JPH0461846A

JPH0461846A - 傾斜磁場コイル

Info

Publication number: JPH0461846A
Application number: JP2171863A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Fujita; 満藤田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-27
Also published as: DE4121454A1; US5191288A

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、核磁気共鳴現象を利用して患者の断層画像
を撮像して医療診断を行う核磁気共鳴装置（以下、ＭＨ
Ｉ装置と略称する）の断層面を設定するのに使用される
傾斜磁場コイルに関する。

［従来の技術］第９図は４つのくら形コイルが対称配置されてなる傾斜
磁場コイルの原理を示す斜視図である。

この図において傾斜磁場コイル１０は４つのくら形コイ
ル１１．１２．１３．１４からなっていて、ｙ軸、ｙ軸
及びＺ軸を図のように設定すると、くら形コイル１１は
Ｚ軸を対称軸とする円筒表面に配置される形の円弧部１
１１．１１３及び２つの円弧部１１１．１１３が接続さ
れる２本の直線部１１２からなっていて、電流は図の矢
印の方向に流れているものとする。くら形コイル１２は
くら形コイル１１に対して構成、配置及び電流の方向と
もＺ軸とｙ軸を含む平面であるｚｘ平面に対称であり、
くら形コイル１３．１４はそれぞれくら形コイル１１．
１２に対してｙ軸とｙ軸を含む平面であるｘｙ平面に構
成、配置及び電流の方向とも対称である。したがって、
電流の方向は例えば、ｘｙ平面を挟んで互いに接近して
対向している２つの円弧部１１１．１３１の電流の方向
は同じであり、円弧部１２１．１４１も同様であり、そ
れぞれの円弧部１１Ｌ　１３１　１２１．１４１の電流
の方向は紙面に対して手前から向こう側に向かっていて
、これら４つの円弧部１１Ｌ　１３１．１２Ｌ　１４１
が主になって原点０の近傍の均一磁場に重畳して傾斜磁
場を形成するものであり、この図の傾斜磁場コイル１０
は２方向磁場がｙ座標の値に比例する一定の傾斜を持っ
て変化する傾斜磁場を生成するｙ方向傾斜磁場コイルで
ある。この図のように４つのくら形コイル１１．１２．
１３．１４を１対としてこの１対だけで構成された傾斜
磁場コイルでは、形成される傾斜磁場の直線性が悪＜Ｍ
ＨＩ装置が必要とする直線性が満足できないために、実
際の傾斜磁場コイルでは複数のくら形コイル対で構成さ
れるのが普通である。

第１Ｏ図は３つのくら形コイル対からなる傾斜磁場コイ
ルを示す斜視図である（特開昭６２−２２９８０８号公
報）、この図において、傾斜磁場コイルは３つのくら形
コイル対１，２．３からなっていて、それぞれが異なる
配置になっており、数値１夏を基にした最適寸法配置に
設定することによって傾斜磁場の直線性を向上させた構
成になっている。

くら形コイル対１のｘｙ平面に接近して配置されている
円弧部１１１のｘｙ平面からの距離を夏３、くら形コイ
ル対２の円弧部２１１の１７平面からの距離を１！、＜
ら形コイル対３の円弧部３１１のｘｙ平面からの距離を
１．とすると、それぞれの距離１１、！８、ｌ、は図示
のように大きく異なる値が採用れている。また、円弧部
１１１の長さ、言い換えれば円弧の角度は最も大きく、
ついで円弧部３１１の角度、円弧部２１１の角度の順に
小さい値か採用されている。これらの値は傾斜磁場の直
線性を最適にするために、数値針真によって決定された
ものである。

これによって理想的な傾斜磁場からのずれとしての誤差
が数％の範囲内に収められている。ｘｙ平面から離れた
側の円弧部１３１．２３１．３３１は傾斜磁場形成に殆
ど関与しないのでまとめて同じ位置に配置されている。

それぞれのくら形コイルｌ、２゜３の半径寸法は、おお
むね等しく、共通の巻枠上に重ねて巻回されている。

複数のくら形コイル対で１つの傾斜磁場コイルを構成す
る方式には前記の公報の他に、特開昭６３−１４７４５
０号公報に示されるように、更にコイル数の多い傾斜磁
場コイルが使用される場合もある。

〔発明が解決しようとする課題〕前述のくら形コイル対からなる傾斜磁場コイルでは、対
称配置された４つのくら形コイルからなるくら形コイル
対が１ターンに相当する最小単位となっていて、これら
を複数対組み合わせた複数のくら形コイル対で傾斜磁場
コイルを構成した場合、１対のくら形コイル対のアンペ
アターンにくら形コイル対の数の倍数のアンペアターン
になる。

また、ターン数が増大するとその二乗に比例してインダ
クタンスが増大する。一方、前述のように、複数対のく
ら形コイルで傾斜磁場コイルを構成するのは、より直線
性の優れた傾斜磁場を生成さるせためであうで、そのた
めに、第１０図に示すくら形コイル対３のようにＸ７平
面から離れた位置に円弧部を持つくら形コイル対を使用
せざるを得ないことになるが、傾斜磁場の強度は円弧部
１１１゜２１１、３１１が１７平面に接近して配置され
ているほど大きい値になるという関係があり、くら形コ
イル対３のような場合には、傾斜磁場の直線性を改善に
寄与するものではあっても傾斜磁場の強度に対する寄与
は余りなく、したがって、直線性を改善するためにター
ン数を増加させればするほどアンペアターンに対する傾
斜磁場の強度の増加は僅かになり効率の悪い傾斜磁場コ
イルになってしまうという問題がある。

この発明は、傾斜磁場の直線性を改善ししかもアンペア
ターンに対する傾斜磁場の強度の比率としての効率が大
きな傾斜磁場コイルを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、静磁場で
ある均一磁場に重畳して所定の方向に傾斜磁場を生成す
る傾斜磁場コイルにおいて、前記均一磁場の中心を原点
とし、静磁場の方向の座標を２軸、この２軸に直交し前
記傾斜磁場の傾斜の方向をｙ軸、このｙ軸と２軸の双方
に直交する座標をＸ座標とするとき、ｚ軸を回転軸とす
る所定の半径の円筒上に設けた少なくとも１対の薄板導
体と、これら薄板導体に電流を供給するとともに前記円
筒に沿って配した棒状導体とからなり、これら薄板導体
と棒状導体の形状、配置及び電流の分布が前記ｚ軸とＸ
軸を含む平面としてのｚｘ平面及びＸ軸とｙ軸を含む・
平面としてのｘｙ平面にそれぞれ対称であるとともに、
実質的にｙ軸と２軸を含む平面としてのｙｚ平面に寸法
、配置が対称で電流の方向が反対であるものとし、また
、薄板導体の展開形状を長方形とし、そのｚ軸に平行な
２つの辺の中央部に電流出入部を設けるものとし、更に
、薄板導体の展開形状を長方形とし、２枚の同一寸法材
質の薄板導体を絶縁薄板を挟んで半径方向に重ねて構成
し、それぞれの薄板導体の４つの角部を順に右回りにＡ
、Ｂ、Ｃ，Ｄとしたとき、１枚の薄板導体の電流出入部
をＡとＣの角部に、もう１枚の電流出入部をＢとＤにそ
れぞれ設け、これら２枚の薄板導体を棒状導体によって
電気的に直列に接続するとともに、周方向の電流成分を
同方向にしてなるものとし、更に、薄板導体の展開形状
が正方形であるものとし、また、薄板導体に周方向のス
リットを設けるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、ｚ軸を対称軸とする所定の半
径の円筒上に設けた少なくともＺＸ平面に対称な１対の
薄板導体と、これら薄板導体に電流を供給するとともに
前述の円筒表面に沿って配した棒状導体とで傾斜磁場コ
イルを構成し、これら薄板導体と棒状導体の形状配置を
ＥＸ平面、Ｘｙ平面及び実質的にｙｚ平面のそれぞれに
対称に配置するとともに、これら薄板導体と棒状導体に
流れる電流もこれら２つの平面に対称となり、絶対値の
分布がｙｚ平面に対称で方向が反対になるように配置接
続することによりて、この傾斜磁場コイルによって形成
される傾斜磁場も備えるべき対称性が確保される。また
、傾斜磁場を主に生成する電流成分は薄板導体に流れる
周方向成分であるが、この電流成分はｘｙ平面上を含め
たｚ−０の近傍にも分布して流れることから傾斜磁場生
成の効率が良いために、同じ強度の傾斜磁場を生成する
のに少ないアンペアターンでよいことになる。

また、薄板導体の電流分布は２方向に広く分布している
ので、従来の複数のくら形コイル対で構成したのと類似
の電流分布となることから、傾斜磁場コイルの最小単位
としての１ターンだけで構成しても良好な直線性が得ら
れる。実際に採用する寸法、配置などは、薄板導体の展
開形状とその２方向及び周方向寸法、電流出入部位置及
び棒状導体の配置などを考慮して数値計算を試行錯誤的
に繰り返すことによって求められる。

また、薄板導体の展開形状を長方形とし、その２軸に平
行な２つの辺の中央部に電流出入部を設けることにより
、薄板導体内の電流分布は対向する電流出入部をつなぐ
直線に対して対称な分布であるとともに、この直線上で
周方向電流成分が最大になり、この直線から２方向に離
れるにしたがって小さくなる電流分布をする。また、電
流出入部をつなぐ直線はｘｙ平面上にあるので、前述の
電流分布は同時にｘｙ平面に対称分布にもなっている。

傾斜磁場を主に形成する周方向電流成分がｘｙ平面上で
最大になる山形の分布をしているので、傾斜磁場形成の
効率がよい。

更に、薄板導体の展開形状を長方形として２枚の同一寸
法材質の薄板導体を絶縁薄板を挟んで半径方向に重ねて
構成し、それぞれの薄板導体の４つの角部を順にＡ、Ｂ
、Ｃ，Ｄとしたとき、１枚の薄板導体の電流出入部をＡ
とＣに、もう１枚の電流出入部をＢとＤにそれぞれ設け
て互いに周方向電流成分の方向が同じになるように電流
を流すと、ｚｘ平面、ｘｙ平面に対称にならない電流成
分は互いに打ち消し合い、２枚の薄板導体が生成する傾
斜磁場は前述の２つの面に対称な磁場となる。また、２
つの薄板導体を電気的に直列に接続することによってそ
れぞれの薄板導体に流れる電流値が厳密に一致すること
から、前述の対称でない電流成分が打ち消し合う作用が
確実になる０周方向の電流成分の分布は中央部が小さく
ｚ軸方向の端部に近くなるほど大きくなる谷形になり、
数値計算の結果では、前述の電流出入部を辺の中央部に
設けるよりも直線性の良い傾斜磁場が得られるという違
いがある。

更に、薄板導体の展開形状が正方形になるようにその辺
の長さや棒状導体の薄板導体からの距離などを可変にし
て最適条件を求めると、薄板導体の組立が容易になると
ともに合理的な材料取りができて歩留まりが向上する。

また、薄板導体に周方向に１本以上のスリットを設ける
と、周方向の電流成分が強くなるので傾斜磁場生成の効
率がよりよくなり、また、スリットによって電流分布が
変わるので、スリットの本数、長さを最適な値に設定に
することによって更に直線性の優れた傾斜磁場コイルと
することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の第１の実施例を示す傾斜磁場コイルの斜視図、
第２図は第１図の展開図である。

第１図において、図の中央部に原点０があり、この原点
から上に向うｙ軸、右に向うＺ軸を図示してあり、ｙ軸
はおおむね紙面の向こう側に向いているが図示を省略し
である。薄板導体４１．４２はそれぞれｘｙ平面に対称
に配置された部分円筒状のものであり、それぞれがＺＸ
平面に対して対称に上下に分かれて配置されている。そ
れぞれの薄板導体４１．４２の電流出入部５１１．５１
２．５２１及び第１図では陰に隠れて図示れていない電
流出入部５２２は、薄板導体４１．４２の２軸に平行な
辺の中央部に設けられており、薄板導体４１．４２内を
流れる電流のおおよその方向は図の斜線を施した矢印が
示す方向である。４つの電流出入部５１１．５１２．５
２１及び５２２は棒状導体によって接続されていて電流
が供給される。電流出入部５１１は棒状導体６１４を介
して棒状導体６１５に接続されており、この棒状導体６
１５の両端は円弧状の棒状導体６２１とこれに対称な図
の左側に図示されている円弧状の棒状導体に接続されて
いる。棒状導体もｘｙ平面に対して対称なので、図の左
側の円弧状の棒状導体の参照符号は省略しである。以下
、第１図及び第２図では左右の円弧状の棒状導体を右側
の棒状導体６１１゜６２１で代表することにする。棒状
導体６２１は下を回って２軸に平行な棒状導体６２２に
接続されている。この棒状導体６２２に第１図では陰に
なって図示されていない棒状導体６２３と電流出入部５
２２が接続されている。電流出入部５２１は棒状導体６
２４を介してＺ軸に平行な棒状導体６２５に接続されて
おり、この棒状導体６２５は円弧状の棒状導体６１１に
接続されてこれが２軸に平行な棒状導体６１２に接続さ
れこの棒状導体６１２の中央部に接続されている棒状導
体６１３を介して電流出入部５１２が接続されている。

それぞれの棒状導体に流れる電流の方向を矢印で図示し
である。

第３図は第１図、第２図の薄板導体４１の電流の流れを
示す電流分布図である。この図において、電流は電流出
入部５１１から流入して薄板導体４１内を拡散し中央部
から以降は収束して電流出入部５１２に集まり流出する
。薄板導体４１及び電流出入部５１１．５１２の取付は
位置の対称性から電流分布は左右、上下に対称であり、
電流が最も拡散している中央部での垂直方向の電流密度
の分布は中央で最大となり、左右の辺に近づくにしたが
って小さくなる分布になついる。その比率はこの図では
辺部の電流密度を１とすると中央の電流密度は約１．５
になっている。この比率は薄板導体の縦横の辺の長さの
比率に関係している０図の薄板導体４１は正方形である
が、上下方向に長細い長方形の場合は１に近い比率にな
り、左右に長細い長方形の場合は１．５よりも大きな値
になる。前述のように傾斜磁場を形成するにはＸ７平面
近くの電流成分はど有効であることから、薄板導体４１
内の電流分布が前述のように２つの電流出入部５１１．
５１２をつなぐ直線近く、すなわち、第１図のＸ７平面
近くで電流密度が大きいという特長は、傾斜磁場の形成
の効率が良いことを示している。

第４図はこの発明の第２の実施例を示す薄板導体の斜視
図である。この図において、棒状導体と電流出入部の図
示を省略しである。また、第５図は第４図の展開図であ
り、この図で棒状導体の引き回し、電流出入部の位置及
び薄板導体との接続関係を示しである。第４図において
、図の上の薄板導体は薄板導体４３．４４の２枚が半径
方向に重ねられて構成されている。この図では薄板導体
４３と４４との間に大きな隙間があるように図示しであ
るが、これは２枚の薄板導体４３．４４を分離して示す
ためであって、実際の隙間はこの間に挿入される絶縁板
の厚さ分だけの間隔であり、１ミリ前後の僅かの寸法で
しかない、また、第５図では薄板導体４３と４４とはか
なりずれて重ねられているように図示しであるが、これ
も下の薄板導体４４の電流出入部や電流の流れる方向を
示す矢印が分かるように大きくずらして図示したもので
あって、実際には全くずれがないように重ねられる。

薄板導体４３．４４と下側の薄板導体４５．４６とは構
造、電流分布とも対称なので上側の薄板導体４３゜４４
についてのみ説明する。ｌＩ板導体４３．４４の角部を
図示のように左上から右回りに順次Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄというように符号をつける。Ａの位置や回る方向をこ
のように限定しても一般性を失うことはない、第５図に
示すように、薄板導体４３の電流出入部はＡ部の５３２
とこれに対向する位置の０部の５３１とに設けてあり、
電流出入部５３１から電流が入り、電流出入部５３２か
Ｃａていく構成となっている。したがって、電流はこれ
らの図に示すように斜めに流れる。ｉＩ板導体４４は左
下り部の電流出入部５４１から電流が入り、右上Ｂ部の
電流出入部５４２から出てい（、前述のように、薄板導
体４３と４４とは僅かの間隔を隔て重ねられているので
、傾斜磁場生成の機能としては薄板導体４３と４４とで
反対方向に流れる電流成分は互いに打ち消しあい同方向
の電流成分は加算れれることになって１枚、１枚に流れ
る電流分布は非対称であっても全体としては対称性が確
保された電流分布となりこの電流分布によって生成され
る傾斜磁場分布も同じ対称性が確保される。

第６図は第４図、第５図の薄板導体４４の電流の流れを
示す電流分布図である。この図において、図の上下方向
は実際の薄板導体の周方向を、左右方向はＺ軸方向とな
っている。電流は電流出入部５４１から流入して薄板導
体４４内に拡散し中央部から以降は収束して電流出入部
５４２に集まり流出する。薄型流出入部５４１．５４２
の取付は位置が上下、左右方向に対して非対称であるか
ら電流分布もこれらの方向に対して非対称になっている
。ただ、傾斜磁場を生成する成分である図の上下方向の
電流成分は中央部で小さく左右の辺部で大きくなってお
り、この点第３図の薄板導体４１と反対の傾向になつい
てる０辺部の電流密度に対する中央部の電流密度は薄板
導体４１の比率の逆数の１／１．５になっている。この
値は薄板導体４４が正方形の場合であり、長方形の場合
は薄板導体４１と同様に図の上下方向が長い長方形では
その比率は１に近くなり、左右方向が長い長方形では１
／１．５より更に小さくなる。

この薄板導体４４に重ねられる薄板導体４５の電流分布
は第６図の左右を反対にした分布となるので、これらが
重ねられたときの等価的な電流分布は、左右方向の電流
成分が互いに打ち消し合い上下方向の成分は加算され合
って、結局上下、左右に対称な電流分布となる。上下方
向の電流成分は加算されるので、前述の中央部と辺部と
の電流密度比率はそのまま保持されるとともに、２枚の
薄板導体４４．４５を重ねたことによって傾斜磁場も１
枚の薄板導体によって生成される傾斜磁場の２倍になる
ので、電流出入部を角部に設けて電流を斜めに流すよう
にしても傾斜磁場生成の点で効率が極端に悪くなるとい
うことはない。

第５図において、上下方向の棒状導体６３１．６４１゜
６５１、６６１は円弧状の棒状導体であり、棒状導体６
３２、６３３．６４２．６４３．６５２．６５３．６６
２．６６３はｚ軸に平行な直線状の棒状導体となってい
る０円弧状の棒状導体６３Ｌ　６４１．６５１．６６１
の配置は第１図の円弧状の棒状導体６１１．６２１のそ
れと類似であり、棒状導体６３１．６４１は第１図の棒
状導体６１１と同様に上に凸の円弧状であり、棒状導体
６５１．６６１は第１図の棒状導体６２１と同様に下に
凸の円弧状をしている。第５図の直線状の棒状導体の中
には第１図の棒状導体６１２．６１５．６２２．６２５
のように傾斜磁場コイルの全長にわたるものがないので
、薄板導体４３．４４と薄板導体４５．４６との間の周
方向の距離に制限がなくなり、必要に応じてこの距離を
小さくすることができるという設計上の自由度が高いと
いう特長もある。

前述のように、第２の実施例では、薄板導体４４の中央
部の電流密度は辺部のそれよりも小さな値になるという
関係があり、このことは、第１の実施例に比べて同じア
ンペアターンに対して傾斜磁場の強度は小さくなるが、
傾斜磁場の直線性を得るための数値計算を行った結果に
よると第２の実施例の方が直線性が得られ易いという特
長のあることが分かっている。

第２の実施例について傾斜磁場の直線性が最良となる条
件を計算した結果の２．３の例を下表に示す、この表の
条件では傾斜磁場の誤差は約２％程度である。

それぞれの寸法の符号は第５図に示すように薄板導体４
４の円弧部の半径をＲ１周方向角度をθ、棒状導体６３
１．６４１の薄板導体４４の端辺からの距離をＩ、ｚ軸
方向寸法をＬとし、他を一定として直線性が最良になる
寸法りを求めたものである。傾斜磁場コイルの２方向長
さをＬアするとＬアーム十２１である。なお、ターン数
は全て１ターンとし、寸法の単位はミリ、角度の単位は
度とする。また、Ｒ１は周方向の幅寸法であり、ｌ１ｌ
−Ｒθ（π／１８０）である。

二の表のＮｏ、１と２との比較から明らかなように、寸
法ｌを変えても傾斜磁場コイルの全長Ｌ１は余り変わら
ないという結果が得られ、また、Ｎｏ、１での薄板導体
の縦横比であるＲ１／　Ｌが１より小さく、Ｎｏ、２の
は１より大きくいずれも１に近い値であるから、適当な
ｌの値のときにＲ１／　Ｌ＝１、すなわち、薄板導体は
正方形になる条件が存在することが分かる。ただし、１
の値をマイナス、すなわち、薄板導体４３．４４の上に
棒状導体６３１が重ねて配置されるという構成では寸法
りが上表よりもはるかに大きくなり実用的でないと考え
てよい結果が得られる。また、Ｎｏ、２と３との比較か
らｅの値の僅かの変化はＬ寸法に大きな影響を与えない
ということも分かる。

第３図、第６図の電流分布図は薄板導体４１．４４の展
開形状を正方形として電流分布を計算した結果を示すも
のであるが、この発明は前述の計算例でも分かるように
正方形にこだわるものではなく、長方形でもよく、その
角部の電流密度の小さい部分を切り欠いた形状でもよい
、しかし、正方形であれば薄板導体の周方向と２方向と
を入れ換えても支障はないことから、傾斜磁場コイルの
組立作業が容易になり、また薄板導体の材料取りも容易
になって歩留りが向上するという特長がある。

第７図はこの発明の第３の実施例を示す傾斜磁場コイル
の展開図である。この図は第１の実施例が１ターンの傾
斜磁場コイルで構成されていたのに対して２ターンで構
成したものであり、第１図の上側の薄板導体４１に対し
て第７図では２枚の薄板導体４１１．４１２を重ねて構
成し、これを電気的に直列接続したものであり、下側の
２枚の薄板導体４２１、４２２も同様である。２枚の薄
板導体を重ねる構成は基本的には第２の実施例と同じで
ある。

この図において、円弧状の棒状導体６７１．６７４゜６
８１、６８４は左右に振り分けて配置してあり、この場
合も第５図と同様に第１図の棒状導体６１１．６２１の
配置に類似である。２ターンであるために、薄板導体４
１１．４１２．４２１．４２２を接続する棒状導体も２
倍になっているので、左右に分けて並列接続するという
構成を採用しなくても左右対称配置にすることができる
という点が第１の実施例と異なる点である。２ターンに
することによってこの傾斜磁場コイルの電源の電圧が２
倍、電流は２分の１、インピーダンスは４倍になるが、
どちらを選択するかは他の技術的要素を考慮した総合的
判断によって決定されるものである。

第７図では２ターンの例を示したが、３ターン、４ター
ンの傾斜磁場コイルを採用することもできる。この場合
、奇数ターンの場合は、少なくとも１タ一ン分の棒状導
体は第１図と同じように並列にして左右に振り分ける必
要がある。また、第２の実施例では上下２枚ずつの薄板
導体で１ターンを構成するものであり、これを２ターン
にすることも可能である。ただ、第２の実施例はこれ以
上薄板導体の枚数を減らせることのできない基本構造と
いう意味で１ターンと称したが、上下ともで４枚の薄板
導体４３．４４．４５．４６は電気的には直列接続され
ていてこの点では第３の実施例と類似であり、電気的に
は２ターンと考えるのが妥当である。なお、複数ターン
を構成する各薄板導体の寸法は同じである必要はないの
で、最適寸法の組合せを採用してより直線性の優れた傾
斜磁場コイルを構成することも可能である。

第８図はこの発明の第４の実施例を示す斜視図である。

この図は第２の実施例における４枚の薄板導体４３．４
４．４５．４６にスリット７を設けて薄板導体４３１．
４４１．４５１．４６１としたものである。この図では
スリットの本数は１０本であるが、この本数にこだわる
ものではない、ＷＩ板導体４３１は図の右側から電流が
入り、図の矢印に示すように各スリット間に分流する。

スリット７によって図の左右方向であるｚ軸方向の電流
成分が制約されて周方向電流成分が増加することになる
。スリット７の本数、長さを変えることによって電流分
布が変わるので、傾斜磁場の直線性が最も得られ易いス
リット７を選定することによってよりよい傾斜磁場コイ
ルを製作することができる。

この第４の実施例は第２の実施例にスリットを設けた例
であるが、第１の実施例における薄板導体４１．４２に
スリットを設けても電流分布を変えることが可能なので
、最適構成を選択することによりスリットを設けない場
合よりもよりよい傾斜磁場コイルとすることができる。

更に、第３の実施例として示したターン数を複数にした
傾斜磁場コイルの薄板導体に対してもこのスリットを設
けて同様の効果を得ることができる。

第２の実施例では２枚の薄板導体を重ねてそれぞれに異
なる角部に電流出入部を設ける構成としたが、これと等
価の電流分布をするものとして、薄板導体を第１の実施
例と同じく上下１枚ずつで構成して電流出入部を４つの
角部てに設ける構成を採用することもできる。ただし、
この場合は同じｚ軸に平行な辺に設けられる２つの電流
出入部は電気的に並列でなければならないので、並列回
路に不平衡の要素があると電流が不平衡となり薄板導体
の電流分布が期待するものにならない歪んだ分布になる
可能性がある。並列回路に与える不平衡の要因は、傾斜
磁場コイル自身の製作誤差、均一磁場を生成する主コイ
ルや他の方向の傾斜磁場コイル、あるいは高周波電磁波
を発信・受信するアンテナコイルなどのＭＨＩ装置マグ
ネットを構成する種々のコイル及びこれらのコイルを支
持する支持構造などの製作誤差なども考えられる。

したがって、たとえ設計上は並列にしてよい場合でもな
るべく直列接続することによって電流の不平衡をなくす
る構成とするのがよく、このような観点から第２の実施
例で電気的に直列接続の２枚の薄板導体で実質的に１枚
の薄板導体を構成するようにしたものである。

第１の実施例と第２の実施例との中間的な実施例として
、ｚ軸に平行な辺の両端と中央との間の適当な位置に電
流出入部を設ける構成を採用することができる。この場
合は、第２の実施例での電流出入部を設ける位置を角部
ではなく、中央部の方向にずらした位置にする。２つの
電流出入部が並列回路を形成することを是認するのであ
れば、第１の実施例で、中央部に設けた１つの電流出入
部を２つに分けて両端の角の方向へ振り分けでずらした
位置に設けることにしてもよい。このように第１と第２
の実施例の中間的な構成にすると、その長所、短所は前
述の第１の実施例と第２の実施例の長所、短所の中間的
な特徴を持つものとなる。長所をなるべく残し短所を少
なくする適切な位置に電流出入部を設けることにより前
述の第１、第２の実施例よりも更によい傾斜磁場コイル
を得ることができる。更に、電流出入部を実質的に１つ
の点とするのではなく、２軸に平行な辺の一部又は全部
に薄板導体よりも厚みの厚い導体を設けて薄板導体内へ
の電流の出入りが厚みのある導体の長さに応じた幅の範
囲で行われるように構成することもできる。極端な場合
、Ｚ軸に平行な辺に棒状導体を全部の辺にわたって溶接
する構成とすると、薄板導体内の電流分布はＺ軸に平行
な成分がなくなって全て周方向に一様に流れる電流分布
となる。第１の実施例では中央部の電流密度が大きくな
り、第２の実施例ではこの逆に中央部の電流密度が小さ
くなる特性があったが、電流分布が一様であるというこ
とは、第１と第２の実施例の中間の特性を持つ電流分布
であるということができる。もちろんこのような構成は
第３の実施例、第４の実施例と組み合わせて構成するこ
とも可能である。なお、電流出入部の位置を薄板導体の
円弧状の辺に設けるのは傾斜磁場生成に寄与しないｚ軸
方向の電流成分が大きくなり傾斜磁場生成に寄与する周
方向電流成分が小さくなるので実際的な構成ではない。

薄板導体の展開形状は前述の実施例では全て長方形とし
たが、電流密度の小さな角部を切り欠いて幾分でも傾斜
磁場コイルの重量を低減することが可能である。また、
形状を変えることによって薄板導体内の電流分布を変え
ることによって最適な電流分布を得るようにすることも
可能であり、この発明において薄板導体の形状を正方形
を含む長方形に限定するものではない。

棒状導体の断面形状は薄板導体の厚みと展開形状での幅
、長さ寸法の比に比べて棒状と称した方が妥当であろう
という意味で使用している名称である。ｍ斜磁場コイル
は共通の巻枠上に形成されるのが普通なので、前述の棒
状導体も巻枠の円筒表面の曲率に合わせて容易に曲げる
ことのできる導体寸法であることが望ましいという点か
ら、棒状導体もおおむね一般にいわれるところの板状導
体が使用されることがある。このような導体も前述の薄
板導体に比べる限り、厚みの幅寸法に対する比率が充分
大きいという意味でここでいう棒状導体に含めである。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、Ｚ軸を対称軸とする円筒上に
設けたｚｘ平面に対称に配置された少なくとも１対の薄
板導体と、前述の円筒の表面上に配してこれら薄板導体
に電流を供給する棒状導体とで傾斜磁場コイルを構成し
、これら薄板導体と棒状導体の形状配置をｚｘ平面、ｘ
ｙ平面及び実質的にｙｚ平面のそれぞれに対称に配置す
るとともに、これら薄板導体と棒状導体に流れる電流も
これらｚｘ平面、ｘｙ平面の２つの平面に対称とし、更
に、ｙｚ平面に対しては電流の絶対値の分布が対称で方
向が反対になるように配置接続することによって、この
傾斜磁場コイルによって生成される磁場も前述の３つの
平面に対する対称性から傾斜磁場が備えるべき対称性が
確保される。また、傾斜磁場を生成する主な電流成分は
薄板導体に流れる周方向成分であるが、この電流成分は
Ｘｙ平面上を含めたｚ−０の近傍にも分布して流れるこ
とから傾斜磁場生成の効率が良いために同じ強度の傾斜
磁場を生成するのに少ないアンペアターンでよいので、
傾斜磁場コイル電源の容量が小さくでき、したがって、
この電源の価格低減、寸法縮小という効果が得られる。

また、薄板導体の電流分布はｚ軸方向に広く分布してい
るので、複数のくら形コイル対で構成したのと類似の分
布となることから、１ターンだけで構成しても傾斜磁場
は良好な直線性が得られる。従来の傾斜磁場コイルでは
複数ターンで構成するのに各ターンを直列接続して電流
の不平衡を回避する構成としているためにターン数の二
乗に比例してインダクタンスが増大するために、傾斜磁
場電源の電圧の増大、電流制御の高速化の阻害要因とな
っていたが、この発明では前述のように傾斜磁場コイル
を１ターン、あるいはせいぜい２ターンで構成しても必
要とする傾斜磁場の直線性が得られることから、傾斜磁
場コイル電源の最適電圧、電流の設定、インダクタンス
が減少することによる電流制御の高速化がなどが可能に
なるという効果が得られる。薄板導体や棒状導体の実際
に採用する構成、寸法、配置などは、薄板導体の展開形
状、ｚ軸方向及び周方向寸法、電流出入部位置及び棒状
導体の配置などを考慮して数値計算を試行錯誤的に繰り
返すことによって求められる。

また、薄板導体の展開形状を長方形とし、そのＺ軸に平
行な２つの辺の中央部に電流出入部を設けることにより
、薄板導体内の電流分布は対向する電流出入部をつなぐ
直線に対して対称な分布であるとともに、この直線上で
周方向電流成分が最大になり、ｚ軸方向に離れるにした
がって小さくなる電流分布をする。また、電流出入部を
つなぐ直線はｘｙ平面上にあるので、前述の電流分布は
同時にＸ７平面に対称分布にもなっている。ｍ斜磁場を
主に形成する周方向電流成分がｘｙ平面上で最大になる
山形の分布をしているので、傾斜磁場形成の効率がよい
という長所があり、所定の傾斜磁場を生成するのにより
少ないアンペアタアーンでよいことから傾斜磁場電源の
容量が小さくなるという効果が得られる。

また、薄板導体の展開形状を長方形として２枚の同一寸
法材質の薄板導体を絶縁薄板を挟んで半径方向に重ねて
構成し、それぞれの薄板導体の４つの角部を順にＡ、Ｂ
、Ｃ，Ｄとしたとき、１枚の薄板導体の電流出入部をＡ
とＣに、もう１枚の電流出入部をＢとＤにそれぞれ設け
て互いに周方向電流成分の方向が同じになるように電流
が流れるように接続すると、ｚｘ不平衡Ｘ７平面に対称
にならない電流成分は互いに打ち消し合って、２枚の薄
板導体の電流を加えた等価的な電流分布はＺＸ平面、Ｘ
７平面に対称になり、これによって生成される傾斜磁場
も前述の２つの面に対称な磁場となる。また、２つの薄
板導体を電気的に直列に接続することによってそれぞれ
の薄板導体に流れる電流値が厳密に一致することから、
前述の対称でない電流成分けが打ち消し合う作用が確実
になる０周方向の電流成分の分布は中央部が小さくｚ軸
方向の端部に近くなるほど大きくなる谷形になり、前述
の電流出入部を辺の中央部に設ける構成よりも直線性の
良い傾斜磁場が得られるという特長がある。したがって
、同じ程度の直線性を得るためには傾斜磁場コイルの寸
法を小さくすることができこれにともなって傾斜磁場コ
イルの価格、重量を低減することができるという効果が
得られス更に、円弧状の棒状導体の薄板導体からの距離、薄板導
体の寸法などを可変にして薄板導体の展開形状が正方形
になるような最適条件を求め、これを実際の傾斜磁場コ
イルの設計値として採用すると、縦横を入れ換えるでも
支障がないので傾斜磁場コイルの組立が容易になるとと
もに、薄板導体の材料取りも容易になって歩留まりが向
上し薄板導体の材料費が節減されるなどの効果が得られ
る。

また、薄板導体に周方向に１本以上のスリットを設ける
と、このスリットによって電流分布が変わるとｔもに周
方向の電流成分が大きくなるので、傾斜磁場生成の効率
が向上して傾斜磁場コイル電源の容量と価格低減という
効果が得られる他に、スリットの本数、長さを最適な値
に設定することによって更に直線性の優れた傾斜磁場コ
イルを得ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す傾斜磁場コイル
の斜視図、第２図は第１図の展開図、第３図は第１図、
第２図の薄板導体の電流の流れを示す電流分布図、第４
図はこの発明の第２の実施例を示す薄板導体の斜視図、
第５図は第４図の棒状導体を含む展開図、第６図は第４
図、第５図の薄板導体の電流の流れを示す電流分布図、
第７図はこの発明の第３の実施例を示す傾斜磁場コイル
の展開図、第８図はこの発明の第４の実施例を示す薄板
導体の斜視図、第９図は従来の傾斜磁場コイルの原理を
示す斜視図、第１０図は３つのくら形コイル対からなる
従来の傾斜磁場コイルを示す斜視図である。４１、　４２．　４３．　４４．　４５．　４６．　４
１Ｌ　　４１２．　４２１．　４２２゜４３１、４４１
．４５１．４６１・・・薄板導体、５１１、　５１２．
　５２１．　５２２．　５３１．　５３２．　５４１．
　５４２．　５５１゜５５２、５６１．５６２・・・電
流出入部、６１１、　６１２．　６１３．　６１４．　
６１５．　６２１．　６２２．　６２３，６２４゜６２
５、　６３１．　６３２．　６３３．　６４１．　６４
２．　６４３．　６５Ｌ　　６５２゜６５３、　６６１
．　６６２．　６６３．　６７１．　６７２．　６７３
．　６７４．　６７５゜６７６、６８１．６８２．６８
３．６８４．６８５．６８６・・・棒状導体、第３図晃２ＢｖＪ４図第７図第８目

Claims

【特許請求の範囲】１）静磁場である均一磁場に重畳して所定の方向に傾斜
磁場を生成する傾斜磁場コイルにおいて、前記均一磁場
の中心を原点とし、静磁場の方向の座標をｚ軸、このｚ
軸に直交し前記傾斜磁場の傾斜の方向をｙ軸、このｙ軸
とｚ軸の双方に直交する座標をｘ座標とするとき、ｚ軸
を回転軸とする所定の半径の円筒上に設けた少なくとも
１対の薄板導体と、これら薄板導体に電流を供給すると
ともに前記円筒に沿って配した棒状導体とからなり、こ
れら薄板導体と棒状導体の形状、配置及び電流の分布が
前記ｚ軸とｘ軸を含む平面としてのｚｘ平面及びｘ軸と
ｙ軸を含む平面としてのｘｙ平面にそれぞれ対称である
とともに、実質的にｙ軸とｚ軸を含む平面としてのｙｚ
平面に寸法、配置が対称で電流の方向が反対であること
を特徴とする傾斜磁場コイル。２）請求項１記載の傾斜磁場コイルにおいて、薄板導体
の展開形状を長方形とし、そのｚ軸に平行な２つの辺の
中央部に電流出入部を設けたことを特徴とする傾斜磁場
コイル。３）請求項１記載の傾斜磁場コイルにおいて、薄板導体
の展開形状を長方形とし、２枚の同一寸法材質の薄板導
体を絶縁薄板を挟んで半径方向に重ねて構成し、それぞ
れの薄板導体の４つの角部を順に右回りにＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄとしたとき、１枚の薄板導体の電流出入部をＡとＣの
角部に、もう１枚の電流出入部をＢとＤにそれぞれ設け
、これら２枚の薄板導体を棒状導体によって電気的に直
列に接続するとともに、周方向の電流成分を同方向にし
てなることを特徴とする傾斜磁場コイル。４）請求項１、２又は３の傾斜磁場コイルにおいて、薄
板導体の展開形状が正方形であることを特徴とする傾斜
磁場コイル。５）請求項１、２、３、４又は５の傾斜磁場コイルにお
いて、薄板導体に周方向のスリットを設けたことを特徴
とする傾斜磁場コイル。