(57)【要約】  本発明の核磁気共鳴機械は、Ｚ軸を有するトンネル状の使用可能な内部空間（１０９）内で主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段（１０１）と、高周波励起のためのおよび人体（１５０）に応じて発せられた高周波信号を処理するための装置と、強磁場Ｂ0に付加磁場成分を重ね合わせるためのソレノイド型勾配コイルのセット（１１０）とを含み、当該勾配コイル（１１１〜１２２）は、前記円筒型環状空間（１３０）内にＺ軸に平行に配置された管内に組み込まれている。また、外部低温筐体（１０２）と前記円筒型環状空間（１３０）との間に、Ｚ軸に平行に配置された管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルの第２のセット（３１０）が配置された追加の円筒型環状空間（３３０）を有し、当該コイル中のパルス電流の方向は逆となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸を有するトンネル状の使用可能な内部空間（１０９）内で主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段（１０１）と、高周波励起のためのおよび前記使用可能な内部空間（１０９）に配置された人体（１５０）または物体に応じて発せられた高周波信号を処理するための手段と、強磁場Ｂ0に付加磁場成分を重ね合わせるためのソレノイド型勾配コイルの第１のセット（１１０，２１０）とを含む核磁気共鳴機械であって、当該勾配コイル（１１２〜１２２；２１１〜２２２）は、強磁場Ｂ0を発生させるための前記手段（１０１）を含む外部低温筐体（１０２）と前記使用可能な内部空間（１０９）との間に位置する円筒型環状空間（１３０）内でＺ軸に平行に配置された管内に組み込まれ、当該勾配コイル（１１２〜１２２；２１１〜２２２）の直径は、前記円筒型環状空間（１３０）の厚さに内接し、前記第１のセット（１１０）のソレノイド型勾配コイル（１１２〜１２２；２１１〜２２２）は、Ｚ軸に垂直な機械の第１の半径方向（ｘ）において第１の磁場勾配Ｘを、およびＺ軸に垂直な機械の第２の半径方向（ｙ）において第２の磁場勾配Ｙを発生するのに適合し、第１の方向（ｘ）は、第２の方向（ｙ）とは垂直であり、前記ソレノイド型コイルに２つの勾配に対応する電流の代数和を同時に印加するための増幅器（４５，５９）を有する核磁気共鳴機械において、前記円筒型環状空間（１３０）は、その外壁（１０８）上に、主磁場Ｂ0方向に平行に配向した磁場勾配を発生させるための環状コイルを含み、主磁場Ｂ0のＺ方向に垂直な方向のＸおよびＹ磁場勾配を発生させるソレノイド型コイル（１１２〜１２２；２１１〜２２２）はすべて、前記円筒型環状空間（１３０）の厚み内に配置されており、前記管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイル（２１１〜２２２）は、Ｚ軸方向に垂直な方向のＸおよびＹ磁場勾配の個別の源を構成し、当該個別の源は、前記円筒型環状空間の周囲に分配されたＮ個の隣接する個別の源のセットの一部を形成するような大きさであり、ここでＮ＝４υ＋２であり、υは１以上の整数であり、軸平面ｘＯｚに対応する２つの正反対方向の個別の源が除去されて、４υ個の隣接する個別の源のみが、ギャップにより隔てられた２つのサブセット（２１１〜２１６，２１７〜２２２）内に分配されて維持されており、各管には、１個の個別の源が備えられていることを特徴とする核磁気共鳴機械。
【請求項２】
前記外部低温筐体（１０２）と前記円筒型環状空間（１３０）との間に、Ｚ軸に平行に配置された管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルの第２のセット（３１０）が配置された追加の円筒型環状空間（３３０）をさらに有し、当該第２のセット（３１０）のソレノイド型勾配コイル（３１１〜３２２）におけるパルス電流の方向が、前記第１のセット（１１０）のソレノイド型勾配コイル（１１１〜１２２）におけるパルス電流の方向に対して逆となって、外部低温筐体（１０２）中で生じる渦電流とベクトルポテンシャルを減少させる逆方向の磁場勾配を発生する請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記第２のセット（３１０）のすべての管に組み込まれるソレノイド型勾配コイル（３１１〜３２２）の数が、前記第１のセット（１１０）のすべての管に組み込まれるソレノイド型勾配コイル（１１１〜１２２）の数と同数である請求項２に記載の機械。
【請求項４】
前記第２のセット（３１０）のすべての管に組み込まれるソレノイド型勾配コイル（３１１〜３２２）の数が、前記第１のセット（１１０）のすべての管に組み込まれるソレノイド型勾配コイル（１１１〜１２２）の数と異なっている請求項２に記載の機械。
【請求項５】
前記追加の円筒型環状空間（３３０）が、その外壁（１０３）上に、主磁場Ｂ0の方向に配向した磁場勾配を発生させる環状コイルを有し、この主磁場のｚ方向に垂直な方向においてＸ，Ｙ磁場勾配を生成するソレノイド型コイル（３１１〜３２２）はすべて、前記追加の円筒型環状空間（３３０）の厚み内に配置される請求項２〜４のいずれか１項に記載の機械。
【請求項６】
Ｚ軸を有するトンネル状の使用可能な内部空間（１０９）内で主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段（１０１）と、高周波励起のためのおよび前記使用可能な内部空間（１０９）に配置された人体（１５０）または物体に応じて発せられた高周波信号を処理するための手段と、強磁場Ｂ0に付加磁場成分を重ね合わせるためのソレノイド型勾配コイル（１１０，２１０）の第１のセットとを含む核磁気共鳴機械であって、当該勾配コイル（１１１〜１２２；２１１〜２２２）は、強磁場Ｂ0を発生させるための前記手段（１０１）を含む外部低温筐体（１０２）と前記使用可能な内部空間（１０９）との間に位置する円筒型環状空間（１３０）内でＺ軸に平行に配置された管内に組み込まれ、当該勾配コイル（１１１〜１２２；２１１〜２２２）の直径は、前記円筒型環状空間（１３０）の厚さに内接する核磁気共鳴機械において、前記外部低温筐体（１０２）と前記円筒型環状空間（１３０）との間に、Ｚ軸に平行に配置された管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルの第２のセット（３１０）が配置された追加の円筒型環状空間（３３０）をさらに有し、当該第２のセット（３１０）のソレノイド型勾配コイル（３１１〜３２２）におけるパルス電流の方向が、前記第１のセット（１１０）のソレノイド型勾配コイル（１１１〜１２２）におけるパルス電流の方向に対して逆となって、外部低温筐体（１０２）中で生じる渦電流とベクトルポテンシャルを減少させる逆方向の磁場勾配を発生し、前記第１および第２のセット（１１０；３１０）のソレノイド型勾配コイル（１１１〜１２２；２１１〜２２２）は、Ｚ軸に垂直な機械の第１の半径方向（ｘ）において第１の磁場勾配Ｘを、およびＺ軸に垂直な機械の第２の半径方向（ｙ）において第２の磁場勾配Ｙを発生するのに適合し、第１の方向（ｘ）は、第２の方向（ｙ）とは垂直であり、当該機械は、前記ソレノイド型コイルに２つの勾配に対応する電流の代数和を同時に印加するための増幅器（４５，５９）を有するものであり、直径が前記円筒型環状空間（１３０）に内接し、主磁場Ｂ0に平行な方向（ｚ）にＺ磁場勾配を発生するソレノイド型コイルが、前記円筒型環状空間（１３０）の同じ管内に内接する、方向（ｚ）に垂直な方向（ｘ）にＸ磁場勾配を発生する他のソレノイド型コイルと同軸であり、直径が前記追加の円筒型環状空間（３３０）に内接し、主磁場Ｂ0に平行な方向（ｚ）にＺ磁場勾配を発生するソレノイド型コイルが、前記追加の円筒型環状空間（３３０）の同じ管内に内接する、方向（ｚ）に垂直な方向（ｘ）にＸ磁場勾配を発生する他のソレノイド型コイルと同軸であることを特徴とする核磁気共鳴機械。
【請求項７】
管内に組み込まれた前記ソレノイド型勾配コイル（１１１，１１３，１１５，１１７，１１９，１２１）が、Ｘ、ＹおよびＺ磁場勾配の個別の源を構成し、当該個別の源が、前記円筒型環状空間の周囲に分配されるＮ個の隣接する個別の源のセットの一部を形成するような大きさであり、ここでＮ＝４υであり、υは２〜４の整数であり、２つの個別の源のうちの１つは、２υ個の個別の源が隣接しないで維持されるように除去され、各管には１個の個別の源が備えられている請求項６に記載の機械。
【請求項８】
前記ソレノイド型コイル（１１１〜１２２；２１１〜２２２）が、前記環状空間（１３０）の周囲に、同軸ソレノイド型コイルの２ｎ配列で分配され、ｎは３以上の整数である請求項１〜７のいずれか１項に記載の機械。
【請求項９】
前記ソレノイド型コイル（１１１〜１２２；２１１〜２２２；３１１〜３２２）が、前記環状空間（１３０）または追加の円筒型環状空間（３３０）の周囲に、同軸ソレノイド型コイルの２ｎ配列で分配され、ｎは３以上の整数である請求項１〜７のいずれか１項に記載の機械。
【請求項１０】
勾配を発生するためのコイル内を流れる電流の１成分が、前記環状空間の周囲にあるコイルを特定する角度の余弦を公称電流に乗じたものに比例する請求項９に記載の機械。
【請求項１１】
前記環状空間（１３０）が、その周囲に、隣接して分配されかつ前記ソレノイド型コイルを収容する管を有し、当該管の半径ａが、ａ＝ｒ１(ｓｉｎπ／Ｎ)／(１−ｓｉｎπ／Ｎ)＝ｒ２(ｓｉｎπ／Ｎ)／(１＋ｓｉｎπ／Ｎ)によって与えられ、式中、Ｎは、管の数を表し、ｒ１およびｒ２は、それぞれ環状空間（１３０）の内半径および外半径を表す請求項１〜７のいずれか１項に記載の機械。
【請求項１２】
前記ソレノイド型コイルには、個別の電源によって電圧が印加される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の機械。
【請求項１３】
前記ソレノイド型コイルが、導電性の円形スリーブに沿った細長い螺旋状の巻線により形成され、好ましくは、長方形の輪郭を有し、１つのコイルについての複数のスリーブは、同心であり、一方が他方の中に嵌め込まれている請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機械。
【請求項１４】
２つのスリーブの間に、冷却流体のための環状空間がある請求項１３に記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルを有する、アクセス性が改善された核磁気共鳴（ＮＭＲ）機械に関し、より詳しくは、勾配コイルにより発生した渦電流を補償するＮＭＲ機械に関する。
【０００２】
本発明は、概して、特に医療分野において磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に使用可能なＮＭＲ機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＮＭＲ機械は、患者のために用意された中央空間と環状構造体とを有するトンネル型構造を有し得るものであり、当該環状構造体は、一方で、中央観測空間内に主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段と、通常はクライオスタット内に設置された超伝導磁化メインコイルからなる手段または適切な場合には永久磁石とを一体化させ、他方で、高周波励起手段（伝送アンテナ）と、中央観測空間に配置された患者の身体による高周波励起のシーケンスに応じて再び発せられた高周波信号を処理する手段とを一体化させている。
【０００４】
高周波励起のシーケンスに応じて再び発せられた高周波信号を識別して画像の形成を可能にするために、勾配コイルは、一様な主となる強磁場に付加磁場を重ね合わせるが、当該付加磁場は、印加された点での３Ｄ座標の関数で表される値を有している。
【０００５】
この関数には、通常、３つの直行する軸Ｘ，Ｙ，Ｚが、Ｚ軸が強磁場Ｂ0とおおよそ同一線上にある状態で用いられる。このため、空間の各点は、異なる磁場値によりコード化することができ、再び発せられた信号の変化を活用して画像を作成することができる。
【０００６】
従って、画像を得るためには、高周波励起シーケンスを用いる間に、磁場勾配シーケンスと共同で用いることが必要である。どのようなイメージング方法を採用しても、磁場勾配の一つの特徴は、それらがパルス状であることである。
【０００７】
ＮＭＲ機械の勾配コイルシステムの様々な例が、例えば、特許文献仏国特許発明第２５８８９９７号明細書および仏国特許発明第２６２１１２５号明細書に挙げられている。ハイクオリティのＮＭＲイメージングには、真の磁場勾配が一様でなければ、すなわち、印加されるべき理論上の理想分布に許容範囲内で一致しなければならない。発生させる勾配の一様性を高めるためには、勾配コイルは、できるだけ大きくなければならないが、全体のサイズおよび出力の理由から、これら勾配コイルのサイズを極端に大きくすることはできず、このことは、勾配コイルの設計には、相反する要件が課されていることを意味する。
【０００８】
さらに、勾配パルスの時間的特徴により、パルス状の場の性質と関連した問題である、勾配コイルが発生させた磁場の線形性の問題を解決することも必要とされる。
【０００９】
従って、特に高強度の配向場のＮＭＲ機械は、検出可能な高周波数のＮＭＲ信号を有する必要があり、例えば約１０テスラで動作するＮＭＲ機械では、４２６メガヘルツ（ＭＨｚ）のオーダーの周波数の信号を有する必要がある。よって勾配コイルは、例えば、１００ミリテスラ毎メートル（ｍＴ／ｍ）〜１５０ｍＴ／ｍのオーダーの勾配傾斜を発生させることが可能でなくてはならない。
【００１０】
このようなより強力な勾配は、様々な問題を引き起こす。第一に、このような傾斜を発生させることができる勾配コイルの出力消費が、非常に大きく、数１０キロワット（ｋＷ）のオーダーである。それ故に、このような勾配が患者および超伝導磁化メインコイルを含むクライオスタットを加熱しすぎないよう、効率よく冷却する必要がある。
【００１１】
さらに、現在用いられている高速イメージングシーケンスは、持続時間が数ミリ秒（ｍｓ）のオーダーで、立ち上がりおよび立ち下がり時間が１ｍｓ以下でなければならないような勾配パルスを有している。
【００１２】
電力がかけられると、機械の配向場内に位置する勾配コイルは、電磁力によって引き起こされる非常に急激な加速を受ける。この加速は、機械を急速に劣化させ、また、検査を受ける患者に耐え難いノイズを発生する。さらに、ノイズの制約は、特に脳を調査するために、ある種の知的活動の際にストレスを受ける脳の領域を示し出すことを目的とする場合には、特に難題となる。よって、患者に、患者の集中を妨げ、脅かすようなノイズを与えると同時にある種の知的活動（例えば、足し算や掛け算の暗算）を行わせることは困難である。
【００１３】
この種の実験が人間で想定できたとしても、動物での前臨床実験は、動物がこのようなノイズによりストレスを受けた際には、実施することができない。
【００１４】
検査に使用するのに十分な大きさの体積を残すために、勾配コイルの外形寸法が制限されているという事実を考慮に入れつつ、これらすべての問題を解決しなければならない。例えば、当該分野の標準的プラクティスにおいては、約５５０ミリメートル（ｍｍ）の値が必須の直径を有する環状の断面のトンネル内に、検査に使用可能な体積があるため、勾配コイルは、この使用可能なトンネルの体積と、クライオスタットのパネルの内部の体積との間の環状空間に、取り付けられなければならないということが考慮されるべきである。このクライオスタットの内部の体積は、直径約１０００ｍｍの環状トンネルを構成している。
【００１５】
上記の問題を考慮しながら勾配を発生させるために、特許文献国際公開第２００５／０２９１１０号パンフレットでは、使用可能な環状空間を、円形ソレノイド型コイルが挿入された複数の管を収容するのに用いることが提案されている。これらの管は、好ましくは、相互に隣接して管の層を形成する。
【００１６】
管内にコイルを配置することにより、冷却の改善、仕様に課せられた線形性の制約の順守、ノイズの低減、およびある程度の渦電流の抑制が可能になり、高強度の勾配の発生という所望の結果が得られている。
【００１７】
ノイズの除去は、主磁場に平行な軸を有する管にソレノイドコイルを挿入し、それらの構造体、すなわち電磁気の制約がゼロである結果得られるトルソ（torsor）に対して単に管を放射状に搭載した結果である。
【００１８】
基準とする勾配コイルに垂直な磁場配向がある場合、提案された構造体、特にＸおよびＹ勾配のための構造体においては、スクリーンまたはクライオスタットの種々の金属パネルに発生する渦電流は、以前の実施態様に比べてはるかに少ない。
【００１９】
しかしこの渦電流は、特定の状況下で、特にクライオスタットを加熱しすぎることによって低温流体の消費量を増加させるという問題を未だに起こし得る。
【００２０】
さらに、勾配発生器と主磁石のクライオスタットとの間に標準スクリーンを配置すると、勾配発生器によりスクリーンの外部に発生した電場が弱くなる。
【００２１】
しかし、このようにして生じた電流が減少することにより、勾配の効率が低くなり、主となる強磁場において高速でスイッチングする強い勾配を発生させることがよりさらに難しくなる。
【００２２】
特許文献米国特許第５５３０３５５号明細書は、勾配を発生させるために、主磁場の方向に一致する軸を有するシリンダーの母線が、軸となっているコイルもまた用いるＮＭＲ機械を開示する。線形性を向上させるために、当該文献は、実施形態をより複雑にするのにもかかわらず、非ソレノイド型コイルを使用することを推奨している。
【００２３】
さらに、特許文献米国特許第５７６４０５９号明細書は、ｘおよびｙ勾配のための馬蹄型コイルとｚ勾配のためのマックスウェル巻線（Maxwell turn）により勾配を発生させるための標準構造と共に、磁気共鳴イメージング装置に使用可能な音響磁気スクリーンの一例について記載している。ｘ勾配コイルとｙ勾配コイルとを共に備えることが必要であるため、これらのコイルが、同じ全体のマンドレルに存在することにより、それぞれπ／２の角度で開いた２つ円筒型部分において、これらの２セットのコイルが利用可能な空間を制限し、実際は、必要な勾配の線形性が得られなくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、上述の欠点を除くことにあり、特に、患者の身体全体を核磁気イメージング（ＭＲＩ）検査するためのＮＭＲ機械よりもはるかに小さい寸法の、「頭部勾配(head gradient)」システムを用いた、患者の頭部だけが観測される脳のイメージングのためのＮＭＲ機械へのアクセス性を改善することを目的とする。
【００２５】
本発明の別の目的は、勾配発生器による渦電流の発生に関連する欠点を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によれば、これらの目的は、Ｚ軸を有するトンネル状の使用可能な内部空間内で主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段と、高周波励起のためのおよび前記使用可能な内部空間に配置された人体または物体に応じて発せられた高周波信号を処理するための手段と、強磁場Ｂ0に付加磁場成分を重ね合わせるためのソレノイド型勾配コイルの第１のセットとを含む核磁気共鳴機械であって、当該勾配コイルは、強磁場Ｂ0を発生させるための前記手段を含む外部低温筐体と前記使用可能な内部空間との間に位置する円筒型環状空間内でＺ軸に平行に配置された管内に組み込まれ、当該勾配コイルの直径は、当該円筒型環状空間の厚さに内接し、前記第１のセットのソレノイド型勾配コイルは、Ｚ軸に垂直な機械の第１の半径方向ｘにおいて第１の磁場勾配Ｘを、およびＺ軸に垂直な機械の第２の半径方向ｙにおいて第２の磁場勾配Ｙを発生するのに適合し、第１の方向ｘは、第２の方向ｙとは垂直であり、前記ソレノイド型コイルに２つの勾配に対応する電流の代数和を同時に印加するための増幅器を有する核磁気共鳴機械において、当該円筒型環状空間は、その外壁上に、主磁場Ｂ0方向に平行に配向した磁場勾配を発生させるための環状コイルを含み、主磁場Ｂ0のＺ方向に垂直な方向のＸおよびＹ磁場勾配を発生させるソレノイド型コイルはすべて、当該円筒型環状空間の厚み内に配置されており、前記管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルは、Ｚ軸方向に垂直な方向のＸおよびＹ磁場勾配の個別の源を構成し、当該個別の源は、前記円筒型環状空間の周囲に分配されたＮ個の隣接する個別の源のセットの一部を形成するような大きさであり、ここでＮ＝４υ＋２であり、υは１以上の整数であり、軸平面ｘＯｚに対応する２つの正反対方向の個別の源が除去されて、４υ個の隣接する個別の源のみが、ギャップにより隔てられた２つのサブセット内に分配されて維持されており、各管には１個の個別の源が備えられていることを特徴とする核磁気共鳴機械によって達成される。
【００２７】
当該機械は、前記外部低温筐体と前記円筒型環状空間との間に、Ｚ軸に平行に配置された管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルの第２のセットが配置された追加の円筒型環状空間をさらに有し、第２のセットのソレノイド型勾配コイルにおけるパルス電流の方向が、第１のセットのソレノイド型勾配コイルにおけるパルス電流の方向に対して逆となって、外部低温筐体中で生じる渦電流とベクトルポテンシャルを減少させる逆方向の磁場勾配を発生する。
【００２８】
第２のセットのソレノイド型勾配コイルの数は、第１のセットのソレノイド型勾配コイルの数と同じであってよいが、これは必須ではなく、これらの数は異なっていてもよい。
【００２９】
第１のセットのコイルの周りの同心円状の環内に配置された第２のセットのコイルの作用による補償によって、取り囲む導体内に発生する磁気ベクトルポテンシャルが、患者が配置される使用可能な体積内で第１のセットのコイルによって発生した磁場勾配を減少させるという不利益なく、特に主磁石のクライオスタットの壁面において減少する。
【００３０】
特定の一実施態様では、追加の円筒型環状空間は、その外壁上に、主磁場Ｂ0の方向に配向した磁場勾配を発生させる環状コイルを有し、この主磁場のｚ方向に垂直な方向においてＸ，Ｙ磁場勾配を生成するソレノイド型コイルはすべて、追加の円筒型環状空間の厚み内に配置される。
【００３１】
別の特定の実施態様では、本発明は、Ｚ軸を有するトンネル状の使用可能な内部空間内で主となる強磁場Ｂ0を発生させるための手段と、高周波励起のためのおよび前記使用可能な内部空間に配置された人体または物体に応じて発せられた高周波信号を処理するための手段と、強磁場Ｂ0に付加磁場成分を重ね合わせるためのソレノイド型勾配コイルの第１のセットとを含む核磁気共鳴機械であって、当該勾配コイルは、強磁場Ｂ0を発生させるための前記手段を含む外部低温筐体と前記使用可能な内部空間との間に位置する円筒型環状空間内でＺ軸に平行に配置された管内に組み込まれ、当該勾配コイルの直径は、当該円筒型環状空間の厚さに内接する核磁気共鳴機械において、前記外部低温筐体と前記円筒型環状空間との間に、Ｚ軸に平行に配置された管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルの第２のセットが配置された追加の円筒型環状空間をさらに有し、当該第２のセットのソレノイド型勾配コイルにおけるパルス電流の方向が、前記第１のセットのソレノイド型勾配コイルにおけるパルス電流の方向に対して逆となって、外部低温筐体中で生じる渦電流とベクトルポテンシャルを減少させる逆方向の磁場勾配を発生し、前記第１および第２のセットのソレノイド型勾配コイルは、Ｚ軸に垂直な機械の第１の半径方向ｘにおいて第１の磁場勾配Ｘを、およびＺ軸に垂直な機械の第２の半径方向ｙにおいて第２の磁場勾配Ｙを発生するのに適合し、第１の方向ｘは、第２の方向ｙとは垂直であり、当該機械は、前記ソレノイド型コイルに２つの勾配に対応する電流の代数和を同時に印加するための増幅器を有するものであり、直径が前記円筒型環状空間に内接し、主磁場Ｂ0に平行な方向ｚにＺ磁場勾配を発生するソレノイド型コイルが、前記円筒型環状空間の同じ管内に内接する、方向ｚに垂直な方向ｘにＸ磁場勾配を発生する他のソレノイド型コイルと同軸であり、直径が前記追加の円筒型環状空間に内接し、主磁場Ｂ0に平行な方向にＺ磁場勾配を発生するソレノイド型コイルが、前記追加の円筒型環状空間の同じ管内に内接する、方向ｚに垂直な方向ｘにＸ磁場勾配を発生する他のソレノイド型コイルと同軸であることを特徴とする核磁気共鳴機械に関する。
【００３２】
特に患者の肩部または器機類にさらなる空間を与える有利な特徴によれば、管内に組み込まれたソレノイド型勾配コイルは、Ｘ、ＹおよびＺ磁場勾配の個別の源を構成し、当該個別の源は、前記円筒型環状空間の周囲に分配されるＮ個の隣接する個別の源のセットの一部を形成するような大きさであり、ここでＮ＝４υであり、υは２〜４の整数であり、２つの個別の源のうちの１つは、２υ個の個別の源が隣接しないで維持されるように除去され、各管には、１個の個別の源が備えられている。
【００３３】
患者の肩部の空間をさらに提供する必要がない場合には、可能な一実施態様では、ソレノイド型コイルは、前記環状空間の周囲に、同軸ソレノイド型コイルの２ｎ配列で分配され、ｎは３以上の整数であり、好ましくは、４〜９の範囲である。
【００３４】
可能な別の実施態様では、ソレノイド型コイルは、前記環状空間または追加の円筒型環状空間の周囲に、同軸ソレノイド型コイルの２ｎ配列で分配され、組み合わさった電流が多数のコイルに同時に印加されて、Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺ勾配を発生し、ｎは３以上の整数であり、好ましくは、４〜９の範囲である。
【００３５】
一実施態様では、勾配を発生するためのコイル内を流れる電流の１成分が、前記環状空間の周囲にあるコイルを特定する角度の余弦（cosine）を公称電流に乗じたものに比例する。
【００３６】
別の実施態様では、勾配を発生するためのコイル内を流れる電流の１成分が、前記環状空間の周囲にあるコイルを特定する角度の関数として、係数１，０．７３２または０．２６８を公称電流に乗じたものに比例する。
【００３７】
特定の一実施態様では、前記環状空間は、その周囲に、隣接して分配されかつ当該ソレノイド型コイルを収容する管を有し、当該管の半径ａは、ａ＝ｒ１(ｓｉｎπ／Ｎ)／(１−ｓｉｎπ／Ｎ)＝ｒ２(ｓｉｎπ／Ｎ)／(１＋ｓｉｎπ／Ｎ)によって与えられ、Ｎは、管の数を表し、ｒ１およびｒ２は、それぞれ環状空間の内半径および外半径を表す。
【００３８】
ソレノイド型コイルには、個別の電源によって電圧が印加される。
【００３９】
ソレノイド型コイルは、有利には、導電性の円形スリーブに沿った細長い螺旋状の巻線により形成され、好ましくは、長方形の輪郭を有し、１つのコイルについての複数のスリーブは、同心であり、一方が他方の中に嵌め込まれている。
【００４０】
また、２つのスリーブの間に、冷却流体のための環状空間があることが好ましい。
【００４１】
このような特徴は、第１のセットのソレノイド型勾配コイルおよび第２のセットのソレノイド型勾配コイルに適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明のその他の特徴および利点を、例を挙げ、添付図面を参照して、以下の特定の実施態様を説明することにより明らかにする。
【００４３】
図１は、ＮＭＲ機械の縦方向の断面を示す図である。
図２は、本発明を適用したＮＭＲ機械のトンネルの軸および主磁場に垂直な断面を示す図である。
図３は、本発明のＮＭＲ機械のトンネルの軸に垂直な断面を示す図である。
図４は、局部的に空間を解放するために適用された本発明のＮＭＲ機械の一部の、トンネルの軸に垂直な断面を示す図である。
図５は、“頭部勾配”検査への適用を示す斜視図である。
【００４４】
図１は、患者５が配置されるトンネル４の軸Ｚに本質的に平行な、主となる一様な強磁場Ｂ0を発生させるための装置１を有するＮＭＲ機械７の理論を概略的に示す。
【００４５】
図１に示す主となる強磁場Ｂ0を発生するための装置は、永久磁石を有していてよい。しかし、当該装置は、好ましくは、極低温に維持するためにクライオスタット内に設置された超伝導磁石を有していてもよい。いずれにしても、強磁場を発生するための装置１は、円筒型の環状の外部筐体内に設置され、当該外部筐体は、この外部筐体の内壁と検査される患者５が配置されるトンネル４との間に環状空間を提供する。円筒型の環状の外部筐体は、通常、金属製の壁、例えば、ステンレス鋼製の壁を有する。
【００４６】
主となる強磁場を発生するための装置１の内部に位置する当該環状空間には、トンネル４のＺ軸の方向と、Ｚ軸に垂直および互いに垂直な方向ＸおよびＹに磁場勾配を発生させるための勾配コイル２が配置されている。
【００４７】
上述のように、勾配コイル２は、パルス状の付加磁場を印加することにより、患者５が配置される空間をコード化する方法を提供するものである。
【００４８】
これらの磁場の配向磁場Ｂ0のように配向していない成分は、使用可能なＮＭＲ信号の変化に２次的に寄与するのみである（よってここで考慮されるＢ0の値と勾配の寄与は無視できる）。従って、勾配コイルにより発生した磁場の有益かつ有用な成分は、磁場Ｂ0に沿って配向している成分のみである。この有用な成分は、通常、ＢｚまたはＢz成分と呼ばれる。機械内部の座標点は、デカルト軸系に対して定められ、軸ｚは、一様な磁場Ｂ0の方向と同一線上にあり、トンネル状の機械の母線とは平行である。電圧が印加される勾配コイルのセットに応じて、ある位置での有用な成分Ｂｚは、Ｘ勾配については、当該位置を含み平面ｙＯｚに平行な平面の横座標ｘの関数として、Ｙ勾配については、当該位置を含み平面ｘＯｚに平行な平面の縦座標ｙの関数として、Ｚ勾配については、当該位置を含み平面ｘＯｙに平行な平面の次元ｚの関数として、強度を増大させる。
【００４９】
高周波伝送アンテナ３のシステムは、患者が配置されるトンネル４の近傍に配置されるか、直接トンネル内に挿入される。高周波伝送アンテナまたはコイルは、通常、検査する患者５の身体または他の物体、例えば動物、に応じて発せられた高周波信号を受信し処理する装置と結合している。
【００５０】
図２は、円形ソレノイド型コイルを含む円筒型環状空間６を示し、２aの値を有する当該コイルの直径９は、半径ｒ１およびｒ２をそれぞれ有する円筒型の壁５３，５４により規定される当該環状空間６の厚み１０に内接している。環状空間６の厚み１０は、当該空間の総厚みに等しい、と初期では仮定することができる。従って、示した例では、環状空間６は、プラスチック製の材料または他の電気絶縁材料でできたパネル１１からなる１２本の管で占められている。管１１の内部には、勾配磁場を発生するためのコイルがあり、当該コイルは、国際公開ＷＯ２００５／０２９１１０号パンフレットに記載に従い製造することができる。当該管は、好ましくは、互いに隣接している。
【００５１】
各管には、他の管のセットと完全に同一なコイルのセットが取り付けらる。このコイルのセットは、有利には、Ｚ勾配と、Ｚ軸に垂直に選択された方向の勾配とを発生する能力を有する。コイルを、ＸまたはＹ配向した勾配を発生するように制御することができる。
【００５２】
示した例では、管の数は、ＸまたはＹ勾配とＺ勾配を発生させるように、偶数（２ｎ）であってよい。ただし、特定の一実施態様では、ＸまたはＹ勾配を発生させるためのソレノイド型コイルを含む偶数本の第１の管と、Ｚ勾配を発生させるコイルを含む奇数本の第２の管を有していてもよい。
【００５３】
本発明の理解に役立つ基本概念を、以下いくつか説明する。
【００５４】
まず、空間内の任意の点Ｍは、デカルト座標（ｘ、ｙ、ｚ）または極座標（ｒ，υ，φ）により特定することができる。
【００５５】
【数１】
2009513211.tif 000003
【００５６】
原点Ｏの周りの関心体積内においては、主磁場Ｂ0のベクトルは、実質的に一様であり、以下の軸Ｏｚに沿う方向を向いている。
【００５７】
【数２】
2009513211.tif 000004
【００５８】
空間の磁気のない領域（すなわち、電流も無視できない磁化率の材料もない領域）においては、各成分Ｂx、ＢyおよびＢzは、ゼロのラプラス演算子を有する。例えば、磁場源がどうあれ、ΔＢz＝０であって、Ｂz（ベクトルｒ）は、次の式の球面調和関数において、単一の展開を示す。
【００５９】
【数３】
2009513211.tif 000005
【００６０】
上記の等式において、Ｗnmは、｜ＷnmＰnm（ｃｏｓθ）｜≦１となる、例えば｜Ｐn（ｃｏｓθ）｜などの数値的重み係数である。
【００６１】
この展開は、ｒ＜ｒmax、中心Ｏを有する磁気のない球の最大半径、に対してのみ有効である。次数ｎの係数（ｍは階数と呼ばれる）は、αｒmax-n（αは磁場の次元を有し、展開の収束速度は、ｒおよびｒmaxとの差に比例する）の形である。
【００６２】
ＮＭＲ信号から画像を形成するには、理想的にはｂz＝ｇxｘ，ｂz＝ｇyｙおよびｂz＝ｇzｚ（ｇx，ｇyおよびｇzは、その各源の励磁電流に比例する）であるべき成分ｂzの特定の磁場源によって、３次元空間がコード化されることが必要である。これらを略して、それぞれｘ勾配、ｙ勾配、およびｚ勾配と呼ぶ。
【００６３】
実際には、このような線形性は、ゼロでない成分ｂxおよびｂyとともに磁場ベクトルｂを発生させる源によってのみ、おおよそ達成できる。幸いにも、｜ベクトルｂ｜＜＜Ｂ0の場合であっても（実際は常にこうなるが）、問題はない。共鳴周波数は、以下に比例する。
【００６４】
【数４】
2009513211.tif 000006
【００６５】
従って、成分ｂzのみが、ｂ／Ｂ0≦〜１０-3という条件で、ｐｐｍレベルで有効である。
【００６６】
磁場勾配の発生に適用するにあたり、対称原理は、どのようにして磁場勾配を発生させたかに係らず、関与する磁場源の対称な性質が、上記の球面調和関数の展開の特定の係数の値をゼロにすることを示している。
【００６７】
ＭＲＩ用の磁場勾配の発生については、多数の刊行物および特許に示されており、未だに精力的に研究が行われているテーマである。最新のイメージング方法、特に機能イメージングは、作用する主磁場がよりはるかに強いのと同時に、できるだけ線形性が高く、よりはるかに強く、超高速でスイッチ可能である勾配を必要としている。冷却、アイソレーション、および音響ノイズに付随する問題のため、有効電力と無効電力は、かなりの大きさが必要となる。
【００６８】
勾配発生器の近傍の導体内で生じる電流がもたらす問題もまた、その解決はさらに困難である。
【００６９】
もちろん、あらゆる公知のシステムにおいて、対称原理の適用結果が活用されている。しかし、適切な比例関係が関わる電流が印加された個別の源を組み合わせることにより、球面調和関数の展開の特定の係数を約分して、さらに活用することが可能である。
【００７０】
平面ｘＯｚに対して非対称であり、平面ｘＯｙに対して非対称（ＡＡ）または対称（ＡＳ）のいずれかである電流分布について検討する。
【００７１】
この種の単純な分布は、例えば、軸Ｏｚに平行で距離ｄ離れた同軸Ｏ’ｚ’を有するソレノイド型コイルのセットからなる。平面ｘＯｙに対して非対称または対称であるこのセットの中心Ｏ’のデカルト座標は、（ｄ，０，０）であり、以下の２つのいずれかの構成を有している。
・セット（ＡＡ）は、平面ｘＯｙのいずれかの側に偶数個のソレノイド型コイルを有し、当該ソレノイド型コイルは、幾何学的に対称であり、軸Ｏ’ｚ’の周りを逆方向に回転する電流を伝える（よって、最も簡単なケースでは、２つの非対称ソレノイド型コイルを有する）。
・セット（ＡＳ）は、任意の個数のソレノイド型コイルを有し、ソレノイド型コイルは、ｘＯｙ平面に対して幾何学的に対称であり、軸Ｏ’ｚ’の周りを順方向に回転する電流を伝える（よって、最も簡単なケースでは、対称面としてｘＯｙを有する単一のソレノイド型コイルを有する）。
【００７２】
ただし、例えば、非円形の断面を有し、複数の軸Ｏ’ｚ’を囲うコイルのような、より複雑な構成も考えられる。従うべき唯一の条件は、（ＡＡ）または（ＡＳ）で記号化された対称についての特性である。
【００７３】
電流Ｉを伝えるこれらのセットのいずれかを考慮し、Ｐを対応する消費電力とする。
【００７４】
対称原理を直接適用すると、セット（ＡＡ）は、関心空間において磁場を発生し、磁場の非ゼロの展開項は次のようになる。
【００７５】
【数５】
2009513211.tif 000007
【００７６】
同様にして、電流Ｉを伝えるセット（ＡＳ）は、関心空間において磁場を発生し、磁場の非ゼロの展開項は次のようになる。
【００７７】
【数６】
2009513211.tif 000008
【００７８】
以下の原理は、Ｚ勾配発生器の作製に用いることができる。
【００７９】
同じ電流Ｉを伝え、軸Ｏｚの周りに規則的に分配されたタイプＡＡのＮ個の同一の個別の源について考える。平面ｘＯｙ上の軸のＯ’jのトレース座標は、よって、Φ0を任意の原点方位角とすると、次のようになる。
【００８０】
【数７】
2009513211.tif 000009
【００８１】
発生した全磁場の成分ｚの球面調和関数の項の展開は、適切に方位角Φ変位したタイプＡＡの展開の和である。
【００８２】
【数８】
2009513211.tif 000010
【００８３】
角括弧の中の和は、次のようにして計算される。
【００８４】
【数９】
2009513211.tif 000011
【００８５】
よって全磁場の展開は、ＮＰと等しい全消費電力に対し、次のように単純化される。
【００８６】
【数１０】
2009513211.tif 000012
【００８７】
実際には、ｒkN+2l+1ＸkN+2l+1kNの項の寄与を完全に無視することができるように、Ｎをかなり大きくする、例えばＮ＝１２以上にすることを満足しており、展開は、次のように単純化される。
【００８８】
【数１１】
2009513211.tif 000013
【００８９】
このようにして得られるｚ勾配の発生器の線形性は、展開の次数２ｐ＋１，ｐ＝１，２などの項をより多く約分するほど向上する。これは、対称性の考慮にもはや依存しておらず、個別の源での実際の電流の分配に依存している。
【００９０】
同軸のソレノイド型コイルに基づく個別の源の単純な実施態様では、平面ｘＯｙに対して幾何学的に対称で、逆方向に電流を伝える最小限の２つのソレノイド型コイルについて、その寸法と位置は、Ｚ3を約分するように選んでよく、よって線形性の欠如を規定する最初の項は、Ｚ5である。寸法と位置が適切に選ばれた４つのソレノイド型コイルについて、Ｚ3およびＺ5は、約分することができ、よって線形性の欠如を規定する最初の項は、Ｚ7になり、以後同様である。
【００９１】
この種の発生器を最適化しようとするとき、所定の永久勾配を得るために必要な常時電力を最小化すること、所定の最大電圧またはさらに利用可能な電源もしくは増幅器によって立ち上がり時間をより短くできるようにインダクタンスを最小化すること等を他に考慮してもよい。この発生原理によって複数の電源または増幅器の使用がかなり容易になり、これにより単位電力を低減できることに留意することが重要である。
【００９２】
ｘ勾配発生器と同じ原理に従った実施（ｙ勾配ジェネレータについても、理論は、Ｏｚの周りのπ／２の回転に同じ）が、同様に可能であり、要求される線形性を得るのに効果的であることは明らかである。
【００９３】
軸Ｏｚの周りに規則的に配列されたタイプ（ＡＳ）の、偶数個Ｎ＝２ｎの個別の源を、使用する必要があり、平面ｘＯｚは全体の対称面となる。この後者の対称要素により、原点方位角Φ0が０またはπ／２ｎであることが強いられる。
【００９４】
平面ｘＯｙ上の軸のＯ’jのトレース座標は、従って、次のようになる。
【００９５】
【数１２】
2009513211.tif 000014
【００９６】
次に、個別の源は、電流Ｉj＝ＩｃｏｓΦjが印加される場合、ｎＰに等しい合計消費電力に対して発生した全磁場の成分ｚの球面調和関数の展開は、次のように単純化される。
【００９７】
【数１３】
2009513211.tif 000015
【００９８】
この計算を、以下の計算されるべき和を用いて上記と同様に行う。
【００９９】
【数１４】
2009513211.tif 000016
【０１００】
原点方位角に対応するファクター（−１）kは、π／２ｎである。
【０１０１】
ｚ勾配に関し、ｒ2kn±1+2lＸ2kn±1+2l2kn±1の項の寄与を完全に無視することができるように、Ｎ＝２ｎ（ｎは整数である）を十分に大きく選ぶことが満足され、展開は、次のように単純化される。
【０１０２】
【数１５】
2009513211.tif 000017
【０１０３】
このようにして得られるｘ勾配発生器の線形性は、展開の次数２ｐ＋１，ｐ＝１，２などの項をより多く約分するほど向上する。これは、対称性の考慮にもはや依存しておらず、個別の源での実際の電流の分配に依存している。
【０１０４】
同軸のソレノイド型コイルに基づく個別の源の単純な実施態様では、最小限であるソレノイド型コイル１個のみでは、Ｘ2p+11∀ｐ≧１の係数はいずれも約分することができない。平面ｘＯｙに対して対称な少なくとも２個のソレノイド型コイル、その寸法および位置は、Ｘ31を約分するように選ぶことができ、線形性の欠如を規定する最初の項は、Ｘ51である。適切に寸法と位置が選ばれた３個のソレノイド型コイルについては、Ｘ31とＸ51とを約分することができ、線形性の欠如を規定する最初の項は、Ｘ71となり、以後同様である。
【０１０５】
ｚ勾配発生器に関しては、システムの最適化には、常時消費電力とインダクタンスが考慮される。前者については、一連の個別の源のすべてに対して電源が１つだけであってよいが、電流は、そのすべてにおいて等しいため、少なくとも（絶対値で）異なる電流値の数だけ電源が必要である。
【０１０６】
この種の装置の非常に重要な別の側面は、先行技術のシステム、特に米国特許第５５３０３５５号明細書に記載されたシステムのように、物理的に分離された２つのセットを設置する必要なくして、同じ個別の源が、ｘ勾配およびｙ勾配を発生できることである。
【０１０７】
従って、個別の源にはそれぞれ、上記式を用い、要求される２つの勾配を同時に発生させるのに必要な値の電流の代数和が印加される。ただし、電流と勾配は、代数的に加算されるが、消費電力には同じことは当てはまらず、それぞれの個別の源について、発生する勾配のシーケンスの関数として計算することが重要である。
【０１０８】
ｘおよびｙ勾配の値を別々に制御しなければならないため、結局は、少なくともｎ個の分離した電源が必要である。すなわち、Ｏｚに対して非対称の個別の源の各対に対し１個の電源が必要である。
【０１０９】
最後に、利用可能な限られた空間を勾配発生器に最大限に活用するために、個別の源（ＡＳ）および（ＡＡ）の複合体を製造することにより、同数個の個別の源の、一部がｘおよびｙ勾配用に、残りがｚ勾配用に選んでよい。同軸のソレノイド型コイルに基づくこの種の個別の源の単純な実施態様では、例えば、平面ｘＯｙに対して対称であり、Ｘ31を約分するように適切に選ばれた寸法および位置を有する２個のソレノイド型コイルと、平面ｘＯｙに対して２個ずつが非対称であって、それぞれが前記２個のソレノイド型コイルの一方の側にあり、Ｚ3およびＺ5を約分するように適切に選ばれた寸法および位置を有する４個のソレノイド型コイルとを組み合わせることが可能である。
【０１１０】
図２は、Ｘ勾配について、勾配コイルに電圧を印加するために、電子回路４３が、ＮＭＲ機械に用いられるイメージングシーケンスに必要な形状（立ち上がり時間および立ち下がり時間）および持続時間を有する時間的パルス４４を発生させる。パルスを描く信号４４は、可変利得増幅器４５に導かれる。
【０１１１】
シーケンスを管理するデータ処理システムによって、増幅器４５が、平面ｘＯｚ内に位置する管４６内に位置するコイルに対し、値１を有する係数を乗じた公称電流を印加する。
【０１１２】
管４６に隣接する管であって、軸（ここでは軸１２）が、軸ｚが貫通する平面に位置しかつ平面ｘＯｚに対してπ／６傾斜している管４７に、値√３／２を有する係数を乗じた電流が印加される。管４７に隣接し、π／６だけ再び変位した管４８については、電流には、１／２が乗じられる。管４８に隣接し、平面ｙＯｚ内に位置する管４９については、係数の値は０である。管４８と対称な管５０については、係数は、値−１／２を有し、管４７と対称な管５１については、係数は値−√３／２を有し、軸Ｚに対して管４６と対称な管５２は、係数は値−１を有する。図の左側にあり、平面ｘＯｚに対して管４６〜５２と対称な管については、係数の値は同じである（軸Ｙより下は負、軸Ｙより上は正）。
【０１１３】
コイル中の電流は、従って、コイルを含む環状空間の周囲にある管を特定する角度の余弦に比例する。一実施態様では、この電流の分布を、１５°ごとに等しく変位させることができる。
【０１１４】
図３は、主磁場Ｂ0を発生させるための装置１０１を内蔵する外部低温筐体１０２の例えばステンレス鋼製の内壁と、患者を収容するための、軸Ｚを有するトンネル状の使用可能な内部空間１０９を規定する壁９９との間に、軸ｚに平行な軸を有する管に含まれた、上述のようにして作製可能なソレノイド型勾配コイル１１１〜１２２のセット１１０を収容するための円筒型環状空間１３０と、軸ｚに平行に配置された管内に組み込まれた円形ソレノイド型勾配コイルの第２のセット３１０が配置された追加の環状空間３３０とがある、本発明の特定の一実施態様を示す。
【０１１５】
第２のセット３１０の円形ソレノイド型勾配コイル３１１〜３２２内のパルス電流の方向は、第１のセット１１０の円形ソレノイド型勾配コイル１１１〜１２２内のパルス電流の方向に対して逆であり、外部低温筐体１０２において生じる渦電流およびベクトルポテンシャルを減少させる磁場勾配が、この逆方向において発生する。
【０１１６】
例えば、図３では、第１のセット１１０と第２のセット３１０の中には、ソレノイド型勾配コイルを備えた管が同数個ある。この個数は、例えば１２個であり、有利には、８〜１８個であってよい。また、セット１５０とセット３１０が同数個の管を有することは、必須ではない。
【０１１７】
図３では、第１のセット１１０の勾配コイル１１１〜１２２は、環状空間１３０内に規則的に分配され、実際は互いに隣接している。第２のセット３１０の勾配コイル３１１〜３２２もまた、２つの隣接するコイルの間にギャップを有しつつ、環状空間３３０内に規則的に分配されている。コイル３１１〜３２２は、互いに隣接して配置されていてよいが、逆に、コイル１１１〜１２２は、互いに等しく隣接して並んで配置されなくてもよい。ただし、効率の面から、第１のセット１１０の勾配コイル１１１〜１２２は、使用可能な磁場を発生しかつ小径の円筒型環状空間に配置される場合には、隣接していることが好ましく、一方、第２のセット３１０の勾配コイル３１１〜３２２は、補償機能を有しておらずかつ大径の円筒型環状空間３３０に配置される場合には、コストを減らすために、隣接させずに配置してもよい。
【０１１８】
勾配コイル３１１〜３２２の第２のセット３１０は、勾配コイル１１１〜１２２の第１のセット１１０と同じ原理に従って作製することができる。特に、偶数個あった場合には、勾配コイル１１１〜１２２は、軸ｘ、ｙおよびｚに沿った勾配を発生することができ、あるいは、これらのコイルは、軸ｘおよびｙに沿った勾配のみ発生することができ、軸ｚに沿った勾配は、クライオスタットの壁面１０２の近傍にあるシリンダー１０３に配置された従来のコイルによって発生される。
【０１１９】
管内に配置され容易に冷却可能な円形ソレノイド型勾配コイルを用いた技術のすべての利点を保持する一方、勾配コイル３１１〜３２０の第２のセット３１０があることによって、ない場合にはシステムのすべての導電性部品、特に主磁石のクライオスタットのパネルとその遮熱材において発生し、クライオスタットの低温流体の消費を増加させる熱の消散を起こす誘導電流が、特に効果的に減少する。本発明は、誘導電流によって発生する音響ノイズもまた減少させ、発生する必要な勾配のひずみを制限する。
【０１２０】
上述のように、勾配コイル１１１〜１２２が、直径が円筒型環状空間１３０に内接し、第１の方向ｚにＺ磁場勾配を発生する円形ソレノイド型コイルが、この円筒型環状空間１３０の同じ管に内接し、方向ｚに対して傾斜した方向ｘにおいてＸ磁場勾配を発生させる他のソレノイド型コイルと同軸である本発明は、ＮＭＲ機械に適用することができる。
【０１２１】
また、本発明は、同様にして、方向ｚに垂直な方向にＸ，Ｙ磁場勾配を発生するソレノイド型勾配コイルのみが、環状の円筒型空間１３０の厚み内にある管内に配置されており、Ｚ磁場勾配を発生させるために、より従来的な手段を採用し、それにより、機械の母線に沿って配向した磁場勾配を発生させるための環状コイルが、この環状空間１３０の内部よりもむしろ、外壁１０８に配置されているＮＭＲ機械に適用することができる。Ｚ磁場勾配を発生させるための一般的な手段は、Ｘ，Ｙ磁場勾配を発生させるための手段よりも、不利な点は少ない。
【０１２２】
補償コイルに係るこの構造において、方向ｚに垂直な方向にＸ，Ｙ磁場勾配を発生させるソレノイド型コイル３１１〜３２２のみが、追加の円筒型環状空間３３０の厚み内にある管内に配置されており、Ｚ磁場勾配を発生させるために、より従来的な手段を採用し、それにより、機械の母線に沿って配向した磁場勾配を発生させるための環状コイルが、この追加の環状空間３３０の内部よりも、外壁１０３に配置されている装置を用いることができる。
【０１２３】
定常状態条件下での勾配発生器の効率Ｇ／√Ｐは（ここで、Ｇは消費電力Ｐに対して発生する磁場勾配）、源の電流が関心空間に近づくにつれ、増加する。発生器の寸法が小さくなる場合には、インダクタンスもまた減少する。これが、「全身勾配」のための装置よりもはるかに小さい寸法を有する「頭部勾配」として知られるある種のシステムが、脳のイメージングのために作製される理由である。図５は、患者の頭部１５３のみが、勾配コイルのセット１１０が動作する関心空間に挿入されている、患者１５０での例を図式的に示す。被験者の肩部１５１，１５２の通路のために空間を解放した際に、マックスウェル方程式と人体の形態から生じる幾何学的な制約にある矛盾が解消し得る。当該被験者は、Ｏｚ軸に沿って身体を伸ばし、肩部の軸が、平面ｘＯｚ内にあってＯｘに平行となるように、配置されると仮定する。
【０１２４】
肩部１５１，１５２が自由に通過できるようするためには、Φj＝０およびΦj＝πに対応する２つの個別の源を除去した、原点方位角Φ0＝０のＮ＝２ｎ個の個別の源を有する勾配発生器の構造が考えられる。効率の減少が許容できる中で最大限の線形性を与える個別の源の電流の組み合わせを見つけることもなお可能である。
【０１２５】
ｚ勾配発生器が、環状空間１３０に配置された円形ソレノイド型コイルからなる場合、Φ0＝０のＮ＝２ｎ個の個別の源の構造を出発点として、２つのうちの１個の源を除くことができる。
【０１２６】
整数ｎが十分に大きい場合には、線形性は常に個別の源の構造により定まる。効率Ｇ／√Ｐは、単に√２で割り算される。
【０１２７】
このため、患者の肩部１５１，１５２のためだけでなく、他の源が除去される方向であって、アクセスの容易さおよび付属物の収容に関して有益な方向においても空間を提供することができる。
【０１２８】
環状空間１３０に配置された円形ソレノイド型コイルからなるｘおよびｙ勾配発生器に関し、ｎが偶数か奇数かによる２つの場合を区別する必要がある。
【０１２９】
ｎ偶数
ｎ＝２υの場合、解法は、ｚ勾配の場合と同じである。υが十分に大きい場合には、線形性は常に個別の源の構造により定まり、効率Ｇ／√Ｐは、単に√２で割り算される。
【０１３０】
ｎ奇数
ｎ＝２υ＋１は、肩部の通路に対応する２つの個別の源のみを効果的に除去することを示し、残りの源からの電流の間で新たな関係を確立する必要がある。しかし、ｙ勾配については、除去される２つの個別の源は、そのときには電圧が印加されていないため、源を除去しない状況と比べて変更はない。当該ｙ勾配の線形性および効率は、よって維持される。
【０１３１】
ｘ勾配については、以下の側面を考慮に入れなければならない。ｘＯｙ平面内の付加の源の軸のＯ’jのトレース座標は、
【０１３２】
【数１６】
2009513211.tif 000018
【０１３３】
であり、可能な最大の線形性が、次の電流により得られる。
【０１３４】
【数１７】
2009513211.tif 000019
【０１３５】
除去される個別の源に対応するｊ＝０およびｊ＝２υ＋１では、ｃｏｓΦj−（−１）j＝０となるため、ｊについての和が、０から２ｎ−１＝４υ＋１まで拡張可能であるという事実を考慮に入れ、計算は、計算される和において、ｃｏｓΦjをｃｏｓΦj−（−１）jと置き換える。
【０１３６】
従って、消費電力が３ｎＰと等しい状態では、
【０１３７】
【数１８】
2009513211.tif 000020
【０１３８】
よって線形性は、Ｘ(2k-1)n+2l(2k-1)nの新たな非ゼロの項によって、ｙ勾配のもの、特に最も低い次数Ｘnnのものより悪くなるが、ｎが、必要な質を保証するのに十分な大きさとなることを満足する。永続的な状態では、効率は、単に√３で割り算される。
【０１３９】
従って、患者の肩部１５１，１５２の高さでアクセスの容易さを提供する２つの構造の選択がある。
【０１４０】
個別の源は、４の倍数Ｎ＝４υの個数を与えるような寸法とすることができ、実際は、２つに１つ、すなわち２υのみが設置される。この手段は、３つの方向の勾配に対して有効であり、勾配のそれぞれについて、Ｎ＝４υ個の源が設置された場合に適用される状況と比べて、因数√２だけ効率を減少させ、軸ｘ、ｙおよびｚについて個別の源を組み合わせて用いることもできる。
【０１４１】
個別の源はまた、Ｎ＝４υ＋２の個数を与えるような寸法とすることができ、実際は、平面ｘＯｚの肩部１５１，１５２の通路に対応する２つの個別の源を除去することによって、４υ個（図４の参照符号２１１〜２２２）のみが設置される。ｙ勾配は、すべての源により得られるものと同一であり、一方、ｘ勾配の効率は、因数√３だけ減少する。ｚ勾配については、この種の手段はなく、このような条件下で前記源のセット２１０によって占められた外部空間に設置されなければならず、従って、肩部の通路の特定の配置をさらには必要としない。
【０１４２】
上記の検討を、図４に独立して示したソレノイド型勾配コイル２１１〜２２２の第１のセット２１０に、そのまま適用する。単に補償を与え変更のないソレノイド型勾配コイル３１１〜３２２のセット３１０は、図４には示していない。
【０１４３】
なお、患者１５０の肩部１５１，１５２の通過を容易にするために提案された上記手段は、補償勾配コイルのセット３１０と組み合わせると、補償勾配コイルのセット３１０によって用いられる円筒型環状空間３３０の欠点を最低限に抑えるため、特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】ＮＭＲ機械の縦方向の断面を示す図である。
【図２】本発明を適用したＮＭＲ機械のトンネルの軸および主磁場に垂直な断面を示す図である。
【図３】本発明のＮＭＲ機械のトンネルの軸に垂直な断面を示す図である。
【図４】局部的に空間を解放するために適用された本発明のＮＭＲ機械の一部の、トンネルの軸に垂直な断面を示す図である。
【図５】“頭部勾配”検査への適用を示す斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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