JP3283242B2 - 勾配コイルの製造方法、勾配コイルおよびｍｒｉ装置 - Google Patents
勾配コイルの製造方法、勾配コイルおよびｍｒｉ装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、勾配コイルの製造
方法、勾配コイル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ（Ｍag
netic Ｒesonance Ｉmaging）装置に関し、さらに詳し
くは、磁場発生効率を低下させないで良好なリニアリテ
ィが得られる勾配コイルの製造方法、勾配コイル単位、
勾配コイルおよびＭＲＩ装置に関する。
方法、勾配コイル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ（Ｍag
netic Ｒesonance Ｉmaging）装置に関し、さらに詳し
くは、磁場発生効率を低下させないで良好なリニアリテ
ィが得られる勾配コイルの製造方法、勾配コイル単位、
勾配コイルおよびＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平６−１４９００号公報に開示され
た「勾配コイルの製造方法及び勾配コイル単位並びに勾
配コイル」では、次のようにして勾配コイルの巻線パタ
ーンを基本的に決定している。 （１）図１１に示す如き複数の弓形渦巻からなる巻線パ
ターンを仮定し、そのｒ方向電流分布を次の（数２）式
で表し、φ方向の電流分布を次の（数３）式で表す。な
お、ｒは半径方向位置、φは角度方向位置を表し、Ｒｏ
は最大半径であり、Ｓｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍは最適化のた
めに操作するパラメータである。
た「勾配コイルの製造方法及び勾配コイル単位並びに勾
配コイル」では、次のようにして勾配コイルの巻線パタ
ーンを基本的に決定している。 （１）図１１に示す如き複数の弓形渦巻からなる巻線パ
ターンを仮定し、そのｒ方向電流分布を次の（数２）式
で表し、φ方向の電流分布を次の（数３）式で表す。な
お、ｒは半径方向位置、φは角度方向位置を表し、Ｒｏ
は最大半径であり、Ｓｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍは最適化のた
めに操作するパラメータである。
【０００３】（２）φ＝０におけるＳｎ，ｎ，Ｃｍ及び
ｍの最適値を求める。すなわち、Ｓｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍ
を適当に仮定し、必要領域内での磁場のリニアリティエ
ラーを計算し、そのリニアリティエラーが許容値に収ま
るようにＳｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍを操作して、最適値を求
める。 （３）求めたＳｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍを入れた（数３）式
よりφ＝０の直線上の電流分布曲線を得る。この電流分
布曲線のＪφ＝０の線より正側の部分とＪφ＝０の線と
で囲まれる各小領域の面積の和Ａｐを、勾配コイルの巻
線がφ＝０の直線を切る位置の数Ｎで割った値をΔＡｐ
とする。 （４）Ｊφ＝０の線より正側の電流分布曲線とＪφ＝０
の線とで囲まれる全領域をΔＡｐごとに分割する。各分
割領域の中央のｒ位置を、巻線がφ＝０の直線を切る位
置とする。
ｍの最適値を求める。すなわち、Ｓｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍ
を適当に仮定し、必要領域内での磁場のリニアリティエ
ラーを計算し、そのリニアリティエラーが許容値に収ま
るようにＳｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍを操作して、最適値を求
める。 （３）求めたＳｎ，ｎ，Ｃｍ及びｍを入れた（数３）式
よりφ＝０の直線上の電流分布曲線を得る。この電流分
布曲線のＪφ＝０の線より正側の部分とＪφ＝０の線と
で囲まれる各小領域の面積の和Ａｐを、勾配コイルの巻
線がφ＝０の直線を切る位置の数Ｎで割った値をΔＡｐ
とする。 （４）Ｊφ＝０の線より正側の電流分布曲線とＪφ＝０
の線とで囲まれる全領域をΔＡｐごとに分割する。各分
割領域の中央のｒ位置を、巻線がφ＝０の直線を切る位
置とする。
【０００４】（５）φの値を第１象限内で順に変えて、
上記（３）〜（４）を繰り返して、図１２に示す如き第
１象限における巻線パターンを得る。 （６）得た第１象限の巻線パターンをｘ軸（φ＝０の直
線）対称に複写し、電流方向を逆にして、第４象限の巻
線パターンとする。さらに、電流方向を考慮し且つ全体
で１つのコイルとなるように、第１象限の巻線パターン
と第４象限の巻線パターンを接続するパターンを付加す
る。これにより片側の巻線パターンを得る。 （７）前記片側の巻線パターンをｙ軸（ｘ軸に直交する
軸）対称に複写する。これにより勾配コイル単位の巻線
パターンが得られる。 （８）前記勾配コイル単位を複数個組み合わせる。
上記（３）〜（４）を繰り返して、図１２に示す如き第
１象限における巻線パターンを得る。 （６）得た第１象限の巻線パターンをｘ軸（φ＝０の直
線）対称に複写し、電流方向を逆にして、第４象限の巻
線パターンとする。さらに、電流方向を考慮し且つ全体
で１つのコイルとなるように、第１象限の巻線パターン
と第４象限の巻線パターンを接続するパターンを付加す
る。これにより片側の巻線パターンを得る。 （７）前記片側の巻線パターンをｙ軸（ｘ軸に直交する
軸）対称に複写する。これにより勾配コイル単位の巻線
パターンが得られる。 （８）前記勾配コイル単位を複数個組み合わせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の勾配コイル
の巻線パターン（図１１または図１２）では、隣接する
パスに逆方向に電流が流れる箇所が存在する（図１２で
は４カ所）。このため、良好なリニアリティを得られる
ものの、磁場発生効率が低下してしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、磁場発生効率を低下させない
で良好なリニアリティが得られる勾配コイルの製造方
法、勾配コイル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ装置を提
供することにある。
の巻線パターン（図１１または図１２）では、隣接する
パスに逆方向に電流が流れる箇所が存在する（図１２で
は４カ所）。このため、良好なリニアリティを得られる
ものの、磁場発生効率が低下してしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、磁場発生効率を低下させない
で良好なリニアリティが得られる勾配コイルの製造方
法、勾配コイル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ装置を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の観点では、本発明
は、次の（１）〜（７）の段階を有することを特徴とす
る勾配コイルの製造方法を提供する。 （１）１個の半円形渦巻からなる巻線パターンを仮定
し、そのｘ軸上電流分布を次の電流分布式で表す。な
お、ｘ軸は前記半円形渦巻を２等分する軸であり、Ｒｏ
は最大半径であり、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍは最適化のた
めに操作するパラメータである。
は、次の（１）〜（７）の段階を有することを特徴とす
る勾配コイルの製造方法を提供する。 （１）１個の半円形渦巻からなる巻線パターンを仮定
し、そのｘ軸上電流分布を次の電流分布式で表す。な
お、ｘ軸は前記半円形渦巻を２等分する軸であり、Ｒｏ
は最大半径であり、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍは最適化のた
めに操作するパラメータである。
【０００７】（２）Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた前記
電流分布式で表されるｘ軸上の電流分布曲線が正負両極
にまたがらないようにＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを適当に仮
定し、複数の磁界測定点での磁場のリニアリティエラー
を計算し、そのリニアリティエラーが許容値に収まるよ
うにＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを操作して、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ
及びｍの最適値を求める。 （３）電流分布曲線とＪｘ＝０の線で囲まれる領域の面
積Ａｐを、半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置の数Ｎ
で割った値をΔＡｐとする。 （４）電流分布曲線とＪφ＝０の線とで囲まれる領域を
ΔＡｐごとに分割する。各分割領域の中央のｘ位置を、
半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置とする。 （５）半円形渦巻の円弧部は半径Ｒｏの半円とし、片側
の巻線パターンとする。 （６）前記片側の巻線パターンを、直線部を隣接させ
て、対称に複写し、勾配コイル単位の巻線パターンとす
る。 （７）前記勾配コイル単位を複数個組み合わせる。 上記第１の観点による勾配コイルの製造方法では、１個
の半円形渦巻からなる巻線パターンを仮定し、ｘ軸上の
電流分布曲線が正負両極にまたがらないような連続関数
により電流分布を表し、所望のリニアリティが得られる
ように前記連続関数のパラメータを最適化し、その最適
化した連続関数により与えられる電流分布曲線を実現す
るように半円形渦巻の直線部の位置を決める。そして、
それを対称に複写して勾配コイル単位とし、その勾配コ
イル単位を複数組み合わせて勾配コイルとする。これに
より、良好なリニアリティが得られると共に、半円形渦
巻の巻線パターンを用いるため、隣接するパスに逆方向
に電流が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十
分離れているので、磁場発生効率の低下を回避できる。
電流分布式で表されるｘ軸上の電流分布曲線が正負両極
にまたがらないようにＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを適当に仮
定し、複数の磁界測定点での磁場のリニアリティエラー
を計算し、そのリニアリティエラーが許容値に収まるよ
うにＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを操作して、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ
及びｍの最適値を求める。 （３）電流分布曲線とＪｘ＝０の線で囲まれる領域の面
積Ａｐを、半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置の数Ｎ
で割った値をΔＡｐとする。 （４）電流分布曲線とＪφ＝０の線とで囲まれる領域を
ΔＡｐごとに分割する。各分割領域の中央のｘ位置を、
半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置とする。 （５）半円形渦巻の円弧部は半径Ｒｏの半円とし、片側
の巻線パターンとする。 （６）前記片側の巻線パターンを、直線部を隣接させ
て、対称に複写し、勾配コイル単位の巻線パターンとす
る。 （７）前記勾配コイル単位を複数個組み合わせる。 上記第１の観点による勾配コイルの製造方法では、１個
の半円形渦巻からなる巻線パターンを仮定し、ｘ軸上の
電流分布曲線が正負両極にまたがらないような連続関数
により電流分布を表し、所望のリニアリティが得られる
ように前記連続関数のパラメータを最適化し、その最適
化した連続関数により与えられる電流分布曲線を実現す
るように半円形渦巻の直線部の位置を決める。そして、
それを対称に複写して勾配コイル単位とし、その勾配コ
イル単位を複数組み合わせて勾配コイルとする。これに
より、良好なリニアリティが得られると共に、半円形渦
巻の巻線パターンを用いるため、隣接するパスに逆方向
に電流が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十
分離れているので、磁場発生効率の低下を回避できる。
【０００８】第２の観点では、本発明は、上記第１の観
点の勾配コイルの製造方法において、前記複数の磁界測
定点が、電流要素を含まない球面上の複数の点であるこ
とを特徴とする勾配コイルの製造方法を提供する。上記
第２の観点による勾配コイルの製造方法では、電流要素
を含まない球面上の複数の点を磁界測定点としてリニア
リティを検証するため、前記球面内においてもリニアリ
ティが保証される。従って、前記球面上の数少ない磁界
測定点で計算が済むため、計算時間を短縮できる。
点の勾配コイルの製造方法において、前記複数の磁界測
定点が、電流要素を含まない球面上の複数の点であるこ
とを特徴とする勾配コイルの製造方法を提供する。上記
第２の観点による勾配コイルの製造方法では、電流要素
を含まない球面上の複数の点を磁界測定点としてリニア
リティを検証するため、前記球面内においてもリニアリ
ティが保証される。従って、前記球面上の数少ない磁界
測定点で計算が済むため、計算時間を短縮できる。
【０００９】第３の観点では、本発明は、１個の半円形
渦巻からなる巻線パターンを１対、それらの直線部を隣
接させて、対称に配置した全体構造を有し、半円形渦巻
を２等分する軸をｘ軸とするとき、１個の半円形渦巻に
電流を流すことにより形成されるｘ軸上電流分布が、正
負両極にまたがらない連続関数で基本的に表されること
を特徴とする勾配コイル単位を提供する。上記第３の観
点による勾配コイル単位では、半円形渦巻の巻線パター
ンを用い、正負両極にまたがらない連続関数で基本的に
表される電流分布を有するため、隣接するパスに逆方向
に電流が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十
分離れているので、磁場発生効率の低下を回避できる。
また、所望のリニアリティが得られるように前記連続関
数のパラメータを最適化することにより、良好なリニア
リティが得られる。
渦巻からなる巻線パターンを１対、それらの直線部を隣
接させて、対称に配置した全体構造を有し、半円形渦巻
を２等分する軸をｘ軸とするとき、１個の半円形渦巻に
電流を流すことにより形成されるｘ軸上電流分布が、正
負両極にまたがらない連続関数で基本的に表されること
を特徴とする勾配コイル単位を提供する。上記第３の観
点による勾配コイル単位では、半円形渦巻の巻線パター
ンを用い、正負両極にまたがらない連続関数で基本的に
表される電流分布を有するため、隣接するパスに逆方向
に電流が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十
分離れているので、磁場発生効率の低下を回避できる。
また、所望のリニアリティが得られるように前記連続関
数のパラメータを最適化することにより、良好なリニア
リティが得られる。
【００１０】第４の観点では、本発明は、上記第３の観
点の勾配コイル単位において、前記連続関数が、直交関
数の組み合わせからなることを特徴とする勾配コイル単
位を提供する。上記第４の観点による勾配コイル単位で
は、直交関数の組み合わせからなる連続関数を用いるた
め、部分に分けて計算でき、計算処理が容易になる。
点の勾配コイル単位において、前記連続関数が、直交関
数の組み合わせからなることを特徴とする勾配コイル単
位を提供する。上記第４の観点による勾配コイル単位で
は、直交関数の組み合わせからなる連続関数を用いるた
め、部分に分けて計算でき、計算処理が容易になる。
【００１１】第５の観点では、本発明は、上記第３また
は第４の観点の勾配コイル単位を複数個組み合わせたこ
とを特徴とする勾配コイルを提供する。上記第５の観点
による勾配コイルでは、半円形渦巻の巻線パターンを用
い、正負両極にまたがらない連続関数で基本的に表され
る電流分布を有するため、隣接するパスに逆方向に電流
が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十分離れ
ているので、磁場発生効率の低下を回避できる。また、
所望のリニアリティが得られるように前記連続関数のパ
ラメータを最適化することにより、良好なリニアリティ
が得られる。
は第４の観点の勾配コイル単位を複数個組み合わせたこ
とを特徴とする勾配コイルを提供する。上記第５の観点
による勾配コイルでは、半円形渦巻の巻線パターンを用
い、正負両極にまたがらない連続関数で基本的に表され
る電流分布を有するため、隣接するパスに逆方向に電流
が流れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十分離れ
ているので、磁場発生効率の低下を回避できる。また、
所望のリニアリティが得られるように前記連続関数のパ
ラメータを最適化することにより、良好なリニアリティ
が得られる。
【００１２】第６の観点では、本発明は、上記第５の観
点の勾配コイルを具備したことを特徴とするＭＲＩ装置
を提供する。上記第６の観点によるＭＲＩ装置では、半
円形渦巻の巻線パターンを用い且つ正負両極にまたがら
ない連続関数で基本的に表される電流分布を有する勾配
コイルを用いるため、隣接するパスに逆方向に電流が流
れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十分離れてい
るので、磁場発生効率の低下を回避でき、消費電力を低
減できる。また、所望のリニアリティが得られるように
前記連続関数のパラメータを最適化することにより、良
好なリニアリティが得られるため、画質を向上できる。
点の勾配コイルを具備したことを特徴とするＭＲＩ装置
を提供する。上記第６の観点によるＭＲＩ装置では、半
円形渦巻の巻線パターンを用い且つ正負両極にまたがら
ない連続関数で基本的に表される電流分布を有する勾配
コイルを用いるため、隣接するパスに逆方向に電流が流
れる箇所が２カ所になり、しかもパス間が十分離れてい
るので、磁場発生効率の低下を回避でき、消費電力を低
減できる。また、所望のリニアリティが得られるように
前記連続関数のパラメータを最適化することにより、良
好なリニアリティが得られるため、画質を向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図に示す本発明の実施の形
態により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これに
より本発明が限定されるものではない。図１は、本発明
の一実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す構成ブロック図
である。このＭＲＩ装置１００において、マグネット１
は、内部に被検体を挿入するためのボア（空間部分）を
有し、このボアを取りまくようにして、Ｘ軸勾配磁場を
形成するＸ軸勾配コイル１Ｘと，Ｙ軸勾配磁場を形成す
るＹ軸勾配コイル１Ｙと，Ｚ軸勾配磁場を形成するＺ軸
勾配コイル１Ｚと、被検体内の原子核のスピンを励起す
るためのＲＦパルスを印加する送信コイル１Ｔと、被検
体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル１Ｒと、静磁
場を形成する永久磁石対１Ｍとを具備して構成されてい
る。なお、永久磁石対１Ｍの代わりに超電導マグネット
を用いても良い。
態により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これに
より本発明が限定されるものではない。図１は、本発明
の一実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す構成ブロック図
である。このＭＲＩ装置１００において、マグネット１
は、内部に被検体を挿入するためのボア（空間部分）を
有し、このボアを取りまくようにして、Ｘ軸勾配磁場を
形成するＸ軸勾配コイル１Ｘと，Ｙ軸勾配磁場を形成す
るＹ軸勾配コイル１Ｙと，Ｚ軸勾配磁場を形成するＺ軸
勾配コイル１Ｚと、被検体内の原子核のスピンを励起す
るためのＲＦパルスを印加する送信コイル１Ｔと、被検
体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル１Ｒと、静磁
場を形成する永久磁石対１Ｍとを具備して構成されてい
る。なお、永久磁石対１Ｍの代わりに超電導マグネット
を用いても良い。
【００１４】前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘは、Ｘ軸勾配コイ
ル駆動回路３Ｘに接続されている。また、前記Ｙ軸勾配
コイル１Ｙは、Ｙ軸勾配コイル駆動回路３Ｙに接続され
ている。また、前記Ｚ軸勾配コイル１Ｚは、Ｚ軸勾配コ
イル駆動回路３Ｚに接続されている。さらに、前記送信
コイル１Ｔは、ＲＦ電力増幅器４に接続されている。ま
た、前記受信コイル１Ｒは、前置増幅器５に接続されて
いる。
ル駆動回路３Ｘに接続されている。また、前記Ｙ軸勾配
コイル１Ｙは、Ｙ軸勾配コイル駆動回路３Ｙに接続され
ている。また、前記Ｚ軸勾配コイル１Ｚは、Ｚ軸勾配コ
イル駆動回路３Ｚに接続されている。さらに、前記送信
コイル１Ｔは、ＲＦ電力増幅器４に接続されている。ま
た、前記受信コイル１Ｒは、前置増幅器５に接続されて
いる。
【００１５】シーケンス記憶回路８は、計算機７からの
指令に従い、スピンエコー法等のパルスシーケンスに基
づいて、前記Ｘ軸勾配コイル駆動回路３Ｘ，前記Ｙ軸勾
配コイル駆動回路３Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル駆動回
路３Ｚを操作し、前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘ，前記Ｙ軸勾
配コイル１Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル１ＺによりＸ軸
勾配磁場，Ｙ軸勾配磁場およびＺ軸勾配磁場を形成させ
ると共に、ゲート変調回路９を操作し、ＲＦ発振回路１
０からの高周波出力信号を所定タイミング・所定包絡線
のパルス状信号に変調し、それを励起パルスとしてＲＦ
電力増幅器４に加え、ＲＦ電力増幅器４でパワー増幅し
た後、前記マグネット１の送信コイル１Ｔに印加し、目
的のスライス領域を選択励起する。
指令に従い、スピンエコー法等のパルスシーケンスに基
づいて、前記Ｘ軸勾配コイル駆動回路３Ｘ，前記Ｙ軸勾
配コイル駆動回路３Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル駆動回
路３Ｚを操作し、前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘ，前記Ｙ軸勾
配コイル１Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル１ＺによりＸ軸
勾配磁場，Ｙ軸勾配磁場およびＺ軸勾配磁場を形成させ
ると共に、ゲート変調回路９を操作し、ＲＦ発振回路１
０からの高周波出力信号を所定タイミング・所定包絡線
のパルス状信号に変調し、それを励起パルスとしてＲＦ
電力増幅器４に加え、ＲＦ電力増幅器４でパワー増幅し
た後、前記マグネット１の送信コイル１Ｔに印加し、目
的のスライス領域を選択励起する。
【００１６】前記前置増幅器５は、前記マグネット１の
受信コイル１Ｒで検出された被検体からのＮＭＲ信号を
増幅し、位相検波器１２に入力する。位相検波器１２
は、前記ＲＦ発振回路１０の出力を参照信号とし、前記
前置増幅器５からのＮＭＲ信号を位相検波して、Ａ／Ｄ
変換器１１に与える。前記Ａ／Ｄ変換器１１は、位相検
波後のアナログ信号をデジタル信号のＭＲデータに変換
して、計算機７に入力する。
受信コイル１Ｒで検出された被検体からのＮＭＲ信号を
増幅し、位相検波器１２に入力する。位相検波器１２
は、前記ＲＦ発振回路１０の出力を参照信号とし、前記
前置増幅器５からのＮＭＲ信号を位相検波して、Ａ／Ｄ
変換器１１に与える。前記Ａ／Ｄ変換器１１は、位相検
波後のアナログ信号をデジタル信号のＭＲデータに変換
して、計算機７に入力する。
【００１７】計算機７は、ＭＲデータに対して画像再構
成演算を行い、目的のスライス領域のイメージを生成す
る。このイメージは、表示装置６にて表示される。ま
た、計算機７は、操作卓１３からの入力された情報を受
け取るなどの全体的制御を受け持つ。
成演算を行い、目的のスライス領域のイメージを生成す
る。このイメージは、表示装置６にて表示される。ま
た、計算機７は、操作卓１３からの入力された情報を受
け取るなどの全体的制御を受け持つ。
【００１８】図２は、前記マグネット１の要部（本発明
に関わりのある部分）を示す模式図である。このマグネ
ット１は、ヨーク２０と、そのヨーク２０に取り付けら
れ静磁場を形成するべく対向する１対の永久磁石１Ｍ
ｔ，１Ｍｂと、それら永久磁石１Ｍｔ，１Ｍｂの対向面
にそれぞれ設置され静磁場の均一性を上げる整磁板２
４，２５と、それら整磁板２４，２５の対向面にそれぞ
れ設置されＸ軸勾配磁場を発生する上側Ｘ軸勾配コイル
単位１Ｘｔおよび下側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｂとを具
備している。前記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと前記
下側Ｘ軸勾配コイル単位１ＸｂとをＺ方向に対向させて
組み合わせた構成が、Ｘ軸勾配コイル１Ｘである。
に関わりのある部分）を示す模式図である。このマグネ
ット１は、ヨーク２０と、そのヨーク２０に取り付けら
れ静磁場を形成するべく対向する１対の永久磁石１Ｍ
ｔ，１Ｍｂと、それら永久磁石１Ｍｔ，１Ｍｂの対向面
にそれぞれ設置され静磁場の均一性を上げる整磁板２
４，２５と、それら整磁板２４，２５の対向面にそれぞ
れ設置されＸ軸勾配磁場を発生する上側Ｘ軸勾配コイル
単位１Ｘｔおよび下側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｂとを具
備している。前記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと前記
下側Ｘ軸勾配コイル単位１ＸｂとをＺ方向に対向させて
組み合わせた構成が、Ｘ軸勾配コイル１Ｘである。
【００１９】図示を省略するが、前記Ｙ軸勾配コイル１
Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル１Ｚも、前記整磁板２４，
２５の対向面に、それぞれ設置されている。
Ｙおよび前記Ｚ軸勾配コイル１Ｚも、前記整磁板２４，
２５の対向面に、それぞれ設置されている。
【００２０】図３に示すように、前記上側Ｘ軸勾配コイ
ル単位１Ｘｔは、直線部１Ｘt1Ｌと円弧部１Ｘt1Ｃとを
有する１個の半円形渦巻１Ｘt1と、直線部１Ｘt2Ｌと円
弧部１Ｘt2Ｃとを有する１個の半円形渦巻１Ｘt2とを、
それらの直線部１Ｘt1Ｌ，１Ｘt2Ｌを隣接させて、対称
に配置した全体構造を有する。前記下側Ｘ軸勾配コイル
単位１Ｘｂは、前記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと同
一構造である。
ル単位１Ｘｔは、直線部１Ｘt1Ｌと円弧部１Ｘt1Ｃとを
有する１個の半円形渦巻１Ｘt1と、直線部１Ｘt2Ｌと円
弧部１Ｘt2Ｃとを有する１個の半円形渦巻１Ｘt2とを、
それらの直線部１Ｘt1Ｌ，１Ｘt2Ｌを隣接させて、対称
に配置した全体構造を有する。前記下側Ｘ軸勾配コイル
単位１Ｘｂは、前記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと同
一構造である。
【００２１】図４に示すように、前記上側Ｘ軸勾配コイ
ル単位１Ｘｔに勾配電流Ｉを流したときに形成されるｘ
軸（半円形渦巻１Ｘt1，１Ｘt2を２等分する軸）上電流
分布Ｊｘは、正負両極にまたがらない連続関数で基本的
に表される。換言すれば、そのｘ軸上電流分布Ｊｘが得
られるように、直線部１Ｘt1Ｌ，１Ｘt2Ｌの巻線分布
（巻線位置）を決めてある。
ル単位１Ｘｔに勾配電流Ｉを流したときに形成されるｘ
軸（半円形渦巻１Ｘt1，１Ｘt2を２等分する軸）上電流
分布Ｊｘは、正負両極にまたがらない連続関数で基本的
に表される。換言すれば、そのｘ軸上電流分布Ｊｘが得
られるように、直線部１Ｘt1Ｌ，１Ｘt2Ｌの巻線分布
（巻線位置）を決めてある。
【００２２】図５は、前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘを製造す
るための勾配コイル設計手順を示すフロー図である。ス
テップＳ１では、図６に示すような１個の半円形渦巻か
らなる巻線パターンを仮定し、そのｘ軸上電流分布を次
の電流分布式で表す。なお、ｘ軸は前記半円形渦巻を２
等分する軸であり、Ｒｏは最大半径であり、Ａｎ，ｎ，
Ｂｍ及びｍは最適化のために操作するパラメータであ
る。
るための勾配コイル設計手順を示すフロー図である。ス
テップＳ１では、図６に示すような１個の半円形渦巻か
らなる巻線パターンを仮定し、そのｘ軸上電流分布を次
の電流分布式で表す。なお、ｘ軸は前記半円形渦巻を２
等分する軸であり、Ｒｏは最大半径であり、Ａｎ，ｎ，
Ｂｍ及びｍは最適化のために操作するパラメータであ
る。
【００２３】ステップＳ２では、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍ
を適当に仮定し（但し、仮定したＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍ
を入れた前記電流分布式で表されるｘ軸上の電流分布曲
線が正負両極にまたがらないように仮定する）、複数の
磁界測定点での磁場のリニアリティエラーを計算し、そ
のリニアリティエラーが許容値に収まるようにＡｎ，
ｎ，Ｂｍ及びｍを操作して、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍの最
適値を求める。この最適化処理については、図１０を参
照して後述する。
を適当に仮定し（但し、仮定したＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍ
を入れた前記電流分布式で表されるｘ軸上の電流分布曲
線が正負両極にまたがらないように仮定する）、複数の
磁界測定点での磁場のリニアリティエラーを計算し、そ
のリニアリティエラーが許容値に収まるようにＡｎ，
ｎ，Ｂｍ及びｍを操作して、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍの最
適値を求める。この最適化処理については、図１０を参
照して後述する。
【００２４】ステップＳ３では、図７に示すように、最
適化したＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた前記電流分布式
で表されるｘ軸上電流分布曲線Ｊx(x)とＪｘ＝０の線で
囲まれる領域の面積Ａｐを求め、その面積Ａｐを直線部
の巻線がｘ軸を切る位置の数Ｎ（すなわち、巻線数）で
割った値をΔＡｐとする。
適化したＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた前記電流分布式
で表されるｘ軸上電流分布曲線Ｊx(x)とＪｘ＝０の線で
囲まれる領域の面積Ａｐを求め、その面積Ａｐを直線部
の巻線がｘ軸を切る位置の数Ｎ（すなわち、巻線数）で
割った値をΔＡｐとする。
【００２５】ステップＳ４では、図８に示すように、電
流分布曲線Ｊx(x)とＪｘ＝０の線とで囲まれる領域をΔ
Ａｐごとに分割し、各分割領域の中央のｘ位置を直線部
の巻線がｘ軸を切る位置（巻線位置）とする。
流分布曲線Ｊx(x)とＪｘ＝０の線とで囲まれる領域をΔ
Ａｐごとに分割し、各分割領域の中央のｘ位置を直線部
の巻線がｘ軸を切る位置（巻線位置）とする。
【００２６】ステップＳ５では、図８に示すように、半
円形渦巻の円弧部は、半径Ｒｏの半円とする。これによ
り、片側の半円形渦巻の巻線パターンが得られた。
円形渦巻の円弧部は、半径Ｒｏの半円とする。これによ
り、片側の半円形渦巻の巻線パターンが得られた。
【００２７】ステップＳ６では、図９に示すように、前
記片側の半円形渦巻を、直線部を隣接させて、対称に複
写し、上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔの巻線パターンと
する。下側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｂも同し巻線パター
ンとする。
記片側の半円形渦巻を、直線部を隣接させて、対称に複
写し、上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔの巻線パターンと
する。下側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｂも同し巻線パター
ンとする。
【００２８】ステップＳ７では、図３に示すように、前
記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと下側Ｘ軸勾配コイル
単位１ＸｂとをＺ方向に対向するように組み合わせて、
Ｘ軸勾配コイル１Ｘとする。なお、Ｙ軸勾配コイル１Ｙ
は、前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘと同構造であり、配置が９
０°異なっている。
記上側Ｘ軸勾配コイル単位１Ｘｔと下側Ｘ軸勾配コイル
単位１ＸｂとをＺ方向に対向するように組み合わせて、
Ｘ軸勾配コイル１Ｘとする。なお、Ｙ軸勾配コイル１Ｙ
は、前記Ｘ軸勾配コイル１Ｘと同構造であり、配置が９
０°異なっている。
【００２９】図１０は、前記ステップＳ２の最適化処理
のフロー図である。ステップＶ１では、リニアリティエ
ラーの許容値を設定する。ステップＶ２では、Ａｎ，
ｎ，Ｂｍ，ｍを適当に仮定する。但し、仮定したＡｎ，
ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた電流分布式で表されるｘ軸上の
電流分布曲線が正負両極にまたがらないように、適当な
制約条件（例えば、ｎ，ｍの値を制限する）を付ける。
のフロー図である。ステップＶ１では、リニアリティエ
ラーの許容値を設定する。ステップＶ２では、Ａｎ，
ｎ，Ｂｍ，ｍを適当に仮定する。但し、仮定したＡｎ，
ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた電流分布式で表されるｘ軸上の
電流分布曲線が正負両極にまたがらないように、適当な
制約条件（例えば、ｎ，ｍの値を制限する）を付ける。
【００３０】ステップＶ３では、複数の磁界測定点にお
ける半円形渦巻によるＺ方向磁場Ｂztを計算する。ここ
で、複数の磁界測定点は、電流要素を含まない球面上の
点とする。また、Ｚ方向磁場Ｂztは次式により計算す
る。なお、ｔ（１，２，…，Ｔ）は、磁界測定点の番号
である。 （数５）式は、ビオ・サバールの法則により導かれる、
磁界測定点ｔにおける、直線部による磁界ベクトルであ
る。ｒは、磁界測定点ｔの位置ベクトルである。（数
６）式は、ビオ・サバールの法則により導かれる、磁界
測定点ｔにおける、円弧部による磁界ベクトルである。
Ｊａは、電流密度であり、一定である。
ける半円形渦巻によるＺ方向磁場Ｂztを計算する。ここ
で、複数の磁界測定点は、電流要素を含まない球面上の
点とする。また、Ｚ方向磁場Ｂztは次式により計算す
る。なお、ｔ（１，２，…，Ｔ）は、磁界測定点の番号
である。 （数５）式は、ビオ・サバールの法則により導かれる、
磁界測定点ｔにおける、直線部による磁界ベクトルであ
る。ｒは、磁界測定点ｔの位置ベクトルである。（数
６）式は、ビオ・サバールの法則により導かれる、磁界
測定点ｔにおける、円弧部による磁界ベクトルである。
Ｊａは、電流密度であり、一定である。
【００３１】ステップＶ４では、各磁界測定点ｔにおけ
る理想のＺ方向磁場Ｂｔ＝α・ｘ（αは勾配の傾き）を
計算する。
る理想のＺ方向磁場Ｂｔ＝α・ｘ（αは勾配の傾き）を
計算する。
【００３２】ステップＶ５では、次のＥを最小にするＡ
ｎ，Ｂｍを、最小二乗法または線形計画法または非線形
計画法により求める。
ｎ，Ｂｍを、最小二乗法または線形計画法または非線形
計画法により求める。
【００３３】ステップＶ６では、前記ステップＶ５で求
めたＡｎ，Ｂｍを入れた電流分布式Ｊx(x)を用いて、適
当な直線上の検証点での磁界を計算し、リニアリティエ
ラーを求める。ステップＶ７では、リニアリティエラー
が許容値に収まったか判定し、収まっておれば現在のＡ
ｎ，ｎ，Ｂｍ，ｍを返し値として処理を終了し、収まっ
ていなければステップＶ８へ進む。ステップＶ８では、
現状のリニアリティエラーで許容するか判定し、許容す
る（許容値に収まったと見なす）なら現在のＡｎ，ｎ，
Ｂｍ，ｍを返し値として処理を終了し、許容しないなら
ばステップＶ９へ進む。
めたＡｎ，Ｂｍを入れた電流分布式Ｊx(x)を用いて、適
当な直線上の検証点での磁界を計算し、リニアリティエ
ラーを求める。ステップＶ７では、リニアリティエラー
が許容値に収まったか判定し、収まっておれば現在のＡ
ｎ，ｎ，Ｂｍ，ｍを返し値として処理を終了し、収まっ
ていなければステップＶ８へ進む。ステップＶ８では、
現状のリニアリティエラーで許容するか判定し、許容す
る（許容値に収まったと見なす）なら現在のＡｎ，ｎ，
Ｂｍ，ｍを返し値として処理を終了し、許容しないなら
ばステップＶ９へ進む。
【００３４】ステップＶ９では、磁界測定点の数を減ら
すか判定し、減らすならステップＶ１０へ進み、減らさ
ないならステップＶ１１へ進む。ステップＶ１０では、
磁界測定点の数を減らし、前記ステップＶ５に戻る。
すか判定し、減らすならステップＶ１０へ進み、減らさ
ないならステップＶ１１へ進む。ステップＶ１０では、
磁界測定点の数を減らし、前記ステップＶ５に戻る。
【００３５】ステップＶ１１では、ｎ，ｍの値を増やす
か判定し、増やすならステップＶ１２へ進み、増やさな
いならステップＶ１３へ進む。ステップＶ１２では、
ｎ，ｍの値を増やし、前記ステップＶ２に戻る。
か判定し、増やすならステップＶ１２へ進み、増やさな
いならステップＶ１３へ進む。ステップＶ１２では、
ｎ，ｍの値を増やし、前記ステップＶ２に戻る。
【００３６】ステップＶ１３では、解が得られないこと
を報告する。そして、処理を終了する。
を報告する。そして、処理を終了する。
【００３７】以上のＭＲＩ装置１００によれば、半円形
渦巻の巻線パターンを用い且つ正負両極にまたがらない
連続関数で基本的に表される電流分布を有する勾配コイ
ル１Ｘ，１Ｙを用いるため、隣接するパスに逆方向に電
流が流れる箇所がそれぞれ２カ所になり、しかもパス間
が十分離れているので、磁場発生効率の低下を回避で
き、消費電力を低減できる。また、所望のリニアリティ
が得られるように最適化しているため、良好なリニアリ
ティが得られ、画質を向上できる。
渦巻の巻線パターンを用い且つ正負両極にまたがらない
連続関数で基本的に表される電流分布を有する勾配コイ
ル１Ｘ，１Ｙを用いるため、隣接するパスに逆方向に電
流が流れる箇所がそれぞれ２カ所になり、しかもパス間
が十分離れているので、磁場発生効率の低下を回避で
き、消費電力を低減できる。また、所望のリニアリティ
が得られるように最適化しているため、良好なリニアリ
ティが得られ、画質を向上できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明の勾配コイルの製造方法、勾配コ
イル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ装置によれば、磁場
発生効率を低下させないで、良好なリニアリティが得ら
れるようになる。
イル単位、勾配コイルおよびＭＲＩ装置によれば、磁場
発生効率を低下させないで、良好なリニアリティが得ら
れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＭＲＩ装置を示す
構成ブロック図である。
構成ブロック図である。
【図２】図１のＭＲＩ装置のマグネットアセンブリの要
部を示す模式図である。
部を示す模式図である。
【図３】Ｘ軸勾配コイルの模式的斜視図である。
【図４】勾配コイル単位における電流分布の説明図であ
る。
る。
【図５】勾配コイル設計手順を示すフロー図である。
【図６】１個の半円形渦の模式図である。
【図７】電流分布曲線の例示図である。
【図８】最適化した電流分布から求めた巻線位置の説明
図である。
図である。
【図９】最適化した勾配コイル単位の説明図である。
【図１０】最適化処理のフロー図である。
【図１１】従来の勾配コイル単位の説明図である。
【図１２】最適化した従来の勾配コイル単位の説明図で
ある。
ある。
１ マグネットアセンブリ １Ｘ Ｘ軸勾配コイル １Ｘｔ 上側Ｘ軸勾配コイル単位 １Ｘｂ 下側Ｘ軸勾配コイル単位 １Ｘt1，１Ｘt2 半円形渦巻 １Ｘt1Ｌ，１Ｘt2Ｌ 直線部 １Ｘt1Ｃ，１Ｘt2Ｃ 円弧部 １Ｙ Ｙ軸勾配コイル １Ｍ 永久磁石対 ７ 計算機 １００ ＭＲＩ装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−188827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−25510（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/055
Claims (4)
- 【請求項１】 次の（１）〜（７）の段階を有すること
を特徴とする勾配コイルの製造方法。 （１）１個の半
円形渦巻からなる巻線パターンを仮定し、そのｘ軸上電
流分布を次の電流分布式で表す。なお、ｘ軸は前記半円
形渦巻を２等分する軸であり、Ｒｏは最大半径であり、
Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍは最適化のために操作するパラメ
ータである。 【数１】 （２）Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを入れた前記電流分布式で
表されるｘ軸上の電流分布曲線が正負両極にまたがらな
いようにＡｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍを適当に仮定し、複数の
磁界測定点での磁場のリニアリティエラーを計算し、そ
のリニアリティエラーが許容値に収まるようにＡｎ，
ｎ，Ｂｍ及びｍを操作して、Ａｎ，ｎ，Ｂｍ及びｍの最
適値を求める。 （３）電流分布曲線とＪｘ＝０の線で囲まれる領域の面
積Ａｐを、半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置の数Ｎ
で割った値をΔＡｐとする。 （４）電流分布曲線とＪφ＝０の線とで囲まれる領域を
ΔＡｐごとに分割する。各分割領域の中央のｘ位置を、
半円形渦巻の直線部がｘ軸を切る位置とする。 （５）半円形渦巻の円弧部は半径Ｒｏの半円とし、片側
の半円形渦巻の巻線パターンとする。 （６）前記片側の半円形渦巻を、直線部を隣接させて、
対称に複写し、勾配コイル単位の巻線パターンとする。 （７）前記勾配コイル単位を複数個組み合わせる。 - 【請求項２】 請求項１に記載の勾配コイルの製造方法
において、前記複数の磁界測定点が、電流要素を含まな
い球面上の複数の点であることを特徴とする勾配コイル
の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の勾配コ
イルの製造方法により製造された勾配コイル。 - 【請求項４】 請求項３に記載の勾配コイルを具備した
ことを特徴とするＭＲＩ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17355399A JP3283242B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 勾配コイルの製造方法、勾配コイルおよびｍｒｉ装置 |
| US09/546,223 US6529003B2 (en) | 1999-06-21 | 2000-04-10 | Gradient coil system for use in MRI apparatus with unique wiring arrangement |
| EP00304859A EP1063533A3 (en) | 1999-06-21 | 2000-06-08 | Method of manufacturing an MRI gradient coil |
| KR1020000033878A KR100341201B1 (ko) | 1999-06-21 | 2000-06-20 | 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트코일 및 엠알아이 장치 제조 방법 |
| CN001188453A CN1218188C (zh) | 1999-06-21 | 2000-06-21 | 制造梯度线圈的方法、梯度线圈单元、梯度线圈和磁共振成像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17355399A JP3283242B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 勾配コイルの製造方法、勾配コイルおよびｍｒｉ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001000413A JP2001000413A (ja) | 2001-01-09 |
| JP3283242B2 true JP3283242B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=15962686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17355399A Expired - Fee Related JP3283242B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 勾配コイルの製造方法、勾配コイルおよびｍｒｉ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6529003B2 (ja) |
| EP (1) | EP1063533A3 (ja) |
| JP (1) | JP3283242B2 (ja) |
| KR (1) | KR100341201B1 (ja) |
| CN (1) | CN1218188C (ja) |
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| GB0102654D0 (en) * | 2001-02-02 | 2001-03-21 | Oxford Magnet Tech | Improvements in or relating to magnets |
| KR100473627B1 (ko) * | 2002-06-03 | 2005-03-10 | 한국전기연구원 | 고균등 자장발생용 초전도 자석의 설계법 |
| DE10235056A1 (de) * | 2002-07-31 | 2004-02-12 | Siemens Ag | Gradientenspulensystem und Verfahren zum Herstellen des Gradientenspulensystems |
| JP3845048B2 (ja) * | 2002-08-27 | 2006-11-15 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | 磁気共鳴撮影装置 |
| CN101191829B (zh) * | 2006-11-29 | 2010-05-12 | 北京万东医疗装备股份有限公司 | 平面有源屏蔽梯度线圈的制作方法 |
| JP4996523B2 (ja) | 2008-03-28 | 2012-08-08 | 株式会社日立製作所 | コイルパターン計算方法および傾斜磁場コイル |
| JP4852091B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2012-01-11 | 株式会社日立メディコ | 傾斜磁場コイル装置、核磁気共鳴撮像装置、および、コイルパターンの設計方法 |
| US8772975B2 (en) * | 2009-12-07 | 2014-07-08 | Qualcomm Incorporated | Apparatus and method for implementing a differential drive amplifier and a coil arrangement |
| US9664757B2 (en) | 2011-08-09 | 2017-05-30 | Hitachi Metals, Ltd. | Coil device and magnetic resonance imaging apparatus |
| DE102012205292B4 (de) * | 2012-03-30 | 2013-12-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems |
| CN104198969B (zh) * | 2014-08-14 | 2017-01-25 | 南京工程学院 | 一种梯度线圈设计方法 |
| CN104730476A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-24 | 中国科学院电工研究所 | 一种磁共振显微成像用平面梯度线圈 |
| CN107192970A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种磁共振成像***的阵列梯度线圈驱动装置 |
| CN108645463A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-10-12 | 三川智慧科技股份有限公司 | 一种基于无磁NB-IoT物联网水表的新型计量阻尼片 |
| CN107831461A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-23 | 中国计量大学 | 基于0‑1整数规划的纵向梯度线圈设计方法 |
| KR102511560B1 (ko) | 2019-02-22 | 2023-03-17 | 프로맥소 인크. | 가변 튜닝을 갖는 의사-새장 코일과 그 응용들 |
| EP3928108A4 (en) * | 2019-02-22 | 2023-03-15 | Promaxo, Inc. | SYSTEMS AND METHODS FOR PERFORMING MAGNETIC RESONANCE IMAGING |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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