JPH08252235A

JPH08252235A - 磁気共鳴映像装置

Info

Publication number: JPH08252235A
Application number: JP7057630A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kondo; 正史近藤; Masao Yui; 正生油井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01
Also published as: US5793209A; DE19610266A1; DE19610266B4

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の非対称型Ｇコイル並の大きな頭部撮像
視野と従来のＡＳＧＣ並の渦電流磁場抑制効果を有し、
かつトルクがキャンセルされた勾配磁場コイルを提供す
る。【構成】本発明に係る磁気共鳴映像装置は、電流リタ
ーン部が全て片側に集中した非対称電流分布を有する主
コイル１３と、この主コイル１３の漏洩磁場を外部にお
いて打ち消すための電流分布を有するシールドコイル１
４と、静磁場中において上記２コイルに作用するトルク
をキャンセルする電流分布を持ち、上記２コイルに隣接
して配置されたトルクキャンセルコイル１５ｄとから構
成されたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴映像装置に係
り、特にアクティブシールド型非対称勾配磁場コイルを
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核スピンの集団が一様
な静磁場中に置かれた時に、特定の周波数で回転する高
周波磁場のエネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用し
て、物質の化学的および物理的な微視的情報を映像化す
る方法である。同方法は、生体の形態情報を高コントラ
ストで画像化できるばかりではなく、血管造影（ＭＲ
Ａ）、脳機能イメージング、血液等の流れイメージン
グ、拡散イメージング、化学シフトイメージング、及び
温度計測等のさまざまな機能情報も画像化できる方法と
して、大きな注目を集めている。

【０００３】特に、ＥＰＩ法に代表される超高速ＭＲ
Ｉ、Fast SE や GRASE等の高速スキャン等の発展はめざ
ましい。これらのイメージング法の画質向上と撮像時間
短縮のためには、勾配磁場性能の大幅アップ（磁場勾配
強度の大幅アップとスイッチングタイムの大幅短縮）が
要求される。最近になって、アクセラレータ等の勾配磁
場電源技術の進歩により、勾配磁場性能の大幅アップが
実現されつつある。

【０００４】ただし、超高速スキャンを実施するにあた
っては、（１）騒音レベル（振動レベル）の大幅アップ
（従来の１０倍以上）による患者の心理的、肉体的負担
の増大、（２）勾配磁場時間変化率（ｄＢ／ｄｔ）の大
幅増大（従来の数倍以上）による磁気刺激の発生、
（３）抵抗発熱の大幅アップ（従来の数倍以上）による
リアルタイム性の制約、等の深刻かつ打開困難な問題が
生じる。これらの問題の抜本的解決なしには、臨床の場
のルーチン検査法として、超高速スキャン等が広く普及
する可能性は少ない。

【０００５】近年、頭部撮像に限って上記問題を打開す
る方法として、全身用ＭＲＩシステムにオプション搭載
可能な各種の頭部用小型勾配磁場コイル（小型Ｇコイ
ル）が提案されている。同Ｇコイルは、同一勾配磁場性
能を持つ全身用Ｇコイルと比べて、（電流ターン数と導
体長さの差により）騒音で１０分の１以下、（勾配磁場
領域のサイズの差により）ｄＢ／ｄｔで数分の１以下、
さらに（抵抗の差により）発熱で１０分の１以下となり
リアルタイム性の大幅の向上等が予想される。大幅に向
上した勾配磁場コイル性能をベースとして、高精細ＭＲ
Ａ、脳機能イメージング、及びDiffusion & Perfusion
イメージング等の次世代撮像法が、頭部ルーチン臨床検
査へ広く応用されていく可能性を秘めている。また、サ
イレントな従来頭部撮像法や、アクセラレータが搭載さ
れた全身用Ｇコイルシステムでも実現不可能な全く新し
い頭部パルスシーケンス等の実現も期待できる。

【０００６】しかし、従来の小型Ｇコイルには以下に述
べるような問題点があった。図３２は、その概要を示し
ている。まず、短軸型ＡＳＧＣ（漏洩磁場シールド型勾
配磁場コイル＝アクティブシールド勾配磁場コイル）
は、主コイルとシールドコイルからなり、従来問題であ
った渦電流磁場が大幅に抑制される特長を持つ。同Ｇコ
イルは、所望の勾配磁場を形成するための磁場形成電流
部と単にそれらの電流を帰すだけのリターン電流部とか
ら構成されており、頭部のように肩までの軸長（〜２０
ｃｍ以下）が制限されている場合は、リターン電流部の
影響が深刻で頭部撮像領域が大幅に制限（大脳領域がや
っとで小脳や脳幹部までは撮像不可）されてしまうとい
う問題があった。

【０００７】第２の従来例として、Ｇコイル軸方向片側
（肩側＝頭挿入側）の電流リターン部をもう一方の電流
リターン部の方へ集中配置した非対称型勾配磁場コイル
が提案されている。図３３は、レーマーによって提案さ
れた横方向勾配磁場コイルの図であり、特開平５−２６
９０９９にて開示されている。この非対称型勾配磁場コ
イルの採用により、撮像視野が軸長に対して占める割合
が大きくなり、肩までの軸長が制限されたＧコイルの場
合に必要な頭部撮像視野を得ることが可能になった。し
かし、同Ｇコイルは、非対称な電流パスに働くローレン
ツ力によってトルクが発生するという深刻な問題があっ
た。また、アクティブシールド型でないため漏洩磁場が
全く抑制されておらず、残留渦電流磁場も問題となる。

【０００８】第３の従来例として、非対称／トルクキャ
ンセルＧコイルが提案されている。この方法の公知例と
して、 Abduljalil らと Petropoulost らが提案してい
るコイルがある（いずれも1993年の Society of Magnet
ic Resonance in Medicineで発表されている）。図３４
に Abduljalil らが提案したコイルを示した。しかし、
同Ｇコイルもアクティブシールド型でないため漏洩磁場
が全く抑制されておらず、残留渦電流磁場の問題が残っ
ていた。以上のように、これまでのところ、撮像領域／
漏洩磁場シールド性能／トルクキャンセル等の条件を全
て満たす頭部用小型Ｇコイルは提案されていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の頭
部用小型Ｇコイル、すなわち短軸型ＡＳＧＣ、非対称Ｇ
コイル、及び非対称／トルクキャンセルＧコイルのいず
れも、撮像領域／漏洩磁場シールド性能／トルクキャン
セル等の条件を全ては満たしていなかった。

【００１０】本発明は上記実状に観みてなされたもの
で、従来の非対称型Ｇコイル並の大きな頭部撮像視野と
従来のＡＳＧＣ並の渦電流磁場抑制効果を有し、かつト
ルクがキャンセルされた勾配磁場コイルを提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気共鳴映
像装置は、電流リターン部が全て片側に集中した非対称
電流分布を有する主コイルと、前記主コイルの電流分布
が生成する漏洩磁場を外部において打ち消すための電流
分布を有するシールドコイルと、前記主コイル及び前記
シールドコイルに隣接して配置され、静磁場中において
前記主コイル及び前記シールドコイルに作用するトルク
をキャンセルする電流分布を有するトルクキャンセルコ
イルとにより構成される勾配磁場コイルを具備したこと
を特徴とする。

【００１２】

【作用】磁気共鳴映像装置に備えられる勾配磁場コイル
を構成する主コイルは、電流リターン部が全て片側に集
中した非対称電流分布を有している。これに対して、同
じく勾配磁場コイルを構成するシールドコイルは、自己
の有する電流分布によって、主コイルの電流分布が生成
する漏洩磁場を外部において打ち消す。さらに、勾配磁
場コイルを構成するトルクキャンセルコイルは、主コイ
ル及びシールドコイルに隣接して配置されており、自己
の有する電流分布によってこれら主コイル及び前記シー
ルドコイルに作用するトルクをキャンセルする。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。（第１実施例）図１は、本発明の第１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１１は励磁用電源１２により駆動さ
れ、主勾配コイル（主コイル）１３、シールドコイル１
４、及びトルクキャンセルコイル１５は勾配コイル用電
源１６により駆動される。これらにより、被検体１７に
は、一様な静磁場とそれと同一方向で互いに直交する３
方向に線形磁場勾配を持つ勾配磁場が印加される。主コ
イル１３、シールドコイル１４、及びトルクキャンセル
コイル１５は、直列接続され共通の勾配コイル用電源１
６により駆動される。シムコイル１８は、シムコイル用
電源１９により駆動され、静磁場の均一性が調整され
る。

【００１４】送信部２０は高周波信号を出力するもので
あり、この高周波信号はプローブ２１に送られ、被検体
１７に高周波磁場が印加される。この時、プローブ２１
は送受両用に設けても送受信別々に設けてもよい。ま
た、プローブ２１と主コイル１３の間には、高周波シー
ルド２２が設けられている。

【００１５】プローブ２１で受信された磁気共鳴信号
は、受信部２３で検波された後、データ収集部２４に転
送され、さらにＡ／Ｄ変換後、データ処理部２５に送ら
れる。そして、上述した励磁用電源１２、勾配コイル用
電源１６、シムコイル用電源１９、送信部２０、受信部
２３、及びデータ収集部２４は、全てシステムコントロ
ーラ２６の制御下で動作するようになっている。システ
ムコントローラ２６、及びデータ処理部２５は、コンソ
ール２７により制御されており、データ処理部２５では
データ収集部２４から送られたデータのフーリエ変換等
が行われ、被検体内部の所望原子核の密度分布などが計
算される。そして、得られた画像は画像ディスプレイ２
８に表示される。

【００１６】図２は、この第１実施例で使用される完全
シールド型非対称／トルクキャンセルＧコイル（Ｘチャ
ンネルとＹチャンネル）の概念図である。なお、Ｚチャ
ンネルＧコイルは、原理的に、Ｘ／ＹチャンネルＧコイ
ルのようなリターンがないため、撮影領域の縮小は問題
にならない。

【００１７】まず、図２に示すように、勾配磁場形成の
ための（撮影領域を決定する）非対称ＡＳＧＣ（図面左
側）２ａが設けられる。この非対称ＡＳＧＣ２ａには、
前述の主コイル１３及びシールドコイル１４が設けられ
る。なお、被検体の頭部に相当する領域は、撮影領域に
相当している。

【００１８】次に、非対称ＡＳＧＣ２ａのトルクをキャ
ンセルするための完全シールド型トルクキャンセルコイ
ル（図面右側）２ｂが設けられる。このトルクキャンセ
ルコイル部２ｂは、非対称ＡＳＧＣ２ａと同様に、トル
クキャンセル主コイル１５ａとトルクキャンセルシール
ドコイル１５ｂから成り、勾配磁場形成に対する寄与は
ほとんど無視でき、一方、トルクキャンセルコイルから
の漏洩磁場はほとんどゼロとなっている。また、トルク
キャンセルコイル部２ｂの勾配磁場形成への寄与が無視
できない場合でも、あらかじめ当該トルクキャンセルコ
イル部２ｂの勾配磁場寄与成分を打ち消すように非対称
ＡＳＧＣの設計を実施すればよい。以上より、同Ｇコイ
ルは、頭部全体の撮影領域／漏洩磁場シールド性能／ト
ルクキャンセルの３条件を全て満たすことがわかる。

【００１９】図３は、上記Ｇコイル（図２）の電流パタ
ーンを表している。基本的に、どのコイルの電流パター
ンも指紋型パターンとなる。図中の矢印は電流方向の相
対関係を示している。

【００２０】図４は、上記Ｇコイル（図２）の電流分布
とローレンツ力に関する説明図である。同図において、
Ｆc は非対称ＡＳＧＣ２ａの主コイル１３に働くローレ
ンツ力、Ｆs はシールドコイル１４に働くローレンツ
力、Ｆtc,c は完全シールド型トルクキャンセルコイル
部２ｂのトルクキャンセル主コイル１５ａに働くローレ
ンツ力、及びＦtc,s はトルクキャンセルシールドコ
イル１５ｂに働くローレンツ力に相当している。また、
ρc は主コイル１３及びトルクキャンセル主コイル１５
ａの導体重心半径、ρs はシールドコイル１４及びトル
クキャンセルシールドコイル１５ｂの導体重心半径であ
る。

【００２１】次に、図５の３次元座標を参照して、図４
に示す各ローレンツ力のトルクキャンセル条件の具体的
表式について簡単に説明する。図５に示すように、静磁
場Ｂ0 中においてφ方向の電流素片（Ｉρｄφ）に作用
するローレンツ力ｄＦは、以下の式（１）のように表現
できる。なお、一般にマグネット軸方向の静磁場は、一
様とは限らず、空間依存性がある場合も考えられるた
め、式（１）では静磁場をＢ0 （ρ，φ，ｚ）で表現す
る。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここで、ｋφ：φ方向電流密度（Ｉ＝ｋφ
dz）また、図５に示されるｒは、原点から上記電流素片をむ
すんだ位置ベクトルであり、以下の式（２）のように表
現できる。

【００２４】

【数２】したがって、上記ローレンツ力の原点に関するトルクは
以下の式（３）のように表現できる。

【００２５】

【数３】以上より、完全シールド型非対称／トルクキャンセルＧ
コイルのトルクキャンセル条件は、以下の式（４）のよ
うに表現できる。

【００２６】

【数４】

【００２７】上式における添え字 c / s / tc,c / tc,s
は、それぞれ非対称ＡＳＧＣ２ａの主コイル１３、シ
ールドコイル１４、完全シールド型トルクキャンセルコ
イル部２ｂのトルクキャンセル主コイル１５ａ、及びト
ルクキャンセルシールドコイル１５ｂに対応している。
また、各項のｚに関する積分範囲は、上記各コイルの電
流分布のｚ方向範囲に対応している。式（４）は、Ｇコ
イル設計時の束縛条件となる。

【００２８】（第２実施例）次に、第２実施例について
説明する。図６は、この第２実施例で使用される非シー
ルド指紋型非対称／トルクキャンセルＧコイル（Ｘチャ
ンネルとＹチャンネル）の概念図である。以下、第１実
施例と共通する構成要素については、同一の符号を用い
て説明する。

【００２９】前述の第１実施例（図２）で使用したトル
クキャンセルコイル部２ｂが完全シールド型であるのに
対し、この第２実施例で使用されるトルクキャンセルコ
イル部２ｃは非シールド指紋型である。非シールド指紋
型トルクキャンセルコイル部２ｃは、図６に示すよう
に、１つのトルクキャンセルコイル１５ｃを有してい
る。その他の構成については、第１実施例の場合と同じ
である。

【００３０】前述の第１実施例では、トルクキャンセル
コイルからの漏洩磁場もほぼ完全にシールドされるとい
う特長がある。その一方で、図２等から明らかなよう
に、（１）トルクキャンセルコイルの重量（導体重量含
む）が大幅に増大するため、全身ＭＲＩオプション搭載
用としては操作性が低下する、（２）完全シールド型の
ため、トルクキャンセルコイルのインダクタンスが増大
し、勾配磁場スイッチング性能が低下する、（３）設計
や製造が容易とはいえず、コストアップ等の可能性があ
る、といった問題点を持っている。

【００３１】実際のところ、トルクキャンセルコイルの
勾配磁場寄与率と残留渦磁場は、その構成及び配置から
ほとんど問題とならない可能性が高い。したがって、こ
の第２実施例により（同コイルを非シールド型とするこ
とで）、トルクキャンセルという目的を達成しつつ、大
幅な軽量化，低インダクタンス化，及び低コスト化等を
実現することが可能となる。第２実施例においてトルク
キャンセルコイルがＸチャンネルとＹチャンネルのみに
対応している点は、第１実施例と同じである。

【００３２】図７は、上記Ｇコイルの電流パターンを表
している。基本的に、どのコイルの電流パターンも指紋
型となる点は、第１実施例の場合と同じである。また、
非対称ＡＳＧＣの主コイル１３のアンペアターンの方が
シールドコイル１４のそれよりも大きいため、トルクキ
ャンセルコイル１５ｃの電流方向は、非対称ＡＳＧＣの
主コイル１３のそれと逆になることがわかる。

【００３３】図８は、上記Ｇコイルの電流分布とローレ
ンツ力に関する説明図である。同図において、Ｆc は非
対称ＡＳＧＣの主コイル１３に働くローレンツ力、Ｆs
はシールドコイル１４に働くローレンツ力、Ｆtcはトル
クキャンセルコイル１５ｃに働くローレンツ力である。
また、ρc は主コイル１３の導体重心半径、ρs はシー
ルドコイル１４の導体重心半径、さらにρtcはトルクキ
ャンセルコイル１５ｃの導体重心半径である。したがっ
て、図８に示す各ローレンツ力のトルクキャンセル条件
の具体的表式は、第１実施例の場合と同様に、以下の式
（５）のように表現できる。

【００３４】

【数５】

【００３５】上式における添え字 c / s / tc は、それ
ぞれ非対称ＡＳＧＣの主コイル１３、シールドコイル１
４、及びトルクキャンセル１５ｃに対応している。ま
た、各項のｚに関する積分範囲は上記各コイルの電流分
布のｚ方向範囲に対応している。

【００３６】基本的に、非シールド指紋型トルクキャン
セルコイル部２ｃの重心が非対称ＡＳＧＣ２ａから遠ざ
かると、トルク及びインダクタンス不変のまま同コイル
の勾配磁場寄与率と残留渦磁場強度が低下する。また、
上記重心一定のままトルクキャンセルコイルの電流分布
範囲を狭くすると、トルクキャンセルするために同コイ
ルのアンペアターン数が増大すなわちインダクタンスが
増大する。

【００３７】これらの各種依存性を十分考慮して非シー
ルド指紋型トルクキャンセルコイルを設計することによ
り、同コイルの勾配磁場寄与率と残留渦磁場強度が無視
でき、かつ大幅な軽量化、低インダクタンス化、及び低
コスト化が達成されたアクティブシールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイルが実現できる。なお、トルクキ
ャンセルコイルの導体重心半径ρtcも設定自由度があ
り、同コイルのインダクタンス、勾配磁場寄与率、残留
渦磁場強度、及び非対称ＡＳＧＣの構造条件等を考慮し
て決定すればよい。

【００３８】（第３実施例）次に、第３実施例について
説明する。図９は、この第３実施例で使用される非シー
ルドくら型非対称／トルクキャンセルＧコイル（Ｘチャ
ンネルとＹチャンネル）の概念図である。

【００３９】前述の第２実施例（図６）で使用したトル
クキャンセルコイル部２ｃが非シールド指紋型あるのに
対し、この第３実施例で使用されるトルクキャンセルコ
イル部２ｄは非シールドくら型である。非シールドくら
型トルクキャンセルコイル部２ｄは、図９に示すよう
に、１つのトルクキャンセルコイル１５ｄを有してい
る。その他の構成については、第２実施例の場合と同じ
である。

【００４０】したがって、第２実施例との違いは、非シ
ールド型トルクキャンセルコイルが指紋型からくら型に
変わったことである。これにより、第２実施例と比べ
て、（１）くら型に集中巻き線できるため、トルクキャ
ンセルコイルの軸長がさらに短くなり軽量化できる、
（２）くら型に集中巻き線できるため、トルクキャンセ
ルコイルの非対称ＡＳＧＣ側の電流部分が同ＡＳＧＣか
ら遠ざかりトルクキャンセルコイルの勾配磁場寄与率と
残留渦磁場強度がさらに低下する、（３）設計と製造が
容易となりさらに低コスト化できる、等の特長がある。

【００４１】図１０は、上記Ｇコイルの電流パターンを
表している。基本的に、非対称ＡＳＧＣ２ａの電流パタ
ーンが指紋型で、トルクキャンセルコイル部２ｄのそれ
はくら型である。また、非対称ＡＳＧＣ２ａの主コイル
のアンペアターンの方がシールドコイルのそれよりも大
きいため、非シールドくら型トルクキャンセルコイル部
２ｄの電流方向が非対称ＡＳＧＣ２ａの主コイルのそれ
と逆になる点は第２実施例の場合と全く同様である。

【００４２】図１１は、上記Ｇコイルの電流分布とロー
レンツ力に関する説明図である。非シールド型トルクキ
ャンセルコイル部２ｄの電流分布が違う以外は、トルク
キャンセル条件その他は第２実施例（図８）と全く同様
である。

【００４３】（第４実施例）次に、第４実施例について
説明する。図１２は、この第４実施例で使用される完全
シールド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの概念図
である。図１２に示すように、この第４実施例で使用す
るトルクキャンセルコイル部２ｅは、完全シールド型で
あり、この完全シールド型トルクキャンセルコイル部２
ｅは、くら型のトルクキャンセル主コイル１５ｅ及び指
紋型のトルクキャンセルシールドコイル１５ｆを有して
いる。その他の構成については、第１実施例の場合と同
じである。

【００４４】上記Ｇコイルは、第１実施例（図２〜図
４）の場合と同様に、トルクキャンセルコイル由来の渦
磁場を完全に抑制できるとともに、主コイルがくら型で
あるため、第１実施例と比べて、（１）くら型に集中巻
き線ができるため、トルクキャンセルコイル部の軸長を
大幅に短くでき、軽量化が実現できる、（２）設計や製
造が容易で、コストを軽減させることもできる、等の特
徴を持つ。

【００４５】図１３は、上記Ｇコイルの電流パターンを
表している。基本的に、非対称ＡＳＧＣ１３の電流パタ
ーン及びトルクキャンセルシールドコイル１５ｆの電流
パターンが指紋型で、トルクキャンセル主コイル１５ｅ
のそれはくら型である。

【００４６】図１４は、上記Ｇコイルの電流分布とロー
レンツ力に関する説明図である。トルクキャンセル主コ
イル１５ｅの電流分布が異なる以外は、トルクキャンセ
ル条件その他は第１実施例（図４）の場合と全く同様で
ある。なお、この第４実施例におけるＧコイルは、後述
の図１５，図１７を用いて説明するＧコイルの軽量化に
適用できる。

【００４７】（第５実施例）次に、第５実施例について
説明する。図１５は、完全シールド型非対称／トルクキ
ャンセルＧコイルの軽量化を示す図である。図１５から
明かなように、非対称ＡＳＧＣの主コイル１３’及びシ
ールドコイル１４’は、勾配磁場性能アップ、漏洩磁場
シールド性能アップ、及び抵抗低減等を目的として導体
埋め尽くしパターンとなっている。一方、漏洩磁場シー
ルド型トルクキャンセルコイル部のトルクキャンセル主
コイル１５ａ’及びトルクキャンセルシールドコイル１
５ｂ’は、軽量化を主目的として導体幅一定となってい
る。導体を銅で構成する場合、銅の比重が非常に大きい
ため、図１５に示す方法により有意な軽量化が期待でき
る。

【００４８】（第６実施例）次に、第６実施例について
説明する。図１６は、非シールド指紋型非対称／トルク
キャンセルＧコイルの軽量化を示す図である。非対称Ａ
ＳＧＣの主コイル１３’及びシールドコイル１４’が導
体埋め尽くしパターンとなっている点、非シールド指紋
型トルクキャンセルコイル部のトルクキャンセルコイル
１５ｃ’が導体幅一定となっている点は、第５実施例
（図１５）の場合と全く同様である。

【００４９】（第７実施例）次に、第７実施例について
説明する。図１７は、完全シールド型非対称／トルクキ
ャンセルＧコイルの軽量化（第５実施例とは異なる）及
び冷媒方式を示す図である。図１７の（ａ）は、非対称
ＡＳＧＣ２ａの主コイルとシールドコイル間の構造的空
白部分、及び完全シールド型トルクキャンセルコイル部
２ｂのトルクキャンセル主コイルとシールドコイル間の
構造的空白部分に空洞スペーサ３１を挿入する方法を示
している。また、図１７（ｂ）は、空洞スペーサ３１の
代わりにテフロンチューブ等の空洞パイプ３２を巻き付
ける方法を示している。この空洞パイプ３２に水などを
流すことによりＧコイルの冷媒方式としての兼用も可能
である。

【００５０】（第８実施例）次に、第８実施例について
説明する。図１８は、非シールド指紋型非対称／トルク
キャンセルＧコイルの軽量化（第６実施例とは異なる）
及び冷媒方式を示す図である。図１８の（ａ）は、非対
称ＡＳＧＣ２ａの主コイルとシールドコイル間の構造的
空白部分に空洞スペーサ３１を挿入する方法を示してい
る。また、図１８の（ｂ）は、空洞スペーサ３１の代わ
りにテフロンチューブ等の空洞パイプ３２を巻き付ける
方法を示しており、Ｇコイルの冷媒方式として兼用でき
る点は図１７（ｂ）と全く同様である。

【００５１】また、図１８の（ａ）と（ｂ）において、
非シールド型トルクキャンセルコイル部２ｃにも軽量化
のための空洞スペーサや空洞パイプを装着する方法も考
えられる。

【００５２】（第９実施例）次に、第９実施例について
説明する。図１９は、非対称ＡＳＧＣが鏡面対称に２個
配置された被検体２名の頭部を同時撮影可能なＧコイル
を示している。図１９に示すように、２個の非対称ＡＳ
ＧＣ２ａは、互いにトルクキャンセルの関係にある。ま
た、上記Ｇコイルの電流パターンは、図２０に示すよう
に両者を挟んで対称の関係にある。

【００５３】上記Ｇコイルは単独の非対称ＡＳＧＣと比
べてインダクタンスは２倍となり勾配磁場性能が劣化す
るが、小型のため、全身用ＡＳＧＣと比べると数倍以上
優れた勾配磁場性能（同一の勾配磁場電源使用時）が期
待できる。そして、脳ドックのように全被検者に対して
同一のパルスシーケンスを実施可能な場合は、スループ
ットは２倍となり病院の収益性が大幅にアップする。従
って、将来脳ドック専用ＭＲＩを実現する際の不可欠な
要素技術となる可能性を秘めている。また、同Ｇコイル
は通常二つの非対称ＡＳＧＣを直列接続して駆動される
が、それぞれ単独に駆動されてもよい。

【００５４】図２１は、上記鏡面対称ＡＳＧＣを磁気共
鳴映像装置に組み込んだ場合の概念図を示している。す
なわち、超電導マグネット４１の内側に、２名同時に撮
影可能な鏡面対称頭部Ｇコイル４２が設けられる。ま
た、各被検体の頭部の頭頂部が向かい合うように、それ
ぞれ頭部用ＲＦコイル４３に収納される。同図中には、
２名の被検者の間のプライバシーを保つための目隠し用
しきり構造が示されている。

【００５５】図２１の（ａ）は鏡面対称頭部Ｇコイル４
２内のみに目隠ししきり構造４４を設置する場合を、図
２１の（ｂ）は超電導マグネット４１の室温ボア内部ま
で目隠ししきり構造４５を拡張した場合を、さらに図２
１（ｃ）は超電導マグネット４１外部まで目隠ししきり
構造４６を拡張した場合をそれぞれ示している。特に、
図２１の（ｃ）については、目隠ししきり構造４６を部
屋の壁と兼用させることにより、見かけ上完全に分離し
た２つのシステムと見なすことができる。

【００５６】ところで、図２２（ａ）は、従来の超電導
マグネット４１の超電導線材５１と撮影領域（静磁場均
一領域）５２を示している。これに対し、図２２の
（ｂ）は、上記鏡面対称頭部Ｇコイル４２を組み込んだ
磁気共鳴映像装置（スループット２倍の脳ドック専用Ｍ
ＲＩなど）に求められる超電導マグネットの概念図を示
している。図２２（ｂ）から明らかなように、超電導マ
グネット４１は、鏡面対称ＡＳＧＣの有する２つの撮影
領域５２に対応した２つの分離した静磁場均一領域を持
っていなければならない。そのためには、超電導線材５
１を図２２のように配置する必要がある。ただし、同図
中の２つの超電導線材５１は図２２の（ａ）のそれとは
異なっており、それぞれの超電導線材５１が形成する静
磁場がもう一方の静磁場均一領域に及ぼす影響（寄与
分）も考慮して設計する必要がある。

【００５７】図２３は、上記鏡面対称ＡＳＧＣを組み込
んだ磁気共鳴映像装置（スループット２倍の脳ドック専
用ＭＲＩなど）のシステムブロック図の一例を示す。図
１９から明らかなように、通常、鏡面対称頭部Ｇコイル
内の２つのＧコイルは、直列接続され勾配磁場電源６１
にて駆動される。このとき、シーケンスコントローラ６
０は、勾配磁場電源６１に対してパルスシーケンスを出
力している。また、ＲＦ系（送受信系）とデータ収集／
処理系は２系統からなる。なお、上記の場合に、図２４
のようにスプリッタ７１を導入することで、ＲＦアンプ
６２ｃに限って１系統で済ますことができる。

【００５８】以上説明したように第９実施例によれば、
被検者のプライバシーを守るとともに、撮像にかけるコ
ストや手間を大幅に削減することができる。さらに、向
かい合う被検体の撮像内容が同じであれば、より一層本
装置のスループットを向上させることができる。

【００５９】なお、図２５に示すような、図２４のシス
テムの変形例も考えられる。図２５から明らかなよう
に、上記ＡＳＧＣを構成する互いに鏡面対称かつトルク
キャンセルの関係にある２つのＧコイルが２系統の勾配
磁場電源６１ａ，６１ｂによって駆動される場合が示さ
れている。また、同図から明らかなように、シーケンス
コントローラ６０は、２つの独立した勾配磁場電源６１
ａ，６１ｂに対して２系統のパスルシーケンスを出力で
きるように構成されている。

【００６０】この場合、一般的には異なる２種類のパル
スシーケンス実行中にトルクが発生する可能性かある。
しかし、上記ＡＳＧＣを組み込んだ頭部専用の磁気共鳴
映像装置の場合には、上記Ｇコイルをマグネットボア内
面に据置固定できるため、振動等の影響は問題とならな
い。

【００６１】ところで、図６や図９等の非シールド型ト
ルクキャンセルコイルを用いた場合、当該コイルのつく
る漏洩磁場がその周囲に存在することになる。従来の磁
気共鳴映像装置においては、図２７に示すように、マグ
ネットの静磁場均一性を向上させるために、通常、特定
の磁場分布を生成する複数チャンネルの電流シム８３を
勾配磁場コイルとマグネットの間に配置し、常に電流を
流している。上記の漏洩磁場８２が存在するため、勾配
磁場コイルを駆動する際に、電流シム８３とトルクキャ
ンセルコイル８１とがカップリングしてしまい、電流シ
ム８３の電流が変動し、静磁場均一性が保たれないとい
う問題が発生する。この問題を解決するのが、図２６を
用いて以下に説明する第１０実施例である。

【００６２】（第１０実施例）次に、第１０実施例につ
いて説明する。図２６に示すように、磁気共鳴映像装置
において、被検体の頭部が主コイル１３及びシールドコ
イルからなる非対称ＡＳＧＣの内側に収納されている。

【００６３】本発明では、非対称電流シム８３’を当該
電流シム８３’の漏洩磁場８２が存在する側（すなわ
ち、頭頂側）における電流リターンを被検体挿入側（肩
側）に寄せることにより、電流シム８３’とトルクキャ
ンセルコイル８１間のカップリングを防止している。こ
の非対称電流シムの各成分における具体的な電流分布を
図２８に示す。被検体の頭頂から肩へ向かう方向をＺ軸
とする。

【００６４】図２８の（イ）は、非対称ＺＸシムを示
す。（ロ）及び（ハ）は、非対称Ｚ2Ｘシムを示す。
（ニ）及び（ホ）は、非対称ＸＹシムを示す。（ヘ）
は、非対称Ｚ2 −Ｘ2 シムを示す。

【００６５】図２９は、それぞれ従来の、軸方向に対称
な電流分布を有するシムコイルを示す。図２９の（イ）
において、ａ）部の電流分布がＺＸに比例する磁場分布
のほとんどを発生させ、ｂ）部及びｂ’）部の電流分布
は、電流をａ）部に戻しているにすぎない。このうち、
頭頂側（図の−Ｚ側）のｂ）をｂ’）の側へ移動させた
ものが本発明に係る図２８の（イ）である。このような
構成とすることにより、勾配磁場コイルの頭頂側での漏
洩磁場とシムコイルとのカップリングを低減できるわけ
である。

【００６６】この非対称電流シムは、非シールド型トル
クキャンセルコイルの他にも、特願平６−２２２２７０
号において提案されているような、「二重円筒の内側円
筒に形成され、電流リターン配線の少なくとも一部が切
断された指紋状電流分布を有する主コイルと、前記二重
円筒の外側円筒に形成された電流分布を有するシールド
コイルと、前記主コイルの電流リターン配線を除去した
部位の切断点と前記シールドコイルとの間を接続する接
続用コイルと、を有し、前記シールドコイルは、前記主
コイルと前記接続用コイルが前記外側円筒の外側に形成
する磁場を消去すべく設置されたことを特徴とする」勾
配磁場コイルを用いた装置においても有用である。

【００６７】このタイプのコイルでは、上記接続用コイ
ル付近での漏洩磁場シールド性能が十分でない可能性が
ある。接続用コイルは、非シールド型トルクキャンセル
コイルと同様に、被検体の頭頂側に存在するので、非対
称電流シムを用いることで上記勾配磁場コイルとのカッ
プリングを低減することができる。

【００６８】さて、これまで述べてきた非対称／トルク
キャンセルＡＳＧＣを用いたシステムの一つとして、頭
部専用のＭＲＩというものが考えられる。この勾配磁場
コイルは、頭部に接近するように径をできる限り小さく
構成することができる。また、頭部のみを撮像対称とす
ることにより、静磁場が均一な領域は従来の半分程度あ
ればよい。この２つの理由により、マグネット自体の径
を短くすることが可能となる。以下に、この点を利用し
た第１１実施例を説明する。

【００６９】（第１１実施例）次に、第１１実施例につ
いて説明する。従来の全身用磁気共鳴映像装置では、図
３１に示すように、マグネット９１自体の軸長が長く、
しかも腹部や下肢等をマグネット９１の中心まで挿入す
る必要があったため、寝台９２が患者ボア９３に接触す
ることを避けられなかった。このため、超高速撮像実施
時の勾配磁場コイルの振動が患者ボアを介して患者に伝
わり、画像劣化を引き起こしていた。図３０に示す本発
明の寝台では、同図のように、マグネット９１の軸長が
長いこと、及び、被検体の頭部のみを磁場中心に送り込
むだけでよいことになり、寝台が患者ボア９３’に接す
ることがないようい構成できる。

【００７０】このようにすることで、勾配磁場コイル駆
動時の振動が被検体に直接伝わることを回避でき、画質
劣化が生じなくなり、被検体に不快感や恐怖感を抱かせ
ることがない。

【００７１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、従
来の非対称型Ｇコイル並の大きな頭部撮像視野と従来の
ＡＳＧＣ並の渦電流磁場抑制効果を有し、かつトルクが
キャンセルされた勾配磁場コイル、すなわちアクティブ
シールド型非対称／トルクキャンセル勾配磁場コイルを
実現できる。

【００７２】上記Ｇコイルにより、同一勾配磁場性能を
持つ全身用Ｇコイルと比べて、騒音が１０分の１以下、
ｄＢ／ｄｔが数分の１以下、さらに発熱が１０分の１以
下（リアルタイム性アップ）となることが予想される。
このように、大幅に向上した勾配磁場コイル性能をベー
スとして、高精細ＭＲＡ、脳機能イメージング、及びDi
ffusion & Perfusionイメージング等の次世代撮像法
が、頭部ルーチン臨床検査へ広く応用されていく可能性
が高まる。また、サイレントな従来の頭部撮像法や、ア
クセラレータが搭載された全身用Ｇコイルシステムでも
実現不可能な全く新しい頭部パルスシーケンス等の実現
も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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】本発明の第１実施例における完全シールド型非
対称／トルクキャンセルＧコイルの概念図。

【図３】同実施例における完全シールド型非対称／トル
クキャンセルＧコイルの電流パターン説明図。

【図４】同実施例における完全シールド型非対称／トル
クキャンセルＧコイルの電流分布とローレンツ力の説明
図。

【図５】同実施例における完全シールド型非対称／トル
クキャンセルＧコイルのローレンツ力の説明図。

【図６】本発明の第２実施例における非シールド型トル
クキャンセルコイル（指紋パターン）を具備したアクテ
ィブシールド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの概
念図。

【図７】同実施例における非シールド型トルクキャンセ
ルコイル（指紋パターン）を具備したアクティブシール
ド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの電流パターン
説明図。

【図８】同実施例における非シールド型トルクキャンセ
ルコイル（指紋パターン）を具備したアクティブシール
ド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの電流分布とロ
ーレンツ力の説明図。

【図９】本発明の第３実施例における非シールド型トル
クキャンセルコイル（くら型）を具備したアクティブシ
ールド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの概念図。

【図１０】同実施例における非シールド型トルクキャン
セルコイル（くら型）を具備したアクティブシールド型
非対称／トルクキャンセルＧコイルの電流パターン説明
図。

【図１１】同実施例における非シールド型トルクキャン
セルコイル（くら型）を具備したアクティブシールド型
非対称／トルクキャンセルＧコイルの電流分布とローレ
ンツ力の説明図。

【図１２】本発明の第４実施例におけるトルクキャンセ
ル主コイル（くら型）及びトルクキャンセルシールドコ
イル（指紋パターン）を具備した完全シールド型非対称
／トルクキャンセルＧコイルの概念図。

【図１３】同一実施例におけるトルクキャンセル主コイ
ル（くら型）及びトルクキャンセルシールドコイル（指
紋パターン）を具備した完全シールド型非対称／トルク
キャンセルＧコイルの電流パターン説明図。

【図１４】同一実施例におけるトルクキャンセル主コイ
ル（くら型）及びトルクキャンセルシールドコイル（指
紋パターン）を具備した完全シールド型非対称／トルク
キャンセルＧコイルの電流分布とローレンツ力の説明
図。

【図１５】第５実施例における完全シールド型非対称／
トルクキャンセルＧコイルの軽量化を示す図。

【図１６】第６実施例における非シールド型トルクキャ
ンセルコイル（指紋パターン）を具備したアクティブシ
ールド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの軽量化を
示す図。

【図１７】第７実施例における完全シールド型非対称／
トルクキャンセルＧコイルの軽量化及び冷媒方式を示す
図。

【図１８】第８実施例における非シールド型トルクキャ
ンセルコイル（指紋パターン）を具備したアクティブシ
ールド型非対称／トルクキャンセルＧコイルの軽量化及
び冷媒方式を示す図。

【図１９】第９実施例における完全シールド型非対称／
トルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同
時撮影用）の概念図。

【図２０】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）の電流パターン説明図。

【図２１】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）を具備した磁気共鳴映像装置の目隠ししきり構
造の概念図。

【図２２】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）の二つの同一撮影領域に対応した二つの静磁場
均一領域を有する超電導マグネットの概念図。

【図２３】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）を具備した磁気共鳴映像装置を示すブロック
図。

【図２４】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）を具備した別の磁気共鳴映像装置を示すブロッ
ク図。

【図２５】同実施例における完全シールド型非対称／ト
ルクキャンセルＧコイル（鏡面配置の２被検体頭部同時
撮影用）を具備した更なる別の磁気共鳴映像装置を示す
ブロック図。

【図２６】本発明の第１０実施例に係る、非対称電流シ
ムとトルクキャンセルコイル間のカップリングを防止す
る磁気共鳴映像装置の構成を示す図。

【図２７】従来における電流シムとトルクキャンセルコ
イル間にカップリングが発生する磁気共鳴映像装置の構
成を示す図。

【図２８】第１０実施例における非対称電流シムの構成
を示す図。

【図２９】従来の電流シムの構成を示す図。

【図３０】本発明の第１１実施例に係る、寝台が患者ボ
アに接触しない磁気共鳴映像装置の構成を示す図。

【図３１】従来における寝台が患者ボアに接触する磁気
共鳴映像装置の構成を示す図。

【図３２】従来の小型Ｇコイルの方式を比較するための
図。

【図３３】従来のレーマーにより提案された横方向勾配
磁場コイルの構成を示す図。

【図３４】従来のAbduljalilらにより提案した非対称／
トルクキャンセルＧコイルの構成を示す図。

【符号の説明】

２ａ…非対称ＡＳＧＣ、２ｂ，２ｅ…完全シールド型ト
ルクキャンセルコイル部、２ｃ…非シールド指紋型トル
クキャンセルコイル部、２ｄ…非シールドくら型トルク
キャンセルコイル部、２ｅ… １１…静磁場磁石、１２
…励磁用電源、１３，１３’…主コイル、１４，１４’
…シールドコイル、１５，８１…トルクキャンセルコイ
ル、１５ａ，１５ａ’…トルクキャンセル主コイル、１
５ｂ，１５ｂ’…トルクキャンセルシールドコイル、１
５ｃ，１５ｃ’…指紋型トルクキャンセルコイル、１５
ｄ…くら型トルクキャンセルコイル、１５ｅ…くら型ト
ルクキャンセル主コイル、１５ｆ…指紋型トルクキャン
セルシールドコイル、１６…勾配コイル用電源、１７…
被検体、１８…シムコイル、１９…シムコイル用電源、
２０…送信部、２１…プローブ、２２…高周波シール
ド、２３…受信部、２４…データ収集部、２５…データ
処理部、２６…システムコントローラ、２７…コンソー
ル、２８…画像ディスプレイ、３１…空洞スペーサ、３
２…空洞パイプ、４１…超電導マグネット、４２…鏡面
対称頭部Ｇコイル、４３…頭部用ＲＦコイル、４４，４
５，４６…目隠ししきり構造、５１…超電導線材、５２
…撮影領域、６０…シーケンスコントローラ、６１，６
１ａ，６１ｂ…勾配磁場電源、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ
…ＲＦアンプ、６３ａ，６３ｂ…Ｔ＆Ｒスイッチ、６４
ａ，６４ｂ…受信系、６５ａ，６５ｂ…データ収集系、
６６ａ，６６ｂ…データ処理系、６７…表示系、７１…
スプリッタ、８２…漏洩磁場、８３，８３’…電流シ
ム、９１…マグネット、９２…寝台、９３，９３’…患
者ボア。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流リターン部が全て片側に集中した非
対称電流分布を有する主コイルと、前記主コイルの電流分布が生成する漏洩磁場を外部にお
いて打ち消すための電流分布を有するシールドコイル
と、前記主コイル及び前記シールドコイルに隣接して配置さ
れ、静磁場中において前記主コイル及び前記シールドコ
イルに作用するトルクをキャンセルする電流分布を有す
るトルクキャンセルコイルとにより構成される勾配磁場
コイルを具備したことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項２】前記トルクキャンセルコイルは、トルク
キャンセル主コイルとトルクキャンセルシールドコイル
とにより構成されていることを特徴とする請求項１記載
の磁気共鳴映像装置。
【請求項３】前記トルクキャンセルコイルは、非シー
ルド型コイルにより構成されていることを特徴とする請
求項１記載の磁気共鳴映像装置。
【請求項４】前記トルクキャンセルコイルは、くら型
電流分布を有する非シールド型コイルにより構成されて
いることを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴映像装
置。
【請求項５】前記トルクキャンセル主コイルは、くら
型電流分布を有しており、前記トルクキャンセルシール
ドコイルは、指紋型電流分布を有していることを特徴と
する請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
【請求項６】前記主コイルと前記シールドコイルで構
成される非対称アクティブシールド勾配磁場コイルの導
体部分が埋め尽くしパターン、トルクキャンセルコイル
の導体部分が導体幅一定となっていることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気共鳴映像装置。
【請求項７】前記トルクキャンセルコイルの構造的空
白部分に、空洞を有する構造物が備えられていることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気共鳴
映像装置。
【請求項８】前記トルクキャンセルコイルの構造的空
白部分に、発生する熱を冷却する冷媒手段が備えられて
いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の磁気共鳴映像装置。
【請求項９】電流リターン部が全て片側に集中した非
対称電流分布を有する主コイルと、前記主コイルの電流
分布が生成する漏洩磁場を外部において打ち消すための
電流分布を有するシールドコイルとにより構成される第
１の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイルを同一の構造を有し、当該第
１の勾配磁場コイルと鏡面対称となるように配置された
第２の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイル及び第２の勾配磁場コイルに
対し、直列に駆動用電力を供給する勾配磁場電源とを具
備したことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項１０】前記第１の勾配磁場コイル及び第２の
勾配磁場コイルの各々に接続される２系統の撮像用回線
をさらに具備したことを特徴とする請求項９記載の磁気
共鳴映像装置。
【請求項１１】ＲＦ信号を発生するＲＦ電源と、前記ＲＦ電源から発生されるＲＦ信号を分割して前記第
１の勾配磁場コイル内のＲＦコイル及び第２の勾配磁場
コイル内のＲＦコイルに供給するスプリッタとをさらに
具備したことを特徴とする請求項９記載の磁気共鳴映像
装置。
【請求項１２】電流リターン部が全て片側に集中した
非対称電流分布を有する主コイルと、前記主コイルの電
流分布が生成する漏洩磁場を外部において打ち消すため
の電流分布を有するシールドコイルとにより構成される
第１の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイルを同一の構造を有し、当該第
１の勾配磁場コイルと鏡面対称となるように配置された
第２の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイルと第２の勾配磁場コイルの周
囲を覆う超電導磁石と、前記第１の勾配磁場コイルと第２の勾配磁場コイルのそ
れぞれの撮像領域に対応して２つの均一静磁場空間が形
成されるように、前記超電導磁石に配置される超電導線
材とを具備したことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項１３】静磁場均一性を向上させるための電流
シムコイルを有する磁気共鳴映像装置において、前記電流シムコイルは、当該電流シムコイルの電流ルー
プが軸方向に対して非対称に配置されたことを特徴とす
る磁気共鳴映像装置。