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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-16
(54)【発明の名称】３Ｄ印刷ＭＲＩコイル、ファントム及びシミング素子
(51)【国際特許分類】
A61B 5/055 20060101AFI20240208BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
A61B5/055 355
G01N24/00 100A
A61B5/055 350
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023550007
(86)(22)【出願日】2022-02-18
(85)【翻訳文提出日】2023-09-11
(86)【国際出願番号】 EP2022054035
(87)【国際公開番号】W WO2022175426
(87)【国際公開日】2022-08-25
(31)【優先権主張番号】21158173.1
(32)【優先日】2021-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】21179597.6
(32)【優先日】2021-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512320560
【氏名又は名称】カトリック ユニヴェルシテット ルーヴェン
(74)【代理人】
【識別番号】100088904
【弁理士】
【氏名又は名称】庄司 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100124453
【弁理士】
【氏名又は名称】資延 由利子
(74)【代理人】
【識別番号】100135208
【弁理士】
【氏名又は名称】大杉 卓也
(74)【代理人】
【識別番号】100183656
【弁理士】
【氏名又は名称】庄司 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100224786
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 卓之
(74)【代理人】
【識別番号】100225015
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 彩夏
(74)【代理人】
【識別番号】100231647
【弁理士】
【氏名又は名称】千種 美也子
(72)【発明者】
【氏名】アメルート，ロブ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンデュッフェル，ハンネ
(72)【発明者】
【氏名】パーラ，セサル
【テーマコード（参考）】
4C096
【Ｆターム（参考）】
4C096AB42
4C096AD10
4C096CA23
4C096CC06
4C096CC40
4C096FC20
(57)【要約】
本発明は、測定される物体の形状に適合される、1つ以上の3D印刷中空素子を備えるMRI測定又はNMR測定の構成であって、3D印刷素子のうちの1つ以上において、素子の壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製され、上記壁を有する素子のうちの少なくとも1つにおいて、チャネルが、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで構成されることを特徴とする、構成に関する。
【選択図】図6
【選択図】図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定される物体の形状に適合される、1つ以上の3D印刷中空素子を備えるMRI測定又はNMR測定の構成であって、前記3D印刷素子のうちの1つ以上において、該素子の壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製され、前記壁を有する前記素子のうちの少なくとも1つにおいて、チャネルが、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで構成されることを特徴とする、構成。
【請求項2】
前記材料プラグは、電気回路又はそのいくつかの部分を形成する、請求項1に記載の構成。
【請求項3】
前記素子はループを形成する、請求項1又は2に記載の構成。
【請求項4】
前記チャネルは、誘電性材料、導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料の不混和性材料プラグを備える、請求項1又は2に記載の構成。
【請求項5】
前記チャネルは導電性材料を備え、誘電性材料又は高い電気抵抗を有する材料を更に備える、請求項1～4のいずれか1項に記載の構成。
【請求項6】
前記1つ以上の3D印刷素子の全てにおいて、前記素子の前記壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性材料から作製される、請求項1～5のいずれか1項に記載の構成。
【請求項7】
UV硬化性材料から作製される前記素子の前記壁は、単一のチャネルを形成する、請求項1～6のいずれか1項に記載の構成。
【請求項8】
動物又は人間の被検体の身体又は身体部位の解剖学的組織に適合される、請求項1～7のいずれか1項に記載の構成。
【請求項9】
前記電気回路のうちの1つ以上は、1つ以上の電子回路基板と接続され、それによって、前記個々の素子の整合、同調、離調、及びデカップリングの制御を可能にする、請求項1～8のいずれか1項に記載の構成。
【請求項10】
3D印刷素子は、VAT重合又は直接材料溶融印刷によって製造される、請求項1～9のいずれか1項に記載の構成。
【請求項11】
前記3D印刷素子はフレキシブルである、請求項1～10のいずれか1項に記載の構成。
【請求項12】
前記素子の温度を制御する材料を有する追加のチャネルを更に備える、請求項1～11のいずれか1項に記載の構成。
【請求項13】
RF信号の送信、RF信号の受信、又は磁場の均一化から選択される1つ以上の役割における、請求項1～12のいずれか1項に記載の構成の使用。
【請求項14】
請求項1～12のいずれか1項に記載の構成を製作する方法であって、a）測定される物体の幾何学的データを準備することと、
b）前記構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、前記物体の形状に適合するループ又は素子の構成の外部形状を定義することと、
c）電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算することと、
d）ステップb）及びステップc）における前記計算に従って前記素子又はループの構成を3D印刷することであって、前記素子又は前記ループの壁は、1つ以上のチャネルを形成し、UV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製されることと、
e）d）において準備された前記ループ又は前記素子のうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つのチャネルを、ステップシステムc）において計算された前記分量及び前記シーケンス送達に従って、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで充填することと、
を含む、方法。
【請求項15】
前記素子はループとして印刷される、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
チャネル又はチャネルの指定された部分を誘導性コンポーネントで充填することが、前記チャネルの前記指定された部分を導電性材料で充填することによって行われるか、又は、コイル構成の前記指定された部分の内部壁又は外部壁のいずれかを導電性層で電気メッキすることによって行われる、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
等価RLC回路の容量性コンポーネントが、容量性コンポーネントに指定された前記チャネルのセクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される、請求項15又は16に記載の方法。
【請求項18】
前記等価RLC回路の誘導性コンポーネントが、誘導性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される、請求項14又は16に記載の方法。
【請求項19】
前記等価RLC回路の前記抵抗は、抵抗性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって取得される、請求項15又は16に記載の方法。
【請求項20】
前記容量性コンポーネントは、前記チャネルを導電性流体及び高誘電性流体で充填することによって交互に充填され、更なる接続が、異なる素子又はループの前記チャネルが複数のキャパシターを初期の直列構成ではなく並列に形成するように前記ループ又は前記素子を接続する、請求項15～19のいずれか1項に記載の方法。
【請求項21】
電磁シミュレーションソフトウェアを使用して、実験要件に基づく性能要件を満たす前記電子回路を設計するステップを更に含む、請求項15～20のいずれか1項に記載の方法。
【請求項22】
複数のループ又は素子が接続され、複数のチャネルが材料プラグの単一のシーケンスで充填される、請求項15～21のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、NMR/MRI/MRS及び付加製造によって製作される他のMR関連用途における使用に適した電子回路に関する。
【背景技術】
【0002】
核磁気共鳴（NMR：nuclear magneticresonance）／磁気共鳴画像（MRI：magneticresonance imaging）／磁気共鳴スペクトロスコピー（MRS：magnetic resonance spectroscopy）スキャナーの使用は、（i）RF場及びB0場の均一性の欠如と、（ii）不十分な信号対雑音比（SNR：signal-to-noise ratio）とによって制約される。
【0003】
xを表面コイルからの距離とすると、SNRは1/x3でスケーリングするので、表面コイルを被検体の可能な限り近くに配置することが非常に重要である。そのような被検体固有のRFコイルの高いコストは、臨床用途に適応した設計を妨げる。
【0004】
スクリーン印刷コイルは、この問題の克服において最も見込みのある進展をもたらしてきた。スクリーン印刷コイルはセミフレキシブルであり、したがって、より容易に患者の形を取ることができる。被検体によりぴったりとフィットすることによって、SNRが増加すると同時に、より広い範囲の患者のサイズ及び形状の撮像が可能になる。スクリーン印刷によるコイルの製造は煩雑である。スクリーン印刷ペーストが、スキージーをスクリーン上で移動させることによってスクリーンを通ってフレキシブル基板上に押し出される。各印刷層は、その後、炉で乾燥される。後処理の後、電子コンポーネントがスクリーン印刷コイル上にはんだ付けされ、電子回路が完成される。これらのディスクリートコンポーネントは、電子回路の効率的な同調／整合／離調及びデカップリングに必要とされるインダクター、キャパシター、及び抵抗器からなり、コイルの効率的なエネルギー伝達を保証する。最後に、コイルが印刷されたフレキシブル基板は、撮像対象の身体部位の周囲に湾曲することができる。
【0005】
スクリーン印刷コイルは、任意に複雑な3D物体の周囲に巻き付けられた2D印刷物であるので、患者に十分コンフォーマルなNMR/MRIコイルを製作する能力を欠いている。その上、スクリーン印刷コイル上への電子コンポーネントの手動のはんだ付けは、高精度の手作業を必要とし、その結果、時間効率が良くなく、全体的なコイルのコストを高くする。
【0006】
代替として、非特許文献1が、ステレオリソグラフィーによってチャネルを印刷し、これらのチャネルを液体金属で連続して充填することによってMRプローブヘッドを3D印刷することを提案している。この手法は、プローブヘッド設計により多くの自由度をもたらすが、特にMRI用途のより複雑なコイルを目標としたときに、プローブヘッドの効率的な使用に必要とされる電子コンポーネントを統合するという問題を依然として克服していない。
【0007】
非特許文献2及び非特許文献3は、導電性印刷素子及び容量性印刷素子を備える3D印刷NMR/MRIコイルを開示している。
【0008】
B0の不均一性は、多くの場合に、被検体自身によって誘発される。各患者の解剖学的組織は異なるため、同様に、誘発される不均一性も異なる。これらの不要な不均一性を無にするために、受動シミング及び／又は能動シミングを適用することができる。現在の受動シミング技法は、常磁性素子、反磁性素子又は強磁性素子の反復的な手動配置を必要とするので煩雑である。能動シミングは、反対磁場を生成するために可変電流が特殊化されたコイルを通って誘導されるので、必要とされる手作業は少なくなる。現在の能動シミング技法は、主として、不均一場の低い調波成分のみをキャンセルすることに焦点を当てているので、複雑なB0の歪をキャンセルすることは可能でない。これは、特定の被検体にフィットするように特別に作製された能動シミングコイルを製造することが困難であり、高コストであることに起因する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】Xie et al. (2020) Nat Commun 11, 5793
【非特許文献2】Corea et al. (2016) 7:10839
【非特許文献3】Horch & Gore (2017) Magn Reson Imaging S0730-725X(17)30004-8
【発明の概要】
【0010】
本発明は、SLA樹脂（複数の場合もある）にチャネルを印刷することによってMRコイルを3D印刷することを開示している。これらのチャネルは、その後、1つ以上の材料を用いて充填／被覆／メッキされ、電磁場のプローブ及び／又は生成及び／又はB0の受動的な均一化に適した電子回路が得られる。チャネルは、電子回路に必要とされる全ての電子コンポーネント（抵抗器、キャパシター、インダクター）を本来的に収容するとともに患者の特定の解剖学的組織にぴったりとフィットするように設計／充填される。これによって、ディスクリート電子コンポーネントを3D印刷電子回路に手動ではんだ付けする必要なく、電子回路を同調／整合／デカップリング／離調することが可能になる。電子回路の効率を最大化するために、チャネルの新規のマルチ材料充填手法が適用される。
【0011】
本発明は、以下のステートメントに更に要約される。
【0012】
1．測定される物体の形状に適合される、1つ以上の3D印刷中空素子を備えるMRI測定又はNMR測定の構成であって、前記3D印刷素子のうちの1つ以上において、該素子の前記壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製され、前記壁を有する前記素子のうちの少なくとも1つにおいて、チャネルが、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで構成されることを特徴とする、構成。
【0013】
2．前記材料プラグは、電気回路又はそのいくつかの部分を形成する、ステートメント1に記載の構成。
【0014】
3．前記素子はループを形成する、ステートメント1又は2に記載の構成。
【0015】
4．前記チャネルは、誘電性材料、導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料の不混和性材料プラグを備える、ステートメント1又は2に記載の構成。
【0016】
5．前記チャネルは導電性材料を備え、誘電性材料又は高い電気抵抗を有する材料を更に備える、ステートメント1～4のいずれか1つに記載の構成。
【0017】
6．前記1つ以上の3D印刷素子の全てにおいて、前記素子の前記壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性材料から作製される、ステートメント1～5のいずれか1つに記載の構成。
【0018】
7．UV硬化性材料から作製される前記素子の前記壁は、単一のチャネルを形成する、ステートメント1～6のいずれか1つに記載の構成。
【0019】
8．動物又は人間の被検体の身体又は身体部位の解剖学的組織に適合される、ステートメント1～7のいずれか1つに記載の構成。
【0020】
9．前記電気回路のうちの1つ以上は、1つ以上の電子回路基板と接続され、それによって、前記個々の素子の整合、同調、離調、及びデカップリングの前記制御を可能にする、ステートメント1～8のいずれか1つに記載の構成。
【0021】
10．3D印刷素子は、VAT重合又は直接材料溶融印刷によって製造される、ステートメント1～9のいずれか1つに記載の構成。
【0022】
11．前記3D印刷素子はフレキシブルである、ステートメント1～10のいずれか1つに記載の構成。
【0023】
12．前記素子の温度を制御する材料を有する追加のチャネルを更に備える、ステートメント1～11のいずれか1つに記載の構成。
【0024】
13．RF信号の送信、RF信号の受信、又は磁場の均一化から選択される1つ以上の役割における、ステートメント1～12のいずれか1つに記載の構成の使用。
【0025】
14．ステートメント1～12のいずれか1つに記載の構成を製作する方法であって、
a）測定される物体の幾何学的データを準備することと、
b）前記構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、前記物体の形状に適合するループ又は素子の構成の外部形状を定義することと、
c）前記電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算することと、
d）ステップb）及びステップc）における前記計算に従って前記素子又はループの構成を3D印刷することであって、前記素子又は前記ループの前記壁は、1つ以上のチャネルを形成し、UV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製されることと、
e）d）において準備された前記ループ又は前記素子のうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つのチャネルを、ステップシステムc）において計算された前記分量及び前記シーケンス送達に従って、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで充填することと、
を含む、方法。
a）測定される物体の幾何学的データを準備することと、
b）前記構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、前記物体の形状に適合するループ又は素子の構成の外部形状を定義することと、
c）前記電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算することと、
d）ステップb）及びステップc）における前記計算に従って前記素子又はループの構成を3D印刷することであって、前記素子又は前記ループの前記壁は、1つ以上のチャネルを形成し、UV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製されることと、
e）d）において準備された前記ループ又は前記素子のうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つのチャネルを、ステップシステムc）において計算された前記分量及び前記シーケンス送達に従って、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで充填することと、
を含む、方法。
【0026】
15．前記素子はループとして印刷される、ステートメント14に記載の方法。
【0027】
16．チャネル又はチャネルの指定された部分を誘導性コンポーネントで充填することが、前記チャネルの前記指定された部分を導電性材料で充填することによって行われるか、又は、前記コイル構成の前記指定された部分の前記内部壁又は外部壁のいずれかを導電性層で電気メッキすることによって行われる、ステートメント15に記載の方法。
【0028】
17．前記等価RLC回路の容量性コンポーネントが、容量性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される、ステートメント15又は16に記載の方法。
【0029】
18．前記等価RLC回路の誘導性コンポーネントが、誘導性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される、ステートメント14又は16に記載の方法。
【0030】
19．前記等価RLC回路の前記抵抗は、抵抗性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって取得される、ステートメント15又は16に記載の方法。
【0031】
20．前記容量性コンポーネントは、前記チャネルを導電性流体及び高誘電性流体で充填することによって交互に充填され、更なる接続が、異なる素子又はループの前記チャネルが複数のキャパシターを前記初期の直列構成ではなく並列に形成するように前記ループ又は前記素子を接続する、ステートメント15～19のいずれか1つに記載の方法。
【0032】
21．電磁シミュレーションソフトウェアを使用して、実験要件に基づく前記性能要件を満たす前記電子回路を設計するステップを更に含む、ステートメント15～20のいずれか1つに記載の方法。
【0033】
22．複数のループ又は素子が接続され、複数のチャネルが材料プラグの単一のシーケンスで充填される、ステートメント15～21のいずれか1つに記載の方法。
【0034】
23．測定される物体の形状に適合される1つ以上の3D印刷ループを備えるMRI測定又はNMR測定の構成であって、前記1つ以上の3D印刷ループは、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの材料の不混和性材料プラグを備えるチャネルを含み、これらの材料プラグは、電気回路又はそのいくつかの部分を形成することを特徴とする、構成。
【0035】
24．前記チャネルは、誘電性材料、導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料を含む不混和性材料プラグを備える、ステートメント23に記載の構成。
【0036】
25．頭部、胴体部、膝部等の動物又は人間の被検体の身体又は身体部位の解剖学的組織に適合される、ステートメント23又は24に記載の構成。
【0037】
26．前記電気回路のうちの1つ以上は、1つ以上の電子回路基板と接続され、それによって、前記個々のループの整合、同調、離調、及びデカップリングの前記制御を可能にする、ステートメント23～25のいずれか1つに記載の構成。
【0038】
27．3D印刷ループは、VAT重合又は直接材料溶融印刷によって製造される、ステートメント23～27のいずれか1つに記載の構成。
【0039】
本明細書において、任意の付加製造方法を利用することができる。例として、VAT重合（ステレオリソグラフィー、デジタル光処理、連続デジタル光処理、直接材料溶融（溶融堆積モデリング、アーブルグ（arburg）プラスチックフリーフォーミング）、シート積層（積層物製造）、直接エネルギー堆積（レーザーエンジニアリングネットシェイプ、電子ビーム付加製造）、バインダージェッティング（Binderジェッティング）、材料ジェッティング／インクジェッティング（マルチジェットモデリング／ポリジェッティングナノ粒子ジェッティングドロップオンデマンド、粉末床溶融結合（マルチジェットフュージョン、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、電子ビーム溶融）がある。
【0040】
28．前記3D印刷ループは非導電性ポリマーである、ステートメント23～27のいずれか1つに記載の構成。
【0041】
29．前記誘電性材料は、少なくとも3の誘電率を有する、ステートメント23～28のいずれか1つに記載の構成。
【0042】
30．前記導電性材料は、20 ℃において102 S/mよりも大きな導電率を有する、ステートメント23～29のいずれか1つに記載の構成。
【0043】
31．前記高い抵抗を有する材料は、10 Ohm/mよりも大きな抵抗率を有する、ステートメント23～30のいずれか1つに記載の構成。
【0044】
32．前記不混和性材料プラグは、少なくとも0.1 mPa*sの粘性を有する、ステートメント23～31のいずれか1つに記載の構成。
【0045】
33．前記3D印刷ループはフレキシブルである、ステートメント23～32のいずれか1つに記載の構成。
【0046】
34．前記ループの温度を制御する材料を有する追加のチャネルを更に備える、ステートメント23～33のいずれか1つに記載の構成。
【0047】
35．RF信号の送信、RF信号の受信、又は磁場の均一化から選択される1つ以上の役割における、ステートメント23～34のいずれか1つに記載の構成の使用。
【0048】
36．ステートメント23～34のいずれか1つに記載の構成を製作する方法であって、
a）測定される物体の幾何学的データを準備することと、
b）前記ループ構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、前記物体の形状に適合する前記ループ構成の外部形状を定義することと、
c）前記電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算することと。これは、デジタルプラグフローシーケンスをもたらす。
d）ステップb）及びステップc）における前記計算に従って前記ループ構成を3D印刷することと、
e）前記ループの内部チャネルを、ステップシステムc）における前記計算に従って、前記誘電性材料、前記導電性材料、及び前記高い抵抗を有する材料で充填することと、
を含む、方法。
a）測定される物体の幾何学的データを準備することと、
b）前記ループ構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、前記物体の形状に適合する前記ループ構成の外部形状を定義することと、
c）前記電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算することと。これは、デジタルプラグフローシーケンスをもたらす。
d）ステップb）及びステップc）における前記計算に従って前記ループ構成を3D印刷することと、
e）前記ループの内部チャネルを、ステップシステムc）における前記計算に従って、前記誘電性材料、前記導電性材料、及び前記高い抵抗を有する材料で充填することと、
を含む、方法。
【0049】
37．誘導性コンポーネントの前記内部チャネルを充填することは、前記ループの前記指定された部分を導電性材料で充填することによって行われるか、又は、前記コイル構成の前記指定された部分の前記内部壁又は外部壁のいずれかを導電性層で電気メッキすることによって行われる、ステートメント36に記載の方法。
【0050】
38．前記等価RLC回路の容量性コンポーネントが、容量性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される、ステートメント36又は37に記載の方法。
【0051】
39．前記等価RLC回路の前記抵抗は、抵抗性コンポーネントに指定された前記チャネルの前記セクションの内部の材料プラグの長さ、形状及びシーケンスを操作することによって取得される、ステートメント36に記載の方法。
【0052】
40．MCXコネクターを前記CAD設計の前記指定されたセクションにおける個々の各ループに接続し、耐久樹脂を用いて前記MCXコネクターを定着させて、前記必要とされる回路基板の前記接続を可能にするステップを更に含む、ステートメント36～39のいずれか1つに記載の方法。
【0053】
41．前記容量性コンポーネントは、前記チャネルを導電性流体及び高誘電性流体で充填することによって交互に充填され、更なる2次チャネルが、これらのチャネルが前記初期の直列構成ではなく並列に複数のキャパシターを形成するようにこれらのチャネルを接続する、ステートメント36のいずれか1つに記載の方法。
【0054】
このキャパシター構成の充填は、以下の2つのステージで行われる。
ステージ1：単一のチャネル内のプラグシーケンスの充填。（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入されたプラグの双方の既知の分量、（iii）空気圧増大（フレキシブル材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。
キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
ステージ1：単一のチャネル内のプラグシーケンスの充填。（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入されたプラグの双方の既知の分量、（iii）空気圧増大（フレキシブル材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。
キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
【0055】
42．電磁シミュレーションソフトウェアを使用して、実験要件に基づく前記性能要件を満たす前記電子回路を設計するステップを更に含む、ステートメント36～41のいずれか1つに記載の方法。
【0056】
43．前記充填は、自動化された流れ制御バルブ制御システムによって行われる、ステートメント36に記載の方法。
【0057】
44．複数のループが接続され、該複数のループは、材料プラグの単一シーケンスで充填される、ステートメント36～44のいずれか1つに記載の方法。フェーズドアレイの個々の各ループを個別に充填する代替形態として、単一の動作で充填することを可能にするために、全てのループがコネクターを用いてヘッドツーテールで一時的に接続される。
【0058】
45．ステップe）の前に、前記ループの前記内部チャネル壁のいくつかの部分が、その生理化学的性質を変える層で被覆される、ステートメント36～44のいずれか1つに記載の方法。この層は、前記材料プラグのスリップ層として働くオムニフォビック機能、疎水性機能、又は疎油性機能のいずれかを示すことができる。
【0059】
46．ステップe）の前に、前記ループの前記チャネルのいくつかの部分が、前記チャネル壁の表面粗さを変更するために処理される、ステートメント36～45のいずれか1つに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】提案されたワークフローの全体図である：入力データ、例えば、コイルの形状を一致させなければならない被検体の解剖学的組織、コイル機能（RF受信、RF送信、能動シム等）が取得され、（2）磁場電子回路シミュレーションソフトウェアを使用して、電子回路方式が生成される。（3a）この電子回路が、生成モデリング手法を使用して複雑なチャネルネットワークからなるCAD設計に変換される。（3b）このCAD設計、並びに必要とされる電子コンポーネント及びそれらのそれぞれの特性（抵抗、キャパシタンス、インダクタンス）が入力として使用され、デジタルマルチ材料プラグフローシーケンスが生成される（自社開発ソフトウェア）。（4）CAD設計がステレオリソグラフィーベースの3D印刷方法を使用して印刷される。（5）3DP電子回路がマルチ材料プラグフローシーケンスで充填され、その結果、直ちに使用可能なコイルが得られる。
【図2】プラグフローがエルベフロー（Elveflow）セットアップにおいてどのように生成されるのかを示す概略全体図である。フローコントローラー及びバルブが、チャネル回路の各特定のコンポーネント用に指定された液体プラグの分量及びシーケンスを調整するように同時に制御される。フローセンサーを追加して、液体－液体プラグフローシステムを確保／較正することができる。
【図3】リファレンスキャパシター素子を示す図である。
【図4】トリプルチャネルキャパシターを示す図である。
【図5】2ステージ充填チャネルキャパシターを示す図である。
【図6】並列チャネルキャパシターの2ステージ充填方法を示す図である：並列チャネルキャパシターの2ステージ充填方法の充填の第1のステージでは、1次チャネルが、エルベフローセットアップによって制御される逐次的な液体－液体－液体プラグフローを用いて充填される。第2のステージ（1次チャネルの充填が完了した後）では、2次チャネルが、真空充填方法を使用して充填される。このように、個々のキャパシターは並列に配置され、最大容積キャパシタンスが大幅に増加される。
【図7】（左側）この回路が1次チャネル及び2次チャネルの複雑なネットワーク（ステージ0）からなるCAD設計にどのようにして変換されるのかの概略全体図である。並列チャネルキャパシターの2ステージ充填方法の充填の第1のステージでは、1次チャネルが、エルベフローセットアップによって制御される逐次的な液体－液体－液体プラグフローを用いて充填される。第2のステージ（1次チャネルの充填が完了した後）では、2次チャネルが、真空充填方法を使用して充填される。このように、個々のキャパシターは並列に配置され、最大容積キャパシタンスが大幅に増加される。（右側）同調整合回路を有するRFコイルの電子回路を示す図である。
【図8】MRチャネルのほかに追加のチャネルを温度制御に利用することができることを示す図である：（A）：チャネルをMRコイルチャネルにコンフォーマルに巻き付けることもできるし、分析対象被検体にコンフォーマルにフィットさせることもできる。（B）：温度制御チャネルをMRコイルチャネルの内部に（囲んで）配置することができる。（C）：MRコイルチャネルを温度制御チャネルの内部に（囲んで）配置することができる。
【図9】充填補助部を示す図である：充填補助部が、複雑なコイルアレイの全ての個々の注入口／排出口（黒色矢印）に接続する。この手法は、全ての個々のチャネルを充填補助部の主（単一）チャネルに接続する。
【発明を実施するための形態】
【0061】
本発明は、NMR／MRI／MRS並びにコスト効率及び時間効率の良い複雑な電子回路幾何形状が必要とされる他のMR関連用途における使用に適した電子回路の製造に関する。より具体的には、本発明は、被検体固有の（及び／又は一般的な）RF及び／又は能動シムコイル及び／又は受動シム構成の生産を提供する。本発明は、勾配磁場コイル及びインピーダンス検知等の電子回路を必要とする他の用途にも使用することができる。
【0062】
本発明の第1の態様は、測定される物体の形状に適合される、1つ以上の3D印刷中空素子を備えるMRI測定又はNMR測定の構成であって、3D印刷素子のうちの1つ以上において、該素子の壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製され、上記壁を有する素子のうちの少なくとも1つにおいて、チャネルが、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで構成されることを特徴とする、構成に関する。
【0063】
通常、これらの材料プラグは、電気回路又はそのいくつかの部分を形成する。
【0064】
通常、上記素子はループを形成する。受動シミング等のいくつかの用途の場合に、上記素子は他の形状を有することができる。
【0065】
上記構成の実施形態において、チャネルは、誘電性材料、導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料の不混和性材料プラグを備える。
【0066】
上記構成の実施形態において、チャネルは導電性材料を備え、誘電性材料又は高い電気抵抗を有する材料を更に備える。
【0067】
上記構成の実施形態において、1つ以上の3D印刷素子の全てにおいて、素子の壁は、1つ以上のチャネルを形成するUV硬化性材料から作製される。
【0068】
上記構成の特定の実施形態において、UV硬化性材料から作製される素子の壁は、単一のチャネルを形成する。
【0069】
通常、上記構成は、頭部又は胴体部等の動物又は人間の被検体の身体又は身体部位の解剖学的組織に適合される。上記構成は、通常、動物又は人間の外部に適用されるが、上記構成が身体の内部に使用される用途も想定される。同様に、上記構成が植物及び他の生存生物、並びに無生物において使用される用途は予測される。
【0070】
上記構成の実施形態において、上記電気回路のうちの1つ以上は、1つ以上の電子回路基板と接続され、それによって、個々の素子の整合、同調、離調、及びデカップリングの制御を可能にする。
【0071】
上記構成の実施形態において、3D印刷素子は、VAT重合（ステレオリソグラフィー、デジタル光処理、連続デジタル光処理、直接材料溶融（溶融堆積モデリング、アーブルグプラスチックフリーフォーミング）、シート積層（積層物製造）、直接エネルギー堆積（レーザーエンジニアリングネットシェイプ、電子ビーム付加製造）、バインダージェッティング（Binderジェッティング）、材料ジェッティング／インクジェッティング（マルチジェットモデリング／ポリジェッティングナノ粒子ジェッティングドロップオンデマンド、粉末床溶融結合（マルチジェットフュージョン、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、電子ビーム溶融）によって製造される。
【0072】
上記構成の実施形態において、3D印刷素子はフレキシブルである。
【0073】
上記構成の実施形態において、上記構成は、素子の温度を制御する材料を有する追加のチャネルを更に備える。この温度制御用のチャネルは、素子の外部に適用することができる。素子が2つ以上のチャネルを備える特定の実施形態において、素子の内部にあるチャネルのうちの1つを温度制御用に使用することができる。
【0074】
本明細書において、誘電性材料は、例えば、少なくとも3の誘電率を有する。
【0075】
本明細書において、導電性材料は、例えば、20 ℃において102 S/mよりも大きな導電率を有する。
【0076】
本明細書において、高い抵抗を有する材料は、例えば、10 Ohm/mよりも大きな抵抗率を有する。
【0077】
本明細書において、不混和性材料プラグは、例えば、少なくとも0.1 mPa*sの粘性を有する。
【0078】
本発明の上記構成は、例えば、素子又はループが非電気導電性であるUV硬化性材料から完全に作製される点で、上記で引用した非特許文献2と異なる。素子又はループのUV硬化性材料は、内部チャネルの壁を形成する。このチャネルには、異なる材料プラグが、チャネルの長手方向軸に沿ってチャネル内にある。
【0079】
本発明の上記構成は、例えば、UV硬化性材料が非電気導電性である点で、上記で引用した非特許文献3と異なる。
【0080】
本発明の別の態様は、RF信号の送信、RF信号の受信、又は磁場の均一化から選択される1つ以上の役割における、上記構成の使用に関する。
【0081】
本発明の別の態様は、第1の態様に記載の構成を製作する方法であって、
a）測定される物体の幾何学的データを準備するステップと、
b）上記構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、物体の形状に適合するループ又は素子の構成の外部形状を定義するステップと、
c）電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算するステップと、
d）ステップb）及びステップc）における計算に従って素子又はループの構成を3D印刷するステップであって、素子又はループの壁は、1つ以上のチャネルを形成し、UV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製される、ステップと、
e）d）において準備されたループ又は素子のうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つのチャネルを、ステップシステムc）において計算された分量及びシーケンス送達に従って、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで充填するステップと、
を含む、方法に関する。
a）測定される物体の幾何学的データを準備するステップと、
b）上記構成のCAD設計をもたらす電磁シミュレーション及び／又は設計計算及び／又は生成モデリングによって、物体の形状に適合するループ又は素子の構成の外部形状を定義するステップと、
c）電子回路又はそのいくつかの部分を実現する誘電性材料、導電性材料、又は高い電気抵抗を有する材料の分量及びシーケンス送達を計算するステップと、
d）ステップb）及びステップc）における計算に従って素子又はループの構成を3D印刷するステップであって、素子又はループの壁は、1つ以上のチャネルを形成し、UV硬化性の電気的に非導電性の材料から作製される、ステップと、
e）d）において準備されたループ又は素子のうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つのチャネルを、ステップシステムc）において計算された分量及びシーケンス送達に従って、誘電性材料、電気導電性材料、及び高い電気抵抗を有する材料からなる群から選択される少なくとも2つの異なる不混和性材料の少なくとも2つの材料プラグで充填するステップと、
を含む、方法に関する。
【0082】
通常、素子はループとして印刷される。能動シミング等の用途では、他の形状又は構成を使用することができる。
【0083】
通常、チャネル又はチャネルの指定された部分を誘導性コンポーネントで充填することが、チャネルの指定された部分を導電性材料で充填することによって行われるか、又は、コイル構成の指定された部分の内部壁又は外部壁のいずれかを導電性層で電気メッキすることによって行われる。
【0084】
これらの方法の実施形態において、等価RLC回路の容量性コンポーネントが、容量性コンポーネントに指定されたチャネルのセクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される。
【0085】
これらの方法の実施形態において、等価RLC回路の誘導性コンポーネントが、誘導性コンポーネントに指定されたチャネルのセクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって製造される。
【0086】
これらの方法の実施形態において、等価RLC回路の抵抗は、抵抗性コンポーネントに指定されたチャネルのセクションの内部の材料プラグの長さ、形状、及びシーケンスを操作することによって取得される。
【0087】
これらの方法の実施形態において、容量性コンポーネントは、上記チャネルを導電性流体及び高誘電性流体で充填することによって交互に充填され、更なる接続が、異なる素子又はループのチャネルが複数のキャパシターを初期の直列構成ではなく並列に形成するようにループ又は素子を接続する。
【0088】
これらの方法の実施形態は、電磁シミュレーションソフトウェアを使用して、実験要件に基づく性能要件を満たす電子回路を設計する更なるステップを含む。
【0089】
これらの方法の実施形態において、複数のループ又は素子が接続され、複数のチャネルが材料プラグの単一のシーケンスで充填される。
【0090】
これらの方法の実施形態は、CAD設計の指定されたセクション内の個々の各ループにMCXコネクターを接続し、耐久樹脂を用いてMCXコネクターを定着させて、必要とされる回路基板の接続を可能にするステップを更に含む。
【0091】
これらの方法の実施形態において、容量性コンポーネントは、上記チャネルを導電性流体及び高誘電性流体で充填することによって交互に充填され、更なる2次チャネルが、これらのチャネルが初期の直列構成ではなく並列に複数のキャパシターを形成するようにこれらのチャネルを接続する。
【0092】
そのようなキャパシター構成の充填は、以下の2つのステージで行われる。
ステージ1：単一のチャネルにおけるプラグシーケンスの充填。
（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入されたプラグの双方の既知の分量、（iii）空気圧増大（フレキシブル材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。
キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
ステージ1：単一のチャネルにおけるプラグシーケンスの充填。
（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入されたプラグの双方の既知の分量、（iii）空気圧増大（フレキシブル材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。
キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
【0093】
これらの方法の実施形態は、電磁シミュレーションソフトウェアを使用して、実験要件に基づく性能要件を満たす電子回路を設計するステップを更に含む。
【0094】
これらの方法の実施形態において、充填は、自動化された流れ制御バルブ制御システムによって行われる。
【0095】
これらの方法の実施形態において、複数のループが接続され、これらの複数のループは、材料プラグの単一シーケンスで充填される。フェーズドアレイの個々の各ループを個別に充填する代替形態として、単一の動作で充填することを可能にするために、全てのループがコネクターを用いてヘッドツーテールで一時的に接続される。
【0096】
これらの方法の実施形態において、ステップe）の前に、ループの内部チャネル壁のいくつかの部分が、その生理化学的性質を変える層で被覆される。そのような層は、材料プラグのスリップ層として働くオムニフォビック機能、疎水性機能、又は疎油性機能のいずれかを示すことができる。
【0097】
これらの方法の実施形態において、ステップe）の前に、ループのチャネルのいくつかの部分が、チャネル壁の表面粗さを変更するために処理される。
【0098】
本発明が直ちに適用可能な種々のコイル構成の詳細ではあるが非限定的なリストを以下に示す。
【0099】
RFコイル
－受信モードのみ、送信モードのみ、送受信機RFコイル
－ボリュームコイル（例えば、円偏波コイル、直交コイル、バードケージコイル、交差コイル、ヘルムホルツペアコイル、ペアサドルコイル、シングルターンソレノイド等）
－表面コイル（例えば、アレイコイル、ボディラップアラウンドコイル、直線偏波コイル、サドルコイル等）
－伝送線路共振器及び／又は共振回路コイル
－NMRのプローブ（送信モード及び受信モード）
－コンフォーマル加熱／冷却を有するRFコイル
－受信モードのみ、送信モードのみ、送受信機RFコイル
－ボリュームコイル（例えば、円偏波コイル、直交コイル、バードケージコイル、交差コイル、ヘルムホルツペアコイル、ペアサドルコイル、シングルターンソレノイド等）
－表面コイル（例えば、アレイコイル、ボディラップアラウンドコイル、直線偏波コイル、サドルコイル等）
－伝送線路共振器及び／又は共振回路コイル
－NMRのプローブ（送信モード及び受信モード）
－コンフォーマル加熱／冷却を有するRFコイル
【0100】
能動シムコイル
－自己冷却、コンフォーマル冷却
－球面調和コイル（マックスウェルコイル、ヘルムホルツコイル等）
－マルチコイルアレイ
－自己冷却、コンフォーマル冷却
－球面調和コイル（マックスウェルコイル、ヘルムホルツコイル等）
－マルチコイルアレイ
【0101】
他の特定の用途：
－埋め込みコイルを有する／有しない3D印刷ファントム
－固定デバイスに埋め込まれたRFコイルを収容するMRIガイド下放射線療法用の3D印刷個人用固定デバイス
－受動シム構成
－埋め込みコイルを有する／有しない3D印刷ファントム
－固定デバイスに埋め込まれたRFコイルを収容するMRIガイド下放射線療法用の3D印刷個人用固定デバイス
－受動シム構成
【0102】
患者固有の入力データ（例えば、コイルのコンフォーマルフィット、コイルタイプ等を求める解剖学的組織データ）から開始して、製造対象のコイルの要件を満たす電子回路がシミュレーションされる。この電子回路は、その後、複雑なチャネルネットワークからなるCAD設計に変換される。このステップに必要とされるソフトウェアは、生成モデリング手法を使用する。
【0103】
電子回路コンポーネントは、CAD設計において考慮される。各ユニットコイル（アレイコイルは複数のユニットコイルからなる）のCAD設計は、単一の遮断しないチャネルからなる。この単一の遮断しないチャネルは分岐し、1次チャネル及び2次チャネルの複雑なネットワークを形成する。単一のチャネルは、各電子コンポーネント（抵抗器、インダクター、キャパシター）の性能が最大化されるように充填される。抵抗器コンポーネントは高抵抗性材料で充填され、インダクターは高導電性材料で充填され、キャパシターは高誘電性材料及び導電性材料で交互に充填される。その結果、1次チャネルは、材料プラグのシーケンスで充填される。1次チャネルの充填は、事前に計算されるとともに、エルベフローマルチ材料注入方法を使用することによって自動化される。ソフトウェアが、1次チャネルを適切に充填するために正しい長さを有する材料プラグを作成するのに必要な圧力及びバルブのタイミングを計算する。各プラグの長さは、事前に生成されたCAD設計から計算される。提案された作業方法の概略全体図が図1に示されている。
【0104】
3D印刷チャネルは、チャネル自体の充填／メッキに役立つように内部壁を機能的にする（例えば、表面張力挙動、表面粗さ等を変化させる）ために前処理される場合もあるし、されない場合もある。この前処理は、例えば、以下の化学的性質を有するものとすることができる。
－例えば、オムニフォビックコーティングを付着させることによって、樹脂の接触角度、ひいてはその湿潤性を化学的に操作することができる。
－例えば、導電性シード層を用いてコーティングすることによって樹脂の電気特性を操作することができる。
－例えば、オムニフォビックコーティングを付着させることによって、樹脂の接触角度、ひいてはその湿潤性を化学的に操作することができる。
－例えば、導電性シード層を用いてコーティングすることによって樹脂の電気特性を操作することができる。
【0105】
上記前処理は、機械的なものとすることもできる；例えば、個々の各層の硬化中にハーフトーン化プロセスを適用して、SLA印刷内部チャネル壁に表面粗さを誘発することができる。内部チャネル壁の表面粗さの増加は、チャネルの内部の液体の接触角度を増加させるのに利用することができる（カッシー（Cassie）の法則）。接触角度の増加は、チャネルを複数の液体で充填するときに望ましい。その理由は、各液体の湿潤性を削減することによって、チャネルを通って押し出されているときに、個々の各「液体プラグ」はその形状を維持し、液体「テール（tail）」を後に残さないからである。
【0106】
樹脂（複数の場合もある）の組成は、最終的な樹脂部分の或る機能を実現するために変更することができる。
－樹脂（複数の場合もある）は、最終的な3D印刷部分に所望の機能を追加する粒子（例えば、樹脂の誘電特性を高める高誘電性粒子）を含むように変更することができる。
－樹脂（複数の場合もある）は生体適合性のあるものとすることができる。
－樹脂（複数の場合もある）はフレキシブルにすることができる。
－樹脂（複数の場合もある）は、最終的な3D印刷部分に所望の機能を追加する粒子（例えば、樹脂の誘電特性を高める高誘電性粒子）を含むように変更することができる。
－樹脂（複数の場合もある）は生体適合性のあるものとすることができる。
－樹脂（複数の場合もある）はフレキシブルにすることができる。
【0107】
必要とされる電子回路は、チャネルネットワークからなるCAD設計に変換される。チャネルネットワークは、単一の主チャネルである「1次チャネル」からなり、1次チャネルは、特定の箇所において2次チャネルと接続されている。2次チャネルの目的は、キャパシターが、最終的なCAD設計において、直列ではなく並列に配置されることを確保することであり、したがって、高いキャパシタンスを確保することである（キャパシター設計を参照）。
【0108】
1次チャネルは、電子回路を模倣するように設計される。すなわち、1次チャネルのいくつかのセクションは、抵抗性構造を特徴として備えるように設計され、他のセクションは、インダクターを特徴として備えるように設計され、1次チャネルの他のセクションは、キャパシターを特徴として備えるように設計される。異なる電子CADコンポーネントは、共振コイルにおけるエネルギー伝達の効率を最大にするために異なる材料で充填されることを要する。1次チャネルは、その特定の電子コンポーネントの指定された3D印刷チャネルにおいて必要とされる長さに対応する或る長さの異なる材料プラグで連続して充填される。プラグの長さ／分量の計算は、チャネルの幾何形状（CAD設計）に基づく。この情報は、液体－液体プラグを調整するようにエルベフローシステムのフローコントローラー及びバルブを同時に制御するソフトウェアによって変換される。本発明の一実施形態において、3つの液体材料が、（1）導電性プラグ、（2）高誘電性プラグ、及び（3）高抵抗性プラグの形成に使用される。しかしながら、本発明の方法は、複雑な3D印刷チャネルネットワークを、特定の機能を有する任意の量の液体で充填することに推定することができる。3D印刷チャネルを充填すること必要とされるプラグフローシーケンスがどのように生成されるのかの概略全体図は図7に示されている。
【0109】
CAD設計は、インダクターループだけでなく、電子回路の（全ての）他のコンポーネントも考慮に入れることができる。この結果、他のコイル回路に対して同調／整合／離調／デカップリングされるコイルが現状のまま得られる。製作後に電子コンポーネントをコイルにはんだ付けすることは必然的に必要とされない。
【0110】
抵抗性コンポーネントに指定されたチャネルセクションの内部の長さ／形状／曲率／材料プラグを操作することによって、電子回路の抵抗を操作することができる。
【0111】
誘導性コンポーネントに指定されたチャネルセクションの内部のプラグの長さ／形状／巻線の数、サイズ及び構成／材料を操作することによって、電子回路のインダクタンスを操作することができる。
【0112】
容量性コンポーネントに指定されたチャネルセクションの内部の長さ／形状／材料プラグを操作することによって、電子回路のキャパシタンスを操作することができる（同調／整合RFコイルにとって重要）。
【0113】
CAD設計では、以下の種々のキャパシター構成を使用することができる。
1．リファレンスキャパシター：チャネルが導電性材料で充填され、それぞれの電極が形成される。チャネル間のSLA樹脂は誘電性材料として働く。最大達成可能キャパシタンス/mm3を増加させるために複雑な形状を設計することができる（例えば、渦巻き型キャパシター、平行板キャパシター等）。図3を参照されたい。
2．トリプルチャネルキャパシター：2つのチャネルが導電性材料で充填されて、キャパシターの電極を形成し、高誘電性材料を有する材料で充填される第3のチャネルがこれらの電極チャネル間に配置されて、キャパシタンスが増加される。図4を参照されたい。
3．2ステージキャパシター：1つの連続したチャネル（1次チャネル）が導電性流体及び高誘電性流体で交互に充填される（プラグフロー充填を参照）。主チャネルが複数のキャパシターを初期の直列構成ではなく並列に形成するように、2次チャネルが1次チャネルを接続する。図5を参照されたい。このキャパシター構成の充填は2つのステージで行われる（図6）。
ステージ1：1次チャネル内のプラグシーケンスの充填。（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入の双方の既知の分量、（iii）空気圧（フレックス材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。サイドチャネルは短いので、プラグが移動するという問題はない（急速に真空に達する）。キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
1．リファレンスキャパシター：チャネルが導電性材料で充填され、それぞれの電極が形成される。チャネル間のSLA樹脂は誘電性材料として働く。最大達成可能キャパシタンス/mm3を増加させるために複雑な形状を設計することができる（例えば、渦巻き型キャパシター、平行板キャパシター等）。図3を参照されたい。
2．トリプルチャネルキャパシター：2つのチャネルが導電性材料で充填されて、キャパシターの電極を形成し、高誘電性材料を有する材料で充填される第3のチャネルがこれらの電極チャネル間に配置されて、キャパシタンスが増加される。図4を参照されたい。
3．2ステージキャパシター：1つの連続したチャネル（1次チャネル）が導電性流体及び高誘電性流体で交互に充填される（プラグフロー充填を参照）。主チャネルが複数のキャパシターを初期の直列構成ではなく並列に形成するように、2次チャネルが1次チャネルを接続する。図5を参照されたい。このキャパシター構成の充填は2つのステージで行われる（図6）。
ステージ1：1次チャネル内のプラグシーケンスの充填。（i）デジタルプラグ生成、（ii）チャネル及び注入の双方の既知の分量、（iii）空気圧（フレックス材料におけるカスタム印刷を用いてブロックオフされる）及び角度を通じた又は導電性液体リザーバーからの圧力に起因するサイドチャネル内への注入の防止によって、精密な位置決めが可能である。
ステージ2：サイドチャネルの遮断の除去及び真空方法を介した注入。サイドチャネルは短いので、プラグが移動するという問題はない（急速に真空に達する）。キャパシターは、この時、並列に繋がれ、キャパシタンスを増加させる。
【0114】
キャパシターは、コイルが充填され、組み立てられた後に圧力変化を用いて誘電性材料の量／導電性プラグのサイズを操作することによって可変キャパシター（キャパシタンスの調整が可能である）とすることもできるし、可変キャパシターでないものとすることもできる。
【0115】
電子回路（RFコイル及びを同調整合統合回路）をCAD設計及びデジタルプラグフローシーケンスにどのように変換することができるのかの一例を以下に略述する。
－充填方法：
2つの異なる充填方法が、本発明の製造方法の実施形態として使用される。
充填方法1：直接注入。圧力を液体プラグに印加することによって、プラグはチャネルを充填する。
充填方法2：真空充填。注入口が液体金属で覆われる。3D印刷チャネルは、空気を除去する真空チャンバー内に配置される。真空を解除することによって、周囲は大気圧に戻り、金属がチャネル内に押し出される。
－材料
マルチ材料プラグフロー用の以下の材料の任意の組み合わせ又は組み合わせから派生したものを使用することができる：
－導電性材料：高い導電性を必要とするチャネルコンポーネント（例えば、インダクターコンポーネント、キャパシターの電極コンポーネント）を充填するのに使用される導電性プラグ材料は、共晶金属で充填することができる。この共晶金属は、導電性ナノ粒子（例えば、銀、金）と混合されてもよいし、混合されなくてもよい。或いは、チャネルの内部壁又は外部壁を、銅等の導電性材料を用いて選択的にメッキすることができる。導電性金属（例えば、Ag）のホット注入も利用することができる。
－充填方法：
2つの異なる充填方法が、本発明の製造方法の実施形態として使用される。
充填方法1：直接注入。圧力を液体プラグに印加することによって、プラグはチャネルを充填する。
充填方法2：真空充填。注入口が液体金属で覆われる。3D印刷チャネルは、空気を除去する真空チャンバー内に配置される。真空を解除することによって、周囲は大気圧に戻り、金属がチャネル内に押し出される。
－材料
マルチ材料プラグフロー用の以下の材料の任意の組み合わせ又は組み合わせから派生したものを使用することができる：
－導電性材料：高い導電性を必要とするチャネルコンポーネント（例えば、インダクターコンポーネント、キャパシターの電極コンポーネント）を充填するのに使用される導電性プラグ材料は、共晶金属で充填することができる。この共晶金属は、導電性ナノ粒子（例えば、銀、金）と混合されてもよいし、混合されなくてもよい。或いは、チャネルの内部壁又は外部壁を、銅等の導電性材料を用いて選択的にメッキすることができる。導電性金属（例えば、Ag）のホット注入も利用することができる。
【0116】
開示された3D印刷方法は、銅よりも高い抵抗率を有する導電性材料を利用するが、これはコイルのSNRを下げる。しかしながら、共晶金属のより大きな表皮厚さが、この悪影響を部分的に補償する。その上、開示された製造方法は、コイルの設計が患者の解剖学的組織に適合することを可能にし、これは、SNRがコイルの中心からの距離の2乗に反比例するので、SNRに有利に働く。
【0117】
高誘電性（high-k）粒子を含む機能性液体／ゲル／ペースト／スラリーは、プラグフローの高誘電性材料として使用される。酸化物（例えば、Br／Srチタン酸塩）等のいくつかの粒子は、非常に大きな誘電率を示し、分散剤の助けを借りて水性溶媒又は非水溶媒内に容易に分散させることができる。これによって、それらの粒子は、high-kスラリーの形成に特に役立つことになる。最終的なスラリーの実効誘電率は、マックスウェルガーネット（Maxwell-Garnett）モデル
等の有効媒質近似を使用して近似することができる。
【数1】
【0118】
CAD回路のいくつかの部分は、2ステージ充填方法が完了した後に機能を有しない冗長部分を含む。これらの冗長セクションは、望ましくない雑音を電子回路に潜在的に加える可能性があるので、これらの冗長セクションを「デカップリングプラグ」で充填することによって「遮断」することができる。このデカップリング材料は、SLA樹脂の材料特性と同様の材料特性を有する。
【0119】
導電性チャネルに高電流を通電すると、望ましくない加熱が生じる可能性がある。この加熱は、（a）導電性チャネルの振動（摩擦）－銅線を通る電流を磁場内に浸すことによって生じるローレンツ力から生じ、及び／又は、（b）直接的な（抵抗）電気的メカニズムを通じて生じる。熱エネルギーの解放は、熱誘導周波数シフト及びシム場変化をもたらす可能性がある。したがって、熱を3D印刷導電性チャネルから除去しなければならない。或いは、SNRを高めるためにコイルをクライオ冷却することが望まれる場合がある。これは、本発明の実施形態において、プローブの周囲に冷却チャネルを設計することによって、又は、RLC回路の主インダクターの主導電性チャネルの内部／外部に冷却チャネルを追加することによって行うことができる。冷却液体／気体（例えば、水、窒素）が冷却チャネルに流通され、プローブによって生成される望ましくない熱を除去する。冷却チャネルは、導電性チャネルの形状又はプロファイルに密接に従うように導電性チャネルの周囲にコンフォーマルに設計することができ、高速で効率的な熱除去が可能になる。同様に、加熱液をチャネルに流通させ、スキャン対象物体の精密な温度制御（例えば、麻酔下にある被検体を保温する必要がある）を可能にすることができる。（i）コンフォーマル温度制御チャネル、（ii）内部温度制御チャネル及び（iii）外部温度制御チャネルを有するMR RFプローブの概略全体図が図8に示されている。これらの温度制御チャネルの任意の組み合わせ（例えば、被検体に害を与えないようにした内部クライオ冷却チャネルと外部加熱チャネルとの組み合わせ）を利用することができる。
【0120】
生成モデリングが、CAD設計に必要な複雑な3Dチャネルネットワークを簡潔に構築するのに使用される。生成モデリングでは、3D物体は、物体生成演算に置き換えられる。生成モデリングは、低レベル形状演算子から高レベル形状演算子を作成することによって効率性を得る。任意の処理ステップシーケンスをグループ化して、新たな結合演算子を作成することができる。この新たな結合演算子は、基本演算子だけでなく他の結合演算子も使用することができる。具体的な値をパラメーターに容易に置き換えることができ、これによって、データを演算から分離することが可能になる。同じ処理シーケンスを異なる入力データセットに適用することができる。例えば、ドメイン依存モデリング演算子のライブラリーからの異なる結合演算子を適用することによって、同じデータを使用して異なる形状を生成することができる。この手法によって、例えば、スタイルライブラリー［https://en.wikipedia.org/wiki/Generative_Modelling_Language］等の少数の高レベル入力パラメーターのみから非常に複雑な物体を作成することが可能になる。
【0121】
複数のループがコイル設計（例えば、RF受信表面アレイコイル）に必要とされるとき、各ループを個別に充填しなければならない。これらの複雑なコイル設計を充填する時間効率を高めるために、充填補助部が使用される。図9を参照されたい。充填補助部は、複雑なコイルアレイの全ての個々の注入口／排出口（黒色矢印）にフィットする。これは、全ての個々のチャネルを充填補助部の主（単一）チャネルに相互接続する。これによって、注入口／排出口の数が1つ（主注入口／排出口）のみに削減される。充填補助部は、複雑なコイルアレイの充填が完了した後に除去される。
【0122】
図面訳
図1
Input Data 入力データ
SimulatedElectronic Circuit シミュレーションされた電子回路
CAD design CAD設計
3DP coil 3DPコイル
Plug flowsequence プラグフローシーケンス
Filled coil 充填されたコイル
Electromagneticfield simulations 電磁場シミュレーション
Electroniccircuit simulations 電子回路シミュレーション
Generativemodelling 生成モデリング
Materialspecifications 材料仕様
Channeldimensions チャネル寸法
Elveflowmulti-material injection flow method エルベフローマルチ材料注入フロー方法
図2
Pressurecontroller 圧力コントローラー
Valvecontroller バルブコントローラー
MUX WIRE 多重ワイヤ
Reservoir リザーバー
Conductivemetal 導電性金属
Decouplingliquid デカップリング液
Valve バルブ
High dielectricslurry 高誘電性スラリー
Conductivealloy reservoirs 導電性合金リザーバー
Conductivealloy filled channel 導電性合金充填チャネル
High dielectricfilled channel 高誘電性充填チャネル
Decouplingliquid filled channel デカップリング液充填チャネル
図3
Repeating unit 繰り返しユニット
図4
Filling inlet 充填注入口
Capacitor plate キャパシタープレート
Repeating unit 繰り返しユニット
Dielectricum ダイエレクトリカム（誘電体）
図5
Filling inlet 充填注入口
Plug flow フラグフロー
Repeating unit 繰り返しユニット
図6
Stage ステージ
図7
Conductivealloy reservoirs 導電性合金リザーバー
Conductivealloy filled channel 導電性合金充填チャネル
High dielectricfilled channel 高誘電性充填チャネル
Decouplingliquid filled channel デカップリング液充填チャネル
Unfilledchannel 未充填チャネル
Stage ステージ
Plug flowcontroller フラグフローコントローラー
Equivalent RFcoil circuit 等価RFコイル回路
Coil コイル
Tune and match 同調及び整合
図8
3DP MR coil 3DP MRコイル
Conformaltemperature control channel コンフォーマル温度制御チャネル
Temperaturecontrol channel 温度制御チャネル
図9
Maininlet/outlet 主注入口／排出口
Filling aid 充填補助部
Coil array コイルアレイ
図1
Input Data 入力データ
SimulatedElectronic Circuit シミュレーションされた電子回路
CAD design CAD設計
3DP coil 3DPコイル
Plug flowsequence プラグフローシーケンス
Filled coil 充填されたコイル
Electromagneticfield simulations 電磁場シミュレーション
Electroniccircuit simulations 電子回路シミュレーション
Generativemodelling 生成モデリング
Materialspecifications 材料仕様
Channeldimensions チャネル寸法
Elveflowmulti-material injection flow method エルベフローマルチ材料注入フロー方法
図2
Pressurecontroller 圧力コントローラー
Valvecontroller バルブコントローラー
MUX WIRE 多重ワイヤ
Reservoir リザーバー
Conductivemetal 導電性金属
Decouplingliquid デカップリング液
Valve バルブ
High dielectricslurry 高誘電性スラリー
Conductivealloy reservoirs 導電性合金リザーバー
Conductivealloy filled channel 導電性合金充填チャネル
High dielectricfilled channel 高誘電性充填チャネル
Decouplingliquid filled channel デカップリング液充填チャネル
図3
Repeating unit 繰り返しユニット
図4
Filling inlet 充填注入口
Capacitor plate キャパシタープレート
Repeating unit 繰り返しユニット
Dielectricum ダイエレクトリカム（誘電体）
図5
Filling inlet 充填注入口
Plug flow フラグフロー
Repeating unit 繰り返しユニット
図6
Stage ステージ
図7
Conductivealloy reservoirs 導電性合金リザーバー
Conductivealloy filled channel 導電性合金充填チャネル
High dielectricfilled channel 高誘電性充填チャネル
Decouplingliquid filled channel デカップリング液充填チャネル
Unfilledchannel 未充填チャネル
Stage ステージ
Plug flowcontroller フラグフローコントローラー
Equivalent RFcoil circuit 等価RFコイル回路
Coil コイル
Tune and match 同調及び整合
図8
3DP MR coil 3DP MRコイル
Conformaltemperature control channel コンフォーマル温度制御チャネル
Temperaturecontrol channel 温度制御チャネル
図9
Maininlet/outlet 主注入口／排出口
Filling aid 充填補助部
Coil array コイルアレイ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】