JPH03188827A - 核磁気共鳴断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は人体の検査のための核磁気共鳴断層撮影装置
に関する。

［従来の技術］ 人体の体軸が直角座標系のＸ軸」二に延び、検査すべき
身体領域が基本磁界磁石の磁極片の間に置かれ、基本磁
界が２軸の方向に延び、また傾斜コイルが設けられ、こ
れらの傾斜コイル４）傾斜コイルとして構成され磁極面
に面平行に配置されているような核磁気共鳴断層撮影装
置が知られている。

身体の断層像の作成のためにまた関節の診断のためにま
た血管の表示のために公知のように核磁気共鳴断層撮影
装置を用いることができ、この装置では積分された陽子
共鳴信号の計算的な又は測定技術的な解析により検査す
べき身体の空間的スピン密度又は緩和時間分布から像が
構成される。

検査すべき身体特に人体は強い均一な磁界いわゆる基本
磁界中に入れられ、基本磁界は人体中の核スピンを整列
させる。更にパルスを供給される傾斜コイルが設けられ
、これらの傾斜コイルは撮影領域中の位置解明のために
空間的に異なる磁界を発生させる。高周波アンテナは核
スピンを励起し、また励起された核スピンから放出され
る信号を受信器へ伝送する。

ソレノイドとして構成され患者の体軸の方向に延びる静
基本磁界を発生させ、約０．５Ｔを超える強い磁界のた
めに一般に超伝導である公知の基本磁界磁石のほかに、
核磁気共鳴断層撮影装置において基本磁界磁石としてい
わゆるＣ字形磁石、Ｈ字形磁石又は窓枠形磁石として構
成することができる磁極片付き磁石を用いることもでき
る。核磁気共鳴断層撮影装置のこの構造では患者の体軸
が直角座標系のＸ軸の方向に延びる。検査すべき身体領
域は磁石の強磁性の磁極片の間に置かれ、磁石の軸線は
ｚ軸の方向に延びる。磁極片付き磁石は電磁石又は永久
磁石により励磁することができる（ドイツ連邦共和国特
許出願公開第３７３７１３３号公報参照）。

電磁石のエアキャップでの磁界の補正のために補正コイ
ルを用いることができ、その磁界は電磁石の磁界に重畳
され、補正コイルは平形磁石として構成されることが更
に知られている。これらの平形コイルは磁゛石の平らな
磁極面の直前に配置される（ドイツ連邦共和国特許出願
公告第１１０７８２４号公報参照）。

患者の体軸がＸ方向に延び基本磁界ＢＯが２方向に延び
るような核磁気共鳴断層撮影装置の別の公知例では、パ
ルスを供給される特別の構造の傾斜コイルが用いられ、
このコイルはできるだけ一定の傾斜をｘ、ｙ、Ｘ方向に
発生させるという任務を有し、この傾斜により像作成の
ための位置解明が行われる。磁極面上に無限に広がるコ
イルに対する理想的な線形傾斜磁界は次の形を有する。

２傾斜のために用いられるコイルは平形ソレノイドとし
て構成され磁石の磁極面上に配置されている。このコイ
ルの直列に接続されたターンは、中心点からの距離の増
加と共にターン数が段階的に増加するような群を形成す
る。電流は両平形コイルの中で逆方向に流れる。ｘ、Ｘ
傾斜のためのコイルは、それぞれ相互に平行に配置され
た導体から成る各二つの導体層を磁極面上に形成し電流
により同一方向に質流されるターンの直列回路から成る
。Ｘ傾斜のためのコイルはＸ傾斜コイルに対して９０’
回転しているので、Ｘ傾斜コイル及びＸ傾斜コイルが直
交する導体の装置を形成する（欧州特許出願公開第０１
７８２１８号公報参照）。

［発明か解決しようとする課題］ この発明の課題は、撮影領域が平らな磁極面の間に置か
れている基本磁界磁石を備えた核磁気共鳴断層撮影装置
のために、ｘ、Ｘ傾斜のための平形コイルとして構成さ
れた傾斜コイルを提供することにある。この平形コイル
には、コイル面が基本磁界磁石の磁極面上に制限される
ことにより生じる周縁誤差を除去する補正コイルを付設
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、ａ）ｘ傾斜及びＸ傾斜の
ために゛それぞれ二つの傾斜コイルが設けられ、これら
の傾斜コイル４）傾斜コイルとして構成されてそれぞれ
基本磁界磁石の磁極面上に配置され、同方向の電流工に
より貫流され、ｂ）各傾斜コイルが二つのセグメントか
ら成り、これらのセグメントがそれぞれターンの直列回
路を備え対称面（ｘ傾斜に対しては平面ｘ＝０）に対し
鏡面対称に配置され、ターンが相互に平行に間隔ＡＩを
置いて配置されそれぞれ傾斜コイルの平均外側半径ｒｏ
　を有する円セグメントの弦を形成するまっすぐな部分
導体と、平均外側半径ｒｏを有する円弧を成して対称に
延びる帰路とから成り、Ｃ）傾斜コイルにはそれぞれ補
正コイルが付設され、この補正コイルは基本磁界磁石の
磁極面に平行に配置され同様に二つの等しいセグメント
から成り、これらのセグメントがターンの直列回路を備
え対称面Ｃｘｒｒ４斜に対しては平面Ｘ＝０）に対し鏡
面対称に配置され名工つの弧状導体群を備え、これらの
導体群のうち外側の導体群が傾斜コイルの平均外側半径
ｒｏ　を有し、内側の導体群が所定の平均半径ｒ１を有
し、これらのセグメントが従属する傾斜コイルに電気的
に直列に接続されていることにより解決される。

［発明の効果］ この構成では傾斜コイルの面積の限界から特にパルス状
の傾斜の場合に生じるｘ、Ｘ傾斜の周縁誤差がほぼ補正
され、従って検査される身体の作成された断層像中の周
縁ひずみが相応に低減される。特に有利な実施態様は請
求項２以下に記載されている。

［実施例］ １ 次にこの発明に基づく核磁気共鳴断層撮影装置特にその
傾斜コイルの複数の実施例を示す図面により、この発明
の詳細な説明する。

Ｃ次形磁石としての構造の基本磁界磁石２を備えた核磁
気共鳴断層撮影装置の第１図に示す実施例では、静基本
磁界がｘ、ｙ、ｚ軸を有する直角座標系の２軸に平行に
延びる。この核磁気共鳴断層撮影装置は測定対象物特に
人体の検査のために用いられ１人体の体軸は座標系のＸ
軸の方向に延び、検査すべき°身体領域は基本磁界磁石
２の磁極片３と４の間の撮影領域１０内に置かれる。例
えばＤ＝　ｌ　ＯＯｃｍの直径を有し符号の付けられて
いない基本磁界磁石２の磁極は、基本磁界ＢＯを発生さ
せる磁界コイル５．６を備え、基本磁界は撮影領域１０
中で座標系の２軸の方向に延びる。

分かりやすくするために撮影領域１０の外部に示された
座標系の原点は、基本磁界磁石２の磁極面７と８の間の
中心点に鐙かれるべきであるので、ｚ軸は磁極片３．４
の回転軸線に含まれる。磁極面７．８の間隔Ｈは例えば
Ｈ＝４５ｃｍとするこ　２ とができる。基本磁界ＢＯは磁石継鉄９を経て閉じられ
る。核磁気共鳴断層撮影装置の実際構造では、少なくと
も磁極面７．８、望ましくは磁界コイル５．６を備える
磁極全体が、更には磁石継鉄９が高周波磁界に対する図
示されていないシールドを備える。このシールドは導電
性かつ非磁性材料特に銅製のカバーから成ることができ
る。

磁極面７．８の図面で符号の付けられていない凹所中に
はコイル装置１１が埋め込まれ、このコイル装置はＸ、
ｙ、Ｘ傾斜に対する平形コイルとして構成された傾斜コ
イルを備える。これらの傾斜コイルのうちＸ傾斜及びＸ
傾斜のための傾斜コイルは、この発明に基づきこれらの
コイルに付設された補正コイルを備えて構成されている
。磁極３．４の凹所の中に平形コイルを埋め込むことに
より撮影領域１０中には付加的な場所を実際上必要とし
ない。

第２図に示１実施例では、この発明に基づく平らな傾斜
コイル１２が直列に接続された二つのセグメント１４．
１５から成り、これらのセグメントは対称面としての平
面ｘ＝Ｏに対し鏡面対称に配置されている。両セグメン
ト１４．１５のそれぞれはそれぞれまっすぐな部分導体
から成るターンの直列回路から成り、これらの部分導体
は相互に例えば５ｃｍの間隔Ａ１を置いて配置され電流
ＩＩ　により貫流され図中で符号１６ないＬ２１が付け
られている。これらの部分導体はそれぞれ弧状の帰路を
介して隣接する平行な部分導体に結合されている。帰路
は図中で符号２２〜２７を付けられている。部分導体１
６〜２１はそれぞれ平形コイルの例えばｒＯ＝４０ｃｍ
の平均半径を有する円セグメントの弦を形成する。帰路
２２〜２７は傾斜コイル１２の縁に並べて配置され、対
称に平均半径ｒＯを有する円弧となって延び導体群２８
を形成する。両半部１４．１５は同様に構成されている
。それゆえ第２のセグメント１５は詳細には説明しない
。撮影領域の直径りが約４０ｃｍの場合には、この傾斜
コイルの有限の広がりにより生じる周縁での相対傾刺誤
差δＢ／Ｂは約２０％となる。このことは像の許容でき
ない周縁ひずみをもたらす。

コイル１４．１５の有限な広がりによるこの磁界誤差は
特に、エアギャップの第１図において一点鎖線で示され
た中央面上では磁界が理想的な傾斜磁界より小さく、一
方磁界が磁極面７．８の周縁では過大であることにより
起こる。この誤差を例えば第３図に示す補正コイルによ
り無害な量に低減しようとするものである。二つの同一
なセグメント３２．３３を有するＸ傾斜のための補正コ
イル３０の第３図に示す実施例では、これらのセグメン
トはそれぞれターンの直列回路から成る。各ターンは円
の弦の一部を形成するまっすぐな二つの部分導体例えば
３６．３７を備える。これらの両部会導体の相互に遠ざ
かる方の端部は、平均半径ｒｏを有するほぼ円弧状の外
側帰路を介してコイル周縁で相互に結合されている。同
様な方法でこれらの部分導体３６．３７の相互に近づく
方の端部は、半径ｒ１を有するほぼ円弧状の内側帰路を
介して相互に結合されている。ほかの　５ まっすぐな部分導体は図中で符号３８〜４７を付けられ
ている。外側帰路は平均半径ｒｏ　を有する導体群４８
を形成し、内側帰路は同様に平均半径ｒ１　を有する導
体群４９を形成する。第２のセグメント３３は同様に形
成され平面Ｘ＝Ｏに対し鏡面対称に配置されている。ま
っすぐな部分導体３６〜４７は例えば相互に間隔Ａ２＝
５ｃｍを置いて配置されている。これらのターンは図に
矢印により示された電流工２により貫流される。例えば
４０ｃｍの半径ｒＱに対しては両導体群４８と４９の平
均距離ｒＱ−ｒｌがほぼＨ／６となろう。ｒｏ　＞＞Ｈ
である傾斜コイルの非常に大きい広がりの場合は平均圧
１１ｉｆＩｒｏ　−ｒ＋　に対して約Ｈ／９の限界値が
生じる。

第４図に示すように、傾斜コイルと補正コイルとの組み
合わせ体５２は同じく二つのセグメント５３．５４を有
する平形コイルから成り、これらのセグメントは平面ｘ
＝Ｏに対し鏡面対称に配置されている。同様に構成され
平面Ｘ＝Ｏに対し鏡面対称に配置されたこれらのセグメ
ントのそれぞ６ れは、第２図に示す傾斜コイル１２と第３図に示す補正
コイル３０とを備える。この組み合わせ体は傾斜コイル
の弦導体５５〜６０と補正コイルの弦端部６１〜８２と
から成る。外側の帰路から形成された導体群は図におい
て符号８３を付けられ、内側の帰路から形成された導体
群は符号８４を付けられている。

例えば第３図に示すＸ傾斜のための補正コイルの任務は
、第２図に示す傾斜コイル１２が理想的な傾斜に対し仮
定されるようには無限に広がってはおらず、磁極面７．
８の直径に制限されているということにより生じる撮影
領域１０の周縁領域でのＸ傾斜の直線性の乱れを防止す
ることにある。

この補正コイル３０の磁界は、半径ｒｏを備えたコイル
と半径ｒ１及び逆向きに同一の線電流工２を有する小さ
いコイルとを重畳することから得られる。

第３図に示す補正コイル３０及び第４図に示す組み合わ
せコイル５２の内側半径ｒｌ　　と補正コイル３０の平
均の弧状部分の距離ｒｌ　とは次式から求められる。

ここでに２は２次の変形ベッセル関数でありに２＝２π
／Ｈである。簡単化のためＡＩ　＝Ａ？＝Ａ及びＩＩ　
＝Ｉ２　＝Ｉとし例えば半径ｒｏ　＝４０ｃｍを選べば
、半径ｒ１＝３３．８ｃｍが得られる。

この発明に基づき第２図に示す傾斜コイル１２及び第３
図に示す補正コイル３０又は両者を第４図に示す平らな
組み合わコイル５２に成るように重畳したものはそれぞ
れ、上側及び下側の磁極面７．８上に配置されてすべて
のまっすぐな平行な部分導体３６〜４７又は５５〜８２
中の電流が同一方向を有するように直列に接続されてい
る。それにより半径ｒ＝２０ｃｍの場合に相対傾斜誤差
はδＢ／Ｂ≦３．５％にすぎない。

このＸ傾斜の直線性は十分である。加えるに第１図に示
す磁極片３と４の間の円筒形の撮影領域１０の円筒面上
でのこの傾斜誤差は、核磁気共鳴断層撮影装置の場合に
通常用いられる球の形より大きい撮影領域の中で成立す
る。

有利な導体間隔Ａ＝５ｃｍの場合には、傾斜強さＧ、＝
　１０ｍＴ／ｍに対し次のコイル電流を必要とする。

Ｇ× Ｉ＝　　　　Ｈ・Ａ＝８９．５Ａ ＪＬＤ 外側半径ｒｏ＝４０ｃｍと傾斜コイルのセグメント当た
り６ターンとを有する第４図に示し平形コイルとして構
成された組み合わコイル５２に対しては導体長さはｌ＝
８０ｍとなり、６ｍｍ２の銅導体（Ｒ＝０．２２５Ω）
とすれば例えば装置全体に対してオーム損失はＰｅ１＝
　１８００Ｗとなる。

Ｘ傾斜に対する第５図に示す補正コイル８５の特に簡単
な実施例は、同様に二つのセグメント８６．８７を備え
た平形コイルから成り、これらのセグメントは平面Ｘ＝
Ｏに対し鏡面対称にかつ磁極面７．８に平行に配置され
ている。このコイル８５は三日月形セグメント８６．８
７から成り、これらのセグメントはそれぞれターンの９ 直列回路から成る。各ターンは同一の巻線半径ｒｗ　＝
　（ｒｏ　＋　ｒ＋　）／２を有しかつ異なる円中心点
を有する二つの円弧状導体を備えるので、それぞれ同一
の平均巻き付け半径ｒｗを備える二つの弧状導体群８８
．８９が生じ、それらの円中心点は座標原点Ｘ＝Ｏに対
し量（ｒｏ−ｒ１）／２だけ右又は左に向かってずれて
いる。これらの導体群はそれぞれ三日月形セグメント８
６．８７を形成する。

Ｘ、Ｘ傾斜特にパルス状の傾斜のための磁極面７．８上
に配置された傾斜コイル及び補正コイルを備えるこの発
明に基づく核磁気共鳴断層撮影装置の特に有利な別の実
施例によれば、磁極片３．４の少なくとも磁極面７．８
に隣接する体積領域はケイ素合金鉄ＦｅＳ　ｉから成る
。高い透磁率特に川、≧４０００と小さい導電率特にｐ
≧０．４・１０−６Ωｍとを有するケイ素合金鉄が選ば
れるのが有利である。この実施例では鉄中に誘導される
渦電流による傾斜誤差は僅かにすぎない。なぜならば体
積中の渦電流は磁極面７．８０ で時間的に急速に低下するからである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく核磁気共鳴断層撮影装置の一
実施例の正面図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図の
装置に用いられるＸ又はＸ傾斜コイルとその補正コイル
の一実施例の平面図、第４図は傾斜コイルと補正コイル
との組み合わせ体の一実施例の平面図、第５図は補正コ
イルの異なる実施例の平面図である。 ２・・・基本磁界磁石 ３．４・・・磁極片 ７．８・・・磁極面 １２・・・傾斜コイル １４．１５．３２．３３．８６．８７・・・セグメント １６〜２１．３６〜４７・・・部分導体２２〜２７・・
・帰路 ３０．８５・・・補正コイル ４８．４９．８８．８９・・・弧状導体群５２・・・組
み合わせコイル ＢＯ・・・基本磁界 ＦＩＧ　４ −１７４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）体軸が直角座標系のｘ軸の方向に延び検査すべき身
   体領域が基本磁界磁石の平らな磁極面の間に置かれてい
   る人体の検査のために用いられ、基本磁界（Ｂ＿０）が
   ｚ軸の方向に延び、基本磁界の磁極面に平行に配置され
   た傾斜コイルが用いられる核磁気共鳴断層撮影装置にお
   いて、 ａ）ｘ傾斜及びｙ傾斜のためにそれぞれ二つの傾斜コイ
   ル（１２）が設けられ、これらの傾斜コイルが平形コイ
   ルとして構成されてそれぞれ基本磁界磁石（２）の磁極
   面（７、 ８）上に配置され、同方向の電流Ｉにより貫流され、 ｂ）各傾斜コイル（１２）が二つのセグメント（１４、
   １５）から成り、これらのセグメントがそれぞれターン
   の直列回路を備え対称面（ｘ傾斜に対しては平面ｘ＝０
   ）に対し鏡面対称に配置され、ターンが相互に平行に間
   隔Ａ＿１を置いて配置されそれぞれ傾斜コイル（１２）
   の平均外側半径ｒ＿０を有する円セグメントの弦を形成
   するまっすぐな部分導体 （１６〜２１）と、平均外側半径ｒ＿０を有する円弧を
   成して対称に延びる帰路（２２〜 ２７）とから成り、 ｃ）傾斜コイル（１２）にはそれぞれ補正コイル（３０
   ）が付設され、この補正コイルは基本磁界磁石（２）の
   磁極面（７、８）に平行に配置され同様に二つの等しい
   セグメント（３２、３３）から成り、これらのセグメン
   トがターンの直列回路を備え対称面（ｘ傾斜に対しては
   平面ｘ＝０）に対し鏡面対称に配置され各二つの弧状導
   体群（４８、４９）を備え、これらの導体群のうち外側
   の導体群 （４８）が傾斜コイル（１２）の平均外側半径ｒ＿０を
   有し、内側の導体群（４９）が所定の平均半径ｒ＿１を
   有し、これらのセグメント（３２、３３）が従属する傾
   斜コイル （１２）に電気的に直列に接続されている ことを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装 置。 ２）補正コイルのターンがそれぞれ傾斜コイル（１２）
   の平均外側半径ｒ＿０を有する 円セグメントの弦の一部を形成しまっす ぐな二つの部分導体（３６、３７；３８、 ３９；・・・）から成り、まっすぐな部分導体（３６、
   ３７；３８、３９；・・・）の外側の相互に遠ざかる方
   の端部が平均外側半径ｒ＿０を有する外側弧状導体群（
   ４８）を介して相互に結合され、部分導体（３６、３７
   ；３８、３９；・・・）の内側の相互に近寄る方の端部
   が所定の平均内側半径ｒ＿１を有する内側の弧状導体群
   （４９）を介して相互に結合されることを特徴とする請
   求項１記載の装置。 ３）対称面（ｘ＝０）から外側導体群（４８）の少なく
   とも中央までの平均距離ｒ＿０が傾斜コイル（１２）の
   平均外側半径ｒ＿０に等しく、対称面（ｘ傾斜に対して
   ｘ＝０）から内側導体群（４９）の少なくとも中央まで
   の距離ｒ＿１が次式、 （１＋（Ｉ＿２Ａ＿１／Ｉ＿１Ａ＿２））ｒ＿０＾２Ｋ
   ＾２（ｋ＿２ｒ＿０）−（Ｉ＿２Ａ＿１／Ｉ＿１Ａ＿２
   ）ｒ＿１＾２Ｋ＿２（ｋ＿２ｒ＿１）＝０ここで、 Ｉ＿１＝傾斜コイル（１２）の電流 Ｉ＿２＝補正コイル（３０）中の電流 Ａ＿１＝傾斜コイル（１２）の導体間隔 Ａ＿２＝補正コイル（３０）の導体間隔 Ｋ＿２＝２次の変形ベッセル関数 ｋ＿２＝２π／Ｈ Ｈ＝エアギャップの高さ から求められることを特徴とする請求項１ 又は２記載の装置。 ４）傾斜コイル（１２）と従属する補正コイル（３０）
   との組み合わせコイル（５２） が平形コイルとして形成されることを特徴 とする請求項１ないし３の一つに記載の装 置。 ５）傾斜コイル（１２）にそれぞれ一つの補正コイル（
   ８５）が付設され、この補正コイルが対称面（ｘ傾斜に
   対しｘ＝０）に対し鏡面対称に配置されたほぼ同一の三
   日月形の二つのセグメント（８６、８７）から成り、こ
   れらのセグメント（８６、８７）がそれぞれ同一の巻き
   付け半径ｒ＿ｗと異なる円中心点とを有する二つの円弧
   状導体群（８８、８９）から成り、外側の導体群（８８
   ）の中央が対称面から距離ｒ＿０を有し、この導体群の
   円中心点が距離（ｒ＿０−ｒ＿１）／２だけ対称面の前
   方に置かれ、内側の導体群（８９）の中央が対称面から
   距離ｒ＿１の距離を有し、この群の円中心点が距離（ｒ
   ＿０−ｒ＿１）／２だけ対称面の後方に置かれ、それよ
   り二つの三日月形セグメント（８６、８７）が生じるこ
   とを特徴とする請求項１記載の装置。 ６）磁極片（３、４）が少なくとも磁極面 （７、８）に隣接する範囲では高い透磁率と小さい導電
   率とを有する鉄から成ることを特徴とする請求項１ない
   し４の一つに記載の装置。 ７）磁極片（３、４）の少なくとも磁極面 （７、８）に隣接する領域がケイ素合金鉄から成ること
   を特徴とする請求項５記載の装 置。