JPH11276457A

JPH11276457A - 磁気共鳴像形成システム用グラジエントコイルアセンブリ

Info

Publication number: JPH11276457A
Application number: JP11036179A
Authority: JP
Inventors: Labros S Petropoulos; エスペトロポウロスラブロス; Junxiao Ling; リンユンシャオ
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 1999-10-12
Also published as: EP0927890A2; US6100692A; EP0927890A3

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気共鳴像形成システム用のシールドされた
グラジエントコイルアセンブリの設計方法を提供する。【解決手段】反転アプローチを使用して一次コイルの
ための第１の連続電流分布を生成する。第１の電流分布
は２つの次元によって限定される所定の有限の幾何学的
境界内に閉じ込められ、像形成領域を横切る磁気グラジ
エントの場を生成する。この場は、像形成領域内の指定
された空間的位置で所定の値に制約される。電流分布及
び磁場は蓄積エネルギ及び磁場ドメインに変換され、有
限要素解析が遂行されてシールディングコイルのための
第２の連続電流分布が生成される。第２の電流分布は、
一次コイルを取り巻く表面の所定の有限の幾何学的境界
内に閉じ込められる。第２の電流分布は、シールディン
グコイルが限定する領域の外側の領域内の、第１の電流
分布が生成する周縁磁場を実質的に打ち消す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴に関す
る。本発明は、磁気共鳴像形成装置用グラジエントコイ
ルとの特定的な応用を有しており、以下にこの特定的な
応用に関して説明する。しかしながら、本発明はグラジ
エント磁場を生成する他の応用をも有している。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴像形成システムにおいては、一
般的に、電流パルスによってグラジエントコイルアセン
ブリがパルス駆動され、像形成領域の近傍の主磁場を横
切る磁気グラジエントを発生させている。この磁場グラ
ジエントは、磁石コールドシールド、磁石デュワー、等
のような外部金属構造と相互作用する。この相互作用に
よって、影響を受けた構造内に渦電流が生成される。今
度はこれらの渦電流が、像形成領域の近傍の磁場の時間
的、及び空間的品質に、従って得られる像の品質に不都
合な効果を有する渦磁場を生成する。

【０００３】渦電流問題には、一次グラジエントコイル
と、影響を受ける構造との間に能動シールディングコイ
ルを配置することによって対処することが多い。シール
ディングコイルは、それ自体の外部の磁場を実質的にゼ
ロにする、または打ち消すように設計されており、それ
によって潜在的に無防備な構造内に渦電流が形成される
のを防いでいる。

【０００４】磁気共鳴像形成システム内に磁気グラジエ
ントを発生させる従来の方法は、電気的に絶縁された中
空の円筒形フォーマ( former )上にバンチされた、また
は分布された形状に離散したコイルを巻き、これらのコ
イルを電圧が制限されている電流源で駆動することから
なる。普通のバンチされたコイル設計は、ｚグラジエン
トを発生させるためのマックスウェル及び変形マックス
ウェル対と、ｘ及び／またはｙグラジエントを発生させ
るためのゴーレイ( Golay ) または変形ゴーレイ（マル
チアーク）サドルコイルとを含んでいる。典型的には、
これらの方法は、所望のグラジエント強度、グラジエン
トの均一性、及びインダクタンス（蓄積されるエネルギ
に関係する）が達成されるまで、コイルループまたはア
ークを円筒形の形成器上に繰り返し配置することからな
る。これらの従来設計は、一般的に「順方向（フォワー
ドア）プローチ」で開発されており、１組の初期コイル
位置が限定され（即ち、初期コイル分布）、場及びイン
ダクタンス／エネルギが計算され、もし特定の設計パラ
メータ内になければ、コイル位置を移動させ（統計的
に、またはその他）て結果を再評価するようになってい
る。この繰り返し手順は、適当な設計が得られるまで続
けられる。

【０００５】磁気共鳴像形成システム内に磁場を生成す
るためのより最近の方法は、「反転（インバース）アプ
ローチ」を使用する。「反転アプローチ」方法では、グ
ラジエント磁場は像形成容積の内側の指定された空間的
位置において所定の値に合わされ、このような場を発生
することができる連続電流密度が計算される。「反転ア
プローチ」方法は、一次グラジエントコイルは有限の寸
法を有しているが、二次、即ちシールドコイルの寸法は
制約されていない（無限の）ままであるものとしてい
る。一次及びシールドの両コイルのための連続電流分布
を生成した後に、シールドコイルを望ましい寸法に抑え
るためにシールドコイルの連続電流密度に対してアポデ
ィゼーションアルゴリズムが遂行される。シールディン
グコイルの連続電流の変更に続いて、両コイルのための
離散電流パターンを得るために「ストリーム関数」技術
が使用される。離散電流パターンにビオ・サバールの法
則を適用して、離散化手順が適切であったことを保証す
る。このアプローチにより、「順方向アプローチ」方法
に比して、より高いグラジエント強度、及びより速いス
ルーレートを有し、一般的にエネルギ効率の高いグラジ
エントコイルアセンブリが得られる。

【０００６】１つの特定の従来技術のアプローチが Roe
mer らの米国特許第 4,794,338号に開示されている。 R
oemer らによって導入されたシールドされたグラジエン
トコイルアセンブリを設計するアプローチは、「順方向
アプローチ」方法に基づいている。その成果として得ら
れたシールドされたグラジエントコイルアセンブリは、
グラジエント強度及びスルーレートで表して中程度乃至
は低い効率レートを有している。更に、像形成領域の内
側の渦電流効果を制御するための方法に対して予め調整
されてはいない。

【０００７】別の特定の従来技術のグラジエントコイル
アセンブリが、 Morich の米国特許第 5,296,810号に開
示されている。 Morich は、磁気共鳴応用のための円筒
形にシールドされたグラジエントコイルアセンブリを記
述している。 Morich は、一次コイルは有限長を有して
いるが、シールディングコイルの長さは無限であると見
做されるようなグラジエントコイルアセンブリの「反転
アプローチ」方法を使用している。この構成は、高いグ
ラジエント強度とスルーレートを有すると共に、シール
ドコイルが一次コイルの長さよりも実質的に長い（ 20
％またはそれ以上）長さである場合には、渦電流効果を
減少させる。シールディングコイルの電流を所望の寸法
境界内に制限するために、アポディゼーション技術（例
えば、ガウスのアポディゼーション）が使用される。こ
のようにすると、シールディングコイルの総合長さは、
一次グラジエントコイルの合計長よりもほぼ 20 ％長く
なる。シールディングコイルは、無限長を有するものと
してモデル化されているから、シールディングコイルの
長さを有限の寸法に閉じ込めるためには、電流の切捨て
が必要である。シールディングコイルの両端に向かって
の電流アポディゼーションプロセスによって、シールデ
ィング場に乱れが生じ、最終的には像形成領域の内側に
不要な渦電流効果がもたらされる。これらの効果は、シ
ールディングコイルの長さが一次コイルの長さに接近す
るにつれてより悪化する。

【０００８】別の特定の従来技術のシールドされたグラ
ジエントコイルアセンブリが、 Sugimoto の米国特許第
5,132,618号に開示されており、この設計は「反転アプ
ローチ」方法に基づいている。この設計では、一次及び
シールドされた両コイルの長さが無限であるものと想定
し、一次及び二次の両コイルのための連続電流密度がこ
の想定に基づいてモデル化されている。この場合も、電
流密度を一次及び二次の両コイル上で制限するために切
捨てが使用されている。この方法の成果は上述した Mor
ich の特許のそれに類似しているが、この場合には一次
コイルの電流の付加的な切捨てが像形成領域の内側の渦
電流効果を増加させている。患者へのアクセスが望まし
い介入手順、及び同じような応用にとっては、グラジエ
ントシールディングコイルの寸法が末広がりの一次グラ
ディエントコイルの寸法を越えないように、グラジエン
トシールディングコイルを設計すると有利である。この
ようにすると、患者へのアクセスを最大にすることがで
き、開放感が患者の閉所恐怖感を低下させることができ
る。しかしながら、一般的に言えば、上述した従来の方
法及び技術は、シールディングコイルの長さが一次コイ
ルの長さに近づくにつれて像形成領域内の渦電流効果の
レベルが増加し、像の品質を劣化させる。反対に、充分
なシールディングを達成するとシールディングコイルの
寸法が一次コイルの寸法よりも充分に大きくなり、患者
へのアクセスのレベルが低下し、患者の閉所恐怖感のレ
ベルが増加するようになる。

【０００９】

【発明の要旨】本発明の一面によれば、磁気共鳴像形成
システム用のシールドされたグラジエントコイルアセン
ブリの設計方法が提供される。本方法は、反転アプロー
チを使用して一次コイルのための第１の連続電流分布を
計算することを含む。この第１の連続電流分布は、２つ
の次元によって限定される表面の所定の有限の幾何学的
境界内に閉じ込められ、像形成領域を横切る磁気グラジ
エントの場を生成する。この磁気グラジエントの場は、
像形成領域内の指定された空間位置における所定の値に
抑えられる。次に有限要素解析を使用して、シールディ
ングコイルのための第２の連続電流分布が計算される。
第２の連続電流分布は、一次コイルを取り囲む表面の所
定の有限の幾何学的境界内に閉じ込められる。第２の連
続電流分布は、シールディングコイルによって限定され
る領域の外側の領域において、第１の連続電流密度によ
って生成される周縁磁場を実質的に打ち消す磁場を生成
する。

【００１０】本発明の別の面によれば、磁気共鳴スキャ
ナは検査領域を通る主磁場を生成するための主磁石を含
んでいる。主磁石は、そのジオメトリが検査領域を限定
するように配列されている。クーチが被検査患者を検査
領域内に支持する。無線周波数コイルが検査領域に接し
て配置され、無線周波数信号を検査領域内に送信し、そ
の中に配置されているダイポールを選択的に励振する。
無線周波数送信機が無線周波数コイルを駆動する。受信
機が、検査領域内の共鳴ダイポールから磁気共鳴信号を
受信する。像プロセッサは受信した磁気共鳴信号から像
表現を再構成し、人が可読のディスプレイ上に表示す
る。スキャナは、主磁場を横切る実質的に線形の磁気グ
ラジエントを生成するためのグラジエントコイルアセン
ブリをも含んでいる。グラジエントコイルアセンブリ
は、検査領域の周囲に配置されている少なくとも１つの
一次コイルアセンブリを含んでいる。一次コイルアセン
ブリは有限のフォーマ上に配列された導電性コイルルー
プのアレイを含み、それを流れる電流密度が実質的に線
形の磁気グラジエントを生成するようになっている。グ
ラジエントコイルアセンブリは、一次コイルアセンブリ
の周囲の、一次コイルアセンブリと主磁石との間に配置
されている少なくとも１つの二次コイルアセンブリを更
に含んでいる。二次コイルアセンブリは有限のフォーマ
上に配列された導電性コイルループのアレイを含み、そ
れを流れる電流密度が二次コイルアセンブリによって限
定される領域の外側の磁束密度を実質的に打ち消すよう
になっている。二次コイルアセンブリの電流密度は、一
次コイルアセンブリによって二次コイルアセンブリ内に
生成される渦電流に対抗するようになっている。

【００１１】以下に本発明を遂行する方法を、例示の目
的で、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１を参照する。主磁場コントロール１０は
超電導、または抵抗性磁石１２を制御し、検査領域１４
を通るｚ軸に沿って実質的に均一な、時間的に一定の主
磁場を発生させる。クーチ（図示してない）が、検査さ
れる患者を検査領域１４内に懸垂する。磁気共鳴エコー
手段が一連の無線周波数（ＲＦ）及び磁場グラジエント
パルスを印加して磁気スピンを反転、または励振して磁
気共鳴を誘起させ、磁気共鳴をリフォーカスし、磁気共
鳴を処理し、磁気共鳴を空間的に、その他でエンコード
し、スピンを飽和させる等で磁気共鳴像形成及びスペク
トログラフィシーケンスを生成させる。詳しく述べれ
ば、グラジエントパルス増幅器２０は、グラジエントコ
イルアセンブリ２２の選択されたもの、または対へ電流
パルスを印加して検査領域１４のｘ、ｙ、及びｚ軸に沿
う磁場グラジエントを発生させる。ディジタル無線周波
数送信機２４は無線周波数パルスまたはパルスパケット
を全身ＲＦコイル２６へ伝送し、ＲＦパルスを検査領域
へ送信させる。典型的な無線周波数パルスは、隣合う短
い持続時間のパルスセグメントのパケットからなり、こ
れらは互いに、及び何等かの印加されたグラジエントと
共に、選択された磁気共鳴操作を達成する。全身応用の
場合、共鳴信号は全身ＲＦコイル２６によってピックア
ップされるのが一般である。

【００１３】患者の局部領域の像を生成するために、選
択された領域に隣接して特殊な無線周波数コイルが配置
される。例えば、挿入可能なＲＦコイルを、穴（ボア）
のアイソセンターにおいて選択された領域を取り囲むよ
うに挿入することができる。挿入可能なＲＦコイルは、
磁気共鳴を励振し、検査されている領域内の患者から放
出される磁気共鳴信号を受信するために使用される。代
替として、挿入可能なＲＦコイルは、全身コイルＲＦ送
信によって誘導された共鳴信号を受信するだけに使用す
ることができる。得られた無線周波数信号は全身ＲＦコ
イル２６、挿入可能なＲＦコイルまたは他の特殊なＲＦ
コイルによってピックアップされ、受信機３０、好まし
くはディジタル受信機によって復調される。

【００１４】シーケンスコントロール回路４０は、グラ
ジエントパルス増幅器２０及び送信機２４を制御し、エ
コー平面像形成、エコーボリューム像形成、グラジエン
ト及びスピンエコー像形成、高速スピンエコー像形成、
等々のような複数の多重エコーシーケンスの何れかを生
成する。選択されたシーケンスに対して、受信機３０
は、各ＲＦ励振パルスに続く急速な連続内の複数のデー
タラインを受信する。最終的には、受信された無線周波
数信号は、二次元フーリエ変換または他の適切な再構成
アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ５０によって
復調され、像表現に再構成される。像は、患者を通る平
面スライス、平行平面スライスのアレイ、三次元ボリュ
ーム、等々を表すことができる。次いで、像は像メモリ
５２内に格納される。像メモリ５２内の得られた像は、
人が可読のディスプレイを発生するビデオモニタ５４の
ようなディスプレイによってアクセスすることができ
る。

【００１５】従来、シールドされたグラジエントコイル
アセンブリのための普通の設計は、一般に、シールディ
ングコイルの合計長が制約されず、従ってその電流密度
が無限に拡張されるとの仮定に基づいていた。「無限」
シールディングコイルは実際の応用にとって使用不能で
あるので、適切な有限長の要素に適合させるために電流
密度をその後にアポダイズするか、または切捨ててい
た。一方、本発明に使用される技術は、シールディング
コイルのための電流が、初めから有限長を有するシール
ディングコイルの境界内に制約されているシールドされ
たグラジエントコイル形態の設計を含んでいる。

【００１６】図２Ａ及び２Ｂには、電流密度が初めから
シールディングコイルの有限の境界内に含まれるように
設計されたシールドされたグラジエントコイルアセンブ
リ２２の幾何学的形態が示されている。この形態の場
合、一次コイル６０の長さはＬ _a で、また二次コイル６
２の長さはＬ_b で表されている。一次コイル６０の半径
はａで表され、シールディングコイル６２の半径はｂで
示されている。

【００１７】磁場のｚ成分がｘ方向に沿って実質的に線
形に変化するようなグラジエントコイル（横方向グラジ
エントコイルまたはｘグラジエントコイル）の設計は、
初めに、反転アプローチ方法に基づいて一次コイル６０
を設計することを含む。このｘグラジエントコイルの場
合、グラジエント磁場は、コイルの幾何学的中心の周囲
のｘ方向においては反対称であり、ｙ及びｚ方向に沿っ
て対称である。このようなグラジエント磁場を生成する
ためには、一次コイルの電流の解析的表現は以下のよう
に書くことができる。

【００１８】ここに、δ（ρ−ａ）は半径ａを有する円筒形表面上に
電流を閉じ込める制約である。一次コイル長Ｌ_a に対す
る制約、電流密度の円筒形表面上への閉じ込め、せるという要求から、コイルの幾何学的中心の周囲の電
流密度の両成分について以下のようなフーリエ級数展開
が得られる。

【００１９】円筒の端から流出することはできないから、ｋ_n ＝２ｎ
Π／Ｌ_a である。更に、両電流成分は、｜ｚ｜＞Ｌ_a ／
２の場合には０である。

【００２０】磁場Ｂ_z のｚ成分、及び蓄積された磁気エ
ネルギＷ_m を電流密度の２つの成分の何れか一方で表せ
ば、Ｗ_m 及びＢ_z で表した汎関数εは以下のように示さ
れる。

【００２１】ここに、λ_j はラグランジュ乗数であり、Ｂ_zSC は指定
されたＮ点における磁場

【００２２】ここに、ラグランジュ乗数の評価は、制約方程式によっ
てなされる。行列式を反の式を、蓄積されたエネルギ及び磁場公式に戻して置換
すると、蓄積された磁気エネルギ及び磁場のための最終
式が、制約点及びシステムのジオメトリの表現で得られ
る。このようにして、一次コイル６０のための方位方向
及び軸方向に沿う連続電流分布の形状が生成される。一
次ｘグラジエントコイルを設計するための一実施例で
は、円筒の半径は 0.342138 ｍに等しく、その合計長Ｌ
_a は 1.32700ｍに制約されている。電流密度の挙動を指
定するために、４つのフーリエ係数を使用した。更に 4
5 ｃｍの像形成容積の内側の場の挙動を制御するため
に、３つの制約点を使用した。以下の表１は、一次グラ
ジエントコイル６０を設計するために使用した制約の集
合を示している。

【００２３】表１：一次グラジエントコイルを設計す
るために使用した制約の集合 ρ及びｚの単位はメートル、Ｂ_zS(2n)の単位はテスラ
（Ｔ）第１制約点は一次コイル６０のためのグラジエント強度
を 32.7 ｍＴ／ｍに限定し、第２制約点はグラジエント
の場のアイソセンターから 22.5 ｃｍの距離（45 ｃｍ
の像形成容積の半径方向距離）までのグラジエントｘ軸
に沿うグラジエントの場の直線性を５％に指定し、そし
て第３制約点は 45 ｃｍの像形成容積の内側のグラジエ
ントの場の均一性を 20 ％に指定するものである。これ
らの制約を使用し、反転アプローチ方法を適用すること
によって、一次コイル６０の連続電流分布を決定する一
次コイル６０の電流密度のためのフーリエ係数の値が求
められる。次に、連続電流分布を離散化し、離散電流パ
ターンにビオ・サバールの法則を適用して先の最小化の
有効性を確認する。

【００２４】一次コイル６０を開発した後の次のステッ
プは、それによって生成される磁場を、「有限要素解
析」を使用する有限長電流分布を用いてシールドするこ
とである。条件が対称であるから、一次及びシールディ
ングコイルのための正しい電流挙動を保証する適切な境
界条件を用いて一方の部分だけをモデル化すればよい。
図３に、グラジエントコイルアセンブリの３Ｄ有限要素
モデルを示す。この場合も対称であるから、ｚ軸方向長
さの半分、即ち０からＬ_a ／２までと、角度φの1/4セ
クタ、即ち０°から 90 °までだけを示してある。更
に、グラジエントコイル構造の内側及び外側の両方の磁
場を正しく挙動させるために、有限要素モデルを軸方向
に 5.0ｍまで、及び半径方向に 2.5ｍまで拡張した。こ
れらの位置におけるベクトルポテンシャルを０にセット
した。一次コイル６０は、内径が 0.34096ｍで、外径が
0.343320 ｍである層と見做される。これから平均半径
は 0.342138 ｍであり、これは一次コイル６０のために
先に決定された半径に一致する。従って、一次コイル６
０の厚みは 0.00236ｍに等しく、半分の長さＬ_a ／２は
0.6635 ｍである。

【００２５】二次コイルは、 0.432354 ｍの内径と、
0.433354 ｍの外径とを有し、その半分の長さＬ_a ／２
は 0.663504 ｍである。この実施例では、一次及び二次
コイルの半分の長さは実質的に同一に選択されている。
しかしながら、有限要素解析コードは、一次及び二次コ
イルの寸法を所望の設計パラメータに適合するように変
化させることができる媒介変数法でセットされている。

【００２６】一次コイル６０に対応する層の寸法が与え
られると、先に導出されたフーリエ係数展開を使用して
電流負荷がそれに印加される。図４は、一次コイルの電
流パターン挙動を示している。一次コイルの磁場をシー
ルドし、且つ二次コイルの層の境界内を流れる適切な電
流パターンを見出すために、渦電流問題として有限要素
問題にアプローチする。シールディングコイルの層のた
めの材料は、25°Ｃにおいて 1.76 ×10^-8Ω・ｍの固有
抵抗を有する銅であるとしている。0.1 ＭＨｚの周波数
を用いて調和解析を遂行することにより、図５に示すよ
うなシールディングコイルの電流パターンの解が得られ
る。この高周波数は表皮深さ効果を避けるために選択さ
れていることに注目されたい。このように、シールディ
ングコイル６２は、二次コイル６２が限定する領域の外
側の領域において、一次コイル６０によって生成される
周縁磁場を実質的に打ち消すように設計される。次に、
グラジエント磁場の品質を保証するために、一次コイル
６０によって限定される領域の内側のグラジエントｘ方
向に沿う磁場のｚ成分が評価される。図６は、グラジエ
ント磁場のｚ成分として生成された結果的な合計グラジ
エント（シールディングコイルの貢献を含む）対一次コ
イル６０の内側の領域内のｘ軸に沿う距離のプロットで
ある。得られた合計グラジエント強度は 20.3 ｍＴ／ｍ
であり、コイルのアイソセンターから半径方向に 0.238
6 ｍの位置における直線性は 6.8％であり、アイソセン
ターにおけるグラジエント強度は 21 ｍＴ／ｍであると
計算されている。図７には、シールディングコイルの外
側の領域のρ＝ 0.476ｍの半径方向位置におけるシール
ドされたグラジエントコイルアセンブリ２２のシールデ
ィング挙動が評価されている。図７に示すように、極め
て好都合なことには、アイソセンター付近の正味の周縁
磁場はほぼ 0.3μＴである。これもまた極めて好都合な
ことには、コイルのアイソセンターから軸方向に 0.66
ｍの位置においてその最大が発生しており、その値はほ
ぼ 12 μＴである。

【００２７】図８は、前述した切捨てた無限シールド電
流を有する普通に設計されたコイルのためのシールディ
ングコイルの外側の周縁磁場の評価を示している。この
場合のシールディングコイルは、上述した有限要素解析
を使用して設計されたもとの類似しているが、無限に拡
張された電流は軸方向に半分の長さの 0.8ｍに適合する
ように切捨てられている。コイルは、半径方向にρ＝
0.485ｍの位置において、切捨てられた無限に拡張され
た電流が最大 1.05 ｍＴ（これはコイルのアイソセンタ
ーから軸方向に 0.68 ｍの距離に発生する）を有するよ
うに設計されている。上述した反転方法及び有限要素解
析を組合せたハイブリッド技術の使用と、普通の無限拡
張シールディング電流の切捨ての使用とを比較すると、
グラジエントコイルの合計周縁磁場は約 100分の１に減
少している。

【００２８】ｙグラジエントシールドされたグラジエン
トコイルアセンブリの設計は、ｘグラジエントコイルの
設計を、中心軸を中心として単に 90 °回転させて同じ
処理を行うだけである。同様に、ｚグラジエントコイル
も、僅かな変化はあるが同じような処理する。更に、シ
ールドされたグラジエントコイルアセンブリを特定の幾
何学的境界及びパラメータに関連して説明したが、多く
の応用の制約に合致させるためにシールドされたグラジ
エントコイルアセンブリのいろいろなサイズ、長さ、及
び幾何学的形態を設計できることは理解されよう。例え
ば、効率を犠牲にして直線性を向上させるか、または直
線性を犠牲にして効率を向上させるように指定された電
流パターンを変化させることができる。円筒形グラジエ
ントコイルの寸法は、好ましい応用に従ってより大き
く、またはより小さく変化させることができる。別の代
替実施例は、シールディングコイルの長さが一次コイル
の長さよりも短いシールディングコイルの設計を含む。
同様に、グラジエントコイルアセンブリは、主磁場内の
不均一性と、グラジエントコイルアセンブリを通って流
れる電流との相互作用の結果として生成される正味のス
ラスト力を、一次及びシールディングの各コイルセット
毎に平衡させるように設計することができる。更に、中
央ボア型の検査領域を有する磁気共鳴像形成システムに
関連して説明したが、この設計技術は軸方向及び／また
は垂直に向けられた場を有する開いた型の磁気共鳴像形
成装置にも適用できることを理解されたい。

【００２９】本発明の一つの長所は、患者へのアクセス
が改善され、患者の閉所恐怖感を減少させる短い磁石ジ
オメトリのためのシールドされたグラジデントコイルア
センブリを設計できることである。本発明の別の長所
は、三次元電流分布のための電磁シールディングを提供
することである。本発明の別の長所は、像形成領域の近
傍における渦電流を減少させることにある。本発明の別
の長所は、比較的高強度の、そしてスルーレートを高め
た実質的に線形の磁気グラジエントを発生させることで
ある。本発明の別の長所は、電流切捨てまたはアポディ
ゼーションメカニズムを使用することなく、有限のシー
ルディングコイルのための電流パターンを計算できるこ
とである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により設計されたシールドされたグラジ
エントコイルアセンブリを含む磁気共鳴像形成装置の概
要図である。

【図２Ａ】本発明により設計されたシールドされたグラ
ジエントコイルアセンブリの概要端面図である。

【図２Ｂ】図２Ａに示すシールドされたグラジエントコ
イルアセンブリの概要側断面図である。

【図３】本発明によるシールドされたグラジエントコイ
ルアセンブリの設計に使用される該アセンブリの四分像
の三次元モデルである。

【図４】本発明により設計され、図３にモデル化されて
いる一次コイルの部分の電流分布のベクトルプロットで
ある。

【図５】本発明により設計され、図３にモデル化されて
いるシールディングコイルの部分の電流分布のベクトル
プロットである。

【図６】本発明により設計され、図３にモデル化されて
いるグラジエントコイルアセンブリが発生するグラジエ
ント磁場のｚ成分（単位：テスラ）を、一次コイルの内
側の軸方向位置ｚ＝０ｍにおける領域のｘ軸に沿う距離
（単位：ｍ）に対してプロットした図である。

【図７】本発明により設計され、図３にモデル化されて
いるグラジエントコイルアセンブリが発生するグラジエ
ント磁場のｚ成分（単位：テスラ）を、半径方向位置ρ
＝ 0.476ｍにおける領域のｚ軸に沿う距離（単位：ｍ）
に対してプロットした図である。

【図８】切捨て型無限展開シールディング電流を用いて
設計したシールドされたグラジエントコイルアセンブリ
が発生する周縁グラジエント磁場のｚ成分（単位：テス
ラ）を、半径方向位置ρ＝ 0.476ｍにおける領域のｚ軸
に沿う距離（単位：ｍ）に対してプロットした図であ
る。

【符号の説明】

１０主磁場コントロール１２磁石１４検査領域２０グラジエントパルス増幅器２２グラジエントコイルアセンブリ２４無線周波数送信機２６全身コイル３０受信機４０シーケンスコントロール回路５０再構成プロセッサ５２像メモリ５４ディスプレイ６０一次コイル６２二次コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ユンシャオリンアメリカ合衆国オハイオ州 44118 ユニヴァーシティーハイツクラリッジオヴァール 3773

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気共鳴像形成システムのためのシール
ドされたグラジエントコイルアセンブリを設計する方法
であって、（ａ）第１の連続電流分布を２つの次元によって限定さ
れる表面の所定の幾何学的境界内に閉じ込めて、像形成
領域を横切り、且つ上記像形成領域内の指定された空間
的位置において所定の値に制限された磁気グラジエント
の場を生成させるように、反転アプローチを使用して一
次コイルのための上記第１の連続電流分布を生成するス
テップと、（ｂ）第２の連続電流分布を上記一次コイルを取り囲む
表面の所定の有限の幾何学的境界内に閉じ込めて、シー
ルディングコイルによって限定される領域の外側の領域
において上記第１の連続電流密度によって生成される周
縁磁場を上記第２の連続電流分布が実質的に打ち消す磁
場を生成するように、有限要素解析を使用して上記シー
ルディングコイルのための上記第２の連続電流分布を生
成するステップと、を含んでいることを特徴とする方
法。
【請求項２】上記一次コイルは円筒形であり、それを
限定している上記２つの次元は、上記円筒の長さに沿う
軸方向位置と、上記円筒の円周の周囲の環状回転とであ
る請求項１に記載の方法。
【請求項３】上記シールディングコイルは円筒形であ
り、上記一次コイルの長さと実質的に等しいか、または
それよりも短い長さを有している請求項１または請求項
２に記載の方法。
【請求項４】上記シールディングコイルは導電性材料
で作られ、上記第２の連続電流分布を得るために高周波
数における調和解析が遂行される請求項１乃至３の何れ
か１つに記載の方法。
【請求項５】上記ステップ（ａ）の後に、離散した電
流パターンを得るために上記第１の連続電流分布を離散
化するステップと、その有効性を確認するために上記離
散した電流パターンにビオ・サバールの法則を適用する
ステップとを更に含んでいる請求項１乃至４の何れか１
つに記載の方法。
【請求項６】磁気共鳴スキャナ内に使用するためのグ
ラジエントコイルアセンブリであって、検査領域（１４）を限定するジオメトリに配列され、上
記検査領域（１４）を通る主磁場を生成する主磁石（１
２）と、検査する対象物を上記検査領域（１４）内に支持するク
ーチと、上記検査領域（１４）に近接して配置され、上記検査領
域（１４）へ無線周波数信号を送信してその中に配置さ
れているダイポールを選択的に励振する無線周波数コイ
ル（２６）と、上記無線周波数コイル（２６）を駆動する無線周波数送
信機（２４）と、上記検査領域（１４）内の共鳴するダイポールからの磁
気共鳴信号を受信する受信機（３０）と、上記受信した磁気共鳴信号から像表現を再構成し、人が
可読のディスプレイ（５４）上に表示させる像プロセッ
サ（５０）と、上記主磁場を横切る実質的に線形の磁気グラジエントを
生成するのに適するグラジエントコイルアセンブリ（２
２）と、を備え、上記グラジエントコイルアセンブリ（２２）は、上記検
査領域の周囲に配置されている少なくとも１つの一次コ
イルアセンブリ（６０）を含み、上記一次コイルアセン
ブリ（６０）は、有限のフォーマ上に配列されている導
電性コイルループのアレイを含み、その上を流れる電流
密度が実質的に線形の磁気グラジエントを生成するよう
になっており、上記グラジエントコイルアセンブリ（２２）は、上記一
次コイルアセンブリ（６０）と上記主磁石（１２）との
間の上記一次コイルアセンブリ（６０）の周囲に配置さ
れている少なくとも１つの二次コイルアセンブリ（６
２）を更に含み、上記二次コイルアセンブリ（６２）
は、有限のフォーマ上に配列されている導電性コイルル
ープのアレイを含み、その上を流れる電流密度が上記二
次コイルアセンブリ（６２）によって限定される領域の
外側の磁束密度を実質的に打ち消すようになっている、
ことを特徴とするグラジエントコイルアセンブリ。
【請求項７】上記フォーマは中空の円筒形の管であ
り、上記検査領域（１４）は上記一次コイルアセンブリ
（６０）のフォーマの内側に限定され、上記一次コイル
アセンブリ（６０）は上記二次コイルアセンブリ（６
２）のフォーマの内側に位置決めされており、上記二次
コイルアセンブリ（６２）の長さは上記一次コイルアセ
ンブリ（６０）の長さに実質的に等しいか、またはそれ
よりも短い請求項６に記載のグラジエントコイルアセン
ブリ。
【請求項８】上記二次コイルアセンブリ（６２）によ
って限定される領域の外側の最大磁束密度は、 50 μＴ
より小さい請求項６または請求項７に記載のグラジエン
トコイルアセンブリ。
【請求項９】上記円筒形二次コイルアセンブリ（６
２）の軸方向の両端における電流密度は、その中心にお
ける電流密度よりも大きい請求項６乃至８の何れか１つ
に記載のグラジエントコイルアセンブリ。
【請求項１０】上記グラジエントコイルアセンブリ
（２２）は、３つの相互に直交する軸に沿って実質的に
線形の磁気グラジエントを生成するために、３対の一次
コイルアセンブリ（６０）／二次コイルアセンブリ（６
２）を含んでいる請求項６乃至９の何れか１つに記載の
グラジエントコイルアセンブリ。
【請求項１１】上記二次コイルアセンブリ（６２）の
上記電流密度は、上記一次コイルアセンブリ（６０）に
よって上記二次コイルアセンブリ（６２）内に生成され
る渦電流に対抗するように配列されている請求項６乃至
１０の何れか１つに記載のグラジエントコイルアセンブ
リ。
【請求項１２】上記請求項６乃至１１の何れか１つに
記載のグラジエントコイルアセンブリを有する磁気共鳴
スキャナ。