JPS63313810A - 横磁場勾配コイルおよびその形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、概して核磁気共鳴（ＮＭＲ：　ｎｕｃｌｅａ
ｒｍａｇｎｅｔｌｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　）現象を利
用する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ　：　ｍａｇｎｅ
ｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍｍｇｉｎｇ　）の技
術に関する。さらに、詳細には、ＭＨＩシステムにおい
て２軸に沿う向きの静磁場内に横磁場勾配を生成するた
めの電磁コイル構造に対するものである。本発明はまた
、特にコンパクトなやυ方でそのような横磁場勾配を形
成するための方法に関する。

［従来の技術］ 磁気共鳴イメージングシステムは、多くの供給元より商
業化されている。当該技術分野においては、一般に、多
くの技術が知られている。例えば一般に特許され発行さ
れた米国特許第４，２９７，６３７号、第４，３１８，
０４３号、第４，４７１，３０５号、および第４．５９
９，５６５号には、いくつかの典型的な技術について述
べられている。これらの特許の内容は、これらの文献を
参照することによって明らかになる。

そのようなＭＨＩシステムの大部分においては、静磁場
（例えば、極低温）・ウジング内に収容された超電導ソ
レノイドによって生成される）は、所定の２軸方向に向
けられる。一つの典型的な具体例では、該静磁場は、ほ
ぼ３．５ＫＧの公称磁場強度を持ち、それはほぼ１５　
ＭＨｚの周波数において水素原子核にＮＭＲを生じさせ
る。通常の互いに直交するＸ＋Ｖ＋Ｚ座標系が想定され
、補助的なＸ。

ｙ、ｚ勾配磁場コイルが該静磁場内に配置される。

これらｘ、ｙ、ｚ勾配磁場コイルは、適切な駆動電流が
該コイルを通って流れたときに、それぞれ、そこにｘｒ
　３’　＋　ｚ方向に沿う勾配磁場を生成するように設
けられる。したがって、Ｘおよびｙ勾配磁場コイルの各
々は、いわゆる横勾配磁場（すなわち、静磁場の方向で
あるｚ軸方向に直交する方向に滴う静磁場の勾配）を生
じさせ、且つ、一般に、該Ｘおよびｙ横勾配磁場コイル
の構造は、互いに９０°回転していることを除けば実質
的に同一である。

多くのＭＨＩ技術では、これら種々の勾配磁場コイルを
流れる電流を高速でオン／オフ（そして時には異なる所
定の振幅に正確に）スイッチする必要がある。したがっ
て、それＫよってそのようなスイッチング動作が達成さ
れるよう麦高速性は、全体のイメージングシーケンスの
全体のスピードを決定する要素の一つとなる。許容され
るコイルスイツチングスピードは、主としてコイルイン
ダクタンスの関数であるから、もしも横勾配磁場コイル
の自己インダクタンスをどうにか減少させることができ
れば、よシ早い磁場勾配スイッチングシーケンスが実現
されるであろう。

一般的には、また、所要の磁場勾配の大きさを得るため
には、多くのターンの勾配磁場コイルに多くのアンペア
の電流を流すことが必要である。

したがって、コイルおよび駆動回路におけるＩ２Ｒ損失
の浪費があっても、充分な電流駆動源（例えば、所要の
電流レベルを取シ扱うことのできるパワー増幅器および
２９ワースイツチ等）を提供するには、相当なコストが
必要となる。このため、勾配磁場コイルの（与えられた
勾配レベルを得るための）駆動電流を低減しようとする
設計技術が切望されている。

さらに、もしもインダクタンスを増加させることなしに
勾配磁場コイルのターンを付加させることができたとす
れば、同様なスイッチング時間および電流レベルを、い
くつかのイメージングの目的のために望まれるべき、よ
シ高い磁場勾配レベルを達成するために使うことができ
る。

ＮＭＲ装置のための磁場コイルの設計におけるいくつか
の在来のアプローチを見いだすことのできる文献を次に
示す。

米国特許第３，５６９，８２３号 プレー（Ｇｏｌａｙ）（１９７１） 米国特許第３，６２２，８６９号 プレー（Ｇｏｌａｙ）（１９７１） 「磁場のプロフィール： コイル設計の解析および補正」 ＦコメオとＤＩホウルト、医学における磁気共鳴（Ｆ、
　Ｒｏｍａｏａｎｄ　Ｄ、１．　Ｈｏｕｌｔ、　Ｍａｇ
、　Ｒｅｍ、　ｌａＭｅｄｉｃｉｎｅ　）、１．４４−
６５　（１９８４）プレーの引例は、両方とも非イメー
ジング趣装置に用いるための均一化コイルに対するもの
であシ、限られた関連性しかない。しかしながら、プレ
ーの１８２３は、上述の均一化を目的として、２つのサ
ドルコイル（例え完全な１８ｏ０の弧状部を持っていて
も）の巻線からの（それ自体が導関数である）横勾配磁
場の２次導関数は、ゼロにすべきであることを認めてい
る。説明が、幾分が不明瞭であるけれども、プレーの解
決法は、正味の２次（３次）導関数をほぼゼロとするた
めの第３の重畳コイルを付加することである。それにも
かかわらず、プレーは、複数のサドルコイルの弧状部の
位置／寸法は、全成される２次（３次）導関数が正味ゼ
ロとなるように調整されるはずであることを、おおむね
認めている。

コメオ等は、イメージングＮＭＲ装置に用いられる勾配
磁場コイルに着目しておシー−そしてそれは一層直接的
に本発明に関連がある。該引例は、「古典的な（すなわ
ち現在広く採用されている）ＪＭＲＩ勾配磁場コイルの
解決法を開示しておシ、それは、以下においてよシ充分
に説明されるように、たった２個のサドルコイルを各弧
状部に２次（３次）導関数をゼロにするように寸法設定
することにより、正味ゼロの２次導関数を達成する。し
かしながら、この古典的な解決は、比較的大きなコイル
（ｚ　／ｒ　＝　０．３８９および２゜５７、ここで、
ｒは、コイル弧状部半径、そして２は、各弧状部の２軸
に沼う相対位置）−一それに対応して比較的大きな自己
インダクタンスを有するｍ−に帰着する。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明の目的は、上述した望まれる設計課題（
単独でも組合せでも）を達成することを可能とするコン
パクトな横磁場勾配コイル構造およびその形成方法を提
供することにある。

［課題を解決するための手段」 特に、大部分のＭＨＩシステムにおいて横勾配磁場を作
るために用いられる古典的なサドルコイル構造は、典型
的には、各サドルコイルの内側および外側弧状部を、２
軸に沿い各々が所定の観測点において３次導関数をゼロ
とする箇所に位置させるように設計される。（２次導関
数は、コイル構造を対称に保つことにより自動的にゼロ
となる。

なぜならば、コイルによる磁場の２成分は、すべての偶
数次の導関数を消滅させる横次元の奇関数であるからで
ある。）もしも、コイル構造の半径がｒであると仮定す
れば、内側弧状部は、古典的には２軸に洛ってｚ　１　
／　ｒ　＝０．３８９の点に配置され、且つ外側弧状部
は、２軸に沿ってｚ２／　ｒ　＝　２．５７の点に配置
される。したがって、各サドルコイル構造の内側および
外側弧状部の間隔は、ｔ”ｈぼ２．１８ｒとなる。

本発明者は、この古典的なＭＨＩの解法において、観測
点における磁場勾配に対する外側サドルコイル弧状部の
寄与が全く小さい（たとえば、たった２チ程度）である
ことに注目した。また、本発明者は、サドルコイル構造
のインダクタンスが、その軸方向の長さ寸法にほぼ比例
することにも着目したＯ したがって、本発明者の提案する本発明のコンパクトな
横磁場勾配コイル構造は、サドルコイルの外側弧状部を
、観測点に向けて実質的に内方に移動させ、それによっ
て実質的にサドルコイル構造の軸方向寸法を、そして、
それによって、その自己インダクタンスを減少させる。

実際、サドルコイルの位置は、外側弧状部からの横磁場
勾配への寄与が論理的に正味ゼロとなる位置である、１
／ｙ＝＝〆Ｙ（約１．４）にある。外側弧状部は、磁場
勾配に対して比較的小さい寄与だけを与えている限シに
おいて、さらに幾分か比較的小さな距離だけ内方に移動
され得るけれども、外側弧状部の望ましい配置は、典型
的な実施例ではほぼ２鵞＝１．４ｒである。

「作用」 サドルコイルの外側弧状部を観測点に実質的に近づける
ような再配置は、横磁場勾配にその全体の正味の寄与を
顕著には増大させないけれども、その３次導関数の寄与
を実質的にゼロでなくする。

しかしながら、所望の３次導関数がゼロとなる条件は、
サドルコイルの内側弧状部の３次導関数の寄与を実質的
に再配置された外側弧状部によって生成される３次導関
数に等しくなるようにして（他のいかなる補償コイルを
付加する必要もなしに）、該内側弧状部をオフセットす
ることによっても満たすことができる。そのような、内
側弧状部の補償された再配置は、比較的小さいけれども
、内側弧状部の観測点からの移動を必要とする。一つの
典型的な実施例においては、内側弧状部は、在来のＭＨ
Ｉの解（ｚ１＝０．３８９　ｒ　）から新たな位置！ｔ
”；４５ｒへ移動される。この典型的な実施例において
は、サドルコイルの外側と内側の弧状部の軸方向の間隔
は、たった０、９６ｒ程度−−在来のＭｆｔＩサドルコ
イル構造の軸方向寸法のほぼ４４チに過ぎないｍ−とな
る。

サドルコイル構造の軸方向寸法がほぼ残も低減されるか
ら、インダクタンスの与えられるターン数もまたほぼ捧
だけ低減される。この減少されたインダクタンスは、よ
シ高速のスイッチングを可能とするために利用され得る
。あるいは、その代わシに、同じインダクタンス（たと
えば近似的に同じスイッチングスピードを可能とする）
を維持するためにターン数を増加させ得る。しかも、所
要の電流は少なくなシ、そのため、電力消費、および電
力増幅器、スイッチその他に要求される最大許容取扱電
流における顕著な節約を提供する。

したがって、予想されるように、一層コンパクトなサド
ルコイル構造とする改良もいくつかの手法によって可能
となシ、それによって、必要な電流値等同様に減少する
から、幾分か高速なスイッチングが可能となる。

［実施例コ 以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。

典型的なＭＲＩシステムのための磁場生成要素の一般的
な構成は、第１図に分解組立図の形態で示されている。

たとえば、極低温ハウジング１２内に設けられ念超伝導
ソレノイド１０が、通常のＸ。

ｙ、ｚ座標系（第１図にも示されている）における２軸
に渭う方向の強い静磁場Ｈ，を生成する。

静磁場コイル１０の内部に、静磁場■０内にＸ。

ｙおよび２方向に沿う磁場勾配をそれぞれ生成するため
のＸ勾配コイル、ｙ勾配コイルおよび２勾配コイルが組
込まれる。そして、撮像される患者あるいはその他の被
検体は、典型的には、これら組込まれた全での勾配コイ
ルの内側に、体の撮像される部分が所定の観測点すなわ
ち撮像領域（たとえば、典型的には、Ｘおよびｙ勾配コ
イルの対称的なサドルコイル構造の間）に位置するよう
にして、配置される。当業者にはいうまでもないことで
あるが、適切なＲＦ（ラジオ周波数）カプリングコイル
も、勾配コイル構造の内部に配置され、そして適宜なる
伝送ラインによってＲＦおよびＭＲＩ処理回路に接続さ
れる。勾配コイルも、ＭＨＩ装置により通常の方法で制
御される適宜なるスイッチ電流ドライバに個別に接続さ
れる。

第１図かられかるように、Ｘおよびｙ勾配コイルは、そ
れぞれ相互に直交するＸおよびｙ方向に横磁場勾配を生
成するように、互に９０’回転されているが、実質的に
同様な構成からなっている。

Ｘ勾配コイルは、第２図に、よシ詳細に示されていや・ 第２図に示されるように、勾配コイルは、対称的に配置
されるサドルコイルＡ、ｇ、ｃおよヒＤ（思うに、それ
らの各々が一般的な筒状構造を部分的に切取った馬の鞍
、すなわちサドルの構造にいくぶんか似ていることから
そう呼ばれるのであろう）から構成される。（２軸に平
行で且つそのため２成分磁場を増加させない）水平接続
導体が破線で示されているのに対して、各サドルコイル
の弧状の部分ターンは、実線で示されている。典型的な
装置においては、各個別のサドルコイルについては数タ
ーン（例えば、１０ターン）を有し、そして、第１図に
模式的に概略的に示されているように、サドルコイルの
対（すなわち、Ａ、ＢおよびＣ，Ｄ）は電気的に直列に
接続されている。

サドルコイルＡおよびＢは、軸方向に配列された部分タ
ーン（第２図に実線で示される）を有する。該部分ター
ンは、共同して、（やけシ第２図に示されるように）内
側弧状部構造と外側弧状部構造とを決定する。２軸に沿
い、反対側には、同様の内側および外側弧状部を有する
サドルコイルＣおよびＤが、対称的に配置される。観測
点は、第２図に示されるように、座標系の原点に存在す
ると仮定され、実際には、上記両サドルコイルの間に位
置し、実質的に磁場勾配の磁場が一様な（例えば、第３
図参照）３次元撮像領域を構成する。一つの典型的な実
施例では、各サドルコイル構造には、ほぼ１０ターンの
、−辺０．４インチの正方形断面を有する導体（該導体
は内、部に０．２インチの空洞を有していてもよい）が
含まれる。本発明の一つの典型的なコンパクト化の実施
例では、依然として全体のコイルインダクタンスヲ幾分
か少なくしていても、そのターン数は（勾配強度を若干
増加させ且つそれによってＸおよびｙ次元において実質
的により薄いスライスの撮像を可能とするように）１２
に増加され得る。

第２図に示されるように、軸方向に配列されたサドルコ
イルＡ、Ｂの各弧状部内の部分ターンは、逆方向の電流
を有し且つ２軸を中心とする半径ｒのほぼ円弧状に形成
される。弧状の各部分ターンは、２φの角度（横磁場勾
配がそれに清って生成される横ｘ、ｙ軸に平行な）に対
応する。原点に位置する所定の観測点から、極座標系Ｒ
２θ、ξも、逆向きの部分ターンの弧状部の各々に沿っ
て点の位置を示すために、用いられる。（第２図に破線
で示される）直線ラインセグメントは、２方向の磁場に
は寄与しないから、解析の課題を単純化するために１こ
れらを無視することができる。

内側弧状ターンにより生成される磁場の２成分は、磁場
に関す・る式により、次に示すように不完全楕円積分と
して計算される。

Ｘ　（Ｉｋｒ２−ｒＲｓｆｎθＩｋ＋１）　　　　　　
　・・’（式１）ここでは、横磁場勾配のみに関心があ
るから、線形項（すなわち、血θに比例する項）は、次
式を得るために分離してよい。

・・・（式３） 直交座標Ｘは、極座標式でＲｇｔｎθ（２）ξであられ
されるから、線形磁場勾配項（す表わち、Ｘに関する１
次導関数−一それは、望ましくは、もしも真の線形磁場
勾配が達成されるならば、一定であるべきである。）は
直接的に次のようにあられされる。

ここで、もしも２軸上の値（Ｒ＝ｚｔ）が求められれば
次式が得られる。

そこで、第２図の全てのサドルコイ／Ｌ／Ａ−Ｄの外側
および内側弧状部全部の寄与を加算集計すると、次式が
得られる。

・・・（式６） ここで、Ｘ磁場勾配Ｇｘの２依存性を最小とすることが
望ましい。したがって、次式のような、１次およびよシ
高次の導関数（Ｇｘは、既に１次導関数であることから
、２次およびさらに高次の導関数であると考えられる）
を最小とすることが望ましい。

・・・（弐８） と訃らの計算と同様の作業にょシ、他の方向におけるＧ
工の２次導関数の式が求められる。

もしも、上記弧状部に対応する角度が１２０’に選定さ
れるとすると、Ｇｘの三つの２次導関数は、Ｃａ２／ａ
６２）ａ工がゼロになるときに、同時に、全てゼロにす
ることができる。

１次（実は２次）導関数は、サドルコイルＡ−Ｄの全て
のセットが考慮された後に対称性によ）ゼロとなる。そ
して、２次（実は３次）導関数は、最初の自明でない導
関数である。しかしながら、２次（３次）導関数は、分
子に２次の多項式を含むことに着目すれば、２次多項式
に対する解を求めることによって、次式のような、１対
の解（すなわち、２次（３次）導関数をゼロとする）が
得られる。

＠　ｚ　／　ｒ　＝　０．３８９または２．５７であシ
、これらは、２次（３次）導関数をゼロとする。そして
、これは、まさしく、これまで一般的に用いられていた
横磁場勾配サドルコイル構造の古典的な解（例えば、Ｚ
ｔ＝０．３８９ｒおよびＺｓ＝　２．５７　ｒの時の古
典的な皿工の解）である。

しかしながら、サドルコイルの外側弧状部にょシ、この
比較的離れた位置（ｚ＊　＝２．５７　）に配置された
ときの、観測点に生成される横磁場勾配の実際の値は、
内側弧状部ｉ＝ｏ、３８９ｒ）にょシ生成される磁場勾
配よりも、はｌ”！２．２Ｘ１０−２倍小さい。

したがって、サドルコイルの外側弧状部は、（観測点く
おいて）磁場勾配に対して相対的に機微たる寄与が、確
実に、２依存性を持たないようにするだけのために、（
比較的高い自己インダクタンスを生じさせるように）内
側弧状部からかなり離れて配置される。

Ｚ軸に沿うコイル弧状部の位置の関数として磁場勾配の
寄与の曲線を検討すると（第５図）、外側弧状部は、相
対的に微々たる寄与を提供しつつ、実質的に観測点に向
けて移動させ得ることが観察されるであろう。実際、そ
れは、理論的に観測点（２＝０）における磁場勾配への
正味の寄与がゼロとなるｚ２＝Ｖ丁（すなわち、約１．
４）の位置まで移動させ得る。

不幸なことに、外側弧状部を実質的に観測点に向けて移
動させることにより、それは、今度は、（第４図に示さ
れるように）実質的な２次導関数の寄与を与える。しか
しながら、今、２軸に関してＸ磁場傾斜Ｇｘの全体の２
次導関数を最小とするために、内側弧状部の位置を（原
点から若干離れるように移動させることにより、）再調
整することも可能である。（Ｘ磁場傾斜サドルコイルが
１２０°の弧に対応するとき、ｙに関するＧｘの２次導
関数がゼロを維持する。） 古典的なＭＲＩの解において、２次（３次）導関数の各
項は格別に消去される。しかしながら、２上の望ましい
非依存性も、要求を幾分か、そしてまさに、２次（３次
）導関数の項の全ての合計を２６一 ゼロにすることの要求を、緩和することにより達成され
るであろう。もしもサドルコイルが対称的で且つ１２０
０に対応する力ら、そのような項の１つをゼロとし続け
ることを想起すべきである。例えば、 α１＝＝ｚＩ／ｙ、α２　＝Ｚ　ｇ　／　ｒ　　　　　
　　”’　（式１３）とすれば、次のような結果が得ら
れる。

αオ＝０．３６８　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（式１５）＝１．４１４　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（式１６）ｒ　＝　１１．７５ｃｔｎの小さ
なコイルでは、ＧＸ＝０．９４０４／ｒ２［ガウス／ア
ンペア−ターン−譚コ、そ１．て２０ターン、２０アン
ペアではＧｘ＝２．７２［ガウス／儒コである。横磁場
勾配の実際の２依存性は、第３図に示される。

より大きなコイルでさえも、ほぼ３０ｃ！ｎの球形の撮
像領域にわたって実質的な２依存性（すなわち、比較的
蓋の無いＭＨＩイメージを得るために）なしに、相対的
に線形な横磁場勾配が得られる。

典型的には、実際に利用される撮像領域は、「観察点」
から両側に１０ｃＩｎまで延びる一連の薄い平板状の「
スライス」を備えている。主静磁場には、＋／−２５ｐ
ｐｍ以下の均一性が望まれる。許容し得る撮像領域にお
いて、横磁場勾配は、わずか数パーセントだけ＋／−に
変化してもよい。

ｚ鵞＝〆Ｔｒに選定することが望ま１．い。もｊ−も、
外側弧状部が原点に向ってさらに移動されると、撮像領
域が短くなる。もしも、それがある中間位置（すなわち
、実質的に２．５７ｒ以下で、且つ１．４ｒ以上）まで
移動されると、撮像領域はｍ−外側弧状部の軸方向の移
動量に比１−で比較的少ない割合でのみではあるがｍ−
延長される。したがって、外側弧状部の配置は、ｚｌが
ほぼ１．４ｒの位置であることが望ましい。

１ターン当４５０．４５インチで、１０ターンであると
しても、横磁場勾配コイルにおけるワイヤは、非常に大
きく且つ重くなシ得る。そのため、導体は、各ターンの
限定された幅を考慮して配置することが望ましい。限定
された導体幅を考慮したものに対して上述したコン／ダ
クト化されたコイル設計を一般化すると次のようになる
。

（１）外側弧状部を、原点において正味磁場勾配を生じ
ない位置に、配置する； （２）（例えば、Ｘ−磁場勾配コイルの設計において）
この位置において該外側弧状部により生成される２次（
３次）導関数を計算する；（３）　　該導関数をキャン
セルするように内側弧状部を配置する；そして （４）最終的な横磁場勾配を計算する。

これらの全ては、各導体がある幅を有し且つある半径で
あると仮定している。次の計算では、典型的な値を用い
る。すなわち、ワイヤの幅が０４５インチにおいて１０
ターン、内側／外側半径ｒが１５．１７５インチおよび
１５．８３インチである。

（１）　　正味磁場勾配をゼロにする ２における弧状部からの磁場勾配は次のようになる。

ｚ６−（δ／２）からｚ（１＋（δ２／２）までの分布
については、導体の幅をＷとして次式が得られる。

・・・（式１８） ｚ　＝　ｒ−マとすると、上記積分は、次のようになる
。

・・・（式２３） Ｇ＝ＯＫついて解けば次表のようになる。

表　　１ ０．０１　１．４１４　０．６　１．４７２０．１　１
．４１６　０．７　１．４９２０．２　１．４２１　０
．８　１．５１５０．３　１．４２９　０．９　１．５
４００．４　１．４４１　１．０　１．５６７０．５　
１．４５５ （２）２次導関数の寄与の計算 正味の１次（２次）導関数は、対称性により消去される
。

そこで、最初に考慮すべきものは２次導関数である。こ
の積分は次のようになる。

（ここで、導関数はたった一つのループによる項である
。） まず、外側弧状部の導関数を検討しなければならない。

表　　２ ０．３　　０．２１２９ ０．２８　０．２０４１ （３）内側弧状部のキャンセル配置 表　　３ ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｒＯ，３０，
３７９４ ０，２８０，３７８４ （４）磁場勾配強度の計算 （内側弧状部により生成される） 表　　４ ｒ　　　　　　　　　　　　ｒ Ｏ，３０，３７９４０，３９２８ ０，２８０，３７８４０，３７７３ 実際の磁場勾配を得るためには、次の係数を得る。

０．３において、 Ｇ　＝　０．９１８／　ｒ２［ガウス／アンペア−傭］
　　・（式２５）％式％ Ｇ　＝　０．９２０／　ｒ２［ガウス／アンペア−倒コ
　・・・（式２６）横勾配磁場コイルによって生成され
る磁束は、超・電導ソレノイド１０を貫通することはで
きないから、該傾斜磁場は必然的にソレノイド１０内に
収容されるように歪曲され、且つ周囲を囲む導電体シー
トに渦電流が生成される。そのような渦電流は、ま九、
エネルギ損失をあられし、且つ磁場勾配コイルに対する
駆動電流の各スイッチされる入力パルスがこれら渦電流
を補償するために一時的に増大することを必要とする。

このように、いくつかの理由により、−一コイルの自己
インダクタンスおよび上記「オーバドライブ」補償を提
供するのに必要となる全駆動電流の端数もまた低減され
るからｍ−上記要求される渦電流を最小とすることが望
ましい。補償された駆動・ぐルスが、結合された大きさ
と時定数ＴＣＩ、ＴＣ２，ＴＣ３゜Ｔｅ３を有する４つ
の重畳された指数項を含むものとすれば、次表は、コン
パクト化されたＸ−磁場勾配およびｙ−磁場勾配コイル
を有する一つの典型的な実施例について、達成されるで
あろう改良を示す。

表　　５ Ｘ−磁場勾配コイル 横磁場勾配コイル　　　横磁場勾配コイルオリジナルサ
イズ　　　コンパクトサイズ補償　絶対値　駆　動　時
　　絶対値　駆　動　時成分大きさ　端　数　定数　大
きさ　端　数　定数ＴＣＩ　　Ｏ，１０４０，１９３２
５ｍｇ　Ｏ，０４７０，０８４０６ｍ５ＴＣ２０，０６
４０，１２５０ｍ５　Ｏ，１２２０，２０２３ｍ＋５Ｔ
Ｃ３−０−−０−ｎ／ａ　　Ｏ，０１７０，０３０，８
８ｍ５ＴＣ４０，１４０，２５２０ｍ５０．００８　０
．０１　　８ｍ＋ｓ全オーバドライブ０．５６　　　　
　　　　　　０．３１Ｙ−磁場勾配コイル ＴＣＩ　　Ｏ，１０８０，１９３７０ｍ５　Ｏ，０５６
０，０９３７０ｍ５ＴＣ２０，０８０，１４３，２５ｍ
５　Ｏ，０４７０，０８４０ｍ５ＴＣ３−０−−０−ｎ
／ａ　　Ｏ，０２３０，０４５６ｍ５ＴＣ４０，０５５
０，０９１５ｍ５　Ｏ，０５５０，０９１５ｍ５全オー
バドライブ　０．４２　　　　　　　　　　　０．３０
２−磁場勾配コイル ＴＣＩ　　Ｏ，１３０，２９４９５ｍ５　Ｏ，１００，
２３４５２ｍ＠ＴＣ２０，１００，２２４０ｍ５　Ｏ，
１３２０，３００４５ｍａＴＣ３−０−−０−ｎ／ａ　
　Ｏ，０８９０，２００，４５ｍ５ＴＣ４０，１５６０
，３５１５，５ｍｓ　０．０８８　０．２０　１４ｍ５
全オーバドライブ　０．８６　　　　　　　　　　　　
　０．９２これと同様の典型的な実施例についての計測
される磁場勾配コイルの自己インダクタンスは、また次
の表６に示される。

表　　６ 磁場勾配コイル自己インダクタンス オリツナ／Ｌ−サイて　　コ＞ｌ　Ｘ　／７ト寸ベス゛
静磁場マグネット内 マグネット一端両端一端両端 Ｘ勾配　２３２ｍＨ４７０ｍＨ１７１ｍＨ３６０ｒｒＨ
Ｙ勾配　２４５ｍＨ５００ｍＨ１６７ｍＨ３５２ｍＦ（
２勾配　　３１０ｍＴ（５９０ｍＨ２７０ｍＨ５４６ｍ
Ｈ静磁場マ静磁ット外 Ｘ勾配　３０１ｍＨ２１５ｍＨ Ｙ勾配　３１５ｍＨ２０３ｍＨ ２勾配　４１１ｍＨ４１３ｍＨ 本発明のほんのいくつかの典型な実施例について詳述し
たが、当業者ならば、本発明の多くの新規な特徴と利点
を維持しつつ多くの変形実施が可能であることがわかる
はずである。したがって、そのような変形は本発明の範
囲内に含まれることはいうまでもない。

［発明の効果コ 本発明のコンノＪ？クトな横磁場勾配コイル構造では、
サドルコイルの外側弧状部を、観測点に向けて実質的に
内方に移動させ、それによって実質的にサドルコイル構
造の軸方向寸法を、そして、それによって、その自己イ
ンダクタンスを減少させる。

サドルコイルの外側弧状部を観測点に実質的に近づける
ような再配置は、横磁場勾配にその全体の正味の寄与を
顕著には増大させないけれども、その３次導関数の寄与
を実質的にゼロでなくする。

しかしながら、所望の３次導関数がゼロとなる条件は、
サドルコイルの内側弧状部の３次導関数の寄与を実質的
に再配置された外側弧状部によって生成される３次導関
数に等しくなるようにして（他のいかなる補償コイルを
付加する必要もなしに）、該内側弧状部をオフセットす
ることによっても満たすことができる。

サドルコイル構造の軸方向寸法がほぼＡも低減されるか
ら、インダクタンスの与えられるターン数もまたほぼ≠
だけ低減される。この減少されたインダクタンスは、よ
シ高速のスイッチングを可能とするために利用され得る
。あるいは、その代わシに、同じインダクタンス（たと
えば近似的に同じスイッチングスピードを可能とする）
を維持するためにターン数を増加させ得る。しかも、所
要の電流は少なくなシ、そのため、電力消費、および電
力増幅器、スイッチその他に要求される最大許容取扱電
流における顕著な節約を提供する。

したがって、予想されるように、一層コンパクトなサド
ルコイル構造とする改良もいくつかの手法によって可能
となシ、それによって、必要な電流値等同様に減少する
から、幾分か高速なスイッチングが可能となる。

本発明によれば、上述したような種々の利点を有するコ
ンパクトな横磁場勾配コイル構造およびその形成方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いられる適切な静磁場コ
イルおよび磁場勾配コイルを示す分解斜視図、第２図は
第１図の横磁場コイル構造の一つに使用されるサドルコ
イルの、本発明の説明のための重畳されるＸ、７．Ｚ関
連する極座標系とともに示される詳細図、第３図は典型
的なコン・ぐクト横磁場勾配コイルのセットについての
横磁場勾配の近似的な２依存特性およびそのような構造
により許容される撮像領域の近似エツジを示す図、第４
図は観測点ｚ　＝Ｏにおけるサドルコイル弧状部の異な
る位置についての０２の近似的な３次導関数特性を示す
図、第５図はＺ−軸に沿う弧状部位置の関数としてサド
ルコイル弧状部についての相対的な正味横磁場勾配寄与
の特性を示す図である。 １０・・・超電導ソレノイド、１２・・・極低温ハウジ
ング。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦ｒＦＩＧ、２ ｔｔｒ ｒＦＩＧ、４ ｒＦＭ６．５ 手続補正書（方式） １、事件の表示 特願昭６３−０４４０６９号 、発明の名称 横磁場勾配コイルおよびその形成方法 、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　ザ・リージェンツ・オブ會ザ・ユニバージティー
・オブ・カリフォルニア 、代理人 住所　東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビ
ル、補正の対象

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のｚ軸に沿う方向の静磁場Ｈ＿０を有する磁
   気共鳴イメージングシステムに用いるためのコンパクト
   な横磁場勾配コイルの構造であって、ｚ軸に沿う所定の
   観測点において静磁場Ｈ＿０内に無視し得る正味横磁場
   勾配を生成するように配置された外側弧状部と、 上記所定の観測点において上記外側弧状部によって生成
   される二次導関数を実質的にキャンセルする上記横磁場
   勾配の二次導関数を生成するように配置される内側弧状
   部と を具備する横磁場生成コイルの構造。
2. （２）所定のｚ軸に沿う方向の静磁場Ｈ＿０を有する磁
   気共鳴イメージングシステムに用いるためのコンパクト
   な横磁場勾配サドルコイルの構造であって、 ｚ軸上の所定点ｚ＿０から第１の距離ｚ＿１に配置され
   る半径ｒ＿１の内側弧状部と、 上記所定点ｚ＿０から第２の距離ｚ＿２に配置され、ｚ
   ＿２／ｒ＿２が実質的に２．５７よりも小さい半径ｒ＿
   ２の外側弧状部と を具備する横磁場勾配サドルコイルの構造。
3. （３）所定のｚ軸に沿う方向の静磁場Ｈ＿０を有する磁
   気共鳴イメージングシステムに用いるためのコンパクト
   な横磁場勾配サドルコイルの構造であって、 ｚ軸上の所定点ｚ＿０から第１の距離ｚ＿１に配置され
   、ｚ＿１／ｒ＿１が０．３８９よりも大きい半径ｒ＿１
   の内側弧状部と、 上記所定点ｚ＿０から第２の距離ｚ＿２に配置され、ｚ
   ＿２／ｒ＿２が実質的に２．５７よりも小さい半径ｒ＿
   ２の外側弧状部と を具備する横磁場勾配サドルコイルの構造。
4. （４）ｚ＿１／ｒがほぼ０．４５に等しく、且つｚ＿２
   ／ｒがほぼ１．４に等しいことを特徴とする請求項３記
   載の横磁場勾配サドルコイルの構造。
5. （５）磁気共鳴イメージングシステムの静磁場Ｈ＿０横
   磁場勾配を作り出すための横磁場勾配コイルの構造であ
   って、 半径ｒ＿１を有し且つ所定の観測点から、ｚ＿１／ｒ＿
   １が約０．３８９よりも大きい、第１の距離ｚ＿１に配
   置された対向する部分ターンの第１のセットと、半径ｒ
   ＿２を有し且つ所定の観測点から、ｚ＿２／ｒ＿２が実
   質的に約２．５７よりも小さい、第２の距離ｚ＿２に配
   置された対向する部分ターンの第２のセットと を具備する横磁場勾配コイルの構造。
6. （６）請求項５記載の横磁場勾配コイルの構造において
   、 上記所定の観測点の反対側で距離−ｚ＿１に配置された
   対向する部分ターンの対称的なさらなる第１のセットと
   、 上記所定の観測点のやはり反対側で距離−ｚ＿２に配置
   された対向する部分ターンの対称的なさらなる第２のセ
   ットと をさらに具備することを特徴とする横磁場勾配コイルの
   構造。
7. （７）上記距離ｒ＿１＝ｒ＿２であることを特徴とする
   請求項６の横磁場勾配コイルの構造。
8. （８）上記部分ターンの各セットは、時計方向に向けら
   れた複数の部分ターンおよび反時計方向に向けられた複
   数の部分ターンを含み、且つ上記第１および第２のセッ
   トにおける上記部分ターンは、共に、水平平行導体に接
   続されることを特徴とする請求項６の横磁場勾配コイル
   の構造。
9. （９）上記各部分ターンは、約１２０°の角度に対応す
   るほぼ円弧に形成され、且つその軸線は上記静磁場方向
   に沿うことを特徴とする請求項５、６または７の横磁場
   勾配コイルの構造。
10. （１０）請求項９の横磁場勾配コイルの構造において、 ｚ＿２／ｒ＿２は、ほぼ１．４に等しく、ｚ＿１／ｒ＿
    １は、ほぼ０．４５に等しく、 且つ上記第１および第２のセットは、それによって上記
    観測点において横勾配磁場のｚに関するほぼ等しい２次
    導関数を生成することを特徴とする横磁場勾配コイルの
    構造。
11. （１１）磁気共鳴イメージング用の磁気コイル組立であ
    って、 ｚ軸に沿う向きの静磁場Ｈ＿０を生成する静磁場コイル
    と、 上記ｚ軸上で所定の観測点に関して対称的に配置される
    、上記静磁場内に該ｚ軸方向に磁場勾配を生成するため
    のｚ磁場勾配コイルと、 上記観測点に関して対称的に配置される、上記静磁場内
    に上記ｚ軸方向に直交するｙ軸方向に磁場勾配を生成す
    るためのｙ磁場勾配コイルと、上記観測点に関して対称
    的に配置される、上記静磁場内に上記ｚ軸およびｙ軸の
    両方向に直交するｘ軸方向に磁場勾配を生成するための
    ｘ磁場勾配コイルと を具備し、且つ、 上記ｙ磁場勾配およびｘ磁場勾配コイルの各々は、上記
    観測点の両側に対称的に配置された第１および第２のサ
    ドルコイルペアを含み、 上記サドルコイルペアの各々は、上記ｚ軸を中心とする
    約１２０°の角度に対応し、且つ該ｚ軸にほぼ平行な水
    平導体により互いに直列に接続される半径ｒの複数の部
    分円弧状ターンを含み、上記部分円弧状ターンは、上記
    観測点から距離ｚ＿４の位置に配置される軸方向に配列
    された第１のグループ、および上記観測点から距離ｚ＿
    ２の位置に配置される軸方向に配列された第２のグルー
    プとして配設され、 上記距離ｚ＿２は、実質的に２．５７よりも小さく、上
    記観測点における横磁場に対する寄与を無視し得るよう
    に充分に大きく、且つ 上記距離ｚ＿１は、ｚに関する第２のグループの横磁場
    勾配の２次導関数とほぼ等しい大きさを有する、ｚに関
    する第１のグループの横磁場勾配の２次導関数を生成す
    るように、実質的に０．３８９よりも充分に大きい磁気
    コイル組立。
12. （１２）所定のｘおよびｙ軸の両者に直交する所定のｚ
    軸に沿う方向の静磁場Ｈ＿０を有する磁気共鳴イメージ
    ングシステムに用いられるコンパクトな横磁場勾配サド
    ルコイルを形成するための方法であって、 サドルコイルの外側の弧状部を、ｚ軸に沿う所定の観測
    点において静磁場Ｈ＿０内に無視し得る正味横磁場勾配
    のみを生成するように、配置するステップと、 上記所定の観測点において、上記外側弧状部によって生
    成される横磁場勾配の２次導関数の大きさを決定するス
    テップと、 上記サドルコイルの内側弧状部を、上記所定の観測点に
    おいて上記外側弧状部の２次導関数を実質的にキャンセ
    ルする横磁場勾配の２次導関数を生成するように配置す
    るステップと の各ステップからなる横磁場勾配サドルコイルの形成方
    法。