JPH0563087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は全般的に核磁気共鳴（NMR）装置
に用いられるコイル、更に特定して云えば、自己
遮蔽された勾配コイルの平衡形に関する。

磁気共鳴作像（MRI）装置は、人体の内部の
解剖学的な部分の断層写真像を形成する為に現在
用いられている。この装置では、患者が静磁界の
中に配置され、核スピンを励振する為の無線周波
の電磁パルスがかけられる。患者の原子核の磁気
共鳴を受信コイルを用いて検出して情報を取出
し、それからこう云う原子核を含む患者の部分の
像を形成することができる様にする。磁界は、共
鳴する原子核の位置を決定することができる様
に、各々の検出順序の間、パルス式にオン駆動さ
れる勾配を持つている。物質の性質及び構造を分
析する為の磁気共鳴分光法でも、同じ現象が用い
られている。

遮蔽形に勾配コイルが1986年２月６日に出願さ
れた係属中の米国特許出願番号第826650号に記載
されている。遮蔽形勾配コイルは、勾配磁界と、
種磁界磁石の様な他の構造との種々相互作用を抑
える為に望ましい。この相互作用は、磁界の空間
的及び時間的な歪み、エネルギーの散逸及び煩し
い可聴音を含む。

以前に考えられた発明の好ましい実施励では、
各々の勾配軸に対し、同心の内側及び外側コイル
が用いられている。各軸に対する内側及び外側コ
イルを直列に接続する。各々のコイル装置の表面
電流分布により、コイル装置の内側と勾配磁界
と、コイル装置の外側の略ゼロの磁界とが生ず
る。

典型的なMRI装置は、ｘ、ｙ及びｚ方向の３
つの直交軸に沿つて勾配磁界を用いる。ｚ軸は普
通、主静磁界の方向（これが普通は円筒形の主軸
線に沿つている）と一致するものとして定めら
れ、ｘ及びｙ軸はこの静磁界に対して垂直であ
る。各軸に対する勾配コイル装置は、夫々の勾配
増幅器を持ち、これが作像装置によつて制御され
る。

コイル装置は互いにごく接近して動作させなけ
ればならない。然し、勾配コイルのパルス形動作
中、別々のコイル装置の間の相互作用の為に問題
が起ることが分つた。例えば、勾配増幅器が不安
定になることがある。

従つて、この発明の目的は、MRI装置の勾配
装置の動作を改善することである。

別の目的は、ごく接近したコイル装置間の相互
作用を少なくし又は補償することである。

この発明の別の目的は、自己遮蔽形勾配コイル
に関連して使われる勾配増幅器の不安定な動作を
避けることである。

発明の要約 上記並びにその他の目的が、磁気共鳴装置内に
磁界を発生するコイル装置によつて達成される。
このコイル装置は、内側コイル、外側オイル、及
び内側及び外側コイルの間の特定の相互接続手段
で構成される。他の勾配の軸に対し、別のコイル
装置を設けることができる。

特に外側コイルは内側コイルと同軸に配置され
される。内側及び外側コイルの協働作用により、
コイル装置の内部に予定の磁界が発生され、コイ
ル装置の外側の磁界は略ゼロになる。相互接続手
段が、コイル装置に対する付勢電流が、内側及び
外側コイルの一方の一部分、他方のコイルの少な
くとも一部分、そしてその後前記一方のコイルの
別の一部分を通つて流れる様に、内側及び外側コ
イルを電気的に相互接続する。こうすることによ
り、コイル装置のインピーダンスが対称的に平衡
し、相互作用を避けることができる。

この発明の新規な特徴は特許請求の範囲に具体
的に記載してあるが、この発明自体の構成、作用
及びその他の目的並びに利点は、以下図面につい
て説明する所から最もよく理解されよう。

発明の詳しい説明 第１図について説明すると、一対のコイルが内
側コイル１０及び同心の外側コイル１３を含み、
その各々は円筒形で、ｚ軸と整合している。コイ
ル装置は、その内部の作像容積内に勾配磁界を発
生する為に、主静磁界B₀に対して縦方向に配置
されている。

内側コイル１０が円筒形基板１１を持ち、これ
がその一部分を１２ａに示す様な勾配巻線を持つ
ている。同様に、外側コイル１３が基板１４と、
１５ａ及び１５ｂを含む勾配巻線とを持つてい
る。典型的には、基板は可撓性印刷配線板材料で
形成することができ、巻線は典型的にはエツチン
グされた導体であり、これは配線板の片側又は両
側にあつてよく、絶縁材料で覆われる。各々の配
線板上の巻線は、直交勾配磁界を発生する様に相
互接続された４つの指紋（第５図参照）と似てい
る。コイル上の各々空間的な位置は、第１図に示
す様に、そのｘ、ｙ及びｚ座標又は円柱座標ｚ、
ｒ及びθによつて特定することができる。

第２図は、ｘ勾配∂B_z／∂yを発生するｘ勾配コ
イル装置２０と、ｙ勾配∂B_z／∂yを発生する同心
のｙ勾配コイル装置２１とを示す。各々コイル装
置が別個の電源に接続され、別々の勾配を独立に
パルス駆動することができる。例えば、普通のス
ピン捩れ形作像パルス順序では、空間的な符号化
工程の間ｙ、勾配をパル駆動し、その後、NMR
信号読取工程の間、ｘ勾配をパルス駆動すること
がある。ｘ及びｙ勾配を同時にパルス駆動するこ
とも普通である。

第３図は第２図のコイル装置に対する典型的な
電源の接続を示す。ｘ勾配装置２０が内側コイル
２３及び外側コイル２４を持ち、これらがｘ勾配
マスタ増幅器２５及びｘ勾配スレーブ増幅器２６
と直列に接続されている。同様に、ｙ勾配コイル
装置２１が内側コイル３０及び外側コイル３１を
持ち、これらがｙ勾配マスタ増幅器３２及びｙ勾
配スレーブ増幅器３３と直列に接続されている。
夫々一対の増幅器の間の接続点が大地に接続され
ている。

マスタ増幅器２５，３２がNMR装置（図面に
示していない）から夫々の電流指令を受取る。指
令された電流が実際に勾配コイルに流れる様に保
証する為、マスタ増幅器２５，３２は、電流感知
抵抗の様な電流センサーを用いた閉ループ・フイ
ードバツク制御を用いる。スレーブ増幅器２６，
３３は夫々のマスタ増幅器にそのまま追従する
が、マスタによつて開放ループで制御される。
各々のスレーブ増幅器がマスタに対して反対方向
の電圧を発生する。この為、増幅器は電流で見る
と積重ねになり、レール電圧の望ましい増加をも
たらす。

各々のコイル装置を形成する為に多量の導体面
積が使われている為に、並びにコイル装置の間が
ごく接近している為、コイル装置の間には大きな
静電容量が生ずる。この静電容量が第３図に固有
の静電容量３５として示されている。一方のコイ
ル装置から別のコイル装置への静電容量３５を含
む低インピーダンス通路３６が、勾配のパルス駆
動の間、勾配増幅器の不安定性又はその他の問題
を招くことがある。

設計により、各々の外側コイル２４，３１は磁
束の鎖交がない（良好な遮蔽の為にこう云うこと
が要求される）。従つて、各々の外側コイルは、
電流パルスの間でも、小さな抵抗による電圧降下
を別とすると、略一定の電位にある。外側コイル
がマスタ・スレーブ増幅器の組合せの片側に接続
されると、それがパルス駆動された時の増幅器の
その側の電位一杯（内側コイルの両端の電圧降下
の略全部）まで上昇する。従つて、容量性電流が
パルス駆動された外側コイルから他方のコイル装
置の巻線へ流れ、他方のコイル装置のマスタ又は
スレーブ増幅器を通つて大地に流れる。この電流
が両方の勾配軸のマスタ増幅器によつて感知さ
れ、それが、何れも他方によつて励振された電流
を補正しようとする増幅器の間の不安定性を招
く。

マスタ増幅器は電流フイードバツクで動作する
から、マスタ増幅器２５又は３２に指令されてい
ない電流が流れないのが理想的である。しかし、
典型的な増幅器でも、容量性の電流の流れを防ぐ
ことができない。この為、電流がマスタ及びスレ
ーブの両方に流れ得る（即ち、通路３６は考えら
れる幾つかの通路の内の１つに過ぎない）。

コイル装置の間の相互作用に伴う問題をなくす
為、この発明は、第４図に示す様に勾配コイルを
接続することにより、容量性電流の流れを実質的
に除く。ｘ勾配コイル装置では、内側コイル２３
を両半分２３ａ，２３ｂに分割する。外側コイル
２４が内側コイルの両半分２３ａ，２３ｂの間に
接続される。一方又は両方のコイルのこの他の分
割形式も、その形式が対照的であつて、コイル装
置のインダクタンスが静電容量に対して平衡して
いれば用いることができる。各々勾配軸に対して
対称的に平衡したコイル装置を使うことにより、
局部的な電流があれば、コイル装置の間の他のど
こかに同じ大きさで反対向きの電流があるから、
別々の勾配軸の間で正味の電流の流れがない。

内側又は外側勾配コイルの何れか又は両方を分
割することができるが、第４図に示す様に、内側
コイル２３，３０を分割することが好ましい。通
常、外側コイルはシム・コイルの様な他の構造に
ごく接近して配置されるから、内側コイルで余分
な接続をする為の場所のほうが一層大きいのが普
通である。更に、外側コイルは一層大きな静電容
量を持ち、この為、外側コイル全体を（分割電源
増幅器の形式により）ゼロ電位又はその近くにお
くことは全体としての局部的な電流の流れが少な
くなる。

第５図は第４図の実施例に対する巻線の形式を
更に詳しく示す。即ち、マスタ増幅器から、内側
コイルの半分（２つの指紋）、外側コイル２４の
全部、内側コイル２３の残り半分を介してスレー
ブ増幅器に至る直列通路ができる。この為、コイ
ル装置の間の相互作用を少なくし又はなくし、勾
配増幅器の不安定性を避ける様な対称的に平衡し
たコイル装置が得られる。

この発明の好ましい実施例を図面に示して説明
したが、この実施例は例に過ぎないことを承知さ
れたい。当業者には、この発明の範囲内で種々の
変更が考えられよう。従つて、特許請求の範囲
は、この発明の範囲内の属するこの様な全ての変
更を包括するものであることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は自己遮蔽形の一対の勾配コイルの斜視
図、第２図は２つの直交勾配磁界を発生する２つ
のコイル装置の端面図、第３図は従来の相互接続
方式を示す回路図、第４図はこの発明の相互接続
方式を示す回路図、第５図は好ましい実施例の内
側及び外側コイルの配線図である。 主な符号の説明、２３ａ，２３ｂ：内側コイル
の各半分、２４：外側コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気共鳴装置内に磁界を発生するコイル装置
   に於いて、 内側コイルと、 該内側コイルと同軸に配置された外側コイル
   と、前記内側及び外側コイルを電気的に相互接続
   する相互接続手段とを有し、前記内側及び外側コ
   イルは前記内側コイルの内部に予定の磁界を発生
   すると共に前記外側コイルの外部の磁界を略ゼロ
   にする様になつており、 コイル装置に対する付勢電流が、前記内側及び
   外側コイルの一方の一部分、前記内側及び外側コ
   イル他方の少なくとも一部分、そしてその後前記
   一方のコイルの別の一部分を通つて流れて、コイ
   ル装置のインピーダンスが対称的に平衡する様に
   したコイル装置。 ２ 前記内側及び外側コイルの各々が、配線板に
   エツチングした導体で構成されており、該導体が
   複数個の指紋の形をしている請求項１記載のコイ
   ル装置。 ３ 前記予定の磁界が予定の方向に沿つて線形勾
   配を持つ請求項１記載のコイル装置。 ４ 磁気共鳴装置内に直交する勾配磁界を発生す
   る装置に於いて、 第１の内側コイル及び外側コイルを持つてい
   て、該内側及び外側コイルは、当該第１のコイル
   装置に対する付勢電流が、一方のコイルの一部
   分、他方のコイルの少なくとも一部分、そしてそ
   の後前記一方のコイルの別の一部分を通つて流れ
   る様に相互接続されている様な、第１の勾配磁界
   を発生する第１のコイル装置と、 該第１のコイル装置と同軸に配置されていて、
   第２の内側コイル及び第２の外側コイルを持ち、
   該第２の内側コイル及び第２の外側コイルは、当
   該第２のコイル装置に対する付勢電流が一方のコ
   イルの一部分、他方のコイルの少なくも一部分、
   そしてその後前記一方のコイルの別の一部分を通
   つて流れる様に相互接続されていて、前記第１の
   勾配磁界と直交する第２の勾配磁界を発生する第
   ２のコイル装置とを有し、 この為、容量結合された局部的な電流が相殺し
   て、前記第１のコイル装置及び前記第２のコイル
   装置の間に正味の電流が流れない様にした装置。 ５ 前記内側及び外側コイルの各々が、配線板に
   エツチングした導体で構成され、該導体が複数個
   の指紋の形に形成されている請求項４記載の装
   置。 ６ 夫々前記第１及び第２のコイル装置に接続さ
   れていて、前記付勢電流を供給する第１及び第２
   の増幅器を有する請求項４記載の装置。 ７ 前記第１及び第２の増幅器がマスタ・スレー
   ブ増幅器で構成される請求項６記載の装置。 ８ 核磁気共鳴装置内で自己遮蔽された勾配コイ
   ル装置に接続された勾配増幅器を安定に動作させ
   る方法に於いて、 各々のコイル装置の内側及び外側コイルを、付
   勢電流が一方のコイルの一部分、他方コイルの少
   なくとも一部分、そしてその後前記一方のコイル
   が別の一部分に流れる様に相互接続し、 前記コイル装置に流れる電流によつて勾配磁界
   を誘起する様に前記勾配増幅器を付勢する工程を
   含む方法。