(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のボビンと、
前記ボビンに導体を複数ターン巻き付けて形成される巻線部と、
を具備し、
前記巻線部は、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交して巻きつけられる第１の巻線部と、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行して螺旋状に巻き付けられる第２の巻線部と、
を有する、
ことを特徴とする傾斜磁場コイル。
【請求項２】
前記第１の巻線部は、前記導体の各ターンが所定値より粗い間隔で巻き付けられる領域に設けられ、
前記第２の巻線部は、前記導体の各ターンが前記所定値よりも密な間隔で巻きつけられる領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項３】
前記傾斜磁場コイルは、
能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方である、
ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項４】
前記傾斜磁場コイルは、
能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方である、
ことを特徴とする請求項２に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項５】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方に用いられた場合において、
前記第１の巻線部は、漏れ磁場が所定の値よりも大きな領域に設けられ、
前記第２の巻線部は、漏れ磁場が前記所定の値よりも小さな領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項６】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方に用いられた場合において、
前記第１の巻線部は、漏れ磁場が所定の値よりも大きな領域に設けられ、
前記第２の巻線部は、漏れ磁場が前記所定の値よりも小さな領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項７】
前記第１の巻線部は前記ボビンの中央部に設けられ、
前記第２の巻線部は、前記第１の巻線部の両端に連続してその外側に設けられ、
前記第１、及び第２の巻線部の巻線は、前記ボビンの軸方向の中心に対して対称な巻形状で巻きつけられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項８】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの双方に用いられた場合において、
前記第２の巻線部の前記ボビンの軸方向の長さは、前記シールドコイルの方が前記メインコイルよりも長い、
ことを特徴とする請求項７に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項９】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの双方に用いられた場合において、
前記第２の巻線部の各巻線のピッチは、前記シールドコイルの方が前記メインコイルよりも広い、
ことを特徴とする請求項７に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１０】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの双方に用いられた場合において、
前記シールドコイルにおける前記第１の巻線部の各巻線の巻き数は、前記メインコイルにおける前記第１の巻線部の各巻線の巻き数と互いに対応して同数であり、
前記シールドコイルの前記巻線の夫々の位置は、対応する前記メインコイルの各巻線の位置よりも、前記ボビンの中心に対して外側に設けられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１１】
前記第１の巻線部の前記ボビンの軸方向の長さは、前記巻線部の前記ボビンの軸方向の長さの略４割の長さである、
ことを特徴とする請求項７に記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１２】
被検体に静磁場を印加する静磁場コイルと、
前記静磁場の方向と同一方向に傾斜磁場を形成し、前記傾斜磁場を前記被検体に印加する傾斜磁場コイルと、
前記被検体から放射される磁気共鳴信号を受信する高周波コイルと、
受信した前記磁気共鳴信号を信号処理し、前記被検体内部の画像を生成する信号画像処理部と、
を備え、
前記傾斜磁場コイルは、
円筒状のボビンと、
前記ボビンに前記導体を複数ターン巻き付けて形成される巻線部と、
を具備し、
前記巻線部は、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交して巻きつけられる第１の巻線部と、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行して螺旋状に巻き付けられる第２の巻線部と、
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１３】
前記第１の巻線部は、前記導体の各ターンが所定値より粗い間隔で巻き付けられる領域に設けられ、
前記第２の巻線部は、前記導体の各ターンが前記所定値よりも密な間隔で巻きつけられる領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１４】
前記傾斜磁場コイルは、
能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１５】
前記傾斜磁場コイルは、
能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１６】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの少なくとも一方に用いられた場合において、
前記第１の巻線部は、漏れ磁場が所定の値よりも大きな領域に設けられ、
前記第２の巻線部は、漏れ磁場が前記所定の値よりも小さな領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１７】
前記第１の巻線部は前記ボビンの中央部に設けられ、
前記第２の巻線部は、前記第１の巻線部の両端に連続してその外側に設けられ、
前記巻線は、前記ボビンの軸方向の中心に対して対称な巻形状で巻きつけられる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１８】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの双方に用いられた場合において、
前記第２の巻線部の前記ボビンの軸方向の長さは、前記シールドコイルの方が前記メインコイルよりも長い、
ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１９】
前記傾斜磁場コイルが、能動遮蔽型傾斜磁場コイルを構成するメインコイル及びシールドコイルの双方に用いられた場合において、
前記第２の巻線部の各巻線のピッチは、前記シールドコイルの方が前記メインコイルよりも広い、
ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２０】
円筒状のボビンに導体を複数ターン巻き付けて巻線部を形成する傾斜磁場コイルの製造方法において、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交するように巻きつけて第１の巻線部を形成し、
前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行させて螺旋状に巻きつけて第２の巻線部を形成する、
ステップを備えたことを特徴とする傾斜磁場コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜磁場コイル、磁気共鳴イメージング装置、及び傾斜磁場コイルの製造方法に係り、特に、主磁場方向に傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル、その傾斜磁場コイルを具備する磁気共鳴イメージング装置、及び傾斜磁場コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用の磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ（Magnetic  Resonance  Imaging）装置）では、超伝導磁石等で形成される主磁場の方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル（Ｚ軸）や、主磁場の方向に直行するＸ軸方向、Ｙ軸方向に対して夫々傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル（Ｘ軸）、傾斜磁場コイル（Ｙ軸）が用いられている。
【０００３】
本発明は、このうち傾斜磁場コイル（Ｚ軸）に関するものであり、以下単に“傾斜磁場コイル”というときは、Ｚ軸方向の傾斜磁場コイル（Ｚ軸）をさすものとする。
【０００４】
磁気共鳴イメージング装置は、被験者が搬入される円筒状空間にほぼ相似な円筒形状のボビンを有しており、傾斜磁場コイルは、このボビンの円周方向に導線を複数ターン巻いて形成するものである。各ターンのピッチ（導線の間隔）は通常不等間隔であり、例えば、ボビン軸の中央が最も粗であり、ボビン軸の中央から一方の端に向かって徐徐に密となる。ボビン軸中央から所定の距離で最もピッチが密となり、そこから先は逆に徐徐に粗となっていく。ボビン軸の中央から他方の端に向かっても同様に粗から密に、密から粗へと巻かれていく。
【０００５】
導線の巻き方はボビン軸中央に対して対称形状となるように巻かれ、ボビン軸中央から一方の端に向かってに流す電流と他方の端に向かって流す電流の向きを逆にすることによって、ボビン軸中央を原点とした正方向の磁場と負方向の磁場を形成することが可能であり、全体としてボビン軸の方向に傾斜した磁場が形成される。
【０００６】
導線ターンのピッチを不等間隔にするのは、傾斜磁場の線形性を高めるためであり、各ターンの位置は予め解析的に求められる。
【０００７】
導線の巻き方としては、特許文献１に開示されているように、螺旋巻きと呼ばれる方法とレーンチェンジ巻きと呼ばれる２通りの巻き方が知られている。
【０００８】
螺旋巻きは、文字通り導線を螺旋状に巻いていく方法であり、ボビン円周上の所定の点で解析的に求めたターンの位置に合致するように巻かれていく。螺旋巻きでは、１つのターンの中で導線がボビン円周面上を軸方向に斜行することになり、導線の位置はＺ軸方向に対して連続的に変化する。
【０００９】
一方、レーンチェンジ巻きでは、１つのターンの中で導線の位置はＺ軸方向で変化せず固定となる。導線をあるターンから次のターンへ移動させるときには、ボビン円周上の特定の位置で導線をＺ軸方向にステップ状に変化させる（レーンチェンジさせる）。レーンチェンジ巻きでは、導線の位置はＺ軸方向に対して離散的な変化となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１７２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１にも開示されているように、一般にレーンチェンジ巻きの作業性は螺旋巻きに比べると劣る。導線をレーンチェンジさせる部位での作業に熟練を要するためであり、特にターンのピッチが密な領域での作業性が悪くなる。
【００１２】
これに対して、螺旋巻きは作業性に優れた方法であり、レーンチェンジ巻きに比べると短時間で導線を巻くことができるため、結果的に低価格の傾斜磁場コイルを提供することが可能となる。特許文献１は、作業性に優れた螺旋巻きを採用しつつも、従来の螺旋巻きの方法に比べて性能的に優れた、即ち設計値により近い性能を実現することができる傾斜磁場コイルに関する技術を開示している。
【００１３】
ところで、Ｚ軸用の傾斜磁場コイルは、Ｚ軸方向に対してのみ傾斜磁場を形成することを目的とするものであり、この傾斜磁場コイルによってＸ軸方向やＹ軸方向に磁場成分が発生することは好ましくない。以下、Ｚ軸用の傾斜磁場コイルによって発生するＸ軸方向やＹ軸方向の磁場成分を不要磁場成分と呼ぶものとする。
【００１４】
上述したレーンチェンジ巻きでは、１つのターンの中で導線の位置はＺ軸方向で変化しないため、導線はＺ軸に対して常に直交している。このため、導線に流れる電流によって誘起される磁場の方向は常にＺ軸方向となり、Ｘ軸方向やＹ軸方向の磁場成分は原理的には発生しない。つまり、レーンチェンジ巻きでは不要磁場成分は原理的に発生せず、実際にも不要磁場成分はほぼゼロであることが知られている。
【００１５】
一方、螺旋巻きでは、１つのターンの中で導線がボビン円周面上をＺ軸方向に斜行するため、わずかながらＸ軸方向やＹ軸方向の磁場成分、即ち不要磁場成分が発生することになる。
【００１６】
近時、磁気共鳴イメージング装置における円筒状空間の径は拡大方向にあり、これに伴って傾斜磁場コイルの径も拡大し、発生させる磁場の大きさも増加してきている。これに伴って螺旋巻きにおける不要磁場成分の大きさも増加してきている。このため、螺旋巻きを用いた傾斜磁場コイルにおいて、従来はほとんど影響を受けることのなかった不要磁場成分が無視しえないレベルになってきている。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導線巻きの作業容易性を確保しつつも不要磁場成分の発生を抑圧することができる傾斜磁場コイル、磁気共鳴イメージング装置、及び傾斜磁場コイルの製造方法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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明に係る傾斜磁場コイルは、請求項１に記載したように、円筒状のボビンと、前記ボビンに前記導体を複数ターン巻き付けて形成される巻線部と、を具備し、前記巻線部は、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交して巻きつけられる第１の巻線部と、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行して螺旋状に巻き付けられる第２の巻線部と、を有する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、請求項７に記載したように、被検体に静磁場を印加する静磁場コイルと、前記静磁場の方向と同一方向に傾斜磁場を形成し、前記傾斜磁場を前記被検体に印加する傾斜磁場コイルと、前記被検体から放射される磁気共鳴信号を受信する高周波コイルと、受信した前記磁気共鳴信号を信号処理し、前記被検体内部の画像を生成する信号画像処理部と、を備え、前記傾斜磁場コイルは、円筒状のボビンと、前記ボビンに前記導体を複数ターン巻き付けて形成される巻線部と、を具備し、前記巻線部は、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交して巻きつけられる第１の巻線部と、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行して螺旋状に巻き付けられる第２の巻線部と、を有する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る傾斜磁場コイルの製造方法は、請求項１３に記載したように、円筒状のボビンに導体を複数ターン巻き付けて巻線部を形成する傾斜磁場コイルの製造方法において、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して直交するように巻きつけて第１の巻線部を形成し、前記ボビンの円周方向において前記導体が前記ボビンの軸に対して斜行させて螺旋状に巻きつけて第２の巻線部を形成する、ステップを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る傾斜磁場コイル、磁気共鳴イメージング装置、及び傾斜磁場コイルの製造方法によれば、導線巻きの作業容易性を確保しつつも不要磁場成分の発生を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図。
【図２】傾斜磁場コイルユニットの構造例を示す断面図。
【図３】傾斜磁場コイルの構造を模式的に示す図。
【図４】従来の傾斜磁場コイルの巻き方（全領域レーンチェンジ巻き）の例を模式的に示す図。
【図５】従来の傾斜磁場コイルの巻き方（全領域螺旋巻き）の例を模式的に示す図。
【図６】全領域レーンチェンジ巻きと全領域螺旋巻きにおける、漏れ磁場分布と渦電流の様相を示す図。
【図７】全領域螺旋巻きにおける、不要磁場（ＺＸ磁場、ＺＹ磁場）発生のメカニズムを説明する図。
【図８】本実施形態に係る傾斜磁場コイルの構造を模式的に示す図。
【図９】本実施形態に係る傾斜磁場コイルの巻き構造の具体的な例を示す図。
【図１０】本実施形態に対する比較例として、従来の全領域螺旋巻きの巻き構造を示す図。
【図１１】本実施形態に係る傾斜磁場コイルによる不要磁場（ＺＸ磁場、ＺＹ磁場）の抑制効果を解析的に求めた結果の一例を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る傾斜磁場コイル、磁気共鳴イメージング装置、及び傾斜磁場コイルの製造方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１の構成例を示す図である。磁気共鳴イメージング装置１は、ガントリ２、信号画像処理部３、及び表示部４等を有している。特に、図１ではガントリ２の詳細構成を断面図として示している。
【００２５】
ガントリ２はその全体が円筒状に形成されており、中心部のボアが診断用空間として機能し、診断時にはそのボア内に被検体Ｐが挿入可能になっている。
【００２６】
ガントリ２は、略円筒状の静磁場コイルユニット１１、この静磁場コイルユニット１１のボア内に配置された略円筒状の傾斜磁場コイルユニット１２、この傾斜磁場コイルユニット１２の例えば外周面に取り付けられたシムコイルユニット１３、および傾斜磁場コイルユニット１２のボア内に配置されたＲＦコイル１４を備えている。被検体Ｐは図示しない寝台天板に載せられて、ＲＦコイル１４が形成するボア（診断用空間）内に遊挿される。
【００２７】
静磁場コイルユニット１１は例えば超伝導磁石で形成されており、外側の真空容器の中に、複数個の熱輻射シールド容器および単独の液体ヘリウム容器が収められ、液体ヘリウム容器の内部に超伝導コイルが巻装・設置されている。
【００２８】
傾斜磁場コイルユニット１２は、能動（自己）遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ：Actively Shielded Gradient Coil）として形成されている。この傾斜磁場コイルユニット１２はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向毎にパルス状の傾斜磁場を発生させるため、Ｘ，Ｙ，Ｚチャンネル別々にコイルアセンブリを有し、各コイルアセンブリはチャンネル毎に傾斜磁場を外界に殆ど洩らさないシールド構造になっている。
【００２９】
この能動遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ）ユニット１２は図２に示すように、Ｘ軸方向に傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル（Ｘ軸）１２Ｘ、Ｙ軸方向に傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル（Ｙ軸）１２Ｙ，及びＺ軸方向に傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル（Ｚ軸）１２Ｚがコイル層毎に絶縁されながら積層され、全体として略円筒状を成している。
【００３０】
傾斜磁場コイル（Ｘ軸）１２Ｘ、傾斜磁場コイル（Ｙ軸）１２Ｙ、及び傾斜磁場コイル（Ｚ軸）１２Ｚは、それぞれメインコイルおよびシールドコイルを有する。シールドコイルは、対応するメインコイルにほぼ相似する形状に形成されており、メインコイルの外側に配設されている。シールドコイルは、各メインコイルで発生した傾斜磁場を外側で相殺し、傾斜磁場コイルユニット１２の外部に対する漏れ磁場の発生を極力抑えている。
【００３１】
本発明は、主にＺ軸方向の傾斜磁場コイル１２Ｚに関するものであり、以下、傾斜磁場コイル１２Ｚを中心に説明する。
【００３２】
図３は、傾斜磁場コイル１２Ｚの構造を模式的に示した図である。傾斜磁場コイル１２Ｚは、略円筒形上のボビンＢと、巻線部ＣＵとを有している。巻線部ＣＵは、一本の導体Ｃを複数ターンボビンＢに巻き付けて１層の巻線コイルを形成している。導体Ｃは所定の幅をもつリボン状の銅板で形成されており、径方向の厚みを抑えつつ大きな電流を流すことが可能である。
【００３３】
導体の巻き方向はボビン中心ＢＣで反転しており、導体に流れる電流の向きもボビン中心ＢＣで反転する。この結果、例えば図３において導体Ｃの左側の端から右側の端に向けて電流を流した場合、ボビン中心ＢＣの右側にはＺ軸正方向の磁場が発生し、ボビン中心ＢＣの左側にはＺ軸負方向の磁場が発生する。この結果、傾斜磁場コイル１２Ｚ全体としては、ボビン中心ＢＣを原点とした傾斜磁場が形成されることになる。
【００３４】
なお、前述したように傾斜磁場コイル１２Ｚには、メインコイルとシールドコイルがあるが、いずれも基本的には図３に示した構造をとっている。ただし、シールドコイルのボビン径は、メインコイルのボビン径よりも大きめになっており、メインコイルの外周をシールドコイルが覆うように形成されている。また、コイルの巻き形状はメインコイルとシールドコイルとではほぼ相似であるが、漏れ磁場を効率よく抑制するため、両者の各ターンの間隔（ピッチ）、位置、ターン数は完全には一致していない。また、同じく漏れ磁場抑制の観点から、Ｚ軸方向の長さはシールドコイルの方がメインコイルよりもやや長めに形成されている。
【００３５】
傾斜磁場コイル１２Ｚの導体Ｃの巻き方として、前述したように、従来から２通りの方法が提案されている。一方はレーンチェンジ巻きと呼ばれる方法であり、他方は螺旋巻きと呼ばれる方法である。
【００３６】
図４は、従来から提案されているレーンチェンジ巻きの一例を模式的に示す図である。傾斜磁場コイル１２Ｚの巻き形状はボビン中心ＢＣに対して対称であるため、図４ではボビン中心ＢＣに対して一方向のみを図示している（以降の図も同様）。
【００３７】
レーンチェンジ巻きでは、円周上のごく一部（レーンチェンジ部）を除き、導体ＣはＺ軸に対して常に完全に直交するように巻き付けられる。そして、レーンチェンジ部においてのみで導体のＺ軸方向の移動（レーンチェンジ）を行っている。
【００３８】
各ターンは通常不等間隔であり、ボビン中心ＢＣの近傍が最も粗であり（ターンの間隔が広い）、ボビン中心ＢＣから一方の端に向かって徐徐に密となる。ボビン軸中央から所定の距離で最もピッチが密となり、そこから先は逆に徐徐に粗となっていく。
【００３９】
各ターンのピッチを不等間隔にするのは、傾斜磁場の線形性を高めるためである。各ターンの位置は予め解析的に求められるものであり、図４ではその位置を黒丸で例示している。
【００４０】
一方、図５は、従来から提案されている螺旋巻きの一例を模式的に示す図であり、巻線部ＣＵの全領域に亘って、導体Ｃが文字通り螺旋状に巻き付けられている。螺旋巻きでは、導体ＣがＺ軸方向に直交するのではなく斜行しながら螺旋状に巻き付けられる。
【００４１】
ところで、傾斜磁場コイル１２Ｚにはパルス状の電流が印加されるため、漏れ磁場があった場合、漏れ磁場によって傾斜磁場コイル１２Ｚの外部の導電体に渦電流が発生する。そしてこの渦電流によって意図しない不要な磁場が生じる。渦電流による意図しない不要な磁場の発生をなくすためには漏れ磁場をなくせばよく、このためにシールドコイルが設けられている。
【００４２】
しかしながら、シールドコイルによっても漏れ磁場を完全になくすことは困難であり、漏れ磁場の分布形状や大きさによっては、渦電流による無視しえない不要磁場が発生することがわかってきた。
【００４３】
図６（ｂ）は、レーンチェンジ巻き（図６（ａ））による漏れ磁場の分布とこれによる渦電流発生の一例を示した図である。また、図６（ｄ）は、螺旋巻き（図６（ｃ））による漏れ磁場の分布とこれによる渦電流発生の一例を示した図である。
【００４４】
これらの図からわかるように、レーンチェンジ巻きと螺旋巻きのいずれであっても、導体の各ターンの間隔（ピッチ）が密な領域では、漏れ磁場はほとんど発生しない。この理由は、メインコイルのターンの間隔が密な領域はシールドコイルのターンの間隔も密であり、このためシールドコイルによる漏れ磁場のシールド効果が十分に高いためである。
【００４５】
一方、各ターンの間隔が粗い領域ではシールドコイルのターンの間隔も粗くなるため、漏れ磁場が完全には抑圧できなくなってくる。このように、レーンチェンジ巻きと螺旋巻きとのいずれの場合も、ターンのピッチが粗い領域では漏れ磁場は比較的大きなものとなる。しかしながら、漏れ磁場の分布の観点でみると、両者の漏れ磁場の分布の様相はレーンチェンジ巻きと螺旋巻きとでは著しく異なっている。
【００４６】
レーンチェンジ巻きでは、漏れ磁場の分布（磁場の等高線の分布）は、Ｚ軸方向に直行している。このため、この漏れ磁場によって発生する渦電流の向きは、図６（ｂ）に矢印で示したように円周に対して同一方向となり、不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）は発生しない。
【００４７】
これに対して、螺旋巻きでは漏れ磁場の分布はＺ軸方向に対して傾いた分布となっている。傾いた分布をもつ漏れ磁場によって、円周方向に対して逆向きの渦電流が発生する。この逆向きの渦電流によって、Ｘ軸方向（或いはＹ軸方向）に、本来意図していない不均一な不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）が発生する。
【００４８】
図７は、螺旋巻きにおける不要磁場発生のメカニズムを説明する図である。図７（ｃ）は図６（ｄ）と同じ図である。螺旋巻きによる逆向きの渦電流により、円周上の異なる位置（例えば０°の位置と１８０°の位置）で向きの異なる渦電流が発生する（図７（ｂ）参照）。
【００４９】
この結果、図７（ａ）に示したように、傾斜磁場コイル１２Ｚの内部に向きの異なる寄生的な磁場が発生し、Ｘ軸方向（或いはＹ軸方向）に傾斜した不要磁場が発生することになる。
【００５０】
この不要磁場は本来意図していないものであり、Ｘ軸方向（或いはＹ軸方向）の磁場に対して意図しない不均一性をもたらす。この結果、Ｘ軸方向（或いはＹ軸方向）の断面画像において意図しない不均一な濃度分布を発生させることになる。
【００５１】
このような問題を解決するため、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚでは、レーンチェンジ巻きと螺旋巻きとを組み合わせた形態とし、両者の短所を補い、かつ両者の長所を活かした傾斜磁場コイル１２Ｚを実現している。
【００５２】
図８は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚの巻き方を模式的に示す図である。本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚでは、巻線部ＣＵを、第１の巻線部ＣＵ１と第２の巻線部ＣＵ２とで構成している。第１の巻線部ＣＵ１ではレーンチェンジ巻きによって導体Ｃを巻き付け、第２の巻線部ＣＵ２では螺旋巻きによって導体Ｃを巻き付けている。
【００５３】
また、第１の巻線部ＣＵ１を、導体Ｃのターンの間隔が広い（ピッチの粗い）領域に設け、第２の巻線部ＣＵ２を、導体Ｃのターンの間隔が狭い（ピッチの密な）領域に設けている。
【００５４】
前述したように、ターンのピッチの粗い領域では漏れ磁場が大きくなる傾向にあるが、この領域の巻き方をレーンチェンジ巻きにすることにより、不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）の発生を防止することができる。また、ターンのピッチ間隔が広いため、レーンチェンジ巻きを行っても導体の巻き付け作業の作業性はそれ程悪くならない。
【００５５】
一方、ターンのピッチの密な領域ではレーンチェンジ巻きでも螺旋巻きでも漏れ磁場が小さいため、作業性に優れた螺旋巻きとした方が有利である。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、レーンチェンジ巻きと螺旋巻きとを組み合わせることによって、導体の巻き作業の作業性に優れ（即ち、巻き作業に要する時間が短く）、かつ不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）の発生が少ない傾斜磁場コイル１２Ｚを提供することができる。この結果、低コストでかつ高品質の画像を生成する磁気共鳴イメージング装置１を実現することができる。
【００５７】
上述の説明では、第１の巻線部ＣＵ１の領域として、ターンのピッチの粗い（所定のピッチ閾値よりも広い）領域とし、第２の巻線部ＣＵ２の領域として、ターンのピッチの密な（前記所定のピッチ閾値よりも狭い）領域として設定している。
【００５８】
この他、６（ｄ）等のように、漏れ磁場の大きさを予め解析等で求め、漏れ磁場が所定の閾値よりも大きな領域を第１の巻線部ＣＵ１の領域とし、漏れ磁場が所定の閾値よりも小さな領域を第２の巻線部ＣＵ２の領域として設定するようにしてもよい。
【００５９】
図９乃至図１１は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚのより具体的な巻き付け例とその効果を示す図である。
【００６０】
図９（ａ）は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚをメインコイルに適用した場合の具体例である。Ｚ軸方向のボビン中心から約４割の領域（図の目盛りで約０．２）を第１の巻線部ＣＵ１（即ち、レーンチェンジ巻き）とし、その外側を第２の巻線部ＣＵ２（即ち、螺旋巻き）としている。各ターンの位置は、所望のＺ軸傾斜磁場が得られるよう解析的に求めた位置である。
【００６１】
図９（ｂ）は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚをシールドコイルに適用した場合の具体例である。メインコイルよりもＺ軸方向にやや長くなっている。シールドコイルの各ターンの位置は、漏れ磁場が最小となるように解析的に求めた位置である。
【００６２】
図９（ａ）、（ｂ）から判るように、第２の巻線部Ｃ２（螺旋巻き）のボビン軸方向の長さは、シールドコイルの方がメインコイルよりも長くなっており、メインコイルの第２の巻線部Ｃ２からの漏れ磁場を抑制している。また、第２の巻線部Ｃ２の各巻線のピッチは、シールドコイルの方がメインコイルよりも長くなっており、同様にメインコイルの第２の巻線部Ｃ２からの漏れ磁場を抑制している。
【００６３】
一方、第１の巻線部ＣＵ１（レーンチェンジ巻き）においては、シールドコイルの巻き数とメインコイルの巻き数は互いに対応して同数、又はメインコイルの巻き数が多くなっており、かつ、シールドコイルの巻線の夫々の位置は、対応するメインコイルの各巻線の位置よりも、ボビンの中心に対して外側に設けられている。このような巻線の配置により、メインコイルの第１の巻線部Ｃ１からの漏れ磁場を抑制することができる。
【００６４】
図１０は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚ（図９）との比較のため、ほぼ同じＺ軸傾斜磁場を得るための従来の巻き方（全領域が螺旋巻き）を示したものである。
【００６５】
図１１は、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚの不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）の低減効果を解析的に求めた表である。番号１には、従来の巻き方（全領域が螺旋巻き）によるＺ軸磁場成分と不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）とを、番号２には本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２ＺのＺ軸磁場成分と不要磁場（ＺＸ磁場、或いはＺＹ磁場）とを示している。
【００６６】
なお、従来の巻き方として全領域がレーンチェンジ巻きのコイルも理論的には存在するが、ピッチが密な領域での作業性が極めて悪く、場合によっては製品として実現できないこともあるため比較の対象から除外している。
【００６７】
図１１に示す本解析結果では、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚは従来例に対して、ＺＸ磁場でほぼ半減し、ＺＹ磁場でほぼゼロにまで低減している。
【００６８】
以上説明してきたように、本実施形態に係る傾斜磁場コイル１２Ｚ、磁気共鳴イメージング装置１、及び傾斜磁場コイルの製造方法によれば、導体巻きの作業容易性を確保しつつも不要磁場成分の発生を抑圧することができる。
【００６９】
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１  磁気共鳴イメージング装置
２  ガントリ
３  信号画像処理部
４  表示部
１２  傾斜磁場コイルユニット
１２Ｚ  傾斜磁場コイル
Ｂ  ボビン
Ｃ  導体
ＣＵ  巻線部
ＣＵ１  第１の巻線部（レーンチェンジ巻き）
ＣＵ２  第２の巻線部（螺旋巻き）
【図１】
0005295799.tif 000002
【図２】
0005295799.tif 000003
【図３】
0005295799.tif 000004
【図４】
0005295799.tif 000005
【図５】
0005295799.tif 000006
【図６】
0005295799.tif 000007
【図７】
0005295799.tif 000008
【図８】
0005295799.tif 000009
【図９】
0005295799.tif 000010
【図１０】
0005295799.tif 000011
【図１１】
0005295799.tif 000012