JPS63318721A

JPS63318721A - 核磁気共鳴断層撮影装置の横勾配磁場発生コイル

Info

Publication number: JPS63318721A
Application number: JP62155085A
Authority: JP
Inventors: Yuji Inoue; 井上　勇二
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1988-12-27
Also published as: JPH0532883B2

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）本発明は、均一な勾配磁場を発生する核磁気共鳴断層撮
影装置の横勾配磁場発生コイルに関する。

（従来の技術）核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）現蒙を用いて特定原子
核に注目した被検体の断層像を１７る核磁気共鳴断層撮
影装置（以下ＮＭＲ−ＣＴという）は従来から知られて
いる。このＮＭＲ−ＣＴの原理の概要を簡単に説明する
。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えばＺ軸方向の静磁場Ｈｏの中におく
と、前記の原子核は次式で示す角速度ω０で歳差運動を
する。これをラーモアの歳差運動という。

ω〇−γＨｏ　　　但し、γ：核磁気回転比今、静磁場
のあるＺ軸に垂直な軸、例えばｘ軸に高周波コイルを配
置し、×ｙ面内で回転する前記の角周波数ω０の高周波
回転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁場Ｈｏのも
とでゼーマン分裂をしていた原子核の集団は共鳴条件を
満足する高周波磁場によって準位間の遷移を生じ、エネ
ルギー準位の高い方の単位に遷移する。ここで、核磁気
回転比γは原子核の種類によって異なるので共鳴周波数
によって当該原子核を特定することができる。更にその
共鳴の強さを測定寸れば、その原子核の存在分を知るこ
とができる。共鳴後緩和時問と呼ばれる時定数で定まる
時間の間に高い準位へ励起された原子核は低い準位へ戻
ってエネルギーの放射を行う。

このＮＭＲの現染の観測方法の中パルス法について第６
図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足りる高周波パルス（Ｈ＋　
）を静磁場（２軸）に垂直な（Ｘ軸）方向に印加すると
、第６図（イ）に示すように磁化ベクトルＭは回転座標
系でω′−γＨ１の角周波数でｚｙ面内で回転を始める
。今パルス幅を１ＤとするとＨｏからの回転角θは次式
で表わされる。

θ＝γＨ１ｔＤ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
磁化ベクトルをＺ軸から倒す動きをするパルスを励起パ
ルスと呼び、特に、（１）式においてθ＝９０°となる
ようなＨｌｔＤをもつパルスを９０°パルスと呼ぶ。こ
の励起パルス直接では磁化ベクトルＭは第６図（ロ）の
ようにｘｙ面をω０で回転していることになり、例えば
ｘ軸においたコイルに誘導起電力を生じる。しかし、こ
の信号は時間と共に減衰していくので、この信号を自由
誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）と呼ぶ。ＦＩＤ信号をフー
リエ変換すれば周波数領域での信号が得られる。次に第
６図（ハ）に示すように励起パルスからτ時間後θ＝１
８０’になるようなパルス幅の第２のパルス（反転パル
ス）を加えるとばらばらになっていた磁気モーメントが
τ時間後−ｙ方向で再び焦点を合せて信号が観測される
。この信号をエコー信号と呼んでいる。このエコー信号
の強度を測定して所望の像を１りることができる。ＮＭ
Ｒの共鳴条件は ν１γＨｏ／２π　　　　　　　　　　・・・（２〉で
与えられる。ここで、νは共鳴周波数＋ＨＯは静磁場の
強さである。従って共鳴周波数は静磁場の強さに比例す
ることが分る。このため静磁場に線形の！ｉ磁場勾配重
畳させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、共鳴
周波数を変化させて位置情報を得ている。従って、正確
な位置を得るためにはリニャリティの良い磁場勾配を重
畳させることが必要である。

勾配磁場を与えるための横勾配（×）１１場発生コイル
の一般形状を第２図に示す。図において、（イ）はゴー
レイ型コイル、（ロ）は電流分布型コイルの図である。

（イ）図のゴーレイ型コイルは４個の鞘状単巻きコイル
のＩＥ−ＩＦ、２Ｅ−２Ｆ、３Ｅ−３Ｆ及び４Ｅ−４Ｆ
で構成されている。このコイルは円筒の長手方向を２軸
とすると、Ｚ方向の磁界を作り、磁界の強さがＸに依存
するＸ勾配磁場を作っている。このコイルでＸ勾配磁３
ＦＪ発生に寄与しているのはＩＥ、２Ｅ、３Ｅ及び４Ｅ
の部分であって、ＩＦ、２Ｆ、３Ｆ及び４Ｆは１Ｅ〜４
Ｅに電流を流すためのリターンパス部である。（ロ）図
の電流分布型は、ゴーレイ型とは異なり単巻きコイルで
はなく、分布巻きの線によるコイルではあるが、全体の
構成としてはゴーレイ型と同様に枝状をしていてＸ勾配
磁場発生に寄与しているのは、１Ｅ〜４Ｅの部分で、１
Ｆ〜４Ｆは電流を流すためのリターンパス部である。

従来の電流分布型横勾配磁場コイルの電流パターンを第
３図に示す。（イ）図は？！８！分布型コイルの１／４
領域を示した説明図で、図中、１２は横勾配コイルの１
／４の１単位のコイルの巻線で、磁場形成部１３とリタ
ーンパス部１４とで構成されている。１５は巻線１２を
巻き付けているボビンである。ボビン１５の半径をＲと
し、ボビン１５の長手方向の中心をＯとして２座標を半
径Ｒに対する割合で表している。又、Ｚ軸に直角な面に
おいて、Ｘ軸を起点とする中心角をθとする。

（ロ）図は電流パターンの平面展間図で、横軸に中心角
θを取り、縦軸にＺ軸上の座標を取っである。縦軸のＯ
からＺｏまでが（イ）図の磁場形成部１３．ＺｏからＺ
ｒまではリターンパス部１４である。図の磁場形成部１
３のｉ番目のパターンのＺ座標は次式で表される。

Ｚ＝Ｚｉ　　・（１／ｃｏｓθ）第４図に電流密度の円周方向成分であるσａ　　（Ｚ）
の分布図を示す。実線が磁場形成部１３の電流密度を表
わし、点線はリターンパス部１４による′Ｗ１流密度を
表わす図である。リターンパス部１４は磁場形成部１３
に対して逆方向に電流を流すので、図では角の電流密度
になっている。

このリターンパス部１４の影響による磁場の不均一性を
調べて見る。

横勾配磁場コイル、例えばＸ勾配磁場コイルによる磁場
をＢ（Ｘ）とすると、Ｂ　（Ｘ）−八・Ｘ十Δ・×・（γ３／Ｒ２）（４Ｚ２
−（Ｘ２−Ｙ２））＋・・・（３）ここで、Ａ　；１次項係数Ｒ；ボビン半径 γ３　；３次項係数５次項以降は小さいので省略しである。

（３）式において、γ３以降の高次項が零であれば、理
想的な磁場勾配が１！′７られる。

ここで、第３図（ロ）におけるｚＯを変化させた時の１
３の変化をプロットしたグラフを第５図に示す。（イ）
図はリターンパス部の全く無いコイルについてのグラフ
である。横軸はＺｏが０゜５Ｒから２．ＯＲまで変化し
た時のγ３の値をプロットしである。（ロ）図は横軸に
第３図のリターンパス部１４の長さ１ｆ−Ｚｏを取り、
磁場形成部１３の長さｚＯをパラメータにしてγ３の値
をプロットしたグラフである。（イ）図において、Ｚｏ
＝１．ＯＲの場合にγ３＝０．０９５　（リニアリティ
誤差：約１０％）であるが、（ロ）図にオイテ、Ｚｏ　
＝１．０Ｒ（７）場合で、ｌｆ　−Ｚｏ　＝０．５Ｒ（
７）場合７３＝　０　、２６５　（’）　ニア　！Ｊ　
７　イ誤差：約３０％）となり２．８倍にもなってリタ
ーンパス部１４の影響が大きいことが分る。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように第２図の横勾配コイルにおいて、リターン
パス部の１Ｆ〜４Ｆは勾配磁場に対して逆向きの電流を
流しており、第５図のグラフでも明らかなように勾配磁
場のリニアリティを劣化させる一要因となっている。Ｚ
ｏを大きくすれば、リターンパス部の存在がγ３に対し
て余り影響しなくなるが、Ｚｏが大きいということはボ
ビン長を長くすることであって好ましくない。

又、コイル外に漏洩！Ｉ　ＪＪｉがあると、勾配磁場の
切り替え時に例えば超ｍ導型磁石のヘリウム槽等高？１
ｔｌＪ率材に渦電流を発生し、この渦電流にょって生ず
る磁束により勾配磁場が打ち消されて弱くなるという現
象を生ずる。渦電流は周波数の高い場合に影響が大きく
、従って、立上りの急峻な波形に対して立上りを鈍らせ
良好なＮＭＲ像を得ることを妨げている。このため、一
般に勾配電源にＣＲ微分補償回路を入れる方法が取られ
るが、電源の尖頭電力に対する要求が約１０％〜２０％
も高くなるため、好ましい方法とは言えない。又、ＣＲ
微分補償回路だけでは十分な補償とはならず、画質の劣
化を沼いている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、リニアリティが良好で、且つ漏洩磁束が少なく、特に
超電導梨マグネットのヘリウム槽等の高電導材に誘起さ
れる渦電流の発生を低減する横勾配磁場発生コイルを実
現することにある。

（問題点を解決するための手段）前記の問題を解決する本発明は、均一な勾配磁場を発生
する核磁気共鳴断層庵影装置の横勾配磁場発生コイルに
おいて、同心円筒状に設置した大小半径の異なる２個の
コイルボビンと、小半径の前記コイルボビンに巻き付け
た磁場形成部と、大半径の前記コイルボビンに巻き付け
たリターンパス部とを具備することを特徴とするもので
ある。

（作用）磁場形成部を内層に巻き、リターンパス部を外層に６い
た２層のコイルにしてコイル内部には均一磁場を与え、
コイル外部には漏洩磁場を減少させる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例のコイルの構成図である。第
１図（イ）は平面上に展間したコイルの１／４の領域を
エツチング笠の方法で製作するコイルパターンの図で、
（ロ）は（イ）図のコイルパターンで作ったコイルの１
／４領域の図である。

図において、１はエツチング又は銅線を絶縁物平面上に
貼り付は等して作った複数の巻線からなるパターン（Ａ
）２とパターン（Ｂ）３をそれぞれの開放端で接続して
渦巻状にしたコイルパターンである。各コイルパターン
は、例えば第３図のコイルの磁場形成部のパターンに準
じて形成される。

パターン（Ａ）２とパターン（Ｂ）３とは開放端から見
て奥行の良さは等しく、間口の長さはパターン（Ｂ）３
の方が大きく作られている。（ロ）図において、４はコ
イルパターン１のパターン（Ａ）２を巻き付は貼付づる
ための半径がＲｓのボビン（Ａ）、５はパターン（Ｂ）
３をさき付は貼付するための半径がＲＬのボビン（Ｂ）
で、６はそれぞれパターン〈Ａ）２とパターン（Ｂ）３
とを巻き付は貼付して、ボビン（８）５の中にボビン（
Ａ）４を同心に保持している勾配磁場コイル半部である
。

完成した勾配磁場コイルを第７図に示す。図は勾配磁場
コイル７の正面図で、ボビン（Ｂ）５にパターン（Ｂ）
３を４個取り付けである。４個のパターン（Ａ）２を取
り付けたボビン（Ａ）４はボビン（Ｂ）５の内部に同心
に保持されている。

次に上記のように構成された勾配ｔ４ｉ場コイルの動作
を説明する。コイルパターン１においては、第１図（イ
）に示すように、パターン（Ａ）２とパターン（Ｂ）３
とは接続した開放端から見た間口の長さが異なっていて
、線間の間隔がパターン（Ｂ）３の方が広くなっている
。これを′ｆｉ径の異なる同心に保持されたボビン（△
）４とボビン（Ｂ）５にさくと、線間の間隔を適当に選
べば円筒の長手方向に平行する巻線の部分は円筒の中心
から見て同−半径上に存在するようにすることができる
。長手方向に直角な部分はパターン（Ａ＞２とパターン
（Ｂ）３の開放端からの距離が等しいため同様に同−半
径上に存在させることができ、このように配置すれば、
勾配磁場コイル７を円筒中心に向かって透？Ｊ！すると
、路用なっている。従って、勾配磁場コイル６の内部に
おけるＩａ場はパターン（Ａ）２がパターン（Ｂ）３に
比べて距離的に近いのでパターン（Ａ）２の影響を大き
く受けた磁場を構成している。リターンパス部のパター
ン（Ｂ）３には逆向きの電流が流れていてコイル内部に
対してはパターン（Ａ）２の磁場を打ち消すが、距離が
遠いので影響は小さく、又、均一に重なっているため影
響も均一でリターンパス部のパターン（Ｂ）３によって
生ずる不均一１１場の発生゛は極めて少ない。又、外部
に対してはパターン（Ａ）２による漏洩磁場をパターン
（Ｂ）３の逆電流によって生ずる磁場が打ち消す方向に
働く。

従って半径ＲＬとＲｓとの比を適当に定めることによっ
て渦電流を発生する場所である超電導コイルのヘリウム
槽における勾配磁場を従来の単一ボビンだけの場合に比
べて小さくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、第５図における
Ｚｏが小さい場合でもリニアリティが良いためボビン長
の短いものが実現できる。従って、ボビン長を短かくし
ないで従来と同じ長さであればリニアリティは一層良い
ものが１１られる。

漏洩ｔａＪ！Ｉが低減されているため、静磁場用磁石に
用いられている高電導率材（例えば超電導磁石のヘリウ
ム槽等）に誘起される渦電流を大幅に低減でき、渦電流
に起因する種々の画質劣化を効果的に防ぐことができる
。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のような変形が一例として上げられる。

（１）第１図（イ）のようにｌａＭＡ形成部とリターン
パス部とを同時に作るのではなく、別々のボビンにパタ
ーンを形成して組み込んだ後、対応する電流路を後で接
続しても良い。

（２）Ｎ流分布型について説明したが、ゴーレイ型であ
っても良い。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、均一な磁
場で、しかも漏洩磁場が少ないため渦電流の発生の少な
い横勾配磁場コイルが実現できて、実用上の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のコイルパターンの説明図、
第２図は従来の横勾配コイルの一般的形状を示す図、第
３図は電流分布型コイルの電流パターンの平面展間図、
第４図は電流密度の円周方向成分の分布図、第５図はパ
ターンの長さに対するγ３のグラフ、第６図はＮＭＲの
パルス法の説明図、第７図は本発明の一実施例の勾配磁
場コイルの図である。１・・・コイルパターン　２・・・パターン（Ａ）３・
・・パターン（Ｂ）　４・・・ボビン（△）５・・・ボ
ビン（Ｂ）　　６・・・勾配磁場コイル半部７・・・勾
配磁場コイル　１２・・・巻線１３・・・磁場形成部　
　１４・・・リターンパス部１５・・・ボビン特許出願人　横河メディカルシステム株式会社筒２図（イ）（ロ）第６図（イ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）（ハ）９アバルス　　　　１８００パルス繭７図

Claims

【特許請求の範囲】

均一な勾配磁場を発生する核磁気共鳴断層撮影装置の横
勾配磁場発生コイルにおいて、同心円筒状に設置した大
小半径の異なる２個のコイルボビンと、小半径の前記コ
イルボビンに巻き付けた磁場形成部と、大半径の前記コ
イルボビンに巻き付けたリターンパス部とを具備するこ
とを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置の横勾配磁場発
生コイル。