JP2012024451A - Gradient magnetic field coil device and magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、MRIと称す)装置に用いられる傾斜磁場コイル装置に関する。 The present invention relates to a gradient coil apparatus used in a magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as MRI) apparatus.
MRI装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体に物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。 An MRI apparatus is a device that obtains a cross-sectional image showing physical and chemical properties on a subject using a nuclear magnetic resonance phenomenon that occurs when a subject placed in a uniform static magnetic field is irradiated with a high frequency pulse. In particular, it is used for medical purposes.
MRI装置は、被検体が挿入される撮像領域に均一な静磁場を生成する磁石装置と、その撮像領域に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置と、被検体に高周波パルスを照射するRFコイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムとから構成されている。 The MRI apparatus generates a magnetic apparatus that generates a uniform static magnetic field in an imaging region into which a subject is inserted, and a gradient magnetic field that is spatially gradient in intensity to give position information to the imaging region. It is composed of a gradient magnetic field coil device, an RF coil that irradiates a subject with a high frequency pulse, a receiving coil that receives a magnetic resonance signal from the subject, and a computer system that processes the received signal and displays an image. Yes.
MRI装置の性能向上の手段としては、まず、磁石装置が発生する静磁場強度の向上がある。静磁場強度が高い程、より鮮明な画像と多様な断面画像を得ることが出来るため、MRI装置はより高い静磁場強度を指向して開発が続けられている。他の性能向上の手段としては、傾斜磁場の強度の向上と、傾斜磁場をパルス状に高速に発生させる高速駆動がある。これらは、撮像時間の短縮と画質の向上に寄与し、近年盛んに使用されるようになった高速撮像法で多用されている。特に、傾斜磁場コイル装置の駆動電源装置の性能向上により、高速なスイッチングと大電流の通電が可能になっている。 As means for improving the performance of the MRI apparatus, first, there is an improvement in the strength of the static magnetic field generated by the magnet apparatus. Since the higher the static magnetic field strength, the clearer images and the various cross-sectional images can be obtained, the MRI apparatus has been continuously developed with a higher static magnetic field strength. As other means for improving the performance, there are an improvement in the strength of the gradient magnetic field and a high-speed drive for generating the gradient magnetic field in a pulsed manner at a high speed. These contribute to shortening of imaging time and improvement of image quality, and are frequently used in high-speed imaging methods that have been actively used in recent years. In particular, due to the improved performance of the drive power supply device for the gradient magnetic field coil device, high-speed switching and large current application are possible.
強力な傾斜磁場を発生するためには、傾斜磁場コイル装置に流す電流を大きくする、又は、傾斜磁場コイル装置の巻き数を多くするなどの方法がある。しかしながら、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、傾斜磁場コイル装置の端部に発生する誘導電圧が大きくなり、絶縁のためのスペースが必要となるため、傾斜磁場コイル装置の小型化が難しい。また、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、線間スペースが増え、傾斜磁場コイル装置における導体の占積率が低下し、電流密度が高くなるために温度上昇が起こりやすくなる。一方、傾斜磁場コイル装置を流れる電流を大きくするためには、大電流の通電に対応した幅広の導体が必要となるが、幅広の導体の湾曲部においては、導体の幅方向の電流密度分布に偏りが生じ、設計で意図した傾斜磁場が発生しない場合がある。 In order to generate a strong gradient magnetic field, there are methods such as increasing the current flowing through the gradient coil device or increasing the number of turns of the gradient coil device. However, when the number of turns of the gradient magnetic field coil device is increased, the induced voltage generated at the end of the gradient magnetic field coil device is increased, and a space for insulation is required. Therefore, it is difficult to reduce the size of the gradient magnetic field coil device. Further, when the number of turns of the gradient magnetic field coil device is increased, the space between the lines is increased, the space factor of the conductor in the gradient magnetic field coil device is lowered, and the current density is increased, so that the temperature rises easily. On the other hand, in order to increase the current flowing through the gradient coil device, a wide conductor corresponding to energization of a large current is required. However, in the curved portion of the wide conductor, the current density distribution in the width direction of the conductor is reduced. There is a case where a bias occurs and the gradient magnetic field intended by the design is not generated.
傾斜磁場コイル装置にはパルス状の電流が流れるため、パルス状の磁場(漏れ磁場)が磁石装置の金属容器部分に渦電流を生じ、渦電流による磁場が画像に影響を与える。このため、高速に大電流をスイッチングして通電する傾斜磁場コイル装置は、撮像領域に傾斜磁場を生成するメインコイルと、パルス状の磁場(傾斜磁場と漏れ磁場)が撮像領域以外の不要な部分に漏れないようにするシールドコイルとを有している場合が多い。 Since a pulsed current flows through the gradient coil device, the pulsed magnetic field (leakage magnetic field) generates an eddy current in the metal container portion of the magnet device, and the magnetic field due to the eddy current affects the image. For this reason, the gradient coil device that switches a large current at high speed and energizes the main coil that generates a gradient magnetic field in the imaging region, and the pulsed magnetic field (gradient magnetic field and leakage magnetic field) are unnecessary portions other than the imaging region. In many cases, it has a shield coil to prevent leakage.
大電流を高速なパルス波形で流すための手段としては、特許文献1にあるように、一つのコイルを複数の並列導体で構成し、それぞれのインダクタンスが同一になるような回路構成とするものが提案されている。この他に、渦電流の磁場を低減する手段として、超電導コイルを磁石装置に採用したMRI装置において、その磁石装置の振動による変動磁場を低抵抗率の導体板によって低減するものが提案されている。
As a means for flowing a large current with a high-speed pulse waveform, as disclosed in
MRI装置には、鮮明な画像が高速に得られることが求められている。このため、傾斜磁場コイル装置には、出来るだけ大きな磁束密度の傾斜磁場を出来るだけ高速に発生させることが求められている。従って、傾斜磁場コイル装置には高電圧、又は、大電流が印加されることになり、高電圧の印加により導体間の電位差が増大し、大電流の印加により傾斜磁場コイル装置の発熱が増大する傾向にある。さらに、大きな傾斜磁場を発生させるため、漏れ磁場も大きくなる傾向にあり、この漏れ磁場により磁石装置の金属容器に渦電流が生成し、この渦電流により生じた磁場が画像に影響を与えると考えられる。 The MRI apparatus is required to obtain a clear image at high speed. For this reason, the gradient magnetic field coil apparatus is required to generate a gradient magnetic field having as high a magnetic flux density as possible as quickly as possible. Therefore, a high voltage or a large current is applied to the gradient magnetic field coil device, and the potential difference between the conductors increases by the application of the high voltage, and the heat generation of the gradient magnetic field coil device increases by the application of the large current. There is a tendency. Furthermore, since a large gradient magnetic field is generated, the leakage magnetic field also tends to increase. This leakage magnetic field generates eddy currents in the metal container of the magnet device, and the magnetic field generated by the eddy currents affects the image. It is done.
そこで、本発明の目的は、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することであり、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたMRI装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a gradient coil apparatus that can increase the gradient magnetic field without increasing the leakage magnetic field, and further to provide an MRI apparatus equipped with the gradient coil apparatus. Is to provide.
前記目的を達成するために、本発明は、
磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第1コイルと、
前記第1コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第1コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第2コイルとを備え、
前記第2コイルを流れる電流は、前記第1コイルを流れる電流より少なく、
前記第2コイルのターン数は、前記第1コイルのターン数より大きく、
前記第2コイルの導体幅は、前記第1コイルの導体幅より狭い傾斜磁場コイル装置であることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A spiral-shaped first coil that creates a magnetic field distribution whose intensity is linearly inclined in the imaging region of the magnetic resonance imaging apparatus;
A spiral-shaped second coil that is disposed on the opposite side of the imaging region across the first coil and suppresses a leakage magnetic field created by the first coil on the opposite side;
The current flowing through the second coil is less than the current flowing through the first coil,
The number of turns of the second coil is greater than the number of turns of the first coil,
The conductor width of the second coil is a gradient coil device that is narrower than the conductor width of the first coil.
また、本発明は、本発明に係る傾斜磁場コイル装置と、前記撮像領域に静磁場を作る磁石装置とを有するMRI装置であることを特徴としている。 In addition, the present invention is an MRI apparatus including the gradient magnetic field coil apparatus according to the present invention and a magnet apparatus that creates a static magnetic field in the imaging region.
本発明によれば、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することができ、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたMRI装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gradient magnetic field coil apparatus which can enlarge a gradient magnetic field, without enlarging a leakage magnetic field can be provided, Furthermore, the MRI apparatus by which the gradient magnetic field coil apparatus is mounted is provided. be able to.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施形態)
図2に、本発明の第1の実施形態に係る磁気共鳴イメージング(MRI)装置100の斜視図を示す。MRI装置100は、概ね3重の円筒形状をしている。その3重の外側に磁石装置30を構成する円筒形状の真空容器1が設けられている。真空容器1の内側には、円筒形状の傾斜磁場コイル装置5が設けられている。傾斜磁場コイル装置5の内側には、円筒形状のRFコイル11が設けられている。被検体(患者)7は、ベッド25にねたままの状態でRFコイル11の内側に挿入され、断層画像が撮像される。真空容器1と傾斜磁場コイル装置5とRFコイル11の3重の円筒形状の中心軸は互いに概ね一致している。後記の説明を容易にするために、その中心軸に一致するようにz軸を設定している。y軸は垂直方向上向きに設定している。x軸は、水平方向に設定している。座標原点は、真空容器1と傾斜磁場コイル装置5とRFコイル11の3重の円筒形状の略中心に設定している。また、真空容器1と傾斜磁場コイル装置5とRFコイル11の3重の円筒形状の周方向として、θ方向を設定している。θ方向は、x軸方向をゼロ(0)[rad]とし、図2において反時計周りの回転方向を、θ方向の正方向に設定している。
(First embodiment)
FIG. 2 is a perspective view of the magnetic resonance imaging (MRI)
図3に、本発明の第1の実施形態に係るMRI装置100をy軸とz軸を含む平面(yz平面)で切断した断面図を示す。座標原点の周辺領域が撮像領域9となる。MRI装置100は、撮像領域9に形成される静磁場6の向きが水平方向(z軸方向)である水平磁場型MRI装置である。この撮像領域9に、被検体(患者)7を移動し、断層画像が撮像されることになる。磁石装置30は、この撮像領域9に均一な静磁場6を生成する。傾斜磁場コイル装置5は、この撮像領域9に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場10をパルス状に発生させる。RFコイル11は、被検体7に高周波パルスを照射する。図示を省略した受信コイルは、被検体7からの磁気共鳴信号を受信する。図示を省略したコンピュータシステムは、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断層画像を表示する。そして、MRI装置100によれば、均一な静磁場中に置かれた被検体7に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体7の物理的、化学的性質を表す断層画像を得ることができ、その断層画像は、特に、医療用に用いられている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
磁石装置30には、z=0面(y軸とx軸を含む平面)に対して左右(z<0とz>0の部分)で対を成すように、静磁場主コイル(超伝導コイル)3と、静磁場6の周囲への漏れ(漏れ磁場)を抑制する静磁場シールドコイル(超伝導コイル)4と、図示を省略した磁性体が設けられている。これらのコイル3、4はそれぞれ、z軸を共通の中心軸とする円環形状をしている。静磁場主コイル3の外径より、静磁場シールドコイル4の内径の方が大きくなっている。また、これらのコイル3、4には、超伝導コイルを利用することが多く、その場合、コイル3、4は、3層構造の容器内に収納される。コイル3、4は、冷媒の液体ヘリウム(He)と共に液体ヘリウム容器8内に収容されている。液体ヘリウム容器8は、内部への熱輻射を遮断する輻射シールド2に内包されている。そして、中空円筒型容器である真空容器1は、液体ヘリウム容器8及び輻射シールド2を収容しつつ、内部を真空に保持している。真空容器1は、普通の室温の室内に配置されても、真空容器1内が真空になっているので、室内の熱が伝導や対流で、液体ヘリウム容器8に伝わることはない。また、輻射シールド2は、室内の熱が輻射によって真空容器1から液体ヘリウム容器8に伝わることを抑制している。このため、コイル3、4は、液体ヘリウムの温度である極低温に安定して設定することができ、超伝導電磁石として機能させることができる。液体ヘリウム容器8と、輻射シールド2と、真空容器1には、不必要な磁場が発生しないように非磁性の部材が用いられ、さらに、真空を保持しやすいことから非磁性の金属が用いられる。このため、液体ヘリウム容器8と、輻射シールド2と、特に、最外周に配置される真空容器1には、前記渦電流が発生し易い状況にある。
The
傾斜磁場コイル装置5は、撮像領域9に、傾斜磁場を発生させる。傾斜磁場は、静磁場6と同じ方向の磁場の磁束密度が、x軸、y軸、z軸の3方向に互いに独立に、線形に傾斜した磁場であり、x軸、y軸、z軸の方向毎に発生させる時間を分け合って、x軸、y軸、z軸の3方向の傾斜磁場を順番に繰り返しパルス状に発生させる。具体的に、図3では、y軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場10を示している。
The gradient magnetic
磁石装置30と傾斜磁場コイル装置5の間には、図示を省略したシムと呼ばれる磁性体の小片が複数個置かれている。シムによれば、撮像領域9内に生成される静磁場6の磁場強度を部分的に調整することができ、静磁場6の磁場強度が均一になっている撮像領域9を提供することができる。
Between the
図1に、本発明の第1の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dと、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの周方向(θ方向)の展開図を示す。傾斜磁場コイル装置5は、径方向に層構造をなし、撮像領域9側に配置される渦巻き状のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dと、真空容器1側に配置される渦巻き状のyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを有している。yメインコイル(第1コイル)12a〜12dは、撮像領域9にy軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場10を発生させるが、中空円筒型容器である真空容器1等の外部空間にも、いわゆる漏れ磁場を発生させる。この中空円筒型容器である真空容器1への漏れ磁場を抑制するために、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dには、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMとは反対方向の電流ISが流されるようになっている。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを挟んで撮像領域9の反対側に配置されている。
FIG. 1 shows circumferential directions (θ direction) of y main coils (first coils) 12 a to 12 d and y shield coils (second coils) 16 a to 16 d of the
yメインコイル(第1コイル)12aと、yシールドコイル(第2コイル)16aとは、z軸座標の正の領域(z>0)に配置され、かつ、θ座標(周方向座標)の正の領域(0<θ<π)に配置され、yシールドコイル(第2コイル)16aは、yメインコイル(第1コイル)12aを内側にして重なり覆うように配置されている。 The y main coil (first coil) 12a and the y shield coil (second coil) 16a are disposed in the positive region (z> 0) of the z-axis coordinate and are positive in the θ coordinate (circumferential coordinate). The y shield coil (second coil) 16a is disposed so as to overlap and cover the y main coil (first coil) 12a.
yメインコイル(第1コイル)12bと、yシールドコイル(第2コイル)16bとは、z軸座標の正の領域(z>0)に配置され、かつ、θ座標(周方向座標)の負の領域(−π<θ<0)に配置され、yシールドコイル(第2コイル)16bは、yメインコイル(第1コイル)12bを内側にして重なり覆うように配置されている。 The y main coil (first coil) 12b and the y shield coil (second coil) 16b are arranged in a positive region (z> 0) of the z-axis coordinate and are negative in the θ coordinate (circumferential coordinate). The y shield coil (second coil) 16b is arranged so as to overlap and cover the y main coil (first coil) 12b on the inner side (−π <θ <0).
yメインコイル(第1コイル)12cと、yシールドコイル(第2コイル)16cとは、z軸座標の負の領域(z<0)に配置され、かつ、θ座標(周方向座標)の負の領域(−π<θ<0)に配置され、yシールドコイル(第2コイル)16cは、yメインコイル(第1コイル)12cを内側にして重なり覆うように配置されている。 The y main coil (first coil) 12c and the y shield coil (second coil) 16c are arranged in the negative region (z <0) of the z-axis coordinate and are negative in the θ coordinate (circumferential coordinate). The y shield coil (second coil) 16c is disposed so as to overlap and cover the y main coil (first coil) 12c.
yメインコイル(第1コイル)12dと、yシールドコイル(第2コイル)16dとは、z軸座標の負の領域(z<0)に配置され、かつ、θ座標(周方向座標)の正の領域(0<θ<π)に配置され、yシールドコイル(第2コイル)16dは、yメインコイル(第1コイル)12dを内側にして重なり覆うように配置されている。 The y main coil (first coil) 12d and the y shield coil (second coil) 16d are arranged in the negative region (z <0) of the z-axis coordinate, and are positive in the θ coordinate (circumferential coordinate). The y shield coil (second coil) 16d is disposed so as to overlap and cover the y main coil (first coil) 12d.
なお、傾斜磁場コイル装置5は、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの他にも、撮像領域9にx軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場10を発生させるxメインコイル(第1コイル、図示省略)と、xメインコイルが傾斜磁場10を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するxシールドコイル(第2コイル、図示省略)を有している。xメインコイルと、xシールドコイルは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの形状はそのままに、配置位置を、θ方向にπ/2[rad]だけ移動させた構造をしている。
In addition to the y main coils (first coils) 12 a to 12 d and the y shield coils (second coils) 16 a to 16 d, the gradient magnetic
また、傾斜磁場コイル装置5は、撮像領域9にz軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場10を発生させるzメインコイル(第1コイル、図示省略)と、zメインコイルが傾斜磁場10を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するzシールドコイル(第2コイル、図示省略)を有している。
The gradient magnetic
第1の実施形態や後記で説明する実施形態では、本発明を、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに適用した場合を例に説明するが、本発明は、xメインコイルとxシールドコイルにも同様に適用でき、zメインコイルとzシールドコイルにも同様に適用できるのである。 In the first embodiment and the embodiments described later, the present invention will be described as an example in which the present invention is applied to y main coils (first coils) 12a to 12d and y shield coils (second coils) 16a to 16d. However, the present invention can be similarly applied to the x main coil and the x shield coil, and can be similarly applied to the z main coil and the z shield coil.
傾斜磁場を作るyメインコイル(第1コイル)12a〜12dは、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに比べて、撮像領域9に強い磁場(傾斜磁場)を発生させるために、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの電流密度iMは、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの電流密度iSより大きくなっている(iM>iS)。なお、電流密度とは、発生させる磁場の強度に比例し、電流の大きさと電流が流れる電線の長さ等に比例する値である。これにより、逆に解すと、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの電流密度iSは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ISを流し、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dが配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多くする(TM<TS)。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dと、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、1ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより小さくする(WM>WS)。
The y main coils (first coils) 12a to 12d that generate the gradient magnetic field generate a stronger magnetic field (gradient magnetic field) in the
yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMと、ターン数TMの積が、電流密度iMに比例する(iM∝IM×TM)。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISと、ターン数TSの積が、電流密度iSに比例する(iS∝IS×TS)。そして、前記(iM>iS)と(TM<TS)の関係式より、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMより小さくなり(IM>IS)、一致しない(IM≠IS)。比IM/ISは、比iM/iSよりも、比TM/TSの分だけ大きくなっている(IM/IS=(iM/iS)/(TM/TS))。したがって、実際には、電流密度iM、iSが決定され、ターン数TM、TSが決定され、電流IMが決定されると、電流ISは自ずと決定される。 a current I M flowing through the y main coil (first coil) 12 a to 12 d, the product of the number of turns T M is proportional to the current density i M (i M αI M × T M). and current I S flowing through the y shield coil (second coil) 16 a to 16 d, the product of the number of turns T S is proportional to the current density i S (i S αI S × T S). From the relational expression of (i M > i S ) and (T M <T S ), the current I S flowing through the y shield coils (second coils) 16a to 16d is expressed as y main coil (first coil) 12a. Becomes smaller than the current I M flowing through ˜12d (I M > I S ) and does not match (I M ≠ I S ). The ratio I M / I S is larger than the ratio i M / i S by the ratio T M / T S (I M / I S = (i M / i S ) / (T M / T S )). Therefore, in practice, when the current densities i M and i S are determined, the number of turns T M and T S are determined, and the current I M is determined, the current I S is naturally determined.
電流IMは、駆動電源装置14で発生し、パルス状の電流として流れる。yメインコイル(第1コイル)12aと12bと12cと12dは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置14に接続されている。このため、yメインコイル(第1コイル)12aと12bと12cと12dには、同じ大きさで同期した電流IMが流れる。
The current I M is generated by the drive
電流ISは、駆動電源装置15で発生し、パルス状の電流として流れる。yシールドコイル(第2コイル)16aと16bと16cと16dは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置15に接続されている。このため、yシールドコイル(第2コイル)16aと16bと16cと16dには、同じ大きさで同期した電流ISが流れる。
The current IS is generated in the drive
同期制御部17によって、駆動電源装置14が発生させるパルス状の電流IMと、駆動電源装置15が発生させるパルス状の電流ISが、同期するように制御され、磁場が同時に発生し、一方の磁場であるいわゆる漏れ磁場が、他方の磁場によって抑制される。このように、第1の実施形態によれば、傾斜磁場が大きくなった場合であっても、漏れ磁場を確実に小さくすることができる。
The
図4に、本発明の第1の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに関する等価回路図を示す。yメインコイル(第1コイル)12aと12bと12cと12dは、直列に接続され、電流IMが流れる。yシールドコイル(第2コイル)16aと16bと16cと16dは、直列に接続され、電流ISが流れる。
FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram relating to the y main coils (first coils) 12a to 12d and the y shield coils (second coils) 16a to 16d of the
yメインコイル(第1コイル)12a〜12dは、それぞれ、等価的に、抵抗RMと、インダクタンスLMの直列接続として表すことができる。同様に、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dは、それぞれ、等価的に、抵抗RSと、インダクタンスLSの直列接続として表すことができる。前記したように、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多く(TM<TS)、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより小さいので(WM>WS)、抵抗RSは、抵抗RMより大きく(RM<RS)、インダクタンスLSは、インダクタンスLMより大きい(LM<LS)。同期制御部17は、抵抗RSと抵抗RMの大小関係と、インダクタンスLSのインダクタンスLMの大小関係に基づいて、駆動電源装置14で出力する電流IMと、駆動電源装置15で出力する電流ISを同期させる。
y main coil (first coil) 12 a to 12 d, respectively, equivalently, a resistor R M, can be expressed as a series connection of an inductance L M. Similarly, each of the y shield coils (second coils) 16a to 16d can be equivalently expressed as a series connection of a resistance R S and an inductance L S. As described above, y number of turns T S of the shield coil (second coil) 16 a to 16 d are, y main coil more than the number of turns T M (first coil) 12a~12d (T M <T S ), y Since the conductor width W S of the shield coils (second coils) 16a to 16d is smaller than the conductor width W M of the y main coils (first coils) 12a to 12d (W M > W S ), the resistance R S is a resistance. It is larger than R M (R M <R S ), and the inductance L S is larger than the inductance L M (L M <L S ). The
(第2の実施形態)
図5Aに、本発明の第2の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに関する等価回路図を示す。第2の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dとが、直列に接続されている点と、4つのyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dが、2つずつ並列接続された2つの並列回路を有し、その2つの並列回路が直列に接続されている点である。これらの相違により、第2の実施形態では、駆動電源装置14を1つに集約することができる。このため、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部17を省くことができる。
(Second Embodiment)
FIG. 5A shows an equivalent circuit diagram regarding the y main coils (first coils) 12a to 12d and the y shield coils (second coils) 16a to 16d of the gradient magnetic
また、前記2つの並列回路により、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISを、駆動電源装置14から出力される電流Iの分流によって電流Iの半分にすることができる(2IS=I)。yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMは、駆動電源装置14から出力される電流Iに等しい(IM=I)ので、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMの半分にすることができ(IM=2IS)、電流IMより小さくでき(IM>IS)、一致しない(IM≠IS)。これによって、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度がyメインコイル(第1コイル)12a〜12dから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度を増加させる必要がある。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度の増加に当って、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多くし(TM<TS)、好ましくは2倍にする(2TM=TS)。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより狭くし(WM>WS)、好ましくは半分にする(WM=2WS)。第2の実施形態によっても、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
Further, the by the two parallel circuits, the current I S flowing through the y shield coil (second coil) 16 a to 16 d, can be half of the current I by the shunt current I outputted from the drive power supply 14 ( 2I S = I). Since the current I M flowing through the y main coil (first coil) 12a to 12d is equal to the current I output from the drive power supply device 14 (I M = I), the y shield coil (second coil) 16a to 16d The flowing current I S can be half of the current I M flowing through the y main coil (first coil) 12a to 12d (I M = 2I S ), and can be smaller than the current I M (I M > I S ). , They do not match (I M ≠ I S ). As a result, the magnetic field intensity generated from the y shield coils (second coils) 16a to 16d is smaller than the magnetic field intensity generated from the y main coils (first coils) 12a to 12d. (Second coil) It is necessary to increase the magnetic field intensity generated from 16a to 16d. hitting the increase in the magnetic field intensity generated from the y shield coil (second coil) 16 a to 16 d, y shield coil number of turns T S (second coil) 16 a to 16 d, y main coil (first coil) 12a to More than the number of
(第2の実施形態の変形例)
図5Bに、本発明の第2の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに関する等価回路図を示す。第2の実施形態の変形例が、第2の実施形態と異なる点は、4つのyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dが、互いに並列接続された並列回路を構成している点である。
(Modification of the second embodiment)
FIG. 5B is an equivalent circuit diagram relating to y main coils (first coils) 12a to 12d and y shield coils (second coils) 16a to 16d of the gradient magnetic
この並列回路により、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISを、駆動電源装置14から出力される電流Iの分流によって電流Iの4分の1にすることができる(4IS=I)。yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMは、駆動電源装置14から出力される電流Iに等しい(IM=I)ので、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMの4分の1にすることができ(IM=4IS)、電流IMより小さくでき(IM>IS)、一致しない(IM≠IS)。これによって、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度がyメインコイル(第1コイル)12a〜12dから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度を増加させる必要がある。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dから発生する磁場強度の増加に当って、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多くし(TM<TS)、好ましくは4倍にする(4TM=TS)。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSを、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより狭くし(WM>WS)、好ましくは4分の1にする(WM=4WS)。第2の実施形態の変形例によっても、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
This parallel circuit, the current I S flowing through the y shield coil (second coil) 16 a to 16 d, it is possible to a quarter of the current I by the shunt current I outputted from the drive power supply 14 (4I S = I). Since the current I M flowing through the y main coil (first coil) 12a to 12d is equal to the current I output from the drive power supply device 14 (I M = I), the y shield coil (second coil) 16a to 16d The flowing current I S can be reduced to a quarter of the current I M flowing through the y main coils (first coils) 12a to 12d (I M = 4I S ), and can be smaller than the current I M (I M > I S ), not coincident (I M ≠ I S ). As a result, the magnetic field intensity generated from the y shield coils (second coils) 16a to 16d is smaller than the magnetic field intensity generated from the y main coils (first coils) 12a to 12d. (Second coil) It is necessary to increase the magnetic field intensity generated from 16a to 16d. hitting the increase in the magnetic field intensity generated from the y shield coil (second coil) 16 a to 16 d, y shield coil number of turns T S (second coil) 16 a to 16 d, y main coil (first coil) 12a to More than the number of
(第3の実施形態)
図6Aに、本発明の第3の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに関する等価回路図を示す。第3の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dとが、並列に接続された並列回路を有している点である。この相違により、第3の実施形態では、駆動電源装置14を1つに集約することができ、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部17を省くことができる。
(Third embodiment)
FIG. 6A shows an equivalent circuit diagram relating to the y main coils (first coils) 12a to 12d and the y shield coils (second coils) 16a to 16d of the gradient magnetic
なお、第1の実施形態と同様に、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多く(TM<TS)、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより狭くなっている(WM>WS)。抵抗RSは、抵抗RMより大きく(RM<RS)、インダクタンスLSは、インダクタンスLMより大きくなっている(LM<LS)。このため、並列回路では、駆動電源装置14から出力された電流Iは、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16d側よりも、yメインコイル(第1コイル)12a〜12d側に、多く流れ込もうとする。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISが、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMより小さくなるように分流する(IM>IS)。そして、所望の電流比(IM/IS)を得るために、図6Aに示すように、可変抵抗18及び/又はインダクタンス(リアクトル)19を調整する調整機構22を設けてもよい。第3の実施形態によっても、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
As in the first embodiment, y number of turns T S of the shield coil (second coil) 16 a to 16 d are, y main coil more than the number of turns T M (first coil) 12 a to 12 d (T M <T S ), the conductor width W S of the y shield coil (second coil) 16a to 16d is narrower than the conductor width W M of the y main coil (first coil) 12a to 12d (W M > W S ). The resistance R S is larger than the resistance R M (R M <R S ), and the inductance L S is larger than the inductance L M (L M <L S ). Therefore, in the parallel circuit, the current I output from the drive
(第3の実施形態の変形例)
図6Bに、本発明の第3の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12a〜12dとyシールドコイル(第2コイル)16a〜16dに関する等価回路図を示す。第3の実施形態の変形例が、第3の実施形態と異なる点は、4つのyメインコイル(第1コイル)12a〜12dが並列接続された並列回路を有している点である。4つのyメインコイル(第1コイル)12a〜12dの並列回路により、駆動電源装置14から出力された電流Iは、第3の実施形態より、一層、yメインコイル(第1コイル)12a〜12d側に、多く流れ込もうとする。yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dを流れる電流ISが、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dを流れる電流IMより一層小さくなる(IM>IS)。一方、第1の実施形態と同様に、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dのターン数TSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dのターン数TMより多く(TM<TS)、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dの導体幅WSは、yメインコイル(第1コイル)12a〜12dの導体幅WMより小さくなっている(WM>WS)ので、第3の実施形態の変形例によっても、yシールドコイル(第2コイル)16a〜16dにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
(Modification of the third embodiment)
FIG. 6B is an equivalent circuit diagram relating to y main coils (first coils) 12a to 12d and y shield coils (second coils) 16a to 16d of the gradient magnetic
(第4の実施形態)
図7Aに、本発明の第4の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12aの周方向(θ方向)の展開図を示し、図7Bに、yシールドコイル(第2コイル)16aの周方向(θ方向)の展開図を示す。第4の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、yシールドコイル(第2コイル)16aの渦巻き形状の内側部20と外側部21で、分断されている点である。これにより、内側部20に流す電流IS2を、外側部21に流す電流IS1より小さくすることができる(IS1>IS2)。外側部21に流す電流IS1は、yメインコイル(第1コイル)12aに流す電流IMに等しくする(IM=IS1)。これにより、第1の実施形態と同様に、駆動電源装置が、駆動電源装置14と15の2つで済むことになる。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A shows a developed view in the circumferential direction (θ direction) of the y main coil (first coil) 12a of the gradient magnetic
内側部20では、少ない電流IS2(IS1>IS2)でも、磁場を外側部21と同程度まで大きくするために、ターン数TS2を増やし(1ターンあたりのピッチを減らし)、導体幅WS2を導体幅WS1より狭くする(WS1>WS2)必要がある。また、第1の実施形態と同様に、導体幅WS2を導体幅WMより狭くする(WM>WS2)必要がある。
In the
なお、第4の実施形態では、yシールドコイル(第2コイル)16aの渦巻き形状の内側部20と外側部21で、分断したが、yメインコイル(第1コイル)12aの渦巻き形状の内側部と外側部で分断してもよい。この場合、内側部に流す電流を、外側部に流す電流より小さくし、内側部に流す電流をyシールドコイル(第2コイル)16aに流す電流に等しくすればよい。
また、第1の実施形態から第4の実施形態では、MRI装置100、真空容器1や傾斜磁場コイル装置5が、円筒形状であるとしたが、これに限らないのであって、筒形状であればよいのである。
In the fourth embodiment, the
In the first to fourth embodiments, the
(第5の実施形態)
図8に、本発明の第5の実施形態に係る磁気共鳴イメージング(MRI)装置(垂直磁場型)100の斜視図を示す。第5の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、MRI装置100が、水平磁場型から垂直磁場型になった点である。第5の実施形態では、上下の円盤状の真空容器1(磁極)間が連結柱24によって連結され、真空容器1(磁極)間にある撮像領域9に鉛直方向の静磁場6が発生する。また、第5の実施形態では、傾斜磁場コイル装置5と、RFコイル11は、円板形状に形成される。傾斜磁場コイル装置5内に形成されるyメインコイル(第1コイル)12と、yシールドコイル(第2コイル)16も、円板形状に形成される。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a perspective view of a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus (vertical magnetic field type) 100 according to the fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment differs from the first embodiment in that the
図9Aに、本発明の第5の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置5のyメインコイル(第1コイル)12のz軸負側(z<0)の平面図の2分の1(第1−2象限)を示し、図9Bに、yシールドコイル(第2コイル)16のz軸負側(z<0)の平面図の2分の1(第1−2象限)を示す。yメインコイル(第1コイル)12も、yシールドコイル(第2コイル)16も、2分の1だけ示しているので、略半円形上をしている。
FIG. 9A shows a half of a plan view of the z-axis negative side (z <0) of the y main coil (first coil) 12 of the gradient magnetic
第1の実施形態と同様に、傾斜磁場を作るyメインコイル(第1コイル)12は、yシールドコイル(第2コイル)16に比べて、撮像領域9に強い磁場(傾斜磁場)を発生させるために、yメインコイル(第1コイル)12の電流密度iMは、yシールドコイル(第2コイル)16の電流密度iSより大きくなっている(iM>iS)。これにより、逆に解すと、yシールドコイル(第2コイル)16の電流密度iSは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ISを流し、yシールドコイル(第2コイル)16が配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、yシールドコイル(第2コイル)16のターン数TSを、yメインコイル(第1コイル)12のターン数TMより多くする(TM<TS)。yシールドコイル(第2コイル)16と、yメインコイル(第1コイル)12を配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、1ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、yシールドコイル(第2コイル)16の導体幅WSを、yメインコイル(第1コイル)12の導体幅WMより小さくする(WM>WS)。このように、第5の実施形態によっても、yシールドコイル(第2コイル)16において、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
Similar to the first embodiment, the y main coil (first coil) 12 that creates a gradient magnetic field generates a stronger magnetic field (gradient magnetic field) in the
1 真空容器
5 傾斜磁場コイル装置
6 静磁場の向き
7 被検体(患者)
9 撮像領域
10 y軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場
12、12a〜12d 傾斜磁場コイル装置のyメインコイル(第1コイル)
16、16a〜16d 傾斜磁場コイル装置のyシールドコイル(第2コイル)
17 同期制御部
18 可変抵抗
19 リアクトル
20 yメインコイル(第1コイル)より細いyシールドコイル(第2コイル)の内側部
21 yメインコイル(第1コイル)より太いyシールドコイル(第2コイル)の外側部
30 磁石装置
100 磁気共鳴イメージング装置
1
9
16, 16a-16d y shield coil (second coil) of gradient magnetic field coil apparatus
17
Claims (7)
前記第1コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第1コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第2コイルとを備え、
前記第2コイルを流れる電流は、前記第1コイルを流れる電流より少なく、
前記第2コイルのターン数は、前記第1コイルのターン数より大きく、
前記第2コイルの導体幅は、前記第1コイルの導体幅より狭いことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。 A spiral-shaped first coil that creates a magnetic field distribution whose intensity is linearly inclined in the imaging region of the magnetic resonance imaging apparatus;
A spiral-shaped second coil that is disposed on the opposite side of the imaging region across the first coil and suppresses a leakage magnetic field created by the first coil on the opposite side;
The current flowing through the second coil is less than the current flowing through the first coil,
The number of turns of the second coil is greater than the number of turns of the first coil,
The gradient magnetic field coil device, wherein the conductor width of the second coil is narrower than the conductor width of the first coil.
前記第2コイルに給電する第2電源とを有し、
前記第1電源と前記第2電源とは、互いに同期したパルス状の電流を出力することを特徴とする請求項1に記載の傾斜磁場コイル装置。 A first power source for feeding power to the first coil;
A second power source for feeding power to the second coil;
The gradient magnetic field coil apparatus according to claim 1, wherein the first power source and the second power source output pulsed currents synchronized with each other.
前記並列回路では、前記第2コイルを流れる電流が、前記第1コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項1に記載の傾斜磁場コイル装置。 A parallel circuit in which the first coil and the second coil are connected in parallel;
2. The gradient magnetic field coil device according to claim 1, wherein in the parallel circuit, a current flowing through the second coil is shunted so as to be smaller than a current flowing through the first coil.
前記並列回路に前記第1コイルが直列に接続され、
前記並列回路では、前記第2コイルを流れる電流が、前記第1コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項1に記載の傾斜磁場コイル装置。 A plurality of the second coils having a parallel circuit connected in parallel;
The first coil is connected in series to the parallel circuit;
2. The gradient magnetic field coil device according to claim 1, wherein in the parallel circuit, a current flowing through the second coil is shunted so as to be smaller than a current flowing through the first coil.
前記内側部の導体幅は、前記外側部の導体幅より小さいことを特徴とする請求項1に記載の傾斜磁場コイル装置。 The current flowing through the spiral-shaped inner part of the first coil or the second coil is smaller than the current flowing through the spiral-shaped outer part located outside the inner part,
The gradient magnetic field coil apparatus according to claim 1, wherein a conductor width of the inner portion is smaller than a conductor width of the outer portion.
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