JP4822612B2 - 電気的導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に磁気共鳴装置のための電気的導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの技術分野で電気的導体装置が例えば予め定められた磁界を発生するために使用される。磁気共鳴装置では、基本磁石システムにより発生される静的な基本磁界に、勾配コイルシステムにより発生される高速でスイッチングされる勾配磁界が重畳される。その際に勾配コイルシステムの勾配コイルの導体装置は例えばドイツ特許出願公開第４２０３５８２号明細書及び／又はドイツ特許出願公開第１９７２６３３２号明細書に相応する方法により決定されている。さらに磁気共鳴装置は、磁気共鳴信号を発生させるために高周波信号を検査対象物に入射し発生された磁気共鳴信号を受け入れる高周波システムを含み、これらの磁気共鳴信号に基づいて例えば磁気共鳴像が作成される。
【０００３】
勾配コイルシステムの勾配コイルは特定の空間方向に対して、望ましい理想的な場合に少なくとも１つの直線性ボリュウムの内側に専ら基本磁界に対して共線的な主磁界成分を有する勾配磁界を発生する。主磁界成分はその際に、どの任意の時点でも少なくとも直線性ボリュウムの内側で位置に無関係に近似的に等しい大きさである予め定め得る主勾配を有する。勾配磁界は時間的に変化する磁界であるから、前記のことは確かにどの時点に対しても当てはまるが、１つの時点から他の１つの時点へと主勾配の強さは可変である。
【０００４】
しかしマクスウェルの基本式に基づいて、望ましい理想的な場合に反して、直線性ボリュウムにわたって専ら前記の主磁界成分を有する勾配コイルは構成可能でない。その際には主磁界成分と共に、主磁界成分に対して垂直に向けられている少なくとも１つの随伴磁界成分が同時に現れる。いくつかの応用の際には勾配磁界の前記の随伴磁界成分は検査結果の誤りに通ずる。
【０００５】
勾配コイルシステムは通常、伝導性の構造物により囲まれ、それらに、スイッチングされる勾配磁界により渦電流が誘導される。このような伝導性の構造物の例は超伝導性の基本磁界システムの内側クライオスタットシェル、高周波シールドの銅箔および勾配コイルシステム自体である。渦電流により発生される磁界は望ましくない。なぜならば、それらはなかんずく勾配磁界を修正対策なしに弱め、その時間的経過を歪ませるからである。これにより例えば磁気共鳴像の質が損なわれる。
【０００６】
前記の渦電流磁界はある程度までは勾配コイルの電流目標量の相応の予歪みにより補償される。しかし予歪みによっては、勾配磁界を数学的な意味で類似に写像する渦電流磁界（すなわちその磁界分布が勾配磁界に等しい渦電流磁界）しか補償されない。しかし、勾配磁界を類似に写像しない渦電流も誘導されるので、いわゆるより高い次数の追加的な空間的な磁界歪みが生ずる。最後にあげた磁界歪みは能動的に遮蔽された勾配コイルシステムの際には遮蔽コイルの導体の相応の配置により補償可能である。これは勾配コイルシステムの構造に相応に高い機械的精度を必要とし、これにより製造コストが高くなる。
【０００７】
磁気共鳴技術では基本磁界の均等性は磁気共鳴像の質に対する決定的な因子である。その際に基本磁界の磁界不均等性は磁気共鳴装置の撮像ボリュウムの内側に、磁界不均等性に比例している磁気共鳴像の幾何学的な歪みを惹起する。特に重要なのは例えばエコープラナー法の際のいわゆる高速パルスシーケンスにおける磁界均等性である。
【０００８】
基本磁界の均等性を改善するための対策はシム対策と呼ばれる。その際に受動的なシム対策と能動的なシム対策とが区別される。能動的なシム対策では補正コイル（いわゆるシムコイル）がシムコイル装置において使用され、それらが基本磁界を均等化する。シムコイル装置を作動させるためには、非常に一定でありかつ再現可能に設定可能である直流電流を供給する電源装置が必要である。
【０００９】
例えばドイツ特許第１９５１１７９１号明細書から公知のように、撮像ボリュウムの内側の基本磁界は球調和関数の係数により記述される。さらに上記の特許１９５１１７９１号明細書から、勾配コイルにオフセット電流を与えることにより、線形の基本磁界偏差（すなわち第１次の磁界擾乱）が補償可能であることは公知である。オフセット電流は、勾配シーケンスを実行する電流に重畳される一定の電流である。より高い次数の磁界不均等性を補償するためには、補償すべき次数に相応して、ほぼ相応の磁界擾乱を補償するそれぞれシムコイルが設けられており、シムコイルにそのために適当な電流が与えられる。しかし、補償すべき次数ごとにシムコイルを設けなければならず、さらに例えば勾配コイルシステムの内側でシムコイルが利用可能な空間が狭小に制限されているので、上記の補償には限界がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に磁気共鳴装置に使用するための電気的導体装置、特に従来の技術の欠点を減じ得る電気的導体装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、磁気共鳴装置において磁界を発生するための電気的導体装置であって、導体装置が、複数の導体メッシュと、複数の多角形の面から構成されたネット構造とを含み、複数の導体メッシュが、それぞれ、ネット構造の複数の多角形の面のそれぞれに配置され、各導体メッシュごとに、導体装置の内側の電流を制御するべく構成されている少なくとも１つの制御装置が電気的に組み入れられている電気的導体装置において、各導体メッシュごとに、制御装置の少なくとも１つが組み入れられていることによって解決される（請求項１）。
本発明の有利な実施態様は次の通りである。
・複数の導体メッシュが互いに電気的に絶縁されて構成されている（請求項２）。
・複数の導体メッシュの少なくとも１つが、多角形の面の辺に相応する形状を有する（請求項３）。
・複数の導体メッシュが、多角形の面の辺に従って配置され、互いに隣接する導体メッシュが共通の辺の範囲内で共通の導体経路により構成されている（請求項４）。
・多角形の面が、ネット構造の面を隙間なしに寄木張りするように構成されている（請求項５）。
・全ての多角形の面が等しい幾何学的形状を有する（請求項６）。
・多角形の面の少なくとも１つが三角形状、矩形状または六角形状に構成されている（請求項７）。
・ネット構造が三次元の立体の表面に配置されている（請求項８）。
・ネット構造が円筒の筒面を囲んでいる（請求項９）。
・制御装置なしの導体経路が円筒の長手方向に構成されている（請求項１０）。
・制御装置なしの導体経路が円筒の周囲方向に構成されている（請求項１１）。
・制御装置なしの導体経路が円筒の中心に配置されている（請求項１２）。
・制御装置なしの導体経路の両側に等しい数の制御装置ありの導体経路が周囲方向に配置されている（請求項１３）。
・制御装置なしの導体経路に電気的に絶縁可能な装置が組み入れられて（請求項１４）。
・制御装置の少なくとも１つが制御可能な電流源を含んでいる（請求項１５）。
・少なくとも電流源の構成部分がネット構造の内側に配置されている（請求項１６）。
・電流源がネット構造の外側に配置されている（請求項１７）。
・電流源がバイポーラな電流源として構成されている（請求項１８）。
・電流源がパルス幅変調されて作動可能な電流源として構成されている（請求項１９）。
・制御装置がスイッチを含んでいる（請求項２０）。
・スイッチが導体メッシュの節点に配置されている（請求項２１）。
・スイッチが少なくとも１つの電力用半導体デバイスを含んでいる（請求項２２）。
・導体装置が制御装置に給電する電圧分配ネットを含み、この電圧分配ネットが高周波の交流電圧により作動可能である（請求項２３）。
・制御装置の１つが電位分離する電圧変換器を介して電圧分配ネットと接続され、電圧変換器が高周波の交流電圧から直流電圧を発生するために結合コンデンサおよび少なくとも１つのブリッジ整流器を含んでいる（請求項２４）。
【００１２】
導体メッシュを含み、導体メッシュが、辺をネット構造により定められている多角形の面に配置され、導体メッシュに、導体装置の内側の電流を制御するべく構成されている制御装置が電気的に組み入れられている本発明による電気的導体装置により、望ましい面電流分布が広い範囲内に望ましく設定および調節可能である。本発明による電気的導体装置は例えば、磁界特性を少なくとも１つの広い範囲内で自由にパラメータ化可能であるフレキシブルに応用可能な磁界発生装置である。
【００１３】
本発明による電気的導体装置は磁気共鳴装置において例えば勾配コイルシステムの内側に渦電流の結果としての磁界誤り及び／又は勾配磁界の随伴磁界成分及び／又は基本磁界の不均等性を補償するために使用可能である。相応の面電流分布を設定するために制御装置が位置に関係する磁界ダイナミックスのための公知のパルスシーケンスおよび勾配コイルにおける最適な面電流分布を求めるための公知の設計方法の使用の下にパラメータ化または調節される。位置に関係する磁界ダイナミックスのための公知のパルスシーケンスに関しては冒頭にあげたドイツ特許第１９５１１７９１号明細書によるシムコイルの電流設定方法が参照される。勾配コイルにおける最適な面電流分布を求めるための公知の設計方法に関しては例えば同じく既に冒頭にあげたドイツ特許出願公開第４２０３５８２号明細書が参照される。例えばハードウェア的に常に等しい構成を有する本発明による電気的導体装置により磁気共鳴装置の磁界を発生する構成要素の個別的な製造許容差の結果としての磁界歪みが簡単に導体装置の制御装置の相応のパラメータ化により個別的に補償可能である。
【００１４】
１つの実施態様では本発明による電気的導体装置は一層または多層に構成されたフレキシブルな導体板として構成されている。これは例えば磁気共鳴装置の勾配コイルシステムに使用する際に勾配コイルシステムの他の構成要素と一緒に鋳込み可能である。
【００１５】
磁界補正装置としての使用とならんで磁気共鳴装置において本発明による電気的導体装置の１つまたはそれ以上は、勾配コイル及び／又は基本磁界磁石の意味で磁界を発生する構成要素として、及び／又は高周波アンテナの意味で高周波信号を送信するための装置及び／又は磁気共鳴信号を受信するための装置として使用可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の他の利点、特徴および詳細は図面による以下に説明される実施例において明らかになる。
【００１７】
図１〜６は実施例として規則的に構成されたネット構造ＮＳ１〜ＮＳ６を示す。その際に、特定の幾何学形状の平面から隙間なしに寄木張りされたネット構造（すなわちｎ＝３、４、６に対するネット構造）を構成し得る３種類のｎ角形の平面のみが可能である。そのために図１、３、５は等辺の三角形、矩形および等辺の六角形から成る平面Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５を有する面状のネット構造ＮＳ１、ＮＳ３、ＮＳ５を示す。別の実施例では、前記の規則的な多角形から一次元の歪みにより、またはシアリングにより生じる平面を境する多角形も有用である。そのために図２、４、６は、ネット構造ＮＳ１、ＮＳ３、ＮＳ５の一次元の歪みから生ずる平面Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６を有する面状のネット構造ＮＳ２、ＮＳ４、ＮＳ６を示す。
【００１８】
導体装置を構成するためネット構造ＮＳ１〜ＮＳ６の平面Ｆ１〜Ｆ６の各々にそれぞれ導体メッシュが配置されている。その際に導体メッシュは互いに電気的に絶縁されて配置され、もしくは導体メッシュは平面Ｆ１〜Ｆ６の辺に従って配置され、互いに隣接する導体メッシュは導体ネットが生ずるように共通の辺の範囲内で共通の導体経路により構成されている。
【００１９】
図７および８には例として、互いに絶縁された導体メッシュを有する導体装置および電気的に導体ネットに接続されている導体メッシュを有する導体装置が示されている。その際に導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の各々は導体装置の内側の電流を設定するための制御装置として、非常に高い内部抵抗を有する少なくとも１つの電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を有する。電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃の源電流Ｉ₁〜Ｉ₃はそれに応じて電流源なしの導体経路を経て継続する。それらは電流源なしの導体経路を経ては閉じない。
【００２０】
図７は例として、３つの互いに絶縁された導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃から成る導体装置を示し、その際に導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の各々は、互いに無関係に制御可能である電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を含んでいる。電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃により設定すべき源電流Ｉ₁〜Ｉ₃は例えば１Ａ、２Ａ、３Ａである。その際に電流Ｉ₁、Ｉ₂ならびにＩ₂、Ｉ₃は、導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃が密に集まって延びている平行な導体経路を有する範囲内で、互いに補償し合う。
【００２１】
図８は破線により本来の導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃とならんで示されている電気的に接続されている導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の導体ネットとして図７の導体装置に相応する導体装置を示す。導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の各々は、互いに無関係に制御可能である少なくとも１つの電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を含んでいる。電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃の源電流Ｉ₁〜Ｉ₃の電流経路は専ら最も右側の垂直の導体経路を経て閉じる。図７と等価な電流分布に対して図８の源電流Ｉ₁〜Ｉ₃は直接に図７の密に隣接している垂直な導体経路の電流収支から示される。源電流Ｉ₁〜Ｉ₃は選ばれた例に対してそれぞれ１Ａである。
【００２２】
前記の例は、導体ネットにおける互いに絶縁された導体メッシュを有する導体装置に比べて、導体ネットの内側に不必要な損失電力が発生されないので、電力節減が達成可能であることを明らかにする。
【００２３】
互いに直流的に絶縁された導体メッシュを有する導体装置では必然的に各々の源電流に対して一義的な電流経路が存在している。それに対して導体ネットでは必然的に一義的な電流経路が決定されていないので、電流分布は不定である。しかしながら、互いに絶縁された導体メッシュから成る導体装置は通常、図７、８により具象的に説明されている悪い効率を有する。その原因は、一方では隣接する導体メッシュの位置的にほぼ一致する導体経路に対して通常、導体ネットの比較可能な導体経路の半分の導体断面しか利用可能でなく、従って相応により高い損失電力が生ずること、他方では隣接する導体メッシュの一致する導体経路のなかに逆向きの電流が少なくとも部分的に補償し合うことである。
【００２４】
図９〜１１は本発明の実施例として三角形、矩形または六角形から成る規則的なネット構造を有する導体ネットを示す。そのために導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₃₈は電気的に互いに接続されている。前記の導体ネットに対して、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の各々の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈に対して正確に一義的な電流経路が生ずることが特徴である。この電流経路は図９〜１１で常に電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の一方の端子から水平に完全に右方に、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈と同一の行に属する垂直な電流源なしの導体経路を経て、最後に再び水平にその電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の他方の端子に戻る。それにより前記の電流経路上の電流は通過する導体経路のインピーダンスに関係せずに、単にそのつどの電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈により与えられている。源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈の電流経路はそれによって常にそれに属する行に制限されている。列方向の電流経路は生じない。
【００２５】
図面を見やすくするため図９〜１１にはそれぞれ導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₃₈の１つに対してのみその経過が破線により本来の導体メッシュとならんで示され、各々の図面に全ての源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈および全ての電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈は記入されていない。相応のことが図１２〜１４にも当てはまる。
【００２６】
図１２は本発明の実施例として、円筒の筒面の上に配置されている規則的な矩形から成るネット構造を有する導体ネットを示す。前記の導体ネットは具象的に、図１０に示されている導体ネットを左から右へ転がすことにより生じ、最も右の垂直の電流源なしの導体経路は省略され、それにより生ずる開いた節点は相応に最も左の垂直の導体経路により接続される。
【００２７】
それによって図１２では、図１０と異なり、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆を全く含んでいない、もしくは電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆の少なくとも２つを含んでいる閉じた電流経路のみが可能である。このことは、任意の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆が予め定められ得ないことを意味する。このことは具象的に、例えば右側の電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒの周りにこれを完全に囲むカバーを置いて考えることにより明らかになる。カバーの内側には電荷が蓄積可能でないので、右側の電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒにおける全ての源電流Ｉ₃₁、Ｉ₃₂、Ｉ₃₃、Ｉ₃₄、Ｉ₃₅、Ｉ₃₆の和はキルヒホフの法則により零とならなければならない。前記の導体経路ＬＰｒには６つの電流源ＳＱ₃₁、ＳＱ₃₂、ＳＱ₃₃、ＳＱ₃₄、ＳＱ₃₅、ＳＱ₃₆が接続されているが、これらはキルヒホフの法則に基づいて互いに線形に無関係ではない。なぜならば、例えば第６の電流源ＳＱ₃₆の源電流Ｉ３６はその他の電流源ＳＱ₃₁、ＳＱ₃₂、ＳＱ₃₃、ＳＱ₃₄、ＳＱ₃₅の源電流Ｉ₃₁、Ｉ₃₂、Ｉ₃₃、Ｉ₃₄、Ｉ₃₅により決定されているからである。それにより不定の連立式が生ずる。すなわちリング状の電流源なしの導体経路ＬＰｒの電流に対して無限に多くの解が存在する。相応のことがその他の電流源なしのリング状の導体経路に対しても当てはまる。
【００２８】
図１０の導体装置と異なり、図１２では源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₆の電流経路が一義的に予め定められていない。例えば右側の電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒに供給される源電流Ｉ₃₁は、源電流Ｉ₃₁の一部分が左方に、他の部分が右方に進むことによって、２つの部分電流に分かれる。その分割はリング状の導体経路の接続点の間のリング状の導体経路ＬＰｒのセクションの個々のインピーダンスに関係している。
【００２９】
さらに、例えば図１２による導体ネットを磁気共鳴装置の中空円筒状の勾配コイルに使用する際にリング状の導体経路に電流が誘導され、これらの電流が擾乱磁界を惹起する。このことを阻止するために、リング状の導体経路が１つの個所においてほどかれて構成されなければならず、または周辺方向の前記の非対称性を回避するために図１０による４つの導体ネットが円筒面の周辺方向に延びている各９０°範囲を覆う円筒面の４つの象限に配置されている。
【００３０】
図１３は本発明の別の実施例として円筒面上の導体ネットを示す。導体ネットは具象的に図１０の導体ネットを上から下へ展開することにより生じ、最も上および最も下の電流源なしの水平な導体経路は互いに融合している。図１０の電流源なしの右側の垂直な導体経路からこうして図１２に電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒが生ずる。
【００３１】
図１３による導体ネットでは電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₆₃の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃は任意に選ばれる。なぜならば、源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃は常に、電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒのセクションを含んでいる電流源なしの導体経路を経て流れるからである。しかしながら源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃の電流経路は一義的ではない。なぜならば、電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒには図１２と類似して常に２つの電流経路が可能であるからである。それに対して縦方向の導体経路ＬＰｌの電流経過は一義的である。平らなネット構造と同じく、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₆₃の１つから発生される源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃はそれに付設された縦方向の導体経路ＬＰｌを経て完全に右方に流れる。そこでそれはリング状の導体経路ＬＰｒにおいて短い導体経路を通る部分電流と長い導体経路を通る部分電流とに分かれ、また隣接する縦方向の導体経路ＬＰｌを経て電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₆₃に戻るように流れる。比較的多数の縦方向の互いに等間隔に配置されている導体経路ＬＰｌを有する導体ネットでは、リング状の導体経路ＬＰｒの前記の長い導体経路を経ての前記の部分電流は無視可能である。
【００３２】
他の実施例では、リング状の導体経路ＬＰｒに一義的な電流経路を強制的に生じさせるため、電流源が挿入されている。このことはさらに、リング状の導体経路ＬＰｒを経て外部から誘導される電流が流れないという利点を有する。さらに、リング状の導体経路ＬＰｒの電流分割は縦方向の導体経路ＬＰｌの接続点の間のリング状の導体経路ＬＰｒの導体セクションの相い異なるインピーダンスに関係しない。
【００３３】
図１４は本発明の別の実施例として円筒の筒面上の別の導体ネットを示す。その際には、図１３による導体装置とは異なり、電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒが円筒面の中心に配置されており、電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒの両側に等しい数の電流源ありのリング状の導体経路が設けられている。図１４による導体ネットは特に磁気共鳴装置の中空円筒状の勾配コイルシステムに使用するために適している。なぜならば、その際には円筒の中心に電流誘導が電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒに生ぜず、従ってこれが電気絶縁性の装置（例えば分離または電流源）なしに構成されるからである。図１２〜１４に対して説明されたことは同様に図９、１１の導体ネットの展開から生ずる円筒面状の導体ネットに対しても円筒面状以外の導体ネットに対しても当てはまる。
【００３４】
上述した図７〜１４の実施例では電流源は導体メッシュまたは導体ネットに集積されている。その際にこれらのネット内部の電流源は例えば電圧分配回路網を介して外部からエネルギーを供給される。
【００３５】
円筒面状のネット構造に対しては供給電圧を供給するために、円筒主軸の方向に延びている櫛状の電圧分配回路網が有利である。円筒端において個々の櫛歯が周辺方向に、１つの個所において中断されている二線導体リングを介して接続される。このようにして供給電圧へのネット内部の電流源の短い接続が可能である。
【００３６】
ネット内部の電流源では電流源を設けるために限られた場所しか利用可能でなく、ネット内部の電流源の廃熱の放出が限られた範囲でしか可能でない。さらに、細い金属導線、光導体またはバスシステムとして構成されている小信号制御導線を電流源に対して設けなければならない。さらに、内部の電流源がパルス幅変調される電流源として構成されている場合には、源電流のフィルタリングに比較的高い費用がかかる。
【００３７】
導体ネットの場合には各々の電流源の両方の極が導体ネットを経て各々の他方の電流源の極となんらかの方法で直流的に接続されているので、電流源を直流的に互いに脱結合しなければならない。すなわち、すべての極が直流的に互いに隔離されているいわゆる浮動電流源を使用しなければならない。
【００３８】
従って、実施例では、共通の電圧分配回路網が内部の電流源のエネルギー供給のために設けられており、内部の電流源の直流的な脱結合はしかるべき場所で容量性または誘導性に実現されている。占有場所の理由から容量性の脱結合が有利である。その際に十分な脱結合のために供給電圧の周波数は電流源の負荷変動の結果として生ずるスペクトル成分の周波数よりもはるかに高く選ばれている。互いに絶縁されている導体メッシュから成る導体装置では電流源の直流的な脱結合の前記の課題は課せられない。前記のネット内部の電流源の実施例は図１８〜２０により一層詳細に説明される。
【００３９】
図１５は外部の電流源を有する導体装置の実施例を示す。例として、正方形の面から構成されているネット構造に従って配置されている互いに絶縁されている導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅から成る導体装置が示されている。各々の導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅に外部の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅が対応付けられている。例として導体メッシュＭ₂₃またはＭ₄₁に対してそれらの電流源ＳＱ₂₃またはＳＱ₄₁が示されている。これらの電流源は外部の電流源としてネット構造の外側に構成されており、各捩られた二線導体ＺＤＬを経て導体メッシュＭ₂₃またはＭ₄₁と接続されている。
【００４０】
導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅がネット構造の外側に構成されている外部の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅により捩られた二線導体ＺＤＬを経て給電される上述した実施例では、通常十分な場所が電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅に対して存在している。電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅から発生される熱の放出に問題は生じない。電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅がパルス幅変調される電流源として構成されている場合には、それらの源電流はネット構造の外側で簡単にフィルタ可能である。さらに個々の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅は例えば誘導性の変成器により互いに問題なく直流的に脱結合可能である。他方において比較的多くの二線導体ＺＤＬをネット構造内に導き入れる必要があり、それらは全体の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₄₅を流すことができなければならないので、特に細く構成することはできない。二線導体ＺＤＬの両方の心線は密に並び合って、互いに撚られて導かれる必要がある。さらに、磁気共鳴装置の基本磁界の影響範囲内に導体装置を使用する際には、例えば基本磁界の望ましくない歪みが生じないように、二線導体は電磁的にコンパチブルに可能なかぎり基本磁界の方向に配線されていなければならない。
【００４１】
先に説明された図７〜１５の実施例では導体装置の内側に特定の電流分布を設定するため、導体メッシュの各々が源電流を供給するための少なくとも１つの電流源と接続されている。
【００４２】
特に導体ネットでは、ネット構造の縁にのみ配置されている電流供給が望ましい。その際に前記のシステムが追加的な措置なしでは通常強く不定であることは明らかである。すなわち独立した電流経路の数はネット構造の列または行の数の増大と共に二乗関係で増大するが、ネット構造の縁に利用可能な供給点は一乗関係でしか増大しない。源電流の一義的な電流経路が例えば導体メッシュの節点におけるスイッチにより決定されるので、スイッチに基づいて広い範囲内で自由にパラメータ化可能な導体装置が構成され得る。
【００４３】
特に、導体構造の内側に配置され例えば磁気共鳴装置の強い基本磁界に曝されているスイッチには、特定の要求が課せられる。すなわち、開いたスイッチにおける電圧が原理的に双極性であるので、スイッチも双極性に構成されている。導体装置の内側の電位が、システム接地電位に関して、広い範囲内で任意の値をとるので、スイッチの駆動が電位分離されて行われる。
【００４４】
さらにスイッチは、例えば磁気共鳴装置の強い基本磁界または高周波磁界により擾乱されないように、また逆にそれらを擾乱しないように、電磁的な環境条件に適合しなければならない。そのために基本磁界の影響範囲には特に強磁性の構成部分を避けなければならない。なぜならば、それらは磁気共鳴像の質に対して重要な基本磁界の均等性を擾乱するからである。他方において強磁性の構成部分は基本磁界により飽和領域に磁化されるので、例えば強磁性材料から成るコアを有する誘導性の変成器は使用可能でない。
【００４５】
スイッチオフ状態でのスイッチの耐電圧性は、導体装置に電磁誘導により生ずる最大の電圧よりも高い電圧に耐えるように選ばれている。スイッチオン状態でのスイッチの耐電圧性はほぼ導体装置の設計データならびにその形状により決定される。スイッチの許容される開閉時間は、スイッチがクロックされるか、準静的にのみ作動させられるかに強く関係する。能動的なスイッチ要素としてはＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴが適する。開閉すべき電流が大きい場合にはＩＧＢＴがＭＯＳＦＥＴに比べて有利である。ＭＯＳＦＥＴではｎチャネル型式が低い損失電力のために有利である。
【００４６】
図１６は、導体装置に集積可能なスイッチの可能な実施例を示す。そのためにスイッチはその一次端子Ｐ１、Ｐ２を介して導体装置の導体メッシュに電気的に接続されている。本質的に２つの逆直列に接続されているｎチャネルＭＯＳＦＥＴ１６１、１６２により双極性のスイッチが実現されている。ＭＯＳＦＥＴ１６１、１６２の両方のソース端子を一括接続すると有利であり、それによってゲート端子も直接に互いに接続可能であり、また双極性のスイッチがこのようにして単一のゲート‐ソース電圧を介して制御可能である。スイッチに対する制御信号ならびにスイッチ用補助電子回路に対する直流電圧の供給は無電位で行われている。制御信号に対する電位分離は光導波路１６５およびフォトカップラ１６４を用いて行われる。フォトカップラ１６４としてはシーメンス社の型式ＳＦＨ５５１またはハネウエル・パッカード社のＨＦＢＲ‐２５Ｘ１が使用可能である。高速駆動のためにドライバモジュール１６３が設けられている。供給端子ＡＣ１、ＡＣ２に与えられている高周波の供給用交流電圧とスイッチ用補助電子回路に対する直流電圧との間の電位分離は、２つの結合コンデンサＣ_Kおよびブリッジ整流器ＢＧＲを含んでいる容量性の電圧変換器１６６を介して行われる。電位分離の機能は供給用交流電圧の両方の半波の等しい利用に関係し、このことはブリッジ整流器ＢＧＲにより保証されている。結合コンデンサＣ_Kは、導体範囲内で設定すべき電流の無視し得ないスペクトル成分がその結合コンデンサＣ_Kを経て流出しないように小さく選ばれている。他の実施例ではＭＯＳＦＥＴ１６１、１６２のゲート端子がフォトダイオードアレイを用いて直接に光導波路１６５を経て充電および放電される。
【００４７】
図１７は実施例として多くの前記のスイッチに対する電圧分配回路網を示す。対称要素１７３を経ての接地対称な交流電圧供給が行われている。共通の対称な供給線１７４がスイッチの交流電圧供給端子ＡＣ１、ＡＣ２に接続されている。高周波発生器１７１は例えば５０Ωサイン発生器として構成され、その後に整合回路網１７２が接続され、この整合回路網は容量性の負荷成分を補償し、インピーダンス変換を実行する。他の実施例では高周波発生器１７１は低抵抗の方形波発生器として構成され、対称要素１７３は互いに１８０°位相ずれを有する２つの制御可能なハーフブリッジから構成されている。
【００４８】
図１８〜２０には特にネット内部の電流源およびそれらの電圧供給に対して相応の実施例が示されている。図１８には線形の電流源が、図１９にはパルス幅変調されて作動可能な電流源が、図２０には前記の電流源の相応の電力供給が示されている。
【００４９】
線形の電流源は原理的に高抵抗である。このことは、電流源を流される導体メッシュがそれと結合インダクタンスを介して結合されている隣接する導体メッシュに電流を電磁誘導により生じないという利点を有する。すべての導体装置がそれによって互いに脱結合されているので、補正マトリックスまたは調節回路は必要とされる。しかし線形の電流源は比較的高い損失電力用開閉器を有する。これを限界内に保つため、プッシュプルＡＢ動作またはプッシュプルＢ動作の電流源が設けられている。
【００５０】
そのために図１８は、負荷インピーダンスＬＩを通る比較的高い出力電流に対して適しているプッシュプルＡＢ動作の線形の電圧制御形双極性電流源の実施例を示す。双極性の電流源は接地対称な直流電圧を供給するために供給端子＋Ｕ、−Ｕを、かつ制御電圧を介して電流源を制御するために制御電圧端子Ｕ_inを有する。図１８による回路の正確な作動の仕方は例えばＵ．ティーチェ等の著書“半導体回路技術”（第９版、シュプリンガー出版社、ベルリン、１９９０年発行、第３７４〜３７８頁）に記載されている。
【００５１】
図１９は、上述した線形の電流源よりも低損失で作動可能でありパルス幅変調されて作動可能である電流源の実施例を示す。パルス幅変調される電流源では、供給端子＋Ｕ、−Ｕ間に与えられている直流電圧をスイッチＳ１、Ｓ２を用いて高速で切換えることにより、スイッチングクロックに比較して遅く変更可能な電流が負荷インピーダンスＬＩに与えられる。両方のスイッチＳ１、Ｓ２のデューティ比を介して低域通過フィルタ１９２の後で負荷インピーダンスＬＩを流れる平均電流が制御される。前記の電流は調節ループの枠内で調節可能であり、調節ループは電流センサ１９１、比較器１９５、調節器１９４およびコンパレータ１９３を含んでいる。さらに、制御電圧端子Ｕ_inに与えられている制御電圧に対する正負符号検出器により別のスイッチＳ３の駆動を介して、例えば低域通過フィルタ１９２の入力端に特定の正の電圧を発生するためスイッチＳ２が開かれた状態にとどまり、スイッチＳ１のみがスイッチングされるように、スイッチＳ１、Ｓ２の効率を改善されたスイッチング動作を制御可能である。
【００５２】
負荷インピーダンス回路の急速な放電のために実施例では別のスイッチが低域通過フィルタ１９２の前に接地の後に設けられている。実施例では前記のパルス幅変調される電流源においてスイッチＳ１、Ｓ２、低域通過フィルタ１９２および電流センサ１９１のみが導体装置に集積され、その他の構成部分は相応に外に置かれている。
【００５３】
図２０は電流源の１つに対して電圧変換器を有する多くの電流源に対する電圧分配回路網を実施例で示す。電圧分配回路網および電圧変換器は図１６、１７のそれらに類似して構成されている。図２０には図１７に相応して対称化要素２０３および対称な交流電圧供給導線２０４が示されている。図２０に示されている容量性の電圧変換器２０６は図１６のそれに比べて２つのブリッジ整流器ＢＧＲを有するので、電流源の直流電圧供給端子＋Ｕ、−Ｕに対して中心電位点に関して２つの絶対値が等しい大きさの電圧が得られ、それによって正および負の電圧枝路に相い異なる高さの負荷電流が流れる。満足な効率を得るために、充電コンデンサＣ_Lにおける電圧が可能なかぎり負荷に無関係に設定可能であるように、結合コンデンサＣ_Kのキャパシタンスは負荷電流に同期して調節可能に構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図２】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図３】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図４】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図５】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図６】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネット構造を示す概略図。
【図７】互いに絶縁された導体メッシュを有する導体装置を示す概略図。
【図８】互いに電気的に接続されている導体メッシュの導体ネットとしての導体装置を示す概略図。
【図９】ネット内部の電流源および三角形から成る規則的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略図。
【図１０】ネット内部の電流源および矩形から成る規則的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略図。
【図１１】ネット内部の電流源および六角形から成る規則的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略図。
【図１２】ネット内部の電流源および矩形から成るネット構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。
【図１３】ネット内部の電流源および矩形から成るネット構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。
【図１４】ネット内部の電流源および矩形から成るネット構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。
【図１５】互いに絶縁された導体メッシュおよびネット構造の外側に配置されている電流源を有する平らな導体装置を示す概略図。
【図１６】導体装置に集積可能なスイッチを示す概略図。
【図１７】多くの集積可能なスイッチに対する電圧分配回路網を示す概略図。
【図１８】プッシュプル終段ＡＢ動作する線形の電圧制御形双極性電流源を示す概略図。
【図１９】パルス幅変調されて作動可能な電流源を示す概略図。
【図２０】電流源の１つに対する電圧分配回路網および電圧変換器を示す概略図。
【符号の説明】
ＡＣ１、ＡＣ２ 交流電圧供給端子
ＢＲＧ ブリッジ整流器
Ｃ_K 結合コンデンサ
Ｃ_L 充電コンデンサ
Ｆ１〜Ｆ６ 平面
Ｉν、Ｉνμ 源電流
ＬＰｒ リング状の導体経路
ＬＰｌ 縦方向の導体経路
ＬＩ 負荷インピーダンス
Ｍν、Ｍνμ 導体メッシュ
ＮＳ１〜ＮＳ６ ネット構造
Ｐ１、Ｐ２ 一次端子
ＳＱν、ＳＱνμ 電流源
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ スイッチ
＋Ｕ、−Ｕ 直流電圧供給端子
Ｕ_in 制御電圧端子
ＺＤＬ 二線導線
１６１、１６２ ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ
１６３ ドライバーモジュール
１６４ フォトカップラ
１６５ 光導波路
１６６、２０６ 電圧変換器
１７１ 高周波発生器
１７２ 整合回路網
１７３、２０３ 対称化要素
１７４、２０４ 供給線
１９１ 電流センサ
１９２ 低域通過フィルタ
１９３ コンパレータ
１９４ 調節器
１９５ 比較器
１９６ 正負符号検出器

Claims (24)

1. 磁気共鳴装置において磁界を発生するための電気的導体装置であって、
   導体装置が、複数の導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）と、複数の多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）から構成されたネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）とを含み、
   複数の導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が、それぞれ、ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の複数の多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）のそれぞれに配置され、
   導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）ごとに、導体装置の内側の電流（Ｉν、Ｉνμ）を制御するべく構成されている制御装置が電気的に組み入れられている電気的導体装置において、
   各導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）ごとに、制御装置の少なくとも１つが組み入れられている
   ことを特徴とする電気的導体装置。
2. 複数の導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が互いに電気的に絶縁されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の電気的導体装置。
3. 複数の導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）の少なくとも１つが、多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）の辺に相応する形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電気的導体装置。
4. 複数の導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が、多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）の辺に従って配置され、互いに隣接する導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が互いに隣接する多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）の共通の辺の範囲内で共通の導体経路により構成されていることを特徴とする請求項１記載の電気的導体装置。
5. 多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）が、ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の面を隙間なしに寄木張りするように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電気的導体装置。
6. 全ての多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）が等しい幾何学的形状を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の電気的導体装置。
7. 多角形の面（Ｆ１〜Ｆ６）の少なくとも１つが三角形状、矩形状または六角形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の電気的導体装置。
8. ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）が三次元の立体の表面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の電気的導体装置。
9. ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）が円筒の筒面を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の電気的導体装置。
10. 制御装置なしの導体経路（ＬＰ１）が円筒の長手方向に構成されていることを特徴とする請求項９記載の電気的導体装置。
11. 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）が円筒の周囲方向に構成されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の電気的導体装置。
12. 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）が円筒の中心に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の電気的導体装置。
13. 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）の両側に等しい数の制御装置ありの導体経路が周囲方向に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の電気的導体装置。
14. 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）に電気的に絶縁可能な装置が組み入れられていることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の電気的導体装置。
15. 制御装置の少なくとも１つが制御可能な電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）を含んでいることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の電気的導体装置。
16. 少なくとも電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）の構成部分がネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の内側に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の電気的導体装置。
17. 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の外側に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の電気的導体装置。
18. 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がバイポーラな電流源として構成されていることを特徴とする請求項１５乃至１７の１つに記載の電気的導体装置。
19. 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がパルス幅変調されて作動可能な電流源として構成されていることを特徴とする請求項１５乃至１７の１つに記載の電気的導体装置。
20. 制御装置がスイッチを含んでいることを特徴とする請求項１乃至１９の１つに記載の電気的導体装置。
21. スイッチが導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）の節点に配置されていることを特徴とする請求項２０記載の電気的導体装置。
22. スイッチが少なくとも１つの電力用半導体デバイスを含んでいることを特徴とする請求項２０又は２１記載の電気的導体装置。
23. 導体装置が制御装置に給電する電圧分配ネット（１７４、２０４）を含み、この電圧分配ネットが高周波の交流電圧により作動可能であることを特徴とする請求項１乃至２２の１つに記載の電気的導体装置。
24. 制御装置の１つが電位分離する電圧変換器（１６６、２０６）を介して電圧分配ネット（１７４、２０４）と接続され、電圧変換器（１６６、２０６）が高周波の交流電圧から直流電圧を発生するために結合コンデンサ（Ｃ_K）および少なくとも１つのブリッジ整流器（ＢＧＲ）を含んでいることを特徴とする請求項２３記載の電気的導体装置。

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