JP2001116816A - 磁場勾配発生装置 - Google Patents

磁場勾配発生装置

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JP2001116816A
JP2001116816A JP29600799A JP29600799A JP2001116816A JP 2001116816 A JP2001116816 A JP 2001116816A JP 29600799 A JP29600799 A JP 29600799A JP 29600799 A JP29600799 A JP 29600799A JP 2001116816 A JP2001116816 A JP 2001116816A
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JP
Japan
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gradient
setting signal
circuit
gradient magnetic
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JP29600799A
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Tomio Kosaku
小作富雄
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シムコイルに流れている補正磁場電流に重畳さ
せて勾配磁場電流を流す際に、より多くの勾配磁場電流
を流すことのできる磁場勾配発生装置を提供する。 【解決手段】静磁場発生手段と、該静磁場発生手段に予
め設けられたシムコイルと、静磁場に所定の補正磁場を
重畳させるための信号を出力する補正磁場設定信号発生
部と、静磁場に所定の勾配磁場を重畳させるための信号
を出力する勾配磁場設定信号発生部と、該補正磁場設定
信号発生部及び勾配磁場設定信号発生部から出力された
信号を加算する加算回路と、該加算回路で加算された信
号が入力され、かつ、該入力された信号の値に基づいて
所定の電流を前記シムコイルに供給する電源回路とから
成る磁場勾配発生装置において、前記勾配磁場設定信号
発生部と加算回路の間には、勾配磁場設定信号発生部の
出力した信号の極性を反転させる反転回路を備え、所定
の条件を満たした場合にのみ、該反転回路を用いて、勾
配磁場設定信号発生部から出力された信号の極性を反転
させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴(NM
R)装置に用いられる磁場勾配発生装置に関し、特に、
静磁場に対して補正磁場が印加されている条件下におい
て、より大きな磁場勾配を重畳することのできる磁場勾
配発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】核磁気共鳴(NMR)装置の基本的な性
能の1つに分解能がある。NMR装置の分解能を低下さ
せる要因にはいろいろあるが、最も大きな要因の1つ
が、静磁場の均一性の乱れである。NMR装置の静磁場
が不均一になると、サンプル中の観測核の共鳴周波数に
広がりを生じ、NMR吸収線の線幅が広がって分解能が
低下する。
【0003】そこで、NMR装置の分解能を上げるため
には、静磁場の不均一を補正する必要がある。そのため
に広く行なわれているのが、シムコイルを用いたシム調
整である。シムコイルの種類には、シムコイル自身が作
る磁場勾配が静磁場の軸方向を向いているZ勾配コイル
と、シムコイル自身が作る磁場勾配が静磁場の軸方向に
直交する方向を向いているX勾配コイル及びY勾配コイ
ルがあり、3軸方向それぞれに磁場補正を行なってい
る。
【0004】ところで、NMR装置のシム調整を行なう
にあたっては、最近、磁場勾配を用いたシム調整法(Fi
eld Gradient Shimming 法)が発表され、有効な方法と
して注目されている。この方法は、測定試料として水
(軽水)を含んだ溶液試料を用い、水由来の単一線のス
ペクトルに勾配磁場をかけてNMR信号を測定すると静
磁場の強度分布が得られるので、その磁場の分布からど
のような補正磁場を発生させれば良いかを計算で求める
ものである。このシム調整法では、補正磁場に重畳させ
て、勾配磁場を発生させる必要がある。そして、補正磁
場を発生させる際にも、勾配磁場を発生させる際にも、
磁場発生源として同じシムコイルを用いている。
【0005】また、ホモスポイル(homo spoil)測定と
呼ばれる特殊なNMR測定法では、測定試料に対して高
周波パルスを印加しながら、勾配磁場のパルス掃引を行
なうが、この測定法の場合にも、補正磁場に重畳させ
て、勾配磁場を発生させる必要がある。そして、補正磁
場を発生させる際にも、勾配磁場を発生させる際にも、
磁場発生源として同じシムコイルを用いている点は、磁
場勾配を用いたシム調整法の場合と同じである。
【0006】図1は、このような補正磁場と勾配磁場の
関係を、従来の磁場勾配発生装置の装置構成に照らして
説明する図である。図中1は、静磁場を発生する磁石5
中に置かれたシムコイル6から静磁場の歪みに対する補
正磁場を発生させるために、定電流回路4に対して所定
の直流電圧Aを印加して、該定電流回路4からの出力電
流の設定を行なう補正磁場設定信号発生部である。ま
た、2は、前記シムコイル6から静磁場に勾配磁場を重
畳させるために、定電流回路4に対して所定の直流電圧
Bを印加して、該定電流回路4からの出力電流の設定を
行なう勾配磁場設定信号発生部である。
【0007】補正磁場設定信号発生部1と勾配磁場設定
信号発生部2から発生した直流電圧A、Bは、加算回路
3で加算された後、前記定電流回路4に印加される。定
電流回路4は、加算回路3から出力された所定の電圧値
(A+B)に基づいて、静磁場を発生する磁石5中に置
かれたシムコイル6に所定の直流電流を供給し、磁石5
が発生した静磁場に対して、その歪みを補正する補正磁
場と該静磁場に勾配を付ける勾配磁場とを重畳する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような構成におい
て、一般的に、シムコイルに流すことのできる最大許容
電流は、経済性などを考慮して、ある所定の値に仕様が
決められた上で、コイルの材質や線材の太さが選ばれ、
設計がなされている。
【0009】例えば、シムコイルの1つであるZ勾配コ
イルに流すことのできる直流電流の許容範囲を±cと置
き、磁場勾配を与える前にすでにZ勾配コイルに流して
いる補正磁場を発生させるための直流電流をaとする
と、補正磁場に重畳させて直流電流bを流して勾配磁場
を発生させようとした場合、|a+b|の値が|c|の
値と同じ値か、または|c|の値よりも小さい値であれ
ば問題はないが、|a+b|の値が|c|の値よりも大
きくなると、電流値が予め定められたシムコイルの最大
許容電流値を超えるため、必要とするZ方向の磁場勾配
で所定の磁場強度を得ることができなくなるという問題
があった。
【0010】本発明の目的は、上述した点に鑑み、シム
コイルに流れている補正磁場電流に重畳させて勾配磁場
電流を流す際に、より多くの勾配磁場電流を流すことの
できる磁場勾配発生装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかる磁場勾配発生装置は、静磁場発生手
段と、該静磁場発生手段に予め設けられたシムコイル
と、静磁場に所定の補正磁場を重畳させるための信号を
出力する補正磁場設定信号発生部と、静磁場に所定の勾
配磁場を重畳させるための信号を出力する勾配磁場設定
信号発生部と、該補正磁場設定信号発生部及び勾配磁場
設定信号発生部から出力された信号を加算する加算回路
と、該加算回路で加算された信号が入力され、かつ、該
入力された信号の値に基づいて所定の電流を前記シムコ
イルに供給する電源回路とから成る磁場勾配発生装置に
おいて、前記勾配磁場設定信号発生部と加算回路の間に
は、勾配磁場設定信号発生部の出力した信号の極性を反
転させる反転回路を備え、所定の条件を満たした場合に
のみ、該反転回路を用いて、勾配磁場設定信号発生部か
ら出力された信号の極性を反転させるようにしたことを
特徴としている。
【0012】また、前記所定の条件とは、シムコイルの
最大許容電流に相当する電流を電源回路から出力させる
ために該電源回路に入力する信号の値よりも、加算回路
で加算された信号の値の方が大きな場合であることを特
徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図1は、本発明にかかる磁場勾
配発生装置の一実施例を示す図である。図中1は、静磁
場を発生する磁石5中に置かれたシムコイル6から静磁
場の歪みに対する補正磁場を発生させるために、定電流
回路4に対して所定の直流電圧Aを印加して、該定電流
回路4からの出力電流の設定を行なう補正磁場設定信号
発生部である。また、2は、前記シムコイル6から静磁
場に勾配磁場を重畳させるために、定電流回路4に対し
て所定の直流電圧Bを印加して、該定電流回路4からの
出力電流の設定を行なう勾配磁場設定信号発生部であ
る。
【0014】補正磁場設定信号発生部1からの出力電圧
Aと勾配磁場設定信号発生部2からの出力電圧Bは、加
算回路3で加算されて、定電流回路4に印加されるが、
このとき、静磁場の均一度を補正する補正磁場において
は電圧Aの極性を反転させることができないのに対し、
静磁場に磁場勾配を付ける勾配磁場においては電圧Bの
極性を反転させても支障がないことを利用して、|A+
B|の値がシムコイルに最大許容電流値を与える電圧値
Cの絶対値|C|と等しいか、あるいはシムコイルに最
大許容電流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よりも小
さい値である場合には、勾配磁場設定信号発生部2から
の出力電圧Bの符号を反転させることなく、加算回路3
で補正磁場設定信号発生部1からの出力電圧Aに加算す
るようにし、|A+B|の値がシムコイルに最大許容電
流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よりも大きい値で
ある場合には、勾配磁場設定信号発生部2からの出力電
圧Bの符号を反転させた上で、加算回路3において補正
磁場設定信号発生部1からの出力電圧Aに加算させるよ
うにする。(ただし、このときに設定可能なBの範囲
は、予め|B|≦|C|としておく。) このような処理を加えることで、補正磁場設定信号発生
部1からの出力電圧Aと勾配磁場設定信号発生部2から
の出力電圧Bが同符号を持ち、両電圧が重畳することに
よってシムコイルに最大許容電流値を与える電圧値Cを
超過する場合には、補正磁場設定信号発生部1からの出
力電圧Aと勾配磁場設定信号発生部2からの出力電圧B
を異符号とすることにより、補正磁場設定信号発生部1
からの出力電圧Aと勾配磁場設定信号発生部2からの出
力電圧Bを一部相殺させることができ、シムコイルに最
大許容電流値を与える電圧値Cまでの余裕を得ることが
できる。
【0015】本実施例では、この目的を達成するため
に、補正磁場設定信号発生部1からの出力電圧Aと勾配
磁場設定信号発生部2からの出力電圧Bをそれぞれ別の
端子から取り出して、演算回路7で演算を行なうと共
に、勾配磁場設定信号発生部2と加算回路3の間に非反
転回路9と反転回路10を設け、演算の結果、|A+B
|の値がシムコイルに最大許容電流値を与える電圧値C
の絶対値|C|と等しいか、あるいはシムコイルに最大
許容電流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よりも小さ
い値である場合には、スイッチ駆動回路8でスイッチS
1及びS2を非反転回路9側に制御するようにする。ま
た、演算の結果、|A+B|の値がシムコイルに最大許
容電流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よりも大きい
値である場合には、スイッチ駆動回路8でスイッチS1
及びS2を反転回路10側に制御するようにする。
【0016】このように構成することにより、|A+B
|の値がシムコイルに最大許容電流値を与える電圧値C
の絶対値|C|と等しいか、あるいはシムコイルに最大
許容電流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よりも小さ
い値である場合には、AとBをそのまま加算回路3にお
いて加算させることができ、|A+B|の値がシムコイ
ルに最大許容電流値を与える電圧値Cの絶対値|C|よ
りも大きい値である場合には、AとBを互いに異符号に
した上で、加算回路3において加算させることができ
る。その結果、従来よりもBの値をより広く設定するこ
とが可能となる。
【0017】尚、上記実施例では、|A+B|の値を判
定する際に、演算回路7を設けたが、これはCPUで行
なっても良い。
【0018】また、上記実施例では、補正磁場設定信号
発生部1と勾配磁場設定信号発生部2から出力される2
つの設定信号が共にアナログの電圧である場合について
のみ述べたが、これらの設定信号はディジタル値であっ
ても良い。その場合には、必要な箇所に、D/A変換器
を追加することになる。
【0019】また、上記実施例では、1対の単純なシム
コイルを用いた例について述べたが、本発明はそれに限
定されるものではない。例えば、シムコイルをマトリッ
クス構造に構成して、磁場の補正成分を複数のシムコイ
ルに分散させても良い。
【0020】その場合には、シムコイルは、図3に示す
ように、静磁場に対して一次勾配を与えるシムコイルA
1、二次勾配を与えるシムコイルA2、・・・・・・、n次勾
配を与えるシムコイルAnのn個のコイルから成り、そ
の各々に定電流回路と加算回路が附属することになる。
掃引される磁場勾配の種類は、通常は、一次勾配のみで
良いので、反転回路/非反転回路は、図3のように、勾
配磁場設定信号発生部の後段で、かつ、加算回路及び重
み付け回路の前段に設けられる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の磁場勾配発
生装置によれば、シムコイルに流れている補正磁場電流
に重畳させて勾配磁場電流を流す際に、補正磁場設定信
号発生部からの出力電圧と勾配磁場設定信号発生部から
の出力電圧の和の絶対値が定電流回路においてシムコイ
ルの最大許容電流値を与える電圧値の絶対値よりも大き
くなる場合には、勾配磁場設定信号発生部からの出力電
圧の符号を反転させて定電流回路に入力させるようにし
たので、従来よりも多くの勾配磁場電流をシムコイルに
流すことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の磁場勾配発生装置を示す図である。
【図2】本発明にかかる磁場勾配発生装置の一実施例を
示す図である。
【図3】本発明にかかる磁場勾配発生装置の別の実施例
を示す図である。
【符号の説明】
1・・・補正磁場設定信号発生部、2・・・勾配磁場設定信号
発生部、3・・・加算回路、4・・・定電流回路、5・・・磁
石、6・・・シムコイル、7・・・演算回路、8・・・スイッチ
駆動回路、9・・・非反転回路、10・・・反転回路、S1・・
・スイッチ、S2・・・スイッチ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】静磁場発生手段と、該静磁場発生手段に予
    め設けられたシムコイルと、静磁場に所定の補正磁場を
    重畳させるための信号を出力する補正磁場設定信号発生
    部と、静磁場に所定の勾配磁場を重畳させるための信号
    を出力する勾配磁場設定信号発生部と、該補正磁場設定
    信号発生部及び勾配磁場設定信号発生部から出力された
    信号を加算する加算回路と、該加算回路で加算された信
    号が入力され、かつ、該入力された信号の値に基づいて
    所定の電流を前記シムコイルに供給する電源回路とから
    成る磁場勾配発生装置において、前記勾配磁場設定信号
    発生部と加算回路の間には、勾配磁場設定信号発生部の
    出力した信号の極性を反転させる反転回路を備え、所定
    の条件を満たした場合にのみ、該反転回路を用いて、勾
    配磁場設定信号発生部から出力された信号の極性を反転
    させるようにしたことを特徴とする磁場勾配発生装置。
  2. 【請求項2】前記所定の条件とは、シムコイルの最大許
    容電流に相当する電流を電源回路から出力させるために
    該電源回路に入力する信号の値よりも、加算回路で加算
    された信号の値の方が大きな場合であることを特徴とす
    る請求項1記載の磁場勾配発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009510477A (ja) * 2005-10-03 2009-03-12 マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー 磁気の共鳴スペクトルを得るための輪状磁石を使ったシステム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009510477A (ja) * 2005-10-03 2009-03-12 マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー 磁気の共鳴スペクトルを得るための輪状磁石を使ったシステム
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