JP2021118916A5 - - Google Patents

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本出願は、2019年7月25日提出の特願2019-137259の分割出願であり、特願2019-137259は、2018年5月30日提出の特願2018-104096の分割出願であり、特願2018-104096は、特願2015-557977の分割出願であり、特願2015-557977は、2015年8月13日付の国内書面の提出により国内移行したものであり、2013年2月14日に出願された、国際出願第PCT/US2013/026006号に対応する日本出願である。前記国際出願は、2011年8月10日に出願された特許文献1の利益を主張している、2012年8月10日に出願された特許文献2に関連する。
Mutual reference to related applications This application is a divisional application of Japanese Patent Application No. 2019-137259 submitted on July 25, 2019, and Japanese Patent Application No. 2019-137259 is a divisional application of Japanese Patent Application No. 2018-104096 submitted on May 30, 2018. It is an application, and Japanese Patent Application No. 2018-104096 is a divisional application of Japanese Patent Application No. 2015-557977, and Japanese Patent Application No. 2015-557977 is a domestic transition by the submission of a domestic document dated August 13, 2015. This is a Japanese application corresponding to International Application No. PCT / US2013 / 026006 filed on February 14 . The international application relates to Patent Document 2 filed on August 10, 2012, which claims the benefit of Patent Document 1 filed on August 10, 2011.

連邦出資の研究及び開発に関する声明
本開示は連邦支援の研究及び開発の主題でなかった。
Statement on Federally Funded Research and Development This disclosure was not the subject of federal-sponsored research and development.

本開示は、電流の印加を介した磁界パターンの確立に関し;より詳細には、本開示は、磁気共鳴イメージング(MRI)スキャナの文脈における、ならびに、対象からの情報の導出のために正確な磁界パターンの上記確立を同じく必要とする、核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴イメージング、及び電子常磁性共鳴スペクトロスコピーなどの、他のシステムの文脈における電流の印加を介した磁界パターンの確立に関する。 The present disclosure relates to the establishment of a magnetic field pattern through the application of an electric current; more specifically, the present disclosure relates to an accurate magnetic field in the context of a magnetic resonance imaging (MRI) scanner as well as for deriving information from an object. It relates to the establishment of magnetic field patterns through the application of current in the context of other systems, such as nuclear magnetic resonance spectroscopy, electron normal magnetic resonance imaging, and electron normal magnetic resonance spectroscopy, which also require the above establishment of patterns.

磁気共鳴イメージング(MRI)スキャナ及び他の同様のデバイスは、対象内に本質的に存在する磁気モーメントの配向を正確に操作するように磁界を確立する。これらの磁界によって正確に配向される磁気モーメントがスキャナ内に電気信号を生成し、次にこれらの信号が使用されて、対象の内部組成の詳細な画像が構築される。 Magnetic resonance imaging (MRI) scanners and other similar devices establish a magnetic field to precisely manipulate the orientation of the magnetic moments that are essentially present within the object. The magnetic moments precisely oriented by these magnetic fields generate electrical signals in the scanner, which are then used to construct a detailed image of the internal composition of the object.

イメージングの所与の時点において、イメージングのために特に設計されたスキャナのボリューム内で、MRIスキャナ内に確立されるトータル磁界は、通常、スキャナによって、その設計されたイメージングボリューム内で、発生された2つ以上の極めて異なる磁界パターンの合計である。これらのパターンは、それらの正味の効果が、特定の時点において所望される磁気モーメント配向をもたらすように、慎重に設計され、タイミングをとられなければならない。MR画像取得にとって重要であると見なされる磁界パターンは、極めて強くて均一であるB界;無線周波数において振動するB界;ならびに、各々の大きさがx方向、y方向、及びz方向においてそれぞれほぼ線形的に変化するx傾斜界、y傾斜界、及びz傾斜界である。B界の均一性の改善のために、シミング磁界も頻繁に使用される。 At a given point in time of imaging, within the volume of the scanner specifically designed for imaging, the total magnetic field established within the MRI scanner is typically generated by the scanner within the imaged volume designed. The sum of two or more very different magnetic field patterns. These patterns must be carefully designed and timed so that their net effect results in the desired magnetic moment orientation at a particular point in time. The magnetic field patterns considered important for MR image acquisition are extremely strong and uniform B0 fields; B1 fields oscillating at radio frequencies; and their respective sizes in the x , y, and z directions. The x-sloping field, the y-sloping field, and the z-sloping field, which change almost linearly, respectively. Simming magnetic fields are also frequently used to improve the uniformity of the B0 field.

(x傾斜界、y傾斜界、及びz傾斜界をそれぞれ生成する同じ複数の構造によって生成され得る)線形シミング磁界を除いて、上記の磁界パターンの各々は、通常、その磁界パターンに専用のスキャナ内の一つ又は二つの構造によって生成され、そのような各構造は、電流の構成であるか又は永久磁石の構成である。抵抗性MRIスキャナの場合、非超伝導電気的構成が、通常、所望の磁界パターンのすべての生成に関わる。 With the exception of the linear shimming magnetic field ( which can be generated by the same multiple structures that each generate an x-sloping field, a y-sloping field, and a z-sloping field) , each of the above magnetic field patterns is usually a scanner dedicated to that magnetic field pattern. Produced by one or two of the structures, each such structure is either a current configuration or a permanent magnet configuration. For resistant MRI scanners, the non-superconducting electrical configuration is usually involved in all generation of the desired magnetic field pattern.

MRイメージングは、病気診断に大きい成功を伴って適用されてきた。しかしながら、癌検査を含む、病気検査へのMRIの拡張は、残念ながら比較的限定されている。検査のためのMRIの使用を著しく限定する2つの要因は、MRIスキャナ構築に一般に関連する比較的高いコスト、及びMRIスキャナ内に見られる典型的に小さい患者空間に通常関連する不快感である。 MR imaging has been applied with great success in disease diagnosis. However, the extension of MRI to disease testing, including cancer testing, is unfortunately relatively limited. Two factors that significantly limit the use of MRI for examination are the relatively high costs commonly associated with MRI scanner construction and the discomfort normally associated with the typically small patient space found within MRI scanners.

MRIスキャナをより安価で広々としたものにし、したがって、特に病気検査のほうに指向したスキャナを開発するための1つの手法は、MRIにおいて使用される複数の磁界パターンを、それらのそれぞれの電流の合計を搬送する構成を用いて同時に生成することであろう。B界、傾斜界、及びシミング界のすべてのベクトルは主に単一の方向、慣例によればz方向に配向されることになるので、原理上はこれらの界の電流を合計することが考えられる。 One approach to making MRI scanners cheaper and more spacious, and therefore specifically oriented towards disease testing, is to combine multiple magnetic field patterns used in MRI with their respective currents. It will be generated at the same time using a configuration that carries the total. Since all vectors of the B0 field, the tilting field, and the shimming field are oriented mainly in a single direction, or in the z direction by convention, in principle it is possible to sum the currents in these fields. Conceivable.

しかしながら、合計された電流構成とともに複数の傾斜界及び/又はシミング界を発生することに極めて成功しているように思われる方法は開発されたが、特にB界を、合計電流構成を通じて傾斜界及び/又はシミング界と合成するための実際的な手段はまだ導入されていない。例えば、ゲープハルトらの特許文献3の図14は、異なるMRI磁界パターンを同時に確立することができ、ループの平面に直角に配向された規則正しく離間したラインセグメントによって接続される一連の並列同軸ループからなる電気的構成を示している。B界に必要な電流は、ループ巻線が使用されないときは数万アンペア程度であるので、仮定的B界に寄与するこの構造中の各ループは、極めて大きい電流を供給することが可能な電圧源を有しなければならないであろう。したがって、十分均一なB界のために最低4つのループを仮定すると、その構造がそれの他の磁界パターンの中でもB界を発生するためには、極めて大きい電流のための4つの電圧源が必要とされよう。 However, methods have been developed that appear to be extremely successful in generating multiple tilting and / or shimming fields with the summed current configuration, especially the B0 field, through the tilting field through the total current configuration. And / or practical means for synthesizing with the shimming world have not yet been introduced. For example, FIG. 14 of Patent Document 3 of Gaphard et al. Can simultaneously establish different MRI magnetic field patterns and consists of a series of parallel coaxial loops connected by regularly spaced line segments oriented at right angles to the plane of the loop. It shows the electrical configuration. Since the current required for the B0 field is about tens of thousands of amperes when the loop winding is not used, each loop in this structure that contributes to the hypothetical B0 field can supply an extremely large current. Will have to have a good voltage source. Therefore, assuming at least four loops for a sufficiently uniform B0 field, the structure has four voltage sources for extremely large currents to generate the B0 field among its other magnetic field patterns. Will be needed.

ワトキンズらの特許文献4の図1は、個々のループが、独立した電圧源をもつ別個のループセグメント、すなわち別個のアークと置換された電気的構成を開示している。各セグメント化されたループにおける、及び全体としての構造における電流パターンは、異なるMRI磁界パターンに関連付けられた電流パターンの合計を表すことが明らかに可能である。ただし、ここでは、仮定的B界に寄与するために使用されるあらゆるセグメントが、数万アンペアを生成することが可能な電圧源を必要とするであろう。ここでも、B界のために最低4つのループのアセンブリを仮定し、さらに、ワトキンズらの構造の各セグメント化されたループが少なくとも4つのセグメントからなると仮定すると、この構造がそれの他の磁界パターンとともにB界を同時に発生した場合、極めて高い電流の16個の電源が必要とされよう。その極めて実際的でない要件以上に、B界に寄与する上記少なくとも16個のセグメントのそれぞれに関連付けられた極めて高い供給及び復帰電流が、エネルギーの浪費につながり得て、さらにスキャナのイメージングボリューム内の磁界を著しくひずませる可能性があり得る。 FIG. 1 of Patent Document 4 of Watkins et al. Discloses an electrical configuration in which each loop is replaced with a separate loop segment having an independent voltage source , that is, a separate arc. It is clearly possible that the current patterns in each segmented loop and in the structure as a whole represent the sum of the current patterns associated with the different MRI field patterns. However, here, every segment used to contribute to the hypothetical B0 field will require a voltage source capable of producing tens of thousands of amps. Again, assuming an assembly of at least four loops for the B0 field, and further assuming that each segmented loop of Watkins et al.'S structure consists of at least four segments, this structure is the other magnetic field of it. If the B0 field were generated simultaneously with the pattern, 16 power supplies with extremely high current would be required. Beyond its extremely impractical requirements, the extremely high supply and return currents associated with each of the at least 16 segments that contribute to the B0 field can lead to wasted energy and even within the imager volume of the scanner. It can significantly distort the magnetic field.

米国仮特許出願第61/574,823号US Provisional Patent Application No. 61 / 574,823 国際出願第PCT/US2012/050462号International Application No. PCT / US2012 / 050462 米国特許第6,492,817号US Pat. No. 6,492,817 米国特許第6,933,724号US Pat. No. 6,933,724

極めて高い電流の複数の電圧源を必要とせずに又は上述の他の問題に対処する必要なしに、合計された電流構成を介して1つ又は複数の他の磁界パターンとともにB界を確立することが可能なシステム及び方法を提供することが、本開示の目的である。 Establish a B0 field with one or more other magnetic field patterns through the summed current configuration without the need for multiple voltage sources of extremely high current or without having to deal with the other problems described above. It is an object of the present disclosure to provide possible systems and methods.

この目的は、本開示に従って、厚い断面積をもつ伝導ループ、及び極めて高い電流を発生することが可能な単一の電圧源を伴う実施形態を通して達成される。ループの逆並列セグメントは互いに極めて近接して持ってこられ、これは、ループが1つ又は複数のロケーションにおいて効果的に「締め付けられ」、逆並列セグメントの各ペアがスキャナのイメージングボリューム内でほぼ0の磁界に寄与することを意味する。このループにおける不対セグメントは、均一なB界を集合的に形成するように整形される。電圧源は、次いで、この厚いループ内の電流の再分配が得られることにより、それのB界に加えて、必要とされる傾斜界及び/又はシミング界をそれが同時に確立するように、電流をこの厚いループの1つのポイントから別のループに短絡する。 This object is achieved in accordance with the present disclosure through embodiments with a conduction loop with a thick cross-sectional area and a single voltage source capable of generating extremely high currents. The antiparallel segments of the loop are brought very close to each other, which means that the loop is effectively "tightened" at one or more locations, and each pair of antiparallel segments is nearly zero in the scanner's imaging volume. It means that it contributes to the magnetic field of. The unpaired segments in this loop are shaped to collectively form a uniform B0 field. The voltage source then obtains the redistribution of the current in this thick loop so that it simultaneously establishes the required tilt and / or shimming fields in addition to its B0 field. Short the current from one point in this thick loop to another.

単一の厚いループを用いたB界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されるシステム及び方法のさらにより良い理解が、以下の図面を参照することによって得られよう: A better understanding of the disclosed systems and methods for the simultaneous establishment of the B0 field and other magnetic field patterns using a single thick loop may be obtained by referring to the drawings below:

図1は、B界、x傾斜界、y傾斜界、及びz傾斜界を発生することが可能な単一の厚いループであって、電流シャントが取り付けられた、単一の厚いループを太線として示す概略回路図である。FIG. 1 is a single thick loop capable of generating a B0 field, an x-sloping field, a y-sloping field, and a z-sloping field, with a thick line of a single thick loop to which a current shunt is attached. It is a schematic circuit diagram shown as. 図2は、図1の単一の厚いループ内の円形構造のいずれか1つに関連付けられ得る実際の電流パターンを示す概略回路図である。FIG. 2 is a schematic schematic showing an actual current pattern that may be associated with any one of the circular structures within the single thick loop of FIG. 図3は、図1によって表される概略回路図実施形態がMRIスキャナにおいて実際にどのように見え得るかを示し、図3Aは、物理的な実施形態への変換に備えるために、図1の概略回路図になされた変更を示し、図3Bは、図1の実際の物理的実施形態がどのように現れるかを示し、図3Cは、図3Bの物理的実施形態の環状構造および管状構造がどのように互いに接続されているかを示し、図3Dは、図3Bの物理的実施形態の管状構造内での入れ子式の使用を図示する。FIG. 3 shows what the schematic schematic embodiment represented by FIG. 1 may actually look like in an MRI scanner, and FIG. 3A is of FIG. 1 to prepare for conversion to a physical embodiment. Showing the changes made to the schematic schematic, FIG. 3B shows how the actual physical embodiment of FIG. 1 appears, and FIG. 3C shows the annular and tubular structures of the physical embodiment of FIG. 3B. Showing how they are connected to each other, FIG. 3D illustrates the use of nested within the tubular structure of the physical embodiment of FIG. 3B. 図4は、共有電流構成を介してB界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図1の代替実施形態を提示する。FIG. 4 presents an alternative embodiment of FIG. 1 that simultaneously generates a B0 field and other magnetic field patterns via a shared current configuration. 図5もまた、共有電流構成を介してB界及び他の磁界パターンをも同時に生成する図1の代替実施形態を提示する。FIG. 5 also presents an alternative embodiment of FIG. 1 that simultaneously produces a B0 field and other magnetic field patterns via a shared current configuration. 図6Aは、z傾斜界を形成するために単一の薄いループが使用され得て、取り付けられた電流シャントにより、この単一の薄いループがx傾斜界及びy傾斜界をも確立することが可能になる、図1に類似する構造を示す。FIG. 6A shows that a single thin loop can be used to form the z-slope, and the attached current shunt allows this single thin loop to also establish an x-slope and a y-slope. A structure similar to FIG. 1 that is possible is shown. 図6Bは、図6Aの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。FIG. 6B shows how the acoustic vibration of the structure of FIG. 6A can be reduced. 図6Cもまた、図6Aの構造の音響振動がどのように低減され得るかを示す。FIG. 6C also shows how the acoustic vibration of the structure of FIG. 6A can be reduced.

図1は、極めて高い電流Ipolarizingを生成することが可能な単一の電圧源VHIGH Iから電力を受け取る、太い黒線によって表される、単一の厚い伝導ループ100を示す概略回路図である。電圧源VHIGH Iに取り付けられることが通常は予想されるであろう逆並列電流に加えて逆並列電流のいくつかのセグメント110が対合されるように、厚いループ100は曲げられている。そのような各セグメント対は、イメージングのために指定されたスキャナのボリューム中でほぼ0に等しい合成磁界を有するものと理解され、それは、例えば、所与のセグメント対が、セグメントを互いに極めて近くに置くこと、一方のセグメントを他方のセグメント内にテレスコーピングすること、又は2つのセグメントを互いに交互絡合することを通して達成され得る。絶縁及び/又はエアーギャップは、対の中のセグメントが、互いに直接的な物理的接触を生じること、又は互いに直接的に電気的に伝導することを防止する。4つの円形構造(部分ループ)を形成する、100の非対セグメントは、それらの円形構造が適切にサイズ決定され、配置されると、電流IpolarizingをもつB界を発生する。3つの電流シャント20が100の4つの円形構造の各々に接続される。各電流シャント20は電圧源Vから電力を受け取り、電流シャント20の適切な活性化により、100によって発生されたB界にx傾斜界、y傾斜界、及び/又はz傾斜界が加えられるように厚いループ100中で電流が再分配される。シャントは、それらが互いに視覚的に区別されるのを助けるために、本願図面全体にわたって実線と破線の両方で描かれている。 FIG. 1 is a schematic schematic showing a single thick conduction loop 100 represented by a thick black line that receives power from a single voltage source V HIGH I capable of producing extremely high current I polishing . be. The thick loop 100 is bent so that some segments 110 of the antiparallel current are paired in addition to the antiparallel current that would normally be expected to be attached to the voltage source V HIGH I. Each such segment pair is understood to have a synthetic magnetic field that is approximately equal to zero in the volume of the scanner designated for imaging, for example, a given segment pair may have segments very close to each other. It can be achieved by placing, telescoping one segment into the other, or alternating the two segments with each other. Insulation and / or air gaps prevent the segments in the pair from forming direct physical contact with each other or conducting direct electrical conduction with each other. The 100 unpaired segments that form the four circular structures (partial loops) generate a B0 field with current I polishing when the circular structures are properly sized and placed. Three current shunts 20 are connected to each of the four circular structures of 100. Each current shunt 20 receives power from the voltage source V so that proper activation of the current shunt 20 adds an x -sloping field, a y-sloping field, and / or a z-sloping field to the B0 field generated by 100. The current is redistributed in the thick loop 100. The shunts are drawn with both solid and dashed lines throughout the drawings of the present application to help them visually distinguish from each other.

図2は、図1の厚いループ100内の円形構造のいずれかの1つに関連付けられ得る実際の電流パターンを示す概略回路図である。図2に示された軸に一致して、図2の円形構造は、x-y平面に対して平行であり、z軸を中心とするものであると理解される。シャントA40はy軸上のポイント42からy軸上のポイント44に電流を伝え、シャントB60はx軸上のポイント62からx軸上のポイント64に電流を伝え、シャントC80は、図2中の垂直セグメント対の一方のセグメント110上のポイント82から、垂直セグメント対の他方のセグメント110上のポイント84に電流を伝える。当業者は、図2に示される電圧源によって発生された電流β、γ、及びδが、スキャナのイメージングボリューム内のx傾斜界、y傾斜界、及びz傾斜界にそれぞれ寄与し得ることを認識するであろう。当業者はさらに、図2に示された電流β、γ、及びδを達成するために、図2の電圧源によって生成される必要のある電流及び電圧について容易に解くために、キルヒホッフの接合法則及びループ法則が使用され得ることを諒解するであろう。電圧源から発する電流は、図2に直接示され、シャント電圧は以下の通りである:
=(2β)RΑ+2(Ipolarizing+δ+β)R
=(2γ)R+2(-Ipolarizing-δ+γ)R
=(δ-β+γ)R+4(Ipolarizing+δ)R
ただし、Rは円形構造の各1/4の抵抗であり、RはシャントAに関連する総抵抗であり、RはシャントBに関連する総抵抗であり、RはシャントCに関連する総抵抗である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing an actual current pattern that may be associated with any one of the circular structures within the thick loop 100 of FIG. Consistent with the axis shown in FIG. 2, the circular structure of FIG. 2 is understood to be parallel to the xy plane and centered on the z-axis. The shunt A40 transmits a current from a point 42 on the y-axis to a point 44 on the y-axis, a shunt B60 transmits a current from a point 62 on the x-axis to a point 64 on the x-axis, and the shunt C80 is shown in FIG. Current is transmitted from point 82 on one segment 110 of the vertical segment pair to point 84 on the other segment 110 of the vertical segment pair. Those skilled in the art recognize that the currents β, γ, and δ generated by the voltage source shown in FIG. 2 can contribute to the x-inclined, y-inclined, and z-inclined fields in the imager's imaging volume, respectively. Will do. Those skilled in the art further have Kirchhoff's junction law to easily solve the currents and voltages that need to be generated by the voltage source of FIG. 2 to achieve the currents β, γ, and δ shown in FIG. And will understand that the loop law can be used. The current emanating from the voltage source is shown directly in Figure 2, and the shunt voltage is as follows:
VA = (2β) R Α +2 (I polarizing + δ + β) R q
V B = (2γ) R B + 2 (-I polarizing -δ + γ) R q
VC = (δ - β + γ) RC +4 (I polarizing + δ) R q ,
Where R q is the resistance of each quarter of the circular structure, RA is the total resistance associated with shunt A , RB is the total resistance associated with shunt B , and RC is associated with shunt C. Total resistance to do.

図3は、図1の概略実施形態がMRIスキャナにおいて実際に物理的にどのように見え得るかを示す。図3Aは、図3Bの予備図であり、削除されている図1の垂直セグメント対を示す。図1の垂直セグメント対は、B界を実際に発生する100の非対セグメントから対合されたセグメント110をよりはっきり視覚的に分離することによって本実施形態がより良く理解されるのを助けるが、それらは本実施形態の動作のために必要ではなく、実際は、それらの電流はエネルギーの浪費を表す可能性があり得る。図3Bは、各円形構造が図2の円形構造と同じ配向を有する、図1の概略回路図の実際の物理的顕示を示す。当業者は、図3Bの最初の2つの円形構造及び最後の2つの円形構造にそれぞれ関連する対抗δ電流がz傾斜界の生成に一致し、一方、中間の2つの部分ループの並列β電流及び中間の2つの部分ループの並列γ電流がx傾斜界及びy傾斜界のそれぞれの生成に一致することを認識するであろう。 FIG. 3 shows how the schematic embodiment of FIG. 1 may actually look physically in an MRI scanner. FIG. 3A is a preliminary view of FIG. 3B and shows the deleted vertical segment pair of FIG. The vertical segment pair of FIG. 1 helps the embodiment to be better understood by more clearly and visually separating the paired segment 110 from the 100 unpaired segments that actually generate the B0 field. However, they are not required for the operation of this embodiment, and in fact, their currents may represent a waste of energy. FIG. 3B shows the actual physical manifestations of the schematic schematic of FIG. 1 where each circular structure has the same orientation as the circular structure of FIG. Those skilled in the art will appreciate that the counter-δ currents associated with the first two circular structures and the last two circular structures of FIG. It will be recognized that the parallel γ currents of the two intermediate loops coincide with the generation of the x-sloping and y-sloping fields, respectively.

図3Bに関するいくつかの実際的な注記がここで行われ得る。第1に、各βシャント及び各γシャントは、z軸に直角に進むとき、2つの分岐に分かれることがわかる。この分岐に関連する正確な構成は、スキャナによって発生されるx及びy傾斜磁界パターンを保存するように示され得る。当業者は、本開示に関連するシャントは、スキャナのイメージングボリューム内で所望される磁界パターンをひずませないように概して構築されていることを確認できるであろう。第2に、図3Bの厚いループは、その内の渦電流の形成を防止するスロットを含んでいなければならないことがある。これらのスロットは、ループから生じる磁界パターンの全体的な精度に影響を及ぼさないように設計されるべきである。第3に、この厚いループのインダクタンスを克服するためにシャント中に電流を駆動する電圧源が使用され得、このようにして、この厚いループによって確立される磁界が、典型的にはMRIスキャニングのために必要とされるときのように迅速に(すなわち、約1/2ミリ秒中に)変更されることが可能になることがわかる。第4に、関連する電圧源VHIGH Iは、この厚いループに関連する極めて高い電流及び極めて低い抵抗を特に取り扱うように構築される必要がある可能性があり得る。これは、例えば、並列に互いに配線された整流器コントローラユニットのスタックの使用によって、及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、サイリスタ、又は他の半導体技術を採用することによって達成され得る。 Some practical notes regarding FIG. 3B can be made here. First, it can be seen that each β shunt and each γ shunt splits into two branches as it travels at right angles to the z-axis. The exact configuration associated with this branch can be shown to preserve the x and y gradient magnetic field patterns generated by the scanner. One of skill in the art will be able to confirm that the shunts associated with this disclosure are generally constructed so as not to distort the desired magnetic field pattern within the imaging volume of the scanner. Second, the thick loop of FIG. 3B may have to include a slot within it that prevents the formation of eddy currents. These slots should be designed so as not to affect the overall accuracy of the magnetic field pattern resulting from the loop. Third, a voltage source that drives a current in the shunt can be used to overcome the inductance of this thick loop, thus the magnetic field established by this thick loop is typically of MRI scanning. It turns out that it can be changed as quickly (ie, within about 1/2 ms) as it is needed for. Fourth, the associated voltage source V HIGH I may need to be constructed specifically to handle the very high currents and very low resistance associated with this thick loop. This can be achieved, for example, by using a stack of rectifier controller units wired in parallel with each other, and by adopting isolated gate bipolar transistors (IGBTs), thyristors, or other semiconductor techniques.

図3Cは、それにより図3Bの円形構造が図3Bの管状構造によって互いに接続される手段を示し、それはまとめて図1の水平セグメント対に対応する。明らかに、管状構造と図3Bの各円形構造との間には、これらの構造が構築される導体の厚みのみのために、図3Aによって示された垂直セグメント対が削除された場合でも、短い逆電流セグメント対が存在することになる。 FIG. 3C shows the means by which the circular structures of FIG. 3B are connected to each other by the tubular structure of FIG. 3B, which collectively correspond to the horizontal segment pair of FIG. Obviously, between the tubular structure and each circular structure of FIG. 3B is short, even if the vertical segment pair shown by FIG. 3A is removed, due only to the thickness of the conductor on which these structures are constructed. There will be a pair of reverse current segments.

図3Dは、図1の水平セグメント対に対応する電流がスキャナのイメージングボリューム内で合計でほぼ0になることを保証するのを助けるためのテレスコーピングの使用を示す。当業者なら、可能な最高度の電流消去を達成するための方法に気づいているはずであり、この電流消去の精度は、スキャナのイメージングボリューム内で許容される対応する磁界汚染の最大しきい値に関して指定され得る(例えば、選択肢の中でも、B界の大きさに関して、1パートパーミリオン、5ppm、10ppm、又は50ppm)。 FIG. 3D shows the use of telescoping to help ensure that the current corresponding to the horizontal segment pair of FIG. 1 totals near zero within the imager volume of the scanner. Those of skill in the art should be aware of how to achieve the highest possible current erasure, and the accuracy of this current erasure is the maximum threshold of corresponding magnetic field contamination allowed within the imager volume of the scanner. Can be specified with respect to (eg, among the options, 1 part per million, 5 ppm, 10 ppm, or 50 ppm with respect to the size of the B0 field).

図4Aは、シャントが、同じ円形構造内のポイントとは対照的に異なる円形構造間のポイントを接続する、図1の実施形態の変形形態を示す。図4Bは、B界が、4つの円形構造とは対照的に6つの半円形構造及び1つの円形構造によって発生される、図1の実施形態の変形形態を示す。 FIG. 4A shows a variant of the embodiment of FIG. 1 in which the shunt connects points between different circular structures as opposed to points within the same circular structure. FIG. 4B shows a variant of the embodiment of FIG. 1 where the B0 field is generated by six semi-circular structures and one circular structure as opposed to four circular structures.

図5Aは、2つの別個のシャントが厚いループの同じポイントに接続され得ることを示す図1の実施形態の変形形態である。図5Bは、シャントが厚いループの3つ以上のポイントに接続され得ることを示す変形形態である。図5Cは、厚いループがB界及び傾斜界に加えてシミング界を生成することを特に可能にするものと当業者が認識するであろう変形形態である。図5Dは、2つのシャントがノードにおいて交差することができることを示し、図5Eは、2つのシャントが、円、ポリゴン、又はより複雑な構造を介して交差することができることをさらに示唆する。 FIG. 5A is a variant of the embodiment of FIG. 1 showing that two separate shunts can be connected to the same point in a thick loop. FIG. 5B is a variant showing that a shunt can be connected to three or more points in a thick loop. FIG. 5C is a variant that one of ordinary skill in the art will recognize that thick loops make it particularly possible to generate shimming boundaries in addition to B0 and tilt boundaries. FIG. 5D shows that two shunts can intersect at a node, and FIG. 5E further suggests that two shunts can intersect via a circle, polygon, or more complex structure.

図5Fは、厚いループ又は極めて大きい電流を生成することが可能な電圧源のいずれかを実際に使用せずに、合計された電流構造を用いてB界及び他の磁界パターンを達成するための方法を示す図1の実施形態の変形形態である。特に、図1の厚いループ100は、わずか数十アンペア程度の電流を搬送する薄いループと置き換えられる。さらに、図1の場合のように、硬い円形構造をそれぞれ形成するループの不対セグメントの代わりに、各不対セグメントは、何回も並列に巻かれ得る極めて長い、フレキシブルなセグメントである。図5Fの上部の3つの薄い円形構造は、1つのそのような長い、フレキシブルなセグメントの個々の巻線を表すと仮定される。巻かれた長い、フレキシブルな各セグメントに関連するアンペア回数の総数は、図5Fの不対セグメントが、図1に関連するB界程度のB界を発生するのに十分大きい。さらに、各巻線と、図5Fの下部の近くの垂直セグメント対とに取り付けられたシャントは、x傾斜界、y傾斜界、及び/又はz傾斜界がそのB界と同時に発生されることを可能にする。 FIG. 5F illustrates the B0 field and other magnetic field patterns using the summed current structure without the actual use of either a thick loop or a voltage source capable of generating extremely large currents. It is a modification of the embodiment of FIG. 1 showing the method of FIG. In particular, the thick loop 100 of FIG. 1 is replaced with a thin loop carrying a current of only a few tens of amperes. Moreover, instead of the unpaired segments of the loops that each form a rigid circular structure, as in the case of FIG. 1, each unpaired segment is an extremely long, flexible segment that can be wound in parallel multiple times. The three thin circular structures at the top of FIG. 5F are assumed to represent the individual windings of one such long, flexible segment. The total number of amperes associated with each of the long, flexible segments wound is large enough for the unpaired segment of FIG. 5F to generate about the B0 boundary associated with FIG. In addition, the shunts attached to each winding and the pair of vertical segments near the bottom of FIG. 5F show that the x -inclined, y-inclined, and / or z-inclined boundaries occur at the same time as their B0 boundaries. to enable.

図6Aは、図5Fのように、極めて大きい電流を搬送しない薄いループ100’を使用する図1の変形形態である。ただし、図6Aの構造は、図5Fの構造が含んでいるように長い、フレキシブルなセグメント及び巻線を含んでおらず、したがって、図6Aの回路は、B界を発生するようにはまったく意図されていない。代わりに、図6Aは、図1の類似物を示すように意図されており、ここでは、主要な薄いループ100’が非B電磁界パターンを確立し、その初期非B電磁界パターンに他の磁界パターンをアドオンするために、主要な薄いループ100’に取り付けられたシャント20が使用される。図6Aの特定のケースにおいて、主要な薄いループ100’はz傾斜界を発生し得、そのループ100’に接続されたシャント20は、次いで、そのz傾斜界にx傾斜界及び/又はy傾斜界を加えるはずである。 FIG. 6A is a modified form of FIG. 1 using a thin loop 100'that does not carry an extremely large current, as in FIG. 5F. However, the structure of FIG. 6A does not include the long, flexible segments and windings that the structure of FIG. 5F contains, so that the circuit of FIG. 6A does not generate the B0 field at all. Not intended. Instead, FIG. 6A is intended to show an analog of FIG. 1, where the major thin loop 100'establishes a non-B 0 field pattern and into its initial non-B 0 field pattern. A shunt 20 attached to the main thin loop 100'is used to add in other magnetic field patterns. In the particular case of FIG. 6A, the major thin loop 100'can generate a z-inclination, and the shunt 20 connected to the loop 100' then has an x-inclination and / or y-inclination in the z-inclination. Should add a world.

当業者によく知られているように、極めて強い磁界にさらされ、また時間とともに変化している電流を含んでいる構造は、概してローレンツ力から振動し、それにより、音響雑音を発生する。変化している電流をもつ厚いループ100のセグメントは、概して、厚いループ100は数千キログラム程度の重さがある可能性があることのみにより、厚いループ100の他のセグメントから発する界に関連するローレンツ力からの影響を受けないことが予想され得る。一方、B界発生構造の近くに置かれた薄いループ100’は、明らかにローレンツ力の影響を受けやすいことがある。その問題を緩和するための1つの方法が図6Bを通じて示されている。図6Bにおいて、薄いループ100’とB界を発生する構造400の両方が円形断面を有し、B界を発生する構造400の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル402中に、薄いループ100’の一部が対称的に配置されている。同様に、図6Cでは、薄いループ100’とB界を発生する構造500の両方がこの場合も円形断面を有するが、今度は、薄いループ100’の一部において対称的に形成されている中空円形トンネル502中に、B界を発生する構造500の一部が対称的に配置されている。当業者なら、図6B及び図6Cに示された構成の対称性により、B界を発生する構造の内部に置かれるか又はその一部を包囲するようにされる薄いループ100’の一部の音響振動は、B界を発生する構造に100’のその一部が単に隣接するままにされた場合に100’のその一部が受けるであろう振動に対して、低減される可能性があり得ることを理解するであろう。振動のそのような低減は、同心にされた薄いループ100’の一部とB界を発生する構造の一部とが両方とも比較的大きい曲率半径を有する場合、より著しくなることが予想されるであろう。 As is well known to those of skill in the art, structures exposed to extremely strong magnetic fields and containing currents that change over time generally oscillate from Lorentz forces, thereby producing acoustic noise. The segment of the thick loop 100 with the changing current is generally related to the field emanating from the other segments of the thick loop 100 , only because the thick loop 100 can weigh as much as a few thousand kilograms. It can be expected that it will not be affected by Lorentz force. On the other hand, the thin loop 100'placed near the B0 field generation structure may be clearly susceptible to Lorentz force. One method for alleviating the problem is shown through FIG. 6B. In FIG. 6B, in a hollow circular tunnel 402 in which both the thin loop 100'and the structure 400 generating the B0 boundary have a circular cross section and are symmetrically formed in a part of the structure 400 generating the B0 boundary. A part of the thin loop 100'is arranged symmetrically. Similarly, in FIG. 6C, both the thin loop 100'and the structure 500 generating the B0 boundary again have a circular cross section, but this time they are formed symmetrically in part of the thin loop 100'. A part of the structure 500 that generates the B0 boundary is symmetrically arranged in the hollow circular tunnel 502. Part of a thin loop 100'placed within or surrounding a portion of a structure that produces a B0 boundary by one of ordinary skill in the art, due to the symmetry of the configurations shown in FIGS. 6B and 6C. The acoustic vibration of 100'can be reduced against the vibration that part of 100' would receive if that part of 100'was simply left adjacent to the structure generating the B0 field. Will understand that is possible. Such reduction in vibration is expected to be more pronounced if both part of the concentric thin loop 100'and part of the structure that produces the B0 field have a relatively large radius of curvature. Will be.

当業者は、上記の図を通じて提示されたもの以外に、本開示に関連する多くの他の変形形態があることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、厚いループが分岐し再結合するようにされるか、あるいは複数の厚いループが一緒に配置され得るが、電流の全体的な構造は、図1の実施形態について説明されたものと依然として等価であり得る。厚いループは、いくつかの実施形態では、スキャナに必要とされるB界の一部のみを発生するが、場合によっては図1に示されているように現れ得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、それの電圧源に加えて厚いループ内の必要とされる電流の分配を達成するのを助けるために使用され得る何らかの可変抵抗を持ち得る。各電流シャントは、いくつかの実施形態では、厚いループの複数のポイントからの電流、厚いループの複数のポイントへの復帰電流、又は両方をピックアップし得る。上記で論じられたいかなる所与の電圧源も、いくつかの実施形態では、例えば、一つの厚いループスキャナの厚いループに電力供給するために使用される高電流電圧源の場合に当てはまる可能性があり得るように、直列及び/又は並列に接続された電圧源のグループと交換され得る。本開示は、明らかに、磁界パターンを発生するMRIスキャナ以外のシステムにおいて使用され得る。核磁気共鳴スペクトロスコピー、電子常磁性共鳴スペクトロスコピー、及び電子常磁性共鳴イメージングは、本開示が適用され得る非MRI方法の3つの例である。 Those skilled in the art will appreciate that there are many other variants associated with this disclosure other than those presented through the figures above. In some embodiments, thick loops may be branched and recombined, or multiple thick loops may be placed together, but the overall structure of the current is described for the embodiment of FIG. Can still be equivalent to the one. Thick loops, in some embodiments, generate only part of the B0 field required by the scanner, but can sometimes appear as shown in FIG. Each current shunt, in some embodiments, may have some variable resistance that can be used to help achieve the required current distribution within a thick loop in addition to its voltage source. Each current shunt may, in some embodiments, pick up currents from multiple points in a thick loop, return currents to multiple points in a thick loop, or both. Any given voltage source discussed above may apply in some embodiments, for example, in the case of a high current voltage source used to power the thick loops of a single thick loop scanner. As possible, it can be replaced with a group of voltage sources connected in series and / or in parallel. Obviously, the present disclosure can be used in systems other than MRI scanners that generate magnetic field patterns. Nuclear magnetic resonance spectroscopy, electron normal magnetic resonance spectroscopy, and electron normal magnetic resonance imaging are three examples of non-MRI methods to which the present disclosure can be applied.

本開示のシステム及び方法が今や開示されたので、当業者は、以下の段落において説明される利点の一部又は全部が可能にされ得ることを理解するであろう。以下の段落では、図1に描かれた回路の物理的実施形態は「厚いループスキャナ」と呼ばれる。 Now that the systems and methods of this disclosure have been disclosed, one of ordinary skill in the art will appreciate that some or all of the benefits described in the following paragraphs may be possible. In the following paragraphs, the physical embodiment of the circuit depicted in FIG. 1 is referred to as a "thick loop scanner".

厚いループスキャナの第1の利点は、MRIにおいてB界磁界パターンの精度が特に重要であるとすれば、厚いループスキャナの部分ループが、電気的にそのB界を生成するだけの抵抗性MRIスキャナにおける典型的なB界生成巻線の位置、直径、及び厚みに等しいか又はほぼ等しい位置、直径、及び厚みを有するように設計される可能性があり得るということからわかるであろう。これは、シャントの経路が、図3Bの場合のように、厚いループによって囲まれたボリュームの外部にあるように設定されると仮定すると、広さの観点から、厚いループスキャナは、B界及びB界発生構造のみを含んでいるMRIスキャナと等価になることを意味する。無線周波数コイルセットのサイズは、厚いループスキャナ内で解放される空間により、通常よりも大きくされることが可能であり得る。大幅に増加した広さの感覚は、病気検査を一般集団にとってより快いものにする可能性があり得、肥満した個人のイメージング、閉所恐怖症をもつ個人のイメージング、獣医学イメージング、及び介入性又は外科的手技中のイメージングのための機会をも増加させるであろう。 The first advantage of the thick loop scanner is that if the accuracy of the B0 field pattern is particularly important in MRI, the partial loop of the thick loop scanner is resistant enough to electrically generate its B0 field. It will be seen from the fact that it may be designed to have a position, diameter, and thickness that is equal to or nearly equal to the position, diameter, and thickness of a typical B0 field generation winding in an MRI scanner. .. Assuming that the shunt path is set to be outside the volume surrounded by the thick loops, as in Figure 3B, in terms of size, the thick loop scanner will have a B0 field. And B1 means that it is equivalent to an MRI scanner containing only a field generation structure. The size of the radio frequency coil set can be made larger than usual due to the space freed in the thick loop scanner. A significantly increased sense of breadth can make disease testing more pleasing to the general population: imaging of obese individuals, imaging of individuals with claustrophobia, veterinary imaging, and interventional or interventional or It will also increase opportunities for imaging during surgical procedures.

厚いループスキャナの第2の有利な特徴は、比較的低い予想製造コストである。B界発生構造以外のただ1つの有意な磁界発生構造がスキャナのために製造される必要があり得る。さらに、厚いループは、おそらく成形品からアセンブルされるであろう、したがって、ワイヤを慎重に繰り返し巻くことから形成される構造と比較して、作成するのによりコスト効果的であろう。成形構造はまた、巻かれた構造よりも輸送の機械的応力から生じる誤差を受けにくく、その理由で、例えば、発展途上国への寄付のために、多数の巻線をもつスキャナの場合に当てはまり得るよりも、厚いループスキャナを分解し、それを他の場所で再アセンブルすることがより経済的であり得る。電流シャントは、厚いループスキャナの厚いループとともに製造され、その厚いループに取り付けられなければならないことは、真実である;しかしながら、厚いループ自体のように、電流シャントは比較的単純な構造である。 A second advantageous feature of thick loop scanners is the relatively low expected manufacturing cost. Only one significant field generation structure other than the B one -field generation structure may need to be manufactured for the scanner. In addition, thick loops will probably be assembled from the part, and therefore will be more cost effective to create compared to the structure formed by careful and repeated winding of the wire. Molded structures are also less susceptible to errors due to mechanical stresses in transportation than wound structures, which is why, for example, in the case of scanners with multiple windings, for donations to developing countries. It may be more economical to disassemble the thick loop scanner and reassemble it elsewhere than to get it. It is true that the current shunt is manufactured with a thick loop in a thick loop scanner and must be attached to that thick loop; however, like the thick loop itself, the current shunt is a relatively simple structure.

厚いループスキャナの第3の有利な特徴は、比較的静かな動作を提供するそれの能力である。標準のMRIでは、様々な構造がしばしば、密嵌している同心シリンダーの形態で互いの内に配置される;しかしながら、上記で説明されたように、厚いループスキャナは、比較的大量の自由空間を有することが予想される。この増加した空間の一部は、電流シャントの周りの細長い真空チューブの配置に充てられ得、それにより、それらの電流の値が変化するときにシャントに作用するローレンツ力から生じる雑音伝送が著しく低減され得る。厚いループによって囲まれたボリュームの外にシャントが位置することが示される図3Bに示された配置をシャントが有することになった場合、β及びγシャントを囲むために使用される真空チューブは、単に、8つのまっすぐな真空チューブ、及び2つの円形真空リングから構成され得る。厚いループはおそらく1,000kg程度の重さになり、したがって、それの電流が変化したときに著しく振動する可能性が低くなり得るので、真空チューブは、厚いループ自体のどの部分の周りにも配置される必要はないであろう。 A third advantageous feature of the thick loop scanner is its ability to provide relatively quiet operation. In standard MRI, various structures are often placed within each other in the form of tightly fitted concentric cylinders; however, as explained above, thick loop scanners have a relatively large amount of free space. Is expected to have. Part of this increased space can be devoted to the placement of elongated vacuum tubes around the current shunt, which significantly reduces the noise transmission resulting from the Lorentz force acting on the shunt as the values of those currents change. Can be done. If the shunt were to have the arrangement shown in FIG. 3B, where the shunt is shown to be located outside the volume surrounded by the thick loop, the vacuum tube used to enclose the β and γ shunts would be It may simply consist of eight straight vacuum tubes and two circular vacuum rings. The tube is placed around any part of the thick loop itself, as the thick loop will probably weigh as much as 1,000 kg and therefore is less likely to vibrate significantly when its current changes. Wouldn't have to be.

今やB界及び他の磁界パターンの同時確立のための開示されたシステム及び方法を読んで理解したので、当業者は、上記の開示によって可能にされている他の利点、変形形態、及び実施形態を認識するであろう。そのような利点、変形形態、及び実施形態は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物の範囲及び意味の一部であると見なされるべきである。 Now that one of ordinary skill in the art has read and understood the disclosed systems and methods for the simultaneous establishment of the B0 field and other magnetic field patterns, one of ordinary skill in the art has made possible by the above disclosures of other advantages, variants, and practices. Will recognize the morphology. Such advantages, variants, and embodiments should be considered as part of the scope and meaning of the appended claims and their legal equivalents.

上記では特定の実施形態について説明されたが、これらの実施形態は、特定の特徴に関して1つの実施形態しか説明されていない場合でも、本開示の範囲を限定するものではない。本開示において提供される特徴の例は、別段に記載されていない限り、限定的ではなく例示的であるように意図されている。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者に明らかであるはずのそのような代替形態、変更形態、及び等価形態を包含するものである。 Although specific embodiments have been described above, these embodiments do not limit the scope of the present disclosure even if only one embodiment is described for a particular feature. The examples of features provided in this disclosure are intended to be non-limiting, but exemplary, unless otherwise stated. The above description embraces such alternative, modified, and equivalent forms that should be apparent to those skilled in the art who have the benefit of the present disclosure.

本開示の範囲は、それが本明細書において対処された問題のいずれか又はすべてを緩和するか否かにかかわらず、(明示的にあるいは暗黙的に)本明細書で開示された任意の特徴又は特徴の組合せ、あるいはそれらの任意の一般化を含む。本開示の様々な利点について本明細書で説明されたが、特許請求の範囲によってカバーされる実施形態は、そのような利点の一部、全部を提供するか、又はそのような利点をまったく提供しないことがある。 The scope of this disclosure is any feature disclosed herein (explicitly or implicitly), whether or not it alleviates any or all of the problems addressed herein. Or a combination of features, or any generalization of them. Although the various advantages of the present disclosure have been described herein, the embodiments covered by the claims provide some, all, or no such advantages. I may not do it.

Claims (23)

イメージングボリューム内での、均一 界の一部又は全部の生成のための、ならびに必要とされる傾斜界及び/又はシミング界の同時生成のためのデバイスであって、前記デバイスは、
主伝導ループと、
分極電流を発生することが可能な単一の電圧源、又は、分極電流を発生することが可能な単一の実効電圧源と、
複数の電流シャントと、
を備え、
前記分極電流を発生することが可能な単一の実効電圧源が、直列に及び/又は並列に接続された電圧源のグループからなり、更には、
分極電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源が、前記主伝導ループと直列に接続され、
前記主伝導ループが、
1つ又は複数の消去セグメント対と、
2つ以上の寄与セグメントと、
を含むように整形され、
各前記消去セグメント対の2つの消去セグメントが、
電流が逆平行であるように、互いに極めて近接して持ってこられた前記主伝導ループのセグメントであり、
共に前記デバイスの前記イメージングボリューム内でほぼ0の磁界に寄与し、
各前記寄与セグメントが、
前記主伝導ループの前記消去セグメント以外のセグメントである不対セグメントであり、
前記寄与セグメントが、複数の不完全なループにグループ化され、
各個々の前記不完全なループが、
1つ又は複数の前記寄与セグメントからなり、
それの円周に1つ又は複数の小さいギャップを有する完全なループと等価であり、
共通の軸を中心とするものであり、
前記複数の不完全なループの全体が、
前記デバイスの前記イメージングボリューム内で前記均一 界の一部又は全部を集合的に形成するように整形され、
各前記消去セグメント対の前記2つの消去セグメントが、
介在する少なくとも1つの寄与セグメントによって、前記主伝導ループの全長に沿って離れて配置され、
前記主伝導ループの両端部のそれぞれに両方とも配置されるものではなく、
各前記電流シャントが、1つ又は複数のシャント導体セグメントと、前記1つ又は複数のシャント導体セグメント内に挿入された少なくとも1つのシャント電圧源とを備え、
前記1つ又は複数のシャント導体セグメントが、前記主伝導ループとは別個であり、
前記少なくとも1つのシャント電圧源が、分極電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源とは別個であり物理的に分離しており、
各前記電流シャントが、電流を、前記主伝導ループの1つ又は複数のポイントから、前記主伝導ループの1つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成され、
各前記不完全なループについて、
前記不完全なループの前記円周における1つの前記小さいギャップの両側が、シャント導体セグメントの終端に接続され、
前記複数の不完全なループのうちの少なくとも2つの不完全なループのそれぞれについて、
前記不完全なループの前記円周上の4つの位置が、シャント導体セグメントの終端に接続され、前記4つの位置が、前記共通の軸によって定義される座標システム内でアジマス方向に90°の間隔を有し、
前記複数の不完全なループのうちの前記少なくとも2つのすべてについて、
前記4つの位置のそれぞれのアジマスが同一であり、
それにより、前記デバイスは、
分極電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は単一の実効電圧源からの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一 界の一部又は全部を発生すること、
ならびに、
前記シャント電圧源を介して前記主伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一 界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び/又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、デバイス。
A device for the generation of some or all of the uniform B0 fields in the imaging volume and for the simultaneous generation of the required tilt and / or shimming fields, said device.
Main conduction loop and
A single voltage source capable of generating a polarization current, or a single effective voltage source capable of generating a polarization current,
With multiple current shunts,
Equipped with
A single effective voltage source capable of generating the polarization current consists of a group of voltage sources connected in series and / or in parallel, and further.
The single voltage source or single effective voltage source capable of generating a polarization current is connected in series with the main conduction loop.
The main conduction loop
With one or more erase segment pairs,
Two or more contribution segments and
Shaped to include
The two erase segments of each erase segment pair
It is a segment of the main conduction loop brought very close to each other so that the currents are antiparallel.
Both contribute to a magnetic field of almost zero within the imaging volume of the device,
Each of the contribution segments
An unpaired segment that is a segment other than the erased segment of the main conduction loop.
The contribution segments are grouped into multiple incomplete loops.
Each individual said incomplete loop
Consists of one or more of the contribution segments
Equivalent to a complete loop with one or more small gaps around it,
It is centered on a common axis,
The whole of the multiple incomplete loops
Shaped to collectively form part or all of the uniform B0 field within the imaging volume of the device.
The two erase segments of each erase segment pair
By at least one intervening contribution segment, they are spaced apart along the overall length of the main conduction loop.
Not both are placed at each of the ends of the main conduction loop.
Each said current shunt comprises one or more shunt conductor segments and at least one shunt voltage source inserted within said one or more shunt conductor segments.
The one or more shunt conductor segments are separate from the main conductor loop.
The at least one shunt voltage source is separate and physically separate from the single voltage source or single effective voltage source capable of generating a polarization current.
Each said current shunt is configured to short the current from one or more points in the main conduction loop to one or more other points in the main conduction loop.
For each of the incomplete loops
Both sides of one small gap in the circumference of the incomplete loop are connected to the end of the shunt conductor segment.
For each of at least two incomplete loops out of the plurality of incomplete loops
The four positions on the circumference of the incomplete loop are connected to the end of the shunt conductor segment, and the four positions are spaced 90 ° in the azimuth direction within the coordinate system defined by the common axis. Have,
For all of the at least two of the incomplete loops
The hydrangea in each of the four positions is the same,
Thereby, the device is
Using the current from the single voltage source or single effective voltage source capable of generating a polarization current, for magnetic resonance imaging or spectroscopy, or for electron normal magnetic resonance imaging or spectroscopy. To generate part or all of the uniform B0 field for
And,
Both to establish the required tilt and / or shimming fields at the same time as part or all of the uniform B0 field through redistributing current within the main conduction loop through the shunt voltage source. The device that enables.
各前記不完全なループが、正確に1つの前記寄与セグメントからなる、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein each of the incomplete loops comprises exactly one of the contribution segments. 前記複数の不完全なループのうち1つを除く全てが、1つより多い前記寄与セグメントからなる、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein all but one of the plurality of incomplete loops comprises more than one of the contribution segments. 各個々の前記不完全なループが、その下に、垂直な前記消去セグメント対又は前記消去セグメント対の垂直部分のいずれかを有する請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein each individual incomplete loop has either the vertical erase segment pair or the vertical portion of the erase segment pair beneath it. 前記共通の軸によって定義される前記座標システム内でアジマス方向に90°の間隔を有する4つの位置が前記シャント導体セグメントの終端に接続される、各前記不完全なループについて、
第1の電流シャントが、前記4つの位置のうちの第1の位置と第2の位置との間に結合され、前記第1の位置と前記第2の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、更には、
第2の電流シャントが、前記4つの位置のうちの第3の位置と第4の位置との間に結合され、前記第3の位置と前記第4の位置とが、前記不完全なループ上で互いに直径の反対側にあり、それにより、前記第3の位置及び前記第4の位置上にあるラインが、前記第1の位置及び前記第2の位置上にあるラインに対して90°回転した状態にある、請求項1に記載のデバイス。
For each of the incomplete loops, four positions within the coordinate system defined by the common axis with an interval of 90 ° in the azimuth direction are connected to the end of the shunt conductor segment.
A first current shunt is coupled between the first and second positions of the four positions so that the first and second positions are on the incomplete loop. On opposite sides of the diameter of each other, and even
A second current shunt is coupled between the third and fourth positions of the four positions so that the third and fourth positions are on the incomplete loop. On opposite sides of the diameter of each other so that the lines on the third and fourth positions rotate 90 ° with respect to the lines on the first and second positions. The device according to claim 1, which is in a shunted state.
前記第1の位置と前記第2の位置との中間の前記第1の電流シャントの一部分が、2つの分岐に分けられ、
前記第3の位置と前記第4の位置との中間の前記第2の電流シャントの一部分も、2つの分岐に分けられる、
請求項5に記載のデバイス。
A portion of the first current shunt between the first position and the second position is divided into two branches.
A portion of the second current shunt between the third position and the fourth position is also divided into two branches.
The device according to claim 5.
各前記不完全なループが、
円形に形成され、
及び、前記共通の軸に垂直な面に位置する、
請求項6に記載のデバイス。
Each of the incomplete loops
Formed in a circle,
And located on a plane perpendicular to the common axis,
The device according to claim 6.
前記複数の電流シャントの少なくとも1つが可変抵抗を持つ、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein at least one of the plurality of current shunts has a variable resistor. 前記複数の電流シャントの少なくとも一つが真空チューブ内に置かれる、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein at least one of the plurality of current shunts is placed in a vacuum tube. 前記複数の電流シャントが、前記不完全なループの隣接するペアのそれぞれが接続ボリュームと接続された場合に形成される通路によって囲まれるボリュームの外に位置し、
前記接続ボリュームのそれぞれは、前記共通の軸に中心付けられたトンネル状の構造であり、前記接続ボリューム毎に、二つの端面、一つの内面、及び、一つの外面を有し、
前記二つの端面は、前記接続ボリュームと接続された二つの隣接する前記不完全なループの向き合う側の面のそれぞれに、正確に一致及び隣接し、
前記内面及び前記外面はそれぞれ、最小限の面積を有する請求項1に記載のデバイス。
The plurality of current shunts are located outside the volume surrounded by the passage formed when each of the adjacent pairs of the imperfect loops is connected to the connecting volume.
Each of the connection volumes has a tunnel-like structure centered on the common axis, and each connection volume has two end faces, one inner surface, and one outer surface.
The two end faces are exactly aligned and adjacent to each of the opposite faces of the two adjacent imperfect loops connected to the connection volume.
The device according to claim 1, wherein the inner surface and the outer surface each have a minimum area.
前記分極電流を発生することが可能な単一の実効電圧源が、並列に配線され絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項1に記載のデバイス。 The device according to claim 1, wherein a single effective voltage source capable of generating the polarization current is formed from a plurality of rectifier controller units which are wired in parallel and employ an insulated gate bipolar transistor. 前記分極電流を発生することが可能な単一の実効電圧源が、並列に配線されサイリスタを採用する複数の整流器コントローラユニットから形成された、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein a single effective voltage source capable of generating the polarization current is formed from a plurality of rectifier controller units that are wired in parallel and employ thyristors. 前記主伝導ループの前記全長に沿って、任意の2つの隣接する寄与セグメントが、介在する2つあるいは3つの消去セグメント対に属する消去セグメントによって離れて配置される、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein any two adjacent contributing segments are spaced apart by an elimination segment belonging to two or three elimination segment pairs intervening along the entire length of the main conduction loop. 前記主伝導ループの前記全長に沿って、任意の2つの隣接する寄与セグメントが、介在する1つの単一の消去セグメントによって離れて配置される、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein any two adjacent contributing segments are spaced apart by a single erasing segment intervening along the entire length of the main conduction loop. 前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記共通の軸上に整列する、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the geometric centers of the contribution segments are all aligned on the common axis. 前記寄与セグメントの幾何学的中心が、すべて前記共通の軸上に整列するものではない、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the geometric centers of the contribution segments are not all aligned on the common axis. 前記消去セグメント対の前記2つの消去セグメントの磁界消去が、前記消去セグメントの一方の、他方の消去セグメント内のテレスコーピングを伴う、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the magnetic field elimination of the two erase segments of the erase segment pair involves telescoping within one of the erase segments and the other erase segment. 前記消去セグメント対の前記2つの消去セグメントの磁界消去が、前記2つの消去セグメントの撚り合わせを伴う、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the magnetic field elimination of the two erase segments of the erase segment pair involves twisting of the two erase segments. すべての前記消去セグメント対に関連する電流消去の度合いが、前記デバイスの前記イメージングボリューム内での磁界汚染の指定された最大しきい値を超えない磁界汚染のレベルに対応する、請求項1に記載のデバイス。 1. Device. 磁界汚染の前記指定された最大しきい値が、前記均一 界の大きさに関して1パートパーミリオンと50パートパーミリオンとの間の値である、請求項19に記載のデバイス。 19. The device of claim 19, wherein the specified maximum threshold of magnetic field contamination is a value between 1 and 50 parts per million with respect to the magnitude of the uniform B0 field. 前記主伝導ループが、成形品からアセンブルされる、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the main conduction loop is assembled from an article. スキャナのイメージングボリューム内で、均一 界の一部又は全部を生成するための、ならびに必要とされる傾斜界及び/又はシミング界を同時に生成するための方法であって、前記方法は、
主伝導ループと直列に、分極電流を発生することが可能である、単一の電圧源、あるいは直列に及び/又は並列に接続された電圧源のグループを接続するステップと、
1つ又は複数の消去セグメント対と、2つ以上の寄与セグメントと、を含むように前記主伝導ループを整形するステップであって、
各前記消去セグメント対の2つの消去セグメントが、
電流が逆平行であるように、互いに極めて近接して持ってこられたか、又は効果的に互いに締め付けられた、前記主伝導ループのセグメントであり、
共に前記スキャナの前記イメージングボリューム内でほぼ0の磁界に寄与し、
各前記寄与セグメントが、
前記主伝導ループの前記消去セグメント以外のセグメントである不対セグメントであり、
前記寄与セグメントが前記スキャナの前記イメージングボリューム内で前記均一 界の一部又は全部を集合的に形成するように整形される
前記主伝導ループを整形するステップと、
前記主伝導ループに、複数のシャント電圧源を取り付けるステップであって、各前記シャント電圧源が、電流を、前記主伝導ループの1つ又は複数のポイントから、前記主伝導ループの1つ又は複数の他のポイントに短絡するように構成される、複数のシャント電圧源を取り付けるステップと、
を備え、それにより、前記方法は:
分極電流を発生することが可能な前記単一の電圧源又は分極電流を発生することが可能な前記電圧源の前記グループからの前記電流を用いて、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための、あるいは電子常磁性共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのための前記均一 界の一部又は全部を発生すること、
及び、
前記シャント電圧源を介して前記主伝導ループ内で電流を再分配することを通して前記均一 界の一部又は全部と同時に前記必要とされる傾斜界及び/又はシミング界を確立すること
の両方が可能になる、方法。
A method for simultaneously generating a portion or all of a uniform B0 field and a required tilt and / or shimming field within the imagery volume of a scanner, said method.
With the step of connecting a single voltage source capable of generating a polarization current in series with the main conduction loop, or a group of voltage sources connected in series and / or in parallel.
A step of shaping the main conduction loop to include one or more erase segment pairs and two or more contribution segments.
The two erase segments of each erase segment pair
A segment of said main conduction loop that has been brought very close to each other or effectively tightened together so that the currents are antiparallel.
Both contribute to a magnetic field of almost zero in the imaging volume of the scanner and
Each of the contribution segments
An unpaired segment that is a segment other than the erased segment of the main conduction loop.
A step of shaping the main conduction loop, wherein the contributing segment is shaped to collectively form part or all of the uniform B0 field within the imaging volume of the scanner.
A step of attaching a plurality of shunt voltage sources to the main conduction loop, wherein each shunt voltage source draws current from one or more points of the main conduction loop to one or more of the main conduction loops. With the step of installing multiple shunt voltage sources configured to short-circuit to other points,
Accordingly, the above method is:
The current from the single voltage source capable of generating a polarization current or the group of the voltage sources capable of generating a polarization current is used for magnetic resonance imaging or spectroscopy, or Generating part or all of the uniform B0 field for electron normal magnetic resonance imaging or spectral copying,
as well as,
Both to establish the required tilt and / or shimming fields at the same time as part or all of the uniform B0 field through redistributing current within the main conduction loop through the shunt voltage source. Is possible, how.
前記主伝導ループの1つ又は複数のポイントから、前記主伝導ループの1つ又は複数の他のポイントへの電流の前記短絡が、可変抵抗を伴う、請求項22に記載の方法。 22. The method of claim 22, wherein the short circuit of current from one or more points of the main conduction loop to one or more other points of the main conduction loop is accompanied by a variable resistor.
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