ＭＲＩシステムの主磁場ドリフトを制御するシステム、方法及び装置
【課題】主磁場の変化すなわちドリフトを制御するためのシステム、方法及び装置を提供する。
【解決手段】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置（３００）は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（３２０）と、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、を含む。ヒータ素子熱センサ（３２６）は複数のヒータ素子（３２４）の各々と結合されると共に対応するヒータ素子（３２４）の温度を監視するように構成される。複数の常温ボア熱センサ（３２０）及び複数のヒータ素子熱センサ（３２６）には制御器（３２２）を結合させている。制御器（３２２）は、複数のヒータ素子（３２４）の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成されている。
【解決手段】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置（３００）は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（３２０）と、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、を含む。ヒータ素子熱センサ（３２６）は複数のヒータ素子（３２４）の各々と結合されると共に対応するヒータ素子（３２４）の温度を監視するように構成される。複数の常温ボア熱センサ（３２０）及び複数のヒータ素子熱センサ（３２６）には制御器（３２２）を結合させている。制御器（３２２）は、複数のヒータ素子（３２４）の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、また具体的にはＭＲＩシステムの動作時に主磁場Ｂ０のドリフトを制御するためのシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、Ｘ線やその他の電離放射線を用いずに人体の内部の画像を作成することが可能な医用撮像様式の１つである。ＭＲＩは強力なマグネットを用いて強力で均一な静磁場（すなわち、「主磁場」）を発生させている。人体（あるいは、人体の一部）が主磁場内に置かれると、組織の水の中の水素原子核に関連する核スピンが偏向を受ける。このことは、これらのスピンに関連する磁気モーメントが主磁場の方向に特異的に整列することになり、これによって当該軸（慣例では、「ｚ軸」）の方向に小さな正味の組織磁化が得られることを意味する。ＭＲＩシステムはさらに、電流を加えたときに空間変動する振幅がより小さい磁場を発生させる傾斜コイルと呼ばれる構成要素をさらに備える。典型的には傾斜コイルは、ｚ軸に沿って整列すると共に、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸のうちの１つの方向で位置に応じて振幅が直線的に変動するような磁場成分を発生させるように設計されている。傾斜コイルの効果は単一の軸に沿って、その磁場強度に対してまた同時に核スピンの共鳴周波数に対してわずかな傾斜を生成させることにある。その軸が直交した３つの傾斜コイルを使用すれば、身体内の各箇所において標識共鳴周波数を生成することによってＭＲ信号が「空間エンコード」される。水素原子核の共鳴周波数、あるいはその近傍の周波数にあるＲＦエネルギーのパルスを発生させるためには無線周波数（ＲＦ）コイルが使用される。ＲＦコイルを使用すると核スピン系に対して制御された方式でエネルギーが追加される。次いで核スピンがその静止エネルギー状態まで緩和して戻ると、ＲＦ信号の形でエネルギーが放たれる。この信号はＭＲＩシステムによって検出されて、コンピュータや周知の再構成アルゴリズムを用いて画像になるように変換される。
【０００３】
ＭＲＩシステムでは均一な主磁場Ｂ０が必要であり、この磁場は撮像ボリューム内において広範なパルスシーケンス及びプロトコルにわたって時間的に一様かつ一定に維持すべきである。主磁場が変化すなわちドリフトすると、ＭＲ画像のデータ収集及び再構成を含むＭＲＩシステムの動作性能に悪影響を及ぼしかねない。患者スキャン中に、磁場傾斜を発生させる傾斜コイルアセンブリの傾斜コイル（複数のこともある）は、大量の熱を放散させる。傾斜コイルが発生させる熱は、例えば放射、対流または伝導による加熱によってマグネット常温ボアの温度上昇を生じさせる可能性がある。さらにマグネット常温ボア温度は、うず電流のために上昇することがある。マグネット常温ボア表面は低透磁率のステンレス鋼から製作されるのが典型的であるが、こうしたステンレス鋼は常磁性として知られるような残留透磁率を有することがある。キュリーの法則によれば、常磁性材料の透磁率は材料の温度変化に伴って変化する。したがって傾斜コイル及びうず電流が発生させた熱によってマグネットのステンレス鋼常温ボアが加熱されるとステンレス鋼常温ボアの透磁率が変化する。典型的には常温ボアの透磁率は、常温ボアの温度の上昇に伴って低下することになる。マグネット常温ボアの透磁率の変化は主磁場を変化すなわちドリフトさせ、これがさらに画質にネガティブな影響を与える可能性がある。
【特許文献１】米国特許第７３０１３４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主磁場の変化すなわちドリフトを制御するためのシステム、方法及び装置を提供することが望ましい。マグネット常温ボアの温度及び透磁率に基づいて主磁場の変化すなわちドリフトを制御または補償すると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、その各々が複数のヒータ素子のうちの１つと結合されると共に対応するヒータ素子の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサと、複数の常温ボア熱センサ及び複数のヒータ素子熱センサと結合させた制御器であって、該複数のヒータ素子の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器と、を含む。
【０００６】
別の実施形態では、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための方法は、常温ボアの温度を監視する工程と、複数のヒータ素子内の各ヒータ素子の温度を監視する工程と、各ヒータ素子の温度を調整して常温ボアの所定温度を維持する工程と、を含む。
【０００７】
別の実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、その各々が複数のヒータ素子の１つの部分組と結合されると共に対応するヒータ素子部分組の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサと、複数の常温ボア熱センサ及び複数のヒータ素子熱センサと結合させた制御器であって、複数のヒータ素子の該部分組を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器と、を含む。
【０００８】
別の実施形態では、超伝導マグネットの内部に装着されかつこれによって円周方向に囲繞された傾斜コイルアセンブリを含む磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、傾斜コイルアセンブリの外側表面の周りに配置させたうず電流シールドと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、同じ参照番号が同じ部分を示している添付の図面に関連して取り上げた以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できよう。
【００１０】
図１は、一実施形態による例示的な磁気共鳴撮像システムのブロック概要図である。このＭＲＩシステム１０の動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及びディスプレイ１６を含むオペレータコンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、リンク１８を介してコンピュータシステム２０と連絡していると共に、オペレータがＭＲＩスキャンを指示し、得られた画像を表示し、画像に対して画像処理を実行しかつデータ及び画像をアーカイブするためのインタフェースを提供する。コンピュータシステム２０は、例えばバックプレーン２０ａを用いることにより提供されるような電気的接続及び／またはデータ接続を介して互いに連絡させた多数のモジュールを含む。データ接続は直接配線のリンクとすること、あるいは光ファイバ接続やワイヤレス通信リンクその他とすることがある。コンピュータシステム２０のモジュールには、画像プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに画像データアレイを保存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２６が含まれる。代替的な一実施形態では、画像プロセッサモジュール２２は、ＣＰＵモジュール２４上の画像処理機能によって置き換えることができる。コンピュータシステム２０は、アーカイブ用媒体デバイス、永続的またはバックアップ用記憶メモリまたはネットワークとリンクさせている。コンピュータシステム２０はさらにリンク３４を介して単独のシステム制御コンピュータ３２と連絡させることもある。入力デバイス１３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、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００１１】
システム制御コンピュータ３２は、電気的接続及び／またはデータ接続３２ａを介して互いに連絡させた１組のモジュールを含む。データ接続３２ａは、直接配線のリンクとすること、あるいは光ファイバ接続やワイヤレス通信リンクその他とすることがある。代替的実施形態では、コンピュータシステム２０及びシステム制御コンピュータ３２のモジュールは同じコンピュータシステムまたは複数のコンピュータシステム上で実現させることができる。システム制御コンピュータ３２のモジュールは、ＣＰＵモジュール３６と、通信リンク４０を介してオペレータコンソール１２と接続したパルス発生器モジュール３８と、を含む。別法としてパルス発生器モジュール３８は、スキャナ装置（例えば、マグネットアセンブリ５２）内に組み込まれることがある。システム制御コンピュータ３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、発生させるＲＦパルス及びパルスシーケンスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを記述した命令、コマンド及び／または要求（例えば、無線周波数（ＲＦ）波形）を送出することによって所望のパルスシーケンスを繰り出す（すなわち、実行する）システム構成要素を操作している。パルス発生器モジュール３８は傾斜増幅器システム４２に接続されて、スキャン中に使用される傾斜パルスのタイミング及び形状を制御する傾斜波形と呼ぶデータを生成している。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者テーブルを所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１２】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器からなる傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜パルスを生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ５０は、超伝導主コイル５４を備えた偏向用超伝導マグネットを含むマグネットアセンブリ５２の一部を形成している。マグネットアセンブリ５２は、全身用ＲＦコイル５６、表面または並列撮像コイル７６あるいはこれら両者を含むことがある。ＲＦコイルアセンブリのコイル５６、７６は、送信と受信の両方をするように構成されること、あるいは送信単独または受信単独向けに構成されることがある。患者または撮像対象７０はマグネットアセンブリ５２の円筒状の患者撮像ボリューム７２内部に位置決めされることがある。システム制御コンピュータ３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６、７６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。別法として、励起された原子核により放出された信号は並列コイルや表面コイル７６など単独の受信コイルによって検知されることがある。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をＲＦコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をＲＦコイル５６に接続させている。送信／受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても単独のＲＦコイル（例えば、並列コイルや表面コイル７６）を使用することが可能となる。
【００１３】
ＲＦコイル５６により検知されたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御コンピュータ３２内のメモリモジュール６６に転送される。典型的には、ＭＲ信号に対応したデータフレームは、画像作成のために後で変換を受けるまでメモリモジュール６６内に一時的に保存される。アレイプロセッサ６８は周知の変換方法（フーリエ変換が最も一般的）を用いて、ＭＲ信号から画像を作成する。これらの画像はリンク３４を介してコンピュータシステム２０に伝達され、ここで画像はメモリ内に保存される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００１４】
図２は、一実施形態による例示的なマグネットアセンブリ（例えば、図１に示したマグネットアセンブリ５２）の側方立面断面概要図である。マグネットアセンブリ２００は、形状が円筒状または環状であり、上述した図１のＭＲＩシステムやＭＲ画像を取得するための同様または同等の任意のシステムと適合する。以下では円筒状のマグネットアセンブリトポロジーを記載しているが、マグネットアセンブリの別のトポロジーにより本明細書に記載した本発明の実施形態を利用することもできることを理解されたい。マグネットアセンブリ２００は、超伝導マグネット２０２、傾斜コイルアセンブリ２０４及びＲＦコイル２０６（ただし、これらだけに限らない）を含む。マグネットコイル、クライオスタット要素、支持体、懸架部材、端部キャップ、ブラケット、その他などの様々な別の要素は明瞭にするために図２から省略してある。円筒状の患者ボリュームまたはスペース２０８は、患者ボアチューブ２１０によって囲繞されている。ＲＦコイル２０６は、患者ボアチューブ２１０の外側表面上に装着されかつ傾斜コイルアセンブリ２０４の内部に装着されている。傾斜コイルアセンブリ２０４はＲＦコイル２０６の周りで共軸性の離間関係で配置させると共に、傾斜コイルアセンブリ２０４はＲＦコイル２０６を円周方向に囲繞している。傾斜コイルアセンブリ２０４は、マグネット２０２の常温ボア２１８の内部に装着されており、またマグネット２０２によって円周方向に囲繞されている。
【００１５】
患者または撮像対象７０（図１参照）は、患者テーブルまたはクレードル（図２では図示せず）上で中心軸２１２（例えば、ｚ軸）に沿ってマグネットアセンブリ２００内に挿入されることがある。中心軸２１２は、マグネット２０２が発生させる主磁場Ｂ０の方向と平行にマグネットアセンブリ２００のチューブ軸に沿って整列させている。ＲＦコイル２０６は、患者または対象に無線周波数パルス（複数のこともある）を印加し、対象から戻されるＭＲ情報を受け取るために使用される。傾斜コイルアセンブリ２０４は時間依存の傾斜磁気パルスを発生させており、これが撮像ボリューム２０８内の各点の空間エンコードに用いられる。
【００１６】
超伝導マグネット２０２は例えば、その各々が同一の大きな電流を流すことが可能な半径方向で整列させかつ長手方向に離間させた幾つかの超伝導主コイル（図示せず）を含むことがある。超伝導主コイルは、患者ボリューム２０８の内部に磁場Ｂ０を生成するように設計される。超伝導マグネット２０２は、超伝導コイルの温度を適当な臨界温度未満に維持し当該コイルが零点抵抗をもつ超伝導状態となるように設計されたマグネット容器２１６（または、クライオスタット）内部の極低温環境内に封入されている。マグネット容器２１６は例えば、マグネットコイルを周知の方式で収容しまた冷却するヘリウム容器と熱シールド（低温シールド）を含むことがある。常温ボア２１８はマグネット容器２１６の円柱状の内側表面によって画定されており、また典型的にはステンレス鋼などの金属から製作されている。
【００１７】
動作時に傾斜コイルアセンブリ２０４から放散される熱は（例えば、放射、対流または伝導によって）マグネットアセンブリ２００の常温ボア２１８の温度を上昇させることがある。常温ボア２１８もさらに傾斜コイルアセンブリ２０４の動作時に発生するうず電流のために加熱されることがある。常温ボア２１８の温度が上昇するにつれて、常温ボアの透磁率が変化し（キュリーの法則に従って低下するのが一般的）、これが主磁場Ｂ０の変化すなわちドリフトを生じさせる可能性がある。このため、常温ボア２１８の温度上昇及び透磁率低下に伴って主磁場が増大することがある。温度誘導による透磁率の変化に由来する主磁場の変化すなわちドリフトを制御する（例えば、最小化する）ために、常温ボア２１８の温度を一定温度に維持させることがある。
【００１８】
図３は、一実施形態による超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するためのシステムのブロック概要図である。システム３００は、図１及び２に関連して上述したマグネットアセンブリ及びＭＲＩシステム、並びに同様または同等の任意のマグネットアセンブリ及びＭＲＩシステムと適合している。システム３００は、複数の常温ボア熱センサ３２０と、複数のヒータ素子３２４と、各ヒータ素子３２４用の熱センサ３２６と、少なくとも１つの制御器３２２と、少なくとも１つの電流源３２８と、を含む。複数の常温ボア熱センサ３２０は、常温ボアの表面に取り付けられる。図２では、複数の常温ボア熱センサ２２０が常温ボア２１８上に位置決めされるように表している。４つの常温ボア熱センサ２２０を表しているが、使用される熱センサ２２０の数はこれより少ないことや多いことがあり得ることを理解されたい。図３を見ると、常温ボア熱センサ３２０は例えば、熱電対、サーミスタ、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、その他とすることがある。一実施形態ではそのＲＴＤは、ＲＴＤ内の金属量を最小限にするために非金属ハウジング（例えば、４ワイヤ白金、Ｔｅｆｌｏｎ収容ＲＴＤ）を備えたＲＴＤである。別の実施形態ではそのＲＴＤは、ＲＴＤ上のＲＦノイズを短絡除去するために短絡用コンデンサを含むことがある。常温ボアの平均温度を得るために常温ボア表面上に常温ボア熱センサ３２０が位置決めされる。例えば様々な実施形態では、常温ボア表面上で４カ所や８カ所に常温ボア熱センサ３２０が位置決めされることがある。常温ボア熱センサ３２０の各々の箇所は、常温ボアの平均温度を十分にトラッキングできるように選択される。常温ボア熱センサ３２０は常温ボア上の対応する箇所における温度を指示する制御器（複数のこともある）３２２に対して信号（複数のこともある）を提供する。
【００１９】
常温ボアの内部表面には複数のヒータ素子３２４が取り付けられる。図３には２つのヒータ素子３２４を図示しているが、システム３００で使用されるヒータ素子３２４の数はこれより多いことがあることを理解されたい。各ヒータ素子３２４には単独の１つの熱センサ３２６を接続させかつ熱的に接触させ、対応するヒータ素子３２４の温度を監視することがある。図４は、一実施形態による常温ボアの一定温度を維持するために使用される常温ボア上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。図４は、常温ボアの内部表面の分解図を表している。アレイ４００は、複数のヒータ素子４２４を含むと共に、常温ボアの温度４４０を一定の所定温度に維持するように構成される。ヒータ素子４２４は、接着剤（例えば、両面テープやのり）を用いて常温ボア４４０に取り付けられることがある。アレイ４００内のヒータ素子４２４の数は常温ボア表面４４０の均一な加熱を実現するのに必要となる常温ボア表面４４０上の箇所数に基づくことが好ましい。一実施形態ではアレイ４００は、５０個を超えるヒータ素子４２４を含む。各ヒータ素子４２４は、単独の１つの熱センサまたは温度監視デバイス４２６（例えば、熱電対、サーミスタ、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、その他）に接続させかつこれと熱的に接触させることがある。図４では明瞭にするために熱センサ（または、温度監視デバイス）４２６を３つだけしか図示していないが、アレイ４００内の各ヒータ素子４２４を単独の１つの熱センサ４２４と結合させることがあることを理解されたい。代替的な一実施形態では、アレイ４００のヒータ素子４２４を部分組すなわちグループに分割することがあり、また各ヒータ素子の部分組すなわちグループは単独の１つの熱センサ４２６と結合させている。各熱センサ４２６は対応するヒータ素子（複数のこともある）４２４の温度を監視するように構成される。各熱センサ４２６は図３に示すように、対応するヒータ素子（複数のこともある）４２４の温度を指示する信号（複数のこともある）を制御器３２２に提供する。
【００２０】
図３を見ると、制御器３２２は常温ボア熱センサ（複数のこともある）３２０及びヒータ素子熱センサ（複数のこともある）３２６と結合されている。制御器（複数のこともある）３２２は例えば、ＭＲＩシステムのコンピュータシステム２０（図１参照）またはシステム制御部３２（図１参照）内に組み入れられることがある。制御器３２２は、各ヒータ素子３２４を制御し常温ボアの温度を一定の所定温度に維持するように構成される。制御器３２２は例えば、計測された常温ボアの温度入力値及びヒータ素子（複数のこともある）３２４の温度入力値に基づいてヒータ素子３２４温度の比例／積分／微分（ＰＩＤ）制御を実現させることがある。制御器３２２は、温度制御式電流源などの電流源（複数のこともある）３２８と結合させている。電流源（複数のこともある）３２８はヒータ素子３２４と結合させている。一実施形態では各ヒータ素子３２４は単独の１つの電流源３２８と結合させている。別の実施形態では、複数のヒータ素子３２４を部分組すなわちグループに分割することがあり、また各ヒータ素子３２４の部分組すなわちグループは単独の１つの電流源３２８と結合させている。電流源（複数のこともある）３２８はＡＣ（交流）電流源とし、ＭＲＩシステムの磁場（複数のこともある）との干渉を生じさせないことが好ましい。
【００２１】
常温ボアの温度及びヒータ素子３２４の温度に基づいて、制御器３２２は電流源（複数のこともある）３２８に制御信号を提供し、これにより各ヒータ素子３２４が発生させた熱を制御して一定の常温ボアの所定温度を維持するように各ヒータ素子３２４に提供する電流を調整または変化させている。幾つかの例では、例えばうず電流に由来する局所的加熱のために常温ボアの加熱が均一でないことがある。したがって制御器３２２及び対応する電流源（複数のこともある）３２８は各ヒータ素子（または、ヒータ素子の部分組）３２４に提供する電流を調整を個別に調整しており、これにより局所加熱の具体的箇所においてヒータ素子３２４に提供される熱は常温ボアの温度を一定に維持する（すなわち、一定の所定温度を維持する）ように制御される。一実施形態ではこの一定の所定温度を周囲温度を超える高い温度とし、これにより常温ボア温度が傾斜コイル加熱による影響を受けないようにしている。例えばこの高い温度は、最大出力での傾斜加熱から予測される最大常温ボア温度を超える温度とすることがある。さらに、所定温度を高く選択することによって、常温ボアの一定温度を維持するために必要に応じてヒータ素子３２４を抑制（ｔｕｒｎｅｄ ｄｏｗｎ）する（すなわち、温度低下させる）ことがある。各ヒータ素子３２４を制御して一定温度を維持することによって、常温ボアの透磁率の温度誘導による変化が低減または排除されると共に、主磁場のドリフトが最小限となる。
【００２２】
上で言及したように、常温ボア２１８（図２参照）はさらに傾斜コイルアセンブリ２０４（図２参照）の動作時に発生する（すなわち、誘導される）うず電流のために加熱されることがある。うず電流が常温ボアを直接加熱させないようにするために、傾斜コイルアセンブリの外部表面上にうず電流シールドが設けられる。図５は、一実施形態によるうず電流シールド及びヒータ素子アレイを含む様々な素子の相対的位置を表しているマグネットアセンブリの断面概要図である。マグネットアセンブリ５００は、超伝導マグネット５０２、傾斜コイルアセンブリ５０４、ＲＦコイル５０６及び患者ボリュームまたはスペース５０８（ただし、これらだけに限らない）を含む。傾斜コイルアセンブリ５０４を囲繞するうず電流シールド５３０と常温ボアの内部表面５１８上のヒータ素子アレイとを組み合わせて用いることによって、常温ボア５１８を一定温度に維持している。うず電流シールド５３０は伝導性の金属から構成されており、数表皮厚（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）すなわち数ミリメートルの厚さを有する。例えばうず電流シールド５３０は傾斜コイルアセンブリ５０４の周りに数層の銅（例えば、銅箔）を巻き付けて構成させることがある。うず電流シールド５３０は（例えば、傾斜コイル円筒の長さ方向に）傾斜コイルアセンブリ５０４の全長にわたって延びることや、あるいは傾斜コイル５０４の寸法長を超えて延びることがある。うず電流シールド５３０はうず電流を減衰させると共に、うず電流が常温ボア５１８を直接加熱するのを防止する。さらにうず電流シールド５３０の熱伝導率がうず電流シールド５３０の周囲のうず電流が発生させる熱を分散させることによって、うず電流の局所的な熱特性を低減するまたは無くすことを可能にする。
【００２３】
マグネットアセンブリ５００はさらに、常温ボア５１８に取り付けられアレイヒータ素子を含む。常温ボア５１８のヒータ素子アレイは、常温ボア５１８を一定温度に保つために所定の温度を維持するように構成される。図６は、一実施形態による常温ボア表面上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。図６は、常温ボアの内部表面の分解図を表している。ヒータ素子アレイ６００は、図１及び２に関して上述したマグネットアセンブリや、同様または同等の任意のマグネットアセンブリに適合する。ヒータ素子アレイ６００は常温ボアの内部表面６４０に取り付けられる。アレイ６００は複数のヒータ素子６４２を含むと共に、常温ボアの温度を一定の所定温度に維持するように構成される。ヒータ素子６４２は接着剤を用いて常温ボア６４０に取り付けられることがある。アレイ６００内のヒータ素子６４２の数は、常温ボア表面６４０の均一な加熱を実現するのに必要な常温ボア表面６４０上における箇所数に基づくことがある。一実施形態ではその一定の所定温度は周囲温度を超える高い温度である。例えばこの高い温度は、最大出力での傾斜加熱から予測される最大常温ボア温度を超える温度とすることがある。一実施形態では、ヒータ素子アレイ６００はグループで制御を受ける。別法として、アレイ６００内の各ヒータ素子６４２は個別に制御されることや、図３及び４に関連して上述のようにヒータ素子６４２の部分組が個別に制御されることがある。
【００２４】
図２を見ると、主磁場Ｂ０のドリフトはさらに、マグネット常温ボア２１８の透磁率を低下させることによって制御されることがある。言及したように、常温ボア２１８は典型的にはステンレス鋼などの金属から製作される。常温ボア２１８向けに使用する金属（例えば、ステンレス鋼）の透磁率を低減させるために、マグネットへの組み上げ前に常温ボア２１８を焼きなまし処理することができる。常温ボア２１８を焼きなまし処理するには、１８５０〜２０５０°Ｆの範囲の温度まで常温ボア２１８を所定の時間期間（例えば、３０分間）にわたって加熱する。次いで常温ボア２１８は室温まで急速に冷却させる。焼きなましは、常温ボア２１８向けに使用する金属の透磁率の低下を含め常温ボア２１８向けに使用する金属の材料特性を変化させる。透磁率が低下したため、常温ボア２１８の（例えば、傾斜コイルからの）加熱に起因する主磁場のドリフトが低下する。常温ボアの焼きなましはさらに、製造過程中に金属の低温加工によって生じる透磁率上昇を低減させることができる。さらに焼きなましは、常温ボア２１８の製造に使用する溶接の透磁率、並びに主磁場の均一性に対する溶接の影響を低減することができる。
【００２５】
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本発明の製作及び使用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添付の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。任意の処理法や方法の各工程の順序及びシーケンスは、代替的な実施形態に応じて変更されるまたは順序構成し直されることがある。
【００２６】
本発明に対してその精神を逸脱することなく別の多くの変更や修正を実施することができる。こうした変更及びその他の変更の範囲は、添付の特許請求の範囲から明らかとなろう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態による例示的な磁気共鳴撮像システムのブロック概要図である。
【図２】一実施形態による例示的なマグネットアセンブリの側方立面断面図である。
【図３】一実施形態による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するためのシステムのブロック概要図である。
【図４】一実施形態による常温ボアの一定温度を維持するために使用される常温ボア上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。
【図５】一実施形態によるうず電流シールド及びヒータ素子アレイを含む様々な素子の相対的位置を表しているマグネットアセンブリの断面概要図である。
【図６】一実施形態による常温ボア表面上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０ ＭＲＩシステム
１２ オペレータコンソール
１３ 入力デバイス
１４ 制御パネル
１６ ディスプレイ
１８ リンク
２０ コンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
３２ システム制御コンピュータ
３２ａ データ接続
３４ リンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ 通信リンク
４２ 傾斜増幅器システム
４４ 生理学的収集制御器
４６ スキャン室インタフェース回路
４８ 患者位置決めシステム
５０ 傾斜コイルアセンブリ
５２ マグネットアセンブリ
５４ マグネット
５６ ＲＦコイル
５８ 送受信器モジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ 患者、撮像対象
７２ 円筒状の患者撮像ボリューム
７６ 表面コイル、並列撮像コイル
２００ マグネットアセンブリ
２０２ 超伝導マグネット
２０４ 傾斜コイルアセンブリ
２０６ ＲＦコイル
２０８ 患者ボリューム、患者スペース
２１０ 患者ボアチューブ
２１２ 中心軸
２１６ マグネット容器
２１８ 常温ボア
２２０ 常温ボア熱センサ
３００ 常温ボアの温度を制御するためのシステム
３２０ 常温ボア熱センサ
３２２ 制御器
３２４ ヒータ素子
３２６ 各ヒータ素子用の熱センサ
３２８ 電流源
４００ ヒータ素子アレイ
４２４ ヒータ素子
４２６ 熱センサ
４４０ 常温ボア
５００ マグネットアセンブリ
５０２ 超伝導マグネット
５０４ 傾斜コイルアセンブリ
５０６ ＲＦコイル
５０８ 患者ボリューム、患者スペース
５１８ 常温ボア
５３０ うず電流シールド
６００ ヒータ素子アレイ
６４０ 常温ボア表面
６４２ ヒータ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、また具体的にはＭＲＩシステムの動作時に主磁場Ｂ０のドリフトを制御するためのシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、Ｘ線やその他の電離放射線を用いずに人体の内部の画像を作成することが可能な医用撮像様式の１つである。ＭＲＩは強力なマグネットを用いて強力で均一な静磁場（すなわち、「主磁場」）を発生させている。人体（あるいは、人体の一部）が主磁場内に置かれると、組織の水の中の水素原子核に関連する核スピンが偏向を受ける。このことは、これらのスピンに関連する磁気モーメントが主磁場の方向に特異的に整列することになり、これによって当該軸（慣例では、「ｚ軸」）の方向に小さな正味の組織磁化が得られることを意味する。ＭＲＩシステムはさらに、電流を加えたときに空間変動する振幅がより小さい磁場を発生させる傾斜コイルと呼ばれる構成要素をさらに備える。典型的には傾斜コイルは、ｚ軸に沿って整列すると共に、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸のうちの１つの方向で位置に応じて振幅が直線的に変動するような磁場成分を発生させるように設計されている。傾斜コイルの効果は単一の軸に沿って、その磁場強度に対してまた同時に核スピンの共鳴周波数に対してわずかな傾斜を生成させることにある。その軸が直交した３つの傾斜コイルを使用すれば、身体内の各箇所において標識共鳴周波数を生成することによってＭＲ信号が「空間エンコード」される。水素原子核の共鳴周波数、あるいはその近傍の周波数にあるＲＦエネルギーのパルスを発生させるためには無線周波数（ＲＦ）コイルが使用される。ＲＦコイルを使用すると核スピン系に対して制御された方式でエネルギーが追加される。次いで核スピンがその静止エネルギー状態まで緩和して戻ると、ＲＦ信号の形でエネルギーが放たれる。この信号はＭＲＩシステムによって検出されて、コンピュータや周知の再構成アルゴリズムを用いて画像になるように変換される。
【０００３】
ＭＲＩシステムでは均一な主磁場Ｂ０が必要であり、この磁場は撮像ボリューム内において広範なパルスシーケンス及びプロトコルにわたって時間的に一様かつ一定に維持すべきである。主磁場が変化すなわちドリフトすると、ＭＲ画像のデータ収集及び再構成を含むＭＲＩシステムの動作性能に悪影響を及ぼしかねない。患者スキャン中に、磁場傾斜を発生させる傾斜コイルアセンブリの傾斜コイル（複数のこともある）は、大量の熱を放散させる。傾斜コイルが発生させる熱は、例えば放射、対流または伝導による加熱によってマグネット常温ボアの温度上昇を生じさせる可能性がある。さらにマグネット常温ボア温度は、うず電流のために上昇することがある。マグネット常温ボア表面は低透磁率のステンレス鋼から製作されるのが典型的であるが、こうしたステンレス鋼は常磁性として知られるような残留透磁率を有することがある。キュリーの法則によれば、常磁性材料の透磁率は材料の温度変化に伴って変化する。したがって傾斜コイル及びうず電流が発生させた熱によってマグネットのステンレス鋼常温ボアが加熱されるとステンレス鋼常温ボアの透磁率が変化する。典型的には常温ボアの透磁率は、常温ボアの温度の上昇に伴って低下することになる。マグネット常温ボアの透磁率の変化は主磁場を変化すなわちドリフトさせ、これがさらに画質にネガティブな影響を与える可能性がある。
【特許文献１】米国特許第７３０１３４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主磁場の変化すなわちドリフトを制御するためのシステム、方法及び装置を提供することが望ましい。マグネット常温ボアの温度及び透磁率に基づいて主磁場の変化すなわちドリフトを制御または補償すると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、その各々が複数のヒータ素子のうちの１つと結合されると共に対応するヒータ素子の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサと、複数の常温ボア熱センサ及び複数のヒータ素子熱センサと結合させた制御器であって、該複数のヒータ素子の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器と、を含む。
【０００６】
別の実施形態では、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための方法は、常温ボアの温度を監視する工程と、複数のヒータ素子内の各ヒータ素子の温度を監視する工程と、各ヒータ素子の温度を調整して常温ボアの所定温度を維持する工程と、を含む。
【０００７】
別の実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、その各々が複数のヒータ素子の１つの部分組と結合されると共に対応するヒータ素子部分組の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサと、複数の常温ボア熱センサ及び複数のヒータ素子熱センサと結合させた制御器であって、複数のヒータ素子の該部分組を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器と、を含む。
【０００８】
別の実施形態では、超伝導マグネットの内部に装着されかつこれによって円周方向に囲繞された傾斜コイルアセンブリを含む磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するための装置は、傾斜コイルアセンブリの外側表面の周りに配置させたうず電流シールドと、常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、同じ参照番号が同じ部分を示している添付の図面に関連して取り上げた以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できよう。
【００１０】
図１は、一実施形態による例示的な磁気共鳴撮像システムのブロック概要図である。このＭＲＩシステム１０の動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及びディスプレイ１６を含むオペレータコンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、リンク１８を介してコンピュータシステム２０と連絡していると共に、オペレータがＭＲＩスキャンを指示し、得られた画像を表示し、画像に対して画像処理を実行しかつデータ及び画像をアーカイブするためのインタフェースを提供する。コンピュータシステム２０は、例えばバックプレーン２０ａを用いることにより提供されるような電気的接続及び／またはデータ接続を介して互いに連絡させた多数のモジュールを含む。データ接続は直接配線のリンクとすること、あるいは光ファイバ接続やワイヤレス通信リンクその他とすることがある。コンピュータシステム２０のモジュールには、画像プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに画像データアレイを保存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２６が含まれる。代替的な一実施形態では、画像プロセッサモジュール２２は、ＣＰＵモジュール２４上の画像処理機能によって置き換えることができる。コンピュータシステム２０は、アーカイブ用媒体デバイス、永続的またはバックアップ用記憶メモリまたはネットワークとリンクさせている。コンピュータシステム２０はさらにリンク３４を介して単独のシステム制御コンピュータ３２と連絡させることもある。入力デバイス１３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、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００１１】
システム制御コンピュータ３２は、電気的接続及び／またはデータ接続３２ａを介して互いに連絡させた１組のモジュールを含む。データ接続３２ａは、直接配線のリンクとすること、あるいは光ファイバ接続やワイヤレス通信リンクその他とすることがある。代替的実施形態では、コンピュータシステム２０及びシステム制御コンピュータ３２のモジュールは同じコンピュータシステムまたは複数のコンピュータシステム上で実現させることができる。システム制御コンピュータ３２のモジュールは、ＣＰＵモジュール３６と、通信リンク４０を介してオペレータコンソール１２と接続したパルス発生器モジュール３８と、を含む。別法としてパルス発生器モジュール３８は、スキャナ装置（例えば、マグネットアセンブリ５２）内に組み込まれることがある。システム制御コンピュータ３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、発生させるＲＦパルス及びパルスシーケンスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを記述した命令、コマンド及び／または要求（例えば、無線周波数（ＲＦ）波形）を送出することによって所望のパルスシーケンスを繰り出す（すなわち、実行する）システム構成要素を操作している。パルス発生器モジュール３８は傾斜増幅器システム４２に接続されて、スキャン中に使用される傾斜パルスのタイミング及び形状を制御する傾斜波形と呼ぶデータを生成している。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者テーブルを所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１２】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器からなる傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜パルスを生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ５０は、超伝導主コイル５４を備えた偏向用超伝導マグネットを含むマグネットアセンブリ５２の一部を形成している。マグネットアセンブリ５２は、全身用ＲＦコイル５６、表面または並列撮像コイル７６あるいはこれら両者を含むことがある。ＲＦコイルアセンブリのコイル５６、７６は、送信と受信の両方をするように構成されること、あるいは送信単独または受信単独向けに構成されることがある。患者または撮像対象７０はマグネットアセンブリ５２の円筒状の患者撮像ボリューム７２内部に位置決めされることがある。システム制御コンピュータ３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６、７６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。別法として、励起された原子核により放出された信号は並列コイルや表面コイル７６など単独の受信コイルによって検知されることがある。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をＲＦコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をＲＦコイル５６に接続させている。送信／受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても単独のＲＦコイル（例えば、並列コイルや表面コイル７６）を使用することが可能となる。
【００１３】
ＲＦコイル５６により検知されたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御コンピュータ３２内のメモリモジュール６６に転送される。典型的には、ＭＲ信号に対応したデータフレームは、画像作成のために後で変換を受けるまでメモリモジュール６６内に一時的に保存される。アレイプロセッサ６８は周知の変換方法（フーリエ変換が最も一般的）を用いて、ＭＲ信号から画像を作成する。これらの画像はリンク３４を介してコンピュータシステム２０に伝達され、ここで画像はメモリ内に保存される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００１４】
図２は、一実施形態による例示的なマグネットアセンブリ（例えば、図１に示したマグネットアセンブリ５２）の側方立面断面概要図である。マグネットアセンブリ２００は、形状が円筒状または環状であり、上述した図１のＭＲＩシステムやＭＲ画像を取得するための同様または同等の任意のシステムと適合する。以下では円筒状のマグネットアセンブリトポロジーを記載しているが、マグネットアセンブリの別のトポロジーにより本明細書に記載した本発明の実施形態を利用することもできることを理解されたい。マグネットアセンブリ２００は、超伝導マグネット２０２、傾斜コイルアセンブリ２０４及びＲＦコイル２０６（ただし、これらだけに限らない）を含む。マグネットコイル、クライオスタット要素、支持体、懸架部材、端部キャップ、ブラケット、その他などの様々な別の要素は明瞭にするために図２から省略してある。円筒状の患者ボリュームまたはスペース２０８は、患者ボアチューブ２１０によって囲繞されている。ＲＦコイル２０６は、患者ボアチューブ２１０の外側表面上に装着されかつ傾斜コイルアセンブリ２０４の内部に装着されている。傾斜コイルアセンブリ２０４はＲＦコイル２０６の周りで共軸性の離間関係で配置させると共に、傾斜コイルアセンブリ２０４はＲＦコイル２０６を円周方向に囲繞している。傾斜コイルアセンブリ２０４は、マグネット２０２の常温ボア２１８の内部に装着されており、またマグネット２０２によって円周方向に囲繞されている。
【００１５】
患者または撮像対象７０（図１参照）は、患者テーブルまたはクレードル（図２では図示せず）上で中心軸２１２（例えば、ｚ軸）に沿ってマグネットアセンブリ２００内に挿入されることがある。中心軸２１２は、マグネット２０２が発生させる主磁場Ｂ０の方向と平行にマグネットアセンブリ２００のチューブ軸に沿って整列させている。ＲＦコイル２０６は、患者または対象に無線周波数パルス（複数のこともある）を印加し、対象から戻されるＭＲ情報を受け取るために使用される。傾斜コイルアセンブリ２０４は時間依存の傾斜磁気パルスを発生させており、これが撮像ボリューム２０８内の各点の空間エンコードに用いられる。
【００１６】
超伝導マグネット２０２は例えば、その各々が同一の大きな電流を流すことが可能な半径方向で整列させかつ長手方向に離間させた幾つかの超伝導主コイル（図示せず）を含むことがある。超伝導主コイルは、患者ボリューム２０８の内部に磁場Ｂ０を生成するように設計される。超伝導マグネット２０２は、超伝導コイルの温度を適当な臨界温度未満に維持し当該コイルが零点抵抗をもつ超伝導状態となるように設計されたマグネット容器２１６（または、クライオスタット）内部の極低温環境内に封入されている。マグネット容器２１６は例えば、マグネットコイルを周知の方式で収容しまた冷却するヘリウム容器と熱シールド（低温シールド）を含むことがある。常温ボア２１８はマグネット容器２１６の円柱状の内側表面によって画定されており、また典型的にはステンレス鋼などの金属から製作されている。
【００１７】
動作時に傾斜コイルアセンブリ２０４から放散される熱は（例えば、放射、対流または伝導によって）マグネットアセンブリ２００の常温ボア２１８の温度を上昇させることがある。常温ボア２１８もさらに傾斜コイルアセンブリ２０４の動作時に発生するうず電流のために加熱されることがある。常温ボア２１８の温度が上昇するにつれて、常温ボアの透磁率が変化し（キュリーの法則に従って低下するのが一般的）、これが主磁場Ｂ０の変化すなわちドリフトを生じさせる可能性がある。このため、常温ボア２１８の温度上昇及び透磁率低下に伴って主磁場が増大することがある。温度誘導による透磁率の変化に由来する主磁場の変化すなわちドリフトを制御する（例えば、最小化する）ために、常温ボア２１８の温度を一定温度に維持させることがある。
【００１８】
図３は、一実施形態による超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するためのシステムのブロック概要図である。システム３００は、図１及び２に関連して上述したマグネットアセンブリ及びＭＲＩシステム、並びに同様または同等の任意のマグネットアセンブリ及びＭＲＩシステムと適合している。システム３００は、複数の常温ボア熱センサ３２０と、複数のヒータ素子３２４と、各ヒータ素子３２４用の熱センサ３２６と、少なくとも１つの制御器３２２と、少なくとも１つの電流源３２８と、を含む。複数の常温ボア熱センサ３２０は、常温ボアの表面に取り付けられる。図２では、複数の常温ボア熱センサ２２０が常温ボア２１８上に位置決めされるように表している。４つの常温ボア熱センサ２２０を表しているが、使用される熱センサ２２０の数はこれより少ないことや多いことがあり得ることを理解されたい。図３を見ると、常温ボア熱センサ３２０は例えば、熱電対、サーミスタ、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、その他とすることがある。一実施形態ではそのＲＴＤは、ＲＴＤ内の金属量を最小限にするために非金属ハウジング（例えば、４ワイヤ白金、Ｔｅｆｌｏｎ収容ＲＴＤ）を備えたＲＴＤである。別の実施形態ではそのＲＴＤは、ＲＴＤ上のＲＦノイズを短絡除去するために短絡用コンデンサを含むことがある。常温ボアの平均温度を得るために常温ボア表面上に常温ボア熱センサ３２０が位置決めされる。例えば様々な実施形態では、常温ボア表面上で４カ所や８カ所に常温ボア熱センサ３２０が位置決めされることがある。常温ボア熱センサ３２０の各々の箇所は、常温ボアの平均温度を十分にトラッキングできるように選択される。常温ボア熱センサ３２０は常温ボア上の対応する箇所における温度を指示する制御器（複数のこともある）３２２に対して信号（複数のこともある）を提供する。
【００１９】
常温ボアの内部表面には複数のヒータ素子３２４が取り付けられる。図３には２つのヒータ素子３２４を図示しているが、システム３００で使用されるヒータ素子３２４の数はこれより多いことがあることを理解されたい。各ヒータ素子３２４には単独の１つの熱センサ３２６を接続させかつ熱的に接触させ、対応するヒータ素子３２４の温度を監視することがある。図４は、一実施形態による常温ボアの一定温度を維持するために使用される常温ボア上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。図４は、常温ボアの内部表面の分解図を表している。アレイ４００は、複数のヒータ素子４２４を含むと共に、常温ボアの温度４４０を一定の所定温度に維持するように構成される。ヒータ素子４２４は、接着剤（例えば、両面テープやのり）を用いて常温ボア４４０に取り付けられることがある。アレイ４００内のヒータ素子４２４の数は常温ボア表面４４０の均一な加熱を実現するのに必要となる常温ボア表面４４０上の箇所数に基づくことが好ましい。一実施形態ではアレイ４００は、５０個を超えるヒータ素子４２４を含む。各ヒータ素子４２４は、単独の１つの熱センサまたは温度監視デバイス４２６（例えば、熱電対、サーミスタ、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、その他）に接続させかつこれと熱的に接触させることがある。図４では明瞭にするために熱センサ（または、温度監視デバイス）４２６を３つだけしか図示していないが、アレイ４００内の各ヒータ素子４２４を単独の１つの熱センサ４２４と結合させることがあることを理解されたい。代替的な一実施形態では、アレイ４００のヒータ素子４２４を部分組すなわちグループに分割することがあり、また各ヒータ素子の部分組すなわちグループは単独の１つの熱センサ４２６と結合させている。各熱センサ４２６は対応するヒータ素子（複数のこともある）４２４の温度を監視するように構成される。各熱センサ４２６は図３に示すように、対応するヒータ素子（複数のこともある）４２４の温度を指示する信号（複数のこともある）を制御器３２２に提供する。
【００２０】
図３を見ると、制御器３２２は常温ボア熱センサ（複数のこともある）３２０及びヒータ素子熱センサ（複数のこともある）３２６と結合されている。制御器（複数のこともある）３２２は例えば、ＭＲＩシステムのコンピュータシステム２０（図１参照）またはシステム制御部３２（図１参照）内に組み入れられることがある。制御器３２２は、各ヒータ素子３２４を制御し常温ボアの温度を一定の所定温度に維持するように構成される。制御器３２２は例えば、計測された常温ボアの温度入力値及びヒータ素子（複数のこともある）３２４の温度入力値に基づいてヒータ素子３２４温度の比例／積分／微分（ＰＩＤ）制御を実現させることがある。制御器３２２は、温度制御式電流源などの電流源（複数のこともある）３２８と結合させている。電流源（複数のこともある）３２８はヒータ素子３２４と結合させている。一実施形態では各ヒータ素子３２４は単独の１つの電流源３２８と結合させている。別の実施形態では、複数のヒータ素子３２４を部分組すなわちグループに分割することがあり、また各ヒータ素子３２４の部分組すなわちグループは単独の１つの電流源３２８と結合させている。電流源（複数のこともある）３２８はＡＣ（交流）電流源とし、ＭＲＩシステムの磁場（複数のこともある）との干渉を生じさせないことが好ましい。
【００２１】
常温ボアの温度及びヒータ素子３２４の温度に基づいて、制御器３２２は電流源（複数のこともある）３２８に制御信号を提供し、これにより各ヒータ素子３２４が発生させた熱を制御して一定の常温ボアの所定温度を維持するように各ヒータ素子３２４に提供する電流を調整または変化させている。幾つかの例では、例えばうず電流に由来する局所的加熱のために常温ボアの加熱が均一でないことがある。したがって制御器３２２及び対応する電流源（複数のこともある）３２８は各ヒータ素子（または、ヒータ素子の部分組）３２４に提供する電流を調整を個別に調整しており、これにより局所加熱の具体的箇所においてヒータ素子３２４に提供される熱は常温ボアの温度を一定に維持する（すなわち、一定の所定温度を維持する）ように制御される。一実施形態ではこの一定の所定温度を周囲温度を超える高い温度とし、これにより常温ボア温度が傾斜コイル加熱による影響を受けないようにしている。例えばこの高い温度は、最大出力での傾斜加熱から予測される最大常温ボア温度を超える温度とすることがある。さらに、所定温度を高く選択することによって、常温ボアの一定温度を維持するために必要に応じてヒータ素子３２４を抑制（ｔｕｒｎｅｄ ｄｏｗｎ）する（すなわち、温度低下させる）ことがある。各ヒータ素子３２４を制御して一定温度を維持することによって、常温ボアの透磁率の温度誘導による変化が低減または排除されると共に、主磁場のドリフトが最小限となる。
【００２２】
上で言及したように、常温ボア２１８（図２参照）はさらに傾斜コイルアセンブリ２０４（図２参照）の動作時に発生する（すなわち、誘導される）うず電流のために加熱されることがある。うず電流が常温ボアを直接加熱させないようにするために、傾斜コイルアセンブリの外部表面上にうず電流シールドが設けられる。図５は、一実施形態によるうず電流シールド及びヒータ素子アレイを含む様々な素子の相対的位置を表しているマグネットアセンブリの断面概要図である。マグネットアセンブリ５００は、超伝導マグネット５０２、傾斜コイルアセンブリ５０４、ＲＦコイル５０６及び患者ボリュームまたはスペース５０８（ただし、これらだけに限らない）を含む。傾斜コイルアセンブリ５０４を囲繞するうず電流シールド５３０と常温ボアの内部表面５１８上のヒータ素子アレイとを組み合わせて用いることによって、常温ボア５１８を一定温度に維持している。うず電流シールド５３０は伝導性の金属から構成されており、数表皮厚（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）すなわち数ミリメートルの厚さを有する。例えばうず電流シールド５３０は傾斜コイルアセンブリ５０４の周りに数層の銅（例えば、銅箔）を巻き付けて構成させることがある。うず電流シールド５３０は（例えば、傾斜コイル円筒の長さ方向に）傾斜コイルアセンブリ５０４の全長にわたって延びることや、あるいは傾斜コイル５０４の寸法長を超えて延びることがある。うず電流シールド５３０はうず電流を減衰させると共に、うず電流が常温ボア５１８を直接加熱するのを防止する。さらにうず電流シールド５３０の熱伝導率がうず電流シールド５３０の周囲のうず電流が発生させる熱を分散させることによって、うず電流の局所的な熱特性を低減するまたは無くすことを可能にする。
【００２３】
マグネットアセンブリ５００はさらに、常温ボア５１８に取り付けられアレイヒータ素子を含む。常温ボア５１８のヒータ素子アレイは、常温ボア５１８を一定温度に保つために所定の温度を維持するように構成される。図６は、一実施形態による常温ボア表面上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。図６は、常温ボアの内部表面の分解図を表している。ヒータ素子アレイ６００は、図１及び２に関して上述したマグネットアセンブリや、同様または同等の任意のマグネットアセンブリに適合する。ヒータ素子アレイ６００は常温ボアの内部表面６４０に取り付けられる。アレイ６００は複数のヒータ素子６４２を含むと共に、常温ボアの温度を一定の所定温度に維持するように構成される。ヒータ素子６４２は接着剤を用いて常温ボア６４０に取り付けられることがある。アレイ６００内のヒータ素子６４２の数は、常温ボア表面６４０の均一な加熱を実現するのに必要な常温ボア表面６４０上における箇所数に基づくことがある。一実施形態ではその一定の所定温度は周囲温度を超える高い温度である。例えばこの高い温度は、最大出力での傾斜加熱から予測される最大常温ボア温度を超える温度とすることがある。一実施形態では、ヒータ素子アレイ６００はグループで制御を受ける。別法として、アレイ６００内の各ヒータ素子６４２は個別に制御されることや、図３及び４に関連して上述のようにヒータ素子６４２の部分組が個別に制御されることがある。
【００２４】
図２を見ると、主磁場Ｂ０のドリフトはさらに、マグネット常温ボア２１８の透磁率を低下させることによって制御されることがある。言及したように、常温ボア２１８は典型的にはステンレス鋼などの金属から製作される。常温ボア２１８向けに使用する金属（例えば、ステンレス鋼）の透磁率を低減させるために、マグネットへの組み上げ前に常温ボア２１８を焼きなまし処理することができる。常温ボア２１８を焼きなまし処理するには、１８５０〜２０５０°Ｆの範囲の温度まで常温ボア２１８を所定の時間期間（例えば、３０分間）にわたって加熱する。次いで常温ボア２１８は室温まで急速に冷却させる。焼きなましは、常温ボア２１８向けに使用する金属の透磁率の低下を含め常温ボア２１８向けに使用する金属の材料特性を変化させる。透磁率が低下したため、常温ボア２１８の（例えば、傾斜コイルからの）加熱に起因する主磁場のドリフトが低下する。常温ボアの焼きなましはさらに、製造過程中に金属の低温加工によって生じる透磁率上昇を低減させることができる。さらに焼きなましは、常温ボア２１８の製造に使用する溶接の透磁率、並びに主磁場の均一性に対する溶接の影響を低減することができる。
【００２５】
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本発明の製作及び使用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添付の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。任意の処理法や方法の各工程の順序及びシーケンスは、代替的な実施形態に応じて変更されるまたは順序構成し直されることがある。
【００２６】
本発明に対してその精神を逸脱することなく別の多くの変更や修正を実施することができる。こうした変更及びその他の変更の範囲は、添付の特許請求の範囲から明らかとなろう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態による例示的な磁気共鳴撮像システムのブロック概要図である。
【図２】一実施形態による例示的なマグネットアセンブリの側方立面断面図である。
【図３】一実施形態による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボアの温度を制御するためのシステムのブロック概要図である。
【図４】一実施形態による常温ボアの一定温度を維持するために使用される常温ボア上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。
【図５】一実施形態によるうず電流シールド及びヒータ素子アレイを含む様々な素子の相対的位置を表しているマグネットアセンブリの断面概要図である。
【図６】一実施形態による常温ボア表面上の例示的なヒータ素子アレイの概要図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０ ＭＲＩシステム
１２ オペレータコンソール
１３ 入力デバイス
１４ 制御パネル
１６ ディスプレイ
１８ リンク
２０ コンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
３２ システム制御コンピュータ
３２ａ データ接続
３４ リンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ 通信リンク
４２ 傾斜増幅器システム
４４ 生理学的収集制御器
４６ スキャン室インタフェース回路
４８ 患者位置決めシステム
５０ 傾斜コイルアセンブリ
５２ マグネットアセンブリ
５４ マグネット
５６ ＲＦコイル
５８ 送受信器モジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ 患者、撮像対象
７２ 円筒状の患者撮像ボリューム
７６ 表面コイル、並列撮像コイル
２００ マグネットアセンブリ
２０２ 超伝導マグネット
２０４ 傾斜コイルアセンブリ
２０６ ＲＦコイル
２０８ 患者ボリューム、患者スペース
２１０ 患者ボアチューブ
２１２ 中心軸
２１６ マグネット容器
２１８ 常温ボア
２２０ 常温ボア熱センサ
３００ 常温ボアの温度を制御するためのシステム
３２０ 常温ボア熱センサ
３２２ 制御器
３２４ ヒータ素子
３２６ 各ヒータ素子用の熱センサ
３２８ 電流源
４００ ヒータ素子アレイ
４２４ ヒータ素子
４２６ 熱センサ
４４０ 常温ボア
５００ マグネットアセンブリ
５０２ 超伝導マグネット
５０４ 傾斜コイルアセンブリ
５０６ ＲＦコイル
５０８ 患者ボリューム、患者スペース
５１８ 常温ボア
５３０ うず電流シールド
６００ ヒータ素子アレイ
６４０ 常温ボア表面
６４２ ヒータ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボア（２１８、４４０）の温度を制御するための装置（３００）であって、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）と、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、
その各々が前記複数のヒータ素子（３２４）のうちの１つと結合されると共に該対応するヒータ素子の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と、
前記複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）及び前記複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と結合させた制御器（３２２）であって、該複数のヒータ素子（３２４）の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器（３２２）と、
を備える装置。
【請求項２】
前記所定温度は周囲温度を超える高い温度である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各ヒータ素子（３２４）及び制御器（３２２）と結合された少なくとも１つの電流源（３２８）をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電流源（３２８）は前記制御器（３２２）から少なくとも１つの制御信号を受け取っている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御信号に応答して、前記少なくとも１つの電流源（３２８）は各ヒータ素子（３２４）に提供する電流を調整している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボア（２１８、４４０）の温度を制御するための装置（３００）であって、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）と、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、
その各々が前記複数のヒータ素子（３２４）の１つの部分組と結合されると共に該対応するヒータ素子部分組の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と、
前記複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）及び前記複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と結合させた制御器（３２２）であって、複数のヒータ素子の前記部分組を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器（３２２）と、
を備える装置。
【請求項７】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの超伝導マグネットの常温ボア（２１８、５１８、６４０）の温度を制御するための装置であって、該ＭＲＩシステムは該超伝導マグネット（５０２）の内部に装着されかつこれによって円周方向に囲繞された傾斜コイルアセンブリ（５０４）を含むと共に、
前記傾斜コイルアセンブリ（５０４）の外側表面の周りに配置させたうず電流シールド（５３０）と、
前記常温ボア（５１８、６４０）の表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（６４２）と、
を備える装置。
【請求項８】
前記うず電流シールド（５３０）は伝導性の金属から構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数のヒータ素子（６４２）は常温ボアの所定温度を維持するように構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）をさらに備える請求項７に記載の装置。
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボア（２１８、４４０）の温度を制御するための装置（３００）であって、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）と、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、
その各々が前記複数のヒータ素子（３２４）のうちの１つと結合されると共に該対応するヒータ素子の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と、
前記複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）及び前記複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と結合させた制御器（３２２）であって、該複数のヒータ素子（３２４）の各々を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器（３２２）と、
を備える装置。
【請求項２】
前記所定温度は周囲温度を超える高い温度である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各ヒータ素子（３２４）及び制御器（３２２）と結合された少なくとも１つの電流源（３２８）をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電流源（３２８）は前記制御器（３２２）から少なくとも１つの制御信号を受け取っている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御信号に応答して、前記少なくとも１つの電流源（３２８）は各ヒータ素子（３２４）に提供する電流を調整している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の超伝導マグネットの常温ボア（２１８、４４０）の温度を制御するための装置（３００）であって、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）と、
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（３２４）と、
その各々が前記複数のヒータ素子（３２４）の１つの部分組と結合されると共に該対応するヒータ素子部分組の温度を監視するように構成された複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と、
前記複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）及び前記複数のヒータ素子熱センサ（３２６）と結合させた制御器（３２２）であって、複数のヒータ素子の前記部分組を制御して常温ボアの所定温度を維持するように構成された制御器（３２２）と、
を備える装置。
【請求項７】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの超伝導マグネットの常温ボア（２１８、５１８、６４０）の温度を制御するための装置であって、該ＭＲＩシステムは該超伝導マグネット（５０２）の内部に装着されかつこれによって円周方向に囲繞された傾斜コイルアセンブリ（５０４）を含むと共に、
前記傾斜コイルアセンブリ（５０４）の外側表面の周りに配置させたうず電流シールド（５３０）と、
前記常温ボア（５１８、６４０）の表面上に位置決めされた複数のヒータ素子（６４２）と、
を備える装置。
【請求項８】
前記うず電流シールド（５３０）は伝導性の金属から構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数のヒータ素子（６４２）は常温ボアの所定温度を維持するように構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記常温ボアの表面上に位置決めされた複数の常温ボア熱センサ（２２０、３２０）をさらに備える請求項７に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１１９２６１（Ｐ２００９−１１９２６１Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３８８７（Ｐ２００８−２８３８８７）
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【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２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【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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