JPH10179552A

JPH10179552A - 核スピントモグラフィ装置用の勾配コイル装置

Info

Publication number: JPH10179552A
Application number: JP9353800A
Authority: JP
Inventors: Matthias Gebhardt; ゲプハルトマティアス; Franz Boemmel; ベンメルフランツ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1998-07-07
Also published as: DE19653449C2; US5939882A; DE19653449A1

Abstract

(57)【要約】【課題】勾配コイル装置を、患者用の有効空間のほぼ
同じ収容能力の場合に、基底磁場マグネットの内部直
径、従って、基底磁場マグネット総体を小さくすること
ができるように構成すること。【解決手段】核スピントモグラフィ装置で、基底磁場
がリングコイルによって発生され、勾配用コイルは、そ
れぞれ半径方向に間隔を置いて、前記被検体空間の長手
方向軸線に対して対称に配置された２つの面上に設けら
れている。面は、半径部分内に、両面間の間隔が中心部
において、周辺部の間隔よりも大きい湾曲部を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核スピントモグラ
フィ装置用の勾配コイル装置であって、該核スピントモ
グラフィ装置で、基底磁場がリングコイルによって発生
され、該リングコイルは、被検空間を閉じ、且つ、該リ
ングコイルのコイル軸線は、前記被検空間の長手方向軸
線に一致し、勾配用コイルは全て、それぞれ半径方向に
間隔を置いて、前記被検体空間の長手方向軸線に対して
対称に配置された２つの面上に設けられており、その結
果、前記勾配コイル装置は、側方に開放されたままであ
る勾配コイル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】その種の勾配コイル装置は、例えば、論
文“Ｍ．Ａ．Ｍａｒｔｅｎｓ他の、Ｉｎｓｅｒｔａｂｌ
ｅｂｉｐｌａｎａｒｇｒａｄｉｅｎｔｃｏｉｌｓ
ｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉ
ｍａｇｉｎｇ，ＲｅｖｉｅｗｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉ
ｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ６２（１１），
１９９１年１１月、２６３９〜２６４５頁”から公知で
ある。この論文は、いわゆる「局所」勾配コイル装置に
関し、典型的には、ＭＲ−装置に固定して組み込まれる
のではなく、単に、所定体部（例えば、頭部）の検査の
際に使用される。その種の局所勾配コイル装置は、固定
組み込み型勾配コイル装置よりも著しく小型の被検容積
体を囲むことができるので、それに蓄積される磁気エネ
ルギは、相応に小さい。従って、勾配コイルと勾配増幅
器の同じ条件の元で、相応して、勾配コイルの比較的短
い上昇及び降下時間を達成することができる。従って、
その種の局所勾配コイルは、殊に、勾配を非常に高速で
スイッチングする必要があるパルスシーケンス、例え
ば、ＥＰＩ（ＥｃｈｏＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎ
ｇ）方法に適している。

【０００３】上述の文献に記載されている勾配コイル装
置の場合、この装置は、平行な２つの板に設けられてお
り、その際、この板は、勾配磁場形成のために全部で３
つの方向に所要勾配コイルを有している。板状の構造
は、被検体対象の直ぐ近くに案内することができ、その
結果、実質的に、この板の間に蓄積される磁気エネルギ
を従来の体全体の装置の場合よりも小さくすることがで
きる。

【０００４】従来の、固定組み込み型勾配コイル装置
は、磁気装置（「超伝導磁石で“Ｗａｒｍｂｏｈｒｕｎ
ｇ”と呼ばれる」の内部空間の相当に大きな部分を必用
とする。これについて、図１を用いて詳細に説明する。
図１には、かなり略示して、核スピントモグラフィ装置
の構成部分が示されている。基底磁場は、超伝導で構成
されたリングコイル装置内のマグネット１を用いて形成
される。超伝導基底磁場マグネットの場合、図１に示さ
れていないコイルは、クライオスタット内に設けられて
いる。基底磁場マグネットは、中空シリンダ状の内部空
間を有している。この空間内に、中空シリンダ状の勾配
コイル装置２が設けられている。勾配コイル装置２内に
は、高周波アンテナ３が設けられている。勾配コイル装
置２及び高周波アンテナ３の組み込み後、並びに、図示
していないケーシングの取り付け後、残りの内部空間が
有効空間として利用される。この有効空間内の、患者架
台４上に、患者１０を配置することができる。この有効
空間のために、体重の大きな患者一般乃至患者の全般
を、所定の載置時快適性で検査することができるために
は、例えば、その幅に関して、所定の最小量を必用とす
る。従って、基底磁場マグネットの所要内部直径は、有
効空間の所定の量並びに高周波アンテナ３及び勾配コイ
ル装置２の半径方向の拡がりによって与えられる。しか
し、基底磁場マグネット１の内部直径は、決定的にその
コスト要因となっている。リングコイルのみならず、超
伝導系の場合も、比較的大きな直径のクライオスタット
を構成する必用がある。更に、比較的大きな内部容積に
基因して、所定磁場強度で、多くの磁気エネルギを形成
する必用がある。被検空間での磁場の所要均一性に関す
る同じ前提条件の元で、基底磁場マグネットの比較的大
きな内部直径を含めて、その長さも大きくする必用があ
る。これは、コストの観点からのみ極めて不所望である
のみならず、比較的大きな長さにより、患者の密室恐怖
の問題点も増大し、患者へのアプローチ性も劣化してし
まう。

【０００５】基底磁場マグネット１の被検空間内に組み
込まれるシステムにより、勾配コイル装置は、極めて高
いスペース必要性も有している。

【０００６】図２には、問題設定の説明のために、略示
的に、ｙ−方向での磁場勾配の形成用の従来の勾配コイ
ル系が設けられている。核スピントモグラフィ装置で
は、図２に示された座標系に相応して、相互に垂直な３
つの方向ｘ，ｙ，ｚの磁場勾配が必用である。その際、
ｚ−方向として、基底磁場Ｂｚの方向、即ち、中空円筒
状の被検空間の長手軸線方向に定義されている。図２に
は、単に、ｙ−方向の磁場勾配の形成のために、従来の
構造形式で設けられた勾配コイル装置が示されている。
この勾配コイル系は、４つの個別鞍型コイル５〜８から
構成されている。Ｙ−方向の磁場勾配の説明のために、
以下、短くｙ−勾配と呼び、実質的に、鞍型コイルの内
部円弧部５ａ〜８ａが支持されており、外側の円弧部５
ｂ〜８ｂは、球状の被検領域９からかなり離隔して設け
る必用があり、つまり、基底磁場に関する均一性の必用
条件も、勾配磁場に関する直線性の必用条件も維持する
必用がある故である。球状の被検領域９内の磁場上の内
部円弧部５ａ〜８ａの作用は、図２に、矢印で示されて
いる。被検領域９の上側の部分では、基底磁場Ｂｚの増
強部が達成されており、下側の部分では、その減衰部が
達成されており、その結果、磁場勾配は、ｙ−方向に形
成されている。Ｘ−方向の磁場勾配の形成のために、同
じコイル装置が、単に、９０°だけ円筒軸線の周囲に回
転されてもう一度設けられているが、図２では、分かり
易くするために図示していない。最後に、ｚ−方向の磁
場勾配の形成のために、円筒状の担体上に、リングコイ
ルも設けられており、このリングコイルは、図２には、
同様に分かり易くするために省略されている。

【０００７】最新の勾配コイル装置は、最早、単純な円
弧から形成されてはいないことを指摘しておく。寧ろ、
最適化方式によって、例えば、米国特許公開第５３０９
１０７号公報に記載されているように、指紋の形式の比
較的複雑な導体構造が形成されている。しかし、これ
は、ここで説明している問題設定で変更されているので
はない。

【０００８】個別勾配コイルが比較的平坦に構成されて
いる場合でも、３つのコイル構造を重ねて配置する必要
性によって、全勾配コイル装置の厚みは相当なものにな
る。これは、勾配シールドコイルが設けられている場合
には一層のことであり、つまり、この勾配シールドコイ
ルは、被検空間１ｃの金属外壁内の渦電流形成を阻止す
るのに必用であり、その際、この勾配シールドコイル
は、外部から勾配磁場を補償するのである。「アクティ
ブシールド」と呼ばれる、その種の勾配コイルは、例え
ば、ドイツ連邦共和国特許公開第４４２２７８２号公報
に示されている。そこでは、更に、寄生磁束密度を低減
するために、勾配用コイルと勾配シールドコイルとの間
の間隔を、外側に向かって低減することが提案されてい
る。１実施例では、その際、利用されている被検空間の
勾配用コイルの拡張によって、外側に向かって一層広く
なっている。

【０００９】ドイツ連邦共和国特許公開第１９５０４１
７１号公報からは、核スピントモグラフィ装置用の局所
勾配コイル装置が公知であり、その装置は、例えば、従
来の勾配コイルのように、実質的に中空円筒状の幾何学
的形状を有している。局所勾配コイル装置を一層簡単
に、被検体対象に用いることができるようにするため
に、少なくとも、一方の側を、軸線方向に沿って延在し
ている分離線に沿って分離することができる。コイル仕
様自体は、原理的に、従来の勾配コイルに相応している
が、しかし、その際、分離線を交差している全勾配コイ
ル導体は、この分離線で中断している。この分離線の各
側で、電流は、この分離線に対して平行な接続導体を介
して案内される。

【００１０】最後に、ヨーロッパ特許公開第０３１３２
１３号公報から、勾配コイルの一方が、即ち、ｙ−勾配
コイルが、残りの勾配コイルよりも近傍に被検体対象配
設されている勾配コイル装置が公知である。それによ
り、その他の同じ前提条件の元で、一層強い勾配磁場が
ｙ−方向に形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に挙げた形式の勾配コイル装置を、患者用の有効空間の
ほぼ同じ収容能力の場合に、基底磁場マグネットの内部
直径、従って、基底磁場マグネット総体を小さくするこ
とができるように構成することにある。更に、勾配コイ
ルの感度を上昇させる必用がある。その際、この感度と
は、同じ巻き数で、発生される勾配磁場と供給すべき電
流との比のことである。他の視覚から考察すると、同じ
感度で、比較的僅かなインダクタンスと電力消費を達成
する必用がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
ると、勾配用コイルが配設される面は、半径部分内に、
両面間の間隔が中心部において、周辺部の間隔よりも大
きいようにすることにより解決される。

【００１３】

【発明の実施の形態】両面管の間隔によって、被検空間
の中心の側方に付加的なスペースが形成され、その結
果、マグネットの内部直径を相応に小さくすることがで
きる。更に、上述の面の湾曲によって、上述のような定
義の感度が改善される。

【００１４】有利には、面の湾曲は、被検空間の外壁の
湾曲よりも小さい。従って、患者の体型に一層良く適合
させることが達成され、そのことは、更に、感度に利点
として作用する。

【００１５】有利な形式では、面は、更に、軸部分にお
いて、該面が被検空間の中心において、周辺部よりも小
さな間隔を相互に有している。外側に向かって、勾配コ
イル装置を拡げることによって、感度が同様に改善され
る。長手方向で見て外側の勾配コイル装置の領域には、
常に帰還導体が案内されており、この帰還導体は、被検
体対象から比較的僅かな間隔しか有していない場合に、
有効磁場に対する破壊的な作用を低減する。更に、勾配
コイルの、外側に向かって開いている構成により、密室
恐怖の問題点の観点から、患者にとって一層好ましいも
のである。

【００１６】勾配シールドコイルが設けられており、該
勾配シールドコイルは、被検空間を囲む外壁の近傍に配
設されている場合には、スイッチングされる勾配によっ
て生じる渦電流を少なくとも明瞭に低減することができ
る。金属外壁の近傍によって、一方では、シールドコイ
ルの作用が改善され、勾配用コイルと勾配シールドコイ
ルとの間の間隔を増大することによって、更に、勾配シ
ールドコイルの、勾配磁場への破壊的な作用を低減する
ことができる。

【００１７】勾配用コイルと勾配シールドコイルとの間
の中間空間内に、冷却チャネルを配設することができ
る。そこでは、十分な空間が利用できるので、これは、
付加的な空間の必要性なしに可能である。

【００１８】各空間方向に必用な勾配用コイルと勾配シ
ールドコイルは、有利には、相互に入り組まれているよ
うにすることができる。従って、比較的僅かな空間コス
トで簡単に製造することができる。

【００１９】特別な用途の場合、有利には、有効磁場を
生成する導体は、勾配用コイルに案内されており、勾配
コイル装置の被検領域が長手方向軸線の方向において非
対称であるように案内されている。従って、被検体対象
は、勾配コイル装置の真ん中に挿入する必要はなく、単
に、その縁部に挿入すれば良い。従って、密室恐怖の問
題点は、例えば、頭部検査の際、低減することができ
る。更に、その際、特殊なシステム（実例として、再
度、頭部検査用の特殊な装置を挙げる）の場合、被検体
領域の直径は、体全体を収容する場合に必要な直径より
も小さく保持することができる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例について、以下、図３〜１２
を用いて詳細に説明する。

【００２１】図３の実施例の略図には、勾配コイル系が
配設された、２つの湾曲面１２ａ，１２ｂが記載されて
いる。湾曲面１２ａ，１２ｂは、側方開口部を有してお
り、その結果、患者１０並びに場合によっては、患者台
架４のために、側方に、閉じた円筒状の形状の従来の勾
配コイル系よりも多くのスペースを利用することができ
る。従って、取り囲んでいるマグネットを一層小さく構
成することができ、その結果、コスト、構成体積、重量
等の相応の利点が得られる。測定により、湾曲面に配設
された勾配コイルの感度を、従来技術での相応の平行な
２つの板上に配設された勾配コイルよりも一層改善する
ことができる。その際、感度とは、通常と同じ前提条件
で、所定の電流で発生される磁場強度のことである。別
の観点では、同じ感度で、比較的小さなインダクタンス
と電力消費が達成される。このことは、とりわけ、湾曲
面によって閉じられた容積は、平行な２つの板の間の容
積よりも小さいということに関連している。

【００２２】殊に、マグネット１の金属内壁内の渦電流
を回避するために、勾配コイル装置にアクティブシール
ドを構成することもでき、即ち、湾曲面１２上の勾配用
コイル１１に付加的に、図４に断面で略示したように、
勾配シールドコイル１６が、同様に湾曲面１３上に設け
られている。勾配シールドコイル１６は、勾配用コイル
によって発生された、マグネット内壁の方向の磁場を補
償する。

【００２３】アクティブシールドを備えた通常の勾配コ
イル装置の場合、勾配シールドコイルは、勾配用コイル
に対してほぼ平行に配設されている。それに対して、図
４の実施例では、勾配シールドコイル１６が配設された
面１３は、マグネットの内壁に対して平行であり、従っ
て、勾配用コイル１１の面１２よりも大きな湾曲を有し
ている。従って、少なくとも中間領域内では、勾配用コ
イルと勾配シールドコイルとの間の間隔は最大である。
従って、勾配シールドコイル１６用の面１３が勾配用コ
イル１１に対して平行に配設された場合よりも少ない導
体でのシールド作用を達成できる。更に、シールドコイ
ルでの方式で得られる有用磁場への低減された作用が小
さくなる。勾配用コイル１１と勾配シールドコイル１６
との間の中間空間は、例えば、図４に示されているよう
に、冷却チャネル１５を収容するために利用することが
できる。

【００２４】図５の長手方向断面略図に示されているよ
うに、有利な装置では、面１２は、長手方向にも湾曲を
有しており、その際、中間空間は、外側へ広げることが
できる。それにより、以下の利点が達成される：患者へ
のアプローチ性が改善され、患者は、外部に開けられた
装置内で狭いと感じることが殆どない。縁領域内では、
実質的に、勾配コイル用の帰還導体が案内されており、
それにより、本来の所望の領域が低減される。前述のよ
うに外部に開けられることによって、帰還導体は、被検
体領域からかなり離されており、その結果、その帰還導
体の磁場低減作用は僅かになる。勾配シールドコイル
は、更に、面１３上にマグネット内壁に平行に設けられ
る。

【００２５】図６には、勾配用コイル用の面１２及び勾
配シールドコイル用の面１３の３次元図が示されてい
る。

【００２６】所望の勾配磁場の達成のための導体案内部
の固定は、米国特許公開第５３０９１０７号公報に示さ
れている方法に相応して行うことができる。図７には、
横方向投影での、つまり、図２の固定によるｘ−ｙ−投
影での勾配コイル用の導体案内部が示されている。図８
には、縦方向投影での、つまり、ｙ−ｚ−投影での勾配
コイル用の導体案内部が示されている。その際、コイル
がそれぞれの面内に湾曲しているのが良く分かる。

【００２７】図９には、ｘ−勾配の発生用の勾配コイル
の巻回が示されている。そのために、勾配シールドコイ
ルも一緒に巻回されている。全コイルの１／８しか示さ
れておらず、他のコイル部分は全て対称的に形成されて
いる。図７及び８では、分かり易くするために、それぞ
れ、リード線を省いてある。

【００２８】図１０には、結局、ｚ−方向用の勾配コイ
ルの平面図が示されている。

【００２９】勾配コイルの導体案内部用の最新の計算方
法、つまり、例えば、上述の米国特許公開第５３０９１
０７号公報に記載されている方法によると、所望の磁場
経過特性に関して極めて大きな柔軟性が得られる。つま
り、例えば、勾配コイルは、勾配の所望の直線性が維持
されている被検体領域が、勾配コイル系の真ん中に位置
しているのではなく、縁の方にずらされているようにし
て構成することができる。従って、被検体対象（例え
ば、図１１の患者の頭部）は、勾配コイル系の真ん中に
至る迄挿入する必要はない。従って、２つのことを達成
することができる：一方では、特殊系（例えば、頭部被
検体）では、核スピントモグラフ装置を更に小型に構成
することができ、と言うのは、勾配コイル系は、最早頭
部全体でなく、その一部分しか撮影する必要がないから
である。他方では、患者にとっては、勾配コイル系の縁
に頭部が位置する方が、真ん中に位置するよりも快適で
ある。

【００３０】既に冒頭で説明したように、核スピントモ
グラフィでは、３つの空間方向（デカルト座標系内で、
つまり、ｘ，ｙ，ｚで）での位置分解のために、３つの
空間方向での勾配も必要である。つまり、相互に独立し
た３つの勾配コイルを設ける必要がある。製造技術上、
個別勾配コイル間を貫通するようにするのは製造し難
い。しかし、図１２に略示されているように、相互に入
り組んだ３つの勾配コイルを３つのシャーレ上に配設し
て、極めて少なくしか貫通しないようにされている。

【図面の簡単な説明】

【図１】核スピントモグラフィ装置の構成部分。

【図２】ｙ−方向での磁場勾配の形成用の従来の勾配コ
イル系。

【図３】第１の実施例の略断面図。

【図４】勾配シールドコイルを有する別の実施例の同様
に略断面図。

【図５】略長手方向断面図。

【図６】勾配用コイルと勾配シールドコイルが設けられ
ている面の３次元図。

【図７】軸線に対して垂直な方向での勾配コイル装置用
の若干簡略された導体案内部の断面図。

【図８】長手方向断面での勾配コイル装置の半部用の若
干簡略された導体案内部。

【図９】相応の導体案内部を有するｘ−方向用の勾配コ
イルの面の展開図。

【図１０】Ｚ−方向の導体案内部の平面図。

【図１１】勾配コイル系内な位置している非対称的な被
検体領域を有するシステム。

【図１２】３次元空間方向用の相互に入り組んだ勾配コ
イル装置。

【符号の説明】

１０患者１１勾配用コイル１６勾配シールドコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核スピントモグラフィ装置用の勾配コイ
ル装置であって、該核スピントモグラフィ装置で、基底
磁場がリングコイル（１）によって発生され、該リング
コイルは、被検空間（１ｃ）を閉じ、且つ、該リングコ
イルのコイル軸線は、前記被検空間の長手方向軸線に一
致し、勾配用コイル（１１）は全て、それぞれ半径方向
に間隔を置いて、前記被検体空間の長手方向軸線に対し
て対称に配置された２つの面（１２）上に設けられてお
り、その結果、前記勾配コイル装置は、側方に開放され
たままである勾配コイル装置において、面（１２）は、
半径断面内に、両面（１２）間の間隔が中心部におい
て、周辺部の間隔よりも大きいことを特徴とする勾配コ
イル装置。
【請求項２】面（１２）の湾曲は、被検空間（１ｃ）
の外壁（１ａ）の湾曲よりも小さい請求項１記載の勾配
コイル装置。
【請求項３】面（１２）は、軸部分において、該面が
被検空間（１ｃ）の中心において、周辺部よりも小さな
間隔を相互に有している請求項１又は２記載の勾配コイ
ル装置。
【請求項４】勾配シールドコイル（１６）が設けられ
ており、該勾配シールドコイルは、被検空間（１ｃ）を
囲む外壁（１ａ）の近傍に配設されている請求項１〜３
迄の何れか１記載の勾配コイル装置。
【請求項５】勾配用コイル（１１）と勾配シールドコ
イル（１３）との間の中間空間内に、冷却チャネル（１
４）が設けられている請求項４記載の勾配コイル装置。
【請求項６】各空間方向に必要な勾配用コイル（１
１）及びシールド用コイル（１６）とが相互に入り組ま
れている請求項１〜５迄の何れか１記載の勾配コイル装
置。
【請求項７】有効磁場を生成する導体は、勾配用コイ
ル（１１）に案内されており、勾配コイル装置の被検領
域が長手方向軸線の方向において非対称であるように案
内されている請求項１〜６迄の何れか１記載の勾配コイ
ル装置。