JPH0447572B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、核スピン断層撮影装置に対する勾
配磁場コイル系に関するものである。このコイル
系は投像区域の中心を原点とする直角座標系のｚ
方向に向う円筒軸を持つ中空円筒形支持体を取り
囲み、多数のコイルを含む基底磁場コイルもｚ方
向の基底磁場Bzを作り、勾配磁場コイル系には
投像区域内でほぼ一定の勾配磁場G_z＝∂B_z／∂zを作 るため投像区域の中心を通るxy面に対して少く
とも近似的に対称配置された少くとも二つの環状
単独コイルの外に、投像区域内でほぼ一定のｘ方
向磁場勾配G_z＝∂B_z／∂xと方向磁場勾配G_y＝∂B_z／∂y
を 作るためこの対称面に対して少くとも近似的に対
称配置された鞍形単独コイル対を含む。 〔従来の技術〕 この種の勾配磁場コイル系は例えば欧州特許出
願公開第56691号に記載されている。 医学診断の分野では対象物特に人体内のスピン
空間密度分布又は緩和時間分布から原子核例えば
陽子の積分共鳴信号をコンピユータ又は測定技術
により解析することによりＸ線断層写真に類似し
た画像を構成する画像診断法が開発されている。
この方法は核磁気共鳴断層撮影法又はツオイグマ
トグラフイとも呼ばれている（雑誌「ネイチユ
ア」（Nature）第242巻190〜191頁参照）。 核磁気共鳴断層撮影装置には例えば1.5T程度
の強い基底静磁場B₀が望まれる。共鳴信号の強
さはこの基底磁場に関係するから基底磁場には高
度の均等性が要求され、一般に複数の部分コイル
から構成される基底磁場コイルが直径約50cmの球
状空間内に偏差が50ppm以下の均等磁場を作る必
要がある。 この基底磁場は直角座標系のｚ軸方向に向けら
れ、検査物体もこの方向に沿つて磁場内に運び込
まれる。この座標系の原点は検査投像区域の中心
に置かれる。 更に観測対象となる核スピンの対応するプレセ
ツシヨン周波数の高周波コイル装置がこのスピン
を励起し又必要に応じて誘導信号を受信するため
に設けられる。 最後に互に無関係に動作して三方向の補助磁場
G_z＝∂B_z／∂z、G_x＝∂B_z／∂x、G_y＝∂B_z／∂yを作る
勾配磁場 コイルが必要となる。この補助磁場はｚ方向の基
底磁場B_zよりも弱いものである。特定の順序で
順次に挿入される勾配磁場を使用することによつ
て始めてプレセツシヨン周波数の経過に基いて核
の空間位置を判別することが可能となる（たとえ
ば「ジヤーナル、オブ、マグネチツク、レゾナン
ス（Journal of Magnetic Resonance）1975年
第18巻69−83頁又は第29巻1978年355−373頁参
照）。 一般にこれらの磁場勾配G_x、G_yおよびG_zは磁
気四極子によつて作られる。核磁気共鳴断層撮影
装置の場合被検体を入れるため充分な空間を明け
ておかなければならない基底磁場コイル内部にこ
れらのコイルを設置する必要があることを考慮し
なければならない。 前記の欧州特許出願公開公報に記載されている
公知装置は基底磁場コイル内に送り込むことがで
きる中空円筒形支持体に固く結合され、この支持
体の軸が基底磁場磁石の軸に一致しｚ方向に向け
られる。ｚ方向の勾配G_zは投像区域の中心を通
り、ｚ軸に垂直なxy面に対して対称的に配置さ
れた二つの環状コイルによつて作られる。ｘ方向
の勾配G_xの発生は鞍形コイルの二対が使用され、
各コイル対の二つのコイルは中空円筒形支持体の
外周上対角位置に設けられる。ｙ方向勾配G_yに
対しては同様に四個の鞍形コイルから成る系が支
持体上ｘ勾配コイルに対して90゜だけ円周方向に
回転移動して設けられる。各コイル組の両コイル
対は上記のxy面の両側に対称的に置かれる。 各勾配コイルを中空円筒形支持体に直接固定す
る代りに場合によつて特別な組立て管を使用し、
これに各コイルを取り付けることも可能である。
組立て管自体はその内部に置かれそれよりも相当
に長い支持体によつて支えられる。 G_xとG_yに対する鞍形単独コイルとG_zに対する
環状コイルの形態、分割様式および配置は予め定
められている。これらのコイルが強い基底磁場内
で動作する際ローレンツ力が伸張負荷としてコイ
ルに作用する。このローレンツ力はコイル内の
個々の勾配磁場の典型的な導入順序に基き可変で
あり、コイル自体が強制振動を励起される。従つ
て導入されたエネルギーは物体波と空気波として
コイル系から場合によつて特別に設けられた組立
て管を通して中空円筒形支持管に伝えられ、支持
管は拡声器振動膜類似の動作を行い、被検体収容
室を振動数が主として200Hzと1000Hzの間にある
音響波が通過する。そのため例えば有効体積の中
心の音響波レベルは95dBにも達し、検査対象の
患者にとつて耐えがたいものとなる。放出エネル
ギー率を制限するためには定格電流以下で動作さ
せればよいが、この場合断層撮影装置の画像の質
がそれに対応して低下する。 〔発明が解決すべき問題点〕 この発明の目的は、冒頭に挙げた勾配磁場コイ
ル系を改良して形成画像の質を低下させることな
く中空円筒形支持管に誘起される音響波レベルの
低下が達成されるようにすることである。 〔問題点の解決手段〕 この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として
挙げた構成とすることによつて達成される。 〔作用効果〕 この発明によれば勾配磁場コイルに対する特別
の組立て管が使われなくなり、更にこのコイルを
管状の支持体にとりつけることも廃止される。そ
の代りにｘ方向とｙ方向の勾配磁場系の総ての鞍
形コイルをできるだけ頑状に結合して自立性のコ
イルかごを構成させる。ｚ方向の勾配磁場系は補
助の補強に使用される。この場合コイルかごの全
体はｘ方向あるいはｙ方向の磁場勾配が順次に加
えられる間交互力に基いて各コイルに作用する回
転モーメントが大部分打消される。このような勾
配磁場コイル系による長所は、そのコイルかごが
比較的弾性に富んだ支持要素を介して中空円筒形
支持体に結合され、コイルかごから支持体への振
動の伝達がそれに応じて減衰することである。投
像区域に投射される音響エネルギーもそれに応じ
て減少する。 〔実施例〕 図面についてこの発明とその展開を更に詳細に
説明する。 この発明による勾配磁場コイル系を使用する核
磁気共鳴断層撮影装置に対しては公知の磁石コイ
ル装置例えば前記の欧州特許願公開公報に記載さ
れているものが基本となる。このコイル装置では
一つの直角座標系のｚ軸に対して同軸的に設けら
れたフイールドコイル系特に起伝導コイル系がｚ
方向の基底磁場の発生に使用される。更に座標系
の原点を中心とする投像区域内に充分一定の磁場
勾配を作る勾配磁場コイルが設けられる。この磁
石コイル装置はその中心部にある均等磁場区域に
軸方向の出入りを許すもので、被検体特に人体は
ｚ軸に沿つて測定磁場内に運ばれる。核スピンの
励起はコイルで作られたｚ軸方向の高周波磁場に
より、この同じコイルが核磁気共鳴信号の受信に
も使用される。 この種の核磁気共鳴断層撮影装置に対してこの
発明による勾配磁場コイル系は好適である。この
コイル系の各コイルの配置が第１図、第２図に示
されている。両図において対応部分には同じ番号
がつけてある。投像区域内に線形の磁場勾配を
ｘ，ｙおよびｚ方向に作るコイル系はこの発明に
より自立性の中空円筒形コイルかご２を構成す
る。このコイルかごはそれぞれ二つの鞍形単独コ
イルから成るコイル対を二つと四個の環状単独コ
イルから成るコイル組を含む。図には鞍形コイル
４乃至９と環状コイル１１乃至１４が少くとも部
分的に示されている。これらの単独コイルは一つ
の中空円筒形支持体１６を包囲し、この支持体の
円筒軸は直角座標系のｚ方向に向けられている。
このｚ軸は同時に被検体をそれに沿つて運び込む
検査軸となつている。被検体の投像区域には図に
示されていない基底磁場コイルによりｚ方向のほ
ぼ均等な基底磁場B_zが作られる。直角座標系の
原点はこの投像区域の中心に置かれる。 鞍形の単独コイル６と７および８と９はそれぞ
れ一つのコイル対を構成し、G_y勾配磁場の発生
に使用されるのに対して、コイル４と５はそれぞ
れG_x勾配磁場を作るコイル対の一半となつてい
る。両G_xコイル対ならびにG_yコイル対は投像区
域の中心を通るxy面に対して対称的に配置され
る。この対称面は破線１８で示されている。鞍形
G_z単独コイル１１と１２も同様にこの対称面１
８に対して環状コイル１３，１４と対称に配置さ
れる。 この発明による勾配磁場コイル系の８個の鞍形
単独コイルと例えば４個の環状単独コイルはｚ方
向に延びる４個の支持要素と共に自立性のコイル
かご２を構成する。第１図にはその中６個の鞍形
単独コイル４乃至９と、４個の環状単独コイル１
１乃至１４および３個の支持要素２０乃至２２が
示されている。コイルかご２は次のように組立て
られている。対称xy面１８の両側でそれぞれ４
個の鞍形コイルと２個の環状コイルが一つの環状
部分かご２４又は２５を構成する。この場合単独
コイル４，６，７，１１および１２が部分かご２
４に所属し、単独コイル５，８，９，１３および
１４が部分かご２５に所属する。各部分かご内部
ではｘ勾配コイル系又はｙ勾配コイル系の二つづ
つの鞍形コイルが対角線上に対向して配置されて
いる。個々の鞍形コイルは少くとも近似的に同じ
形態とし、特にその長辺を重り合わせておくと有
利である。例えば図示の実施形態ではこの重り合
つた部分は角度で約37゜である。高度の形状精確
性を要求するときは一つの部分かごの４個の鞍形
コイルを互に接着して一つの強固な構造とする。
製作の許容差に基き重り合つたコイルの間の間隙
が変形する場合には軟可塑性材料例えば合成樹脂
を注入する。部分かごを更に強固にするためには
それぞれの環状コイル１１と１２又は１３と１４
を交叉区域２７においてそれが囲んでいる鞍形コ
イルに締めつけ又は接着によつて固く結合する。 両部分かご２４，２５は支持要素２０乃至２２
によつて互に固く結合され、コイルかご２を構成
する。この場合二つの支持要素２０は４個のｘ勾
配コイル４，５の上に延び、別の縦支持要素２１
および２２が４個のｙ勾配コイル６乃至９の上に
延びている。これらの支持要素は例えば矩形断面
を持つ。更にＴ形断面とするのも有利であり、こ
の場合支持要素には交叉区域においてそれぞれの
勾配コイルに対応する溝を設け、この溝にコイル
を押し込む。第２図の断面図に示されているよう
に、単独コイル８と９を単独コイル６および７と
結合する支持要素２１と２２は単独コイル４およ
び５と共に一つの円筒面２９の外側に置かれてい
る。この外側円筒面は同軸円筒面３０上に設けら
れている単独コイル６乃至９を包囲する。この内
側の円筒面３０の上にも支持要素２０があり、単
独コイル４と５を結合する。このような構成によ
りｘ勾配コイルとｙ勾配コイルの半径方向位置が
異るにも拘らず支持要素に対して半径方向に補助
空間を必要としない。ｚ勾配コイル系の環状コイ
ル１１乃至１４はこの場合その総ての交叉区域２
７において外側単独コイル５と、交叉区域２８に
おいて外側支持要素２１および２２と固く結合す
ることができる。この結合は例えば機械的のしめ
付け又は接着による。コイルかご２の全体を強固
な結合体とするためには環状コイル１１乃至１４
を付加的に支持要素２０と結合する。この場合コ
イルと支持要素間の半径方向の間隔は各交叉区域
において適当に成形した中間片によつて埋め、両
部分を強力に接着する。 ｚ方向に延びる支持要素２０乃至２２は鞍形コ
イルの円周方向に延びる弧状部分の中央部でそれ
と結合すると、各コイルのローレンツ力の重心が
ここにあるので有利である。この場合支持要素に
は力だけが加わり、モーメントは加わらない。第
１図において矢印はｙ勾配コイル系の動作に際し
て作用する力Ｆを示している。このＦはそれぞれ
の鞍形コイルの弧状部分においてのローレンツ力
のベクトル和である。場合によつては多数の支持
要素を設けてこの実施例とは異る構成とすること
も可能である。支持要素の材料としては絶縁性の
非磁性材料でコイルかご２に充分な剛性を与える
ものが適している。特に合板又はガラス繊維で補
強した合成樹脂で比重の小さいものが有利であ
る。ガラス繊維で補強した合成樹脂材料は内部摩
擦による自己減衰が大きいので特に好適である。 コイルかご２の取り付けは円筒状支持体１６の
円周上の特定個所において支持要素２０乃至２２
の間に置かれた緩衝片３１例えばゴム成形片を介
して行われる。緩衝片の位置はコイルかご２と支
持体１６に対してできるだけ振動のない領域に定
められる。 この発明によるコイルかご２の形の勾配磁場コ
イル系に対してはコイルに対する強固な組立て管
を必要としないから、コイルかごと中空円筒形支
持体１６の間には一般に半径方向の幅が数cmの空
隙が残されている。この空隙に吸音材例えばフア
イバその他の多孔質材料のマツトを入れておくと
有利である。 コイルかごの振動部分からその表面に垂直に放
出された音エネルギーは、比較的大きな面積を多
数の小面積部分に分割しておくと更に低減させる
ことができる。この方法のいくつかを第３図乃至
第７図に示す。例えば第３図乃至第６図に示すよ
うな断面形状の長い支持要素をｚ方向に置くこと
ができる。第３図と第４図に正面と断面を示した
支持要素３４はガラスフアイバで補強された合成
樹脂で作られるもので、円形の孔３５がｚ方向に
間隔を保つてあけられている。支持要素３４自体
は二重Ｔ形断面である。 第５図と第６図に示した別の実施例では支持要
素３７は矩形断面であるが、支持要素３４と同様
に円形の孔３８があけられている。支持要素３７
の短辺側の縁端部にはｚ方向に拡がる中空室３９
と４０が形成されている。 振動面の小面積部分への分割は鞍形コイルに対
しても有効である。その実施形態は第７図に部分
的に示されている。この場合この発明による勾配
磁場コイル系の鞍形コイル４２の少くともいくつ
かが部分鞍形コイル４３と４４に分割される。こ
れらの部分鞍形コイルは例えばゴム製の特殊弾性
成形片４５によつて間隔を保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の一つの実施例の上
面図と部分断面図であり、第３図乃至第６図は支
持要素の二種類の可能な形態を示し、第７図は勾
配磁場コイル系の鞍形単独コイルの特殊実施形態
を示す。第１図、第２図において２は中空円筒形
コイルかご、４乃至９は鞍形単独コイル、１１乃
至１４は環状単独コイル、１６は中空円筒形支持
体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投像区域の中心を原点とする直角座標系のｚ
   方向に基底磁場B_zを作る基底磁場磁石と磁場の
   勾配を作る勾配磁場コイル系を備え、この勾配磁
   場コイル系は投像区域内でほぼ一定のｚ方向磁場
   勾配G_z＝∂Bz／∂zを作るためこの座標系のxy面に対 して少くとも近似的に対称配置された二つの環状
   単独コイルならびに投像区域内でほぼ一定のｘ方
   向磁場勾配Gx＝∂Bz／∂xとｙ方向磁場勾配Gy＝ ∂Bz／∂yを作るためxy面に対して少くとも近似的に 対称配置された鞍形単独コイル対の少くとも一組
   を含むものにおいて、 (a) xy対称面１８の一方の側に置かれた既製の
   鞍形GxならびにGy勾配磁場コイル４，６およ
   び７又は５，８および９が互に固く結合されて
   自立性の部分コイルかご２４，２５を形成する
   こと、 (b) xy対称面１８の両側に形成された部分コイ
   ルかご２４，２５がｚ方向に伸びる複数の非磁
   性、絶縁性材料で作られた支持要素２０乃至２
   ２によつて一つの共通の自立性コイルかご２を
   構成し、これに既製の環状Gz勾配コイル１１
   乃至１４が固定されていること、 (c) コイルかご２が絶縁性の弾性支持要素３１を
   介して支持体１６に取りつけられていること、 を特徴とする核スピン断層撮影装置用の勾配磁場
   コイル系。 ２ 鞍形のGxおよびGy勾配磁場コイル４乃至９
   が互に重なり合うような周縁方向の拡がりをもつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の勾配磁場コイル系。 ３ 鞍形勾配磁場コイル４，５又は６乃至９が異
   る円筒面２９，３０に設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の勾配磁場コイ
   ル系。 ４ 鞍形勾配磁場コイル４乃至９がその重なり合
   つた部分において互に機械的に固定あるいは接着
   剤で結合されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項又は第３項記載の勾配磁場コイル系。 ５ ｚ方向に延びる支持要素２０乃至２２がそれ
   ぞれ鞍形勾配コイル４乃至９の周辺方向の弧状部
   分に固定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第４項の一つに記載の勾配磁場コ
   イル系。 ６ 環状のGz勾配磁場コイル１１乃至１４が半
   径方向において外側に置かれた鞍形勾配磁場コイ
   ル４，５と支持要素２１，２２に固定されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５
   項の一つに記載の勾配磁場コイル系。 ７ ｚ方向に延びる支持要素２０乃至２２が合板
   又はガラス繊維で補強された合成樹脂で作られて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第６項の一つに記載の勾配磁場コイル系。 ８ ｚ方向に延びる支持要素３４，３７がｚ方向
   において互に間隔を保つて前後に配置された孔３
   ５，３８を備えていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第７項の一つに記載の勾配磁場
   コイル系。 ９ 鞍形勾配磁場コイル４２が二つの部分４３，
   ４４に分割されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第８項の一つに記載の勾配磁場
   コイル系。 １０ 二つの部分４３，４４が磁性成形片４５に
   よつて相互間隔を保たれていることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項記載の勾配磁場コイル系。 １１ コイルかご２と中空円筒形支持体１６の間
   の弾性間隔要素３１がコイルかごの振動の少ない
   領域に設けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第１０項の一つに記載の勾配磁
   場コイル系。 １２ コイルかご２と中空円筒形支持体１６の間
   に弾性間隔要素３１によつて形成された中間室３
   ２内に吸音材料が置かれていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第１１項の一つに記載
   の勾配磁場コイル系。