JP2004130141A - 核磁気共鳴画像用の勾配コイル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩磁場を減少し、極低温負荷に対する寄与を低減し、過電流による画像劣化も大幅に低減される核磁気共鳴画像用の勾配コイル構造を提供する。
【解決手段】ＭＲＩに使用する勾配コイル構造は、主勾配コイル２０とシールド・コイル２１を有し、シールド・コイルの一部が主コイルより外側に配置されている。これらのコイルは、画像形成領域２２に対して周辺領域２５において、コイルがほとんど一致するように構成され、このコイルは、主コイルの残部に対してある角度で前方に延びて、その結果、主コイルは画像領域２２から凹形に見える。この配設によって、シールド効率が改善される。
【選択図】図３ａ

Description

　本発明は、磁気コイル構造に関し、特に核磁気共鳴画像／分光（ＭＲＩＳ）用の勾配コイル（ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｃｏｉｌ）構造に関する。

　公知のＭＲＩＳシステムが存在しており、それらは、複数の同心コイルを備え、これらのコイルが、被験者をその中に配置できる領域の回りに位置する。このようなコイルには、強力な一定の磁場を提供するのに使用する最も外側のＤＣコイル、このＤＣコイルと同心にその内部に配設される内側ＲＦコイル配設、および内側ＲＦコイルと外側ＤＣコイルとの間に位置する勾配コイル・アセンブリがある。勾配コイル・アセンブリは、時間変化する磁場を生成するように配設されており、これによって、患者の原子核の応答周波数および位相が、磁場内での患者の位置に依存するようになる。

　この種の配設は公知であり、これらの場合に、コイルは円筒形である。勾配コイル・アセンブリは、通常、Ｘ、ＹおよびＺ勾配コイルと呼ばれる３つ１組のコイルからなる。シールドなしの勾配は、円筒の表面上に導体のパターンを巻くことによって形成することができる。しかしながら、一般に、勾配コイルのそれぞれは、勾配コイルを囲む別の円筒上に巻かれた別の導体パターンによってシールドされる。

　より最近では、代替磁石形状が開発されている。そのような配設の１つにおいては、磁石は、ギャップによって分離された、２つの実質的に異なるアセンブリを含む。支配的な磁場は、これらのアセンブリの間に生成され、この種の構成は通常、横方向磁場磁石と呼ばれる。この磁場は、永久磁石、抵抗電磁石、または超伝導磁石によって、生成することができる。画像形成しようとする被験者は、磁石アセンブリの間に配置される。このような配設においては、円筒状勾配コイル構成は、もはや適切ではない。そのような勾配コイルの一般的な形態は、画像形成しようとする被験者の上方および下方に位置する２つの実質的に平面のディスクを含む。このディスクには、任意選択で、追加のシールド巻線を組み込んでもよい。

　横方向磁場構成におけるＭＲＩＳ用のシールド・コイルは、均一磁場を生成する主コイルとは実質的に独立に構築することができる。図１ａは、公知の構成の断面図を示すものであり、この構成においては、シールド・コイル１０が主コイル１１と１組の端子において直列に接続されている。図１ｂは、主Ｘ勾配コイルおよびシールド・コイルの巻線パターンを示す。この構成は、特にシールド・コイルが主コイルよりも直径が大きい場合に、良好なシールド特性を生成する。しかしながら、この配設は、非常に大きな直径のアセンブリとなる。主コイルの周囲およびシールド・コイルの旋回（ｔｕｒｎｓ）は、実質的に互いに磁気的に相殺するが、インダクタンスおよび抵抗の点において高価であり、したがってこのアセンブリ全体が比較的非効率である。

　そのようなコイル構成の外周部分の先端を、ある半径より大きなそれぞれの巻線を実質的に廃棄し、そのように形成した主コイルにおける部分旋回（ｐａｒｔｉａｌ　ｔｕｒｎ）の多くを、シールド・コイルの部分旋回に連結することによって、切り捨てることが提案されている。また、主コイルを平面とし、シールド・コイルを、画像形成領域から見ると、実質的に凹形または実質的に円錐形とすることが提案されている。この種の公知の配設を、添付図面の図２ａに示してあり、図では平面主コイルは１４に、円錐形シールド・コイルは１５に示されている。図２ｂは、主勾配コイルおよび円錐形シールド・コイルの巻線パターンを示す。この種の配設が、国際公開ＷＯ０２／２７３４５およびＷＯ０２／２７３４６に記載されている。

　この種の構成によると、非常に小型のコイルが得られる。しかしながら、これには設計上の妥協を伴う。シールド・コイルが主コイルを超えて延びないようになるので、その有効性が低下し、実質的な漏洩磁場が生成される可能性がある。これによって磁石の導体部分に渦電流が誘起される可能性がある。そのような渦電流は、追加かつ有害な時間変化磁場を画像形成領域内に生成する可能性がある。さらに、主磁場が、超伝導コイルで生成される場合には、渦電流はまた、磁石の極低温構造における損失をも生成し、その極低温性能を低下させる可能性がある。

　本発明は、このような問題を低減するために開発された。

　本発明によれば、ＭＲＩ装置に使用する勾配コイル構造であって、主勾配コイルとシールド・コイルを備え、前記シールド・コイルの一部分が主勾配コイルから外向きに配置されており、前記コイルが、画像形成容積に対して周辺領域において、コイルがほとんど一致するように構成されている、前記コイル構造が提供される。好ましくは、いくぶんかの正味電流は一致領域におけるコイルに流れる。

　一致領域におけるコイルは、前方に主コイルの残部に対してある角度で延ばし、その結果、主コイルが画像形成容積からくぼんで見えるようにしてもよい。シールド・コイルは、一般に円錐形とすることができる。主コイルの中央領域は平面であり、主コイルの一致領域と中央領域の間の角度は鈍角とすることができる。

　本発明による配設は、改善されたシールド性能を提供する。それらがほぼ一致しているために、主コイルおよびシールド・コイルにおける電流は、一致の領域においては実質的に共通となり、電流をコイル間で再割り当てして製造上の配慮に合致させることができる。

　以下に、添付の図面のみを具体的に参照して、例を用いて本発明を説明する。

　図３ａを参照すると、本発明の一実施例による勾配コイル・アセンブリは、主コイル２０およびシールド・コイル２１を備える。図３ａは、実際には２つの勾配コイル・アセンブリを、１つは画像形成領域２２の上方に、もう１つはその下方に、示すことが理解されるであろう。主コイル２０は、中央の平面領域２４と円錐形に延びる外周領域２５を有する。勾配コイルは、概して円錐形であり、その外周領域は、主コイルの円錐部分２５と実質的に一致している。主勾配コイルおよびシールド・コイルの巻線パターンを図３ｂに示してある。

　したがって、シールド・コイルおよび主コイルは、主コイルの平坦な前面２４から、実質上連結されて前方に延びており、この領域２５において実質的に一致していることがわかる。最適なシールドのためには、いくぶんかの正味電流を、延長された領域２５内に流す必要がある。このようにほぼ一致していることから、主コイルとシールド・コイルの役割は、この延長領域においては実質上共通となり、製造条件の要求にしたがって２つのコイル間の電流を再割り当てすることができる。

　主コイルおよびシールド・コイルは、両者を適切に連結することのできる延長領域の縁端部で、それぞれの導体が一致するように設計される。主コイルは、画像形成領域から見ると凹形であり、またシールド・コイルも凹形であるが、その程度がより大きいことに留意すべきである。

　例えば図２の先行技術の配設に比較して、図３の構成は、画像形成領域において類似の磁場を生成するが、そのシールド効率は大幅に改善されている。漏洩磁場は、２分の１まで減少し、これによって極低温熱負荷に対する寄与が、約４分の１に低減されることになる。渦電流による画像劣化も大幅に低減されやすくなる。

　添付図面の図３に示すアセンブリは、特定の場合のＸ勾配アセンブリと、それに関連する円錐形シールド・コイルに対するものである。当業者であれば、Ｙ勾配アセンブリは、同様の構築であるが、円錐の軸の回りに９０°回転されることになることを理解するであろう。また、Ｚ勾配コイル・アセンブリは、同様の原理を用いて構築できるが、この場合には導体は実質的に円形であり、円錐と同軸であることも理解されるであろう。

　添付図面の図４は、図３のＸ勾配コイル・アセンブリをＭＲＩＳ装置に組み込む方法を示している。図４において、ＭＲＩＳ装置の上部および下部磁石アセンブリが、３０と３１で示されており、その間に支持体３２が延びている。アセンブリ３０は、ＭＲＩＳに必要な実質的に均一な磁場を、ＲＦ場と共に生成するコイルを収容することが理解されるであろう。各磁石アセンブリ３０、３１は、円錐形凹部３４を有し、この凹部が図３を参照して説明した種類の勾配コイル・アセンブリ３５を収容する。

公知の平面勾配コイル・アセンブリの横断面図である。 図１ａの主コイルとシールド・コイルの巻線パターンを示す平面図である。 別の公知の勾配コイル・アセンブリの横断面図である。 図２ａの主コイルとシールド・コイルの巻線パターンを示す平面投影図である。 本発明による勾配コイル・アセンブリの横断面図である。 図３ａの主コイルおよびシールド・コイルの巻線パターンを示す平面投影図である。 本発明による勾配コイル・アセンブリを組み込んだＭＲＩＳシステムを示す概略図である。

符号の説明

　１０、２１　シールド・コイル
　１１、２０　主コイル
　１４　平面主コイル
　１５　円錐形シールド・コイル
　２２　画像形成領域
　２４　中央平面領域
　２５　外周領域（周辺領域／主コイルの円錐部分）
　３０　上部磁石アセンブリ
　３１　下部磁石アセンブリ
　３２　支持体
　３４　凹部
　３５　勾配コイル・アセンブリ
　

Claims (5)

1. 　ＭＲＩ装置に使用する勾配コイル構造であって、主勾配コイルとシールド・コイルを備え、前記シールド・コイルの一部が、主勾配コイルより外側に配置されており、前記コイルは、画像形成容積に対する周辺領域において、コイルがほとんど一致するように構成されており、一致領域のコイルが、主コイルの残部に対してある角度で前方に延びて、その結果、主コイルが画像形成容積から凹型に見える、前記コイル構造。
2. 　使用に際して、ある正味電流が、一致領域のコイル中を流れる、請求項１に記載の勾配コイル構造。
3. 　シールド・コイルが概して円錐形である、請求項１または請求項２に記載の勾配コイル構造。
4. 　主コイルの中央領域が平面であり、主コイルの一致領域と中央領域の間の角度が鈍角である、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の勾配コイル構造。
5. 　請求項１から請求項４までのいずれかに記載の勾配コイル構造を含む、ＭＲＩＳ装置。