JP3327603B2 - 室温のシムコイルとの勾配コイル相互作用を減じるための方法及び装置 - Google Patents

室温のシムコイルとの勾配コイル相互作用を減じるための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、概して核磁気共鳴装置
に関し、とりわけ過度勾配磁場コイルと静磁場補償コイ
ルとを含む装置に関する。
【0002】
【従来の技術】NMR現象は、外部エネルギー源から核
スピン系へのエネルギーの移送に対する核磁気モーメン
ト(又は「スピン」)の磁場感度応答である。その現象
は多くの異なる形態にあてはまるが、大部分は基本的な
フィジカルオペレーションがRF周波数に関する磁場の
測定とみなされてもよい。大まかに言って、その現象は
分析化学の分野の応用に利用され、また、個々に、ある
化学的特性を示す構成物の空間的分布の表現を獲得する
ために利用される。後者の例はサンプルのイメージを実
現するための装置である。これらは唯一の目的ではな
い。即ち、空間分布マップ、例えば医療用画像、分析化
学ディスクリミネイション(discrimination)のアスペク
トをも含み、分析化学における応用を空間ディスクリミ
ネイションに使用してもよい。現象は、静的且つ均一な
既知の磁場又は過度的な非均一の磁場を含むか否かに拘
らず局所的に限定された磁気環境を必要とする。磁気環
境の制御を確かなものとするためにサンプル空間が注意
深くシムされ、つまり、不所望の磁場要素を減じるため
に補償される。これは静的シムコイルによって達成さ
れ、該シムコイルは装置の感度ヴォリューム内の残留磁
場を打ち消すために、選択された方向に及び/又は対称
に制御可能に磁場をインポーズするように設計されてい
る。これらシムコイルはしばしば超伝導磁石のボアの室
温周辺空間に置かれる。
【0003】NMR現象によって研究されるサンプルの
磁場環境には高度な均一性の達成が必須である。同じ磁
気環境の制御された非均一性が多くの測定技術に要求さ
れる。これらの技術は空間依存性における正確な制御を
要求する。過度勾配磁場は更に所望の磁場の空間的及び
時間的依存性の何れをも必要とする。このような装置の
例はNMR信号における情報の空間的符号付けであり、
選択的励起及び/又は特定の量子遷移の検知であり、関
連する現象の様々な拡散のイクスプロイテーション(exp
loitation)又は観察である。所望の振幅、期間及びたぶ
ん機能時間依存性を得るように制御可能な個々の電源と
共働して、要求される方向及び空間依存性を与えるコイ
ルによって所望の磁場勾配が得られる。これらのコイル
は超伝導磁石のボアの周辺でシムコイルに接近させて置
かれる。(パルス)勾配コイルと(定常状態)シムコイ
ルの接近の結果、(ある)シムコイルには勾配コイルを
過度状態にすることによる電流成分が含まれる。この寄
生効果は大体平行な(又は逆平行)磁場成分を発生させ
るシムコイル又は勾配コイルについて最大となり、シム
コイルと勾配コイルによって生じた磁場の相互の方向が
直交する場合には最小となる。
【0004】問題は狭いボア器具において悪化する。何
故ならばシム及び勾配コイルは極めて接近して置かれる
ことが必要だからである。非常に広いボアの装置、例え
ば医療イメージャーにおいては、しばしばシムコイルの
提供はなく、また、シムコイル及び勾配コイルのいくら
かの置き換えを可能にする空間がなく、それらの間のカ
ップリングを減じるためにそれらの間に遮蔽手段を提供
することもない。
【0005】過度電流の間、シム磁場成分を与えるため
にシムコイルをその電源から切り離し、シム電源出力を
勾配増幅器に向けて対応する勾配増幅勾配コイルの組を
使用することが知られている。典型的な勾配増幅器は過
度勾配励起のために102アンペアのオーダーのデリヴ
ァーをすると評価されている。シム磁場成分は定常状態
で10-3アンペアのオーダーの消費がある。より低い出
力電流レベルでの定常状態性能は増幅器ノイズによって
影響される。これは、上記のように勾配コイルを介して
シミングすることは2乃至5ヘルツ(シャープな共鳴線
の観測幅による測定値)のオーダーの均一性を確保でき
るのに反し、スタティク・シムコイルを介したシミング
オペレーションは0.2乃至0.5ヘルツのオーダーの観
測された線幅をもたらすという経験的知識によって定量
化される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これらの(好ましくな
い)カップルされたコイル間の相互作用の性質は、各回
路が通常様々な時定数を示し、また、一般にシムコイル
に応答して減衰した強制振動(“リンギング”)を示す
ので、極めて複雑なことがある。
【0007】
【課題を解決するための手段】勾配パルスの間、室温シ
ムコイルの同時絶縁によって、本発明は律動化したエネ
ルギーをゲートされた増幅器を介して勾配コイルに同期
して向ける。勾配増幅器がゲートオフされるまでの勾配
パルスの期間シムコイル電源の出力が疑似負荷に向けら
れる。室温シムは次に電源につなげられ、“オフ”ゲー
ト状態の勾配増幅器は定常状態のシム状態に影響を与え
る勾配コイルへのノイズを無くすことに貢献する。
【0008】
【実施例】典型的なNMRデータ獲得装置が図1に略示
されている。獲得/制御プロセッサー10がRF送信器
12、変調器14及びアナログ−デジタル変換器18を
含む受信器16並びにデジタルプロセッサー20に通じ
ている。変調されたRF電源が目的物を(図示せず)を
照らし出し、磁場21は均一な磁場領域、即ち、有効容
積の限定のために維持される。シムコイル23は均質性
からの測定された離脱を補償するために、シム制御ユニ
ット24の制御下で有効領域におかれる。律動化された
電源27によって励起された勾配コイル25は有効領域
上に既知の制御された磁場勾配をインポースするために
置かれる。プローブ組立体22が有効領域に置かれる。
目的物の共鳴応答が受信器16に通じるプローブ22に
よって遮られる。その応答は典型的には過度振動信号即
ち自由誘導減衰の形をとる。この過度波形は規定のイン
ターバルでサンプルされ、そのサンプルはadc18で
デジタル化される。デジタル化された時間領域波形は次
にプロセッサー20でさらに処理を受ける。このような
処理の種類には多くの名目上理想的な波形に時間領域波
形を平均化すること、及び、出力装置26に向けられる
スペクトルの分布関数を得るために平均化された時間領
域波形の周波数領域への変換を含む。後者は前者の分析
及びデータと多くの同一性をもってもよい。
【0009】磁場21はクライオスタットのボア内に磁
場を確立するための超伝導ソレノイドを収容するクライ
オスタット(図示せず)内に維持された適切な磁石手段
によって確立される。プローブ、サンプル、勾配コイル
及び(少なくとも幾つかの)シムがクライオスタット構
造体のボア内に室温で収容されている。それらの構造は
よく知られている。律動化された勾配磁場がシムコイル
のような近接したある回路内に渦電流を誘導し、これら
の回路が制御し易いことが認められている。かくして、
図2において勾配過度電流からくるシム電流isにおける
過度電流を測定する。結果としての磁場環境はこれらの
効果の重ね合わせをレフレクトし、それによって、シム
コイル回路内に維持された渦電流による過度磁場成分に
サンプルをさらす。
【0010】図3において、勾配が活動的であるインタ
ーバルの間シムコイル回路が遮断され、それによって上
記の望ましくない効果を避ける配置が示されている。
【0011】図4には本発明を実施するのに適した回路
が示されている。シムコイル23に適したシム電流がシ
ム制御器と電源手段24によって確立される。シム電流
の調整は本件の範囲を越えるものであるが、既知の技術
である。シム電流の値は、残留する望ましくない磁場成
分を消して、それによってより均一の磁場をサンプルに
よって占められている有効領域Vに確立する補償磁場を
確立するように調整される。供給された如何なる勾配も
定常状態の磁場と同様に望ましくない均質性によって歪
められるので、このことは重要である。固有電流は通
常、FETスイッチ30を介して向けられる電流の電流
源から成るデジタル−アナログ変換器(DACS)29
により調整される。スイッチ30はゲートパルス31に
より制御される単極双投形の特徴を有している。ゲート
パルス31はゲートされた増幅器32のゲート入力を操
作するように形作られる。明確な振幅と時間依存性の所
望の勾配パルスを作るために、ゲートされた増幅器32
のリニア入力がパルスプログラマー(図示していない
が、獲得制御器10を形成する)から引き出される。ゲ
ートされた増幅器32は好適にはクラスAモードで操作
され、ゲートされると対応する勾配コイルに所望の励起
をもたらす。
【0012】ゲートパルス31が現れると、FETスイ
ッチ30がシム電源を入れ、擬似抵抗(図示せず)がシ
ムコイルを開いたままにし誘導電流の支持を不可能にす
る。勾配パルスが勾配コイルを励起するインターバルの
間、補償磁場が存在しないことがわかる。通常の配列に
おいて、勾配パルスはシムコイルによって供給される磁
場よりもはるかに大きい(典型的には2オーダーの違い
がある。)時間依存性磁場をもたらす。ほぼ平行な(又
は逆平行)磁場を発生するシムコイル及び勾配コイルが
最も大きな相互作用を受けることが思い起こされる。例
えば、これらの磁場が実際に平行(又は逆平行)である
場合、補償磁場の効果は勾配磁場内に完全に包含され
る。
【0013】図5は勾配磁場の除去から各線形状の獲得
までの経過時間(0.3ミリ秒乃至1秒)の11の値に
ついて獲得された水サンプルの11本の線形状の組を示
す。この時間の間は渦電流による如何なる過度磁場成分
も活動化される。経過時間が増加するに従って、共鳴線
は過度磁場の存在の明示をシフトする。線形状とその位
相は瞬間的磁場状態の測定を伝えている。図6の線形状
の組は、シムコイルがシム電源に接続され、それによっ
て勾配磁場の変化によるシムコイル内の渦電流を維持す
る配列において獲得された。異なった時間に得られた線
形状は位相における変化を示し、このインターバルの間
の渦電流による過度磁場成分(約200ミリ秒の範囲を
越える)を示している。この変化は図7で図5のデータ
について(□の印)と、図6のデータについて
(“+”)明確に示されている。
【0014】図6は本発明の教示するところに従って得
られたものであり、即ち、シムコイル内の渦電流から生
じた過度磁場を消去するためにシムコイルの接続を断つ
ことによって得られたものである。他の導電性構造物に
誘導された渦電流による非常に小さい過度磁場成分が最
も早い時期の線形状(t=0.3ミリ秒)に見られる。
上記の測定はクライオスタット構造体、例えば軸線か
らシムコイル23よりも大きい半径方向の距離を置いた
物理構造体に誘導される渦電流の効果を除去するため
に、活動的に遮蔽された勾配環境の中で実施される。
【0015】ここに記載した発明は、パルス勾配磁場の
広い範囲の使用に効果的である。しかし、一般的な場
合、パルス勾配起動によるRF励起電流、例えばスライ
ス選択、は更に正確さを要求する。
【0016】発明は、その本質的特徴から外れることな
く様々な形態の実施が可能であり、ここで示した実施例
は例示であって発明を限定するものではない。本発明は
特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の背景の略示図である。
【図2】悪影響を示す図である。
【図3】図2の効果を避けるための配置を示す図であ
る。
【図4】本発明のスイッチ配列のブロック線図である。
【図5】連続した時間に従って得られたシムコイルに誘
導された過度磁場による影響の線形状の組である。
【図6】図5の測定についての本発明の結果を示す。
【図7】図5及び6のデータについての磁場の時間変化
(単一の位相)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 599065901 3120 Hansen Way, Pal o Alto, Californi a, U. S. A. (56)参考文献 特開 平1−284239(JP,A) 特開 平1−181855(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 G01R 33/20 - 33/64

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気共鳴測定のための装置であって、 a) 核スピンの歳差運動の軸を確立するための主分極磁
    石手段、 b) 不都合な磁場成分を補償するための少なくとも一つ
    の磁石シミング手段であり、 1) シムコイル、並びに 2) 該シムコイルに電流を供給するための前記シムコイ
    ルに通じるシム電源、 とから成るシミング手段、 c) サンプル空間に過度磁気勾配をインポーズするため
    のパルス勾配磁場手段であり、 1) ゲート増幅器から成るパルス勾配電源、並びに 2) 該パルス勾配電源と通じる勾配コイル手段、 とから成るパルス勾配磁場手段、 d) 前記シム電源と前記シムコイルとの連絡を無力に
    し、前記シム電源と疑似負荷との連絡を確立するための
    スイッチ手段、並びに e) 前記スイッチ手段を始動させ、同時に前記ゲート増
    幅器が前記勾配コイルを起動することを可能にし、それ
    によって前記過度勾配コイルが起動されるときに前記シ
    ムコイルがオープン・サーキットであるとこるのゲート
    信号手段、とから成る磁気共鳴測定のための装置。
  2. 【請求項2】 NMR装置の勾配コイルとシムコイルの
    相互作用を防ぐための方法であって、 a) ゲーティング信号をゲート増幅器に供給するステッ
    プ、 b) ステップa)の結果、前記ゲート増幅器の出力から勾
    配コイルをドライブするステップ、 c) 前記ゲーティング信号からスイッチ制御レベルを引
    き出すステップ、 d) 前記スイッチ制御レベルに応答して、前記シムコイ
    ルをシムコイル電源から切り離すためにスイッチを始動
    し、前記シムコイル電源を疑似負荷に接続するステッ
    プ、 e) 前記ゲート増幅器から前記ゲーティング信号を除
    き、前記シムコイル電源を前記疑似負荷から切り離し、
    前記シムコイルに接続することを含む第二状態へ前記ス
    イッチを戻すステップ、とから成る方法。
JP35493592A 1991-12-19 1992-12-18 室温のシムコイルとの勾配コイル相互作用を減じるための方法及び装置 Expired - Fee Related JP3327603B2 (ja)

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EP0547917A1 (en) 1993-06-23
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