(57)【要約】磁気共鳴撮像装置用の傾斜磁場コイルは、内側円筒面を画成する１次コイルと、遮蔽コイル又は外側円筒面を画成するコイルを含む。コイルジャンプは、１次コイルと遮蔽コイルを接続する。コイルジャンプは、内側円筒面及び外側得円筒面と夫々一致する内側輪郭及び外側輪郭の間に延びる非平面状の電流共有面を画成する。コイルは、内側輪郭と外側輪郭の間の電流共有面を複数回横切る電流経路を画成する。任意に、幾つかの１次コイルターンは、２次遮蔽と共に不連続に又は連続に選択可能な視野を可能とする隔離された１次サブコイルを画成するよう電気的に相互接続される。
2006506155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像装置用の傾斜磁場コイルであって、
内側円筒面を画成する１次コイルと、
前記内側円筒面と同軸に調心された外側円筒面を画成し、前記内側円筒面よりも大きい円筒半径を有する遮蔽コイルと、
前記１次コイルと前記遮蔽コイルを電気的に接続し、前記内側円筒面に一致する内側輪郭と前記外側円筒面に一致する外側輪郭との間に延びる非平面状の電流共有面を画成する、複数のコイルジャンプとを含み、
前記１次コイル、前記遮蔽コイル、及び前記コイルジャンプは、協働して、前記内側輪郭と前記外側輪郭の間の電流共有面を複数回に亘って横切る電流路を画成する、傾斜磁場コイル。
【請求項２】
前記１次コイルは、前記内側円筒面に沿って１次コイルの長さに亘って軸方向に延び、
前記遮蔽コイルは、前記外側円筒面に沿って遮蔽コイルの長さに亘って軸方向に延び、
前記遮蔽コイルの長さは前記１次コイルの長さと等しくない、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項３】
前記電流共有面は、前記内側円筒面の半径と前記外側円筒面の半径の間の差と、前記１次コイルの長さと前記遮蔽コイルの長さの間の差によって画成される円錐角を有する円錐台の湾曲面に対応する、請求項２記載の傾斜磁場コイル。
【請求項４】
前記内側輪郭と前記外側輪郭は円形の輪郭であり、前記電流共有面は前記内側円形輪郭と前記外側円形輪郭の間に延びる円錐面部分を含む、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項５】
前記１次コイルは、
コイルジャンプと電気的に接続される導通１次コイルターンと、
コイルジャンプと電気的に接続されない絶縁１次コイルターンとを含む、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項６】
前記遮蔽コイルは、接続しているコイルジャンプを介して導通１次コイルターンと電気的に導通する導通遮蔽コイルターンを含む、請求項５記載の傾斜磁場コイル。
【請求項７】
前記絶縁１次コイルターンのうちの少なくとも幾つかは、絶縁１次サブコイルを画成するよう電気的に相互接続され、前記傾斜磁場コイルは更に、
少なくとも、
前記絶縁一次サブコイルが前記導通一次コイルターンと電気的に接続された第１の状態と、
前記絶縁一次サブコイルが前記導通一次コイルターンから電気的に絶縁された第２の状態とを有する、スイッチを更に含み、
前記第１の状態及び前記第２の状態は、第１の選択可能な視野及び第２の選択可能な視野に対応する、請求項５記載の傾斜磁場コイル。
【請求項８】
前記絶縁された１次サブコイルは前記第２の状態で消勢される、請求項７記載の傾斜磁場コイル。
【請求項９】
前記絶縁された１次サブコイルは前記２つの状態で反対の極性で付勢される、請求項７記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１０】
前記傾斜磁場コイルは、
対応する視野の均一性を改善するよう２つの状態のうちの１つで付勢される第２の遮蔽コイルを更に含む、請求項７記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１１】
少なくとも幾つかの絶縁された１次コイルターンは選択的に電気的に切り替えられる１次サブコイルを画成するよう相互接続され、
前記傾斜磁場コイルは更に、
可変視野を画成するよう前記１次サブコイルの切り替えに関連して選択的に付勢される第２の遮蔽コイルを更に含む、
請求項５記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１２】
連続的な範囲に亘って協働的に視野を調整する遮蔽補正コイルを更に含む、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１３】
前記外側円筒面と同軸に調心され、前記外側円筒面よりも大きい円筒半径を有し、実質的に空間的に一定の残留渦電流効果を生じさせる、略円筒状のコールドシールドを更に含む、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１４】
前記実質的に空間的に一定の残留渦電流効果は非ゼロである、請求項１３記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１５】
前記傾斜磁場コイルは横傾斜磁場コイルである、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１６】
前記コイルジャンプは前記コイルの蓄積エネルギーを最小化するよう選択される、請求項１記載の傾斜磁場コイル。
【請求項１７】
時間的に一定の磁場を発生する主磁石と、
前記時間的に一定の磁場を横切って傾斜磁場を生じさせる請求項１記載の傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルに隣接して配置された少なくとも１つのＲＦコイルと、
共鳴を生じさせ操作するよう前記ＲＦコイルのうちの１つに接続されたＲＦ送信器と、
生じた共鳴を復調するよう前記ＲＦコイルのうちの１つに接続されたＲＦ受信器と、
前記復調された共鳴を画像表現へ再構成する再構成プロセッサとを有する、
磁気共鳴スキャナ。
【請求項１８】
磁気共鳴撮像装置の磁石ボア中に傾斜磁場を生じさせる方法であって、
内側円筒面を画成する１次コイルを通じて電流を循環させる段階と、
前記内側円筒面と同軸に調心された外側円筒面を画成し、前記内側円筒面よりも大きい円筒半径を有する遮蔽コイルを通じて前記電流を循環させる段階と、
前記電流を複数の非平面コイルジャンプを介して複数回に亘って前記１次コイルと前記遮蔽コイルの間で往復して導通させる段階とを含む、方法。
【請求項１９】
前記傾斜磁場コイルの蓄積エネルギーを最小化させるコイルジャンプの総数を選択する段階を更に含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記コイルジャンプの総数を選択する段階は、
前記遮蔽コイルを囲むコイル遮蔽から実質的に空間的に一定の残留渦電流効果を生じさせるよう前記コイルジャンプの選択を制約する段階を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記内側円筒面及び前記外側円筒面上の電流密度を、蓄積エネルギーを最小限とする制約を用いて計算し、前記残留渦電流効果の変化を最小限とし、前記電流密度は内側輪郭及び外側輪郭において実質的に非ゼロである、段階と、
前記内側円筒面及び前記外側円筒面の前記計算された電流密度を近似するよう前記１次コイル及び前記遮蔽コイルのコイルターンを配置する段階と、
前記コイルターンを配置している間、前記内側輪郭及び前記外側輪郭において前記計算された非ゼロ電流を近似させるようコイルジャンプを配置する段階とを更に有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記内側円筒面及び前記外側円筒面上の電流密度の計算と同時に、電流共有面上の電流密度を計算し、前記コイルジャンプの配置は、前記電流共有面上の前記計算された電流密度を近似するよう更に制約される、段階を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記電流密度の計算は、
前記遮蔽コイルを囲むコールドシールド中に電流密度によって生じた実質的に空間的に一定の渦電流効果を生じさせるよう前記電流密度を制約する段階を更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記コールドシールド中の前記渦電流によって生ずる磁場を実質的に打ち消す傾斜磁場プリエンファシスを印加する段階を更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記１次コイルは複数のコイルループを含み、
少なくとも幾つかの１次コイルループを前記複数のコイルジャンプを介した前記１次コイルと前記遮蔽コイルの間の電流の導通から選択的に電気的に絶縁し、前記選択的な電気的な絶縁は、第２の遮蔽コイルと組み合わされたときに第２の選択可能な視野を与えるコイルセットを定義する、段階を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
前記１次コイルは複数のコイルループを含み、
少なくとも幾つかの１次コイルループを前記複数のコイルジャンプを介した前記１次コイルと前記遮蔽コイルの間の電流の導通から選択的に除去し、前記選択的に除去された１次コイルループは、１次サブコイルを画成するよう相互接続される、段階と、
前記１次サブコイル及び第２の遮蔽コイルを通じて第２の電流を循環させ、前記電流及び前記第２の電流は、第２の電流の選択的な除去及び循環なしに生成される傾斜磁場コイル視野とは異なった傾斜磁場コイル視野を生じさせるよう協働する、段階を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
磁気共鳴撮像装置用の傾斜磁場コイルを設計する方法であって、
蓄積されたエネルギー、並びに、傾斜磁場の線形性及び均一性についての制約条件を用いて同軸上の内側円筒面及び外側円筒面上の電流密度を計算し、前記計算された電流密度はコイルのエッジを画成する非同一表面上の境界輪郭では略非ゼロである、段階と、
前記内側円筒面及び前記外側円筒面上の前記計算された電流密度を近似するよう１次コイルターン、遮蔽コイルターン、及びコイルジャンプを選択する、段階とを含む方法。
【請求項２８】
前記電流密度の計算は、
前記外側円筒面を囲む円筒状コールドシールド中の渦電流によって生ずる略空間的に一定な渦電流効果を生じさせるよう前記計算を更に制約する段階を含む、請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は画像診断技術に関する。本願は特に、短ボア磁気共鳴撮像スキャナにおける使用のための傾斜磁場コイルに関連し、これについて特に参照して説明する。しかしながら、本願は、より一般的には、様々な種類の磁気共鳴撮像スキャナ用の傾斜磁場コイル、及びより少ない関心体積の撮像に専用の傾斜磁場コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像システムでは、磁気共鳴の空間エンコードは、一般的には撮像領域中に傾斜磁場を発生することによって達成される。これらの傾斜磁場は、一組の傾斜磁場コイルによって生成される。傾斜磁場コイルは、一般的には、横のｘ方向及びｙ方向、及びアキシアルｚ方向の夫々に独立の傾斜磁場を生成するよう与えられる。
【０００３】
様々な用途のために、例えば短ボア磁気共鳴撮像スキャナ中で傾斜磁場を生じさせること、又は特定の器官を撮像するために減少された視野（ＦｏＶ）に亘って専用の局所化された傾斜磁場を生成するために、比較的短い傾斜磁場コイルを使用することが望ましい。高い傾斜磁場のピーク振幅及び線形性及びボア直径を維持しつつ、傾斜磁場コイルを減少された長さへスケーリングすると、コイルの端部付近ではコイルターンは非常に圧縮される。更に、周囲のコールドシールド中で生じた渦電流による撮像歪み及びアーティファクトは、より問題となる。更に、適応又は可変視野傾斜磁場コイルは、所与の磁気共鳴スキャナ又は傾斜磁場コイルセットをより広い範囲の用途に適応させるために所望である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の制限及びその他のものを克服する改善された装置及び方法について考えたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの面によれば、磁気共鳴撮像装置用の傾斜磁場コイルが開示される。１次コイルは、内側円筒面を画成する。遮蔽コイルは、内側円筒面と同軸に調心された外側円筒面を画成し、内側円筒面よりも大きい円筒半径を有する。複数のコイルジャンプは、１次コイルと遮蔽コイルを電気的に接続する。コイルジャンプは、内側円筒面に一致する内側輪郭と外側円筒面に一致する外側輪郭との間に延びる非平面状の電流共有面を画成する。１次コイル、遮蔽コイル、及びコイルジャンプは、協働して、内側輪郭と外側輪郭の間の電流共有面を複数回に亘って横切る電流路を画成する。
【０００６】
他の面によれば、磁気共鳴撮像装置の磁石ボア中に傾斜磁場を生じさせる方法が提供される。電流は、内側円筒面を画成する１次コイルを通じて循環される。電流は、内側円筒面と同軸に調心された外側円筒面を画成し、内側円筒面よりも大きい円筒半径を有する遮蔽コイルを通じて電流を循環される。電流は、複数の非平面コイルジャンプを介して複数回に亘って１次コイルと遮蔽コイルの間で往復して導通される。
【０００７】
更なる他の面によれば、磁気共鳴撮像装置用の傾斜磁場コイルを設計する方法が提供される。電流密度は、蓄積されたエネルギー、並びに、傾斜磁場の線形性及び均一性についての制約条件を用いて同軸上の内側円筒面及び外側円筒面上について計算される。計算された電流密度はコイルのエッジを画成する非同一表面上の境界輪郭では略非ゼロである。１次コイルターン、遮蔽コイルターン、及びコイルジャンプは、内側円筒面及び外側円筒面上の計算された電流密度を近似するよう選択される。
【発明の効果】
【０００８】
１次及び遮蔽コイル上に共有されたターンを有する傾斜磁場コイルを設計することの１つの利点は、より短い遮蔽された傾斜磁場コイル設計を可能とすることである。
【０００９】
他の利点は、磁気共鳴撮像スキャナのコールドシールド又は他の導電素子中の渦電流による低減された傾斜磁場歪みである。
【００１０】
他の利点は、傾斜磁場コイルの端部における減少された電流巻密度にある。
【００１１】
更なる他の利点は、特に高い巻密度の領域における減少されたＩ2Ｒ加熱にある。
【００１２】
多くの更なる利点及び利益は、望ましい実施例の以下の詳細な説明を読むことにより当業者に対して明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置の形、及び様々な処理動作及び処理動作の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を例示するためだけのものであって、本発明を制限するものと理解されるべきではない。
【００１４】
図１を参照するに、磁気共鳴撮像スキャナ１０は、望ましくは超伝導であり低温遮蔽された円筒状の主磁石１２を含む。主磁石１２は、磁石ボア１４を画成し、ボア１４内には撮像のために患者又は他の撮像対象が配置される。主磁石１２は、ボア１４の長手軸に沿った向きとされた空間的及び時間的に一定の且つ均一な主磁場を生じさせる。超伝導磁石の代わりに、非超伝導磁石が使用されうる。更に、図示の水平の円筒状の主磁石１２の代わりに、垂直磁石、オープン磁石、又は他の種類の主磁石が使用されうる。１つの望ましい実施例では、主磁石１２は短ボア磁石である。
【００１５】
傾斜磁場コイルは、磁化スポイル傾斜磁場等を生じさせるよう、磁気共鳴信号を空間的に符号化するようボア１４内に傾斜磁場を協働して生じさせる１次傾斜磁場コイル１６及び遮蔽傾斜磁場コイル１８を含む。望ましくは、傾斜磁場コイル１６、１８は、横のｘ及びｙ方向を含む３つの直交方向で傾斜磁場を生じさせるよう構成されたコイルを含む。遮蔽コイル１８に加え、コールドシールド２０は、残留傾斜磁場に対して高い導電性の渦電流面を与え、従って更に遠くで磁石コイルを保護する。適切な実施例では、コールドシールド２０は主磁石１２のハウジングに一体化される。
【００１６】
全身無線周波数コイル組立体２２は、磁気共鳴を励起させる無線周波数パルスを発生する。無線周波数コイル組立体２２はまた、磁気共鳴信号を検出する役割を果たす。任意に、ボア１４内の局所化された領域において磁気共鳴を励起及び／又は検出するために、追加的な局所無線周波コイル又は位相無線周波コイルアレイ（図示せず）が含まれる。
【００１７】
傾斜磁場パルス増幅器３０は、選択された傾斜磁場を生成するよう、制御された電流を傾斜磁場コイル１６、１８へ送る。望ましくはディジタルである無線周波数送信器３４は、選択された磁気共鳴励起を発生するよう無線周波コイル組立体２２へ無線周波パルス又はパルスパケットを印加する。やはり無線周波コイル組立体２２に結合された無線周波受信器３６は、磁気共鳴信号を受信する。１つ以上の無線周波コイルが与えられると（例えば局所コイル又は位相コイルアレイ）、磁気共鳴励起及び検出動作のために異なったコイルが任意に使用される。
【００１８】
対象の磁気共鳴撮像データを収集するために、対象は磁石ボア１４内に配置され、望ましくは主磁場のアイソセンタに又はアイソセンタの近くに配置される。シーケンス制御器４０は、傾斜磁場増幅器３０及び無線周波送信器３４と通信し、対象内に選択された過渡又は定常状態の磁場形態を生成し、かかる磁気共鳴を空間的にエンコードし、磁気共鳴を選択的にスポイルし、又はその他の方法で対象の選択された磁気共鳴信号特性を発生する。発生した磁気共鳴信号は、無線周波受信器３６によって検出され、ｋ空間メモリ４２内に格納される。撮像データは、画像メモリ４６に格納される画像表現を生成するよう再構成プロセッサ４４によって再構成される。１つの適切な実施例では、再構成プロセッサ４４は、逆フーリエ変換再構成を実行する。
【００１９】
結果として得られる画像表現は、ビデオプロセッサ４８によって処理され、望ましくはパーソナルコンピュータ、ワークステーション、又は他の種類のコンピュータであるユーザインタフェース５０上に表示される。ビデオ画像を生成するのではなく、画像表現はプリンタドライバによって処理され、印刷されてもよく、又はコンピュータ網又はインターネットを通じて伝送されてもよく、その他のことが行われてもよい。望ましくは、ユーザインタフェース５０はまた、放射線技師又は他の操作者が、磁気共鳴撮像シーケンスを選択し、撮像シーケンスを変更し、撮像シーケンスを実行する等を行うよう、磁気共鳴シーケンス制御器４０とやりとりすることを可能とする。
【００２０】
図２乃至図４を参照するに、磁気共鳴撮像スキャナ１０の磁石１２は、望ましくは、円筒状の磁石ボア１４を画成する短ボア磁石である。１次傾斜磁場コイル１６及び遮蔽傾斜磁場コイル１８は、夫々、軸方向上に同心の円筒面６０、６２と一致し、これらを画成する。内側同心円筒面６０及び外側同心面６２は、半径Ｒp、Ｒsを夫々有する。遮蔽傾斜磁場コイル１８は、外側円筒面６２に沿って軸方向に半分の長さＬsだけ延び、１次傾斜磁場コイル１６は、内側円筒面６０に沿って軸方向に半分の長さＬpだけ延びる。コールドシールド２０は、長さ２ＬCSを有する。望ましくは、傾斜磁場コイル１６、１８及びコールドシールド２０は、軸方向上に左右対称であり、Ｌs、Ｌp、及びＬCSは半分の長さを示す。
【００２１】
減少された長さ、増加した開き、及び改善された遮蔽を与えるために、遮蔽傾斜磁場コイル１８の軸方向の半分の長さＬsは、望ましくは１次傾斜磁場コイル１６の軸方向の半分の長さＬpよりも大きい。２つの傾斜磁場コイル１６、１８は、内側円筒面６０と一致する内側輪郭６６と、外側円筒面６２と一致する外側輪郭６８との間に延びる非平面状の電流共有面６４に沿って接続される。望ましい実施例では、非平面状の電流共有面は、円錐台の湾曲面に対応し、円錐は軸方向に同心の円筒面６０、６２の軸に対して角度αを有する。角度αは、円筒面の半径Ｒp、Ｒsの間の差と、１次及び２次又は遮蔽傾斜磁場コイルの半分の長さＬp、Ｌsの間の差の比の逆正接に対応する。しかしながら、非平面状の電流共有面はまた、放物線上の、断片的な円錐状の、又は他の形状を有しうる。
【００２２】
引き続き図２乃至図４を参照し、更に図５を参照するに、１次傾斜磁場コイル１６は、内側円筒面６０と一致する導電ターンの指紋状のパターン又は電流路を含み、一方で遮蔽傾斜磁場コイル１８は、外側円筒面６２と一致する導電ターンの指紋状のパターン又は電流路を含む。
【００２３】
引き続き図２乃至図５を参照し、更に図６及び図７を参照するに、１次傾斜磁場コイル１６は、面６０上の他の１次傾斜磁場コイルターンと接続する絶縁された１次コイルターン７０を含む。１次傾斜磁場コイル１６はまた、電流共有面６４と一致する少なくとも１つのコイルジャンプ７４に夫々接続する導電１次コイルターン７２を含む。同様に、遮蔽傾斜磁場コイル１８は、面６２上の他の遮蔽コイルターンに接続する絶縁された遮蔽コイルターン８０と、少なくとも１つのコイルジャンプ７４に夫々接続する導通遮蔽コイルターン８４とを含む。
【００２４】
図６に示すように、各絶縁された１次コイルターン７０及び遮蔽コイルターン８０は、円筒面６０、６２上の電流ループを夫々画成する。図７に示すように、導通する１次コイルターン７２及び遮蔽コイルターン８２、及び、２つのコイルジャンプ７４は、２つのコイルジャンプ７４を介して電流共有面６４を横切って往復して通過する電流ループを画成する。
【００２５】
当業者は、傾斜磁場コイル１６、１８が、特に短い磁石の設計に対してはこれまでのコイルに対してかなりの利点を有することを認識するであろう。１次コイル１６及び２次又は遮蔽コイル１８を複数のコイルジャンプ７４と接続することにより、コイルエッジの付近の高いコイルターン密度が減少される。更に、遮蔽コイル１８を１次コイル１６に対して軸方向に広げる（flare）ことにより、等しい長さの１次コイル及び遮蔽コイルを用いた設計に対して改善された遮蔽が得られる。遮蔽コイル１８の軸方向の広がりは、広げられた遮蔽及び多数のコイルジャンプの組合せを許すよう、非平面状の電流共有面６４によって収容される。
【００２６】
図３に戻ると、傾斜磁場コイル１６、１８を設計する適切な方法は、以下のパラメータを使用する。角度αは、フレア角度と称される。軸方向のコイルの半分の長さＬp、Ｌs及びコールドシールドの半分の長さＬCSは、図示されており、上述されている。望ましくは、Ｌp＜Ｌs＜ＬCSであり、ＬCSは実質的にＬsよりも大きい。１次コイル１６は、半径Ｒpを有する内側円筒面６０と一致し、これを画成する。遮蔽コイル１８は、半径Ｒsを有する外側円筒面６２と一致し、これを画成する。コールドシールド２０は、望ましくは円筒形であり、半径ＲCSを有し、望ましくは円筒面６０、６２と同軸である。望ましい実施例では、Ｒp＜Ｒs＜ＲCSである。
【００２７】
傾斜磁場コイル設計の目標は、（i）磁石ボア１４のアイソセンタにおける所与の傾斜磁場強度ＧX又はＧY、（ii）高いスルーレート、（iii）所与の直径の球状体積（ＤＳＶ）内の、線形性及び均一性といった良い質の傾斜磁場特性、（iv）良い遮蔽、を生じさせることを含む。導電コールドシールド２０への磁場の漏れは存在することが認識される。この漏れは、傾斜磁場１６、１８が動作されたときにコールドシールド２０中に生ずる残留渦電流の原因となる。これらの残留渦電流は、ＤＳＶの中の傾斜磁場の質に影響を与えうるものであり、以下の式、
【００２８】
【数１】
2006506155.tif 000003
で定義される残留渦電流効果によって特徴付けられ、式中、符号｜DSVは、残留渦電流効果がＤＳＶの表面で評価されることを示す。当業者は、上述の特性が空間位置ｒの関数としてかなり一定である場合、残留渦電流効果は勾配プリエンファシスでかなり補正されうることを知っている。従って、渦電流の大きさの絶対的なレベルは、一般的にはできる限り小さいことが所望であり、又は、望ましいが、最も重要な面である必要はない。
【００２９】
最初から限られた長さの１次コイル及び遮蔽コイルを有する自己遮蔽傾斜磁場コイルを設計するとき、遮蔽コイルの面状の全磁場Ｂr（ｒ）の垂直成分についての遮蔽条件は、一般的には、以下の式、
【００３０】
【数２】
2006506155.tif 000004
に従うものであり、式中、
【００３１】
［外１］
2006506155.tif 000005
は、１次（ｐ）又は遮蔽（ｓ）コイル上の電流密度のφ成分であり、Ｒp,s、Ｌp,sは、夫々、１次（ｐ）又は遮蔽（ｓ）コイルの半径及び半分の長さであり、Ｉは第１の種類のベッセル（Bessel）関数Ｉ1（kR）の導関数Ｉ'1（kR）である。式（２）は、任意のｋについて成り立ち、実質的に制限的である。遮蔽誤差関数ε（ｋ）は、どれだけ良く勾配磁場コイルが遮蔽されるかの尺度である。良く遮蔽された勾配磁場コイルを設計するために、式（２）はエッジ付近に負のローブを有する１次コイル上の高い電流密度を生じさせ、従って高いインダクタンスを生じさせる。
【００３２】
残留渦電流効果が非ゼロであれば、これは撮像体積に亘る小さい変化を補正可能とすべきである。これは、残留渦電流効果が例えば約１０％であっても、残留渦電流効果の変化が小さいべきであることを意味する。従って、コイルは、コイルの端の近くに高い電流密度がなく、残留渦電流効果が補正可能であるという条件を満たすよう設計される。
【００３３】
傾斜磁場コイル設計は、以下の処理操作を含み、即ち、（i）電流、１次コイル１６の端から遮蔽コイル１８へ、それらの間に配置された円錐状又は他の非平面状の電流共有面６４に沿って流れることを可能とすること、（ii）コールドシールド２０はコイル設計に含まれること、（iii）残留渦電流効果は、勾配磁場の質の特性と共に設計における変数であると考えられることである。後者のものは、点制約として導入される。
【００３４】
以下、典型的なＸ傾斜磁場コイル設計について説明する。当業者は、典型的なＸ傾斜磁場コイル設計をＹ傾斜磁場コイルの設計に容易に適用しうる。円筒座標で表わしたＸ傾斜磁場コイル上の電流分布は、以下の形を有する。
【００３５】
【数３】
2006506155.tif 000006
上式（３）で与えられる電流Ｊ（ｒ）に適用される連続性の式
【００３６】
【数４】
2006506155.tif 000007
は、以下の式、
【００３７】
【数５】
2006506155.tif 000008
を与え、式中、関数
【００３８】
［外２］
2006506155.tif 000009
は、以下の式、
【００３９】
【数６】
2006506155.tif 000010
により、フーリエ級数として適切に表わされ、係数
【００４０】
［外３］
2006506155.tif 000011
は、以下の式、
【００４１】
【数７】
2006506155.tif 000012
の極値をとることによって決定される。式中、Ｅは、傾斜磁場コイル１６、１８及びコールドシールド２０の磁場中に蓄積された全エネルギーを表わし、
【００４２】
［外４］
2006506155.tif 000013
は、磁場が所定の値Ｂiを有するＤＳＶ内の一組の点ｒiにおけるコイル磁場のｚ成分であり、
【００４３】
［外５］
2006506155.tif 000014
は、ＤＳＶの面上の一組の点ｒiにおけるコールドシールド２０によって生成される磁場のｚ成分であり、
【００４４】
［外６］
2006506155.tif 000015
は、同じ一組の点におけるコイルの磁場のｚ成分であり、Ｃjは残留渦電流効果を左右する一組の数である。最後に、λi及びΛjは、対応するラグランジュ乗数に対応する。量Ａpは、エッジにおける１次コイル上の電流密度のｚ成分の所望の値であり、量
【００４５】
［外７］
2006506155.tif 000016
は、遮蔽コイルのエッジにおける電流密度のｚ成分の値である。連続性条件は、式（６）中の最後の２項によって表わされ、Λp、Λsは、電流の連続性に対する対応するラグランジュ乗数である。量Ａp及びＣjは、変数ではなく、任意に選択されうる。式（６）を導くとき、全磁場の垂直成分は、傾斜セットの長さよりも遙かに長いと仮定される半径ＲCSを有する磁石コールドシールド２０の面上で消えると仮定した。これは、コールドシールド残留渦電流について以下の式を与える。
【００４６】
【数８】
2006506155.tif 000017
式中、１次及び遮蔽電流分布のフーリエ変換Ｆp,s（ｋ）は式（２）で与えられる。
【００４７】
［外８］
2006506155.tif 000018
に関する式（６）の式Ｗの変化は、連続電流分布についての階を決定する。
【００４８】
［外９］
2006506155.tif 000019
に関する式（６）で与えられる式の最適化は、１次コイルのエッジにおいて電流密度の値を調整することによって適切な解を与える。解が見つかった後、１次コイル、遮蔽コイル、及び相互接続面上の連続的な電流分布は、１次コイル上の各ループが同じ電流Ｉを伝え、遮蔽コイル上の各ループが反対の電流を伝えるよう、不連続とされる。不連続とされたコイルは、その性能についてテストされる。即ち、アイソセンタにおける傾斜磁場の強さ、ＤＳＶに亘る傾斜磁場の強さの線形性及び均一性、並びに、スルーレート及び残留渦電流効果である。
【００４９】
連続的な電流分布は、電流路に沿って電流を伝えるコイル７０、７２、７４、８０、８２によって不連続とされ及び近似される。上述の工程によって決定される１次コイル１６、遮蔽コイル１８、及びコイルジャンプ７４の適切な指紋状のパターンを、図５に示す。コイルの左半分及び右半分は、夫々が、同心状の内側円筒面６０、外側円筒面６２を接続する電流共有面６４に沿った固定角度位置φにおけるコイルジャンプ７４によって接続される。
【００５０】
引き続き図５を参照し、更に図６及び図７を参照するに、２つの種類の電流路、即ち、図６に例示される絶縁された１次及び遮蔽コイルターン７０、８０と、図７に示す導通する１次及び遮蔽コイルターン７２、８２が生成される。絶縁された電流ループ７０、８０は、１次又は遮蔽コイル１６、１８上にのみあり、即ち、２つの円筒面６０、６２のうちの一方の上にのみある。導通電流路７２、８２は、１次及び遮蔽コイル１６、１８の両方の上にある、即ち、２つの円筒面６０、６２の両方の上にある電流ループを画成し、コイルジャンプ７４はそれらの間の電流ジャンプ又は相互接続を画成する。
【００５１】
これらの全ての路からのＢz磁場は、ＤＳＶ上の連続的な電流残留渦電流効果と比較されうる、コールドシールド２０上の残留渦電流を決定するために決定されうる。各絶縁されたループ７０、８０は、１次コイル１６又は遮蔽コイル１８のいずれかの上にあり、それ自体の上で閉じている。これらのループの例は図６に示され、図６は、内側円筒面６０上の絶縁された１次ループ７０及び例えば第１象限に配置された絶縁された遮蔽コイルループ８０を示す。各ループは、電流Ｉを伝える。絶縁された１次コイルループ７０上の電流は時計回りに流れ、遮蔽コイルループ８０上の電流は反時計回りに流れる。非平面状の電流共有面６４を通って往復する電流ループを定義する典型的な導電１次及び遮蔽ループ７２、８２を、図７に示す。
【００５２】
不連続なコイル１６、１８から磁石コールドシールド２０中の磁場及び関連する残留渦電流を計算する適切な方法は、経路積分法である。コイルは不連続とされ、従って、各ループを記述する式が知られており、即ち、式φ＝ｆp（z）、φ＝ｆs（z）である。図６に示す隔離されたループについては、条件ｆp（p1）＝ｆp（p2）＝０、ｆs（s1）＝ｆs（s2）＝０が適用される。図７に示す導通するループでは、異なった条件ｆp（p1）＝ｆs（s1）＝０、ｆp（Lp）＝φf、ｆs（Ｌs）＝φfが適用され、φfは、電流共有コイルジャンプが生ずる角度である。以下の説明では、パラメータｐ1、ｐ2、ｓ1、ｓ2ではなく、ｚi及びｚfを用いる。
【００５３】
図７に示す導通ループ７２、８２によって生ずる電流分布は、
【００５４】
【数９】
2006506155.tif 000020
によって与えられ、式（８）中、Ｑp、Ｂp、Ｑs、Ｂsは未知の定数であり、Ｊρ（ρ）、Ｊｚ（ρ）は連続性の式、
【００５５】
【数１０】
2006506155.tif 000021
から決定されるべき未知の関数である。従って、
【００５６】
【数１１】
2006506155.tif 000022
である。このことは、ベクトル・ポテンシャルの全ての成分についての表現を可能とし、従って、磁場及び残留渦電流が見つけられることを可能とする。例えば、全ての４つの象限から組み合わされたループによって生ずる磁場のｚ成分の表現は、
【００５７】
【数１２】
2006506155.tif 000023
によって与えられ、式中、
【００５８】
【数１３】
2006506155.tif 000024
である。cos((2n-1)φ)の中の全ての奇数モードが存在することが認識されよう。これらの表現は、絶縁された及び導通するループの両方に対して成り立つ。それら自体の上で閉じた絶縁されたコイル７０、８０については、
【００５９】
［外１０］
2006506155.tif 000025
は、第１象限の上半分の１次（ｐ）又は遮蔽（ｓ）ループの最初の及び最後の点である。少なくとも１つのコイルジャンプ７４と接続する導通ループ７２、８２は、第１象限の上半分に１次（ｐ）又は遮蔽（ｓ）ループ状の初期の点として
【００６０】
［外１１］
2006506155.tif 000026
を有し、
【００６１】
［外１２］
2006506155.tif 000027
である。式（２）から、残留渦電流のｚ成分に対する結果は、
【００６２】
【数１４】
2006506155.tif 000028
であり、但し、
【００６３】
【数１５】
2006506155.tif 000029
が導入される。
【００６４】
上述のアプローチは、自己遮蔽アキシアル傾斜磁場（Ｚ傾斜磁場）コイルの設計に適合されうる。この場合、１次コイル及び遮蔽コイルの両方上の電流密度のＪφ成分を見つけることで十分である。この成分は、必ずしもコイルエッジにおいて消えない。つまり、電流の連続性の式
【００６５】
［外１３］
2006506155.tif 000030
は、電流密度のＪφ成分がコイルのエッジにおいてでさえもｚの連続関数であるべきであることを意味しない。従って、コイルのエッジにおける電流密度の値は、設計中の自由なパラメータとして扱われうる。従って、
【００６６】
【数１６】
2006506155.tif 000031
であり、関数
【００６７】
［外１４］
2006506155.tif 000032
は、適切にフーリエ級数として表わされ、
【００６８】
【数１７】
2006506155.tif 000033
であり、係数
【００６９】
［外１５］
2006506155.tif 000034
は関数
【００７０】
【数１８】
2006506155.tif 000035
の極値をとることによって決定され。式中、Ｅは、傾斜磁場コイル及びコールドシールドの磁場中の全エネルギーを表わし、
【００７１】
［外１６］
2006506155.tif 000036
は、磁場が所定の値Ｂiを有するＤＳＶ内の一組の点ｒiにおけるコイル磁場のｚ成分であり、
【００７２】
［外１７］
2006506155.tif 000037
は、ＤＳＶの面上の一組の点ｒiにおけるコールドシールド渦電流によって生成される磁場のｚ成分であり、
【００７３】
［外１８］
2006506155.tif 000038
は、同じ一組の点におけるコイルの磁場のｚ成分であり、Ｃjは残留渦電流効果を左右する一組の数である。最後に、λi及びΛjは、対応するラグランジュ乗数に対応する。量Ａp、Ａsは夫々、１次コイル及び遮蔽コイルのエッジにおける電流密度のφ成分の所望の値である。式（１６）に、コールドシールド２０の面上の遮蔽条件、即ち、
【００７４】
【数１９】
2006506155.tif 000039
が組み込まれている。これは、以下の式、
【００７５】
【数２０】
2006506155.tif 000040
によって与えられる、連続残留渦電流分布を生じさせる。
【００７６】
［外１９］
2006506155.tif 000041
に対して式（１６）においてで与えられる関数の最適化は、１次コイル及び遮蔽コイルのエッジにおいて電流密度の値を調整することにより、適当な解を決定する。解が見つかった後、１次コイル及び遮蔽コイルの両方の連続電流分布は、１次コイル上の各ループが同じ電流Ｉを伝え、遮蔽コイル上の各ループが反対の電流を伝えるよう、不連続とされる。不連続とされたコイルは、その性能についてテストされる。即ち、アイソセンタにおける傾斜磁場の強さ、ＤＳＶに亘る傾斜磁場の強さの線形性及び均一性、並びに、スルーレート及び残留渦電流効果である。
【００７７】
典型的な横傾斜磁場コイル設計について説明する。典型的なコイルは、１．２メートルの長さと０．４５メートルのボア半径を有する磁石設計用に設計される。典型的な横傾斜磁場コイルの設計寸法は以下の通りである。ＲP＝0.34385m、ＬP＝0.434メートル、ＲS＝0.435224メートル、ＬS＝0.555メートルである。本願で説明する全ての例において、目標渦電流効果は、-0.22%として選択された。
【００７８】
コイルは、図３に示すフレア角度αが36.9°であるよう調整される。Ｘ傾斜磁場コイルを設計するとき、表１に示す磁場制約条件が用いられる。
【００７９】
【表１】
2006506155.tif 000042
第１の制約条件は、アイソセンタにおけるＧX＝２７ｍＴ／ｍの傾斜磁場強度に対応し、第２の制約条件は傾斜磁場のｚ成分のロールオーバがないことに対して割り当てられ、第２の制約条件はｚ＝０．２メートルでの傾斜磁場強度の不均一性の-23%に対応する。残留渦電流効果の制約条件は、表２で与えられる一組の点に対して適用される。
【００８０】
【表２】
2006506155.tif 000043
コールドシールド２０の半径は、ＲCS＝0.475mであるよう選択される。傾斜磁場組立体の端部における１次コイル１６と遮蔽コイル１８の間のコイルジャンプ７４は、蓄積されたエネルギーのかなりの減少と、残留渦電流効果の変化を生じさせる。１次コイルのエッジにおける全エネルギー対電流密度（式６の量Ａp）と、残留渦電流効果（量Ｃj、式６中の、残留渦電流効果のパーセント尺度）に対する調査がなされた。
【００８１】
図８Ａは、３０ｍＴ／ｍの傾斜磁場強度へ調整し直され、コイルのアイソセンタにおける残留渦電流効果による傾斜磁場強度の損失について考慮に入れるよう戻るよう補正されたシステムのエネルギーを、残留渦電流効果が典型的な-0.22%に等しいときに１次コイルのエッジにおける電流密度の関数として示すプロットである。図８Ｂは、３０ｍＴ／ｍの傾斜磁場強度へ調整し直され、コイルのアイソセンタにおける残留渦電流効果による傾斜磁場強度の損失について考慮に入れるよう戻るよう補正されたシステムのエネルギーを、渦電流効果の関数として示すプロットである。図８Ｂ中、１次コイルのエッジにおける電流密度は、典型的な17.0kA/mに等しい。図８Ａは、コイルのアイソセンタにおいて残留渦電流効果について考慮に入れた後のＧX＝３０ｍＴ／ｍの勾配強度における全エネルギーが、残留渦電流効果の所与の値に対して量Ａpの或る値において最小を有することを示す。この値は、１次コイル１６及び遮蔽コイル１８上の電流密度が不連続とされたとき、ターンの数が整数であるよう適切に調整される。
【００８２】
図９は、図５の広げられたコイルレイアウトに示される連続電流分布についての結果を示す図である。図９に示す連続電流分布は、１象限当たり１次コイル１６に２９のターン及び遮蔽コイル１８上に１９のターンで、半分の象限毎に１４のコイルジャンプ７４で不連続とされた。各閉じたループは、アイソセンタにおいて傾斜磁場強度Ｇ＝３０．０ｍＴ／ｍを生じさせるために電流Ｉ＝398.64Aを通す。半分の象限毎の電流レイアウトを図５に示す。以下、Ｐ及びＳは、全体１次コイル１６及び全体遮蔽コイル１８を夫々示し、コイルジャンプ７４と共に５０ｃｍ×４０ｃｍの撮像体積を与える。
【００８３】
不連続とされた電流は、磁場の質の特性を計算するために使用される。図１０は、Ｘ傾斜磁場の不均一性を示し（横傾斜磁場コイルをＸ傾斜磁場を生成するものとし、もちろん、横傾斜磁場コイルはＹ傾斜磁場又は他の横傾斜磁場を生じさせるよう適切な向きとされうる）、一方で図１１はＺ傾斜磁場の不均一性を示す。
【００８４】
図１２は、図５に示す電流経路を有するＸ傾斜磁場コイルにより生成される残留渦電流のｚ成分を示す。図１２の残留渦電流及び図５に示す不連続なループは、５０ｃｍ×４０ｃｍの体積に亘り残留渦電流効果を計算するのに使用された。この結果を連続的な電流から得られたものと比較したものを図１３に示す。この図は、不連続な手順が体積に亘る大きさ及びその変動に関して実質的な誤差を生じさせないことを示す。
【００８５】
図１４及び図１５を参照するに、図５にレイアウトが示されている横傾斜磁場コイルは、不連続に可変の視野を与えるよう、容易に適合される。適切な変更では、１次コイルの指紋状のパターンの目の付近の１４個の隔離された１次コイル７０は、図１４に示され、本願においてＰ２と示される相互接続されたコイルを定義するよう残りから電気的に減結合される。図１５に示すように、１次コイル１６の残りＰ１は、遮蔽コイル１８と電気的に接続されたままである。便宜上、元の結合された１次コイル１６をここではＰと示す。従って、Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２である。同様に、遮蔽コイル１８をここではＳと示す。
【００８６】
図１６を参照するに、第２の遮蔽コイルＳ２は、１次コイルＰ２を有する１４個の電気的に接続され値内ループについて補償するよう設計される。第２の遮蔽コイルＳ２の半径方向の位置は、0.415224mである。第２の遮蔽コイル上の電流レイアウトを図１６に示す。第２の遮蔽Ｓ２上の電流は、Ｉ＝398.64Aである。図１５に示すコイルと図１６に示す第２の遮蔽コイルの組合せは、電流が１次コイル上と同じ方向に流れるとき、３０ｃｍである減少されたＤＳＶを与える。２モード傾斜磁場コイルの傾斜磁場強度の不均一性及び非線形性について、図１７及び図１８に夫々示す。図５のレイアウトに対応する主モードコイルは５０ｃｍ×４０ｃｍの撮像体積を与え、図１５のコイルを図１６に示す第２の遮蔽Ｓ２と組み合わせると３０ｃｍＤＳＶが与えられる。
【００８７】
第２の電源が与えられると、傾斜磁場コイル１６、１８は、３つの不連続な視野を与えるよう更に変更されうる。第２の遮蔽コイルＳ２は、半径方向上の同じ位置に配置された８ターン遮蔽コイルＳ２’によって置き換えられる。５０ｃｍ×４０ｃｍの撮像体積を与えるベースモードは、電流Ｉで駆動される図５に示す傾斜磁場コイルによって発生される。
【００８８】
３０ｃｍＤＳＶを与える第２のモードは、電流Ｉで駆動される図１５に示す傾斜磁場コイルを、電流Ｉ／２で駆動される図１９に示す第２の遮蔽Ｓ２と組み合わせることによって発生される。従って、２つの電源（又は電流分配器）が用いられる。
【００８９】
第３のモードは、図１４の内側１４ループコイルＰ２と同時に動作する図１５に示す傾斜磁場コイルによって発生される。１次コイルＰ２中の電流は、図１５の１次コイルＰ１中の電流に対して逆とされる。図１９の第２の遮蔽Ｓ２は、電流−Ｉで駆動される。この第３のモードでは、全てのコイルが直列に駆動され、１つの電源が用いられる。この形態は、２６ｃｍＤＳＶを与える。
【００９０】
２つのコイルが直列に駆動されると、直列結合されたコイルのスルーレートは、
【００９１】
【数２１】
2006506155.tif 000044
によって与えられ、Ｓはコイルの感度、即ち、
【００９２】
【数２２】
2006506155.tif 000045
であり、Ｇ及びＩは夫々、傾斜磁場の強度及び電流であり、Ｖは電源の出力電圧であり、Ｒはケーブル抵抗を含むコイルの抵抗であり、Ｌはケーブル及びフィルタのインダクタンスを含むコイルのインダクタンスである。
【００９３】
図２０を参照するに、２つのコイルが並列に駆動されると、組み合わされたコイルのスルーレートは、２つの電気回路間の結合式を考えることにより見つかり、これは、
【００９４】
【数２３】
2006506155.tif 000046
で与えられ、Ｌ1、Ｒ1、Ｖ1及びＬ2、Ｒ2、Ｖ2は、夫々、第１及び第２の回路のインダクタンス、抵抗、及び出力電圧であり、Ｍはこれらの２つのコイルの間の相互インダクタンスである。次に、結合されたコイルのスルーレートは、
【００９５】
【数２４】
2006506155.tif 000047
によって与えられ、Ｓ1、Ｓ2は、それぞれ第１及び第２のコイルの感度である。
【００９６】
更に、１次コイル１６及び２次又は遮蔽コイル１８を含む図５の傾斜磁場コイルもまた、ここでは夫々Ｐ及びＳと示し、連続的な視野を与えるよう容易に変更される。
【００９７】
最大のＦｏＶを有する撮像体積を与える最初のコイルシステムＰ＋Ｓから開始して、可変ＦｏＶシステムは、以下の方法で達成されうる。（１）１次コイルの目の近くで幾つかのターンを電気的に切り離し（このことは、例えば図１４に示すコイルＰ２を定義する）、残る１次コイルはＰ１＝Ｐ−Ｐ２（例えば図１５に示す）である。コイルＰ１は、傾斜磁場の端におけるコイルジャンプ７４により遮蔽コイル１８の導通コイルターン８２と導通する導通コイルターン７２を含む。これらの相互接続の位置は、既知であり、固定である。任意に、コイルＰ１は、内側円筒面６０上にのみ存在する幾つかの隔離されたターンを有する。
【００９８】
第２の遮蔽Ｓ１は、以下の条件に一致するよう設計される。即ち、（i）このコイル上の円錐ジャンプの数及びそれらの角度的及び軸方向の位置は１次コイルＰ１上のものと一致し、及び、（ii）遮蔽Ｓ１は１次コイルＰ１と共に良く遮蔽された対を形成する。システムＰ１＋Ｓ１は、図５の傾斜磁場コイル１６、１８に対して減少されたＤＳＶ１＜ＤＳＶを与える。
【００９９】
第２の遮蔽コイルＳ２''は、コイルＰ２に対して設計される。第２の遮蔽コイルＳ２''は、コイルＰ２と共に良く遮蔽された対を形成する。Ｓ１とＳ２''の組合せは、最初のコイルＳと同等である。元のコイルＰは使用されない（これは、設計手順における中間処理操作であった）。むしろ、２つの良く遮蔽されたコイル対が使用される。即ち、Ｐ１＋Ｓ１及びＰ２＋Ｓ２''は、設計の最終的な結果である。
【０１００】
これらのコイルの組は、以前の例において不連続に選択可能なＦｏＶ又は連続的に可変のＦｏＶを与えるのに用いられる。不連続に選択可能なＦｏＶでは、コイル（Ｐ１＋Ｐ２）＋（Ｓ１＋Ｓ２''）は初期撮像体積ＤＳＶを与える。コイルＰ１＋Ｐ２は、ＤＳＶ１＜ＤＳＶを与える。コイル（Ｐ１−Ｐ２）＋（Ｓ１−Ｓ２''）は、ＤＳＶ２＜ＤＳＶ１を与える。
【０１０１】
図２１を参照するに、連続的に可変なＦｏＶに対して、コイル組（Ｐ１＋Ｐ２）及び（Ｐ２＋Ｓ２''）は、２つの電源と共に用いたときに、連続的に可変のＦｏＶを与える。この配置では、１つのコイル組（Ｐ１＋Ｓ１）は、第１の電源からの電流Ｉによって駆動され、コイル組（Ｐ２＋Ｓ２''）は第２の電源からの電流α＊Ｉによって駆動される。パラメータαは、ＦｏＶの寸法を調整する。
【０１０２】
図２２を参照するに、連続的に可変な視野を有する他の傾斜磁場コイルについて説明する。このアプローチでは、良く遮蔽されたコイルは、上述の処理操作に従って設計され、非平面状の電流共有面に亘る１次及び遮蔽傾斜磁場コイルに対応する内側円筒面と外側円筒面の間の電流の伝達を含む。図２２は、３２ｃｍＤＳＶを生成するコイルに対する適切な連続的な電流密度を示す。
【０１０３】
補正又はシム傾斜磁場コイルは、コイルのアイソセンタにおいてゼロの傾斜磁場強度を生成し、３２ｃｍＤＳＶ傾斜磁場コイルと共に５０ｃｍ×４０ｃｍＤＳＶを生成するよう設計されている。補正コイルは、それ自体が良く遮蔽されている。
【０１０４】
補正コイルは、以下のように適切に設計される。５０ｃｍ×４０ｃｍの撮像体積を与え、アイソセンタにおいて３２ｃｍＤＳＶコイルと同じ傾斜磁場強度を有する非平面状の電流共有面を含む良く遮蔽された傾斜磁場コイルが設計される。１次コイルのエッジにおける電流密度の値は、３２ｃｍＤＳＶを与える傾斜磁場コイルのものと同じである。５０ｃｍ×４０ｃｍ及び３２ｃｍＤＳＶの（１次及び別々の遮蔽コイル上の）電流密度の間の差（減算）は、補正コイルを画成する。コイルのエッジにおける電流密度の値は、正しい不連続化を可能とするよう調整される。補正傾斜磁場コイル上の電流密度の例を、図２２に示す。
【０１０５】
３２ｃｍＤＳＶ傾斜磁場コイルの電流分布は、図２４に示すような電流レイアウトを発生するよう不連続とされる。同様に、補正又はシム電流分布は、図２５及び図２６に夫々示す１次及び遮蔽シムコイル電流といった電流レイアウトを発生するよう不連続とされる。
【０１０６】
補正傾斜磁場コイル中の電流の量の変化は、ＦｏＶの連続的な変化を可能とする。図２１の駆動コイル相互接続は、図２４の３２ｃｍＦｏＶ傾斜磁場と、図２５及び図２６の補正コイルを駆動するのに使用されうる。このアプローチでは、コイルＰ１及びＳ１は、３２ｃｍＦｏＶを与える図２４の良く遮蔽されたコイル組に対応し、Ｐ２及びＳ２’’は図２５及び図２６に示すよう遮蔽された補正コイル対に対応する。
【０１０７】
図２４乃至図２６は、１次コイル（図２４）が図２５及び図２６の補正コイルの協同的な動作によって連続的に拡大可能な基本視野（３２ｃｍ）を生じさせる配置を示す。或いは、基本コイルは、補正コイルの協働的な動作によって連続的に減少可能な大きい基本視野を与えうる。
【０１０８】
更に、本願では横Ｘ傾斜磁場コイルの設計について説明するが、当業者は、横Ｙ傾斜磁場コイルの設計がＸ傾斜磁場コイルの設計と略同様であり、全体傾斜磁場組立体の９０°の回転だけ異なることを認識するであろう。
【０１０９】
本願に記載の傾斜磁場コイル設計手順は、他の設計の面に適応するよう容易に変更される。例えば、傾斜磁場コイル上の局所的な力は、傾斜磁場コイル上の純（スラスト）力がゼロとなるよう更なる制約を導入することによって減少されうる。この制約条件は、傾斜磁場コイルがそれと共に用いられる主磁石に関する情報を組み込む。傾斜磁場コイル上の局所的な力の減少は、コイルが作動したときの傾斜磁場管偏向を減少させうる。
【０１１０】
本発明について、望ましい実施例を参照して説明した。明らかに、上述の詳細な説明を読み、理解することにより、他者は変更及び変形を思いつくであろう。本発明は、添付の請求項の範囲又はそれと同等のものともに、全てのかかる変更及び変形を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】典型的な磁気共鳴撮像装置を部分断面図で示すとともに、磁気共鳴撮像を行う補助的な構成要素を示す図である。
【図２】１次傾斜磁場コイル及び遮蔽傾斜磁場コイルのフレア状配置、及び、１次傾斜磁場コイルと遮蔽傾斜磁場コイルの間で電流を往復して通過させる電流共有面を示す拡大断面図である。
【図３】適切な次元の名称が重ね合わされた、図２の１次及び遮蔽傾斜磁場コイルの幾何学的配置を示す断面図である。
【図４】１次傾斜磁場コイル及び遮蔽傾斜磁場コイルの幾何学的配置を示す斜視図である。
【図５】Ｘ傾斜磁場１次及び遮蔽傾斜磁場コイル、並びに、相互に接続させるコイルジャンプの広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図６】図５の傾斜磁場の典型的な絶縁された１次及び遮蔽コイルターンを示す図である。
【図７】図５のＸ傾斜磁場コイルの典型的な導通する１次及び遮蔽コイルターンを示す図である。
【図８Ａ】ＧX＝３０ｍＴ／ｍであり渦電流効果が−０．２２％である典型的な縦傾斜磁場コイル設計についての、１次コイルのエッジにおける電流密度のｚ成分に対する傾斜磁場コイル系エネルギーのプロットを示す図である。
【図８Ｂ】ＧX＝３０ｍＴ／ｍ及びＪzp,edge＝１７ｋＡ／ｍを有する典型的な横傾斜磁場コイル設計についての、残留渦電流効果に対する傾斜磁場コイル系エネルギーのプロットを示す図である。
【図９】図５に示す１次コイル及び遮蔽コイルレイアウトについての電流密度のｚ成分のプロットを示す図である。
【図１０】図５に示す１次コイル及び遮蔽コイルレイアウトについての０．００１メートル半径でのＸ傾斜磁場不均一性のプロットを示す図である。
【図１１】図５に示す１次コイル及び遮蔽コイルレイアウトについて、半径位置の関数としてｚ＝０メートルでのＸ線傾斜磁場非線形性のプロットを示す図である。
【図１２】図５に示すコイルレイアウトによって生ずるアキシアル位置Ｚの関数としての残留渦電流分布のプロットを示す図である。
【図１３】図９の連続的な電流及び図５の不連続なコイルについての、アキシアル位置Ｚの関数として渦電流効果を比較するプロットを示す図である。
【図１４】ジャンプを有する図５の１次コイル上の１４つのターンを選択することによって形成されるコイルＰ２の広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図１５】図１４の１次傾斜磁場コイルＰ２の１４つの絶縁された１次コイルターンを切り離すことにより形成されるコイルＰ１の広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図１６】第２の視野を画成するようコイルＰ１と共に動作する第２の遮蔽コイルＳ２の広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図１７】図５及び図１４乃至図１６に示す傾斜磁場コイルの２つの不連続な視野についてのＸ傾斜磁場非均一性のプロットを示す図である。
【図１８】図５及び図１４乃至図１６に示す傾斜磁場コイルの２つの不連続な視野についてのＸ傾斜磁場非線形性のプロットを示す図である。
【図１９】３つの視野を有する不連続に可変の傾斜磁場コイルを画成するよう、図５、図１４、及び図１５のコイルと共に動作する第２の遮蔽コイルＳ２’の広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図２０】並列に組み合わされたコイルについてのスルーレートを計算するよう指定された名称を有する、並列に駆動される２つの傾斜磁場コイルを示す図である。
【図２１】連続的に変化する視野を与えるよう、単一面上に配置された２つの１次コイルと、本願で説明するように設計された２つの遮蔽コイルとを示す図である。
【図２２】３２ｃｍＤＳＶ視野を与える１次コイル及び遮蔽コイルについての電流密度のｚ成分のプロットを示す図である。
【図２３】連続的に可変の視野を生じさせるよう図２２の３２ｃｍＤＳＶコイルと協働する補正又はシムコイルの１次コイル及び遮蔽コイルについての電流密度のｚ成分のプロットを示す図である。
【図２４】図２２の３２ｃｍＤＳＶコイルの１次傾斜磁場コイル及び遮蔽傾斜磁場コイル、並びに、不連続な電流密度の相互接続するコイルジャンプの広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図２５】補正コイルの１次傾斜磁場コイルの広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【図２６】補正コイルの遮蔽傾斜磁場コイルの広げられた半象限レイアウトを示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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