JP7119241B2 - 片面式高速ｍｒｉ勾配磁場コイルおよびその応用 - Google Patents

Description

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムは、主として密閉型フォームファクタを活用することに集中してきた。このフォームファクタは、電磁場生成材料および撮像システム部品で撮像領域を包囲することを含む。典型的なＭＲＩシステムは円筒形ボア磁石を含み、そこで患者が撮像のために磁石の管内に配置される。そして、撮像を実行するために、無線周波数（ＲＦ）送信（ＴＸ）コイル、ＲＦ受信（ＲＸ）コイル、および電磁勾配発生コイルなどの部品が、患者を効果的に包囲するように患者に対して多くの側に設置される。

典型的には、電磁勾配発生コイルは、視野全体にわたり線形で単調な磁場勾配を生成するように大型であり視野（すなわち撮像領域）を完全に包囲する。部品の配置は、ほとんどの現在のＭＲＩシステムにおいて、患者を実質的に包囲して患者の移動を厳しく制限し、撮像領域内に患者が出入りする間の追加的負担を引き起こすことがあり得る。したがって、次世代のＭＲＩシステムにおいて、患者の快適さおよび煩わしい制限に関する上記の問題点をさらに軽減する現代的な撮像構成を提供することが必要とされている。

本開示の少なくとも１つの態様は磁気撮像装置に関する。装置は、電流を供給する電源と、電源に接続された片面式（ｓｉｎｇｌｅ－ｓｉｄｅｄ）勾配コイルセットとを含む。さまざまな実施形態によれば、コイルセットが開口を有する。さまざまな実施形態によれば、コイルセットはまた、開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを含む。さまざまな実施形態によれば、第１の位置が開口に対して第２の位置の反対側にある。装置のいくつかの実装形態では、コイルセットが、１つ以上の第１の螺旋コイルおよび１つ以上の第２の螺旋コイルを通して電流を受けて、コイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射されるように構成された電磁場勾配を発生させるように構成される。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが非平面状であり、前記撮像領域を部分的に包囲するように配向される。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが前記開口に対して非平面状であり、前記開口を挟んで互いに鏡像をなす。

さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が前記撮像領域で実質的に一様である。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第１の螺旋コイルを備える。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第２の螺旋コイルを備える。

さまざまな実施形態によれば、前記電流が前記１つ以上の第１の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化する。

さまざまな実施形態によれば、前記電流が前記１つ以上の第２の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化する。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルが、大きな第１の一次電磁場勾配を生成するように構成され、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の二次螺旋コイルが、小さな第１の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第１の一次電磁場勾配を調節するように構成される。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルが、大きな第２の一次電磁場勾配を生成し、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の二次螺旋コイルが、小さな第２の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第２の一次電磁場勾配を調節する。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第１の電磁場勾配を発生させる。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第２の電磁場勾配を発生させる。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが接続されて単一の電流ループを形成する。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが相異なる材料を含む。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルの直径が約１０μｍ乃至約１０ｍである。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記電磁場勾配を調節するための１つ以上の電子部品をさらに備える。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の電子部品が、少なくとも１つのＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチを含む。さまざまな実施形態によれば、チューニングのために使用される前記１つ以上の電子部品が、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配をチューニングすることが、前記電流を変化させることまたは前記１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることを含む。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに含み、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される。

本開示の少なくとも１つの態様は磁気撮像装置を使用する方法に関する。方法は、電源を用意することと、電源に接続された片面式勾配コイルセットを用意することとを含む。さまざまな実施形態によれば、コイルセットは開口を有する。さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを備える。さまざまな実施形態によれば、第１の位置が開口に対して第２の位置の反対側にある。

さまざまな実施形態によれば、方法は、電源をオンにして１つ以上の第１の螺旋コイルおよび１つ以上の第２の螺旋コイルに電流を流すことにより、コイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射される電磁場勾配を発生させることを含む。

さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに備える。さまざまな実施形態によれば、方法は、前記電流を変化させることによって、または、前記１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、前記電磁場勾配をチューニングすることをさらに含む。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される。

本開示の少なくとも１つの態様は磁気撮像装置に関する。装置は、電流を供給する電源と、電源に接続された片面式勾配コイルセットとを備え、コイルセットは、コイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射される立上り時間が約１０μｓ未満の電磁場勾配を発生させるように構成される。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、開口と、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとをさらに含み、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にある。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが非平面状であり、前記撮像領域を部分的に包囲するように配向される。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが前記開口に対して非平面状であり、前記開口を挟んで互いに鏡像をなす。

さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が前記撮像領域で実質的に一様である。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第１の螺旋コイルを備える。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第２の螺旋コイルを備える。

装置のいくつかの実装形態では、前記電流が前記１つ以上の第１の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化する。

さまざまな実施形態によれば、前記電流が前記１つ以上の第２の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化する。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルが、大きな第１の一次電磁場勾配を生成するように構成され、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の二次螺旋コイルが、小さな第１の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第１の一次電磁場勾配を調節するように構成される。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルが、大きな第２の一次電磁場勾配を生成し、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の二次螺旋コイルが、小さな第２の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第２の一次電磁場勾配を調節する。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第１の電磁場勾配を発生させる。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第２の電磁場勾配を発生させる。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが接続されて単一の電流ループを形成する。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが相異なる材料を含む。

さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルの直径が約１０μｍ乃至約１０ｍである。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記電磁場勾配を調節するための１つ以上の電子部品をさらに備える。さまざまな実施形態によれば、前記１つ以上の電子部品が、少なくとも１つのＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチを含む。さまざまな実施形態によれば、チューニングのために使用される前記１つ以上の電子部品が、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む。さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配をチューニングすることが、前記電流を変化させることまたは前記１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることを含む。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される。

本開示の少なくとも１つの態様は磁気撮像装置を使用する方法に関する。方法は、電源を用意することと、電源に接続された片面式勾配コイルセットを用意することとを含む。方法は、電源をオンにしてコイルセットに電流を流すことを含む。方法は、立上り時間が約１０μｓ未満の電磁場勾配を発生させることを含む。方法は、電磁場勾配をコイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射することを含む。

さまざまな実施形態によれば、前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに備える。さまざまな実施形態によれば、前記電流を変化させることによって、または、前記１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、前記電磁場勾配をチューニングすることをさらに含む。

さまざまな実施形態によれば、前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される。

これらおよび他の態様および実装形態が以下に詳細に説明される。上記の情報および下記の詳細な説明は、さまざまな態様および実装形態の説明的な例を含み、特許請求の範囲に記載される態様および実装形態の性質および特徴を理解するための概要または枠組を提供する。図面は、さまざまな態様および実装形態の例示およびさらなる理解を提供し、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。

添付の図面は縮尺通りに描かれることを意図していない。さまざまな図面における同様の参照番号および符号は同様の要素を示す。明確さのため、あらゆる部品があらゆる図面でラベル付けされているとは限らない。

さまざまな実施形態による、磁気撮像装置の実装形態の概略図である。

さまざまな実施形態による、片面式勾配コイルセットの実装形態の概略図である。

さまざまな実施形態による、片面式勾配コイルセットの実装形態の概略図である。

さまざまな実施形態による、片面式勾配コイルセットの実装形態の概略図である。

さまざまな実施形態による、磁気撮像装置を使用する方法のフローチャートである。

さまざまな実施形態による、磁気撮像装置を使用する別の方法のフローチャートである。

ＭＲＩシステムのための典型的な電磁勾配コイル構成は大型であり、通常は視野すなわち撮像領域を包囲する。特に、磁気撮像中に空間符号化のための勾配磁場を発生させるために使用されるコイルは一般に大型であり、通常は患者に対して複数の側に配置される。勾配磁場コイルは一般に、円筒形のフォームファクタに成形された、曲がったフィンガープリント構成（curved fingerprint configuration）で構築される。ＭＲＩ画像の直接的な数学的再構成を作成するために、勾配磁場コイルは、発生する磁場が対象領域すなわち撮像領域にわたって線形となるように設計される。典型的なＭＲＩシステムの場合、コイルが患者を包囲すればするほど、勾配磁場が撮像領域においてより線形になる。したがって、勾配磁場コイルは患者を包含するように特に設計される。しかし、フォームファクタが片面式ＭＲＩシステムに現代化され、患者を包囲することがもはや選択肢とはならない場合には、勾配磁場コイルのこのような構成は機能しない。

患者の快適さをさらに向上させ、かつ現行のＭＲＩシステムの煩わしい移動制限をさらに減らすするため、片面式ＭＲＩシステムが開発されてきた。本明細書に記載される開示は一般に、片面式ＭＲＩシステムの磁気撮像装置およびその応用に関する。特に、記載される技術は、片面式ＭＲＩシステムで作動するように構成されたいくつかの勾配磁場螺旋コイルを備えた片面式勾配コイルセットを有する磁気撮像装置に関する。本明細書に記載されるように、開示される片面式ＭＲＩシステムは、電磁場生成材料および撮像システム部品によって患者が片側でカバーされるが完全には包囲されないように構成可能である。本明細書に記載される構成は、ＭＲＩシステムから患者を出し入れする際の不要な負担が削減される一方、患者が動くことへの制限が少ない。換言すれば、片面式勾配コイルセットが患者の片側のみに配置されることで、患者はＭＲＩシステム内に閉じ込められたと感じない。

本明細書に開示される技術は、片面式勾配コイルセットの新規な構成とともに、外向きにある距離だけ片面式勾配コイルセットから離れた撮像領域（すなわち対象領域）内に空間的に変化する勾配磁場を発生させる方法を含む。本明細書に開示される片面式勾配コイルセットは、コイルセット自体から離れた所でほぼ線形の磁場を発生させる１つ以上のコイル構成を含む。開示される構成は、片面式ＭＲＩシステムにおける撮像のためにコイルがもはや患者を包囲することができないため、コイルセットの間で外向きに投射されるほぼ線形の勾配磁場を発生させることを意図している。換言すれば、勾配コイルセットが片面式ＭＲＩシステムで作動するためには、撮像のための勾配磁場をコイルセット自体から離れた所で発生させなければならない。磁場を外向きに片面式勾配コイルセットから離れた所へ投射するために、開示されるコイル構成には、一組の、または組違いの相異なるサイズのコイルが含まれ、それらが配列される。

本明細書に記載されるさまざまな実装形態では、片面式勾配コイルセットは、異なる螺旋コイルまたは異なる螺旋コイルセットにおいて互い違いの方向に電流を流すことにより、勾配磁場の立上り時間を最小化して、離れた対象領域内に投射される空間的に変化する磁場を発生させるように構成可能である。本明細書に開示されるさまざまな実装形態では、勾配磁場の線形性は、片面式である勾配磁場システムにとって十分なものである。さらに、本明細書に開示されるコイルセット構成は、迅速に立ち上がることが可能な勾配磁場を発生させることにより、結果として得られる画像のスキャン時間や空間解像度を改善し、生体効果を低減することが意図されている。可能性のある生体効果として、急速に変化する電磁場からの末梢神経刺激または動作中に上昇するコイル温度による加熱が挙げられる。

図１は、さまざまな実施形態による、磁気撮像装置１００の例示的実装形態の概略図である。図１に示すように、装置１００は、片面式勾配コイルセット１２０を含み、これは勾配磁場を外向きにコイルセット１２０から離れた視野１３０内に投射するように構成される。さまざまな実施形態によれば、視野１３０は、患者が所在する磁気共鳴撮像のための対象領域（すなわち、撮像領域）である。患者はコイルセット１２０から離れた視野１３０に所在するので、装置１００は片面式ＭＲＩシステムにおける使用に適している。

図に示すように、コイルセット１２０は、多様な大きさの多様なセットの螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄ（まとめて「螺旋コイル１４０」という）を含む。螺旋コイル１４０の各セットは少なくとも１つの螺旋コイルを含み、図１では３個の螺旋コイルを含むように示されている。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０における各螺旋コイルは、その中心における電気接点および螺旋コイルの外縁上の電気接点出力を有することで、中心から外縁に、またはその逆に螺旋を巻く電気伝導性材料の単一連続ループを形成する。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０における各螺旋コイルは、螺旋コイルの第１の位置にある第１の電気接点および螺旋コイルの第２の位置にある第２の電気接点を有することで、第１の位置から第２の位置に、またはその逆に電気伝導性材料の単一連続ループを形成する。

さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０の横方向寸法は、約０．００１ｍｍ乃至約１５ｍである。さまざまな実装形態では、コイルセット１２０の横方向寸法は、約０．００１ｍ乃至約１０ｍ、約０．０１ｍ乃至約８ｍ、約０．０３ｍ乃至約６ｍ、約０．０５ｍ乃至約５ｍ、約０．１ｍ乃至約３ｍ、約０．２ｍ乃至約２ｍ、約０．３ｍ乃至約１．５ｍ、約０．５ｍ乃至約１ｍ、または約０．０１ｍ乃至約３ｍである（数値間の任意の横方向寸法を含む）。

図１に示すように、コイルセット１２０はその中心に開口１２５をも含み、螺旋コイル１４０が開口１２５の周りに配置される。開口１２５自体は、その内部に磁性材料となるいかなるコイル材料も含まない。コイルセット１２０は、コイルセット１２０の外縁上に開口部１２７をも含み、そこに螺旋コイル１４０が配置され得る。別の言い方をすれば、開口１２５および開口部１２７は、内部に螺旋コイル１４０が配置され得るコイルセット１２０の境界を画定する。さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は中心に穴を有するボウル形状を形成する。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は開口１２５の両側に形成される。例えば、螺旋コイル１４０ａは開口１２５に対して螺旋コイル１４０ｃの反対側に配置される。同様に、螺旋コイル１４０ｂは開口１２５に対して螺旋コイル１４０ｄの反対側に配置される。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａおよび螺旋コイル１４０ｃは互いの反対側に形成される。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ｂおよび螺旋コイル１４０ｄは互いの反対側に形成される。さまざまな実施形態によれば、図１に示すコイルセット１２０内の螺旋コイル１４０は、視野１３０内の勾配磁場に空間的符号化を生成するように構成される。

図１に示すように、コイルセット１２０は、電気接点１５２および１５４を螺旋コイル１４０のうちの１つ以上に取り付けることによって、電気接点１５２および１５４を介して電源１５０にも接続される。さまざまな実装形態では、電気接点１５２は螺旋コイル１４０のうちの１つに接続され、次いでその螺旋コイル１４０は直列および／または並列に他の螺旋コイル１４０に接続され、次いで他の１つの螺旋コイル１４０が電気接点１５４に接続されることで電流ループを形成する。さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０はすべて電気的に直列接続される。さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０はすべて電気的に並列接続される。さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０のうちのいくつかは電気的に直列接続される一方で、他の螺旋コイル１４０は電気的に並列接続される。さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０ａは電気的に直列接続される一方で、螺旋コイル１４０ｂは電気的に並列接続される。さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０ｃは電気的に直列接続される一方で、螺旋コイル１４０ｄは電気的に並列接続される。螺旋コイル１４０における各螺旋コイルまたは螺旋コイル１４０の各セットの間の電気的接続は、視野１３０に磁場を発生させるように必要に応じて構成され得る。

さまざまな実装形態では、コイルセット１２０は、図１に示すように広がる螺旋コイル１４０を含む。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットのそれぞれは、螺旋コイルの各セットが別のセットから９０°の角度だけ離れるように、開口１２５から開口部１２７へ一列に構成される。さまざまな実施形態によれば、１４０ａおよび１４０ｂは相互に４５°の角度をなして置かれ、１４０ｃおよび１４０ｄは相互に４５°の角度をなして置かれるが、１４０ｃは１４０ｂの反対側で１３５°の角度に置かれ、１４０ｄは１４０ａの反対側で１３５°の角度に置かれる。要するに、螺旋コイル１４０のセットのいずれも、螺旋コイル１４０の任意の数「ｎ」個のセットを任意に配列する構成が可能である。

さまざまな実装形態では、螺旋コイル１４０は同じ直径を有する。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットのそれぞれは同じ直径を有する。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は異なる直径を有する。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットのそれぞれは異なる直径を有する。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットのそれぞれにおける螺旋コイルは異なる直径を有する。さまざまな実施形態によれば、１４０ａおよび１４０ｂは同じ第１の直径を有し、１４０ｃおよび１４０ｄは同じ第２の直径を有するが、第１の直径および第２の直径は同じでない。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０における各螺旋コイルの直径は約１０μｍ乃至約１０ｍである。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０における各螺旋コイルの直径は、約０．００１ｍ乃至約９ｍ、約０．００５ｍ乃至約８ｍ、約０．０１ｍ乃至約６ｍ、約０．０５ｍ乃至約５ｍ、約０．１ｍ乃至約３ｍ、約０．２ｍ乃至約２ｍ、約０．３ｍ乃至約１．５ｍ、約０．５ｍ乃至約１ｍ、または約０．０１ｍ乃至約３ｍである（数値間の任意の直径を含む）。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は単一の電気回路ループ（または単一の電流ループ）を形成するように接続される。図１に示すように、例えば、螺旋コイル１４０における１つの螺旋コイルが電源１５０の電気接点１５２に接続され、別の螺旋コイルが電気接点１５４に接続されることで、螺旋コイル１４０は電気回路を完成する。

さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は約１μＴ乃至約１０Ｔの電磁場強度（本明細書では「電磁場勾配」または「勾配磁場」ともいう）を生じさせる。さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は、約１００μＴ乃至約１Ｔ、約１ｍＴ乃至約５００ｍＴ、または約１０ｍＴ乃至約１００ｍＴの電磁場強度を生じさせることができる（数値間の任意の磁場強度を含む）。さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は、約１μＴ、約１０μＴ、約１００μＴ、約１ｍＴ、約５ｍＴ、約１０ｍＴ、約２０ｍＴ、約５０ｍＴ、約１００ｍＴ、または約５００ｍＴよりも大きい電磁場強度を生じさせることができる。

さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は、立上り時間が約１００μｓ未満の速度でパルス状の電磁場を発生させる。さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は、立上り時間約１μｓ、約５μｓ、約１０μｓ、約２０μｓ、約３０μｓ、約４０μｓ、約５０μｓ、約１００μｓ、約２００μｓ、約５００μｓ、約１ｍｓ、約２ｍｓ、約５ｍｓ、または約１０ｍｓ未満の速度でパルス状の電磁場を発生させる。

さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は、対象領域１３０を部分的に包囲するように配向される。さまざまな実施形態によれば、コイルセット１４０は互いに対して非平面状である。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットは互いに対して非平面状である。別の言い方をすれば、螺旋コイル１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄのセットのそれぞれの螺旋コイル１４０は、患者が所在する対象領域１３０を包囲する３次元構造体を形成する。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は同じ材料を含む。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は異なる材料を含む。さまざまな実施形態によれば、セット１４０ａ内の螺旋コイルは同じ第１の材料を含み、セット１４０ｂ内の螺旋コイルは同じ第２の材料を含み、セット１４０ｃ内の螺旋コイルは同じ第３の材料を含み、セット１４０ｄ内の螺旋コイルは同じ第４の材料を含むが、第１、第２、第３および第４の材料は異なる材料である。さまざまな実施形態によれば、第１および第２の材料は同じ材料であるが、その同じ材料は、同じである第３および第４の材料とは異なる。要するに、螺旋コイル１４０のうちのいずれも、コイルセット１２０の構成によっては同一材料製であってよいし、異なる材料製であってもよい。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は中空な管または中実な管を含む。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は１つ以上の巻線を含む。さまざまな実施形態によれば、巻線はリッツ線または任意の電気伝導線を含む。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０は、銅、アルミニウム、銀、銀ペースト、または、金属、合金もしくは超伝導金属、合金もしくは非金属を含む任意の高電気伝導性材料を含む。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル１４０はメタマテリアルを含む。

さまざまな実施形態によれば、コイルセット１２０は磁場をチューニングするための１つ以上の電子部品を含む。１つ以上の電子部品は、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含むスイッチを含むことができる。さまざまな実施形態によれば、コイルは、電気回路に沿って１つ以上の電子部品のいずれかを含むように構成され得る。さまざまな実施形態によれば、１つ以上の部品は、能動的に電気を導通しないミューメタル、誘電体、磁性、または金属性部品を含むことができ、コイルをチューニングすることができる。さまざまな実施形態によれば、チューニングのために使用される１つ以上の電子部品は、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む。さまざまな実施形態によれば、電磁場をチューニングすることは、電流を変化させることまたは１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることによることを含む。さまざまな実施形態によれば、コイルは極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている。

図２は、片面式勾配コイルセット２００の実装形態の概略図である。図に示すように、コイルセット２００は、離間して横方向に互いに隣り合って配置された螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃを含む。コイルセット２００内の螺旋コイルの一般的概念を伝える例示的な目的のために図２には３個の螺旋コイルのみが示されているが、その例示は本明細書に記載される技術を限定するとされるべきでない。図２に示すような方向２５０ａ、２５０ｂ、および２５０ｃに電流を供給するために、電流源（図示せず）が螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃのそれぞれに接続される。螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃに電流が方向２５０ａ、２５０ｂ、および２５０ｃに流れることによって、それぞれの磁場２６０ａ、２６０ｂ、および２６０ｃを発生させる。図示のように、それぞれの螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃによって発生する磁場２６０ａ、２６０ｂ、および２６０ｃのそれぞれの方向、大きさ、一様性などは、所望の全体的な電磁場または勾配磁場プロファイルが得られるように具体的に構成することができる。

図２に示す構成を用いて、例えば、中間の螺旋コイル２４０ｂに２つの他の螺旋コイル２４０ａおよび２４０ｃとは反対方向に電流を流すことによって、磁場高調波の効果を減少させることができる。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル２４０ｂは磁場の大部分を発生させるように構成可能である一方、螺旋コイル２４０ａおよび２４０ｃは螺旋コイル２４０ｂによって発生する磁場の高調波および非線形性を補正するように構成される。要するに、本明細書に記載される技術によって所望の電磁場または磁場勾配を成形および形成することでＭＲＩ撮像に役立つように、任意の可能な構成を実装可能である。

さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃにおける相反する電流方向は、電磁勾配コイル電流の立上り時間を減少させることに役立ち得る。さまざまな実施形態によれば、電磁場勾配の立上り時間は、約１μｓ、約５μｓ、約１０μｓ、約２０μｓ、約３０μｓ、約４０μｓ、約５０μｓ、約１００μｓ、約２００μｓ、約５００μｓ、約１ｍｓ、約２ｍｓ、約５ｍｓ、または約１０ｍｓ未満である。

さまざまな実施形態によれば、相反する電流方向は、螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃの間の結合インダクタンスを低下させることに役立つ。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃの間の結合インダクタンスは、約１％乃至約８０％、約５％乃至約６０％、約１０％乃至約４０％、約１５％乃至約３０％、または約１％乃至約１０％（数値間の任意の範囲を含む）だけ低下する。

図３は、片面式勾配コイルセット３００の実装形態の概略図である。図に示すように、コイルセット３００は、螺旋コイル同士が接触するように横方向に互いに隣り合って配置された螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃを含む。図３に示すような方向３５０ａ、３５０ｂ、および３５０ｃに電流を供給するために、電流源（図示せず）が螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃのそれぞれに接続される。螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃに電流が方向３５０ａ、３５０ｂ、および３５０ｃに流れることによって、それぞれの磁場３６０ａ、３６０ｂ、および３６０ｃを発生させる。図２のコイルセット２００と同様に、それぞれの螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃによって発生する磁場３６０ａ、３６０ｂ、および３６０ｃのそれぞれの大きさ、一様性などは、所望の全体的な電磁場または勾配磁場プロファイルが得られるように具体的に構成することができる。

図３に示す構成を用いても、図２に関して説明したように、磁場高調波の効果を減少させることができる。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃにおける相反する電流方向は、電磁勾配コイル電流の立上り時間を減少させることに役立ち得る。螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃは螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃと比較して互いにより近接しているため、勾配コイル電流の立上り時間を減少させる際の減少効果はより強められる。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃによって発生する電磁場勾配の立上り時間は、約０．１μｓ、約０．５μｓ、約１μｓ、約５μｓ、約１０μｓ、約２０μｓ、約３０μｓ、約４０μｓ、約５０μｓ、約１００μｓ、約２００μｓ、約５００μｓ、約１ｍｓ、約２ｍｓ、約５ｍｓ、または約１０ｍｓ未満である。

さまざまな実施形態によれば、相反する電流方向は、螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃの間の結合インダクタンスを低下させることに役立つ。要するに、より近接した螺旋コイルの相反する電流方向は、螺旋コイル２４０ａ、２４０ｂ、および２４０ｃと比較して螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃの間の結合インダクタンスをさらに低下させることに役立ち得る。さまざまな実施形態によれば、螺旋コイル３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃの間の結合インダクタンスは、約１％乃至約９０％、約５％乃至約６０％、約１０％乃至約４０％、約１５％乃至約３０％、または約１％乃至約１０％（数値間の任意の範囲を含む）だけ低下する。

図４は、片面式勾配コイルセット４００の実装形態の概略図である。図に示すように、コイルセット４００は、互いに重畳する螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃを含む。図４に示すような同じ方向４５０ａ、４５０ｂ、および４５０ｃに電流を供給するために、電流源（図示せず）が螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃのそれぞれに接続される。螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃに電流が同じ方向４５０ａ、４５０ｂ、および４５０ｃに流れることによって、同じ方向の磁場４６０ａ、４６０ｂ、および４６０ｃを発生させる。図２のコイルセット２００および図３のコイルセット３００と同様に、それぞれの螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃによって発生する磁場４６０ａ、４６０ｂ、および４６０ｃのそれぞれの大きさ、一様性などは、所望の全体的な電磁場または勾配磁場プロファイルが得られるように具体的に構成することができる。しかしながら、重畳する螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃが同じ向きであることによって、螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃが磁気的に分離される。螺旋コイル４４０ａ、４４０ｂ、および４４を重畳させることにより、１つのコイル（例えば螺旋コイル４４０ｂ）内の磁場によって重畳するコイル（例えば螺旋コイル４４０ａおよび４４０ｃ）内の磁場を増大させることが可能となるが、その逆もまた可能となる。

図５は、さまざまな実施形態による、磁気撮像装置を使用する方法Ｓ１００のフローチャートである。さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ１００は、ステップＳ１１０で、電源を用意することを含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ１００は、ステップＳ１２０で、電源に接続された片面式勾配コイルセットを用意することを含む。さまざまな実施形態によれば、コイルセットは、開口と、開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを含む。さまざまな実施形態によれば、第１の位置が開口に対して第２の位置の反対側にある。

図５に示すように、方法Ｓ１００は、ステップＳ１３０で、電源をオンにして１つ以上の第１の螺旋コイルおよび１つ以上の第２の螺旋コイルに電流を流すことを含む。さまざまな実施形態によれば、電流は、コイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射される電磁場勾配を発生させる。

さまざまな実施形態によれば、電磁場勾配は約５ｍＴよりも大きい。さまざまな実施形態によれば、電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である。さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ１００は、ステップＳ１４０で、任意選択的に、電流を変化させることによって、または、１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、電磁場勾配をチューニングすることを含む。

さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、開口に対向する開口部をさらに含み、開口と開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、撮像領域が少なくとも部分的にコイルセット領域の外側に配置される。

図６は、さまざまな実施形態による、磁気撮像装置を使用する方法Ｓ２００のフローチャートである。さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ２００は、ステップＳ２１０で、電源を用意することを含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ２００は、ステップＳ２２０で、電源に接続された片面式勾配コイルセットを用意することを含む。

図６に示すように、方法Ｓ２００は、ステップＳ２３０で、電源をオンにしてコイルセットに電流を流すことを含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ２００は、ステップＳ２４０で、立上り時間が約１０μｓ未満の電磁場勾配を発生させることを含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ２００は、ステップＳ２５０で、電磁場勾配をコイルセットから離れた磁気撮像装置の撮像領域内に投射することを含む。

さまざまな実施形態によれば、電磁場勾配は約５ｍＴよりも大きい。さまざまな実施形態によれば、電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である。さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに含む。

さまざまな実施形態によれば、方法Ｓ２００は、ステップＳ２６０で、任意選択的に、電流を変化させることによって、または、１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、電磁場勾配をチューニングすることを含む。

さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、開口と、開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルおよび開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとをさらに含む。さまざまな実施形態によれば、第１の位置が開口に対して第２の位置の反対側にある。

さまざまな実施形態によれば、コイルセットが、開口に対向する開口部をさらに含み、開口と開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、撮像領域が少なくとも部分的にコイルセット領域の外側に配置される。

実施形態の列挙
１．電流を供給する電源と、前記電源に接続され、開口を有する片面式勾配コイルセットとを備えた磁気撮像装置であって、前記コイルセットが、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを備え、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にあり、前記コイルセットが、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルを通して電流を受けて、前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射されるように構成された電磁場勾配を発生させるように構成される、磁気撮像装置。

２．前記コイルセットが非平面状であり、前記撮像領域を部分的に包囲するように配向される、実施形態１の装置。

３．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが前記開口に対して非平面状であり、前記開口を挟んで互いに鏡像をなす、実施形態１～２のうちのいずれか１つの装置。

４．前記電磁場勾配が前記撮像領域で実質的に一様である、実施形態１～３のうちのいずれか１つの装置。

５．前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい、実施形態１～４のうちのいずれか１つの装置。

６．前記電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である、実施形態１～５のうちのいずれか１つの装置。

７．前記１つ以上の第１の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第１の螺旋コイルを備える、実施形態１～６のうちのいずれか１つの装置。

８．前記１つ以上の第２の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第２の螺旋コイルを備える、実施形態７の装置。

９．前記電流が前記１つ以上の第１の螺旋コイルを互い違いの方向に流れるように構成される、実施形態１～８のうちのいずれか１つの装置。

１０．前記電流が前記１つ以上の第２の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化するように構成される、実施形態９の装置。

１１．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルが、大きな第１の一次電磁場勾配を生成するように構成され、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の二次螺旋コイルが、小さな第１の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第１の一次電磁場勾配を調節するように構成される、実施形態１～１０のうちのいずれか１つの装置。

１２．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルが、大きな第２の一次電磁場勾配を生成し、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の二次螺旋コイルが、小さな第２の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第２の一次電磁場勾配を調節するように構成される、実施形態１１の装置。

１３．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、実施形態１～１２のうちのいずれか１つの装置。

１４．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、実施形態１３の装置。

１５．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第１の電磁場勾配を発生させる、実施形態１～１４のうちのいずれか１つの装置。

１６．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第２の電磁場勾配を発生させる、実施形態１５の装置。

１７．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが接続されて単一の電流ループを形成する、実施形態１～１６のうちのいずれか１つの装置。

１８．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが相異なる材料を含む、実施形態１～１７のうちのいずれか１つの装置。

１９．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルの直径が約１０μｍ乃至約１０ｍである、実施形態１～１８のうちのいずれか１つの装置。

２０．前記コイルセットが、前記電磁場勾配をチューニングするための１つ以上の電子部品をさらに備える、実施形態１～１９のうちのいずれか１つの装置。

２１．前記１つ以上の電子部品が、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの少なくとも１つを含む、実施形態２０の装置。

２２．チューニングのために使用される前記１つ以上の電子部品が、誘電体、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１～２１のうちのいずれか１つの装置。

２３．前記電磁場勾配をチューニングすることが、前記電流を変化させることまたは前記１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることを含む、実施形態２２の装置。

２４．前記コイルセットが極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている、実施形態１～２３のうちのいずれか１つの装置。

２５．前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、実施形態１～２４のうちのいずれか１つの装置。

２６．磁気撮像装置を使用する方法であって、電源を用意することと、前記電源に接続され、開口を有する片面式勾配コイルセットを用意することとを含み、前記コイルセットが、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを備え、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にあり、前記方法がさらに、前記電源をオンにして前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルに電流を流すことにより、前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射される電磁場勾配を発生させることを含む、磁気撮像装置を使用する方法。

２７．前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい、実施形態２６の方法。

２８．前記電磁場勾配の立上り時間が約１０μｓ未満である、実施形態２６～２７のうちのいずれか１つの方法。

２９．前記コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに備える、実施形態２６～２８のうちのいずれか１つの方法。

３０．前記電流を変化させることによって、または、前記１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、前記電磁場勾配をチューニングすることをさらに含む、実施形態２９の方法。

３１．前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、実施形態２６～３０のうちのいずれか１つの方法。

３２．磁気撮像装置であって、電流を供給する電源と、前記電源に接続された片面式勾配コイルセットであって、前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射される立上り時間が約１０μｓ未満の電磁場勾配を発生させるように構成された片面式勾配コイルセットとを備えた磁気撮像装置。

３３．前記コイルセットが、開口と、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルであって、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にある、第１の螺旋コイルおよび第２の螺旋コイルとをさらに備える、実施形態３２の装置。

３４．前記コイルセットが非平面状であり、前記撮像領域を部分的に包囲するように配向される、実施形態３２～３３のうちのいずれか１つの装置。

３５．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが前記開口に対して非平面状であり、前記開口を挟んで互いに鏡像をなす、実施形態３３～３４のうちのいずれか１つの装置。

３６．前記電磁場勾配が前記撮像領域で実質的に一様である、実施形態３２～３５のうちのいずれか１つの装置。

３７．前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい、実施形態３２～３６のうちのいずれか１つの装置。

３８．前記１つ以上の第１の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第１の螺旋コイルを備える、実施形態３３～３７のうちのいずれか１つの装置。

３９．前記１つ以上の第２の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第２の螺旋コイルを備える、実施形態３８の装置。

４０．前記電流が前記１つ以上の第１の螺旋コイルを互い違いの方向に流れるように構成される、実施形態３３～３９のうちのいずれか１つの装置。

４１．前記電流が前記１つ以上の第２の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化するように構成される、実施形態４０の装置。

４２．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルが、大きな第１の一次電磁場勾配を生成するように構成され、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の二次螺旋コイルが、小さな第１の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第１の一次電磁場勾配を調節するように構成される、実施形態３３～４１のうちのいずれか１つの装置。

４３．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルが、大きな第２の一次電磁場勾配を生成し、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の二次螺旋コイルが、小さな第２の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第２の一次電磁場勾配を調節するように構成される、実施形態４２の装置。

４４．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、実施形態３３～４３のうちのいずれか１つの装置。

４５．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、実施形態４４の装置。

４６．前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第１の電磁場勾配を発生させる、実施形態３３～４５のうちのいずれか１つの装置。

４７．前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第２の電磁場勾配を発生させる、実施形態４６の装置。

４８．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが接続されて単一の電流ループを形成する、実施形態３３～４７のうちのいずれか１つの装置。

４９．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが相異なる材料を含む、実施形態３３～４８のうちのいずれか１つの装置。

５０．前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルの直径が約１０μｍ乃至約１０ｍである、実施形態３３～４９のうちのいずれか１つの装置。

５１．前記コイルセットが、前記電磁場勾配をチューニングするための１つ以上の電子部品をさらに備える、実施形態３２～５０のうちのいずれか１つの装置。

５２．前記１つ以上の電子部品が、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの少なくとも１つを含む、実施形態５１の装置。

５３．チューニングのために使用される前記１つ以上の電子部品が、誘電体、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３２～５２のうちのいずれか１つの装置。

５４．前記電磁場勾配をチューニングすることが、前記電流を変化させることまたは前記１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることを含む、実施形態３２～５３のうちのいずれか１つの装置。

５５．前記コイルセットが極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている、実施形態３２～５４のうちのいずれか１つの装置。

５６．前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、実施形態３３～５５のうちのいずれか１つの装置。

５７．磁気撮像装置を使用する方法であって、電源を用意することと、前記電源に接続された片面式勾配コイルセットを用意することと、前記電源をオンにして前記コイルセットに電流を流すことと、立上り時間が約１０μｓ未満の電磁場勾配を発生させることと、前記電磁場勾配を前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射することとを含む、磁気撮像装置を使用する方法。

５８．前記電磁場勾配が約５ｍＴよりも大きい、実施形態５７の方法。

５９．前記コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに備える、実施形態５７～５８のうちのいずれか１つの方法。

６０．前記電流を変化させることによって、または、前記１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、前記電磁場勾配をチューニングすることをさらに含む、実施形態５９の方法。

６１．前記コイルセットが、開口と、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルであって、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にある、第１の螺旋コイルおよび第２の螺旋コイルとをさらに備える、実施形態５７～６０のうちのいずれか１つの方法。

６２．前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、実施形態６１の方法。

本明細書は多くの具体的な実装形態の詳細を含むが、これらは任意の発明または特許請求の範囲となり得る対象の範囲に対する限定と解釈されるべきではなく、特定の発明の特定の実装に固有の特徴の記述と解釈されるべきである。個別の実装形態の文脈で本明細書に記載されるいくつかの特徴は、単一の実装形態において組み合わせて実装されることも可能である。逆に、単一の実装形態の文脈で記載されるさまざまな特徴は、個別に複数の実装形態で、または、任意の好適な部分的組合せにおいて実装されることも可能である。さらに、諸特徴はいくつかの組合せにおいて作用するものとして上述され、そのようなものとして最初に特許請求の範囲に記載されているかもしれないが、特許請求の範囲の組合せからの１つまたは複数の特徴は、場合によってその組合せから削除可能であり、特許請求の範囲の組合せは部分的組合せを、または部分的組合せの変形を対象としてもよい。

同様に、動作は特定の順序で図面に図示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が図示された特定の順序もしくは逐次的順序で実行されること、または図示された動作のすべてが実行されることを要求していると理解されるべきではない。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。さらに、上記の実装形態におけるさまざまなシステム構成要素の分離は、すべての実装形態におけるそのような分離を要求していると理解されるべきではなく、記載されたプログラム構成要素およびシステムは一般に単一のソフトウェア製品への統合、または複数のソフトウェア製品へのパッケージ化が可能であると理解されるべきである。

「または」への言及は、「または」を用いて記載される任意の用語が、記載された用語の単一、複数、およびすべてのもののいずれをも示し得るように包括的と解釈され得る。「第１」、「第２」、「第３」などのラベルは、順序を示すことを必ずしも意味せず、同様または類似の項目または要素間を単に区別するために一般的に使用される。

本開示に記載される実装形態へのさまざまな変更は当業者には直ちに明らかであろうし、本明細書に規定される一般的原理は本開示の精神または範囲から逸脱することなく他の実装形態にも適用可能であろう。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図しておらず、本開示すなわち本明細書に開示される原理および新規な特徴と整合する最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (31)

1. 電流を供給する電源と、
   前記電源に接続され、開口を有する片面式勾配コイルセットと
   を備えた磁気撮像装置であって、
   前記コイルセットが、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを備え、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にあり、
   前記コイルセットが、前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルを通して電流を受けて、前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射されるように構成された電磁場勾配を発生させるように構成される、磁気撮像装置。
2. 前記コイルセットが非平面状であり、前記撮像領域を部分的に包囲するように配向される、請求項１に記載の装置。
3. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが前記開口に対して非平面状であり、前記開口を挟んで互いに鏡像をなす、請求項１に記載の装置。
4. 前記電磁場勾配が前記撮像領域で実質的に一様である、請求項１に記載の装置。
5. 前記電磁場勾配が５ｍＴよりも大きい、請求項１に記載の装置。
6. 前記電磁場勾配の立上り時間が１０μｓ未満である、請求項１に記載の装置。
7. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第１の螺旋コイルを備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記１つ以上の第２の螺旋コイルが、少なくとも２つの相異なる直径を有する少なくとも２つの第２の螺旋コイルを備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記電流が前記１つ以上の第１の螺旋コイルを互い違いの方向に流れるように構成される、請求項１に記載の装置。
10. 前記電流が前記１つ以上の第２の螺旋コイルを互い違いの方向に流れることにより、前記電磁場勾配の立上り時間を最小化するように構成される、請求項９に記載の装置。
11. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルが、大きな第１の一次電磁場勾配を生成するように構成され、前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の二次螺旋コイルが、小さな第１の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第１の一次電磁場勾配を調節するように構成される、請求項１に記載の装置。
12. 前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルが、大きな第２の一次電磁場勾配を生成し、前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の二次螺旋コイルが、小さな第２の二次電磁場勾配を生成して前記大きな第２の一次電磁場勾配を調節するように構成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、請求項１に記載の装置。
14. 前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルには、前記電流が相反する方向に流れる、請求項１３に記載の装置。
15. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうちの第１の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第１の螺旋コイルのうち前記第１の一次螺旋コイルと隣り合う第１の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第１の電磁場勾配を発生させる、請求項１に記載の装置。
16. 前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうちの第２の一次螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルのうち前記第２の一次螺旋コイルと隣り合う第２の二次螺旋コイルがそれぞれのコイルの最大５０％まで重畳することによって、より平行な第２の電磁場勾配を発生させる、請求項１５に記載の装置。
17. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが接続されて単一の電流ループを形成する、請求項１に記載の装置。
18. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルが相異なる材料を含む、請求項１に記載の装置。
19. 前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルの直径が１０μｍ乃至１０ｍである、請求項１に記載の装置。
20. 前記コイルセットが、前記電磁場勾配をチューニングするための１つ以上の電子部品をさらに備える、請求項１に記載の装置。
21. 前記１つ以上の電子部品が、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の装置。
22. チューニングのために使用される前記１つ以上の電子部品が、誘電体、導電性金属、メタマテリアル、または磁性金属のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の装置。
23. 前記電磁場勾配をチューニングすることが、前記電流を変化させることまたは前記１つ以上の電子部品の物理的位置を変化させることを含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記コイルセットが極低温に冷却されることにより、抵抗が減少し効率が改善されている、請求項１に記載の装置。
25. 前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、請求項１に記載の装置。
26. 磁気撮像装置を使用する方法であって、
    電源を用意することと、
    前記電源に接続され、開口を有する片面式勾配コイルセットを用意することとを含み、
    前記コイルセットが、前記開口に対して第１の位置にある１つ以上の第１の螺旋コイルと、前記開口に対して第２の位置にある１つ以上の第２の螺旋コイルとを備え、前記第１の位置が前記開口に対して前記第２の位置の反対側にあり、前記方法がさらに、
    前記電源をオンにして前記１つ以上の第１の螺旋コイルおよび前記１つ以上の第２の螺旋コイルに電流を流すことにより、前記コイルセットから離れた前記磁気撮像装置の撮像領域内に投射される電磁場勾配を発生させること
    を含む、磁気撮像装置を使用する方法。
27. 前記電磁場勾配が５ｍＴよりも大きい、請求項２６に記載の方法。
28. 前記電磁場勾配の立上り時間が１０μｓ未満である、請求項２６に記載の方法。
29. 前記コイルセットが、ＰＩＮダイオード、機械式リレー、固体リレー、またはＭＥＭＳスイッチのうちの１つからの１つ以上の電子部品をさらに備える、請求項２６に記載の方法。
30. 前記電流を変化させることによって、または、前記１つ以上の電子部品の物理的特性もしくは位置のうちの１つを変化させることによって、前記電磁場勾配をチューニングすることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記コイルセットが、前記開口に対向する開口部をさらに備え、前記開口と前記開口部との間の領域がコイルセット領域を画定し、前記撮像領域が少なくとも部分的に前記コイルセット領域の外側に配置される、請求項２６に記載の方法。
    

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