JP2002000583A - 電気的導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の技術の欠点を減じ得る、特に磁気共鳴
装置に使用するための電気的導体装置を提供する。 【解決手段】 電気的導体装置が導体メッシュ（Ｍν
μ）を含み、導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が、境界線
をネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）により定められている
平面（Ｆ１〜Ｆ６）に配置され、導体メッシュ（Ｍν、
Ｍνμ）に、導体装置の内側の電流（Ｉν、Ｉνμ）を
制御するべく構成されている制御装置が電気的に組み入
れられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に磁気共鳴装置の
ための電気的導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの技術分野で電気的導体装置が例え
ば予め定められた磁界を発生するために使用される。磁
気共鳴装置では、基本磁石システムにより発生される静
的な基本磁界に、勾配コイルシステムにより発生される
高速でスイッチングされる勾配磁界が重畳される。その
際に勾配コイルシステムの勾配コイルの導体装置は例え
ばドイツ特許出願公開第４２０３５８２号明細書及び／
又はドイツ特許出願公開第１９７２６３３２号明細書に
相応する方法により決定されている。さらに磁気共鳴装
置は、磁気共鳴信号を発生させるために高周波信号を検
査対象物に入射し発生された磁気共鳴信号を受け入れる
高周波システムを含み、これらの磁気共鳴信号に基づい
て例えば磁気共鳴像が作成される。

【０００３】勾配コイルシステムの勾配コイルは特定の
空間方向に対して、望ましい理想的な場合に少なくとも
１つの直線性ボリュウムの内側に専ら基本磁界に対して
共線的な主磁界成分を有する勾配磁界を発生する。主磁
界成分はその際に、どの任意の時点でも少なくとも直線
性ボリュウムの内側で位置に無関係に近似的に等しい大
きさである予め定め得る主勾配を有する。勾配磁界は時
間的に変化する磁界であるから、前記のことは確かにど
の時点に対しても当てはまるが、１つの時点から他の１
つの時点へと主勾配の強さは可変である。

【０００４】しかしマクスウェルの基本式に基づいて、
望ましい理想的な場合に反して、直線性ボリュウムにわ
たって専ら前記の主磁界成分を有する勾配コイルは構成
可能でない。その際には主磁界成分と共に、主磁界成分
に対して垂直に向けられている少なくとも１つの随伴磁
界成分が同時に現れる。いくつかの応用の際には勾配磁
界の前記の随伴磁界成分は検査結果の誤りに通ずる。

【０００５】勾配コイルシステムは通常、伝導性の構造
物により囲まれ、それらに、スイッチングされる勾配磁
界により渦電流が誘導される。このような伝導性の構造
物の例は超伝導性の基本磁界システムの内側クライオス
タットシェル、高周波シールドの銅箔および勾配コイル
システム自体である。渦電流により発生される磁界は望
ましくない。なぜならば、それらはなかんずく勾配磁界
を修正対策なしに弱め、その時間的経過を歪ませるから
である。これにより例えば磁気共鳴像の質が損なわれ
る。

【０００６】前記の渦電流磁界はある程度までは勾配コ
イルの電流目標量の相応の予歪みにより補償される。し
かし予歪みによっては、勾配磁界を数学的な意味で類似
に写像する渦電流磁界（すなわちその磁界分布が勾配磁
界に等しい渦電流磁界）しか補償されない。しかし、勾
配磁界を類似に写像しない渦電流も誘導されるので、い
わゆるより高い次数の追加的な空間的な磁界歪みが生ず
る。最後にあげた磁界歪みは能動的に遮蔽された勾配コ
イルシステムの際には遮蔽コイルの導体の相応の配置に
より補償可能である。これは勾配コイルシステムの構造
に相応に高い機械的精度を必要とし、これにより製造コ
ストが高くなる。

【０００７】磁気共鳴技術では基本磁界の均等性は磁気
共鳴像の質に対する決定的な因子である。その際に基本
磁界の磁界不均等性は磁気共鳴装置の撮像ボリュウムの
内側に、磁界不均等性に比例している磁気共鳴像の幾何
学的な歪みを惹起する。特に重要なのは例えばエコープ
ラナー法の際のいわゆる高速パルスシーケンスにおける
磁界均等性である。

【０００８】基本磁界の均等性を改善するための対策は
シム対策と呼ばれる。その際に受動的なシム対策と能動
的なシム対策とが区別される。能動的なシム対策では補
正コイル（いわゆるシムコイル）がシムコイル装置にお
いて使用され、それらが基本磁界を均等化する。シムコ
イル装置を作動させるためには、非常に一定でありかつ
再現可能に設定可能である直流電流を供給する電源装置
が必要である。

【０００９】例えばドイツ特許第１９５１１７９１号明
細書から公知のように、撮像ボリュウムの内側の基本磁
界は球調和関数の係数により記述される。さらに上記の
特許１９５１１７９１号明細書から、勾配コイルにオフ
セット電流を与えることにより、線形の基本磁界偏差
（すなわち第１次の磁界擾乱）が補償可能であることは
公知である。オフセット電流は、勾配シーケンスを実行
する電流に重畳される一定の電流である。より高い次数
の磁界不均等性を補償するためには、補償すべき次数に
相応して、ほぼ相応の磁界擾乱を補償するそれぞれシム
コイルが設けられており、シムコイルにそのために適当
な電流が与えられる。しかし、補償すべき次数ごとにシ
ムコイルを設けなければならず、さらに例えば勾配コイ
ルシステムの内側でシムコイルが利用可能な空間が狭小
に制限されているので、上記の補償には限界がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特に
磁気共鳴装置に使用するための電気的導体装置、特に従
来の技術の欠点を減じ得る電気的導体装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１の対象により解決される。有利な実施態
様は従属請求項にあげられている。

【００１２】導体メッシュを含み、導体メッシュが、境
界線をネット構造により定められている平面に配置さ
れ、導体メッシュに、導体装置の内側の電流を制御する
べく構成されている制御装置が電気的に組み入れられて
いる本発明による電気的導体装置により、望ましい面電
流分布が広い範囲内に望ましく設定および調節可能であ
る。本発明による電気的導体装置は例えば、磁界特性を
少なくとも１つの広い範囲内で自由にパラメータ化可能
であるフレキシブルに応用可能な磁界発生装置である。

【００１３】本発明による電気的導体装置は磁気共鳴装
置において例えば勾配コイルシステムの内側に渦電流の
結果としての磁界誤り及び／又は勾配磁界の随伴磁界成
分及び／又は基本磁界の不均等性を補償するために使用
可能である。相応の面電流分布を設定するために制御装
置が位置に関係する磁界ダイナミックスのための公知の
パルスシーケンスおよび勾配コイルにおける最適な面電
流分布を求めるための公知の設計方法の使用の下にパラ
メータ化または調節される。位置に関係する磁界ダイナ
ミックスのための公知のパルスシーケンスに関しては冒
頭にあげたドイツ特許第１９５１１７９１号明細書によ
るシムコイルの電流設定方法が参照される。勾配コイル
における最適な面電流分布を求めるための公知の設計方
法に関しては例えば同じく既に冒頭にあげたドイツ特許
出願公開第４２０３５８２号明細書が参照される。例え
ばハードウェア的に常に等しい構成を有する本発明によ
る電気的導体装置により磁気共鳴装置の磁界を発生する
構成要素の個別的な製造許容差の結果としての磁界歪み
が簡単に導体装置の制御装置の相応のパラメータ化によ
り個別的に補償可能である。

【００１４】１つの実施態様では本発明による電気的導
体装置は一層または多層に構成されたフレキシブルな導
体板として構成されている。これは例えば磁気共鳴装置
の勾配コイルシステムに使用する際に勾配コイルシステ
ムの他の構成要素と一緒に鋳込み可能である。

【００１５】磁界補正装置としての使用とならんで磁気
共鳴装置において本発明による電気的導体装置の１つま
たはそれ以上は、勾配コイル及び／又は基本磁界磁石の
意味で磁界を発生する構成要素として、及び／又は高周
波アンテナの意味で高周波信号を送信するための装置及
び／又は磁気共鳴信号を受信するための装置として使用
可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の他の利点、特徴および詳
細は図面による以下に説明される実施例において明らか
になる。

【００１７】図１〜６は実施例として規則的に構成され
たネット構造ＮＳ１〜ＮＳ６を示す。その際に、特定の
幾何学形状の平面から隙間なしに寄木張りされたネット
構造（すなわちｎ＝３、４、６に対するネット構造）を
構成し得る３種類のｎ角形の平面のみが可能である。そ
のために図１、３、５は等辺の三角形、矩形および等辺
の六角形から成る平面Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５を有する面状の
ネット構造ＮＳ１、ＮＳ３、ＮＳ５を示す。別の実施例
では、前記の規則的な多角形から一次元の歪みにより、
またはシアリングにより生じる平面を境する多角形も有
用である。そのために図２、４、６は、ネット構造ＮＳ
１、ＮＳ３、ＮＳ５の一次元の歪みから生ずる平面Ｆ
２、Ｆ４、Ｆ６を有する面状のネット構造ＮＳ２、ＮＳ
４、ＮＳ６を示す。

【００１８】導体装置を構成するためネット構造ＮＳ１
〜ＮＳ６の平面Ｆ１〜Ｆ６の各々にそれぞれ導体メッシ
ュが配置されている。その際に導体メッシュは互いに電
気的に絶縁されて配置され、もしくは導体メッシュは平
面Ｆ１〜Ｆ６の境界線に従って配置され、互いに隣接す
る導体メッシュは導体ネットが生ずるように共通の境界
線の範囲内で共通の導体経路により構成されている。

【００１９】図７および８には例として、互いに絶縁さ
れた導体メッシュを有する導体装置および電気的に導体
ネットに接続されている導体メッシュを有する導体装置
が示されている。その際に導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の各々
は導体装置の内側の電流を設定するための制御装置とし
て、非常に高い内部抵抗を有する少なくとも１つの電流
源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を有する。電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃の源電流
Ｉ₁〜Ｉ₃はそれに応じて電流源なしの導体経路を経て継
続する。それらは電流源なしの導体経路を経ては閉じな
い。

【００２０】図７は例として、３つの互いに絶縁された
導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃から成る導体装置を示し、その際
に導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の各々は、互いに無関係に制御
可能である電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を含んでいる。電流源Ｓ
Ｑ₁〜ＳＱ₃により設定すべき源電流Ｉ₁〜Ｉ₃は例えば１
Ａ、２Ａ、３Ａである。その際に電流Ｉ₁、Ｉ₂ならびに
Ｉ₂、Ｉ₃は、導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃が密に集まって延び
ている平行な導体経路を有する範囲内で、互いに補償し
合う。

【００２１】図８は破線により本来の導体メッシュＭ₁
〜Ｍ₃とならんで示されている電気的に接続されている
導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の導体ネットとして図７の導体装
置に相応する導体装置を示す。導体メッシュＭ₁〜Ｍ₃の
各々は、互いに無関係に制御可能である少なくとも１つ
の電流源ＳＱ₁〜ＳＱ₃を含んでいる。電流源ＳＱ₁〜Ｓ
Ｑ₃の源電流Ｉ₁〜Ｉ₃の電流経路は専ら最も右側の垂直
の導体経路を経て閉じる。図７と等価な電流分布に対し
て図８の源電流Ｉ₁〜Ｉ₃は直接に図７の密に隣接してい
る垂直な導体経路の電流収支から示される。源電流Ｉ₁
〜Ｉ₃は選ばれた例に対してそれぞれ１Ａである。

【００２２】前記の例は、導体ネットにおける互いに絶
縁された導体メッシュを有する導体装置に比べて、導体
ネットの内側に不必要な損失電力が発生されないので、
電力節減が達成可能であることを明らかにする。

【００２３】互いに直流的に絶縁された導体メッシュを
有する導体装置では必然的に各々の源電流に対して一義
的な電流経路が存在している。それに対して導体ネット
では必然的に一義的な電流経路が決定されていないの
で、電流分布は不定である。しかしながら、互いに絶縁
された導体メッシュから成る導体装置は通常、図７、８
により具象的に説明されている悪い効率を有する。その
原因は、一方では隣接する導体メッシュの位置的にほぼ
一致する導体経路に対して通常、導体ネットの比較可能
な導体経路の半分の導体断面しか利用可能でなく、従っ
て相応により高い損失電力が生ずること、他方では隣接
する導体メッシュの一致する導体経路のなかに逆向きの
電流が少なくとも部分的に補償し合うことである。

【００２４】図９〜１１は本発明の実施例として三角
形、矩形または六角形から成る規則的なネット構造を有
する導体ネットを示す。そのために導体メッシュＭ₁₁〜
Ｍ₃₈は電気的に互いに接続されている。前記の導体ネッ
トに対して、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の各々の源電流Ｉ₁₁
〜Ｉ₃₈に対して正確に一義的な電流経路が生ずることが
特徴である。この電流経路は図９〜１１で常に電流源Ｓ
Ｑ₁₁〜ＳＱ₃₈の一方の端子から水平に完全に右方に、電
流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈と同一の行に属する垂直な電流源な
しの導体経路を経て、最後に再び水平にその電流源ＳＱ
₁₁〜ＳＱ₃₈の他方の端子に戻る。それにより前記の電流
経路上の電流は通過する導体経路のインピーダンスに関
係せずに、単にそのつどの電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈の源電
流Ｉ₁₁〜Ｉ ₃₈により与えられている。源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈
の電流経路はそれによって常にそれに属する行に制限さ
れている。列方向の電流経路は生じない。

【００２５】図面を見やすくするため図９〜１１にはそ
れぞれ導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₃₈の１つに対してのみその
経過が破線により本来の導体メッシュとならんで示さ
れ、各々の図面に全ての源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₈および全ての
電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₈は記入されていない。相応のこと
が図１２〜１４にも当てはまる。

【００２６】図１２は本発明の実施例として、円筒の筒
面の上に配置されている規則的な矩形から成るネット構
造を有する導体ネットを示す。前記の導体ネットは具象
的に、図１０に示されている導体ネットを左から右へ転
がすことにより生じ、最も右の垂直の電流源なしの導体
経路は省略され、それにより生ずる開いた節点は相応に
最も左の垂直の導体経路により接続される。

【００２７】それによって図１２では、図１０と異な
り、電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆を全く含んでいない、もしく
は電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆の少なくとも２つを含んでいる
閉じた電流経路のみが可能である。このことは、任意の
電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₃₆が予め定められ得ないことを意味
する。このことは具象的に、例えば右側の電流源なしの
リング状の導体経路ＬＰｒの周りにこれを完全に囲むカ
バーを置いて考えることにより明らかになる。カバーの
内側には電荷が蓄積可能でないので、右側の電流源なし
のリング状の導体経路ＬＰｒにおける全ての源電流
Ｉ₃₁、Ｉ₃₂、Ｉ₃₃、Ｉ ₃₄、Ｉ₃₅、Ｉ₃₆の和はキルヒホフ
の法則により零とならなければならない。前記の導体経
路ＬＰｒには６つの電流源ＳＱ₃₁、ＳＱ₃₂、ＳＱ₃₃、Ｓ
Ｑ₃₄、ＳＱ₃₅、ＳＱ₃₆が接続されているが、これらはキ
ルヒホフの法則に基づいて互いに線形に無関係ではな
い。なぜならば、例えば第６の電流源ＳＱ₃₆の源電流Ｉ
３６はその他の電流源ＳＱ₃₁、ＳＱ₃₂、ＳＱ₃₃、Ｓ
Ｑ₃₄、ＳＱ₃₅の源電流Ｉ₃₁、Ｉ₃₂、Ｉ₃₃、Ｉ₃₄、Ｉ₃₅に
より決定されているからである。それにより不定の連立
式が生ずる。すなわちリング状の電流源なしの導体経路
ＬＰｒの電流に対して無限に多くの解が存在する。相応
のことがその他の電流源なしのリング状の導体経路に対
しても当てはまる。

【００２８】図１０の導体装置と異なり、図１２では源
電流Ｉ₁₁〜Ｉ₃₆の電流経路が一義的に予め定められてい
ない。例えば右側の電流源なしのリング状の導体経路Ｌ
Ｐｒに供給される源電流Ｉ₃₁は、源電流Ｉ₃₁の一部分が
左方に、他の部分が右方に進むことによって、２つの部
分電流に分かれる。その分割はリング状の導体経路の接
続点の間のリング状の導体経路ＬＰｒのセクションの個
々のインピーダンスに関係している。

【００２９】さらに、例えば図１２による導体ネットを
磁気共鳴装置の中空円筒状の勾配コイルに使用する際に
リング状の導体経路に電流が誘導され、これらの電流が
擾乱磁界を惹起する。このことを阻止するために、リン
グ状の導体経路が１つの個所においてほどかれて構成さ
れなければならず、または周辺方向の前記の非対称性を
回避するために図１０による４つの導体ネットが円筒面
の周辺方向に延びている各９０°範囲を覆う円筒面の４
つの象限に配置されている。

【００３０】図１３は本発明の別の実施例として円筒面
上の導体ネットを示す。導体ネットは具象的に図１０の
導体ネットを上から下へ展開することにより生じ、最も
上および最も下の電流源なしの水平な導体経路は互いに
融合している。図１０の電流源なしの右側の垂直な導体
経路からこうして図１２に電流源なしのリング状の導体
経路ＬＰｒが生ずる。

【００３１】図１３による導体ネットでは電流源ＳＱ₁₁
〜ＳＱ₆₃の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃は任意に選ばれる。なぜな
らば、源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃は常に、電流源なしのリング状
の導体経路ＬＰｒのセクションを含んでいる電流源なし
の導体経路を経て流れるからである。しかしながら源電
流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃の電流経路は一義的ではない。なぜなら
ば、電流源なしのリング状の導体経路ＬＰｒには図１２
と類似して常に２つの電流経路が可能であるからであ
る。それに対して縦方向の導体経路ＬＰｌの電流経過は
一義的である。平らなネット構造と同じく、電流源ＳＱ
₁₁〜ＳＱ₆₃の１つから発生される源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₆₃はそ
れに付設された縦方向の導体経路ＬＰｌを経て完全に右
方に流れる。そこでそれはリング状の導体経路ＬＰｒに
おいて短い導体経路を通る部分電流と長い導体経路を通
る部分電流とに分かれ、また隣接する縦方向の導体経路
ＬＰｌを経て電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₆₃に戻るように流れ
る。比較的多数の縦方向の互いに等間隔に配置されてい
る導体経路ＬＰｌを有する導体ネットでは、リング状の
導体経路ＬＰｒの前記の長い導体経路を経ての前記の部
分電流は無視可能である。

【００３２】他の実施例では、リング状の導体経路ＬＰ
ｒに一義的な電流経路を強制的に生じさせるため、電流
源が挿入されている。このことはさらに、リング状の導
体経路ＬＰｒを経て外部から誘導される電流が流れない
という利点を有する。さらに、リング状の導体経路ＬＰ
ｒの電流分割は縦方向の導体経路ＬＰｌの接続点の間の
リング状の導体経路ＬＰｒの導体セクションの相い異な
るインピーダンスに関係しない。

【００３３】図１４は本発明の別の実施例として円筒の
筒面上の別の導体ネットを示す。その際には、図１３に
よる導体装置とは異なり、電流源なしのリング状の導体
経路ＬＰｒが円筒面の中心に配置されており、電流源な
しのリング状の導体経路ＬＰｒの両側に等しい数の電流
源ありのリング状の導体経路が設けられている。図１４
による導体ネットは特に磁気共鳴装置の中空円筒状の勾
配コイルシステムに使用するために適している。なぜな
らば、その際には円筒の中心に電流誘導が電流源なしの
リング状の導体経路ＬＰｒに生ぜず、従ってこれが電気
絶縁性の装置（例えば分離または電流源）なしに構成さ
れるからである。図１２〜１４に対して説明されたこと
は同様に図９、１１の導体ネットの展開から生ずる円筒
面状の導体ネットに対しても円筒面状以外の導体ネット
に対しても当てはまる。

【００３４】上述した図７〜１４の実施例では電流源は
導体メッシュまたは導体ネットに集積されている。その
際にこれらのネット内部の電流源は例えば電圧分配回路
網を介して外部からエネルギーを供給される。

【００３５】円筒面状のネット構造に対しては供給電圧
を供給するために、円筒主軸の方向に延びている櫛状の
電圧分配回路網が有利である。円筒端において個々の櫛
歯が周辺方向に、１つの個所において中断されている二
線導体リングを介して接続される。このようにして供給
電圧へのネット内部の電流源の短い接続が可能である。

【００３６】ネット内部の電流源では電流源を設けるた
めに限られた場所しか利用可能でなく、ネット内部の電
流源の廃熱の放出が限られた範囲でしか可能でない。さ
らに、細い金属導線、光導体またはバスシステムとして
構成されている小信号制御導線を電流源に対して設けな
ければならない。さらに、内部の電流源がパルス幅変調
される電流源として構成されている場合には、源電流の
フィルタリングに比較的高い費用がかかる。

【００３７】導体ネットの場合には各々の電流源の両方
の極が導体ネットを経て各々の他方の電流源の極となん
らかの方法で直流的に接続されているので、電流源を直
流的に互いに脱結合しなければならない。すなわち、す
べての極が直流的に互いに隔離されているいわゆる浮動
電流源を使用しなければならない。

【００３８】従って、実施例では、共通の電圧分配回路
網が内部の電流源のエネルギー供給のために設けられて
おり、内部の電流源の直流的な脱結合はしかるべき場所
で容量性または誘導性に実現されている。占有場所の理
由から容量性の脱結合が有利である。その際に十分な脱
結合のために供給電圧の周波数は電流源の負荷変動の結
果として生ずるスペクトル成分の周波数よりもはるかに
高く選ばれている。互いに絶縁されている導体メッシュ
から成る導体装置では電流源の直流的な脱結合の前記の
課題は課せられない。前記のネット内部の電流源の実施
例は図１８〜２０により一層詳細に説明される。

【００３９】図１５は外部の電流源を有する導体装置の
実施例を示す。例として、正方形の面から構成されてい
るネット構造に従って配置されている互いに絶縁されて
いる導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅から成る導体装置が示され
ている。各々の導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅に外部の電流源
ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅が対応付けられている。例として導体メ
ッシュＭ₂₃またはＭ₄₁に対してそれらの電流源ＳＱ₂₃ま
たはＳＱ₄₁が示されている。これらの電流源は外部の電
流源としてネット構造の外側に構成されており、各捩ら
れた二線導体ＺＤＬを経て導体メッシュＭ₂₃またはＭ₄₁
と接続されている。

【００４０】導体メッシュＭ₁₁〜Ｍ₄₅がネット構造の外
側に構成されている外部の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅により
捩られた二線導体ＺＤＬを経て給電される上述した実施
例では、通常十分な場所が電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅に対し
て存在している。電流源ＳＱ ₁₁〜ＳＱ₄₅から発生される
熱の放出に問題は生じない。電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ₄₅がパ
ルス幅変調される電流源として構成されている場合に
は、それらの源電流はネット構造の外側で簡単にフィル
タ可能である。さらに個々の電流源ＳＱ₁₁〜ＳＱ ₄₅は例
えば誘導性の変成器により互いに問題なく直流的に脱結
合可能である。他方において比較的多くの二線導体ＺＤ
Ｌをネット構造内に導き入れる必要があり、それらは全
体の源電流Ｉ₁₁〜Ｉ₄₅を流すことができなければならな
いので、特に細く構成することはできない。二線導体Ｚ
ＤＬの両方の心線は密に並び合って、互いに撚られて導
かれる必要がある。さらに、磁気共鳴装置の基本磁界の
影響範囲内に導体装置を使用する際には、例えば基本磁
界の望ましくない歪みが生じないように、二線導体は電
磁的にコンパチブルに可能なかぎり基本磁界の方向に配
線されていなければならない。

【００４１】先に説明された図７〜１５の実施例では導
体装置の内側に特定の電流分布を設定するため、導体メ
ッシュの各々が源電流を供給するための少なくとも１つ
の電流源と接続されている。

【００４２】特に導体ネットでは、ネット構造の縁にの
み配置されている電流供給が望ましい。その際に前記の
システムが追加的な措置なしでは通常強く不定であるこ
とは明らかである。すなわち独立した電流経路の数はネ
ット構造の列または行の数の増大と共に二乗関係で増大
するが、ネット構造の縁に利用可能な供給点は一乗関係
でしか増大しない。源電流の一義的な電流経路が例えば
導体メッシュの節点におけるスイッチにより決定される
ので、スイッチに基づいて広い範囲内で自由にパラメー
タ化可能な導体装置が構成され得る。

【００４３】特に、導体構造の内側に配置され例えば磁
気共鳴装置の強い基本磁界に曝されているスイッチに
は、特定の要求が課せられる。すなわち、開いたスイッ
チにおける電圧が原理的に双極性であるので、スイッチ
も双極性に構成されている。導体装置の内側の電位が、
システム接地電位に関して、広い範囲内で任意の値をと
るので、スイッチの駆動が電位分離されて行われる。

【００４４】さらにスイッチは、例えば磁気共鳴装置の
強い基本磁界または高周波磁界により擾乱されないよう
に、また逆にそれらを擾乱しないように、電磁的な環境
条件に適合しなければならない。そのために基本磁界の
影響範囲には特に強磁性の構成部分を避けなければなら
ない。なぜならば、それらは磁気共鳴像の質に対して重
要な基本磁界の均等性を擾乱するからである。他方にお
いて強磁性の構成部分は基本磁界により飽和領域に磁化
されるので、例えば強磁性材料から成るコアを有する誘
導性の変成器は使用可能でない。

【００４５】スイッチオフ状態でのスイッチの耐電圧性
は、導体装置に電磁誘導により生ずる最大の電圧よりも
高い電圧に耐えるように選ばれている。スイッチオン状
態でのスイッチの耐電圧性はほぼ導体装置の設計データ
ならびにその形状により決定される。スイッチの許容さ
れる開閉時間は、スイッチがクロックされるか、準静的
にのみ作動させられるかに強く関係する。能動的なスイ
ッチ要素としてはＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴが適す
る。開閉すべき電流が大きい場合にはＩＧＢＴがＭＯＳ
ＦＥＴに比べて有利である。ＭＯＳＦＥＴではｎチャネ
ル型式が低い損失電力のために有利である。

【００４６】図１６は、導体装置に集積可能なスイッチ
の可能な実施例を示す。そのためにスイッチはその一次
端子Ｐ１、Ｐ２を介して導体装置の導体メッシュに電気
的に接続されている。本質的に２つの逆直列に接続され
ているｎチャネルＭＯＳＦＥＴ１６１、１６２により双
極性のスイッチが実現されている。ＭＯＳＦＥＴ１６
１、１６２の両方のソース端子を一括接続すると有利で
あり、それによってゲート端子も直接に互いに接続可能
であり、また双極性のスイッチがこのようにして単一の
ゲート‐ソース電圧を介して制御可能である。スイッチ
に対する制御信号ならびにスイッチ用補助電子回路に対
する直流電圧の供給は無電位で行われている。制御信号
に対する電位分離は光導波路１６５およびフォトカップ
ラ１６４を用いて行われる。フォトカップラ１６４とし
てはシーメンス社の型式ＳＦＨ５５１またはハネウエル
・パッカード社のＨＦＢＲ‐２５Ｘ１が使用可能であ
る。高速駆動のためにドライバモジュール１６３が設け
られている。供給端子ＡＣ１、ＡＣ２に与えられている
高周波の供給用交流電圧とスイッチ用補助電子回路に対
する直流電圧との間の電位分離は、２つの結合コンデン
サＣ_Kおよびブリッジ整流器ＢＧＲを含んでいる容量性
の電圧変換器１６６を介して行われる。電位分離の機能
は供給用交流電圧の両方の半波の等しい利用に関係し、
このことはブリッジ整流器ＢＧＲにより保証されてい
る。結合コンデンサＣ_Kは、導体範囲内で設定すべき電
流の無視し得ないスペクトル成分がその結合コンデンサ
Ｃ_Kを経て流出しないように小さく選ばれている。他の
実施例ではＭＯＳＦＥＴ１６１、１６２のゲート端子が
フォトダイオードアレイを用いて直接に光導波路１６５
を経て充電および放電される。

【００４７】図１７は実施例として多くの前記のスイッ
チに対する電圧分配回路網を示す。対称要素１７３を経
ての接地対称な交流電圧供給が行われている。共通の対
称な供給線１７４がスイッチの交流電圧供給端子ＡＣ
１、ＡＣ２に接続されている。高周波発生器１７１は例
えば５０Ωサイン発生器として構成され、その後に整合
回路網１７２が接続され、この整合回路網は容量性の負
荷成分を補償し、インピーダンス変換を実行する。他の
実施例では高周波発生器１７１は低抵抗の方形波発生器
として構成され、対称要素１７３は互いに１８０°位相
ずれを有する２つの制御可能なハーフブリッジから構成
されている。

【００４８】図１８〜２０には特にネット内部の電流源
およびそれらの電圧供給に対して相応の実施例が示され
ている。図１８には線形の電流源が、図１９にはパルス
幅変調されて作動可能な電流源が、図２０には前記の電
流源の相応の電力供給が示されている。

【００４９】線形の電流源は原理的に高抵抗である。こ
のことは、電流源を流される導体メッシュがそれと結合
インダクタンスを介して結合されている隣接する導体メ
ッシュに電流を電磁誘導により生じないという利点を有
する。すべての導体装置がそれによって互いに脱結合さ
れているので、補正マトリックスまたは調節回路は必要
とされる。しかし線形の電流源は比較的高い損失電力用
開閉器を有する。これを限界内に保つため、プッシュプ
ルＡＢ動作またはプッシュプルＢ動作の電流源が設けら
れている。

【００５０】そのために図１８は、負荷インピーダンス
ＬＩを通る比較的高い出力電流に対して適しているプッ
シュプルＡＢ動作の線形の電圧制御形双極性電流源の実
施例を示す。双極性の電流源は接地対称な直流電圧を供
給するために供給端子＋Ｕ、−Ｕを、かつ制御電圧を介
して電流源を制御するために制御電圧端子Ｕ_inを有す
る。図１８による回路の正確な作動の仕方は例えばＵ．
ティーチェ等の著書“半導体回路技術”（第９版、シュ
プリンガー出版社、ベルリン、１９９０年発行、第３７
４〜３７８頁）に記載されている。

【００５１】図１９は、上述した線形の電流源よりも低
損失で作動可能でありパルス幅変調されて作動可能であ
る電流源の実施例を示す。パルス幅変調される電流源で
は、供給端子＋Ｕ、−Ｕ間に与えられている直流電圧を
スイッチＳ１、Ｓ２を用いて高速で切換えることによ
り、スイッチングクロックに比較して遅く変更可能な電
流が負荷インピーダンスＬＩに与えられる。両方のスイ
ッチＳ１、Ｓ２のデューティ比を介して低域通過フィル
タ１９２の後で負荷インピーダンスＬＩを流れる平均電
流が制御される。前記の電流は調節ループの枠内で調節
可能であり、調節ループは電流センサ１９１、比較器１
９５、調節器１９４およびコンパレータ１９３を含んで
いる。さらに、制御電圧端子Ｕ_inに与えられている制御
電圧に対する正負符号検出器により別のスイッチＳ３の
駆動を介して、例えば低域通過フィルタ１９２の入力端
に特定の正の電圧を発生するためスイッチＳ２が開かれ
た状態にとどまり、スイッチＳ１のみがスイッチングさ
れるように、スイッチＳ１、Ｓ２の効率を改善されたス
イッチング動作を制御可能である。

【００５２】負荷インピーダンス回路の急速な放電のた
めに実施例では別のスイッチが低域通過フィルタ１９２
の前に接地の後に設けられている。実施例では前記のパ
ルス幅変調される電流源においてスイッチＳ１、Ｓ２、
低域通過フィルタ１９２および電流センサ１９１のみが
導体装置に集積され、その他の構成部分は相応に外に置
かれている。

【００５３】図２０は電流源の１つに対して電圧変換器
を有する多くの電流源に対する電圧分配回路網を実施例
で示す。電圧分配回路網および電圧変換器は図１６、１
７のそれらに類似して構成されている。図２０には図１
７に相応して対称化要素２０３および対称な交流電圧供
給導線２０４が示されている。図２０に示されている容
量性の電圧変換器２０６は図１６のそれに比べて２つの
ブリッジ整流器ＢＧＲを有するので、電流源の直流電圧
供給端子＋Ｕ、−Ｕに対して中心電位点に関して２つの
絶対値が等しい大きさの電圧が得られ、それによって正
および負の電圧枝路に相い異なる高さの負荷電流が流れ
る。満足な効率を得るために、充電コンデンサＣ_Lにお
ける電圧が可能なかぎり負荷に無関係に設定可能である
ように、結合コンデンサＣ_Kのキャパシタンスは負荷電
流に同期して調節可能に構成されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図２】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図３】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図４】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図５】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図６】等しい幾何学的形状の面を有する規則的なネッ
ト構造を示す概略図。

【図７】互いに絶縁された導体メッシュを有する導体装
置を示す概略図。

【図８】互いに電気的に接続されている導体メッシュの
導体ネットとしての導体装置を示す概略図。

【図９】ネット内部の電流源および三角形から成る規則
的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略
図。

【図１０】ネット内部の電流源および矩形から成る規則
的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略
図。

【図１１】ネット内部の電流源および六角形から成る規
則的なネット構造を有する平らな導体ネットを示す概略
図。

【図１２】ネット内部の電流源および矩形から成るネッ
ト構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。

【図１３】ネット内部の電流源および矩形から成るネッ
ト構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。

【図１４】ネット内部の電流源および矩形から成るネッ
ト構造を有する円筒面状の導体ネットを示す概略図。

【図１５】互いに絶縁された導体メッシュおよびネット
構造の外側に配置されている電流源を有する平らな導体
装置を示す概略図。

【図１６】導体装置に集積可能なスイッチを示す概略
図。

【図１７】多くの集積可能なスイッチに対する電圧分配
回路網を示す概略図。

【図１８】プッシュプル終段ＡＢ動作する線形の電圧制
御形双極性電流源を示す概略図。

【図１９】パルス幅変調されて作動可能な電流源を示す
概略図。

【図２０】電流源の１つに対する電圧分配回路網および
電圧変換器を示す概略図。

【符号の説明】

ＡＣ１、ＡＣ２ 交流電圧供給端子 ＢＲＧ ブリッジ整流器 Ｃ_K 結合コンデンサ Ｃ_L 充電コンデンサ Ｆ１〜Ｆ６ 平面 Ｉν、Ｉνμ 源電流 ＬＰｒ リング状の導体経路 ＬＰｌ 縦方向の導体経路 ＬＩ 負荷インピーダンス Ｍν、Ｍνμ 導体メッシュ ＮＳ１〜ＮＳ６ ネット構造 Ｐ１、Ｐ２ 一次端子 ＳＱν、ＳＱνμ 電流源 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ スイッチ ＋Ｕ、−Ｕ 直流電圧供給端子 Ｕ_in 制御電圧端子 ＺＤＬ 二線導線 １６１、１６２ ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ １６３ ドライバーモジュール １６４ フォトカップラ １６５ 光導波路 １６６、２０６ 電圧変換器 １７１ 高周波発生器 １７２ 整合回路網 １７３、２０３ 対称化要素 １７４、２０４ 供給線 １９１ 電流センサ １９２ 低域通過フィルタ １９３ コンパレータ １９４ 調節器 １９５ 比較器 １９６ 正負符号検出器

フロントページの続き (72)発明者 ラルフ オッペルト ドイツ連邦共和国 91080 ウッテンロイ ト フェーレンヴェーク 14 (72)発明者 マルクス フェスター ドイツ連邦共和国 90471 ニュルンベル ク ハンス‐ファラダ‐シュトラーセ 59 Ｆターム(参考） 4C096 AB31 AD08 AD09 CA23 CA35 CA47 CB01 CB11 CB16

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体装置が導体メッシュ（Ｍνμ）を含
   み、 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が、境界線をネット構造
   （ＮＳ１〜ＮＳ６）により定められている平面（Ｆ１〜
   Ｆ６）に配置され、 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）に、導体装置の内側の電
   流（Ｉν、Ｉνμ）を制御するべく構成されている制御
   装置が電気的に組み入れられていることを特徴とする電
   気的導体装置。
2. 【請求項２】 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が互いに
   電気的に絶縁されて構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の電気的導体装置。
3. 【請求項３】 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）の少なく
   とも１つが平面（Ｆ１〜Ｆ６）の境界線に相応する形状
   を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電気的
   導体装置。
4. 【請求項４】 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）が境界線
   に従って配置され、互いに隣接する導体メッシュ（Ｍ
   ν、Ｍνμ）が共通の境界線の範囲内で共通の導体経路
   により構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   電気的導体装置。
5. 【請求項５】 平面（Ｆ１〜Ｆ６）が、ネット構造（Ｎ
   Ｓ１〜ＮＳ６）の平面を隙間なしに寄木張りするように
   構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つ
   に記載の電気的導体装置。
6. 【請求項６】 全ての平面（Ｆ１〜Ｆ６）が等しい幾何
   学的形状を有することを特徴とする請求項１乃至５の１
   つに記載の電気的導体装置。
7. 【請求項７】 平面（Ｆ１〜Ｆ６）の少なくとも１つが
   三角形状、矩形状または六角形状に構成されていること
   を特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の電気的導体
   装置。
8. 【請求項８】 ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）が三次元
   の立体の表面に配置されていることを特徴とする請求項
   １乃至７の１つに記載の電気的導体装置。
9. 【請求項９】 ネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）が円筒の
   筒面を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至８の１
   つに記載の電気的導体装置。
10. 【請求項１０】 制御装置なしの導体経路（ＬＰ１）が
    円筒の長手方向に構成されていることを特徴とする請求
    項９記載の電気的導体装置。
11. 【請求項１１】 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）が
    円筒の周囲方向に構成されていることを特徴とする請求
    項９又は１０記載の電気的導体装置。
12. 【請求項１２】 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）が
    円筒の中心に配置されていることを特徴とする請求項１
    １記載の電気的導体装置。
13. 【請求項１３】 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）の
    両側に等しい数の制御装置ありの導体経路が周囲方向に
    配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２記
    載の電気的導体装置。
14. 【請求項１４】 制御装置なしの導体経路（ＬＰｒ）に
    電気的に絶縁可能な装置が組み入れられていることを特
    徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の電気的導体
    装置。
15. 【請求項１５】 導体メッシュ（Ｍν、Ｍνμ）ごとに
    制御装置の少なくとも１つが組み入れられていることを
    特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の電気的導体
    装置。
16. 【請求項１６】 制御装置の少なくとも１つが制御可能
    な電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）を含んでいることを特徴
    とする請求項１乃至１５の１つに記載の電気的導体装
    置。
17. 【請求項１７】 少なくとも電流源（ＳＱν、ＳＱν
    μ）の構成部分がネット構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の内側
    に配置されていることを特徴とする請求項１６記載の電
    気的導体装置。
18. 【請求項１８】 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がネット
    構造（ＮＳ１〜ＮＳ６）の外側に配置されていることを
    特徴とする請求項１６記載の電気的導体装置。
19. 【請求項１９】 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がバイポ
    ーラな電流源として構成されていることを特徴とする請
    求項１６乃至１８の１つに記載の電気的導体装置。
20. 【請求項２０】 電流源（ＳＱν、ＳＱνμ）がパルス
    幅変調されて作動可能な電流源として構成されているこ
    とを特徴とする請求項１６乃至１８の１つに記載の電気
    的導体装置。
21. 【請求項２１】 制御装置がスイッチを含んでいること
    を特徴とする請求項１乃至２０の１つに記載の電気的導
    体装置。
22. 【請求項２２】 スイッチが導体メッシュ（Ｍν、Ｍν
    μ）の節点に配置されていることを特徴とする請求項２
    １記載の電気的導体装置。
23. 【請求項２３】 スイッチが少なくとも１つの電力用半
    導体デバイスを含んでいることを特徴とする請求項２１
    又は２２記載の電気的導体装置。
24. 【請求項２４】 導体装置が制御装置に給電する電圧分
    配ネット（１７４、２０４）を含み、この電圧分配ネッ
    トが高周波の交流電圧により作動可能であることを特徴
    とする請求項１乃至２３の１つに記載の電気的導体装
    置。
25. 【請求項２５】 制御装置の１つが電位分離する電圧変
    換器（１６６、２０６）を介して電圧分配ネット（１７
    ４、２０４）と接続され、電圧変換器（１６６、２０
    ６）が高周波の交流電圧から直流電圧を発生するために
    結合コンデンサ（Ｃ_K）および少なくとも１つのブリッ
    ジ整流器（ＢＧＲ）を含んでいることを特徴とする請求
    項２４記載の電気的導体装置。