JP2002360537A - 超電導マグネット装置及び超電導マグネット装置の磁場均一度調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 傾斜磁場コイルが配置された状態においても
磁場の均一度調整を容易に行うことができるようにす
る。 【解決手段】 環状超電導コイル２８，３２が収納され
て対向配置された一対の超電導マグネット体２９，３３
間に傾斜磁場コイル５０，５１を配置し、超電導マグネ
ット体２９，３３の表面に複数個の細片状強磁性体シム
４０，４１を配置し、細片状強磁性体シム４０，４１に
より超電導マグネット体２９，３３間の中心部近傍に作
られた均一磁場空間の磁場の均一度を向上させるように
した超電導マグネット装置において、複数個の細片状強
磁性体シム４７が取付可能な棒状調整体４５，４６を超
電導マグネット体２９，３３の外周側から超電導マグネ
ット体２９，３３の表面に挿脱可能にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一対の超電導マ
グネット体間に均一磁場空間の均一度を向上させるよう
にした超電導マグネット装置及び超電導マグネット装置
の磁場均一度調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高強度で時間的に安定した静磁場
発生源として超電導マグネット装置が普及している。特
に、医療用断層撮像装置（ＭＲＩ装置）やシリコン単結
晶引上装置用の静磁場発生源としての普及が著しい。超
電導マグネット装置の構成としては、円筒ソレノイド型
が殆どであったが、近年は上下又は左右に２個の超電導
マグネットを、間隔を広く取って対向配置し、その大き
な開口部と大きな磁場領域を利用することも一般化して
いる。例えば、ＭＲＩ装置用超電導マグネット装置で
は、患者の開放感と検査技師の患者へのアクセス性を強
調するため、広い開口を有する上下対向配置型超電導マ
グネット装置が急速に普及している。図８は、例えば上
下対向配置型のＭＲＩ装置用超電導マグネット装置の外
観図、図９は断面模式図、及び図１０は回路模式図であ
る。図８から図１０において、ＭＲＩ用超電導マグネッ
ト装置では撮像領域１における磁場性能として、（１）
強い磁場強度、（２）磁場の時間安定度、（３）磁場均
一度が要求される。

【０００３】さらに、高価な液体ヘリウムの蒸発量の低
減、漏洩磁場の低減も必要性能になる。上下対向型ＭＲ
Ｉ用超電導マグネット装置では要求される磁場性能に対
して、強い磁場強度を得るために、環状超電導コイル
２，３の電流密度を上げて高磁場を発生させる。また、
磁場の時間安定度を得るために、永久電流スイッチ４を
用いて永久電流モード運転を行ない時間的に超安定な磁
場を作る。さらに、磁場均一度を得るために、複数個の
環状超電導コイル２，３を配置して高均一度を達成す
る。そして、各環状超電導コイル２，３は直列に結線さ
れ同一電流が通電される。これらの環状超電導コイル
２，３と並列に永久電流スイッチ４が結線され、励磁や
消磁の場合に永久電流スイッチ用ヒータ５への通電・非
通電により永久電流スイッチ４のＯＮ−ＯＦＦを行い、
永久電流モードを達成する。励磁や消磁の場合の常電導
転移現象（クエンチ）時に発生する高電圧に備えるため
要所にコイル保護素子６，７が設けられている。コイル
間電流リードや永久電流スイッチ４やコイル保護素子
６，７用電流リードの一部は、連結管８，９を通して結
線されている。

【０００４】液体ヘリウム蒸発量の低減のためには、低
温容器１０，１１全体をそれぞれ真空断熱容器１２，１
３で覆うと共に、低温容器１０，１１と真空断熱容器１
２，１３の間には１槽から２槽の熱シールド槽（図示せ
ず）やスーパーインシュレーション材（図示せず）が設
けられている。なお、環状超電導コイル２，３、低温容
器１０，１１及び真空断熱容器１２，１３により超電導
マグネット体１４，１５が構成されている。又、熱シー
ルド槽は冷凍機（図示せず）によって冷却される。漏洩
磁場の低減のために、各真空断熱容器１２，１３の外側
に強磁性体による上下の磁気シールド板１６，１７を配
置し、各磁気シールド板１６，１７間を強磁性体のヨー
ク１８，１９で固定している。超電導マグネット装置の
設計においては、環状超電導コイルのコイル数を設定
し、又、強磁性体であるヨーク１８，１９の磁気モーメ
ントが撮像領域１に作る磁場も付加して、全ての誤差磁
場成分がほぼ零になるように、環状超電導コイル２，３
の寸法、配置、巻数、電流密度等を厳密に設定する。Ｍ
ＲＩ用超電導マグネット装置の場合、一般に寸法や配置
が１ｍｍずれると誤差磁場成分全体で数十ｐｐｍ程度の
影響が出てくる。

【０００５】この様に超電導マグネット装置の設計にお
いては、全ての誤差磁場成分がほぼ零になる様に厳密な
最適化を行って寸法、配置、巻数、電流密度等を設定す
るが、製作時の寸法公差や使用材料の磁性等により、実
際に励磁した場合には数百ｐｐｍ以上の均一度になるの
が普通である。特に、上下分割型超電導マグネット装置
の場合は、これまでの円筒ソレノイド型超電導マグネッ
ト装置に比し、上下の超電導マグネット体１４，１５間
の位置誤差が加わる分だけ均一度が悪くなりがちであ
る。数百ｐｐｍ以上に劣化した均一度、及び超電導マグ
ネット装置の設置室の鉄骨や周囲の機器の磁性の影響等
の設置環境の影響を補正して、実使用状態で均一度を向
上させるために、従来より一般に細片状の鉄シムが用い
られている。図８及び図９において、２０，２１は超電
導マグネット体１４，１５のギャップ側表面に取り付け
られた鉄シム片、２２，２３は超電導マグネット体１
４，１５の中心のボア部１４ａ，１５ａに取付けられた
鉄シム片である。鉄シム２０〜２３の取り付けは、撮像
領域１の均一度調整を行う上では、撮像領域１に近いギ
ャップ側表面の中央部やボア部１４ａ，１５ａの内ギャ
ップに近い部位が少量の鉄シムで大きな補正を行うこと
ができる。

【０００６】この様に上下の超電導マグネット体１４，
１５のギャップ側表面、及び中心のボア部１４ａ，１５
ａに鉄シム片２０〜２３を複数個配置し、鉄シム片２０
〜２３の個数を調整して磁場の均一度を向上させる。実
際には、部位毎の鉄シム片２０〜２３が受ける磁場強度
から鉄シム片２０〜２３の磁気モーメントや、磁気モー
メントが撮像領域１に作る磁場成分を詳細に解析してお
き、数百ｐｐｍの均一度の誤差磁場成分の分析結果より
成分毎の補償量を設定し、鉄シム片２０〜２３を取り付
ける部位や個数を最適化して配置する。一般に１回の施
工では所望の均一度は得難いので、数回操作を繰り返し
て徐々に均一度を向上させて行く。なお、撮像領域１に
おける磁場強度は一般に、Ｌｅｇｅｎｄｒｅ関数展開を
用いて式（１）により表される。式（１）におけるｒ、
θ、φは図１１に示す。

【０００７】

【数１】

【０００８】磁場はＬｅｇｅｎｄｒｅ関数展開の（ｍ、
ｎ）値によって成分で呼称される。（０、０）成分が必
要な一様磁場成分で、他は全て撮像領域内で不均一な誤
差磁場成分である。これらの誤差磁場成分の内 ｍ＝０
すなわち（０、ｎ）成分を総称してＺ成分、ｍ≠０成
分を総称してＲ成分と呼称する。この様に、細片状強磁
性体シム２０〜２３により磁場の均一度調整を行った
後、図９に示すように各超電導マグネット体１４，１５
間で細片状強磁性体シム２０，２１の直上に、画像を撮
る際に撮像領域１にパルス状に印加する傾斜磁場を発生
させる傾斜磁場コイル２４，２５が配置される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の超電導マグネッ
ト装置は以上のように構成されているので、鉄シム片２
０〜２３により磁場の均一度調整を行った後、超電導マ
グネット体１４，１５間の鉄シム片２０，２１の直上に
傾斜磁場コイル２４，２５が配置されるため、傾斜磁場
コイル２４，２５の構成部材が有するわずかな磁性や、
傾斜磁場コイル２４，２５の重量による真空断熱容器１
２，１３の僅かな撓みに起因する誤差磁場が発生する。
しかし、傾斜磁場コイル２４，２５は複雑な形状をした
平板型コイルを６枚以上重ねて全体をモールドしたもの
で、一般に円盤面に多数の穴を開けることはできない。
さらに、撮像領域１を大きく、即ち超電導マグネット体
１４，１５間のギャップ間隔寸法をできるだけ広くする
ために、傾斜磁場コイル２４，２５は細片状強磁性体シ
ム２０，２１に密着する位の近くに配置される。このた
め、傾斜磁場コイル２４，２５に覆われた部分では鉄シ
ム片２０，２１の取り付け、取り外しができない。

【００１０】そこで、傾斜磁場コイル２４，２５が配置
された状態で次のような最終調整が行われている。 （１）傾斜磁場コイル２４，２５にパルス状磁場を発生
させるパル状電流と共に、僅かの直流電流を重畳して均
一度調整を行う。 （２）真空断熱容器１２，１３の傾斜磁場コイル２４，
２５に覆われないで直接アクセス可能な表面、側面等に
鉄シム片を配置する。 （３）傾斜磁場コイル２４，２５の表面や内部に鉄シム
片を配置する。 （４）電流シムコイルを追加する。 しかし、（１）項はＬｅｇｅｎｄｒｅ展開の（０，
１）、（１，１）成分の補正に限られる。（２）項は撮
像領域１から離れているため効果が薄い。（３）項は補
正能力は優れているが、傾斜磁場コイルの精度に大きく
左右される。そして、（４）項は電流シムコイルや電源
装置が高価になるだけでなく、電流シムコイルを配置す
るために撮像領域１が狭くなる。という問題点があっ
た。この発明は、傾斜磁場コイルが配置された状態にお
いても磁場の均一度調整を容易に行うことができる超電
導マグネット装置及び超電導マグネット装置の磁場均一
度調整方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる超電導
マグネット装置は、環状超電導コイルが収納されて対向
配置された一対の超電導マグネット体間に傾斜磁場コイ
ルを配置し、超電導マグネット体の表面に複数個の細片
状強磁性体シムを配置し、細片状強磁性体シムにより超
電導マグネット体間の中心部近傍に作られた均一磁場空
間の磁場の均一度を向上させるようにした超電導マグネ
ット装置において、複数個の細片状強磁性体シムが取付
可能な棒状調整体を超電導マグネット体の外周側から超
電導マグネット体の表面に挿脱可能にしたものである。
また、棒状調整体を超電導マグネット体の表面に放射状
に配置した複数個のガイドに沿って挿脱されるようにし
たものである。さらに、環状超電導コイルが収納されて
対向配置された一対の超電導マグネット体間に傾斜磁場
コイルを配置し、超電導マグネット体の表面に複数個の
細片状強磁性体シムを配置して、細片状強磁性体シムに
より超電導マグネット体間の中心部近傍に作られた均一
磁場空間の磁場の均一度を向上させるようにした超電導
マグネット装置の磁場均一度調整方法において、複数個
の細片状強磁性体シムが取付可能な棒状調整体を超電導
マグネット体の外周側から超電導マグネット体の表面に
挿脱可能にし、超電導マグネット体の表面の細片状強磁
性体シム及び棒状調整体の細片状強磁性体シムを選択し
て磁場の均一度を向上させた後に傾斜磁場コイルを配置
し、続いて棒状調整体の細片状強磁性体シムを選択して
磁場の均一度をさらに向上させるようにしたものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１の構成を示す斜視図、図２は図１の断面を示す模式
図、、図３は図１の要部を示す斜視図、図４は図３のＩ
Ｖ−ＩＶ線から見た要部を示す斜視図、図５は図３のＶ
−Ｖ線から見た要部を示す斜視図である。図１から図５
において、２６は上部に配置された真空断熱容器で、中
心部に貫通したボア部２６ａが形成されている。２７は
真空断熱容器２６内に配置された低温容器で、液体ヘリ
ウムが封入されている。２８は環状超電導コイルで、低
温容器２７内に配置されている。なお、２６〜２８で超
電導マグネット体２９が構成されている。３０は真空断
熱容器２６と所定の距離をあけて下部に対向配置された
真空断熱容器で、中心部に貫通したボア部３０ａが形成
されている。３１は真空断熱容器３０内に配置された低
温容器で、液体ヘリウムが封入されている。３２は環状
超電導コイルで、低温容器３１内に配置されている。な
お、３０〜３２で超電導マグネット体３３が構成されて
いる。３４，３５は両真空断熱容器２６，３０間を連結
した連結管、３６，３７は強磁性体の磁気シールド板
で、各超電導マグネット体２９，３３の対向面とは反対
側にそれぞれ配置されている。３８，３９は強磁性体の
ヨークで、両磁気シールド板３６，３７間を連結してい
る。４０，４１は鉄又は珪素鋼で形成された細片状強磁
性体シムで、超電導マグネット体２９の表面及び超電導
マグネット体３３の表面にそれぞれ複数個配置されてい
る。４２，４３は鉄又は珪素鋼で形成された細片状強磁
性体シムで、超電導マグネット体２９のボア部２６ａ及
び超電導マグネット体３３のボア部３０ａにそれぞれ複
数個配置されている。４４は両超電導マグネット体２
７，３１間に設定された撮像領域である。

【００１３】４５，４６は超電導マグネット体２９，３
３の外周側から挿脱可能なように超電導マグネット体２
９，３３の表面に放射状にそれぞれ配置され、一端に固
定部４５ａ，４６ａが形成された棒状調整体で、図４及
び図５に示すように鉄又は珪素鋼板で形成された複数個
の細片状強磁性体シム４７が取り付けられている。４
８，４９は超電導マグネット体２９，３３の表面に放射
状にそれぞれ配置された複数個のガイドで、超電導マグ
ネット体２９，３３の表面側とは反対側が開放されて、
棒状調整体４５，４６が挿脱可能に構成されている。さ
らに、ガイド４８，４９には超電導マグネット体２９，
３３の中心側に棒状調整体４５，４６の固定部４５ａ，
４６ａが係止される係止穴４８ａ，４９ａが形成されて
いる。なお、ガイド４８，４９は棒状調整体４５，４６
を超電導マグネット体２９，３３に挿入する際に、細片
状強磁性体シム４７が受ける電磁力に抗して規程位置に
配置するのを容易にするためのものである。５０，５１
は画像を撮る際に撮像領域に４４にパルス状に印加する
傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルで、超電導マグネ
ット体２９，３３間に各超電導マグネット体２９，３３
とそれぞれ対向するように配置されている。

【００１４】次に、撮像領域４４の磁場均一度調整方法
について説明する。図６は磁場均一度調整方法を説明す
るフローチャートである。図６において、まず超電導マ
グネット装置を所定の位置に設置して冷却を行う（ステ
ップＳ１）。次に、励磁電源（図示せず）を用いて環状
超電導コイル２８，３２を定格まで励磁する（ステップ
Ｓ２）。定格まで励磁された時点では、環状超電導コイ
ル２８，３２や他の構成部材の公差や材料特性、及び超
電導マグネット体２９，３３近傍の磁性体等の影響を含
めて数十から数百ｐｐｍの誤差磁場が現れる。そこで、
超電導マグネット体２９，３３，ボア部２６ａ，３２
ａ、及び棒状調整体４５，４６の各細片状強磁性体シム
４０〜４３，４７の全領域で磁場均一度調整を繰り返し
行って、通常は数ｐｐｍ近傍までを目標として均一度調
整を実施する（ステップＳ３）。そして、この時点で傾
斜磁場コイル５０，５１を設置する（ステップＳ４）。
これにより、傾斜磁場コイル５０，５１や傾斜磁場コイ
ル５０，５１の固定具等が有する僅かな磁性、及び傾斜
磁場コイル５０，５１の重量による超電導マグネット体
２９，３３の僅かな歪みにより磁場均一度が通常で数ｐ
ｐｍ劣化する。

【００１５】傾斜磁場コイル５０，５１を設置した状態
で、棒状調整体４５，４６を超電導マグネット体２９，
３３の外周側から引き出して、細片状強磁性体シム４７
の追加又は取り外しを行って、再度図４及び図５に示す
ように超電導マグネット体２９，３３の外周側から棒状
調整体４５，４６を挿入して、一端の固定部４５ａ，４
６ａをガイド４８，４９の係止穴４８ａ，４９ａと係止
させ、他端を固定手段（図示せず）により固定する。こ
のように磁場均一度の最終微調整を実施して（ステップ
Ｓ５）、磁場均一度を測定する。ここで、目標の磁場均
一度に到達するまで、必要な細片状強磁性体シム４７の
取り付け又は取り外しを行い、目標の磁場均一度に到達
するまで繰り返す。

【００１６】実施の形態１において、棒状調整体４５，
４６には複数個の細片状強磁性体シム４７が取り付けら
れているが、均一度調整能力の大きい先端部、即ち超電
導マグネット体２９，３３の中心側に多く配置するのが
よい。また、棒状調整体４５，４６の先端部にいくに従
って小さい細片状強磁性体シムを密に配置することによ
り、最終微調整がより容易にできる。また、実施の形態
１において、ガイド４８，４９は超電導マグネット体２
９，３３の表面側と反対側が開放されたものについて説
明したが、図７に示すように超電導マグネット体２９，
３３の表面と反対側が閉塞された箱形状のガイド５２，
５３にしてもよい。また、実施の形態１において、磁気
シールド付上下分割型ＭＲＩ用超電導マグネット装置に
ついて説明したが、磁気シールドの有無に限らず、上下
分割型に限らず、さらにＭＲＩように限らずに、磁気均
一度が重要な超電導マグネット装置に適用しても同様の
効果を期待することができる。さらに、棒状調整体４
５，４６及びガイド５２，５３は他の形状、構成にして
も同様の効果を期待することができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、複数個の細片状強磁
性体シムが取付可能な棒状調整体を超電導マグネット体
の外周側から超電導マグネット体の表面に挿脱可能にし
たことにより、細片状強磁性体シムの取り付けや取り外
しができるので、傾斜磁場コイルが配置された状態にお
いても磁場の均一度調整を容易に行うことができる。ま
た、棒状調整体を超電導マグネット体の表面に放射状に
配置した複数個のガイドに沿って挿脱されるようにした
ことにより、細片状強磁性体シムの取り付けや取り外し
を容易に行うことができる。さらに、複数個の細片状強
磁性体シムが取付可能な棒状調整体を超電導マグネット
体の外周側から超電導マグネット体の表面に挿脱可能に
し、超電導マグネット体の表面の細片状強磁性体シム及
び棒状調整体の細片状強磁性体シムを選択して磁場の均
一度を向上させた後に傾斜磁場コイルを配置し、続いて
棒状調整体の細片状強磁性体シムを選択して磁場の均一
度をさらに向上させるようにしたことことにより、傾斜
磁場コイルが配置された状態においても磁場の均一度調
整を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す斜視図
である。

【図２】 図１の断面を示す模式図である。

【図３】 図１の要部を示す斜視図である。

【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線から見た要部を示す斜視
図である。

【図５】 図３のＶ−Ｖ線から見た要部を示す斜視図で
ある。

【図６】 実施の形態１の磁場均一度調整方法を説明す
るフローチャートである。

【図７】 ガイドの他の実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図８】 従来の上下対向配置型のＭＲＩ装置用超電導
マグネット装置の外観図である。

【図９】 図８の断面模式図である。

【図１０】 図８の回路模式図である。

【図１１】 Ｌｅｇｅｎｄｒｅ関数の定数を示す説明図
である。

【符号の説明】

２８，３２ 環状超電導コイル、２９，３３ 超電導マ
グネット体、４０，４１，４７ 細片状強磁性体シム、
４５，４６ 棒状調整体、４８，４９，５２，５３ ガ
イド、５０，５１ 傾斜磁場コイル。

フロントページの続き (72)発明者 黒田 成紀 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4C096 AB32 AD08 CA02 CA16 CA18 CA21 CA25 CA34 CA43

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状超電導コイルが収納されて対向配置
   された一対の超電導マグネット体間に傾斜磁場コイルを
   配置し、上記超電導マグネット体の表面に複数個の細片
   状強磁性体シムを配置し、上記細片状強磁性体シムによ
   り上記超電導マグネット体間の中心部近傍に作られた均
   一磁場空間の磁場の均一度を向上させるようにした超電
   導マグネット装置において、複数個の上記細片状強磁性
   体シムが取付可能な棒状調整体を上記超電導マグネット
   体の外周側から上記超電導マグネット体の表面に挿脱可
   能にしたことを特徴とする超電導マグネット装置。
2. 【請求項２】 棒状調整体は超電導マグネット体の表面
   に放射状に配置した複数個のガイドに沿って挿脱される
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超電導マ
   グネット装置。
3. 【請求項３】 環状超電導コイルが収納されて対向配置
   された一対の超電導マグネット体間に傾斜磁場コイルを
   配置し、上記超電導マグネット体の表面に複数個の細片
   状強磁性体シムを配置して、上記細片状強磁性体シムに
   より上記超電導マグネット体間の中心部近傍に作られた
   均一磁場空間の磁場の均一度を向上させるようにした超
   電導マグネット装置の磁場均一度調整方法において、複
   数個の上記細片状強磁性体シムが取付可能な棒状調整体
   を上記超電導マグネット体の外周側から上記超電導マグ
   ネット体の表面に挿脱可能にし、上記超電導マグネット
   体の表面の上記細片状強磁性体シム及び上記棒状調整体
   の上記細片状強磁性体シムを選択して磁場の均一度を向
   上させた後に上記傾斜磁場コイルを配置し、続いて上記
   棒状調整体の上記細片状強磁性体シムを選択して磁場の
   均一度をさらに向上させるようにしたことを特徴とする
   超電導マグネット装置の磁場均一度調整方法。