JP2005503224A - 勾配磁場を発生させるためのコイルシステム - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続された複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるMR装置のコイルシステムに関する。これらコイルの各々は、互いに絶縁され、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように、回路装置において隣接するコイルのコイル巻形状に接続される並列なコイル巻形状を備える。
【0002】
【従来の技術】
典型的な磁気共鳴撮像方法の状況において、陽子の磁気モーメントは、約1.5テスラの強く安定した磁場によりある空間方向に配向される。個々の陽子は、短い電磁RFパルスを用いて歳差運動に励起され、その後これら陽子は外部にある強い磁場に従って再び配向される。特に、励起及び緩和の時間並びに歳差運動の周波数は組織の型に依存し、測定の状況において、これらは励起の位置符号(position code)に従い、様々な組織の空間における位置に関する情報を提供する。この位置符号は、歳差の励起の位置依存周波数及び位相を利用し、関連する放射の位置に関する情報が測定されたMR信号のフーリエ変換により得られることを可能にする。
【0003】
高い画像品質を達成するために、検査される組織の型を識別するように幾つかの特徴を利用することに意味がある。許容可能な検査時間内に高い画像品質を達成する制限因子は、MR装置内の磁場が変化することができる速度にある。これにより、高い磁場強度の過渡が増幅器及び電源と共に得られることを可能にするコイルシステムを開発しようと絶え間なく試みられている。
【0004】
位置符号に対し望ましい磁場強度の勾配を生じさせるために、3つの相互に垂直な空間方向に延在する異なるコイルシステムを使用することが一般的な実施である。互いに向かい合った2つのヘルムホルツコイルは通常、身体の長軸、すなわち通常はz方向と呼ばれる軸の方向に置かれる。一般的に言うと、患者の身体の長軸に垂直な方向には、検査ボリュームを円筒形方式で囲むように互いに対向して配置されたスパイラル状の平面コイルが設けられる。身体の長軸に沿っては、この身体の長軸に垂直に延在する空間方向に利用できる2つ以上の上記のようなスパイラル状のコイルをしばしば設けられる。身体の長軸に垂直に配向される2つの空間方向は、通常x方向及びy方向と呼ばれ、このためには後者の種類の各々分離したコイルシステムが用いられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
英国特許GB2331808から、幾つかの直列接続された同じコイルのスパイラル状のインタリーブされた導電路を備えるコイルシステムを個々のコイルのそれぞれ異なる導電路が隣接するコイルの異なる導電路に接続されるように構成することが既に知られている。個々のコイルの直列接続から生じる導電路は、このやり方でこれらの電気特性に関して等しくされるべきである。
【0006】
従来のコイルシステムは、巻き数に関する柔軟さを欠くという重要な欠点を持っている。例えばMR装置のコイルシステムの巻き数は、MR装置の他の構成要素又は目的のアプリケーションに常に適合されなければならない。これは、例えば漏れ磁場(magnetic stray field)のアクティブシールドを行う場合に必要である。遮蔽コイルの設計は、生じている漏れ磁場によって決まるので、遮蔽を行うためのコイルシステムのコイルの巻き数に関して満たされるべき設計規準は慣例的に、勾配磁場用のコイルシステムの巻き数と遮蔽用のコイルシステムの巻き数との比である。この比はめったにしか整数にはならないので、この設計規準は通常、遮蔽コイル及び勾配コイルの多くの巻き数を用いてのみ満たされることができる。インダクタンスへのコイルの巻き数の2次の寄与は、これまでは例えば漏れ磁場に対しアクティブシールドを行うために用いられた設計が高いインダクタンスと関連され、電流強度の過渡中に誘導される電圧が電圧源及び絶縁体に関して厳しい必要条件を課すようにさせてしまう。
【0007】
【課題を解決するための手段】
現在ある技術の欠点及び問題を考慮してみると、本発明の目的は、非整数の実効巻き数を持ち、それにもかかわらず磁場の質、特に対称性及び均一性に関して課される必要条件を満たすコイルシステムを提供することである。また、本発明の目的はできる限り低いインダクタンスを持ち、電流の流れを変える段階においてできる限り低い電圧を発生させるような、漏れ磁場のアクティブシールド用のコイルシステムを提供することでもある。
【0008】
本発明は、本発明に従って、上述された種類のコイルシステムを用いて達成される。このシステムにおいて、個々のコイルは巻き数が互いに異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対し同一となるように、各々の隣接するコイルのコイル巻形状に接続されるコイル巻形状の少なくとも2つのグループを有する。
【0009】
本発明によるコイルシステムの特別な利点は、コイル巻形状の巻き数の選択に関する高い程度の自由度にある。並列なコイル巻形状は、コイルシステムにわたり略同じである電気特性と動作電圧を並列に印加することとによって同じ電流を通す。勾配磁場を発生させるためのコイルシステムの設計は、インダクタンスに関し有利に最適化されることができる一方、非整数の実効巻き数を使用する。
【0010】
漏れ磁場のアクティブシールドに関する説明された問題を解決するために、本発明は、勾配磁場を発生させる第1のコイル装置と、この第1のコイル装置の周りに生じた漏れ磁場をアクティブシールドする第2のコイル装置とを含む上述した種類のコイルシステムを述べていて、このコイルシステムにおいて、少なくとも第1又は第2のコイル装置の個々のコイルは、巻き数が互いに異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対し同一となるように、各々の隣接するコイルのコイル巻形状に接続されるコイル巻形状の少なくとも2つのグループを有する。
【0011】
勾配磁場コイルにより生じる漏れ磁場のアクティブシールドに関し、十分な利益は本発明によるコイルシステムで述べられる利点から得られる。勾配磁場コイルとMR装置の形状により規定されるような漏れ磁場アクティブシールドコイルとの巻形状の数の比は通常、任意の小数である。これまで課されていたコイル巻形状の整数は、適切な遮蔽のために正確な近似を達成するように一方又は両方のコイルシステムにおいて多くの巻き数を選択する必要がある。本発明によりコイルシステムの巻形状の実効数は必ずしも整数である必要はないので、個々のコイルの巻き数を僅かに減少することが可能である一方、それでもなお同じ遮蔽の質を達成する。例えば勾配コイルシステムの12.5巻形状とこれまで使用していたアクティブシールドの7コイル巻形状との比は、勾配磁場コイルにおいては25巻き及び遮蔽コイルシステムにおいては14巻きの最小数を必要とする。コイルシステムの個々のコイルの巻き数を2倍にすることは、これにより既にインダクタンスを4倍、故に関連する電流強度の過渡の場合に予測されるべき電圧応答のレベルも4倍する。本発明によれば、コイル巻形状は、2つの並列する相互に絶縁された導電路又はコイル巻形状に分割され、これにより修正されたコイルの巻き数が0.5の望ましい小数を持つように、2つのコイル巻形状の一方の巻き数を1ずつ減少する。電流の流れの変化に対するこのコイルシステムの電圧応答は、平行に延在するコイル巻形状の数を越えて数学的に決められる実効巻き数からおおよそ生じる。
【0012】
検査すべき人間の身体の長軸に垂直に配向される勾配磁場を発生及び遮蔽するために、コイルシステムの個々のコイルが平行に延在し、インタリーブされる多重巻スパイラルとして常に形成されるコイル巻形状を持つときに有利となる。例えば、このようなスパイラルが検査すべきボリュームの周りに円筒形状で置かれる、いわゆるx方向及びy方向に対するコイルシステムの磁場が互いに垂直に配向される。
【0013】
通常はz方向と呼ばれる、検査すべき患者の身体の長軸の方向に対し、本発明は、ヘルムホルツコイルとして構成され、コイル巻形状が互いに平行に延在し、互いに放射状又は軸状に隣接するように各々形成されるコイルを用いて実行されることができる。ヘルムホルツコイルの軸方向におけるコイル巻形状のヘリカル配列のために、本実施例はx方向及びy方向におけるスパイラル状の勾配磁場コイルのほぼ平面な構造よりも更に大きな程度の設計に対する自由度を提供する。
【0014】
不利益な交差及び個々のコイルの様々なコイル巻形状の接続のより複雑な形状を避けるために、コイル巻形状のグループの巻き数の間の差が1に等しく、1巻きが360°の回転に相当するときに有利である。実際には、実効巻き数のどんな小数も異なる巻き数を持つ個々のグループのメンバーの数の変化によって十分な歳差運動と共に実現されることができる。
【0015】
同じ電気特性を保証するために、直列接続されるコイルの数が異なる巻き数を持つグループの数の整数倍でるときに利用できる。一方では製造の観点から、同じになるように直列接続されたコイルを製造することが有利であるが、他方ではコイルの同じ構成は、コイル巻形状がこれに従って接続されるとき、同じ電気特性がコイルシステムにわたり個々のコイル巻形状又は導電路に対し得られることを保証する。異なる巻き数を持つグループの数の整数倍として直列接続されるコイルの数を選択することは、全体のコイルシステムを横切って延在する個々のコイル巻形状に、個々のコイルにおけるコイル巻形状の全ての異なる形式がコイルシステムにわたり延在する各導電路において少なくとも1度示されるように設計されることが可能である。
【0016】
他の利点は、対称性の特性から、すなわち、異なる巻き数を持つグループのコイル巻形状の数が公分母を持ち、この公分母と異なる巻き数を持つグループの数との積がコイルの数に等しいとき、コイルシステムにわたり延在するコイル巻形状の同じ電気特性を保証するように得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の2つの特別な実施例は、図を参照して以下に詳細に説明される。
【0018】
図1は2つの直列接続されたコイル1、2の概略的表示である。コイル1、2は共に平坦となるように構成され、身体の長手方向に垂直となる方向、故にx方向又はy方向にMR装置の勾配磁場を発生するのに主に適している。これら2つのコイル1、2は勾配磁場を発生させるために、検査ボリュームを円筒形状に囲んでいる。第2のコイルは軸5とその軸に垂直に延在する軸とに対しミラーリングを行うことにより形成される。図1は個々のコイル巻形状を展開図により概略表示している。これらコイル巻形状10、11は識別を目的とするために異なる型式の線によって示されている。
【0019】
入力側にある2つの接続部7a、7bと出力側にある2つの接続部8a、8bとは(示されない方法で)並列に接続され、動作電圧を入力する。これら2つのコイル1、2は接続導体9a、9bを介して互いに接続されている。
【0020】
前記コイル巻形状10、11は、インタリーブされたスパイラル形態で互いに平行に延在する。コイル2は軸5とこの軸5に垂直な軸とに対しコイル1をミラーリングすることにより形成される。
【0021】
起こる電位差がほんの少しのため、個々のコイル巻形状10、11の間に適度な比である絶縁(図示せず)を供給する。図1の実施例において、異なる巻き数を持つ2つだけのグループがあり、各グループにおいて、ただ一つのコイル巻形状10、11が示されている。
【0022】
図2は4つのコイル1、2、3、4を示し、各コイル1、2、3、4は4つのコイル巻形状10、11、12、13を持つ。
【0023】
コイル3、4は、コイル1、2を対称軸6に対しミラーリングを行うことにより形成される。MR装置においてコイル1、2、3、4を円筒形状に配置する場合、対称軸6は身体の長軸と平行に延在する。円筒形配置において互いに対向して配置されるコイル1、2及び3、4は、電流の流れる方向が反対であるために検査ボリュームにおいて反対の磁場を発生させ、円筒形配置の中心の所与のエリアを横断する磁場の略線形な勾配となる。
【0024】
個々のコイル1、2、3、4の平行なコイル巻形状10、11、12、13は、全コイルシステムにわたり同じ電圧を入力する。実際には、個々のコイル1、2、3、4の個々のコイル巻形状10、11、12、13が互いに接続しているために、各導電路10a、11a、12a、13aの電気特性は前記コイルシステムにわたり十分に等しくなるので、個々のコイル巻形状10、11、12、13の各々を通って同じ電流が流れる。
【0025】
異なる巻き数のコイル巻形状10、11、12、13を持つ2つのグループの数は、この場合コイル1、2、3、4の数の半分に一致する。2つになる巻き数を持つグループはこのとき各コイル1、2、3、4における1つのコイル巻形状10、11、12、13により示され、3に等しい巻き数を持つ第2のグループは、各コイル1、2、3、4における3つのコイル巻形状10、11、12、13により示される。前記コイルシステムにおいて考慮される各導電路10a、11a、12a、13aは、2巻きしか持たないコイル1、2、3、4の1つのコイル巻形状10、11、12、13を各々含んでいる。
【0026】
各コイルにおける個々のコイル巻形状10、11、12、13は、720°又は1080°の全被覆角(total covered angle)を持つので、3960°の角度は、全体のコイルシステムを通る導電路10a、11a、12a、13aに対する全被覆角として得られる。このコイル装置の実効巻き数はこれにより1コイル当たり2.75巻きとなる。
【0027】
図3に示される等価図は、全体のコイルシステムを通り延在する導電路10a、11a、12a、13aを形成するように、個々のコイル1、2、3、4の個々のコイル巻形状10、11、12、13の巻き数及びそれらの直列接続の考えを与える。平行な導電路10a、11a、12a、13aは全て同じ電圧を入力する。
【図面の簡単な説明】
【図1】2つの直列接続されるコイルを備えるコイルシステムのコイル巻形状の概略表示。
【図2】勾配磁場を発生するための4つの直列接続されたコイルのコイル巻形状の概略表示。
【図3】図2に示される本発明によるコイルシステムの等価図。
Claims (7)
- 直列に接続される複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるMR装置のコイルシステムであり、前記コイルの各々は、互いに絶縁され、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように、回路装置において隣接する前記コイルのコイル巻形状に接続された並列なコイル巻形状を備えたコイルシステムにおいて、個々の前記コイルは、巻き数が互いに異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が前記各導電路に対し同一となるように、前記各々の隣接するコイルの前記コイル巻形状に接続される前記コイル巻形状の少なくとも2つのグループを有することを特徴とするコイルシステム。
- 直列に接続される複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるMR装置のコイルシステムであり、前記コイルの各々は、互いに絶縁され、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように、回路装置において隣接する前記コイルのコイル巻形状に接続された並列なコイル巻形状を備え、前記コイルシステムにおいて、第1のコイル装置が前記勾配磁場を発生させ、第2のコイル装置は前記第1のコイル装置の周りに生じた漏れ磁場をアクティブシールドするコイルシステムにおいて、少なくとも前記第1又は第2のコイル装置の前記個々のコイルは、巻き数が互い異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が前記各導電路に対するのと同じであるようにして、前記各々の隣接するコイルの前記コイル巻形状に接続される前記コイル巻形状の少なくとも2つのグループを有することを特徴とするコイルシステム。
- 請求項1に記載のコイルシステムにおいて、前記個々のコイルの前記コイル巻形状は、平行に延在し、インタリーブされた多重巻スパイラルとして各々形成されることを特徴とするコイルシステム。
- 請求項1に記載のコイルシステムにおいて、前記個々のコイルは、ヘルムホルツコイルとして構成され、前記個々のコイルのコイル巻形状は、互いに平行に延在するように各々構成されることを特徴とするコイルシステム。
- 請求項1に記載のコイルシステムにおいて、前記コイル巻形状の前記グループの巻き数の間の差が1に等しく、1巻きが360°の回転に相当することを特徴とするコイルシステム。
- 請求項1に記載のコイルシステムにおいて、前記直列に接続されたコイルの数は、異なる巻き数を持つ前記グループの数の整数倍であることを特徴とするコイルシステム。
- 請求項1に記載のコイルシステムにおいて、異なる巻き数を持つ前記グループの前記コイル巻形状の数が公分母を持ち、この公分母と異なる数を持つ前記グループの数との積は、前記コイルの数に等しいことを特徴とするコイルシステム。
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