JP3499973B2 - 核スピン断層撮影装置用のアクティブシールド付きトランスバーサル勾配コイル装置 - Google Patents
核スピン断層撮影装置用のアクティブシールド付きトランスバーサル勾配コイル装置Info
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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、各勾配コイル装置ごと
に１次コイルおよび２次コイルが設けられており、これ
らのコイルは互いに半径方向間隔（δｒ）を有してお
り、前記２次コイルは前記１次コイルよりも大きな半径
上に位置しており、前記の１次コイルおよび２次コイル
は、これらのコイルが被検ボリュームの中心で線形磁場
勾配を生成するように構成されている、核スピン断層撮
影装置用のアクティブシールド付きトランスバーサル勾
配コイル装置に関する。
に１次コイルおよび２次コイルが設けられており、これ
らのコイルは互いに半径方向間隔（δｒ）を有してお
り、前記２次コイルは前記１次コイルよりも大きな半径
上に位置しており、前記の１次コイルおよび２次コイル
は、これらのコイルが被検ボリュームの中心で線形磁場
勾配を生成するように構成されている、核スピン断層撮
影装置用のアクティブシールド付きトランスバーサル勾
配コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この形式のアクティブシールド付き勾配
コイル装置は、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０２
１６５９０号公報により公知である。
コイル装置は、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０２
１６５９０号公報により公知である。
【０００３】公知のように、核スピン断層撮影における
核共鳴信号の局所分解は、１Ｔのオーダの均一な基底静
磁場に磁場勾配を重畳することにより行われる。イメー
ジングの基本原理はたとえば、Bottomley による論文
"NMR Imaging Techniquesand Applications - A Revie
w" in Review of Scientific Instrumentation 53,9, 9
/82 p.1319-1337, で説明されている。３次元の局所分
解のためには、磁場勾配を有利には互いに垂直な３つの
方向で生成しなければならない。次に、図１と図２に基
づき（この場合にはアクティブシールド付きでない）従
来の構成について説明する。これらの図面ではそれぞれ
１つの被検ボリューム４に座標軸ｘ，ｙ，ｚが書き込ま
れており、これは個々の勾配の方向を表すものである。
核共鳴信号の局所分解は、１Ｔのオーダの均一な基底静
磁場に磁場勾配を重畳することにより行われる。イメー
ジングの基本原理はたとえば、Bottomley による論文
"NMR Imaging Techniquesand Applications - A Revie
w" in Review of Scientific Instrumentation 53,9, 9
/82 p.1319-1337, で説明されている。３次元の局所分
解のためには、磁場勾配を有利には互いに垂直な３つの
方向で生成しなければならない。次に、図１と図２に基
づき（この場合にはアクティブシールド付きでない）従
来の構成について説明する。これらの図面ではそれぞれ
１つの被検ボリューム４に座標軸ｘ，ｙ，ｚが書き込ま
れており、これは個々の勾配の方向を表すものである。
【０００４】図１には、磁場勾配Ｇy をｙ方向で生成す
るためのトランスバーサル勾配コイルの従来の配置構成
が示されている。勾配コイル２は鞍型コイルとして構成
されており、これは支持管１上に取り付けられている。
導体区間２ａにより球状の被検ボリューム４内で、ほと
んど一定の磁場勾配Ｇy がｙ方向で生成される。帰路導
体は、その大きさおよび被検ボリューム４からの距離ゆ
えにそこにおいて僅かな磁場成分しか生成せず、これは
勾配コイルの設計に際してたびたびおろそかにされる。
るためのトランスバーサル勾配コイルの従来の配置構成
が示されている。勾配コイル２は鞍型コイルとして構成
されており、これは支持管１上に取り付けられている。
導体区間２ａにより球状の被検ボリューム４内で、ほと
んど一定の磁場勾配Ｇy がｙ方向で生成される。帰路導
体は、その大きさおよび被検ボリューム４からの距離ゆ
えにそこにおいて僅かな磁場成分しか生成せず、これは
勾配コイルの設計に際してたびたびおろそかにされる。
【０００５】ｘ−磁場勾配のための勾配コイルはｙ−磁
場勾配のための勾配コイル２と同一に構成されており、
支持管１上において方位方向に９０゜、旋回されている
だけである。このためｘ−磁場勾配用のコイルは、見や
すくする目的で図１には示されていない。
場勾配のための勾配コイル２と同一に構成されており、
支持管１上において方位方向に９０゜、旋回されている
だけである。このためｘ−磁場勾配用のコイルは、見や
すくする目的で図１には示されていない。
【０００６】図２には、ｚ方向における磁場勾配用の従
来の（軸線方向の）勾配コイル５が略示されている。こ
のコイルはリング状に構成されており、被検ボリューム
４の中心点に関して対称に配置されている。図２に示さ
れているように、両方の個別コイル５ａおよび５ｂ中に
は互いに逆方向に電流が流れるので、これらのコイルに
よってｚ方向の磁場勾配が生成される。
来の（軸線方向の）勾配コイル５が略示されている。こ
のコイルはリング状に構成されており、被検ボリューム
４の中心点に関して対称に配置されている。図２に示さ
れているように、両方の個別コイル５ａおよび５ｂ中に
は互いに逆方向に電流が流れるので、これらのコイルに
よってｚ方向の磁場勾配が生成される。
【０００７】たとえば先に挙げたヨーロッパ特許出願公
開第０２１６５９０号公報に示されているように、アク
ティブシールド付き勾配コイルの場合、たとえば図１に
よる勾配コイル２（これは１次コイルと呼ばれる）は同
形式の別のコイルにより取り囲まれており、それらのコ
イルはやはり円筒面上に配置されているが、コイル支持
体１よりも大きい直径を有している。これら別のコイル
は２次コイルと呼ばれ、勾配コイル装置２に対し逆方向
に電流を流す。このことにより、勾配磁場は外側に向か
うにつれて少なくともかなり弱められることになり、し
たがって周囲の金属部分における渦電流の誘起がほとん
ど阻止される。この場合、被検ボリューム４における勾
配磁場の不可避の減衰は、巻回数を高めることにより、
および／または電流により補償しなければならない。
開第０２１６５９０号公報に示されているように、アク
ティブシールド付き勾配コイルの場合、たとえば図１に
よる勾配コイル２（これは１次コイルと呼ばれる）は同
形式の別のコイルにより取り囲まれており、それらのコ
イルはやはり円筒面上に配置されているが、コイル支持
体１よりも大きい直径を有している。これら別のコイル
は２次コイルと呼ばれ、勾配コイル装置２に対し逆方向
に電流を流す。このことにより、勾配磁場は外側に向か
うにつれて少なくともかなり弱められることになり、し
たがって周囲の金属部分における渦電流の誘起がほとん
ど阻止される。この場合、被検ボリューム４における勾
配磁場の不可避の減衰は、巻回数を高めることにより、
および／または電流により補償しなければならない。
【０００８】画像の劣化を避けるため勾配磁場の線形性
については高度の要求が課され、この要求は図１，２に
略示されている簡単な導体構造では達成できない。この
場合、殊にトランスバーサル勾配コイルは設計上、複雑
になりないしはコストがかかる。ドイツ連邦共和国特許
出願公開第４２０３５８２号公報には、著しく複雑なコ
イル形状を算出するための数値によるアプローチについ
て述べられており、この場合、境界条件を定式化するこ
とで勾配コイルを多様な観点で最適化することができ
る。
については高度の要求が課され、この要求は図１，２に
略示されている簡単な導体構造では達成できない。この
場合、殊にトランスバーサル勾配コイルは設計上、複雑
になりないしはコストがかかる。ドイツ連邦共和国特許
出願公開第４２０３５８２号公報には、著しく複雑なコ
イル形状を算出するための数値によるアプローチについ
て述べられており、この場合、境界条件を定式化するこ
とで勾配コイルを多様な観点で最適化することができ
る。
【０００９】特定のパルスシーケンスにおいては、たと
えばエコー・プラナー映像法（ＥＰＩ）の場合、高い磁
場強度を有する高速に振動する勾配磁場が必要である。
その際、神経と筋肉による相互作用により局所的に、程
度の差こそあれ痛みを引き起こす付随現象を伴う制御不
可能な物理的反射の生じるおそれがある。このようない
わゆる刺激の生物物理学的メカニズムはきわめて複雑で
はあるが、その誘因は常に、被検査体にあてられる磁束
φが時間とともに変化することである。たとえばＥＰＩ
イメージングのためには約１ＫＨｚ付近の周波数で強い
勾配磁場を用いるのが有利であることから、一般にｄφ
／ｄｔに対し高い値を計算に入れなければならない。
えばエコー・プラナー映像法（ＥＰＩ）の場合、高い磁
場強度を有する高速に振動する勾配磁場が必要である。
その際、神経と筋肉による相互作用により局所的に、程
度の差こそあれ痛みを引き起こす付随現象を伴う制御不
可能な物理的反射の生じるおそれがある。このようない
わゆる刺激の生物物理学的メカニズムはきわめて複雑で
はあるが、その誘因は常に、被検査体にあてられる磁束
φが時間とともに変化することである。たとえばＥＰＩ
イメージングのためには約１ＫＨｚ付近の周波数で強い
勾配磁場を用いるのが有利であることから、一般にｄφ
／ｄｔに対し高い値を計算に入れなければならない。
【００１０】トランスバーサル勾配コイルの場合、コイ
ルボリュームにおける有効勾配と磁束密度との比は比較
的不利である。図３には、平面ｘ＝０においてｙ−勾配
を発生させるためのコイル装置の磁場曲線が示されてい
る。明らかに、高い磁束密度に相応する磁場曲線の集中
が結像ボリュームの外側に示されている。コイルにより
生成される磁場の大部分は被検ボリュームを中心に巡ら
されているのに対し、有効磁場自体はこの関連で著しく
小さく現れている。このことは物理学的理由で完全には
回避できないけれども、被検ボリュームの外側における
有効磁場と勾配磁場との比を最適化するよう試みること
はできる。このことがうまく行われるならば、高い振幅
の勾配が急速に切り換えられるときの生理学的衝撃によ
る刺激の問題も緩和される。
ルボリュームにおける有効勾配と磁束密度との比は比較
的不利である。図３には、平面ｘ＝０においてｙ−勾配
を発生させるためのコイル装置の磁場曲線が示されてい
る。明らかに、高い磁束密度に相応する磁場曲線の集中
が結像ボリュームの外側に示されている。コイルにより
生成される磁場の大部分は被検ボリュームを中心に巡ら
されているのに対し、有効磁場自体はこの関連で著しく
小さく現れている。このことは物理学的理由で完全には
回避できないけれども、被検ボリュームの外側における
有効磁場と勾配磁場との比を最適化するよう試みること
はできる。このことがうまく行われるならば、高い振幅
の勾配が急速に切り換えられるときの生理学的衝撃によ
る刺激の問題も緩和される。
【００１１】基本的にこのような最適化は、上述のドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号公報によ
る方法を用いることで取り組むことはできる。たとえば
この場合、最適化の課題に関して目的を定義するなら
ば、被検ボリューム内部における目標磁場からの最大偏
差をまえもって設定し、同時に外部空間における放射状
の磁場経過特性を最小化するということになる。たしか
にこの方法によれば基本的に、有効磁場とそれ以外のコ
イル磁場との比を改善できるが、このことは比較的狭い
範囲内でしか達成できない。これは、２つの円筒面上に
おいて１次コイルと２次コイルとが別個に構成されてい
ることから最適化のための自由度が十分に得られないこ
とによる。
ツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号公報によ
る方法を用いることで取り組むことはできる。たとえば
この場合、最適化の課題に関して目的を定義するなら
ば、被検ボリューム内部における目標磁場からの最大偏
差をまえもって設定し、同時に外部空間における放射状
の磁場経過特性を最小化するということになる。たしか
にこの方法によれば基本的に、有効磁場とそれ以外のコ
イル磁場との比を改善できるが、このことは比較的狭い
範囲内でしか達成できない。これは、２つの円筒面上に
おいて１次コイルと２次コイルとが別個に構成されてい
ることから最適化のための自由度が十分に得られないこ
とによる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、被検ボリュームにおける磁場経過特性が十分に保
持されながらも被検ボリュームの外側における磁束密度
経過特性が最小化されるように、アクティブシールド付
き勾配コイル装置を構成することにある。
題は、被検ボリュームにおける磁場経過特性が十分に保
持されながらも被検ボリュームの外側における磁束密度
経過特性が最小化されるように、アクティブシールド付
き勾配コイル装置を構成することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および利点】本発明によれ
ばこの課題は、勾配コイル装置の軸線方向で中心から大
きく隔たっている１次コイルおよび２次コイルの各巻回
体は、前記中心の近くに位置する各巻回体よりも小さい
半径方向相互間隔を有することにより解決される。
ばこの課題は、勾配コイル装置の軸線方向で中心から大
きく隔たっている１次コイルおよび２次コイルの各巻回
体は、前記中心の近くに位置する各巻回体よりも小さい
半径方向相互間隔を有することにより解決される。
【００１４】この構成によれば、ＭＲにおいて典型的な
勾配コイルの円筒構造がフレキシブルな形態的特性構造
に置き換えらており、この形状によって先に述べた意図
で最適化するのに著しく改善された可能性が得られる。
被検ボリュームの外側において障害を及ぼす磁束密度の
少なからぬ部分は、被検ボリュームから離れた領域にお
ける導体のフィードバック部分から生じる。このような
導体のフィードバック部分は有効磁場に対し構成設計に
はほとんど寄与しない。導体フィードバックおよび１次
コイルと２次コイルにおいて電流方向が逆である領域に
おいて１次コイルと２次コイルとの間隔を狭めることに
より、障害を及ぼす勾配磁場はこの領域において著しく
弱められる。
勾配コイルの円筒構造がフレキシブルな形態的特性構造
に置き換えらており、この形状によって先に述べた意図
で最適化するのに著しく改善された可能性が得られる。
被検ボリュームの外側において障害を及ぼす磁束密度の
少なからぬ部分は、被検ボリュームから離れた領域にお
ける導体のフィードバック部分から生じる。このような
導体のフィードバック部分は有効磁場に対し構成設計に
はほとんど寄与しない。導体フィードバックおよび１次
コイルと２次コイルにおいて電流方向が逆である領域に
おいて１次コイルと２次コイルとの間隔を狭めることに
より、障害を及ぼす勾配磁場はこの領域において著しく
弱められる。
【００１５】従属請求項には本発明の有利な実施形態が
示されている。
示されている。
【００１６】
【実施例の説明】本発明を明瞭にする目的で図４におい
てもう１度、アクティブシールド付きトランスバーサル
勾配コイル装置をきわめて概略的に縦方向と横方向とで
示す。この場合、以下のすべての図面もそうであるよう
に、各々のトランスバーサル勾配コイル装置についてそ
れぞれ４つのコイル部分の描写は略されており、むしろ
個々の円筒面のみが示されている。従来の装置である
と、１次コイル２ａと２次コイル２ｂはそれぞれ互いに
同心の円筒面上に配置されており、したがって互いに一
定の間隔を有している。
てもう１度、アクティブシールド付きトランスバーサル
勾配コイル装置をきわめて概略的に縦方向と横方向とで
示す。この場合、以下のすべての図面もそうであるよう
に、各々のトランスバーサル勾配コイル装置についてそ
れぞれ４つのコイル部分の描写は略されており、むしろ
個々の円筒面のみが示されている。従来の装置である
と、１次コイル２ａと２次コイル２ｂはそれぞれ互いに
同心の円筒面上に配置されており、したがって互いに一
定の間隔を有している。
【００１７】そこで本発明は、いっそうフレキシブルな
形状に有利なように通常の２重円筒構造をやめ、それに
よって寄生磁束成分を最小化すれば、先に述べたように
最適化するためのさらなる手法が得られる、という着想
から出発している。
形状に有利なように通常の２重円筒構造をやめ、それに
よって寄生磁束成分を最小化すれば、先に述べたように
最適化するためのさらなる手法が得られる、という着想
から出発している。
【００１８】アクティブシールド付き勾配コイルの場
合、１次コイルおよび２次コイルからの間隔δｒにより
決定的に、装置全体の磁場作用が定まる。以下では、１
次コイルだけの感度をｇで表す。この場合、感度とは、
電流単位あたりに勾配コイル装置により得られる磁場勾
配のことである。１次コイルと２次コイルから合成され
た感度をＧ＝Ｇ（δｒ）で表す。１次コイルの直径をＲ
で表せば次式が得られる： Ｇ（δｒ）＝ｇ（１−［Ｒ／（Ｒ＋δｒ）］4） δｒがＲよりも著しく小さければ近似的に次式が成り立
つ： Ｇ（δｒ）〜ｇ・４δｒ／Ｒ この式からわかることは、磁場を発生させる巻線とその
シールドとの間隔が狭まるにつれて磁場の有効性が著し
く弱くなることである。全身断層撮影において目下慣用
のアクティブシールド付き勾配コイルの場合、たとえば
次のオーダがあてはまる：Ｒ〜３５０ｍｍ，δｒ〜７０
ｍｍ，Ｇ〜０．５ｇ。
合、１次コイルおよび２次コイルからの間隔δｒにより
決定的に、装置全体の磁場作用が定まる。以下では、１
次コイルだけの感度をｇで表す。この場合、感度とは、
電流単位あたりに勾配コイル装置により得られる磁場勾
配のことである。１次コイルと２次コイルから合成され
た感度をＧ＝Ｇ（δｒ）で表す。１次コイルの直径をＲ
で表せば次式が得られる： Ｇ（δｒ）＝ｇ（１−［Ｒ／（Ｒ＋δｒ）］4） δｒがＲよりも著しく小さければ近似的に次式が成り立
つ： Ｇ（δｒ）〜ｇ・４δｒ／Ｒ この式からわかることは、磁場を発生させる巻線とその
シールドとの間隔が狭まるにつれて磁場の有効性が著し
く弱くなることである。全身断層撮影において目下慣用
のアクティブシールド付き勾配コイルの場合、たとえば
次のオーダがあてはまる：Ｒ〜３５０ｍｍ，δｒ〜７０
ｍｍ，Ｇ〜０．５ｇ。
【００１９】間隔δｒをたとえば１０ｍｍまで狭めるな
らば、Ｇ〜０．１ｇになる。
らば、Ｇ〜０．１ｇになる。
【００２０】この判定は、個々の導体およびそれに所属
のシールド導体についても定性的にあてはまる。この法
則的関係性から、どうのようにすれば本発明にしたがっ
てより好適なコイルの形態的特性になるかの手掛かりが
導き出される。この場合、基本的なアイデアは、被検ボ
リューム４には面していないコイル部分における帰路導
体とそれに隣り合うシールド巻線の間隔を、それらの寄
生作用を十分に最小化できる程度に狭めることである。
ここで”帰路導体”とは、被検ボリューム４に面してい
ない部分に設けられた巻線のことである。
のシールド導体についても定性的にあてはまる。この法
則的関係性から、どうのようにすれば本発明にしたがっ
てより好適なコイルの形態的特性になるかの手掛かりが
導き出される。この場合、基本的なアイデアは、被検ボ
リューム４には面していないコイル部分における帰路導
体とそれに隣り合うシールド巻線の間隔を、それらの寄
生作用を十分に最小化できる程度に狭めることである。
ここで”帰路導体”とは、被検ボリューム４に面してい
ない部分に設けられた巻線のことである。
【００２１】１つのコイル部分で間隔を狭めることによ
り、コイルインダクタンスがいっそう僅かになることの
ほかに、とりわけ寄生磁束密度が著しく減少するように
なる。間隔δｒをゼロ方向に向かわせると、１次コイル
と２次コイルの帰路導体は幾何学的形態特性的に重なり
合うようになる。それというのは、これらのコイルには
互いに逆方向に直流が流れるからである。コイル磁場に
対するそれらの寄与量もやはりゼロになる。さらにこの
ようなコイル装置の場合、１次帰路導体と２次帰路導体
の一部分が完全になくなる。その結果、コイルは短くな
り、しかも浪費的損失が僅かになる。
り、コイルインダクタンスがいっそう僅かになることの
ほかに、とりわけ寄生磁束密度が著しく減少するように
なる。間隔δｒをゼロ方向に向かわせると、１次コイル
と２次コイルの帰路導体は幾何学的形態特性的に重なり
合うようになる。それというのは、これらのコイルには
互いに逆方向に直流が流れるからである。コイル磁場に
対するそれらの寄与量もやはりゼロになる。さらにこの
ようなコイル装置の場合、１次帰路導体と２次帰路導体
の一部分が完全になくなる。その結果、コイルは短くな
り、しかも浪費的損失が僅かになる。
【００２２】最適化優先度と必要に応じて与えられる磁
石形式に依存して、それぞれ異なる実施形態が有利にな
り得る。図５〜図１３にはこの種の実施形態の実例が示
されている。図５による実施形態の場合、２次コイル２
ｂは１つの円筒面上に位置し、１次コイル２ａの中央部
Ｂはそれよりも小さい直径の円筒面上に位置し、周縁領
域ＡおよびＣは円錐状に形成されてそれらの端部で２次
コイル２ｂと合わさっている。この形態は、円筒状開口
部とホッパー状の患者開口部を有する標準的な磁石にと
りわけ適している。
石形式に依存して、それぞれ異なる実施形態が有利にな
り得る。図５〜図１３にはこの種の実施形態の実例が示
されている。図５による実施形態の場合、２次コイル２
ｂは１つの円筒面上に位置し、１次コイル２ａの中央部
Ｂはそれよりも小さい直径の円筒面上に位置し、周縁領
域ＡおよびＣは円錐状に形成されてそれらの端部で２次
コイル２ｂと合わさっている。この形態は、円筒状開口
部とホッパー状の患者開口部を有する標準的な磁石にと
りわけ適している。
【００２３】図６による実施形態の場合、１次コイル２
ａは円筒面上に位置しているのに対し、２次コイル２ｂ
は円筒状の中央部分を有しておりかつ円錐状の外側部分
を有している。この実施形態は殊に、内部空間内におい
て周縁領域に比較的大きい受動的な補正部材４を有する
磁石に適している。
ａは円筒面上に位置しているのに対し、２次コイル２ｂ
は円筒状の中央部分を有しておりかつ円錐状の外側部分
を有している。この実施形態は殊に、内部空間内におい
て周縁領域に比較的大きい受動的な補正部材４を有する
磁石に適している。
【００２４】図７，８による実施形態の場合には、それ
ぞれ一方のコイル（１次コイル２ａないし２次コイル２
ｂ）が１つの円筒面上に位置しているのに対し、それぞ
れ他方のコイルは、円筒状の中央部分と、この部分につ
ながる２つの円錐状の部分と、さらにやはり円筒状の外
側部分とから成る円筒面上に位置している。この形式の
配置構成によって製造技術上の利点を得ることができ
る。
ぞれ一方のコイル（１次コイル２ａないし２次コイル２
ｂ）が１つの円筒面上に位置しているのに対し、それぞ
れ他方のコイルは、円筒状の中央部分と、この部分につ
ながる２つの円錐状の部分と、さらにやはり円筒状の外
側部分とから成る円筒面上に位置している。この形式の
配置構成によって製造技術上の利点を得ることができ
る。
【００２５】図９にはさらに複雑な構造が示されてお
り、この場合、１次コイル２ａはアーチ形の回転体上に
位置している。
り、この場合、１次コイル２ａはアーチ形の回転体上に
位置している。
【００２６】図１０〜図１３には、本発明による勾配コ
イル装置のいくつかの極端な事例が示されている。図１
０による変形実施例の場合、１次コイル２ａは中央平面
に関して対称に２重円錐状に構成されている。図１１に
よる変形実施例の場合、１次コイル２ａは、かなり長い
円筒状の中央部分と短い円錐状の外側部分とを有してい
る。この図面の場合、勾配コイル装置は従来のアクティ
ブシールド付き勾配コイル装置に似ている。しかし、標
準的な構成とは異なり導体が一方の円筒面から他方の円
筒面へと入れ替わっていることに注意されたい。標準的
な配置構成の場合、１つの導体が常に１つの円筒外面上
に留まったままであるのに対し、本発明による勾配コイ
ル装置の場合、多数の導体が複雑なパターンで一方の面
から他方の面へと入れ替わっている。一方の面から他方
の面への入れ替わりは、１次コイルないしは２次コイル
の円錐部分の周囲を取り囲むリングセグメントを介して
行われる。
イル装置のいくつかの極端な事例が示されている。図１
０による変形実施例の場合、１次コイル２ａは中央平面
に関して対称に２重円錐状に構成されている。図１１に
よる変形実施例の場合、１次コイル２ａは、かなり長い
円筒状の中央部分と短い円錐状の外側部分とを有してい
る。この図面の場合、勾配コイル装置は従来のアクティ
ブシールド付き勾配コイル装置に似ている。しかし、標
準的な構成とは異なり導体が一方の円筒面から他方の円
筒面へと入れ替わっていることに注意されたい。標準的
な配置構成の場合、１つの導体が常に１つの円筒外面上
に留まったままであるのに対し、本発明による勾配コイ
ル装置の場合、多数の導体が複雑なパターンで一方の面
から他方の面へと入れ替わっている。一方の面から他方
の面への入れ替わりは、１次コイルないしは２次コイル
の円錐部分の周囲を取り囲むリングセグメントを介して
行われる。
【００２７】図１２および図１３による実施例は基本的
に図１０ないし図１１の実施例に対応しているが、この
場合には２次コイル２ｂはそれぞれ１次コイル２ａより
も長く構成されている。このことは良好なシールド効果
を得るために有用であることが判明している。
に図１０ないし図１１の実施例に対応しているが、この
場合には２次コイル２ｂはそれぞれ１次コイル２ａより
も長く構成されている。このことは良好なシールド効果
を得るために有用であることが判明している。
【００２８】たとえば文献 Myers CC, Roemer PB "High
ly linear asymmetric transversegradient coil desig
n for head imaging", Abstract 10th Annual MeetingS
MRM 1991, P.711, から、勾配コイルを非対称に構成す
ることが知られている。この種の非対称な勾配コイル
は、たとえば頭部の特殊撮影プロセスのために用いられ
る。この形式のコイルの利点はとりわけ、全長が短いこ
とと、対称に構成されたコイルよりも僅かなインダクタ
ンスしか有していないことである。図１４には、従来の
アクティブシールド付き非対称形勾配コイルが示されて
いる。
ly linear asymmetric transversegradient coil desig
n for head imaging", Abstract 10th Annual MeetingS
MRM 1991, P.711, から、勾配コイルを非対称に構成す
ることが知られている。この種の非対称な勾配コイル
は、たとえば頭部の特殊撮影プロセスのために用いられ
る。この形式のコイルの利点はとりわけ、全長が短いこ
とと、対称に構成されたコイルよりも僅かなインダクタ
ンスしか有していないことである。図１４には、従来の
アクティブシールド付き非対称形勾配コイルが示されて
いる。
【００２９】非対称形勾配コイルの上述の利点は、本発
明による着想を採用し、１次コイルと２次コイルとの間
の間隔が一定でないよう選定することでいっそう改善で
きる。これに対応する実施例が図１５〜図１８に示され
ている。その際、図１５による実施例は基本的に図５に
対応する。さらに図１６による実施例は図６による実施
例に対応するものであり、このためやはり比較的大きい
組み込み部材を有する磁石にとりわけ適している。図１
７および図１８による実施形態は、図７および図８によ
る実施形態に対応している。
明による着想を採用し、１次コイルと２次コイルとの間
の間隔が一定でないよう選定することでいっそう改善で
きる。これに対応する実施例が図１５〜図１８に示され
ている。その際、図１５による実施例は基本的に図５に
対応する。さらに図１６による実施例は図６による実施
例に対応するものであり、このためやはり比較的大きい
組み込み部材を有する磁石にとりわけ適している。図１
７および図１８による実施形態は、図７および図８によ
る実施形態に対応している。
【００３０】巻回デザインの設計にあたっては、先に挙
げたドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号
公報に記載されているような方法を前提とすることがで
きる。しかしこの場合には円筒面とは異なるので、上記
公報に記載の方法を一般化する必要がある。巻回デザイ
ンの計算は、たとえば以下のステップで行われる： 第１ステップ：たとえば前述の実施例のうちの１つにし
たがって基本的な配置構成を決定した後、勾配コイル装
置の相応の外面に仮想的にメッシュネットを張り巡ら
す。このことは、図５による配置構成に関して図１９に
示されている。この場合、このように規定されたメッシ
ュネットはもはや直角の同形状の網目だけからは構成さ
れない。したがってこの勾配コイル装置の円錐部分に
は、たとえばほぼ台形の網目が生じる。その他の網目は
リングセグメント等の形を取り得る。対称性の理由から
トランスバーサル勾配コイルは、対称に構成された勾配
コイルの場合にはそれぞれ２×４の同じように巻回され
た部分コイルから成り、非対称に構成された勾配コイル
の場合、２×２の同じように巻回された部分コイルから
成る。したがって、コイルを四分円ごとに計算し、その
際、付加的な自由度として巻回カーブが１次コイルと２
次コイルとの間で方位方向の周縁部を介して入れ替われ
るような可能性を付け加えると有利である。四分円ごと
に計算する場合、図２０に示されているようなメッシュ
ネットが得られる。
げたドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号
公報に記載されているような方法を前提とすることがで
きる。しかしこの場合には円筒面とは異なるので、上記
公報に記載の方法を一般化する必要がある。巻回デザイ
ンの計算は、たとえば以下のステップで行われる： 第１ステップ：たとえば前述の実施例のうちの１つにし
たがって基本的な配置構成を決定した後、勾配コイル装
置の相応の外面に仮想的にメッシュネットを張り巡ら
す。このことは、図５による配置構成に関して図１９に
示されている。この場合、このように規定されたメッシ
ュネットはもはや直角の同形状の網目だけからは構成さ
れない。したがってこの勾配コイル装置の円錐部分に
は、たとえばほぼ台形の網目が生じる。その他の網目は
リングセグメント等の形を取り得る。対称性の理由から
トランスバーサル勾配コイルは、対称に構成された勾配
コイルの場合にはそれぞれ２×４の同じように巻回され
た部分コイルから成り、非対称に構成された勾配コイル
の場合、２×２の同じように巻回された部分コイルから
成る。したがって、コイルを四分円ごとに計算し、その
際、付加的な自由度として巻回カーブが１次コイルと２
次コイルとの間で方位方向の周縁部を介して入れ替われ
るような可能性を付け加えると有利である。四分円ごと
に計算する場合、図２０に示されているようなメッシュ
ネットが得られる。
【００３１】メッシュネットのｎ個の網目には、数学的
反復の意図で通し番号（１，２，．．．，ｎ）が付けら
れている。
反復の意図で通し番号（１，２，．．．，ｎ）が付けら
れている。
【００３２】第２ステップ：注目対象ボリュームにおい
て所定数のｎ個のポイントＰi を選択する。この場合、
（ｉ＝１，．．．ｎ），ｎ＞ｍがあてはまる。これらの
ポイントＰi において所望の目標磁場Ｚi が規定される
ことになる。
て所定数のｎ個のポイントＰi を選択する。この場合、
（ｉ＝１，．．．ｎ），ｎ＞ｍがあてはまる。これらの
ポイントＰi において所望の目標磁場Ｚi が規定される
ことになる。
【００３３】第３ステップ：ｍ個の網目の各々に順次連
続して所定の単位電流が流れるものと考える。このため
各網目ごとに、ｎ個のポイントの各々において上記の単
位電流により生成される磁場ｂijを計算する。つまりｂ
ijは、ｉ番目のポイントの位置でのｊ番目の網目におけ
る単位電流の磁場寄与量である。この場合、以下の定義
を基礎として用いる：
続して所定の単位電流が流れるものと考える。このため
各網目ごとに、ｎ個のポイントの各々において上記の単
位電流により生成される磁場ｂijを計算する。つまりｂ
ijは、ｉ番目のポイントの位置でのｊ番目の網目におけ
る単位電流の磁場寄与量である。この場合、以下の定義
を基礎として用いる：
【００３４】
【外１】
【００３５】第５ステップ：周縁部の網目を除いて各網
目分岐はそれぞれ２つの隣接する網目に属するので、こ
のような各分岐に対し生じる電流を、図２１に示されて
いるように両方の網目電流の重畳により求める必要があ
る。したがって、たとえば網目ｋとｋ＋ｍの間に位置す
る網目分岐に対し Ｉk−Ｉk+m の電流が生じる。網目ｋ
とｋ＋１との間に位置する網目分岐に対しては Ｉk−Ｉ
k+1 の網目電流が生じる。
目分岐はそれぞれ２つの隣接する網目に属するので、こ
のような各分岐に対し生じる電流を、図２１に示されて
いるように両方の網目電流の重畳により求める必要があ
る。したがって、たとえば網目ｋとｋ＋ｍの間に位置す
る網目分岐に対し Ｉk−Ｉk+m の電流が生じる。網目ｋ
とｋ＋１との間に位置する網目分岐に対しては Ｉk−Ｉ
k+1 の網目電流が生じる。
【００３６】このようにして外面上における全般的な電
流分布が得られ、これは一方では所望の目標磁場を生成
し、他方では連続の方程式を満たすものである。連続の
方程式が成り立つのは、各網目がそれ自体で閉じている
からである。そしてこの条件の遵守が重要なのは、閉じ
た電流回路によってのみこのような空間的な電流分布の
シミュレーションが可能であるという理由による。
流分布が得られ、これは一方では所望の目標磁場を生成
し、他方では連続の方程式を満たすものである。連続の
方程式が成り立つのは、各網目がそれ自体で閉じている
からである。そしてこの条件の遵守が重要なのは、閉じ
た電流回路によってのみこのような空間的な電流分布の
シミュレーションが可能であるという理由による。
【００３７】第６ステップ：得られた電流分布は、一定
の目標電流の流れる別個の導体を用いることによりシミ
ュレートされる。これについては種々異なる解法が知ら
れている。たとえば、まず最初に各網目分岐に対し、算
出された電流が流れることになる定義された面積を割り
当てることができる（網目幅・網目長）。その後、外面
における全般的な電流分布から面積電流密度分布が算出
され、続いて目標電流により除算することで与えられた
外面における巻回密度分布が算出される。このことから
個々の導体の空間曲線は、適切な積分経路に沿った積分
（たとえば巻回密度分布の停滞点を通り外面へ向かう直
線束の射影）により求めることができる。この目的で、
積分値が整数になるまでこの経路に沿った巻回密度関数
を積分する。このようにして定められた積分限界内で、
両方の側で同じ大きさの巻回成分が生じるように導体の
位置が定められる。
の目標電流の流れる別個の導体を用いることによりシミ
ュレートされる。これについては種々異なる解法が知ら
れている。たとえば、まず最初に各網目分岐に対し、算
出された電流が流れることになる定義された面積を割り
当てることができる（網目幅・網目長）。その後、外面
における全般的な電流分布から面積電流密度分布が算出
され、続いて目標電流により除算することで与えられた
外面における巻回密度分布が算出される。このことから
個々の導体の空間曲線は、適切な積分経路に沿った積分
（たとえば巻回密度分布の停滞点を通り外面へ向かう直
線束の射影）により求めることができる。この目的で、
積分値が整数になるまでこの経路に沿った巻回密度関数
を積分する。このようにして定められた積分限界内で、
両方の側で同じ大きさの巻回成分が生じるように導体の
位置が定められる。
【００３８】メッシュネットに基づく巻回デザインを求
める方法についてのその他の詳細な点に関しては、やは
りドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号公
報を参照されたい。
める方法についてのその他の詳細な点に関しては、やは
りドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０３５８２号公
報を参照されたい。
【００３９】本発明の場合、与えられた最適化の課題に
おける重点は、結像ボリュームの外側に最大に発生する
Ｂ磁場を最小化する点にある。この付加的な要求は、有
効ボリュームにおいて要求される磁場経過特性に対しあ
る種の矛盾をなすものである。Ｂ磁場の最小化を最適化
の課題として単純にとらえるならば、極端な場合、この
要求は電流が全く流れないことによりごく簡単に満たさ
れることになってしまい、もちろんこのことではいかな
る有効磁場も生じない。このように互いに矛盾し合う目
標設定は、ここにおける最適化の課題では重み付け係数
を用いることで互いに関連づけられる。
おける重点は、結像ボリュームの外側に最大に発生する
Ｂ磁場を最小化する点にある。この付加的な要求は、有
効ボリュームにおいて要求される磁場経過特性に対しあ
る種の矛盾をなすものである。Ｂ磁場の最小化を最適化
の課題として単純にとらえるならば、極端な場合、この
要求は電流が全く流れないことによりごく簡単に満たさ
れることになってしまい、もちろんこのことではいかな
る有効磁場も生じない。このように互いに矛盾し合う目
標設定は、ここにおける最適化の課題では重み付け係数
を用いることで互いに関連づけられる。
【００４０】この場合、最小化すべき関数はたとえば以
下のようにして定めることができる：障害を及ぼすＢ磁
場が患者に接近する内部空間の周縁部において最大にな
るという考察を前提として、存在している対称性を考慮
しながらたとえば、内部ケーシングの仮想の外面上にお
けるポイントの集合Ｐi（ｉ＝ｖ．１，．．．，ｎ）を
選択する。上述のように、Ｐi（ｉ＝１，．．．，ｖ）
は有効ボリューム内のポイントである。Ｚi（ｉ＝１，
ｎ） は、ポイントＰi における所期の目標磁場を表
す。ここでｉ＞ｖのとき一般にＺi＝０ があてはまる。
ｗは先に述べた重み付け係数を表す。この場合、最適化
の課題は以下のとおりである：
下のようにして定めることができる：障害を及ぼすＢ磁
場が患者に接近する内部空間の周縁部において最大にな
るという考察を前提として、存在している対称性を考慮
しながらたとえば、内部ケーシングの仮想の外面上にお
けるポイントの集合Ｐi（ｉ＝ｖ．１，．．．，ｎ）を
選択する。上述のように、Ｐi（ｉ＝１，．．．，ｖ）
は有効ボリューム内のポイントである。Ｚi（ｉ＝１，
ｎ） は、ポイントＰi における所期の目標磁場を表
す。ここでｉ＞ｖのとき一般にＺi＝０ があてはまる。
ｗは先に述べた重み付け係数を表す。この場合、最適化
の課題は以下のとおりである：
【００４１】
【数１】
【００４２】しかも、有効ボリュームの外側におけるで
きるかぎり小さい電流密度の境界条件を、たとえば最小
のコイルエネルギーのようなさらに別の物理的要求と組
み合わせることもできる。この目的で、メッシュネット
のすべての固有インダクタンスならびに結合インダクタ
ンスを計算する：この場合、Ｌklはｋ番目の網目とｌ番
目の網目の結合インダクタンスを表す。相応にＬkkはｋ
番目の網目の固有インダクタンスのことである。コイル
エネルギーは次式にしたがって算出される：
きるかぎり小さい電流密度の境界条件を、たとえば最小
のコイルエネルギーのようなさらに別の物理的要求と組
み合わせることもできる。この目的で、メッシュネット
のすべての固有インダクタンスならびに結合インダクタ
ンスを計算する：この場合、Ｌklはｋ番目の網目とｌ番
目の網目の結合インダクタンスを表す。相応にＬkkはｋ
番目の網目の固有インダクタンスのことである。コイル
エネルギーは次式にしたがって算出される：
【００４３】
【数２】
【００４４】さらに、最小化すべき関数Ｑw は次式にし
たがって拡張される： Ｑw ＝ Ｑ＋ω・Ｗ この場合、ωは、コイルエネルギーの最小化と上述の要
求とを関連づけるさらに別の重み付け係数である。
たがって拡張される： Ｑw ＝ Ｑ＋ω・Ｗ この場合、ωは、コイルエネルギーの最小化と上述の要
求とを関連づけるさらに別の重み付け係数である。
【００４５】図２２は、図４におよる慣用のアクティブ
シールド付き勾配コイルの磁場曲線経過特性が実例とし
て示されており、他方、図２３には、既述の方法により
最適化された図５による勾配コイルの磁場曲線経過特性
が示されている。精確にいえば、ベクトル電位の等輪郭
線がそれぞれ示されている。さらにこの場合、それぞれ
１つの比較面Ｆが定義されている。両方のコイルにおい
てコイル感度は０．１［ｍＴ／ｍ）／Ａ］になる。同様
に、たとえば４５ｃｍの直径を有する球状のボリューム
上での最大の非線形性は、約５％で両事例についてほぼ
等しい大きさである。
シールド付き勾配コイルの磁場曲線経過特性が実例とし
て示されており、他方、図２３には、既述の方法により
最適化された図５による勾配コイルの磁場曲線経過特性
が示されている。精確にいえば、ベクトル電位の等輪郭
線がそれぞれ示されている。さらにこの場合、それぞれ
１つの比較面Ｆが定義されている。両方のコイルにおい
てコイル感度は０．１［ｍＴ／ｍ）／Ａ］になる。同様
に、たとえば４５ｃｍの直径を有する球状のボリューム
上での最大の非線形性は、約５％で両事例についてほぼ
等しい大きさである。
【００４６】ここにおいてはっきりと示されていること
は、図２２による従来の配置構成における全磁束（これ
は等しく定義された比較面Ｆを通る磁場曲線の個数から
わかる）は、ここで説明している方法により最適化され
た図２３による配置構成よりも著しく多いことである。
したがって同じ有効磁場であれば、ここで最適化された
勾配コイルは、従来の勾配コイルよりも著しく僅かな刺
激しか引き起こさず、換言すれば、磁場の上昇勾配がか
なり大きくなってはじめて刺激が生じることになる。図
２４および２５には、図２２，２３による定性的な情報
を定量化するために、Ｂ磁場の対比が示されている。図
示するためにここでも等輪郭プロットが採用された（図
２４は慣用の勾配コイルに関し、図２５は本発明にした
がって最適化された勾配コイルに関する）。たとえば著
しく強調されている１０ｍＴ線を観察すると、次のこと
がわかる： −図２４による従来の配置構成においてこの線は、図２
５による配置構成におけるものよりも著しく深く患者ボ
リューム中に達しており、 −図２４の事例におけるＢ＞１０ｍＴの部分ボリューム
はｚ方向において、図２５による勾配コイルにおけるも
のよりも２倍以上長い。
は、図２２による従来の配置構成における全磁束（これ
は等しく定義された比較面Ｆを通る磁場曲線の個数から
わかる）は、ここで説明している方法により最適化され
た図２３による配置構成よりも著しく多いことである。
したがって同じ有効磁場であれば、ここで最適化された
勾配コイルは、従来の勾配コイルよりも著しく僅かな刺
激しか引き起こさず、換言すれば、磁場の上昇勾配がか
なり大きくなってはじめて刺激が生じることになる。図
２４および２５には、図２２，２３による定性的な情報
を定量化するために、Ｂ磁場の対比が示されている。図
示するためにここでも等輪郭プロットが採用された（図
２４は慣用の勾配コイルに関し、図２５は本発明にした
がって最適化された勾配コイルに関する）。たとえば著
しく強調されている１０ｍＴ線を観察すると、次のこと
がわかる： −図２４による従来の配置構成においてこの線は、図２
５による配置構成におけるものよりも著しく深く患者ボ
リューム中に達しており、 −図２４の事例におけるＢ＞１０ｍＴの部分ボリューム
はｚ方向において、図２５による勾配コイルにおけるも
のよりも２倍以上長い。
【００４７】さらに図２６（慣用の配置構成）および図
２７（最適化された配置構成）には、磁気共鳴検査にと
って重要な有効磁場つまり個々の勾配コイルのＢz 成分
の比較が示されている。勾配コイルの線形性は、図示さ
れた結像ボリュームにおいてｚ方向に平行な等間隔の輪
郭線からわかる。ここにおいて明らかに示されているの
は、各線形ボリュームは半径方向では同等であるが、こ
れに対しｚ方向では線形ボリュームはｚ方向に延びてお
り、しかも図２６による従来の配置構成におけるものよ
りもさらに長く延びていることである。つまり実際に有
効なボリュームはいっそう大きくなっており、この場
合、ｚ方向に長く延びた楕円形状を有している。
２７（最適化された配置構成）には、磁気共鳴検査にと
って重要な有効磁場つまり個々の勾配コイルのＢz 成分
の比較が示されている。勾配コイルの線形性は、図示さ
れた結像ボリュームにおいてｚ方向に平行な等間隔の輪
郭線からわかる。ここにおいて明らかに示されているの
は、各線形ボリュームは半径方向では同等であるが、こ
れに対しｚ方向では線形ボリュームはｚ方向に延びてお
り、しかも図２６による従来の配置構成におけるものよ
りもさらに長く延びていることである。つまり実際に有
効なボリュームはいっそう大きくなっており、この場
合、ｚ方向に長く延びた楕円形状を有している。
【００４８】要約すれば、ここで説明した勾配コイルは
従来の形式のものに比べ感度が同じであっても以下の利
点を有するといえる： −有効磁場と全コイル磁場との比は著しく好適であり、
かつ生理学的刺激が生じるまでに著しく高い周波数を許
容できる。このことは殊にいわゆるＥＰＩシーケンスに
おいて重要である。
従来の形式のものに比べ感度が同じであっても以下の利
点を有するといえる： −有効磁場と全コイル磁場との比は著しく好適であり、
かつ生理学的刺激が生じるまでに著しく高い周波数を許
容できる。このことは殊にいわゆるＥＰＩシーケンスに
おいて重要である。
【００４９】−勾配コイルのインダクタンスが小さくな
る。
る。
【００５０】−線形ボリュームはｚ方向においていっそ
う長く広がっている。
う長く広がっている。
【００５１】−勾配コイルの全長は短くなっており、た
とえば本来の長さの半分まで短くできる。
とえば本来の長さの半分まで短くできる。
【００５２】−浪費的損失が僅かになり、直流抵抗成分
に関してたとえば３５％の低減が得られる。
に関してたとえば３５％の低減が得られる。
【００５３】本発明による勾配コイル装置のただ１つの
欠点は、３次元の導体配置構成を精確なスケールで位置
決めするのに比較的高い製造組み立てコストがかかる点
である。
欠点は、３次元の導体配置構成を精確なスケールで位置
決めするのに比較的高い製造組み立てコストがかかる点
である。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、被検ボリュームにおけ
る磁場経過特性が十分に保持されながらも被検ボリュー
ムの外側における磁束密度経過特性が最小化されるよう
にした、アクティブシールド付き勾配コイル装置が提供
される。
る磁場経過特性が十分に保持されながらも被検ボリュー
ムの外側における磁束密度経過特性が最小化されるよう
にした、アクティブシールド付き勾配コイル装置が提供
される。
【図１】勾配コイル装置の従来の構成を示す図である。
【図２】勾配コイル装置の従来の構成を示す図である。
【図３】コイル装置の磁場曲線を示す図である。
【図４】従来技術による２重構造の勾配コイル装置を示
す図である。
す図である。
【図５】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図７】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図８】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図９】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１１】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１２】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１３】本発明による勾配コイル装置の１つの実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１４】被検ボリュームの中心に関して非対称に構成
された従来技術による勾配コイル装置を示す図である。
された従来技術による勾配コイル装置を示す図である。
【図１５】本発明による非対称の勾配コイル装置の１つ
の実施形態を示す図である。
の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明による非対称の勾配コイル装置の１つ
の実施形態を示す図である。
の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明による非対称の勾配コイル装置の１つ
の実施形態を示す図である。
の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明による非対称の勾配コイル装置の１つ
の実施形態を示す図である。
の実施形態を示す図である。
【図１９】勾配コイルの導体軌跡を算出するためのメッ
シュネットを示す図である。
シュネットを示す図である。
【図２０】個々のコイルセグメントのための相応のメッ
シュネットを示す図である。
シュネットを示す図である。
【図２１】各網目における電流分布を示す図である。
【図２２】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
の磁場曲線経過特性を比較面を用いて比較した図であ
る。
の磁場曲線経過特性を比較面を用いて比較した図であ
る。
【図２３】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
の磁場曲線経過特性を比較面を用いて比較した図であ
る。
の磁場曲線経過特性を比較面を用いて比較した図であ
る。
【図２４】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
のｙ−ｚ平面における｜Ｂ｜磁場の等輪郭線プロットを
比較した図である。
のｙ−ｚ平面における｜Ｂ｜磁場の等輪郭線プロットを
比較した図である。
【図２５】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
のｙ−ｚ平面における｜Ｂ｜磁場の等輪郭線プロットを
比較した図である。
のｙ−ｚ平面における｜Ｂ｜磁場の等輪郭線プロットを
比較した図である。
【図２６】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
のｙ−ｚ平面におけるＢz 成分の等輪郭線プロットを比
較した図である。
のｙ−ｚ平面におけるＢz 成分の等輪郭線プロットを比
較した図である。
【図２７】従来の勾配コイルと本発明による勾配コイル
のｙ−ｚ平面におけるＢz 成分の等輪郭線プロットを比
較した図である。
のｙ−ｚ平面におけるＢz 成分の等輪郭線プロットを比
較した図である。
１ 支持管
２，５ 勾配コイル
２ａ，５ａ １次コイル
２ｂ，５ｂ ２次コイル
３ 被検ボリュームの中心
４ 被検ボリューム
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−144543（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−272335（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−68246（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/055
Claims (12)
- 【請求項１】 各勾配コイル装置ごとに１次コイル（２
ａ）および２次コイル（２ｂ）が設けられており、これ
らのコイルは互いに半径方向間隔（δｒ）を有してお
り、 前記２次コイル（２ｂ）は前記１次コイル（２ａ）より
も大きな半径（Ｒ＋δｒ）上に位置しており、 前記の１次コイル（２ａ）および２次コイル（２ｂ）
は、これらのコイルが被検ボリューム（４）の中心
（３）で線形磁場勾配を生成するように構成されてい
る、 核スピン断層撮影装置用のアクティブシールド付きトラ
ンスバーサル勾配コイル装置において、 当該勾配コイル装置の軸線方向で前記中心（３）から比
較的に隔たっている前記１次コイル（２ａ）および２次
コイル（２ｂ）の各巻回体は、前記中心（３）の近くに
位置する各巻回体よりも小さい半径方向相互間隔を有す
ることを特徴とする、 核スピン断層撮影装置用のアクティブシールド付きトラ
ンスバーサル勾配コイル装置。 - 【請求項２】 前記１次コイル（２ａ）のコイル支持体
は、前記中心（３）の方へ向いた部分（Ｂ）では円筒状
であり、それ以外の部分（Ａ，Ｃ）では、外側へ向かう
につれて直径が大きくなる円錐状である、請求項１記載
の勾配コイル装置。 - 【請求項３】 前記２次コイル（２ｂ）のコイル支持体
は、前記中心（３）の方へ向いた部分（Ｂ）では円筒状
であり、それよりも外側の部分（Ａ，Ｃ）では、外側へ
向かうにつれて直径が小さくなる円錐状である、請求項
１または２記載の勾配コイル装置。 - 【請求項４】 前記コイル支持体の円筒状部分（Ｂ）は
軸線方向において前記の円錐状部分（Ａ，Ｃ）よりも短
い、請求項２または３記載の勾配コイル装置。 - 【請求項５】 前記コイル支持体の円錐状部分（Ａ，
Ｃ）は軸線方向において前記円筒状部分（Ｂ）よりも短
い、請求項２または３記載の勾配コイル装置。 - 【請求項６】 前記の１次コイル（２ａ）と２次コイル
（２ｂ）との間の半径方向間隔は、中心（３）から最も
隔たっている領域ではゼロであり、該領域では巻回体の
少なくとも一部分が省略されている、請求項１〜５のい
ずれか１項記載の勾配コイル装置。 - 【請求項７】 前記２次コイル（２ｂ）は前記１次コイ
ル（２ａ）よりも長い、請求項１〜６のいずれか１項記
載の勾配コイル装置。 - 【請求項８】 前記の１次コイル（２ａ）と２次コイル
（２ｂ）の巻回カーブは、当該勾配コイル装置の方位方
向の周縁部を介して前記の１次コイル（２ａ）と２次コ
イル（２ｂ）の各巻回面の間で入れ替わっている、請求
項１〜７のいずれか１項記載の勾配コイル装置。 - 【請求項９】 当該勾配コイル装置は前記中心（３）に
関して非対称に構成されており、前記被検ボリューム
（４）は当該勾配コイル装置の一方の端部へずらされて
いる、請求項１〜８のいずれか１項記載の勾配コイル装
置。 - 【請求項１０】 前記巻回体は以下のプロセスにしたが
って求められる軌跡を辿るよう構成されており： ａ）前記の１次コイル（２ａ）と２次コイル（２ｂ）の
支持体上に格子メッシュネットを張り巡らし、 ｂ）各格子網目に、閉じた巻回体の形で１つのエレメン
ト鞍型コイルを割り当て、 ｃ）各エレメント鞍型コイルにより生じる磁場を算出
し、 ｄ）ＦＩＴアルゴリズムを用い所定の目標磁場分布に基
づき各エレメント鞍型コイルごとにアンペア回数を求
め、 ｅ）各網目分岐ごとに、隣り合う網目分岐の加算により
アンペア回数を求め、 ｆ）適切な経路に沿って所定の電流においてそれぞれ整
数の巻回数になるまで積分し、これにより離散した導体
位置を求め、該位置を導体軌道の補間支点として用い
る、 請求項１〜９のいずれか１項記載の勾配コイル装置。 - 【請求項１１】 当該勾配コイルは、患者用空間中に生
じる最大磁束密度が最小化されるように構成されてい
る、請求項１〜９のいずれか１項記載の勾配コイル装
置。 - 【請求項１２】 当該勾配コイル装置は、その誘導エネ
ルギーが最小化されるように構成されている、請求項１
〜１０のいずれか１項記載の勾配コイル装置。
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