(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状構造と、Ｚ軸を中心に対称に配置されたターンとを備えた切換え可能な縦形勾配コイルであって、これらのターンが個別或いは連続的なターンもしくはターン群からなり、このターンもしくはターン群はその１つの端面側に固有のリード線を備え、コイルの外部で個々に及び／又は群として選択的に所望の出力特性に応じて互いに結線可能である切換え可能な縦形勾配コイルにおいて、
個々のターンが異なる直径を持ち、
それぞれの半径方向の面のターン及びターン群が結線されてユニット（一次コイル、二次コイル等）を構成している
ことを特徴とする切換え可能な縦形勾配コイル。
【請求項２】
少なくとも幾つかのターンの電流方向が選択的に切換え可能であることを特徴とする請求項１に記載の切換え可能な縦形勾配コイル。
【請求項３】
出力特性が静的に１つのシーケンスの終了前に決められて結線されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切換え可能な縦形勾配コイル。
【請求項４】
出力特性が動的に１つのシーケンスの経過中に切換え可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切換え可能な縦形勾配コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒状構造と、その縦軸を中心に対称的に配置されているターンとを備えた切換え可能な縦形勾配コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
勾配コイルの要求される出力性能は、主として、ＭＲ画像形成の特性に依存する。従来のＭＲ画像形成は、通常、良好な線形容積（４０〜５０ｃｍの線形容積において５％以下）をゆるやかな勾配強度（１０〜２０ｍＴ／ｍ）及び開閉時間（１ｍｓ以下）において要求する。高速のＭＲ画像形成に対しては高い勾配強度（２０〜４０ｍＴ／ｍ）が非常に高速（１００〜５００μｓ）で切換えられる。これにより周辺の筋肉を刺激するという副次的作用が生ずることがある。この作用を回避するために一般に勾配コイルの線形容積が縮小される。これにより最大磁場ストロークが減少し、それ故刺激の危険も減少する。この最大の磁場ストロークは、他の問題の他に、刺激の危険を決定する。従って、高速の勾配コイルにおいては線形容積は典型的な４０〜５０ｃｍから２０ｃｍＤＳＶに低下させられる。このような特性を持つコイルは、通常、従来の全身適用には適さないが、ＥＰＩ、ＲＡＲＥ、ＨＡＳＴＥ、ＧＲＡＳＥ法等のような高速のＭＲ画像形成には適する。この場合は速度が重要な利点である。
【０００３】
種々の磁場品質に対する１つの他の理由は、勾配コイルが特定の容積に対して設定されるときに、直線性は、通常、中心に対する距離とともに減少するという理由である。しかし、人体はこの規準に必ずしも従わない。例えば、肩はこの範囲にある。脊柱を撮影する場合に、転換なしに全体の脊柱を描出することがしばしば有意義である。この場合も、中心位置決めに応じて、頚部及び／又は腰部の脊椎は比較的大きな非線形の範囲にある。画像の歪みは従って回避され得ない。頭部用勾配コイルにおいては、コイルの直径が比較的小さいことにより、均一容積が比較的小さい。このことは脳の部分の撮像しか可能でなく、頸部脊柱の画像形成は許さない。従って、放射線医師にとっては中心的なＦＯＶ（撮像視野）から位置をずらしたＦＯＶ（撮像視野）に切換えることが望ましいことがある。しかしこれは従来では可能ではなかった。たまたまの種類の実施例しか以前はなかった。
【０００４】
上述の理由から顧客は、それ故、磁場品質Ａ、Ｂ或いはＣを欲するか否かを決定せねばならない。勿論、複数のコイル特性（磁場品質）を１つのコイルに統合して、これらをその適用に応じて使用することは望ましい。この場合の重要な問題は、体積を著しく大きくする（その場合コイルが高価になる）ことなく、部分的に競合する部分コイル特性を減殺することなく、コイル枠の中に多種のコイルを配置することである。本出願は、特に縦形の勾配コイルの実現とその結線の可能性にその眼目を置くものである。なお、「縦形」の勾配コイルとは、この専門分野においては、円筒状の磁石において勾配磁場を、基本磁場の方向、即ち、円筒軸の方向に生成する勾配コイルと解釈される。この方向はＭＲ技術においては「Ｚ方向」とも称されるので、以下、この縦形勾配コイルはまた「Ｚ勾配コイル」とも称される。
【０００５】
従来、このために、エルシント社の特許出願（ドイツ特許出願公開第１９５４０７４６号明細書）が知られている。この明細書には、従来の勾配コイルシステムと高速の勾配コイルシステムとを１つのコイル枠に統合しているモジュール構造の勾配コイルシステムが記載されている。このシステムは、従来の勾配コイルシステムが大きな線形容積を持つが、ゆっくりにしか切換えられず、その上中程度の勾配振幅しか可能でないということを特徴としている。高速の勾配コイルシステムは、これに対して、線形容積は比較的小さいが、その代わりに勿論非常に高い勾配振幅の高速切換えを可能にしている。
【０００６】
多くの場合４つのいわゆる鞍形コイルからなる横形コイルに対しては、その都度要求される出力特性に応じて設計されている勾配磁場を作るために、一連の可能性が提案されているが、この可能性は従来公知のＺ勾配コイルにおいては存在しない。このＺ勾配コイル或いは縦形コイルは、通常、Ｚ＝０の状態を中心に対称的に置かれている複数のソレノイド部分コイルからなる。Ｚ＞０及びＺ＜０の両半分は、これらの半分が反対の電流方向で駆動され、従って全体として線形の勾配磁場が生ずるように結線される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、従って、構造的な改造なしにそれぞれ要求される画像形成条件によりよく適合してその都度それにより作られる磁場の多様な変形を可能にする切換え可能なＺ勾配コイルを創作することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、この発明によれば、Ｚ勾配コイルは個別或いは連続的なターンもしくはターン群からなり、このターンもしくはターン群はその１つの端面側に固有のリード線を備え、コイルの外部で個々に及び／又は群として選択的に所望の出力特性に応じて互いに結線可能であるように構成される。
【０００９】
極端な場合には、この発明による切換え可能なＺ勾配コイルはただ分離された個別ターンだけからなり、そのそれぞれのターン端が別々にリード線と共に外部に引き出され、そしてそこで個別ターンが任意に、それぞれ異なる出力特性を実現する種々のサブグループに互いに結線される。選択可能な出力特性は、その場合、線形性、線形容積、シールド、インダクタンス、ノイズ（関与要因）、刺激感度、最大勾配強度及び最大スルーレートである。
【００１０】
個々のターン及びターン群の種々の選択可能な結線にはその場合電流方向の可能な切換えも属する。これにより特にローレンツ力の補償も可能になる。
【００１１】
望ましい出力特性に応じたターン及びターン群相互の望ましい結線のための回路装置は、その場合、これらの出力特性が静的に１つのシーケンスの終了前に決められて結線されるか、それとも、出力特性が動的に１つのシーケンスの経過中に切換え可能であるように設定することができる。
【００１２】
個々のターンは異なる直径を持つことができ、その際それぞれの半径方向の面のターン及びターン群は結線されて一次コイルや二次コイルのようなユニットを構成可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明のその他の利点、特徴及び詳細を以下の実施例の説明及び図面を参照して明らかにする。
【００１４】
図１に模式的に示されたＺ勾配コイルは８個の個々のターン１〜８からなり、これらのターンはそれぞれ上部で分離され、接続線（模式的に導体束１０として示されている）によって個々に外部に引き出され、コイルの外部で個々のターン１〜８を任意に結線してターン群及びサブグループを構成することが可能である。
【００１５】
図２には、最初の３個のターン１〜３を参照してリード線１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂの詳細な配置の構成を示している。これらの個別リード線は１つの導体束１０を形成しているが、図示を簡単にするため及びより分かり易くするために他の図ではこの導体束だけで示されている。この導体束１０とは、それ故、それぞれ種々の個別のターンの端部を制御する多数の個別導体と理解せねばならない。
【００１６】
図３においてはこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルが断面を示され、これにおいては９個のターンが設けられ、その中のターン１、２、３及び９は明らかに互いに隔てられ、一方ターン４〜８は非常に近接して配置され、即ち一種のターン群を形成している。それにもかかわらず、全ての９個のターンは別々に制御され、従ってそれに応じて極めて多様なやり方で互いに結線される。図４には、隣接して配置されたターン４〜８が纏められて、即ち常に同一の電流が流れるように結線される構成が模式的に示されている。
【００１７】
なお、図３及び４においては、それぞれ全体の切換え可能なＺ勾配コイルの１つの半分だけが示されている。中心面Ｍに対して対称的に、左側にも同一のターン構成が鏡面対称に配置されている。
【００１８】
図５による切換え可能なＺ勾配コイルの部分的に示された半コイルにおいては個々のターンは異なる半径を持っている。
【００１９】
このことは、同様に、図６に半分が示されているＺ勾配コイルについても言える。その場合、ターン１〜９は、例えばシールドされたＺ勾配コイル装置のための内側ユニット（即ち例えば一次コイル）を、そして大きい方の半径ＲＳを持つターン１’〜９’はその外側ユニット（例えば二次コイル）を形成している。
【００２０】
図７による構成においては、内側ユニットのターンが互いに異なる半径ＲＰ１乃至ＲＰｎを持ち、これに対応して外側ユニットのターンの半径についても同様である。ただ、ここでは最小の半径ＲＳｎのみに特別に符号がつけられている。図６及び７における個々のユニットのターンはそれぞれ個々に制御可能である。これに対して、図８においては図６によるＺ勾配コイルと同様な例が示されているが、この場合、ターン４〜８及び４’、８’はそれぞれ群として一括制御される。
【００２１】
図９は、内側ユニットのターンが２つの半径ＲＰ１、ＲＰ２に分かれており、外側ユニットのターンが全て半径ＲＳにある切換え可能なＺ勾配コイルの半分を示している。この場合、２つの一次コイルと、１つの二次コイルとを備えた事例である。個々のリード線からなる接続線１０は、これらの図６乃至９でも模式的にしか示されていない。
【００２２】
図１１は、また模式的に、２つの内側ユニット（即ち一次コイルＰ１及び一次コイルＰ２）と、１つの外側ユニット（即ち二次コイルＳ）とからなる切換え可能なＺ勾配コイルを示している。この場合も、個々のリード線はただ示唆されるだけで、完全には記載されていない。同様にターンの分離も簡単にするために書き入れられていない。図１２は、図１１と同様な図示に従って、ただ１つの一次コイルＰと１つの二次コイルＳとを備えた切換え可能なＺ勾配コイルの簡単な実施例を示している。
【００２３】
図１３乃至１５は、その右半分並びにこれに鏡面対称の左半分の全てのターン１乃至９が同一の直径を持っている簡単な切換え可能なＺ勾配コイルを側面で示している。図１３では、その場合、一方のコイル半分のターンに１つの方向に、他方のコイル半分のターンに他の方向に電流が流れる標準的な電流経過が示され、この場合もターン４乃至８がそれぞれ群として互いに接続され、個々には制御されていない。図１４は、ターン及びターン群が部分的に遮断されている（破線で図示されている）非対称の結線例を、図１５は、右側のコイル半分のターン１に、この右側のコイル半分の通常の電流方向に対して逆方向に、電流が流れている非対称の結線を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】個々のターン或いはターン群の接続線を引き出すことによる結線様式を模式的に示したこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの半分の概略図。
【図２】図１によるコイルの最初の３個のターンを個々に示されたリード線と共に詳細に示す図。
【図３】ターン相互の異なる結線を備えた、図１で示された構成と同様な構成の模式的な縦断面図。
【図４】ターン相互の異なる結線を備えた、図１で示された構成と同様な構成の模式的な縦断面図。
【図５】個々のターンもしくはターン群が異なる直径を持っているこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの半分の断面図。
【図６】それぞれ同一のターン半径を持つターンの内側ユニット（一次コイル）と外側ユニット（二次コイル）とからなる切換え可能なＺ勾配コイルの半分の図。
【図７】図６による半径方向にずれた２つユニットからなり、これらの両ユニットのターン及びターン群が異なる直径を持つ部分コイルの１つの変形実施例を示す図。
【図８】ターン群が異なる形に結線された、図６に対応する断面図。
【図９】部分的に結線されたターン群を備えた２つの内側ユニットと１つの外側ユニットとを備えたこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの半分の断面図。
【図１０】ターンの結線を備えた端面側の図。
【図１１】２つの内側ユニットと１つの外側ユニットとを備えた切換え可能なＺ勾配コイルの斜視図。
【図１２】１つの内側ユニットと１つの外側ユニットとを備えた切換え可能なＺ勾配コイルの斜視図。
【図１３】ある接続状態におけるこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの１つの模式的な側面図。
【図１４】ある接続状態におけるこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの異なる１つの模式的な側面図。
【図１５】ある接続状態におけるこの発明による切換え可能なＺ勾配コイルの模式的なさらに異なる１つの側面図。
【符号の説明】
１                  ターン
１ａ                リード線
１ｂ                リード線
２                  ターン
２ａ                リード線
２ｂ                リード線
３                  ターン
３ａ                リード線
３ｂ                リード線
４                  ターン
４’                ターン
５                  ターン
５’                ターン
６                  ターン
６’                ターン
７                  ターン
７’                ターン
８                  ターン
８’                ターン
９                  ターン
１０                導体束（接続線）
Ｍ                  中心面
Ｐ                  一次コイル
Ｐ１                一次コイル
Ｐ２                一次コイル
ＰＳ                半径
ＲＰ１              半径
ＲＰ２              半径
ＲＰｎ              半径
ＲＳｎ              半径
Ｓ                  二次コイル
【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】
0004510216.tif 000010
【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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