JPH0549608A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、勾配コイルのインダクタン
スを、又はアクティブシールド勾配コイルをなす勾配コ
イル及びアクティブシールドコイルのインダクタンス
を、効果的に低下させ、渦電流磁場の時間応答及び空間
的非線形性の影響を受けることなく、超高速イメージン
グに不可欠の強大な勾配磁場のスイッチングを可能とす
ることにある。 【構成】 勾配コイルを、又はアクティブシールド勾配
コイルをなす勾配コイル及びアクティブシールドコイル
を、並列導線により構成すると共にアクティブシールド
勾配コイルの位置に円筒導体を仮想的に配置したときの
該円筒導体上の渦電流の分布を近似した位置及び形状を
有するものとし、これらを複数の勾配コイル用電源によ
り駆動する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静磁場中に置かれた被
検体に、高周波磁場と、静磁場の方向及び該静磁場の方
向に対して垂直の方向に沿って磁場強度が変化する勾配
磁場を所定のパルスシーケンスに従って印加し、当該被
検体から磁気共鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映
像装置に係り、特に、勾配コイルから外部に漏洩する磁
場を遮蔽する磁場遮蔽コイルを備えた磁気共鳴映像装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴映像法は、よく知られているよ
うに、固有の磁気モーメントを持つ原子核の集団が、静
磁場中に置かれたときに、当該原子核の集団が、特定の
周波数で回転する現象、つまり、当該原子核の集団が高
周波磁場エネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用する
ものである。そして、このような磁気共鳴映像法は、物
質についての化学的及び物理的な微視的情報を映像化す
ることを可能とする手法である。

【０００３】この磁気共鳴映像法による装置（磁気共鳴
映像装置）は、一般に、超音波診断装置やＸ線ＣＴスキ
ャナ装置の如き他の医用画像診断装置に比較して、デー
タ収集時間は非常に長くかかる。このため、長いデータ
収集中に生じる被検体の呼吸や体の動きが、画像に影響
を与える。この影響とは、例えば、画像上に生じるアー
チファクトが典型例である。画像にアーチファクトが生
じるということは、動きのある心臓や血管系の映像化は
難しい、ということを明示している。また、撮影時間が
長いということは、被検者に与える苦痛も大きい、とい
うことを明示している。

【０００４】そこで、高速に画像を再構成する磁気共鳴
映像法が、P.Mansfield やJ.M.S.Hutchison,et al.によ
って提案されている。P.Mansfield による手法は、Echo
-Planner法として知られており、またJ.M.S.Hutchison,
et al.による手法は、Super-high-speed Fourier法とし
て知られている。図１４はSuper-high-speed Fourier法
（マルチプルエコー・フーリエ法ともいう）に基づく、
画像データ収集のためのパルスシーケンスの１エンコー
ド分のタイミング図である。高周波パルスとして選択励
起用９０°パルス（９０°selective excitation puls
e) を印加すると同時に、スライス用勾配磁場(slice gr
adient field)Ｇｓを印加することにより、被検体に対
して規定されるスライス面内の磁化を、選択的に励起す
る。その後に、１８０°パルスを印加する。その後で、
前記スライス面に平行な方向に、読み出し用勾配磁場(r
eadout gradient field)Ｇｒを、高速に正負にスイッチ
ングさせて印加する。これと同時に、スライス用勾配磁
場Ｇｓ及び読み出し用勾配磁場Ｇｒに直交する位相エン
コード用勾配磁場(phase-encode gradient field) Ｇｅ
を、読み出し用勾配磁場Ｇｒのスイッチング毎に、パル
ス的に印加するというものである。

【０００５】このSuper-high-speed Fourier法のパルス
シーケンスでは、読み出し用勾配磁場Ｇｒをスイッチン
グする毎に、スライス面内の磁化の位相が揃う。この位
相が揃う複数の時刻にて、多数のエコー信号列が観測さ
れ得る。一枚の画像を再構成するのに必要なデータ群
は、横緩和時間(vertical relaxation time)Ｔ₂ 内に前
記エコー信号列から収集することができる。このような
一連の手順が行われることにより、超高速イメージング
が実現される。

【０００６】ところで、上述した超高速イメージングを
実現するためには、強大な読み出し用勾配磁場Ｇｒを発
生し、しかもこの強大な読み出し用勾配磁場Ｇｒを高速
にスイッチングする事が必要である。

【０００７】このような強大な読み出し用勾配磁場Ｇｒ
を発生させる方法の一例として、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の各
勾配コイルを、１本の導線を複数ターンに巻いて形成す
る方法がある。

【０００８】しかし、この上述した方法によると、Ｎタ
ーンのインダクタンスは、ほぼＮ² ×Ｌとなる。但し、
勾配コイルの導線１ターン当たりのインダクタンスをＬ
とする。このように大きなインダクタンスとなること
は、スイッチングタイムが大幅に増加することを明示す
る。このことは、高速のデータ収集を、非常に困難にす
る、要因となる。

【０００９】上述した高インダクタンス化により高速デ
ータ収集の困難性を、解決する方法として、勾配コイル
を並列導線により構成する方法（マルチファイラー方
式）が、臼井により提案されている（特開平１−１１０
３５４号公報）。ここで、並列導線とは複数の導線を並
列的に配置したものである。

【００１０】図１５は、マルチファイラー方式における
導線配置を示した図である。図１５では、軸に垂直方向
（ｘ方向及びｙ方向）の勾配磁場（例えば位相エンコー
ド用勾配磁場Ｇｅ及び読み出し用勾配磁場Ｇｒ）を発生
する勾配コイルの例を示している。Ｎ本の導線を並列的
に配置した並列導線により構成される勾配コイルを、Ｎ
個の勾配コイル用電源で駆動する場合を想定する。この
場合、勾配コイルの実効的なインダクタンスはほぼＮ×
Ｌである。また、スイッチングタイムは、勾配コイルを
複数ターンの一本の導線により構成する上述の方法の約
１／Ｎとなる。これは、高速スイッチングを可能とす
る。但し、このマルチファイラー方式を勾配コイルにつ
いて適用できるのは、従来のマックスウェル型や鞍型の
勾配コイルに限られていた。

【００１１】一方、強大な勾配磁場の高速スイッチング
を行うと、勾配コイル外部に設置される熱シールド用円
筒導体上に渦電流が誘起される。そして、この渦電流に
よって生ずる磁場により、勾配磁場時間波形は、データ
収集時間中にあって歪む。これは、画像の「ぼけ」等の
重大な画像劣化の原因となる。

【００１２】この問題に対処するために、渦電流の時間
応答成分に対して逆に応答に相当する成分（キャンセル
成分）で、勾配コイルに流す電流を変調する方法が提案
されている。この方法によると、渦電流の時間応答を補
償することができる。

【００１３】しかし、この方法は、仮に渦電流の時間応
答補償が完全に実現されたとしても、熱シールド用円筒
導体に流れる渦電流によって形成される勾配磁場分布
と、勾配コイルに流れる電流によって形成される勾配磁
場分布との間に、被検体のサイズの相違の如き異なった
空間的非線形要因が存在するために、画像劣化は完全に
は解消されない。

【００１４】上述のような渦電流磁場の時間応答性及び
空間的非線形性の影響を除去する方法として、勾配コイ
ルの外部に漏洩磁場遮蔽用コイルを設置する方法が、P.
Mansfield やPeter B.Roemerにより提案されている。こ
の漏洩磁場遮蔽用コイルを、実際に勾配磁場を発生する
ための勾配コイルと組み合わせたものは、アクティブシ
ールド勾配コイル(Active Shield Gradient Coil :ＡＳ
ＧＣ) として知られている。

【００１５】図１６は、Peter B.Roemer によって提案
されたＡＳＧＣの導線配置を示したもので、垂直方向の
勾配コイルに対して設置されるＡＳＧＣの導線配置であ
る。この技術は、米国特許第4,737,716号の明細書に記
載されている。これらの導線の位置・形状は、ＡＳＧＣ
の径で規定される位置に、シールド用の円筒導体が存在
するとした場合にあって、当該シールド用の円筒導体上
に生じるだろう渦電流の連続分布を、離散的に反映した
ものとなっている。

【００１６】一般に、渦電流分布は変形ベッセル関数の
ような特殊関数系によって表わされる。このような渦電
流分布を、数値制御（ＮＣ）等の製造技術を用いて忠実
に離散的な導線で置き換えることによって、所望のＡＳ
ＧＣが実現される。

【００１７】しかしながら、このような従来のＡＳＧＣ
は、通常のイメージング法を対象に作られている故、超
高速イメージングのため強大な読み出し用勾配磁場を高
速にスイッチングするべく、勾配コイルを低インダクタ
ンス化し、且つ勾配コイルに接続される電源のスイッチ
ングタイムを短縮させることはできなかった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
アクティブシールド勾配コイルは、超高速イメージング
に適用できないという問題があった。そこで本発明の目
的は、アクティブシールド勾配コイルを用いながらも、
超高速イメージングを容易に実現できる磁気共鳴映像装
置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、請求項１に係る発明は、静磁場中に置かれ
た被検体に、高周波磁場と、静磁場の方向及び該静磁場
の方向に対して垂直の方向に沿って磁場強度が変化する
勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印加し、被
検体からの磁気共鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴
映像装置において、

【００２０】前記静磁場の方向に対して垂直の方向に沿
って磁場強度が変化する勾配磁場を発生するものであっ
て、並列導線によって構成され、且つ当該並列導線は所
定位置に円筒導体を仮想的に配置したときの当該円筒導
体上の渦電流の分布を近似した位置及び形状に形成され
てなる勾配磁場発生手段と、この勾配磁場発生手段の並
列導線に並列に電流を供給する電流供給手段と、を少な
くとも具備する。

【００２１】また、請求項２に係る発明は、静磁場中に
置かれた被検体に、高周波磁場と、静磁場の方向及び該
静磁場の方向に対して垂直の方向に沿って磁場強度が変
化する勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印加
し、被検体からの磁気共鳴信号を検出して映像化する磁
気共鳴映像装置において、並列導線によって構成され、
前記静磁場の方向に対して垂直の方向に沿って磁場強度
が変化する勾配磁場を発生する勾配磁場発生手段と、並
列導線によって構成され、前記勾配磁場発生手段から外
部に漏洩する磁場を遮蔽する磁場遮蔽手段と、これら勾
配磁場発生手段及び磁場遮蔽手段の並列導線に並列に電
流を供給する電流供給手段と、を少なくとも具備する。

【００２２】さらに、請求項３に係る発明は、請求項２
に係る発明における前記磁場遮蔽手段を構成する並列導
線が、この磁場遮蔽手段の位置に円筒導体を仮想的に配
置したときの当該円筒導体上の渦電流の分布を近似した
位置及び形状に形成されてなる。

【００２３】またさらに、請求項４に係る発明は、請求
項２に係る発明における前記勾配磁場発生手段及び前記
磁場遮蔽手段を構成する並列導線が、この磁場遮蔽手段
の位置に円筒導体を仮想的に配置したときの当該円筒導
体上の渦電流の分布を近似した位置及び形状に形成され
てなる。

【００２４】

【作用】このように、勾配コイル（勾配磁場発生手段）
を、又はアクティブシールド勾配コイルを構成する勾配
コイル（勾配磁場発生手段）及びアクティブシールドコ
イル（磁場遮蔽手段）を、並列導線により構成すること
により、両コイルともインダクタンスが効果的に低下す
る。これによって、渦電流磁場の時間応答及び空間的非
線形性の影響を受けることなく、超高速イメージングに
不可欠の強大な勾配磁場のスイッチングが実現される。

【００２５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴映
像装置の構成を示すブロック図である。同図において、
静磁場磁石１は励磁用電源２によって駆動され、被検体
５に対してｚ方向に一様な静磁場を印加する。

【００２６】勾配コイル群３は、勾配コイル用電源４に
よって駆動され、被検体５に対し、静磁場の方向と磁場
の方向が同一で、かつ互いに直交する三方向に線形傾斜
磁場分布を持つ３種類の勾配磁場を印加する。この３種
類の勾配磁場とは、静磁場の方向であるｚ方向（以下、
軸方向という）に沿って磁場強度が変化する第１の勾配
磁場Ｇｚと、静磁場の方向に対して垂直でかつ互いに直
角のｘ，ｙ方向（以下、軸垂直方向という）に沿って磁
場強度が変化する第２及び第３の勾配磁場Ｇｘ，Ｇｙと
である。勾配磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのいずれも、スライ
ス用勾配磁場Ｇｓ，読み出し用勾配磁場Ｇｒ，読み出し
用勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード用勾配磁場Ｇｅとして
機能する。以下、これらを後述するアクティブシールド
コイル群と区別するため、勾配コイル群という。これら
の勾配コイル群３の各々は後述するように、いずれも並
列導線で構成されている。

【００２７】一方、プローブ６は、送信部７から高周波
信号が供給されることにより被検体５に対して、高周波
磁場を印加する。プローブ６は送受両用でも送受別々に
設けてもよいが、この例では送受両用となっており、被
検体５からの磁気共鳴信号の受信も行う。

【００２８】受信された磁気共鳴信号は、受信部８で検
波された後、データ収集部１０に転送される。データ収
集部１０では、検波された磁気共鳴信号をＡ／Ｄ変換し
て、それをデータ処理部１１に送る。

【００２９】励磁用電源２、勾配コイル用電源４、送信
部７、受信部８、データ収集部１０は全てシステムコン
トローラ９によって制御されている。システムコントロ
ーラ９及びデータ処理部１０はコンソール１２により制
御されており、データ処理部１１ではデータ収集部１０
から送られた磁気共鳴信号のフーリエ変換を行い、被検
体内の所望原子核の密度分布などを計算して画像再構成
を行い、画像データを生成する。画像ディスプレイ１３
は、この画像データを基に画像を表示する。

【００３０】アクティブシールドコイル群１４は、勾配
コイル群３から、外部つまり被検体５と反対側に漏洩す
る磁場（以下、漏洩磁場という）を遮蔽するためのもの
である。アクティブシールドコイル群１４は、勾配コイ
ル３群と同様にマルチファイラー(multi-fila)並列導線
により構成され、勾配コイル群３の並列導線と対応する
もの同士が直列接続される。アクティブシールドコイル
群１４は勾配コイル用電源４から電流が供給されること
によって駆動される。勾配コイル用電源４は、複数の電
源からなる。これ複数の電源を、ここではＧ電源と称す
る。従って、勾配コイル用電源４が４つのＧ電源からな
る場合は、それらは第１Ｇ電源４−１、第２Ｇ電源４−
２、第２Ｇ電源４−３、第４Ｇ電源４−４と称するもと
する。

【００３１】ここで、静磁場磁石１、勾配コイル群３、
アクティブシールドコイル群１４、プローブ６、被検体
５の配置関係を、図２を参照して説明する。図２に示す
ように、静磁場磁石１は円筒状に形成されている。この
静磁場磁石１の内部空間には、勾配コイル群３とアクテ
ィブシールドコイル群１４とが同心に配置されている。
勾配コイル群３とアクティブシールドコイル群１４と
は、アクティブシールド勾配コイルを構成している。勾
配コイル群３の外側に、アクティブシールドコイル群１
４が配置されている。勾配コイル群３の内側に、プロー
ブ６が配置されている。プローブ６の内側空間に、被検
体５が配置される。

【００３２】なお、勾配コイル群３とアクティブシール
ドコイル群１４への電流供給は、図１に示すように、共
通の勾配コイル用電源４によって行ってもよいし、それ
ぞれ独立に異なる勾配コイル用電源によって行ってもよ
い。

【００３３】このように並列導線からなる勾配コイル群
３と、同じく並列導線からなるアクティブシールドコイ
ル群１４とによって、マルチファイラー巻アクティブシ
ールド勾配コイル（ＡＳＧＣ）が構成されている。この
マルチファイラー巻ＡＳＧＣの構成は、次のような手順
で決定される。図３は、この手順を示すフローチャート
である。

【００３４】まず、ステップ２１において、実現したい
超高速ＭＲＩの画像及びシーケンスの仕様を設定する。
これらの仕様を規定する複数のパラメータによって、読
み出し用勾配磁場強度Ｇｒは、以下の数式１のように記
述することができる。但し、磁気共鳴信号データのサン
プリングは、読み出し用勾配磁場Ｇｒが一定（フラッ
ト）の時間内でのみ行うものとする。

【００３５】

【数１】

【００３６】Ｎｒ：読み出し方向のイメージングマトリ
ックス数 Ｘｒ：読み出し方向の撮像範囲 Ｔr ：読み出し用勾配磁場のスイッチング間隔 Ｔｓ：読み出し用勾配磁場のスイッチングタイム（−Ｇ
ｒ←→Ｇｒ） γ ：磁気回転比 次に、ステップ２２において、勾配コイル用電源の仕様
を決定する。勾配コイル用電源（Ｇ電源）としてリニア
（ＤＣ）電流アンプを用いる場合、仕様として(Imax ,V
max ,Namp ) を設定すればよい。

【００３７】ここで、 Imax：Ｇ電源（アンプ）の最大出力電流 Vmax：Ｇ電源（アンプ）の最大出力電圧 Namp：Ｇ電源（アンプ）の台数（セット数） また、ステップ２３においてＡＳＧＣの基本仕様を設定
する。ＡＳＧＣの基本仕様としては、ＡＳＧＣの勾配コ
イル及びアクティブシールドを構成する導線の半径や、
アクティブシールドコイルの径等がある。以上のステッ
プ２１〜２３の結果、ＡＳＧＣにおける勾配コイル及び
アクティブシールドコイルのそれぞれの総ターン数Ｎg,
t 及びＮs,t が決定される。

【００３８】さらに、ステップ２５でＡＳＧＣの分割駆
動数Ｎ_D を設定する。Ｎ_D は軸方向のＡＳＧＣでは、Ｎ
_D ＝１，２、軸垂直方向のＡＳＧＣではＮ_D ＝１，２，
４の値をとり得るが、各分割コイルの導線パターンは、
それぞれ全く同じものとなっている。このような分割に
より、ＡＳＧＣのインダクタンス値を有意に低減するこ
とができる。

【００３９】ここまでのステップ２１〜２５の結果に基
づき、ステップ２６においてＡＳＧＣの勾配コイル及び
アクティブシールドコイルの１チャネル（シングルファ
イラー）当たりのターン数や導線割り当て方式を決定す
る。これらの決定に際しては、各ファイラーの自己イン
ダクタンス値及び抵抗値のばらつきが最小となるように
決定する方法や、各ファイラーの勾配コイル用電源から
見た実効インダクタンス（各ファイラー間の相互インダ
クタンスを含めたもの）及び抵抗値のばらつきが最小と
なるように決定する方法などが考えられる。これらの具
体的方法については、後述する。なお、Ｇコイルのマル
チファイラー数をＮg,fとすると、これは次式のように
なる。 Ｎg,f ＝Namp／Ｎ_D (2)

【００４０】また、通常、アクティブシールドコイルの
マルチファイラー数Ns,fは、Ng,fと等しいと考える。こ
のようにして、超高速ＭＲＩ用ＡＳＧＣの仕様が決定さ
れる（ステップ２７）。

【００４１】次に、ステップ２６におけるＡＳＧＣの勾
配コイル及びアクティブシールドコイルの１チャネル当
たりのターン数及び導線割り当て方式を決定する具体的
に方法について説明する。図４に示すように、一般に、
アクティブシールドコイル１４（又は勾配コイル３）
は、軸方向に２組の鞍型コイルエレメント１４Ａ，１４
Ｂ（３Ａ，３Ｂ）からなる。従って、アクティブシール
ドコイル１４（又は勾配コイル３）を平面上に展開する
と、アクティブシールドコイル１４（又は勾配コイル
３）は、４つのコイル部１４A1，１４A2，１４B1，１４
B2からなることが分かる。

【００４２】図５は、アクティブシールドコイル１４
（又は勾配コイル３）のＧｘコイル又はＧｙコイルのう
ちの一つを示しており、軸垂直方向のマルチファイラー
巻のＡＳＧＣの一構成例を示す。同図はファイラー数
（Ｎg,f ，Ｎs,f ）が３で、１ファイラー当たりのター
ン数が４の場合を示している。また、図５では第１ファ
イラを実線で示し、第２ファイラを破線で示し、第３フ
ァイラを一点鎖線で示している。図５に示すように、こ
のＡＳＧＣは指紋型に巻かれた並列導線によって構成さ
れ、アクティブシールドコイルの位置にシールド円筒導
体を仮想的に配置したときの該円筒導体上の渦電流の連
続分布を離散的に反映した位置及び形状を有する。この
場合、位置及び形状のうちの少なくとも一方を反映した
場合でも適用できる。

【００４３】このマルチファイラー巻ＡＳＧＣのうちの
勾配コイルのファイラー番号をIg,fとし、Ig,f番目のフ
ァイラーの直列ターン数をNg,tf(Ig,f) （一般には、I
g,f毎に異なる）とし、１つのファイラー内のターン番
号をIg,tf とする。この時、図５の例ではIg,f番目のフ
ァイラーのIg,tf 番目のターンと、マルチファイラー巻
でない本来のパターンのターン番号Ig,tとの関係は、次
式のようになる。但し、Ig,t、Ig,tf は最外側のターン
を１番目として、内側になるほど増えるものとする。 Ig,t＝Ig,f＋Ng,f×( Ig,tf-1) (3) Ig,tf ＝１〜Ng,tf (Ig,f) (4) なお、Ig,f番目のファイラーの直列ターン数Ng,tf( Ig,
f)の決定法としては、次の第１の方法と第２の方法とが
考えられる。第１の方法は、次式(5) により決定する。 Ｎg,tf( Ig,f) ＝int(Ng,t/Ng,f) (5)

【００４４】但し、int は切捨てを表わし、本来の理想
的ターン数Ng,tのずれは、各ファイラー間の間隔を微調
整することで対応する。この場合、Ng,tf はIg,fには依
存しない。第２の方法は、次のようにして決定する。上
記の余りのターンのうち、外側から順に各ファイラーの
中でインダクタンス値が小さい順に直列接続する。この
場合、Ｎg,tfはＩg,f に依存する。

【００４５】一方、マルチファイラー巻ＡＳＧＣのうち
のアクティブシールドコイルに関しても同様にＩs,f 番
目のファイラーのＩs,tf番目のターンと、マルチファイ
ラー巻でない本来のパターンのターン番号Ｉs,t との関
係は以下のようになる。 Ｉs,t ＝Ｉs , f ＋Ｎs ,f×（Ｉs ,tf-1 ） (6) Ｉs,tf＝１〜Ｎs,tf(Is ,f) (7) Ｎs,tf( Is,f) の決定法も、上記と全く同様である。

【００４６】図５から分かるように、この巻き方は単純
であるが、外側のファイラーほどインダクタンス値や抵
抗値が大きい巻き方であり、特にファイラー数Ｎg,f 、N
s,fが大きくなると、その傾向は顕著となる。

【００４７】図６に示した第２例は、図５に示した第１
例の巻き方を、各ファイラー毎のインダクタンス値や抵
抗値のばらつきが大幅に低減されるように改良したもの
である。この例の場合、Ｉg,f 番目のファイラーのＩg,
tf番目のターンと、本来のパターンのターン番号Ｉg,t
のターンとの関係は、以下のようになっている。 Ｉg,t ＝Ｉg,f ＋Ｎg,f × (Ig,tf-1) (8) Ｉg,tf＝1,3,5,…（奇数）
Ｉg,t ＝(2Ｎg,f −Ｉg,f ＋1)＋Ｎg,f(Ｉg,tf-2) (9) Ig,tf ＝2,4,6,…（偶数） Ｉg,tf＝１〜Ｎg,tf( Ｉg,f) (10)

【００４８】また、Ｎg,tf( Ｉg,f)の決定法は、図５の
それと全く同様である。このような巻き方を用いること
により、各ファイラーのインダクタンス値等のばらつき
を大幅に低減することができる。

【００４９】以上、図５及び図６に、マルチファイラー
巻きアクティブシールド勾配コイルの第１例、第２例の
巻き方を示した。次に、より一般化した最適マルチファ
イラー方式によるＡＳＧＣの巻き方の決定手順について
述べる。今、Ｉg,f 番目のファイラーの自己インダクタ
ンスをＬ( ig,f) とし、Ｊg,f番目のファイラーとの相
互インダクタンスをＭ( Ig,f,Jg,f) とする。第１の巻
き方決定方法

【００５０】各ファイラーの自己インダクタンス値のば
らつきが最小となるように、各ファイラー毎の直列ター
ンの割り当て方を変化させる方法である。すなわち、次
式のように各ファイラーの自己インダクタンスの平均を
Ｌ_AVE とする。

【００５１】

【数２】 そして、次式に示す各ファイラーの自己インダクタンス
のばらつきＬ_STDが最小となる割り当て方式を決定す
る。

【００５２】

【数３】 第２の巻き方決定方法

【００５３】各ファイラーに接続されている勾配コイル
用電源から見た実効インダクタンス値のばらつきが最小
となるように、各ファイラー毎の直列ターン割り当て方
を決める方法である。すなわち、Ｉg,f 番目のファイラ
ーに接続されている勾配コイル用電源から見た実効イン
ダクタンスＬ( Ig,f) と、これらの平均Ｌ_AVE とを下記
のようにする。

【００５４】

【数４】 次式に示す各ファイラーの勾配コイル用電源の実効イン
ダクタンスのばらつきＬ_STD が最小となる割り当て方式
を決定する。

【００５５】

【数５】 また、抵抗値のバランスのとり方についても、上述と全
く同様に決定することができる。以上説明した二つの方
法は、軸方向及び軸垂直方向のＡＳＧＣを構成する勾配
コイル及びアクティブシールドコイルの両方に適用でき
る。

【００５６】次に、図７を参照してマルチファイラー巻
きアクティブシールド勾配コイルの第３例を説明する。
すなわち、図５及び図６に示す例は、総ターン数と、勾
配磁場電源４を構成するＧ電源の数の整数倍とが一致す
る場合の例である。この場合の接続法は、図４に示すコ
イル部３Ａ1 及び／又は１４Ａ1），３Ａ2 及び／又は
１４Ａ2 ，３Ｂ1 及び／又は１４Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又
は１４Ｂ2 の一つの部分内で、コイル導体と電源との接
続が完了され得る。例えば、総ターン数が８で、Ｇ電源
の数が４の場合は次のようになる。すなわち、一つのコ
イル部において、そのターンＴ１を第１Ｇ電源に接続
し、そのターンＴ２を第２Ｇ電源に接続し、そのターン
Ｔ３を第３Ｇ電源に接続し、そのターンＴ４を第４Ｇ電
源に接続し、そのターンＴ５を第４Ｇ電源に接続し、タ
ーンＴ６を第３Ｇ電源に接続し、ターンＴ７を第２Ｇ電
源に接続し、ターンＴ８を第１Ｇ電源に接続することが
でき、磁場を安定させ得る駆動が実現される。

【００５７】しかし、総ターン数と、勾配磁場電源４を
構成するＧ電源の数の整数倍とが一致しない、例えば、
４つＧ電源４−１，４−２，４−３，４−４が用意され
てはいるが、総ターン数が４の倍数でない、９ターン、
１０ターン、１１ターンである場合は上述のようにはで
きない。このような対処法を以下説明する。すなわち、
４つＧ電源４−１，４−２，４−３，４−４と総ターン
数９のＧx コイル又はＧy コイルとの接続法を図７及び
図８を参照して説明し、４つＧ電源４−１，４−２，４
−３，４−４と総ターン数１０のＧx コイル又はＧy コ
イルとの接続法を図９及び図１０を参照して説明し、４
つＧ電源４−１，４−２，４−３，４−４と総ターン数
１１のＧx コイル又はＧy コイルとの接続法を図１１及
び図１２を参照して説明する。

【００５８】図７及び図８に示す接続法は、各コイル部
における、Ｇ電源の数Ｅと、総ターン数Ｔとの関係が、
Ｔ＝Ｅ×ｎ＋１（ｎは自然数）の場合に適用される。す
なわち、Ｇ電源の数は４であり、総ターン数は９である
から、８ターンまでは、４つのＧ電源４−１，４−２，
４−３，４−４に２ターンづつ接続できる。しかし、Ｇ
x コイル又はＧy コイルにおける、コイル部３Ａ1及び
／又は１４Ａ1 ，３Ａ2 及び／又は１４Ａ2 ，３Ｂ1 及
び／又は１４Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又は１４Ｂ2のそれぞ
れの余り１ターンは、４つのＧ電源４−１，４−２，４
−３，４−４に、図７，図８に示すように接続する。図
７は、各コイル部３Ａ1 及び／又は１４Ａ1 ，３Ａ2 及
び／又は１４Ａ2 ，３Ｂ1 及び／又は１４Ｂ1 ，３Ｂ2
及び／又は１４Ｂ2 それぞれにおける余り１ターンのみ
を示している。すなわち、第１コイル部３Ａ1 のターン
Ｔ９を第１Ｇ電源４−１に接続し、第１コイル部３Ａ2
のターンＴ９を第２Ｇ電源４−２に接続し、第２コイル
部３Ｂ1 のターンＴ９を第３Ｇ電源４−３に接続し、第
２コイル部３Ａ2 のターンＴ９を第４Ｇ電源４−４に接
続する。これにより、磁場を安定させ得る駆動が実現さ
れる。

【００５９】図９及び図１０に示す接続法は、各コイル
部における、Ｇ電源の数Ｅと、総ターン数Ｔとの関係
が、Ｔ＝Ｅ×ｎ＋２（ｎは自然数）の場合に適用され
る。すなわち、Ｇ電源の数は４であり、総ターン数は１
０であるから、８ターンまでは、４つのＧ電源４−１，
４−２，４−３，４−４に２ターンづつ接続できる。し
かし、Ｇx コイル又はＧy コイルにおける、コイル部３
Ａ1 及び／又は１４Ａ1 ，３Ａ2 及び／又は１４Ａ2 ，
３Ｂ1 及び／又は１４Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又は１４Ｂ2
のそれぞれの余り２ターンは、４つのＧ電源４−１，４
−２，４−３，４−４に、図９，図１０に示すように接
続する。図９は、各コイル部３Ａ1 及び／又は１４Ａ1
，３Ａ2 及び／又は１４Ａ2 ，３Ｂ1 及び／又は１４
Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又は１４Ｂ2 それぞれにおける余り
２ターンのみを示している。すなわち、第１コイル部３
Ａ1 のターンＴ９を第１Ｇ電源４−１に接続すると共に
第１コイル部３Ａ1 のターンＴ１０を第２Ｇ電源４−２
に接続し、第１コイル部３Ａ2 のターンＴ９を第３Ｇ電
源４−３に接続する共に第１コイル部３Ａ2 のターンＴ
１０を第４Ｇ電源４−４に接続し、第２コイル部３Ｂ1
のターンＴ９を第２Ｇ電源４−２に接続すると共に第２
コイル部３Ｂ1 のターンＴ１０を第１Ｇ電源４−１に接
続し、第２コイル部３Ｂ2 のターンＴ９を第４Ｇ電源４
−４に接続する共に第２コイル部３Ｂ2 のターンＴ１０
を第３Ｇ電源４−３に接続する。これにより、磁場を安
定させ得る駆動が実現される。

【００６０】図１１及び図１２に示す接続法は、各コイ
ル部における、Ｇ電源の数Ｅと、総ターン数Ｔとの関係
が、Ｔ＝Ｅ×ｎ＋３（ｎは自然数）の場合に適用され
る。すなわち、Ｇ電源の数は４であり、総ターン数は１
１であるから、８ターンまでは、４つのＧ電源４−１，
４−２，４−３，４−４に２ターンづつ接続できる。し
かし、Ｇx コイル又はＧy コイルにおける、コイル部３
Ａ1 及び／又は１４Ａ1，３Ａ2 及び／又は１４Ａ2 ，
３Ｂ1 及び／又は１４Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又は１４Ｂ2
のそれぞれの余り３ターンは、４つのＧ電源４−１，４
−２，４−３，４−４に、図１１，図１２に示すように
接続する。図１１は、各コイル部３Ａ1 及び／又は１４
Ａ1 ，３Ａ2 及び／又は１４Ａ2 ，３Ｂ1及び／又は１
４Ｂ1 ，３Ｂ2 及び／又は１４Ｂ2 それぞれにおける余
り３ターンのみを示している。すなわち、第１コイル部
３Ａ1 のターンＴ９を第１Ｇ電源４−１に接続すると共
に第１コイル部３Ａ1 のターンＴ１０を第２Ｇ電源４−
２に接続すると共に第１コイル部３Ａ1 のターンＴ１１
を第３Ｇ電源４−３に接続し、第１コイル部３Ａ2 のタ
ーンＴ９を第２Ｇ電源４−２に接続する共に第１コイル
部３Ａ2 のターンＴ１０を第３Ｇ電源４−３に接続する
と共に第１コイル部３Ａ2 のターンＴ１１を第４Ｇ電源
４−４に接続し、第２コイル部３Ｂ1 のターンＴ９を第
３Ｇ電源４−３に接続すると共に第２コイル部３Ｂ1 の
ターンＴ１０を第４Ｇ電源４−４に接続すると共に第２
コイル部３Ｂ1 のターンＴ１１を第１Ｇ電源４−１に接
続し、第２コイル部３Ｂ2 のターンＴ９を第２Ｇ電源４
−４に接続する共に第２コイル部３Ｂ2 のターンＴ１０
を第１Ｇ電源４−１に接続すると共に第２コイル部３Ｂ
2のターンＴ１１を第４Ｇ電源４−２に接続する。これ
により、磁場を安定させ得る駆動が実現される。

【００６１】以上の例は、並列導体を渦電流分布の近似
形である指紋型に形成したＡＳＧＳ（アクティブシール
ド勾配コイル）を、静磁場磁石１に配置した構成を開示
したものである。

【００６２】しかし、本発明はこれに限らない。すなわ
ち、並列導体を指紋型に形成した勾配コイルを、静磁場
磁石１に配置した構成も本発明の一態様である。この例
は、アクティブシールドコイル群１４を用いない。従っ
て、静磁場磁石１、勾配コイル群３、プローブ６、被検
体５の配置関係は、図１４に示されるように、静磁場磁
石１の内部空間には、並列導体を渦電流分布の近似形で
ある指紋型に形成した勾配コイル群３が同心に配置され
ている。勾配コイル群３の内側に、プローブ６が配置さ
れている。プローブ６の内側空間に、被検体５が配置さ
れる。

【００６３】このような構成は、勾配コイル群３のイン
ダクタンスを、効果的に低下させ、渦電流磁場の時間応
答及び空間的非線形性の影響を受けることなく、超高速
イメージングに不可欠の強大な勾配磁場のスイッチング
を可能とする。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
勾配コイルを並列導線により構成し、又はアクティブシ
ールド勾配コイルを構成する勾配コイル及びアクティブ
シールドコイルを並列導線により構成し、これらを複数
の勾配コイル用電源により駆動する構成としたことによ
って、勾配コイルのインダクタンスを、又はアクティブ
シーアルド勾配コイルを構成する勾配コイル及びアクテ
ィブシールドコイルのインダクタンスを、効果的に低下
させ、渦電流磁場の時間応答及び空間的非線形性の影響
を受けることなく、超高速イメージングに不可欠の強大
な勾配磁場のスイッチングを可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図。

【図２】本発明に係る静磁場磁石と、ＡＳＧＣを成す勾
配コイル及びアクティブシールドコイルと、プローブと
の配置関係の一例を示す断面図。

【図３】本発明における軸方向及び軸垂直方向のアクテ
ィブシールド勾配コイルの構成を決定するための手順を
示すフローチャート。

【図４】ＡＳＧＣを成す勾配コイル又はアクティブシー
ルドコイルの展開図。

【図５】本発明で用いるマルチファイラー巻きアクティ
ブシールド勾配コイルの第１例を示す図。

【図６】本発明で用いるマルチファイラー巻きアクティ
ブシールド勾配コイルの第２例を示す図。

【図７】本発明で用いるマルチファイラー巻きアクティ
ブシールド勾配コイルの余り１ターンの接続法の一例を
模式的に示す図。

【図８】図７で示したマルチファイラー巻きアクティブ
シールド勾配コイルの全ターンの接続法の一例を示す
図。

【図９】本発明で用いるマルチファイラー巻きアクティ
ブシールド勾配コイルの余り２ターンの接続法の一例を
模式的に示す図。

【図１０】図９で示したマルチファイラー巻きアクティ
ブシールド勾配コイルの全ターンの接続法の一例を示す
図。

【図１１】本発明で用いるマルチファイラー巻きアクテ
ィブシールド勾配コイルの余り３ターンの接続法の一例
を模式的に示す図。

【図１２】図１１で示したマルチファイラー巻きアクテ
ィブシールド勾配コイルの全ターンの接続法の一例を示
す図。

【図１３】本発明に係る静磁場磁石と、勾配コイルと、
プローブとの配置関係の一例を示す断面図。

【図１４】超高速フーリエ法のデータ収集方法を説明す
るためのパルスシーケンスを示す図。

【図１５】軸垂直方向の勾配コイルを並列導線により構
成する方法とその駆動方法を示す図。

【図１６】従来のアクティブシールド勾配コイルの導線
配置の一例を示す図。

【符号の説明】

１…静磁場磁石、２…励磁用電源、３…勾配コイル、４
…勾配コイル電源、５…被検体、６…プローブ、７…送
信部、８…受信部、９…システムコントローラ、１０…
データ収集部、１１…データ処理部、１２…コンソー
ル、１３…画像ディスプレイ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場中に置かれた被検体に、高周波
   磁場と、静磁場の方向及び該静磁場の方向に対して垂直
   の方向に沿って磁場強度が変化する勾配磁場を所定のパ
   ルスシーケンスに従って印加し、当該被検体から磁気共
   鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映像装置におい
   て、 前記静磁場の方向に対して垂直の方向に沿って磁場強度
   が変化する勾配磁場を発生するものであって、並列導線
   によって構成され、且つ当該並列導線は所定位置に円筒
   導体を仮想的に配置したときの当該円筒導体上の渦電流
   の分布を近似した位置及び形状に形成されてなる勾配磁
   場発生手段と、 この勾配磁場発生手段の並列導線に並列に電流を供給す
   る電流供給手段と、 を少なくとも具備する磁気共鳴映像装置。
2. 【請求項２】 静磁場中に置かれた被検体に、高周波
   磁場と、静磁場の方向及び該静磁場の方向に対して垂直
   の方向に沿って磁場強度が変化する勾配磁場を所定のパ
   ルスシーケンスに従って印加し、当該被検体から磁気共
   鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映像装置におい
   て、 並列導線によって構成され、前記静磁場の方向に対して
   垂直の方向に沿って磁場強度が変化する勾配磁場を発生
   する勾配磁場発生手段と、 並列導線によって構成され、前記勾配磁場発生手段から
   外部に漏洩する磁場を遮蔽する磁場遮蔽手段と、 これら勾配磁場発生手段及び磁場遮蔽手段の並列導線に
   並列に電流を供給する電流供給手段と、 を少なくとも具備する磁気共鳴映像装置。
3. 【請求項３】 前記磁場遮蔽手段を構成する並列導線
   は、この磁場遮蔽手段の位置に円筒導体を仮想的に配置
   したときの当該円筒導体上の渦電流の分布を近似した位
   置及び形状に形成されてなる請求項２の磁気共鳴映像装
   置。
4. 【請求項４】 前記勾配磁場発生手段及び前記磁場遮
   蔽手段を構成する並列導線は、この磁場遮蔽手段の位置
   に円筒導体を仮想的に配置したときの当該円筒導体上の
   渦電流の分布を近似した位置及び形状に形成されてなる
   請求項２の磁気共鳴映像装置。