JP4204470B2 - 勾配磁場を発生させるためのコイルシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続された複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるＭＲ装置のコイルシステムに関する。これらコイルの各々は、互いに絶縁され、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように、回路装置において隣接するコイルのコイル巻形状に接続される並列なコイル巻形状を備える。
【０００２】
【従来の技術】
典型的な磁気共鳴撮像方法の状況において、陽子の磁気モーメントは、約１．５テスラの強く安定した磁場によりある空間方向に配向される。個々の陽子は、短い電磁ＲＦパルスを用いて歳差運動に励起され、その後これら陽子は外部にある強い磁場に従って再び配向される。特に、励起及び緩和の時間並びに歳差運動の周波数は組織の型に依存し、測定の状況において、これらは励起の位置符号(position code)に従い、様々な組織の空間における位置に関する情報を提供する。この位置符号は、歳差の励起の位置依存周波数及び位相を利用し、関連する放射の位置に関する情報が測定されたＭＲ信号のフーリエ変換により得られることを可能にする。
【０００３】
高い画像品質を達成するために、検査される組織の型を識別するように幾つかの特徴を利用することに意味がある。許容可能な検査時間内に高い画像品質を達成する制限因子は、ＭＲ装置内の磁場が変化することができる速度にある。これにより、高い磁場強度の過渡が増幅器及び電源と共に得られることを可能にするコイルシステムを開発しようと絶え間なく試みられている。
【０００４】
位置符号に対し望ましい磁場強度の勾配を生じさせるために、３つの相互に垂直な空間方向に延在する異なるコイルシステムを使用することが一般的な実施である。互いに向かい合った２つのヘルムホルツコイルは通常、身体の長軸、すなわち通常はｚ方向と呼ばれる軸の方向に置かれる。一般的に言うと、患者の身体の長軸に垂直な方向には、検査ボリュームを円筒形方式で囲むように互いに対向して配置されたスパイラル状の平面コイルが設けられる。身体の長軸に沿っては、この身体の長軸に垂直に延在する空間方向に利用できる２つ以上の上記のようなスパイラル状のコイルをしばしば設けられる。身体の長軸に垂直に配向される２つの空間方向は、通常ｘ方向及びｙ方向と呼ばれ、このためには後者の種類の各々分離したコイルシステムが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
英国特許GB2331808から、幾つかの直列接続された同じコイルのスパイラル状のインタリーブされた導電路を備えるコイルシステムを個々のコイルのそれぞれ異なる導電路が隣接するコイルの異なる導電路に接続されるように構成することが既に知られている。個々のコイルの直列接続から生じる導電路は、このやり方でこれらの電気特性に関して等しくされるべきである。
【０００６】
従来のコイルシステムは、巻き数に関する柔軟さを欠くという重要な欠点を持っている。例えばＭＲ装置のコイルシステムの巻き数は、ＭＲ装置の他の構成要素又は目的のアプリケーションに常に適合されなければならない。これは、例えば漏れ磁場(magnetic stray field)のアクティブシールドを行う場合に必要である。遮蔽コイルの設計は、生じている漏れ磁場によって決まるので、遮蔽を行うためのコイルシステムのコイルの巻き数に関して満たされるべき設計規準は慣例的に、勾配磁場用のコイルシステムの巻き数と遮蔽用のコイルシステムの巻き数との比である。この比はめったにしか整数にはならないので、この設計規準は通常、遮蔽コイル及び勾配コイルの多くの巻き数を用いてのみ満たされることができる。インダクタンスへのコイルの巻き数の２次の寄与は、これまでは例えば漏れ磁場に対しアクティブシールドを行うために用いられた設計が高いインダクタンスと関連され、電流強度の過渡中に誘導される電圧が電圧源及び絶縁体に関して厳しい必要条件を課すようにさせてしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
現在ある技術の欠点及び問題を考慮してみると、本発明の目的は、非整数の実効巻き数を持ち、それにもかかわらず磁場の質、特に対称性及び均一性に関して課される必要条件を満たすコイルシステムを提供することである。また、本発明の目的はできる限り低いインダクタンスを持ち、電流の流れを変える段階においてできる限り低い電圧を発生させるような、漏れ磁場のアクティブシールド用のコイルシステムを提供することでもある。
【０００８】
本発明は、本発明に従って、上述された種類のコイルシステムを用いて達成される。このシステムにおいて、個々のコイルは巻き数が互いに異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対し同一となるように、各々の隣接するコイルのコイル巻形状に接続されるコイル巻形状の少なくとも２つのグループを有する。
【０００９】
本発明によるコイルシステムの特別な利点は、コイル巻形状の巻き数の選択に関する高い程度の自由度にある。並列なコイル巻形状は、コイルシステムにわたり略同じである電気特性と動作電圧を並列に印加することとによって同じ電流を通す。勾配磁場を発生させるためのコイルシステムの設計は、インダクタンスに関し有利に最適化されることができる一方、非整数の実効巻き数を使用する。
【００１０】
漏れ磁場のアクティブシールドに関する説明された問題を解決するために、本発明は、勾配磁場を発生させる第１のコイル装置と、この第１のコイル装置の周りに生じた漏れ磁場をアクティブシールドする第２のコイル装置とを含む上述した種類のコイルシステムを述べていて、このコイルシステムにおいて、少なくとも第１又は第２のコイル装置の個々のコイルは、巻き数が互いに異なり、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対し同一となるように、各々の隣接するコイルのコイル巻形状に接続されるコイル巻形状の少なくとも２つのグループを有する。
【００１１】
勾配磁場コイルにより生じる漏れ磁場のアクティブシールドに関し、十分な利益は本発明によるコイルシステムで述べられる利点から得られる。勾配磁場コイルとＭＲ装置の形状により規定されるような漏れ磁場アクティブシールドコイルとの巻形状の数の比は通常、任意の小数である。これまで課されていたコイル巻形状の整数は、適切な遮蔽のために正確な近似を達成するように一方又は両方のコイルシステムにおいて多くの巻き数を選択する必要がある。本発明によりコイルシステムの巻形状の実効数は必ずしも整数である必要はないので、個々のコイルの巻き数を僅かに減少することが可能である一方、それでもなお同じ遮蔽の質を達成する。例えば勾配コイルシステムの１２．５巻形状とこれまで使用していたアクティブシールドの７コイル巻形状との比は、勾配磁場コイルにおいては２５巻き及び遮蔽コイルシステムにおいては１４巻きの最小数を必要とする。コイルシステムの個々のコイルの巻き数を２倍にすることは、これにより既にインダクタンスを４倍、故に関連する電流強度の過渡の場合に予測されるべき電圧応答のレベルも４倍する。本発明によれば、コイル巻形状は、２つの並列する相互に絶縁された導電路又はコイル巻形状に分割され、これにより修正されたコイルの巻き数が０．５の望ましい小数を持つように、２つのコイル巻形状の一方の巻き数を１ずつ減少する。電流の流れの変化に対するこのコイルシステムの電圧応答は、平行に延在するコイル巻形状の数を越えて数学的に決められる実効巻き数からおおよそ生じる。
【００１２】
検査すべき人間の身体の長軸に垂直に配向される勾配磁場を発生及び遮蔽するために、コイルシステムの個々のコイルが平行に延在し、インタリーブされる多重巻スパイラルとして常に形成されるコイル巻形状を持つときに有利となる。例えば、このようなスパイラルが検査すべきボリュームの周りに円筒形状で置かれる、いわゆるｘ方向及びｙ方向に対するコイルシステムの磁場が互いに垂直に配向される。
【００１３】
通常はｚ方向と呼ばれる、検査すべき患者の身体の長軸の方向に対し、本発明は、ヘルムホルツコイルとして構成され、コイル巻形状が互いに平行に延在し、互いに放射状又は軸状に隣接するように各々形成されるコイルを用いて実行されることができる。ヘルムホルツコイルの軸方向におけるコイル巻形状のヘリカル配列のために、本実施例はｘ方向及びｙ方向におけるスパイラル状の勾配磁場コイルのほぼ平面な構造よりも更に大きな程度の設計に対する自由度を提供する。
【００１４】
不利益な交差及び個々のコイルの様々なコイル巻形状の接続のより複雑な形状を避けるために、コイル巻形状のグループの巻き数の間の差が１に等しく、１巻きが３６０°の回転に相当するときに有利である。実際には、実効巻き数のどんな小数も異なる巻き数を持つ個々のグループのメンバーの数の変化によって十分な歳差運動と共に実現されることができる。
【００１５】
同じ電気特性を保証するために、直列接続されるコイルの数が異なる巻き数を持つグループの数の整数倍でるときに利用できる。一方では製造の観点から、同じになるように直列接続されたコイルを製造することが有利であるが、他方ではコイルの同じ構成は、コイル巻形状がこれに従って接続されるとき、同じ電気特性がコイルシステムにわたり個々のコイル巻形状又は導電路に対し得られることを保証する。異なる巻き数を持つグループの数の整数倍として直列接続されるコイルの数を選択することは、全体のコイルシステムを横切って延在する個々のコイル巻形状に、個々のコイルにおけるコイル巻形状の全ての異なる形式がコイルシステムにわたり延在する各導電路において少なくとも１度示されるように設計されることが可能である。
【００１６】
他の利点は、対称性の特性から、すなわち、異なる巻き数を持つグループのコイル巻形状の数が公分母を持ち、この公分母と異なる巻き数を持つグループの数との積がコイルの数に等しいとき、コイルシステムにわたり延在するコイル巻形状の同じ電気特性を保証するように得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の２つの特別な実施例は、図を参照して以下に詳細に説明される。
【００１８】
図１は２つの直列接続されたコイル１、２の概略的表示である。コイル１、２は共に平坦となるように構成され、身体の長手方向に垂直となる方向、故にｘ方向又はｙ方向にＭＲ装置の勾配磁場を発生するのに主に適している。これら２つのコイル１、２は勾配磁場を発生させるために、検査ボリュームを円筒形状に囲んでいる。第２のコイルは軸５とその軸に垂直に延在する軸とに対しミラーリングを行うことにより形成される。図１は個々のコイル巻形状を展開図により概略表示している。これらコイル巻形状１０、１１は識別を目的とするために異なる型式の線によって示されている。
【００１９】
入力側にある２つの接続部７ａ、７ｂと出力側にある２つの接続部８ａ、８ｂとは（示されない方法で）並列に接続され、動作電圧を入力する。これら２つのコイル１、２は接続導体９ａ、９ｂを介して互いに接続されている。
【００２０】
前記コイル巻形状１０、１１は、インタリーブされたスパイラル形態で互いに平行に延在する。コイル２は軸５とこの軸５に垂直な軸とに対しコイル１をミラーリングすることにより形成される。
【００２１】
起こる電位差がほんの少しのため、個々のコイル巻形状１０、１１の間に適度な比である絶縁（図示せず）を供給する。図１の実施例において、異なる巻き数を持つ２つだけのグループがあり、各グループにおいて、ただ一つのコイル巻形状１０、１１が示されている。
【００２２】
図２は４つのコイル１、２、３、４を示し、各コイル１、２、３、４は４つのコイル巻形状１０、１１、１２、１３を持つ。
【００２３】
コイル３、４は、コイル１、２を対称軸６に対しミラーリングを行うことにより形成される。ＭＲ装置においてコイル１、２、３、４を円筒形状に配置する場合、対称軸６は身体の長軸と平行に延在する。円筒形配置において互いに対向して配置されるコイル１、２及び３、４は、電流の流れる方向が反対であるために検査ボリュームにおいて反対の磁場を発生させ、円筒形配置の中心の所与のエリアを横断する磁場の略線形な勾配となる。
【００２４】
個々のコイル１、２、３、４の平行なコイル巻形状１０、１１、１２、１３は、全コイルシステムにわたり同じ電圧を入力する。実際には、個々のコイル１、２、３、４の個々のコイル巻形状１０、１１、１２、１３が互いに接続しているために、各導電路１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａの電気特性は前記コイルシステムにわたり十分に等しくなるので、個々のコイル巻形状１０、１１、１２、１３の各々を通って同じ電流が流れる。
【００２５】
異なる巻き数のコイル巻形状１０、１１、１２、１３を持つ２つのグループの数は、この場合コイル１、２、３、４の数の半分に一致する。２つになる巻き数を持つグループはこのとき各コイル１、２、３、４における１つのコイル巻形状１０、１１、１２、１３により示され、３に等しい巻き数を持つ第２のグループは、各コイル１、２、３、４における３つのコイル巻形状１０、１１、１２、１３により示される。前記コイルシステムにおいて考慮される各導電路１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａは、２巻きしか持たないコイル１、２、３、４の１つのコイル巻形状１０、１１、１２、１３を各々含んでいる。
【００２６】
各コイルにおける個々のコイル巻形状１０、１１、１２、１３は、７２０°又は１０８０°の全被覆角(total covered angle)を持つので、３９６０°の角度は、全体のコイルシステムを通る導電路１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａに対する全被覆角として得られる。このコイル装置の実効巻き数はこれにより１コイル当たり２．７５巻きとなる。
【００２７】
図３に示される等価図は、全体のコイルシステムを通り延在する導電路１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａを形成するように、個々のコイル１、２、３、４の個々のコイル巻形状１０、１１、１２、１３の巻き数及びそれらの直列接続の考えを与える。平行な導電路１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａは全て同じ電圧を入力する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの直列接続されるコイルを備えるコイルシステムのコイル巻形状の概略表示。
【図２】 勾配磁場を発生するための４つの直列接続されたコイルのコイル巻形状の概略表示。
【図３】 図２に示される本発明によるコイルシステムの等価図。

Claims (7)

1. 直列に接続される複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるＭＲ装置のコイルシステムであり、前記コイルの各々が、並列なコイル巻形状を具備し、前記並列なコイル巻形状は、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように回路配置において隣接する前記コイルの前記コイル巻形状に接続され、かつ互いに絶縁されており、個々の前記コイルが、互いに異なる巻き数である前記コイル巻形状の少なくとも２つのグループを持ち、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対して同一となるように、前記少なくとも２つのグループのコイル巻形状が、前記各々の隣接コイルの前記コイル巻形状に接続されることを特徴とするコイルシステム。
2. 直列に接続される複数のコイルを用いて勾配磁場を発生させるＭＲ装置のコイルシステムであり、前記コイルの各々が、並列なコイル巻形状を具備し、前記並列なコイル巻形状は、複数のコイルを跨ぐ導電路を形成するように回路配置において隣接する前記コイルの前記コイル巻形状に接続され、かつ互いに絶縁されており、前記コイルシステムにおいて、第１のコイル装置が前記勾配磁場を発生させ、第２のコイル装置は前記第１のコイル装置の周りに生じた漏れ磁場をアクティブシールドするコイルシステムにおいて、少なくとも前記第１又は第２のコイル装置の前記個々のコイルは、互いに異なる巻き数である前記コイル巻形状の少なくとも２つのグループを持ち、全てのコイルにわたり合計された巻き数が各導電路に対して同一となるように、前記少なくとも２つのグループのコイル巻形状が、前記各々の隣接コイルの前記コイル巻形状に接続されることを特徴とするコイルシステム。
3. 請求項１に記載のコイルシステムにおいて、前記個々のコイルの前記コイル巻形状は、平行に延在し、インタリーブされた多重巻スパイラルとして各々形成されることを特徴とするコイルシステム。
4. 請求項１に記載のコイルシステムにおいて、前記個々のコイルは、ヘルムホルツコイルとして構成され、前記個々のコイルのコイル巻形状は、互いに平行に延在するように各々構成されることを特徴とするコイルシステム。
5. 請求項１に記載のコイルシステムにおいて、前記コイル巻形状の前記グループの巻き数の間の差が１に等しく、１巻きが３６０°の回転に相当することを特徴とするコイルシステム。
6. 請求項１に記載のコイルシステムにおいて、前記直列に接続されたコイルの数は、異なる巻き数を持つ前記グループの数の整数倍であることを特徴とするコイルシステム。
7. 請求項１に記載のコイルシステムにおいて、異なる巻き数を持つ前記グループの前記コイル巻形状の数が公分母を持ち、この公分母と異なる数を持つ前記グループの数との積は、前記コイルの数に等しいことを特徴とするコイルシステム。

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