JP3507519B2 - トランスバーサル傾斜磁場コイル - Google Patents
トランスバーサル傾斜磁場コイルInfo
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- JP3507519B2 JP3507519B2 JP01857293A JP1857293A JP3507519B2 JP 3507519 B2 JP3507519 B2 JP 3507519B2 JP 01857293 A JP01857293 A JP 01857293A JP 1857293 A JP1857293 A JP 1857293A JP 3507519 B2 JP3507519 B2 JP 3507519B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はトランスバーサル傾斜磁
場コイル、例えば核スピン断層撮影装置に用いられてい
るような当該コイルに関する。
場コイル、例えば核スピン断層撮影装置に用いられてい
るような当該コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、核共鳴信号の局所分解
（能）が次のようにして行なわれる、即ち、１テスラの
オーダの均質な静的基本磁場（磁界）に傾斜磁場が重畳
されるようにするのである。画像生成の原理、方式は論
文Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ 「ＮＭＲＩｍａｇｉｎｇ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ」ｉｎ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓ
ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
５３，９，９／８２，第１３１９〜１３３７頁、に記
載されている。３次元での局所分解（能）のためには傾
斜磁場は有利に相互に垂直である３つの方向で生成され
ねばならない。図１及び図２には夫々の傾斜磁場の方向
を表わすべき直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚが示されている。図１
はＹ方向で傾斜磁場Ｇｙの生成のためのトランスバーサ
ル傾斜磁場コイルの従来構成を示す。傾斜磁場コイル２
は鞍形コイルとして構成されておりこの鞍形コイルは支
持管１上に取付けられている。導体部分２ａによっては
球状の被検容積空間１内部にＹ方向で十分一定の（安定
した）傾斜磁場Ｇｙが生成される。戻り導体はそれの大
きさ及び、当該被検容積空間１１からの距離に基づきそ
こで、たんにわずかな磁場成分を生じさせ、そのような
磁場成分は傾斜磁場コイルの設計に当っては屡々無視さ
れる。
（能）が次のようにして行なわれる、即ち、１テスラの
オーダの均質な静的基本磁場（磁界）に傾斜磁場が重畳
されるようにするのである。画像生成の原理、方式は論
文Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ 「ＮＭＲＩｍａｇｉｎｇ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ」ｉｎ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓ
ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
５３，９，９／８２，第１３１９〜１３３７頁、に記
載されている。３次元での局所分解（能）のためには傾
斜磁場は有利に相互に垂直である３つの方向で生成され
ねばならない。図１及び図２には夫々の傾斜磁場の方向
を表わすべき直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚが示されている。図１
はＹ方向で傾斜磁場Ｇｙの生成のためのトランスバーサ
ル傾斜磁場コイルの従来構成を示す。傾斜磁場コイル２
は鞍形コイルとして構成されておりこの鞍形コイルは支
持管１上に取付けられている。導体部分２ａによっては
球状の被検容積空間１内部にＹ方向で十分一定の（安定
した）傾斜磁場Ｇｙが生成される。戻り導体はそれの大
きさ及び、当該被検容積空間１１からの距離に基づきそ
こで、たんにわずかな磁場成分を生じさせ、そのような
磁場成分は傾斜磁場コイルの設計に当っては屡々無視さ
れる。
【０００３】Ｘ傾斜磁場に対する傾斜磁場コイルはＹ傾
斜磁場用の傾斜磁場コイル２と同じように構成されてお
り、ただし、支持管１上にて方位方向で９０°回転され
ている。わかり易くするため図１には示されていない。
斜磁場用の傾斜磁場コイル２と同じように構成されてお
り、ただし、支持管１上にて方位方向で９０°回転され
ている。わかり易くするため図１には示されていない。
【０００４】Ｚ方向での傾斜磁場用の（軸方向）傾斜磁
場コイル３は図２に略示してある。当該コイルはリング
状に構成されており、被検容積空間１１の中心点に対し
て対称的に配置されている。両個別コイル３ａ，３ｂは
図２に示すように逆方向に電流が流れるので、Ｚ方向に
傾斜磁場を生じさせる。
場コイル３は図２に略示してある。当該コイルはリング
状に構成されており、被検容積空間１１の中心点に対し
て対称的に配置されている。両個別コイル３ａ，３ｂは
図２に示すように逆方向に電流が流れるので、Ｚ方向に
傾斜磁場を生じさせる。
【０００５】画像ひずみを回避するため傾斜磁場の直線
性には高い要求が課せられ、そのような高い要求は図１
及び図２に略示するような簡単な導体構造によっては充
足され得ない。ここにおいて、本発明の対象技術のコイ
ルの設計仕様において、殊にトランスバーサル傾斜磁場
コイルは複雑かつコストを要するものである。
性には高い要求が課せられ、そのような高い要求は図１
及び図２に略示するような簡単な導体構造によっては充
足され得ない。ここにおいて、本発明の対象技術のコイ
ルの設計仕様において、殊にトランスバーサル傾斜磁場
コイルは複雑かつコストを要するものである。
【０００６】傾斜磁場コイルの設計仕様には基本的に２
つの手法が存在する。
つの手法が存在する。
【０００７】−分析的定式化、評価
−数値的定式化、評価
その場合分析的定式化、評価において潜んでいる問題点
は、所望の直線的磁場特性経過に対してはそれの最密に
数学的形態にて技術的に実現可能な手法が得られず、そ
のような手法によっては緩和周辺条件が必要とされるこ
とである。当該アルゴリズムには次数、グレード（度、
階位）、振幅に関して任意の誤差項が付加され、それら
誤差項によっては一般的に物理技術的手法に関して最適
状態（特性）が得られない。
は、所望の直線的磁場特性経過に対してはそれの最密に
数学的形態にて技術的に実現可能な手法が得られず、そ
のような手法によっては緩和周辺条件が必要とされるこ
とである。当該アルゴリズムには次数、グレード（度、
階位）、振幅に関して任意の誤差項が付加され、それら
誤差項によっては一般的に物理技術的手法に関して最適
状態（特性）が得られない。
【０００８】ここにおいて、数値的評価、定式化が有利
である。適当な数学的最適化手法（最も簡単な場合には
例えば、最小平均自乗ｆｉｔ手法）によっては所望の磁
場特性経過のほかに、生じる偏差はそれの振幅において
のみ（それのグレード及び次数に関して最小化されな
い）最小化される。
である。適当な数学的最適化手法（最も簡単な場合には
例えば、最小平均自乗ｆｉｔ手法）によっては所望の磁
場特性経過のほかに、生じる偏差はそれの振幅において
のみ（それのグレード及び次数に関して最小化されな
い）最小化される。
【０００９】当該評価、定式化では当該配置構成の物理
的特性、性質が既に考慮されるので、“自然の誤りスペ
クトルが生じる”こととなる。
的特性、性質が既に考慮されるので、“自然の誤りスペ
クトルが生じる”こととなる。
【００１０】但し、大きなパラメータ空間に基づき数値
的手法は一般に簡単なコイル幾何特性（形状）に限られ
ている（例えば鞍形コイル）。
的手法は一般に簡単なコイル幾何特性（形状）に限られ
ている（例えば鞍形コイル）。
【００１１】複雑なコイル幾何特性形状は米国特許第
４，４５６，８８１号（Ｔｅｃｈｎｉｃａｒｅ）明細書
において記載されている。その場合、コイル面は多数の
面要素に細分されている。それらの要素の各々において
電流密度ベクトルは次のように定められる、即ち、それ
により生じる電流密度分布によっては最大許容可能な誤
り振幅を以て所望の目標磁場が生ぜしめられるように定
められる。当該手法では連続性条件が考慮されないの
で、計算されたコイルにはそれぞれの導体の戻りが欠除
している。従って、戻り導体は傾斜磁場への影響を考慮
せずにコイルの最も外側の端部に付加される。それによ
り磁場誤りが生じ、これは当該手法の欠点を成す。
４，４５６，８８１号（Ｔｅｃｈｎｉｃａｒｅ）明細書
において記載されている。その場合、コイル面は多数の
面要素に細分されている。それらの要素の各々において
電流密度ベクトルは次のように定められる、即ち、それ
により生じる電流密度分布によっては最大許容可能な誤
り振幅を以て所望の目標磁場が生ぜしめられるように定
められる。当該手法では連続性条件が考慮されないの
で、計算されたコイルにはそれぞれの導体の戻りが欠除
している。従って、戻り導体は傾斜磁場への影響を考慮
せずにコイルの最も外側の端部に付加される。それによ
り磁場誤りが生じ、これは当該手法の欠点を成す。
【００１２】
【発明の目的】本発明の目的ないし課題とするところ
は、できるだけ直線的な磁場特性経過を生じ、更に所望
の周辺条件が設計仕様に組込まれるように、トランスバ
ーサル傾斜磁場コイルを設計構成することにある。
は、できるだけ直線的な磁場特性経過を生じ、更に所望
の周辺条件が設計仕様に組込まれるように、トランスバ
ーサル傾斜磁場コイルを設計構成することにある。
【００１３】
【発明の構成】上記課題は請求項１の構成要件により解
決される。有利な構成側は引用請求項に示されている。
決される。有利な構成側は引用請求項に示されている。
【００１４】請求項１の手法によっては冒頭に述べた手
法の欠点が回避され、制約なしで複雑なコイル構造の数
値的計算が行なわれ得る。引用請求項に示されている物
理的周辺条件の挿入によって傾斜磁場コイルは次のよう
に設計構成される、即ち、最適化された傾斜磁場の生成
のほかに特別な特性を有するように設計構成される。物
理的周辺条件の挿入により例えば次の特性が達成され得
る。
法の欠点が回避され、制約なしで複雑なコイル構造の数
値的計算が行なわれ得る。引用請求項に示されている物
理的周辺条件の挿入によって傾斜磁場コイルは次のよう
に設計構成される、即ち、最適化された傾斜磁場の生成
のほかに特別な特性を有するように設計構成される。物
理的周辺条件の挿入により例えば次の特性が達成され得
る。
【００１５】−磁場誤り（これは低温シールド板におけ
る渦電流に帰する）の考慮及び能動的補正 −低温シールド板における渦電流の最小化 −グローバルな（全体的な、広汎な）曲げ力の最小化に
よる騒音低減 −反作用力−磁石−傾斜磁場コイルの最小化による機械
的振動特性の最小化 次に、図３〜図８を用いて、本発明の傾斜磁場コイルの
設計仕様について説明する。
る渦電流に帰する）の考慮及び能動的補正 −低温シールド板における渦電流の最小化 −グローバルな（全体的な、広汎な）曲げ力の最小化に
よる騒音低減 −反作用力−磁石−傾斜磁場コイルの最小化による機械
的振動特性の最小化 次に、図３〜図８を用いて、本発明の傾斜磁場コイルの
設計仕様について説明する。
【００１６】コイルの設計構成のため設計されたコイル
表面は先ず差当り多数の矩形の、相互につづき合う要素
面に分解され、それにより格子網目網状体が形成され
る。このことは図３に略示してある。その場合個々の要
素面又は網面は１〜ｎで通し番号を付されている。それ
らの面の各々は導体により包囲されているものと考えら
れ、よって、夫々１つの巻回（ターン）から成る「要素
鞍形コイル」多数が形成されているものと考えられる。
表面は先ず差当り多数の矩形の、相互につづき合う要素
面に分解され、それにより格子網目網状体が形成され
る。このことは図３に略示してある。その場合個々の要
素面又は網面は１〜ｎで通し番号を付されている。それ
らの面の各々は導体により包囲されているものと考えら
れ、よって、夫々１つの巻回（ターン）から成る「要素
鞍形コイル」多数が形成されているものと考えられる。
【００１７】それにひきつづいて所定のコイル電流に対
して、電流Ｉの流れる各要素鞍形の、被検領域における
磁場への作用が計算される。磁場計算には多数の公知手
法があり、その際球関数、例えば論文Ｍａｇｎｅｔ Ｆ
ｉｅｌｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ：Ａｎａｌｙｓｉｓ ａ
ｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｉｌ Ｄｅｓｉｇ
ｎ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍ
ｅｄｉｃｉｎｅ １，４４−６５（１９８４），Ｒｏｍ
ｅｏ及びＨｏｕｌｔ著述に示されているような手法が最
もありふれたものである。当該球関数表現においては例
えばＡｌｌ（ｉ），Ａ３１（ｉ），Ａ５１（ｉ），Ａ３
３（ｉ），Ａ５３（ｉ）…はｉ番目の要素鞍形コイルの
磁場スペクトルであるものとする。傾斜磁場に対しては
一般的に直線的特性経過が期せられ、所望の目標磁場は
次のスペクトルを有する： Ａ１１＝１，Ａ３１＝Ａ５１＝Ａ３３＝０ 計算手法の目標は先ず差当り、各要素鞍形コイルに対し
所定の巻回（ターン）数を設定し、ここにおいて、目標
磁場ができるだけ精確に得られるように設定することで
ある。個々の要素鞍形コイルについての巻回（ターン）
数は図４に示す「巻回ベクトル」Ｗの形で表わされ得、
Ｗ（ｉ）は、目標磁場を達成するのにｉ番目の要素鞍形
コイルに対してどの位の数の（幾つの）巻回（ターン）
（それの端数部分も）が必要とされるかということを表
わす。上記巻回ベクトルＷには次のようなマトリクスが
対応付けられている、即ち、行ごとに各々の鞍形コイル
に対する球関数項ないし展開係数が示されているマトリ
クスが対応付けられている。適当なＦｉｔアルゴリズム
を用いて「巻回ベクトル」Ｗを次のように計算し得る、
即ち、目標磁場の達成のためｉ番目の要素鞍形コイルに
対してどの位（幾つ）の（必ずしも整数でない）数の
「巻回（ターン）」が必要とされるかがＷ（ｉ）により
表わされるように設計される。
して、電流Ｉの流れる各要素鞍形の、被検領域における
磁場への作用が計算される。磁場計算には多数の公知手
法があり、その際球関数、例えば論文Ｍａｇｎｅｔ Ｆ
ｉｅｌｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ：Ａｎａｌｙｓｉｓ ａ
ｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｉｌ Ｄｅｓｉｇ
ｎ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍ
ｅｄｉｃｉｎｅ １，４４−６５（１９８４），Ｒｏｍ
ｅｏ及びＨｏｕｌｔ著述に示されているような手法が最
もありふれたものである。当該球関数表現においては例
えばＡｌｌ（ｉ），Ａ３１（ｉ），Ａ５１（ｉ），Ａ３
３（ｉ），Ａ５３（ｉ）…はｉ番目の要素鞍形コイルの
磁場スペクトルであるものとする。傾斜磁場に対しては
一般的に直線的特性経過が期せられ、所望の目標磁場は
次のスペクトルを有する： Ａ１１＝１，Ａ３１＝Ａ５１＝Ａ３３＝０ 計算手法の目標は先ず差当り、各要素鞍形コイルに対し
所定の巻回（ターン）数を設定し、ここにおいて、目標
磁場ができるだけ精確に得られるように設定することで
ある。個々の要素鞍形コイルについての巻回（ターン）
数は図４に示す「巻回ベクトル」Ｗの形で表わされ得、
Ｗ（ｉ）は、目標磁場を達成するのにｉ番目の要素鞍形
コイルに対してどの位の数の（幾つの）巻回（ターン）
（それの端数部分も）が必要とされるかということを表
わす。上記巻回ベクトルＷには次のようなマトリクスが
対応付けられている、即ち、行ごとに各々の鞍形コイル
に対する球関数項ないし展開係数が示されているマトリ
クスが対応付けられている。適当なＦｉｔアルゴリズム
を用いて「巻回ベクトル」Ｗを次のように計算し得る、
即ち、目標磁場の達成のためｉ番目の要素鞍形コイルに
対してどの位（幾つ）の（必ずしも整数でない）数の
「巻回（ターン）」が必要とされるかがＷ（ｉ）により
表わされるように設計される。
【００１８】当業者には多数の数学的Ｆｉｔアルゴリズ
ムが公知である。その例として挙げられるのは次のよう
なものである。「最小平均２乗Ｆｉｔ」（Ｌｅａｓｔ
Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｆｉｔ)、「リニヤプログラ
ミング」(Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ)、
「２乗シンプレックス」(Ｑｕａｄｒａｔｉｃ Ｓｉｍ
ｐｌｅｘ）が挙げられる。そのようなアルゴリズムは種
々のメーカにより提供される市販のソフトウェアにより
実施可能である。例えば「ＨＡＲＷＥＬＬ ＳＵＢＲＯ
ＵＴＩＮＥ ＬＩＢＲＡＲＹ」、「ＮＡＧ Ｌｉｂｒａ
ｙ」が挙げられる。
ムが公知である。その例として挙げられるのは次のよう
なものである。「最小平均２乗Ｆｉｔ」（Ｌｅａｓｔ
Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｆｉｔ)、「リニヤプログラ
ミング」(Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ)、
「２乗シンプレックス」(Ｑｕａｄｒａｔｉｃ Ｓｉｍ
ｐｌｅｘ）が挙げられる。そのようなアルゴリズムは種
々のメーカにより提供される市販のソフトウェアにより
実施可能である。例えば「ＨＡＲＷＥＬＬ ＳＵＢＲＯ
ＵＴＩＮＥ ＬＩＢＲＡＲＹ」、「ＮＡＧ Ｌｉｂｒａ
ｙ」が挙げられる。
【００１９】後者のプログラムライブラリは「Ｍｉｎｉ
ｍｚｉｎｇ ｏｒ Ｍａｘｉｍｉｚｉｎｇ ａ Ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ」のタイトルのもとで、１０幾つの種々のＦ
ｉｔアルゴリズムを含んでいる。
ｍｚｉｎｇ ｏｒ Ｍａｘｉｍｉｚｉｎｇ ａ Ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ」のタイトルのもとで、１０幾つの種々のＦ
ｉｔアルゴリズムを含んでいる。
【００２０】ここに存在している最適化問題、課題は標
準形態 ＷＴ×Ａ＝Ｚ で定式化され得、その際、ＷＴは所期の巻回ベクトル、
Ａは要素コイルの作用マトリクス、Ｚは目標ベクトルで
ある。
準形態 ＷＴ×Ａ＝Ｚ で定式化され得、その際、ＷＴは所期の巻回ベクトル、
Ａは要素コイルの作用マトリクス、Ｚは目標ベクトルで
ある。
【００２１】図５から明らかなように、或１つの要素鞍
形コイルの夫々の分岐は隣接する要素鞍形コイルの成分
でもある。当該分岐に属する巻回成分は極性の考慮下で
の両成分の重畳により得られる。当該値を、当該分岐に
て利用可能な面積全体に関連づければ、グローバル（全
体的）に見て、次のような面積−巻回（ターン）−密
度、即ち所定の目標磁場を生成するのみならず連続性条
件をも充足する面積−巻回−密度が得られる。従って後
者の条件が既に充足されているのは各々の個々の要素鞍
形コイルが連続性条件を充足するからである。
形コイルの夫々の分岐は隣接する要素鞍形コイルの成分
でもある。当該分岐に属する巻回成分は極性の考慮下で
の両成分の重畳により得られる。当該値を、当該分岐に
て利用可能な面積全体に関連づければ、グローバル（全
体的）に見て、次のような面積−巻回（ターン）−密
度、即ち所定の目標磁場を生成するのみならず連続性条
件をも充足する面積−巻回−密度が得られる。従って後
者の条件が既に充足されているのは各々の個々の要素鞍
形コイルが連続性条件を充足するからである。
【００２２】そのようにして得られたグローバル（全体
的）な巻回密度関数は要素導体の位置状態により定まる
インターフェースにて定められる。数学的手法に基づ
き、整数の巻回数が得られない。但し要素鞍形コイルの
十分密な配置構成のもとで、適当な反復手法により、実
際に必要とされる、今度は整数の巻回（ターン）数が見
出され得る。このために、図５に示すように、積分経路
Ｓに沿って積分する（このとき積分経路に対して直交す
る巻回成分の夫々整数の積分値が求められる）。このこ
との数学的に見て含まれる意味によれば、所定の点Ｘ１
にて積分経路上で点Ｘｉ＋１が求められ、その際
的）な巻回密度関数は要素導体の位置状態により定まる
インターフェースにて定められる。数学的手法に基づ
き、整数の巻回数が得られない。但し要素鞍形コイルの
十分密な配置構成のもとで、適当な反復手法により、実
際に必要とされる、今度は整数の巻回（ターン）数が見
出され得る。このために、図５に示すように、積分経路
Ｓに沿って積分する（このとき積分経路に対して直交す
る巻回成分の夫々整数の積分値が求められる）。このこ
との数学的に見て含まれる意味によれば、所定の点Ｘ１
にて積分経路上で点Ｘｉ＋１が求められ、その際
【００２３】
【数１】
【００２４】が成立つということである。
【００２５】
【外１】
【００２６】整数積分により設定された限界間で積分関
数の重心が求められ、従って、相応の導体の支持点が得
られる（図６中Ｐで示す）積分経過の選択の場合、大き
な自由度があり、実際上の理由から設計に当りソーティ
ングアルゴリズムにより積分経過が選ばれ、上記ソーテ
ィングアルゴリズムによっては各巻回に属する支持点が
まとめられる。例えば「流れ関数」（Ｓｔｒｅａｍ ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）が使用される場合、スタグネーション
ポイント（停滞点）を通る直線クラスタ（群）が有利に
選ばれる、それというのはそのために有利に相応のソフ
トウェアが利用できるからである。例えば、積分の際要
素コイルの網目境界に沿って動くこともでき、その場
合、結局同一の結果が得れる。
数の重心が求められ、従って、相応の導体の支持点が得
られる（図６中Ｐで示す）積分経過の選択の場合、大き
な自由度があり、実際上の理由から設計に当りソーティ
ングアルゴリズムにより積分経過が選ばれ、上記ソーテ
ィングアルゴリズムによっては各巻回に属する支持点が
まとめられる。例えば「流れ関数」（Ｓｔｒｅａｍ ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）が使用される場合、スタグネーション
ポイント（停滞点）を通る直線クラスタ（群）が有利に
選ばれる、それというのはそのために有利に相応のソフ
トウェアが利用できるからである。例えば、積分の際要
素コイルの網目境界に沿って動くこともでき、その場
合、結局同一の結果が得れる。
【００２７】さらに、各巻回に属する支持点をまとめ、
当該巻回を当該支持体に沿って布設しなければならな
い。
当該巻回を当該支持体に沿って布設しなければならな
い。
【００２８】そのようにして生ぜしめられたコイルデザ
イン（設計）は基礎となる面要素のため一定の電流密度
の相応の面積を有する。実際の導体の形の電流密度の離
散個別化の後、異なる導体密度の領域の典型的パターン
が生じ、上記の異なる導体密度においては方位方向に延
びる縞パターンが生ぜしめる。その場合縞幅は面要素の
幅に相応する。前述の手法により定められているような
典型的コイルは図７、図８に示されている。
イン（設計）は基礎となる面要素のため一定の電流密度
の相応の面積を有する。実際の導体の形の電流密度の離
散個別化の後、異なる導体密度の領域の典型的パターン
が生じ、上記の異なる導体密度においては方位方向に延
びる縞パターンが生ぜしめる。その場合縞幅は面要素の
幅に相応する。前述の手法により定められているような
典型的コイルは図７、図８に示されている。
【００２９】上記手法の特別な利点とするところは、目
標磁場に向ってのこの従来の最適化が実施され得るのみ
ならず、適当な周辺条件の導入によって傾斜磁場コイル
の他の特性を最適化することもできることである。
標磁場に向ってのこの従来の最適化が実施され得るのみ
ならず、適当な周辺条件の導入によって傾斜磁場コイル
の他の特性を最適化することもできることである。
【００３０】傾斜磁場コイルの他の特性を最適化するた
めの付加条件（例えばコイルインダクタンスの最小化）
は他の特性を犠牲にしてのみ充足され得、例えば最適化
された評価、定式化のもとで一層良好なコイル直線性に
より一層高いコイルインダクタンスが生ぜしめられる。
めの付加条件（例えばコイルインダクタンスの最小化）
は他の特性を犠牲にしてのみ充足され得、例えば最適化
された評価、定式化のもとで一層良好なコイル直線性に
より一層高いコイルインダクタンスが生ぜしめられる。
【００３１】そのような要求は一般的に、最小化さるべ
き関数の形で、例えばＦ＝Ｑ＋ｆ×Ｌの形で、定式化さ
れる。この場合要するに、最小化さるべき関数Ｆは品質
関数Ｑと、重み付けの係数ｆで重み付けされたインダク
タンスＬとの和である。重み付け係数ｆはユーザーに対
して、それの最適化ストラテジー（戦略）の重心を変化
させ得るようにする（例えば良好なコイル品質Ｑがコイ
ルインダクタンスより重みが大であるか又はその逆であ
るかに応じて）。
き関数の形で、例えばＦ＝Ｑ＋ｆ×Ｌの形で、定式化さ
れる。この場合要するに、最小化さるべき関数Ｆは品質
関数Ｑと、重み付けの係数ｆで重み付けされたインダク
タンスＬとの和である。重み付け係数ｆはユーザーに対
して、それの最適化ストラテジー（戦略）の重心を変化
させ得るようにする（例えば良好なコイル品質Ｑがコイ
ルインダクタンスより重みが大であるか又はその逆であ
るかに応じて）。
【００３２】例えば、作用印加された傾斜磁場により惹
起される渦電流は磁石の低温シールド板にて最小化され
得る。低温シールド板の個所における十分密な点パター
ンにおいて各要素鞍形コイルに対して付加的にそれによ
り生ぜしめられる磁場の変形方向成分が計算される。そ
れに類似して上述の目標磁場ベクトルＡ＝（Ａ１１，Ａ
３１，Ａ５１…）は周辺条件即ち各プロット点（空間
点）における全ての半径方向成分の和が最小になる：
Ａ′＝（Ａ１１，Ａ３１，…，０，…，０）という周辺
条件だけ拡大される。その場合Ａ１１，…によっては再
び球関数が表わされている。実際の最小化課題において
は上述の重み付け係数（これによっては目標磁界からの
偏差が付加要求に関連付けられる）を挿入し得る。コイ
ル表面の相応の成形の場合、（例えば２重シエルシリン
ダ）要求に応じて、全面的に又は部分的にシールドされ
た傾斜磁場コイルが得られる。
起される渦電流は磁石の低温シールド板にて最小化され
得る。低温シールド板の個所における十分密な点パター
ンにおいて各要素鞍形コイルに対して付加的にそれによ
り生ぜしめられる磁場の変形方向成分が計算される。そ
れに類似して上述の目標磁場ベクトルＡ＝（Ａ１１，Ａ
３１，Ａ５１…）は周辺条件即ち各プロット点（空間
点）における全ての半径方向成分の和が最小になる：
Ａ′＝（Ａ１１，Ａ３１，…，０，…，０）という周辺
条件だけ拡大される。その場合Ａ１１，…によっては再
び球関数が表わされている。実際の最小化課題において
は上述の重み付け係数（これによっては目標磁界からの
偏差が付加要求に関連付けられる）を挿入し得る。コイ
ル表面の相応の成形の場合、（例えば２重シエルシリン
ダ）要求に応じて、全面的に又は部分的にシールドされ
た傾斜磁場コイルが得られる。
【００３３】更に、適当な周辺条件に基づきコイルイン
ダクタンスを最小化することもできる。このことは殊
に、傾斜磁場コイルを著しく迅速に切換作動しようとす
る場合重要である。要素鞍形コイルの網状体（ネット）
が十分密である場合、傾斜磁場コイルのインダクタンス
を、全ての要素鞍形コイルのインダクタンス全体により
それぞれ所属の巻回数の考慮下で算出できる。このため
に、付加的に「インダクタンスマトリクス」（ここでは
全ての要素鞍形コイルの全ての固有及び結合インダクタ
ンスが含まれている）が計算され得る。動電気に関する
文献中にはその種のインダクタンスマトリクスを計算す
る計算手法が見出される。更に、商用的に利用可能なソ
フトウェア取極め（例えばＭＦＢ３Ｄ）（これは計算ル
ーチンを提供する）が存在する。所期の解法ベクトルＷ
の成分はインダクタンス計算関数性に対して２乗の形態
で関与し、それにより、微分により最小化評価のもと
で、直線性の問題が残る。
ダクタンスを最小化することもできる。このことは殊
に、傾斜磁場コイルを著しく迅速に切換作動しようとす
る場合重要である。要素鞍形コイルの網状体（ネット）
が十分密である場合、傾斜磁場コイルのインダクタンス
を、全ての要素鞍形コイルのインダクタンス全体により
それぞれ所属の巻回数の考慮下で算出できる。このため
に、付加的に「インダクタンスマトリクス」（ここでは
全ての要素鞍形コイルの全ての固有及び結合インダクタ
ンスが含まれている）が計算され得る。動電気に関する
文献中にはその種のインダクタンスマトリクスを計算す
る計算手法が見出される。更に、商用的に利用可能なソ
フトウェア取極め（例えばＭＦＢ３Ｄ）（これは計算ル
ーチンを提供する）が存在する。所期の解法ベクトルＷ
の成分はインダクタンス計算関数性に対して２乗の形態
で関与し、それにより、微分により最小化評価のもと
で、直線性の問題が残る。
【００３４】更に、適当な周辺条件の設定により、低温
シールド板にて渦電流により惹起される磁場誤りが、補
正され得る。このために、要素鞍形コイルにおける低温
シールド板のシリンダ表面も細分化されていると考えら
れる。傾斜磁場コイルの各々の要素鞍形コイルに対する
電流（この電流は低温シールド板の全ての要素鞍形コイ
ルにおける磁束結合により誘起されるものである）を含
むマトリクスＫが計算される。当該磁束（フラックス）
結合は傾斜磁場コイルの結合インダクタンスＭＫ１を用
いて、そして、低温シールド板の各要素コイル１に対し
て求められる。準定常過程が進行しているものと仮定さ
れ、従って、エネルギ保存の理由により、結合磁束Ｍ
ＫＩ×ＬＫは低温シールド板網目において生ぜしめられ
た磁束ｍ１１×Ｉ１に等しいとの関係が成立たねばなら
ない。全ての網目電流の総合（全体）を計算すると、各
低温シールド板網目１に対して“渦電流”Ｉ１が得ら
れ、この渦電流の作用は目標点の各々において例えばビ
オサバールの法則を用いて計算され得る。マトリクスＫ
は磁場誤り Ｆ＝Ｋ×Ｌ の形の当該の反作用をまさに含むのである。
シールド板にて渦電流により惹起される磁場誤りが、補
正され得る。このために、要素鞍形コイルにおける低温
シールド板のシリンダ表面も細分化されていると考えら
れる。傾斜磁場コイルの各々の要素鞍形コイルに対する
電流（この電流は低温シールド板の全ての要素鞍形コイ
ルにおける磁束結合により誘起されるものである）を含
むマトリクスＫが計算される。当該磁束（フラックス）
結合は傾斜磁場コイルの結合インダクタンスＭＫ１を用
いて、そして、低温シールド板の各要素コイル１に対し
て求められる。準定常過程が進行しているものと仮定さ
れ、従って、エネルギ保存の理由により、結合磁束Ｍ
ＫＩ×ＬＫは低温シールド板網目において生ぜしめられ
た磁束ｍ１１×Ｉ１に等しいとの関係が成立たねばなら
ない。全ての網目電流の総合（全体）を計算すると、各
低温シールド板網目１に対して“渦電流”Ｉ１が得ら
れ、この渦電流の作用は目標点の各々において例えばビ
オサバールの法則を用いて計算され得る。マトリクスＫ
は磁場誤り Ｆ＝Ｋ×Ｌ の形の当該の反作用をまさに含むのである。
【００３５】目標ベクトルＡをベクトルＡ−Ｆで置換す
ると、繰返し（反復）操作のもとで準定常的として仮定
された渦電流磁場を事前補正する傾斜磁場コイルが得ら
れる。更に、反作用力−磁石−傾斜磁場の最小化も可能
であり、それにより、傾斜磁場コイルにより惹起される
騒音も低減される。このために、適当な周辺条件に基づ
きローレンツ力にとって規定的な、傾斜磁場コイルの局
所における磁場成分が最小化される。
ると、繰返し（反復）操作のもとで準定常的として仮定
された渦電流磁場を事前補正する傾斜磁場コイルが得ら
れる。更に、反作用力−磁石−傾斜磁場の最小化も可能
であり、それにより、傾斜磁場コイルにより惹起される
騒音も低減される。このために、適当な周辺条件に基づ
きローレンツ力にとって規定的な、傾斜磁場コイルの局
所における磁場成分が最小化される。
【００３６】ここでは上述したのと同じ最適化方式が用
いられる。各要素コイルの磁場作用のほかに付加的に基
本磁場磁石との相互作用力が計算される。それらの力は
夫々の要素コイル電流に比例するので、例えば力全体Ｋ
は全ての個別の力の和として算出され得る。
いられる。各要素コイルの磁場作用のほかに付加的に基
本磁場磁石との相互作用力が計算される。それらの力は
夫々の要素コイル電流に比例するので、例えば力全体Ｋ
は全ての個別の力の和として算出され得る。
【００３７】最小化さるべき関数Ｆは同様に次のように
なる。
なる。
【００３８】Ｆ＝Ｑ＋ｆ×Ｋ
その際ｆは同じく重み付け係数である。グロールバル
（全体的）な曲げモーメントを計算するために同様の手
段を施し、但し、今度は各要素コイルに対して、システ
ム跳躍特性(ジャンプ特性)に対し生起するモーメントが
求められる。
（全体的）な曲げモーメントを計算するために同様の手
段を施し、但し、今度は各要素コイルに対して、システ
ム跳躍特性(ジャンプ特性)に対し生起するモーメントが
求められる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によりできるだけ直線的な磁場特
性経過を生じ更に所望の周辺条件が設計仕様に組込まれ
るように、トランス傾斜磁場コイルを設計構成し得、制
約なしで複雑な数値的計算を可能にするという効果が奏
される。
性経過を生じ更に所望の周辺条件が設計仕様に組込まれ
るように、トランス傾斜磁場コイルを設計構成し得、制
約なしで複雑な数値的計算を可能にするという効果が奏
される。
【図１】当該Ｙ方向での傾斜磁場生成のためのトランス
バーサル傾斜磁場コイルの従来配置構成図である。
バーサル傾斜磁場コイルの従来配置構成図である。
【図２】Ｚ方向での傾斜磁場のための軸方向傾斜磁場コ
イルの配置構成図である。
イルの配置構成図である。
【図３】本発明によりコイル表面を多数の相互につなが
る矩形状の要素面に細分化する配置構成の概念図であ
る。
る矩形状の要素面に細分化する配置構成の概念図であ
る。
【図４】個々の要素鞍形コイルに対する巻回数を巻回ベ
クトルＷの形で表わす概念図である。
クトルＷの形で表わす概念図である。
【図５】或１の要素鞍形コイルの各分岐が隣接する要素
鞍形コイルの構成部分でもあることを示す説明図であ
る。
鞍形コイルの構成部分でもあることを示す説明図であ
る。
【図６】当該積分関数の重心を求めて相応の導体の支持
点Ｐが得られる様子を示す特性図である。
点Ｐが得られる様子を示す特性図である。
【図７】方位方向に延びる縞パターンを生じさせる異な
った導体密度の領域のパターンを示す概念図である。
った導体密度の領域のパターンを示す概念図である。
【図８】図７とは異なる模様の当該のパターンを示す概
念図である。
念図である。
１ 支持管、 ２，３ 傾斜磁場コイル、 ２ａ 導体
部分、 ３ａ，３ｂ個別コイル、 １１ 被検容積空間
部分、 ３ａ，３ｂ個別コイル、 １１ 被検容積空間
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−220806（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−261427（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−124937（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/055
Claims (7)
- 【請求項１】 トランスバーサル傾斜磁場コイルにおい
て当該導体は支持体上に設けられており、所定軌跡に沿
って延在しており、 該所定軌跡における支持点が下記のプロセスないし配置
構成により定まるようにし、即ち ａ）上記支持体上方に格子網目網状体がセッティングさ
れ、 ｂ）各格子網目には閉じられた巻回ターンの形の要素鞍
形コイルが施され、 ｃ）各要素鞍形コイルにより生成される磁場が計算さ
れ、 ｄ）Ｆｉｔアルゴリズム用いて所定の目標磁場分布に基
づき各要素鞍形コイルに対してアンペアターン数が設定
され、 ｅ）各網目分岐に対して隣接する網目分岐の加算により
アンペアターン数が求められ、 ｆ）適当な経路に沿って所定の電流のもとでそれぞれ整
数ターン数が積分され、もって離散的導体位置が検出さ
れ、該導体位置は当該導体の軌跡に対する支持点として
用いられることを特徴とするトランスバーサル傾斜磁場
コイル。 - 【請求項２】 上記構成要件ｆ）による離散的導体位置
として、積分経路に亘って積分される関数の重心が選定
されるように構成されている請求項１記載のコイル。 - 【請求項３】 Ｆｉｔアルゴリズムに基づき最適化の
際、所望の磁場分布に付加的に、物理的周辺条件が考慮
されるようにし該周辺条件は傾斜磁場コイルの特性全体
に有利に作用を及ぼすようなものである請求項１又は２
記載のコイル。 - 【請求項４】 周辺条件として、渦電流に基づく磁場誤
差が、低温シールド板において考慮され補正されるよう
にした請求項３記載のコイル。 - 【請求項５】 周辺条件として当該渦電流は低温シール
ド板において最小化されるように構成されている請求項
３記載のコイル。 - 【請求項６】 周辺条件として当該のグローバルな曲げ
力が最小化されるように構成されている請求項３記載の
コイル。 - 【請求項７】 周辺条件として機械的振動特性が最小化
されるように構成されている請求項３記載のコイル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4203582.1 | 1992-02-07 | ||
| DE4203582A DE4203582C2 (de) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Transversale Gradientenspule |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0622922A JPH0622922A (ja) | 1994-02-01 |
| JP3507519B2 true JP3507519B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=6451195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01857293A Expired - Lifetime JP3507519B2 (ja) | 1992-02-07 | 1993-02-05 | トランスバーサル傾斜磁場コイル |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5309107A (ja) |
| JP (1) | JP3507519B2 (ja) |
| DE (1) | DE4203582C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5485087A (en) * | 1994-08-05 | 1996-01-16 | Picker International, Inc. | Magnetic resonance insert gradient coils with parabolic returns for improved access |
| DE4422781C1 (de) * | 1994-06-29 | 1996-02-01 | Siemens Ag | Aktiv geschirmte planare Gradientenspule für Polplattenmagnete |
| DE4422782C2 (de) * | 1994-06-29 | 1998-02-19 | Siemens Ag | Aktiv geschirmte transversale Gradientenspule für Kernspintomographiegeräte |
| US5655533A (en) * | 1994-06-30 | 1997-08-12 | Picker International, Inc. | Actively shielded orthogonal gradient coils for wrist imaging |
| DE19504171C2 (de) * | 1995-02-07 | 1998-04-30 | Siemens Ag | Trennbare, lokale Gradientenspulenanordnung für Kernspintomographiegeräte |
| DE19527020C1 (de) * | 1995-07-24 | 1997-02-20 | Siemens Ag | Tesserale Gradientenspule für Kernspintomographiegeräte |
| DE19653449C2 (de) * | 1996-12-20 | 1999-11-11 | Siemens Ag | Gradientenspulenanordnung für ein Kernspintomographiegerät |
| DE19726332A1 (de) * | 1997-06-20 | 1998-12-24 | Siemens Ag | Spulenanordnung zur Erzielung eines vorgegebenen Ziel-Magnetfelds |
| DE19829298C2 (de) | 1998-06-30 | 2000-05-31 | Siemens Ag | Gradientenspulensystem für ein Kernspintomographiegerät |
| DE19937065C1 (de) | 1999-08-05 | 2001-03-08 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Stimulationsunterdrückung bei Magnetresonanztomographiegeräten |
| DE19943372C2 (de) | 1999-09-10 | 2001-07-19 | Siemens Ag | Gradientenspulensystem für ein Magnetresonanztomographiegerät |
| DE19955117C2 (de) | 1999-11-16 | 2001-09-27 | Siemens Ag | Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts |
| DE10011034C2 (de) * | 2000-03-07 | 2002-06-06 | Siemens Ag | Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem mit einer Spulenanordnung |
| DE10025582C1 (de) * | 2000-05-24 | 2001-12-06 | Siemens Ag | Elektrische Leiteranordnung |
| DE10310356A1 (de) * | 2003-03-10 | 2004-10-07 | Siemens Ag | Magnetresonanzgerät mit einem Grundfeldmagneten und wenigstens einer Gradientenspulen |
| US7196603B2 (en) * | 2003-04-18 | 2007-03-27 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Magnetic coil design using optimization of sinusoidal coefficients |
| US7586888B2 (en) * | 2005-02-17 | 2009-09-08 | Mobitrum Corporation | Method and system for mesh network embedded devices |
| US7630736B2 (en) * | 2005-10-11 | 2009-12-08 | Mobitrum Corporation | Method and system for spatial data input, manipulation and distribution via an adaptive wireless transceiver |
| US8305936B2 (en) | 2006-07-27 | 2012-11-06 | Mobitrum Corporation | Method and system for dynamic information exchange on a mesh network in a vehicle |
| US7801058B2 (en) * | 2006-07-27 | 2010-09-21 | Mobitrum Corporation | Method and system for dynamic information exchange on mesh network devices |
| US8427979B1 (en) | 2006-07-27 | 2013-04-23 | Mobitrum Corporation | Method and system for dynamic information exchange on location aware mesh network devices |
| US8411590B2 (en) | 2006-07-27 | 2013-04-02 | Mobitrum Corporation | Mesh network remote control device |
| USRE47894E1 (en) | 2006-07-27 | 2020-03-03 | Iii Holdings 2, Llc | Method and system for dynamic information exchange on location aware mesh network devices |
| US8305935B2 (en) * | 2006-07-27 | 2012-11-06 | Mobitrum Corporation | Method and system for dynamic information exchange on location aware mesh network devices |
| US20090189739A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Mobitrum Corporation | Passive voice enabled rfid devices |
| WO2009135264A1 (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-12 | The University Of Queensland | Arrangement of coils for mri apparatus |
| DE102009014539B4 (de) * | 2009-03-24 | 2014-07-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Ermittlung der Leiterstruktur einer Gradientenspule |
| DE102013225274A1 (de) | 2013-12-09 | 2015-06-11 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Gradientensystem für die Magnetresonanzbildgebung |
| CN113325350B (zh) * | 2020-02-28 | 2022-04-08 | 河海大学 | 一种基于离散网格的高性能梯度线圈设计方法 |
| CN116127793B (zh) * | 2023-04-18 | 2023-07-11 | 能量奇点能源科技(上海)有限公司 | 一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE3347597A1 (de) * | 1983-12-30 | 1985-07-18 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Hochfrequenz-spulenanordnung zum erzeugen und/oder empfangen von wechselmagnetfeldern |
| DE3511750A1 (de) * | 1985-03-30 | 1986-10-09 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Spulenanordnung fuer kernspinuntersuchungen |
| US5212450A (en) * | 1990-10-25 | 1993-05-18 | Fox Chase Cancer Center | Radio frequency volume resonator for nuclear magnetic resonance |
| US5227727A (en) * | 1991-06-20 | 1993-07-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Radio-frequency magnetic field regulating apparatus for magnetic resonance imaging |
-
1992
- 1992-02-07 DE DE4203582A patent/DE4203582C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-02-05 JP JP01857293A patent/JP3507519B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-05 US US08/014,220 patent/US5309107A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4203582C2 (de) | 1994-03-03 |
| US5309107A (en) | 1994-05-03 |
| DE4203582A1 (de) | 1993-09-02 |
| JPH0622922A (ja) | 1994-02-01 |
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