JPS6185803A - 勾配磁場発生用コイル - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明のｆＩｉする分野１ 本発明は、核磁気」ξ鳴画像装置に使用される勾配磁場
発生用コイルの改良に関するｂのである。

［従来技１行］ 核磁気共鳴（ｎｕｃｌｅａｒ　ｖａａｇａ口ＣｒＯｓＯ
ｎａｎ（ｊｅ　−・・以上Ｎ　Ｍ　Ｒと略す）は、特に
物性物ＩＩ、化学の分野において物質を微視的な立場Ｊ
：り理解できるという意味において、他に見られないイ
■力４１手段となっている。

Ｎ　Ｍ　Ｒの特徴は、一様な静磁場と弱い高周波磁場だ
けを用い、測定系と弱く相Ｕ作用する分光学の一手段で
あることにある。そして、ＮＭＲで通常用いられる高周
波磁場の、［ネルギーは１０〜・１０−２０］−ルグ程
度であり、Ｘ線（１０〜１０−９エルグ）に比べて極め
て弱い。

この特徴のため、無侵襲的な生体４測技術として医用面
にＪ３いてら注（」されている。特にＮ　Ｍ　Ｒ−ＣＴ
　（ＣＴはＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｏｍｏｇｒａｇｈｙ　
（７）略称）とじで臨床的応用が研究されいているが、
これは悪性腫瘍における水分子を１ｆ４成している水系
原子核の核磁気緩和時間が正常のそれに対し、数倍長い
という報告（Ｒ、Ｄａａ＋ａｄｉａｎ　：　Ｓ　ｃｉｅ
ｎｃｃ　　Ｖ　ｏｆ１７１　１）　＋１５１　（１９７
１）　ｌに刺激されたためである。

以上ノＮｆｖｌｆ’ｌｊ＆装置？ｔ（ＮＭＲ−ＣＴ）Ｇ
；ｉ、被検体の一部をスライスした断面画像を１１５１
！像化す°ることができ、診察に役立てるものである。

このＮＭＲ１ｉ像装置においては、例えば、被検体の特
定な部（Ｑのスライス而の切出しつ、所定のスライス而
にａる原子核の回転位相の１−ド化や、所定のスライス
而に（する原子核の回転周波数のコート化４ｃどのため
、Ｘ、！／、Ｚの３４１〕向に対（）で線形の勾配磁場
を被検体に印加する必要がある。

ぞして、この各勾配磁場の直線性は、得られる画像の画
質に大きな影響を与える。従−）で、勾配磁場のｉＰＱ
性を良くすることは、Ｎ　ｖ　Ｒｈ　＆装−にと−）で
、重要な技術的３題の１つぐあると言える。

第２図は、ＮＭＲ１ｉｉａＩ菰社に使用されている従来
の勾配磁場発生用コイルの構成例を示した図である。同
図に示すコイルの型は、一般に“サドル］１　”と呼ば
れるものである。第２図にＪ３いては、Ｘ　ｌｊ向に勾
配％ａｍが発生するように描いであるが、所定の軸に沿
って配ｔすることにより、他の方向に関する勾配磁場を
発生させることもできる。

同図にＪ３いて、１〜／ｌはコイルであり、矩形の」イ
ルへ、更に湾曲を加えたような形状をしている。例えば
、湾曲の程良は、第２図に示すように２軸を中心として
、１２０°の角度である。そして、それぞれ図に示すよ
うな向きに゛電流が流れる。

ここで、各二コイルが−かれ（いる空間の外（−関係を
第２図と仮定する。Ｎ　Ｍ　１１画像装買にＪ５　＋ｊ
る二１−磁場（静磁場）のｈ向＋ａ、Ｚ軸り向とする。

ここぐ、各１（ル１−・・４の内側の巻線をｌａ、２ｈ
ｉ。

３ａ、４ａとする。即ら、巻Ｐ１１１ａと３ｄ、２２］
と４ａは、χ−ｙ′ｌ／面を中心としてηいに相対する
位２にある。第２図では、この巻線部１と】・〜４ａを
１ターンのように描いであるが、１ターンとは限らない
、巻線が、複数回巻かれていＣ１これが束になっていて
もよい６通常は、そのようになっている。

第３図は、第２図のχ軸、Ｚ軸を含む平面で切った峙の
、巻縮１ａ〜４ａの付近に生ずる磁界の状態を示した図
である。同図に示づように、Ｚ軸に沿う向きの１１５９
が発生し、各巻ｍ１ａ、２ａ。

・・・の近傍では、この磁界は強く、だんだん巻線から
離れるにしたがい磁界は弱くなり、Ｚ軸上では磁界は零
となる。この結束、同図に承りようなＸ方向の勾配磁場
が得られる。実際には、内側１５１ｉＡ１ａ−・４８に
よる磁場だけ′Ｃ−なく、これと反対方向の電流が流れ
る外側のさ轢による磁場の影響も考慮し、ｉａｂ直線性
が良くくする一１イルの配置を選ぶ。

しかし、このようなＩｆ４成の勾装置１＠発生用コイル
で′［成される磁場の直線性を３５００Ｃ）・　３５０
＜！／）　−３００（Ｚ）のｈ円球体の中Ｔ”　Ｗ？　
Ｉｆ　’ｌ　ル１！：、最大の１ラーが−１２，３％に
なる。

Ｎ　Ｍ　Ｒｔｌｊ　ｆｌｌｌ装置のアルゴリズムにもよ
るが、こｆ）　−１２，３％　（Ｆ）−１ラーＧ、ｔ、
一般１．ｍ　ｖＪらし６　Ｎ　Ｍ　Ｒ自浄に劣化を与え
る。従って、勾配５ａ１１！の直線性の改善が望まれる
。

−てこで、コイル仝体を大さくすると、見掛は上１ラー
は減少するが、消費電力が増大する。更に、−１イルの
インダクタンスが増大し、応答速度が遅くへる等の点ぐ
好ましくない。

１発明の１」的１ 本発明は以上のような点に鑑み（成されたものＣあり、
消費゛１を力の増加を伴うことｆ、にく、χ＝ｙ＝Ｚ・
０を中心とジる一定の体積内部で、直Ｐｉｌ性の秀れた
勾配ｆ！１場発生用のコイルを提供することを目的とす
る。

［発明の概要１ このような目的を達成するために本発明で・は、各コイ
ルの内側のｇｌ線（１ａ　、　２　ａ　、　３　ａ　、
１１ａ　）を分割して構成Ｊるようにした。８　？４え
ると、各コイルの内側のき轢が複数回に巻かれた６のに
あっては、１束に東ねるのではなく、現数の束に分離す
るように配置し、又はこの内側のさ線が１ターンで形成
されるものにあっては、巻線を偏゛ＩＩの形状に構成す
るようにしたことを特徴どする。これにより、生成され
た勾配磁場のχ−！Ｉ−Ｚ　＝　０におけるｊ−イラー
展開の３次項の絶対値を最小父はＯにすることができる
。更に、勾配方向以外−（・、磁場の均一性を向上させ
ることが可能となり、χ−ｙ−ｚ＝ｏ１ｒ中心と１６一
定休槽内部での磁場の直線性が向上する。

［実施例］ 以下図面を用いて本発明を訝しく説明づる。第１図は、
本発明に係る勾配磁１１発生用−」イルのＮ４成例を示
した図である。第１図に表すした勾配…鳴Ｒ生用コイル
が、従来例（第２図）と異なる点は、内側の巻線（第２
図のｌａ、２ａ、・・・）の構成が近う点である。これ
以外は、従来のものと、は（、ｒ同様である。従来の勾
配磁場発生用コイルで１！７られる磁場の状態は、第２
図、３ｔＸｌを用いて、定性的に説明したが、ここでは
、本発明の勾配磁場の状態を定ｍ的に説明する。

まず、直線勾配磁場を生成する原理は以下の通りである
。ここでは、χ軸方向の勾配磁場を発生する場合を説明
するが、ｙ軸、Ｚ軸についても同様である。

コイルによって生じるχ軸上のχ軸方向の磁場を１−１
（χ）とする。Ｈ（χ）をχ−〇でティラー（Ｔ’ａｙ
ｌｏｒ　）展開し、（１）式のように表わず。

１−１（χ）　＝Ｊｉｏ　＋８＋χ÷ａ２χ２＋・・・
（１）ここで、勾配磁場コイル５と７．６と８はχ−Ｖ
平而を面心として対称に配ｔａれ、かつコイルを流れる
電流の向きが逆極性であるから、ａｏ”ａ２・−ａａ・
・・−０である。従って（１）式は、奇数次の項だけが
残って、（２）式のようになる。

１−１（χ）−ａ１χ→ａ３χ”−１８グχ５＋・・・
（２）ここで、ａｌ　ＮＯ，ａ：＋−〇、ａｓ−０，−
となればχの１次項だ１ノに比例する理想的なχ勾配磁
場ｎ１コイルどなる。

しかし、実際には、ａａ　、　ａ５　、・・・の総べて
を消去することは困？ｌ′ｃあるから＋ｄ３だけをＯと
するような構成を求めるのが実用的である。

一方、この場合、ｙ及び２軸り向の磁場の均一性は、必
ずしも保証されない。従って、χ−ｖ−Ｚ＝０を中心と
する一定な体積内で、磁場のχ軸方向の直線性を評価す
ると、１ラーが大きい。

そこで、上述したように内側の巻線を分割した構成の勾
配磁場用コイル（第１図のコイル）を製作した。第１図
にＪｊいて、５．６．７．８はサドル望コイルであり、
各コイルの内側のｆｌｉｔ（５ａ。

６ａ、・・・）は、分割された構成になっている。３ロ
えると、各コイルの内側の巻線が複数回に巻かれた構成
にあっては、この巻線を１束に束ねるのではなく、複数
の束に分離するように構成したものである。ｆ＞フども
、１束を１本の巻線としても良い。ただし、後述ツるが
、内側巻線が１ターンＣ形、成されるｂのにあっては、
この１ターンの巻線を偏平の形状に構成りる。

第４図は、従来例（第２図）ど同じ条件の下で。

この内側の巻線を２分割、３分割、１０分割した場合に
、勾配置場の直線性のエラーが、χ−ｙ＝Ｚ〜・０を中
心とする一定な体積内で、どのように１１１移するかを
５１算して求めた図である。ここで第４図の横軸は、１
Ｇ１０＋に必要なアンペア・ターンであり、縦軸はエラ
ーである。この図においては、枢軸ム横軸も小さな値に
なる程、好ましい勾配磁場用コイルど言える。第４図よ
り、本発明に係る勾配磁場ｎ１コイルによれば、勾配ｌ
ａｄの直線性のＪニラ−は、−７，５２％（２分割）　
、−５，３０％（１０分割）に減少する。そし゛Ｃ１分
ｖ４数が多い程しラーを少なくできることが分る。なＪ
３、分割した内側巻線の束のそれぞれは、それぞれ等し
い巻数である。

第５図は、コイルの聞き角度と、エラー、アンペア・タ
ーン（Ｉ　Ｇ　／　ＣＩに必要な値）の関係を示した図
である。同図の場合、内側の巻線の分割は、２分割ｒあ
る。第５図より、エラーは開き角度αがα＝１２０°〜
１３５°で最小となることが分る。

なＪ５、上述では、内側の巻線を複数の束に分割づると
して説明したが、内側の巻線を単一の板状の導電体Ｃ構
成してｂ本発明は成立する。この場合は、電流がこの板
状の導電体中を自由に流れることができるので、無数に
分割したのと同じになるからである。

また、２分割した場合であって、（２）式の３次の項（
ａａ）を零とする定数例を第６図に示すウ即ち第６図に
示づ半（￥ｒ−１，００とづるとさｇＸ＃き角度＝１２
０゜ 外側コイル位１？ｆｆ＝　　１．３３ ２分割した内側の巻線の位置−０，３４、０，８０であ
る。

また、以上では、内側の巻線を等分割づる例で説明した
が、これは、厳密に等分割をすることを愚昧しない。

１発明の効果１ １ス土説明したよ）に、本光明によれば、７１’Ｊ費電
りの増加をすることなく、勾配日！’ＧＪの直線性を改
善することがＣ′さる。

４、図面の０！ｌ甲へ説明 第１図は本発明に係る勾配磁場発生用コイルの構成例へ
示す図、第：２図は従来の勾配磁場発生用コイルの一例
を示′９構成図、第３図は勾配磁場が１１られる旨を説
明するための図、第４図は内側の巻線４２分に１．３分
割、１０分＾１１シた場合に勾配磁場のａｙｓ性のエラ
ーがどのように推移するかを計りしく求めた図、第５図
は＝１イルの開０角度と、エラー、７ンベア・ターンの
関係を示した図、第６図は内側の巻線を２分υｊした場
合であつＣ１（２）式の３次のＩＲ（ａａ）を五どする
定数例を示した図である。

５．６．７．８−Ｄイル、５　ａ　、　６　ａ　、　　
７　ａ　。

８ａ・・・内側の！５１９゜ 第１図 第２図　　　　第３図 ｏＳ　　　　　　　　　　　　５Ｉ ８１さ−　（ネ） 暎ン豹訃−（ま）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＮＭＲ画像装置に使用する手段であつて、サドル
   型のコイルを複数個配置し、このサドル型コイルの間に
   勾配磁場を発生させる手段において、前記各サドル型コ
   イルの内側の巻線を分割して構成したことを特徴とする
   勾配磁場発生用コイル。
2. （２）前記各サドル型コイルの内側の巻線を偏平な形状
   の単一の導電体で構成した特許請求の範囲第１項記載の
   勾配磁場発生用コイル。