傾斜磁場コイル装置、及び、磁気共鳴イメージング装置
【課題】漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供する。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイル１２ａ〜１２ｄと、第１コイル１２ａ〜１２ｄを挟んで撮像領域の反対側に配置され、第１コイル１２ａ〜１２ｄがその反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイル１６ａ〜１６ｄとを備え、第２コイル１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより少なく（ＩＭ＞ＩＳ）、第２コイル１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより大きく（ＴＭ＜ＴＳ）、第２コイル１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭い（ＷＭ＞ＷＳ）。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイル１２ａ〜１２ｄと、第１コイル１２ａ〜１２ｄを挟んで撮像領域の反対側に配置され、第１コイル１２ａ〜１２ｄがその反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイル１６ａ〜１６ｄとを備え、第２コイル１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより少なく（ＩＭ＞ＩＳ）、第２コイル１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより大きく（ＴＭ＜ＴＳ）、第２コイル１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、第１コイル１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭い（ＷＭ＞ＷＳ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩと称す)装置に用いられる傾斜磁場コイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体に物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。
【０００３】
ＭＲＩ装置は、被検体が挿入される撮像領域に均一な静磁場を生成する磁石装置と、その撮像領域に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置と、被検体に高周波パルスを照射するＲＦコイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムとから構成されている。
【０００４】
ＭＲＩ装置の性能向上の手段としては、まず、磁石装置が発生する静磁場強度の向上がある。静磁場強度が高い程、より鮮明な画像と多様な断面画像を得ることが出来るため、ＭＲＩ装置はより高い静磁場強度を指向して開発が続けられている。他の性能向上の手段としては、傾斜磁場の強度の向上と、傾斜磁場をパルス状に高速に発生させる高速駆動がある。これらは、撮像時間の短縮と画質の向上に寄与し、近年盛んに使用されるようになった高速撮像法で多用されている。特に、傾斜磁場コイル装置の駆動電源装置の性能向上により、高速なスイッチングと大電流の通電が可能になっている。
【０００５】
強力な傾斜磁場を発生するためには、傾斜磁場コイル装置に流す電流を大きくする、又は、傾斜磁場コイル装置の巻き数を多くするなどの方法がある。しかしながら、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、傾斜磁場コイル装置の端部に発生する誘導電圧が大きくなり、絶縁のためのスペースが必要となるため、傾斜磁場コイル装置の小型化が難しい。また、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、線間スペースが増え、傾斜磁場コイル装置における導体の占積率が低下し、電流密度が高くなるために温度上昇が起こりやすくなる。一方、傾斜磁場コイル装置を流れる電流を大きくするためには、大電流の通電に対応した幅広の導体が必要となるが、幅広の導体の湾曲部においては、導体の幅方向の電流密度分布に偏りが生じ、設計で意図した傾斜磁場が発生しない場合がある。
【０００６】
傾斜磁場コイル装置にはパルス状の電流が流れるため、パルス状の磁場（漏れ磁場）が磁石装置の金属容器部分に渦電流を生じ、渦電流による磁場が画像に影響を与える。このため、高速に大電流をスイッチングして通電する傾斜磁場コイル装置は、撮像領域に傾斜磁場を生成するメインコイルと、パルス状の磁場（傾斜磁場と漏れ磁場）が撮像領域以外の不要な部分に漏れないようにするシールドコイルとを有している場合が多い。
【０００７】
大電流を高速なパルス波形で流すための手段としては、特許文献１にあるように、一つのコイルを複数の並列導体で構成し、それぞれのインダクタンスが同一になるような回路構成とするものが提案されている。この他に、渦電流の磁場を低減する手段として、超電導コイルを磁石装置に採用したＭＲＩ装置において、その磁石装置の振動による変動磁場を低抵抗率の導体板によって低減するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許ＧＢ２３３１８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩ装置には、鮮明な画像が高速に得られることが求められている。このため、傾斜磁場コイル装置には、出来るだけ大きな磁束密度の傾斜磁場を出来るだけ高速に発生させることが求められている。従って、傾斜磁場コイル装置には高電圧、又は、大電流が印加されることになり、高電圧の印加により導体間の電位差が増大し、大電流の印加により傾斜磁場コイル装置の発熱が増大する傾向にある。さらに、大きな傾斜磁場を発生させるため、漏れ磁場も大きくなる傾向にあり、この漏れ磁場により磁石装置の金属容器に渦電流が生成し、この渦電流により生じた磁場が画像に影響を与えると考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することであり、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、
磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイルと、
前記第１コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第１コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイルとを備え、
前記第２コイルを流れる電流は、前記第１コイルを流れる電流より少なく、
前記第２コイルのターン数は、前記第１コイルのターン数より大きく、
前記第２コイルの導体幅は、前記第１コイルの導体幅より狭い傾斜磁場コイル装置であることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、本発明に係る傾斜磁場コイル装置と、前記撮像領域に静磁場を作る磁石装置とを有するＭＲＩ装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することができ、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたＭＲＩ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の周方向の展開図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置をｙ軸とｚ軸を含む平面で切断した断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図５Ｂ】本発明の第２の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図７Ａ】本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）の周方向の展開図の４分の１（第１象限）である。
【図７Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）の周方向の展開図の４分の１（第１象限）である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（垂直磁場型）の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）である。
【図９Ｂ】本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図２に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１００の斜視図を示す。ＭＲＩ装置１００は、概ね３重の円筒形状をしている。その３重の外側に磁石装置３０を構成する円筒形状の真空容器１が設けられている。真空容器１の内側には、円筒形状の傾斜磁場コイル装置５が設けられている。傾斜磁場コイル装置５の内側には、円筒形状のＲＦコイル１１が設けられている。被検体(患者)７は、ベッド２５にねたままの状態でＲＦコイル１１の内側に挿入され、断層画像が撮像される。真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の中心軸は互いに概ね一致している。後記の説明を容易にするために、その中心軸に一致するようにｚ軸を設定している。ｙ軸は垂直方向上向きに設定している。ｘ軸は、水平方向に設定している。座標原点は、真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の略中心に設定している。また、真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の周方向として、θ方向を設定している。θ方向は、ｘ軸方向をゼロ（０）［ｒａｄ］とし、図２において反時計周りの回転方向を、θ方向の正方向に設定している。
【００１７】
図３に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１００をｙ軸とｚ軸を含む平面（ｙｚ平面）で切断した断面図を示す。座標原点の周辺領域が撮像領域９となる。ＭＲＩ装置１００は、撮像領域９に形成される静磁場６の向きが水平方向（ｚ軸方向）である水平磁場型ＭＲＩ装置である。この撮像領域９に、被検体(患者)７を移動し、断層画像が撮像されることになる。磁石装置３０は、この撮像領域９に均一な静磁場６を生成する。傾斜磁場コイル装置５は、この撮像領域９に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場１０をパルス状に発生させる。ＲＦコイル１１は、被検体７に高周波パルスを照射する。図示を省略した受信コイルは、被検体７からの磁気共鳴信号を受信する。図示を省略したコンピュータシステムは、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断層画像を表示する。そして、ＭＲＩ装置１００によれば、均一な静磁場中に置かれた被検体７に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体７の物理的、化学的性質を表す断層画像を得ることができ、その断層画像は、特に、医療用に用いられている。
【００１８】
磁石装置３０には、ｚ＝０面（ｙ軸とｘ軸を含む平面）に対して左右（ｚ＜０とｚ＞０の部分）で対を成すように、静磁場主コイル（超伝導コイル）３と、静磁場６の周囲への漏れ（漏れ磁場）を抑制する静磁場シールドコイル（超伝導コイル）４と、図示を省略した磁性体が設けられている。これらのコイル３、４はそれぞれ、ｚ軸を共通の中心軸とする円環形状をしている。静磁場主コイル３の外径より、静磁場シールドコイル４の内径の方が大きくなっている。また、これらのコイル３、４には、超伝導コイルを利用することが多く、その場合、コイル３、４は、３層構造の容器内に収納される。コイル３、４は、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に液体ヘリウム容器８内に収容されている。液体ヘリウム容器８は、内部への熱輻射を遮断する輻射シールド２に内包されている。そして、中空円筒型容器である真空容器１は、液体ヘリウム容器８及び輻射シールド２を収容しつつ、内部を真空に保持している。真空容器１は、普通の室温の室内に配置されても、真空容器１内が真空になっているので、室内の熱が伝導や対流で、液体ヘリウム容器８に伝わることはない。また、輻射シールド２は、室内の熱が輻射によって真空容器１から液体ヘリウム容器８に伝わることを抑制している。このため、コイル３、４は、液体ヘリウムの温度である極低温に安定して設定することができ、超伝導電磁石として機能させることができる。液体ヘリウム容器８と、輻射シールド２と、真空容器１には、不必要な磁場が発生しないように非磁性の部材が用いられ、さらに、真空を保持しやすいことから非磁性の金属が用いられる。このため、液体ヘリウム容器８と、輻射シールド２と、特に、最外周に配置される真空容器１には、前記渦電流が発生し易い状況にある。
【００１９】
傾斜磁場コイル装置５は、撮像領域９に、傾斜磁場を発生させる。傾斜磁場は、静磁場６と同じ方向の磁場の磁束密度が、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向に互いに独立に、線形に傾斜した磁場であり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向毎に発生させる時間を分け合って、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向の傾斜磁場を順番に繰り返しパルス状に発生させる。具体的に、図３では、ｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を示している。
【００２０】
磁石装置３０と傾斜磁場コイル装置５の間には、図示を省略したシムと呼ばれる磁性体の小片が複数個置かれている。シムによれば、撮像領域９内に生成される静磁場６の磁場強度を部分的に調整することができ、静磁場６の磁場強度が均一になっている撮像領域９を提供することができる。
【００２１】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの周方向（θ方向）の展開図を示す。傾斜磁場コイル装置５は、径方向に層構造をなし、撮像領域９側に配置される渦巻き状のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄと、真空容器１側に配置される渦巻き状のｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを有している。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、撮像領域９にｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるが、中空円筒型容器である真空容器１等の外部空間にも、いわゆる漏れ磁場を発生させる。この中空円筒型容器である真空容器１への漏れ磁場を抑制するために、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄには、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭとは反対方向の電流ＩＳが流されるようになっている。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを挟んで撮像領域９の反対側に配置されている。
【００２２】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａとは、ｚ軸座標の正の領域（ｚ＞０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の正の領域（０＜θ＜π）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２３】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｂと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｂとは、ｚ軸座標の正の領域（ｚ＞０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の負の領域（−π＜θ＜０）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｂは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｂを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２４】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｃと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｃとは、ｚ軸座標の負の領域（ｚ＜０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の負の領域（−π＜θ＜０）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｃは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｃを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２５】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｄと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｄとは、ｚ軸座標の負の領域（ｚ＜０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の正の領域（０＜θ＜π）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｄは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｄを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２６】
なお、傾斜磁場コイル装置５は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの他にも、撮像領域９にｘ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるｘメインコイル（第１コイル、図示省略）と、ｘメインコイルが傾斜磁場１０を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するｘシールドコイル（第２コイル、図示省略）を有している。ｘメインコイルと、ｘシールドコイルは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの形状はそのままに、配置位置を、θ方向にπ／２［ｒａｄ］だけ移動させた構造をしている。
【００２７】
また、傾斜磁場コイル装置５は、撮像領域９にｚ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるｚメインコイル（第１コイル、図示省略）と、ｚメインコイルが傾斜磁場１０を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するｚシールドコイル（第２コイル、図示省略）を有している。
【００２８】
第１の実施形態や後記で説明する実施形態では、本発明を、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに適用した場合を例に説明するが、本発明は、ｘメインコイルとｘシールドコイルにも同様に適用でき、ｚメインコイルとｚシールドコイルにも同様に適用できるのである。
【００２９】
傾斜磁場を作るｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに比べて、撮像領域９に強い磁場（傾斜磁場）を発生させるために、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの電流密度ｉＭは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの電流密度ｉＳより大きくなっている（ｉＭ＞ｉＳ）。なお、電流密度とは、発生させる磁場の強度に比例し、電流の大きさと電流が流れる電線の長さ等に比例する値である。これにより、逆に解すと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの電流密度ｉＳは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ＩＳを流し、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くする（ＴＭ＜ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄと、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、１ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さくする（ＷＭ＞ＷＳ）。
【００３０】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭと、ターン数ＴＭの積が、電流密度ｉＭに比例する（ｉＭ∝ＩＭ×ＴＭ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳと、ターン数ＴＳの積が、電流密度ｉＳに比例する（ｉＳ∝ＩＳ×ＴＳ）。そして、前記（ｉＭ＞ｉＳ）と（ＴＭ＜ＴＳ）の関係式より、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより小さくなり（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。比ＩＭ／ＩＳは、比ｉＭ／ｉＳよりも、比ＴＭ／ＴＳの分だけ大きくなっている（ＩＭ／ＩＳ＝（ｉＭ／ｉＳ）／（ＴＭ／ＴＳ））。したがって、実際には、電流密度ｉＭ、ｉＳが決定され、ターン数ＴＭ、ＴＳが決定され、電流ＩＭが決定されると、電流ＩＳは自ずと決定される。
【００３１】
電流ＩＭは、駆動電源装置１４で発生し、パルス状の電流として流れる。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置１４に接続されている。このため、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄには、同じ大きさで同期した電流ＩＭが流れる。
【００３２】
電流ＩＳは、駆動電源装置１５で発生し、パルス状の電流として流れる。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置１５に接続されている。このため、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄには、同じ大きさで同期した電流ＩＳが流れる。
【００３３】
同期制御部１７によって、駆動電源装置１４が発生させるパルス状の電流ＩＭと、駆動電源装置１５が発生させるパルス状の電流ＩＳが、同期するように制御され、磁場が同時に発生し、一方の磁場であるいわゆる漏れ磁場が、他方の磁場によって抑制される。このように、第１の実施形態によれば、傾斜磁場が大きくなった場合であっても、漏れ磁場を確実に小さくすることができる。
【００３４】
図４に、本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄは、直列に接続され、電流ＩＭが流れる。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄは、直列に接続され、電流ＩＳが流れる。
【００３５】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、それぞれ、等価的に、抵抗ＲＭと、インダクタンスＬＭの直列接続として表すことができる。同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄは、それぞれ、等価的に、抵抗ＲＳと、インダクタンスＬＳの直列接続として表すことができる。前記したように、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さいので（ＷＭ＞ＷＳ）、抵抗ＲＳは、抵抗ＲＭより大きく（ＲＭ＜ＲＳ）、インダクタンスＬＳは、インダクタンスＬＭより大きい（ＬＭ＜ＬＳ）。同期制御部１７は、抵抗ＲＳと抵抗ＲＭの大小関係と、インダクタンスＬＳのインダクタンスＬＭの大小関係に基づいて、駆動電源装置１４で出力する電流ＩＭと、駆動電源装置１５で出力する電流ＩＳを同期させる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５Ａに、本発明の第２の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄとが、直列に接続されている点と、４つのｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが、２つずつ並列接続された２つの並列回路を有し、その２つの並列回路が直列に接続されている点である。これらの相違により、第２の実施形態では、駆動電源装置１４を１つに集約することができる。このため、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部１７を省くことができる。
【００３７】
また、前記２つの並列回路により、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳを、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉの分流によって電流Ｉの半分にすることができる（２ＩＳ＝Ｉ）。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭは、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉに等しい（ＩＭ＝Ｉ）ので、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭの半分にすることができ（ＩＭ＝２ＩＳ）、電流ＩＭより小さくでき（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。これによって、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度がｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度を増加させる必要がある。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度の増加に当って、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くし（ＴＭ＜ＴＳ）、好ましくは２倍にする（２ＴＭ＝ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くし（ＷＭ＞ＷＳ）、好ましくは半分にする（ＷＭ＝２ＷＳ）。第２の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００３８】
（第２の実施形態の変形例）
図５Ｂに、本発明の第２の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第２の実施形態の変形例が、第２の実施形態と異なる点は、４つのｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが、互いに並列接続された並列回路を構成している点である。
【００３９】
この並列回路により、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳを、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉの分流によって電流Ｉの４分の１にすることができる（４ＩＳ＝Ｉ）。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭは、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉに等しい（ＩＭ＝Ｉ）ので、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭの４分の１にすることができ（ＩＭ＝４ＩＳ）、電流ＩＭより小さくでき（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。これによって、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度がｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度を増加させる必要がある。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度の増加に当って、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くし（ＴＭ＜ＴＳ）、好ましくは４倍にする（４ＴＭ＝ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くし（ＷＭ＞ＷＳ）、好ましくは４分の１にする（ＷＭ＝４ＷＳ）。第２の実施形態の変形例によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図６Ａに、本発明の第３の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第３の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄとが、並列に接続された並列回路を有している点である。この相違により、第３の実施形態では、駆動電源装置１４を１つに集約することができ、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部１７を省くことができる。
【００４１】
なお、第１の実施形態と同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くなっている（ＷＭ＞ＷＳ）。抵抗ＲＳは、抵抗ＲＭより大きく（ＲＭ＜ＲＳ）、インダクタンスＬＳは、インダクタンスＬＭより大きくなっている（ＬＭ＜ＬＳ）。このため、並列回路では、駆動電源装置１４から出力された電流Ｉは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄ側よりも、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄ側に、多く流れ込もうとする。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより小さくなるように分流する（ＩＭ＞ＩＳ）。そして、所望の電流比（ＩＭ／ＩＳ）を得るために、図６Ａに示すように、可変抵抗１８及び／又はインダクタンス（リアクトル）１９を調整する調整機構２２を設けてもよい。第３の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４２】
（第３の実施形態の変形例）
図６Ｂに、本発明の第３の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第３の実施形態の変形例が、第３の実施形態と異なる点は、４つのｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄが並列接続された並列回路を有している点である。４つのｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの並列回路により、駆動電源装置１４から出力された電流Ｉは、第３の実施形態より、一層、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄ側に、多く流れ込もうとする。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより一層小さくなる（ＩＭ＞ＩＳ）。一方、第１の実施形態と同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さくなっている（ＷＭ＞ＷＳ）ので、第３の実施形態の変形例によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
図７Ａに、本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａの周方向（θ方向）の展開図を示し、図７Ｂに、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの周方向（θ方向）の展開図を示す。第４の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの渦巻き形状の内側部２０と外側部２１で、分断されている点である。これにより、内側部２０に流す電流ＩＳ２を、外側部２１に流す電流ＩＳ１より小さくすることができる（ＩＳ１＞ＩＳ２）。外側部２１に流す電流ＩＳ１は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａに流す電流ＩＭに等しくする（ＩＭ＝ＩＳ１）。これにより、第１の実施形態と同様に、駆動電源装置が、駆動電源装置１４と１５の２つで済むことになる。
【００４４】
内側部２０では、少ない電流ＩＳ２（ＩＳ１＞ＩＳ２）でも、磁場を外側部２１と同程度まで大きくするために、ターン数ＴＳ２を増やし（１ターンあたりのピッチを減らし）、導体幅ＷＳ２を導体幅ＷＳ１より狭くする（ＷＳ１＞ＷＳ２）必要がある。また、第１の実施形態と同様に、導体幅ＷＳ２を導体幅ＷＭより狭くする（ＷＭ＞ＷＳ２）必要がある。
【００４５】
なお、第４の実施形態では、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの渦巻き形状の内側部２０と外側部２１で、分断したが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａの渦巻き形状の内側部と外側部で分断してもよい。この場合、内側部に流す電流を、外側部に流す電流より小さくし、内側部に流す電流をｙシールドコイル（第２コイル）１６ａに流す電流に等しくすればよい。
また、第１の実施形態から第４の実施形態では、ＭＲＩ装置１００、真空容器１や傾斜磁場コイル装置５が、円筒形状であるとしたが、これに限らないのであって、筒形状であればよいのである。
【００４６】
（第５の実施形態）
図８に、本発明の第５の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置（垂直磁場型）１００の斜視図を示す。第５の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ＭＲＩ装置１００が、水平磁場型から垂直磁場型になった点である。第５の実施形態では、上下の円盤状の真空容器１（磁極）間が連結柱２４によって連結され、真空容器１（磁極）間にある撮像領域９に鉛直方向の静磁場６が発生する。また、第５の実施形態では、傾斜磁場コイル装置５と、ＲＦコイル１１は、円板形状に形成される。傾斜磁場コイル装置５内に形成されるｙメインコイル（第１コイル）１２と、ｙシールドコイル（第２コイル）１６も、円板形状に形成される。
【００４７】
図９Ａに、本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）を示し、図９Ｂに、ｙシールドコイル（第２コイル）１６のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）を示す。ｙメインコイル（第１コイル）１２も、ｙシールドコイル（第２コイル）１６も、２分の１だけ示しているので、略半円形上をしている。
【００４８】
第１の実施形態と同様に、傾斜磁場を作るｙメインコイル（第１コイル）１２は、ｙシールドコイル（第２コイル）１６に比べて、撮像領域９に強い磁場（傾斜磁場）を発生させるために、ｙメインコイル（第１コイル）１２の電流密度ｉＭは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の電流密度ｉＳより大きくなっている（ｉＭ＞ｉＳ）。これにより、逆に解すと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の電流密度ｉＳは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ＩＳを流し、ｙシールドコイル（第２コイル）１６が配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、ｙシールドコイル（第２コイル）１６のターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２のターン数ＴＭより多くする（ＴＭ＜ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６と、ｙメインコイル（第１コイル）１２を配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、１ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２の導体幅ＷＭより小さくする（ＷＭ＞ＷＳ）。このように、第５の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６において、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 真空容器
５ 傾斜磁場コイル装置
６ 静磁場の向き
７ 被検体(患者)
９ 撮像領域
１０ ｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場
１２、１２ａ〜１２ｄ 傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）
１６、１６ａ〜１６ｄ 傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）
１７ 同期制御部
１８ 可変抵抗
１９ リアクトル
２０ ｙメインコイル（第１コイル）より細いｙシールドコイル（第２コイル）の内側部
２１ ｙメインコイル（第１コイル）より太いｙシールドコイル（第２コイル）の外側部
３０ 磁石装置
１００ 磁気共鳴イメージング装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、ＭＲＩと称す)装置に用いられる傾斜磁場コイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体に物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。
【０００３】
ＭＲＩ装置は、被検体が挿入される撮像領域に均一な静磁場を生成する磁石装置と、その撮像領域に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル装置と、被検体に高周波パルスを照射するＲＦコイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムとから構成されている。
【０００４】
ＭＲＩ装置の性能向上の手段としては、まず、磁石装置が発生する静磁場強度の向上がある。静磁場強度が高い程、より鮮明な画像と多様な断面画像を得ることが出来るため、ＭＲＩ装置はより高い静磁場強度を指向して開発が続けられている。他の性能向上の手段としては、傾斜磁場の強度の向上と、傾斜磁場をパルス状に高速に発生させる高速駆動がある。これらは、撮像時間の短縮と画質の向上に寄与し、近年盛んに使用されるようになった高速撮像法で多用されている。特に、傾斜磁場コイル装置の駆動電源装置の性能向上により、高速なスイッチングと大電流の通電が可能になっている。
【０００５】
強力な傾斜磁場を発生するためには、傾斜磁場コイル装置に流す電流を大きくする、又は、傾斜磁場コイル装置の巻き数を多くするなどの方法がある。しかしながら、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、傾斜磁場コイル装置の端部に発生する誘導電圧が大きくなり、絶縁のためのスペースが必要となるため、傾斜磁場コイル装置の小型化が難しい。また、傾斜磁場コイル装置の巻き数を増やすと、線間スペースが増え、傾斜磁場コイル装置における導体の占積率が低下し、電流密度が高くなるために温度上昇が起こりやすくなる。一方、傾斜磁場コイル装置を流れる電流を大きくするためには、大電流の通電に対応した幅広の導体が必要となるが、幅広の導体の湾曲部においては、導体の幅方向の電流密度分布に偏りが生じ、設計で意図した傾斜磁場が発生しない場合がある。
【０００６】
傾斜磁場コイル装置にはパルス状の電流が流れるため、パルス状の磁場（漏れ磁場）が磁石装置の金属容器部分に渦電流を生じ、渦電流による磁場が画像に影響を与える。このため、高速に大電流をスイッチングして通電する傾斜磁場コイル装置は、撮像領域に傾斜磁場を生成するメインコイルと、パルス状の磁場（傾斜磁場と漏れ磁場）が撮像領域以外の不要な部分に漏れないようにするシールドコイルとを有している場合が多い。
【０００７】
大電流を高速なパルス波形で流すための手段としては、特許文献１にあるように、一つのコイルを複数の並列導体で構成し、それぞれのインダクタンスが同一になるような回路構成とするものが提案されている。この他に、渦電流の磁場を低減する手段として、超電導コイルを磁石装置に採用したＭＲＩ装置において、その磁石装置の振動による変動磁場を低抵抗率の導体板によって低減するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許ＧＢ２３３１８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩ装置には、鮮明な画像が高速に得られることが求められている。このため、傾斜磁場コイル装置には、出来るだけ大きな磁束密度の傾斜磁場を出来るだけ高速に発生させることが求められている。従って、傾斜磁場コイル装置には高電圧、又は、大電流が印加されることになり、高電圧の印加により導体間の電位差が増大し、大電流の印加により傾斜磁場コイル装置の発熱が増大する傾向にある。さらに、大きな傾斜磁場を発生させるため、漏れ磁場も大きくなる傾向にあり、この漏れ磁場により磁石装置の金属容器に渦電流が生成し、この渦電流により生じた磁場が画像に影響を与えると考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することであり、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、
磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイルと、
前記第１コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第１コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイルとを備え、
前記第２コイルを流れる電流は、前記第１コイルを流れる電流より少なく、
前記第２コイルのターン数は、前記第１コイルのターン数より大きく、
前記第２コイルの導体幅は、前記第１コイルの導体幅より狭い傾斜磁場コイル装置であることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、本発明に係る傾斜磁場コイル装置と、前記撮像領域に静磁場を作る磁石装置とを有するＭＲＩ装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、漏れ磁場を大きくすることなく、傾斜磁場を大きくすることが可能な傾斜磁場コイル装置を提供することができ、さらに、その傾斜磁場コイル装置が搭載されたＭＲＩ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の周方向の展開図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置をｙ軸とｚ軸を含む平面で切断した断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図５Ｂ】本発明の第２の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）とｙシールドコイル（第２コイル）の等価回路図である。
【図７Ａ】本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）の周方向の展開図の４分の１（第１象限）である。
【図７Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）の周方向の展開図の４分の１（第１象限）である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（垂直磁場型）の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）である。
【図９Ｂ】本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図２に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１００の斜視図を示す。ＭＲＩ装置１００は、概ね３重の円筒形状をしている。その３重の外側に磁石装置３０を構成する円筒形状の真空容器１が設けられている。真空容器１の内側には、円筒形状の傾斜磁場コイル装置５が設けられている。傾斜磁場コイル装置５の内側には、円筒形状のＲＦコイル１１が設けられている。被検体(患者)７は、ベッド２５にねたままの状態でＲＦコイル１１の内側に挿入され、断層画像が撮像される。真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の中心軸は互いに概ね一致している。後記の説明を容易にするために、その中心軸に一致するようにｚ軸を設定している。ｙ軸は垂直方向上向きに設定している。ｘ軸は、水平方向に設定している。座標原点は、真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の略中心に設定している。また、真空容器１と傾斜磁場コイル装置５とＲＦコイル１１の３重の円筒形状の周方向として、θ方向を設定している。θ方向は、ｘ軸方向をゼロ（０）［ｒａｄ］とし、図２において反時計周りの回転方向を、θ方向の正方向に設定している。
【００１７】
図３に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１００をｙ軸とｚ軸を含む平面（ｙｚ平面）で切断した断面図を示す。座標原点の周辺領域が撮像領域９となる。ＭＲＩ装置１００は、撮像領域９に形成される静磁場６の向きが水平方向（ｚ軸方向）である水平磁場型ＭＲＩ装置である。この撮像領域９に、被検体(患者)７を移動し、断層画像が撮像されることになる。磁石装置３０は、この撮像領域９に均一な静磁場６を生成する。傾斜磁場コイル装置５は、この撮像領域９に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場１０をパルス状に発生させる。ＲＦコイル１１は、被検体７に高周波パルスを照射する。図示を省略した受信コイルは、被検体７からの磁気共鳴信号を受信する。図示を省略したコンピュータシステムは、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断層画像を表示する。そして、ＭＲＩ装置１００によれば、均一な静磁場中に置かれた被検体７に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体７の物理的、化学的性質を表す断層画像を得ることができ、その断層画像は、特に、医療用に用いられている。
【００１８】
磁石装置３０には、ｚ＝０面（ｙ軸とｘ軸を含む平面）に対して左右（ｚ＜０とｚ＞０の部分）で対を成すように、静磁場主コイル（超伝導コイル）３と、静磁場６の周囲への漏れ（漏れ磁場）を抑制する静磁場シールドコイル（超伝導コイル）４と、図示を省略した磁性体が設けられている。これらのコイル３、４はそれぞれ、ｚ軸を共通の中心軸とする円環形状をしている。静磁場主コイル３の外径より、静磁場シールドコイル４の内径の方が大きくなっている。また、これらのコイル３、４には、超伝導コイルを利用することが多く、その場合、コイル３、４は、３層構造の容器内に収納される。コイル３、４は、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に液体ヘリウム容器８内に収容されている。液体ヘリウム容器８は、内部への熱輻射を遮断する輻射シールド２に内包されている。そして、中空円筒型容器である真空容器１は、液体ヘリウム容器８及び輻射シールド２を収容しつつ、内部を真空に保持している。真空容器１は、普通の室温の室内に配置されても、真空容器１内が真空になっているので、室内の熱が伝導や対流で、液体ヘリウム容器８に伝わることはない。また、輻射シールド２は、室内の熱が輻射によって真空容器１から液体ヘリウム容器８に伝わることを抑制している。このため、コイル３、４は、液体ヘリウムの温度である極低温に安定して設定することができ、超伝導電磁石として機能させることができる。液体ヘリウム容器８と、輻射シールド２と、真空容器１には、不必要な磁場が発生しないように非磁性の部材が用いられ、さらに、真空を保持しやすいことから非磁性の金属が用いられる。このため、液体ヘリウム容器８と、輻射シールド２と、特に、最外周に配置される真空容器１には、前記渦電流が発生し易い状況にある。
【００１９】
傾斜磁場コイル装置５は、撮像領域９に、傾斜磁場を発生させる。傾斜磁場は、静磁場６と同じ方向の磁場の磁束密度が、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向に互いに独立に、線形に傾斜した磁場であり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向毎に発生させる時間を分け合って、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向の傾斜磁場を順番に繰り返しパルス状に発生させる。具体的に、図３では、ｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を示している。
【００２０】
磁石装置３０と傾斜磁場コイル装置５の間には、図示を省略したシムと呼ばれる磁性体の小片が複数個置かれている。シムによれば、撮像領域９内に生成される静磁場６の磁場強度を部分的に調整することができ、静磁場６の磁場強度が均一になっている撮像領域９を提供することができる。
【００２１】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの周方向（θ方向）の展開図を示す。傾斜磁場コイル装置５は、径方向に層構造をなし、撮像領域９側に配置される渦巻き状のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄと、真空容器１側に配置される渦巻き状のｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを有している。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、撮像領域９にｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるが、中空円筒型容器である真空容器１等の外部空間にも、いわゆる漏れ磁場を発生させる。この中空円筒型容器である真空容器１への漏れ磁場を抑制するために、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄには、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭとは反対方向の電流ＩＳが流されるようになっている。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを挟んで撮像領域９の反対側に配置されている。
【００２２】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａとは、ｚ軸座標の正の領域（ｚ＞０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の正の領域（０＜θ＜π）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２３】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｂと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｂとは、ｚ軸座標の正の領域（ｚ＞０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の負の領域（−π＜θ＜０）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｂは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｂを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２４】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｃと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｃとは、ｚ軸座標の負の領域（ｚ＜０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の負の領域（−π＜θ＜０）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｃは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｃを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２５】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ｄと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｄとは、ｚ軸座標の負の領域（ｚ＜０）に配置され、かつ、θ座標（周方向座標）の正の領域（０＜θ＜π）に配置され、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ｄは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ｄを内側にして重なり覆うように配置されている。
【００２６】
なお、傾斜磁場コイル装置５は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの他にも、撮像領域９にｘ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるｘメインコイル（第１コイル、図示省略）と、ｘメインコイルが傾斜磁場１０を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するｘシールドコイル（第２コイル、図示省略）を有している。ｘメインコイルと、ｘシールドコイルは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの形状はそのままに、配置位置を、θ方向にπ／２［ｒａｄ］だけ移動させた構造をしている。
【００２７】
また、傾斜磁場コイル装置５は、撮像領域９にｚ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場１０を発生させるｚメインコイル（第１コイル、図示省略）と、ｚメインコイルが傾斜磁場１０を発生させる際に発生させる漏れ磁場を抑制するｚシールドコイル（第２コイル、図示省略）を有している。
【００２８】
第１の実施形態や後記で説明する実施形態では、本発明を、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに適用した場合を例に説明するが、本発明は、ｘメインコイルとｘシールドコイルにも同様に適用でき、ｚメインコイルとｚシールドコイルにも同様に適用できるのである。
【００２９】
傾斜磁場を作るｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに比べて、撮像領域９に強い磁場（傾斜磁場）を発生させるために、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの電流密度ｉＭは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの電流密度ｉＳより大きくなっている（ｉＭ＞ｉＳ）。なお、電流密度とは、発生させる磁場の強度に比例し、電流の大きさと電流が流れる電線の長さ等に比例する値である。これにより、逆に解すと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの電流密度ｉＳは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ＩＳを流し、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くする（ＴＭ＜ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄと、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、１ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さくする（ＷＭ＞ＷＳ）。
【００３０】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭと、ターン数ＴＭの積が、電流密度ｉＭに比例する（ｉＭ∝ＩＭ×ＴＭ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳと、ターン数ＴＳの積が、電流密度ｉＳに比例する（ｉＳ∝ＩＳ×ＴＳ）。そして、前記（ｉＭ＞ｉＳ）と（ＴＭ＜ＴＳ）の関係式より、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより小さくなり（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。比ＩＭ／ＩＳは、比ｉＭ／ｉＳよりも、比ＴＭ／ＴＳの分だけ大きくなっている（ＩＭ／ＩＳ＝（ｉＭ／ｉＳ）／（ＴＭ／ＴＳ））。したがって、実際には、電流密度ｉＭ、ｉＳが決定され、ターン数ＴＭ、ＴＳが決定され、電流ＩＭが決定されると、電流ＩＳは自ずと決定される。
【００３１】
電流ＩＭは、駆動電源装置１４で発生し、パルス状の電流として流れる。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置１４に接続されている。このため、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄには、同じ大きさで同期した電流ＩＭが流れる。
【００３２】
電流ＩＳは、駆動電源装置１５で発生し、パルス状の電流として流れる。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄは、直列に接続され、その直列に接続されたものが、駆動電源装置１５に接続されている。このため、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄには、同じ大きさで同期した電流ＩＳが流れる。
【００３３】
同期制御部１７によって、駆動電源装置１４が発生させるパルス状の電流ＩＭと、駆動電源装置１５が発生させるパルス状の電流ＩＳが、同期するように制御され、磁場が同時に発生し、一方の磁場であるいわゆる漏れ磁場が、他方の磁場によって抑制される。このように、第１の実施形態によれば、傾斜磁場が大きくなった場合であっても、漏れ磁場を確実に小さくすることができる。
【００３４】
図４に、本発明の第１の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａと１２ｂと１２ｃと１２ｄは、直列に接続され、電流ＩＭが流れる。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａと１６ｂと１６ｃと１６ｄは、直列に接続され、電流ＩＳが流れる。
【００３５】
ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄは、それぞれ、等価的に、抵抗ＲＭと、インダクタンスＬＭの直列接続として表すことができる。同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄは、それぞれ、等価的に、抵抗ＲＳと、インダクタンスＬＳの直列接続として表すことができる。前記したように、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さいので（ＷＭ＞ＷＳ）、抵抗ＲＳは、抵抗ＲＭより大きく（ＲＭ＜ＲＳ）、インダクタンスＬＳは、インダクタンスＬＭより大きい（ＬＭ＜ＬＳ）。同期制御部１７は、抵抗ＲＳと抵抗ＲＭの大小関係と、インダクタンスＬＳのインダクタンスＬＭの大小関係に基づいて、駆動電源装置１４で出力する電流ＩＭと、駆動電源装置１５で出力する電流ＩＳを同期させる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５Ａに、本発明の第２の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄとが、直列に接続されている点と、４つのｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが、２つずつ並列接続された２つの並列回路を有し、その２つの並列回路が直列に接続されている点である。これらの相違により、第２の実施形態では、駆動電源装置１４を１つに集約することができる。このため、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部１７を省くことができる。
【００３７】
また、前記２つの並列回路により、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳを、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉの分流によって電流Ｉの半分にすることができる（２ＩＳ＝Ｉ）。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭは、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉに等しい（ＩＭ＝Ｉ）ので、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭの半分にすることができ（ＩＭ＝２ＩＳ）、電流ＩＭより小さくでき（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。これによって、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度がｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度を増加させる必要がある。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度の増加に当って、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くし（ＴＭ＜ＴＳ）、好ましくは２倍にする（２ＴＭ＝ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くし（ＷＭ＞ＷＳ）、好ましくは半分にする（ＷＭ＝２ＷＳ）。第２の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００３８】
（第２の実施形態の変形例）
図５Ｂに、本発明の第２の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第２の実施形態の変形例が、第２の実施形態と異なる点は、４つのｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄが、互いに並列接続された並列回路を構成している点である。
【００３９】
この並列回路により、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳを、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉの分流によって電流Ｉの４分の１にすることができる（４ＩＳ＝Ｉ）。ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭは、駆動電源装置１４から出力される電流Ｉに等しい（ＩＭ＝Ｉ）ので、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭの４分の１にすることができ（ＩＭ＝４ＩＳ）、電流ＩＭより小さくでき（ＩＭ＞ＩＳ）、一致しない（ＩＭ≠ＩＳ）。これによって、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度がｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄから発生する磁場強度より減少するので、漏れ磁場を抑えるべく、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度を増加させる必要がある。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄから発生する磁場強度の増加に当って、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多くし（ＴＭ＜ＴＳ）、好ましくは４倍にする（４ＴＭ＝ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くし（ＷＭ＞ＷＳ）、好ましくは４分の１にする（ＷＭ＝４ＷＳ）。第２の実施形態の変形例によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図６Ａに、本発明の第３の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第３の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄとが、並列に接続された並列回路を有している点である。この相違により、第３の実施形態では、駆動電源装置１４を１つに集約することができ、駆動電源装置間の同期をとる同期制御部１７を省くことができる。
【００４１】
なお、第１の実施形態と同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより狭くなっている（ＷＭ＞ＷＳ）。抵抗ＲＳは、抵抗ＲＭより大きく（ＲＭ＜ＲＳ）、インダクタンスＬＳは、インダクタンスＬＭより大きくなっている（ＬＭ＜ＬＳ）。このため、並列回路では、駆動電源装置１４から出力された電流Ｉは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄ側よりも、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄ側に、多く流れ込もうとする。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより小さくなるように分流する（ＩＭ＞ＩＳ）。そして、所望の電流比（ＩＭ／ＩＳ）を得るために、図６Ａに示すように、可変抵抗１８及び／又はインダクタンス（リアクトル）１９を調整する調整機構２２を設けてもよい。第３の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４２】
（第３の実施形態の変形例）
図６Ｂに、本発明の第３の実施形態の変形例に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄとｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄに関する等価回路図を示す。第３の実施形態の変形例が、第３の実施形態と異なる点は、４つのｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄが並列接続された並列回路を有している点である。４つのｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの並列回路により、駆動電源装置１４から出力された電流Ｉは、第３の実施形態より、一層、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄ側に、多く流れ込もうとする。ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄを流れる電流ＩＳが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄを流れる電流ＩＭより一層小さくなる（ＩＭ＞ＩＳ）。一方、第１の実施形態と同様に、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄのターン数ＴＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄのターン数ＴＭより多く（ＴＭ＜ＴＳ）、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄの導体幅ＷＳは、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａ〜１２ｄの導体幅ＷＭより小さくなっている（ＷＭ＞ＷＳ）ので、第３の実施形態の変形例によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａ〜１６ｄにおいて、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
図７Ａに、本発明の第４の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２ａの周方向（θ方向）の展開図を示し、図７Ｂに、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの周方向（θ方向）の展開図を示す。第４の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの渦巻き形状の内側部２０と外側部２１で、分断されている点である。これにより、内側部２０に流す電流ＩＳ２を、外側部２１に流す電流ＩＳ１より小さくすることができる（ＩＳ１＞ＩＳ２）。外側部２１に流す電流ＩＳ１は、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａに流す電流ＩＭに等しくする（ＩＭ＝ＩＳ１）。これにより、第１の実施形態と同様に、駆動電源装置が、駆動電源装置１４と１５の２つで済むことになる。
【００４４】
内側部２０では、少ない電流ＩＳ２（ＩＳ１＞ＩＳ２）でも、磁場を外側部２１と同程度まで大きくするために、ターン数ＴＳ２を増やし（１ターンあたりのピッチを減らし）、導体幅ＷＳ２を導体幅ＷＳ１より狭くする（ＷＳ１＞ＷＳ２）必要がある。また、第１の実施形態と同様に、導体幅ＷＳ２を導体幅ＷＭより狭くする（ＷＭ＞ＷＳ２）必要がある。
【００４５】
なお、第４の実施形態では、ｙシールドコイル（第２コイル）１６ａの渦巻き形状の内側部２０と外側部２１で、分断したが、ｙメインコイル（第１コイル）１２ａの渦巻き形状の内側部と外側部で分断してもよい。この場合、内側部に流す電流を、外側部に流す電流より小さくし、内側部に流す電流をｙシールドコイル（第２コイル）１６ａに流す電流に等しくすればよい。
また、第１の実施形態から第４の実施形態では、ＭＲＩ装置１００、真空容器１や傾斜磁場コイル装置５が、円筒形状であるとしたが、これに限らないのであって、筒形状であればよいのである。
【００４６】
（第５の実施形態）
図８に、本発明の第５の実施形態に係る磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置（垂直磁場型）１００の斜視図を示す。第５の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ＭＲＩ装置１００が、水平磁場型から垂直磁場型になった点である。第５の実施形態では、上下の円盤状の真空容器１（磁極）間が連結柱２４によって連結され、真空容器１（磁極）間にある撮像領域９に鉛直方向の静磁場６が発生する。また、第５の実施形態では、傾斜磁場コイル装置５と、ＲＦコイル１１は、円板形状に形成される。傾斜磁場コイル装置５内に形成されるｙメインコイル（第１コイル）１２と、ｙシールドコイル（第２コイル）１６も、円板形状に形成される。
【００４７】
図９Ａに、本発明の第５の実施形態に係る傾斜磁場コイル装置５のｙメインコイル（第１コイル）１２のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）を示し、図９Ｂに、ｙシールドコイル（第２コイル）１６のｚ軸負側（ｚ＜０）の平面図の２分の１（第１−２象限）を示す。ｙメインコイル（第１コイル）１２も、ｙシールドコイル（第２コイル）１６も、２分の１だけ示しているので、略半円形上をしている。
【００４８】
第１の実施形態と同様に、傾斜磁場を作るｙメインコイル（第１コイル）１２は、ｙシールドコイル（第２コイル）１６に比べて、撮像領域９に強い磁場（傾斜磁場）を発生させるために、ｙメインコイル（第１コイル）１２の電流密度ｉＭは、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の電流密度ｉＳより大きくなっている（ｉＭ＞ｉＳ）。これにより、逆に解すと、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の電流密度ｉＳは、小さく制限されていることになる。この制限下で、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくするには、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすように、密に電流ＩＳを流し、ｙシールドコイル（第２コイル）１６が配置された領域内の電流分布のバラツキを小さくする。具体的には、ｙシールドコイル（第２コイル）１６のターン数ＴＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２のターン数ＴＭより多くする（ＴＭ＜ＴＳ）。ｙシールドコイル（第２コイル）１６と、ｙメインコイル（第１コイル）１２を配置する領域は限られるので、配置面積が上限で一定となれば、ターン数が多くなる程、１ターン毎の導体幅は狭くなる。このことから、ｙシールドコイル（第２コイル）１６の導体幅ＷＳを、ｙメインコイル（第１コイル）１２の導体幅ＷＭより小さくする（ＷＭ＞ＷＳ）。このように、第５の実施形態によっても、ｙシールドコイル（第２コイル）１６において、漏れ磁場が漏れる隙間をなくすことができ、外側に漏れる漏れ磁場を極力小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 真空容器
５ 傾斜磁場コイル装置
６ 静磁場の向き
７ 被検体(患者)
９ 撮像領域
１０ ｙ軸方向に強度が線形に傾斜する傾斜磁場
１２、１２ａ〜１２ｄ 傾斜磁場コイル装置のｙメインコイル（第１コイル）
１６、１６ａ〜１６ｄ 傾斜磁場コイル装置のｙシールドコイル（第２コイル）
１７ 同期制御部
１８ 可変抵抗
１９ リアクトル
２０ ｙメインコイル（第１コイル）より細いｙシールドコイル（第２コイル）の内側部
２１ ｙメインコイル（第１コイル）より太いｙシールドコイル（第２コイル）の外側部
３０ 磁石装置
１００ 磁気共鳴イメージング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイルと、
前記第１コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第１コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイルとを備え、
前記第２コイルを流れる電流は、前記第１コイルを流れる電流より少なく、
前記第２コイルのターン数は、前記第１コイルのターン数より大きく、
前記第２コイルの導体幅は、前記第１コイルの導体幅より狭いことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
【請求項２】
前記第１コイルに給電する第１電源と、
前記第２コイルに給電する第２電源とを有し、
前記第１電源と前記第２電源とは、互いに同期したパルス状の電流を出力することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項３】
前記第１コイルと前記第２コイルとが並列に接続された並列回路を有し、
前記並列回路では、前記第２コイルを流れる電流が、前記第１コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項４】
前記並列回路は、前記第１コイルと前記第２コイルを流れる電流を変えるために抵抗及び／又はインダクタンスを調整する調整機構を備えること特徴とする請求項３に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項５】
複数の前記第２コイルが並列に接続された並列回路を有し、
前記並列回路に前記第１コイルが直列に接続され、
前記並列回路では、前記第２コイルを流れる電流が、前記第１コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項６】
前記第１コイル又は前記第２コイルの渦巻き形状の内側部を流れる電流は、前記内側部の外側に位置する前記渦巻き形状の外側部を流れる電流より小さく、
前記内側部の導体幅は、前記外側部の導体幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置と、前記撮像領域に静磁場を作る磁石装置とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置の撮像領域に強度が線形に傾斜する磁場分布を作る渦巻き形状の第１コイルと、
前記第１コイルを挟んで前記撮像領域の反対側に配置され、前記第１コイルが前記反対側に作る漏れ磁場を抑制する渦巻き形状の第２コイルとを備え、
前記第２コイルを流れる電流は、前記第１コイルを流れる電流より少なく、
前記第２コイルのターン数は、前記第１コイルのターン数より大きく、
前記第２コイルの導体幅は、前記第１コイルの導体幅より狭いことを特徴とする傾斜磁場コイル装置。
【請求項２】
前記第１コイルに給電する第１電源と、
前記第２コイルに給電する第２電源とを有し、
前記第１電源と前記第２電源とは、互いに同期したパルス状の電流を出力することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項３】
前記第１コイルと前記第２コイルとが並列に接続された並列回路を有し、
前記並列回路では、前記第２コイルを流れる電流が、前記第１コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項４】
前記並列回路は、前記第１コイルと前記第２コイルを流れる電流を変えるために抵抗及び／又はインダクタンスを調整する調整機構を備えること特徴とする請求項３に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項５】
複数の前記第２コイルが並列に接続された並列回路を有し、
前記並列回路に前記第１コイルが直列に接続され、
前記並列回路では、前記第２コイルを流れる電流が、前記第１コイルを流れる電流より小さくなるように分流することを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項６】
前記第１コイル又は前記第２コイルの渦巻き形状の内側部を流れる電流は、前記内側部の外側に位置する前記渦巻き形状の外側部を流れる電流より小さく、
前記内側部の導体幅は、前記外側部の導体幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の傾斜磁場コイル装置と、前記撮像領域に静磁場を作る磁石装置とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２４４５１（Ｐ２０１２−２４４５１Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７９７０（Ｐ２０１０−１６７９７０）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
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