JPH0349736A - 核磁気共鳴イメージング装置 - 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］ 本発明は、永久磁石を用いた核磁気共鳴イメージング装
置（以下、ＭＲＩ装置と称す）の傾斜磁場コイルに係り
、特に広い空間に渡り優れた傾斜磁場強度の直線性を有
するとともに、磁場生成効率の高い傾斜磁場コイルに関
する。

［従来の技術］ ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して計測した信号を演
算処理することで、被検体中の検査部位における核スピ
ンの密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示
するものである。ＮＭＲ現象を発生させるためには、空
間的に−様な強度と方向の静磁場を発生する磁場発生装
置が必要である。

ＭＲＩ装置は、静磁場の向きによって垂直磁場方式と水
平磁場方式の２種類に大別できる。二のうち、垂直磁場
方式は信号検出に検出感度の高いソレノイドコイルを使
えるという利点を持つ。垂直磁場方式の磁場発生装置と
しては、現在、常電導磁石及び永久磁石の二方式が用い
られている。

このうち、永久磁石方式は、漏洩磁場が少なく装置の設
置が容易であり、また、他の方式とは異なり、−旦着磁
してしまえば、その後は磁場発生に電力及びヘリウムな
どの冷媒を必要としないのでランニングコストが安いと
いう優れた特徴を持っている。

永久磁石を用いた垂直静磁場発生装置の例を第３図に示
す。便宜上、図に示すようにＸ、　Ｙ、Ｚの直交座標系
２０を取ると、静磁場はＺ軸の方向に沿っている。

垂直静磁場発生装置は、被検体６が入りえる空隙Ａを形
成して対向配置した一対の永久磁石構成体２ａ、２ｂを
、板状継鉄３ａ、３ｂで保持し、これらの永久磁石構成
体２ａ、２ｂを支持すると共に磁気的に結合する柱状継
鉄４によって連結し、静磁場を発生させている。更に、
上記一対の永久磁石構成体２ａ、２ｂの対向する面には
、それぞれ磁極片１ａ、ｌｂを固着している。この磁極
片１ａ、ｌｂは、空隙Ａ内の磁場分布の均一度を向上さ
せるためのものである。

一方、ＭＲＩ装置では受信信号の位置情報を得るために
、上記の静磁場以外に空間的に強度が変化する傾斜磁場
を用いる。この傾斜磁場は３次元空間の位置に対応して
、Ｘ、　Ｙ、　Ｚの３方向が必要である。この傾斜磁場
は、１対の傾斜磁場コイル群１０ａ、ｆｏｂによって作
り出される。傾斜磁場コイル群１０　ａ、　　ｌ　Ｏｂ
は、各々Ｘ、　Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルから構
成されている。

この傾斜磁場コイル１０　ａ、　　ｌ　Ｏｂは、被検体
の挿入される空隙Ａを狭くしないように、例えば特開昭
６３−６５８４８で述べられているように上記磁極片１
ａ、１ｂの内側に取付けられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したようにＭＲＩ装置では、傾斜磁場を加えること
で空間的に磁場強度（すなわち、各核スピンの共鳴周波
数）を変化させ、それによって位置情報を得ている。従
って、正確な位置情報を得るためには、傾斜磁場の空間
的な直線性が重要である。もし、傾斜磁場の空間分布が
非直線成分を持つと、断層画像に歪が生じる。

Ｚ軸方向（静磁場の向き）の傾斜磁場コイルについては
、従来、特開昭５８−３２１５１で述べられているもの
が一般的である。これによれば第２図に示すように、半
径ａの円形コイル１１を原点Ｏより距離Ｚ、の間隔を持
って対向配置させている。

しかし、この構成では原点Ｏ付近の限られた領域でしか
傾斜磁場の直線性が得られず、画像の周辺部での歪が生
じた。

そこで、本発明は上記のような問題点を解決できるＺ方
向の傾斜磁場コイルの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、検査対象に垂直方向の静磁場を与える手段
と、前記検査対象に互いに直交する３方向の傾斜磁場を
与える手段と、前記検査対象を構成する原子の原子核に
核磁気共鳴を起こさせるための高周波パルスを印加する
手段と、前記核磁気共鳴による信号を検出する手段と、
この検出手段により検出された核磁気共鳴信号を用いて
検査対象の物理的性質を表す画像を得る画像再構成手段
とを備えた核磁気共鳴イメージング装置において、前記
傾斜磁場を与える手段のうち傾斜方向が静磁場方向と同
じ手段が、半径の異なる複数の同心円コイルを同一平面
上に並べたものからなる傾斜磁場印加手段を前記検査対
象をはさんで対向して配置することによって解決される
６ ［作用コ 上記のように構成された傾斜磁場コイルを用いることで
、半径の異なる各円形コイルが発生する磁場の非直線性
成分が互いに打ち消しあう。そのために、広い空間に渡
って良好な傾斜磁場の直線性を得られると同時に、必要
とする傾斜磁場の生成効率を最大とできる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

本発明によるＺ方向傾斜磁場コイル対の原理的な実施例
を第１図に示す、ここでは、半径の異なる３つの円形コ
イル１２ａ、１２ｂ、１２ｃから成っているが、その個
数は必要とする傾斜磁場良直線性の空間範囲と磁場の生
成効率の兼ね合いから決定される。すなわち一般的には
、傾斜磁場の直線性を重視すればその個数を増やし、効
率を重視するならば個数は減らす事になる。

次に、各円形コイルの半径を求める具体的な方法に付い
て述べる。まず、第４図に示すように半径ａの円形コイ
ル１２に電流エアンペアを流したときに、コイル軸上の
距離Ｚの位置に発生する磁場Ｈは次式で表される。

１ Ｈ＝Ｉ・　　　　　　　　　　　　　・・・（１）２　
（ａ１＋Ｚｌ）　８７ｍ ここで、 軸上の磁場Ｈを級数展開することで、 次 数成分に分解できる。

すなわち、 ３！ ａＺ” １ ａＺ“ （２） （２）式において。

各項は、 ａＺ１ （ａ”＋ｚ’）” ・・・（３゜ Ｃ） （３’Ｈ４５Ｉ　　８ｚ’−１２ａ”ｚ’＋ａ’　ａ’
−；）　ｚ４　　．２　　　　（、％＋ｚ１）Ｉｆ／１
・・・（３，ｄ） ここで、Ｚ方向傾斜磁場コイルに必要なのは１次式分、
すなわち（ａＨ／ａｚ）であり、それ以外は均一性を乱
す不要成分である。ここで、第５図に示すように円形コ
イル１２を距離２Ｚ、の間隔をおいて同軸上に配置し、
互いの電流の向きを逆にすれば、（３，ｂ）　　（３，
ｄ）式等から偶数の項は互いに打ち消しあうことがわか
る。従って、この場合には不均一成分は＜ａ”Ｈ／ａｚ
”）、（ａ”Ｈ／ａ　ｚ’）　、・・・等の奇数項に付
いてだけ考えれば良い。

次に、第６図のように半径の異なるＮ個の円形コイル１
２．１．１２．２、・・、１２．Ｎを同心円状に配置し
た場合について考える。各コイルに流す電流を■、ファ
ンアとし、それぞれのコイルによる傾斜磁場の次数成分
を（ａＨ／ａｚＬ、（ａ’　Ｈ／　ａ　Ｚ’）Ｊ、　＜
ａ”　Ｈ／　ａ　ｚ’）＋、・・・トスル。

但し、ｊ＝１．２、・・・、Ｎである。

先にも述べたように被検体の入る空間を確保するために
、傾斜磁場コイルの設置位置は限定される。即ち、（３
）式におけるＺの値（コイル間の距離）は、静磁＠発生
装置の寸法によって決定される。従って、直線性の優れ
る傾斜磁場コイルを作る上で自由にできるパラメータは
、各コイルの半径ａ、と電流■、である。但し、傾斜磁
場コイルを磁極片内に設置する場合には、コイル半径は
磁極片の内径（２Ｒ）で制限される。また、磁極片内に
納めない場合にも、製作する上である直径（２Ｒ）まで
に制限を受ける。即ち、各コイルの半径は次式を満たさ
ねばならない。

ａ、≦Ｒ（但し、ｊ＝１．２、・・・、Ｎ）・・（４） 又、各コイル半径は互いに異なっていることが必要だか
ら、 Ｂ、＊ａｌ　　　　（但し、ｉ＃ｊ）　　　　　−（５
）ここで、非直線成分が無いということは、以下の式が
成立するということである。

Σ （ａ’Ｈ／ａ　Ｚ’Ｌ＝０ ・・・（６゜ ａ） Σ（ａ’Ｈ／ａｚ’Ｌ＝０　　　　−　（６，ｂ）（６
，ａ）、　　（６，ｂ）、・・・の各式は、それぞれ、
３次、５次、・・・の各不拘−項が存在しないことを表
している。一般にコイルの個数を増やすにつれて、高い
次数まで上式を満足させることができる。従って、半径
の異なるコイルの個数を増やすほど傾斜磁場の直線性は
改善される。

ここで、（３，ｃ）式を用いて、　（６，ａ）式を顕に
書き下すと、次のようになる。

但し、ここで乱は各コイルの巻き数を表す。

（３，ｃ）式では電流値が含まれているが、（７）式で
はこれをコイルの巻数に置き換えている。これは、各コ
イルの作る磁場の強さをコントロールするのに、各コイ
ルに流す電流値を制御するよりも、各コイルの巻数を変
えるほうが容易なためである。

一方、傾斜磁場で消費する電力は、傾斜磁場電源の負担
を考えると最小にしたい。従って、傾斜磁場コイルでの
消費電力を一定にした場合の一次の傾斜磁場強度は最大
でなければならない。傾斜磁場コイルでの消費電力Ｐ１
は、コイルに流す電流を■、アンペア、各コイルの抵抗
値をＲ，オームとすると、次式で表せる。

Ｐ、＝ΣＩ、１Ｒ。

・・・（８） ここで各コイルの半径をａｌ、巻数をに、とすると、抵
抗Ｒ４はに４・ａ、に比例する。従って、上記の条件は
（３，ａ）及び（８）式から次のようになる。

Σ Ｋ。

°ａＪ （９） 二二で、Ｎ＝２の場合の傾斜磁場コイルに付いて具体的
にその形状を求めてみる。この場合には、（６）式のう
ち３次の項に関する式（６，ａ）、すなわち（７）式を
満足させる形状が得られる。

従って、　（４）、　（５）、　（７）、　（９）式を
同時に満足させる各コイルの半径ａ、と巻数に、を求め
れば良い。

まず、Ｋ、＝ｌ、　Ｋ、＝−１の場合について考える。

Ｋ、が負であるというのはコイル（２）に流れる電流の
向きが、コイル（１）での向きと逆であることを表して
いる。この時の（４）、　（５）、（７）、（９）式は
、次のようになる。

ａ、≦Ｒ（ｊ＝１．２）　　　・　（１０）ａ１≠ａ、
　　　　　　　　　　　　・・・（１１）４ｚ”−３ａ
”ａ’ （ａ、”　＋Ｚ’）　”″ 従って、上の４式を同時に満足するａ、、　　ａ、を求
めれば、それが、Ｋ、＝ｌ、　Ｋ、＝−１の場合におけ
る最良の直線性を与える傾斜磁場コイルとなる。この計
算は、計算機を用いて簡単に行なうことができる。

同様の手順をに＋＋　に、の値を順次質えながら行なう
、　Ｋ、、　Ｋ、の値は、実際に製作が可能な範囲に抑
えられる。

上記のようにして、Ｎ＝２の場合には、次の結果が得ら
れる。

ａ、＝０ 従って、Ｎ＝２での計算結果はＮ＝１でのものと一致す
る。

傾斜磁場コイルの間隔（２Ｚ、）及びコイルの最大半径
（Ｒ）は、先にも述べたように専ら静磁場を作る磁場発
生回路の構造で決められる。仮に２Ｚ、＝０．６ｍ、Ｒ
＝０．４ｍとすると、上の結果から、 が得られる。

以上の手順によって、最良の直線性と効率を持った傾斜
磁場コイルの半径、及び各巻き数を決定できる。ここで
は、Ｎ＝２の場合について述べたが、これはＮが幾つの
場合にも容易に拡張できる。

また、永久磁石方式を用いて静磁場発生装置の説明を行
なったが、本発明は常電導磁石でも同様に行なうことが
できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、Ｚ方向の傾斜磁場として、広い空間に
渡って良好な直線性が得られるので、歪の少ない良質な
断層画像を撮影できる。また、磁場生成効率においても
優れるので、傾斜磁場電源の負担も軽減でき、消費電力
も少なくて済む。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によるＺ方向傾斜磁場コイルの実施例を
示す見取図、第２図は従来のＺ方向傾斜磁場コイルを示
す見取図、第３図は磁気回路形状と傾斜磁場コイルの取
り付は位置を示す図、第４図は円形コイルの磁場分布を
示すための図、第５図は対向して配置した円形コイルの
位置関係を示すための図、第６図はＮ個の同心円状コイ
ルの配置を示す図である。 ［符号の説明］ ｌ・・・磁極片、２・・・永久磁石構成体、３・・・板
状継鉄、４・・・柱状継鉄、６・・・被検体、１ｏ・・
・傾斜磁場コイル群、１１．１２・・・円形コイル、２
ｏ・・・直交座標系、Ａ・・・空隙 拳 ｌ 目 奉 第 昭 （ａ、） ＣＬ （す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）検査対象に垂直方向の静磁場を与える手段と、前
   記検査対象に互いに直交する３方向の傾斜磁場を与える
   手段と、前記検査対象を構成する原子の原子核に核磁気
   共鳴を起こさせるための高周波パルスを印加する手段と
   、前記核磁気共鳴による信号を検出する手段と、この検
   出手段により検出された核磁気共鳴信号を用いて検査対
   象の物理的性質を表す画像を得る画像再構成手段とを備
   えた核磁気共鳴イメージング装置において、 前記傾斜磁場を与える手段のうち傾斜方向が静磁場方向
   と同じ手段が、半径の異なる複数の同心円コイルを同一
   平面上に並べたものからなる傾斜磁場印加手段を前記検
   査対象をはさんで対向して配置したことを特徴とする核
   磁気共鳴イメージング装置用傾斜磁場コイル。