JPH0785445B2 - 補正コイル - Google Patents
補正コイルInfo
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- JPH0785445B2 JPH0785445B2 JP59260966A JP26096684A JPH0785445B2 JP H0785445 B2 JPH0785445 B2 JP H0785445B2 JP 59260966 A JP59260966 A JP 59260966A JP 26096684 A JP26096684 A JP 26096684A JP H0785445 B2 JPH0785445 B2 JP H0785445B2
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- JP
- Japan
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- coil
- correction coils
- magnetic field
- windings
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
- G01R33/3875—Compensation of inhomogeneities using correction coil assemblies, e.g. active shimming
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
Landscapes
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 開示の背景 この発明は強度が強く且つ均質性の高い磁界を発生する
磁石構造に関する。更に具体的に云えば、この発明は全
身用核磁気共鳴（NMR）作像装置、特に医療診断用の装
置に役立つ電磁石の設計と構造に関する。
磁石構造に関する。更に具体的に云えば、この発明は全
身用核磁気共鳴（NMR）作像装置、特に医療診断用の装
置に役立つ電磁石の設計と構造に関する。
NMR作像装置で断層写真法による平面像及びその他のデ
ータを発生する時、強度が強く且つ一様性の高い磁界が
必要である。医療診断用の全身作像を行うNMR装置で
は、磁界強度は典型的には約0.04乃至約1.5テスラ又は
それ以上に及ぶ。像又はデータの幾何学的な歪みを少な
くすると共にその他の望ましくない人為効果（アーティ
ファクト）を防止する為、並びに勾配コイル及び無線周
波コイルに必要な電力を制限する為、主磁界が磁界強度
の高度の一様性を持つことも必要である。NMR作像用の
主磁界B0は典型的には円筒面に配置された１つ又は更に
多くの一組の主コイルによって発生される。こういうコ
イルは抵抗性であっても超導電性であってもよい。更
に、主磁界成分B0を発生する為に永久磁石を用いること
も出来る。更に、この磁界がコイルを配置する円筒に対
して軸方向の向きであるのが便利である。理想的には、
この状態が円筒計容積全体にわたって成立しているべき
である。
ータを発生する時、強度が強く且つ一様性の高い磁界が
必要である。医療診断用の全身作像を行うNMR装置で
は、磁界強度は典型的には約0.04乃至約1.5テスラ又は
それ以上に及ぶ。像又はデータの幾何学的な歪みを少な
くすると共にその他の望ましくない人為効果（アーティ
ファクト）を防止する為、並びに勾配コイル及び無線周
波コイルに必要な電力を制限する為、主磁界が磁界強度
の高度の一様性を持つことも必要である。NMR作像用の
主磁界B0は典型的には円筒面に配置された１つ又は更に
多くの一組の主コイルによって発生される。こういうコ
イルは抵抗性であっても超導電性であってもよい。更
に、主磁界成分B0を発生する為に永久磁石を用いること
も出来る。更に、この磁界がコイルを配置する円筒に対
して軸方向の向きであるのが便利である。理想的には、
この状態が円筒計容積全体にわたって成立しているべき
である。
然し、抵抗性、超導電性又は永久磁石のどれを用いて
も、磁石を慎重に特定した形に構成すると共に、製造上
のばらつきによる特定した形からの偏差を最小限に抑え
る努力を払うことが必要である。然し、正しい構造並び
に磁界の一様性を保証する為に並外れた措置を講じて
も、磁界の残留誤差が残る。従って、磁界の全体的な一
様性を高める様な形で、磁界の摂動を行う比較的低電力
の補正コイルを用いるのが常套手段である。
も、磁石を慎重に特定した形に構成すると共に、製造上
のばらつきによる特定した形からの偏差を最小限に抑え
る努力を払うことが必要である。然し、正しい構造並び
に磁界の一様性を保証する為に並外れた措置を講じて
も、磁界の残留誤差が残る。従って、磁界の全体的な一
様性を高める様な形で、磁界の摂動を行う比較的低電力
の補正コイルを用いるのが常套手段である。
磁界の誤差は磁石の制御出来ない偏差又は磁気的な境界
の予測し難い変化によって起るものであるから、補正コ
イルに必要な摂動の寸法及び形は、磁石を構成してみな
ければ予測することが出来ない。従って、より一様な全
体的な（正味の）磁界に通ずる補正磁界を形成出来る様
に、補正コイルは大きさ並びに形の両方を調節し得る磁
界を発生する様なものを用いるのが一般的である。
の予測し難い変化によって起るものであるから、補正コ
イルに必要な摂動の寸法及び形は、磁石を構成してみな
ければ予測することが出来ない。従って、より一様な全
体的な（正味の）磁界に通ずる補正磁界を形成出来る様
に、補正コイルは大きさ並びに形の両方を調節し得る磁
界を発生する様なものを用いるのが一般的である。
関心のある円筒形容積内の磁界を表わすのに、NMR作像
の分野に於ける実験は、殆んど全般的に球座標系と、２
つのパラメータを指数とする一連の球面調和関数とを用
いて、円筒内部の磁界を表わしている。更に具体的に云
えば、各々の補正コイル回路が、一組の球面調和関数の
内の１項に近似的に対応する形を持つ磁界を発生する様
に、特に選ばれた補正コイルを用いることが知られてい
る。一組の球面調和関数が関心のある領域にわたって直
交しているから、補正コイルの設計がこれによって著し
く簡単になる。特にこういう関数は直交しているから、
各々の補正コイル回路は誤差磁界を表わす展開式中の１
個を補正する様に設計することが出来る。この為、こう
いう補正コイルは、１つの補正コイル回路の調節が他の
どの回路の調節にも殆んど無関係になるという望ましい
性質を持っている。然し、こういう補正コイルの欠点
は、この目的を達成するのに必要なコイルの形が、特定
された最小誤差状態を達成するのに必要なよりも複雑に
なることがあることである。補正コイルの設計に用いら
れる球面調和関数展開では、回路内にある物理的に別異
のコイルの数が、補正を希望する調和関数の最高次数と
共に非常に急速に増加する。この様にコイルの数が急速
に増加する理由は、より高次の球面調和関数に対する空
間的な構成がずっと複雑になるからである。
の分野に於ける実験は、殆んど全般的に球座標系と、２
つのパラメータを指数とする一連の球面調和関数とを用
いて、円筒内部の磁界を表わしている。更に具体的に云
えば、各々の補正コイル回路が、一組の球面調和関数の
内の１項に近似的に対応する形を持つ磁界を発生する様
に、特に選ばれた補正コイルを用いることが知られてい
る。一組の球面調和関数が関心のある領域にわたって直
交しているから、補正コイルの設計がこれによって著し
く簡単になる。特にこういう関数は直交しているから、
各々の補正コイル回路は誤差磁界を表わす展開式中の１
個を補正する様に設計することが出来る。この為、こう
いう補正コイルは、１つの補正コイル回路の調節が他の
どの回路の調節にも殆んど無関係になるという望ましい
性質を持っている。然し、こういう補正コイルの欠点
は、この目的を達成するのに必要なコイルの形が、特定
された最小誤差状態を達成するのに必要なよりも複雑に
なることがあることである。補正コイルの設計に用いら
れる球面調和関数展開では、回路内にある物理的に別異
のコイルの数が、補正を希望する調和関数の最高次数と
共に非常に急速に増加する。この様にコイルの数が急速
に増加する理由は、より高次の球面調和関数に対する空
間的な構成がずっと複雑になるからである。
然し、この発明の目的は、補正しようとする各々の球面
調和関数に対して別々に作用する様に設計された一組の
コイルよりも、その構造がずっと簡単な一組の補正コイ
ルを用いて、磁界の形の多くのパラメータを調節するこ
とが出来る様にすることである。
調和関数に対して別々に作用する様に設計された一組の
コイルよりも、その構造がずっと簡単な一組の補正コイ
ルを用いて、磁界の形の多くのパラメータを調節するこ
とが出来る様にすることである。
発明の要約 この発明の好ましい実施例では、磁石構造に使う補正コ
イルが複数個のコイル巻線を持ち、これらのコイル巻線
の配置並びに相互接続は、略同じ大きさを持ち且つ選ば
れた第１組の電流の方向又は極性を持つ一組の電流でこ
の巻線を励磁すると、これらの巻線が、補正コイル内部
の容積に於ける磁界の軸方向成分の球面調和関数展開の
中の１項のみに寄与が生ずるようになっている。更に、
巻線の配置並びに相互接続は、選ばれた相異なる電流の
極性が、補正コイルによって内部容積内に発生される磁
界の軸方向成分の球面調和関数展開の実質的に相異なる
１項に寄与を持つ様になっている。更に、電流の極性を
この他に選択して、コイルによって再現される磁界の球
面調和関数展開の選ばれた項の線形組合せとなる様な、
磁界の軸方向線分に対する寄与を持たせることが出来
る。
イルが複数個のコイル巻線を持ち、これらのコイル巻線
の配置並びに相互接続は、略同じ大きさを持ち且つ選ば
れた第１組の電流の方向又は極性を持つ一組の電流でこ
の巻線を励磁すると、これらの巻線が、補正コイル内部
の容積に於ける磁界の軸方向成分の球面調和関数展開の
中の１項のみに寄与が生ずるようになっている。更に、
巻線の配置並びに相互接続は、選ばれた相異なる電流の
極性が、補正コイルによって内部容積内に発生される磁
界の軸方向成分の球面調和関数展開の実質的に相異なる
１項に寄与を持つ様になっている。更に、電流の極性を
この他に選択して、コイルによって再現される磁界の球
面調和関数展開の選ばれた項の線形組合せとなる様な、
磁界の軸方向線分に対する寄与を持たせることが出来
る。
更に具体的に云うと、この発明の１実施例では、補正コ
イル巻線は、磁界の実際の成分の球面調和関数展開に於
て、略（1,1）、（2,1）及び（4,1）項だけに寄与を持
つ様に配置されている。然し、全般的にこの発明では、
コイル容積内の半径方向及び軸方向に中心領域に於ける
誤差の補正が更に重要であることを承知されたい。この
様に磁界の均質性が尚更重要である様な縮小した容積
は、一般的に検査する患者又は物体内部の中心の円板形
容積に対応する。
イル巻線は、磁界の実際の成分の球面調和関数展開に於
て、略（1,1）、（2,1）及び（4,1）項だけに寄与を持
つ様に配置されている。然し、全般的にこの発明では、
コイル容積内の半径方向及び軸方向に中心領域に於ける
誤差の補正が更に重要であることを承知されたい。この
様に磁界の均質性が尚更重要である様な縮小した容積
は、一般的に検査する患者又は物体内部の中心の円板形
容積に対応する。
従って、この発明の目的は、全身のNMRによる医療診断
用作像に特に役立つ磁石構造に対する補正コイルを提供
することである。
用作像に特に役立つ磁石構造に対する補正コイルを提供
することである。
この発明の目的は、均質性の高い磁界を生ずる磁石構造
を提供することである。
を提供することである。
この発明の別の目的は、磁界の軸方向成分の一様性から
のずれである誤差磁界を表わす、球面調和関数展開の１
つより多くの項を補正する様にした補正コイルを提供す
ることである。
のずれである誤差磁界を表わす、球面調和関数展開の１
つより多くの項を補正する様にした補正コイルを提供す
ることである。
発明の詳しい説明 球状容積内の磁界の軸方向成分Bzが、下に示す様に、一
連の球面調和関数によって記述することが出来ることを
理解しなければ、この発明を十分に理解することは出来
ない。
連の球面調和関数によって記述することが出来ることを
理解しなければ、この発明を十分に理解することは出来
ない。
こゝでPnm（θ）は周知のルジャンドル多項式Pno（θ）
に関係する関連ルジャンドル関数である。同伴ルジャン
ドル関数Pnm（θ）が、４までのｎ及びｍ（ｎ及びｍは
同伴ルジャンドル関数（ルジャンドル陪関数）の次数、
位数を表わす指数である。）の値に対して、下記の表Ｉ
に示されている。上の展開式で、関数Pnm（θ）がｎ
ｍに対してのみ定義されていることに注意されたい。
に関係する関連ルジャンドル関数である。同伴ルジャン
ドル関数Pnm（θ）が、４までのｎ及びｍ（ｎ及びｍは
同伴ルジャンドル関数（ルジャンドル陪関数）の次数、
位数を表わす指数である。）の値に対して、下記の表Ｉ
に示されている。上の展開式で、関数Pnm（θ）がｎ
ｍに対してのみ定義されていることに注意されたい。
第５図は円筒10の面に普通に巻装した４つのコイルから
成る４つのコイル回路を持つ装置の略図である。これら
のコイルが１個の電気回路20を形成し、この回路で各々
のコイルの電流の方向と、コイルの組の各員の間の接続
の方向が示されている。特に、円筒面の軸方向に流れる
電流（例えば導体セグメント21に流れる電流）はBz成分
に寄与を持たないことに注意されたい。第５図に示す補
正コイルは、Ｚ＝０でＺ軸を垂直に通る面に関して鏡像
の対称性を持つと共に、φ方向にcosφの対称性を持つ
様に配置されている。コイルはφ方向に120゜の円弧角
度を持つ様にも構成されている。更に、コイル20の各セ
グメントの軸方向の位置は、球面調和関数展開の（3,
1）項に対する寄与をなくす様に選ばれている。即ち、
第５図に示すコイルの形では、ｎ＝３、ｍ＝１を持つ展
開式の項は０である。第５図のコイル装置のこの他の対
称性が第２図に示されており、球面調和関数展開の各項
をそれに対してなくすことが出来る。第２図は、第５図
に示したコイルの正しい設計及び位置ぎめによって、除
去することの出来る展開式の球面調和関数項の種々の係
数を示す図表である。特に記入のない区分は、除去され
なかった項を表わす。更に、各々の区分はその特定の項
を除去する為の特定された対称機構を持っている。この
表の各々の“φ”は例えばその区分で表わされた特定の
項は、適当な周期性を持つφ対称性を有するコイルを選
択することによって除去することが出来ることを示して
いる。同様に、第２図の図表の内、ギリシャ文字“θ”
が区分内に存在する項は、θ対称の周期性により、球面
調和関数展開のこの特定の項が除去されたことを示して
いる。更に符号で示す様に、この表の内文字Ｘを付した
区分は、軸方向寸法の適当な選択により、特に軸方向に
於ける補正コイルの弓形部分の位置ぎめによって、調和
関数展開式のこの特定の項を除去し得ることを示してい
る。例えば、第５図のコイル装置は、その内のどの１つ
によっても（7,6）項が除去される様な３つの因子があ
る。即ち、φ対称性、θ対称性、並びに弧長120゜のコ
イル部分を使うことである。
成る４つのコイル回路を持つ装置の略図である。これら
のコイルが１個の電気回路20を形成し、この回路で各々
のコイルの電流の方向と、コイルの組の各員の間の接続
の方向が示されている。特に、円筒面の軸方向に流れる
電流（例えば導体セグメント21に流れる電流）はBz成分
に寄与を持たないことに注意されたい。第５図に示す補
正コイルは、Ｚ＝０でＺ軸を垂直に通る面に関して鏡像
の対称性を持つと共に、φ方向にcosφの対称性を持つ
様に配置されている。コイルはφ方向に120゜の円弧角
度を持つ様にも構成されている。更に、コイル20の各セ
グメントの軸方向の位置は、球面調和関数展開の（3,
1）項に対する寄与をなくす様に選ばれている。即ち、
第５図に示すコイルの形では、ｎ＝３、ｍ＝１を持つ展
開式の項は０である。第５図のコイル装置のこの他の対
称性が第２図に示されており、球面調和関数展開の各項
をそれに対してなくすことが出来る。第２図は、第５図
に示したコイルの正しい設計及び位置ぎめによって、除
去することの出来る展開式の球面調和関数項の種々の係
数を示す図表である。特に記入のない区分は、除去され
なかった項を表わす。更に、各々の区分はその特定の項
を除去する為の特定された対称機構を持っている。この
表の各々の“φ”は例えばその区分で表わされた特定の
項は、適当な周期性を持つφ対称性を有するコイルを選
択することによって除去することが出来ることを示して
いる。同様に、第２図の図表の内、ギリシャ文字“θ”
が区分内に存在する項は、θ対称の周期性により、球面
調和関数展開のこの特定の項が除去されたことを示して
いる。更に符号で示す様に、この表の内文字Ｘを付した
区分は、軸方向寸法の適当な選択により、特に軸方向に
於ける補正コイルの弓形部分の位置ぎめによって、調和
関数展開式のこの特定の項を除去し得ることを示してい
る。例えば、第５図のコイル装置は、その内のどの１つ
によっても（7,6）項が除去される様な３つの因子があ
る。即ち、φ対称性、θ対称性、並びに弧長120゜のコ
イル部分を使うことである。
第２図を見れば、第５図のコイルの形によって発生され
る磁界は、純粋に（1,1）調和関数項に対応するものに
ごく近いことが判る。第２図に出て来る指数の範囲内の
唯一の不所望の項は、調和関数展開式の内の（5,1）、
（7,1）、（9,1）、（5,5）、（7,5）、（9,5）、（7,
7）及び（9,7）項である。
る磁界は、純粋に（1,1）調和関数項に対応するものに
ごく近いことが判る。第２図に出て来る指数の範囲内の
唯一の不所望の項は、調和関数展開式の内の（5,1）、
（7,1）、（9,1）、（5,5）、（7,5）、（9,5）、（7,
7）及び（9,7）項である。
然し、次に第５図に示したコイルの変形である第６図の
コイルの形に注意されたい。第６図では、第５図の回路
の左半分及び右半分を別々の回路に分離してある。第６
図に示した改良された装置で実際に複雑化するのは、余
分の回路を制御する為のハードウエアと余分の一組の導
線を設けることだけである。第３図は、２つの回路の電
流が必ずしも同じでなく或いは大きさが同じで反対向き
（即ち、θ対称性がない）場合の第６図のコイル回路に
より、磁界中に存在する調和関数を示している。第６図
に示す様な接続によって得られる主な利点は、（1,1）
項に対する寄与の他に、（2,1）項に対する寄与をコイ
ル装置が持つ様にすることが出来ることである。第２図
及び第３図を比較すれば、この余分の融通性の為に起る
犠牲は、主に（4,1）項が存在することであることが判
る。第５図の回路によっては起らないが、この回路によ
って励磁されるそれ程重要でない他の項としては、（6,
1）、（8,1）、（6,5）（8,5）及び（8,7）項がある。
各々の順番の対で、θ指数が最初のエレメントである。
コイルの形に注意されたい。第６図では、第５図の回路
の左半分及び右半分を別々の回路に分離してある。第６
図に示した改良された装置で実際に複雑化するのは、余
分の回路を制御する為のハードウエアと余分の一組の導
線を設けることだけである。第３図は、２つの回路の電
流が必ずしも同じでなく或いは大きさが同じで反対向き
（即ち、θ対称性がない）場合の第６図のコイル回路に
より、磁界中に存在する調和関数を示している。第６図
に示す様な接続によって得られる主な利点は、（1,1）
項に対する寄与の他に、（2,1）項に対する寄与をコイ
ル装置が持つ様にすることが出来ることである。第２図
及び第３図を比較すれば、この余分の融通性の為に起る
犠牲は、主に（4,1）項が存在することであることが判
る。第５図の回路によっては起らないが、この回路によ
って励磁されるそれ程重要でない他の項としては、（6,
1）、（8,1）、（6,5）（8,5）及び（8,7）項がある。
各々の順番の対で、θ指数が最初のエレメントである。
一般的に、ｎ＝５を越える調和関数の不所望の項は、高
度に一様な磁界を発生する磁石の構成で重要な問題とは
考えられていないことに注意されたい。
度に一様な磁界を発生する磁石の構成で重要な問題とは
考えられていないことに注意されたい。
或る高次の調和関数を導入する為に払う犠牲の程度は、
得られる余分の調節能力及び融通性の利点に較べて小さ
い。第１に、余分の不所望の項、主に（4,1）及び（6,
1）項等は、（2,1）項を調節する能力を用いる範囲で存
在するにすぎない。更に、２つの回路の電流が釣合って
いれば、偶数のｎの成分は発生されない。更に、余分の
自由度は、（4,1）及び更に高次の不所望の項を持つ
（2,1）項を調節する為の調整とみなす必要はない。む
しろ、これは（2,1）、（4,1）及び同様な項（（6,
1）、（8,1）等の高次の項）の線形の組合せを励振する
為の調整として扱うことが出来る。この拘束に従って磁
界の均質性を最大にする設定を決定することが出来る。
一般的にこの設定は、（2,1）項を強制的にゼロにする
ものよりもよい。最後に、（2,1）項並びにそれに関連
する調和関数を調節する能力を使っても、元の（1,1）
コイルによって発生されるもの以上に、（5,1）、（7,
1）、並びに（1,1）コイルに関連した他の不所望の項の
レベルは増加しない。コイル間差電流のθ方向の対称性
は、奇数のｎの成分が発生されない様になる。
得られる余分の調節能力及び融通性の利点に較べて小さ
い。第１に、余分の不所望の項、主に（4,1）及び（6,
1）項等は、（2,1）項を調節する能力を用いる範囲で存
在するにすぎない。更に、２つの回路の電流が釣合って
いれば、偶数のｎの成分は発生されない。更に、余分の
自由度は、（4,1）及び更に高次の不所望の項を持つ
（2,1）項を調節する為の調整とみなす必要はない。む
しろ、これは（2,1）、（4,1）及び同様な項（（6,
1）、（8,1）等の高次の項）の線形の組合せを励振する
為の調整として扱うことが出来る。この拘束に従って磁
界の均質性を最大にする設定を決定することが出来る。
一般的にこの設定は、（2,1）項を強制的にゼロにする
ものよりもよい。最後に、（2,1）項並びにそれに関連
する調和関数を調節する能力を使っても、元の（1,1）
コイルによって発生されるもの以上に、（5,1）、（7,
1）、並びに（1,1）コイルに関連した他の不所望の項の
レベルは増加しない。コイル間差電流のθ方向の対称性
は、奇数のｎの成分が発生されない様になる。
直列にした２つのコイルのこの他の組合せも可能である
が、それらはθ対称条件と共にφ対称条件の両方を弛め
ることを含む。正味の効果として、調節自在のパラメー
タは２つだけであるが、第６図に示す装置よりも調和関
数の不所望の項がずっと多い一組のコイルになる。
が、それらはθ対称条件と共にφ対称条件の両方を弛め
ることを含む。正味の効果として、調節自在のパラメー
タは２つだけであるが、第６図に示す装置よりも調和関
数の不所望の項がずっと多い一組のコイルになる。
関心がある残りのもう１つの場合は、第６図に示した組
の４つのコイルの各々にそれ自身の別々の導線及び励磁
源を設ける場合である。この時に存在する調和関数の表
はずっと一杯になる。この点が第４図の図表に示されて
いる。然し、この時４つの独立の調節がある。この時、
（1,1）、（2,1）、（2,2）及び（3,2）調和関数成分を
ゼロに減少することが可能である。例えば第６図のコイ
ル30a及び30bを夫々別々に駆動される１対のコイルに分
割して、こういう結果を達成することが出来る。余分の
調和関数を含めることは、第６図の２つのコイルの接続
の場合と全く同じ種類の考慮を要する。各々の調節に伴
う調和関数は、第４図で空欄で示された調節可能なもの
の全部よりは少ない組合せにすぎず、余分の調節能力を
利用する場合にだけ、並びにその利用する範囲内で存在
する。設計によって純粋な（1,1）調節が必要な場合、
第５図に示した元の接続と同じ程度の調和関数の純度を
もって、この調節を４つの個別のコイルで達成すること
が出来る。（1,1）及び（2,1）項だけを調節する必要が
ある場合、上に述べた様に第６図から導き出した４つの
コイルの組を同じ様に用いることが出来る。然し、４つ
の回路から成る装置では、余分の融通性が得られ、一般
的にこれを用いて、いろいろな組合せのコイルが同じ電
流を持つ様に拘束することにより、達成し得るレベルに
わたって均質性を改善することが出来る。
の４つのコイルの各々にそれ自身の別々の導線及び励磁
源を設ける場合である。この時に存在する調和関数の表
はずっと一杯になる。この点が第４図の図表に示されて
いる。然し、この時４つの独立の調節がある。この時、
（1,1）、（2,1）、（2,2）及び（3,2）調和関数成分を
ゼロに減少することが可能である。例えば第６図のコイ
ル30a及び30bを夫々別々に駆動される１対のコイルに分
割して、こういう結果を達成することが出来る。余分の
調和関数を含めることは、第６図の２つのコイルの接続
の場合と全く同じ種類の考慮を要する。各々の調節に伴
う調和関数は、第４図で空欄で示された調節可能なもの
の全部よりは少ない組合せにすぎず、余分の調節能力を
利用する場合にだけ、並びにその利用する範囲内で存在
する。設計によって純粋な（1,1）調節が必要な場合、
第５図に示した元の接続と同じ程度の調和関数の純度を
もって、この調節を４つの個別のコイルで達成すること
が出来る。（1,1）及び（2,1）項だけを調節する必要が
ある場合、上に述べた様に第６図から導き出した４つの
コイルの組を同じ様に用いることが出来る。然し、４つ
の回路から成る装置では、余分の融通性が得られ、一般
的にこれを用いて、いろいろな組合せのコイルが同じ電
流を持つ様に拘束することにより、達成し得るレベルに
わたって均質性を改善することが出来る。
一般的に４つの回路を持つ装置はｎ＝０の調和関数を励
振しないことに注意されたい。然し、一般的に軸方向補
正コイルを用いるのが普通であるから、これはあまり問
題ではない。
振しないことに注意されたい。然し、一般的に軸方向補
正コイルを用いるのが普通であるから、これはあまり問
題ではない。
上に述べた例では、第５図の元の（1,1）接続に較べ
て、２つのコイル回路を持つ装置の利点は、複雑さが増
すというごく小さな犠牲を伴って達成される。そこで提
案した変形は、（1,1）応答が２つの回路の電流の平均
に関係し且つ（2,1）応答がこの電流の間の差に関係す
る点で実際的である。
て、２つのコイル回路を持つ装置の利点は、複雑さが増
すというごく小さな犠牲を伴って達成される。そこで提
案した変形は、（1,1）応答が２つの回路の電流の平均
に関係し且つ（2,1）応答がこの電流の間の差に関係す
る点で実際的である。
４つの別々の回路の場合、提案した変更の実用性はそれ
程明らかではないことがある。こゝで云う全ての利点
は、その結果が実際にはそれ程容易に達成されることが
明らかではないけれども、形式的には達成可能である。
程明らかではないことがある。こゝで云う全ての利点
は、その結果が実際にはそれ程容易に達成されることが
明らかではないけれども、形式的には達成可能である。
元の（1,1）補正コイルの組の目標からその他の全ての
変更にかんがみ、（3,1）調和関数項を発生しないとい
う条件を弛めるのが適切であることがある。コイル辺の
軸方向の位置を変えて、他の或る条件を達成することが
出来る。例えば、コイル辺の位置は、（1,1）調和関数
を調節する時に発生される（3,1）調和関数の大きさ並
びに（2,2）調和関数を調節する時に発生される（4,2）
調和関数の大きさに重みづけをした線形の組合せを最小
限に抑える様に選ぶことが出来る。
変更にかんがみ、（3,1）調和関数項を発生しないとい
う条件を弛めるのが適切であることがある。コイル辺の
軸方向の位置を変えて、他の或る条件を達成することが
出来る。例えば、コイル辺の位置は、（1,1）調和関数
を調節する時に発生される（3,1）調和関数の大きさ並
びに（2,2）調和関数を調節する時に発生される（4,2）
調和関数の大きさに重みづけをした線形の組合せを最小
限に抑える様に選ぶことが出来る。
４つの回路を持つ装置の潜在的な能力はそれでもかなり
大きい。例えば、φが45゜と60゜の間で変位した２つの
この様なコイル回路を持つ組は、（1,1）調和関数磁
界、（2,2）調和関数磁界、（2,1）調和関数磁界及び
（3,2）調和関数磁界の両方の成分を調節することが出
来る。８個の回路を調節するのに補助電源が必要である
が、これはどの回路を用いるにしても、４つの異なる調
和関数のsin（ｍφ）及びcos（ｍφ）項の両方を調節す
る為に必要な最低限である。（1,1）項だけを発生する
様に設計された一組のサドル形コイル及び（2,2）項だ
けを発生する様に設計された２番目の組に較べて、この
様な形は２倍も多くの調和関数を補正することが出来、
然もサドル形コイルの数を1/3にしてこういうことが出
来る。120゜の内角を90゜に弛めれば、８個のサドル形
コイル全部を１個の円筒にのせることが可能である。
大きい。例えば、φが45゜と60゜の間で変位した２つの
この様なコイル回路を持つ組は、（1,1）調和関数磁
界、（2,2）調和関数磁界、（2,1）調和関数磁界及び
（3,2）調和関数磁界の両方の成分を調節することが出
来る。８個の回路を調節するのに補助電源が必要である
が、これはどの回路を用いるにしても、４つの異なる調
和関数のsin（ｍφ）及びcos（ｍφ）項の両方を調節す
る為に必要な最低限である。（1,1）項だけを発生する
様に設計された一組のサドル形コイル及び（2,2）項だ
けを発生する様に設計された２番目の組に較べて、この
様な形は２倍も多くの調和関数を補正することが出来、
然もサドル形コイルの数を1/3にしてこういうことが出
来る。120゜の内角を90゜に弛めれば、８個のサドル形
コイル全部を１個の円筒にのせることが可能である。
然し、以上述べたことは、個別のコイル又はコイルの小
さなグループを設け、その各々に別個に調節可能な、別
々に接近し得る導線を設けることによって達成し得る利
点の１例を挙げたにすぎないことに注意されたい。特
に、軸方向の補正コイルを一層多くの数の回路に分割す
ることにより、同量のワイヤを使って、現在の接続によ
って行うことが出来るよりも、より多くの調和関数を補
正することが出来る。この代りに、４つのソレノイド形
コイル、即ちサドル形コイルではなく円形のコイルだけ
を用いて、４次までの全つの次数に作用する一組の軸方
向コイルを達成し得る。
さなグループを設け、その各々に別個に調節可能な、別
々に接近し得る導線を設けることによって達成し得る利
点の１例を挙げたにすぎないことに注意されたい。特
に、軸方向の補正コイルを一層多くの数の回路に分割す
ることにより、同量のワイヤを使って、現在の接続によ
って行うことが出来るよりも、より多くの調和関数を補
正することが出来る。この代りに、４つのソレノイド形
コイル、即ちサドル形コイルではなく円形のコイルだけ
を用いて、４次までの全つの次数に作用する一組の軸方
向コイルを達成し得る。
各々の新しい回路に導線並びに補助駆動回路を設ける複
雑さを別とすると、この発明の主な欠点は、任意の所定
の目的の達成する為のコイル電流の設定を、直交又は直
交に近い項の場合程、測定された磁界誤差から便利に決
定することが出来ないことである。然し、この設定を決
めるのに必要な情報は、従来の設計で、コイルの電流レ
ベルを決定するのに必要な情報程度である。特に、任意
のコイルの電流が、最初の幾つかの球面調和関数成分の
各々に対して持つ寄与が判りさえすればよい。
雑さを別とすると、この発明の主な欠点は、任意の所定
の目的の達成する為のコイル電流の設定を、直交又は直
交に近い項の場合程、測定された磁界誤差から便利に決
定することが出来ないことである。然し、この設定を決
めるのに必要な情報は、従来の設計で、コイルの電流レ
ベルを決定するのに必要な情報程度である。特に、任意
のコイルの電流が、最初の幾つかの球面調和関数成分の
各々に対して持つ寄与が判りさえすればよい。
この発明の好ましい実施例を詳しく説明したが、当業者
であれば、いろいろな変更を加えることが出来よう。従
って、特許請求の範囲の記載はこの発明の範囲内で可能
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。
であれば、いろいろな変更を加えることが出来よう。従
って、特許請求の範囲の記載はこの発明の範囲内で可能
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。
第１図は円筒形容積内の球座標系を示す見取図であっ
て、この容積内に限定された磁界の軸方向成分の球面調
和関数展開の各項を判り易くする図である。第２図はNM
R磁石内に含めることが出来る様な種類の（1,1）補正コ
イルに関連する種々の球面調和関数展開式の成分を示す
図表、第３図はθ対称性が存在しない時の変形コイル接
続に対する球面調和関数展開式の成分を示す図表、第４
図は第２図及び第３図と同様な図表であって、４つの個
別の補正コイルの場合に存在する球面調和関数成分を示
す。第５図は補正コイルの設計の従来のやり方を示す簡
略見取図であり、コイルの配置と電流の方向を示してい
る。第６図はこの発明の１実施例に於ける補正コイルの
配置を示す見取図である。
て、この容積内に限定された磁界の軸方向成分の球面調
和関数展開の各項を判り易くする図である。第２図はNM
R磁石内に含めることが出来る様な種類の（1,1）補正コ
イルに関連する種々の球面調和関数展開式の成分を示す
図表、第３図はθ対称性が存在しない時の変形コイル接
続に対する球面調和関数展開式の成分を示す図表、第４
図は第２図及び第３図と同様な図表であって、４つの個
別の補正コイルの場合に存在する球面調和関数成分を示
す。第５図は補正コイルの設計の従来のやり方を示す簡
略見取図であり、コイルの配置と電流の方向を示してい
る。第６図はこの発明の１実施例に於ける補正コイルの
配置を示す見取図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 33/38
Claims (6)
- 【請求項１】当該一組のコイルに対して中心の位置にあ
る容積内に一様な磁界を発生する為の磁石構造に使う一
組の補正コイルに於て、複数個のコイル巻線を有し、該
巻線の配置並びに相互接続は、略等しい大きさ並びに第
１の選ばれた極性を持つ一組の電流で該巻線を電気的に
励磁した時、前記一組の補正コイルによって前記容積内
に発生される磁界の軸方向成分の球面調和関数展開の実
質的に１項に寄与が生じ、更に前記巻線の配置並びに相
互接続は、略同じ大きさの及び選ばれた異なる極性を持
つ電流で前記巻線を電気的に励磁した時、前記一組の補
正コイルによって前記容積内に発生される磁界の軸方向
成分の球面調和関数展開の実質的に別の１項に寄与が生
ずる様になっている一組の補正コイル。 - 【請求項２】特許請求の範囲１）に記載した一組の補正
コイルに於て、前記電流の選ばれた異なる極性は、前記
軸方向成分の球面調和関数展開の異なる１項を励振する
一組の反対の極性を構成する一組の補正コイル。 - 【請求項３】特許請求の範囲１）に記載した一組の補正
コイルに於て、前記コイル巻線の配置並びに相互接続
は、前記第１の選ばれた極性を持つ一組の電流で前記巻
線を励磁すると、前記軸方向成分の球面調和関数展開の
略１項（l,m）に寄与が生じ、略同じ大きさ及び反対の
極性を持つ電流で前記巻線を励磁すると、前記軸方向成
分の球面調和関数展開の略１項（n,m）に寄与が生ずる
様にし、こゝでｌは偶の整数、ｎは奇の整数、ｍはｍ
ｎ及びｍｌとなる任意の整数である一組の補正コイ
ル。 - 【請求項４】特許請求の範囲１）に記載した一組の補正
コイルに於て、前記コイル巻線が円筒の面に配置されて
いる一組の補正コイル。 - 【請求項５】特許請求の範囲４）に記載した一組の補正
コイルに於て、前記コイル巻線が、前記円筒形容積の縦
軸線と直交し且つ該軸線を２等分する平面に対して鏡像
の対称性を持つ様に、前記円筒の面に配置された複数個
のサドル形巻線で構成され、前記平面の両側にある巻線
を独立に励磁し得る様にした一組の補正コイル。 - 【請求項６】円筒形状に巻かれ、電気的に相互接続され
たコイル巻線からなる第１および第２の対からなる一組
の補正コイルであって、各対は他の対とは電気的に分離
され、前記コイルは前記円筒の軸の周りには鏡像対称を
示し、かつ前記円筒の円弧に沿ってcosφ対称であり、
円弧の角度が略120゜であり、前記コイル巻線の位置
が、該一組の補正コイルによって生じる前記円筒形容積
内に生じる磁界の軸方向成分の球面調和関数展開の（3,
1）項に対する寄与を除去するように選択された、一組
の補正コイル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/561,495 US4581580A (en) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | Intentionally non-orthogonal correction coils for high-homogeneity magnets |
| US561495 | 1983-12-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60187005A JPS60187005A (ja) | 1985-09-24 |
| JPH0785445B2 true JPH0785445B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=24242216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59260966A Expired - Fee Related JPH0785445B2 (ja) | 1983-12-14 | 1984-12-12 | 補正コイル |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4581580A (ja) |
| EP (1) | EP0152554B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0785445B2 (ja) |
| CA (1) | CA1257643A (ja) |
| DE (1) | DE3482150D1 (ja) |
| IL (1) | IL73755A (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4680548A (en) * | 1984-10-09 | 1987-07-14 | General Electric Company | Radio frequency field coil for NMR |
| US4680551A (en) * | 1985-10-07 | 1987-07-14 | General Electric Company | Method for homogenizing a static magnetic field over an arbitrary volume |
| EP0230027B1 (en) * | 1986-01-03 | 1995-08-30 | General Electric Company | Magnet shimming using information derived from chemical shift imaging |
| EP0236789A1 (de) * | 1986-02-28 | 1987-09-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Nichtorthogonales Shim-Spulensystem zur Korrektur von Magnetfeldinhomogenitäten in Kernspinresonanzgeräten |
| US4724412A (en) * | 1987-08-03 | 1988-02-09 | General Electric Company | Method of determining coil arrangement of an actively shielded magnetic resonance magnet |
| US4812797A (en) * | 1988-03-22 | 1989-03-14 | General Electric Company | Compensation coil for temporal drift of a superconducting magnet |
| US4862087A (en) * | 1988-04-18 | 1989-08-29 | Resonance Research, Inc. | Process and apparatus for homogenizing a static magnetic field |
| NL8903066A (nl) * | 1989-12-14 | 1991-07-01 | Philips Nv | Magnetisch resonantie apparaat met beeldfout reductie. |
| DE4217496C2 (de) * | 1992-05-27 | 1994-06-16 | Bruker Analytische Messtechnik | Shim-Verfahren |
| US5379767A (en) * | 1992-09-02 | 1995-01-10 | The Regents Of The University Of California | MRI RF coil using zero-pitch solenoidal winding |
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| US5428292A (en) * | 1994-04-29 | 1995-06-27 | General Electric Company | Pancake MRI magnet with modified imaging volume |
| US5448214A (en) * | 1994-06-15 | 1995-09-05 | General Electric Company | Open MRI magnet with superconductive shielding |
| US5677630A (en) * | 1996-10-21 | 1997-10-14 | General Electric Company | Planar superconducting MRI magnet |
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| BR112012013588B1 (pt) * | 2009-12-02 | 2021-01-26 | Nanalysis Corp. | método para homogeneizar um campo magnético, detector para detectar a ressonância magnética e painel para homogeneizar um campo magnético |
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| JP6382208B2 (ja) | 2012-10-26 | 2018-08-29 | ビューレイ・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＶｉｅｗＲａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | システム及びコンピュータプログラム製品 |
| US9446263B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-09-20 | Viewray Technologies, Inc. | Systems and methods for linear accelerator radiotherapy with magnetic resonance imaging |
| CN118750795A (zh) | 2016-03-02 | 2024-10-11 | 优瑞技术公司 | 放射疗法系统和相关的非暂时性计算机程序产品 |
| EP3710112A1 (en) | 2017-12-06 | 2020-09-23 | ViewRay Technologies, Inc. | Optimization of multimodal radiotherapy |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3569823A (en) * | 1968-10-18 | 1971-03-09 | Perkin Elmer Corp | Nuclear magnetic resonance apparatus |
| DE2755357A1 (de) * | 1977-12-12 | 1979-06-13 | Euratom | Spule zur erzeugung von magnetfeldern hoher und extrem hoher homogenitaet |
| DE2840178A1 (de) * | 1978-09-15 | 1980-03-27 | Philips Patentverwaltung | Magnetspulenanordnung zur erzeugung von linearen magnetischen gradientenfeldern |
| GB2050062B (en) * | 1979-05-25 | 1983-07-20 | Emi Ltd | Coils for electromagnets with uniform fields |
| DE3131946A1 (de) * | 1981-08-12 | 1983-03-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | "hochfrequenz-magnetsystem in einer einrichtung der kernspinresonanz-technik" |
| DE3133873A1 (de) * | 1981-08-27 | 1983-03-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Gradientenspulen-system fuer eine einrichtung der kernspinresonanz-technik |
| US4456881A (en) * | 1982-01-18 | 1984-06-26 | Technicare Corporation | Gradient-coil apparatus for a magnetic resonance system |
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-
1983
- 1983-12-14 US US06/561,495 patent/US4581580A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-11-23 DE DE8484114185T patent/DE3482150D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-23 EP EP84114185A patent/EP0152554B1/en not_active Expired
- 1984-12-06 IL IL73755A patent/IL73755A/xx not_active IP Right Cessation
- 1984-12-07 CA CA000469646A patent/CA1257643A/en not_active Expired
- 1984-12-12 JP JP59260966A patent/JPH0785445B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL73755A0 (en) | 1985-03-31 |
| EP0152554A3 (en) | 1985-12-04 |
| JPS60187005A (ja) | 1985-09-24 |
| EP0152554B1 (en) | 1990-05-02 |
| CA1257643A (en) | 1989-07-18 |
| IL73755A (en) | 1988-09-30 |
| US4581580A (en) | 1986-04-08 |
| EP0152554A2 (en) | 1985-08-28 |
| DE3482150D1 (de) | 1990-06-07 |
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|---|---|---|---|
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