JP2019141226A - 傾斜磁場コイル - Google Patents

Abstract

【課題】表皮効果による抵抗の増加を抑制する傾斜磁場コイルを提供する。【解決手段】傾斜磁場コイルは、被検体を撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルであって、軸方向ごとにコイルパターンＰ１を有する。コイルパターンＰ１は、少なくとも一部が、導電性の第１の層Ｌ１と絶縁性の第２の層Ｌ２とが厚み方向に繰り返し現れるように形成されている。第１の層Ｌ１は、導体Ｃ１で形成されており、第２の層Ｌ２は、絶縁体Ｉ１で形成されている。【選択図】図８

Description

本発明の実施形態は、傾斜磁場コイルに関する。

従来、磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置に備えられる傾斜磁場コイルには、撮像が行われる際に、数百〜１ｋＨｚ程度の交流電流が流れることがある。一般的に、このような高周波域の交流電流が流れる場合には、傾斜磁場コイルにおいて、表皮効果によって、電流が流れる領域がコイルパターンの表面付近に偏るようになり、その結果、傾斜磁場コイルの抵抗が増加することが知られている。

特開２００１−３５３１３６号公報

本発明が解決しようとする課題は、傾斜磁場コイルにおける表皮効果による抵抗の増加を抑制することである。

実施形態に係る傾斜磁場コイルは、被検体を撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルであって、前記軸方向ごとにコイルパターンを有する。前記コイルパターンは、少なくとも一部が、導電性の第１の層と絶縁性の第２の層とが厚み方向に繰り返し現れるように形成されている。

図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイルの構成を示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態に係るＸコイルを示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係るＹコイルを示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係るＺコイルを示す斜視図である。 図６は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイルにおける積層の様子を示す図である。 図７は、本実施形態の比較例に係る傾斜磁場コイルのコイルパターンを示す図である。 図８は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイルのコイルパターンの一例を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係る傾斜磁場コイルのコイルパターンの一例を示す図である。 図１０は、第３の実施形態に係る傾斜磁場コイルのコイルパターンの一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、傾斜磁場コイルの実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成例を示す図である。

例えば、図１に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、全身（Whole Body：ＷＢ）コイル４、送信回路５、局所コイル６、受信回路７、ＲＦシールド８、架台９、寝台１０、インタフェース１１、ディスプレイ１２、記憶回路１３、及び、処理回路１４〜１７を備える。

静磁場磁石１は、被検体Ｓを撮像する撮像空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石１は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、円筒内に配置された撮像空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石１は、略円筒状に形成された冷却容器と、当該冷却容器内に充填された冷却材（例えば、液体ヘリウム等）に浸漬された超伝導磁石等の磁石とを有する。ここで、例えば、静磁場磁石１は、永久磁石を用いて静磁場を発生させるものであってもよい。

傾斜磁場コイル２は、静磁場磁石１の内側に配置されており、被検体Ｓを撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場コイル２は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、円筒内に配置された撮像空間に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させる。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、ＭＲＩ装置１００に固有の装置座標系を構成する。例えば、Ｚ軸は、傾斜磁場コイル２の円筒の軸に一致し、静磁場磁石１によって発生する静磁場の磁束に沿って設定される。また、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する水平方向に沿って設定され、Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する鉛直方向に沿って設定される。なお、傾斜磁場コイル２の構成については、後に詳細に説明する。

傾斜磁場電源３は、傾斜磁場コイル２に電流を供給することで、傾斜磁場コイル２の内側の空間に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させる。なお、Ｘ軸方向に沿った傾斜磁場を発生させるための電流の経路はＸチャンネルとも呼ばれ、Ｙ軸方向に沿った傾斜磁場を発生させるための電流の経路はＹチャンネルとも呼ばれ、Ｚ軸方向に沿った傾斜磁場を発生させるための電流の経路はＺチャンネルとも呼ばれる。

このように、傾斜磁場電源３がＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させることで、リードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った傾斜磁場を発生させることができる。リードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。なお、以下では、リードアウト方向に沿った傾斜磁場をリードアウト傾斜磁場と呼び、位相エンコード方向に沿った傾斜磁場を位相エンコード傾斜磁場と呼び、スライス方向に沿った傾斜磁場をスライス傾斜磁場と呼ぶ。

そして、各傾斜磁場は、静磁場磁石１によって発生する静磁場に重畳され、被検体Ｓから発生する磁気共鳴（Magnetic Resonance：ＭＲ）信号に空間的な位置情報を付与する。具体的には、リードアウト傾斜磁場は、リードアウト方向の位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させることで、ＭＲ信号にリードアウト方向に沿った位置情報を付与する。また、位相エンコード傾斜磁場は、位相エンコード方向に沿ってＭＲ信号の位相を変化させることで、ＭＲ信号に位相エンコード方向の位置情報を付与する。また、スライス傾斜磁場は、ＭＲ信号にスライス方向に沿った位置情報を付与する。例えば、スライス傾斜磁場は、撮像領域がスライス領域の場合には、スライス領域の方向、厚さ、枚数を決めるために用いられ、撮像領域がボリューム領域である場合には、スライス方向の位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために用いられる。

ＷＢコイル４は、傾斜磁場コイル２の内側に配置されており、被検体Ｓを撮像する撮像空間にＲＦ磁場を印加する送信コイルの機能と、当該ＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信する受信コイルの機能とを有するＲＦコイルである。具体的には、ＷＢコイル４は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、送信回路５から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、円筒内に配置された撮像空間にＲＦ磁場を印加する。また、ＷＢコイル４は、ＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路７へ出力する。

送信回路５は、ラーモア周波数に対応するＲＦ波信号をＷＢコイル４に出力する。具体的には、送信回路５は、発振器、位相選択器、周波数変換器、振幅変調器、及び、ＲＦアンプを備える。発振器は、静磁場中に置かれた対象原子核に固有の共鳴周波数（ラーモア周波数）のＲＦ波（高周波）信号を発生する。位相選択器は、当該ＲＦ波信号の位相を選択する。周波数変換器は、位相選択器から出力されたＲＦ波信号の周波数を変換する。振幅変調器は、周波数変換器から出力されたＲＦ波信号の振幅を例えばｓｉｎｃ関数の波形で変調することでＲＦパルス信号を生成する。ＲＦアンプは、振幅変調器から出力されるＲＦパルス信号を電力増幅してＷＢコイル４に出力する。

局所コイル６は、被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信する受信コイルの機能を有するＲＦコイルである。具体的には、局所コイル６は、ＷＢコイル４の内側に配置された被検体Ｓに装着され、ＷＢコイル４によって印加されるＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路７へ出力する。例えば、局所コイル６は、撮像対象の部位ごとに用意された受信コイルであり、頭部用の受信コイルや、頚部用の受信コイル、肩用の受信コイル、胸部用の受信コイル、腹部用の受信コイル、下肢用の受信コイル、脊椎用の受信コイル等である。なお、局所コイル６は、被検体ＳにＲＦ磁場を印加する送信コイルの機能をさらに有していてもよい。その場合には、局所コイル６は、送信回路５に接続され、送信回路５から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、被検体ＳにＲＦ磁場を印加する。

受信回路７は、ＷＢコイル４又は局所コイル６から出力されるＭＲ信号に基づいてＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データを処理回路１５に出力する。例えば、受信回路７は、選択器、前段増幅器、位相検波器、及び、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器を備える。選択器は、ＷＢコイル４又は局所コイル６から出力されるＭＲ信号を選択的に入力する。前段増幅器は、選択器から出力されるＭＲ信号を電力増幅する。位相検波器は、前段増幅器から出力されるＭＲ信号の位相を検波する。Ａ／Ｄ変換器は、位相検波器から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換することでＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データを処理回路１５に出力する。

ＲＦシールド８は、傾斜磁場コイル２とＷＢコイル４との間に配置されており、ＷＢコイル４によって発生するＲＦ磁場から傾斜磁場コイル２を遮蔽する。具体的には、ＲＦシールド８は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、傾斜磁場コイル２の内周側の空間に、ＷＢコイル４の外周面を覆うように配置されている。

架台９は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、ＷＢコイル４及びＲＦシールド８を収容している。具体的には、架台９は、円筒状に形成された中空のボアＢを有しており、ボアＢを囲むように静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、ＷＢコイル４及びＲＦシールド８を配置した状態で、それぞれを収容している。ここで、架台９が有するボアＢの内側の空間が、被検体Ｓの撮像が行われる際に被検体Ｓが配置される撮像空間となる。

なお、ここでは、ＭＲＩ装置１００が、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２及びＷＢコイル４がそれぞれ略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構成を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００は、被検体Ｓが配置される撮像空間を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルを配置した、いわゆるオープン型の構成を有していてもよい。

寝台１０は、被検体Ｓが載置される天板１０ａを備え、被検体Ｓの撮像が行われる際に、架台９におけるボアＢの内側へ天板１０ａを挿入する。例えば、寝台１０は、長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように設置されている。

インタフェース１１は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、インタフェース１１は、処理回路１７に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路１７に出力する。例えば、インタフェース１１は、撮像条件や関心領域（Region Of Interest：ＲＯＩ）の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、インタフェース１１は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース１１の例に含まれる。

ディスプレイ１２は、各種情報及び各種画像を表示する。具体的には、ディスプレイ１２は、処理回路１７に接続されており、処理回路１７から送られる各種情報及び各種画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ１２は、液晶モニタやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ、タッチパネル等によって実現される。

記憶回路１３は、各種データを記憶する。具体的には、記憶回路１３は、ＭＲ信号データや画像データを記憶する。例えば、記憶回路１３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。

処理回路１４は、寝台制御機能１４ａを有する。寝台制御機能１４ａは、寝台１０に接続され、制御用の電気信号を寝台１０へ出力することで、寝台１０の動作を制御する。例えば、寝台制御機能１４ａは、インタフェース１１を介して、天板１０ａを長手方向、上下方向又は左右方向へ移動させる指示を操作者から受け付け、受け付けた指示に従って天板１０ａを移動するように、寝台１０が有する天板１０ａの駆動機構を動作させる。

処理回路１５は、データ収集機能１５ａを有する。データ収集機能１５ａは、傾斜磁場電源３、送信回路５及び受信回路７を駆動することで、被検体ＳのＭＲ信号データを収集する。

具体的には、データ収集機能１５ａは、処理回路１７から出力されるシーケンス実行データに基づいて各種のパルスシーケンスを実行することで、ＭＲ信号データを収集する。ここで、シーケンス実行データは、ＭＲ信号データを収集するための手順を示すパルスシーケンスを定義した情報である。具体的には、シーケンス実行データは、傾斜磁場電源３が傾斜磁場コイル２に電流を供給するタイミング及び供給する電流の強さ、送信回路５がＷＢコイル４に供給するＲＦパルス信号の強さや供給タイミング、受信回路７がＭＲ信号を検出する検出タイミング等を定義した情報である。

そして、データ収集機能１５ａは、各種パルスシーケンスを実行した結果として、受信回路７からＭＲ信号データを受信し、受信したＭＲ信号データを記憶回路１３に記憶させる。なお、データ収集機能１５ａによって受信されたＭＲ信号データの集合は、前述したリードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及びスライス傾斜磁場によって付与された位置情報に応じて２次元又は３次元に配列されることで、ｋ空間を構成するデータとして記憶回路１３に記憶される。

処理回路１６は、画像生成機能１６ａを有する。画像生成機能１６ａは、記憶回路１３に記憶されたＭＲ信号データに基づいて画像を生成する。具体的には、画像生成機能１６ａは、データ収集機能１５ａによって記憶回路１３に記憶されたＭＲ信号データを読み出し、読み出したＭＲ信号データに後処理、即ち、フーリエ変換等の再構成処理を施すことで画像を生成する。また、画像生成機能１６ａは、生成した画像の画像データを記憶回路１３に記憶させる。

処理回路１７は、主制御機能１７ａを有する。主制御機能１７ａは、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御することで、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。例えば、主制御機能１７ａは、インタフェース１１を介して操作者から撮像条件の入力を受け付ける。そして、主制御機能１７ａは、受け付けた撮像条件に基づいてシーケンス実行データを生成し、当該シーケンス実行データを処理回路１５に送信することで、各種のパルスシーケンスを実行する。また、例えば、主制御機能１７ａは、操作者からの要求に応じて、記憶回路１３から画像データを読み出してディスプレイ１２に出力する。

例えば、上述した処理回路１４〜１７は、それぞれプロセッサによって実現される。この場合に、例えば、処理回路１４〜１７それぞれが有する処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１３に記憶される。各処理回路は、記憶回路１３から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各処理回路は、図１の各処理回路内に示された各機能を有することとなる。なお、ここでは、複数のプロセッサによって各処理機能が実現されるものとして説明したが、単一のプロセッサで処理回路を構成し、当該プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、ここでは、単一の記憶回路１３が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

図２は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル２の構成を示す斜視図である。

本実施形態では、傾斜磁場コイル２が、ＡＳＧＣ（Actively Shielded Gradient Coil）である場合の例を説明する。例えば、図２に示すように、傾斜磁場コイル２は、傾斜磁場を発生するメインコイル２ａと、漏洩磁場を打ち消すシールド用の磁場を発生するシールドコイル２ｂと、シムトレイが配置されるシム層２ｃと、冷却管が配置される第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅとを有する。

ここで、本実施形態に係る傾斜磁場コイル２では、当該傾斜磁場コイル２が有する略円筒形状の中心軸から径方向に離れる向きに、メインコイル２ａ、第１の冷却層２ｄ、シム層２ｃ、第２の冷却層２ｅ、シールドコイル２ｂが順に積層されている。

シム層２ｃには、シムトレイが配置される複数本分のシムトレイ挿入ガイド２ｆが形成されている。例えば、シムトレイ挿入ガイド２ｆは、傾斜磁場コイル２の長軸方向の全長に亘って貫通する穴であり、周方向に沿って等間隔に設けられている。ここで、各シムトレイ挿入ガイド２ｆに挿入されるシムトレイ（図２では図示を省略）は、例えば、当該シムトレイの長手方向に沿って並べて配置された複数のポケットを有する。そして、各ポケットには、静磁場の不均一性を補正するために、適宜に調整された枚数の鉄シムが収納されている。

第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅには、それぞれ、傾斜磁場コイル２を冷却するための冷却管（図２では図示を省略）が配設されている。例えば、冷却管は、傾斜磁場コイル２の略円筒形状に沿って螺旋状に配設されている。そして、冷却管は、熱交換器や循環ポンプを有する冷却装置から供給される冷媒を管内に流通させることで、傾斜磁場コイル２内で冷媒を循環させる。

メインコイル２ａは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の軸方向ごとにコイルパターンを有する。例えば、メインコイル２ａは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に対応する３つのコイルパターンが積層されて形成されている。なお、以下では、Ｘ軸方向に対応するコイルパターンをＸコイルと呼び、Ｙ軸方向に対応するコイルパターンをＹコイルと呼び、Ｚ軸方向に対応するコイルパターンをＺコイルと呼ぶ。

図３は、第１の実施形態に係るＸコイルを示す斜視図である。また、図４は、第１の実施形態に係るＹコイルを示す斜視図である。また、図５は、第１の実施形態に係るＺコイルを示す斜視図である。

例えば、図３に示すように、Ｘコイルは、サドル形状に形成されており、Ｘ軸、即ち、傾斜磁場コイル２の略円筒の水平軸に沿って、傾斜磁場を発生する。また、例えば、図４に示すように、Ｙコイルは、Ｘコイルと同様に、サドル形状に形成されているが、Ｙ軸、即ち、傾斜磁場コイル２の略円筒の垂直軸に沿って、傾斜磁場を発生する。また、例えば、図５に示すように、Ｚコイルは、螺旋状に形成されており、Ｚ軸、即ち、傾斜磁場コイル２の略円筒の長軸に沿って、傾斜磁場を発生させる。これらＸコイル、Ｙコイル、及びＺコイルは、傾斜磁場電源３から個別に電流の供給を受け、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。

なお、ここでは詳細な説明を省略するが、シールドコイル２ｂもメインコイル２ａと同様に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸に対応する３つのコイル、即ち、Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイルが積層されて形成されている。

図６は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル２における積層の様子を示す図である。

なお、図６は、図２に示した傾斜磁場コイル２のうちの一点鎖線で示す部分２ｇの様子を示している。ここで、図６における上下方向は、傾斜磁場コイル２の径方向に対応しており、図６における上側は、傾斜磁場コイル２における外周側に対応し、図６における下側は、傾斜磁場コイル２における内周側に対応している。

例えば、図６に示すように、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂは、それぞれ、Ｘコイル（Ｘ）、Ｙコイル（Ｙ）、及びＺコイル（Ｚ）を有する。

ここで、例えば、メインコイル２ａでは、傾斜磁場コイル２の内周側から外周側に向けて、Ｙコイル、Ｘコイル、Ｚコイルの順で各コイルパターンが積層されている。一方、例えば、シールドコイル２ｂでは、傾斜磁場コイル２の内周側から外周側に向けて、Ｚコイル、Ｙコイル、Ｘコイルの順で各コイルパターンが積層されている。即ち、この例では、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂが有するコイルパターンのうち、それぞれに含まれるＺコイルが、冷却層（第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅ）に最も近い位置に配置されることになる。また、メインコイル２ａに含まれるＹコイル及びシールドコイル２ｂに含まれるＸコイルが、冷却層から最も離れた位置に配置されることになる。

なお、傾斜磁場コイル２のメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂにおける各コイルパターンの積層順は、図６に例示したものに限られず、傾斜磁場コイル２を設計する際の要件に応じて、適宜に変更されてもよい。

以上、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の全体構成について説明した。このような構成のもと、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、被検体Ｓの撮像が行われる際に、傾斜磁場コイル２に数百〜１ｋＨｚ程度の交流電流が流れることがある。

一般的に、このような高周波域の交流電流が流れる場合には、傾斜磁場コイルにおいて、表皮効果によって、電流が流れる領域がコイルパターンの表面付近に偏るようになり、その結果、傾斜磁場コイルの抵抗が増加することが知られている。

図７は、本実施形態の比較例に係る傾斜磁場コイルのコイルパターンを示す図である。

なお、図７は、傾斜磁場コイルが有する複数のコイルパターンのうちの１つのコイルパターンＰについて、例えば、傾斜磁場コイルの径方向及び周方向に沿った断面を示している。ここで、図７における上下方向は、傾斜磁場コイルの径方向に対応し、図７における左右方向は、傾斜磁場コイルの周方向に対応している。また、傾斜磁場コイルの径方向は、コイルパターンＰの厚み方向に一致し、傾斜磁場コイルの周方向は、コイルパターンＰの幅方向に一致している。

例えば、図７に示すように、傾斜磁場コイルに高周波域の交流電流が流れた場合には、電流が流れる領域（図７に破線で示す）が、コイルパターンＰにおける表面に近い位置に偏ることになり、この結果、傾斜磁場コイルの抵抗が増加することになる。

このように、表皮効果によって傾斜磁場コイルの抵抗が増加した場合には、傾斜磁場コイルの発熱が増加することになり、その結果、コイル自体の品質が低下したり、温度制限によって撮像条件が制限されたりすることがあり得る。また、傾斜磁場コイルにおける抵抗の増加は、傾斜磁場電源のパワー不足につながり、その結果として、撮像条件の制限が必要になることもあり得る。

ここで、例えば、このような表皮効果による抵抗の増加を抑制するための方法として、１本の銅線ではなく、複数の細い銅線を撚り線にしたリッツ線を用いて、傾斜磁場コイルのコイルパターンを構成することも考えられる。リッツ線では、銅線の断面が複数に分離されるため、表皮効果が発生しても、各銅線のそれぞれの断面境界線上に電流が流れるようになり、表皮効果による抵抗増加を抑制することができる。しかし、一般的に、リッツ線は高価であり、また、図３及び４に示したコイルパターンのようにサドル形状に加工することが難しい。

このようなことから、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、傾斜磁場コイル２において、リッツ線を用いるのではなく、コイルパターンの表面積を増やすことによって、表皮効果が発生しても、電流が流れる領域が大きくなるようにしている。これにより、傾斜磁場コイル２における表皮効果による抵抗の増加を抑制することができるようになる。

ここで、本実施形態では、傾斜磁場コイル２が有するメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂに含まれる全てのコイルパターン（Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイル）が、以下で説明するように構成されている。

具体的には、傾斜磁場コイル２が有するコイルパターンは、少なくとも一部が、導電性の第１の層と絶縁性の第２の層とが厚み方向に繰り返し現れるように形成されている。

図８は、第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル２のコイルパターンの一例を示す図である。

なお、図８は、傾斜磁場コイル２が有する複数のコイルパターンのうちの１つのコイルパターンＰ１について、例えば、傾斜磁場コイル２の径方向及び周方向に沿った断面を示している。ここで、図８における上下方向は、傾斜磁場コイル２の径方向に対応し、図８における左右方向は、傾斜磁場コイル２の周方向に対応している。また、傾斜磁場コイル２の径方向は、コイルパターンＰ１の厚み方向に一致し、傾斜磁場コイル２の周方向は、コイルパターンＰ１の幅方向に一致している。

例えば、図８に示すように、本実施形態に係るコイルパターンＰ１は、当該コイルパターンＰ１の幅方向における一部Ａ１において、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とが厚み方向に交互に積層されている。ここで、第１の層Ｌ１は、導体Ｃ１で形成されており、第２の層Ｌ２は、絶縁体Ｉ１で形成されている。

例えば、コイルパターンＰ１は、エッチング等によって、第１の層Ｌ１となる薄い銅線と、第２の層Ｌ２となる絶縁性の樹脂とを交互に積層させることによって作製される。または、例えば、コイルパターンＰ１は、３Ｄプリンタによって作製されてもよい。

そして、コイルパターンＰ１に含まれる複数の第１の層Ｌ１は、互いに電気的に接続されており、全体として、同じ軸方向の傾斜磁場を発生させる。例えば、第１の層Ｌ１は、傾斜磁場コイル２の軸方向における端部において、それぞれが直接的に、又は、導線等を介して間接的に接続されている。

即ち、本実施形態では、コイルパターンＰ１は、第１の層Ｌ１として、第１の導体と、第１の導体と絶縁層（第２の層Ｌ２）を介して積層された第２の導体とを有し、第１の導体と第２の導体とが同じ軸方向の傾斜磁場を発生させる。

このように、第１の実施形態では、コイルパターンＰ１の少なくとも一部において、導電性の第１の層Ｌ１と絶縁性の第２の層Ｌ２とが厚み方向に積層されることによって、電流が流れる導体部分が厚み方向に構造的に分離されることになる。この結果、分離された部分の表面によってコイルパターンＰ１の表面積を増やすことができ、表皮効果が発生した場合でも、図７に示したような導体部分が分離されていないコイルパターンと比べて、電流が流れる領域（図８に破線で示す）が大きくなる。

これにより、第１の実施形態では、傾斜磁場コイル２における表皮効果による抵抗の増加を抑制することができる。また、傾斜磁場コイル２の抵抗が増加することによって生じる傾斜磁場コイル２の発熱の増加を抑えることができる。また、リッツ線を用いてコイルパターンを構成する場合と比べて、低コストで作製が可能な、製造性の高い傾斜磁場コイル２を実現することができる。

なお、上述した第１の実施形態において、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２の数は、必ずしも、図８に例示したものに限られない。第１の層Ｌ１の数を多くするほど、結果として、コイルパターンの表面積が増えることになり、抵抗の増加を抑制する効果が高くなる。そのため、第１の層Ｌ１の数は、例えば、製造コストや製造方法等に応じた制限の範囲内で、できるだけ多くするのが望ましい。

（第２の実施形態）
また、上述した第１の実施形態では、傾斜磁場コイル２が有するコイルパターンの少なくとも一部において、導体で形成された第１の層Ｌ１と絶縁体で形成された第２の層Ｌ２とが厚み方向に交互に積層される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、第２の層が、複数の第１の層の間隙によって形成されてもよい。以下では、このような例を第２の実施形態として説明する。なお、第２の実施形態では、上述した実施形態と異なる点を中心に説明することとし、既に説明した構成要素と同じ役割を果たす構成要素については、同一の符号を付すこととして詳細な説明を省略する。

ここで、本実施形態では、傾斜磁場コイル２が有するメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂに含まれる全てのコイルパターン（Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイル）が、以下で説明するように構成されている。

具体的には、傾斜磁場コイル２が有するコイルパターンは、少なくとも一部において、複数の第１の層が厚み方向に間隙を空けて配置されており、当該間隙によって第２の層が形成されている。

図９は、第２の実施形態に係る傾斜磁場コイル２のコイルパターンの一例を示す図である。

なお、図９は、傾斜磁場コイル２が有する複数のコイルパターンのうちの１つのコイルパターンＰ２について、例えば、傾斜磁場コイル２の径方向及び周方向に沿った断面を示している。ここで、図９における上下方向は、傾斜磁場コイル２の径方向に対応し、図９における左右方向は、傾斜磁場コイル２の周方向に対応している。また、傾斜磁場コイル２の径方向は、コイルパターンＰ２の厚み方向に一致し、傾斜磁場コイル２の周方向は、コイルパターンＰ２の幅方向に一致している。

例えば、図９に示すように、本実施形態に係るコイルパターンＰ２は、当該コイルパターンＰ２の幅方向における一部Ａ２において、複数の第１の層Ｌ１が厚み方向に間隙を空けて配置されており、当該間隙によって第２の層Ｌ２が形成されている。ここで、第１の層Ｌ１は、導体Ｃ２で形成されている。

そして、本実施形態では、コイルパターンＰ２は、複数の第１の層Ｌ１の幅方向における端部を連結することで、各第１の層Ｌ１の間隙を空洞Ｈ２とするように形成されている。ここで、第１の層Ｌ１を連結する部分は、第１の層Ｌ１と同様に導体Ｃ２で形成されている。これにより、コイルパターンＰ２の内部に複数の中空の空洞Ｈ２が形成されるとともに、空洞Ｈ２によって、第１の層Ｌ１の間が部分的に絶縁されることになる。

例えば、コイルパターンＰ２は、３Ｄプリンタ等によって一体成型品として作製される。これにより、コイルパターンＰ２に含まれる複数の第１の層Ｌ１は、全体として、同じ軸方向の傾斜磁場を発生させる。

なお、空洞Ｈ２の形状は、必ずしも断面が矩形状となるものに限られず、例えば、断面が円状となるものでもよい。また、空洞Ｈ２は、コイルパターンＰ２の幅方向における複数の部分に形成されていてもよい。この場合には、１組の第１の層Ｌ１の間で、コイルパターンＰ２の幅方向に並んで複数の空洞Ｈ２が形成されることになる。

このように、第２の実施形態では、コイルパターンＰ２の少なくとも一部において、コイルパターンＰ２の内部に複数の中空の空洞Ｈ２が形成されることによって、電流が流れる導体部分が厚み方向に不連続に配置されることになる。この結果、不連続となった部分の表面によってコイルパターンＰ２の表面積を増やすことができ、表皮効果が発生した場合でも、図７に示したような導体部分が連続しているコイルパターンと比べて、電流が流れる領域（図９に破線で示す）が大きくなる。

これにより、第２の実施形態でも、傾斜磁場コイル２における表皮効果による抵抗の増加を抑制することができる。また、傾斜磁場コイル２の抵抗が増加することによって生じる傾斜磁場コイル２の発熱の増加を抑えることができる。また、リッツ線を用いてコイルパターンを構成する場合と比べて、低コストで作製が可能な、製造性の高い傾斜磁場コイル２を実現することができる。

なお、上述した第２の実施形態において、例えば、コイルパターンＰ２の内部に形成された空洞Ｈ２を、傾斜磁場コイル２を冷却するための冷却管として用いるようにしてもよい。この場合には、例えば、空洞Ｈ２は、コイルパターンＰ２の内部を通る管状に形成されており、コイルパターンＰ２は、冷却装置から供給される冷媒を空洞Ｈ２に流通させることで、傾斜磁場コイル２内で冷媒を循環させる。なお、この場合には、例えば、傾斜磁場コイル２から、第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅが除かれてもよい。

また、上述した第２の実施形態において、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２の数は、必ずしも、図９に例示したものに限られない。第１の実施形態と同様に、第１の層Ｌ１の数を多くするほど、結果として、コイルパターンの表面積が増えることになり、抵抗の増加を抑制する効果が高くなる。そのため、第２の実施形態でも、第１の層Ｌ１の数は、例えば、製造コストや製造方法等に応じた制限の範囲内で、できるだけ多くするのが望ましい。

（第３の実施形態）
また、上述した第１及び第２の実施形態では、傾斜磁場コイル２が有するコイルパターンの少なくとも一部が、導電性の第１の層と絶縁性の第２の層とが厚み方向に繰り返し現れるように形成されている場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、コイルパターンが、表面に凹凸面が設けられた空洞を有するように構成されてもよい。以下では、このような例を第３の実施形態として説明する。なお、第３の実施形態では、上述した実施形態と異なる点を中心に説明することとし、既に説明した構成要素と同じ役割を果たす構成要素については、同一の符号を付すこととして詳細な説明を省略する。

ここで、本実施形態では、傾斜磁場コイル２が有するメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂに含まれる全てのコイルパターン（Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイル）が、以下で説明するように構成されている。

図１０は、第３の実施形態に係る傾斜磁場コイル２のコイルパターンの一例を示す図である。

なお、図１０は、傾斜磁場コイル２が有する複数のコイルパターンのうちの１つのコイルパターンＰ３について、例えば、傾斜磁場コイル２の径方向及び周方向に沿った断面を示している。ここで、図１０における上下方向は、傾斜磁場コイル２の径方向に対応し、図１０における左右方向は、傾斜磁場コイル２の周方向に対応している。また、傾斜磁場コイル２の径方向は、コイルパターンＰ３の厚み方向に一致し、傾斜磁場コイル２の周方向は、コイルパターンＰ３の幅方向に一致している。

例えば、図１０に示すように、本実施形態に係るコイルパターンＰ３は、内部に空洞Ｈ３が形成されており、当該空洞Ｈ３の表面に凹凸面が設けられている。ここで、コイルパターンＰ３における空洞Ｈ３以外の部分は、導体Ｃ３で形成されている。

例えば、コイルパターンＰ３は、３Ｄプリンタによって一体成型品として作製される。これにより、コイルパターンＰ３は、全体として、同じ軸方向の傾斜磁場を発生させる。

なお、空洞Ｈ３の表面に設けられる凹凸面は、凹部及び凸部の断面が矩形状となるものに限られず、例えば、凹部及び凸部の断面が円弧状となるものでもよい。また、空洞Ｈ３に設けられる凹凸面は、必ずしも空洞Ｈ３の表面全体に設けられていなくてもよく、表面全体の少なくとも一部に設けられていればよい。

このように、第３の実施形態では、コイルパターンＰ３の内部に、表面に凹凸面が設けられた空洞Ｈ３が形成されることによって、断面が矩形や円形となる単純な形状の空洞がコイルパターンの内部に形成される場合と比べて、空洞の周長を長くすることができる。この結果、空洞の表面によってコイルパターンＰ３の表面積を増やすことができ、表皮効果が発生した場合でも、図７に示したような空洞のないコイルパターンや、断面が矩形や円形となる単純な形状の空洞が内部に形成されているコイルパターンと比べて、電流が流れる領域（図１０に破線で示す）が大きくなる。

これにより、第３の実施形態でも、傾斜磁場コイル２における表皮効果による抵抗の増加を抑制することができる。また、傾斜磁場コイル２の抵抗が増加することによって生じる傾斜磁場コイル２の発熱の増加を抑えることができる。また、リッツ線を用いてコイルパターンを構成する場合と比べて、低コストで作製が可能な、製造性の高い傾斜磁場コイル２を実現することができる。

なお、上述した第３の実施形態においても、例えば、コイルパターンＰ３の内部に形成された空洞Ｈ３を、傾斜磁場コイル２を冷却するための冷却管として用いるようにしてもよい。この場合には、例えば、空洞Ｈ３は、コイルパターンＰ３の内部を通る管状に形成されており、コイルパターンＰ３は、冷却装置から供給される冷媒を空洞Ｈ３に流通させることで、傾斜磁場コイル２内で冷媒を循環させる。なお、この場合には、例えば、傾斜磁場コイル２から、第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅが除かれてもよい。

以上、第１〜第３の実施形態について説明したが、各実施形態はその一部を適宜に変更して実施することも可能である。

例えば、上述した各実施形態では、傾斜磁場コイル２のメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂに含まれる全てのコイルパターンが、各実施形態で説明したように形成されていることとしたが、実施形態はこれに限られない。

例えば、傾斜磁場コイル２のメインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂに含まれるコイルパターンの一部のみが、いずれか一つの実施形態で説明したように形成されていてもよい。この場合には、例えば、Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイルのうち、冷却層（第１の冷却層２ｄ及び第２の冷却層２ｅ）から最も離れたコイルパターン、又は、冷却層に最も近いコイルパターン以外の２つのコイルパターンが、いずれか一つの実施形態で説明したように形成される。

例えば、図６に示した例において、メインコイル２ａに含まれるＹコイル及びシールドコイル２ｂに含まれるＸコイルの一方又は両方、或いは、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂそれぞれに含まれるＸコイル及びＹコイルが、いずれか一つの実施形態で説明したように形成される。この場合に、残りのコイルパターンは、例えば、図７に示したように形成されてもよいし、リッツ線を用いて構成されてもよい。

また、例えば、Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイルが、それぞれ別の実施形態で説明したように形成されてもよい。

例えば、図６に示した例において、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂそれぞれにおいて、Ｚコイルが、第２及び第３の実施形態で説明したように形成され、空洞に冷媒を流通させることで、冷却層の代わりとなり、Ｘコイル及びＹコイルが、それぞれ第１の実施形態で説明したように形成されてもよい。

また、上述した実施形態では、傾斜磁場コイル２が、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂを有するＡＳＧＣである場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、傾斜磁場コイル２は、シールドコイルを有さないＮＳＧＣ（Non-Shieled Gradient Coil）であってもよい。その場合には、ＮＳＧＣが有するメインコイルに含まれるコイルパターンが、上述した各実施形態で説明したように形成される。

なお、上述した説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合には、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、傾斜磁場コイルにおける表皮効果による抵抗の増加を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置
２ 傾斜磁場コイル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ コイルパターン
Ｌ１ 第１の層
Ｌ２ 第２の層
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 導体
Ｉ１ 絶縁体
Ｈ２、Ｈ３ 空洞

Claims (7)

1. 被検体を撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルであって、
   前記軸方向ごとにコイルパターンを有し、
   前記コイルパターンは、少なくとも一部が、導電性の第１の層と絶縁性の第２の層とが厚み方向に繰り返し現れるように形成されている、
   傾斜磁場コイル。
2. 前記第１の層は、導体で形成されており、
   前記第２の層は、絶縁体で形成されており、
   前記コイルパターンは、前記少なくとも一部において、前記第１の層と前記第２の層とが厚み方向に交互に積層されている、
   請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
3. 前記第１の層は、導体で形成されており、
   前記コイルパターンは、前記少なくとも一部において、複数の第１の層が厚み方向に間隙を空けて配置されており、当該間隙によって前記第２の層が形成されている、
   請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
4. 前記コイルパターンは、前記複数の第１の層の端部を連結することで、前記間隙を空洞とするように形成されている、
   請求項３に記載の傾斜磁場コイル。
5. 被検体を撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルであって、
   前記軸方向ごとにコイルパターンを有し、
   前記コイルパターンは、内部に空洞が形成されており、前記空洞の表面に凹凸面が設けられている、
   傾斜磁場コイル。
6. 前記空洞は、コイルパターンの内部を通る管状に形成されており、
   前記コイルパターンは、前記空洞に冷媒を流通させる、
   請求項４又は５に記載の傾斜磁場コイル。
7. 被検体を撮像する撮像空間に複数の軸方向に沿って傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルであって、
   前記軸方向ごとにコイルパターンを有し、
   前記コイルパターンは、第１の導体と、前記第１の導体と絶縁層を介して積層された第２の導体とを有し、前記第１の導体と前記第２の導体とが同じ軸方向の傾斜磁場を発生させる、
   傾斜磁場コイル。

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