JP7620068B2 - 常伝導電磁石システム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許仮出願第６２／６７２，５２５号（出願日：２０１８年５月１６日、
発明の名称：「Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａ
ｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」）および米国特許仮出願第６２／６７７，５４６号（出願日：２
０１８年５月２９日、発明の名称：「Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」）に基づき優先権を主張し、両仮
特許出願の利益を主張する。両仮特許出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる
。
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）または核磁気共鳴撮像は、高周波パルス、強力な磁場（この強
力な磁場に弱い勾配磁場を印加して修正し、位相および周波数を局所化し、エンコードま
たはデコードする）、身体組織の相互作用を利用して、患者の体内の平面または立体の画
像、スペクトル信号および投影像を取得する非侵襲の撮像技術である。磁気共鳴撮像は、
軟組織の撮像において特に有用性が高く、疾患の診断に利用される場合がある。疾患を診
断するために患者の体内の構造のうち動きがあるものを撮像する必要がある際に、リアル
タイムＭＲＩまたはシネＭＲＩを用いる場合がある。リアルタイムＭＲＩはまた、放射線
治療または画像誘導外科手術等のインターベンショナル処置と共に、さらには、このよう
な処置の計画を作成する際に利用される場合もある。
磁気共鳴撮像システムで利用され得る電磁石構成を開示する。特定の実施形態は、導体
を有する全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状電磁石と、電磁石のエンベロープ内に設けら
れる強磁性材料とを備えるとしてよい。電磁石はギャップが設けられているとしてよく、
強磁性材料は鋼であるとしてよい。一部の変形例では、電磁石は、当該電磁石内で１つの
周方向にのみ電流フローが発生するよう構成されているとしてよい。
電磁石は、磁場強度が少なくとも０．０５テスラの全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状
電磁石として構成されるとしてよい。当該電磁石は、電磁石の主電磁場を生成する導体を
有している。主電磁場は、束状の導体が生成するものではない。一部の変形例では、主電
磁場は、（例えば、１０層未満の）層状の導体によって生成されるとしてよい。
本明細書で開示する電磁石構成は、ファイバーグラス巻型等の、導体を支持する非金属
巻型を利用するとしてよい。層状の導体および非金属巻型は、エポキシで固定することで
組み立てて、剛体を形成するとしてよい。電磁石は、２つの部分に二分割されているとし
てよく、２つの部分は固定構造によって離間させるとしてよく、当該固定構造はカーボン
ファイバーで形成するとしてよい。一実施形態において、利用される導体は、断面積が０
．５平方センチメートルより大きいとしてよい。
別の実施形態において、磁気共鳴撮像システムは、磁場強度が少なくとも０．０５テス
ラで、全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状電磁石を備えるとしてよい。当該電磁石は、電
磁石のエンベロープの少なくとも５０％をカバーする、電磁石の主電磁場を生成するため
の導体を有する。
本明細書で開示する特定のシステムにおいて、常伝導電磁石に電力を供給する電源は、
１８０Ｈｚ以上の周波数での電流変動が１００００分の１（１パーミリアド）より大きい
としてよく、常伝導電磁石自身が実現するフィルタリング機能とは別個に電流フィルター
を含むものではないとしてよい。電源は、シングルチャネル電源であってもよく、能動型
電流制御を行わないとしてよい。特定の実施形態において、当該システムは、電池を備え
るとしてよい。常伝導電磁石は、電池に接続されているとしてよく、当該システムは、電
池が電源によって充電され得るように構成されているとしてよい。当該システムはさらに
、燃料電池を備えるとしてよい。当該システムは、燃料電池が電源と常伝導電磁石との間
に配置されるように構成されるとしてよい。
現在の主題の実施例は、これらに限定されないが、本明細書で説明する内容と一致する
方法、および、説明した特徴のうち１または複数を実装する処理を１または複数の機械（
例えば、コンピュータ等）に実行させるよう構成されている有形で具現化された機械可読
媒体を含む物品を含むとしてよい。同様に、１または複数のプロセッサと、当該１または
複数のプロセッサに結合されている１または複数のメモリとを備えるコンピュータシステ
ムも考案される。メモリは、コンピュータ可読記憶媒体を含み、本明細書で説明する処理
のうち１または複数を、１または複数のプロセッサに実行させる１または複数のプログラ
ムを含有、符号化、記憶等しているとしてよい。現在の主題の１または複数の実施例と一
致するコンピュータ実装方法は、１または複数のデータプロセッサで実装するとしてよい
。当該データプロセッサは、１つのコンピューティングシステムに、または、複数のコン
ピューティングシステムにわたって存在する。このような複数のコンピューティングシス
テムは、互いに接続するとしてよく、１または複数の接続部を介して、複数のコンピュー
ティングシステムのうち１または複数同士を直接接続することによって、データおよび／
もしくはコマンド、または、その他の命令等をやり取りするとしてよい。１または複数の
接続部は、ネットワークを介した接続（例えば、インターネット、ワイヤレスワイドエリ
アネットワーク、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、有線ネット
ワーク等）、等を含むが、これらに限定されない。
本明細書で説明する主題の１または複数の変形例の詳細については、添付図面および以
下の説明に記載する。本明細書で説明する主題のその他の特徴および利点は、明細書およ
び図面から、そして、請求項から明らかになるであろう。本願で開示する主題の特徴は特
定の実施例に基づいて例示を目的として記載しているが、このような特徴に限定されるも
のではないと容易に理解されたい。本開示に続く特許請求の範囲は、保護を求める主題の
範囲を定義するものである。
添付図面は、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成するが、本明細書で開示
する主題の態様を図示すると共に、明細書と組み合わせることで、開示した実施例に対応
付けられている原理の一部の説明となる。図面は以下の通りである。
本開示の特定の態様に応じた、磁気共鳴撮像システムの一例を示す簡略斜視図を示す。
図１に示すようなギャップを持つソレノイド状磁石について主磁場を生成する電磁石の一例を示す簡略断面図である。
本開示の特定の態様に応じた電磁石が有する層を示す簡略断面図および簡略斜視図を示す。
本開示の特定の態様に応じた、フリンジ場を抑制する追加の強磁性材料を備える電磁石を示す簡略断面図である。
本開示の特定の態様に応じた、放射線治療用インターベンショナル装置の一例を組み込んでいる磁気共鳴撮像システムの一例を示す簡略斜視図を示す。
本開示の特定の態様に応じた、ギャップを持つソレノイド状電磁石を二分割した２つの部分の導体の例を２つ示す簡略斜視図である。
本開示の特定の態様に応じた電磁石の一部分の構造の一例を簡略化して示す図である。
本開示の特定の態様に応じた、蛇行チャネルを持つ間接冷却システムを有する電磁石を二分割した２つの部分のうち一方の簡略斜視図を示す。
本開示の特定の態様に応じた、層状の電磁石の間に蛇行チャネルを有する間接冷却システムを示す簡略斜視図である。
本開示の特定の態様に応じた電磁石の内部において隣接レベルにある導体についての配置の例を２つ示す図である。
本開示の特定の態様に応じた、径方向Ｓ字屈曲部を持つ電磁石の一部分の構造の一例を簡略化して示す図である。
本開示の特定の態様に応じた電磁石の構造の一例を簡略化して示す図である。
本開示の特定の態様に応じた電磁石の一部分の別の構造の一例を簡略化して示す図である。
本開示の特定の態様に応じた、電磁石および対応付けられているフィルタリング機能を持つ電源の一例を示す簡略回路図である。
本開示の特定の態様に応じた、電磁石に電力を供給する際に複数の電池を組み合わせて利用する実施例を簡略化して示す図である。
本開示の特定の態様に応じた、電磁石と電源との間に燃料電池が設けられている実施例を簡略化して示す図である。
本開示は、電磁石と共に利用されるさまざまなシステム、装置、方法およびコンピュー
タソフトウェアで利用され得る技術に関する。本明細書で説明する技術の特定の実施形態
は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）で利用される磁石と組み合わせて利用する際に有用性がある
としてよいが、これらの技術は他の用途の電磁石でも利用され得るものと考えられる。
上記の技術を有効活用するものとして本明細書で説明する特定の種類のＭＲＩ用磁石は
、ソレノイド状（つまり、円筒状）常伝導電磁石である（例えば、永久磁石、超電導電磁
石、および、双極電磁石等の非ソレノイド状電磁石と区別する）。本明細書で磁石を説明
する際に「ソレノイド」または「ソレノイド状」という用語を用いる場合、単に、特定の
ＭＲＩのそのような名称が付けられた構成（つまり、円筒状）を意味する。完全なソレノ
イド（例えば、単らせん状に巻き回された導体）と通常説明される磁石構成に決して限定
されるものではない。本明細書で説明するこれらの技術はどのようなサイズのＭＲＩ電磁
石にも利用され得るが、本明細書で説明する主な実施例は全身ＭＲＩシステム用の磁石に
関する。「全身」という用語は、本明細書で用いる場合、身体のうち特定部分を撮像する
ための小型ＭＲＩ（例えば、Ｅｓａｏｔｅ社のＯ－Ｓｃａｎ）、または、獣医学用途、研
究用途のＭＲＩではなく、通常サイズの磁気共鳴撮像システム（例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ
Ｈｅａｌｔｈｉｎｅｅｒｓ社製のＭａｇｎｅｔｏｍ ＡｅｒａおよびＧＥ社のＳｉｇｎ
ａ）を意味する。
全身ＭＲＩ用電磁石の場合、本明細書で説明する技術は任意のＭＲＩ磁場強度で利用可
能であると考えられたい。しかし、０．０５テスラ未満では撮像に悪影響が出る可能性が
あり、０．５テスラを超えると常伝導電磁石であるために必要電力が大きくなる可能性が
ある。本明細書で説明する常伝導ソレノイド状電磁石の具体的な２つの実施例では、磁場
強度が０．１２Ｔおよび０．２Ｔである。
本開示に係る技術は、診断を目的として利用する従来のソレノイド状ＭＲＩシステムで
利用することができるが、図１に図示しているシステムのように、ギャップを有するソレ
ノイド状システムで特に有用性が高いとしてよい。 本開示で「ギャップを有する」磁石
について言及する場合、「オープン」ＭＲＩシステムと通常呼ばれる双極磁石構成とは逆
に、ギャップを有するソレノイド状電磁石（図１に図示している）を含むことを意図して
いる。本明細書で説明するようなシステムである、ギャップを有するシステムは、ＭＲＩ
誘導放射線治療、ＭＲＩ誘導外科手術等のインターベンショナルな用途での有用性が高い
としてよい。このような放射線治療システムの一例を図５に図示している。図５は、直線
加速器の構成要素を含む、磁場シールド構造が取り付けられているガントリーがギャップ
内に設けられている様子を示す。
本明細書で説明する技術は主にＭＲＩで利用される電磁石に適用されるが、これらの特
徴は、目的に関係なく適切な磁石構成でも利用され得る。例えば、より汎用性の高い磁石
システムとは、研究、産業または実用性の高い用途、例えば、磁力切り替え、モータ、発
電機、中継器、スピーカー、磁気分離装置等で利用されているシステムを含むとしてよい
。
図１は、本開示の特定の態様に応じた、磁気共鳴撮像システム（ＭＲＩ）１００の一実
施例を示す図である。図１において、ＭＲＩ１００は、主電磁石１０２と、傾斜磁場コイ
ルアセンブリ１０４と、ＲＦコイルシステム１０６とを備える。ＭＲＩ１００の内部には
、人間である患者１１０が横たわるための患者カウチ１０８がある。
ＭＲＩ１００の主電磁石１０２は、図１に示すように、ギャップ１１６を有し、バット
レス１１４で離間させているギャップを有するソレノイド状電磁石であってよい。「ギャ
ップ」という用語は、本明細書で用いる場合、図１および図２に図示している種類のソレ
ノイド状磁石のギャップ１１６を意味する。患者を撮像のために配置する、双極磁石構成
におけるオープンな空間を意味するものではない。本明細書で考慮する一実施例において
、図１に図示するギャップ１１６は２８ｃｍである。
傾斜磁場コイルアセンブリ１０４は、撮像データの空間エンコードを可能とするべく、
主電磁石１０２の磁場に加えて弱い可変性の磁場を加えるために必要なコイルを含む。傾
斜磁場コイルアセンブリ１０４は、連続的な円筒状アセンブリであってもよいし、図１に
図示しているような分割された傾斜磁場コイルアセンブリであってもよいし、または、利
用している特定のＭＲＩ構成で必要となりえるその他の構成であってもよい。
ＲＦコイルシステム１０６は、患者１１０の体内の水素プロトンのスピンを励起し、患
者１１０からその後放出される信号を受信することを担う。このため、ＲＦコイルシステ
ム１０６は、ＲＦ送信機部分と、ＲＦ受信機部分とを含む。図１の実施例は、ＲＦ送信機
能およびＲＦ受信機能の両方を実行する単一のボリュームコイルを含む。これに代えて、
ＲＦコイルシステム１０６は、送信機能と受信機能とを、ボリュームコイルと、表面コイ
ルとで分割するとしてもよいし、または、送信機能および受信機能の両方を表面コイル内
で提供するとしてもよい。
磁気共鳴撮像システムは、患者１１０からの磁気共鳴撮像データの取得および処理を、
画像再構築を含めて、実行するよう構成されている制御システムを備える。このような制
御システムは、数多くのサブシステム、例えば、傾斜磁場コイルアセンブリ１０４、ＲＦ
コイルシステム１０６、これらのシステムの一部分の動作を制御するサブシステム、およ
び、ＲＦコイルシステム１０６から受信したデータを処理して画像再構築を実行するサブ
システムを含むとしてよい。例えば、インターベンショナル装置（例えば、放射線治療装
置）がＭＲＩ１００と一体化されている場合には、追加の制御システム機能を含むとして
よい。
図２は、ギャップ１１６を含む、図１に図示している主電磁石１０２の断面を簡略化し
て示す図である。傾斜磁場コイル１０４およびＲＦコイル１０６は、この図では図示して
いない。図２では主電磁石１０２について見える４つの断面全てを図示しており、これら
の断面はＭＲＩ１００のボア２００および撮像エリアまたは視野（ＦＯＶ）２０２を取り
囲むように配置されている。
図２は、本開示において具体的に「磁石エンベロープ」と呼ぶ重要な概念について図示
している。「磁石エンベロープ」という用語は、本明細書で用いる場合、図２においてＡ
、Ｂ、ＣおよびＤという文字を参照して説明し得る。この用語は、電磁石の主磁場を発生
させるために用いられる導体の外側境界を意味する。磁石の導体の外側境界が矩形形状で
ない場合、磁石エンベロープは導体の周囲を取り囲むために用いられ得る最小の矩形（ま
たは、不規則な形状の場合はぴったりと適合する凸多角形）を意味するものと理解された
い。例えば、電磁石１０２において「Ｃ」の参照符号を振った隅部の近傍では導体を利用
していないが、磁石エンベロープは、導体の境界を正確に辿るというよりは、隅部「Ｃ」
にまで延伸して矩形を形成する。磁石エンベロープは図において２次元の断面で示すが、
磁石エンベロープは実際には、その断面に対応する３次元の立体全体（つまり、概して、
ソレノイド状の磁石のＺ軸を中心として一定の半径で断面を掃引することで画定される立
体領域）を包含するものと理解されたい。
ギャップを有する磁石において、図２に示すように、「磁石エンベロープ内」は磁石を
二等分した２つの部分両方に含まれる導体が生成する磁石エンベロープの内部を意味する
。図２に図示している例では、磁石エンベロープは、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが画定する領域を
、そして点Ｅ、Ｇ、Ｆ、Ｈが画定する領域を包含するが、磁石のギャップ１１６内の領域
は含まないものと理解されたい。図２の電磁石がギャップを有さない構成の場合、磁石エ
ンベロープはＥ、Ｂ、ＦおよびＤで画定される。
図３は、図１および図２に図示している電磁石１０２の右半分に焦点を置いており、特
に四分割したうち図２の右上部分を示している。この図では、Ｘ軸では磁石のＺ軸に沿っ
た中央の視野（ＦＯＶ）からの距離、そして、Ｙ軸ではソレノイド状磁石のＺ軸からの径
方向の距離を示すべく、実施例に次元を追加している。
図３の構成例では、導体３０２は斜線で影を付けた領域で示し、強磁性材料３０４は黒
く塗りつぶした領域で示し、導体または強磁性材料が存在しないことは白抜き３０６で示
す。
電磁石は、言うまでもなく、輪状の銅線等の導体で形成されている。本明細書で用いる
場合、「導体」という用語は、任意の導電性の輪状部材、コイル、または、電磁石の主磁
場を発生させるために用いられるその他の構造を意味する。本明細書で複数形で用いる場
合、複数の導体（例えば、複数の別個のコイルまたは複数のワイヤ束）を意味することを
意図するだけでなく、複数の「導体」は、技術的には１つの連続した導体であるが、例え
ば、複数の導電性の輪状部材、巻回部分、またはその他の構造を構成する構造も指すとし
てもよい。
本開示の有益な実施例を具体的に１つ挙げると、強磁性材料が電磁石のエンベロープの
内部に含まれている。その例を強磁性材料３０４として図３に図示している。鉄、合金鋼
およびマルテンサイト系ステンレス鋼（しかし、透磁率の低いオーステナイト系ステンレ
ス鋼ではない）等の材料を含むとしてよい。例えば、初期の比透磁率が２０を超える強磁
性材料を利用することができる。マルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステ
ンレス鋼等、初期の比透磁率が低い強磁性材料も可能であるが、非ステンレス系の鋼（例
えば、ＳＡＥ１００６鋼）等、初期の比透磁率が高い材料を利用することが好ましい。
図３は、電磁石のエンベロープ内に強磁性材料を含む一の具体的な実施例を示す図であ
る。この特定の磁石構成では、図３の上下にＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と参照
符号を振っている６層を含む。「層」は、磁石の軸から径方向に所与の距離で配置されて
いる、電磁石を構成する複数の部分を意味するものと理解されたい。図３の例では、層Ｌ
１からＬ６はそれぞれ高さが４ｃｍになるように構成されている。このため、本例では、
層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６において４ｃｍ×４ｃｍの導体が概して円筒形状に
なるように巻き付けられており、Ｌ４において概して円筒状の部材である４ｃｍの厚さの
強磁性材料（例えば、鋼）が設けられている（強磁性材料は図３の下半分では図示してい
ない）。
図３の例は比較的大型で等間隔に配置した導体を利用しているが、本明細書で説明する
有益な技術は「束状」の導体を含む電磁石構成でも利用することができる。例えば、エン
ベロープ内の強磁性材料は、例えば、小型導体がひとまとめにされている束状の導体を１
０個有し、これらが所望の磁場を生成させるべく磁石内の特定の位置に配置されている構
成の電磁石で有益であるとしてよい。
本開示では、図３と同様の電磁石構成の複数の層は全て同じ高さである必要はないと考
えており、強磁性材料層の高さは導体層のいずれかと同じ高さである必要はない。例えば
、一実施形態において、導体層は高さが４ｃｍであって、強磁性層の高さは２ｃｍに過ぎ
ないとしてもよい。
本開示では、電磁石のエンベロープ内に設ける強磁性材料について多くの異なる構成を
考案する。図３の例では完全な層として形成されている強磁性材料を一層含んでいるが、
電磁石は、強磁性材料の複数の層を有するものとして同様に構成されるとしてもよいし、
または、強磁性材料の層が部分的であるとしてもよい。上述した例では円筒形状の強磁性
材料層を考えているが、電磁石エンベロープ内の強磁性材料は円筒形状を持つ必要はない
と考えられたい。さらに、強磁性素子の一部分がエンベロープ内に配置され、その一部分
がエンベロープの外部に延在する場合、このような構成は「エンベロープ内に設けられる
強磁性材料」の構成を満たすものと考える。一部分がエンベロープ内にあり、期待する有
益な結果が得られるためである。別の言い方をすると、図３の層３で図示している強磁性
材料が磁石のＺ軸に沿って、導体が画定するエンベロープを抜けてさらに外部に延伸して
いる場合、このような実施例も本明細書において電磁石の「エンベロープ内」に強磁性材
料を有するものとして理解する。
本開示では特に、本開示に係る技術が、ヨークを持たない磁石構成および磁束戻りがな
い磁石構成で利用されるものと考える。本明細書で説明する「電磁石エンベロープ内に強
磁性材料を有する」磁石構成は、磁束戻りおよびヨークとは区別可能である。例えば、ソ
レノイド状磁石（図２に図示しているもの）の場合、磁束戻りまたはヨークは、磁石の「
エンベロープ内」（上述した参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈで範囲を示す）で
はなくむしろ、磁石のボア２００の内部に配置される。同様に、磁束戻りまたはヨークを
利用するのが一般的な双極磁石構成は、本開示の構成とは区別可能である。
本開示はさらに、主磁場が主に１または複数の永久磁石によって生成される磁石を特に
区別する。このようなシステムは磁石のエンベロープ内に強磁性材料を持つように思える
かもしれないが、本明細書で開示する技術とは別個である。本明細書で開示する技術は、
電磁石に関するものであり、「エンベロープ内」を、電磁石の主磁場を生成するために用
いられる導体のエンベロープ内と定義している。
図３に図示する一構成例において、強磁性材料の量は電磁石の総体積の約１／６、また
は、導体の体積の約１／５であることが分かる。別の実施例では、強磁性層の高さは二分
割されるとしてよく、強磁性材料の総体積は、導体の体積の約１／１０にまで小さくなる
としてもよい。他の実施例では、強磁性材料の体積は、導体の体積の１／２０に過ぎない
としてもよい。特に、強磁性材料の体積および構成は、多岐にわたるとしてよく、Ｃｏｍ
ｓｏｌ ＭｕｌｔｉＰｈｙｓｉｃｓまたはＦａｒａｄａｙ （Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ， Ｉｎｃ．社製）等のソフトウェアで具体
的な磁石構成をモデル化して、（例えば、負の電流ループを駆動するための）電力を追加
で必要とすることなく主磁場の均一性を改善するために十分な磁化電流が強磁性材料内で
発生する構成に想到することによって決定するとしてよい。
本明細書で提案している電磁石構成は追加の強磁性材料を電磁石エンベロープの外部に
含むことに留意されたい。この追加の強磁性材料は、電磁石のフリンジ場を低減するよう
構成されている。このようなフリンジ場を低減する材料４０２の一例を図４に示す。例え
ば、この追加の強磁性材料４０２は、Ｌ字形状の断面を持つ鋼製で厚みが１－２ｃｍの構
造として構成されているとしてよい。このような追加の受動型シールドが構成に含まれて
いる場合、上述した磁石のモデル化の際に、電磁石のエンベロープ内の強磁性材料および
導体と共にそのことを考慮されたい。
強磁性材料を磁石内または磁石近傍に配置する必要があるインターベンショナル用途で
電磁石が利用されている場合、構成および最適な均一性のためのモデル化の際はこのよう
な材料も同様に考慮すべきであることにも留意されたい。図５は、このようなインターベ
ンショナル用途を図示している。具体的には、ＭＲＩ誘導放射線治療システムを図示して
いる。電磁石１０２に加えて、図５は、直線加速器５０８の一部を電磁石の主磁場から保
護するべく磁場シールドシェル５０４が搭載されているガントリー５０２を図示している
。図示しているように、直線加速器の一部５０８は、ＲＦ導波路５０６を利用して接続さ
れているとしてよい。このような構成例によると、磁場シールドシェル５０４は、電磁石
のエンベロープ内に含まれる強磁性材料および導体と共に、電磁石を設計する際に考慮に
入れるべき大量の強磁性材料を含む。
このように実施される本開示の一実施形態は、導体を有する全身ＭＲＩ用の常伝導ソレ
ノイド状電磁石と、当該電磁石のエンベロープ内に設けられている強磁性材料とを備える
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムである。電磁石はギャップが設けられているとしてよく
、強磁性材料は鋼を含むとしてよい。別の実施形態では、強磁性材料の体積は導体の体積
の少なくとも１／６、または、導体の体積の少なくとも１／２０であってよい。特定の構
成では、電磁石は、複数の円筒状の層を含むとしてよく、強磁性材料はこれら複数の円筒
状の層のうちの一の層を含むとしてよい。これに代えて、強磁性材料は、これら複数の円
筒状の層のうちの一の層の一部分を含むとしてもよい。更に別の実施形態において、強磁
性材料は、これら複数の円筒状の層のうち、複数の層を含むとしてもよいし、または、そ
のような複数の層の複数の部分を含むとしてもよい。
多くの既存の磁石構成は、ギャップを有するソレノイド状磁石の構成は特に、磁場にお
いて所望の均一性を実現するためには電磁石において正の方向および負の方向に電流が流
れる必要がある。本明細書で用いる場合、「正」の電流フローは、磁石の主磁場Ｂｏに正
の寄与を与える流れ方向である（例えば、図１の正の流れ方向１１８および主磁場１２２
を参照されたい）。「負」の電流フローは、磁石の主磁場Ｂｏに反対の流れである（例え
ば、図１の負の流れ方向１２０を参照されたい）。これらの周方向の流れパターンは、物
理の右手の法則を鑑みれば、容易に理解され得る。
主磁場の生成について束状の導体を利用する電磁石において、特定の束は正の電流フロ
ーを発生させ、他の束では負の電流フローを発生させるとしてよい。同様に、図３の下部
に図示した電磁石構成については、組み込まれている導体のＳ字型屈曲部の多くの代わり
にＵ字型屈曲部を設けることができるので、電流が負の方向に流れる。
本開示の技術、例えば、強磁性材料を磁石エンベロープ内に含む磁石構成を利用すると
、正の電流フローのみを含む磁石構成が可能になり、ギャップを有する磁石構成であって
も、均一な磁場を満足のいくレベルで発生させることができる。
本開示の一部の実施例において、磁場共鳴雑像システムはこのように、導体を有する全
身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状電磁石と、電磁石のエンベロープ内に設けられている強
磁性材料とを備えるとしてよい。当該システムは、ギャップを有するタイプであってよく
、電磁石は磁石内で１つの周方向にのみ電流フローを発生させるよう構成されているとし
てよい。例えば、主磁場を駆動する束状の導体はそれぞれ、電流の方向が正の方向である
としてよく、または、束状以外の構成の場合、各導体（例えば、図３の下部に図示してい
るもの）は、正の流れの電流のみを発生させるよう構成、屈曲または形成されている。
他の実施形態では、電磁石は負の電流フローが５％未満または１０％未満となるよう構
成されているとしてよい。例えば、図３の実施形態では、導体のうち５％未満または１０
％未満が負の電流フローを発生させるように構成または形成されているとしてよい。別の
言い方をすると、電流ループのうち５％未満または１０％未満は、負の電流フローを発生
させるよう構成されている（例えば、１つのループは、磁石の外周を取り囲む１つの巻回
部を表す）。
負の電流フローを抑制または除去することで、特定の磁石構成では、電源に対する要件
を下げることが可能になる。このようなシステムの特定の実施例を以下で説明し、電源の
サイズの例を説明する。これらの特定のシステム構成および対応付けられている電源サイ
ズは単に例示に過ぎず、他の構成および電源サイズまたはサイズ範囲も考慮されるものと
理解されたい。
本明細書で説明する磁気共鳴撮像システムの特定の実施例は、導体を有する全身ＭＲＩ
用常伝導ソレノイド状電磁石と、ギャップを有する電磁石のエンベロープ内に設けられて
いる強磁性材料とを含むとしてよい。導体は銅で形成されている。このような実施例の一
部では、導体は直接冷却され（例えば、冷却材が導体の中心を流れる）、磁場強度が少な
くとも０．１２テスラで、電源は３０ｋＷ未満または４５ｋＷ未満となるよう構成するこ
とが可能である。別の実施例では、磁場強度が少なくとも０．２テスラで、電源は１００
ｋＷ未満または１４５ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。また別の実施例で
は、磁場強度が少なくとも０．３テスラで、電源は２１０ｋＷ未満または３００ｋＷ未満
となるよう構成することが可能である。導体が間接的に冷却される（例えば、冷却材が導
体の周囲を流れる、または、導体は周囲環境によって自然に冷却される）実施例では、こ
のような電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラで、電源は３５ｋＷ未満または
５０ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。別の実施例では、磁場強度が少なく
とも０．２テスラで、電源は１０５ｋＷ未満または１５０ｋＷ未満となるよう構成するこ
とが可能である。また別の実施例では、磁場強度が少なくとも０．３テスラで、電源は２
３０ｋＷ未満または３３０ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。
本明細書で説明する磁気共鳴撮像システムの他の実施例は、導体を有する全身ＭＲＩ用
常伝導ソレノイド状電磁石と、ギャップを有する電磁石のエンベロープ内に設けられてい
る強磁性材料とを含むとしてよい。導体はアルミニウムで形成されている。このような実
施例の一部では、導体は直接冷却され（例えば、冷却材が導体の中心を流れる）、磁場強
度が少なくとも０．１２テスラで、電源は４５ｋＷ未満または６５ｋＷ未満となるよう構
成することが可能である。別の実施例では、磁場強度が少なくとも０．２テスラで、電源
は１５５ｋＷ未満または２２０ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。また別の
実施例では、磁場強度が少なくとも０．３テスラで、電源は３３５ｋＷ未満または４８０
ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。導体が間接的に冷却される（例えば、冷
却材が導体の周囲を流れる、または、導体は周囲環境によって自然に冷却される）実施例
では、このような電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラで、電源は５０ｋＷ未
満または７０ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。別の実施例では、磁場強度
が少なくとも０．２テスラで、電源は１７０ｋＷ未満または２４５ｋＷ未満となるよう構
成することが可能である。また別の実施例では、磁場強度が少なくとも０．３テスラで、
電源は３６５ｋＷ未満または５２０ｋＷ未満となるよう構成することが可能である。
本開示に係る技術は、上述したように、必要な電力を小さくすることができ、結果とし
て、ギャップを有するソレノイド状電磁石を二分割した２つの部分の間にかかる力を小さ
くすることができる。既存の技術では、ギャップを有するソレノイド状電磁石は、磁石を
構成する２つの部分が非常に大きな力で引き合うが、それらを離間させておくために大規
模な固定構造が必要である。しかも、同時に、磁場の均一性に影響を与え得る相対的な移
動を回避しなければならない。
大規模な固定構造の例は、図１に、バットレス１１４として図示している。この種のバ
ットレスは通常、強固な材料、普通は鋼またはアルミニウム等の金属材料で形成される必
要がある。しかし、本開示の技術によれば、導体を有する全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイ
ド状電磁石と、ギャップを有する電磁石のエンベロープ内に設けられている強磁性材料と
を備える磁気共鳴撮像システムを実現することが可能である。電磁石を二分割した２つの
部分は固定構造によって離間させられており、一部の実施形態では、固定構造は実質的に
非金属製であるとしてよい。「実質的に」非金属とは、磁石を構成する２つの部分が発生
させる力に対抗するべく非金属材料を主に利用する固定構造を意味するものと理解された
い。このような構造で金属材料を含むが負荷を主に負担するものではない限りにおいて、
そのような構造は「実質的に非金属」という表現の範囲に含まれることを意図している。
特定の実施例では、本明細書で提示する固定構造はカーボンファイバーまたはＣＴＥが
ゼロのカーボンファイバーを含むとしてよい。
上述した技術を放射線治療装置と組み合わせる場合、この複合システムは、放射線治療
装置が固定構造を通して治療を行うよう方向付けられるよう構成されているとしてよい。
例えば、固定構造は、磁石を構成する２つの部分の間に配置され、厚みが０．５ｃｍの均
一なカーボンファイバー製の円筒状部材であってよく、熱膨張係数は実質的にゼロであり
、放射線治療用のビームに対する減衰が最小限に抑えられ均一である。
さらに別の実施例では、固定構造は１つの円筒部材または連続的な巻型であってよく、
磁石を構成する２つの部分の間に延在するだけでなく、電磁石アセンブリ自体の内部へも
（例えば、複数の層状の導体の間に配置される巻型として）延在している。
本開示の技術によれば、電磁石の電流に関する要件および加熱を緩和することができ、
さらに、磁石の導体およびそれらを支持する構造に対して加わる力を小さくすることがで
きる。このため、これらの技術により、特定の種類の有益な磁石構成および構築方法を実
現し易くなるとしてよい。例えば、一の特定の実施例において、少なくとも０．０５テス
ラの磁場強度を持つ全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状電磁石を備える磁気共鳴撮像シス
テムは、電磁石の主磁場を発生させる導体を備えるとしてよい。主磁場は、束状の導体が
生成するのではなく、層状の導体が生成するとしてよい。
円筒形状のＭＲＩシステムは通常、束状の導体（つまり、ひとまとめにした複数の導体
を、特定の複数の別個の位置に配置する）を利用して主磁場を発生させるが、本開示の特
定の実施例では、より分散させて配置した導体、例えば、複数の層にわたって分散させた
構成を実現する。このような層状の導体構成の一例を図３に示す。このような構成の詳細
についてはさらに以下で説明する。このような層状の構成は、均一性の高い磁場を発生さ
せることができ、有益な新規の製造方法を実現し易くなるので、束状の導体を利用して主
磁場を発生させる構成に代わり得る。本開示で「主磁場は束状の導体によって生成されな
い」構成と記載する場合、これは、主磁場の全体が、または、主磁場が主に、より分散さ
せた導体構成（例えば、図３を参照して説明した構成と同様）によって生成されることを
意味する。それにもかかわらず、本開示は、少数の束状の導体をこれらの構成と共に利用
することを提案している。このため、「主磁場は束状の導体によって生成されない」と本
明細書で言う場合、束状のものを最低限利用することを考えており、例えば、束状のもの
を利用するが主磁場の生成についてその寄与は１０％を超えないものとする。
本開示で、「層」として構成されている導体を利用して主磁場を生成すると言及する場
合、例えば、ループ状の導体またはコイルが、電磁石の半径の距離において概して円筒形
状に配置され、電磁石の長さの大部分にわたって（または、ギャップを有する磁石の場合
、電磁石の半分の長さの大部分にわたって）延在していることを意味する。図３は、ギャ
ップを有するソレノイド状磁石の層状構成の一例を示す図である。当該構成において、複
数の層として構成されている導体は磁石のＺ軸に沿って約１メートルにわたって、撮像フ
ィールドの中心から約０．２ｍ離れた点から撮像フィールドの中心から約１．２ｍ離れた
点まで、延在または横断する。
主磁場は、図３に図示しているように、複数の層状の導体によって生成され得る。この
構成の電磁石は、同様に図３に図示しているように、そして、上述したように、磁石エン
ベロープ内に強磁性材料を有するとしてよい。
図６は、図３の構成例を、反対側から見た図とともに示す図である。図６は、主磁場を
生成するための５個の別個の層状の導体を示す図である。レベルＬ３は強磁性円筒部材を
挿入するために確保してある。本開示は、さまざまな数の層を用いることを考慮し、層の
数は例えば選択した特定の導体のサイズに応じて決まるものとする。図６の実施例では、
比較的大きな導体を利用する（例えば、４ｃｍ×４ｃｍで直接冷却するために開口したコ
アを持つ）。
別の実施例では、２ｃｍ×２ｃｍの導体を利用するとしてよい。磁場強度が少なくとも
０．０５テスラの全身ＭＲＩ用の常伝導ソレノイド状電磁石および電磁石の主磁場を発生
させる導体の一の具体的な実施例において、主磁場は層状の導体によって生成され、導体
は断面積が０．５０ｃｍ2よりも大きいか、または、０．７５ｃｍ2よりも大きい。
一部の実施例において、導体の一部分は断面積が他の導体の断面積よりも小さいとして
よい。例えば、比較的小型の導体の層は、断面積が、比較的大型の導体の層に比べて約半
分であるとしてよい（例えば、一の層の導体は断面が４０ｍｍ×４０ｍｍで、別の層の導
体は断面が２０ｍｍ×２０ｍｍであるとしてよい）。一部の実施例において、比較的小型
の導体の層は、径方向外側の層に、もしくは、径方向外側の層の近傍に配置されるか、ま
たは、強磁性層（例えば、図６に示すＬ３）の近傍で、もしくは、強磁性層に隣接して配
置されるとしてよい。
本開示の技術を利用した層状の構成によれば、束状の構成および電流要件が高い構成で
通常用いられる大型／強固な金属製巻型が不要になるとしてよい。このため、一部の実施
例において、本明細書で提案する構成の導体は、ファイバーグラス製またはプラスチック
製の円筒形状の巻型など、比較的低い強度の材料で支持されるとしてよい。例えば、層状
の導体は、層同士の間に設けられる１ｍｍの厚みの円筒形状のファイバーグラス製の巻型
で支持するとしてよい。そして、層状の導体および巻型は、エポキシまたはその他の絶縁
材料を利用して組み合わせることで、一体的な剛体とするとしてよい。
図７Ａは、一の特定の実施例の断面を示す図であり、導体層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、
Ｌ６および強磁性材料層Ｌ３が巻型７０２によって分離されており、巻型７０２はガラス
補強ポリマー等の非金属材料で構成されているとしてよい。図７Ａは、電磁石がさらに、
同様の非金属材料で形成されているサイドチーク７０４と、任意でより強度の高い金属材
料、例えば、アルミニウムで形成されている外側巻型７０６とを有する実施例を示す。
一の特定の実施例において、磁場強度が少なくとも０．０５テスラの全身ＭＲＩ用の常
伝導ソレノイド状電磁石は、電磁石の主磁場を発生させる導体を備えるとしてよく、主磁
場は層状の導体によって生成され、電磁石は非金属製の巻型、例えば、ファイバーグラス
製の巻型を利用して導体を支持する。一の実施例は、非金属製の巻型で分離させている少
なくとも２つのソレノイド状の導体層を含む。別の実施例は、有する導体層が１０層未満
であるとしてよい。さらに別の実施例では、導体層および非金属巻型は、例えば、エポキ
シで互いに固定することで組み立てて、剛体を形成するとしてよい。さらに別の実施例で
は、この剛体はさらに、傾斜磁場コイルの少なくとも一部分を含むとしてよい。例えば、
スライス選択コイルのみを組み込むとしてもよいし、またはこれに代えて、傾斜磁場コイ
ル全体を主磁石とエポキシ接合して一体的な剛体を形成するとしてもよい。
図７Ａは、コア７１０を有する導体７０８の例を示す図である。導体７０８は概して正
方形状の断面を持ち、コア７１０は円筒形状で中空であり、直接冷却に利用することがで
きる（例えば、コア７１０内に水または冷却材を流す）。
図７Ｂは、蛇行冷却材チャネルが実現する間接冷却システムを持つ電磁石の一例を示す
図である。一部の実施例において、間接冷却システムは電磁石に対して十分な冷却を行う
ことができるので、電磁石が有する導体のうち一部またはすべては、図７Ａに図示してい
る直接冷却の例のように中空のコア７１０を有するのではなく、中実な導体とすることが
できる。
本開示は、例えば、鞍形状の円形ループ、らせん状ループ、蛇行形状等、さまざまな種
類の冷却チャネルを有する間接冷却システムを提案している。図７Ｂに示すように、蛇行
チャネル７２０は１または複数の直線部分７２２および１または複数の曲線部分７２４を
含むとしてよく、組み合わせると「Ｓ字形状」または「蛇行」チャネル７２０を形成する
。一部の実施例において、蛇行チャネル７２０は、導体または強磁性層のうち１または複
数に隣接しているとしてよく（または巻き回されているとしてよく）、これによって間接
冷却を行う。図７Ｃは、図７Ｂに図示したのと同様の間接冷却システムの一例を示す図で
あるが、蛇行チャネルが導体層および／または強磁性材料層の間に散在している。
蛇行チャネル７２０は、当該チャネル内に冷却材を流すために吸入口および排出口（例
えば７２６）がある。一部の実施例において、吸入口および／または排出口は、冷却のた
めに連通させる上でよりアクセスしやすい電磁石の端部７３０に位置するとしてよい。例
えば、吸入口および排出口は、電磁石のうち、患者側端部またはサービス提供側端部に位
置するとしてよい。
本開示でソレノイド状電磁石または電磁石内のソレノイド状導体層という場合、導体は
完全なソレノイド（つまり、らせん状に均一に巻き回されたコイル）からはある程度外れ
たものであると考えられたい。例えば、一層の導体はＳ字形状の屈曲部を持つとしてよい
（図６では要素６０２として図示している）。
Ｓ字形状の屈曲部構成は、らせん形状構成に代わるものである。これらは、別の製造プ
ロセスであることに加え、モデル化するために用いられるソフトウェアが電流ループを純
粋なリング状の電流として簡略化する場合（この場合、Ｓ字形状の屈曲部構成は、らせん
状の構成よりも、モデルに対する一致度が高くなる）、磁石を設計する際により効果的に
モデル化され得る。
本明細書で「Ｓ字形状の屈曲部」という場合、図中に示すように「Ｓ」を伸ばした状態
の形状であるとしてもよいが、後続のループへの移行が緩やかまたは急（９０度の折り返
しも可能）で後続ループでの電流フローが継続して同じ周方向になることも含むことを意
図している。Ｓ字形状の屈曲部は、らせん形状の構成とは区別され、Ｕ字形状の屈曲部か
らも区別される。Ｕ字形状の場合は、後続ループの電流フローが反対方向になる。
上述したように、特定の電磁石構成は負の電流（つまり、主磁場の方向を打ち消す磁場
を生成する電流）を含み得る。このような負の電流が必要になる場合、本開示のコイルで
はＵ字形状の屈曲部を利用して実現することができる。しかし、上述したように、負の電
流は、電磁石のエンベロープ内に強磁性材料を設けることを含む本開示の技術を利用して
発生を回避しているとしてよい。
特定の実施例では、導体は、ソレノイド状電磁石の軸に平行な方向に層を横断するよう
に配置されるとしてもよい。このような配置は、図６に６０４として図示しており、磁石
のモデル化および構成で、その層の特定の軸位置において電流ループが必要ないと指示さ
れる際に利用されるとしてよい。その他の図示については、このような位置は図３の構成
例に要素３０６として図示している。
一の具体的な実施例において、磁場強度が少なくとも０．０５テスラの全身ＭＲＩ用の
常伝導ソレノイド状電磁石は、電磁場の主磁場を発生させる導体を有するとしてよく、主
磁場は層状の導体によって生成され、導体層は、一の導体がソレノイド状電磁石の軸に平
行な方向に横断する一部分を持つ少なくとも１つの層を含み、この一の導体は断面積が０
．５０ｃｍ2よりも大きいか、または、０．７５ｃｍ2よりも大きいとしてよい。
一部の実施例において、層状の導体は、第１のらせん傾斜を持つらせん状に巻き付けら
れた導体である第１の層と、第１の層に隣接しており、第２のらせん傾斜を持つらせん状
に巻き付けられた導体を含む第２の層とを含むとしてよい。第２のらせん傾斜は第１のら
せん傾斜とは逆である。言い換えると、特定の実施例では、右に傾斜してらせん状に巻き
付けられた導体である層を備えるとしてよく、この層のすぐ内側または外側にある層（つ
まり、次に小さい半径または次に大きい半径にある隣接した層）は、左に傾斜してらせん
状に巻き回された導体である。
均一磁場を生成し易くするよう同様に構成されている他の実施例では、層状の導体は、
第１の方向に屈曲している第１のＳ字状屈曲部を持つ第１の巻き付け導体層と、第１の層
に隣接しており、第２の方向に屈曲している第２のＳ字状屈曲部を持つ第２の巻き付け導
体層を含むとしてよい。第１のＳ字状屈曲部と第２のＳ字状屈曲部とは重なり合っており
、第２の方向は第１の方向とは逆である。このような構成の例は、図８Ａの下部に図示し
ており、外側層８０８が一の方向に屈曲しているＳ字状屈曲部を持ち、隣接する層８１０
は逆方向に屈曲しているＳ字状屈曲部を持ち、各層のＳ字状屈曲部は位置８１２において
重なり合っている。別の構成を図８Ａの上部に図示している。Ｓ字状屈曲部は重なり合っ
ているが、逆方向に屈曲していない。
図８Ｂは、本開示の特定の態様に応じた、径方向に屈曲しているＳ字状屈曲部を持つ電
磁石の一部分の構造の一例を簡略化して示す図である。一部の実施例において、隣接し合
う導体層は１または複数のＳ字状屈曲部８２６で（例えば、概して径方向に）つながって
いるとしてよい。このような構成の一例を図８Ｂに図示している。図８Ｂでは、隣接する
二層の導体層を示しており、第１の巻き付け導体層８２０は、Ｓ字状屈曲部８２６によっ
て、第２の巻き付け導体層８２２につながっている。Ｓ字状屈曲部である接続部分の拡大
図８２４も図示している。一部の実施形態において、隣接する層のうち一方または両方が
（例えば、軸方向に屈曲するＳ字状屈曲部を除いて）らせん状であってもよいし、または
、らせんピッチの代わりに軸方向に屈曲するＳ字状屈曲部を含むとしてもよい。
図８Ｃは、本開示の特定の態様に応じた電磁石の構成の一例を簡略化して示す図である
。この構成例は、ギャップを有する電磁石構成を含み、このギャップに配置されている円
筒状部材を図示している。これらの円筒状部材は、放射線治療用途で直線加速器の構成要
素を保護するべく利用されるとしてよい。特定の実施例において、磁石を二分割した２つ
の部分（８３０、８３２）は、隣接する導体層同士の間の径方向接続部分８３４（例えば
、Ｓ字形状の屈曲部）が同じ方位角に位置しないよう、「回転」させるとしてよい。これ
によって、径方向のＳ字形状の屈曲部である接続部分が発生させる残余方域調和関数が小
さくなるという有益な効果が得られるとしてよい。図８Ｃに示す例で示すように、磁石を
二分割した２つの部分は、互いに相対的に略１８０度回転させたものであるとしてよい。
しかし、他の回転角度、例えば、３０度、４５度、６０度、９０度、１３５度、１５０度
、１６５度等であってもよい。磁石を二分割した２つの部分のうち一方は、「患者端」と
するとしてよく（患者はそこからＭＲＩシステムのボア２００に入る）、他方は「サービ
ス提供側」とするとしてよい。一の実施例において、患者側の径方向接続部分８３４は最
下部（つまり、患者側の磁石部分８３０のうち最も低い箇所）にあってよく、サービス提
供側の径方向接続部分８３６は、最上部（つまり、サービス提供側の磁石部分８３２のう
ち最も高い箇所）にあってよい。他の実施例では、磁石を二分割した２つの部分の角度を
異ならせるとしてもよく（例えば、鉛直に対して、総回転は３０度、４５度、６０度、９
０度、１３５度、１５０度、１６５度であってよく、その結果、径方向接続部は最上部お
よび最下部にはない）、その一方で磁石を二分割した２つの部分の径方向接続部分の間は
略１８０度離間させた状態を維持する。
本開示の磁石構成例において、複数の導体層（例えば、図３のＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５
およびＬ６）を接続して、実質的に一の電流路を形成するとしてよい。このように、電磁
石は一の供給電流で動作するよう構成されるとしてよい。層間接続は、電流フローがそれ
ぞれの層において正になることによって各層が主磁場の生成に肯定的に寄与するように形
成されるとしてよい。ギャップを有する磁石の場合、磁石を二分割した２つの部分は直列
で接続するので、依然として一の供給電流で動作するとしてよい（それ以外の場合は、並
列回路で動作するが、電流量は同じであるとしてよい）。このような有益な構成では、束
毎に電流量を異ならせる必要があることが多い（そして、１または複数の束では負の電流
が必要になることが多い）通常の束状の磁石構成とは対照的に、利用する電源を簡略化す
ることができる。
図９は、層状の導体を採用しないが、同じように主磁場の生成のために導体の配置をよ
り分散させた別の電磁石構成を示す図である。このような構成の実施形態例では、導体が
、例えば、磁石エンベロープの少なくとも４０％、５０％、６０％または７０％を被覆す
る。図９に図示している特定の実施例では、導体が磁石エンベロープの５０％以上を被覆
しており、主磁場を生成するうえで束状の導体９０２を利用している。束状の導体を利用
して主磁場を生成する多くの電磁石構成では非常に小型の導体を利用し得るが、本開示で
は、束状の導体のサイズを大きくして利用することも提案する。図９に図示している一の
具体例において、それぞれの導体９０４は断面が１ｃｍ×１ｃｍである。
このタイプの構成の実施例でも、前述したように、磁石エンベロープ内に強磁性材料を
備えるとしてよい。その一例は、図９の強磁性材料９０６として図示されており、電流フ
ローが磁石内で一の周方向にのみ流れるよう電磁石を構成することができる。例えば、主
磁場を駆動する束はそれぞれ、正の電流方向であるとしてよい。他の実施形態では、電磁
石は負の電流フローが５％未満または１０％未満となるよう構成されているとしてよい。
一の実施例において、導体束は互いに電磁石の軸に平行な方向に横断している導体によっ
て接続されており、実質的に一の電流路を形成して、電磁石には一の供給電流で電力が供
給され得るとしてよい。
電磁石、特に磁気共鳴撮像で利用されるものは、非常に均一性の高い安定した磁場を生
成することが要件となる。このような安定性は、非常に安定した電圧出力および電流出力
（例えば、変動が約数ｐｐｍに過ぎない）を維持する高度なＤＣ電源を利用することで実
現し易くなることが多い。しかし、本開示に係る技術によれば、このような複雑な電源構
成を必要とすることなく均一で安定した磁場を実現することができる。 これらの技術は
、従来のソレノイド状（ギャップを有さない）磁石、ギャップを有するソレノイド状シス
テム、双極型磁石等のさまざまな磁石構成に適用可能である。
本開示で磁気共鳴撮像用の電磁石という場合、このような磁石および対応する電源は、
ＭＲ撮像等で要件とされる撮像磁場の均一性および安定性（例えば、約数ｐｐｍ）が得ら
れるように構成されると仮定される。本明細書で「電源」という場合、この用語は、整流
、フィルタリング、制御等を目的とした任意の関連する電子機器を含む、電磁石に必要な
電力を供給する機能を担う電子機器を包含することを意図している。このような電子機器
は、一のユニットとして存在するとしてもよいし、または、複数の異なる位置またはモジ
ュールに分散しているとしてもよいと考えられる。また、電源は、一の電流を供給するよ
う構成され得るとしてもよいし、または、複数の、場合によっては異なる電流を供給する
マルチチャネル電源であってもよいと本明細書において理解されたい。
ＭＲＩシステム用の電源は通常、変動が約数ｐｐｍに過ぎないＤＣ電流を供給するよう
設計されるが、本開示の技術は、例えば、安定性が１パーミリアドしかない電源で、必要
な磁場の均一性および安定性を実現し得る。一例を挙げると、この安定性のメトリックは
、整流後に本来のＡＣ周波数およびその高調波に存在するＤＣ電流リップルに関係すると
してよい。例えば、本開示の実施例は、１８０Ｈｚ以上の周波数における、または、６０
０Ｈｚ以上の周波数における電流変動が少なくとも１パーミリアドである電源を利用する
としてよい。他の実施例では、１８０Ｈｚ以上の周波数における、または、６００Ｈｚ以
上の周波数における電流変動が少なくとも１パーミルである電源でさえ利用し得る。
このような電源では比較的電流変動が大きく、本明細書で開示するさまざまな電磁石構
成における巻き回された金属製の導体の複素インピーダンスを利用して、実質的にフィル
タリングで除去することができる。後述する一の具体例において、電磁石の一例は、６０
０Ｈｚ超での１５パーミリアドの電流変動をフィルタリングで－９０ｄＢにまで下げるこ
とができる。このように、本開示の実施例は、常伝導電磁石自体が実現するフィルタリン
グ機能とは別個の電流フィルターが無い磁気共鳴撮像システムを含むとしてよい。言い換
えると、このようなシステムは、電流変動を低減する目的で追加する追加構成要素（例え
ば、インダクタの追加）を含んでいない。
別の実施例は、電流フィルターを含むが、このようなフィルターのインダクタンスは、
例えば、５ｍＨ、２ｍＨまたは１ｍＨ未満に限定されるとしてよい。このため、磁気共鳴
撮像システムの一の具体的な実施例は、磁場強度が少なくとも０．０５テスラの全身ＭＲ
Ｉ用の常伝導電磁石と、１８０Ｈｚ以上の周波数で電流変動が少なくとも１パーミリアド
である、電力を常伝導電磁石に供給する電源とを備え、常伝導電磁石自体が実現するフィ
ルタリングと別個の電流フィルターは備えていないとしてもよいし、または、インダクタ
ンスが２ｍＨ未満の電流フィルターを備えるとしてもよい。
本明細書で説明する技術の特定の実施例によれば、シングルチャネル電源を利用するこ
とが可能である。例えば、本明細書で磁石エンベロープ内に強磁性材料を備えるものとし
て説明する特定の電磁石構成では、一の電流が供給され得る。上述したように、これらの
磁石構成は、例えば、さまざまな電流量を供給しなければならない束状の導体および／ま
たは負の電流が不要になるよう、最適化することができる。この結果、複数の電力チャネ
ルを互いに同期させるための複雑な制御システムを必要としない簡略なシングルチャネル
電源を利用することができる。さらに、シングルチャネル電源の低周波数での電流変動は
、マルチチャネル電源の変動に比べて、このような変動の原因となるＭＲＩ制御システム
での対処がより容易である。例えば、ＭＲＩの分光計を利用して、主磁場強度の修正によ
って、電流または電圧での低周波ドリフトを補償するとしてよい。
特定の実施例において、これらの電源は、上述した例に係るギャップを有するソレノイ
ド状磁石構成と組み合わせて利用することができる。例えば、直接冷却されるアルミニウ
ム製の導体を利用する実施例において、電磁石は磁場強度が少なくとも０．１２テスラで
あり、電源は４５ｋＷ以下の電力を供給するよう構成され得る。あるいは、このような構
成には１５５ｋＷ以下の電源を利用するとしてよく、磁場強度は少なくとも０．２テスラ
である。本明細書で教示または具体的に説明している他の構成を考える。
ＭＲＩ用のシングルチャネル電源でさえ通常は、電流および電圧の変動を最小限に抑え
るべく複雑な制御システムを必要とするが、本開示は、能動型の電流制御を含まない電源
の利用（例えば、電流フィードバックループの利用）を考える。
本開示の実施例は、単純なフィルター、例えば、ＬＣフィルターを追加して電圧変動を
制御することを考える。一の実施例において、上述した構成と同様に、２８ｃｍのギャッ
プを有し、全身ＭＲＩを実施するよう構成されており、磁場強度が少なくとも０．１２テ
スラであるソレノイド状電磁石を考える。当該電磁石は、磁石エンベロープ内に強磁性材
料が設けられており、直接冷却されるアルミニウム製の導体を有する。このような構成の
場合のフィルターの一例を図１０に示す。図１０が示す本例は、抵抗が４０ｍΩでありイ
ンダクタンスが４０ｍＨである電磁石である。利用されている電源は、４０Ｖで１０００
Ａを供給するよう構成され得ると共に、６００Ｈｚおよび５７．６ｋＨｚでリップルが１
７６０ｐｐｍであるとしてよい。本例において、Ｌｉｎ＝１ｍＨ、Ｒｉｎ＝１ｍΩ、Ｃｔ
＝５０ｍＦおよびＲｔ＝０．１ｍΩであるフィルターが利用されるとしてよい。このよう
なフィルター特性は、以下の式に基づいて決定するとしてよい。
これらの式は、システムの伝達関数（動的応答）を表している。ゲインのボード線図は
、周波数の関数としてゲイン応答を示すとしてよい（高周波成分は効果的にフィルタリン
グされる）。このような図（または、同等の伝達関数の算出）は、カットオフされる低周
波数より高い望ましくない周波数におけるリップルの大きさを抑制するようフィルターを
設計するための手段となり得る。
別の実施例において、システムにおいて少なくとも部分的に電源の変動を限定するため
に１または複数の電池を利用するとしてよい。上述したフィルターに加えて、または、上
述したフィルターに代えてこのような電池を利用するとしてよい。一の実施例において、
電磁石は、電池に接続されるとしてよく、実質的に電池から電力供給を受けるとしてよく
、システムは電池が電源によって充電され得るように構成されるとしてよい。
電磁石において、電池を充電する電源によって生じ得る電力変動は、複数の電池（例え
ば、２以上）を利用する他の実施例では回避され得る。このような実施例において、電磁
石への電力供給を担う電池は、磁石に電力を供給している間は充電を回避することができ
、電磁石を電力供給している電池を充電する必要がある場合には、電磁石用の電源は、す
でに充電が完了している別の電池に切り替えることができる。言い方を変えると、当該シ
ステムは、常伝導電磁石が複数の電池のうちいずれか１つに接続されている間、複数の電
池のうち別の電池を電源で充電し得るように構成されているとしてよい。
複数の電池を含む実施形態の別の例を図１１に図示し、少なくとも３つの電池を利用す
る。図１１の上部に示すように、スイッチを開閉して、一の電池に電磁石へと電力を供給
させ（しかし、同時に充電は行わない）る一方、残りの電池は充電を行う。最初の電池を
充電する必要がある場合には、電源からすでに切り離されている別の電池から電力供給を
受けるよう電磁石を切り替えるように、スイッチ位置を変更するとしてよい。例えば、第
２の電池を充電するべく接続しているスイッチを、第２の電池と電磁石との間のスイッチ
を磁石に電力を供給するべく閉じる前に、開くとしてよい。このため、３つ以上の電池を
備えるこのようなシステムは、充電中でなく電源の変動の影響を受けていない２つの電池
の間の移行が円滑に行いやすくなるよう構成することができる。言い方を変えると、当該
システムは、少なくとも３つの電池を備えるとしてよく、常伝導電磁石は第１の電池に接
続されている間、第２の電池は充電されるよう構成されているとしてよい。そして、当該
システムはさらに、常伝導電磁石の接続は、この接続を切り替える際に、充電中でない第
３の電池に切り替えられるよう構成されるとしてよい。
所望される場合には、図１１の下部に示すように、全ての電池を充電中として電磁石に
接続して、電磁石を利用していない場合（例えば、次の患者までの間など、ＭＲＩ撮像が
行われていない場合）、電磁石を温かい状態に維持するとしてもよい。
一または複数の電池は、電磁石が電源の変動の影響を受けないようにするために用いら
れるが、本開示はさらに、同様の方法で燃料電池を利用することを提案する。例えば、図
１２に図示するように、システムは、燃料電池が電源と常伝導電磁石との間に配置され、
電源に発生する電圧変動をフィルタリングで実質的に除去するよう構成されるとしてよい
。
本明細書で説明した主題の１または複数の態様または特徴は、デジタル電子回路、集積
回路、特別に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブル
ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアお
よび／またはこれらの組み合わせで実現するとしてよい。これらのさまざまな態様または
特徴は、特定用途型または汎用型にかかわらず少なくとも１つのプログラマブルプロセッ
サ、少なくとも１つの入力デバイスおよび少なくとも１つの出力デバイスを含むプログラ
マブルシステムで実行可能および／または解釈可能な１または複数のコンピュータプログ
ラムにおける実装を含むとしてよい。当該プログラマブルプロセッサは、ストレージシス
テムからデータおよび命令を受け取り、当該ストレージシステムへデータおよび命令を送
信するよう、結合されている。プログラマブルシステムまたはコンピューティングシステ
ムは、クライアント側およびサーバ側を含むとしてよい。クライアントおよびサーバは通
常、互いに離れた位置にあり、通信ネットワークを介してやり取りするのが普通である。
クライアントとサーバの関係は、それぞれのコンピュータで実行されている、互いにクラ
イアント―サーバ関係にあるコンピュータプログラムによって発生する。
これらのコンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリ
ケーション、アプリケーション、コンポーネントまたはコードとも呼ばれるが、プログラ
マブルプロセッサ用の機械命令を含み、高級プロシージャ言語、オブジェクト指向型プロ
グラミング言語、機能プログラミング言語、論理プログラミング言語および／またはアセ
ンブリ言語／機械語で実装され得る。本明細書で用いる場合、「機械可読媒体」（または
「コンピュータ可読媒体」）という用語は、任意のコンピュータプログラム製品、装置お
よび／またはデバイス、例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリおよびプログラマブ
ルロジックデバイス（ＰＬＤ）等を意味する。これらは、機械命令および／またはデータ
をプログラマブルプロセッサに提供するために用いられ、機械可読信号として機械命令を
受信する機械可読媒体を含む。「機械可読信号」（または「コンピュータ可読信号」）と
いう用語は、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するため
に用いられる任意の信号を意味する。機械可読媒体は、非一時的で機械可読型の媒体であ
ってよく、このような機械命令を非一時的な方法、例えば、非一時的ソリッドステートメ
モリまたは磁気ハードドライブまたは任意の等価物となる記憶媒体等と同様の方法で格納
することができる。機械可読媒体は、これに代えてまたはこれに加えて、このような機械
命令を一時的に、例えば、プロセッサキャッシュ、または、１または複数の物理プロセッ
サコアに対応付けられているその他のランダムアクセスメモリ等と同様の方法で格納する
としてよい。
ユーザとのやり取りを実現するべく、本明細書で説明する主題の１または複数の態様ま
たは特徴は、ディスプレイデバイス、例えば、ユーザに情報を表示する陰極線管（ＣＲＴ
）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタと、ユーザ
がコンピュータに入力を行うためのキーボードおよびポインティングデバイス、例えば、
マウスまたはトラックボール等とを含むコンピュータで実装され得る。他の種類のデバイ
スを利用してユーザとのやり取りを実現するとしてもよい。例えば、ユーザに与えられる
フィードバックは、任意の形式のセンサフィードバックであってよく、例えば、視覚フィ
ードバック、聴覚フィードバック、または、触覚フィードバック等である。ユーザからの
入力は、これらに限定されないが、音響入力、音声入力または触覚入力等の任意の形式で
受信するとしてよい。他の可能な入力デバイスとしては、これらに限定されないが、タッ
チスクリーンまたはその他のタッチセンサ式デバイス、例えば、シングルポイント型また
はマルチポイント型の抵抗膜方式トラックパッドまたは静電容量方式トラックパッド、音
声認識用のハードウェアおよびソフトウェア、光スキャナ、光ポインタ、デジタルイメー
ジキャプチャデバイスおよび対応する解釈ソフトウェア等が含まれる。
上記の記載および特許請求の範囲において、「～のうち少なくとも１つ」または「～の
うち１または複数」等の表現の後に、複数の要素または特徴が接続詞と共に並べられるこ
とがある。「および／または」という用語も、２つ以上の要素または特徴が列挙される際
に記載される場合がある。これらの表現は、使用されている文脈において暗示的または明
示的に相反する記載がない限り、列挙した要素または特徴のうちいずれかを個別に、また
は、記載した要素または特徴のうちいずれかと残りの要素または特徴の何れかとを組み合
わせたものを意味することを意図しているものである。例えば、「ＡおよびＢのうち少な
くとも１つ」、「ＡおよびＢのうち１または複数」および「Ａおよび／またはＢ」という
表現はそれぞれ、「Ａのみ」、「Ｂのみ」または「ＡおよびＢ」を意味することを意図し
ている。３つ以上が列挙されている場合も同様の解釈をするものとする。例えば、「Ａ、
ＢおよびＣのうち少なくとも１つ」、「Ａ、ＢおよびＣのうち１または複数」および「Ａ
、Ｂおよび／またはＣ」という表現はそれぞれ、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ｃのみ」、
「ＡおよびＢ」、「ＡおよびＣ」、「ＢおよびＣ」または「ＡおよびＢおよびＣ」を意味
することを意図している。「～に基づき」という用語を上記の説明および特許請求の範囲
で用いる場合、記載していない特徴または要素も考慮され得るように、「～に少なくとも
部分的に基づいて」を意味することを意図する。
本明細書で説明する主題は、所望の構成に応じて、システム、装置、方法、コンピュー
タプログラムおよび／または物品で具現化され得る。添付図面で図示する、および／また
は、本明細書で説明する任意の方法またはロジックフローは、所望の結果を実現するため
に必ずしも図示している特定の順序または逐次順序が必要なわけではない。上記の説明に
記載した実施例は、本明細書で説明する主題に一致した全ての実施例を代表するものでは
ない。そうではなく、説明している主題に関するさまざまな態様に一致している一部の例
に過ぎない。上記でいくつか変形例を詳細に説明したが、他の点で変形または追加をする
ことも可能である。具体的には、本明細書で記載した内容に加えてさらなる特徴および／
または変形を行うこともできる。上述した実施例は、開示した特徴のさまざまなコンビネ
ーションおよびサブコンビネーション、および／または、上述したさらなる特徴のコンビ
ネーションおよびサブコンビネーションに関するとしてよい。さらに、利点を上記で説明
したが、これらの利点のうちいずれかまたはすべてを実現するプロセスおよび構造に請求
項の適用を限定することを意図したものではない。
これに加えて、各セクションのタイトルは、本開示に基づく請求項に記載されている発
明を限定または特徴付けるものではない。さらに、「背景技術」に記載した技術の説明は
、当該技術が本開示の発明に対する先行技術と認めたものと解釈されるべきではない。「
発明の概要」の記載もまた、請求項に記載されている本発明を特徴付けるものと解釈され
るべきではない。さらに、本開示に全体的に言及する場合、または、「発明」という用語
を単数形で使用する場合、以下に記載する請求項の範囲に対する限定を暗示していること
を意図するものではない。本開示に基づく複数の請求項の限定事項にしたがって複数の発
明を記載するとしてよい。したがってこれらの請求項は、保護すべき複数の発明およびそ
れらの複数の均等物を定義する。

Claims (34)

  1. 磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムであって、
    全身ＭＲＩ用の常伝導電磁石であって、磁場強度が少なくとも０．０５テスラであり、前記常伝導電磁石の主磁場を生成するための導体を有する、常伝導電磁石と、
    前記常伝導電磁石に電力を供給するための電源であって、１８０Ｈｚ以上の周波数において１万分の１から１０００分の１の間の電流変動を有する電源と、
    を備える、システム。
  2. 前記常伝導電磁石が、ギャップを有さないソレノイド状電磁石である、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記常伝導電磁石自身が実現するフィルタリング機能とは別個に、電流フィルターを含まない請求項１記載のシステム。
  4. 前記常伝導電磁石自身が実現するフィルタリング機能とは別個に、インダクタンスが２ｍＨ未満のインダクタからなる電流フィルターをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記電源はシングルチャネル電源である、請求項１に記載のシステム。
  6. 主磁場強度の修正によって、低周波電流ドリフトまたは低周波電圧ドリフトを補償するように構成された、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記電源は能動型電流制御を行わない、請求項１に記載のシステム。
  8. 電圧変動を制御するフィルターをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  9. 電圧変動を制御する前記フィルターがＬＣフィルターである、請求項８に記載のシステム。
  10. 電池をさらに備え、前記常伝導電磁石は前記電池に接続され、前記システムは前記電池が前記電源によって充電されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
  11. 複数の電池をさらに備え、前記システムは、前記常伝導電磁石が前記複数の電池のうちの１つに接続されている間、前記複数の電池のうちの別の電池が前記電源によって充電され得るように構成される、請求項１に記載のシステム。
  12. 少なくとも３つの電池をさらに備え、前記システムは、前記常伝導電磁石が第１の電池に接続されている間、第２の電池は充電されるよう構成され、前記システムはさらに、前記常伝導電磁石の接続は、当該接続を切り替える際に充電中でない第３の電池に切り替えられるよう構成される、請求項１に記載のシステム。
  13. 燃料電池をさらに備え、前記システムは、前記燃料電池が前記電源と前記常伝導電磁石との間に配置されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
  14. 前記常伝導電磁石がソレノイド状であり、ギャップを有し、前記常伝導電磁石のエンベロープ内に設けられる強磁性材料を含む、請求項１に記載のシステム。
  15. 前記導体は直接冷却される、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記導体は銅である、請求項１４に記載のシステム。
  17. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラであり、電源は３０ｋＷ未満である、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．２テスラであり、電源は１００ｋＷ未満である、請求項１６に記載のシステム。
  19. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．３テスラであり、電源は２１０ｋＷ未満である、請求項１６に記載のシステム。
  20. 前記導体はアルミニウムである、請求項１４に記載のシステム。
  21. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラであり、電源は４５ｋＷ未満である、請求項２０に記載のシステム。
  22. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．２テスラであり、電源は１５５ｋＷ未満である、請求項２０に記載のシステム。
  23. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．３テスラであり、電源は３３５ｋＷ未満である、請求項２０に記載のシステム。
  24. 前記導体は間接的に冷却される、請求項１４に記載のシステム。
  25. 前記間接的な冷却を行うために、前記導体の少なくとも１つに隣接する蛇行冷却材チャネルをさらに備える、請求項２４に記載のシステム。
  26. 前記蛇行冷却材チャネルは、前記ＭＲＩシステムのうち、患者側端部またはサービス提供側端部に位置する吸入口および排出口を含む、請求項２５に記載のシステム。
  27. 前記導体は銅である、請求項２４に記載のシステム。
  28. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラであり、電源は３５ｋＷ未満である、請求項２７に記載のシステム。
  29. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．２テスラであり、電源は１０５ｋＷ未満である、請求項２７に記載のシステム。
  30. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．３テスラであり、電源は２３０ｋＷ未満である、請求項２７に記載のシステム。
  31. 前記導体はアルミニウムである、請求項２４に記載のシステム。
  32. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．１２テスラであり、電源は５０ｋＷ未満である、請求項３１に記載のシステム。
  33. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．２テスラであり、電源は１７０ｋＷ未満である、請求項３１に記載のシステム。
  34. 前記常伝導電磁石は、磁場強度が少なくとも０．３テスラであり、電源は３６５ｋＷ未満である、請求項３１に記載のシステム。
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