(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MRIシステム内の関心領域内に時間変化する磁場プロファイルを生成するための、2次元で表される動的に変化可能な電流分布を生成するために、スイッチにより交差するノードにおいて相互接続された要素からなる導電性グリッドを構成する方法であり、それらは、
導電性グリッドのセル形状の重心の接続によって背景グリッドを構築することと；
ループの滑らかなパターンと交差する背景グリッドの要素からなるサブセットを特定することと；
ループの離散化パターンのそれぞれについて、電流流入ノード及び電流流出ノードを特定することと；
ループの離散化パターンに従って個々のスイッチのオン−オフ状態を変更することと；
前記電流流入ノード及び前記電流流出ノードのそれぞれのペアの間のスイッチを開くことと；
前記電流流入ノード及び前記電流流出ノードの少なくとも１つのペアを介して、導電性グリッドに対し電力を加え、各要素を通る電流により磁場プロファイルを生成することと；を含む、方法。
【請求項２】
前記離散化されたループのパターンのそれぞれを入力および出力電流ノードを介して相互接続する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電流流入ノードおよび電流流出ノードを識別するのは、
電力を受け取るための初期電流入力ノードを特定することと、
初期電流流入ノードからの距離に基づいて離散パターンのループを順序付けし、そして
順番に、連続する各ループについて電流流入および電流流出ノードを識別することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法に基づいて構成された、時間変動磁場プロファイルを生成するための前記導電性グリッド要素のアレイであって、前記スイッチは導通スイッチである、アレイ。
【請求項５】
複数のノードで交差する複数の水平および垂直ワイヤ導体を含む長方形のグリッド内に、要素が配置される、請求項４に記載のアレイ。
【請求項６】
少なくとも１つのループの電流流入ノードは、第２の導電性グリッド層を介して次のループの対応する電流流出ノードに接続される、請求項４に記載のアレイ。
【請求項７】
前記導電性グリッドに電力を加えることは、さらに、
各ループに、電流流入および電流流出の要素を組み合わせたものを割り当て、そして
各組み合わせた電流流入および電流流出要素にそれぞれ別個の電源を接続することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法に基づいて構成された、適応磁場を生成するための導電性グリッド要素のアレイであって、電力源は、電源を含む、アレイ。
【請求項９】
請求項７に記載の方法に基づいて構成された、適応磁場を生成するための導電性グリッド要素のアレイであって、電力源は、単一の電源と、電源からの電流を各組み合わせられた電流流入および電流流出要素を介して各ループに分割する回路とを含む、アレイ。
【請求項１０】
前記各ループへの電流の量が等しい、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１１】
前記各ループへの電流の量が等しくない、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１２】
さらに、
導電性グリッドに隣接する表面上の方位角方向に分布した導電性材料の第1および第2のストリップであって、導電性グリッドのスイッチを覆い、一つのストリップの一方が電源の正端子に接続され、もう一つのストリップの一方が電源の負端子に接続され、各ストリップの反対側の端部は開放された回路を形成するために未接続のままであることと、
導電性グリッドのスイッチの両側に重なり合う各方位角位置にある一対のビアであって、第1および第2の導電性ストリップから前記グリッドアレイに電流を流すことを可能にすることと、
各ループに電流入力/電流出力要素を割り当て、離散パターンのループに従ってグリッドアレイ上の個々のスイッチのオン/オフ状態を変更することに応答して閉成されるように適合された各ビアに関連するさらなるスイッチであって、それにより電流が電源から電流入力/電流出力要素の一方の側へ、それぞれのループを通って、そして電流流入/電流流出要素の他方の側へ、それから電源に戻ることを可能にすること、を含む、請求項８に記載のアレイ。
【請求項１３】
前記更なるスイッチはビア内に配置される、請求項１２に記載のアレイ。
【請求項１４】
前記更なるスイッチが、表面と導電性グリッドとの間の中間層に配置される、請求項１２に記載のアレイ。
【請求項１５】
さらに、
導電性グリッドに隣接する表面上の方位角方向に分布した導電性材料の第1および第2のストリップであって、導電性グリッドのスイッチを覆い、一つのストリップの一方が電源の正端子に接続され、もう一つのストリップの一方が電源の負端子に接続され、各ストリップの反対側の端部は開放された回路を形成するために未接続のままであることと、
導電性グリッドのスイッチの両側に重なり合う各方位角位置にある一対のビアであって、第1および第2の導電性ストリップから前記グリッドアレイに電流を流すことを可能にすることと、
各ループに電流流入/電流流出要素を割り当て、離散パターンのループに従ってグリッドアレイ上の個々のスイッチのオン/オフ状態を変更することに応答して閉成されるように適合された各ビアに関連するさらなるスイッチであって、それにより電流が電源から電流流入/電流流出要素の一方の側へ、それぞれのループを通って、そして電流流入/電流流出要素の他方の側へ、それから電源に戻ることを可能にすること、を含む、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１６】
前記さらなるスイッチは、ビア内に配置される、請求項１５に記載のアレイ。
【請求項１７】
前記さらなるスイッチは、表面と導電性グリッドとの間の中間層に配置される、請求項１５に記載のアレイ。
【請求項１８】
すべてのスイッチは、同じ表面上に配置される、請求項１６に記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、核磁気共鳴画像法に関する。より具体的には、本発明は、動的に制御可能な電流分布により、電磁石を用いた磁場の空間分布を動的に制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、脳、筋肉、及び腎臓などの軟組織を観察するために用い得る周知の画像化手法である。組織内に存在する水及び／又は脂肪などの様々な化合物の特性を用いて、画像を生成する。強力な磁場を印加すると、核スピン角運動量を有する多数の原子（水素など、水素は水及び脂肪に多く含まれる）の核磁気モーメントのベクトル和により、外部から印加された磁場と整列した正味磁気モーメントが作り出される。得られた正味磁気モーメントは、印加された磁場に比例する明確に定義された周波数で更に歳差運動をすることができる。無線周波数（ＲＦ）パルスによって励起させられた後、正味磁化は、緩和機構により特徴的な時間Ｔ１（Ｔ１緩和時間としても知られる）で平衡状態に戻り、このＴ１の間に信号が検出される。得られたＭＲ画像は、励起後の特定の時点における、サンプル内の横磁化Ｍｘｙの空間分布の複素数マップである。
【０００３】
ＭＲＩでは、大型の超伝導電磁石によって静磁場を生成する。この磁石により生成される磁場の均一さを確保するために、最大限の注意が払われる。不均一であった場合、信号の損失、画像のゆがみ、ぶれが生じたり、脂肪抑制が不十分になったりすることがある。ＭＲ分光法では、不均一な磁場により、線幅が広くなり、また、周波数シフトが生じる。これらの問題に起因して、主磁石により生成される磁場の極めて高い均一性を確保するために、非常に慎重に取り付けが行われる。しかしながら、対象が磁気環境に入った際、組織間での磁化率の違いから、更なる磁場の不均一性が生じる。この問題は、静磁場が強くなるにつれ大きくなる。ＭＲＩにおいて求められる厳密な磁場の均一性要件を達成するため、パッシブ磁気的シム及びアクティブ磁気的シムの両方を用いて、静磁場の「微調整」を行い、静磁場を可能な限り均一にする。例えば、Ｒｏｍｅｏ  Ｆ．，Ｈｏｕｌｔ  Ｄ．Ｉ．Ｍａｇｎｅｔ  ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ：ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  ｃｏｉｌ  ｄｅｓｉｇｎ，Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｍｅｄ；１：４４−６５（１９８４）を参照されたい。
【０００４】
典型的には、パッシブシムを用いて設置時点での不均一性を取り除き、アクティブな室温電磁石を用いて、磁化率により誘導される磁場のずれを緩和する。従来のアクティブ磁気的シムコイルは、１次の線形補正用の傾斜磁場コイル（以下に更に詳しく記載される）と、２次の球面調和関数に適合する磁場パターンを生成する更なる電磁石セットと、からなる。一部の高磁場システムでは、３次又は４次オーダーのシムが含まれる。各シムコイルは、個別の電源から電力供給される必要があり、典型的には、最大で１０〜２０Ａの電流が供給される。
【０００５】
ＭＲＩにおける空間情報は、傾斜磁場コイルとして知られる３つの室温電磁石を用いて、静磁場を線形に変化させることにより、符号化される。典型的には、これらの傾斜磁場コイルは、主磁石の「ボア」のすぐ内側に位置している。これらの傾斜磁場コイルの巻線に数百アンペアの電流を通過させることにより、ｍＴオーダーの磁場が生成される。これらの磁場を形成するために必要な電力は、高価な高性能電力増幅器により供給される。
【０００６】
傾斜磁場コイルの設計基準により課される熱的及び空間的な制限に起因して、傾斜磁場コイルによる磁場は、極端な場合には５０％もの非線形性を有する場合がある。この非線形性は、画像ひずみを引き起こすため、画像の後処理において修正する必要がある。傾斜系全体での強度は、２０〜５０ｍＴ／ｍであり、特殊なシステムでは、８０〜１００ｍＴ／ｍもの強度があるとされ、また、専用の拡散システムでは、３００ｍＴ／ｍが可能である。傾斜系のスルーレート（即ち、傾斜系がどの程度素早く作動し得るか）は、およそ２００Ｔ／ｍ／ｓであるが、末梢神経刺激（ＰＮＳ）が始まるため、多くのスキャン装置は、これよりも相当程度低いスルーレートで動作する。
【０００７】
Ｈａｒｒｉｓ  Ｃ．Ｔ．，ｅｔ  ａｌ．，Ａ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｓｈｉｍｍｉｎｇ：Ｔｈｅ  Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，７１  ｐｐ．８５９−８６９（２０１４）は、局所的な磁場シミングのために、ワイヤパターンを変化させて順応させることができる、動的制御型のアクティブな電磁石について記載している。単一の増幅器により給電される単一の電磁石のみを用い、複数の異なる空間プロファイルを生成することができ（即ち、線形傾斜パターンとシム磁場パターンの両方）、これにより、従来技術のシステムに関連するコストや重量が劇的に低減される。更に、順応性電磁石は、患者のすぐ近くに配置することができるため、所与の磁場強度のために必要とされる電力は小さくなり、システムが主磁石のボアから離れている場合には、磁場の切り替えによって誘導される渦電流が減少し、高い空間周波数による不均一な磁場に対処することができ、ＰＮＳを開始させることなく高速な切り替えを行うことができる。
【０００８】
Ｈａｒｒｉｓ  ｅｔ  ａｌ．に述べられる動的な順応性電磁石の重要な要件は、導電材料の離散化グリッドにわたって連続的な電流密度分布を表現可能であることである。しかしながら、Ｈａｒｒｉｓ  ｅｔ  ａｌ．は、どのようにして連続的な電流密度分布を「離散化」パターンに変換し、導電性グリッドに適用することができるかについての説明、又は動的に制御される順応性電磁石の実用的な実例については、何ら開示していない。
【０００９】
本明細書に関連する他の先行技術は以下の通りである。
【００１０】
Ｔｕｒｎｅｒ  Ｒ．，Ａ  ｔａｒｇｅｔ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｏｐｔｉｍａｌ  ｃｏｉｌ  ｄｅｓｉｇｎ，Ｊ  Ｐｈｙｓ  Ｄ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ；１９：Ｌ１４７−Ｌ１５１（１９８６）
【００１１】
Ｙｏｄａ  Ｋ．，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｄｅｓｉｇｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｓｅｌｆ−ｓｈｉｅｌｄｅｄ  ｐｌａｎａｒ  ｃｏｉｌｓ．Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ；６７：４３４９−４３５３（１９９０）
【００１２】
Ｃｒｏｚｉｅｒ  Ｓ．，Ｄｏｄｄｒｅｌｌ  Ｄ．Ｍ．Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｃｏｉｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｂｙ  Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ，Ｊ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｓｅｒ  Ａ；１０３：３５４−３５７（１９９３）
【００１３】
Ｌｅｍｄｉａｓｏｖ  Ｒ．Ａ．，Ｌｕｄｗｉｇ  Ｒ．Ａ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｃｏｉｌ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；２６Ｂ：６７−８０（２００５）
【００１４】
Ｐｏｏｌｅ  Ｍ．，Ｂｏｗｔｅｌｌ  Ｒ．Ｎｏｖｅｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｃｏｉｌｓ  ｄｅｓｉｇｎｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；３３Ｂ：２２０−２２７（２００７）
【００１５】
Ｐｏｏｌｅ  Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．Ｍｉｎｉｍａｘ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｃｏｉｌ  ｄｅｓｉｇｎ，Ｊ  Ｐｈｙｓ  Ｄ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ；４３：０９５００１（２０１０）
【００１６】
Ｊｕｃｈｅｍ  Ｃ．，ｅｔ  ａｌ．（２０１１）．Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｉｌ  Ｓｈｉｍｍｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｏｕｓｅ  Ｂｒａｉｎ．Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｍｅｄ；６６：８９３−９００
【００１７】
Ｊｕｃｈｅｍ  Ｃ．，ｅｔ  ａｌ．（２０１１）．Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｉｌ  Ｓｈｉｍｍｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｈｕｍａｎ  Ｂｒａｉｎ  ａｔ  ７  Ｔｅｓｌａ，Ｊ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ；２１２：２８０−２８８
【００１８】
Ｈａｒｒｉｓ  Ｃ．Ｔ．，ｅｔ  ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｌｌｏｗｉｎｇ  ｅｘｐｌｉｃｉｔ  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｗｉｒｅ  ｓｐａｃｉｎｇ  ａｎｄ  ｆｉｅｌｄ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；４１  Ｂ（４）：１２０−１２９（２０１２）
【発明の概要】
【００１９】
本発明の一態様は、順応性電磁石を用いることによって、ＭＲＩスキャンシステムにおいて、磁場の空間分布を動的に制御するための新規なシステム及び方法を提供し、従来技術について、上で指摘した欠点のうちの少なくとも１つを回避及び軽減することを目的とする。
【００２０】
一態様によれば、滑らかなワイヤパターンを導電性グリッドに適用可能な離散化パターンに変換するための方法が記載される。他の態様によれば、この離散化パターンに従って、導電性グリッドにおいて所望の電流分布を生成するためのシステム及び方法が記載される。
【００２１】
これらは、これ以降、明らかとなる他の態様及び利益と共に、より完全に以下に記載及び特許請求の範囲に記載された構築及び動作の詳細に記載され、その一部を形成する添付の図面が参照される。図面全体を通して、同様の符号は、同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実例による核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムの機能的サブシステムのブロック図である。
【００２３】
【図２】一実例による図１のＭＲＩシステムによりスキャンされる撮像ボリューム及び対応するスライスである。
【００２４】
【図３】一実例による、図１のＭＲＩシステムにより使用され得るパルスシーケンスを単純化して示す。
【００２５】
【図４】一実例による、図１のＭＲＩシステムを用いて受信された１つの行を含むｋ空間データセットの模式図である。
【００２６】
【図５】一実施形態による、例示的な矩形導電性グリッド、及び、この例示的な矩形導電性グリッドに対して、１／２グリッド間隔でずれた背景グリッドを示す。
【００２７】
【図６】一実施形態による、導電性グリッドの三角形パターン及び背景グリッドの六角形パターンを示す。
【００２８】
【図７】一実施形態による、導電性グリッドの六角形パターン及び背景グリッドの三角形パターンを示す。
【００２９】
【図８】一実施形態による、混在パターンの導電性グリッド及び背景グリッドを示す。
【００３０】
【図９】本発明の一態様による、滑らかなワイヤパターンに近似した離散化電磁石ワイヤパターンを生成するための、図５の背景グリッドの一部分を示す。
【００３１】
【図１０】例示的な矩形背景グリッド上に、滑らかなワイヤパターンを重ね合わせたものを示す。
【００３２】
【図１１】一実施形態による、矩形導電性グリッド上にて、滑らかなワイヤパターンを離散化ワイヤパターンに変換する例示的な方法の各工程を示すフローチャートである。
【００３３】
【図１２】一実施形態による、滑らかなワイヤパターンに交差する背景グリッドの要素を示す。
【００３４】
【図１３】一実施形態による、図１２の背景グリッド要素に交差する矩形導電性グリッドの要素を示す。
【００３５】
【図１４】本発明の一態様による、滑らかなワイヤパターンに近似した離散化ワイヤパターンを生成するための、電流ループを形成する矩形導電性グリッドの要素を示す。
【００３６】
【図１５】二次元表現から円筒に変換された滑らかなパターン、及び離散化パターンの両方を示す。
【００３７】
【図１６】要素毎に導通スイッチを備える矩形導電性グリッドの左下部分の詳細図である。
【００３８】
【図１７−１８】本発明の一態様による、図１２及び図１３に示す電流ループのための電流流入ノード及び電流流出ノードを特定するための工程を示すフローチャートである。
【００３９】
【図１９】本発明の一態様による、図１７及び図１８の方法に従って特定された電流流入ノード及び電流流出ノードを示す。
【００４０】
【図２０】第３の中間層を介して第２の導電性グリッドに電力を供給するシステムを示す。
【００４１】
【図２１−２２】本発明の一態様による、矩形導電性グリッドに電力を適用する回路を示す。
【００４２】
【図２３】全てのスイッチが同一表面上にある第３の中間層を介して第２の導電性グリッドに電力を供給するシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１を参照すると、一実例による核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムのブロック図１００が示されている。１００によって示されるＭＲＩシステムの実例は、単に例示を目的とするものであり、更なる構成要素、より少ない構成要素、及び／又は変更された構成要素を含む変更形態が可能である。
【００４４】
図１に示されるように、例示的なＭＲＩシステム１００は、データ処理システム１０５を備える。データ処理システム１０５は、概ね、ディスプレイなどの１つ又は２つ以上の出力デバイスと、キーボード及びマウスなどの１つ又は２つ以上の入力デバイスと、揮発性部品及び永続性部品を有するメモリに接続されている１つ又は２つ以上のプロセッサと、を備えることができる。データ処理システム１０５は、スキャンを行うために使用されるＭＲＩシステム１００のハードウェア構成要素との通信及びデータ交換に適合した１つ又は２つ以上のインターフェースを更に備えることができる。
【００４５】
図１について続けると、例示的なＭＲＩシステム１００は、主磁石１１０をも備えている。主磁石１１０は、例えば、永久磁石、超伝導磁石、又は抵抗磁石として実装されてもよい。ここで、当業者であれば、ハイブリッド磁石など、ＭＲＩシステム１００における使用に適した他の種類の磁石が、想起及び想到されであろう。主磁石１１０は、強度Ｂ０及び軸に沿った方向を有する、実質的に均一な静磁場を生成するように動作可能である。この静磁場を使用して、作成した撮像ボリューム内にある物体の所望の原子核（水及び脂肪の水素におけるプロトンなど）を、スキャンに備えて磁気的に整列させる。この実例でも同様であるが、一部の実例においては、主磁石１１０の動作を制御するために、データ処理システム１０５と通信する静磁場制御装置１１５を使用することができる。
【００４６】
ＭＲＩシステム１００は、例えば、３つの直交する傾斜軸に沿って、静磁場における空間情報をエンコーディングするために使用される、傾斜磁場コイル１２０を更に備える。傾斜磁場コイル１２０のサイズ及び構成は、それらの傾斜磁場コイル１２０によって、制御された均一な線形傾斜が作り出されるようなものであってよい。例えば、主磁石１１０内に位置する３対の、直交する、通電される一次コイルが、所望の線形傾斜磁場を生成するように設計されていてよい。
【００４７】
一部の実例では、傾斜磁場コイル１２０は、遮蔽され、一次傾斜磁場コイルにより生成された傾斜磁場と逆方向の磁場を生成可能な、遮蔽コイルからなる外層を含んでいてもよく、これにより、一次−遮蔽コイル対が形成されている。このようなコイル対において、「一次」コイルは、傾斜磁場の生成に関与することができ、「遮蔽」コイルは、撮像ボリュームなどの特定のボリュームの外側の一次コイルによる漂遊磁場の低減に寄与することができる。傾斜磁場コイル１２０の一次コイルと遮蔽コイルは直列に接続されていてもよい。遮蔽付き傾斜磁場コイルを共に形成するように、任意の所与の傾斜軸のためのコイルの層を、２つよりも多く有していてもよい。遮蔽付き傾斜磁場コイル１２０により、スキャンされた画像にアーチファクトを生じさせ得る渦電流、及び他の干渉などを低減させることができる。渦電流は、撮像ボリュームの外側の磁場（フリンジ場）により生じ、ＭＲＩシステム１００の導電性部品内を主に流れるため、傾斜磁場コイル１２０により生じるフリンジ場を減らすことにより、干渉を減らすことができる。したがって、一次−遮蔽コイル対の形状及びサイズ、導電体ワイヤのパターン及びサイズ、並びに電流の振幅及びパターンを、傾斜磁場コイル１２０の外側の正味磁場が可能な限りゼロに近づくように選択することができる。円筒状の磁石の場合は、例えば、２つのコイルを、同心の円筒形態で配置することができるが、垂直磁場の磁石の場合は、２つのコイルを、同軸ディスクとして配置することができる。
【００４８】
遮蔽されているかどうかに関わらず、一次コイル及び遮蔽コイルを含む傾斜磁場コイル１２０の導電性構成要素は、導電体（例えば、銅、アルミニウムなど）から構成することができる。内部の電気接続は、傾斜磁場コイル１２０の両端子に電位差が印加されると、電流が所望の経路を流れ得るように、行われ得る。一次傾斜磁場コイル及び遮蔽傾斜磁場コイルの両方について、３つの傾斜軸のための各導電性構成要素は、物理的に分離されることにより、かつ／又は非導電性のバリアにより絶縁されていてよい。
【００４９】
撮像ボリューム内の物体の空間選択的な励起が生じるように、傾斜磁場コイル１２０により生成される磁場を、組み合わせて、かつ／又は順次、静磁場に重ね合わせることができる。空間的な励起が可能であることに加えて、傾斜磁場コイル１２０により、撮像ボリューム内にある原子核に対して、空間特異的な周波数及び位相の情報を付加することができることから、得られたＭＲ信号を有用な画像に再構成することができる。データ処理システム１０５と通信接続された傾斜磁場コイル制御装置１２５を使用して、傾斜磁場コイル１２０の動作を制御する。
【００５０】
上述したように、磁場「シム」を用いて、静磁場の均一性を向上させることができる。アクティブなシミング（様々な物体がシステム内部、又はシステムの周囲に存在するときに入り込む、磁場のゆがみを補正すること）を行うためには、静磁場をより均一にするように作用する磁場を提供するために用いられる、シムコイル１３９などの補正電磁石に通電する。例えば、これらのコイルにより生成した磁場により、主磁石１１０の欠陥、若しくは外部の強磁性体の存在に起因する静磁場の不均一性、又は撮像領域内の物質の磁化率の違い、又は、何らかの他の静的事象若しくは時変的事象に起因する静磁場の不均一性の補正が容易になり得る。データ処理システム１０５と通信接続されたシムコイル制御装置１３７を使用して、シムコイル１３９の動作を制御する。
【００５１】
慣習的に、磁気的シムは、以下の２つに分類されている。即ち、（１）磁石のボア内に戦略的に配置された強磁性材料及び／又は、磁石用クライオスタット内の超伝導電子回路からなるパッシブシム、及び（２）追加的な室温電磁石からなるアクティブシムである。パッシブシムは通常、最初の設置時に静磁場を調節するために用いられ、一方で、アクティブシムは、磁石のボア内に様々な物体が配置された際に導入される磁場のゆがみを補償するために用いられる。
【００５２】
典型的には、アクティブシムコイルは、同軸の円筒状層のセットからなり、各層は、特定の球面調和関数に近似した磁場を生成する個別の電流経路である。各シム層に異なる電流振幅を駆動することにより、加算して得られた磁場プロファイルによって、複雑なパターンを形成することができる。アクティブなシミングのためのこの手法では、生成される新たな球面調和関数のそれぞれについて、新たな円筒状コイルが必要となるため、必要とされる径方向空間が膨大なものとなり得る。また、各円筒状層が個別に駆動されるため、複数の電力増幅器が必要とされる。性能を高めるためには、多くの球面調和関数を用いることが望ましく、これにより、径方向空間、電力消費、及び必要な増幅器の数が更に増加することになる。
【００５３】
以下に更に詳しく記載されるように、図５〜図２３に関連して、導電性グリッドに流れる電流パターンを動的に順応させることにより、磁場プロファイルを動的に制御するための順応型電磁石形態の磁場シムについて述べる。
【００５４】
図１に戻ると、ＭＲＩシステム１００は、無線周波数（ＲＦ）コイル１３０を更に備える。ＲＦコイル１３０を使用して、強度Ｂ１のＲＦ磁場を確立して、原子核又は「スピン」を励起させる。ＲＦコイル１３０はまた、撮像される物体内の「緩和している」スピンから発せられる信号を検出することができる。したがって、ＲＦコイル１３０は、送信コイルと受信コイルが別個になった形式であってもよいし、送信モードと受信モードとを切り替えるための切り替え機構を備えた、統合型送受信コイルであってもよい。
【００５５】
ＲＦコイル１３０は、通常、受信専用のコイルである表面コイル、及び／又は、送受信コイルの場合もある、ボリュームコイルとして実装され得る。ＲＦコイル１３０は、主磁石１１０のボアにおいて、一体化されていてもよい。あるいは、頭部など、スキャンされる物体のより近位にＲＦコイル１３０を実装してもよく、緊密に適合するヘルメットなど、物体の形状に近似する形状であってもよい。データ処理システム１００と通信接続されたＲＦコイル制御装置１３５を使用して、ＲＦコイル１３０の動作を制御することができる。
【００５６】
ＭＲＩシステム１００を使用して、Ｔ１強調画像及びＴ２強調画像などの画像を取得するための多くの手法が存在する。ＭＲＩシステム１００の機能を簡潔に説明するために、プロトン密度強調画像を得るための動作を単純化し、非限定的な例として記載する。この例によると、ＭＲＩシステム１００は、画像を生成するために、物体に比較的大きな磁場をかけて、その物体中のスピン角運動量を含む原子核（組織中に存在する水又は脂肪中の水素のプロトンなど）の存在を検出する。この実例において、静磁場の強度はＢ０であり、スピン角運動量を含む原子核は、水素プロトンであってよい。静磁場は、主磁石１１０の撮像ボリューム内に配置された物体中の水素プロトンを部分的に分極させる。続いて、適切にチューニングしたＲＦ放射により、例えば、強度Ｂ１のＲＦ磁場を形成し、プロトンを励起する。最終的に、プロトンが磁性相互作用から「緩和」する際に、励起されたプロトンからの弱いＲＦ放射信号が、ＭＲ信号として検出される。検出されるＭＲ信号の周波数は、印加した磁場に比例する。
【００５７】
物体を横断して傾斜した磁場を生成し、物体内での位置が変われば、静磁場の磁場の数値が変化し得るようにすることにより、信号を得るための物体の断面が選択可能となる。信号周波数が生成された変動磁場に比例すると仮定すると、この変化により、特定の信号周波数及び位相から、物体内での位置が特定される。したがって、得られたＭＲ信号から、プロトンの存在という観点での物体のマップを構成するための十分な情報を得ることができる。これが従来のＭＲＩ画像法の原理である。例えば、プロトンの密度が組織の種類により変化するため、得られた信号を処理した後、組織の違いを画像コントラストの違いとしてマッピングすることができる。
【００５８】
ここから図２を参照して、ＭＲＩシステム１００による例示的な信号取得プロセスを更に説明するために、２４０によって示されるＺ軸に沿った方向の、強度Ｂ０の静磁場２１０を有する主磁石１１０の撮像ボリューム２５０内に、物体が配置されるものと仮定する。続いて、物体は、正味磁化ベクトルを有する。この説明のための例では、２０５によって示されるように、Ｘ軸及びＹ軸に沿う平面におけるスライスが撮像されている。この例では、スライスが、Ｚ軸に沿う有限の厚さを有し、体積スライス２０５が生じていることに留意されたい。
【００５９】
ＭＲＩシステム１００において、画像を取得するためには、データ処理システム１０５にて、１組又は２組以上のＲＦパルス及び傾斜波形（まとめて、「パルスシーケンス」と呼ばれる）を選択する。データ処理システム１０５は、選択されたパルスシーケンス情報を、ＲＦ制御装置１３５及び傾斜磁場制御装置１２５に伝達する。これらの制御装置は協働して、パルスシーケンスの提供に関する波形及びタイミングを生成し、スキャンが行われる。
【００６０】
ここで図３を参照すると、ＭＲＩシステム１００を使用して画像を取得するために使用することができる例示的なパルスシーケンス３００が示されている。具体的には、例示的なパルスシーケンスのタイミング図が３００に示されている。このタイミング図は、時間に対する、送信された（ＲＦｔ）信号、磁場傾斜Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚ、及び受信されたＲＦｘ信号のパルス又は信号の大きさを示している。例示的なパルスシーケンスは、例示の目的のため単純化したものであり、ＲＦｔにおけるスライス選択無線周波数パルス３１０、Ｇｚにおけるスライス選択傾斜磁場パルス３２０、Ｇｙにおける位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０、Ｇｘにおける周波数エンコーディング傾斜磁場パルス３４０、並びに、ＲＦｘにおける検出ＭＲ信号３５０を含む。３つの傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚに対するパルスは、傾斜磁場コイル１２０により生成される磁場傾斜の大きさ及び持続期間を表わす。スライス選択パルス３１０は、ＲＦコイル１３０の送信態様により生成される。検出ＭＲ信号３５０は、ＲＦコイル１３０の受信態様により検出される。この説明のための例では、ＲＦコイル１３０の送信態様及び受信態様は、別箇のコイルにより形成されるものと仮定する。
【００６１】
パルスシーケンス３００において生じる最初のイベントは、スライス選択傾斜磁場パルス３２０をオンにすることである。スライス選択ＲＦパルス３１０を、同時に印加する。この説明のための例では、スライス選択ＲＦパルス３１０は、ＲＦエネルギーのｓｉｎｃ関数型のバーストであってもよい。他の実例において、他のＲＦパルスの形状及び期間が使用されてもよい。スライス選択ＲＦパルス３１０をオフにした後は、スライス選択傾斜磁場パルス３２０もオフにされ、また、位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０をオンにする。位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０をオフにした後は、周波数エンコーディング傾斜磁場パルス３４０がオンにされ、検出ＭＲ信号３５０が記録される。図３に示されたパルス及び信号の形状、大きさ、及び期間は、例示の目的で選択されたものであり、実例においては、所望のスキャン結果を得るために、これらのファクタ、及び他の信号ファクタのうち、１つ又は２つ以上を、変更してもよいことに留意されたい。
【００６２】
変更形態においては、１つの画像を生成するのに必要とされる全てのデータを収集するために、パルスシーケンス３００を、特定の回数又は反復数、例えば、２５６回反復してよい。典型的には、各反復について、画像の異なる成分に対応する信号を受信可能とするため、パルスシーケンスを変化させる。パルスシーケンス３００のそれぞれの反復間の時間は、反復時間（ＴＲ）と呼ばれる場合がある。更に、スライス選択パルス３１０の中心点と検出ＭＲ信号３５０のピークとの間の期間は、エコー時間（ＴＥ）と呼ばれる場合がある。ＴＲ及びＴＥは両方とも、所望のスキャンに適するように変更可能である。
【００６３】
ＭＲＩシステム１００の信号取得プロセスを更に説明するために、図３と併せて、図２を参照する。スライスを選択するために、スライス２０５中に位置しているプロトンに対する共鳴条件を満たす、スライス選択傾斜磁場パルス３２０がＺ軸に沿って印加される。実際に、Ｚ軸に沿うスライスの位置は、スライス選択傾斜磁場パルス３２０に部分的に基づいて決定する。したがって、スライス選択傾斜磁場パルス３２０と同時に生成されるスライス選択パルス３１０は、この例におけるスライス２０５内に位置しているプロトンを励起させることができる。スライス２０５の上下に位置しているプロトンは、通常、スライス選択パルス３１０により影響を受けない。
【００６４】
この例を続いて参照すると、パルスシーケンス３００によると、スライス選択傾斜磁場パルス３２０の後に位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０を印加する。傾斜磁場パルス３３０は、Ｙ軸に沿った磁場に傾斜を形成することから、Ｙ軸に沿う様々な位置におけるスピンは、様々なラーモア周波数で歳差運動を開始し得る。位相エンコーディング傾斜磁場パルス３２０がオフになると、様々な位置における正味磁化ベクトルは、同じ速度で歳差運動し得るが、異なる位相を有し得る。これらの位相は、位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０の期間及び大きさにより決定され得る。
【００６５】
位相エンコーディング傾斜磁場パルス３３０をオフにした後は、周波数エンコーディング傾斜磁場パルス３４０をオンにしてよい。この例では、周波数エンコーディング傾斜磁場は、Ｘ方向にある。周波数エンコーディング傾斜磁場により、選択されたスライス内のプロトンを、Ｘ方向の位置に応じた速度で歳差運動させ得る。したがって、スライス内の様々な空間的位置は、固有の位相角及び歳差周波数により特徴付けられる。周波数エンコーディング傾斜磁場パルス３４０がオンである間に、ＲＦ受信コイル１３０を使用して、スキャン中の物体に含まれるプロトンにより生成された検出信号３５０を受信することができる。
【００６６】
パルスシーケンス３００がＭＲＩシステム１００により行われる場合、図４の４００によって示されるように、ｋ空間と呼ばれる一時的なマトリクスに、取得した信号を格納することができる。通常、ｋ空間は、あるスキャンについて測定された検出信号の集合であり、空間周波数ドメインに存在する。図２に示すＸ軸及びＹ軸に対応する、Ｘ軸４２０（Ｋｘ）に沿う周波数エンコーディングデータ及びＹ軸４３０（Ｋｙ）に沿う位相エンコーディングデータによりｋ空間をカバーすることができる。スライスについてのｋ空間マトリクスに対する全ての行が（例えば、シグナルスライスのスキャン終了時に）受信されたとき、例えば、二次元フーリエ変換により、数学的にデータを処理して、最終的な画像を生成することができる。このため、ｋ空間は、画像を空間ドメインで再構成する前に、生データを保持することができる。ｋ空間は、スキャンの間、生データで満たされ、典型的には、パルスシーケンス３００毎に一行である。例えば、４１０で示されるｋ空間４００の第１の行は、スライスをスキャンするために生成されたパルスシーケンスの第１の反復完了後に満たされ、そのパルスシーケンス反復について検出された信号を含む。パルスシーケンスの複数回の反復後に、ｋ空間を満たすことができる。パルスシーケンスの各反復は、ｋ空間の適切な部分に対する信号が取得されるように、わずかに変更可能である。なお、様々なパルスシーケンスに基づいて、例えば、スパイラル様式などでｋ空間を満たす他の方法が可能であり、かつ、想定されていることに留意されたい。
【００６７】
上述したように、本発明の一態様では、順応性電磁石を用いることによって、ＭＲＩスキャンシステムにおいて、磁場の空間分布を動的に制御するための新規なシステム及び方法を提供することを目的とする。一実施形態によれば、時間に応じて電流経路を変更することにより、１つ又は２つ以上の電源により駆動される１つ又は２つ以上の表面によって、複数の異なる磁場プロファイルを形成する。更に、パルスシーケンス中に電流経路を変更することにより、リアルタイムで、患者特定的に局所的な関心領域（ＲＯＩ）にわたって、磁場プロファイルを動的に変化させることができる。
【００６８】
以下に更に詳しく記載されるように、例示的な一実施形態によれば、導通スイッチを、導電性グリッドのノードに配置して、このグリッドを流れる電流を順応させるように制御する。スイッチのオン−オフ状態を変化させることで、異なる経路に沿った電流を制御することができ、これにより、複数の異なる磁場プロファイルを生じさせる。
【００６９】
一実施形態においては、予め定めた電流経路セットを、シムコイル制御装置１３７に保存することができ、その後、シムコイル制御装置１３７は、予め定めた異なる電流経路間で、時変的に切り替えを行うことができる。この実施形態においては、作動させるべきスイッチ、若しくは非作動状態とすべきスイッチのいずれか、又は両方の複数のセットをシムコイル制御装置１３７に保存できる。
【００７０】
他の実施形態においては、所望の磁場プロファイルが生成されるような様式で、電流経路（ワイヤパターン）が形成される。このワイヤパターンは、様々な方法によって作製されてよく、例えば、Ｔｕｒｎｅｒ  Ｒ．：Ａ  ｔａｒｇｅｔ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｏｐｔｉｍａｌ  ｃｏｉｌ  ｄｅｓｉｇｎ，Ｊ  Ｐｈｙｓ  Ｄ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ；１９：Ｌ１４７−Ｌ１５１、Ｃｒｏｚｉｅｒ  Ｓ．，Ｄｏｄｄｒｅｌｌ  Ｄ．Ｍ．：Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｃｏｉｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｂｙ  Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ，Ｊ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｓｅｒ  Ａ；１０３：３５４−３５７、Ｌｅｍｄｉａｓｏｖ  Ｒ．Ａ．，Ｌｕｄｗｉｇ  Ｒ．：Ａ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｃｏｉｌ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；２６Ｂ：６７−８０、又はＰｏｏｌｅ  Ｍ．，Ｂｏｗｔｅｌｌ  Ｒ．：Ｎｏｖｅｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｃｏｉｌｓ  ｄｅｓｉｇｎｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；３３Ｂ：２２０−２２７に記載される方法がある。これらの手法のいずれによっても滑らかなワイヤパターンがもたらされる。即ち、ワイヤは、所定の導電性グリッド上に制限されたパターンとは対照的に、表面上の任意の箇所を延び得る。この実施形態の次の工程においては、滑らかなワイヤパターンを、離散化された導電性グリッド５００上に表現し得るものに変換する。図５〜図１９、及び以下に付随する説明では、滑らかなワイヤパターンを離散化して、導電性グリッドへ適用するための、計算効率の良い、ロバストな方法について記載する。
【００７１】
本明細書に記載する例示的な実施形態では、導電性グリッドを第２の「背景グリッド」と共に用いる。以下に述べるように、これら２つのグリッドの形状は異なり得る。以下の説明では、「セル形状」という用語は、グリッドの形状（例えば、正方形、矩形、六角形、三角形など）について記載するものであり、「要素」という用語は、セル形状の辺であり、「ノード」という用語は、セル形状の頂点である。この表記法によると、背景グリッドは、導電性グリッド上の各セル形状の重心を連結する線のセットとして記述できる。導電性グリッド及び背景グリッドの例示的な図が、図５では、矩形の導電性グリッド５００及び矩形の背景グリッド９００として、図６では、三角形の導電性グリッド５００及び六角形の背景グリッド９００として、図７では、三角形の背景グリッド９００及び六角形の導電性グリッド５００として、図８では、混在形状の導電性グリッド５００及び背景グリッド９００として、それぞれ示されている。
【００７２】
導電性グリッドの各要素は、アクティブ（導電性）であってもよいし、アクティブでなくても（非導電性）よい。滑らかなワイヤパターンを最も好適に表現するために、どの要素をアクティブにするべきかを特定するために、以下に述べる方法を用いる。図９を参照すると、滑らかなワイヤパターンの一部分を示す２本の電流経路が５１０として示されている。このパターンが、９００で示す矩形背景グリッドの上に重ね合わせられている。滑らかなワイヤパターンの２本の電流経路の間の最小間隔距離は、δで示されている。以下に更に述べる、導電性グリッド５００で滑らかなパターンを表すためには、この最小間隔距離が、背景グリッド９００のノード間の最大距離よりも大きいことが必要である。図示した例においては、矩形背景グリッドのノード間の最大距離は、Ｄで示す対角線である。図６〜図８に示すような矩形ではないグリッドについては、この距離は、両矢印を用いて、同様にＤで示す。混在型セル形状のグリッド（図８）の場合、背景グリッド９００のノード間の最大距離（即ち、滑らかなワイヤパターンにおける２本の電流経路間の最小間隔の限界）は、グリッドの密度及び形状に応じて変化することになる点に留意することが重要である。それ故、元のワイヤパターンをより滑らかに表現する必要があるか、又は２本の電流経路の間の最小間隔が小さくなっている必要がある特定の領域では、グリッドをより細かく離散化することができる。
【００７３】
グリッド離散化により課される導電体間の最小間隔の要件を達成するため、電流密度のワイヤパターン表現においてループの数を減らしてもよいし、最小ワイヤ間隔距離を明確に組み込んで最適化するような設計法を用いてもよい（Ｐｏｏｌｅ  Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．：Ｍｉｎｉｍａｘ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｃｏｉｌ  ｄｅｓｉｇｎ，Ｊ  Ｐｈｙｓ  Ｄ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ；４３：０９５００１、又はＨａｒｒｉｓ  Ｃ．Ｔ．，ｅｔ  ａｌ．：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｌｌｏｗｉｎｇ  ｅｘｐｌｉｃｉｔ  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｗｉｒｅ  ｓｐａｃｉｎｇ  ａｎｄ  ｆｉｅｌｄ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｂ；４１Ｂ（４）：１２０−１２９）。
【００７４】
図１０は、矩形導電性グリッドにより表現するための滑らかなワイヤパターン５１０を示す。この滑らかなワイヤパターンは、先に述べた背景グリッド９００の上に重ね合わされた状態で示されている。図１１は、導電性グリッドにより滑らかなワイヤパターンを表現するための各工程を示す。工程１１００において、滑らかなワイヤパターンは、導電性グリッドの座標系上に重ね合わされている。図示した例においては、この工程は、滑らかなワイヤパターンの３次元デカルト座標から、方位角θが局所ｘ表面座標であり、ｚが局所ｙ表面座標である極座標に変換することを含む。この例示的な実施形態によれば、導電性グリッドは、それぞれｘ方向及びｙ方向に９４ｃｍ×６０ｃｍの全領域にわたって広がる、ｘｙ平面（表面座標におけるｘｙ平面、即ち、極座標ではθｚ平面）内の導電経路の２ｃｍ×２ｃｍの正方形グリッドである。これは、平面のｘ方向が極座標における方位角方向に対応し、平面のｙ方向が極座標におけるｚ方向に対応するように「開かれた」、半径約１４．９５ｃｍ、全長６０ｃｍの円筒状表面に対応する。
【００７５】
工程１１１０においては、背景グリッド９００が構築される。この例示的な場合では、背景グリッドは、図５に示すように、導電性グリッド５００と同じ離散化サイズ（即ち、２ｃｍ×２ｃｍグリッド）を有し、ｘ方向及びｙ方向の両方で、ちょうど１／２グリッドの間隔（１ｃｍ）だけずれている。次に、工程１１２０においては、図１２に示すように、滑らかなパターン５１０と交差する背景グリッド９００のワイヤ要素１０００が特定される。ハイライトされた要素１０００（即ち、滑らかなワイヤパターンと交差する背景グリッド内の要素）が特定されると、続いて１１３０において、図１３に示すように、背景グリッドのハイライトされた要素１０００と交差する導電性グリッド５００の要素１１００が特定される。図１４に示すように、要素１１００は、滑らかなワイヤパターンを最もよく表現する、グリッドの電流ループ１２００〜１２５５などのセットを形成する。図１４では、これらのグリッドの電流ループは、滑らかなワイヤパターン表現５１０に重ね合わされている。図１５は、極座標における開かれた平面から、デカルト座標における円筒へと変換した、滑らかなパターン及び離散化パターンの両方を示す。図１６は、各要素毎にスイッチを備えるグリッド５００の左下部分の詳細を示す。
【００７６】
例えば、滑らかなワイヤパターンからの交差要素と、グリッド内の表現要素との間の点乗積を行うことによって、離散化グリッドパターン１１００に対して特定された電流方向が滑らかなワイヤパターン５１０と同じであることを確保する点に注意する必要がある。
【００７７】
図１１の方法では、ループ間の分離が維持されている（即ち、ループからループへの接続は存在しない）。電磁石がどのように駆動されるかに応じて、ループ間の接続が必要な場合もあれば、不要な場合もある。場合によっては、ループ間の接続が望ましい場合があり、この接続は、多くの方法で行うことができる。例示的な一実例においては、図１７及び図１８に示すように、「電流流入」ノード及び「電流流出」ノードを特定してから、それらの電流流入ノード及び電流流出ノードを接続することによって、この接続を行うことができる。
【００７８】
工程１７００においては、「電流流入」（即ち、増幅器からの電流）についての初期開始ノード１５１０が特定される。図１９に示すように、グリッド５００の最も左下のノードとなるように、開始電流入力ノード１５１０を選択する。１７１０においては、ｘ方向において初期電流流入ノード１５１０に最も近いループが特定される。一般的に、ｘ方向において開始ノードまでの距離が等しい一連のループ（例えば、ループ１２００〜１２２５）が存在する場合があり、この場合は、２次的な基準（例えば、ｙ方向において最も近いなど）に基づいて、開始ループを選択する必要がある。それ故、この例においては、初期ループは、１２００となる。次に、工程１７２０において、残りのループのいずれかが初期ループ内に含まれるかどうかについて判断し、そうである場合には、工程１７３０に進んで、前述の基準により、初期電流流入ノードからの距離に応じて、それらのループを順番付ける（例えば、この順番は１２０５、１２１０となる）。続いて、初期ループ１２００内にそれ以上の電流ループが残っていない場合（即ち、工程１７２０における分岐がない場合）、初期電流流入ノード１５１０に次に近いループ１２１５が特定される（工程１７３５）。ｘ方向において開始ノード１５１０から等距離なループがこれ以上残っていない状態となるまで、連続的なループ１２２０〜１２２５を同様に特定する（工程１７２０〜１７４０）。続いて（工程１７６０）、プロセスは、ループがそれ以上存在しなくなるまで、既に順序付けられたループは除外して、開始ノードに最も近いループの次のセットの特定を１７１０において繰り返す。この例においては、ループの次のセットは、１２３０、１２３５、１２４０、１２４５、１２５０、１２５５などの順序となる。
【００７９】
各ループについての電流入力ノード及び電流出力ノードを特定する工程を図１８に示す。１８００において、開始ノード１５１０に最も近い、既に順番付けたセットの第１のループの要素が特定され、（例えば、例示した実施形態では、これは、ノード１５１０及びノード１５００をつなぐ要素である）ループを通る電流の方向に応じて、この要素の末端のノードのうちの一方を電流流入として選択し、１８１０において、一方を電流流出として選択する。この例においては、電流流入ノードは、１５１０であり、電流流出ノードは、１５００である。このプロセスは、連続する最近接のループについて、全てのループが関連付けられた電流流入ノード及び電流流出ノード（１５２０〜１５５０など）を有するようになるまで、繰り返される（工程１８２０〜１８４０）。最後の電流流出ノードは、電力増幅器に接続されたノードである（例えば、グリッド５００の右端の角にある）。図１９に、図１４及び図１５に示す例示的なグリッドの、先頭の１２個のループに対する電流流入ノード及び電流流出ノードを示す。図１６に示すように、特定のループに対する電流流入ノード及び電流流出ノードを特定した後は、それらのノードを互いにつないでいるループ内の要素が取り除かれる（即ち、その要素のスイッチを開く）ことに留意されたい。
【００８０】
離散化ワイヤパターンを作製する方法、並びに各ループに対する電流流入ノード、及び電流流出ノードを選択するためのアルゴリズムについて説明した。次に、所望の電流分布を生成するために、導電性グリッドに電力を供給するための方法及び回路について述べる。
【００８１】
ハードウェアによる一実例においては、電源を導電性グリッド５００に接続するために、単一の電力流入ノード、及び単一の電力流出ノードが提供される。図２０に示す一実施形態においては、ループ間の接続は、第２のグリッド層２０００を介して行われ、一方で、第１のグリッド層と第２のグリッド層との間の接続は、第３の層２０１０を介して形成される。第３の層２０１０は、第１の層と第２の層との間に配置され、上述したような「電流流入」ノード、又は「電流流出」ノードに対応するノード以外の、第１の層及び第２の層の全てのノードを分離する。この第３の分離層２０１０は、２つの導電性層のノード間に位置するスイッチを有していてもよく、図２０に示すように、ノードが電流流入ノード又は電流流出ノードに対応する場合には、スイッチは閉じ、そうでない場合には開いている。単一の電力流入ノード及び電力流出ノードの配置は、任意に設定することができ、それらの位置は、所望する電流パターンに応じて変化させることができる点に留意されたい。
【００８２】
図２０の代替実施形態を図２３に示す。図２３では、全てのスイッチが同一面上にある第３の中間層を介して第２の導電性グリッドに電力を供給するシステムが示されている。この実例の利点の１つは、空間が節約されることである。例えば、全てのスイッチが上面にある場合、多層導電体の裏側（下面）を、スイッチの制御信号のルーティングに用いることができる。
【００８３】
前述の実例では、単一の増幅器のみが必要であったが、グリッド網は、各々が対応する電源を有する単一の電力流入ノード及び電力流出ノードを備える、複数の領域に分離されていてもよく、これにより、磁場プロファイルの生成において更なる柔軟性を可能としてもよい。
【００８４】
他の実施形態によれば、各ループには、所望のパターンで他のループと独立した、電流流入ノード及び電流流出ノードが割り当てられてもよい。この実例においては、ループ間の接続は、不要であり、これにより、必要なグリッド面の数が減る。この実施形態によれば、導電性グリッド５００の各要素は、所与のループに対する、電流流入線と電流流出線の組み合わせとして機能してもよい。それ故、所与のループ１２００について、ノード１５００とノード１５１０をつなぐ要素は、ループに対する電流流入線として機能し、導電性グリッド５００上のスイッチにより、電流は、ループを回るように流れて、この要素に戻り、続いて、グリッド外部の別個の経路に戻って、電源の帰還端子へと流れていくようにされる。この要素に配置されたスイッチ（即ち、ノード１５００とノード１５１０を分離するスイッチは、開いているため、ループを回る第１の流れによらず、電流流入線から電流流出線に直接流れる電流が制限されている。各ループ１２００〜１２５５などについて、このような電流流入／電流流出ノードの１つの組み合わせ、及び個別の電源（又は、単一の電源から各ループへ電流源を均等に分割するための回路）が必要となるが、ループ間の接続は不要である。電流を分割する実例では、各ループに供給される電流の量は、同じである必要はなく（即ち、１つのループが、１Ａを受け取ることもあれば、次のループが２Ａを受け取ることもある）、これにより、基本的な電流ループ形態を選択したときを上回る、柔軟性と共に、「多コイル」法に匹敵する性能が可能となることに留意されたい。
【００８５】
前述の実施形態の一実例が図２１及び図２２に示されている。上述したように（図１５を参照）、円筒の一表面上に、正方形の導電性グリッド５００が設けられる。グリッドは、そのノード間の要素において、当該グリッドにわたる電流経路を制御するスイッチを含む。電流経路は、前述の方法により特定される。導電材料からなる２種類のストリップが、グリッドのノードを接続するスイッチが中心になるように、第１の表面上の導電性グリッドと同じ間隔で、ただし、グリッドの間隔の半分だけずらした状態で、第２の表面１７２０上に、方位角方向に配分されると共に、ｚ方向に配向されている。導電性ストリップの一端は、電源に接続されており（即ち、一方のストリップが正端子に接続され、もう一方は負端子に接続されている）、かつ、もう一方の端部は接続されておらず、これにより、開回路が形成されている。要素が存在する各ｚ位置（即ち、導電性グリッド５００上にてスイッチが配置される箇所）において、スイッチの両側に２つの垂直方向ビアが存在し（図２２）、これらの垂直方向ビアにより、層１７２０上のこれら２本の導電性ストリップから、下側にある層上の導電性グリッド５００へと電流を流すことが可能である。これらのビア内（又は２つの層の間の中間層上）では、各線上にスイッチが存在し、これらのスイッチは、開いているか、閉じているかのいずれかであり得る。電流経路が決定される前は、中間層の全てのスイッチが開いている。電流ループが決定されると、ループにおいて電流流入／流出要素が選択され、当該要素についてのスイッチが閉じられ、これにより、電源から当該要素の一方の側へ、そしてループを通って、要素の他方の側に流れ、そして電源へと戻るように電流を流すことができる。簡単にするため、導電性ストリップの各長手方向ペアについて、１つの要素のみが開いているように、スイッチの開閉を制限してもよい。上述した実施形態は、例示であることを意図しており、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ定義される範囲から逸脱することなく、当業者により、変更及び改変がこれらになされてもよい。例えば、記載された方法、システム、及び実施形態を、全体的に又は部分的に、変更したり、組み合わせたりすることができる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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