JP2003517911A - 自由に傾斜制御可能なｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 撮像されるべき対象画素の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を示すため、ＭＲＩ装置において傾斜磁場Ｇ_x＝∂Ｂ_z／∂ｘ等が発生される。公知のＭＲＩシステムでは、ｘ及びｙ傾斜磁場は４つの傾斜コイルの組合せによって発生され、そのうち２つはｘ及びｙ傾斜信号受信用であり、傾斜コイルの簡単な構造と容易なインピーダンス整合を可能とするよう、他の２つのコイルはｘ及びｙ傾斜信号の混合物の受信用である。本発明によれば、ｘ、ｙ、ｚ傾斜信号のほかに、所望の傾斜磁場を実現するだけでなく、熱散逸や傾斜増幅器間の電力の分配の均一性といったシステムパラメータを最適化するために使用されうる自由度を達成するために、変換システム（３５）に他の信号が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、装置の測定体積中にＬ個の傾斜磁場を発生し、夫々が信号入力及び
出力を有する傾斜増幅器と傾斜増幅器の出力に接続される傾斜コイルとを含む多
数のＮ個の（Ｎ＞Ｌ）の相互に独立なチャネルを含む傾斜系と、 Ｎ個の傾斜増幅器のＮ個の信号入力に１対１の関係で接続されるＮ個の出力と
、発生されるべき傾斜磁場を表わすＬ個の傾斜信号を受信するよう配置されたＬ
個の入力とを有し、変換ユニットに記憶された変換アルゴリズムに従って、入力
に印加された少なくともＬ個の傾斜信号をＮ個の傾斜増幅器を制御するためのＮ
個の制御信号へ変換するよう配置される変換ユニットとを含む、 磁気共鳴装置に関する。

【０００２】 この種類の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置は、米国特許第５，５５４，９２９号
から公知である。公知のＭＲＩ装置の傾斜系は、従来技術と同様、ｘ傾斜磁場（
Ｇ_x＝∂Ｂ_z／∂ｘ）、ｙ傾斜磁場（Ｇ_y＝∂Ｂ_z／∂ｙ）、及び、ｚ傾斜磁場（Ｇ _z ＝∂Ｂ_z／∂ｚ）を形成する３つの傾斜磁場（従ってＬ＝３）を発生するよう配
置される。但し、Ｂ_zは測定体積中でｚ方向に向いた装置の磁場である。この公
知の装置では、ｚ傾斜磁場は夫々の傾斜増幅器からなるｚチャネルによって発生
され、ｚ傾斜磁場のための傾斜コイルは増幅器の出力に接続される。発生される
べきｚ傾斜磁場を表わすｚ傾斜信号は、ｚチャネルの入力に印加される。

【０００３】 ｘ傾斜磁場及びｙ傾斜磁場は、多数の（例えば４つの）チャネルによって発生
され、各チャネルは当該のチャネルに関連付けられる夫々の傾斜増幅器を含み、
関連する傾斜コイルはその出力に接続される。公知の傾斜系の実施例では、１つ
のチャネルが発生されるべきｘ傾斜磁場を表わすｘ傾斜信号を受信し、他のチャ
ネルが発生されるべきｙ傾斜磁場を表わすｙ傾斜信号を受信することが意図され
、２つのチャネルがｘ傾斜信号とｙ傾斜信号の混合物を形成する夫々の傾斜信号
を受信することが意図される。

【０００４】 このｘ傾斜信号とｙ傾斜信号の混合物は、１対１の関係で４つの傾斜増幅器の
４つの信号入力に接続される４つの出力を含む変換ユニットから得られる。変換
ユニットは、Ｌ＝３の傾斜信号、即ち、発生されるべきｘ傾斜磁場、ｙ傾斜磁場
、及びｚ傾斜磁場を夫々表わすｘ傾斜信号、ｙ傾斜信号、及びｚ傾斜信号を受信
する３つの入力を含む。変換ユニットに格納された変換アルゴリズムは、入来す
るｘ傾斜信号とｙ傾斜信号を４つの信号へ、即ち各チャネルに１つずつへ変換す
る。このように、この実施例では、ｘ傾斜磁場とｙ傾斜磁場の組合せは４つのチ
ャネルによって発生される。この公知の構成は、より簡単な傾斜コイルの構造と
更に容易なインピーダンス整合を特に可能とすることを目的とする。

【０００５】 本発明は、傾斜系がより自由に動作されえ、即ち、装置の動作がユーザによっ
て自由に選択されうるパラメータに関して最適化されうる磁気共鳴撮像装置を提
供することを目的とする。

【０００６】 このため、本発明による磁気共鳴撮像装置は、変換ユニットが、上記Ｌ個の入
力以外に、傾斜信号とは独立に選択されうるＮ−Ｌ個の他の信号を受信するよう
配置される他のＮ−Ｌ個の入力を有し、 変換ユニットが、変換ユニットに記憶された変換アルゴリズムに従って、最初
のＬ個の入力に印加されたＬ個の傾斜信号を用いて、他のＮ−Ｌ個の入力に印加
されたＮ−Ｌ個の他の信号をＮ個の傾斜増幅器を制御するためのＮ個の制御信号
へ変換するよう配置されることを特徴とする。

【０００７】 変換ユニットのＮ個の入力の数は、発生されるべきＬ個の傾斜磁場の数よりも
常に大きい。これは、発生されるべき傾斜磁場を表わすＬ個の傾斜信号に加えて
、自由に選択されうる追加的な信号が印加されうるＮ−Ｌ個の入力があることを
意味する。これらの追加的な信号の選定は所望の最適化によって決められ、所望
の最適化自体は例えばユーザによって選択されるＭＲＩ装置の画像の種類に基づ
いて決められ、例えば比較的低い解像度での高速スキャン又は高い解像度での低
速スキャンである。

【０００８】 本発明の１つの実施例では、他のＮ−Ｌ個の入力の数は、Ｎ−Ｌ＝１である。
この選定により多数の所望の最適化が既に可能である。傾斜チャネルの数は出来
るだけ小さく保つことができ、変換ユニットの構造は出来る限り簡単なものに維
持される。

【０００９】 本発明の更なる実施例の傾斜コイルは、同様の形状である。Ｎ−Ｌ＝１と組み
合わせると、この実施例は２種類のコイルのみ（即ち第１のコイル形状とその鏡
像）を製造し格納するだけでよいという利点がある。

【００１０】 本発明の他の実施例では、１つのコイル形状は、所与の比率Ｉ_ｘ：Ｉ_ｚ＝１：
２αでサドル型のｘ傾斜コイルと円筒状のｚ傾斜コイルとを組み合わせることに
よって得られる。この実施例は、従来技術で周知のような円筒状のｚ傾斜コイル
と従来のサドル型ｘ傾斜コイルに基づく。この１つのコイル形状は、２つの従来
のコイル形状を同じ円筒面に写像し、それらを通して同じ電流を印加することに
よって、２つの従来のコイル形状から得られる。１つのコイル形状、即ち意図さ
れるコイルは、共通円筒面の各点において、円筒状のｚ傾斜コイルＩ_zの電流と
サドル型ｘ傾斜コイルＩxの電流を所与の比率Ｉ_x：Ｉ_y＝１：２αで加算するこ
とによって得られる。従って、これは実際は一方の電流が係数２αでまず乗算さ
れるようなベクトル加算である。するとαの値は１／２に等しくされえ、その場
合、電流Ｉ_x：Ｉ_yは等しいとされうる。概説するに、比率の数αの値を適切に選
定することによって、所望の最適化の数が選択されうる。

【００１１】 本発明の他の実施例では、他の入力に印加される他の信号は一定の値の信号に
よって形成される。この実施例は、所望の傾斜磁場が最小のエネルギー散逸で発
生されるべきである場合に使用されうる。４つの傾斜コイルの形状は同様である
（即ち互いに鏡像でありうることを除き、形状及び寸法について同一である）た
め、同じ抵抗を有する。最小のエネルギー散逸のために、４つの電流の平方の和
は最小でなくてはならない。これは、他の信号が一定の数を有し、即ちゼロであ
るときに当てはまることが分かった。

【００１２】 本発明の他の実施例では、比率の数値αは、α＝０．５√（２β）であり、但
し、 βは（Ｌ_Z／Ｌ_X）（ｋ² _X／ｋ² _Z）に等しく、 Ｌ_Z及びＬ_Xは夫々標準ｘ傾斜コイル及び標準ｚ傾斜コイルのインダクタンスで
あり、 ｋ_X及びｋ_Zは、ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びｚ傾斜磁場とｘ傾斜コイル及
びｚ傾斜コイルを夫々通る電流Ｉ_Xとの間の比率係数であり、従って、Ｉ_X＝ｋ_X
（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びＩ_ｚ＝ｋ_Z（∂Ｂ_Z／∂ｚ）である。

【００１３】 パラメータα及びβの値が上述の傾斜系の構造と組み合わせて所与であるため
、このようにして得られた自由度は傾斜コイル中に蓄積された全エネルギーを関
連する傾斜増幅器間に分配するために使用される。従来の傾斜系の場合、即ち各
傾斜磁場に対して１つのチャネルが設けられている傾斜系の場合、ただ１つの増
幅器が全エネルギーを伝えるが（即ち、純粋な直交傾斜磁場が発生されるべき場
合）、残りの増幅器はエネルギーを伝えない状況が常にある。本実施例では、以
下図３を参照して詳述するように、単一の増幅器の「最悪の場合」のローディン
グは生じない。

【００１４】 本発明の他の実施例では、ｚ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｚ）は円筒状のｚ傾斜コイ
ルによって発生され、ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びｙ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｙ
）は同様の形状の傾斜コイルを有する少なくとも３つの更なる傾斜チャネルによ
って発生される。本発明のこの実施例は、円筒状のｚ傾斜コイルが通常は十分に
効率的であるという事実を有利に利用する。この追加的な自由度は、同一の形状
であり互いに対して１２０°の角度で回転されて配置される３つの（非鏡像）傾
斜コイルにより傾斜Ｇ_x＝∂Ｂ_z／∂ｘ、Ｇ_y＝∂Ｂ_z／∂ｙを発生させるために使
用される。この場合、傾斜Ｇ_x及びＧ_yもまた効率的に発生されることが示されう
る。

【００１５】 本発明の他の実施例では、ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）、ｙ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／
∂ｙ）、及びｚ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｚ）は、同様の形状の傾斜コイルを有する
６つの傾斜チャネルによって発生される。本発明のこの実施例は、この場合は最
適化のために３つの自由度が利用可能であるという事実の認識を用いる。１つの
自由度は、全ての電流の和をゼロとするために使用されえ、他の２つの自由度は
傾斜系に蓄積される全エネルギーを出来るだけ均一に増幅器間に分配するために
使用されうる。更に、この状況では、本発明による傾斜系は、傾斜増幅器を大き
く変更する必要なく従来の傾斜系に基づいて実現されうる。しかしながら、この
場合、傾斜コイルには本発明に関連する外観が与えられるべきである。

【００１６】 本発明の他の実施例では、傾斜増幅器と傾斜コイルとの間の接続ケーブルの数
は傾斜コイルの数に等しい。本実施例は、傾斜コイルを通る電流の和がゼロであ
るよう傾斜系を最適化する可能性を利用する。この場合、傾斜増幅器と関連する
傾斜コイルの間にはただ１つの接続ケーブルを使用することで十分であり、全て
の傾斜コイルの他端は共通ノードで相互接続される。電流の和がゼロであるため
、ノードからは電流は流出しない。

【００１７】 本発明の他の変形例では、傾斜増幅器と傾斜コイルとの間の接続ケーブルの数
は傾斜コイルの数よりも１つ多い。この状況は、電流の和が正確にゼロではなく
僅かにゼロから逸脱する場合に生ずる。その場合、星形点から電流の僅かな放出
が生じ、小さい寸法である増幅器段へ小さい寸法のただ１つの放出ケーブルを用
いることで十分である。

【００１８】 以下、添付の図面を参照して本発明について詳述する。図中、対応する参照番
号は対応する要素を示す。

【００１９】 ［実施例の一般的な背景］ ＭＲＩ装置のソフトウエアは、所望の傾斜信号Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_zを発生し、
Ｇ_x＝∂Ｂ_z／∂ｘ、Ｇ_ｙ＝∂Ｂ_z／∂ｙ、Ｇ_z＝∂Ｂ_z／∂ｚである。従来技術に
よる従来のＭＲＩシステムでは、これらの３つの傾斜信号は、３つの傾斜コイル
において電流Ｉ_x、Ｉ_y及びＩ_zに直接結合され、以下の式、

【００２０】

【数１】 、但し、ｋ_x、ｋ_y及びｋ_zによって表わされる。上述の式（１）を行列反転させ
ると、

【００２１】

【数２】 と書ける。上述の式（１）及び（２）について、渦電流補償は行われていないと
想定されている。渦電流補償は本発明では本質的には重要でない。本発明によれ
ば、発生されるべき傾斜磁場Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_zの数よりも多くの数の傾斜チャ
ネルが設けられ、従って式（１）の代わりに以下の式、

【００２２】

【数３】 が成り立つ。式（３）に従って拡張することにより、同じ所望の傾斜磁場Ｇ_x、
Ｇ_y、及びＧ_zを形成するためのより多くの可能性が作られる。このために必要と
される式（３）の解は、一般的に、

【００２３】

【数４】 と表わせる。式中、λ₁．．．λ_n-3は、ランダムに選択されうる（時間依存）量
であり、発生されるべき傾斜磁場に対して何らの影響も与えない。しかしながら
、電流を介して、これらの量λ₁．．．λ_n-3は、ｎ個の傾斜増幅期間の全電力の
分布に対して、傾斜系における全散逸に対して、及び、電流の和に対して影響を
与える。従って、和がゼロである場合（又は比較的小さい和である場合）、あま
り高価でない構造の傾斜増幅器及び／又はそれに接続される配線を使用すること
が可能である。

【００２４】 行列ａ_ijについて、以下の式、

【００２５】

【数５】 が書ける。この行列ａ_ijについて、行列ｋ_ijの一般化された反転が選択されうる
。行列ｂ_ijについて、以下の関係、

【００２６】

【数６】 が成り立つ。

【００２７】 ［実施例の説明］ 図１に概略的に示される磁気共鳴撮像装置は、静磁場Ｂを発生する第１の磁石
系１と、傾斜磁場を発生する第２の磁石系３（傾斜コイル系）と、傾斜コイル系
３用の電力増幅器７系と、第１の磁石系１用の電源とを含む。ＲＦコイル９はＲ
Ｆ交番磁場を発生し、そのためにＲＦ源１１を含むＲＦ送信器に接続される。Ｒ
Ｆコイル９は検査されるべき対象（図示せず）中にＲＦ送信器の磁場によって発
生されるスピン共鳴信号を検出するためにも使用され、そのためにこのコイルは
信号増幅器１３を含むＲＦ受信器に接続される。信号増幅器１３の出力は、中央
制御装置１７に接続された検出回路１５に接続される。中央制御装置１７はまた
ＲＦ源１１用の変調器１９、電力増幅器７、及び画像ディスプレイ用のモニタ２
１を制御する。中央制御装置１７はまた発生されるべき傾斜磁場Ｇ_x、Ｇ_y、及び
Ｇ_zの選択及び形状を制御し、これらの傾斜磁場を形成するために必要とされる
任意の更なる信号を生成する。ＲＦ発振器２３は、変調器１９を制御すると共に
測定信号を処理する検出器１５を制御する。冷却管２７を有する冷却装置は、第
１の磁石系１の磁石コイルを冷却するために設けられる。磁石系１及び３の中に
配置されているＲＦコイル９は、医療診断測定用の装置の場合は検査されるべき
患者又は検査されるべき患者の一部を囲むのに十分に大きい測定空間２９を囲む
。従って、静磁場Ｂ、対象スライスを選択するための傾斜磁場、及び空間的に均
一なＲＦ交番磁場は、測定空間２９内に発生されうる。ＲＦコイル９は送信器コ
イルの機能と測定コイルの機能を組合せたものでありえ、その場合、順方向信号
トラフィックと逆方向信号トラフィックを分離するための分離回路１４が設けら
れる。また、２つの機能のために異なるコイルを使用することが可能であり、例
えば表面コイルの後に測定コイルとして作用しうる。コイル９は、必要であれば
ＲＦ磁場遮蔽ファラデーケージ３１によって囲まれうる。このように、全体の傾
斜系は、中央制御装置１７と、傾斜コイル系３と、電力増幅器７の系との組合せ
によって形成される。

【００２８】 図２は、従来技術による傾斜系（図２ａ）と、本発明による傾斜系（図２ｂ）
の相違点を示す図である。図２Ａ中、傾斜磁場Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_zは、中央制御
装置１７の一部をなす走査制御ユニット３３によって生成される。各傾斜磁場Ｇ _x 、Ｇ_y、及びＧ_zは、図１に示される電力増幅器７の系の一部をなす関連する電
力増幅器（傾斜増幅器）７−１、７−２、及び７−３に夫々印加される。関連す
る傾斜コイル３−１、３−２、及び３−３は各傾斜増幅器に接続され、即ち各座
標方向ｘ、ｙ、及びｚに対して１つずつ接続される。各傾斜増幅器と傾斜コイル
の組合せは、３つの所望の傾斜磁場を発生するための３つのチャネルを構成する
。

【００２９】 図２ａの構成と同様、図２ｂ中、Ｌ（Ｌ＝３）の傾斜信号Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_z
は、中央制御装置１７の一部をなす走査制御ユニット３３によって生成される。
更に、走査制御ユニット３３は、更なるＮ−Ｌ個の信号λ₁．．．λ_n-3を生成し
、これらの外観はＭＲＩ装置の所望の適用に依存する。傾斜信号Ｇ_x、Ｇ_y、及び
Ｇ_zと、信号はλ₁．．．λ_n-3は印加される信号から多数の信号Ｉ₁，．．．Ｉ_n
を得る変換ユニット３５へ印加される。変換ユニット３５は、Ｎ個の傾斜増幅器
７−１，．．．，７−ｎを制御するためのＮの制御信号Ｉ₁，．．．，Ｉ_nを形成
するよう、印加されたＮの信号Ｇ_x、Ｇ_y、Ｇ_z、λ₁．．．λ_n-3を変換ユニット
に格納された変換アルゴリズムに従って変換する。関連する傾斜コイル３−１，
．．．，３−ｎは各傾斜増幅器に接続されるため、各座標方向ｘ、ｙ、及びｚに
対して傾斜磁場が発生されうる。このような夫々の傾斜増幅器と傾斜増幅器の組
合せは、３つの所望の傾斜磁場を発生するためのｎのチャネルの系を構成する。

【００３０】 図３は、Ｎ＝３の傾斜磁場を発生するためにＮ＝４のチャネルを有し、同様の
形状の傾斜コイルを有する傾斜系の傾斜コイルで使用される導体パターンを示す
図である。この導体パターンの設計は、ｚ傾斜磁場を発生するために従来使用さ
れているのと同様の円筒状の導体パターンと、ｘ傾斜磁場又はｙ傾斜磁場を発生
するために従来使用されているのと同様のサドル型の導体パターンとの組合わせ
に基づく。これらの基本的なパターンから形成される導体パターンは円筒状の上
面上にある。この表面上の各点において、各基本パターンの個々の電流Ｉ_x及び
Ｉ_zは所与の重み係数１：２αで加算され、従ってＩ_x：Ｉ_z＝１：２αとなる。
図３に示される導体パターンでは、電流Ｉ_x及びＩ_zが等しくなるよう、２αの値
は１となるよう選択される。尚、上述の説明による導体パターンの構造は、２つ
の遮蔽されていない傾斜コイルに適用される。しかしながら、この考えを活性的
に遮蔽された傾斜コイル系、即ち、磁場を発生するコイルが第１の直径を有する
円筒上に配置され、コイルの外側の空間を傾斜磁場から遮蔽するコイルがより大
きい第２の直径を有する円筒状に配置される系に適用することが可能である。そ
の場合、実際の傾斜コイルは上述と同様に構築され、遮蔽コイルの組立ては、実
際の傾斜コイルと同じ比率で組み付けられねばならない（即ちこの場合は２αは
１に等しい）ｘ遮蔽コイルとｙ遮蔽コイルに基づき、上述と同様に行われる。

【００３１】 パラメータβ（上述のようにβ＝（Ｌ_z／Ｌ_x）（ｋ² _x／ｋ² _z）に従って定義さ
れる）は、サドル型のｘ傾斜コイルと円筒状のｚ傾斜コイルに蓄積されるエネル
ギーの比率の尺度となり、この（仮想的な）コイル形状は２つの上述のｘ及びｚ
傾斜コイルを組み合わせることによって得られる上述の実際のコイルを形成する
ときの開始点として用いられる。後者のパラメータは、構成要素であるｘ及びｚ
傾斜コイルの性質に従うため、設計処理中に影響を与えるのは容易ではない。し
かしながら、組立てのときの構成要素の個々の重みを決定するパラメータαは、
所与の限界内でランダムに選択されうる。（実際の）コイルに蓄積されたエネル
ギーは、α＝０．５√（２β）であれば最も高い均一性で駆動増幅期間で分配さ
れることが示されうる。すると、変換ユニットの他の入力に印加される信号は、
傾斜コイルに蓄積されたエネルギーの傾斜増幅器管での最も高い均一性での分配
の場合と同等であるよう選択されねばならない。この信号は、以下の考察に基づ
いて決定される。概説するに、一つの傾斜増幅器ｉ当たりに伝えられるエネルギ
ーＥ_iは、以下の式、

【００３２】

【数７】 で与えられ、式中、Ｉ_iはチャネルｉ中の電流であり、ｋ_x、ｋ_y、及びｋ_zは従来
の傾斜コイルのコイル定数であり、ｋ_xi、ｋ_yi、及びｋ_ziはパラメータα及びβ
を用いて形成される傾斜コイルのコイル定数である。式（７）は、以下のように
、

【００３３】

【数８】 とも書ける。傾斜コイルの所与の形態が選択されており、従ってパラメータα及
びβの値を固定すると想定する。自由度が１であり（従って変換ユニットに１つ
の他の入力がある）、電流比がＩ_x：Ｉ_z＝１：２αである場合、傾斜Ｇ_x、Ｇ_y、
及びＧ_zと４つのチャネルの電流Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、及びＩ₄の間には、以下の式、

【００３４】

【数９】 が成り立ち、この式から、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、及びＩ₄については、

【００３５】

【数１０】 が成り立つ。量β、α、Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_zの関数としての増幅器ｉ当たりのエ
ネルギーは、式（８）に、式（１０）と式β＝（Ｌ_z／Ｌ_x）（ｋ² _x／ｋ² _z）とを
代入することによって得られる。

【００３６】 変換ユニットの他の入力上の信号λは、以下のように決定されうる。傾斜コイ
ルの形状が選択されており、即ち、傾斜コイル系のコイルのインダクタンスＬ及
び比例係数ｋのように、上述のパラメータα及びβが数値として既知であると想
定する。更に、どのｘ、ｙ、及びｚ傾斜磁場が望まれているかが知られており、
従って量Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_zが（時間の関数として）既知である。所与の時点に
おいて量λを決定する処理は、λについて任意の初期値を、例えばλ＝０のよう
に想定することから開始する。これらの値を用いて、様々な傾斜電流Ｉ_iが計算
されえ、この点については、例えば上述の量のみが生ずる式（１０）を参照され
たい。これらの計算された電流Ｉ_iを用いて、平均的な当業者は、各傾斜チャネ
ルに蓄積された様々なエネルギーＥ_iを容易に決定しうる。続いて、上述のエネ
ルギーＥ_iの最大値が決定されねばならない。この値は、記号としてはＭ＝ｍａ
ｘ_i（Ｅ_i）と示される。続いて、λの値が（例えば、０．１ずつ）変化され、Ｍ
の値が再び決定される。この値はλの以前の値と同じエネルギーに属する必要は
ない。λの値の間隔に亘ってλを変化させると、Ｍの最小値が見つけられる。こ
の最小値は、記号としてはｍｉｎ_λ（ｍａｘ_i（Ｅ_i））と示される。このＭの最
小値は、λの最適値λ_optと称される所与のλの値に対して生ずる。λ_optを決定
する処理全体は、全ての関連する時間の値について繰り返され、従って最終的に
はλ_opt（ｔ）は時間の関数として知られる。

【００３７】 上述のλを決定する方法は、他の最適化処理を実行するためにも適している。
そのときに必要とされる方法は、計算された電流Ｉ_iに依存して決定される最適
化されるべき量が異なる点でのみ、上述の方法とは異なる。概説するに、これは
常に可能であり、なぜならば、コイルの形状及びコイルの配置が固定であり、時
間の関数としての電流Ｉ_iが既知であれば、傾斜系の全ての量は一定であるため
である。

【００３８】 幾つかの特別な場合は、λを決定するために上述のアルゴリズムを使用する必
要はない。これは変換ユニットの他の入力に印加される他の信号が一定の値の信
号によって形成される４つの傾斜コイルで最小の散逸の場合には既に見いだされ
ている。上述の他の信号がより直接的に決定されうる他の例について、図４ａ及
び図４ｂを参照して説明する。

【００３９】 図３に示される導体パターンを用いて、コイルは、図３のパターンを線φ＝１
８０°に対して線対称とすることによって、またこのようにして形成されたパタ
ーンを線φ＝１８０°に平行に延びる円筒軸を有する円筒を形成するよう丸める
ことによって実現されうる。物理的なコイルは、例えば線３７−１、３７−２、
３７−３といった領域において例えば銅（図の平面上に配置されると想定されう
る）の導体板に切れ目を入れることによって形成され、従って導体３９−１、３
９−２、３９−３等といった「フィンガープリント」の形状の導体を有する導体
パターンを形成する。従って、パラメータα及びβを上述のように選択すること
により、コイルの形状が同様であり、傾斜コイルに蓄積された電力が駆動傾斜増
幅器間で非常に均一に分配されるような傾斜コイル系を実現することが可能とな
る。

【００４０】 上述の式（１０）は、Ｌ＝２の傾斜磁場を形成するために変換ユニット３５の
入力に全部でＮ−４個の信号が印加され、従ってＮ−Ｌ＝１であること、また、
傾斜コイルの形状が同様であることを想定して得られた。従って、パラメータλ
及びβの値又はそれらの間の関係については何らの想定もなされていない。この
場合に生ずる自由度λが１であるものは、最小の散逸で所望の傾斜磁場を生成す
るために使用されうる。このためには、４つの傾斜コイルが同様の形状を有し、
従って同じ電気抵抗を有するため、Ｉ₁乃至Ｉ₄の和は最小化されねばならない。
λがこのように選択される場合、Ｇ_xはＩ₁及びＩ₂によって発生され、Ｇ_yはＩ₃
及びＩ₄によって発生され、Ｇ_zを発生するために全ての電流が比率Ｉ₁＝−Ｉ₂＝
Ｉ₃＝−Ｉ₄で使用される。

【００４１】 図４ａ及び図４ｂは、電流の和がちょうどゼロにされる場合（図４ａ）と、僅
かにゼロから逸脱する場合（図４ｂ）とについて示す図である。図４ａ中、各傾
斜コイル３−ｉは、一方ではいわゆるハーフブリッジ７−ｉによって駆動され、
他端は傾斜コイルの共通ノード６に接続される。この状況は、傾斜コイルを通っ
て流れる電流の和がゼロであるときに使用され、従って第５の傾斜増幅器又は第
５の電力ケーブルを使用する必要がなく、かなり費用が節約されるという利点が
達成される。（傾斜電流は数百アンペア程度の強さでありえ、非常に短い切換時
間ｓを伴うため、傾斜増幅器と電力供給ケーブルには厳しい要件が課せられる。
）また、小さい外乱によりこの和はわずかにゼロから逸脱することがあり、その
場合はノード６と共通基準点との間に帰還線８が挿入されうる（図４ｂ参照）。
この場合、帰還電流は傾斜コイルを通る個々の電流よりもかなり小さいためかな
りの利点がなお実現される。これらの図に示される本発明の実施例では、傾斜磁
場は、円筒状の（従って従来の）ｚ傾斜コイルによって発生され、追加的な自由
度は３つの傾斜チャネルを同様の傾斜コイルと共に用いてＧ_x及びＧ_yを発生する
ことによって使用されうる。これらのコイルは、互いに対して１２０°の角度で
共通軸上に配置される。傾斜コイルのうちの１つが、例えば水平基準面に対して
１５°の角度で傾斜磁場を形成する場合、式（９）は、

【００４２】

【数１１】 となる。上述の他の信号λ（ｔ）は、以下の考察に基づいて決定されうる。所与
の傾斜磁場の組合せＧ_x、Ｇ_y及びＧ_zが求められていると想定する。所与の電流
の組合せＩ₁，．．．，Ｉ₄はそれに続く。円筒状のｚ傾斜コイルと互いに１２０
°の角度で共通軸上にある３つのコイルとを含む場合、Ｇ_xとＧ_yを発生させるた
めには（式（１１）に示す状況）、Ｇ_zは電流Ｉ₄によって排他的に発生され、他
の２つの傾斜磁場は、Ｉ₁，．．．，Ｉ₃によって発生される。電流Ｉ₁，．．．
，Ｉ₃が等しい量ΔＩだけ増加されるとき、３つのコイルは互いに対して１２０
°の角度で延び、１つのコイル当たりの等しい変化は空間内で互いに打ち消し合
うため、この場合は傾斜磁場に全く変化が生じない。式Ｉ₁＋Δ＋Ｉ₂＋Δ＋Ｉ₃
＋Δ＋Ｉ₄＝０が成り立ち、従ってΔ＝（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃＋Ｉ₄）／３である。式
（１１）は、

【００４３】

【数１２】 のように拡張されうる。左辺の項は４つの要素へ拡張され、追加的な要素は電流
の和Ｓを表わし、コーナー値を有する行列は４つの数字１からなる追加的な行に
よって拡張される。このようにして得られた式（１２）は、４つの変数を有する
４つの式の系を表わし、この系はＳについて値Ｓ＝０とすることによって解ける
。従って、そこから値Ｉ₁，．．．，Ｉ₄が得られる。

【００４４】 図５は、夫々が傾斜増幅器７−ｉと関連する傾斜コイル３−ｉとを含むＮ＝６
の同じ傾斜チャネルを有する本発明による傾斜系を概略的に表わす図である。図
中、Ｌ（Ｌ＝３）傾斜信号Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_zは、図示されておらず、この場合は
電流の和をゼロにすることと傾斜系に蓄積される全エネルギーを増幅器間で出来
るだけ均一に分布することであるＭＲＩ装置の意図される用途に依存する外観を
有するＮ−Ｌ＝３個の更なる信号λ₁、λ₂、λ₃も生成する走査制御ユニットに
よって生成される。ここで、傾斜コイルは、例えば図３を参照して説明したよう
な本発明に関連する外観を有するはずである。傾斜信号Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_zと信号
λ₁、λ₂、λ₃は、各座標方向ｘ、ｙ及びｚに対して傾斜磁場が発生されうるよ
うＮの傾斜磁場７−１，．．．，７−ｎを制御するために、信号Ｉ₁，．．．，
Ｉ₆を導出する変換ユニットへ印加される。

【００４５】 図５中、全ての６つのコイル３−ｉは、この場合はいわゆるハーフブリッジか
らなる各増幅器７−ｉによって駆動される。従って、従来の傾斜系（即ち各座標
方向に対して１つの傾斜コイルと関連する増幅器が設けられてる傾斜系）に基づ
いて、傾斜増幅器のかなりの変更を必要とすることなく本発明による傾斜系を実
現することが可能となる。これは、従来の傾斜増幅器が慣習的に、一つが関連す
る傾斜コイルの一方の側に、もう一つが同じ傾斜コイルの他方の側に設けられる
２つのハーフブリッジを含むためである。これらの２つのハーフブリッジは夫々
、本発明によるコイルの１つに関連付けられ、従って３つの全Ｈブリッジの代わ
りに６つのハーフブリッジが使用される。これは、蓄積されたエネルギーがより
均一に分布され、それによりこれらの増幅器の最大負荷が低くされうるため可能
である。このように形成された形態で電流の和がゼロとされれば、接合点６−１
、６―２、及び６−３の間に電流路が存在せねばならない。和がゼロから僅かに
逸れる可能性が残されるのでかれば、電流路８は接合点と共通ゼロ電圧との間に
も存在すべきである。

【００４６】 傾斜系に蓄積される全エネルギーが傾斜増幅器間で出来るだけ均一に分布され
ることを確実にしたとき、変換ユニットの他の入力上の２つの信号λ₁（ｔ）及
びλ₂（ｔ）は、図３を参照して１つの信号λ（ｔ）の場合について上述した方
法を用いて決定されうる。傾斜コイル中の電流の和がゼロとなる信号λ（ｔ）の
値は、図４ａ及び図４ｂを参照して上述した方法によって決定されうる。

【００４７】 ６つの互いに同じコイルは、互いに対して６０°回転されたように配置される
。種々の傾斜チャネル間で蓄積された全エネルギーを最も高い均一性で分配しつ
つＧ_x、Ｇ_y及びＧ_zを派生させるために、３つの追加的な自由度のうちの２つが
使用される。各傾斜コイルはｚ方向にコイル定数ｋ_zを有し、ｘ／ｙ方向にコイ
ル定数ｋ_xを有すると想定する。すると、傾斜行列の外観は、

【００４８】

【数１３】 となる。この式では、行列の第１行の数値は１５°＋ｎ．６０°の余弦を表わし
、第２行の数値は１５°＋ｎ．６０°の正弦を表わす。

【００４９】 エネルギーは６つの増幅器間で分配されえ、電流は、例えば次のように選択さ
れる。Ｇ_zのみを発生するため：Ｉ₁＝Ｉ₂＝Ｉ₃＝Ｉ₄＝Ｉ₅＝Ｉ₆；Ｇ_xのみを発生
するため：Ｉ₁＝２．１６＊Ｉ₂＝−Ｉ₃＝−Ｉ₄＝−２．１６＊Ｉ₅＝Ｉ₆；Ｇ_yの
みを発生するため：２．１６＊Ｉ₁＝Ｉ₂＝Ｉ₃＝−２．１６＊Ｉ₄＝−Ｉ₅＝−Ｉ₆ ；これは、これらの係数を式（１３）の右辺の項の電流に挿入することにより見
いだされ、その後、左辺の項はＧ_xのみ、Ｇ_yのみ、又はＧ_zのみが発生されるこ
とを示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一般的な技術による磁気共鳴装置の一般的な構造を概略的に示す図である。

【図２ａ】 一般的な技術による傾斜系を概略的に示す図である。

【図２ｂ】 本発明による傾斜系を概略的に示す図である。

【図３】 Ｎ＝４のチャネルを有する傾斜系の傾斜コイルと同様の形状の傾斜コイルにお
いて使用される導体パターンを示す図である。

【図４ａ】 傾斜電流の和がちょうどゼロとされる本発明の実施例を示す図である。

【図４ｂ】 傾斜電流の和がゼロから僅かに逸れた本発明の実施例を示す図である。

【図５】 Ｎ＝６の同様の傾斜チャネルを有する本発明による傾斜系を概略的に示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーレン，ヘラルドュス エン オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 ビュンク，ポウル ベー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 4C096 AB33 AD02 AD09 AD22 CB01 CB03 CB07 CB12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置の測定体積中にＬ個の傾斜磁場を発生し、夫々が信号入
   力及び出力を有する傾斜増幅器と上記傾斜増幅器の出力に接続される傾斜コイル
   とを含む多数のＮ個の（Ｎ＞Ｌ）の相互に独立なチャネルを含む傾斜系と、 Ｎ個の傾斜増幅器のＮ個の信号入力に１対１の関係で接続されるＮ個の出力と
   、発生されるべき傾斜磁場を表わすＬ個の傾斜信号を受信するよう配置されるＬ
   個の入力とを有し、変換ユニットに記憶された変換アルゴリズムに従って、上記
   入力に印加される少なくともＬ個の傾斜信号を上記Ｎ個の傾斜増幅器を制御する
   ためのＮ個の制御信号へ変換するよう配置される変換ユニットとを含む、 磁気共鳴装置であって、 上記変換ユニットは、上記Ｌ個の入力以外に、上記傾斜信号とは独立に選択さ
   れうるＮ−Ｌ個の他の信号を受信するよう配置される他のＮ−Ｌ個の入力を有し
   、 上記変換ユニットは、上記変換ユニットに記憶された変換アルゴリズムに従っ
   て、最初のＬ個の入力に印加されたＬ個の傾斜信号を用いて、上記他のＮ−Ｌ個
   の入力に印加された上記Ｎ−Ｌ個の他の信号を上記Ｎ個の傾斜増幅器を制御する
   ためのＮ個の制御信号へ変換するよう配置されることを特徴とする磁気共鳴装置
   。
2. 【請求項２】 上記他のＮ−Ｌ個の入力の数は、Ｎ−Ｌ＝１である、請求項
   １記載の磁気共鳴装置。
3. 【請求項３】 上記傾斜コイルは同様の形状である、請求項２記載の磁気共
   鳴装置。
4. 【請求項４】 傾斜コイルはサドル型のｘ傾斜コイルと円筒状のｚ傾斜コイ
   ルの組合せから所与の比率Ｉ_ｘ：Ｉ_ｚ＝１：２αで得られる、請求項３記載の磁
   気共鳴装置。
5. 【請求項５】 上記他の入力に印加される上記他の信号は一定の値の信号に
   よって形成される、請求項４記載の磁気共鳴装置。
6. 【請求項６】 上記比率の数値αは、α＝０．５√（２β）であり、但し、 βは（Ｌ_Z／Ｌ_X）（ｋ² _X／ｋ² _Z）に等しく、 Ｌ_Z及びＬ_Xは夫々標準ｘ傾斜コイル及び標準ｚ傾斜コイルのインダクタンスで
   あり、 ｋ_X及びｋ_Zは、ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びｚ傾斜磁場と上記ｘ傾斜コイ
   ル及び上記ｚ傾斜コイルを夫々通る電流Ｉ_Xとの間の比率係数であり、従って、
   Ｉ_X＝ｋ_X（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びＩ_ｚ＝ｋ_Z（∂Ｂ_Z／∂ｚ）である、請求項４記載
   の磁気共鳴装置。
7. 【請求項７】 ｚ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｚ）は円筒状のｚ傾斜コイルによっ
   て発生され、ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）及びｙ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｙ）は同様
   の形状の傾斜コイルを有する少なくとも３つの更なる傾斜チャネルによって発生
   される、請求項１記載の磁気共鳴装置。
8. 【請求項８】 ｘ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｘ）、ｙ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｙ）、
   及びｚ傾斜磁場（∂Ｂ_Z／∂ｚ）は、同様の形状の傾斜コイルを有する６つの傾
   斜チャネルによって発生される、請求項１記載の磁気共鳴装置。
9. 【請求項９】 上記傾斜増幅器と上記傾斜コイルとの間の接続ケーブルの数
   は傾斜コイルの数に等しい、請求項１記載の磁気共鳴装置。
10. 【請求項１０】 上記傾斜増幅器と上記傾斜コイルとの間の接続ケーブルの
    数は傾斜コイルの数よりも１つ多い、請求項１記載の磁気共鳴装置。