JPH07178069A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はアクティブシールドグラディントコイ
ルの製造誤差に起因する漏れ磁場によって生成される渦
電流による静磁場のオフセットを補償することを目的と
する。 【構成】Ｚ軸傾斜磁場コイル、Ｚ軸シールドコイルの左
右（磁場中心より空間的にプラス側とマイナス側）のコ
イルセグメントの駆動電流のバランスをずらして磁場中
心より空間的にプラス側の磁場の大きさと磁場中心より
空間的にマイナス側の磁場の大きさとを時間的に変化さ
せて偶数次の波形の傾斜磁場を生成することにより静磁
場のオフセットを補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気共鳴イメージング装
置に関し、特に、磁気共鳴を起こしたスピンの位置を知
るために静磁場空間内に配置された被検体に対して矩形
状の傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生用コイルへ駆動電
流を供給する電源系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲ
Ｉ装置と称する）は静磁場空間内に被検体を配置し、こ
の静磁場と直交する方向に高周波磁場（ＲＦパルス）を
加えて磁気共鳴（ＭＲ）現象を発生させるとともに、静
磁場に重畳されるようにＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３方向に傾
斜磁場を加えて被検体から得られるＭＲ信号を画像化す
るものである。

【０００３】このようなＭＲＩ装置において、良好な画
像を得るためには、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向に加える傾斜
磁場の波形を図１２（ａ）に実線で示すように矩形にす
ることが望ましい。これは矩形状の駆動パルス電流を傾
斜磁場発生用のコイルに供給することによって得られ
る。

【０００４】しかしながら、傾斜磁場コイルの周辺に配
置されている導電体、例えば主磁石を構成する超伝導マ
グネット用の熱シールド材（金属円筒）、フレーム、各
種コイル等に流れる渦電流の影響によって、傾斜磁場波
形は図１２（ａ）に破線で示すように歪んだものとな
る。このため、加えられる傾斜磁場の強度が一定になら
ず、常に変化した状態になるので、良質な画像が得られ
なくなる。

【０００５】この欠点を除くために、予め波形の歪を見
込んで図１２（ｂ）に実線で示すようにオーバーシュー
トさせた駆動電流を傾斜磁場コイルに供給してやれば、
図１２（ｂ）の破線のように傾斜磁場を矩形に整形する
ことができる。

【０００６】ところで、導電体、例えば主磁石の金属円
筒１と、傾斜磁場コイル、例えばＹ軸傾斜磁場コイル
（ここでは、Ｙ軸方向を例を上げるが、Ｘ，Ｚ軸方向に
ついても同様である）との配置関係が、製造誤差により
Ｙ軸方向に沿って図１３のように非対称になっている場
合は、すなわち金属円筒１とＹ軸傾斜磁場コイル２の上
部コイル２Ａ及び下部コイル２Ｂとの距離Ｌ１，Ｌ２が
Ｌ１＞Ｌ２のような関係になっている場合は、次のよう
な不具合が生じる。

【０００７】すなわち、Ｙ軸方向に沿った傾斜磁場の中
心と、金属円筒１に流れる渦電流によって形成される磁
場の中心とがずれてきて一致しなくなる。図１４はこの
様子を示す特性図であり、縦軸は磁場強度、横軸はＹ軸
方向の距離を示し、各直線（ａ）〜（ｆ）は次の磁場特
性を示す。

【０００８】（ａ）上部コイル２Ａにより形成される磁
場 （ｂ）下部コイル２Ｂにより形成される磁場 （ｃ）特性（ａ）と特性（ｂ）の合成磁場 （ｄ）下部コイル２Ｂによる渦電流により形成される磁
場 （ｅ）上部コイル２Ａによる渦電流により形成される磁
場 （ｆ）特性（ｄ）と特性（ｅ）の合成磁場 特性（ａ）と特性（ｂ）の合成によって形成される特性
（ｃ）が表わしている傾斜磁場中心は原点を通過してい
るが、特性（ｄ）と特性（ｅ）の合成によって形成され
る特性（ｆ）が表わしている渦電流磁場中心は金属円筒
１での渦電流磁場は傾斜磁場コイル２に対して上側に偏
心しているので、下側からの渦電流が強く影響し、渦電
流磁場中心は上方へずれる。そのため、特性（ｆ）は原
点を通過せず、これからｙｅだけずれた点でＹを通過し
ている。

【０００９】従って、両磁場の中心が一致しないので、
渦電流の影響が場所毎に異なるようになり、この結果、
図１２（ｂ）に実線で示すようにＹ軸傾斜磁場コイルに
オーバーシュートさせた駆動電流を供給したとしても、
図１２（ｂ）に破線で示すような矩形波形は得られな
い。

【００１０】なお、ここでＹ軸傾斜磁場コイルは図１５
に示すように、被検体を配置すべき空間３を挟んで上下
位置に各々２個ずつ設けられた４個の鞍型コイル（サド
ルコイル）セグメント２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄから構成
され、図１６に示すように信号源４から傾斜磁場アンプ
５を介して供給された傾斜磁場発生用電流が４個のコイ
ルセグメント２Ａ〜２Ｄに直列に加えられるようになっ
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のＭＲ
Ｉ装置においては、傾斜磁場コイルとこの周辺に配置さ
れた導電体との配置関係が非対称になっている場合は、
傾斜磁場中心と渦電流磁場中心とが一致しないので、傾
斜磁場コイルに渦電流波形に対応してオーバーシュート
された駆動電流を供給しても、傾斜磁場波形が矩形にな
らないという問題点があった。

【００１２】本発明は上述した事情に対処すべくなされ
たもので、その目的は傾斜磁場コイルと導電体との位置
関係が非対称になっていても、渦電流に起因する傾斜磁
場の乱れを防止できる磁気共鳴イメージング装置を提供
することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による磁気共鳴イ
メージング装置は、静磁場を発生する主磁石と、主磁石
の内側に設けられ傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル
と、前記主磁石と傾斜磁場コイルとの間に設けられ傾斜
磁場をシールドするアクティブシールドコイルと、前記
傾斜磁場コイルとアクティブシールドコイルの少なくと
も一方に接続され、磁場中心より空間的にプラス側の磁
場強度と磁場中心より空間的にマイナス側の磁場強度と
の比を時間的に変化させて偶数次の波形の傾斜磁場を生
成する傾斜磁場電源回路とを具備し、前記傾斜磁場によ
り主磁石に対する傾斜磁場コイルとアクティブシールド
コイルの配置の非対称性に基づく渦電流磁場の非対称性
を補償することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明による磁気共鳴イメージング装置によれ
ば、アクティブシールドグラディントコイルを構成する
傾斜磁場コイル、あるいはシールドコイルにコイルと導
電体との配置の非対称性による渦電流を補償するための
駆動電流を流すことにより、常に矩形の傾斜磁場波形を
得ることができるので、良好な画像を得ることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴
イメージング装置の第１実施例を説明する。図１は第１
実施例の概略構成を示すブロック図である。本実施例は
システム全体の制御中枢としてのコンピュータシステム
１を備えており、コンピュータシステム１の制御の下で
シーケンサ２のパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源
系３、送信器４を動作させる。これにより主磁石５の空
芯内に形成された静磁場空間の中に配置された被検体Ｐ
に対し、ＲＦコイル６からＲＦパルスを印加し、また傾
斜磁場コイル７から傾斜磁場を印加し、被検体Ｐに励起
されたＭＲＩ信号を受信プローブ８を介して受信器９に
より受信及び検波し、コンピュータシステム１にて収集
することができる。コンピュータシステム１は収集した
ＭＲＩ信号を基にＭＲＩ画像を再構成し、モニタ１０上
に表示することができる。

【００１６】本実施例では、傾斜磁場コイルとしは、例
えば、米国特許第４，７３３，１８９号公報に開示され
ているアクティブシールド型の傾斜磁場コイル（アクテ
ィブグラディントシールドコイル）が採用されている。

【００１７】図２はアクティブシールドグラディントコ
イルシステムの一例を示す。ここでは、受信プローブ８
はＲＦコイル６と兼用されているとする。このコイルシ
ステム被検体に静磁場を印加する主磁石システム１０
と、主磁石システム１０の内側に設けられ、被検体に
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルシ
ステム３０と、主磁石システム１０と傾斜磁場コイルシ
ステム４０との間に設けられ、傾斜磁場コイルシステム
３０から発生された傾斜磁場に基づき主磁石システム１
０の導電体部分に発生された渦電流が静磁場に影響を与
えることを防止するためのアクティブシールドコイルシ
ステム４０と、傾斜磁場コイルシステム３０の内側に設
けられ、ＲＦパルスを被検体に印加するとともにＭＲ信
号を検出するＲＦコイルシステム５０とからなる。

【００１８】主磁石システム１０は永久磁石、常伝導コ
イル、超伝導コイル等から構成されるが、ここでは冷凍
ハウジング２６内に収納された超伝導ソレノイドコイル
２２からなる。なお、２４は静磁場の高調波成分を除去
するとともに均一性を向上するためのシムコイルであ
る。

【００１９】傾斜磁場コイルシステム３０はＸ軸傾斜磁
場コイル３２、Ｙ軸傾斜磁場コイル３４、Ｚ軸傾斜磁場
コイル３６からなる。Ｘ軸傾斜磁場コイル３２、Ｙ軸傾
斜磁場コイル３４は向きが互いに９０゜ずれた２つのサ
ドルコイルからなる。各サドルコイルは一対のコイルセ
グメントからなる。Ｚ軸傾斜磁場コイル３６は２つのソ
レノイドコイルからなる。

【００２０】アクティブシールドコイルシステム４０は
Ｘ軸シールドコイル４２、Ｙ軸シールドコイル４４、Ｚ
軸シールドコイル４６からなる。Ｘ軸シールドコイル４
２、Ｙ軸シールドコイル４４は傾斜磁場コイル３２、３
４と同様に向きが互いに９０゜ずれた２つのサドルコイ
ルからなる。Ｚ軸シールドコイル４６も傾斜磁場コイル
３６と同様に２つのソレノイドコイルからなる。

【００２１】図示していないが、主磁石システム２０に
は主磁石電源、シムコイル電源が接続され、傾斜磁場コ
イルシステム３０、アクティブシールドコイルシステム
４０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸成分のコイルにはＸ軸傾斜磁場
電源、Ｙ軸傾斜磁場電源、Ｚ軸傾斜磁場電源が接続さ
れ、ＲＦコイルシステム５０には送受信器が接続され
る。

【００２２】このように構成された第１実施例の動作を
説明する。本実施例はアクティブグラディントシールド
コイルの製造誤差による傾斜磁場コイルの配置の非対称
性に基づく渦電流の乱れを補償するものである。ここ
で、傾斜磁場はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向傾斜磁場の３つが
あるが、ここでは一例としてＺ軸傾斜磁場について説明
する。他の傾斜磁場についても同様であるので、説明は
省略する。製造誤差により傾斜磁場コイルとシールドコ
イルとがＺ軸方向に一様にずれた場合、もれ磁場によっ
て生成される渦電流はＭＲＩ装置の撮影領域内におい
て、主に主磁場Ｂｏのオフセット磁場を生じる。つま
り、静磁場は図３に示すように撮影領域内において、ほ
ぼ均一な空間分布（Ｂｏ＋ΔＢｏ）となる。以下、この
静磁場のオフセット磁場ΔＢｏの補償法を説明する。

【００２３】一般に、渦電流は図４に示すように傾斜磁
場の立上がり、立下がりに応じて発生する。すなわち、
渦電流磁場は時間とともに変化する。そのため、このよ
うな渦電流磁場を補償するためには、空間的にはＢｏ−
ΔＢのほぼ均一な空間分布を有し、時間的には図４と反
対の極性を有する波形の傾斜磁場を生成すればよい。図
３に示す磁場波形は偶数次（０次）の波形であるので、
時間的に変化する偶数次の空間分布を有する傾斜磁場を
生成すれば、傾斜磁場コイルが周囲の導電体に対して非
対称に配置されていることに起因する静磁場のオフセッ
トを補正できる。

【００２４】偶数次の波形の傾斜磁場を生成するため
に、本願発明ではアクティブシールドグラディントコイ
ルの各コイルセグメントに与える駆動電流の極性を通常
の極性に対して反転させ、アクティブシールドグラディ
ントコイルを時間的にシムコイルとして働かせている。
例えば、通常のＺ軸傾斜磁場コイルにおいては、磁場中
心より空間的にプラス側（図２の左側）のソレノイドコ
イルに与える電流と磁場中心より空間的にマイナス側
（図２の右側）のソレノイドコイルに与える電流とは反
対の極性になっている。このため、図５に示すように、
マイナス側のソレノイドコイルによる磁場Ｚ_- とプラス
側のソレノイドコイルによる磁場Ｚ₊ との合成の結果得
られた傾斜磁場は破線で示すように磁場中心を通る１次
の波形となる。

【００２５】ところが、図６に示すように、空間的にプ
ラス側のソレノイドコイルに与える電流を反転させるこ
とによりプラス側のソレノイドコイルによる磁場Ｚ+ を
反転させてマイナス側のソレノイドコイルによる磁場Ｚ
- と合成すると、Ｂｏ−ΔＢｏを通る偶数次（０次）の
波形に近似した波形の傾斜磁場を生成することができ
る。これにより、磁場中心における渦電流磁場（静磁場
のオフセットΔＢｏ）を補償するすることができる。図
６の波形は、正確には図３に示すΔＢｏの分布と一致し
ないが、直径２５ｃｍの撮影領域で残差がΔＢｏの１／
５〜１／７、直径４０ｃｍの撮影領域では１／２以下と
なる。

【００２６】このように本発明においては、傾斜磁場コ
イルの空間的にプラス側のセグメント、マイナス側のセ
グメントのいずれかに与える駆動電流を制御することに
より、傾斜磁場コイルの配置が周囲の導電体に対して非
対称であることに起因する静磁場のオフセットを補償す
る傾斜磁場を発生することができる。

【００２７】図６に示したような傾斜磁場を発生するた
めのＺ軸方向傾斜磁場電源系の第１実施例の回路図を図
７に示す。回路図で、Ｌ、Ｒはコイルのインダクタンス
成分、抵抗成分を示し、最初の添字L,R は左、右半分
（図２において、すなわち左は磁場中心に対して空間的
にプラス部分、右は空間的にマイナス部分）のコイルセ
グメントを示し、２番面の添字S,C はシールドコイル、
傾斜磁場コイルを示す。

【００２８】この実施例ではＺ軸傾斜磁場コイル、Ｚ軸
シールドコイルを構成する全部のセグメントが直列に接
続される。この直列接続に第１の渦電流補償回路６２を
介してＺ軸傾斜磁場アンプ６４が接続され、第１の渦電
流補償電流が全部のセグメントに流れる。第１の渦電流
補償回路６２は図１２（ｂ）に示したオーバーシュート
成分が重畳された渦電流補償用の時間変化波形を発生す
る。これにより、渦電流の影響によって傾斜磁場波形が
図１２（ａ）に破線で示すように歪むことが防止され
る。

【００２９】第２の渦電流補償回路６６、電流増幅器と
してのアンプ６８からなる直列接続が右側のシールドコ
イルセグメントＬ_RS，Ｒ_RSに並列に接続される。第２の
渦電流補償回路６６はＤ／Ａ変換器の出力に応じて非対
称成分の渦電流補償用の波形を発生する。このため、右
側のセグメントによる磁場（図５ではＺ- に相当する）
を左側のセグメントによる磁場に対して増減することが
でき、両者のバランスをくずして結果的に所望の偶数次
の波形の傾斜磁場を発生することができる。

【００３０】Ｄ／Ａ変換器から与えられる渦電流補正電
流値は図４に示す波形の極性を反転した波形であり、そ
の値は実際に静磁場強度をモニタしてオフセットが生じ
ないように決められる。

【００３１】以上説明したように、第１実施例によれ
ば、空間的には偶数次の波形を有し、時間的には渦電流
波形の反転波形と同様に変化する傾斜磁場を発生するこ
とにより、主磁石に対する傾斜磁場コイルの非対称配置
に基づく静磁場のオフセットを補償することができ、傾
斜磁場中心と渦電流磁場中心とを一致させることができ
る。

【００３２】以下、他の実施例による傾斜磁場電源系を
説明する。図８は第２実施例の傾斜磁場電源系の回路図
である。第２実施例では、右側、左側のコイルセグメン
トがそれぞれ直列に接続され、左側コイルセグメントＬ
_LS、Ｒ_LS、Ｌ_LC、Ｒ_LCの直列接続に第１の渦電流補償回
路６２を介して第１の傾斜磁場アンプ６４Ｌが接続さ
れ、右側のコイルセグメントＲ_RS、Ｌ_RS、Ｒ_RC、Ｌ_RCの
直列接続に第２の渦電流補償回路６６を介して第２の傾
斜磁場アンプ６４Ｒが接続される。

【００３３】すなわち、第１実施例では右側のシールド
コイルセグメントのみの駆動電流を制御したが、第２実
施例では右側の傾斜磁場コイルセグメント、シールドコ
イルセグメントの駆動電流を制御している。

【００３４】図９に第３実施例の回路図を示す。第３実
施例は第２実施例に対して、左側のシールドコイルセグ
メントにアンプ６８Ｌが並列に接続され、右側のシール
ドコイルセグメントにアンプ６８Ｒが並列に接続される
点のみ異なる。シールドコイルにアンプを接続すること
により、シールドコイルと傾斜磁場コイルに流れる電流
の比を変えることができる。

【００３５】図１０は第４実施例の回路図である。第４
実施例は第３実施例において渦電流補償回路６２、６６
の接続位置を変更したものである。すなわち、第３実施
例では傾斜磁場アンプ６４Ｌ、６４Ｒの出力が第１渦電
流補償回路６２、第２渦電流補償回路６６を介して左
側、右側のそれぞれのコイルセグメントに接続されてい
るが、第４実施例では渦電流補償回路はアンプと直列に
接続される。すなわち、第１渦電流補償回路６２はアン
プ６８Ｌと直列回路を構成し、この直列回路が左側のシ
ールドコイルセグメントＬ_LS、Ｒ_LSと並列に接続され、
第２渦電流補償回路６６はアンプ６８Ｒと直列回路を構
成し、この直列回路が右側のシールドコイルセグメント
Ｌ_RS、Ｒ_RSと並列に接続される。この構成で、渦電流補
償回路６２、６６がオフセットをかけられるようになっ
ていれば、通常のシャントとしての動作もできるととも
に、アンダーシュートの補正もできる。

【００３６】第５実施例の回路図を図１１に示す。第５
実施例では第１実施例と同様に全部のセグメントが直列
に接続される。この直列接続に第１渦電流補償回路６２
ａを介して傾斜磁場アンプ６４が接続される。第２渦電
流補償回路６６、アンプ６８Ｒからなる直列接続が右側
のシールドコイルセグメントＲ_RS、Ｌ_RSに並列に接続さ
れる。第１渦電流補償回路６２ｂ、アンプ６８Ｌからな
る直列接続が左側のシールドコイルセグメントＬ_LS、Ｒ
_LSに並列に接続される。なお、第１渦電流補償回路６２
ａ、６２ｂは両方設ける必要はなく、いずれか１つでよ
い。

【００３７】本発明は上述した実施例に限定されず、種
々変形して実施可能である。例えば、上述の説明ではＺ
軸傾斜磁場コイルの配置のズレに基づく渦電流補償を説
明したが、Ｘ軸傾斜磁場コイル、Ｙ軸傾斜磁場コイルの
配置のズレも同様に補償できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クティブシールドグラディントコイルを用いる磁気共鳴
イメージング装置において、傾斜磁場コイルと導電体と
の位置関係が非対称になっていても、渦電流に起因する
傾斜磁場の乱れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気共鳴イメージング装置の第１
実施例の構成を示すブロック図。

【図２】第１実施例に用いられる磁石システムの構成を
示す図。

【図３】渦電流による静磁場のオフセットを示す図。

【図４】渦電流磁場の時間変化を示す図。

【図５】一般的な傾斜磁場コイルの特性を示す図。

【図６】図５において一方のコイルセグメントの磁場極
性を反転させた時の特性を示す図。

【図７】第１実施例の渦電流補償を行なう傾斜磁場電源
系の回路図。

【図８】第２実施例の渦電流補償を行なう傾斜磁場電源
系の回路図。

【図９】第３実施例の渦電流補償を行なう傾斜磁場電源
系の回路図。

【図１０】第４実施例の渦電流補償を行なう傾斜磁場電
源系の回路図。

【図１１】第５実施例の渦電流補償を行なう傾斜磁場電
源系の回路図。

【図１２】従来の渦電流補償の原理を示す図。

【図１３】傾斜磁場コイルの配置のズレを示す図。

【図１４】従来の傾斜磁場コイルの特性を示す図。

【図１５】従来の傾斜磁場コイルの構成を示す図。

【図１６】従来の傾斜磁場電源系の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１…コンピュータシステム、２…シーケンサ、３…傾斜
磁場電源系、４…送信器、５…主磁石、６…ＲＦコイ
ル、７…傾斜磁場コイル、８…受信プローブ、９…受信
器、１０…モニタ、６２…第１渦電流補償回路、６４…
傾斜磁場アンプ、６６…第２渦電流補償回路、６８…ア
ンプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する主磁石と、 主磁石の内側に設けられ傾斜磁場を発生する傾斜磁場コ
   イルと、 前記主磁石と傾斜磁場コイルとの間に設けられ傾斜磁場
   をシールドするアクティブシールドコイルと、 前記傾斜磁場コイルとアクティブシールドコイルの少な
   くとも一方に接続され、磁場中心より空間的にプラス側
   の磁場強度と磁場中心より空間的にマイナス側の磁場強
   度との比を時間的に変化させて偶数次の波形の傾斜磁場
   を生成する傾斜磁場電源回路とを具備し、 前記傾斜磁場により主磁石に対する傾斜磁場コイルとア
   クティブシールドコイルの配置の非対称性に基づく渦電
   流磁場の非対称性を補償することを特徴とする磁気共鳴
   イメージング装置。
2. 【請求項２】 前記傾斜磁場コイルはソレノイド型コイ
   ルを形成する一対のＺ軸傾斜磁場コイルセグメントを有
   し、 前記アクティブシールドコイルはソレノイド型コイルを
   形成する一対のＺ軸アクティブシールドコイルセグメン
   トを有し、 前記傾斜磁場電源回路は前記一対のＺ軸傾斜磁場コイル
   セグメントと一対のＺ軸アクティブシールドコイルセグ
   メントのうちのすくなくとも１つのセグメントに接続さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメー
   ジング装置。