JP3556052B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波磁場で被検体内の原子核を励起し、励起された原子核からの磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場を形成する傾斜磁場ユニットは重要な構成要素の１つである。
傾斜磁場ユニットは、直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の傾斜磁場を個別に形成することができるように、３組のコイルセットと、３つのアンプとを有している。
【０００３】
Ｘ軸の傾斜磁場ＧＸ、Ｙ軸の傾斜磁場ＧＹ、Ｚ軸の傾斜磁楊ＧＺはそれぞれ単独であるいは合成されて、磁気共鳴信号の周波数を空間的にエンコードするためのリードアウト傾斜磁場（ＧＲ）、磁気共鳴信号の位相を空問的にエンコードするための位相エンコード傾斜磁場（ＧＥ）、被検体のイメージング領域を選択するためのスライス選択傾斜磁場（ＧＳ）として用いられる。
【０００４】
ところで、この傾斜磁場コイルは一般に対を成してこのコイル対の間（撮影領域）に線形的に磁楊強度が変化するような磁場分布を生成するように構成されている。そして、この傾斜磁場が外界に漏洩して周囲導体に渦電流が発生するのを抑制するため、傾斜磁場生成用の主コイルの外側にこの主コイルが生成する磁楊と逆向きの磁揚を生成する磁場遮蔽用のコイルを配置したアクティブシールド型傾斜磁楊コイル装置と呼ばれる傾斜磁場コイル装置が知られている。図２９に１軸の傾斜磁場を形成する回路を示す。この回路は、傾斜磁楊を形成するための主コイル１〜４と、主コイル１〜４から発生する磁楊を外界に対して磁気的に遮蔽ずるためのシールドコイル５〜８と、これらのコイルに電流を供給するアンプとからなる。一方、近年エコープレナーイメージング法（Ｅｃｈｏ ＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ（ＥＰＩ法））に代表される超高速イメージング法が実用化されてきている。この高速イメージング法は、１枚の磁気共鴫画像を再構成するのに必要な複数のエコーを数１０ｍｓｅｃのオーダーで収集することができ、その有用性は高い。
【０００５】
ところが、いわゆる標準的なスピンエコー法では例えば磁場強度１０ｍＴ／ｍの傾斜磁場を１ｍｓｅｃで立ち上げればよいのに対し、ＥＰＩ法では例えば３０ｍＴ／ｍの傾斜磁場を０．ｌｍｓｅｃで立ち上げ、しかも高速に交番することが要求される。このような高速の交番磁場によって周囲導体に発生する渦電流を抑制するためにはアクティブシールド型の傾斜磁楊コイル装置が必要不可欠となる。
【０００６】
しかし、直列に接続された主コイル１〜４とシールドコイル５〜８とを１つのアンプ１０で駆動して、エコープレナー法を満足させるような比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることは、非常に困難で、例えば４ｋＶ以上の高出力のアンプが必要とされる。
【０００７】
さらに高出力のアンプの採用は、絶縁性を向上させることや、傾斜磁場コイルに対する周囲金属や静磁場コイル、静磁場補正コイル、ＲＦコイル等の周囲のコイル群との磁気的なカップリングを防止すること等の様々な改良を要求する。
【０００８】
なお、主コイルとシールドコイルとの間のスペースを広げて、傾斜磁場コイルのインピーダンスを少しでも低下させ、それによりアンプの要求仕様を緩和させることができる。しかし、これは磁石架台を大型化してしまうので好ましくない。また、上記磁気的なカップリングの問題も傾斜磁場コイルと静磁場コイルとの間のスペース、傾斜磁場コイルとＲＦコイルとの間のスペースを広げることにより、緩和することができるが、同様に磁石架台を大型化してしまうので好ましいとは言えない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、比較的低出力の傾斜磁場アンプで、エコープラナー法等の超高速イメージング法の要求を満足させることのできる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気共鳴イメージング装置は、撮影領域内に静磁場を形成する手段と、前記撮影領域内に第１軸に関する傾斜磁場を形成する第１の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に第２軸に関する傾斜磁場を形成する第２の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に第３軸に関する傾斜磁場を形成する第３の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に置かれた被検体の原子核を励起するために、高周波磁場を発生する手段と、前記励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出する手段と、前記検出された磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する手段とを備え、前記第１、第２及び第３の傾斜磁場発生手段の少なくとも１つは、前記傾斜磁場を形成するための少なくとも１つの主コイルと、前記主コイルから発生された磁場を外界に対して磁気的に遮蔽するための少なくとも１つのシールドコイルとが直列接続された複数のグループと、前記グループ各々に対して個別に電流を供給する駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成図である。磁石架台１１は、撮影領域内に静磁場Ｂ０ を形成するための静磁場コイル１２を有する。静磁場コイル１２は、常電導コイル又は超電導コイルである。静磁場コイル１２に代えて、永久磁石を用いてもよい。
【００１４】
なお、説明の便宜上、撮影領域の中心を原点とする直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を次のように定義する。Ｚ軸は静磁場Ｂ０ と平行である。Ｘ軸はＺ軸に直交する。Ｙ軸はＸ軸とＺ軸とに直交する。
【００１５】
また、磁石架台１１は、撮影領域内に置かれた被検体内の原子核を励起するために高周波磁場を発生し、また励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出するための高周波コイル１３を有する。なお、高周波コイル１３は、１つのコイルで高周波磁場の発生と磁気共鳴信号の検出とを兼用してもよいし、高周波磁場の発生のためのコイルと磁気共鳴信号の検出のためのコイルとを別々に設けていてもよい。
【００１６】
また、磁石架台１１は、撮影領域内に直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に関する３種類の傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルユニット１４を有する。さらに、磁石架台１１は、被検体を撮影領域内にセットするための寝台１５を有する。
【００１７】
静磁場コイル１２が常電導コイルであれば、静磁場アンプ２０は、撮影領域内に静磁場Ｂ０ を継続的に形成するために、静磁場コイル１２に定電流を継続的に供給する。静磁場コイル１２が超電導コイルであれば、静磁場アンプ２０から静磁場コイル１２に一度だけ電流を流してしまえば、超電導状態を解除しない限り電流は流れ続ける。勿論、静磁場コイル１２に代えて永久磁石を用いる場合は、静磁場アンプ２０は不要である。
【００１８】
送信器２１は、高周波磁場を発生するために高周波コイル１３に高周波電流を供給する。受信器２２は、高周波コイル１３を介して、励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出する。プロセッサ２３は、検出された磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する。ディスプレイ２４は、再構成された磁気共鳴画像を表示する。
【００１９】
傾斜磁場コイルユニット１４は、Ｘ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＸ軸コイルセットと、Ｙ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＹ軸コイルセットと、Ｚ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＺ軸コイルセットとを有する。
【００２０】
３つのコイルセット各々は、対応する傾斜磁場を形成するための複数の主コイルと、複数の主コイルから発生する磁場を外界に対して磁気的に遮蔽するための複数のシールドコイルとを有する。
【００２１】
尚ここで、主コイル、シールドコイルと便宜上呼んでいるが、主コイルのみが傾斜磁場形成を担当し、シールドコイルのみが遮蔽磁場形成を担当してるわけではない。
【００２２】
主コイル及びシールドコイルが総合的に形成する磁場が、得ようとしている傾斜磁場であり、主コイルが撮影領域への傾斜磁場形成を主に担当し、シールドコイルが外界への磁場漏洩の遮蔽を主に担当しているということである。主コイル、シールドコイルとの呼称はこのような意味での使い分けである。
【００２３】
３つのコイルセット各々を構成する複数の主コイルと複数のシールドコイルとは、複数、ここでは第１、第２の２つのグループに分割される。第１のグループには、複数の主コイルと複数のシールドコイルとの中の少なくとも２つのコイル、好ましくは半数ずつのコイルが含まれる。第２のグループには、複数の主コイルと複数のシールドコイルとの中の第１のグループに含まれない残りのコイルが含まれる。好ましくは、２つのグループ各々には、少なくとも１つの主コイルと少なくとも１つのシールドコイルとが混在して含まれる。同じグループに含まれる複数のコイルは直列に接続される。複数のコイルの２つのグループへの割振りの詳細は後述する。
【００２４】
傾斜磁場電源２５は、傾斜磁場コイルユニット１４の複数（６つ）のグループ各々に対して個別に電流を供給することができるように、複数（６つ）のアンプ２６〜３１を有している。アンプ２６は、Ｘ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ２７は、Ｘ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。アンプ２８は、Ｙ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ２９は、Ｙ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。アンプ３０は、Ｚ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ３１は、Ｚ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。
【００２５】
遅延回路群３２は、複数（６つ）の遅延回路３３〜３８を有する。複数（６つ）の遅延回路３３〜３８は、傾斜磁場コイルユニット１４の複数（６つ）のグループにそれぞれ設けられる。同じ軸のコイルセットに対応するペアの遅延回路（３３と３４、３５と３６、３７と３８）の遅延時間の差Δｔは、当該２つのグループから磁場が同時に発生されるように、設定されている。同じ軸のコイルセットに含まれる２つのグループ各々から磁場が時間的にずれて発生されてしまう主な原因は、これら２つのグループ各々のインピーダンスの若干の相違や個々のアンプの特性の違いによる。
【００２６】
波形整形器群３９は、３つの波形整形器４０〜４２を有する。波形整形器４０は、シーケンサ１９からの矩形信号（トリガ信号）を例えば台形波信号に整形し、Ｘ軸に対応するペアの遅延回路（３３と３４）に同時に台形波信号を供給する。波形整形器４１は、シーケンサ１９からの矩形信号を例えば台形波信号に整形し、Ｙ軸に対応するペアの遅延回路（３５と３６）に同時に台形波信号を供給する。波形整形器４２は、シーケンサ１９からの矩形信号を例えば台形波信号に整形し、Ｚ軸に対応するペアの遅延回路（３７と３８）に同時に台形波信号を供給する。
【００２７】
ここで、波形整形器４０〜４２では、渦電流に起因する波形の歪みを補償する波形整形を加えることもできる。
シーケンサ１９は、例えばエコープレナー法のパルスシーケンスを実行するために、タイムダイアグラムデータにしたがって送信器２１、受信器２２、波形整形器群３９各々に制御信号を供給する。
【００２８】
システムコントローラ４４はシステム全体の制御中枢である。システムコントローラ４４には、オペレータが様々なイメージング条件を入力したり、イメージング開始等の様々なコマンドを入力するために、コンソール４３が接続される。また、寝台１５には、オペレータが寝台１５をスライドしたり昇降するためにコンソール４３が接続される。
【００２９】
図２に、一般的な円筒方式のＹ軸コイルセットの構造を示している。図３に、垂直方式のＹ軸コイルセットの構造を示している。Ｙ軸コイルセットは、円筒方式、垂直方式、その他の方式のいずれでも構わない。図４に、図２、図３の１つのコイルのコイルパターンの一例を示している。コイルパターンは図４に示したようなスパイラルタイプには限定されない。なお、図２、図３の矢印は電流の向きを表している。この矢印は他の図面でも同様に電流の向きを表している。
【００３０】
Ｙ軸コイルセットは、４つの主コイル５１〜５４と、４つのシールドコイル５５〜５８とを有する。主コイル５１と５３とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主コイル５２と５４とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主コイル５１と５２とは、Ｘ−Ｚ面を挟んで向かい合わせに配置される。主コイル５３と５４とは、Ｘ−Ｚ面を挟んで向かい合わせに配置される。
【００３１】
主に主コイル５１が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５５は、主コイル５１の外側に配置される。主に主コイル５２が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５６は、主コイル５２の外側に配置される。主に主コイル５３が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５７は、主コイル５３の外側に配置される。主に主コイル５４が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５８は、主コイル５４の外側に配置される。
【００３２】
Ｙ軸コイルセットは、４つのペアを有する。第１のペアは、主コイル５１とシールドコイル５５とからなる。第２のペアは、主コイル５２とシールドコイル５６とからなる。第３のペアは、主コイル５３とシールドコイル５７とからなる。第４のペアは、主コイル５４とシールドコイル５８とからなる。１つのペアを構成する主コイルとシールドコイルとは、両者の物理的距離が最も近く、磁気的結合が最も強いコイルどうしが選択される。あるシールドコイルは、それとペアを構成する主コイルからの磁場を外界に対して遮蔽する効果が、対応しない主コイルからの磁場を外界に対して遮蔽する効果よりも大きい、
４つの主コイル５１〜５４と４つのシールドコイル５５〜５８とは、１つのペアを１つの単位として複数のグループへ割当てられる。
【００３３】
図５に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第２のペア（５２，５６）とからなり、第２のグループは第３のペア（５３，５７）と第４のペア（５４，５７）とからなる。
【００３４】
また、図６に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第３のペア（５３，５７）とからなり、第２のグループは第２のペア（５２，５６）と第４のペア（５４，５８）とからなるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、図７に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第４のペア（５４，５８）とからなり、第２のグループは第２のペア（５２，５６）と第３のペア（５３，５７）とからなるようにしてもよい。
【００３６】
第１のアンプ２８は、Ｙ軸コイルセットの第１のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。第２のアンプ２９は、Ｙ軸コイルセットの第２のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００３７】
なお、Ｘ軸コイルセットは、Ｙ軸コイルセットと同様に、４つの主コイルと、４つのシールドコイルとを有し、その構造はＹ軸コイルセットをＺ軸に関して９０°回転したものに相当する。Ｘ軸コイルセットの４つの主コイルと４つのシールドコイルとを２つのグループに分割することは、上述したＹ軸コイルセットのグループ分けと同一であるので、説明を省略する。また、第１のアンプ２６は、Ｘ軸コイルセットの第１のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給し、第２のアンプ２７は、Ｘ軸コイルセットの第２のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００３８】
図８に、一般的な円筒方式のＺ軸コイルセットの２つの主コイルを示している。図９に、一般的な円筒方式のＺ軸コイルセットの２つのシールドコイルを示している。図１０に、垂直方式のＺ軸コイルセットの２つの主コイルと２つのシールドコイルとを示している。なお、図８、図９、図１０において矢印は電流の向きを表している。コイルパターンはソレノイドタイプやスパイラルタイプには限定されない。Ｚ軸コイルセットは、２つの主コイル６１〜６２と、２つのシールドコイル６３〜６４とを有する。主コイル６１と６２とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主に主コイル６１が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル６３は、主コイル６１の外側に配置される。主に主コイル６２が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル６４は、主コイル６２の外側に配置される。
【００３９】
Ｚ軸コイルセットは、２つのペアを有する。第１のペアは、主コイル６１とシールドコイル６３とからなる。第２のペアは、主コイル６２とシールドコイル６４とからなる。図１１に示すように、第１のグループは一方のペア（６１，６３）からなり、第２のグループは他方のペア（６２，６４）からなる。
【００４０】
第１のアンプ３０は、Ｚ軸コイルセットの第１のグループに含まれる１つの主コイルと１つのシールドコイルとに電流を供給し、第２のアンプ３１は、Ｚ軸コイルセットの第２のグループに含まれる１つの主コイルと１つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００４１】
このようにコイルセットの複数の主コイルと複数のシールドコイルとを複数のグループに分割し、グループ各々に別々のアンプから個別に電流を供給するようにしたので、１つのアンプから見た１グループのインピーダンスは低下する。したがって、比較的低性能のアンプでも、エコープレナー法等の超高速イメージング法が要求する例えば３０ｍＴ／ｍという高い磁場を０． １ｍｓｅｃという非常に短い時間で立ち上げることができる。
【００４２】
また、１つの主コイルとその主コイルからの磁場を外界に対して主に遮蔽する１つのシールドコイルとを１つのペア、つまり物理的距離が最も近く、磁気的結合が最も強い２つのコイルを１つのペアとして、このペアを崩さないようにペア単位でグループ分けを行ったので、インピーダンスを好適に低下させることができる。
【００４３】
なお、コイルセットを、主コイルのみのグループと、シールドコイルのみのグループとに分割するようにしてもよい。この場合、遮蔽精度を向上させるために、シールドコイルに供給する電流を、主コイルに供給する電流に対して意図的に相違させることができる。
【００４４】
次に、同じ軸のコイルセットに含まれるペアの遅延回路（３３と３４、３５と３６、３７と３８）の遅延時間の差Δｔの設定について説明する。図１２にこの設定のためのユニットの構成を示している。第１、第２のグループの回路にそれぞれ電流計７１，７２が設けられる。電流計７１は、第１のグループの回路に流れる電流の時間波形Ａ１（ｔ）を検出する（図１３参照）。電流計７２は第２のグループの回路に流れる電流の時間波形Ａ２（ｔ）を検出する（図１４参照）。
【００４５】
差分プロセッサ７３は、差分波形Ｓ（ｔ） を計算するために、Ａ１（ｔ）からＡ２（ｔ）を引き算する。２つのグループ各々からの磁場の発生時刻がずれているとき、差分波形Ｓ（ｔ） は図１５に示すように、２つのスパイクを含む。２つのグループ各々からの磁場の発生時刻が完全に同期しているとき、差分波形Ｓ（ｔ） は図１６に示すように、ゼロで安定する。
【００４６】
遅延時間コントローラ７４は、差分波形Ｓ（ｔ） が図１６に示した状態になる又はその状態に近似するように、遅延回路３３，３４各々の遅延時間Δｔ１ ，Δｔ２ の差Δｔを調整する。この調整は、差分波形Ｓ（ｔ） をディスプレイに表示して、オペレータがマニュアルで行うようにしてもよい。なおこの遅延時間は設定後の経時的変動はないとみなすことができれば、設定後に、電流計７１，７２、差分プロセッサ７３、遅延時間コントローラ７４を取り去ってもよい。
【００４７】
このような遅延時間の調整により、２つのグループ各々から磁場を同時に発生することができる。
なお、上述した実施形態は次のように変形することができる。
【００４８】
上述では、主コイルとこの主コイルと磁気的結合の最も強いシールドコイルとをペアとして、ペアを崩さないようにグループに分割すると説明したが、ペアに関わりなく複数の主コイルと複数のシールドコイルとを任意の組み合わせで複数のグループに分割するようにしてもよい。また、複数の主コイルだけで１つのグループを構成し、複数のシールドコイルだけで１つのグループを構成するようにしてもよい。この場合、複数の主コイルと複数のシールドコイルとに供給する電流の大きさを個別に調整して、遮蔽効果を適正化できるという効果が得られる。
【００４９】
また、上述では、１つのコイルセットに含まれる２つのグループで１つの波形整形器を共有する構成を説明したが、図１７に示すように２つのグループ各々に１つずつ波形整形器４１１ ，４１２ を設けるようにしてもよい。さらに、図１８に示すように、遅延回路３５，３６と、波形整形器４１１ ，４１２ とを入れ替えて、シーケンサ１９からの矩形信号に対して遅延をかけた後に、波形整形するようにしてもよい。
【００５０】
また、同じ軸のコイルセットに対応する複数の遅延回路の中において、最も磁場の発生タイミングが遅い少なくとも１つのグループ（このグループからの磁場の発生タイミングを基準として他のグループに対応する遅延時間が調整される）に対応する少なくとも１つの遅延回路を構成要素から排除することができる。
【００５１】
また、同じ軸のコイルセットに含まれる複数のグループから磁場が同時に発生されるという目的を達成するために、上述したような信号遅延の代わりに、最も早く磁場が発生するグループの磁場発生タイミングを基準として、他の遅いグループに対応するアンプへの制御信号の供給タイミングを早めるようにしてもよい。
【００５２】
また、上述では、遅延時間調整のために、グループ各々の電流を計測するようにしたが、磁場中心での磁場強度の時間変化を計測し、これに基づいて遅延時間を調整するようにしてもよい。グループ各々からの磁場が同期して発生するなら、この磁場中心での磁場強度は、静磁場強度で安定していなければならない。したがって、この磁場中心での磁場強度が静磁場強度で安定するように、遅延時間を調整すればよい。
【００５３】
また、上述では、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）を２つのグループに分割すると説明したが、図１９に示すように、Ｙ軸コイルセットを３つのグループに分割し、３つのグループを３つのアンプ８１〜８３で個別に駆動するようにしてもよい。３つのグループに対する４つの主コイルと４つのシールドコイルとの割振りは、ペアを１単位とすることを最適とするが、これに限定されない。
【００５４】
また、図２０に示すように、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）を４つのグループに分割し、４つのグループを４つのアンプ８１〜９４で個別に駆動するようにしてもよい。４つのグループに対する４つの主コイルと４つのシールドコイルとの割振りは、主コイルとそれからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルとのペアを１つのグループとすることを最適とするが、これに限定されない。
【００５５】
さらに、同軸に対応する複数の主コイルと複数のシールドコイルとを４を越える複数のグループ、例えば８グループに分割し、個々に駆動するようにしてもよい。この場合、１つのコイルは複数、例えば２つのコイルセグメントに分離される。第１の方法では、図２１に示すように、１つのコイルは当該１つのコイルの中心付近でＺ軸方向に関して２つのコイルセグメント１３１，１３２に分離される。図２２に示すように、一方のコイルセグメント１３１の一部は折り返され、その上に他方のコイルセグメント１３２の一部が重ねられることにより、連結される。このような重ね合わせ連結は、一方のコイルセグメント１３１が折り返された部分から発生する磁場が、他方のコイルセグメント１３２の重ね合わされる部分から発生する磁場によってキャンセルされ、２つのコイルセグメント１３１，１３２のメイン部分から発生する磁場の合成磁場の磁場分布が、図４に示されるような１つのコイルの発生する磁場の磁場分布とほぼ等価となる。
【００５６】
また、１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離する第２の方法は、図２３に示すように、１つのコイルを、その中央部分のコイルセグメント１３１と、その周囲のコイルセグメント１３２とに分割する方法である。また、１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離する第３の方法は、図２４に示すように、２つのコイルセグメント１３１、１３２を２重螺旋にパターンするという方法である。これら図２３、図２４のコイルセグメントの分離方法は、図２１のような連結の工夫を不要とする。
【００５７】
図２１、図２３、図２４のいずれかの方法により、図２５に示すように、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）の４つの主コイルは８つのコイルセグメント５１−１３１、５２−１３１、５３−１３１、５４−１３１、５１−１３２、５２−１３２、５３−１３２、５４−１３２に分離され、また４つのシールドコイルは、８つのコイルセグメント５５−１３１、５６−１３１、５７−１３１、５８−１３１、５５−１３２、５６−１３２、５７−１３２、５８−１３２に分離される。合計１６のコイルセグメントに分離されたＹ軸コイルセットは、主コイルのコイルセグメントと、それからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルのコイルセグメントとを１つのペアとして１つのグループを構成し、全部で８つのグループに分割される。８つのグループを個別に駆動するように８つのアンプ１４１〜１４８が設けられ、８つのアンプ１４１〜１４８に対応して８つの遅延回路１５１〜１５８が設けられる。
【００５８】
Ｚ軸コイルセットのコイル各々も、同様にコイルセグメントに分離されるろとが可能である。図２６に示すように、１つのソレノイドコイルが略中央で２つのコイルセグメント１６１，１６２に分離される。または、２つのコイルセグメント１６１，１６２を２重螺旋に形成して、１つのコイルを構成するようにしてよい。
【００５９】
図２７に示すように、Ｚ軸コイルセットの２つの主コイルは４つのコイルセグメント６１−１６１，６２−１６１，６１−１６２，６２−１６２に分離され、また２つのシールドコイルは、４つのコイルセグメント６３−１６１，６４−１６１，６３−１６２，６４−１６２に分離される。合計８つのコイルセグメントに分離されたＺ軸コイルセットは、主コイルのコイルセグメントと、それからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルのコイルセグメントとを１つのペアとして１つのグループを構成し、全部で４つのグループに分割される。４つのグループを個別に駆動するように４つのアンプ１７１〜１７４が設けられ、４つのアンプ１７１〜１７４に対応して４つの遅延回路１８１〜１８４が設けられる。
【００６０】
Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸のコイルセットを分割するグループ数やその割振りは、上述に限定されず、任意に変更することができる。
また、図２８に示すように、例えば４つのシールドコイル５５〜５８の電流を、４つの補助アンプ１０１〜１０４により補正して、所望の遮蔽効果を得るようにしてもよい。勿論、主コイル５１〜５４に補助アンプを設け、所望の遮蔽効果を得るようにしてもよい。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、複数の主コイルと複数のシールドコイルとは複数のグループに分割され、複数のグループを個別に駆動するようにしたので、１個のアンプから見た負荷インピーダンスは数分の一に低減する。従って、比較的低出力でコストの安価なアンプでも、エコープレナー法に適用できるような例えば３０ｍＴ／ｍという高い強度の傾斜磁場を０． １ｍｓｅｃという非常に短い時間で立ち上げることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場に置かれた被検体に、傾斜磁場と高周波磁場とを印加することにより、原子核を励起し、磁気共鳴信号を発生させる。磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像が再構成される。傾斜磁場は傾斜磁場コイルにより形成される。高速な交番磁場を必要とするエコープレナー法等の高速イメージング法では、能動的遮蔽型傾斜磁場コイル（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｃｏｉｌ） 、つまり主コイルから発生した磁場をシールドコイルにより外界に対して磁気的に遮蔽する傾斜磁場コイルを使用するのが好ましい。主コイルとシールドコイルとを１つのアンプで駆動して、比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることは、非常に困難である。主コイルとシールドコイルとを複数のグループに分け、グループ各々に対して個別に電流を供給することにより、比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による磁気共鳴イメージング装置の構成図。
【図２】図１のＧｙ コイルセットの構造図。
【図３】図１のＧｙ コイルセットの他の構造図。
【図４】図２、図３の１つのコイルのコイルパターンの一例を示す図。
【図５】図１のＧｙ コイルセットの２グループへの割当てと、シーケンサから波形整形器及び遅延回路を経てアンプまでの信号変化を示す図。
【図６】図１のＧｙ コイルセットの他のグループ割りを示す図。
【図７】図１のＧｙ コイルセットのさらに他のグループ割りを示す図。
【図８】図１のＧｚ コイルセットの主コイルの構造図。
【図９】図１のＧｚ コイルセットのシールドコイルの構造図。
【図１０】図１のＧｚ コイルセットの他の構造図。
【図１１】図１のＧｚ コイルセットのグループ割りと、シーケンサから波形整形器及び遅延回路を経てアンプまでの信号変化を示す図。
【図１２】図１のＧｚ コイルセットに対応する２つの遅延回路各々の遅延時間を調整するためのユニットの構成図。
【図１３】図１２のＡ１（ｔ）を示す図。
【図１４】図１２のＡ２（ｔ）を示す図。
【図１５】図１２のＳ（ｔ） を示す図。
【図１６】遅延時間調整後の理想的なＳ（ｔ） を示す図。
【図１７】図１のＧｙ コイルセットに対応する波形整形器及び遅延回路の他の構成例を示す図。
【図１８】図１のＧｙ コイルセットに対応する波形整形器及び遅延回路のさらに他の構成例を示す図。
【図１９】図１のＧｙ コイルセットを３グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２０】図１のＧｙ コイルセットを４グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２１】図１のＧｙ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離したコイルパターンを示す図。
【図２２】図２１の実装された２つのコイルセグメントの側面図。
【図２３】１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離した他のコイルパターンを示す図。
【図２４】１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離した他のコイルパターンを示す図。
【図２５】図１のＧｙ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離して８グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２６】図１のＧｚ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離したコイルパターンを示す図。
【図２７】図１のＧｚ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離して４グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２８】図２０の４グループの補助アンプを示す図。
【図２９】図１は、従来の傾斜磁場コイルユニットの回路図。
【符号の説明】
１１…磁石架台、
１２…静磁場コイル、
１３…高周波コイル、
１４…傾斜磁場コイルユニット、
１５…寝台、
１６…Ｘ軸コイルセット、
１７…Ｙ軸コイルセット、
１８…Ｚ軸コイルセット、
１９…シーケンサ、
２０…静磁場アンプ、
２１…送信器、
２２…受信器、
２３…プロセッサ、
２４…ディスプレイ、
２５…傾斜磁場電源、
２６…アンプ、
２７…アンプ、
２８…アンプ、
２９…アンプ、
３０…アンプ、
３１…アンプ、
３２…遅延回路群、
３３…遅延回路、
３４…遅延回路、
３５…遅延回路、
３６…遅延回路、
３７…遅延回路、
３８…遅延回路、
３９…波形整形器群、
４０…波形整形器、
４１…波形整形器、
４２…波形整形器、
４３…コンソール、
４４…システムコントローラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波磁場で被検体内の原子核を励起し、励起された原子核からの磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場を形成する傾斜磁場ユニットは重要な構成要素の１つである。
傾斜磁場ユニットは、直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の傾斜磁場を個別に形成することができるように、３組のコイルセットと、３つのアンプとを有している。
【０００３】
Ｘ軸の傾斜磁場ＧＸ、Ｙ軸の傾斜磁場ＧＹ、Ｚ軸の傾斜磁楊ＧＺはそれぞれ単独であるいは合成されて、磁気共鳴信号の周波数を空間的にエンコードするためのリードアウト傾斜磁場（ＧＲ）、磁気共鳴信号の位相を空問的にエンコードするための位相エンコード傾斜磁場（ＧＥ）、被検体のイメージング領域を選択するためのスライス選択傾斜磁場（ＧＳ）として用いられる。
【０００４】
ところで、この傾斜磁場コイルは一般に対を成してこのコイル対の間（撮影領域）に線形的に磁楊強度が変化するような磁場分布を生成するように構成されている。そして、この傾斜磁場が外界に漏洩して周囲導体に渦電流が発生するのを抑制するため、傾斜磁場生成用の主コイルの外側にこの主コイルが生成する磁楊と逆向きの磁揚を生成する磁場遮蔽用のコイルを配置したアクティブシールド型傾斜磁楊コイル装置と呼ばれる傾斜磁場コイル装置が知られている。図２９に１軸の傾斜磁場を形成する回路を示す。この回路は、傾斜磁楊を形成するための主コイル１〜４と、主コイル１〜４から発生する磁楊を外界に対して磁気的に遮蔽ずるためのシールドコイル５〜８と、これらのコイルに電流を供給するアンプとからなる。一方、近年エコープレナーイメージング法（Ｅｃｈｏ ＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ（ＥＰＩ法））に代表される超高速イメージング法が実用化されてきている。この高速イメージング法は、１枚の磁気共鴫画像を再構成するのに必要な複数のエコーを数１０ｍｓｅｃのオーダーで収集することができ、その有用性は高い。
【０００５】
ところが、いわゆる標準的なスピンエコー法では例えば磁場強度１０ｍＴ／ｍの傾斜磁場を１ｍｓｅｃで立ち上げればよいのに対し、ＥＰＩ法では例えば３０ｍＴ／ｍの傾斜磁場を０．ｌｍｓｅｃで立ち上げ、しかも高速に交番することが要求される。このような高速の交番磁場によって周囲導体に発生する渦電流を抑制するためにはアクティブシールド型の傾斜磁楊コイル装置が必要不可欠となる。
【０００６】
しかし、直列に接続された主コイル１〜４とシールドコイル５〜８とを１つのアンプ１０で駆動して、エコープレナー法を満足させるような比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることは、非常に困難で、例えば４ｋＶ以上の高出力のアンプが必要とされる。
【０００７】
さらに高出力のアンプの採用は、絶縁性を向上させることや、傾斜磁場コイルに対する周囲金属や静磁場コイル、静磁場補正コイル、ＲＦコイル等の周囲のコイル群との磁気的なカップリングを防止すること等の様々な改良を要求する。
【０００８】
なお、主コイルとシールドコイルとの間のスペースを広げて、傾斜磁場コイルのインピーダンスを少しでも低下させ、それによりアンプの要求仕様を緩和させることができる。しかし、これは磁石架台を大型化してしまうので好ましくない。また、上記磁気的なカップリングの問題も傾斜磁場コイルと静磁場コイルとの間のスペース、傾斜磁場コイルとＲＦコイルとの間のスペースを広げることにより、緩和することができるが、同様に磁石架台を大型化してしまうので好ましいとは言えない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、比較的低出力の傾斜磁場アンプで、エコープラナー法等の超高速イメージング法の要求を満足させることのできる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気共鳴イメージング装置は、撮影領域内に静磁場を形成する手段と、前記撮影領域内に第１軸に関する傾斜磁場を形成する第１の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に第２軸に関する傾斜磁場を形成する第２の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に第３軸に関する傾斜磁場を形成する第３の傾斜磁場発生手段と、前記撮影領域内に置かれた被検体の原子核を励起するために、高周波磁場を発生する手段と、前記励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出する手段と、前記検出された磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する手段とを備え、前記第１、第２及び第３の傾斜磁場発生手段の少なくとも１つは、前記傾斜磁場を形成するための少なくとも１つの主コイルと、前記主コイルから発生された磁場を外界に対して磁気的に遮蔽するための少なくとも１つのシールドコイルとが直列接続された複数のグループと、前記グループ各々に対して個別に電流を供給する駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成図である。磁石架台１１は、撮影領域内に静磁場Ｂ０ を形成するための静磁場コイル１２を有する。静磁場コイル１２は、常電導コイル又は超電導コイルである。静磁場コイル１２に代えて、永久磁石を用いてもよい。
【００１４】
なお、説明の便宜上、撮影領域の中心を原点とする直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を次のように定義する。Ｚ軸は静磁場Ｂ０ と平行である。Ｘ軸はＺ軸に直交する。Ｙ軸はＸ軸とＺ軸とに直交する。
【００１５】
また、磁石架台１１は、撮影領域内に置かれた被検体内の原子核を励起するために高周波磁場を発生し、また励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出するための高周波コイル１３を有する。なお、高周波コイル１３は、１つのコイルで高周波磁場の発生と磁気共鳴信号の検出とを兼用してもよいし、高周波磁場の発生のためのコイルと磁気共鳴信号の検出のためのコイルとを別々に設けていてもよい。
【００１６】
また、磁石架台１１は、撮影領域内に直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に関する３種類の傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルユニット１４を有する。さらに、磁石架台１１は、被検体を撮影領域内にセットするための寝台１５を有する。
【００１７】
静磁場コイル１２が常電導コイルであれば、静磁場アンプ２０は、撮影領域内に静磁場Ｂ０ を継続的に形成するために、静磁場コイル１２に定電流を継続的に供給する。静磁場コイル１２が超電導コイルであれば、静磁場アンプ２０から静磁場コイル１２に一度だけ電流を流してしまえば、超電導状態を解除しない限り電流は流れ続ける。勿論、静磁場コイル１２に代えて永久磁石を用いる場合は、静磁場アンプ２０は不要である。
【００１８】
送信器２１は、高周波磁場を発生するために高周波コイル１３に高周波電流を供給する。受信器２２は、高周波コイル１３を介して、励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出する。プロセッサ２３は、検出された磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する。ディスプレイ２４は、再構成された磁気共鳴画像を表示する。
【００１９】
傾斜磁場コイルユニット１４は、Ｘ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＸ軸コイルセットと、Ｙ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＹ軸コイルセットと、Ｚ軸に関する傾斜磁場を発生するためのＺ軸コイルセットとを有する。
【００２０】
３つのコイルセット各々は、対応する傾斜磁場を形成するための複数の主コイルと、複数の主コイルから発生する磁場を外界に対して磁気的に遮蔽するための複数のシールドコイルとを有する。
【００２１】
尚ここで、主コイル、シールドコイルと便宜上呼んでいるが、主コイルのみが傾斜磁場形成を担当し、シールドコイルのみが遮蔽磁場形成を担当してるわけではない。
【００２２】
主コイル及びシールドコイルが総合的に形成する磁場が、得ようとしている傾斜磁場であり、主コイルが撮影領域への傾斜磁場形成を主に担当し、シールドコイルが外界への磁場漏洩の遮蔽を主に担当しているということである。主コイル、シールドコイルとの呼称はこのような意味での使い分けである。
【００２３】
３つのコイルセット各々を構成する複数の主コイルと複数のシールドコイルとは、複数、ここでは第１、第２の２つのグループに分割される。第１のグループには、複数の主コイルと複数のシールドコイルとの中の少なくとも２つのコイル、好ましくは半数ずつのコイルが含まれる。第２のグループには、複数の主コイルと複数のシールドコイルとの中の第１のグループに含まれない残りのコイルが含まれる。好ましくは、２つのグループ各々には、少なくとも１つの主コイルと少なくとも１つのシールドコイルとが混在して含まれる。同じグループに含まれる複数のコイルは直列に接続される。複数のコイルの２つのグループへの割振りの詳細は後述する。
【００２４】
傾斜磁場電源２５は、傾斜磁場コイルユニット１４の複数（６つ）のグループ各々に対して個別に電流を供給することができるように、複数（６つ）のアンプ２６〜３１を有している。アンプ２６は、Ｘ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ２７は、Ｘ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。アンプ２８は、Ｙ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ２９は、Ｙ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。アンプ３０は、Ｚ軸コイルセットの第１グループに電流を供給する。アンプ３１は、Ｚ軸コイルセットの第２グループに電流を供給する。
【００２５】
遅延回路群３２は、複数（６つ）の遅延回路３３〜３８を有する。複数（６つ）の遅延回路３３〜３８は、傾斜磁場コイルユニット１４の複数（６つ）のグループにそれぞれ設けられる。同じ軸のコイルセットに対応するペアの遅延回路（３３と３４、３５と３６、３７と３８）の遅延時間の差Δｔは、当該２つのグループから磁場が同時に発生されるように、設定されている。同じ軸のコイルセットに含まれる２つのグループ各々から磁場が時間的にずれて発生されてしまう主な原因は、これら２つのグループ各々のインピーダンスの若干の相違や個々のアンプの特性の違いによる。
【００２６】
波形整形器群３９は、３つの波形整形器４０〜４２を有する。波形整形器４０は、シーケンサ１９からの矩形信号（トリガ信号）を例えば台形波信号に整形し、Ｘ軸に対応するペアの遅延回路（３３と３４）に同時に台形波信号を供給する。波形整形器４１は、シーケンサ１９からの矩形信号を例えば台形波信号に整形し、Ｙ軸に対応するペアの遅延回路（３５と３６）に同時に台形波信号を供給する。波形整形器４２は、シーケンサ１９からの矩形信号を例えば台形波信号に整形し、Ｚ軸に対応するペアの遅延回路（３７と３８）に同時に台形波信号を供給する。
【００２７】
ここで、波形整形器４０〜４２では、渦電流に起因する波形の歪みを補償する波形整形を加えることもできる。
シーケンサ１９は、例えばエコープレナー法のパルスシーケンスを実行するために、タイムダイアグラムデータにしたがって送信器２１、受信器２２、波形整形器群３９各々に制御信号を供給する。
【００２８】
システムコントローラ４４はシステム全体の制御中枢である。システムコントローラ４４には、オペレータが様々なイメージング条件を入力したり、イメージング開始等の様々なコマンドを入力するために、コンソール４３が接続される。また、寝台１５には、オペレータが寝台１５をスライドしたり昇降するためにコンソール４３が接続される。
【００２９】
図２に、一般的な円筒方式のＹ軸コイルセットの構造を示している。図３に、垂直方式のＹ軸コイルセットの構造を示している。Ｙ軸コイルセットは、円筒方式、垂直方式、その他の方式のいずれでも構わない。図４に、図２、図３の１つのコイルのコイルパターンの一例を示している。コイルパターンは図４に示したようなスパイラルタイプには限定されない。なお、図２、図３の矢印は電流の向きを表している。この矢印は他の図面でも同様に電流の向きを表している。
【００３０】
Ｙ軸コイルセットは、４つの主コイル５１〜５４と、４つのシールドコイル５５〜５８とを有する。主コイル５１と５３とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主コイル５２と５４とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主コイル５１と５２とは、Ｘ−Ｚ面を挟んで向かい合わせに配置される。主コイル５３と５４とは、Ｘ−Ｚ面を挟んで向かい合わせに配置される。
【００３１】
主に主コイル５１が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５５は、主コイル５１の外側に配置される。主に主コイル５２が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５６は、主コイル５２の外側に配置される。主に主コイル５３が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５７は、主コイル５３の外側に配置される。主に主コイル５４が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル５８は、主コイル５４の外側に配置される。
【００３２】
Ｙ軸コイルセットは、４つのペアを有する。第１のペアは、主コイル５１とシールドコイル５５とからなる。第２のペアは、主コイル５２とシールドコイル５６とからなる。第３のペアは、主コイル５３とシールドコイル５７とからなる。第４のペアは、主コイル５４とシールドコイル５８とからなる。１つのペアを構成する主コイルとシールドコイルとは、両者の物理的距離が最も近く、磁気的結合が最も強いコイルどうしが選択される。あるシールドコイルは、それとペアを構成する主コイルからの磁場を外界に対して遮蔽する効果が、対応しない主コイルからの磁場を外界に対して遮蔽する効果よりも大きい、
４つの主コイル５１〜５４と４つのシールドコイル５５〜５８とは、１つのペアを１つの単位として複数のグループへ割当てられる。
【００３３】
図５に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第２のペア（５２，５６）とからなり、第２のグループは第３のペア（５３，５７）と第４のペア（５４，５７）とからなる。
【００３４】
また、図６に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第３のペア（５３，５７）とからなり、第２のグループは第２のペア（５２，５６）と第４のペア（５４，５８）とからなるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、図７に示すように、第１のグループは第１のペア（５１，５５）と第４のペア（５４，５８）とからなり、第２のグループは第２のペア（５２，５６）と第３のペア（５３，５７）とからなるようにしてもよい。
【００３６】
第１のアンプ２８は、Ｙ軸コイルセットの第１のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。第２のアンプ２９は、Ｙ軸コイルセットの第２のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００３７】
なお、Ｘ軸コイルセットは、Ｙ軸コイルセットと同様に、４つの主コイルと、４つのシールドコイルとを有し、その構造はＹ軸コイルセットをＺ軸に関して９０°回転したものに相当する。Ｘ軸コイルセットの４つの主コイルと４つのシールドコイルとを２つのグループに分割することは、上述したＹ軸コイルセットのグループ分けと同一であるので、説明を省略する。また、第１のアンプ２６は、Ｘ軸コイルセットの第１のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給し、第２のアンプ２７は、Ｘ軸コイルセットの第２のグループに含まれる２つの主コイルと２つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００３８】
図８に、一般的な円筒方式のＺ軸コイルセットの２つの主コイルを示している。図９に、一般的な円筒方式のＺ軸コイルセットの２つのシールドコイルを示している。図１０に、垂直方式のＺ軸コイルセットの２つの主コイルと２つのシールドコイルとを示している。なお、図８、図９、図１０において矢印は電流の向きを表している。コイルパターンはソレノイドタイプやスパイラルタイプには限定されない。Ｚ軸コイルセットは、２つの主コイル６１〜６２と、２つのシールドコイル６３〜６４とを有する。主コイル６１と６２とは、Ｘ−Ｙ面に関して対称に、Ｚ軸に沿ってアレイされる。主に主コイル６１が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル６３は、主コイル６１の外側に配置される。主に主コイル６２が発生する磁場を外界に対して遮蔽するためのシールドコイル６４は、主コイル６２の外側に配置される。
【００３９】
Ｚ軸コイルセットは、２つのペアを有する。第１のペアは、主コイル６１とシールドコイル６３とからなる。第２のペアは、主コイル６２とシールドコイル６４とからなる。図１１に示すように、第１のグループは一方のペア（６１，６３）からなり、第２のグループは他方のペア（６２，６４）からなる。
【００４０】
第１のアンプ３０は、Ｚ軸コイルセットの第１のグループに含まれる１つの主コイルと１つのシールドコイルとに電流を供給し、第２のアンプ３１は、Ｚ軸コイルセットの第２のグループに含まれる１つの主コイルと１つのシールドコイルとに電流を供給する。
【００４１】
このようにコイルセットの複数の主コイルと複数のシールドコイルとを複数のグループに分割し、グループ各々に別々のアンプから個別に電流を供給するようにしたので、１つのアンプから見た１グループのインピーダンスは低下する。したがって、比較的低性能のアンプでも、エコープレナー法等の超高速イメージング法が要求する例えば３０ｍＴ／ｍという高い磁場を０． １ｍｓｅｃという非常に短い時間で立ち上げることができる。
【００４２】
また、１つの主コイルとその主コイルからの磁場を外界に対して主に遮蔽する１つのシールドコイルとを１つのペア、つまり物理的距離が最も近く、磁気的結合が最も強い２つのコイルを１つのペアとして、このペアを崩さないようにペア単位でグループ分けを行ったので、インピーダンスを好適に低下させることができる。
【００４３】
なお、コイルセットを、主コイルのみのグループと、シールドコイルのみのグループとに分割するようにしてもよい。この場合、遮蔽精度を向上させるために、シールドコイルに供給する電流を、主コイルに供給する電流に対して意図的に相違させることができる。
【００４４】
次に、同じ軸のコイルセットに含まれるペアの遅延回路（３３と３４、３５と３６、３７と３８）の遅延時間の差Δｔの設定について説明する。図１２にこの設定のためのユニットの構成を示している。第１、第２のグループの回路にそれぞれ電流計７１，７２が設けられる。電流計７１は、第１のグループの回路に流れる電流の時間波形Ａ１（ｔ）を検出する（図１３参照）。電流計７２は第２のグループの回路に流れる電流の時間波形Ａ２（ｔ）を検出する（図１４参照）。
【００４５】
差分プロセッサ７３は、差分波形Ｓ（ｔ） を計算するために、Ａ１（ｔ）からＡ２（ｔ）を引き算する。２つのグループ各々からの磁場の発生時刻がずれているとき、差分波形Ｓ（ｔ） は図１５に示すように、２つのスパイクを含む。２つのグループ各々からの磁場の発生時刻が完全に同期しているとき、差分波形Ｓ（ｔ） は図１６に示すように、ゼロで安定する。
【００４６】
遅延時間コントローラ７４は、差分波形Ｓ（ｔ） が図１６に示した状態になる又はその状態に近似するように、遅延回路３３，３４各々の遅延時間Δｔ１ ，Δｔ２ の差Δｔを調整する。この調整は、差分波形Ｓ（ｔ） をディスプレイに表示して、オペレータがマニュアルで行うようにしてもよい。なおこの遅延時間は設定後の経時的変動はないとみなすことができれば、設定後に、電流計７１，７２、差分プロセッサ７３、遅延時間コントローラ７４を取り去ってもよい。
【００４７】
このような遅延時間の調整により、２つのグループ各々から磁場を同時に発生することができる。
なお、上述した実施形態は次のように変形することができる。
【００４８】
上述では、主コイルとこの主コイルと磁気的結合の最も強いシールドコイルとをペアとして、ペアを崩さないようにグループに分割すると説明したが、ペアに関わりなく複数の主コイルと複数のシールドコイルとを任意の組み合わせで複数のグループに分割するようにしてもよい。また、複数の主コイルだけで１つのグループを構成し、複数のシールドコイルだけで１つのグループを構成するようにしてもよい。この場合、複数の主コイルと複数のシールドコイルとに供給する電流の大きさを個別に調整して、遮蔽効果を適正化できるという効果が得られる。
【００４９】
また、上述では、１つのコイルセットに含まれる２つのグループで１つの波形整形器を共有する構成を説明したが、図１７に示すように２つのグループ各々に１つずつ波形整形器４１１ ，４１２ を設けるようにしてもよい。さらに、図１８に示すように、遅延回路３５，３６と、波形整形器４１１ ，４１２ とを入れ替えて、シーケンサ１９からの矩形信号に対して遅延をかけた後に、波形整形するようにしてもよい。
【００５０】
また、同じ軸のコイルセットに対応する複数の遅延回路の中において、最も磁場の発生タイミングが遅い少なくとも１つのグループ（このグループからの磁場の発生タイミングを基準として他のグループに対応する遅延時間が調整される）に対応する少なくとも１つの遅延回路を構成要素から排除することができる。
【００５１】
また、同じ軸のコイルセットに含まれる複数のグループから磁場が同時に発生されるという目的を達成するために、上述したような信号遅延の代わりに、最も早く磁場が発生するグループの磁場発生タイミングを基準として、他の遅いグループに対応するアンプへの制御信号の供給タイミングを早めるようにしてもよい。
【００５２】
また、上述では、遅延時間調整のために、グループ各々の電流を計測するようにしたが、磁場中心での磁場強度の時間変化を計測し、これに基づいて遅延時間を調整するようにしてもよい。グループ各々からの磁場が同期して発生するなら、この磁場中心での磁場強度は、静磁場強度で安定していなければならない。したがって、この磁場中心での磁場強度が静磁場強度で安定するように、遅延時間を調整すればよい。
【００５３】
また、上述では、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）を２つのグループに分割すると説明したが、図１９に示すように、Ｙ軸コイルセットを３つのグループに分割し、３つのグループを３つのアンプ８１〜８３で個別に駆動するようにしてもよい。３つのグループに対する４つの主コイルと４つのシールドコイルとの割振りは、ペアを１単位とすることを最適とするが、これに限定されない。
【００５４】
また、図２０に示すように、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）を４つのグループに分割し、４つのグループを４つのアンプ８１〜９４で個別に駆動するようにしてもよい。４つのグループに対する４つの主コイルと４つのシールドコイルとの割振りは、主コイルとそれからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルとのペアを１つのグループとすることを最適とするが、これに限定されない。
【００５５】
さらに、同軸に対応する複数の主コイルと複数のシールドコイルとを４を越える複数のグループ、例えば８グループに分割し、個々に駆動するようにしてもよい。この場合、１つのコイルは複数、例えば２つのコイルセグメントに分離される。第１の方法では、図２１に示すように、１つのコイルは当該１つのコイルの中心付近でＺ軸方向に関して２つのコイルセグメント１３１，１３２に分離される。図２２に示すように、一方のコイルセグメント１３１の一部は折り返され、その上に他方のコイルセグメント１３２の一部が重ねられることにより、連結される。このような重ね合わせ連結は、一方のコイルセグメント１３１が折り返された部分から発生する磁場が、他方のコイルセグメント１３２の重ね合わされる部分から発生する磁場によってキャンセルされ、２つのコイルセグメント１３１，１３２のメイン部分から発生する磁場の合成磁場の磁場分布が、図４に示されるような１つのコイルの発生する磁場の磁場分布とほぼ等価となる。
【００５６】
また、１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離する第２の方法は、図２３に示すように、１つのコイルを、その中央部分のコイルセグメント１３１と、その周囲のコイルセグメント１３２とに分割する方法である。また、１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離する第３の方法は、図２４に示すように、２つのコイルセグメント１３１、１３２を２重螺旋にパターンするという方法である。これら図２３、図２４のコイルセグメントの分離方法は、図２１のような連結の工夫を不要とする。
【００５７】
図２１、図２３、図２４のいずれかの方法により、図２５に示すように、Ｙ軸コイルセット（Ｘ軸コイルセット）の４つの主コイルは８つのコイルセグメント５１−１３１、５２−１３１、５３−１３１、５４−１３１、５１−１３２、５２−１３２、５３−１３２、５４−１３２に分離され、また４つのシールドコイルは、８つのコイルセグメント５５−１３１、５６−１３１、５７−１３１、５８−１３１、５５−１３２、５６−１３２、５７−１３２、５８−１３２に分離される。合計１６のコイルセグメントに分離されたＹ軸コイルセットは、主コイルのコイルセグメントと、それからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルのコイルセグメントとを１つのペアとして１つのグループを構成し、全部で８つのグループに分割される。８つのグループを個別に駆動するように８つのアンプ１４１〜１４８が設けられ、８つのアンプ１４１〜１４８に対応して８つの遅延回路１５１〜１５８が設けられる。
【００５８】
Ｚ軸コイルセットのコイル各々も、同様にコイルセグメントに分離されるろとが可能である。図２６に示すように、１つのソレノイドコイルが略中央で２つのコイルセグメント１６１，１６２に分離される。または、２つのコイルセグメント１６１，１６２を２重螺旋に形成して、１つのコイルを構成するようにしてよい。
【００５９】
図２７に示すように、Ｚ軸コイルセットの２つの主コイルは４つのコイルセグメント６１−１６１，６２−１６１，６１−１６２，６２−１６２に分離され、また２つのシールドコイルは、４つのコイルセグメント６３−１６１，６４−１６１，６３−１６２，６４−１６２に分離される。合計８つのコイルセグメントに分離されたＺ軸コイルセットは、主コイルのコイルセグメントと、それからの磁場を外界に対して主に遮蔽するシールドコイルのコイルセグメントとを１つのペアとして１つのグループを構成し、全部で４つのグループに分割される。４つのグループを個別に駆動するように４つのアンプ１７１〜１７４が設けられ、４つのアンプ１７１〜１７４に対応して４つの遅延回路１８１〜１８４が設けられる。
【００６０】
Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸のコイルセットを分割するグループ数やその割振りは、上述に限定されず、任意に変更することができる。
また、図２８に示すように、例えば４つのシールドコイル５５〜５８の電流を、４つの補助アンプ１０１〜１０４により補正して、所望の遮蔽効果を得るようにしてもよい。勿論、主コイル５１〜５４に補助アンプを設け、所望の遮蔽効果を得るようにしてもよい。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、複数の主コイルと複数のシールドコイルとは複数のグループに分割され、複数のグループを個別に駆動するようにしたので、１個のアンプから見た負荷インピーダンスは数分の一に低減する。従って、比較的低出力でコストの安価なアンプでも、エコープレナー法に適用できるような例えば３０ｍＴ／ｍという高い強度の傾斜磁場を０． １ｍｓｅｃという非常に短い時間で立ち上げることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場に置かれた被検体に、傾斜磁場と高周波磁場とを印加することにより、原子核を励起し、磁気共鳴信号を発生させる。磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像が再構成される。傾斜磁場は傾斜磁場コイルにより形成される。高速な交番磁場を必要とするエコープレナー法等の高速イメージング法では、能動的遮蔽型傾斜磁場コイル（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｃｏｉｌ） 、つまり主コイルから発生した磁場をシールドコイルにより外界に対して磁気的に遮蔽する傾斜磁場コイルを使用するのが好ましい。主コイルとシールドコイルとを１つのアンプで駆動して、比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることは、非常に困難である。主コイルとシールドコイルとを複数のグループに分け、グループ各々に対して個別に電流を供給することにより、比較的高い強度の傾斜磁場を短時間で立ち上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による磁気共鳴イメージング装置の構成図。
【図２】図１のＧｙ コイルセットの構造図。
【図３】図１のＧｙ コイルセットの他の構造図。
【図４】図２、図３の１つのコイルのコイルパターンの一例を示す図。
【図５】図１のＧｙ コイルセットの２グループへの割当てと、シーケンサから波形整形器及び遅延回路を経てアンプまでの信号変化を示す図。
【図６】図１のＧｙ コイルセットの他のグループ割りを示す図。
【図７】図１のＧｙ コイルセットのさらに他のグループ割りを示す図。
【図８】図１のＧｚ コイルセットの主コイルの構造図。
【図９】図１のＧｚ コイルセットのシールドコイルの構造図。
【図１０】図１のＧｚ コイルセットの他の構造図。
【図１１】図１のＧｚ コイルセットのグループ割りと、シーケンサから波形整形器及び遅延回路を経てアンプまでの信号変化を示す図。
【図１２】図１のＧｚ コイルセットに対応する２つの遅延回路各々の遅延時間を調整するためのユニットの構成図。
【図１３】図１２のＡ１（ｔ）を示す図。
【図１４】図１２のＡ２（ｔ）を示す図。
【図１５】図１２のＳ（ｔ） を示す図。
【図１６】遅延時間調整後の理想的なＳ（ｔ） を示す図。
【図１７】図１のＧｙ コイルセットに対応する波形整形器及び遅延回路の他の構成例を示す図。
【図１８】図１のＧｙ コイルセットに対応する波形整形器及び遅延回路のさらに他の構成例を示す図。
【図１９】図１のＧｙ コイルセットを３グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２０】図１のＧｙ コイルセットを４グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２１】図１のＧｙ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離したコイルパターンを示す図。
【図２２】図２１の実装された２つのコイルセグメントの側面図。
【図２３】１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離した他のコイルパターンを示す図。
【図２４】１つのコイルを２つのコイルセグメントに分離した他のコイルパターンを示す図。
【図２５】図１のＧｙ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離して８グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２６】図１のＧｚ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離したコイルパターンを示す図。
【図２７】図１のＧｚ コイルセットのコイル各々を２つのコイルセグメントに分離して４グループに分割するグループ割りを示す図。
【図２８】図２０の４グループの補助アンプを示す図。
【図２９】図１は、従来の傾斜磁場コイルユニットの回路図。
【符号の説明】
１１…磁石架台、
１２…静磁場コイル、
１３…高周波コイル、
１４…傾斜磁場コイルユニット、
１５…寝台、
１６…Ｘ軸コイルセット、
１７…Ｙ軸コイルセット、
１８…Ｚ軸コイルセット、
１９…シーケンサ、
２０…静磁場アンプ、
２１…送信器、
２２…受信器、
２３…プロセッサ、
２４…ディスプレイ、
２５…傾斜磁場電源、
２６…アンプ、
２７…アンプ、
２８…アンプ、
２９…アンプ、
３０…アンプ、
３１…アンプ、
３２…遅延回路群、
３３…遅延回路、
３４…遅延回路、
３５…遅延回路、
３６…遅延回路、
３７…遅延回路、
３８…遅延回路、
３９…波形整形器群、
４０…波形整形器、
４１…波形整形器、
４２…波形整形器、
４３…コンソール、
４４…システムコントローラ。
Claims (18)
- 撮影領域内に静磁場を形成する手段と、
前記撮影領域内に第１軸に関する傾斜磁場を形成する第１の傾斜磁場発生手段と、
前記撮影領域内に第２軸に関する傾斜磁場を形成する第２の傾斜磁場発生手段と、
前記撮影領域内に第３軸に関する傾斜磁場を形成する第３の傾斜磁場発生手段と、
前記撮影領域内に置かれた被検体の原子核を励起するために、高周波磁場を発生する手段と、
前記励起された原子核からの磁気共鳴信号を検出する手段と、
前記検出された磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を再構成する手段とを備え、
前記第１、第２及び第３の傾斜磁場発生手段の少なくとも１つは、前記傾斜磁場を形成するための少なくとも１つの主コイルと、前記主コイルから発生された磁場を外界に対して磁気的に遮蔽するための少なくとも１つのシールドコイルとが直列接続された複数のグループと、前記グループ各々に対して個別に電流を供給する駆動手段とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記グループの数は偶数であることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記主コイルと前記シールドコイルとは前記グループに等分に分割されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記グループの数は２であることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第２の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは前記第２のグループに対してＸ−Ｙ面を挟んで分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第３の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは前記第２のグループに対してＸ−Ｙ面を挟んで分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第１の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは前記第２のグループに対してＸ−Ｙ面を挟んで分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第２の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは前記第２のグループに対してＹ−Ｚ面を挟んで分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第３の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割される、前記第１のグループは前記第２のグループに対してＸ−Ｚ面を挟んで分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第２の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは (+X,+Z) の領域と (-X,-Z) の領域とに設けられ、前記第２のグループは (-X,+Z) の領域と (+X,-Z) の領域とに設けられることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記第１軸は前記静磁場の向きと平行なＺ軸であり、前記第２軸は前記Ｚ軸に直交するＸ軸であり、前記第３軸は前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸であり、前記第３の傾斜磁場発生手段の前記主コイルと前記シールドコイルとは第１のグループと第２のグループとに分割され、前記第１のグループは (+Y,+Z) の領域と (-Y,-Z) の領域とに設けられ、前記第２のグループは (-Y,+Z) の領域と (+Y,-Z) の領域とに設けられることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記駆動手段は、前記複数のグループから磁場を同時に発生させるための手段を有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記駆動手段は、前記複数のグループから磁場を同時に発生させるために、前記複数のグループ各々を駆動するための電流の発生タイミングをグループ間でずらすための手段を有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記駆動手段は、前記複数のグループそれぞれに設けられる複数のアンプと、前記複数のアンプに個別にトリガ信号を発生するトリガ手段と、前記複数のグループから磁場を同時に発生させるために、前記トリガ手段と前記複数のアンプの少なくとも１つとの間に設けられた少なくとも１つの遅延回路とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記主コイルと前記シールドコイルとの少なくとも１つのコイルは、第１のコイルセグメントと第２のコイルセグメントとに分離され、前記第１のコイルセグメントの一部は折り返され、前記第２のコイルセグメントの一部は前記第１のコイルセグメントの折り返された部分に重ねられることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記主コイルと前記シールドコイルとの少なくとも１つのコイルは、第１のコイルセグメントと、前記第１のコイルセグメントの周囲に設けられる第２のコイルセグメントとに分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記主コイルと前記シールドコイルとの少なくとも１つのコイルは、第１のコイルセグメントと、前記第１のコイルセグメントと共に２重スパイラルコイルを形成する第２のコイルセグメントとに分離されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記駆動手段は、遮蔽精度を向上させるために、前記シールドコイル各々に流れる電流を補正する補助アンプを有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
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