JPH0535562B2 - - Google Patents

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JPH0535562B2
JPH0535562B2 JP59239289A JP23928984A JPH0535562B2 JP H0535562 B2 JPH0535562 B2 JP H0535562B2 JP 59239289 A JP59239289 A JP 59239289A JP 23928984 A JP23928984 A JP 23928984A JP H0535562 B2 JPH0535562 B2 JP H0535562B2
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JP
Japan
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segment
magnetic field
plane
segments
gradient
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JP59239289A
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JPS60180104A (ja
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Jii Ripuson Esu
Kamiru Zui
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Elscint Ltd
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Elscint Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/385Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はNMR映像、また特にNMR映像シス
テムのグラジエント磁界を発生する装置及び方法
に関するものである。
(従来の技術) 1973年頃、直線磁界グラジエントが共振周波数
レスポンスを「設置する」ためNMR装置と共に
まず使用された。この手段は無線周波数磁界を回
転させるため強力な静電磁界に装置した物体に一
時的に当てることによつて生じたフリーインダク
シヨンデイケイ(FID)レスポンスから映像を再
生することを可能にした。それ以来、この分野の
化学者は最も安定し、均一で、直交及び直線のグ
ラジエント磁界を生ずるコイル装置を発見するよ
う試みて来た。
他の物の中でも、グラジエント磁界は短時間で
スイツチオン及びスイツチオフさせる必要があ
り、従つてグラジエント磁界は比較的低インダク
タンスであることが望ましい。
従来のグラジエント発生コイルは他の物の中で
も4個の理論的に無限長の導線を具え、静電磁界
の方向及びグラジエントの方向とによつて構成し
た平面の4個の4分円のおのおのの中にこれ等導
線を等距離に離間する。これ等導線は上記平面に
対し直角である。従つてグラジエント▽xはXZ
平面に直角な導線によつて発生する。特に、グラ
ジエントコイル導線は有限であり、これ等コイル
は「台形」「長方形」「サドル」等の有限の形状に
よつて適切に記載されていること勿論である。
インダクタンスを低く維持するため、従来のグ
ラジエントコイルは比較的小数の巻回を有してい
た。この小数の巻回はグラジエント磁界の強さを
減らすように作用すること勿論である。不幸に
も、このコイルを使用すると、デイケイに有害な
作用を及ぼし、このデイケイが検出されたFID信
号に悪影響を及ぼす。また、このコイルはもとも
と抵抗を有しているから、エネルギーの損失にな
る熱を発生する。抵抗により発生した熱の他に、
コイル内に渦電流損があり、電力消費量を増大す
る。従つてこの従来のグラジエント発生コイルは
それを設置している間、FID信号に悪影響を及ぼ
す。また、このグラジエントコイルは電力損失を
生ずる。
コイルによつて生じた電磁界の直線性及び直角
性の両方はこのシステムの幾何学的性質の関数で
あり、他の物の中でも、他の巻回に対する各巻回
の幾何学的位置のような詳細について起るべき関
数である。従来のグラジエントコイルの場合、直
線性と直交性とを確実にする幾何学的関係を得る
ことは困難である。従つて、これ等の欠点を改良
したグラジエント磁界発生装置は眞に待望されて
いる。
(発明の構成) 本発明グラジエント磁界発生装置はNMR映像
システムのグラジエント磁界を発生するのに有用
であり、この装置は、 中空シリンダの対向して配置した1対の導電セ
グメントを具え、 前記セグメントを共通縦軸線からほぼ等距離に
離間し、 前記1対の導電セグメントのおのおのに同一方
向の電流を流す装置を設け、前記電流発生磁界の
方向を前記線軸線に平行にし、前記対をなすセグ
メンドから組合せた磁界が一方のセグメントの他
方のセグメントに対する鏡面対称平面である第1
平面内のすべての点で零であり、 前記縦軸線を含み、前記第1平面に対し垂直
で、前記対をなすセグメントを縦方向に2分割す
る第2平面内で前記組合せた磁界がほぼ直線的に
変化し、 前記第2平面が前記1対のセグメントの一方を
2分割する場合、前記組合せた磁界の正の最大値
をとり、前記第2平面が前記他方のセグメントを
2分割する場合、前記組合せた磁界が負の最大値
をとることを特徴とする。
本発明の要旨によれば、軸線からセグメントの
距離に対するセグメントの長さ又はセグメントの
角的度寸法を変化させることによりグラジエント
磁界の均一性を変化させる装置を設ける。
本発明の他の要旨によればセグメントの端部の
電流密度の強化を制御する装置を設ける。
本発明の他の要旨によれば、グラジエントの均
一性を制御するのを助けるよう縦軸線に対し垂直
な軸線に沿うグラジエントを制御する装置を設け
る。
添付図面を参照して本発明を説明し、上述の発
明の目的及びその目的及び本発明の要旨を明らか
にする。
(実施例) 過去、グラジエント磁界は第6及び7図に線図
的に示す装置を含む構成によつて生ぜしめてい
た。両方の図面において、磁界を生ずる電流移送
ワイヤはX,Y及びZの直角軸線に関して示され
る。これ等軸線は説明を加えるために使用されて
おり、グラジエント磁界発生装置をNMR映像シ
ステムに関連させるために使用する。最初に述べ
た鏡面対称平面はYZ平面である。このようなシ
ステムでは、静電磁界はZ軸にほぼ平行であり、
実際上Z軸と同軸である。ここに説明する発明の
構成によつてX方向及びY方向のグラジエントを
生ずる。ここでの図示と説明とはX方向のグラジ
エントについてであるが、このグラジエントはY
方向のグラジエントに等しい作用を加える。これ
等構成は単に90度回転させなけばならないだけで
ある。
第6図に示すような従来のグラジエント磁界発
生装置11は矩形の中心の直角座標の「0」点を
有する仮想矩形の4個の頂点に配置した理論的に
無限長のワイヤ12,13,14,16を使用す
る。
矢印によつて示すようにおのおののワイヤを通
して同一方向に電流を指向させる。従つて、発生
する磁界はXY平面及びYZ平面で零である。こ
の磁界はXY平面(及びそれに平行な平面)内で
Xに沿うグラジエントを有する。
要約すればグラジエントは▽x=∂Bz/∂x 実際に使用されるワイヤは無限長でない。その
変りに、第7図に示すような構成は従来技術に使
用されている。第7図の装置17は時々、「サド
ル」と呼ばれる。多くの意味でこの構成は第6図
の構成に類似する。XZ平面内に指向する4個の
ワイヤ18,19,21,22があり、これ等ワ
イヤは矢印によつて示す同一方向に電流を運ぶ。
ワイヤ18,22はワイヤ23,24によつて結
合されると共に、ワイヤ19,21はワイヤ2
6,27によつて結合される。ワイヤ18,2
3,22,24及び19,26,21,27から
それぞれ成るループは導線28による一定電流Ic
の電源から導線29によりこの電源まで並列に結
合される。ここで再びグラジエント▽x=∂Bz/∂x を生ずる。これ等従来の構成は上述の固有の問題
を有するコイルである。
これ等の構成及び他のコイルの構成を説明する
グラジエントコイルの討議は次の文献に見られ
る。即ちジヤーナル オブ フイジクス イー、
(科学機器)15巻、1982の235頁のヴイ.バンガー
ド及びビー.マンスフイールドによる「NMR映
像のため磁界グラジエント コイル(Magnetic
Field Gradient Goil for NMR Imaging)」及
びアカデミツク プレスによつて1982年刊行され
たピー.マンスフイールド及びピー.ジー.モリ
ーズによる「生物医学におけるNMR映像
(NMR Imaging in Biomedicine)」である。
第1図の本発明のシステム31は磁界発生電流
Iを運ぶ従来のワイヤ又はコイルの平面内に弓形
の板32,33を旨用する。板32,33は中空
シリンダのセグメントであるのがよい。電流はそ
の頂部から底部に流れ、反対磁界を生ずる。電流
の分布、従つて磁界の均一性は磁界発生コイルの
幾何学的性質によつて影響を受けない。これはコ
イルがないからである。その代りに電流源Icはそ
れぞれ導線34,36によつて板32,33の頂
部に並列に結合される。
導線37,38を通じて板の底部を並列に結合
する。並行な導線を導線39,41によつて電源
から電源まで結合する。この板の中の電流はコイ
ル内の電流に比較し非常に均一である。
可変である物理的特性、即ち板の長さ2L及び
角度的寸法20を使用してグラジエント磁界の対
称性、直線性及び均一性を最大にするのを助け
る。板を表現する数字はX、Y及びZLC直角座標
に設置した高さd1、長さ2Lを有する板のストリ
ツプを考えることによつて分析することができ
る。点P(X,Y,Z)の場はビオサバールの法
則及びシンプソンの公式による積分を使用して計
算させる。一般にこの場は dBz=u0Idl cosθ/4πr[L−z/√(L−
z)2+r2+L+z/√(L−z)2+r2] ここにμ0は空気の透過性 Iはストリツプ内の電流密度 Zは場Bzの直線位置 Lはストリツプの長さの1/2 rはストリツプからのpの半径方向距離 θはX軸からのZの角度距離 磁界Bzのみが適切であり、これは磁界By及び
Bxは加えた磁界Bzに対し直角であり、従つてこ
れ等磁界は2次の効果を有するに過ぎない。
θ及びrを式に入れて完全なセグメントにわた
りdBzを積分することによつて完全な磁界Bzが
得られる。
本発明はここに提案した積分法に限定されるこ
とはない。角θが約π/3である時、最高のグラジ
エントの均一性が得られる。更に、L=2Rであ
る時、均一性を確実にするだけセグメントは十分
に長いことがわかつた。ここにRはシリンダの半
径である。
シリンダセグメントを短くすることができ、又
は磁界の均一性を向上させ得る手段を設ける。ま
た特に、セグメントの端部への電流密度を増大す
る手段を設ける。第3図の好適な実施例43では、
セグメント32,33をそれぞれ4個の部分に分
割する。従つてセグメント32は部分44,4
6,47,48に分割される。各部分を隣接する
部分から絶縁する。外側の部分48,44は内側
の部分より短く、L1=L4<L2=L3であり、この
ようにして各部が同一の電流(接続するのに役立
つ)を運ぶが、電流密度は異なるようにする。好
適な実施例ではL1/L3=7/9であり、L=
1.6Rである。
X方向及びY方向のグラジエントの均一性はφ
の値の変化によつて生ずる。1.08ラジアンまでの
φの値はX方向の良好な均一性を与え、約1.21ラ
ジアンでの0の値はY方向の良好な均一性を与え
る。
第3図の区分けしたセグメントによつて生じた
磁界の均一性がφの値が変化に対する感度を最小
にする手段を設ける。また特に、第4図の装置5
1を使用することによつて、X方向及びY方向の
両方向の良好な均一性がφの値の若干の変化にも
かかわらず達成させるようにする。この場合、第
3図の装置43に電流移送縦セグメント53,5
4を加える。セグメント53,54はXZ平面の
周りのZ軸に平行に延在する。これはX方向及び
Y方向のグラジエントに逆方向に作用するから、
X方向及びY方向の磁界のグラジエントの均一性
についてのφの変化の作用を補正する。
部分53,54はセグメントの他の部分から絶
縁されており他の部分に直列に接続されている。
これ等セグメント間の接続を第5図に示す。第4
図に示すように各4分円の3個の部分は3個の巻
回コイルを有効に形成する。導線55によつて流
入する電流はセグメント47を通じて導線56に
達する。導線56によつて電流をセグメント48
に導く。電流はセグメント48を経て導線57に
達し、この導線57によつて電流をセグメント5
4に更に導線58に達せしめる。
好適な実施例では、φ〓が0.20ラジアンであり、
φが1.21ラジアンである時、セグメント53,5
4は最も有効である。
使用に当り、グラジエント磁界発生装置によつ
て、ワイヤを巻いたコイルに代り導電性弓形板を
使用することにより均一性、直線性及び直交性に
おいて優れたグラジエント磁場を提供する。これ
等板を電源に接続するため電流移送能力が高い導
線を使用するのが有利である。
本発明を実施例につき説明したが、これは単な
る例示であり本発明の範囲を限定するものでな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は
本発明装置を数学的に分析する方法を示す図、第
3図及び4図は本発明の他の実施例を示し、第5
図は第4図の装置の一部の接続を示す図、第6図
及び第7図は従来のグラジエント磁界発生装置の
例を示す図である。 11……従来のグラジエント磁界発生装置、1
2,13,14,16……ワイヤ、17……サド
ル、18,19,21,22……ワイヤ、23,
24,26,27……ワイヤ、28……導線、3
1……システム、32,33……弓形の板又はセ
グメント、34,36,37,38,39,41
……導線、43……装置、44,46,47,4
8……部分又はセグメント、51……装置、5
3,54……セグメント。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 中空シリンダから成り共通縦軸線からほぼ等
    距離に離間し対向して配置された1対の導電セグ
    メントと、 前記セグメントのおのおのの周りに磁界を生ず
    る電流の方向であつて前記縦軸線に平行である方
    向と同一方向に電流を流す装置とを具え、 前記1対のセグメントのおのおのの周りの組合
    せた磁界が前記一方のセグメントと他方のセグメ
    ントとに関する鏡面対称平面である第1平面内の
    すべての点で零になるようにし、 前記1対のセグメントを縦に2分し前記第1平
    面に垂直で前記縦軸線を含む第2平面内で前記組
    合せた磁界がほぼ直線状に変化し、 前記第2平面が前記1対のセグメントの一方を
    2分する位置で前記磁界が正の最大値であり、前
    記第2平面が他方の前記セグメントを2分する位
    置で前記磁界が負の最大値であることを特徴とす
    るラジエント磁界発生装置。 2 グラジエント磁界の均一性を変化させる装置
    を設けた特許請求の範囲第1項に記載の装置。 3 前記セグメントの前記共通縦軸線からの距離
    に対し前記導電セグメントの長さを変化させる装
    置を設けた特許請求の範囲第1項に記載の装置。 4 前記1対の導電セグメントの角度的寸法を変
    化させる装置を設けた特許請求の範囲第1項に記
    載の装置。 5 前記セグメントの前記共通縦軸線からの距離
    に対し前記セグメントの長さを変化させる装置を
    設けた特許請求の範囲第4項に記載の装置。 6 前記セグメントの端部の電流密度を制御する
    装置を設けた特許請求の範囲第1〜5項のいずれ
    か1項に記載の装置。 7 前記セグメントをその内側の部分にこの内側
    の部分より小さい両端の外側の部分とに分割する
    装置と、前記部分を互いに絶縁する装置と、前記
    部分を直列に接続する装置とを具えた特許請求の
    範囲第6項に記載の装置。 8 各前記セグメントを2個の内側部分と、この
    内側部分より小さい2個の外側部分との4個の部
    分に分割する特許請求の範囲第7項に記載の装
    置。 9 前記外側部分の長さと前記内側部分の長さと
    の比を7/9にし、各前記セグメントの全体の長
    さを前記セグメントと前記縦軸線との間の距離の
    1.6倍に等しくした特許請求の範囲第8項に記載
    の装置。 10 前記セグメントの角度的寸法の変化に対す
    る前記磁界発生装置の感度を最小にする装置を設
    けた特許請求の範囲第1〜9項のいずれか1項に
    記載の装置。 11 前記セグメントの縦中心点の周りにそれぞ
    れの前記セグメントに絶縁して取付けられ各前記
    セグメントのほぼ全長に沿つて延在する微小セグ
    メントを設けた特許請求の範囲第10項に記載の
    装置。 12 各前記対をなすセグメントの角度的寸法が
    1.21ラジアンである時、前記載小セグメントの角
    度的寸法が0.20ラジアンに等しい特許請求の範囲
    第11項に記載の装置。 13 前記微小セグメントを取付けた前記セグメ
    ントの前記部分に直列に前記微小セグメントを結
    合する装置を設けた先述特許請求の範囲各項のい
    ずれか1項記載のグラジエント磁界発生装置。 14 前記鏡面対称平面がYZ平面であり、前記
    第2平面が磁界Bzに影響を及ぼす▽x=∂Bz/
    ∂xで表わされるグラジエントを有するXZ平面で
    ある直交座標に配置した特許請求の範囲第1〜1
    3項のいずれか1項に記載の装置。
JP59239289A 1983-11-13 1984-11-13 グラジエント磁界発生装置 Granted JPS60180104A (ja)

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IL70211A IL70211A (en) 1983-11-13 1983-11-13 Gradient field coils for nmr imaging
IL70211 1983-11-13

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Publication Number Publication Date
JPS60180104A JPS60180104A (ja) 1985-09-13
JPH0535562B2 true JPH0535562B2 (ja) 1993-05-26

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ID=11054671

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JP59239289A Granted JPS60180104A (ja) 1983-11-13 1984-11-13 グラジエント磁界発生装置

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JP (1) JPS60180104A (ja)
DE (1) DE3441174C2 (ja)
FR (1) FR2555009B1 (ja)
IL (1) IL70211A (ja)
NL (1) NL192009C (ja)

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