｍｍギャップ、２０℃）に関するｋＶｒｍｓを単位とする平均破壊電圧を意味しており、また横座標１１２は液体誘電媒質内のパークロロエチレン濃度を百分率で表している。図９の場合と同様に図１０では、破壊電圧は概ね２０％と５０％の間の濃度、３０％と４０％の間の濃度、あるいは概ね３５％の濃度で極大値１１４に達している。
【００３４】
上で指摘したように、パークロロエチレンと鉱油の混合物は、所定の濃度における破壊電圧を高めることがある。パークロロエチレン−鉱油の混合物はさらに、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）の上昇以外に別の恩恵も有することがある。例えば、概ね３５％のパークロロエチレンを有する鉱油からなる液体誘電媒質はより低い粘性（例えば、１００％鉱油の３０センチポイズに対して４センチポイズ）を有することがある。こうしたより低い粘性は、傾斜コイル構成要素の表面を完全にコーティングする支援となることがある。さらに、パークロロエチレン−鉱油混合物は１００％鉱油を超える熱容量を有することがある。図１１に示すように、縦座標１１６は傾斜コイル巻き線の温度の全体的な上昇を表しており、一方横座標１１８は時間を単位とした持続期間を表している。曲線１３０は１００％鉱油の場合の時間の経過に従った温度上昇を示しており、曲線１２２は３５％パークロロエチレン−鉱油混合物の場合の時間の経過に従った温度上昇を示しており、また曲線１２４は５０％パークロロエチレン−鉱油混合物の場合の時間の経過に従った温度上昇を示している。５０％混合物により最も小さい温度上昇が得られるが、３５％パークロロエチレン−鉱油混合物は純粋な鉱油と比べて温度上昇がより小さい。
【００３５】
本発明の技術的効果は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの傾斜コイルに関する電気的分離に関する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）特性の上昇、並びに傾斜コイル冷却の効率の上昇（ただし、これに限らない）を含む。さらに、一般的にエポキシ含浸手順が回避できるために製造サイクルを短縮することができる。
【００３６】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム
１２ スキャナ
１４ スキャナ制御回路
１６ システム制御回路
１８ 撮像ボリューム
２０ テーブル
２２ 患者
２４ 主マグネット
２６ ｚ傾斜コイル
２８ ｘ傾斜コイル
３０ ｙ傾斜コイル
３２ ＲＦコイル
３４ パワー
３６ 制御回路
３８ メモリ回路
４０ 増幅及び制御回路
４２ 受信インタフェース回路
４４ インタフェース構成要素
４６ オペレータワークステーション
４８ モニタ
５０ キーボード
５２ マウス
５４ プリンタ
５６ リモート画像アクセス及び検査制御デバイス
５８ 内側傾斜コイルアセンブリ
６０ 外側傾斜コイルアセンブリ
６２ 流体循環システム
６４ 流出口
６６ ポンプ
６８ フィルタ
７０ 脱気システム
７２ 冷却機
７６ 内側傾斜コイル循環システム
７８ 外側傾斜コイル循環システム
８０ 背部フランジ
８２ 内側ドラム
８４ 外側ドラム
８６ 前部フランジ
８７ ｘ傾斜ボード
８８ ｙ傾斜ボード
８９ スタンドオフ
９０ 内側ボリューム
９１ スペーサ
９２ 冷却流体コンジット
９４ 流体接続
９６ マニホールド
９８ 流入マニホールド
１００ アパーチャ
１０２ 非金属ストラップ
１０４ 縦座標
１０６ 横座標
１０８ 極大値
１１０ 縦座標
１１２ 横座標
１１４ 極大値
１１６ 縦座標
１１８ 横座標
１２０ 曲線
１２２ 曲線
１２４ 曲線
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は全般的には磁気共鳴撮像システムに関し、またさらに詳細には、磁気共鳴撮像システム向けの２つ以上の傾斜コイルに対する冷却及び電気的分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムは、水分子内の水素原子核など対象内の特異的な原子核成分と相互作用する主磁場、無線周波数（ＲＦ）パルス、時間変動する傾斜磁場に基づいた撮像が可能である。こうした原子核成分の磁気モーメントは主磁場と整列しようとするが、引き続いてラーモア周波数と呼ぶ特性周波数で歳差運動することになる。こうした原子核成分のラーモア周波数にあるまたはその近傍の周波数にあるＲＦパルスは磁気モーメントを回転させることができる。ＲＦパルスが終了したときに、磁気モーメントは主磁場と再び整列しようとして、検出可能な信号を放出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
少なくとも３つの離散的な傾斜コイル（ｘ、ｙ及びｚ）によって、対象の指定したスライスからの信号を検出できるように計算された時間変動する傾斜磁場（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）を発生させることができる。この傾斜コイルは互いに近づけて配置されることがあるため、時にこれら傾斜コイルのうちの２つのコイル間で電圧の部分放電が発生することがあり、これによりこうして収集した画像のいずれかに１つまたは複数のアーチファクトを表示させることがある。部分放電を防ぐために、概して円筒状をした傾斜コイルの各々をガラス充填のエポキシベースの樹脂によってその他のコイルから電気的に分離させることがある。こうしたエポキシベースの材料は、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）特性が低いこと、傾斜コイル冷却の効率がよくないこと、エポキシベースの傾斜コイルの製造に一般に利用される真空圧力含浸手順のために製造サイクルが長いこと、を含む多くの欠点を有することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に開示した主題の実施形態は全般的には、液体誘電媒質を利用する傾斜コイルアセンブリを有する磁気共鳴撮像システムに関する。一実施形態の磁気共鳴撮像システムは、複数の傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この傾斜コイルアセンブリでは、傾斜コイルのうちの少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている。
【０００５】
別の実施形態の磁気共鳴撮像システムは、第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルは該第１の傾斜コイル及び第２の傾斜コイルの外部にある液体媒質によって冷却される。
【０００６】
さらに別の実施形態の磁気共鳴撮像システムは、少なくとも２つの中実な傾斜コイルを有する傾斜コイルアセンブリを含む。この少なくとも２つの中実な傾斜コイルは液体誘電媒質によって冷却される。
【０００７】
これらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の態様による傾斜コイルアセンブリ内で流体媒質を利用するＭＲＩシステムを表した概要図である。
【図２】本発明の態様による図１のＭＲＩシステムのスキャナの一実施形態の断面概要図である。
【図３】本発明の態様による図１のＭＲＩシステムのスキャナの代替的実施形態の断面概要図である。
【図４】本発明の態様による図１のスキャナ向けの傾斜コイルアセンブリの断面概要図である。
【図５】図４の傾斜コイルアセンブリの斜視図である。
【図６】図４の傾斜コイルアセンブリの横断面図である。
【図７】本発明の態様による図４の傾斜コイルアセンブリ内部に流体媒質を循環させることができるマニホールドの斜視図である。
【図８】図７のマニホールドの側面図である。
【図９】球−球幾何学構成に関する破壊電圧と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【図１０】点−球幾何学構成に関する破壊電圧と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【図１１】傾斜コイル巻き線の温度上昇と鉱油のパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）濃度の間の関係を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図面に移り先ず図１を参照すると、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０をスキャナ１２、スキャナ制御回路１４及びシステム制御回路１６を含むように概要図で表している。ＭＲＩシステム１０は適当な任意のＭＲＩスキャナまたは検出器を含むことができるが、図示した実施形態のシステムは、スキャンのために患者２２を所望の位置に配置するようにテーブル２０をその内部に位置決めできる撮像ボリューム１８を備えた全身用スキャナを含む。スキャナ１２は、追加としてまたは別法として、頭部や頚部などのある種の解剖構造を目標とするように構成されることがある。
【００１０】
スキャナ１２は、制御された磁場を発生させるため、無線周波数（ＲＦ）励起パルスを発生させるため、並びにこうしたパルスに応答した患者内部の磁気回転材料からの放出を検出するために、一連の関連するコイルを含むことがある。図１の概要図では、撮像ボリューム１８と全体的に整列した主磁場を発生させるような主マグネット２４が設けられている。一連の傾斜コイル２６、２８及び３０は、検査シーケンスの間に制御された傾斜磁場を発生させるために１つまたは複数の傾斜コイルアセンブリ内でグループ分けされている（これについては以下でより完全に説明することにする）。磁気回転材料を励起するためのＲＦパルスを発生させるためにＲＦコイル３２が設けられている。スキャナ１２に対しては適当な任意の方式でパワー（その全体を参照番号３４で示す）を提供することがある。図１に図示した実施形態ではそのＲＦコイル３２はさらに受信器コイルの役割をすることがある。したがってＲＦコイル３２は、磁気回転材料からの放出を受け取るため及びＲＦ励起パルスを付与するためにそれぞれ受動モードと能動モードで駆動及び受信回路に結合させることがある。別法として、ＲＦコイル３２から独立させた受信器コイルの様々な構成を提供することがある。こうしたコイルは、頭部コイルアセンブリやその他など目標の解剖構造に特に適応させた構造を含むことがある。さらに受信器コイルは、フェーズドアレイコイルその他を含む適当な任意の物理的構成で設けられることがある。
【００１１】
本構成の１つではその傾斜コイル２６、２８及び３０は、制御パルスが付与されたときに傾斜磁場を発生させるコイル構造を形成するように巻き付けまたは切断された導電性のワイヤ、バーまたはプレートで形成させることがある。傾斜コイルアセンブリ内部におけるこれらのコイルの配置は、数種類の順序及び様々な構成で実施されることがあり、またスキャナ１２はさらに、傾斜コイル２６、２８及び３０を遮蔽するための補助傾斜コイルを（以下に記載する方式で）含むことがある。ｚ傾斜コイル２６は一般に最外側位置に位置決めされることがあり、また一般にＲＦ磁場に対する影響が比較的小さいソレノイド様の構造で形成させることがある。傾斜コイル２８及び３０はそれぞれｘ軸コイルとｙ軸コイルとすることがある。
【００１２】
スキャナ１２の傾斜コイル２６、２８及び３０は所望の場及びパルスを発生させるため、並びに磁気回転材料からの信号を制御された方式で読み取るために外部の回路によって制御されることがある。材料（典型的には、患者の組織内に束縛されている）を主磁場に置くと、組織内の常磁性原子核の個々の磁気モーメントは該場と部分的に整列する。正味の磁気モーメントが偏向場の方向で生成されている間は、直交する面内における該モーメントのランダムな方向を向いた成分は全体として互いに相殺されている。検査シーケンスの間に、ＲＦコイル３２は関心対象材料のラーモア周波数にあるまたはこれに近い周波数のＲＦパルスを発生させ、これにより正味の整列モーメントに回転を生じさせて正味の横方向磁気モーメントを生成することがある。この横方向磁気モーメントは主磁場方向の周りで歳差運動し、これによってスキャナ１２により検出されて所望の画像を再構成するように処理を受けるＲＦ信号を放出させる。
【００１３】
傾斜コイル２６、２８及び３０は、その強度が事前定義の視野域全体にわたって変動する（典型的には、正極性と負極性を有する）ような精細に制御された磁場を発生させる役割をすることがある。各傾斜コイル２６、２８または３０が既知の電流によって付勢されると、得られた磁場傾斜は主磁場の上に重ね合わされると共に、視野域全体にわたる磁場強度のアキシャル成分に望ましい直線的な変動を生成させる。この場はある１つの方向で直線的に変動するが、残りの２つの方向では均一とすることがある。この３つの傾斜コイル２６、２８及び３０はその変動方向に関して相互に直交する軸を有しており、このためこの３つの傾斜コイル２６、２８及び３０を適当に組み合わせた任意の方向に直線的な磁場傾斜を課することが可能となる。
【００１４】
パルス状の傾斜磁場は撮像処理にとって不可欠な様々な機能を実行することがある。これらの機能のうちの幾つかは、スライス選択、周波数エンコード及び位相エンコードである。これらの機能は元の座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に沿って適用すること、あるいは個々の磁場コイルに与えるパルス状電流を組み合わせることにより決定される別の軸に沿って適用することが可能である。
【００１５】
スライス選択傾斜磁場は、患者内の撮像しようとする組織または解剖構造のスラブを決定することがあり、また同じ周波数で歳差運動させる既知のスピンボリュームを励起するために周波数選択ＲＦパルスと同時に付与されることがある。スライス厚は、ＲＦパルスのバンド幅及び視野域全体にわたる傾斜強度によって決定されることがある。
【００１６】
周波数エンコード傾斜（読み出し傾斜と呼ぶこともある）は通常、スライス選択傾斜と直交する方向で付与される。この周波数エンコード傾斜は一般に、ＲＦ励起に由来するＭＲエコー信号の形成前及び形成中に付与される。この傾斜の影響を受けた磁気回転材料のスピンは傾斜磁場に沿ったその空間的位置に従った周波数エンコードを受ける。収集した信号はフーリエ変換によって解析し、選択したスライス内のその箇所を周波数エンコードによって特定することがある。
【００１７】
最終的に、読み出し傾斜の前かつスライス選択傾斜の後に位相エンコード傾斜が付与されるのが一般である。位相エンコード方向での磁気回転材料のスピンの位置特定は、データ収集シーケンス中に順次付与される若干異なる傾斜振幅を用いて材料の歳差運動する陽子の位相に順次変動を誘導することによって実現される。この位相エンコード傾斜によって、位相エンコード方向におけるその位置に従って材料のスピンの間に位相差を生成することが可能となる。
【００１８】
上述した例示的な傾斜パルス機能、並びに上では明示的に記載していない別の傾斜パルス機能を利用してパルスシーケンスに関する非常に多くの変動形態を考案することができる。さらに、パルスシーケンスの適応は、所望の材料を励起し、得られたＭＲ信号を収集して処理するために、選択されるスライスと周波数及び位相エンコードとが適当に方向付されるように実施されることがある。
【００１９】
スキャナ１２のコイルは、所望の磁場及び無線周波数パルスを発生させるようにスキャナ制御回路１４によって制御される。図１の概要図では制御回路１４はしたがって、検査中に利用されるパルスシーケンスを指令するため並びに受信した信号を処理するための制御回路３６を含む。制御回路３６は、汎用または特殊用途のコンピュータのＣＰＵまたはディジタル信号プロセッサなどの適当な任意のプログラム可能論理デバイスを含むことがある。さらに制御回路３６は、スキャナ１２によって実現される検査シーケンス中に使用される物理的及び論理的な軸構成パラメータ、検査パルスシーケンス記述、収集画像データ、プログラミングルーチンその他を保存するための揮発性及び／または不揮発性のメモリデバイスなどのメモリ回路３８を含むことがある。
【００２０】
制御回路３６とスキャナ１２のコイルの間のインタフェースは増幅及び制御回路４０並びに送信及び受信インタフェース回路４２によって管理されることがある。増幅及び制御回路４０は、制御回路３６からの制御信号に応答して駆動電流を供給するために各傾斜磁場コイル２６、２８及び３０ごとの増幅器を含む。受信インタフェース回路４２は、ＲＦコイル３２を駆動するために追加的な増幅回路を含む。さらに、ＲＦコイル３２がＲＦ励起パルスの送出とＭＲ信号の受信の両方の役割をする場合、その受信インタフェース回路４２は、能動すなわち送信モードと受動すなわち受信モードの間でＲＦコイルをトグル切り替えするための切替デバイスを含むことがある。主マグネット２４を付勢するために、図１でその全体を参照番号３４で表した電源が設けられている。最後にスキャナ制御回路１４は、システム制御回路１６とで構成及び画像データを交換するためのインタフェース構成要素４４を含む。
【００２１】
システム制御回路１６は、オペレータや放射線医とスキャナ１２の間のスキャナ制御回路１４を介したインタフェースを容易にするために広範なデバイスを含むことがある。図示した実施形態では例えば、汎用または特殊用途のコンピュータを利用するコンピュータワークステーションの形態をしたオペレータワークステーション４６が設けられている。オペレータワークステーション４６もまた典型的には、検査パルスシーケンス記述、検査プロトコル、ユーザ及び患者データ、画像データ（生データと処理済みデータの両方）その他を保存するためのメモリ回路を含む。オペレータワークステーション４６はさらに、データの受信並びにローカル及びリモートのデバイスとのデータ交換のために様々なインタフェース及び周辺駆動装置を含むことがある。図示した実施形態ではこうしたデバイスには、モニタ４８、従来のコンピュータキーボード５０及びマウス５２などの代替的な入力デバイスが含まれる。ドキュメントや収集データから再構成した画像に関するハードコピー出力を作成するためにはプリンタ５４が設けられている。さらにシステム１０は、図１でその全体を参照番号５６で表したようなローカル及びリモートの様々な画像アクセス及び検査制御デバイスを含むことがある。こうしたデバイスには、ＰＡＣＳ（ｐｉｃｔｕｒｅ ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）、遠隔放射線学システム、その他を含むことがある。
【００２２】
図２は、スキャナ１２の一実施形態の上半分の簡略断面概要図を表している。図２の簡略図は必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。図２に示すように、内側傾斜コイルアセンブリ５８、外側傾斜コイルアセンブリ６０及び主マグネット２４は撮像ボリューム１８を円筒状に取り囲んで配置されることがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０はそれぞれ、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０を含むことがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部に見出される傾斜コイル２６、２８及び３０の各々は、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０内部の空間を満たす液体誘電媒質によって電気的に分離されることがある（これについては以下でさらに検討することにする）。液体誘電媒質は、誘電体の機能に加えてさらに、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０に対する冷却剤の役割もすることがある。したがって、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０は中空の導体材料で形成されるのではなく中実な導体材料で形成させることがある。図９〜１１を参照しながら以下で検討することにするが、液体誘電媒質は、鉱油及び／またはパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）などの電気的陰性の液体を含む幾つかの成分を含むことがある。
【００２３】
流体循環システム６２によって、内側及び／または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０の全体にわたって液体誘電媒質を循環させることがある。流体循環システム６２に入るように、液体誘電媒質は１つまたは複数の流出口６４を介して内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０を出ることがある。ポンプ６６は、液体誘電媒質内に堆積することがある不純物を除去できるフィルタ６８を通るように液体誘電媒質をポンピングすることがある。ポンプ６６はさらに、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部で液体誘電媒質を１気圧以上の圧力に維持させることがある。したがって、脱気用構成要素及び真空ポンプ構成要素を含むことがある脱気システム７０によって、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０内の液体誘電媒質内に形成されることがあるような気泡を除去することがある。液体誘電媒質からの熱は、液体誘電媒質が内側及び／または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０内に再循環される前に冷却機７２によって除去することがある。フィルタ６８及び脱気システム７０によって、電気的応力が大きい領域内で起こることが一般的であるような液体誘電媒質内の不純物を除去できることに留意すべきである。不純物は部分放電現象を生じさせる可能性があるため、流体循環システム６２を用いて液体誘電媒質を連続して循環することによって、放電のリスクが低減されると同時に、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０からの熱を除去することができる。
【００２４】
図３は、スキャナ１２の代替的実施形態の上半分の簡略断面概要図を表している。図３の簡略図は必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。上の図２の場合と同様に、図３のスキャナ１２は、撮像ボリューム１８を円筒状に取り囲んで配置された内側傾斜コイルアセンブリ５８、外側傾斜コイルアセンブリ６０及び主マグネット２４を含む。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０はそれぞれ、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０を含むことがある。内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０のｘ、ｙ及びｚ傾斜コイル２６、２８及び３０は中空の導体材料で形成されるのではなく中実な導体材料で形成させることがある。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０の内部に見出される傾斜コイル２６、２８及び３０の各々は、内側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または外側傾斜コイルアセンブリ６０内部の空間を満たす液体誘電媒質によって電気的に分離されることがある（これについては以下でさらに検討することにする）。図２の実施形態と異なり、内側傾斜コイル循環システム７６が内側傾斜コイルアセンブリ５８全体にわたり液体誘電媒質を循環させかつ冷却することがある一方、外側傾斜コイル循環システム７８によって外側傾斜コイルアセンブリ６０内の液体誘電媒質を循環させかつ冷却することがある。内側及び外側傾斜コイル循環システム７６及び７８の各々は、ポンプ６６、フィルタ６８、脱気システム７０及び冷却機７２を含むことがある。
【００２５】
図４は、スキャナ１２の一実施形態の内側傾斜コイルアセンブリ５８の上半分に関するより詳細な断面概要図を表している。図４は内側傾斜コイルアセンブリ５８を表しているが、この内側傾斜コイルアセンブリ５８は例示的な内側または外側傾斜コイルアセンブリ５８または６０のいずれかに関する例示を意図したものであることを理解されたい。内側傾斜コイルアセンブリ５８及び外側傾斜コイルアセンブリ６０内で液体誘電媒質を使用すると力学的剛性に関する困難が生じ、これがさらに傾斜コイル２６、２８及び３０に対する電磁気力の効果を制限することがあるため、図４の実施形態はこうした力を考慮している。内側傾斜コイルアセンブリ５８の構造は例えば、その後ろ側に内側ドラム８２が形成されている背部フランジ８０を含むことがある。内側ドラム８２はＦＲ４シリンダから形成されることがある。内側ドラム８２は外側ドラム８４の内部に装着されており、この外側ドラム８４もさらにＦＲ４シリンダから形成されることがある。以下で図５を参照しながら記載することにするが、内側ドラム８２は背部フランジ８０に取り付けられることがあり、また外側ドラム８４は前部フランジ８６に取り付けられることがある。
【００２６】
内側ドラム８２の一部分に対してはｘ傾斜コイル２８を保持しているＦＲ４シリンダから形成されたｘ傾斜ボード８７が接着剤及び／またはビスによって取り付けられることがある。内側ドラム８２に対するｘ傾斜ボード８７の機械的取り付けを支援するため並びに電磁気力に応じた剛性を提供するために、内側ドラム８２を窪ませることがある。ｙ傾斜コイル３０を保持しているＦＲ４シリンダから形成されたｙ傾斜ボード８８が接着剤及び／またはビスによってスタンドオフ８９に取り付けられることがある。スタンドオフ８９は、ｘ傾斜ボード８７内のギャップを通しかつｘ傾斜コイル２８のアイを通してｙ傾斜ボード８８を内側ドラム８２に取り付けることがある。傾斜コイル２８及び３０は銅の側を下にして配置し、これにより両者の間を概ね２〜３ｍｍ離間させることがある。ｚ傾斜コイル２６は、概ね５〜１０ｍｍの厚さを有することがあるｙ傾斜ボード８８内に機械加工し得る溝を介して、ｙ傾斜ボード８８の外径に取り付けられることがある。
【００２７】
背部フランジ８０、内側ドラム８２、外側ドラム８４及び前部フランジ８６を境界とする内側ボリューム９０には液体誘電媒質を満たすことがある。内側ボリューム９０は、その全体にわたって配置させた一連のスペーサ９１を用いて維持されることがある。スペーサ９１は例えば、ｚ傾斜コイル２６、ｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０にかかる電磁気力が生じさせる動きを最小化するためのスペース確保用ストラップを含むことがある。各スペーサ９１は、追加的なギャップ間隔を提供しかつ力学的剛性を高めるためにｘ傾斜コイル２８及びｙ傾斜コイル３０の周りにうずまき状に張力をかけて巻き付け得るような非金属ストラップを含むことがある。このスペーサ９１の非金属ストラップは、例えば液体誘電媒質を一杯まで含ませたプラスチックまたはコットンから製作されることがある。内側ボリューム９０の全体にわたって冷却流体コンジット９２によって液体誘電媒質を行き渡らせることがある（これについては以下でさらに説明する）。
【００２８】
図５は、図４に示した内側傾斜コイルアセンブリ５８の内側及び外側ドラム８２及び８４の部分分解図を提供している。図５に示すように、背部フランジ８０は内側ドラム８２に連結させることがある。内側ドラム８２は外側ドラム８４の内部に装着されることがあり、またこの外側ドラム８４は前部フランジ８６に取り付けられることがある。背部フランジ８０は次いで、内側ドラム８２と外側ドラム８４の両方に取り付けられることがある。背部フランジ８０及び前部フランジ８６は、その中を通って液体誘電媒質が内側傾斜コイルアセンブリ５８を出入りできるような流体接続９４を有することがある。内側及び外側ドラム８２及び８４は図４に図示した方式で一体に装着されるように製作されることがあることを理解されたい。
【００２９】
図６は、内側及び外側傾斜コイルアセンブリ５８及び６０を有するスキャナ１２の一実施形態の端部の横断簡略図である。図６の簡略図では必ずしもスキャナ１２のすべての構成要素を図示していないことを理解されたい。主マグネット２４は、円筒状の外側傾斜コイルアセンブリ６０及び内側傾斜コイルアセンブリ５８を取り囲んでいる。内側傾斜コイルアセンブリ５８と外側傾斜コイルアセンブリ６０の両者に関する前部フランジ８６は、その中を通って液体誘電媒質が傾斜コイルアセンブリ５８及び６０を出入りできるような流体接続９４を含むことがある。
【００３０】
図７は、内側または外側傾斜コイルアセンブリ５８及び／または６０全体にわたって液体誘電媒質を行き渡らせることができるマニホールド９６を表している。図７に示すように、液体誘電媒質は図５または６の流体接続９４に結合させ得る流入マニホールド９８を通って流入させることがある。コンジット９２は流入マニホールド９８に沿って分布させることがある。液体誘電媒質は流入マニホールド９８からコンジット９２まで移動し、引き続きコンジット９２内の複数のアパーチャ１００を通ってマニホールド９６を出ることがある。液体誘電媒質は、流体接続９４の流出口を通して液体誘電媒質を引き出すための流出アパーチャを伴う補助コンジットを有することがある補助流出マニホールドを通して流出させることがある。別法として液体誘電媒質は、流体接続９４にある単一の流出口を通って流出させることがある。
【００３１】
図８は、スキャナ１２のその他の構成要素と連係させ得るマニホールド９６の構成を表している。図８に示すように、マニホールド９６の流入マニホールド９８は、内側傾斜コイルアセンブリ５８の内側ドラム８２の周りに巻き付け得るコンジット９２を含むことがある。このためにコンジット９２は、図４のスペーサ９１の代表的な１つとなり得るように非金属ストラップ１０２同士の間に装着するように角度が付けられることがある。
【００３２】
図９〜１１は、液体誘電媒質の様々な組成について達成され得る結果を表している。内側傾斜コイル組及び外側傾斜コイル組の様々な構成要素を電気的に分離させるために使用される液体誘電媒質は、多種多様な液体媒質を含むことがある。例えば液体誘電媒質は、変圧器オイルまたは鉱油を含むことがあり、あるいは鉱油と別の液体との混合物を含むことがある。部分放電現象はスキャナ１２が取得した画像内に白画素を出現させることがあるため、液体誘電媒質はこうした部分放電現象により生じた白画素の数を減少させる役割をすることがある。さらに液体誘電媒質は、エポキシベースの誘電媒質において典型的であるような１マイクロ秒未満の放電ではなく、典型的には１０マイクロ秒未満で放電することがある。放電時間が比較的長いため、ＭＲＩ動作周波数においてその包含する周波数成分が少なくなり、発生することがあるこうした部分放電現象の悪影響を制限できるので有利である。
【００３３】
液体誘電媒質は、電気的陰性の液体を含めることによって強化されることがある。この電気的陰性の液体は例えばパークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）とすることがあり、これによりさらに部分放電形成を阻止することができる。図９及び１０の両図は、様々な幾何学構成における破壊電圧と鉱油内の追加的な電気的陰性液体（パークロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４））濃度との間の関係を表している。先ず図９を見ると、縦座標１０４は球−球幾何学構成（２．５ｍｍギャップ、２０℃）に関するｋＶｒｍｓを単位とする平均破壊電圧を意味しており、また横座標１０６は液体誘電媒質内のパークロロエチレン濃度を意味している。図９に示すように、破壊電圧はパークロロエチレン濃度が概ね３５％のときに極大値１０８に達している。次に図１０をみると、縦座標１１０は点−球幾何学構成（２５ｍｍギャップ、２０℃）に関するｋＶｒｍｓを単位とする平均破壊電圧を意味しており、また横座標１１２は液体誘電媒質内のパークロロエチレン濃度を百分率で表している。図９の場合と同様に図１０では、破壊電圧は概ね２０％と５０％の間の濃度、３０％と４０％の間の濃度、あるいは概ね３５％の濃度で極大値１１４に達している。
【００３４】
上で指摘したように、パークロロエチレンと鉱油の混合物は、所定の濃度における破壊電圧を高めることがある。パークロロエチレン−鉱油の混合物はさらに、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）の上昇以外に別の恩恵も有することがある。例えば、概ね３５％のパークロロエチレンを有する鉱油からなる液体誘電媒質はより低い粘性（例えば、１００％鉱油の３０センチポイズに対して４センチポイズ）を有することがある。こうしたより低い粘性は、傾斜コイル構成要素の表面を完全にコーティングする支援となることがある。さらに、パークロロエチレン−鉱油混合物は１００％鉱油を超える熱容量を有することがある。図１１に示すように、縦座標１１６は傾斜コイル巻き線の温度の全体的な上昇を表しており、一方横座標１１８は時間を単位とした持続期間を表している。曲線１３０は１００％鉱油の場合の時間の経過に従った温度上昇を示しており、曲線１２２は３５％パークロロエチレン−鉱油混合物の場合の時間の経過に従った温度上昇を示しており、また曲線１２４は５０％パークロロエチレン−鉱油混合物の場合の時間の経過に従った温度上昇を示している。５０％混合物により最も小さい温度上昇が得られるが、３５％パークロロエチレン−鉱油混合物は純粋な鉱油と比べて温度上昇がより小さい。
【００３５】
本発明の技術的効果は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの傾斜コイルに関する電気的分離に関する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）特性の上昇、並びに傾斜コイル冷却の効率の上昇（ただし、これに限らない）を含む。さらに、一般的にエポキシ含浸手順が回避できるために製造サイクルを短縮することができる。
【００３６】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム
１２ スキャナ
１４ スキャナ制御回路
１６ システム制御回路
１８ 撮像ボリューム
２０ テーブル
２２ 患者
２４ 主マグネット
２６ ｚ傾斜コイル
２８ ｘ傾斜コイル
３０ ｙ傾斜コイル
３２ ＲＦコイル
３４ パワー
３６ 制御回路
３８ メモリ回路
４０ 増幅及び制御回路
４２ 受信インタフェース回路
４４ インタフェース構成要素
４６ オペレータワークステーション
４８ モニタ
５０ キーボード
５２ マウス
５４ プリンタ
５６ リモート画像アクセス及び検査制御デバイス
５８ 内側傾斜コイルアセンブリ
６０ 外側傾斜コイルアセンブリ
６２ 流体循環システム
６４ 流出口
６６ ポンプ
６８ フィルタ
７０ 脱気システム
７２ 冷却機
７６ 内側傾斜コイル循環システム
７８ 外側傾斜コイル循環システム
８０ 背部フランジ
８２ 内側ドラム
８４ 外側ドラム
８６ 前部フランジ
８７ ｘ傾斜ボード
８８ ｙ傾斜ボード
８９ スタンドオフ
９０ 内側ボリューム
９１ スペーサ
９２ 冷却流体コンジット
９４ 流体接続
９６ マニホールド
９８ 流入マニホールド
１００ アパーチャ
１０２ 非金属ストラップ
１０４ 縦座標
１０６ 横座標
１０８ 極大値
１１０ 縦座標
１１２ 横座標
１１４ 極大値
１１６ 縦座標
１１８ 横座標
１２０ 曲線
１２２ 曲線
１２４ 曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている複数の傾斜コイル（２６、２８、３０）を備えた傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）を備える磁気共鳴撮像システム（１０）。
【請求項２】
前記流体媒質は誘電性液体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）の間のボリューム（９０）から流体媒質を引き出すため並びに該ボリューム（９０）を通して流体媒質を循環させるための流体循環システム（６２）を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質から汚染物質を除去するためのフィルタ（６８）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質から気体を除去するための脱気用構成要素（７０）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質を冷却するための冷却機（７２）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記ボリューム（９０）から流体媒質を引き出すためまたは該ボリューム（９０）を通して流体媒質を循環させるためのマニホールド（９６）を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｘ及びｙ傾斜コイル（２８、３０）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｘ及びｚ傾斜コイル（２８、２６）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｚ及びｙ傾斜コイル（２６、３０）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１】
その少なくとも２つが流体媒質によって互いから電気的に分離されている複数の傾斜コイル（２６、２８、３０）を備えた傾斜コイルアセンブリ（５８、６０）を備える磁気共鳴撮像システム（１０）。
【請求項２】
前記流体媒質は誘電性液体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）の間のボリューム（９０）から流体媒質を引き出すため並びに該ボリューム（９０）を通して流体媒質を循環させるための流体循環システム（６２）を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質から汚染物質を除去するためのフィルタ（６８）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質から気体を除去するための脱気用構成要素（７０）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体循環システム（６２）は流体媒質を冷却するための冷却機（７２）を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記ボリューム（９０）から流体媒質を引き出すためまたは該ボリューム（９０）を通して流体媒質を循環させるためのマニホールド（９６）を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｘ及びｙ傾斜コイル（２８、３０）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｘ及びｚ傾斜コイル（２８、２６）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの傾斜コイル（２６、２８、３０）はｚ及びｙ傾斜コイル（２６、３０）である、請求項１に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２４０３９８（Ｐ２０１０−２４０３９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９２５３（Ｐ２０１０−６９２５３）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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