JPH0222649B2 - - Google Patents

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JPH0222649B2
JPH0222649B2 JP57148445A JP14844582A JPH0222649B2 JP H0222649 B2 JPH0222649 B2 JP H0222649B2 JP 57148445 A JP57148445 A JP 57148445A JP 14844582 A JP14844582 A JP 14844582A JP H0222649 B2 JPH0222649 B2 JP H0222649B2
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plane
symmetry
conductor piece
gradient coil
coil system
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Fureeze Georuku
Jiiboruto Horusuto
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Siemens Corp
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Publication of JPH0222649B2 publication Critical patent/JPH0222649B2/ja
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • 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
    • G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils

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  • Veterinary Medicine (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は核スピン共鳴現像に基く技術例えば
ツオイグマトグラフイで使用される映像装置に対
して磁場の勾配を作るグラジエントコイル系を対
象とする。このコイル系は投像対象区域の中心を
原点とする直角座標系のｚ軸上に円筒軸を持つ少
くとも一つの中空円筒形支持体上に設けられ、ｚ
方向に向けられた基底磁場に対してほぼ一定のｚ
方向の勾配Gz＝∂Bz／∂zを作るため投像対象区域の 中心を通るxy面に対して少くとも近似的に対称
配置された環状コイルが少くとも２個設けられて
これに互に逆向きの電流が流れ、更にｘ方向およ
びｙ方向にもほぼ一定な勾配、Gx＝∂Bz／∂x，Gy＝ ∂Bz／∂yを作るためこの対称面（xy面）に対して少 くとも近似的に対称配置されたくら形単独コイル
対の組を備え、これらの組にはそれぞれｚ方向に
置かれた直線導体片とｚ軸に垂直に円筒支持体の
周囲に沿つて曲げられたアーチ形導体片が結合さ
れている。これらの導体片の中並んだ二つのコイ
ル対の互に隣り合つた単独コイルに属する直線導
体片では電流方向が等しいが、一つのコイル対内
の直線導体片を流れる電流は他のコイル対の対応
する導体片を流れる電流に対して逆向きである。
このように構成されたグラジエントコイル系は米
国特許第3569823号明細書により公知である。
医学上の診断に対しては検査対象の人体内のス
ピン密度分布又は緩和時間分布から導かれる陽子
共鳴信号の計算機を使用するかあるいは測定技術
による分析を通してＸ線断層像に類似した画像を
作る映像法が提案されている。この方法はツオイ
グマトグラフイ又は核スピントモグラフイと呼ば
れている（“Nature”，242，p.190―191，
（1973））。
公知の方法による核スピントモグラフイに対し
ては３種類のコイル系が必要である。その一つは
大きさ0.05乃至0.5テスラのできるだけ一様な定
常基底磁場Bzを作るものである。この磁場は検
査対象の人体が置かれている検査軸となるｚ軸方
向に向けられる。この座標系の原点は投像対象区
域（検査区域）内に置かれている。次に核スピン
を励起し場合によつては同時に誘導信号を受信す
るため測定対象の核スピンのプレセツシヨン周波
数に対する高周波コイル装置が使用される。この
高周波コイル装置が同時に信号検出に使用されな
い場合には別に受信コイル系が設けられる。更に
一連の磁場の勾配を作るグラジエントコイルが必
要となる。これには直角座標軸方向の補助磁場
Gz＝∂Bz／∂z，Gx＝∂Bz／∂xおよびGy＝∂Bz／∂yを
作るも のが有利である。これらの補助磁場はｚ方向の基
底磁場Bzに比べて小さい。予め定められた順序
に従つて補助勾配磁場を投入することによつて始
めて空間の各点における核スピンのプレセツシヨ
ン周波数の時間経過を通して場所による差異を判
別することが可能となる。
勾配Gx，Gy，Gzが投像区域内で近似的にも一
定でなく場所の関数であると像のぼけ、ひずみの
外アルテフアクテと呼ばれている障害が発生す
る。勾配磁場の直線性即ちその微係数Gx，Gy，
Gzの一定性は核スピントモグラフイ装置の良質
な画像に対する重要な前提条件である。
一般に磁場勾配Gx，Gy，Gzは磁気的四極子に
よつて作られる。磁場勾配を作るコイルは基底磁
場形成磁石内部に置かなければならないが核スピ
ン共鳴装置の場合はこの部分に検査対象特に人体
を入れるため充分広い空間が残されている必要が
あることを考慮しなければならない。このような
コイル系の形を解析的に求めることは前に挙げた
米国特許第3569833号明細書に記載されている。
それによればコイルの形は磁場の球関数展開の一
つの次数によつて表わされるものとなる。この場
合磁場を作る導体は中空円筒形の支持体の外面と
内面に設けられているものとされている。この配
置によれば導体が有限の長さを持ち特定の位置に
置かれていることによる球関数の乱れが最小にな
る。
グラジエントコイルを備える円筒形支持体は基
底磁場発生磁石内に、その軸が基底磁場磁石の軸
に一致するように挿入される。基底磁場磁石の軸
は例えば直角座標系のｚ軸となつている。ｚ方向
の勾配Gzは二つの互に逆向きに電流が流れる環
状コイルによつて作られる。ｘ方向の勾配Gxに
対しては二つのくら形コイル対が支持体上に設け
られる。ｙ方向の勾配Gyに対しても同様に４個
のくら形コイルから成る系が使用され、この系は
円筒支持体面上でｘ勾配コイル系に対し周回方向
に90゜偏位して設けられる。各コイル系の２対の
単独コイルは投像対象区域の中心を通る円筒軸に
垂直なxy面に対して対称的に配置される。
このコイル系の形を計算するに当つて投像対象
区域の中心を通る対称面（xy面）において勾配
磁場の良好な線形性が達成されることが目標とな
る。しかし核スピン共鳴装置を使用して全身像を
撮影する際には一つの平面即ち投像対象の一つの
平面区域においての勾配磁場の線形性だけでなく
例えば半径20cmの球状の空間において勾配磁場が
線形性を示すようにする。これは投像面を空間の
任意の方向に向けることができるようにするため
この空間全体で勾配磁場の線形性が要求されるこ
とによるものである。この場合投像画像の大きな
ひずみを避けるためには勾配は例えば５％以下の
誤差で一定でなければならない。
この発明の目的は冒頭に挙げたグラジエントコ
イル系を改良して三次元的に拡がつた投像対象区
域においてｘ方向又はｙ方向又はその双方の勾配
に要求される線形性が比較的簡単な方法によつて
達成されるようにすることである。
この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として
挙げた構成とすることによつて達成される。
この発明によるグラジエントコイル系の持つ利
点は対称面側にあるアーチ形導体片をそれぞれ二
つの弧状部分に分割しこれらの部分のアンペア回
数を特定の値に選ぶことによつてｚ方向にも充分
拡がつた勾配磁場の線形区域が作られることであ
る。それと同時に各単独コイルの寸法を小さく
し、そのインダクタンスを限定することができ
る。これによつて多くの映像・装置において要求
されている短時間の起動・停止が可能となる。
この発明によるグラジエントコイル系の有利な
実施形態は特許請求の範囲第２項以下に示されて
いる。
図面に示した実施例についてこの発明を更に詳
細に説明する。
この発明によるグラジエントコイル系を使用す
る核スピン共鳴装置も公知の磁石コイル装置を基
礎にするものでその一例は米国特許第3569823号
明細書に記載されている。このコイル装置は直角
座標軸のｚ軸に同軸的に設けられた通常伝導型又
は超伝導型の磁場コイル系を少くとも一つｚ方向
の基底磁場発生用として備える。この外に投像対
象区域内に充分一定の磁場の勾配を作るグラジエ
ントコイルが設けられる。直角座標系の原点は投
像対象区域の中心に置かれる。検査対象例えば人
体はｚ軸に沿つて磁場内に入れられ、磁石コイル
系は検査対象がその中心の均等磁場区域に挿入さ
れるように構成されている。核スピンの励起はｚ
軸に垂直の高周波磁場によつて行われ、この磁場
を作るコイルは同時に核スピン共鳴信号の受信コ
イルとして使用される。
上記のような核スピン共鳴装置に対してこの発
明のグラジエントコイル系を使用することができ
る。このコイル系はｘ方向とｙ方向のグラジエン
トコイルを含み、その中の一方例えばｙ方向の勾
配を作るコイルが第１図に示されている。第１図
において他の部分によつてかくされている導体部
分は破線で示されている。投像対象区域内に充分
線形性の勾配磁場をｘ方向又はｙ方向に作るコイ
ル系はくら形の単独コイル４と５又は６と７から
成るコイル対２と３を含み、これらの単独コイル
は一つの円筒形支持体９の外面又は内面又はその
双方に設けられている。この支持体の外径又は内
径はγであり、その円筒軸はｚ軸方向に向けられ
ている。検査対称例えば人体もこの軸に沿つて置
かれ、その投像対象区域１０は点破線で示されて
いる。この区域に破線矢印１１で暗示されている
なるべく均等なｚ方向の基底磁場が基底磁場コイ
ルによつて作られる。xyz座標系の原点はこの投
像対象区域の中心に置く。
両コイル対２と３は投像対象区域の中心を通る
xy面に対して対称的に配置される。この対称面
は破線１２で示されている。
該スピン共鳴装置の映像装置に対する均等性の
要求を満たす各部分の線形性例えばｘ方向の勾配
磁場の線形性を確保するため４個の単独コイル４
乃至７はそれぞれ対称面１２側にある巻数N1の
アーチ形導体片１４および対称面から遠い側にあ
る巻数N2のアーチ形導体片１５の外に別のアー
チ形導体片１６を備えている。この導体片１６は
対称面に近いアーチ形導体片１４に並列に接続さ
れその巻数はN3である。アーチ形導体片１４，
１５，１６の周回方向の長さは中心ではさむ円弧
角が90゜と150゜の間、更に限定すれば121゜から134゜
の間にあるように選ぶと有利である。
アーチ形導体片１４乃至１６はｚ方向の直線導
体片１７，１８又は１７′，１８′と組合わされて
くら形のコイルを形成し、対称面１２から特定の
間隔を保つて配置される。更に対称面１２から遠
いアーチ形導体片１５は対称面に近いアーチ形導
体片１４よりも遥に大きなアンペア回数を持つ。
両端面のアーチ形導体片１４と１５の間にある導
体片１６のアンペア回数はこれらのアーチ形導体
片のアンペア回数の中間にある。従つてアーチ形
導体片１４，１６および１５のアンペア回数Ｉ・
N1，Ｉ・N3およびＩ・N2の値は対称面１２から
の距離と共に増大している。
対称面に近いアーチ形導体片１４の対称面から
の距離a1は円筒支持体の半径をγとして0.1γから
0.4γの間特に約0.24γに選ぶと有利である。外側
のアーチ形導体片１５の対称面からの距離a2は距
離a1に関係し2.5a1と100a1の間に選ぶ。a2を約7a1
とし特に1.71γにすると有利である。導体片１４
と１５の中間にあるアーチ形導体片１６の対称面
からの距離a3はこれらの導体片の同じ距離a1とa2
に関係し1.25a1と0.75a2の間に選ぶ。特にa3を
（a1＋a2）／２に等しくすると有利である。
更に第１図にはアーチ形導体片１４乃至１６を
異つた太さの線で表わし、外側と中央のアーチ形
導体片１５，１６のアンペア回数が対称面に近い
アーチ形導体片１４のアンペア回数より遥に大き
いことを示している。外側のアーチ形導体片１５
のアンペア回数Ｉ・N2の値は対称面に近いアー
チ形導体片１４のアンペア回数Ｉ・N1の値の２
倍から５倍の間特に3.25倍に選ぶと有利である。
中央のアーチ形導体片１６のアンペア回数Ｉ・
N3の値は1.1×（Ｉ・N1）と4.5×（Ｉ・N1）の間
に選び、かつＩ・N2の値よりも常に小さくする。
このＩ・N3の値を2.25×（Ｉ・N1）とすると有利
である。
中央のアーチ形導体片１６は対応する対称面に
近いアーチ形導体片１４に並列に接続されるから
これらの導体片の電流は同じ向きに流れる。それ
に対して導体片１４を流れる反対符号で示された
電流（−Ｉ）は逆向きに流れる。
更に第１図において各アーチ形導体片に対して
矢印をつけて示すように各コイル対２又は３にお
いて互に隣り合せた直線導体片１７又は１８，１
７′又は１８′には同じ向きに電流が流れる。同時
に一方のコイル対２の直線導体片１７，１８を流
れる電流は他方のコイル対３の対応する直線導体
片１７′，１８′を流れる電流に対して逆向きであ
る。即ち対称面１２に対して対称配置された単独
コイル４と６又は５と７においては電流の流れ方
向もこの対称面に対して対称的である。
電流の流れ方向をこのように選定し、距離a1乃
至a3とアンペア回数Ｉ・N1乃至Ｉ・N3を特定の
値に定めることにより半径約2/3γの球形空間に
おいて充分一定の磁場の勾配Gx，Gyを示す投像
対象区域１０が得られる。この場合アーチ形導体
片のアンペア回数を上記の値にする手段としては
第１図の実施例で考えたようにアーチ形導体片の
電流の大きさを等しくしてその巻数を変えること
と電流の大きさをも変えることとは何れを採用し
ても大差はない。
第１図に示されていない線形の磁場勾配Gzを
作るグラジエントコイルとしては例えば米国特許
第3569823号明細書又は西独国特許出願公開第
2840178号明細書等に記載されている公知の核ス
ピン共鳴装置のものを使用してもよいが核スピン
共鳴装置の映像装置のグラジエントコイル系とし
てはこの発明に従つて構成されたｘ方向およびｙ
方向に充分線形の勾配を作るグラジエントコイル
に第２図に示したｚ方向の勾配を作るグラジエン
トコイルを組合せたものの方が一層効果的であ
る。このｚ方向グラジエントコイルはそれぞれ二
つの環状単独コイル２２と２３又は２４と２５か
ら成る二つのコイル対２０，２１を含む。これら
の単独コイルは中空円筒形支持体９の内側面又は
外側面に設けられている。この支持体は第１図の
コイル系に使用されているもので円筒の直径は
2γであり、その他の対応部分にも同じ符号がつ
けてある。
両コイル対２０と２１は投像対象区域１０の中
心を通るxy面12に対して対称的に配置される。
各コイルにつけた矢印で示すようにコイル対２０
の単独コイル２２と２３を流れる電流I′の流れ方
向はコイル対２１の単独コイル２４と２５を流れ
る電流―I′の流れ方向に対して逆になつている ｚ方向の磁場の勾配の充分な線形性を確保する
ため単独コイル２２乃至２５はそれぞれ座標原点
を通る対称面１２から特定の距離に配置される。
この外に対称面１２から遠い単独コイル２３と２
５のアンペア回数は対称面に近い単独コイル２２
と２４のそれよりも遥に大きな値に選ばれる。外
側の単独コイル２３と２５の対称面１２からの距
離a4は0.9γから1.3γの間特に1.1・γとするのが有
利である。対称面１２に近い単独コイル２２と２
４の同じ距離a5は距離a4に関係させ1/4a4と1/2a4
の間に選ぶ。特に約1/3a4とすると有利である。
巻数がN4の単独コイル２３と２５および巻数が
N5の単独コイル２２と２４に大きさI′の電流を流
し、対称面と単独コイル間の距離a4，a5に上記の
値を選ぶとき、外側の単独コイル２３，２５のア
ンペア回数I′・N4と内側の単独コイル２２，２４
のアンペア回数I′・N5との比は６：１と12：１の
間に選ぶ。これを約９：１に選ぶと特に有利であ
る。
距離a4，a5およびアンペア回数I′・N4，I′・N5
の上記の値により半径約2/3γのほぼ球形の投像
対象区域１０内に充分一定な磁場の勾配Gzを作
ることができる。
第２図の実施例では単独コイル２２乃至２５を
流れる電流の大きさは等しく、コイルの巻数が
N4とN5として異つているが、コイル２２と２４
を流れる電流とコイル２３と２５を流れる電流の
大きさを変えてこれらのコイルのアンペア回数を
所定の値にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明によるｘ方向又はｙ方向の磁
場勾配を作るグラジエントコイルの実施例、第２
図はこの発明によるグラジエントコイルと組合わ
されるｚ方向グラジエントコイルの一例を示す。
第１図において２と３：くら形単独コイル４と５
および６と７から成るコイル対、９：中空円筒形
支持体、１４乃至１６：アーチ形に曲げられた導
体片、１２：座標系原点を通るxy−対称面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 投像対象区域の中心に原点をおいた（ｘ，
    ｙ，ｚ）直角座標系のｚ軸方向に基底磁場Bzが
    作られ、このｚ軸上に円筒軸を持つ半径γの中空
    円筒形支持体上にxy面に対してほぼ対称的に配
    置され互いに逆向きに電流を流す少くとも二つの
    単独コイルによつて投像区域内にほぼ一定のｚ方
    向の磁場の勾配∂Bz／∂zが作られ、更にこの対称面 に対して対称的に設けられたくら形コイル対の組
    によつて投像対称区域内にほぼ一定のｘ方向なら
    びにｙ方向の磁場勾配∂Bz／∂x，∂Bz／∂yが作られ、
    こ れらのくら形コイルはそれぞれｚ方向の直線導体
    片とｚ方向に垂直に円筒支持体の周回方向にアー
    チ形に曲げられた導体片を備えているグラジエン
    トコイル系において、 (a) ｘ方向とｙ方向の磁場勾配を作るくら形単独
    コイル４乃至７の対称面１２の側にあるアーチ
    形の導体片１４に対してそれぞれ一つの第二の
    アーチ形導体片１６が並列に接続されているこ
    と、 (b) これらの単独コイル４乃至７の総てのアーチ
    形導体片１４，１６，１５と対称面との間の間
    隔が予め規定された特定の値をもつこと、 (c) これらのアーチ形導体片１４，１６，１５の
    アンペア回数（Ｉ・N1，Ｉ・N3，Ｉ・N2）が
    対称面からの距離の増大に伴つて大きくなる規
    定値に選ばれている ことを特徴とする核スピン共鳴技術の映像装置に
    使用されるグラジエントコイル系。 ２ くら形単独コイルの対称面側のアーチ形導体
    片と対称面との間の間隔a1が0.1・γと0.4・γの
    間であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載のグラジエントコイル系。 ３ 対称面側のアーチ形導体片の対称面からの間
    隔a1が約0.24・γであることを特徴とする特許請
    求の範囲第２項記載のグラジエントコイル系。 ４ くら形単独コイルの対称面に対して反対側の
    アーチ形導体片１５の対称面からの間隔a2が対称
    面側のアーチ形導体片の同じ間隔a1の2.5倍から
    100倍の間であることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項乃至第３項のいずれか一つに記載のグラ
    ジエントコイル系。 ５ 対称面から遠い方のアーチ形導体片１５の対
    称面からの間隔a2が対称面に近い方のアーチ形導
    体片１４の同じ間隔a1の約７倍であることを特徴
    とする特許請求の範囲第４項記載のグラジエント
    コイル系。 ６ 対称面から遠い方のアーチ形導体片の対称面
    からの間隔a2が約1.71・γであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第４項又は第５項記載のグラジ
    エントコイル系。 ７ 第二のアーチ形導体片１６の対称面からの間
    隔a3が対称面から遠い方のアーチ形導体片の同じ
    間隔a2の0.75倍（0.75・a2）と対称面に近い方の
    アーチ形導体片１４の同じ間隔a1の1.25倍
    （1.25・a1）の間であることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項乃至第６項のいずれか一つに記載
    のグラジエントコイル系。 ８ 第二のアーチ形導体片１６の間隔a3が約（a1
    ＋a2）／２に等しいことを特徴とする特許請求の
    範囲第７項記載のグラジエントコイル系。 ９ 対称面から遠いアーチ形導体片１５のアンペ
    ア回数（Ｉ・N2）が対称面に近いアーチ形導体
    片１４のアンペア回数（Ｉ・N1）の２倍から５
    倍の間であることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項乃至第８項のいずれか一つに記載のグラジエ
    ントコイル系。 １０ 対称面から遠いアーチ形導体片１５のアン
    ペア回数（Ｉ・N2）が対称面に近いアーチ形導
    体片１４のアンペア回数（Ｉ・N1）の約2.25倍
    であることを特徴とする特許請求の範囲第９項記
    載のグラジエントコイル系。 １１ 第二のアーチ形導体片１６のアンペア回数
    （Ｉ・N3）が対称面に近いアーチ形導体片１４の
    アンペア回数（Ｉ・N1）の1.1倍から4.5倍の間に
    あると同時に対称面から遠いアーチ形導体片１５
    のアンペア回数（Ｉ・N2）よりも常に小さいこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１０
    項のいずれか一つに記載のグラジエントコイル
    系。 １２ 第二のアーチ形導体片１６のアンペア回数
    （Ｉ・N3）が対称面に近いアーチ形導体片１４の
    アンペア回数（Ｉ・N1）の約2.25倍であること
    を特徴とする特許請求の範囲第１１項記載のグラ
    ジエントコイル系。 １３ 単独コイル４乃至７のアーチ形導体片１４
    乃至１６の巻数N1，N2，N3の中の少くとも一つ
    を流れる電流Ｉが他の巻数を流れる電流に比べて
    異つた大きさであることを特徴とする特許請求の
    範囲第９項乃至第１１項のいずれか一つに記載の
    グラジエントコイル系。 １４ くら形単独コイル４乃至７のアーチ形導体
    片１４乃至１６の中心開き角αが90゜と150゜の間
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
    至第１３項のいずれか一つに記載のグラジエント
    コイル系。 １５ アーチ形導体片１４乃至１６の中心開き角
    αが121゜と134゜の間であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１４項記載のグラジエントコイル
    系。
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