熱リザーバを備えた磁気共鳴撮像システム及び冷却の方法
【課題】熱リザーバを備えた磁気共鳴撮像システム及びそのコイル冷却方法を提供すること。
【解決手段】熱リザーバを備えた磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム並びに冷却の方法を提供する。ＭＲＩシステムのマグネットシステム（２０）向けの冷却容器（２２）は、ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイル（５０）と接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分（２６）を含む。この冷却容器はさらに、第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分（２４）を含んでおり、この第２の部分はヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する。
【解決手段】熱リザーバを備えた磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム並びに冷却の方法を提供する。ＭＲＩシステムのマグネットシステム（２０）向けの冷却容器（２２）は、ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイル（５０）と接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分（２６）を含む。この冷却容器はさらに、第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分（２４）を含んでおり、この第２の部分はヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する。
【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、全般的には冷媒冷却式の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、またさらに詳細にはＭＲＩシステムの磁気コイルを冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導コイルＭＲＩシステムでは、超伝導マグネットを形成するコイルはヘリウム容器を用いて冷媒冷却されるのが典型的である。これら従来のＭＲＩシステムでは、その超伝導コイルは液体ヘリウム（Ｈｅ）浴内でそのコイルが液体Ｈｅ中に浸漬されるようにして冷却されている。この冷却機構では、かなりの量の液体Ｈｅ（例えば、１５００〜２０００リットルの液体Ｈｅ）を包含する極めて大きな高圧力容器の使用が必要である。こうして得られる構造では、製造コストが高いのみならず、重量も重くなる。
【０００３】
さらに幾つかの事例では、コスト削減などのためにヘリウム容器を完全に満たさないことがある。この状況では、ＭＲＩ超伝導マグネットのコイルを形成するワイヤの一部が、冷却用の液体Ｈｅではなく気体に対して曝されることになる。したがって、不安定やクエンチ事象が発生する確率が増大する。クエンチ事象の間に、これらのシステム内の液体Ｈｅがボイルオフし、マグネットコイルを浸漬させている冷媒浴からボイルオフしたヘリウムが逃げ出す可能性がある。クエンチがあるごとに、その後で再充填とマグネットの再ランピングがなされるため、クエンチは費用が高くつきかつ時間の無駄となる事象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２０１０／０２３１２１５ Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって従来のＭＲＩシステムでは、かなりの量の液体Ｈｅが必要である。この大量のＨｅは、大型のヘリウム容器を満たすことが必要であるのみならず、続いて生じる再充填に伴っても増加させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステム向けの冷却容器を提供する。本冷却容器は、ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイルと接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分を含む。本冷却容器はさらに、第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分であって、ヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する第２の部分を含む。
【０００７】
別の実施形態では、主マグネットコイルを支持する主マグネット巻き型と、バッキングコイルを支持する２次巻き型と、を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムを提供する。本ＭＲＩマグネットシステムはさらに、その各々は異なる冷媒を包含する物理的に分離された部分を有する分割型冷却容器を含んでおり、また主マグネットコイル及びバッキングコイルはこれら分離された部分のうちの１つの内部の冷媒で覆われている。
【０００８】
さらに別の実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム向けの冷却容器を形成するための方法を提供する。本方法は、主マグネット巻き型と２次巻き型を同心性配列で整列させるステップを含んでおり、ここでこれらの巻き型の各々がマグネットコイルを有している。本方法はさらに、主マグネット巻き型と２次巻き型の間に分割型冷却アセンブリを同心性に挿入するステップを含む。この分割型冷却アセンブリは、ヘリウム冷媒と別の異なる冷媒とをその内部に受け容れるために分離された２つの部分を含んでおり、ここでヘリウム冷媒を受け容れるための部分は別の冷媒を受け容れるための部分より小さくなっている。本方法はさらに、同心性に整列させた巻き型と分割型冷却アセンブリのそれぞれの端部に容器フランジを結合させるステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器を表した磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムの簡略ブロック図である。
【図２】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器機構を表した図である。
【図３】一実施形態に従って形成した分割型冷却容器の概要ブロック図である。
【図４】一実施形態による内側巻き型の斜視図である。
【図５】一実施形態による内側巻き型の斜視図である。
【図６】一実施形態による外側巻き型の斜視図である。
【図７】一実施形態による巻き型及び冷却アセンブリを表した分解斜視図である。
【図８】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリの斜視図である。
【図９】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリの斜視図である。
【図１０】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリ並びに容器フランジを表した斜視図である。
【図１１】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器をその内部で実現し得るＭＲＩシステムの概要ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述した要約並びにある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックからなる図を表している場合も、必ずしもこれらの機能ブロックがハードウェア間で分割されることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロックは、単一のハードウェアの形や複数のハードウェアの形で実現させることがある。こうした様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１１】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。
【００１２】
様々な実施形態は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム（特に、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットのコイル）を冷却するためのシステム及び方法を提供する。少なくとも１つの実施形態の実施によって、超伝導マグネットのコイルの完全な浸漬を維持しながら（すなわち、超伝導マグネットコイルのワイヤを液体Ｈｅで覆ってながら）マグネットの冷却に用いる液体ヘリウム（Ｈｅ）の体積が例えば１５００〜２０００リットルから約２００リットルにまで低減される。
【００１３】
図１及び２は、ＭＲＩシステム向けの（特に、ヘリウム容器の別々の部分内に設けられた複数の冷媒を用いてＭＲＩシステムのマグネットを冷却するための）冷却機構の実施形態を表している。例えば様々な実施形態では、別々の部分の各々がその内部に異なる冷媒または材料を含むような分割型冷却容器が設けられている。幾つかの実施形態では、使用する液体Ｈｅ（例えば、Ｈｅ Ｉとも呼ばれる液体Ｈｅ−４）の体積を削減し、冷却容器内部の残りの空間は別の冷媒（例えば、より廉価な液体窒素（ＬＮ2））で満たしている。
【００１４】
具体的には図１及び２は、１つまたは複数の超伝導マグネットを含んだＭＲＩマグネットシステム２０を表した簡略ブロック図である。図面全体を通じて同じ参照番号は同じ部分を示していることに留意すべきである。ＭＲＩマグネットシステム２０は、液体のＨｅとＬＮ2など２種類の液体冷媒を保持する分割型容器である容器２２を含む。したがってこの実施形態では容器２２は、ある種類の冷媒を包含した１つまたは複数の部分２４ａ及び２４ｂと別の種類の冷媒など別の材料を包含した部分２６（または、複数の部分）とを含んだ冷却容器または冷媒容器である。部分２４ａと２４ｂを物理的に分離された部分とすることがあること、また互いに連結させたり同じ部分（例えば、様々な実施形態では熱リザーバとする単一のリザーバ）の一部を形成することがあることに留意すべきである。幾つかの実施形態ではその部分２４ａ及び２４ｂは部分２６より大きい。一実施形態では、その部分２４ａ及び２４ｂはＬＮ2を含みかつその部分２６は液体Ｈｅを包含する。部分２４ａ及び２４ｂは全体として、部分２６の一部となっていない空間内で１つのリザーバを画定している。例えば様々な実施形態ではその部分２４ａ及び２４ｂは部分２６ａから物理的に分離されている。したがって部分２４及び２６は、異なる冷媒を包含する別々の第１の冷媒領域と第２の冷媒領域を画定している。
【００１５】
部分２４ａ、２４ｂ及び２６はその内部に冷媒を有する領域を画定するようなチェンバー、領域、タンクまたは同様の構造のうちの任意のタイプとし得ることに留意すべきである。部分２４ａ、２４ｂ及び２６は、冷媒圧力容器とし得る容器２２の内部の各区画とすることや容器２２の一部を形成することがある。
【００１６】
容器２２は真空容器２８により囲繞されており、また任意選択ではその内部及び／またはその間に熱シールド３０を含む。熱シールド３０は例えば、断熱性放射シールドとすることがある。様々な実施形態ではクライオクーラであるようなコールドヘッド３２が、コールドヘッドスリーブ３４（例えば、ハウジング）内部の真空容器２８を通過して延びている。したがって、コールドヘッド３２の低温端部は、真空容器２８内部の真空に悪影響を及ぼすことなくコールドヘッドスリーブ３４の内部に位置決めされることがある。コールドヘッド３２は、１つまたは複数のフランジ及びボルトあるいは当技術分野で周知の別の手段などの適当な任意の手段を用いて、コールドヘッドスリーブ３４の内部に挿入され（または、受け容れられ）ると共に確保されている。さらに真空容器２８の外部には、コールドヘッド３２のモータ３６が設けられている。
【００１７】
図２に示したように、様々な実施形態におけるコールドヘッド３２は、コールドヘッドスリーブ３４の下側端部に再凝縮器３８を含む。再凝縮器３８は、容器２２からボイルオフしたヘリウムガスを再凝縮させる。再凝縮器３８はさらに、１つまたは複数の通路４０を介して容器２２と結合させている。例えば通路４０は、ボイルオフしたヘリウムガスを容器２２から再凝縮器３８まで転送するために容器２２から再凝縮器３８まで設けられることがあり、この再凝縮器３８は次いで再凝縮させたヘリウム液体を開放端部にある容器２２に転送して戻すことがある。部分２６（図１参照）から部分２４と熱的接触の状態にある冷却用チューブ（図示せず）までの通路（図示せず）を設けることもある。
【００１８】
容器２２の内部には様々な実施形態において超伝導マグネットとするマグネット４２が設けられており、これを本明細書でより詳細に説明するようなＭＲＩ画像データの収集のためのＭＲＩシステムの動作時に制御している。さらにＭＲＩシステムの動作時において、ＭＲＩマグネットシステム２０の容器２２の内部の液体冷媒によって、例えば主マグネットコイル４２ａやバッキング／シールドコイル４２ｂ（図１参照）などの異なるコイルを含む周知のようなコイルアセンブリとして構成し得る超伝導マグネット４２を冷却している。超伝導マグネット４２は、例えば４．２ケルビン（Ｋ）などの超伝導温度まで冷却されることがある。この冷却過程には、ボイルオフしたＨｅガスを再凝縮器３８によって液体に再凝縮させて容器２２に戻すこと、並びに部分２６を部分２４と熱的接触の状態にある冷却用チューブに接続している１つまたは複数の気体通路（図示せず）を通過させることによるなど部分２４（複数のこともある）から形成される熱リザーバによってボイルオフしたＨｅを冷却すること、を含むことがある。この熱リザーバはさらに、搬送中にマグネット４２を冷却することも可能である。
【００１９】
容器２２の一実施形態を、容器２２の簡略ブロック図である図３に示している。容器２２は、マルチ冷媒冷却容器として具現化した液体冷媒冷却容器である。容器２２は、自己独立式（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）熱リザーバとして構成された部分２４を含む。この部分２４は、一実施形態ではＬＮ2としている大熱容量材料で満たしている（部分充填のことも完全充填のこともある）。この実施形態では、ＭＲＩマグネットシステム２０のランプアップが済んで４．２Ｋの超伝導温度で動作しているとき、その窒素（Ｎ2）は固体状態にある。固体状態においてＮ2は大きな熱容量を有しており（大気圧では約７７Ｋで沸騰）、部分２６内での液体Ｈｅのボイルオフ時に有用となり得る。
【００２０】
容器２２内のうち部分２６の一部とならない領域または空間は、別の冷媒（この実施形態では液体Ｎ2）で満たした部分２４（複数のこともある）によって画定されている。部分２４を様々なセクションによって画定させる場合、様々な実施形態では部分２４内のセクションの全部によって容器２２全体に及ぶ１つの連続領域が形成される。この実施形態では、部分２６により画定される領域は部分２４（複数のこともある）により画定される領域と比べてかなり小さいことが理解できよう。例えば一実施形態では、部分２６（複数のこともある）内のＨｅの体積が（容器２２全体をＨｅで満たす場合と比較して）１０分の１に低減される。
【００２１】
様々な実施形態では、容器２２はマグネット４２を形成する１つまたは複数のコイルをその内部に含む。例えば、複数のコイル５０を巻き型５４（例えば、主マグネット巻き型）上に支持し維持することがあり、また複数のコイル５２を巻き型５６（例えば、２次巻き型）上に支持し維持することがある。巻き型５４及び５６は、超伝導マグネット向けにコイルを支持し維持することが可能な適当な任意の巻き型とすることができる。一実施形態では、コイル５０は主マグネットコイルでありかつコイル５２はバッキングまたはシールドコイルである。コイル５０及び５２の数及び配置は所望によりまたは必要に応じて様々とすることができる。
【００２２】
コイル５０及び５２は、上述のように体積を低減した部分２６（複数のこともある）により包含される液体Ｈｅ中に浸漬されている。例えば部分２６は、部分２４同士の間で部分２６ａによって画定されたより大きい領域と、巻き型５４の周りの領域２６ｂ及び２６ｃによって画定されたより小さいギャップと、巻き型５６の周りの領域２６ｄ及び２６ｅによって画定された追加のより小さいギャップと、を含んでおり、これらは巻き型５４及び５６の周りで周回方向に延びている。
【００２３】
部分２４を形成する（すなわち、熱リザーバを画定する）構造は１つまたは複数の支持壁５８を含むことに留意すべきである。支持壁５８は、熱リザーバの境界（例えば、容器２２の内部で物理的に分離された空間）を画定しており、また適当な任意の金属（例えば、スチール）や薄い金属コーティングを有する複合材から形成させることがある。この実施形態では容器フランジ６０は、支持壁５８によって（少なくとも部分的に）支持されたより薄い構造から形成されている。例えば一実施形態ではその容器フランジ６０は、厚さが約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの金属（例えば、スチール）から形成されている。
【００２４】
部分２４により画定された熱リザーバは任意選択で、補助的な冷却を含むことがある。幾つかの実施形態ではその補助的冷却は、部分２４（例えば、支持壁５８）と熱的接触の状態にある複数の冷却用チューブ６２を含む。冷却用チューブ６２は、部分２４内部で冷媒の内部に冷却用チューブ６２が来るように、部分２４内部で支持壁５８に沿って確保されることがある。冷却用チューブ６２は、１つまたは複数の通路６４を介して部分２６と流体連通している。したがって動作時において、部分２６からボイルオフしたＨｅが冷却用チューブ６２内部を循環し、冷却用チューブ６２は部分２４内の冷媒によって冷却されることがある。冷却用チューブ６２は、任意の形状及びサイズとすると共に、適当な任意の材料（例えば、銅）から形成させることがある。
【００２５】
ここで容器２２の一構成について図４〜１０を具体的に参照しながら説明することにする、図４〜１０はまた全体として容器２２を形成するための組み上げ処理法の１つも示している。図４〜１０に示した図は、その構造内部を示すために切欠いた部分を含むことに留意すべきである。
【００２６】
具体的に図４は、コイル５０（主マグネットコイル）をその上に支持している内側巻き型（主マグネット巻き型）として構成した巻き型５４を表している。図５に示したように巻き型５４には、巻き型５４の熱伝導率を上昇させるために薄い金属層などの内側層７０が設けられることがある。図６に示したようにこの実施形態では、巻き型５６はコイル５２（バッキングコイル）をその上に支持している外側巻き型（バッキング巻き型）として構成されている。したがって図７に示したように巻き型５４と５６は、円筒状であると共に、その間に空間７２（例えば、ギャップ）を画定するように同心性に整列させている。巻き型５４及び５６は、空間７２によって部分２４及び２６を含む冷却アセンブリ７４（例えば、分割型冷却アセンブリ）をその内部に受け容れるための領域が画定されるようにして設けられている。支持壁５８はその間に、様々な実施形態ではＬＮ2であるような冷媒で満たされた熱リザーバ７６を画定していることが理解できよう。図７が分解図を示していることに留意すべきである。
【００２７】
冷却アセンブリ７４は、支持壁５８の間に１つまたは複数の相互接続７８を含む。相互接続７８は、巻き型５４及び５６の機構並びにその同心性の整列を支持するブラケット構造として構成されている。相互接続７８は、リザーバ７６の自己独立領域を維持しながらリザーバ７６の外側面と内側面の間に通路８０（例えば、開口部）が画定されるようにした様々な形状及びサイズに形成させることができる。相互接続７８は、冷媒領域のうちの１つを画定する部分２６の一部（図３では２６ａで示す）を形成している。
【００２８】
ある組み上げ処理法では、図８に示したように巻き型５４及び５６を整列させた状態で、冷却アセンブリ７４が空間７２の内部に挿入される。冷却アセンブリ７４をこの空間の内部に位置決めした状態で、部分２６ｃの内部にコイル５０との流体接触を提供する別の領域が画定されることが理解できよう。例えば液体Ｈｅは、コイル５０が液体Ｈｅ中に完全に覆われかつ浸漬されるようにコイル５０を覆っている。相互接続７８はさらに、部分２６ｃから部分２６ｅへの液体Ｈｅの流れを可能にする。
【００２９】
巻き型５６の外部周回には、同じくその内部に液体Ｈｅを含む部分２６ｄを画定するように図９に示したような外側シェル８２を結合させている。一実施形態ではその組み上げ処理法は、例えば容器フランジ６０を同心性に整列させた構成要素の上部及び底部に溶接することによって整列させた構成要素の上部と底部を結合させ、これによりマルチ冷媒容器構造を形成する部分２４及び２６を画定させることを含む。
【００３０】
本明細書に記載した構成及び組み上げは単に例示であることに留意すべきである。別の構成及び組み上げ方法を提供することもできる。例えば、様々な部分の位置決め及び整列の順序を変更することができる。さらに様々な実施形態について特定の冷媒を用いて説明してきたが、異なる冷媒や異なる冷媒量とすることもできる。
【００３１】
したがって、ＭＲＩマグネット向けのマルチ冷媒容器を提供できる。様々な実施形態では、Ｈｅ体積を低減しても依然としてコイルの冷却が可能であるようにして液体Ｈｅの使用量を低減させることができ、これをＬＮ2などの別の冷媒との組み合わせで提供することがある。例えば工場から病院へなどＭＲＩシステムの出荷時において、この冷媒の組み合わせ式冷却によってコイルの冷却が維持される。様々な実施形態では、例えばＭＲＩシステムを電源断としているときであるライドスルー期間を、５０時間を超える長さとすることができる。さらに様々な実施形態では、容器内でより大きな体積となった熱リザーバを、ＭＲＩマグネットのコイルを覆っている冷媒（例えば、液体Ｈｅ）と比べてより費用対効果がよいまたはより安価な冷媒（例えば、ＬＮ2）で満たすことがある。
【００３２】
幾つかの実施形態についてＭＲＩシステム向けの超伝導マグネットと関連して説明することがあるが、これら様々な実施形態は、超伝導マグネットを有する任意のタイプのシステムと連携して実現し得ることに留意すべきである。これらの超伝導マグネットは、別のタイプの医用撮像デバイスの形で、並びに非医用の撮像デバイスの形で実現することもできる。
【００３３】
したがってこの様々な実施形態は、ＭＲＩシステム向けの超伝導コイルなど別のタイプの超伝導コイルと連携して実現させることもできる。例えばこの様々な実施形態は、図１１に示したＭＲＩシステム１００で用いるための超伝導コイルと一緒に実現させることもできる。システム１００を単一モダリティの撮像システムとして例証しているが、これらの様々な実施形態はマルチモダリティ撮像システムの形であるいはこれと一緒に実現し得ることを理解されたい。システム１００はＭＲＩ撮像システムとして例証していると共に、コンピュータ断層（ＣＴ）、陽電子放出断層撮像（ＰＥＴ）、単一光子放出コンピュータ断層（ＳＰＥＣＴ）及び超音波システム、あるいは画像（特に、人の画像）の作成が可能な別の任意のシステムなどの様々なタイプの医用撮像システムと組み合わせることができる。さらにこれらの様々な実施形態は人を対象とする撮像のための医用撮像システムに限定されるものではなく、人以外の対象、手荷物その他を撮像するための獣医学システムや非医用システムを含むことがある。
【００３４】
図１１を参照するとＭＲＩシステム１００は一般に、撮像部分１０２と、プロセッサまたは別のコンピュータ処理デバイスや制御器デバイスを含み得る処理部分１０４と、を含む。ＭＲＩシステム１００はガントリ１０６の内部に、マグネットコイル支持構造上に支持され得るようなコイルから形成した超伝導マグネット４２を含む。この超伝導マグネット４２を（本明細書の記載ではマルチ冷媒容器であるような）ヘリウム容器２２が囲繞すると共に、このヘリウム容器２２は例えば本明細書でより詳細に説明するような液体Ｈｅ及びＬＮ2で満たしている。
【００３５】
容器２２の外側表面と超伝導マグネット４２の内側表面とを囲繞するような断熱体１１２が設けられている。超伝導マグネット４２の内部には複数の磁場傾斜コイル１１４が設けられており、またこの複数の磁場傾斜コイル１１４の内部にはＲＦ送信コイル１１６が設けられている。幾つかの実施形態ではそのＲＦ送信コイル１１６は、送信／受信コイルで置き換えられることがある。ガントリ１０６内部の構成要素は全体として撮像部分１０２を形成している。超伝導マグネット４２を円筒形状としているが、別の形状のマグネットも使用可能であることに留意すべきである。
【００３６】
処理部分１０４は一般に、制御器１１８と、主磁場制御１２０と、傾斜磁場制御１２２と、メモリ１２４と、表示デバイス１２６と、送信受信（Ｔ−Ｒ）スイッチ１２８と、ＲＦ送信器１３０と、受信器１３２と、を含む。
【００３７】
動作時において撮像しようとする患者やファントームなどの対象体を、ボア１３４内で適当な支持体（例えば、患者テーブル）上に配置させる。超伝導マグネット４６は、ボア１３４を横断する均一で静的な主磁場Ｂ0を生成する。ボア１３４内及び対応する患者内部の電磁場強度は、主磁場制御１２０を介して制御器１１８によって制御されており、主磁場制御１２０はさらに超伝導マグネット４２への付勢用電流の供給も制御している。
【００３８】
超伝導マグネット４２内部でボア１３４内の磁場Ｂ0に対して直交する３つの方向ｘ、ｙ及びｚのうちの任意の１つまたは幾つかの方向で磁場傾斜を印加できるように、磁場傾斜コイル１１４（１つまたは複数の傾斜コイル素子を含む）が設けられている。磁場傾斜コイル１１４は、傾斜磁場制御１２２により付勢される共に、さらに制御器１１８により制御を受けている。
【００３９】
複数のコイルを含み得るＲＦ送信コイル１１６は、磁気パルスを送信するように、かつ／またはＲＦ受信コイルとして構成された表面コイルなどの受信コイル素子も設けられている場合に任意選択で同時に患者からのＭＲ信号を検出するように配列されている。ＲＦ受信コイルは、例えば単独の受信表面コイルなど任意のタイプの構成とすることができる。受信表面コイルはＲＦ送信コイル１１６の内部に設けられたＲＦコイルからなるアレイとすることがある。
【００４０】
ＲＦ送信コイル１１６及び受信表面コイルは、Ｔ−Ｒスイッチ１２８によってＲＦ送信器１３０と受信器１３２のそれぞれの１つに選択可能に相互接続させている。ＲＦ送信器１３０及びＴ−Ｒスイッチ１２８は、ＲＦ送信器１３０によってＲＦ磁場パルスまたは信号を発生させると共に、これを患者に選択的に印加し患者内に磁気共鳴を励起させるように制御器１１８によって制御されている。ＲＦ励起パルスが患者に加えられている間に、さらに受信表面コイルを受信器１３２から切断するようにＴ−Ｒスイッチ１２８を作動させている。
【００４１】
ＲＦパルスの印加に続いてＴ−Ｒスイッチ１２８を再度作動させ、ＲＦ送信コイル１１６をＲＦ送信器１３０から切断しかつ受信表面コイルを受信器１３２に接続させている。受信表面コイルは、患者内の励起した原子核に由来するＭＲ信号を検出または検知するように動作すると共に、このＭＲ信号を受信器１３２に伝送している。検出したこれらのＭＲ信号は一方、制御器１１８に伝送される。制御器１１８は、例えば患者の画像を表す信号を生成するためのＭＲ信号の処理を制御するプロセッサ（例えば、画像再構成プロセッサ）を含む。
【００４２】
画像を表すこの処理済み信号はまた、画像の視覚的表示を提供するために表示デバイス１２６に送られる。具体的にはＭＲ信号は観察可能な画像が得られるようにフーリエ変換を受けるｋ空間を満たすまたはこれを形成している。画像を表すこの処理済み信号は次いで表示デバイス１２６に送られる。
【００４３】
上の記述は例示の意図であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を様々な実施形態の教示に適応させるようにその趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが様々な実施形態のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく単なる例示である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。様々な実施形態の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
【００４４】
この記載では、様々な実施形態（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様々な実施形態の実施を可能にするために例を使用している。この様々な実施形態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、その例が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、その例が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】
【００４５】
２０ ＭＲＩマグネットシステム
２２ 容器
２４ 部分
２６ 部分
２８ 真空容器
３０ 熱シールド
３２ コールドヘッド
３４ コールドヘッドスリーブ
３６ モータ
３８ 再凝縮器
４０ 通路
４２ マグネット
４６ マグネット
５０ コイル
５２ コイル
５４ 巻き型
５６ 巻き型
５８ 支持壁
６０ 容器フランジ
６２ 冷却チューブ
６４ 通路
７０ 内側層
７２ 空間
７４ 冷却アセンブリ
７６ リザーバ
７８ 相互接続
８０ 通路
８２ 外側シェル
１００ ＭＲＩシステム
１０２ 撮像部分
１０４ 処理部分
１０６ ガントリ
１１２ 断熱体
１１４ 磁場傾斜コイル
１１６ ＲＦ送信コイル
１１８ 制御器
１２０ 主磁場制御
１２２ 傾斜磁場制御
１２４ メモリ
１２６ 表示デバイス
１２８ Ｔ−Ｒスイッチ
１３０ ＲＦ送信器
１３２ 受信器
１３４ ボア
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、全般的には冷媒冷却式の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、またさらに詳細にはＭＲＩシステムの磁気コイルを冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導コイルＭＲＩシステムでは、超伝導マグネットを形成するコイルはヘリウム容器を用いて冷媒冷却されるのが典型的である。これら従来のＭＲＩシステムでは、その超伝導コイルは液体ヘリウム（Ｈｅ）浴内でそのコイルが液体Ｈｅ中に浸漬されるようにして冷却されている。この冷却機構では、かなりの量の液体Ｈｅ（例えば、１５００〜２０００リットルの液体Ｈｅ）を包含する極めて大きな高圧力容器の使用が必要である。こうして得られる構造では、製造コストが高いのみならず、重量も重くなる。
【０００３】
さらに幾つかの事例では、コスト削減などのためにヘリウム容器を完全に満たさないことがある。この状況では、ＭＲＩ超伝導マグネットのコイルを形成するワイヤの一部が、冷却用の液体Ｈｅではなく気体に対して曝されることになる。したがって、不安定やクエンチ事象が発生する確率が増大する。クエンチ事象の間に、これらのシステム内の液体Ｈｅがボイルオフし、マグネットコイルを浸漬させている冷媒浴からボイルオフしたヘリウムが逃げ出す可能性がある。クエンチがあるごとに、その後で再充填とマグネットの再ランピングがなされるため、クエンチは費用が高くつきかつ時間の無駄となる事象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２０１０／０２３１２１５ Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって従来のＭＲＩシステムでは、かなりの量の液体Ｈｅが必要である。この大量のＨｅは、大型のヘリウム容器を満たすことが必要であるのみならず、続いて生じる再充填に伴っても増加させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステム向けの冷却容器を提供する。本冷却容器は、ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイルと接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分を含む。本冷却容器はさらに、第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分であって、ヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する第２の部分を含む。
【０００７】
別の実施形態では、主マグネットコイルを支持する主マグネット巻き型と、バッキングコイルを支持する２次巻き型と、を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムを提供する。本ＭＲＩマグネットシステムはさらに、その各々は異なる冷媒を包含する物理的に分離された部分を有する分割型冷却容器を含んでおり、また主マグネットコイル及びバッキングコイルはこれら分離された部分のうちの１つの内部の冷媒で覆われている。
【０００８】
さらに別の実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム向けの冷却容器を形成するための方法を提供する。本方法は、主マグネット巻き型と２次巻き型を同心性配列で整列させるステップを含んでおり、ここでこれらの巻き型の各々がマグネットコイルを有している。本方法はさらに、主マグネット巻き型と２次巻き型の間に分割型冷却アセンブリを同心性に挿入するステップを含む。この分割型冷却アセンブリは、ヘリウム冷媒と別の異なる冷媒とをその内部に受け容れるために分離された２つの部分を含んでおり、ここでヘリウム冷媒を受け容れるための部分は別の冷媒を受け容れるための部分より小さくなっている。本方法はさらに、同心性に整列させた巻き型と分割型冷却アセンブリのそれぞれの端部に容器フランジを結合させるステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器を表した磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステムの簡略ブロック図である。
【図２】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器機構を表した図である。
【図３】一実施形態に従って形成した分割型冷却容器の概要ブロック図である。
【図４】一実施形態による内側巻き型の斜視図である。
【図５】一実施形態による内側巻き型の斜視図である。
【図６】一実施形態による外側巻き型の斜視図である。
【図７】一実施形態による巻き型及び冷却アセンブリを表した分解斜視図である。
【図８】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリの斜視図である。
【図９】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリの斜視図である。
【図１０】同心性に整列させた図７の巻き型及び冷却アセンブリ並びに容器フランジを表した斜視図である。
【図１１】様々な実施形態に従って形成した分割型冷却容器をその内部で実現し得るＭＲＩシステムの概要ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述した要約並びにある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックからなる図を表している場合も、必ずしもこれらの機能ブロックがハードウェア間で分割されることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロックは、単一のハードウェアの形や複数のハードウェアの形で実現させることがある。こうした様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１１】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。
【００１２】
様々な実施形態は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム（特に、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットのコイル）を冷却するためのシステム及び方法を提供する。少なくとも１つの実施形態の実施によって、超伝導マグネットのコイルの完全な浸漬を維持しながら（すなわち、超伝導マグネットコイルのワイヤを液体Ｈｅで覆ってながら）マグネットの冷却に用いる液体ヘリウム（Ｈｅ）の体積が例えば１５００〜２０００リットルから約２００リットルにまで低減される。
【００１３】
図１及び２は、ＭＲＩシステム向けの（特に、ヘリウム容器の別々の部分内に設けられた複数の冷媒を用いてＭＲＩシステムのマグネットを冷却するための）冷却機構の実施形態を表している。例えば様々な実施形態では、別々の部分の各々がその内部に異なる冷媒または材料を含むような分割型冷却容器が設けられている。幾つかの実施形態では、使用する液体Ｈｅ（例えば、Ｈｅ Ｉとも呼ばれる液体Ｈｅ−４）の体積を削減し、冷却容器内部の残りの空間は別の冷媒（例えば、より廉価な液体窒素（ＬＮ2））で満たしている。
【００１４】
具体的には図１及び２は、１つまたは複数の超伝導マグネットを含んだＭＲＩマグネットシステム２０を表した簡略ブロック図である。図面全体を通じて同じ参照番号は同じ部分を示していることに留意すべきである。ＭＲＩマグネットシステム２０は、液体のＨｅとＬＮ2など２種類の液体冷媒を保持する分割型容器である容器２２を含む。したがってこの実施形態では容器２２は、ある種類の冷媒を包含した１つまたは複数の部分２４ａ及び２４ｂと別の種類の冷媒など別の材料を包含した部分２６（または、複数の部分）とを含んだ冷却容器または冷媒容器である。部分２４ａと２４ｂを物理的に分離された部分とすることがあること、また互いに連結させたり同じ部分（例えば、様々な実施形態では熱リザーバとする単一のリザーバ）の一部を形成することがあることに留意すべきである。幾つかの実施形態ではその部分２４ａ及び２４ｂは部分２６より大きい。一実施形態では、その部分２４ａ及び２４ｂはＬＮ2を含みかつその部分２６は液体Ｈｅを包含する。部分２４ａ及び２４ｂは全体として、部分２６の一部となっていない空間内で１つのリザーバを画定している。例えば様々な実施形態ではその部分２４ａ及び２４ｂは部分２６ａから物理的に分離されている。したがって部分２４及び２６は、異なる冷媒を包含する別々の第１の冷媒領域と第２の冷媒領域を画定している。
【００１５】
部分２４ａ、２４ｂ及び２６はその内部に冷媒を有する領域を画定するようなチェンバー、領域、タンクまたは同様の構造のうちの任意のタイプとし得ることに留意すべきである。部分２４ａ、２４ｂ及び２６は、冷媒圧力容器とし得る容器２２の内部の各区画とすることや容器２２の一部を形成することがある。
【００１６】
容器２２は真空容器２８により囲繞されており、また任意選択ではその内部及び／またはその間に熱シールド３０を含む。熱シールド３０は例えば、断熱性放射シールドとすることがある。様々な実施形態ではクライオクーラであるようなコールドヘッド３２が、コールドヘッドスリーブ３４（例えば、ハウジング）内部の真空容器２８を通過して延びている。したがって、コールドヘッド３２の低温端部は、真空容器２８内部の真空に悪影響を及ぼすことなくコールドヘッドスリーブ３４の内部に位置決めされることがある。コールドヘッド３２は、１つまたは複数のフランジ及びボルトあるいは当技術分野で周知の別の手段などの適当な任意の手段を用いて、コールドヘッドスリーブ３４の内部に挿入され（または、受け容れられ）ると共に確保されている。さらに真空容器２８の外部には、コールドヘッド３２のモータ３６が設けられている。
【００１７】
図２に示したように、様々な実施形態におけるコールドヘッド３２は、コールドヘッドスリーブ３４の下側端部に再凝縮器３８を含む。再凝縮器３８は、容器２２からボイルオフしたヘリウムガスを再凝縮させる。再凝縮器３８はさらに、１つまたは複数の通路４０を介して容器２２と結合させている。例えば通路４０は、ボイルオフしたヘリウムガスを容器２２から再凝縮器３８まで転送するために容器２２から再凝縮器３８まで設けられることがあり、この再凝縮器３８は次いで再凝縮させたヘリウム液体を開放端部にある容器２２に転送して戻すことがある。部分２６（図１参照）から部分２４と熱的接触の状態にある冷却用チューブ（図示せず）までの通路（図示せず）を設けることもある。
【００１８】
容器２２の内部には様々な実施形態において超伝導マグネットとするマグネット４２が設けられており、これを本明細書でより詳細に説明するようなＭＲＩ画像データの収集のためのＭＲＩシステムの動作時に制御している。さらにＭＲＩシステムの動作時において、ＭＲＩマグネットシステム２０の容器２２の内部の液体冷媒によって、例えば主マグネットコイル４２ａやバッキング／シールドコイル４２ｂ（図１参照）などの異なるコイルを含む周知のようなコイルアセンブリとして構成し得る超伝導マグネット４２を冷却している。超伝導マグネット４２は、例えば４．２ケルビン（Ｋ）などの超伝導温度まで冷却されることがある。この冷却過程には、ボイルオフしたＨｅガスを再凝縮器３８によって液体に再凝縮させて容器２２に戻すこと、並びに部分２６を部分２４と熱的接触の状態にある冷却用チューブに接続している１つまたは複数の気体通路（図示せず）を通過させることによるなど部分２４（複数のこともある）から形成される熱リザーバによってボイルオフしたＨｅを冷却すること、を含むことがある。この熱リザーバはさらに、搬送中にマグネット４２を冷却することも可能である。
【００１９】
容器２２の一実施形態を、容器２２の簡略ブロック図である図３に示している。容器２２は、マルチ冷媒冷却容器として具現化した液体冷媒冷却容器である。容器２２は、自己独立式（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）熱リザーバとして構成された部分２４を含む。この部分２４は、一実施形態ではＬＮ2としている大熱容量材料で満たしている（部分充填のことも完全充填のこともある）。この実施形態では、ＭＲＩマグネットシステム２０のランプアップが済んで４．２Ｋの超伝導温度で動作しているとき、その窒素（Ｎ2）は固体状態にある。固体状態においてＮ2は大きな熱容量を有しており（大気圧では約７７Ｋで沸騰）、部分２６内での液体Ｈｅのボイルオフ時に有用となり得る。
【００２０】
容器２２内のうち部分２６の一部とならない領域または空間は、別の冷媒（この実施形態では液体Ｎ2）で満たした部分２４（複数のこともある）によって画定されている。部分２４を様々なセクションによって画定させる場合、様々な実施形態では部分２４内のセクションの全部によって容器２２全体に及ぶ１つの連続領域が形成される。この実施形態では、部分２６により画定される領域は部分２４（複数のこともある）により画定される領域と比べてかなり小さいことが理解できよう。例えば一実施形態では、部分２６（複数のこともある）内のＨｅの体積が（容器２２全体をＨｅで満たす場合と比較して）１０分の１に低減される。
【００２１】
様々な実施形態では、容器２２はマグネット４２を形成する１つまたは複数のコイルをその内部に含む。例えば、複数のコイル５０を巻き型５４（例えば、主マグネット巻き型）上に支持し維持することがあり、また複数のコイル５２を巻き型５６（例えば、２次巻き型）上に支持し維持することがある。巻き型５４及び５６は、超伝導マグネット向けにコイルを支持し維持することが可能な適当な任意の巻き型とすることができる。一実施形態では、コイル５０は主マグネットコイルでありかつコイル５２はバッキングまたはシールドコイルである。コイル５０及び５２の数及び配置は所望によりまたは必要に応じて様々とすることができる。
【００２２】
コイル５０及び５２は、上述のように体積を低減した部分２６（複数のこともある）により包含される液体Ｈｅ中に浸漬されている。例えば部分２６は、部分２４同士の間で部分２６ａによって画定されたより大きい領域と、巻き型５４の周りの領域２６ｂ及び２６ｃによって画定されたより小さいギャップと、巻き型５６の周りの領域２６ｄ及び２６ｅによって画定された追加のより小さいギャップと、を含んでおり、これらは巻き型５４及び５６の周りで周回方向に延びている。
【００２３】
部分２４を形成する（すなわち、熱リザーバを画定する）構造は１つまたは複数の支持壁５８を含むことに留意すべきである。支持壁５８は、熱リザーバの境界（例えば、容器２２の内部で物理的に分離された空間）を画定しており、また適当な任意の金属（例えば、スチール）や薄い金属コーティングを有する複合材から形成させることがある。この実施形態では容器フランジ６０は、支持壁５８によって（少なくとも部分的に）支持されたより薄い構造から形成されている。例えば一実施形態ではその容器フランジ６０は、厚さが約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの金属（例えば、スチール）から形成されている。
【００２４】
部分２４により画定された熱リザーバは任意選択で、補助的な冷却を含むことがある。幾つかの実施形態ではその補助的冷却は、部分２４（例えば、支持壁５８）と熱的接触の状態にある複数の冷却用チューブ６２を含む。冷却用チューブ６２は、部分２４内部で冷媒の内部に冷却用チューブ６２が来るように、部分２４内部で支持壁５８に沿って確保されることがある。冷却用チューブ６２は、１つまたは複数の通路６４を介して部分２６と流体連通している。したがって動作時において、部分２６からボイルオフしたＨｅが冷却用チューブ６２内部を循環し、冷却用チューブ６２は部分２４内の冷媒によって冷却されることがある。冷却用チューブ６２は、任意の形状及びサイズとすると共に、適当な任意の材料（例えば、銅）から形成させることがある。
【００２５】
ここで容器２２の一構成について図４〜１０を具体的に参照しながら説明することにする、図４〜１０はまた全体として容器２２を形成するための組み上げ処理法の１つも示している。図４〜１０に示した図は、その構造内部を示すために切欠いた部分を含むことに留意すべきである。
【００２６】
具体的に図４は、コイル５０（主マグネットコイル）をその上に支持している内側巻き型（主マグネット巻き型）として構成した巻き型５４を表している。図５に示したように巻き型５４には、巻き型５４の熱伝導率を上昇させるために薄い金属層などの内側層７０が設けられることがある。図６に示したようにこの実施形態では、巻き型５６はコイル５２（バッキングコイル）をその上に支持している外側巻き型（バッキング巻き型）として構成されている。したがって図７に示したように巻き型５４と５６は、円筒状であると共に、その間に空間７２（例えば、ギャップ）を画定するように同心性に整列させている。巻き型５４及び５６は、空間７２によって部分２４及び２６を含む冷却アセンブリ７４（例えば、分割型冷却アセンブリ）をその内部に受け容れるための領域が画定されるようにして設けられている。支持壁５８はその間に、様々な実施形態ではＬＮ2であるような冷媒で満たされた熱リザーバ７６を画定していることが理解できよう。図７が分解図を示していることに留意すべきである。
【００２７】
冷却アセンブリ７４は、支持壁５８の間に１つまたは複数の相互接続７８を含む。相互接続７８は、巻き型５４及び５６の機構並びにその同心性の整列を支持するブラケット構造として構成されている。相互接続７８は、リザーバ７６の自己独立領域を維持しながらリザーバ７６の外側面と内側面の間に通路８０（例えば、開口部）が画定されるようにした様々な形状及びサイズに形成させることができる。相互接続７８は、冷媒領域のうちの１つを画定する部分２６の一部（図３では２６ａで示す）を形成している。
【００２８】
ある組み上げ処理法では、図８に示したように巻き型５４及び５６を整列させた状態で、冷却アセンブリ７４が空間７２の内部に挿入される。冷却アセンブリ７４をこの空間の内部に位置決めした状態で、部分２６ｃの内部にコイル５０との流体接触を提供する別の領域が画定されることが理解できよう。例えば液体Ｈｅは、コイル５０が液体Ｈｅ中に完全に覆われかつ浸漬されるようにコイル５０を覆っている。相互接続７８はさらに、部分２６ｃから部分２６ｅへの液体Ｈｅの流れを可能にする。
【００２９】
巻き型５６の外部周回には、同じくその内部に液体Ｈｅを含む部分２６ｄを画定するように図９に示したような外側シェル８２を結合させている。一実施形態ではその組み上げ処理法は、例えば容器フランジ６０を同心性に整列させた構成要素の上部及び底部に溶接することによって整列させた構成要素の上部と底部を結合させ、これによりマルチ冷媒容器構造を形成する部分２４及び２６を画定させることを含む。
【００３０】
本明細書に記載した構成及び組み上げは単に例示であることに留意すべきである。別の構成及び組み上げ方法を提供することもできる。例えば、様々な部分の位置決め及び整列の順序を変更することができる。さらに様々な実施形態について特定の冷媒を用いて説明してきたが、異なる冷媒や異なる冷媒量とすることもできる。
【００３１】
したがって、ＭＲＩマグネット向けのマルチ冷媒容器を提供できる。様々な実施形態では、Ｈｅ体積を低減しても依然としてコイルの冷却が可能であるようにして液体Ｈｅの使用量を低減させることができ、これをＬＮ2などの別の冷媒との組み合わせで提供することがある。例えば工場から病院へなどＭＲＩシステムの出荷時において、この冷媒の組み合わせ式冷却によってコイルの冷却が維持される。様々な実施形態では、例えばＭＲＩシステムを電源断としているときであるライドスルー期間を、５０時間を超える長さとすることができる。さらに様々な実施形態では、容器内でより大きな体積となった熱リザーバを、ＭＲＩマグネットのコイルを覆っている冷媒（例えば、液体Ｈｅ）と比べてより費用対効果がよいまたはより安価な冷媒（例えば、ＬＮ2）で満たすことがある。
【００３２】
幾つかの実施形態についてＭＲＩシステム向けの超伝導マグネットと関連して説明することがあるが、これら様々な実施形態は、超伝導マグネットを有する任意のタイプのシステムと連携して実現し得ることに留意すべきである。これらの超伝導マグネットは、別のタイプの医用撮像デバイスの形で、並びに非医用の撮像デバイスの形で実現することもできる。
【００３３】
したがってこの様々な実施形態は、ＭＲＩシステム向けの超伝導コイルなど別のタイプの超伝導コイルと連携して実現させることもできる。例えばこの様々な実施形態は、図１１に示したＭＲＩシステム１００で用いるための超伝導コイルと一緒に実現させることもできる。システム１００を単一モダリティの撮像システムとして例証しているが、これらの様々な実施形態はマルチモダリティ撮像システムの形であるいはこれと一緒に実現し得ることを理解されたい。システム１００はＭＲＩ撮像システムとして例証していると共に、コンピュータ断層（ＣＴ）、陽電子放出断層撮像（ＰＥＴ）、単一光子放出コンピュータ断層（ＳＰＥＣＴ）及び超音波システム、あるいは画像（特に、人の画像）の作成が可能な別の任意のシステムなどの様々なタイプの医用撮像システムと組み合わせることができる。さらにこれらの様々な実施形態は人を対象とする撮像のための医用撮像システムに限定されるものではなく、人以外の対象、手荷物その他を撮像するための獣医学システムや非医用システムを含むことがある。
【００３４】
図１１を参照するとＭＲＩシステム１００は一般に、撮像部分１０２と、プロセッサまたは別のコンピュータ処理デバイスや制御器デバイスを含み得る処理部分１０４と、を含む。ＭＲＩシステム１００はガントリ１０６の内部に、マグネットコイル支持構造上に支持され得るようなコイルから形成した超伝導マグネット４２を含む。この超伝導マグネット４２を（本明細書の記載ではマルチ冷媒容器であるような）ヘリウム容器２２が囲繞すると共に、このヘリウム容器２２は例えば本明細書でより詳細に説明するような液体Ｈｅ及びＬＮ2で満たしている。
【００３５】
容器２２の外側表面と超伝導マグネット４２の内側表面とを囲繞するような断熱体１１２が設けられている。超伝導マグネット４２の内部には複数の磁場傾斜コイル１１４が設けられており、またこの複数の磁場傾斜コイル１１４の内部にはＲＦ送信コイル１１６が設けられている。幾つかの実施形態ではそのＲＦ送信コイル１１６は、送信／受信コイルで置き換えられることがある。ガントリ１０６内部の構成要素は全体として撮像部分１０２を形成している。超伝導マグネット４２を円筒形状としているが、別の形状のマグネットも使用可能であることに留意すべきである。
【００３６】
処理部分１０４は一般に、制御器１１８と、主磁場制御１２０と、傾斜磁場制御１２２と、メモリ１２４と、表示デバイス１２６と、送信受信（Ｔ−Ｒ）スイッチ１２８と、ＲＦ送信器１３０と、受信器１３２と、を含む。
【００３７】
動作時において撮像しようとする患者やファントームなどの対象体を、ボア１３４内で適当な支持体（例えば、患者テーブル）上に配置させる。超伝導マグネット４６は、ボア１３４を横断する均一で静的な主磁場Ｂ0を生成する。ボア１３４内及び対応する患者内部の電磁場強度は、主磁場制御１２０を介して制御器１１８によって制御されており、主磁場制御１２０はさらに超伝導マグネット４２への付勢用電流の供給も制御している。
【００３８】
超伝導マグネット４２内部でボア１３４内の磁場Ｂ0に対して直交する３つの方向ｘ、ｙ及びｚのうちの任意の１つまたは幾つかの方向で磁場傾斜を印加できるように、磁場傾斜コイル１１４（１つまたは複数の傾斜コイル素子を含む）が設けられている。磁場傾斜コイル１１４は、傾斜磁場制御１２２により付勢される共に、さらに制御器１１８により制御を受けている。
【００３９】
複数のコイルを含み得るＲＦ送信コイル１１６は、磁気パルスを送信するように、かつ／またはＲＦ受信コイルとして構成された表面コイルなどの受信コイル素子も設けられている場合に任意選択で同時に患者からのＭＲ信号を検出するように配列されている。ＲＦ受信コイルは、例えば単独の受信表面コイルなど任意のタイプの構成とすることができる。受信表面コイルはＲＦ送信コイル１１６の内部に設けられたＲＦコイルからなるアレイとすることがある。
【００４０】
ＲＦ送信コイル１１６及び受信表面コイルは、Ｔ−Ｒスイッチ１２８によってＲＦ送信器１３０と受信器１３２のそれぞれの１つに選択可能に相互接続させている。ＲＦ送信器１３０及びＴ−Ｒスイッチ１２８は、ＲＦ送信器１３０によってＲＦ磁場パルスまたは信号を発生させると共に、これを患者に選択的に印加し患者内に磁気共鳴を励起させるように制御器１１８によって制御されている。ＲＦ励起パルスが患者に加えられている間に、さらに受信表面コイルを受信器１３２から切断するようにＴ−Ｒスイッチ１２８を作動させている。
【００４１】
ＲＦパルスの印加に続いてＴ−Ｒスイッチ１２８を再度作動させ、ＲＦ送信コイル１１６をＲＦ送信器１３０から切断しかつ受信表面コイルを受信器１３２に接続させている。受信表面コイルは、患者内の励起した原子核に由来するＭＲ信号を検出または検知するように動作すると共に、このＭＲ信号を受信器１３２に伝送している。検出したこれらのＭＲ信号は一方、制御器１１８に伝送される。制御器１１８は、例えば患者の画像を表す信号を生成するためのＭＲ信号の処理を制御するプロセッサ（例えば、画像再構成プロセッサ）を含む。
【００４２】
画像を表すこの処理済み信号はまた、画像の視覚的表示を提供するために表示デバイス１２６に送られる。具体的にはＭＲ信号は観察可能な画像が得られるようにフーリエ変換を受けるｋ空間を満たすまたはこれを形成している。画像を表すこの処理済み信号は次いで表示デバイス１２６に送られる。
【００４３】
上の記述は例示の意図であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を様々な実施形態の教示に適応させるようにその趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが様々な実施形態のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく単なる例示である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。様々な実施形態の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
【００４４】
この記載では、様々な実施形態（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様々な実施形態の実施を可能にするために例を使用している。この様々な実施形態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、その例が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、その例が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】
【００４５】
２０ ＭＲＩマグネットシステム
２２ 容器
２４ 部分
２６ 部分
２８ 真空容器
３０ 熱シールド
３２ コールドヘッド
３４ コールドヘッドスリーブ
３６ モータ
３８ 再凝縮器
４０ 通路
４２ マグネット
４６ マグネット
５０ コイル
５２ コイル
５４ 巻き型
５６ 巻き型
５８ 支持壁
６０ 容器フランジ
６２ 冷却チューブ
６４ 通路
７０ 内側層
７２ 空間
７４ 冷却アセンブリ
７６ リザーバ
７８ 相互接続
８０ 通路
８２ 外側シェル
１００ ＭＲＩシステム
１０２ 撮像部分
１０４ 処理部分
１０６ ガントリ
１１２ 断熱体
１１４ 磁場傾斜コイル
１１６ ＲＦ送信コイル
１１８ 制御器
１２０ 主磁場制御
１２２ 傾斜磁場制御
１２４ メモリ
１２６ 表示デバイス
１２８ Ｔ−Ｒスイッチ
１３０ ＲＦ送信器
１３２ 受信器
１３４ ボア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステム（２０）のための冷却容器（２２）であって、
ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイル（５０）と接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分（２６）と、
前記第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分（２４）であって、ヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する第２の部分と、
を備える冷却容器（２２）。
【請求項２】
前記第２の部分（２４）は液体窒素を包含する熱リザーバを画定している。請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項３】
前記第２の部分内の材料は、前記第１の部分内のヘリウム冷媒と比べてより大きな熱容量を有する、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項４】
前記第１の部分（２６）と流体接続状態にありかつ前記第２の部分（２４）と熱的接触状態にある複数の冷却用チューブ（６２）をさらに備える請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項５】
互いに同心性に整列させた複数のマグネットコイル（５０）を支持している円筒状の内側巻き型（５４）と円筒状の外側巻き型（５６）をさらに備えると共に、前記第１及び第２の部分を該巻き型の間に挿入された冷却アセンブリ（７４）として構成している、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項６】
前記冷却アセンブリ（７４）は、前記内側及び外側巻き型（５４、５６）のマグネットコイル（５０、５２）の間に流体連通を提供している１つまたは複数の相互接続（７８）を備える、請求項５に記載の冷却容器（２２）。
【請求項７】
前記１つまたは複数の相互接続（７８）は、前記内側及び外側巻き型（５４、５６）の配置を支持するように構成されたブラケット構造を備える、請求項６に記載の冷却容器（２２）。
【請求項８】
前記１つまたは複数の相互接続（７８）はさらに、前記部分（２６、２４）のうちの一方の内部でかつ主マグネットコイル（５０）とバッキングコイル（５２）の間に流体通路（８０）を画定している、請求項６に記載の冷却容器（２２）。
【請求項９】
前記第２の部分内の材料は超伝導温度において固体形態の冷媒である、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項１０】
前記第２の部分（２４）は、ＭＲＩマグネットシステムの動作時に固体状態にある窒素を包含すると共に、熱リザーバとして構成されている、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）マグネットシステム（２０）のための冷却容器（２２）であって、
ＭＲＩシステムの複数のマグネットコイル（５０）と接触させたヘリウム冷媒を包含する第１の部分（２６）と、
前記第１の部分から分離させかつこれから流体的に脱結合させた第２の部分（２４）であって、ヘリウム冷媒と異なる材料を包含すると共に第１の部分より大きな体積を有する第２の部分と、
を備える冷却容器（２２）。
【請求項２】
前記第２の部分（２４）は液体窒素を包含する熱リザーバを画定している。請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項３】
前記第２の部分内の材料は、前記第１の部分内のヘリウム冷媒と比べてより大きな熱容量を有する、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項４】
前記第１の部分（２６）と流体接続状態にありかつ前記第２の部分（２４）と熱的接触状態にある複数の冷却用チューブ（６２）をさらに備える請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項５】
互いに同心性に整列させた複数のマグネットコイル（５０）を支持している円筒状の内側巻き型（５４）と円筒状の外側巻き型（５６）をさらに備えると共に、前記第１及び第２の部分を該巻き型の間に挿入された冷却アセンブリ（７４）として構成している、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項６】
前記冷却アセンブリ（７４）は、前記内側及び外側巻き型（５４、５６）のマグネットコイル（５０、５２）の間に流体連通を提供している１つまたは複数の相互接続（７８）を備える、請求項５に記載の冷却容器（２２）。
【請求項７】
前記１つまたは複数の相互接続（７８）は、前記内側及び外側巻き型（５４、５６）の配置を支持するように構成されたブラケット構造を備える、請求項６に記載の冷却容器（２２）。
【請求項８】
前記１つまたは複数の相互接続（７８）はさらに、前記部分（２６、２４）のうちの一方の内部でかつ主マグネットコイル（５０）とバッキングコイル（５２）の間に流体通路（８０）を画定している、請求項６に記載の冷却容器（２２）。
【請求項９】
前記第２の部分内の材料は超伝導温度において固体形態の冷媒である、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【請求項１０】
前記第２の部分（２４）は、ＭＲＩマグネットシステムの動作時に固体状態にある窒素を包含すると共に、熱リザーバとして構成されている、請求項１に記載の冷却容器（２２）。
【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２０１２−１４３５６３（Ｐ２０１２−１４３５６３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１９９７（Ｐ２０１２−１９９７）
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９９７（Ｐ２０１２−１９９７）
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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