JPS60180104A - グラジエント磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ラジェ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、直線磁界グラジェ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
な静電磁界に設置した物体に一時的に当てることによっ
て生じたフリーインダクションディケイ（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ェ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、グラジェント磁界は短時間でスイッチ
オン及びスイッチオフさせる必要があり、従ってグラジ
ェ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。

４− 従来のグラジェ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
ジェントの方向とによって構成した平面の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。従ってグラジェン
トｆはＸ７平面に直角な導線によって発生する。特に、
グラジェ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１等の有限の形状によ
っ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、従来のグラジェン
トコイルは比較的小数の巻回を有していた。この小数の
巻回はグラジェント磁界の強さを減らすよう作用するこ
と勿論である。不幸にも、このコイルを使用すると、デ
ィケイに有害な作用を及ぼし、このディケイが検出され
たＦＩＤ信号に悪影豐を及ぼす。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。従ってこの
従来のグラジェ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、このグラジェン
トコイルは電力損失を生ずる。

コイルによっ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。従来のグラジェン
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。従って、これ等の欠点
を改良したグラジェント磁界発生装置は眞に待望されて
いる。

（発明の構成） 本発明グラジェント磁界発生装置はＮＭＲ映像システム
のグラジェ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で配置した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１へ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縦
軸線に平行にし、前記対をなすセグメントから組合せた
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、前記組合せた磁界が正の最大値をとり、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度的寸法を変
化さぜることによりグラジェ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１〜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
グラジェ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
及びその他の目的及び本発明の要旨を明らかにする。

（実施例） 過去、グラジェント磁界は第６及び７図に縮図的に示す
装置を含む構成によって生ぜしめていた。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、グラジェント磁界発生装置をＮ
ＭＲ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軸には−ｎ　−
噌１ ぼ平行であり、実際上Ｚ軸と同軸である。ここに説明す
る発明の構成によってＸ方向及びＹ方向のグラジェント
を生ずる。ここでの図示と説明とはＸ方向のグラジェン
トについてであるが、このグラジェントはＹ方向のグラ
ジェントに等しい作用を加える。これ等構成は単に９０
度回転させなけれ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ェント磁界発生装置１
１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。

矢印によっ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。従って、発生する磁界はｘＹ
平面及びＹＺ平而面零である。この磁界はＸ７平面（及
びそれに平行な平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、１０− 「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。ｘ７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
よって示す同一方向に電流を運ぶ。ワイヤ１８．２２は
ワイヤ２３．２４によって結合されると共に、ワイヤ１
９．２１はワイヤ２６．２７によって結合される。ワイ
ヤ１８．　’２３．２２．２４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
１ｃ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。ここで再びのｍ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ェ
ントコイルの討議は次の文献に見られる。即ちＪｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅ。

（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｌ　ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）
　ＶＯＩ、１５　。

１９８２の２３５頁のＶ　、Ｂ　ａｎｌｌｅｒｔ及びＰ
。

ＭａｎｓｆｉｅｌｄによるｒＭａｏｎｅｔｉｃ　Ｆ　１
ｅｌｄＧｒａｄｉｅｎｔ　Ｃｏ１１　ｆｏｒ　ＮＭＲＩ
　ｍａｏｉｎｏＪ及びＡｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓに
よって１９８２年刊行されたｐ　、　Ｍ　ａｎｓｒｉｅ
ｌｄ及びＰ、　Ｇ、　Ｍｏｒｒｉｅｓによる［Ｎ　Ｍ　
ＲＩ　ｍａｇｉｎｇ　ｔｎ　ＢｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅＪ
である。

第１図の本発明のシステム３１は磁界発生電流■を運、
Ｓ従来のワイヤ又はコイルの平面内に弓形の板３２．３
３を使用する。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、従って磁界の均一性は磁
界発生コイルの幾何学的性質によって影響を受けない。

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によって板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によっ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ＺＬ及び角度的寸
法２０を使用してグラジェント磁界の対称性、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旧、長さ２Ｌ
を有する板のストリップを考えることによって分析する
ことができる。点Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の場はヒオサバー
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
算される。一般にこの場はここにμ０は空気の透過性 Ｉはストリップ内の電流密度 Ｚは場ＢＺの直線位置 りはストリップの長さの１／２ ｒはストリップからのｐの半径方向距離θはＸ軸からの
７の角度距離 磁界３ｚのみが適切であり、これは磁界Ｂｙ及びＢ×は
加えた磁界３ｚに対し直角であり、従ってこれ等磁界は
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（ＩＢ
Ｚを積分することによって完全な磁界３ｚ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、最高のグラジェントの均一
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った。

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。従って
セグメント３２は部分４４．４６゜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、Ｌｌ−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Ｌｌ／Ｌ３＝７／９であり、Ｌ＝１．
６Ｒである。

Ｘ方向及びＹ方向のグラジェントの均一性はφの値の変
化によって生ずる。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Ｏ
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って生じた磁界の均
一性がφの値の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５１を使用することによ
って、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れるようにする。

この場合、第３図の装置４３に電流移送縦セグメント５
３．５４を加える。セグメント５３．５４はＸ２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
のグラジェ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ェ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によっ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によって
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によって電流をセグ
メント５４に更に導線５８に達せしめる。

好適な実施例では、φφ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５３．５４は
最も有効である。

使用に当り、グラジェント磁界発生装置によって、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ェ
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及び２図は従来のグラジェント磁界発生装置の例を
示す図、 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及び４図は本発明の他の実施例を示し、第５図は第
６図の装置の一部の接続を示す図、第６図及び第７図は
従来のグラジェント磁界発生装置の例を示す図である。 １１・・・従来のグラジェント磁界発生装置１２、１３
．１４．１６・・・ワイヤ、１７・・・サドル。 １８、１９．２１．２２・・・ワイヤ、２３、２４．２
６．２７・・・ワイヤ、２８・・・導線、３１・・・シ
ステム、３２、３３・・・弓形の板又はセグメント、３
４、３６．３７．３８．３９．４１・・・導線、４３・
・・装置、 ４４、４６．４７．４８・・・部分又はセグメント、５
１・・・装＠５３．５４・・・セグメント特許出願人　
工ルシント　リミテッド 第７図 Ｙ 手続補正書（方式） ％式％ ） １、　事件の表示 昭和５９年特許願　第２ａ９２ａ９号 ２、発明の名称 グラジェント磁界発生装置 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名（名称）　エルシント　リミテッド４、代理人 住所　東京都文京区白山５丁目１４番７号早川ピル　電
話東京（ｓ４１）　０５３１番（代表）昭和６０年２月
２５日 図面全図 ７、補正の内容 別紙の通シ 補　正　書 （１）　明細書第１１頁第１６行〜第１２頁第４行の「
即ち・・・である。」を次のように訂正する〇「即ちジ
ャーナル　オプ　フィツクス　イー。 （科学機器）１５巻、　１９８２の２３５頁のグイ。パ
ンガード及びビー、マンスゲイールドによるｒＮＭＲ映
像のため磁界グラジェント　コイル（Ｍａｇｎｅｔｉｃ
　ｌｉ”１ｅｌｄ　Ｑｒａｄｉｅｎｔ　Ｃｏ１１　ｆｏ
ｒ　ＮＭＲＩ　ｗａｇｉｎｇ）　Ｊ及びアカデミツク　
プレスによって１９８２年刊行されたビー、マンスフイ
ールド及びビー、ジー、モリーズによる「生物医学にお
けるＮＭＲ映像（ＮＭＲＩｍａｇｌｎｇ　ｉｎ　Ｂｉｏ
ｍｅｄｉａｉｎｓ　）Ｊテある◇Ｊ （２）　図面全図の浄書（内容に変更なし）ｔｌ−別紙
の過多提出する。 　１−

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
   方向であっ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−１−４ｒ 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、　グラジェ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。 ２− ７、　前記セグメントをその内側の部分とこの内側の部
   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＠。 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１へ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
   ほぼ全長に沿っ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１．２
   １ラジアンである時、前記微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（プた先述特許請求の範囲各項のいずれか１項記載の
   グラジェント磁界発生装置。 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χ−、）ＢＺ／□Ｌで表わ
   されるグラジェントを有するＸ７平面である直交座標に
   配置した特許請求の範囲第１〜１３項のいずれか１項に
   記載の装置。 ３−