JP4461032B2 - 磁場発生用コイルユニット及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、所望の空間分布を有する磁場を発生させるためのコイルユニットおよび磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関する。とくに、被検体の原子核スピンの共鳴現象を利用した磁気共鳴イメージング装置や磁気共鳴（ＭＲ）装置に好適な磁場発生用コイルユニットにおけるコイルの巻き方の画期的な改善に関する。

通電により磁場を発生するコイルは電気回路や電気機器にとって無くてはならないエレメントである。医用の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置のガントリとて例外ではなく、静磁場を発生する静磁場コイル、静磁場の均一度を補正するシムコイル、静磁場に重畳する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、高周波信号の送受用のＲＦコイルなどが磁場発生用コイルとして使用されている。

ＭＲＩ装置に用いられるこれらのコイルには、通常の電気回路におけるインダクタンス素子の場合とは異なり、空間的に所望の磁場分布（所望の磁場強度も含めて）を持った磁場を発生しなければならないという別の要件も課されている。特に、パルス状の電流が供給される傾斜磁場コイルには、最大傾斜磁場強度までの立ち上がり時間など、スイッチング特性への要件も加わる。

ＭＲＩ装置のガントリの内部には被検体やＲＦコイルを挿入するスペースが必要で、そのスペースの周囲に各種のコイル類が配置される。このため、ガントリ全体としては大形化し易い構造にあるが、現在、これを回避しつつ磁場発生能力を上げることが求められている。このためには、静磁場コイル、シムコイル、傾斜磁場コイルなどのコイル層は極力薄く巻装しなければならない。特に、傾斜磁場コイルのように、既に決まっている大きさの静磁場コイル（例えば超伝導磁石）のボア内に収めるコイルの場合、コイル層を一層巻きにすることが求められている。

傾斜磁場コイルについては、近年、その洩れ磁場を防止するシールド型のものが多用されている。このシールド型の傾斜磁場コイルの１つに、能動（自己）遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ）がある。このコイルアセンブリは、メインコイルの周りをシールドコイルが囲む２重コイル構造になっているため、メインコイルおよびシールドコイルの各々を一層巻きにして薄く形成することは必須の要件となっている。

ＭＲＩ装置に用いられるコイルアセンブリにあっては、空間的に所望の磁場分布を成すようにコイルの巻線位置を決めなければならない。このコイル設計の従来法として、特開昭６０−１３２３０３号（特許文献１）や特開昭６２−１４３０１２号（特許文献２）に提案されている如く、連続分布関数を用いて所望の磁場分布を有するコイルを設計する手法が知られている。また、“R.Turner, Gradient Coil Design: A Reviewof Methods. Magn. Reson. Imaging. Vol.11, pp.903-920, 1993”（非特許文献１）記載の手法も知られている。このTurner提案には、電流密度分布を積分した“Integrated current(amp-turns)”を求め（同論文９１１頁のFig.7(A)参照）、積分された電流密度の値が同量ずつ増加する曲線上の位置に対応する空間位置をコイル位置として定める、“target field approach"が示されている。

さらに、ＡＳＧＣ向けに提案されたコイル配置設計法として、“依田 潔，「ＮＭＲ用自己シールド形傾斜磁場コイルの設計」，T. IEE Japan, Vol.110-A,No.4, p275-281, 1990” （非特許文献２）に記載されている、電流密度分布を巻線位置決定に用いる手法が知られている。この手法は、例えばＺチャンネルのコイルの円筒状ボビン上の軸方向距離について所望の電流密度分布を計算し、この電流密度分布をボビンの軸方向中心部からそれぞれの端部に向けて積分し、この積分値がＩ／２，Ｉ，…，Ｉ，Ｉ／２（Ｉ：コイル電流値＝駆動電流値）をとる位置を巻線位置（ターン位置）として、ボビンの軸方向中心部からそれぞれの端部に向けて決めるものである。

この「ＮＭＲ用自己シールド形傾斜磁場コイルの設計」による方法（以下、国内文献記載のコイル設計法と呼ぶ）は、このように解析的に求められた理想的な連続電流分布を、巻き線という不連続な電流分布に置き換え（離散化）、一層巻きのコイルアセンブリを形成するというプロセスを採っている。
特開昭６０−１３２３０３号公報 特開昭６２−１４３０１２号公報 "R.Turner, Gradient Coil Design: A Reviewof Methods. Magn. Reson. Imaging. Vol.11, pp.903-920, 1993" "依田 潔，「ＮＭＲ用自己シールド形傾斜磁場コイルの設計」，T. IEE Japan, Vol.110-A,No.4, p275-281, 1990"

しかしながら、上述のコイル設計法は、解析的に求めた理想的な連続分布を不連続なコイル位置に置き換えるので、実際の電流分布に発生する誤差は基本的に不可避である。このため、所望していた理想的な磁場分布は得られないとことが多かった。例えば、傾斜磁場コイルの場合、連続分布で実現していた傾斜磁場の線形性が劣化することなどである。静磁場コイルやシムコイルの場合も上述の手法で設計されるが、やはり同様の理由に因って、磁場分布が所望の理想状態からずれてしまい、静磁場の均一性が期待していたようには確保できないという問題が指摘されていた。実際に得られる磁場分布が理想状態から逸脱すると、ＭＲ画像の画質に与える悪影響も大きくなり、また画像の信頼性が損われてしまうので、極力、所望の理想磁場分布を確保したいというニーズがある。

この連続から不連続への離散化自体に係わる基本的な問題に加えて、前述した国内文献記載のコイル設計法には以下のような問題があった。

この国内文献記載のコイル設計法は、Ｚチャンネルのシールドコイルに流す電流の電流密度関数から演算される流線関数曲線のピーク値がコイル電流Ｉの整数倍になる等の厳しい制約の元で使用することが前提となっている。実際の設計では、流線関数曲線のピーク値がコイル電流Ｉの整数倍となる解が見つかるということは殆どなく、大抵、余り電流が生じる状況にある。巻線位置はボビン軸方向中心部から端部に向けて決めていくため、その余り電流の影響はコイル軸方向の端部に表れる。つまり、シールドコイルのボビン軸方向端部にターンが存在しない比較的大きな隙間ができ、この隙間に起因して磁束が漏れ、周囲の金属筐体に渦電流が発生する。軸方向端部で発生するこのような渦電流はＭＲ画像の画質に大きく影響し、画質を劣化させる。また、このように解析的にコイル位置を設計しようとすると、性能面（例えば直線性）を犠牲にしなければならない。また、コイルのインダクタンスや抵抗値が大きくなるので、傾斜磁場電源を大形化（大出力化）させなければならない。このように、国内文献記載のコイル設計法は実用化する上で種々の困難を抱えていた。

また、上述した国内文献記載のコイル設計法を含む従来法には、前述した巻線配置の離散化に伴う基本的な問題に加え、以下のような問題があった。

まず、コイル配置の物理的な制約に係わる問題がある。一定幅の線材を円筒ボビンの周囲に巻装してコイルを形成しようとすると、コイルの実際の幅は巻線（ターン）が最も混んでいる（密になっている）箇所の巻線間の幅により決定されてしまう。つまり、巻線が一番混んでいる部分の巻線間幅よりも幅広の線材を用いることはできないという制約がある。この制約により、理想的な連続電流分布が不連続な電流分布に置き換えられるとき、コイルの巻線の一部に線材が広く存在しない隙間が空いてしまう。

この巻線間の隙間は、特に、能動遮蔽型傾斜磁場コイルにとっては重大な問題となる。この隙間の大きさは傾斜磁場コイルがサドル型であってもソレノイド型であっても、コイルユニットの位置により異なる部分ができるから、隙間の大きい部分があると、磁束が外部に洩れてしまい、外部の導体部分に渦電流を発生する。この渦電流に因る磁場の影響で、能動遮蔽型であるにも拘らず、ＭＲ画像の劣化を招くという問題が近年特に深刻化してきている。

この状況をさらに説明すると、近年、様々な電子技術や超伝導技術の発展に伴って、従来のスピンエコー法（ＳＥ）や高速スピンエコー法（ＦＡＳＴ ＳＥ）よりもさらに高速な撮像法の１つであるエコープレナー法（ＥＰＩ）が主流を占めつつある。スピンエコー法では、例えば、最大傾斜磁場強度１０ｍＴ／ｍ、最大傾斜磁場強度までの立ち上がり時間１ｍｓの傾斜磁場性能が要求されている。これに対し、エコープレナー法では、例えば、最大傾斜磁場強度３０ｍＴ／ｍ、最大傾斜磁場強度までの立ち上がり時間０．１ｍｓの傾斜磁場性能が要求される。

このような、最大傾斜磁場強度の増大や立ち上がり時間の短縮に伴って、洩れ磁場も増大し、渦電流の増加に伴う様々な画質劣化の問題がとくに近年顕著になってきている。

ＡＳＧＣの構造を採用した場合でも渦電流が発生するという問題は“J.W.Carlson et al. Design and Evaluation of Shielded Gradient Coils. Magn.Reson. Imaging, Vol.26 pp.191-206, 1992”でも指摘されているところである。この渦電流の問題に対しては、ＭＲ信号収集用のパルスシーケンスの改善で対処する、印加するＲＦパルスの位相を工夫することで対処するなど、幾つかの提案もなされている。

しかしながら、かかる提案による手法を採用したところで、シーケンス制御が複雑化することに加え、その実効性は非常に低い。その理由は次のようである。渦電流に拠る磁場が傾斜磁場と同じ空間分布（成分）であればパルスシーケンス制御などによる補正は可能である。しかし実際には、渦電流磁場には傾斜磁場とは異なる磁場成分を含んでいるケースが殆どであるから、そのような渦電流磁場を傾斜磁場、ＲＦパルス，パルスシーケンスの制御などに拠り後追い的に補正することは本質的に不可能である。即ち、渦電流の発生自体を抑制するしか手立てはないのである。現状では、自己遮蔽型傾斜磁場コイルを形成するときにシールド用巻線間の隙間に起因する渦電流は不可避であるとして、この問題は放置されてきた。

実際に発生させる磁場分布を滑らかにして極力、所望の磁場分布に近づけるには、線材の幅を著しく細く形成して巻装するターンを増加させることも想定される。しかし、そのようなコイルは抵抗やインダクタンスが著しく増加するので、電源の出力を途方も無く上げなければコイルに電流を供給することはできない。そのような大出力の電源の製造は実際には困難で、現状では実現の可能性に乏しい。

本発明は上述した従来技術に伴う様々な困難を打破すべくなされたものである。

本発明の目的は、上述した様々の状況の中、とくに、実際に発生させる磁場分布を、解析的に得られる所望の連続分布に極力近づけることができるともに、遮蔽機能を持たせた場合に、磁場の漏れや歪みを抑制して遮蔽機能を充実させ、周囲の金属に発生する不要な渦電流を抑制することができる磁場発生用コイルユニット、及び、当該コイルユニットを用いた磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

本発明は、現状で使用可能な容量や規模の電源設備、製造設備の中で、磁場発生用コイルユニットをどのように構成すれば所望の磁場分布（すなわち所望のコイル性能）が得られるか、の動機付けの下でなされた。

ここで、本発明者が本願発明をするに際して考慮した着眼点を説明する。

まず、コイルの巻装方法に関する第１の着眼点を、従来技術としての前述した国内文献記載のコイル設計法と対比させながら説明する。

ＡＳＧＣにおいて、傾斜磁場を発生するメインコイルの総電流を、このメインコイルに流す電流Ｉｃとメインコイルの総巻数Ｎｃとで表すと、
［数１］
Ｉｃ×Ｎｃ
となる。メインコイルの外周側に配置され、かつメインコイルで発生した傾斜磁場をシールドする遮蔽磁場を発生するシールドコイルの巻数は、メインコイルと同様に整数値をとる必要がある。シールドコイルの電流値は、解析的に要求されたシールドコイルの総電流を適当な総巻数で除して求められる。この割算によって求めた電流値がシールドコイルの巻線位置（ターン位置）を決定するための電流ステップ値となる。これが前述した国内文献記載のコイル設計法を含む従来法による巻線位置決定法の基本的考えであった。

ここで、メインコイルと同様に、シールドコイルの総電流をシールドコイルの電流Ｉｓとその総巻数Ｎｓとで表すと、
［数２］
Ｉｓ×Ｎｓ
となる。

メインコイルとシールドコイルとを直列に接続して同一電源で駆動するには、電流ＩｃとＩｓが互いに等しくなることが望ましい。そこで、Ｉｃ＝Ｉｓで、かつ、ターンによる余り電流がでない、という特定の条件下でコイル設計を行うのが前述した国内文献記載のコイル設計法に相当する。この条件はコイル設計者にとって、非常に厳しい制約であり、このような特定条件を外した条件でも一般的に通用するコイル設計法が望まれていた。

そこで、本発明者は例えばＺチャンネルの場合、ボビン軸方向中央部での磁束漏れに渦電流の画質への影響はその両端部のそれよりも小さいという事実に着目し、コイルの巻線位置を決める方向性に着目した。そこで、ボビン軸方向端部を優先し、この端部からその中央部に向けて、メインコイルの電流ステップ値（または、シールドコイルの巻数決定に応じて決まるシールドコイルの電流ステップ値）を用いて巻線位置を順次決定していく手法を採用するとよい。

解析的に要求されたシールドコイルの総電流を、前述した従来法に拠って決定された電流Ｉｓおよび総巻数Ｎｓで表し、また本発明の提案法に拠って決定されたシールドコイルの総巻数をＮｓ′で表し、さらに、余った電流値をｄＮＩで表すと、
［数３］
Ｉｓ×Ｎｓ＝Ｉｃ×Ｎｓ′＋ｄＮＩ
となる。

このように両端部それぞれから中心部に向けて巻線位置を決めると、余り電流ｄＮＩはボビン中心部に集まってくる。この余り電流は、Ｚチャンネルの場合、ボビンの軸方向中心部で互いに逆方向に流れる。このため、余り電流が担っている磁場成分を極力少ないものにできる。

余り電流ｄＮＩ＝０［Ａ］にできる条件が成立する特定の場合、前述した国内文献記載のコイル設計法と本発明とは最終的に決まる巻線位置の点で同じになる。しかし、前述したように一般的には、余り電流ｄＮＩは零にならないから、本発明の巻線方法を使用すれば、余り電流ｄＮＩが零になるか、又は零にならないかの条件に無関係に、メインコイルとシールドコイルとを直列接続するときの巻線位置を決めることができる。つまり、コイル設計者にとって、設計上の条件を１つ減らすことができ、設計の自由度を上げることができる。

コイル巻装に関して、上記第１の着眼点を補完する第２の着眼点をさらに説明する。

実際のコイルユニットを設計、製造する場合、限られたスペースに入るサイズにする必要があり、また製造上の制約もあることから、コイルユニットのコイルチャンネルは、必須事項ではないが、それぞれ一層巻きで形成することが望ましい。（各チャンネルの帰り線などは、チャンネル間の隙間を通すようにして、一つのチャンネル全体でも一層巻きの状態が保持される。）磁場発生用コイルにおいて、連続的な所望の電流密度関数を不連続な巻線位置に離散化する際、コイルエレメントとして一定幅の線材を使うと、前述したように、磁場分布が理想分布からずれるとともに、巻線間隔が広く空いてしまう。その原因は、離散化された巻線位置のターンが所望電流値Ｉの通電を担っていることに因る、ということに本発明者は着目した。

そこで、本発明者が提案する解決手段の特徴は、所望値Ｉの電流を通電させる１本のターン（巻線）を複数ｎ本のターンに分ける、ことである。この「Ｉ／ｎ」に分流させる巻線部分を「分数ターン」を呼ぶこととする。この分数ターンは、とくに、次のような態様で使用される。その一つは、巻線間隔がほかの部分よりも空いてしまう部分（隙間）だけ、所望電流値Ｉを通電させる１本のターン（巻線）をＩ／ｎ（≧２：整数）ずつの電流を担うｎ本に分岐させ、磁場分布を所望分布に近付けるとともに、かかる巻線間の隙間を少なくする場合である。また巻線間隔がほかの部分よりも空いてしまう部分（隙間）に、この分数ターンを付加的に設けることもできる。一方、分数ターンを形成する複数のターンに流す電流値は例えば２Ｉ／３、Ｉ／３の如く、所望の磁場分布に応じて偏らせることもでき、電流値を必ずしも等量ずつ分配させなくてもよい。

上述の第２の着眼点に基づく本発明の具体的な構成は以下のようである。

本発明によれば、その一つの態様として、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアッセンブリを備え、前記コイルアッセンブリのメインコイルおよびシールドコイルに導体を巻き回した複数のコイルセグメントをそれぞれ備え、前記導体に電流を供給することにより傾斜磁場を発生させるようにした傾斜磁場コイルユニットを有し、前記コイルアッセンブリのコイルセグメントは、前記導体が担っている電流を分流させる複数の分流路から成る分流路部を有し、前記複数の分流路の抵抗値を同一に設定するとともに、前記複数の分流路を相互に交差させることによって鎖交磁束による前記複数の分流路のインダクタンスの値が互いに等しくなるように構成したことを特徴とするものである。

更に別の態様によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアッセンブリを備え、前記コイルアッセンブリのメインコイルおよびシールドコイルに導体を巻き回した複数のコイルセグメントをそれぞれ備え、前記導体に電流を供給することにより傾斜磁場を発生させるようにした傾斜磁場コイルユニットを有し、前記コイルアッセンブリのコイルセグメントは、そのＺ軸方向中心部および両端部に前記導体が担っている電流を分流させる複数の分流路から成る分流路部を各々有し、前記複数の分流路の抵抗値を同一に設定するとともに、前記複数の分流路を相互に交差させることによって鎖交磁束による前記複数の分流路のインダクタンスの値が互いに等しくなるように構成したことを特徴とするものである。

更に別の態様によれば、とくに、前記コイルセグメントは、前記複数の流路を同じ長さに形成したことを特徴とする。

また、本発明では、上述した各態様に係る磁場発生用コイルユニットを、傾斜磁場コイルユニットとして搭載した磁気共鳴イメージング装置も提供される。

本発明のそのほかの特徴および利点は、以下の発明の詳細な説明および図面の説明により明らかになる。

以上説明したように、本発明の磁場発生用コイルユニットに拠れば、傾斜磁場コイルユニットに備えられるコイルアッセンブリのコイルセグメントに、この導体が担っている電流を複数の分流路に分流する分流路部を設け、その複数の分流路の抵抗値およびインダクタンス値の同値化、相互交差の構造、抵抗値の同値化、及び長さの同値化の構成を採用するので、各分流路に過渡応答時でも同一の電流が流れ、コイルユニットに遮蔽機能を持たせた場合、磁場の漏れや歪みを抑制して遮蔽機能を充実させ、周囲の金属に発生する不要な渦電流を抑制できる。また、実際に発生させる磁場分布を所望の磁場分布に極力近づけ、周囲の金属における不要な渦電流の発生自体を抑制できる。これにより、かかる渦電流に因る影響を除くための後追い的なデータ補正処理で対応できる程度まで渦電流を抑制できる。

したがって、この磁場発生用コイルユニットを例えば磁気共鳴イメージング装置の例えば、傾斜磁場コイルユニット、静磁場コイルユニット、シムコイルユニット、ＲＦコイルユニットなどにおいて実施することにより、感度むらの改善、直線性の改善、均一性の改善などの直接的効果を介して、高精度かつ高画質なＭＲ（磁気共鳴）像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る磁場発生用コイルを説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態を図１〜図１６に基づき説明する。

第１の実施形態では、磁場発生用コイルユニットとしてＭＲＩ装置の能動（自己）遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ：Actively Shielded Gradient Coil）のユニットのＺチャンネル（Ｚコイル）を例示する。なお、本発明はＡＳＧＣのＸチャンネル（Ｘコイル）、Ｙチャンネル（Ｙコイル）にも同様に実施できるものであり、また静磁場コイルおよび静磁場補正（シム）コイルなどにも好適に実施できる。

また本発明の磁場発生用コイルユニットは円筒型や対向型、またサーフェイス型、オープン型と言ったコイルの形状や磁場発生方式に無関係に実施できる。

図１にＭＲＩ装置のガントリ１の概略断面を示す。このガントリ１はその全体が円筒状に形成されており、中心部のボアが診断用空間として機能し、診断時にはそのボア内に被検体Ｐが挿入可能になっている。

ガントリ１は、略円筒状の静磁場コイルユニット１１、このコイルユニット１１のボア内に配置された略円筒状の傾斜磁場コイルユニット１２、このユニット１２の例えば外周面に取り付けられたシムコイルユニット１３、および傾斜磁場コイルユニット１２のボア内に配置されたＲＦコイル１４を備える。被検体Ｐは図示しない寝台天板に載せられて、ＲＦコイル１４が形成するボア（診断用空間）内に遊挿される。

静磁場コイルユニット１１は超伝導磁石で形成されている。つまり、外側の真空容器の中に、複数個の熱輻射シールド容器および単独の液体ヘリウム容器が収められ、液体ヘリウム容器の内部に超伝導コイルが巻装・設置されている。

傾斜磁場コイルユニット１２は、ここではアクティブシールド（能動遮蔽）型に形成されている。このコイルユニット１２はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向毎にパルス状の傾斜磁場を発生させるため、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアセンブリを有し、しかも、そのコイルアセンブリはチャンネル毎に傾斜磁場を外界に殆ど洩らさないシールド構造になっている。

また、このＭＲＩ装置は図１に示す如く、静磁場コイルユニット１１に電力を供給する静磁場電源５１、傾斜磁場コイルユニット１２に電流を供給する傾斜磁場電源５２、ＲＦコイル１４にＲＦ信号を送信するとともにＲＦコイル１４で検出したＭＲ信号を受ける送受信器５３、ならびに、傾斜磁場電源および送受信器の動作を所望のシーケンスに基づき制御するシーケンサ５４を備える。さらに、システム全体を制御するコントローラ５５、および、ＭＲ信号からＭＲ画像を再構成するユニット５６が備えられるほか、モニタ５７、メモリ５８、および入力器５９が備えられている。

この能動遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ）ユニット１２は図２に示すように、Ｘ，Ｙ，ＺチャンネルのＸコイルアセンブリ１２Ｘ，Ｙコイルアセンブリ１２Ｙ，Ｚコイルアセンブリ１２Ｚがコイル層毎に絶縁されながら積層され、全体として略円筒状を成している。Ｘコイルアセンブリ１２Ｘ，Ｙコイルアセンブリ１２ＹおよびＺコイルアセンブリ１２Ｚの各々は、メインコイルおよびシールドコイルを有する。このメインコイルおよびシールドコイルのそれぞれは、複数のコイルセグメントを備えている。これにより、各コイルアセンブリは、各軸方向の傾斜磁場を発生するとともに、その傾斜磁場を磁気的に外界に殆ど洩らさない構造になっている。

最初に、ＺチャンネルのＺコイルアセンブリ１２Ｚを図３および図４に基づき説明する。このＺコイルアセンブリ１２Ｚは図３および図４に示すように、同心筒状に配置され且つ内径が異なる２つのボビンＢ１，Ｂ２と、このボビンＢ１，Ｂ２夫々に一層巻きで対を成すように巻装された、コイルセグメント１２Ｚ−１，１２Ｚ−２を有するメインコイル１２ＺＭ、および、コイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４を有するシールドコイル１２ＺＳとを備える。シールドコイル１２ＺＳのアセンブリは、メインコイル１２ＺＭのアセンブリよりもボビン径が大きく、シールドコイルがメインコイルの外周側を覆うように設けられている。対を成すメインコイルのコイルセグメント１２Ｚ−１および１２Ｚ−２についてはパルス電流が互いに反対向きに流れるように巻装され、且つ、別の対を成すシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３および１２Ｚ−４についてはパルス電流が互いに反対向きに流れるように巻装される。また、径方向において対向するメインコイル、シールドコイルについては、一方の組を成すコイルセグメント１２Ｚ−１およびコイルセグメント１２Ｚ−３間で電流の向きが互いに反対であり、他方の組を成すコイルセグメント１２Ｚ−２およびコイルセグメント１２Ｚ−４間で電流の向きが互いに反対になっている。

このＺコイルアセンブリ１２Ｚ全体の電気的な等価回路を図５に示す。２つのコイルセグメント１２Ｚ−１，１２Ｚ−２（メインコイル）と、２つのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４（シールドコイル）とが直列に接続される。単一の傾斜磁場電源１７から一括して所望電流値Ｉが供給されるようになっている。電源１７には波形整形器１８が接続されている。波形整形器１８は、図示しないシーケンサから指令される傾斜磁場Ｚチャンネルの波形データを受け、このデータに対応した波形制御信号を電源１７に出力する。これにより電源はシーケンサが意図したＺチャンネルの傾斜磁場を生成するためのパルス電流Ｉを直列接続されたコイルセグメント群に出力する。

メインコイル１２ＺＭは、従来周知の手法（例えば、特開昭６２−１４３０１２号参照）によってボビンＢ１上のＺ軸方向の巻線位置が決められ、その位置を順守してソレノイド状に巻装される。（ただし、このメインコイル１２Ｚ−１および１２Ｚ−２に、後述する本発明の巻線方法を適用することもできる。）これに対してシールドコイル１２ＺＳは本実施形態では以下のように、その巻線位置が決められる。

まず、空間的に線形なＺ軸方向の傾斜磁場特性Ｂｚが例えば図６に示すように解析的に決められる。この特性を満足させるシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４の理想的な電流密度関数［Ａ／ｍ］とＺ軸方向の位置との関係が従来周知の演算により求められる。この理想的な電流密度関数の例を図７に示す。

次いで、この理想電流密度関数をＺ軸方向の位置について積分し、理想的な流線関数を求める。求められた理想流線関数の一例を図８（ａ）に示す。

次いで、求められた理想流線関数を使ってシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４の巻線位置を割り出す。つまり、この段階で、解析的に求められた連続電流分布が巻き線という物理的な不連続な電流分布に置き換えられる（離散化）。

この巻線位置は、以下のようにして決められる。メインコイルのコイルセグメント１２Ｚ−１，１２Ｚ−２に流す電流Ｉｃ、その総巻数をＮｃとし、シールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４に流す電流をＩｓ（＝Ｉｃ），その総巻数をＮｓとすると、電流ステップ値をＩ（＝Ｉｃ＝Ｉｓ）として、ボビンＢ２の軸方向の両端部のそれぞれからその中心部に向かって巻線位置が決められる。

最初に、両端部のそれぞれにおいて、ボビンＢ２上の端部所定位置−Ｚ１，Ｚ１が指定される。この指定位置−Ｚ１，Ｚ１のそれぞれにて図８（ｂ）に示す如く１ターンが巻線されるから、電流ステップ値Ｉの分だけ流線関数が立ち上がる（同図（ａ）参照）。この指定位置−Ｚ１，Ｚ１は例えば、電流Ｉと巻数Ｎの積を表わす縦軸の電流値＝Ｉ／２となる位置が望ましい。以下同様に、縦軸の電流値＝３Ｉ／２，５Ｉ／２，７Ｉ／２となる位置を順次指定して巻線位置−Ｚ２，−Ｚ３，−Ｚ４およびＺ２，Ｚ３，Ｚ４を決める。

このように巻線位置を両端部のそれぞれから中心部に向かって順次決めていくことで、両端部のそれぞれでは理想流線関数曲線の裾の拡り具合に応じた所望の巻線位置を指定できる。このため、シールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４のボビン軸方向両端部からの漏れ磁場は少なくなり、ＭＲ画像の画質劣化も少なくなる。また余り電流は中心部に寄せられ、しかも両サイドで互いに逆向きの余り電流である。このため、余り電流が担っている有効磁場成分が極力少なくなり、中心部からの漏れ磁場も少なくなる。従来のコイル設計法に基づく巻線位置でかつＩｃ＝Ｉｓのときと比べて、この実施例による漏れ磁場は１／２．６もの改善度となる。

また、この巻装方法によれば、補正抵抗をシールドコイルに並列に挿入してシールドコイルの電流を調整する必要もない。補正抵抗を入れる場合、コイルの温度上昇に因ってコイルの抵抗値が変動し、補正抵抗による所望の分流割合が変化してしまう。これは所望のシールド条件からの変化をもたらし、結局、漏れ磁場に因る渦電流の増大を引き起こす。しかるに、このような補正方法は回避することが必要で、本実施形態の巻装方法によれば、このようなシステムの不安定要因を排除でき、安定したシールド効果を得ることができる。

ここで、本実施形態のコイル巻装方法を傾斜磁場コイルのＺコイルアセンブリに実施したときの漏れ磁場による渦電流のシミュレーション結果を示す。

図９及び図１０は共に、本発明者が行ったシミュレーションに係るＡＳＧＣ型の傾斜磁場コイルユニットのＺチャンネルの理想流線関数（積分された電流密度関数）の曲線を示す。図９の方はメインコイルの流線関数の曲線であり、図１０の方はシールドコイルの流線関数の曲線である。両方とも例えば前述した“J.W. Carlson et al”に依る演算法により理論的に求められる。つまり、流線関数がこのように滑らかで且つ理想値を採る場合、発生するＺチャンネルの傾斜磁場の発生状況及びその自己シールド性能が理想（所望）状態となるのである。

次に所望の電流値Ｉ（＝Ｉｃ＝Ｉｓ）をＩ＝９９．３４５［Ａ］に設定して前述した国内文献記載のコイル設計法に基づいてＺチャンネルのメインコイルおよびシールドコイルの巻線位置を求めると、図１１（ａ），（ｂ）に示すようになる（同図の巻線位置はＺ軸方向の（＋）側のみを示す。したがって実際の巻線は（−）側にもこれと対称位置に各々巻かれる）。マイナス符号は電流の向きが＋のものに対して逆であること示す。

この図１１（ａ），（ｂ）のように離散化された巻線位置状態は理想状態は異なるもので、このときの漏れ磁場による渦電流は図１２に示すように好ましくないものとなる。同図は、Ｚコイルアセンブリに因り発生する渦電流の流線関数を表わす。このシミュレーションは有限要素法又は境界要素法などを用いて行なうことができ、ガントリ中心軸から半径０．５［ｍ］の位置における洩れ磁場に因る渦電流値を計算したものである。渦電流の流線関数は図１２から明らかなように、Ｚ軸方向の両端部と中心部の広い範囲とにおいて大きな値を示している。これはシールドコイルの粗い巻線間（隙間）を磁束が通り抜けてしまうことに因る。静磁場コイルユニットのボア内径は通常、半径＝０．５［ｍ］程度であるから、図１２に示すＺ軸方向両端部および中心部の渦電流は静磁場コイルユニットの導体部分の対向位置およびその付近に発生することになる。この渦電流は前述した如く、ＡＳＧＣタイプでありながらＭＲ画質劣化を招くものであった。

これに対して、端部から中心部に向けて巻線位置を順次決める本実施形態の巻装方法に基づくＺコイルアセンブリのメインコイルおよびシールドコイルの配線位置は、一例として、図１３（ａ），（ｂ）に示すようにシミュレーションされる。このときのメインコイルおよびシールドコイルの実際の流線関数曲線は図１４および図１５となり、前述した図９、１０の理想流線関数曲線に非常良く近似される。

このときの漏れ磁場による渦電流のシミュレーション結果は図１６に示すようになった。この図は前述した図１２に対比されるものである。両図の比較から分かるように渦電流が全体範囲にわたって大幅に低下している。これはとりも直さず、端部から中心部に向かって巻線位置を順次決めていく手法が寄与して実際の流線関数曲線が理想状態に近くなっていることであり、これによりＡＳＧＣを組み込んだＭＲＩ装置により得られるＭＲ画像の画質を著しく向上させることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る磁場発生用コイルユニットを図１７〜図２２に基づき説明する。この実施形態における磁場発生用コイルユニットは第１の実施形態のときと同様に、ＡＳＧＣ型の１つのコイルアセンブリである円筒状のＺコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３、４について実施したものである。ここで、第１の実施形態の構成要素と同一又は同等のものには同一符号を付して説明を省略又は簡単化する。

この第２の実施形態は、第１の実施形態の巻装方法を踏襲するとともに、その漏れ磁場の改善度をさらに上げようとするものである。これを実行するため、分数ターンと呼ぶ巻方を採用する。

Ｚコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３および１２Ｚ−４は、前述した理想的な流線関数（図１７（ａ）参照）に対して、前述と同様に、ボビンＢ２の軸方向両端部のそれぞれから中心部に向かって順次、巻線位置が決められる。これに加えて、本実施形態では、ボビンＢ２のＺ軸方向の中心部と両端部に巻くコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４の巻き線については、本発明者が「分数ターン」と呼ぶ概念の巻き方を施している。

「分数ターン」とは、通常の１ターンが担っているＩ［Ａ］の所定値電流をＩ／ｎ（ｎ≧２の整数値）に分流するように巻く巻き方を言う。この「分数ターン」の導入によって実際の流線関係をスムージングし、理想流線関数により近付けようとするものである。この分数ターンは例えばＩ／２ターンであり、ボビン軸方向の両端部と中心部に形成される。

具体的には図１７（ａ）に示すように、所望のコイル電流値Ｉ（例えば１００［Ａ］）とすると、理想流線関数と縦軸上の電流値のＩ／４，３Ｉ／４の位置が交わるＺ軸上の位置−Ｚ１，−Ｚ２、Ｚ１，Ｚ２（分流ターンの位置）をボビン軸方向両端部の分数ターンＩ／２の位置として決める。その後、実際の流線関数が所定電流ステップ値Ｉずつ増える縦軸上の３Ｉ／２，５Ｉ／２，７Ｉ／２に相当する巻線位置；−Ｚ３，−Ｚ４，−Ｚ５，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５を順次それぞれ決める。さらに、１７Ｉ／４および１９Ｉ／４に相当する巻線位置−Ｚ６，−Ｚ７（略零）、Ｚ６，Ｚ７（略零）が分流ターン位置として決められる。

最初に両端部の分数ターンＦＴａ，ＦＴｂを説明する。両端部の各々において、縦軸上のＩ／４，３Ｉ／４の位置に対応して、電流Ｉを２分割（１／２ターン，すなわちｎ＝２）してＩ／２の電流を流す巻き線位置−Ｚ_１，−Ｚ_２およびＺ_２，Ｚ_１が決まる。図１７の左側端部の分数ターンＦＴａは、電源側からのリード線を−Ｚ_１および−Ｚ_２の巻線位置で２分岐させ、そのまま各々の巻線Ｆ１，Ｆ２を１ターンさせた後で合流させ、次の巻線位置−Ｚ_３の巻線に繋げる。同図の右側端部の分数ターンＦＴｂは、巻線位置Ｚ_３から出てきた巻線を巻線位置Ｚ_２，Ｚ_１の位置で２分岐させ、そのまま各々の巻線Ｆ３，Ｆ４を１ターンさせた後で合流させ、電源側のリード線に繋げる。

またＺ軸方向の中心部にもＩ／２の分数ターンＦＴｃ，ＦＴｄを図示の如く巻装する。すなわち流線関数ＮＩ＝１７Ｉ／４の位置に相当する−Ｚ_６とＺ_６の各位置を２つのＩ／２の分数ターンＦＴｃ，ＦＴｄの各一方の巻線位置として決める。同時に、この２つのＩ／２の分数ターンＦＴｃ，ＦＴｄの各他方の巻線（余りターン）位置を、流線関数ＮＩ＝１９Ｉ／４の位置に相当する、Ｚ＝略零と見做せる近傍位置−Ｚ_７，Ｚ_７にそれぞれ決める。

中心部の分数ターンの内の一方の分数ターンＦＴｃの構成としては、巻線位置−Ｚ_５から出てきた巻線を巻線位置−Ｚ_６、マイナス側略零の位置−Ｚ_７で２分岐し、そのまま各々の巻線Ｆ５，Ｆ６を１ターンさせる。ターンしてきた２つの分岐巻線Ｆ５，Ｆ６はそのままマイナス位置側からプラス位置側へＺ軸方向に沿って互いに交差しないように渡される。この２本の渡し線はそのまま、もう一方の分数ターンＦＴｄに繋がる。つまり、２本の渡し線は、マイナス側のときとは反対方向に折り返す状態で、巻線位置がプラス側略零のＺ_７、およびプラス側所定位置Ｚ_６の巻線Ｆ８，Ｆ７に繋げる。この２本の巻線Ｆ８，Ｆ７のそれぞれを再び１ターンさせた後で合流させ、巻線位置Ｚ_５の巻線に繋げる。

この結果、Ｚ軸方向中心部においては特に、−Ｚ_７およびＺ_７の位置で隣り合う２本の巻線Ｆ６，Ｆ７が実質的に同一巻線と見做される。この２ターンの巻線Ｆ６，Ｆ７を流れる２つの電流の向きは互いに反対であり、この２つの巻線Ｆ６，Ｆ７により発生する磁場はキャンセルされる。このため、中心部の−Ｚ_６とＺ_６の両位置では実質的に分流に依らないＩ／２ターンが等価的に実現される。

このＺコイルアセンブリ１２Ｚ全体の簡略化した、分数ターンの存在のみを示す概念的な回路を図１８に示す。メインコイルの２つのコイルセグメント１２Ｚ−１，１２Ｚ−２と、シールドコイルの２つのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４とが直列に接続される。単一の傾斜磁場電源１７から一括して所望電流値Ｉが供給されるようになっている。コイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４において、符号Ｆ１〜Ｆ８の巻線は上述した分数ターン（Ｉ／２ターン）の巻線を等価的に表わしている。電源１７には波形整形器１８が接続されている。波形整形器１８は、図示しないシーケンサから指令される傾斜磁場Ｚチャンネルの波形データを受け、このデータに対応した波形制御信号を電源１７に出力する。これにより電源はシーケンサが意図したＺチャンネルの傾斜磁場を生成するためのパルス電流Ｉを直列接続されたコイルセグメント群に出力する。

このようにシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４に分数ターンＦＴａ〜ＦＴｄを付加することで、一層巻きでありながら、シールドコイル１２ＺＳにより実際に得られる流線関数を理想流線関数により近付けることができ、またＺ軸方向の中心部と両端部の巻線密度を上げることができる。

これを詳述すると、従来では、一定幅の１本のコイル材を用いたために、Ｚ軸方向の中心部と両端部に巻線の無い隙間が広く空いていた。例えば、図１９に示すように、一定幅の線材１００を円筒ボビン１０１の周囲に巻装して一層巻きのコイルを形成しようとすると、コイルの実際の幅は巻線（ターン）が最も混んでいる（密になっている）箇所Ａの巻線間の幅により決定されてしまう。つまり、巻線が一番混んでいる部分の巻線間幅よりも幅広の線材を用いることはできないという制約があった。この制約により、理想的な連続電流分布が不連続な電流分布に置き換えられるとき、コイルの巻線の一部に線材が広く存在しない隙間が空いてしまっていた。

しかし、分数ターンを併用することにより流線関数の曲線を理想状態により近付けることができる。これにより、シールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，１２Ｚ−４の磁束発生状況がその理想状態に近付くことになり、結果として発生磁場に対するシールド性能が向上することになる。

つまり、Ｚ軸方向位置についてよりスムーズ（滑か）な流線関数曲線を得ることができ、連続関数により近くなる。したがって、前述した第１の実施形態に係る巻線位置の決定方法と共働して、ＡＳＧＣを組み込んだＭＲＩ装置により得られるＭＲ画像の画質を著しく向上させることができる。

同時に、ＡＳＧＣとしては、必要に応じて一層巻きの巻き状態を維持できるので、ＡＳＧＣがその径方向に厚くなって、ガントリ全体を大形化させてしまうこともない。さらに、このように分数ターンという新しい概念を導入することにより、従来一部で試みられていたパルスシーケンスの工夫や、ＲＦパルスの位相制御と言った後追い的な渦電流磁場の補正処理でも対処可能になる。これに拠り、パルスシーケンス制御の複雑化を防止できるという二次的な利点もさることながら、そのような後追い的な補正処理では対処しきれなかった渦電流磁場の空間的な高次成分に対して極めて有効である。すなわち、本発明の分数ターンを追加・併用することにより、発生する渦電流自体を本質的に極めて低レベルまで抑制できるから、かかる高次成分磁場自体も低く抑えられ、補正処理が不要になるのである。またコイル自体の抵抗やインダクタンスも殆ど変わらないから、分数ターンに拠る傾斜磁場電源の出力増は必要では無く、従来のものを使用できる。

ここで、上述のように定性的に説明できた効果をシミュレーションで検証したところ以下のようなった。

本実施形態の分数ターンを採用したＺコイルアセンブリのメインコイルの巻線位置の例を図２０（ａ）に、シールドコイルの巻線位置を同図（ｂ）に示す。所望の電流値ＩはＩ＝９９．３４５［Ａ］である。同図の巻線位置はＺ軸方向の（＋）側のみを示す。したがって実際の巻線は（−）側にもこれと対称位置に各々巻かれる。この巻線位置に基づくシールドコイルの流線関数は図２１のようになる。同図から明らかなように、Ｚ軸方向中心部、すなわちＺ＝−０．３［ｍ］〜０．３［ｍ］付近、ならびに、Ｚ軸方向両端部、すなわちＺ＝−０．７［ｍ］〜−１［ｍ］付近およびＺ＝０．７［ｍ］〜１［ｍ］付近の流線関数が第１の実施形態のものよりも更に滑らかになり、理想流線関数により近くなっている。この結果、漏れ磁場に因る渦電流分布は図２２のようになり、第１の実施例のものに比べて、半径０．５［ｍ］地点の両端部および中心部での渦電流が著しく低下し、しかもＺ軸方向の各位置全体に亘って平坦化されている。

これはとりも直さず、実際の電流の流線関数が理想状態である滑かな曲線になるように付加した分数ターンが寄与していることであり、これによりＡＳＧＣを組み込んだＭＲＩ装置により得られるＭＲ画像の画質を著しく向上させることができる。

なお、上記第２の実施形態に係るＺコイルアセンブリでは分数ターンをＺ軸方向中心部と両端部の両方に実施する場合を説明したが、これは必要に応じて何れか一方、すなわち中心部又は両端部のみに実施することもできる。また、Ｚコイルアセンブリにおいてシールドコイルにのみ分数ターンを追加する例を示したが、メインコイルおよびシールドコイルの双方に実施することもできるし、場合によってはメインコイルのみに実施してもよい。メインコイルに分数ターンを付加するときもやはりメインコイルによる電流の流線関数をスムージングできるから、傾斜磁場特性自体を向上させ、強いてはＭＲ画像の画質向上に寄与することになる。

また、上記第２実施形態ではコイルの巻線位置を決めるのに、一度、流線関数を算出し、この関数上で電流ステップ毎に簡単に巻線位置を決める手法を採用したが、これに代えて従来と同様に、電流密度関数を積分しながら、その積分値毎に巻線位置を決めることも当然に可能である。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る磁場発生用コイルユニットを図２３〜図２６に基づき説明する。この実施形態における磁場発生用コイルユニットは第２の実施形態のときと同様に、ＡＳＧＣ型の１つのコイルアセンブリである円筒状のＺコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３、４について実施したものである。ここで、第１の実施形態の構成要素と同一又は同等のものには同一符号を付して説明を省略又は簡単化する。

前述した第２の実施形態の分数ターンは、分割した分流路に流す電流の向きが共に同一方向（以下、順流分数ターンという）であったが、この第３の実施形態では、分割した分流路に流す電流の向きが互いに逆向きとなる分数ターン（以下、逆流分数ターンという）を実施したものである。第１の実施形態に係る巻線位置の決定法はこの第３の実施形態にも適用される。

図２３（ｂ），（ｃ）に示すように、シールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３、４の両端に、この「逆流分数ターン」ＦＴi，ＦＴjをそれぞれ実施し、その中央部には第２の実施形態と同様の「順流分数ターン」をＦＴc，ＦＴdを実施している。一方のシールドコイル１２Ｚ−３において、給電点の一方に繋がる巻線はボビンＢ２の端部の所定巻線位置で巻線Ｆ21，Ｆ22に分岐しかつその巻線方向がボビン周回方向において互いに逆向きのまま、巻線位置−Ｚ1，−Ｚ2の位置に巻装されている。一周巻装された巻線Ｆ21，Ｆ22は合流して、次のターンである巻線位置−Ｚ3の巻線に繋がる。巻線Ｆ21，Ｆ22の抵抗値は少なくとも同一である。これにより、巻線Ｆ21，Ｆ22には共にＩ／２の大きさの電流が流れるが、一方の巻線Ｆ21には＋Ｉ／２の電流が流れ、もう一方の巻線Ｆ22には−Ｉ／２の逆向きの電流が流れる。もう一方のシールドコイル１２Ｚ−３においても、巻線Ｆ23，Ｆ24によって同様の逆流分数ターンＦＴjが形成されている。

この逆流分数ターンＦＴi，ＦＴjを設けたことによる実際の流線関数を図２３（ａ）に示す。一方の巻線Ｆ21（Ｆ24）の位置でアンペア・ターンＮＩはＩ／２だけ上昇し、その隣の巻線Ｆ22（Ｆ23）の位置でＩ／２だけ低下する関数曲線となる。これにより、理想流線関数の裾野の傾斜が緩やかな場合、その緩やかさに極力近い流線関数を実現でき、前述した第２の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

ここで、図２３に示すように順流（ボビン中央部）と逆流（ボビン両端部）の分数ターンを実施したときのシミュレーション結果の一例を示す。

Ｚコイルアセンブリのメインコイルの巻線位置の例を図２４（ａ）に、シールドコイルの巻線位置を同図（ｂ）に示す。シールドコイルに対して図２４（ｂ）に示す如くＺ軸方向（＋）側についてはその中心部（Ｚ＝約零、０．０４００［ｍ］）に順流分数ターンを、端部（Ｚ＝０．９７５００［ｍ］，１．０３５００［ｍ］）には逆流分数ターンをそれぞれ付加した。これらの分数ターンはＩ／２（Ｉ＝９９．３４５［Ａ］）の分数ターンである。同図（ｂ）における分数ターン以外の巻線位置は通常ターンであり、また図２４（ａ）は図２０（ａ）と同じ数値内容で、対比を容易にするため再掲した。所望の電流値ＩはＩ＝９９．３４５［Ａ］である。同図の巻線位置はＺ軸方向の（＋）側のみを示す。したがって実際の巻線は（−）側にもこれと対称位置に各々巻かれる。）この巻線位置に基づくシールドコイルの流線関数は図２５のようになる。同図から明らかなように、Ｚ軸方向中心部、すなわちＺ＝−０．３［ｍ］〜０．３［ｍ］付近、ならびに、Ｚ軸方向両端部、すなわちＺ＝−０．７［ｍ］〜−１．５［ｍ］付近およびＺ＝０．７［ｍ］〜１．５［ｍ］付近の流線関数が第１の実施形態のものよりも更に滑らかになり、理想流線関数により近くなっている。この結果、漏れ磁場に因る渦電流分布は図２６のようになり、第１の実施例のものに比べて、半径０．５［ｍ］地点の両端部および中心部での渦電流が著しく低下し、しかもＺ軸方向の各位置全体に亘って平坦化されている。

これはとりも直さず、第２の実施形態のときと同様に、実際の電流の流線関数が理想状態である滑らかな曲線になるように付加した順流、逆流分数ターンが寄与していることであり、これによりＡＳＧＣを組み込んだＭＲＩ装置により得られるＭＲ画像の画質を著しく向上させることができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る磁場発生用コイルユニットを図２７に基づき説明する。この実施形態における磁場発生用コイルユニットは前記各実施形態のときと同様に、ＡＳＧＣ型の１つのコイルアセンブリである円筒状のＺコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３、４について実施したものである。

この実施形態では、前述した「逆流分数ターン」ＦＴkを１つだけボビンＢ２の中央部に実施したものである。ボビンＢ２の両端部には「順流分数ターン」ＦＴa，ＦＴbを実施している。なお、第１の実施形態に係る巻線位置の決定法、すなわち、ボビン端部側からボビン中心部に向けて順に巻線位置を決める方法は、この実施形態のシールドコイルにも実施される（以下の実施形態でも同様とする）。

この逆流分数ターンＦＴkは巻線Ｆ25，Ｆ26から成り、それぞれ、ボビン中央部の巻線位置−Ｚ6，Ｚ6に巻装されている。巻線位置−Ｚ5の通常巻線につながる巻線は、巻線位置−Ｚ6にて互いに逆向きの巻線Ｆ25（巻線位置＝−Ｚ6）と巻線Ｆ26（巻線位置＝Ｚ6）に分岐し、そのまま巻き回される。そして、再び、巻線位置＝Ｚ6にて合流し、隣の巻線位置Ｚ5の通常巻線につながる。これにより、２本の巻線Ｆ25，Ｆ26に流れる電流は、それらのインピーダンスが同じ場合、Ｉ／２の電流値となり、かつ、その向きは互いに反対方向となる。

この結果、前述した実施形態のものと同等の作用効果を得ることができる。さらに、中心部に逆流分数ターンを実施する場合、その数は１つで済むという利点がある。これは、前述した実施形態に係る中央部の巻線Ｆ6，Ｆ7に流れる電流が互いに相殺され、巻線Ｆ5，Ｆ8の電流値のみが流線関数に寄与することと等価である。したがって、逆流分数ターンをボビン中央部に実施すると、順流分数ターンに比べて、分数ターン数を１個に減らすことができ、巻線構造がより簡素化され、また巻線作業も容易化されるという、別の優れた効果が得られる。

また、図２７の巻線構造において、２本の巻線Ｆ25，Ｆ26が交差する部分（図中のＤ部分）は、板状のリード線の板厚を１／２に形成しかつ絶縁した状態で重ねている。このため、巻線構造全体の一層巻きの状態を維持できる。

なお、上述のようにボビン中央部に逆流分数ターンをボビン中央部に実施する場合、図２８のような分数ターンＦＴｋ′を形成してもよい。すなわち、この逆流分数ターンＦＴｋ′をボビン円周方向に約半周させた位置で、巻線位置を−Ｚ6からＺ6に、および、Ｚ6から−Ｚ6に渡らせるものである。これによっても、同等の逆流分数ターンを実施できる。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る磁場発生用コイルユニットを図２９〜図３１に基づき説明する。この実施形態における磁場発生用コイルユニットは前記実施形態のときと同様に、ＡＳＧＣ型の１つのコイルアセンブリである円筒状のＺコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３、４について実施したものである。ここで、第１の実施形態の構成要素と同一又は同等のものには同一符号を付して説明を省略又は簡単化する。

この第５の実施形態は、上記実施形態に係る作用効果に加えて、分数ターンを形成したときの各ターン（分流路）の抵抗および／又はインダクタンスの値を互いに同一にし、目的とした数の分流を確実に行わせようとするものである。前記実施形態で説明した磁場発生用コイルの場合には特に言及しなかったが、分数ターンを形成するに当り、下記の点に留意することがより望ましい。

（１）まず、電流を各ターンに等しく分流させる場合には分数ターンを形成する各ターン（分流路）の抵抗値を互いに等しく設定する必要がある。定常電流を対象とする静磁場コイルやシムコイルの場合、この条件（１）を満足させる構成がより望ましい。

（２）また傾斜磁場発生用コイルのようにパルス電流を流すコイルの場合、上記条件（１）に加えて、分数ターンのそれぞれのターン（分流路）のインダクタンス値も互いに等しく設定することがより望ましい。

上記条件（１），（２）を満足させるため、本実施形態に係るＺコイルアセンブリのシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，４は図２９（ｂ），（ｃ）に示す巻線配置および巻き方を採用している。同図に示す毎く、このコイルセグメント１２Ｚ−３，４では第２の実施形態に係る図１７と同様の手法により、Ｚ軸方向の中心部および両端部に分数ターン（順流分数ターン）を各々形成している。なお、図２９（ｂ），（ｃ）は、コイルセグメント１２Ｚ−３，４を同一方向の外側面および内側面から見た様子を示す（同図の方向Ａ，Ｂ参照）。

最初に中心部の分数ターンＦＴｇ，ＦＴｈを説明する。一方の分数ターンＦＴｇは、図２９（ｂ），（ｃ）におけるＺ軸（−）側の中心部の位置−Ｚ6，−Ｚ7に巻装されたＩ／２ターンの巻線Ｆ５，Ｆ６で構成され、もう一方の分数ターンＦＴｈは、Ｚ軸（＋）側の中心部の位置Ｚ7，Ｚ6に巻装されたＩ／２ターンの巻線Ｆ７，Ｆ８で構成される。

これらの分数ターンＦＴｇ，ＦＴｈ自体の巻線位置は第２の実施形態のものと同一であるが、一方の分数ターンＦＴｇの巻線Ｆ５，Ｆ６をもう一方の分数ターンＦＴｈに繋げる際、折り返しにより隣り合う一方の巻き線、すなわち巻線Ｆ５（Ｆ７）とＦ６（Ｆ８）を互いに交差させている（仮想線Ｂ部参照）。この等価回路は図３０のようになる。各分流路（すなわち巻き線「Ｆ５＋Ｆ７」、および「Ｆ６＋Ｆ８」）の長さは互いに等しく設定されている。これにより、各分流路の抵抗値が同一値に揃えられている。

この分数ターンＦＴｇ，ＦＴｈに対しては、電流Ｉ／２の向きは第２の実施形態のときと同様に保持され、巻線Ｆ６およびＦ７間の磁束キャンセル機能も確保されている。また巻線の交差により、この分流閉路に流れる鎖交磁束による誘起電流（図３０の矢印参照）は２つのループＳ１，Ｓ２で同じ向きになる。したがって、ループＳ１，Ｓ２での磁束が互いにキャンセルし合い、各分流路Ｆ６＋Ｆ８およびＦ５＋Ｆ７のインダクタンスが互いに等しくなる。換言すればＦ６とＦ５のインダクタンス値が相互に等しく、且つＦ７とＦ８のインダクタンス値が相互に等しい。

このコイルセグメント１２Ｚ−３，４の巻線の内、例えば図２９（ｂ）中の仮想円Ａで示す如くの分流させていない通常の巻線（電流Ｉを流す）は、図３１（ａ）に示すように縦横にｔの長さを有するｔ2の断面積の線材で巻装されている。一方、分数ターン部分の２本の分流路「Ｆ５＋Ｆ７」および「Ｆ６＋Ｆ８」は、その全体経路に亘って、図３１（ｂ）又は（ｃ）に示すように縦がｔ／２の厚さの線材で巻装されている。このため、巻線Ｆ５（Ｆ７）とＦ６（Ｆ８）の交差部分の厚さは何れの場合もｔに収まる。これにより、コイルセグメント１２Ｚ−３，４全体を一層巻きで形成することもできる。

２本の分流路の断面形状として図３１（ｂ）の方を採用した場合、厚さｔ／２だが、幅２ｔと２倍になっているから断面積自体は通常巻線と同じになる。このため、分数ターン部分の両端の単位長さ当りの抵抗は通常巻線（Ｉアンペアターン）のそれの１／２になる。また図３１（ｃ）の方を採用した場合、各分流路の断面形状は厚さｔ／２かつ幅ｔであり、単純に厚さのみを通常巻線に比べて半分の線材を用いている。このため、分数ターン部分の両端の単位長さ当りの抵抗値は、２本の線材の並列接続であるため、通常巻線（Ｉアンペアターン）のそれと等しい。

一方、両端部の分数ターンＦＴｅ，ＦＴｆの場合もそれぞれ、第２の実施形態の場合と同一の巻線位置においてＩ／２ターンの分数ターンを成している。しかも、前記条件（１）および（２）を考慮して、分数ターンＦＴｅ，ＦＴｆそれぞれの分流路の抵抗値およびインダクタンス値を互いに揃えている。抵抗値については、それぞれの分流路（巻線）の長さを一致させる。インダクタンス値については、図２９（ｃ）の仮想円Ｃ部分に示す如く、巻線Ｆ１，Ｆ２（またはＦ３，Ｆ４）を互いに交差させ、鎖交磁束による誘起電流に対して中心部の分数ターンと同一のキャンセル機能を発揮させている。

このように第５の実施形態によれば、第２の実施形態における作用効果のほか、分数ターンの各巻線（分流路）間の抵抗値およびインダクタンス値が同一値に揃えられるので、傾斜磁場のようにパルス状の電流（磁場）を扱う場合でも、分数ターンにおける確実な分流機能を得る。

なお、パルス状電流の時間的変化が緩やかな場合、分数ターンの各巻線間で必ずしもインダクタンスを同じにする必要がないので、そのような場合、例えば抵抗値のみを揃えるようにしてもよい。

また、この実施形態に係る分数ターンは、シールドコイルのみならず、メインコイルにも適用できるし、また傾斜磁場コイルユニットのＺチャンネルのみならず、Ｘ，Ｙチャンネルにも適用できる。

また分数ターンの分流路の抵抗値のみ、またはインダクタンス値のみを揃えることもでき、そのような分数ターンを静磁場コイルやシムコイルに適用することも可能である。

さらに、前述した第２〜第４の実施形態では、この分数ターンの巻線の交差に触れていないが、これらの実施形態の分数ターンにも、かかる巻線交差の構成を適宜採用してもよい。

さらに、分数ターンに入れる交差数は上述したように必ずしも１個に限定されない。この交差数は他のチャンネルのコイルが発生する磁束をも考慮して決めることができ、種々の態様がある。例えば、ほかのチャンネルの磁束の影響が大きい場合は、上述したように交差数を１つとし、また、その影響が大きくかつ磁束分布が複雑な場合、交差数を複数個形成してもよい（例えば３個：図４５の分数ターンＦＴｗ参照）。なお、かかる磁束の影響が少ない場合、交差させなくてもよい場合もある。

さらに、上述した第５の実施形態においてＺ軸方向端部に実施した分数ターンＦＴｅ，ＦＴｆの構成をその中心部の分数ターンに適用することもできる。その一例を図３２（ａ），（ｂ）に示す。つまり、この例では、端部および中心部ともに同一構成の分数ターンＦＴｅ，ＦＴｆおよびＦＴｅ′，ＦＴｆ′を採用し、共に抵抗値およびインダクタンス値をそれぞれの分数ターンの分流ターン間で揃え、鎖交磁束に因る誘起電流に対するキャンセル機能を良好に発揮させることができる。とくに、全部の分数ターンが同一の構成であるから、設計の容易化などにも貢献できる。

また、上述した分数ターンはＺ軸方向の中心部や端部の特定の巻線のみに限定して適用するものではなく、必要に応じて、途中の任意の巻線（ターン）を分数ターンに変えてもよいし、また巻線と巻線との間に本発明に係る分数ターンを付加的に配置するようにしてもよい。コイルユニットの形状やコイルの巻き方が異なる場合でも同様に、任意の位置にこの分数ターンを実施できる。

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態を図３３に基づき説明する。この実施形態に係る磁場発生用コイルユニットは、第５の実施形態のものと同様のシールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３，４であるが、順流分数ターンを更に３分流路に発展させたものである。

図３３（ｂ），（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）に示すように、円筒状ボビンＢ２を同一方向の外側面および内側面の方向Ａ，Ｂから巻線位置を見た様子を模式的に示す。

シールドコイルのコイルセグメント１２Ｚ−３および１２Ｚ−４が対を成してシールド用Ｚチャンネルを形成している。コイルセグメント１２Ｚ−３，４のＺ軸方向両端部および中心部には、順流分数ターンとしての３分割の「Ｉ／３ターン」ＦＴｍ，ＦＴｎ，ＦＴｏ，ＦＴｐがそれぞれ形成されている。この「Ｉ／３ターン」ＦＴｍ…ＦＴｐのそれぞれの巻線位置は前記実施形態と同様の手法により決められている。

「Ｉ／３ターン」ＦＴｍ…ＦＴｐのそれぞれの各分流路（巻線）の長さは同一で抵抗値が揃えられ、また巻線の交差によりそのインダクタンス値も揃えられている。このため、Ｉ／３ターンにより、実際の磁場分布をよりきめ細かくスムージングして理想磁場分布に近付けることができるとともに、パルス状の電流に対して第５の実施形態のものと同等の作用効果を発揮できる。

なお、磁場発生用コイルユニットの例えば中心部および両端部に分数ターンを施す場合、必ずしも常に同一個数の分流路の分数ターンにする必要はなく、例えば、両端部のそれぞれには２分流路の分数ターンを、中心部には３分流路の分数ターンを施すなど、分流路数を巻線位置で適宜に変えるようにしてもよい。

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る磁場発生用コイルを図３４〜図３７に基づいて説明する。この磁場発生用コイルとして、前述した図２に示すアクティブシールド型の傾斜磁場コイルユニット１２のＹチャンネルのＹコイルアセンブリ１２Ｙを説明する。

Ｙコイルアセンブリ１２Ｙは図３４に示すように、ボビンを含めてその全体が略円筒状に形成され、そのコイル部はメインコイル１２ＹＭ及びシールドコイル１２ＹＳから成る。メインコイル１２ＹＭは、空間原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）を中心に且つＺＸ面を介して対向配置される、各々が半円筒状の２対（４つ）のボビンＢ，…，Ｂと、このボビンＢ，…，Ｂ上に巻装される２対のコイルセグメント１２ＹＭ−１，１２ＹＭ−２とを備える。各対のコイルセグメント１２ＹＭ−１（又は１２ＹＭ−２）は、ボビンＢ，Ｂ上で各サドル状にパターン化され且つＸＺ面を介して対向する２つのコイルセグメントＣＳ，ＣＳから成る。

シールドコイル１２ＹＳは、メインコイル１２ＹＭの外周側の所定径だけ離間した位置に配置され、メインコイル１２ＹＭ全体を覆う円筒状に形成されている。シールドコイル１２ＹＳは、径は異なるものの、メインコイル１２ＹＭと同様の構造を有する。すなわち、シールドコイル群１２ＹＳは空間原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）を挟んでＺ軸方向に並置される、各々が半円筒状の対のボビンＢ，…，Ｂと、このボビンＢ，…，Ｂ上に巻装される２対のコイルセグメント１２ＹＳ−１，１２ＹＳ−２とを備える。各対のコイルセグメント１２ＹＳ−１（又は１２ＹＳ−２）は、ボビンＢ，Ｂ上で各サドル状にパターン化され且つＸＺ面を介して対抗する２つのコイルセグメントＣＳ，ＣＳから成る。

メインコイル１２ＹＭおよびシールドコイル１２ＹＳ共に、そのコイルセグメントＣＳのコイルパターンは実際には、展開図上で幾重にも回された渦巻き状に形成される。このコイルパターンは、例えば特開昭６２−１４３０１２号に示される手法を用いて形成できる。

本実施形態では本発明の分数パターンを、ＹチャンネルのシールドコイルのコイルセグメントＣＳのそれぞれに実施している。この様子を図３５に模式的に示す。同図は、見易くするため、１つのコイルセグメントＣＳを３周回巻き回しの渦状のみに簡単化させたサドルコイルとして示している。なお、このＹチャンネルのシールドコイルのコイルセグメントの巻線位置も、前述した第１の実施形態のコイル巻装法を踏襲している。すなわち、各コイルセグメントについて、図３４の２点鎖線Ｋ１，Ｋ２で示す如く、Ｚ軸方向の中心部および端部からセグメント中心部に向かって順に巻線位置を決めている。

いま図３５において、３周の流路を外側から順にＣ_ｏｕｔ，Ｃ_ｍｉｄ，Ｃ_ｉｎと呼ぶことにする。一番外側の流路Ｃ_ｏｕｔには、その途中に部分的に分数ターン（順流）ＦＴ_ｏｕｔが挿入されている。この分数ターンＦＴ_ｏｕｔは、流路Ｃ_ｏｕｔから流路上の所定位置で２つに分岐する分流路Ｆ_１１，Ｆ_１２で構成される。この分流路Ｆ_１１，Ｆ_１２は所定の途中位置で交差し（但し、互いに絶縁状態）、流路上の所定位置で再び合流するようになっている。

この外側の流路Ｃ_ｏｕｔの内、分数ターンＦＴ_ｏｕｔ以外の１本の線材部分は所定厚さｔの線材（幅はｔ）で形成される。なお、この線材の縦横比は任意である。一方、分数ターンＦＴ_ｏｕｔの分流路Ｆ_１１，Ｆ_１２の各々は厚さｔ／２の線材（幅は２ｔ又はｔ）で形成されている。また分流路Ｆ_１１，Ｆ_１２の流路に沿った長さは同一に設定されている。このため、分流路Ｆ_１１，Ｆ_１２の抵抗値は互いに等しく、且つ交差によって渦電流に対する各々の閉路の起電力を相殺させることができ、相互のインダクタンス値も等しくなる。また交差点での線材のトータルの厚さはｔ（＝ｔ／２＋ｔ／２）で済む。

真中の流路Ｃ_ｍｉｄはその全周に亘って１本の線材（厚さｔ，幅ｔ）により形成される。

さらに一番内側の流路Ｃ_ｉｎはその全周に亘って分数ターン（順流）ＦＴ_ｉｎにより構成されている。すなわち、内側流路Ｃ_ｉｎ（＝ＦＴ_ｉｎ）はその起点位置で２本の同一長の分流路Ｆ_１３，Ｆ_１４に分岐し、流路途中の所定位置で交差し、１周回った最後の終点位置で互いに合流するものである。この全周に亘る分数ターンＦＴ_ｉｎの場合、個々の分流路Ｆ_１３，Ｆ_１４は最初から最後まで厚さｔ／２（幅は２ｔ又はｔ）の線材が所定パターンに沿って引き回される。この場合も同様に、分流路Ｆ_１３，Ｆ_１４の抵抗値およびインダクタンス値は流路同士で互いに等しい。また交差点での線材のトータルの厚さはｔのままである。

したがって、外側流路Ｃ_ｏｕｔの給電端に供給されたパルス状の電流Ｉはその流路の分流路Ｆ11，Ｆ12で正確にＩ／２ずつに分流した後、再び合流して電流Ｉとなる。この電流Ｉは真中の流路Ｃ_ｍｉｎを回った後、一番内側の流路Ｃ_ｉｎに入る。この流路Ｃ_ｉｎではその分流路Ｆ_１３，Ｆ_１４を最初からＩ／２ずつの正確な分流電流が流れ、周回した後、別の給電端から次のコイルセグメントに流れる。図３６には、そのように形成された個々のコイルセグメントＣＳをメインコイル群、シールドコイル群で相互に直列接続してＹチャンネルのパルス電流Ｉを流す等価回路を示す。同図のシールドコイル群１２ＹＳのコイルには分数ターンを図示してはいないが、各々のコイルセグメント（シールドコイル）ＣＳは分数ターンＦＴ_ｏｕｔおよびＦＴ_ｉｎを含んでいる。

このようなコイルセグメントＣＳが、図３４に示した各々のボビンＢ上に配置される。従来では図３７に示すように、渦巻き状のコイルセグメントのＺ軸方向中心部およびコイル端部で線材間に前述した隙間ができていたが、本実施形態の分数ターンによってその隙間を埋めることができる。したがって、シールドコイルの流線関数をスムージングして理想曲線へより近付けることができ、そのような隙間から洩れる磁場を適確にシールドできる。これにより、前述と同様、渦電流の発生を抑制し、ＡＳＧＣの本来の目的を達成して画質を向上させる。また一層巻きの状態も維持しているユニット径方向の小形化を阻害することもない。

さらに、分数ターンの各流路の抵抗値およびインダクタンス値が共に流路同士で等しいから、パルス状の電流でも正確に分流でき、高精度なシールド機能を確保できる。

なお、上記実施形態では分数ターンの抵抗値、インダクタンス値の両方を流路間で相互に揃えることとしたが、構造上の都合などに拠っては、何れか一方のみを相互に揃えることにしてもよい。また、この分数ターンをＹチャンネルのメインコイルについても併せて実施することもできるし、メインコイルのみに実施することもできる。

また、上記した如くの分数ターンＦＴ_ｏｕｔ，ＦＴ_ｉｎの数や位置（何周目に置くか）は任意である。実際の流線関数が極力、理想流線関数に近付くようにスムージングできればよく、実際の物理的な条件との兼ね合いに応じて決めればよい。上記説明では、外側の分数ターンＦＴ_ｏｕｔは流路Ｃ_ｏｕｔの途中に部分的に介在させるとしたが、内側の分数ターンＦＴinと同様に、その全周に亘って形成することもできる。

なおまた、Ｘ軸方向の傾斜磁場を形成するＸコイルアセンブリ１２Ｘにも上記分数ターンを実施してもよい。Ｘコイルアセンブリ１２ＸはＹコイルアセンブリ１２ＹをＺ軸周りに９０°回転させたものと等価である。そのようなＸコイルアセンブリ１２Ｘのメインコイルまたは／およびシールドコイルに前述したと同様の適宜な態様で適用できる。また静磁場コイルやシムコイルにも同様に実施してもよい。

さらに、上述した図３５の巻線構造において、分数ターンＦＴ_ｏｕｔ，ＦＴ_ｉｎそれぞれの巻線交差位置は必ずしも分流路のリード線走行方向の中心位置などの固定位置にて行うという構成に限定されるものではない。例えば、他チャンネルコイルからの磁束が分流路に交鎖する場合で磁束アンバランスを生じる場合、分数ターンの分流路を交差させる位置は、磁束アンバランスの影響を打ち消すように調整することもできる。この調整法は、非対称な傾斜磁場を発生させるコイルユニットにとくに有効である。

さらに、上述した内側の分数ターンＦＴinは順流分数ターンで形成する構造を示したが、この分数ターンは逆流分数ターンで形成することもでき、その一例を図３８に示す。

［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態を図３９に基づき説明する。この実施形態は、第７の実施形態と同様に、アクティブシールド型の傾斜磁場コイルユニット１２のＹコイルアセンブリ１２Ｙのシールドコイルに本発明を実施したもので、順流分数ターンを「Ｉ／３ターン」に発展させた例を示す。

Ｙコイルアセンブリ１２Ｙのシールド用の各コイルセグメントＣＳ（シールドコイル）は図３９に示すように、３周の流路Ｃ_ｏｕｔ，Ｃ_ｍｉｄ，Ｃ_ｉｎを備える。この内、外側を周回する流路Ｃ_ｏｕｔには、その途中の一部に、流路を３分岐する「Ｉ／３ターン」の分数ターンＦＴ_ｏｕｔが形成されている。また内側の流路Ｃinはその全体が「Ｉ／３ターン」の分数ターンＦＴinで形成されている。

外側の分数ターンＦＴ_ｏｕｔの３本の分岐線材（分流路）は分岐前の１本の線材に比べて、幅ｔは同一であるが、厚さがｔ／３に形成されている。（図３９中の断面説明図（ａ），（ｂ）参照）。これにより、１本の分岐線材当たりの断面積が１／３になるが、３本の並列接続であるので、Ｉアンペア・ターンのものと同じ抵抗値になる。

さらに、この外側の分数ターンＦＴ_ｏｕｔの３本の分岐線材の長さは互いに等しく、また途中の所定位置で交差させている。これにより、各分流路の抵抗値およびインダクタンス値が互いに等しくなり、定常電流のみならず、パルス電流に対しても正確なＩ／３ターンの分流が可能になる。また交差部分では、厚さをｔ／３に設定しているので、Ｙコイルアセンブリ１２Ｙのシールドコイル全体の１層巻きの状態を維持でき、アセンブリ径方向におけるコンパクトサイズを維持できる。なお、３本の分岐線材の厚さは必ずしもｔ／３に限定されるものではなく、シールドコイル１層の厚さを増やせる場合には各分岐線材を厚く（絶対値として）してもよい。

一方、内側の分数ターンＦＴ_ｉｎの３本の分岐線材（分流路）もその途中所定位置で交差させながら、Ｉ／３ターンを形成している。ただし、図３９中の点線円Ｃに示すように、分岐線材を異なる３か所においてその内の２本ずつを互いに重ねながら交差状態を実現しているため、各分岐線材の厚みをｔ／２に設定した場合でも、１層巻き状態を維持できる。この内側の分数ターンＦＴ_ｉｎの各分流路の抵抗値およびインダクタンス値が分流路相互に等しく設定され、分流機能の確実化が達成されている。

［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態を図４０に基づき説明する。この実施形態は、第８の実施形態をさらに発展させ、前述したシールドコイル１２ＹＳのコイルセグメントに「Ｉ／ｎターン」（ｎ＞３：整数値）を実施したものである。

Ｙコイルアセンブリ１２Ｙのシールド用の各コイルセグメントＣＳは図４０に示すように、例えば３周の流路Ｃ_ｏｕｔ，Ｃ_ｍｉｄ，Ｃ_ｉｎを備える。この内、外側を周回する流路Ｃ_ｏｕｔには、その途中の一部に、流路をｎ分岐する「Ｉ／ｎターン」の分数ターンＦＴ_ｏｕｔが形成されている。また内側の流路Ｃ_ｉｎはその全体が「Ｉ／ｎターン」の分数ターンＦＴinで形成されている。

分数ターンＦＴ_ｏｕｔおよびＦＴ_ｉｎのそれぞれは、ｎ本の分岐線材（分流路）で成り、前述したＩ／３ターンの構成上の特徴を踏襲して形成されている。ｎ本の分岐線材の交差部分は、１本の分岐線材の厚さを例えばｔ／ｎに設定して、シールドコイル全体の１層巻き状態を確保している。

これにより、前述したと同等の作用効果が得られるほか、分岐本数を増やすことで、このコイル構成により実現される階段状の流線関数のスムージング精度を上げ、連続的な理想流線関数に一層近づけることができる。

［第１０の実施形態］
第１０の実施形態に係る磁場発生用コイルを図４１、４２に基づき説明する。磁場発生用コイルユニットとしてＺ軸方向（Ｚチャンネル）のシム（静磁場補正）コイルを挙げる。

図４１（ｂ）にＺ軸方向シムコイル１３Ｚの巻線位置を模式的に示す。同図に示すように、Ｚ軸方向の中心部に本発明に係る分数ターンＦＴ_Ｄ−１，ＦＴ_Ｄ−２を形成している。すなわち、同図におけるＺ軸方向左側の分数ターンＦＴ_Ｄ−１は、流線関数値＝１３Ｉ／４，１５Ｉ／４に対応するＺ軸方向位置−Ｚａ，−Ｚｂの分岐巻線Ｆ_１２−１，Ｆ_１３−１で構成し、一方、Ｚ軸方向右側の分数ターンＦＴ_Ｄ−２は、流線関数値＝１７Ｉ／４，１９Ｉ／４に対応するＺ軸方向位置Ｚｂ，Ｚａの分岐巻線Ｆ_１３−２，Ｆ_１２−２で構成している。そして、流線関数値＝５Ｉ／２に相当する左側の巻線Ｆ11-1が一方の分数ターンＦＴ_Ｄ−１に繋がり、分数ターンＦＴ_Ｄ−１がＺ軸方向に這う渡り線を介して右側のもう一方の分数ターンＦＴ_Ｄ−２に至る。この分数ターンＦＴ_Ｄ−２は流線関数値＝１１Ｉ／２に相当する右側の巻線Ｆ_１１−２に至る。分数ターンＦＴ_Ｄ−１，ＦＴ_Ｄ−２それぞれの分流巻線Ｆ_１２，Ｆ_１３の流路長さは同一に設定し、抵抗値を互いに同じに設定することが特に望ましい。

このようにターンの一部を分数ターンＦＴ_Ｄに置換することにより、図４１（ａ）に示す如く、関数値１３Ｉ／４［Ａ・Ｔ］から１９Ｉ／４［Ａ・Ｔ］にかけて流線関数ＮＩの繋ぎの刻み具合が、従来の巻線に対するそれよりもスムーズになり、より理想（所望）流線関数に近付く。すなわち、図４２（ｂ）に示す従来の巻線状態（分数ターンＦＴ_Ｄ−１，ＦＴ_Ｄ−２のそれぞれの部分が通常の電流値Ｉの１ターンになっていることを除いて図４１（ｂ）と同じ）を流線関数で観た場合の図４２（ａ）と対比すれば、分数ターンの付加により流線関数が改善していることが明らかである。したがって、Ｚチャンネルのシムコイル１３Ｚの静磁場均一化に対する性能を向上させることができる。

なお、この分数ターンはＺ軸方向の任意の位置に所望数を設けてもよい。また、この分数ターンをシムコイルユニットのシミングの次数に拘らず設けることができ、ＸＹ，Ｘ_２−Ｙ_２，Ｚ_３，Ｚ，Ｘ，Ｙ，ＺＸＹ，Ｚ（Ｘ_２−Ｙ_２）…など、任意のチャンネルに適用できる。

なお、上述した各種の実施形態は静磁場の発生方向が水平な水平磁場方式の場合の各種のコイルについてその分数ターンの適用例を説明してきたが、本発明は静磁場の発生方式により限定されるものではなく、例えば図４３，４４に示すような静磁場を垂直方向に発生させる垂直磁場方式の各種のコイル（静磁場コイル，シムコイル，傾斜磁場コイル，ＲＦコイルなど）にも同様に実施できる。

図４３には、垂直磁場方式に係るＡＳＧＣユニットのＺコイルアセンブリ３０Ｚの概略構造を、図４４にはそのＹコイルアセンブリ３０Ｙの概略構造をそれぞれ示す。図４３において、３０ＺＭがメインコイルであり、３０ＺＳがシールドコイルである。また図４４において、３０ＹＭがメインコイル、３０ＹＳがシールドコイルである。これらのメインコイルおよび／又はシールドコイルの各コイルセグメントの少なくとも一部に前述したと同様の分数ターンＦＴ_ｖを実施することで、前述と同様の作用効果を得ることができる。

なお、コイルをエッチングなどの銅板を腐食させてつくる方法（例えば特開平７−３０３６２４号「勾配コイル」参照）の場合、導体幅が広くなる部分が形成されてしまう。このため、一般的には高速スイッチングをさせるＥＰＩのようなＭＲＩ装置では、導体からの渦電流を無視できなくなり、そのようなコイルは適当でない。この場合も、上記の方法によって理想電流分布に近付けることができる（ワイヤとして、例えば細線を撚ったリッツ線などを用いれば、高速スイッチングなどによる線材自体の渦電流も問題とならない）。すなわち、エッチングによるコイル形成の場合も、その一部のターンをとってみると、線幅の広い平角線と見做せるからターン分割を上述と同様に行うことができる。つまり例えば、端のターンの線幅を狭くし、自分自身の渦を減らすことができる。このエッチングによるコイル形成において本発明の巻線交差を実現するには、例えば図３５の例において、点線丸部分の銅を予め腐食させておき、図３５の場合と同様に、例えば２本のｔ／２の厚さの線材で導体を互いに接続すればよい。したがって、エッチングやミリングといったコイル形成法の場合にも本発明の分数ターンを適用でき、より理想的なコイルパターンが得られる。

またなお、上述した実施形態およびその変形例では、分数ターンとしてＩ／ｎ（ｎ≧２）の、電流値Ｉを等分割する形態について説明してきた。しかし、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば２分割の場合に、一方のターンの線幅をもう一方のそれの２倍にして（厚さは同じ）、巻線の線材（または導体部）の断面積Ｓを２：１の割合（抵抗値は１：２）に設定することで、ターン分割数ｎ＝２であるが、各ターンの電流値が２Ｉ／３，Ｉ／３と一方のターンに電流値を余計に流す分数ターンも形成できる。これにより、分数ターンを実施するときの設計の自由度が上がり、所望の磁場分布が得られ易くなる。

さらに上記各実施形態において、磁場発生用コイルユニットを傾斜磁場コイルユニットに適用する場合、傾斜磁場コイルユニットは図１〜図３に示したように一体型に形成したものであった。しかし、本発明は必ずしもそのような一体型の傾斜磁場コイルユニットに限定されるものではなく、例えば、メインコイルとシールドコイルをそれぞれ構造的には別体として形成し、ガントリ内の離れた位置に別々に配置する構造のものにも好適に実施できる。

さらに、前記第２の実施形態以降で説明した分数ターンを用いたコイルユニットにおいて、前述した第１の実施形態に基づくコイル巻装法を採用しないで、従来の例えばＺ軸方向中心部から端部に向かって巻線位置を決めていく手法（Ｚチャンネルの傾斜磁場の場合）を採用してもよい。

本発明の磁場発生用コイルユニットを実施したＭＲＩ装置のガントリの概略断面図。 傾斜磁場コイルユニットのＺ軸方向に直交する面の概略断面図。 傾斜磁場コイルユニットの能動遮蔽型のＺコイルアセンブリの概略構造を示す斜視図。 第１の実施形態に係るＺコイルアセンブリのメインコイルおよびシールドコイルのＺ軸方向の巻線配置を示す図。 Ｚコイルアセンブリの等価回路図。 Ｚコイルアセンブリに要求される傾斜磁場特性の一例を示すグラフ。 Ｚコイルアセンブリのシールドコイルに要求される理想電流密度関数の一例を示すグラフ。 第１の実施形態に係るシールドコイルの流線関数およびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す図。 Ｚコイルアセンブリのメインコイルの理想的な流線関数を例示するグラフ。 Ｚコイルアセンブリのシールドコイルの理想的な流線関数を例示するグラフ。 Ｚコイルアセンブリのメインコイルおよびシールドコイルの巻線配置位置のシミュレーション例を示す表図。 第１の実施形態の効果との対比するためにシミュレーションした比較例の渦電流の流線関数を表す図。 第１の実施形態に係るＺコイルアセンブリに対するシミュレーション例におけるメインコイルおよびシールドコイルの巻線配置位置の詳細例を示す表図。 上記シミュレーション例におけるメインコイルの特性を流線関数を用いて説明するグラフ。 上記シミュレーション例におけるシールドコイルの特性を流線関数を用いて説明するグラフ。 上記シミュレーション例においてシールドコイルに因り発生する渦電流を示す流線関数の図。 第２の実施形態に係るシールドコイルの流線関数およびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す図。 Ｚコイルアセンブリの等価回路図。 コイルを一定幅の線材で一層巻きするときの巻線位置と巻線の混み具合を説明する図。 第２の実施形態に係るシミュレーション例におけるメインコイルおよびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す表図。 上記シミュレーション例におけるシールドコイルの特性を流線関数を用いて説明するグラフ。 上記シミュレーション例においてシールドコイルに因り発生する渦電流を示す流線関数の図。 第３の実施形態に係るシールドコイルの流線関数およびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す図。 第３の実施形態に係るシミュレーション例におけるメインコイルおよびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す表図。 上記シミュレーション例におけるシールドコイルの特性を流線関数を用いて説明するグラフ。 上記シミュレーション例においてシールドコイルに因り発生する渦電流を示す流線関数の図。 第４の実施形態に係るシールドコイルの流線関数およびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す図。 第４の実施形態の変形例に係るシールドコイルの流線関数を示す図およびシールドコイルのＺ軸方向の巻線位置を示す図。 第５の実施形態に係るシールドコイルの流線関数および巻線位置を示す図。 中央部の分数ターンの部分の等価回路図。 （ａ）〜（ｃ）は導体（線材）の断面を説明する図。 第５の実施形態の変形例の一例を示すコイルの巻線位置を示す図。 第６の実施形態に係るＺコイルアセンブリのシールドコイルの流線関数および巻線位置を示す図。 第７の実施形態に係る能動遮蔽型傾斜磁場コイルユニットのＹコイルアセンブリの概略斜視図。 Ｙコイルアセンブリのコイルセグメントにおける分数ターンを模式的に示す巻線図。 Ｙコイルアセンブリの等価回路図。 第７の実施形態の作用効果を対比説明するために用いたＹコイルアセンブリのコイルセグメントの模式図。 第７の実施形態の変形例に係るＹコイルアセンブリのコイルセグメントにおける分数ターンを模式的に示す巻線図。 第８の実施形態に係る能動遮蔽型傾斜磁場コイルユニットのＹコイルアセンブリの概略斜視図。 第９の実施形態に係る能動遮蔽型傾斜磁場コイルユニットのＹコイルアセンブリの概略斜視図。 第１０の実施形態に係るＺ軸方向シムコイルの流線関数および巻線位置を示す図。 図４１との対比説明のために導入したＺ軸方向シムコイル流線関数およびそのコイルの巻線位置を示す図。 その他の実施形態の一例を示す、垂直磁場方式のＡＳＧＣのＺチャンネルの概略模式図。 その他の実施形態の一例を示す、垂直磁場方式のＡＳＧＣのＹチャンネルの概略構成図。 分数ターンの交差数の変形例を示す図。

符号の説明

１ ＭＲＩ装置のガントリ
１１ 静磁場コイルユニット
１２ 傾斜磁場コイルユニット
１２Ｘ Ｘコイルアセンブリ
１２Ｙ Ｙコイルアセンブリ
１２Ｚ Ｚコイルアセンブリ
１２ＹＭ メインコイル
１２ＹＳ シールドコイル
１２ＹＭ−１，１２ＹＭ−２ メインコイルのコイルセグメント対
１２ＹＳ−１，１２ＹＳ−２ シールドコイルのコイルセグメント対
１２ＺＭ メインコイル
１２ＺＳ シールドコイル
１２Ｚ−１，１２Ｚ−２ メインコイルのコイルセグメント
１２Ｚ−３，１２Ｚ−４ シールドコイルのコイルセグメント
１３ シムコイルユニット
１３Ｚ Ｚ軸方向シムコイル
１４ ＲＦコイルユニット
３０Ｙ Ｙ軸方向ＡＳＧＣ
３０Ｚ Ｚ軸方向ＡＳＧＣ
ＣＳ コイメルセグメント
Ｃ_ｉｎ，Ｃ_ｍｉｄ，Ｃ_ｏｕｔ 流路（導体）
Ｆ１〜Ｆ８ 分流路（分岐導体）
Ｆ_１１〜Ｆ_１４，Ｆ_２１〜Ｆ_２６ 分流路（分岐導体）
Ｆ_ｉｎ，Ｆ_ｏｕｔ 分数ターン（分流路部）
ＦＴ_Ｄ 分数ターン（分流路部）
ＦＴａ〜ＦＴｋ，ＦＴｍ〜ＦＴｐ，ＦＴｅ′，ＦＴｆ′，ＦＴｋ′ 分数ターン（分流路部）
ＦＴｖ 分数ターン（分流路部）
ＦＴｗ 分数ターン（分流路部）

Claims (4)

1. Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアッセンブリを備え、
   前記コイルアッセンブリのメインコイルおよびシールドコイルに導体を巻き回した複数のコイルセグメントをそれぞれ備え、前記導体に電流を供給することにより傾斜磁場を発生させるようにした傾斜磁場コイルユニットを有し、
   前記コイルアッセンブリのコイルセグメントは、前記導体が担っている電流を分流させる複数の分流路から成る分流路部を有し、前記複数の分流路の抵抗値を同一に設定するとともに、前記複数の分流路を相互に交差させることによって鎖交磁束による前記複数の分流路のインダクタンスの値が互いに等しくなるように構成したことを特徴とする磁場発生用コイルユニット。
2. Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアッセンブリを備え、
   前記コイルアッセンブリのメインコイルおよびシールドコイルに導体を巻き回した複数のコイルセグメントをそれぞれ備え、前記導体に電流を供給することにより傾斜磁場を発生させるようにした傾斜磁場コイルユニットを有し、
   前記コイルアッセンブリのコイルセグメントは、そのＺ軸方向中心部および両端部に前記導体が担っている電流を分流させる複数の分流路から成る分流路部を各々有し、前記複数の分流路の抵抗値を同一に設定するとともに、前記複数の分流路を相互に交差させることによって鎖交磁束による前記複数の分流路のインダクタンスの値が互いに等しくなるように構成したことを特徴とする磁場発生用コイルユニット。
3. 前記コイルセグメントは、前記複数の分流路を同じ長さに形成したことを特徴とする請求項１または２記載の磁場発生用コイルユニット。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁場発生用コイルユニットを、傾斜磁場コイルユニットとして搭載した磁気共鳴イメージング装置。

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