JPS60187005A - 補正コイル - Google Patents
補正コイルInfo
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- JPS60187005A JPS60187005A JP59260966A JP26096684A JPS60187005A JP S60187005 A JPS60187005 A JP S60187005A JP 59260966 A JP59260966 A JP 59260966A JP 26096684 A JP26096684 A JP 26096684A JP S60187005 A JPS60187005 A JP S60187005A
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- coil
- windings
- correction coil
- magnetic field
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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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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。
ＮＭＲｆ￥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。
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。
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Ｂｏ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、この状態が円筒形容積全体にわたって
成立しているべきである。
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Ｂｏ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、この状態が円筒形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。
、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轢死と、
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、−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。−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
い性質を持つている。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。
像の分野に於ける実験は、殆んど全般的に球座轢死と、
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、−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。−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
い性質を持つている。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１
Ｉｉｌｌ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づることである。
Ｉｉｌｌ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づることである。
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、略同じ大きざを持ち且つ選ば
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、略同じ大きざを持ち且つ選ば
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。
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。
この発明の目的は、均質性の高いＩ！弄を生ずる磁石構
造を提供することである。
造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。
３、発明の詳細な説明
球状容積内の磁界の軸方向成分Ｂ２が、下に示す様に、
一連の球面調和関数によって記述づることか出来ること
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。
一連の球面調和関数によって記述づることか出来ること
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。
Ｂｚ ＝Ｂｏ ”ｆ ｒ” （Ａｎ Ｐｎ、、（θ）十
％＝１ ΣＰ、−（θ） ［Ｂｎ、 ｃｏｓ （＋＋＋φ） 十
Ｇｒ、Ｈｓｉｎ （ｉｔφ）］）＃ｌ＋１ こ）でＰ。、（θ）は周知のルジャンドル多項式Ｐ７Ｌ
、Ｄ（θ）に関係する関連ルジャンドル関数である。
％＝１ ΣＰ、−（θ） ［Ｂｎ、 ｃｏｓ （＋＋＋φ） 十
Ｇｒ、Ｈｓｉｎ （ｉｔφ）］）＃ｌ＋１ こ）でＰ。、（θ）は周知のルジャンドル多項式Ｐ７Ｌ
、Ｄ（θ）に関係する関連ルジャンドル関数である。
関連ルジャンドル関数Ｐ。、（θ）が、４までの１１及
びｍの値に対して、下記の表■に示されている。
びｍの値に対して、下記の表■に示されている。
上の展開式で、関数Ｐ。ゆ（θ）がｎ＞ｌに対してのみ
限定されていることに注意されたい。
限定されていることに注意されたい。
表■
Ｐｕ （θ） −５ｉｎθ
Ｒ＋ （θ） ＝＝ｓ＋ｎ ２θ
Ｒ２（θ） −’ （１−ｃｏｓ ２θ）Ｐ、１（θ）
−Ｔ（Ｓｉｎθ＋５ｓｉｎ ３θ）Ｒ２（θ）＝Ｖ（Ｃ
Ｏ３θ−ｃｏｓ ３θ）喝（θ）＝Ｂ（３ｓ＋ｎθ−５
ｉｎ ３θ）６／（θ） ＝／４ （２ｓ＋ｎ ２θ＋
７ｓｉｎ４θ）／ｒ 墜（θ） ＝ｉ（３＋４ｃｏｓ ２θ−７ｓｉｎ４θ）
ｉＭ ・ １％３（θ）＝、（２ｓ＋ｎ２θ−５ｉｎ ４θ）Ｐ、
、ダ（θ） ＝へンゝ（３−４ｃｏｓ２θ十ｃｏｓ ４
θ）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。
−Ｔ（Ｓｉｎθ＋５ｓｉｎ ３θ）Ｒ２（θ）＝Ｖ（Ｃ
Ｏ３θ−ｃｏｓ ３θ）喝（θ）＝Ｂ（３ｓ＋ｎθ−５
ｉｎ ３θ）６／（θ） ＝／４ （２ｓ＋ｎ ２θ＋
７ｓｉｎ４θ）／ｒ 墜（θ） ＝ｉ（３＋４ｃｏｓ ２θ−７ｓｉｎ４θ）
ｉＭ ・ １％３（θ）＝、（２ｓ＋ｎ２θ−５ｉｎ ４θ）Ｐ、
、ダ（θ） ＝へンゝ（３−４ｃｏｓ２θ十ｃｏｓ ４
θ）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Ｂ２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軸の周りに鏡像の対称性を
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°の円弧角陳を持
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Ｏ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、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１φ″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
示してい一 る。同様に、第２図の表の内、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、この表の白文字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（
）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。
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Ｂ２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軸の周りに鏡像の対称性を
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°の円弧角陳を持
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Ｏ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、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１φ″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
示してい一 る。同様に、第２図の表の内、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、この表の白文字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（
）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］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
の唯一の混合物は、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
の唯一の混合物は、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である。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ェ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。Ｍ５図の回路によっては起らないが、この回
路によって励振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である。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ェ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。Ｍ５図の回路によっては起らないが、この回
路によって励振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混合物は、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。
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。
成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、余分の混合物、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）及び更に高次の混合物を持つ
（２，１）項を調節する為の調整とみなす必要はない。
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、余分の混合物、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）及び更に高次の混合物を持つ
（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
決定づることか出来る。
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
決定づることか出来る。
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
の混合物のレベルは増加しない。差電流のθ対称性は、
奇数のｎの成分が発生されない様になる。
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
の混合物のレベルは増加しない。差電流のθ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
数の混合物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
数の混合物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。この稟 点が第４図の表に示されている。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３
０ｂ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、可能な全部の内の小集合にすぎず、余分の調節能
力を利用づる場合にだけ、並びにその範囲内で存在する
。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。この稟 点が第４図の表に示されている。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３
０ｂ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、可能な全部の内の小集合にすぎず、余分の調節能
力を利用づる場合にだけ、並びにその範囲内で存在する
。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＝ｏ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）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）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）補止コイルの組の目標からのその他の全
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、他の成る条件を達成する
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）調和関数の大きさの成る加重した組
合せを最小限に抑える様に選ぶことが出来る。
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、他の成る条件を達成する
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）調和関数の大きさの成る加重した組
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、４５°と６０°の間で変位した２つの
この様な回路を持つ組は、（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ｆｌｉ１−ｄるのに補助Ｎｍ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
異なる調和間クシの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削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。
大きい。例えば、４５°と６０°の間で変位した２つの
この様な回路を持つ組は、（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ｆｌｉ１−ｄるのに補助Ｎｍ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
異なる調和間クシの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削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。
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にりも、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次までの全て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にりも、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次までの全て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
の目的を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
の目的を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轢死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Ｎ
Ｍ Ｒｆｉｎ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。 特ｎ出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人 （７６
３０） 生 沼 徳 ニＪＯａ ｓｒ、ｒり １号を丼２ θｍイ虻 ｎ Ｏ／２３４！１６７ δ ９ 凡例 １号７ｋＢ ０＃較ヨ ｎ Ｏ／２３４６”６７ θ ９ ｘ！Ｚぢ／ｎゴ矢へｎＬ才に−ｔ：エクμｒ云プ↓曵る
ｉｆｌ舶ｈ１１９二Ｉグｉ阿４ ρ乃苓）ｎ Ｏ１２，３４，ｆ６７８９ Ｒ４りＵ
、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Ｎ
Ｍ Ｒｆｉｎ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。 特ｎ出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人 （７６
３０） 生 沼 徳 ニＪＯａ ｓｒ、ｒり １号を丼２ θｍイ虻 ｎ Ｏ／２３４！１６７ δ ９ 凡例 １号７ｋＢ ０＃較ヨ ｎ Ｏ／２３４６”６７ θ ９ ｘ！Ｚぢ／ｎゴ矢へｎＬ才に−ｔ：エクμｒ云プ↓曵る
ｉｆｌ舶ｈ１１９二Ｉグｉ阿４ ρ乃苓）ｎ Ｏ１２，３４，ｆ６７８９ Ｒ４りＵ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）当該コイルに対して中心の位置にある容積内に一様
性の高い磁界を発生する為の磁石構造に使う補正コイル
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励磁した時、前記補正コ
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略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、略同じ大きさ及び選ばれた
異なる極性を持つ電流で前記巻線を励磁した時、前記補
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異なる略１項に寄与が生ずる
様になっている補正コイル。 ２、特許請求の範囲１）に記載した補正コイルに於て、
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
性を構成する補゛正コイル。 ３）特許請求の範囲１）に記載した補正コイルに於て、
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１’、 ｌ
）に寄与が生じ、略同じ大きさ及び電流の反対の極性
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）でｐは偶の整数、ｎは奇の整数、ｍは
ｍ＜ｎ及びｍ≦１となる任意の整数である補正コイル。 ４）特許請求の範囲１）に記載した補正コイルに於て、
前記コイル巻線が円筒の面に配置されている補正コイル
。 ５）特許請求の範囲４）に記載した補正コイルに於て、
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 true JPS60187005A (ja) | 1985-09-24 |
| JPH0785445B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62189056A (ja) * | 1986-01-03 | 1987-08-18 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | 磁界の均質性を改善する方法 |
Families Citing this family (21)
| 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 |
| 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 |
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| DE4217496C2 (de) * | 1992-05-27 | 1994-06-16 | Bruker Analytische Messtechnik | Shim-Verfahren |
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| US5428292A (en) * | 1994-04-29 | 1995-06-27 | General Electric Company | Pancake MRI magnet with modified imaging volume |
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| CN102472830B (zh) | 2009-07-15 | 2016-03-30 | 微雷公司 | 用于使直线性加速器和磁共振成像设备彼此屏蔽的方法和装置 |
| NZ599837A (en) * | 2009-12-02 | 2014-01-31 | Nanalysis Corp | Method and apparatus for producing homogeneous magnetic fields |
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| US9446263B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-09-20 | Viewray Technologies, Inc. | Systems and methods for linear accelerator radiotherapy with magnetic resonance imaging |
| US10413751B2 (en) | 2016-03-02 | 2019-09-17 | Viewray Technologies, Inc. | Particle therapy with magnetic resonance imaging |
| US11033758B2 (en) | 2017-12-06 | 2021-06-15 | Viewray Technologies, Inc. | Radiotherapy systems, methods and software |
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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 |
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| US4509030A (en) * | 1984-07-05 | 1985-04-02 | General Electric Company | Correction coil assembly for NMR magnets |
-
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
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0152554A3 (en) | 1985-12-04 |
| EP0152554A2 (en) | 1985-08-28 |
| US4581580A (en) | 1986-04-08 |
| JPH0785445B2 (ja) | 1995-09-13 |
| EP0152554B1 (en) | 1990-05-02 |
| CA1257643A (en) | 1989-07-18 |
| IL73755A0 (en) | 1985-03-31 |
| IL73755A (en) | 1988-09-30 |
| DE3482150D1 (de) | 1990-06-07 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |