(57)【要約】  横断面傾斜磁場コイルは、作用コイル端（６６）及び遠位コイル端（６８）を定める一組の主コイルループ（６２）を含む。この一組の主コイルループは、作用コイル端に比較的近く且つ遠位コイル端から比較的離して非対称に配置された選択領域内に傾斜磁場を生成するように構成される。一組の遮蔽コイルループ（６４）が、一組の主コイルループの外側に配置され、一組の主コイルループを実質的に遮蔽するように構成される。２つ以上の電流ジャンパ（７０）が遠位端に配置される。各電流ジャンパは、一組の主コイルループのうちの１つの不完全なループを一組の遮蔽コイルループのうちの１つの不完全なループに電気的に接続する。
2009538202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用コイル端及び遠位コイル端を定める一組の主コイルループであり、前記作用コイル端に比較的近く且つ前記遠位コイル端から比較的離して非対称に配置された選択領域内に傾斜磁場を生成するように構成された一組の主コイルループ；
前記一組の主コイルループの外側に配置され、前記一組の主コイルループを実質的に遮蔽するように構成された一組の遮蔽コイルループ；及び
前記遠位コイル端に配置された２つ以上の電流ジャンパであり、各々が前記一組の主コイルループのうちの１つの不完全なループを前記一組の遮蔽コイルループのうちの１つの不完全なループに電気的に接続する、２つ以上の電流ジャンパ；
を有する横断面傾斜磁場コイル。
【請求項２】
前記一組の主コイルループの前記作用コイル端に配置された電流ジャンパは存在しない、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項３】
前記２つ以上の電流ジャンパは少なくとも４個の電流ジャンパを含む、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項４】
前記一組の主コイルループ及び前記一組の遮蔽コイルループは、それぞれ、同軸の数学的な主円筒面及び遮蔽円筒面を規定する、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項５】
前記同軸の数学的な主円筒面及び遮蔽円筒面は、それぞれ、主コイル半径及び遮蔽コイル半径の実質的に円形の断面を有し、前記遮蔽コイル半径は前記主コイル半径より大きい、請求項４に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項６】
前記２つ以上の電流ジャンパは二対以上の電流ジャンパを含み、各電流ジャンパ対の電流ジャンパは、前記一組の主コイルループ及び前記一組の遮蔽コイルループの対応し合う不完全なループを、電流が該対応し合うループの一方から他方へ１つの電流ジャンパを介して直接的に流れるように接続する、請求項４に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項７】
前記数学的な主円筒面付近に位置する内表面と前記数学的な遮蔽円筒面付近に位置する円筒形の外表面とを有し、且つ前記一組の主コイルループと前記一組の遮蔽コイルループとを支持する、概して円筒形の誘電体の形成体、
を更に有する請求項４に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項８】
前記概して円筒形の誘電体の形成体は、前記遠位コイル端に配置された、前記内表面と前記円筒形の外表面とを接続する口広がりの接続面を有し、且つ前記電流ジャンパは該口広がりの接続面に配置される、請求項７に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項９】
前記一組の主コイルループは、前記数学的な主円筒面に対して反対側に配置された２つのフィンガープリントパターンを規定し、且つ前記一組の遮蔽コイルループは、主コイルの前記２つのフィンガープリントパターンのそれぞれを遮蔽する２つのフィンガープリントパターンを規定する、請求項４に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１０】
前記一組の遮蔽コイルループは、前記電流ジャンパとともに、前記一組の主コイルループの残留渦電流効果を１％未満又は約１％まで抑制するよう作用する、請求項４に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１１】
前記２つ以上の電流ジャンパは二対以上の電流ジャンパを含み、各電流ジャンパ対は、前記一組の主コイルループのうちの１つの不完全な主コイルループを前記一組の遮蔽コイルループのうちの１つの不完全な遮蔽コイルループに接続し、各電流ジャンパ対は、不完全な主コイルループ及び不完全な遮蔽コイルループの異なる対を接続する、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１２】
前記一組の主コイルループは、前記選択領域に対して反対側に配置された２つのフィンガープリントパターンを規定し、且つ前記一組の遮蔽コイルループは、主コイルの前記２つのフィンガープリントパターンのそれぞれを遮蔽する２つのフィンガープリントパターンを規定する、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１３】
前記一組の主コイルループは、電流ジャンパによって前記一組の遮蔽コイルループの何れのループにも電気的に接続されていない少なくとも１つのループを含む、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１４】
前記一組の遮蔽コイルループは、電流ジャンパによって前記一組の主コイルループの何れのループにも電気的に接続されていない少なくとも１つのループを含む、請求項１３に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１５】
前記一組の遮蔽コイルループは、前記電流ジャンパとともに、前記一組の主コイルループの残留渦電流効果を１％未満又は約１％まで抑制するよう作用する、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１６】
前記一組の主コイルループ及び前記一組の遮蔽コイルループは、単一の駆動電流によって直列に駆動されるように構成され、且つ前記２つ以上の電流ジャンパは、前記駆動電流から見た当該横断面傾斜磁場コイルのインダクタンスを実質的に低減する、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１７】
前記一組の主コイルループは、複数の完全な主ループと少なくとも１つの不完全な主ループとを含み、前記一組の遮蔽コイルループは、前記少なくとも１つの不完全な主ループに対応する少なくとも１つの不完全な遮蔽ループを含み、且つ前記２つ以上の電流ジャンパは、各々が対応する不完全な主ループ及び不完全な遮蔽ループの対の両端部を接続する電流ジャンパ対を含む、請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１８】
前記一組の遮蔽コイルループは更に、少なくとも１つの完全な遮蔽ループを含む、請求項１７に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項１９】
前記一組の主コイルループは少なくとも２つの不完全な主ループを含み、前記一組の遮蔽コイルループは少なくとも２つの不完全な遮蔽ループを含み、且つ前記遠位コイル端に配置された前記２つ以上の電流ジャンパは、前記遠位コイル端に配置された４個以上の電流ジャンパを含む、請求項１７に記載の横断面傾斜磁場コイル。
【請求項２０】
選択領域内に静止磁場を生成する主磁石；
前記選択領域に対して非対称に配置され、且つ前記選択領域内に傾斜磁場を生成するように構成された請求項１に記載の横断面傾斜磁場コイル；及び
前記選択領域内に磁気共鳴を励起するように構成された無線周波数励起システム；
を有する磁気共鳴スキャナ。
【請求項２１】
横断方向の傾斜磁場を生成する方法であって：
軸を規定する円筒形コイル体を取り囲むプライマリ電流密度の空間分布を生成する段階であり、前記プライマリ電流密度の空間分布が、前記円筒形コイル体の作用端に比較的近く且つ前記円筒形コイル体の遠位端から比較的離して前記円筒形コイル体内に非対称に配置された選択領域内に傾斜磁場を生成する段階；
生成された前記プライマリ電流密度の空間分布の外側に、前記プライマリ電流密度の空間分布を実質的に遮蔽する遮蔽電流密度の空間分布を生成する段階；及び
前記プライマリ電流密度の空間分布と前記遮蔽電流密度の空間分布とを、前記円筒形コイル体の前記遠位端における、複数の空間的に隔てられた位置で、あるいは空間的に拡張された領域で、接続する段階であり、生成された前記プライマリ電流密度の空間分布の軸方向電流密度成分を、前記円筒形コイル体の前記遠位端において、ゼロでないようにする段階；
を有する方法。
【請求項２２】
２つの前記生成する段階は、前記円筒形コイル体の周囲に配置されたプライマリコイルループ群及び遮蔽コイルループ群に駆動電流を流すことを含み、且つ
前記接続する段階は、前記円筒形コイル体の前記遠位端に配置された空間的に隔てられたジャンパ導体群によって、電流が、前記プライマリコイルループ群の１つから前記ジャンパ導体群の１つを介して前記遮蔽コイルループ群の１つまで流れ、且つ前記遮蔽コイルループ群の前記１つから前記ジャンパ導体群の第２の１つを介して別の１つのプライマリコイルループまで流れるように、選択されたプライマリコイルループと選択された遮蔽コイルループとを接続することを含む、
請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は傾斜磁場コイルに関する。本発明は典型的に磁気共鳴イメージングに適用され、それに関する例を用いて説明される。本発明は、しかしながら、撮像やスペクトロスコピー等を含む磁気共鳴スキャン用途、及び磁場傾斜を用いるその他の用途に広く適用され得るものである。
【背景技術】
【０００２】
医用撮像用の磁気共鳴スキャナは、典型的に、スキャナの筐体内に配置された全身用傾斜磁場コイルを使用する。傾斜磁場コイルは、一般的に、軸／縦方向傾斜コイルと、相互に直交する二組の横断面傾斜コイルとで構成される。有利なことに、このような全身用横断面傾斜磁場コイルは、大きい容積に及ぶ傾斜磁場を作り出すことができる。しかしながら、全身用横断面傾斜磁場コイルは、より小型の傾斜磁場コイルと比較して、高いインダクタンスを有し且つ大きい電流を用いる。このことは、より小型の傾斜磁場コイルと比較して、例えば低い傾斜強度、低いスルーレート、及び傾斜を変化させるときのかなりの機械的応力やノイズなどの不都合を生じさせる。
【０００３】
撮像が例えば頭部又は手足などの比較的小さい関心ボリュームに対して行われるとき、全身用横断面傾斜磁場コイルの大容積という利点は必要でない。従って、全身用コイルに代えて局部用の傾斜磁場コイルを用いることが知られている。より小型の傾斜磁場コイルは、全身用傾斜磁場コイルと比較して、低いインダクタンスを有し、低い電流での動作が可能である。故に、局部用傾斜磁場コイルは、より高い傾斜強度、より高いスルーレート、並びに、より小さい機械的応力及びノイズを達成することができる。しかしながら、これらの利点は、一般的に、より小さいコイルサイズに起因する傾斜磁場の均一性の低下という犠牲を伴う。また、局部用傾斜磁場コイルは、患者の比較的近くに配置される。このことは、コイル−患者間干渉を生じさせ得るとともに、磁気共鳴信号の励起及び受信のために使用される無線周波数（ＲＦ）コイルのための空間を狭めてしまう。例えば、頭部用の傾斜磁場コイルの場合、患者の肩が、コイルの患者側の端部に対して妨害あるいは干渉し、また、傾斜磁場コイルの撮像領域へのアクセスを制限してしまう。肩を考慮すると、傾斜磁場コイルは、均一性を制限して短くされる（例えば、頸部までしか延在させない）か、肩を包囲するように十分に大きくされるかになる。肩を包囲するようにコイルを大きくする場合、動作中に神経刺激を生じさせ得る磁場に患者の小さい部分のみを晒せばよいという局部用コイルの１つの利点が減じられる。
【０００４】
これらの問題は、最も高い傾斜磁場均一性を有する領域（すなわち、撮像領域）が局部用傾斜磁場コイルの患者端で非対称に配置されるものの磁石の撮像領域の実質的に中心に位置付けられる非対称コイルを用いることによって部分的に解決される。これは、患者端とは反対側のサービス端が更に外側に延在することを可能にし、患者の肩への衝突を回避するようコイルの患者端までの距離を短くしながら傾斜の均一性及び製造可能性を向上させた一層大きいコイルを提供し得る。しかしながら、非対称の局部用コイルの一層大きいコイル容積は、比較的高いインダクタンス、高い動作電流とそれに付随する傾斜強度及びスルーレートの低下、増大した機械的応力及びノイズをもたらす。コイルのサービス端の延長は、また、選択的に脱着可能にするように意図された局部用コイルにとって、あるいは患者台などに取り付けるように意図された局部用コイルにとって、大きさ及び重量の増大のために不便となり得る。従って、既存の非対称傾斜磁場コイルは、コイルサイズと傾斜磁場の均一性との間に望ましくないトレードオフを抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題及びその他の問題を解決する、新たな改善された非対称傾斜磁場コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様に従って、横断面傾斜磁場コイルが開示される。一組の主コイルループが作用コイル端及び遠位コイル端を定める。この一組の主コイルループは、作用コイル端に比較的近く且つ遠位コイル端から比較的離して非対称に配置された選択領域内に傾斜磁場を生成するように構成される。一組の遮蔽コイルループが、一組の主コイルループの外側に配置され、一組の主コイルループを実質的に遮蔽するように構成される。２つ以上の電流ジャンパが遠位コイル端に配置される。各電流ジャンパは、一組の主コイルループのうちの１つの不完全なループを一組の遮蔽コイルループのうちの１つの不完全なループに電気的に接続する。
【０００７】
他の一態様に従って、磁気共鳴スキャナが開示される。主磁石が、選択領域内に静止磁場を生成する。前段落で説明した横断面傾斜磁場コイルが、選択領域に対して非対称に配置され、選択領域内に傾斜磁場を生成するように構成される。無線周波数励起システムが、選択領域内に磁気共鳴を励起するように構成される。
【０００８】
他の一態様に従って、横断方向の傾斜磁場を生成する方法が開示される。軸を規定する円筒形コイル体を取り囲むようにプライマリ電流密度の空間分布が生成される。このプライマリ電流密度の空間分布は、円筒形コイル体の作用端に比較的近く且つ円筒形コイル体の遠位端から比較的離して円筒形コイル体内に非対称に配置された選択領域内に傾斜磁場を生成する。生成されたプライマリ電流密度の空間分布の外側に、該プライマリ電流密度の空間分布を実質的に遮蔽する遮蔽電流密度の空間分布が生成される。プライマリ電流密度の空間分布と遮蔽電流密度の空間分布とは、円筒形コイル体の遠位端における、複数の空間的に隔てられた位置で、あるいは空間的に拡張された領域で接続される。この接続は、生成されたプライマリ電流密度の空間分布の軸方向電流密度成分を、円筒形コイル体の遠位端においてゼロでないようにする。一部の実施形態において、上述の２つの生成処理は、円筒形コイル体の周囲に配置されたプライマリコイルループ群及び遮蔽コイルループ群に駆動電流を流すことを含み、上述の接続は、選択されたプライマリコイルループと選択された遮蔽コイルループとを、円筒形コイル体の遠位端に配置された空間的に隔てられたジャンパ導体群によって接続することを含む。
【発明の効果】
【０００９】
１つの効果は、傾斜の均一性が向上された非対称横断面傾斜磁場コイルにある。
【００１０】
他の１つの効果は、傾斜磁場の強度が増大された非対称横断面傾斜磁場コイルが提供されること、又は、貯蔵磁気エネルギーの低減と効率又は線形性／均一性の向上との間のトレードオフを設計することが可能になることにある。
【００１１】
他の１つの利点は、貯蔵磁気エネルギー／インダクタンスの低減により、スルーレートが高められた非対称横断面傾斜磁場コイルが提供されることにある。
【００１２】
他の１つの利点は、傾斜磁場コイル曲げ力が低減された非対称横断面傾斜磁場コイルが提供されることにある。
【００１３】
他の１つの利点は、より小型の非対称横断面傾斜磁場コイルが提供されることにある。
【００１４】
以下の詳細な説明を読み、理解することにより、本発明の更なる効果が当業者に認識される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、様々な構成要素及びそれらの配置、並びに様々な段階及びそれらの編成の形態を取り得る。図面は、好適な態様を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１６】
図１を参照するに、磁気共鳴スキャナ１０はスキャナ筐体１２（図１に断面図で示す）を含んでおり、スキャナ筐体１２の内部には患者１６又はその他の被検体が少なくとも部分的に配置されている。ここではボア型スキャナを参照して説明するが、認識されるように、スキャナはオープン磁石型スキャナ又はその他の種類の磁気共鳴スキャナであってもよい。概して円筒形のボア、すなわち、内部に被検体１６が配置されるスキャナ筐体１２の開口部は、必要に応じて、スキャナ筐体１２の保護用絶縁ボアライナー１８によって覆われる。スキャナ筐体１２内に配置された主磁石２０は主磁石コントローラ２２によって制御され、少なくとも、被検体１６の少なくとも一部を含むスキャン領域１６内に、静止（Ｂ０）磁場が生成される。主磁石２０は、典型的に、冷凍シュラウド２４によって囲まれた永続性の超伝導磁石である。一部の実施形態において、主磁石２０は、例えば０．２３テスラ、１．０テスラ、１．５テスラ、３テスラ又は７テスラ等といった約０．２テスラ以上の主磁場を発生する。筐体１２によって画成されたボア内に傾斜磁場コイルアセンブリ３０（図１及び２に断面図で示す）が配置され、少なくとも、撮像領域のような選択された領域、又は磁気共鳴スペクトロスコピーを実行すべき領域内の主磁場に、選定された傾斜磁場が重ね合わされる。図１においては、選択された領域は、被検体１６の頭部１６Ｈが配置された撮像領域である。典型的に、局部用傾斜磁場コイルアセンブリ３０は、ｘ傾斜及びｙ傾斜などの２つの横断方向の傾斜磁場と、ｚ傾斜などの１つの縦方向傾斜とを作り出すための、複数組のコイルループ又は巻線を含んでいる。場合により、例えば縦方向の傾斜磁場用のループ又は巻線の組など、これらのコイルループ又は巻線の組のうちの１つ以上の組は、例えばスキャナ筐体１２の表面又は内部に配置された円筒形の形成体上などの別の場所に配置されてもよい。
【００１７】
無線周波数（ＲＦ）コイル３２が被検体１６の頭部に電磁気的に結合される。ＲＦコイル３２は、被検体１６の頭部内に磁気共鳴を励起するために外部からエネルギー供給され、且つ励起によって生成された磁気共鳴信号を受信する受信器として作用するように選択可能に設定される送信／受信（Ｔ／Ｒ）コイルである。他の実施形態においては、別々の送信ＲＦコイルと受信ＲＦコイルとが用いられてもよい。ＲＦコイルを傾斜磁場コイルアセンブリ３０内に一体化することも意図される。また、傾斜磁場コイルアセンブリ３０内で、独立した局部用ＲＦコイル及び／又は体積ＲＦコイルを用いることも意図される。
【００１８】
図１に示した頭部撮像用途の例においては、磁気共鳴を励起するため、スキャナコントローラ３４が、送信／受信スイッチ回路４０を介して送信／受信（Ｔ／Ｒ）ＲＦコイル３２に結合されたＲＦ送信器３６を操作する。送信器３６は、磁気共鳴周波数のＲＦパルス又は一束のパルス群をコイル３２に印加し、コイル３２は、少なくとも被検体１６の頭部の選択された領域内に、磁気共鳴周波数のＢ１磁場を生成する。場合により、励起領域を選択されたスライス又はスラブ（slab）に制限するように、ＲＦ励起中に傾斜磁場コントローラ３８により操作される傾斜磁場コイルアセンブリ３０によって、スライス選択傾斜磁場又はスラブ選択傾斜磁場が適用される。磁気共鳴撮像シーケンスの受信フェーズにおいては、スキャナコントローラ３４は送信／受信スイッチ回路４０に受信モードに切り替えさせ、被検体１６の頭部から発せられた磁気共鳴信号が、送信／受信（Ｔ／Ｒ）ＲＦコイル３２によって検出され、ＲＦ受信器４２によって処理され、それにより生成された磁気共鳴サンプルがデータバッファ４４又はその他のメモリに格納される。必要に応じて、スキャナコントローラ３４は、傾斜コントローラ３８及び傾斜磁場コイルアセンブリ３０に、例えば、磁気共鳴励起と読み出しとの間の期間に印加される位相エンコーディング傾斜磁場、又は、読み出し中に印加される１つ以上の周波数エンコーディング傾斜磁場などの空間エンコーディング傾斜磁場を印加させる。再構成プロセッサ４６は、データバッファ４４に格納された磁気共鳴サンプルを、頭部又は選択されたスライス若しくはその他の部分の再構成画像へと再構成するために、フーリエ変換再構成アルゴリズム、フィルタ補正逆投影再構成アルゴリズム、又は傾斜磁場コイルアセンブリ３０によって実行された空間エンコーディングに適合するその他の再構成アルゴリズムを用いる。再構成画像は、再構成画像メモリ５０に格納され、ユーザインタフェース５２によって表示され、病院ネットワーク又はインターネットを介してワークステーション、デスクトップコンピュータ又はその他の装置に伝送され、印刷装置によって印刷され、あるいは、その他の方法で利用される。図１に示した例においては、ユーザインタフェース５２はまた、選択された撮像、スペクトロスコピー、又はその他の有用なシーケンスを実行するようにスキャナ１０を制御するため、放射線医、医師又はその他の操作者がスキャナコントローラ３４と相互作用することを可能にする。他の実施形態においては、制御用と画像表示用とに別々のコンピュータ又は装置が設けられてもよい。
【００１９】
図２及び３を参照して、局部用傾斜磁場コイルアセンブリ３０を詳細に説明する。図２は、主（プライマリとも称する）コイルループ又は巻線の１／２を含む、傾斜磁場コイルアセンブリ３０の拡大断面図を示しており、図３は、（折り畳まれている）電流ループ又は巻線の１／２を展開（unfold）して表している。以下では、反対側のペアとともにｘ傾斜又はｙ傾斜を生成するのに好適な、単一組の横断面コイルループ又は巻線を説明する。しかしながら、理解されるように、傾斜磁場コイルアセンブリ３０は典型的に、ｘ傾斜及びｙ傾斜の双方を選択的に作り出すために、誘電体層又はその他の絶縁体によって相互に隔てられ且つ互いに対して概して９０°回転された二組のこのようなコイルループ又は巻線を含む。また、さらに理解されるように、傾斜磁場コイルアセンブリ３０は必要に応じて、例えば一組の縦方向コイルループ又は巻線や一体化されたＲＦコイル及び／又はＲＦシールド等のその他の要素を含む。
【００２０】
図示した傾斜磁場コイルアセンブリ３０は、概して円筒形の誘電体の形成体６０を含んでおり、形成体６０はその長さ方向に沿って一定断面積の円形断面を有している。楕円形、長方形、又はその他の形状の断面を有する形成体も意図される。さらに、例えば円錐形状を有することによって等、その他の方法で形成体が円筒形から逸脱することも意図される。一部の実施形態において、形成体６０は、患者の肩の頂部を受け入れるのに十分な大きさの直径を有する。一組の主コイルループ又は巻線６２が、円筒形の形成体６０の内表面又はその付近に配置されている。図２及び３は各々、約１８０°の方位角範囲にわたるフィンガープリントを示している。主コイルループの組は、実質的に残りの１８０°の方位角範囲にわたる円筒形の形成体６０の内表面又はその付近に配置された、図２及び３では視認できない第２の対称なフィンガープリントを含んでいる。すなわち、主コイルループ又は巻線の組の全体は、各々が複数のループ又は巻線を有する２つの向かい合ったフィンガープリントを含んでいる。一組の遮蔽コイルループ又は巻線６４（図２では隠されているが、図３に示されている）が、主コイルループ又は巻線の組６２と重なり且つそれを遮蔽するように、誘電体の形成体６０の外表面又はその付近に配置されている。図２及び３の例においては、主コイルループ又は巻線の組６２の２つのフィンガープリントは、遮蔽コイルループ又は巻線の組６４の対応する２つのフィンガープリントを有する。なお、図３において視認できるのは１つの遮蔽巻線フィンガープリントのみである。故に、遮蔽コイルループ又は巻線の組の全体は、各々が複数のループ又は巻線を有する２つのフィンガープリントを含んでいる。
【００２１】
関心対象すなわち図１及び２における頭部１６Ｈは、患者端すなわち作用コイル端６６に比較的近く且つ遠位コイル端６８から比較的離して非対称に配置された実質的に均一な傾斜磁場の領域、すなわち、撮像領域に位置を合わされる。すなわち、傾斜磁場コイルアセンブリ３０は非対称コイルアセンブリである。主巻線６２及び遮蔽巻線６４のフィンガープリント電流パターンの“アイ（eye）”は、最も高いＺ方向の電流密度を有し且つ実質的に０（ゼロ）の方位角方向の電流密度を有する領域にほぼ対応する。撮像領域のアイソセンタは、図２においてｚ’で表記されており、フィンガープリント電流パターンのアイに対してｚ＝−１５８．７８ｍｍに位置している。すなわち、ｚ’座標系は撮像領域の中心に対するものであり、巻線６２、６４のｚ座標系から、ｚ’〜ｚ＋１５８．７８ｍｍとなるようにオフセットされている。撮像領域の中心（ｚ’＝０）は、患者端すなわち作用コイル端６６に比較的近く且つ遠位コイル端６８から比較的離して非対称に配置され、概して、コイルの物理的な作用端と主フィンガープリント電流パターンのアイとの間に配置される。この非対称配置は、例えば頭部撮像など、撮像、スペクトロスコピー又はその他の検査のために選択された関心領域が空間的な妨害物（すなわち、頭部撮像の場合には肩）の近くに位置付けられる用途において有利である。
【００２２】
主コイルループ又は巻線の組６２のうちの選択されたループ群は、遠位コイル端６８に位置する電流ジャンパ７０によって、遮蔽コイルループ又は巻線の組６４のうちの選択されたループ群に接続される。各電流ジャンパ７０は、主コイルループの組６２の不完全な（すなわち、閉じていない）ループを、遮蔽コイルループの組６４の不完全なループに電気的に接続する。ジャンパ７０は、コイルセット６２、６４が傾斜コントローラ又は増幅器３８に接続される位置である電流供給部位置とは異なる。ジャンパ７０の場合、電流は、主コイルループの組６２の１つのループを流れ（これは一般的に、完全に閉じたループの場合より小さい）、ジャンパ群７０の１つを横切り、遮蔽コイルループの組６４の１つのループを流れ（これも一般的に、完全に閉じたループの場合より小さい）、そして、ジャンパ群７０の第２の１つを介して主コイルセットへと戻る（あるいは、この逆）。後述するように、ジャンパ群７０は、例えば電流のアクシャル成分すなわちｚ成分が遠位コイル端６８でゼロにならないようにすることによって、電流分布及び結果的に生成される傾斜磁場に実質的に影響を及ぼし、全体的なコイルインダクタンス等を低減する。対照的に、電流供給部位置は、コイルセット６２、６４を反対側のコイルセット及び傾斜コントローラ若しくは増幅器３８に接続する。電流供給部は一般的に、そうではない完全な、あるいは閉じたコイルループパターンに関連する。一部の例において、電流供給部はまた、全体としての主コイルセット６２の全体としての遮蔽コイルセット６４との直列接続を提供する。このような直列電流供給部又は相互接続は、電流分布及び結果的に生成される傾斜磁場を実質的に変化させず、直列の主コイルセット６２及び遮蔽コイルセット６４を単一の駆動電流を用いて駆動するために好都合な構成を提供するに過ぎない。一般的に、反対方向の電流を運ぶ２つの電流供給部は、磁場相殺対を為すように互いに近接して配置されるか、電流供給部を流れる電流の影響を実質的に相殺あるいは抑制するように、コイルの相対する端部に配置される。対照的に、電流ジャンパ群７０は典型的に、相殺するように相互に近接して配置されたりはしない。
【００２３】
図示した傾斜磁場コイルアセンブリ３０においては、遮蔽コイルループ又は巻線の組６４の面積は、主コイルループ又は巻線の組６２の面積より僅かに大きい。この面積差は、遠位コイル端６８にて、フレア面又は円錐面７２を有することによって部分的にもたらされる（図２に最もよく示されている）。このフレア面又は円錐面７２は、円筒形の形成体６０の内径から該形成体６０の外表面まで外側に広がっている。ジャンパ７０は、典型的に、フレア面７２の表面又はそれに平行に位置する口広がり（フレア）ジャンパである。しかしながら、他の実施形態においては、形成体の内表面及び外表面を直線状又は直角の面が接続してもよく、ジャンパはこの直線状又は直角の面上に位置する好適な放射状のジャンパであってもよい。また、放射状のジャンパをフレア接続面７２とともに用いることも意図される。これは、例えば、誘電体の形成体にドリル加工された放射状の貫通口にジャンパを通すことによって、あるいは、主コイルが主の誘電形成体の外側に位置する場合に、適当な埋込用エポキシ樹脂内に組み込まれた放射状の貫通口にジャンパを通すことによって行われる。必ずしもそうである必要はないが、典型的に、相互に方位角方向に隔てられたジャンパ対が、主ループ、第１のジャンパ、遮蔽ループ、第２のジャンパを通って形成体６０の主コイル側に戻る導電経路を形作るよう、主コイルループの組６２の同一ループを遮蔽コイルループの組６４の同一ループに接続する。
【００２４】
ジャンパ群７０は一定の利点をもたらす。巻線６２、６４の総インダクタンスが低減される。例えば、主コイルループの組６２及び遮蔽コイルループの組６４は、典型的に、例えば主ループセット６２及び遮蔽ループセット６４を複数の周囲（compass）位置の複数の相互接続により直列接続することによって、単一の駆動電流によって駆動されるように構成される。このような直列相互接続構成において、電流ジャンパ群７０は、駆動電流から見た横断面傾斜磁場コイルのインダクタンスを実質的に低減し、それにより貯蔵エネルギーを低減する。さらに、電流ジャンパ群７０は、電流密度のアクシャル成分すなわちｚ成分がコイルアセンブリ３０の遠位端６８でゼロでないことを可能にする。これは、遠位端６８のループ群の実装密度及びそれに付随する熱の堆積の低減を可能にする。言い換えると、電流密度の非ゼロのアクシャル成分すなわちｚ成分を実現することにより、例えば非対称撮像ボリューム及び均一性などの所望のコイル動作特性を保持しながら、遠位端６８における全電流密度及びコイルの加熱を低減することが可能である。
【００２５】
これらの利点を以下の例を用いて更に説明する。以下にて説明する傾斜磁場コイルアセンブリ３０は、７テスラの静止（Ｂ０）磁場で動作する磁気共鳴スキャナで用いられるように設計されている。コイル巻線及びジャンパ６２、６４、７０は、一部の電流経路が主コイルセット６２と遮蔽コイルセット６４との間でジャンプあるいは飛び越えるような、主コイルセット６２のループと遮蔽コイルセット６４のループとの間の多重接続すなわちジャンパ群７０を可能にする３次元（３Ｄ）傾斜磁場コイル設計を規定する。ジャンパ群７０の効果を見る一手法は、コイルアセンブリ３０の遠位端６８において、外側（outer）ループ群の一部が、主ループセット６２により規定される数学的な主面（例えば、主コイルループ６２が形成体６０の内表面に配置されるとき、数学的な主面は該内表面に相当する）上に部分的にあり、遮蔽ループセット６４により規定される数学的な遮蔽面（例えば、遮蔽コイルループ６４が形成体６０の外表面に配置されるとき、数学的な遮蔽面は該外表面に相当する）上に部分的にあり、且つ、数学的な主面及び遮蔽面を接続する数学的な接続面（例えば、ジャンパ群７０が遠位端６８のフレア面７２に配置されるとき、数学的な接続面は該フレア面７２に相当する）上に部分的にあることである。図示した実施形態においては、数学的な主面及び遮蔽面は、形成体６０の、同軸の、内側円筒面及び外側円筒面である。しかしながら、数学的な面は円筒形でなくてもよいし（例えば、支持のための誘電体の形成体が円筒形でない場合）、形成体の物理面と異なっていてもよい（例えば、巻線が誘電体の形成体の内部に埋め込まれている場合、巻線が絶縁体（standoff）によって形成体の表面からずらされている場合、又は主コイルと遮蔽コイルとのために２つの別個の形成体が存在する場合など）。電流ジャンパ群７０のない遮蔽コイルセットに対する３Ｄコイルの利点は、電流のアンペア当たりの、より効率的な磁場の発生である。
【００２６】
７テスラの磁場の例において、形成体６０の内表面（この実施形態では、主コイルセット６２の数学的な主面に相当）の半径はＲＰ＝０．１９１ｍ、形成体６０の外表面（この実施形態では、遮蔽コイルセット６４の数学的な遮蔽面に相当）の半径はＲＳ＝０．２６９ｍ、全長は０．７７ｍである。視野（ＦｏＶ）すなわち使用できる撮像ボリュームは半径１２５ｍｍ、直径２５０ｍｍの球である。患者１６の肩からＦｏＶのアイソセンタまでの距離として定義される患者接近度は１７５ｍｍ未満又は約１７５ｍｍである。ＦｏＶのアイソセンタにおいて所望される達成可能な傾斜強度は６０ｍＴ／ｍ以上である。
【００２７】
図４は、７テスラでの動作用に設計された非対称傾斜磁場コイルの例に関して、連続的な電流密度のｚ成分を、アクシャル位置すなわちｚ位置の関数としてプロットしたものである。電流経路６２、６４、７０（図３の例に示されている）の配置は、例えば、パラメータ化された電磁気シミュレーションを用いる等、様々な技術を用いて決定することができる。電流密度のｚ成分へのジャンパ群７０の効果は、遠位端６８において：
ｆｚ（Ｓ）（Ｌ１Ｓ）＝−（ＲＰ／ＲＳ）・ｆｚ（Ｐ）（Ｌ１Ｐ）        （１）
という境界条件を与える連続的な電流密度の連続方程式によって好適に説明される。ただし、ｆｚ（Ｐ）（ｚ）及びｆｚ（Ｓ）（ｚ）は、それぞれ、主コイルセット６２及び遮蔽コイルセット６４のアクシャル位置すなわちｚ位置の関数としての連続的な電流密度のｚ成分であり、Ｌ１Ｐ及びＬ１Ｓは、コイルアセンブリ３０の遠位端６８における、それぞれ、主コイルセット６２及び遮蔽コイルセット６４の端部位置の軸座標すなわちｚ座標である。図４には、作用端すなわち患者端６６における主コイルセット６２及び遮蔽コイルセット６４それぞれの端部位置であるＬ２Ｐ及びＬ２Ｓも示している。図４に示すように、主コイル及び遮蔽コイルの連続的な電流密度のｚ成分は患者端６６（すなわち、Ｌ２Ｐ及びＬ２Ｓ）においてゼロに等しい。患者端６６には主コイルと遮蔽コイルとの間に電流ジャンパが存在しないからである。他方、図４に更に示すように、連続的な電流密度の遠位端６８（すなわち、Ｌ１Ｐ及びＬ１Ｓ）におけるｚ成分ｆｚ（Ｐ）（Ｌ１Ｐ）及びｆｚ（Ｓ）（Ｌ１Ｓ）はゼロでない。これは、電流ジャンパ群７０によって導通される電流によって可能にされている。
【００２８】
ジャンパ群７０を設計するための好適な一手法において、連続的な電流密度の遠位端６８におけるｚ成分ｆｚ（Ｐ）（Ｌ１Ｐ）及びｆｚ（Ｓ）（Ｌ１Ｓ）は、等式（１）の制約の下で貯蔵エネルギーを最小化するための電流密度の最適化中に最適化される。ｆｚ（Ｐ）（Ｌ１Ｐ）及びｆｚ（Ｓ）（Ｌ１Ｓ）の最適値を含めて電流密度が最適化されると、その電流密度は、Ｌ１Ｐ及びＬ１Ｓにおいて適当なｚ成分電流を提供するように、好適な数のジャンパ７０を含む有限数の電流経路又はループに離散化される。図３に示した離散化された電流経路の組においては、主コイルセット６２に１４個、遮蔽コイルセット６４に８個のループが存在し、外側の２つの主ループ及び遮蔽ループはジャンパ群７０によって共有されている。この設計例においては、フレア面７２の角度（故に、この実施形態においてはフレア面７２上に位置する電流ジャンパ群７０の角度）は、Ｚ軸に対して７５．６２°である。最長のコイル（この場合、遮蔽コイルセット６４）の端部からＦｏＶのアイソセンタまでの距離を規定するコイルアセンブリ３０の患者接近度は、この例において、１７１ｍｍである。ＦｏＶのアイソセンタにおいて６０ｍＴ／ｍの傾斜強度を生成するのに必要な電流は５７８Ａである。撮像の中心は、電流密度分布に関して規定されるｚ＝０位置に対して、ＺＳＳ＝−１５８．７８ｍｍ（ｚ’＝０）に位置する。典型的に、撮像ボリュームの中心は、“芯（スウィートスポット）”すなわち主磁石２０の静止（Ｂ０）磁場の均一性が最も高い領域と一致するように選定される。
【００２９】
図５及び６を参照するに、それぞれ、遮蔽コイルの２５ｃｍのＦｏＶの範囲内での傾斜強度の不均一性及び傾斜強度の非線形性が示されている。なお、図５及び６は撮像中心のｚ’座標系を基準にしており、ｚ’＝ｚ＋１５８．７８ｍｍである。すなわち、ｚ’＝０にある撮像中心は、図２−４に示したｚ＝０のアイソセンタから１５８．７８ｍｍである。
【００３０】
図７を参照するに、中心冠状面内での画素格子の傾斜歪みが例示されている。歪みのない画素の各々は５ｍｍ×５ｍｍの大きさである。図７において、実線は２５ｃｍのＦｏＶの円形境界を示しており、破線は、より小さい２０ｃｍのＦｏＶの円形境界を示している。図７はｘ−ｚ’座標系でプロットされているので、図７の傾斜歪みプロットの中心は撮像中心ｚ’＝０にある撮像中心に揃えられている。
【００３１】
図８を参照するに、上述の２５ｃｍのＦｏＶの表面全体にわたる推定の残留渦電流効果（residual  eddy  current  effect；ＲＥＣＥ）が示されている。このＲＥＣＥは、周囲の円筒形低温シールド（半径ＲＣＳ＝０．４７５ｍ）の表面に生成される渦電流を推定したものである。推定される残留渦電流は０．０７％未満又は約０．０７％である。より一般的には、様々な定量的設計において、遮蔽巻線セット６４と遠位端における電流ジャンパ群７０とを含む構成を備えた非対称傾斜磁場コイルは、主コイルループの組６２の残留渦電流効果（ＲＥＣＥ）を約１％未満まで低減するように作用すべきであり、さらに、貯蔵エネルギー又はインダクタンスを、電流ジャンパを用いずに主コイルセット及び遮蔽コイルセットを用いる同等のコイルに対して１５−２０％だけ低減するように作用すべきである。
【００３２】
図２−８を参照しながら説明したコイルアセンブリ３０は、（図３に示したように）主／遮蔽フィンガープリントのセットあたり４個の電流ジャンパ、すなわち、この非対称コイルには２つの相対する主／遮蔽フィンガープリントのセットが存在するので総数で８個の電流ジャンパを含んでいる。図３に示したように、一対のジャンパが１つの主コイルループを対応する１つの遮蔽コイルループと接続する。典型的に、遮蔽コイルループは主コイルループより少ない。一部の実施形態において、幾つかの内側の主コイルループは如何なる遮蔽コイルループとも接続されないままで、全ての遮蔽コイルループを主コイルループと接続するのに十分なジャンパを有することが意図される。より一般的には、如何なる遮蔽コイルループとも接続されない内側の主コイルループが幾つか存在することになる。これは、図３に示した状況であり、主コイルループセット６２は１４個のループを含み、そのうち１２個は如何なる遮蔽コイルループとも接続されておらず、また、遮蔽コイルループセット６４は８個のループを含み、そのうち６個は如何なる主コイルループとも接続されていない。
【００３３】
他の一例として、表１は、フィンガープリントあたり６個のジャンパを有する最適化された７テスラの３Ｄ非対称横断面傾斜磁場コイルについて、シミュレーションによるパラメータを、主ループ群と遮蔽ループ群との間にジャンパを有しない等価な最適化された７テスラの２次元（２Ｄ）トポロジーと比較して示している。
【００３４】
【表１】
2009538202.tif 000003
６０ｍＴ／ｍでの貯蔵エネルギーは３Ｄ設計、２Ｄ設計のそれぞれで１５．８３Ｊ、１９．５Ｊであり、ジャンパ群によるエネルギーの低減は１９％である。主コイルと遮蔽コイルとの間の電流ジャンパ数が増大すると（主コイルと遮蔽コイルとに離散化されるループ数が増大する）、３Ｄトポロジーと２Ｄトポロジーとの特性の差は一層大きくなる。故に、感度が最大化されている多数の巻線／ループを有する遮蔽用傾斜磁場コイルにジャンパを使用することが有利である。表１の３Ｄコイルにおいて、６個のジャンパのうちの２つ（すなわち、一対のジャンパ）は相互に十分に接近しており（すなわち、方位角の隔たりが小さい）、これら２つのジャンパによって導通される電流のｚ成分は実質的に相殺される。故に、表１の３Ｄコイルは、６ジャンパコイルと呼んではいるが、４ジャンパコイルとしての一定の特性を有する。
【００３５】
より一般的には、ジャンパにおける電流のｚ成分が相殺されないよう、ジャンパ群は有利には、方位角方向に相互に空間的に隔離あるいは分離される。言い換えると、方位角方向に隔てられた電流ジャンパ群７０は、遠位端における主コイルセット６２と遮蔽コイルセット６４との間での電流密度の移動の方位角分布を定める。ジャンパ群は、典型的に、作用端すなわち患者端６６には配置されず、遠位端６８にのみ配置される。患者端６６にジャンパ群を配置することは、例えば患者の肩（頭部用コイルの場合）との結合、単位アンペア当たりの傾斜強度の低減、又は患者端６６に比較的近く且つ遠位端６８から比較的遠く非対称に配置されたＦｏＶ内の均一性の低下など、一定の不利益を有すると予期される。しかしながら、例えば、特定の傾斜磁場コイル設計において上述のような電流密度問題が生じるときに、患者端での電流ループの過度な集積又は密集を軽減するために、少数のジャンパを患者端に含めることも意図される。この場合、各端部における電流ジャンパ数は同一でなくてもよい。各電流ジャンパ対は、主コイルループセット６２の１つの主コイルループを遮蔽コイルループセット６４の１つの遮蔽コイルループに接続する。これらの各電流ジャンパ対は、典型的に、異なる主コイルループ及び遮蔽コイルループの対を接続する。従って、フィンガープリントパターンの１対の（典型的に最も外側の）主コイルループ及び遮蔽コイルループを接続するために２個の電流ジャンパが用いられ、フィンガープリントパターンの２対の（典型的に最も外側の）主コイルループ及び遮蔽コイルループを接続するために４個の電流ジャンパが用いられ（図３の例に示した構成）、フィンガープリントパターンの３対の（典型的に最も外側の）主コイルループ及び遮蔽コイルループを接続するために６個の電流ジャンパが用いられ、等々である。
【００３６】
Ｇ＝６０ｍＴ／ｍにおいて、大型の全身アクセス用の７Ｔ磁石の存在下で傾斜磁場コイルに働く正味の力は無視できる。この磁石の磁場はコイルの範囲全体にわたってかなり均一なためである。このことは、表１の３Ｄトポロジー及び２Ｄトポロジーの何れにも当てはまる。Ｇ＝６０ｍＴ／ｍにおいて、大型の全身アクセス用の７Ｔ磁石の存在下で傾斜磁場コイルに働く正味のトルクは、特別に考察するまでもなく、３Ｄトポロジー及び２Ｄトポロジーの何れの場合にもゼロでない。正味のトルクは、主コイルのループとの接続を有しない遮蔽コイルの内側のループ群を微調整することによって、小さく、あるいは実質的にゼロにすることができる。この調整はコイル特性に有意な影響を及ぼさない。
【００３７】
表２にて、フィンガープリントあたり１０個のジャンパ（総数で２０個のジャンパ）を有し且つ一層大きい非線形性を有する別の一設計例について、シミュレーションによるパラメータを説明する。この例では、電流分布はフィンガープリントあたり、１６個の主ループ、１０個の遮蔽ループ、５個の共有ループ（フィンガープリントあたり５対のジャンパ、すなわち、フィンガープリントあたり全部で１０個のジャンパによって実現される）に離散化される。
【００３８】
【表２】
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表２を表１と比較すると、ループ数の増加は感度を向上させ、３Ｄトポロジーは２Ｄトポロジーと比較してインダクタンスを低減し且つ消費電力を削減することがわかる。６０ｍＴ／ｍでの貯蔵エネルギーは３Ｄ設計、２Ｄ設計のそれぞれで１１．４７Ｊ、１３．８４Ｊであり、エネルギーの低減は１７％である。
【００３９】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。以上の詳細な説明を読み、理解した者は改良及び改変に想到し得る。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁気共鳴スキャナを示す図であり、少なくとも１つの３次元（３Ｄ）横断面傾斜磁場コイルセットを含むボア内に配置された傾斜磁場コイルアセンブリが見えるように、スキャナは部分的に断面図にて示されている。また、傾斜磁場コイルアセンブリも、該傾斜磁場コイルアセンブリ内に配置されたＲＦコイルが見えるように、部分的に断面図にて示されている。
【図２】図１の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリを詳細に示す断面図であり、主コイルループセットの１つのフィンガープリント、及び主コイルループセットと遮蔽コイルループセットとの間の電流ジャンパを含んでいる。
【図３】図１及び２の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの２つのフィンガープリントセットのうちの１つの展開した主（プライマリ）電流ループ及び遮蔽電流ループを示す図である。円筒面の両側に配置された２つのセットが横断面傾斜磁場コイルの全体を形成する。反対側の横断面コイル対は示されていない。主（プライマリ）電流ループと遮蔽電流ループとの間の電流ジャンパは、図３の中心付近に印された遠位端に示されている。
【図４】シミュレーションによる、図１−３の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの連続的な電流密度のｚ成分をプロットした図である。
【図５】シミュレーションによる、図１−３の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの傾斜強度の不均一性をプロットした図である。この図のグラフは傾斜磁場コイルの撮像領域中心（ｚ’＝０、ｚ＝−１５８．７８ｍｍ）を中心にしている。
【図６】シミュレーションによる、図１−３の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの傾斜強度の非線形性をプロットした図である。この図のｘ軸はｚ軸に直交し、φ＝０°に揃えられている。ｘ軸は左右軸（肩方向）である。
【図７】図１−３の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの冠状（ｘ−ｚ’）面における格子歪みをプロットした図である。この図の歪み格子は傾斜磁場コイルの撮像領域中心（ｚ’＝０、ｚ＝−１５８．７８ｍｍ）を中心にしている。
【図８】図１−３の３Ｄ傾斜磁場コイルアセンブリの残留渦電流効果（ＲＥＣＥ）をプロットした図であり、この渦電流は周囲の円筒形低温シールドの表面で発生されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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