JP2003024299A - マグネット及びその磁場調整方法並びに磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開放型磁気共鳴撮像装置用にコンパクトな均
一静磁場を発生できるマグネットを提供する。 【解決手段】 本発明のマグネットは磁極とコイルによ
って構成され、磁極形状およびコイル配置によって均一
静磁場を提供する。磁極には複数の環状の溝又は／及び
突起が備え付けられ不整磁場の軸対称成分を補償し、さ
らに備え付けられた環状ではない部分的な溝、突起が不
整磁場の非軸対称成分を補償する。軸対称成分と非軸対
称成分を補償する突起、溝の配置を同時に最適化設計で
きるために磁極部が占有する空間を低減することができ
る。あわせて、磁極そのものが非軸対称成分の補償手段
を有するためにそれを補償する手段を別途必要とせず、
したがってコンパクトなマグネットを提供できる。ま
た、マグネットがコンパクトなため、さらに付加的な磁
場均一度調整手を行うことにより、さらに磁場均一度を
向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴撮像装置に
適したマグネットに係わり、特に広い開口部を有する開
放型磁石で、均一磁場を発生するマグネットに関する。 【０００２】 【従来の技術】磁気共鳴撮像装置（Ｍａｇｎｅｔｉｃ
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ，以下、ＭＲＩ装
置という。）は均一な静磁場空間におかれた検査体に電
磁波を照射した時に生じる核磁気共鳴現象を利用して検
査体の物理的、化学的性質を表す画像を得るもので、特
に医療用として用いられる。ＭＲＩ装置は主に、撮像空
間内に均一な静磁場を印加するための静磁場発生手段、
電磁波を照射・受信するＲＦコイル系、共鳴現象の位置
情報を与えるための勾配磁場を印加する傾斜磁場発生手
段から構成される。 【０００３】ＭＲＩ装置は主に磁場の印加方式から２種
類に大別される。ひとつは、同軸多層に構成されたコイ
ル群の内部空間に撮像空間が設置される水平磁場機と、
もうひとつは撮像空間を挟むようにして対抗するコイル
群から構成される垂直磁場機（開放型）である。後者
は、その開放性から被験者への精神的負担を低減し、ま
た、検査者の被験者に対するアクセス性が大幅に向上す
ることから、現在ＭＲＩ装置の主流になりつつある。 【０００４】図２に開放型ＭＲＩ装置の構成例（断面
図）を示す。装置の主要構成要素としては、撮像空間
（１０）に均一磁場を印加するための磁極（１ａ，１
ｂ）、起磁力源である超電導コイル（５ａ，５ｂ）、超
電導コイルを低温に保つためのクライオスタット（６
ａ，６ｂ）、共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁
場を印加する傾斜磁場コイル（７ａ，７ｂ）、電磁波を
照射・受信するＲＦコイル系（８ａ，８ｂ）、撮像空間
の磁場均一度を調整するための均一度調整部（９ａ，９
ｂ）等があり、これらが撮像空間（計測空間）（１０）
を挟んで対向するように各々配置されている。 【０００５】ＭＲＩ装置では、静磁場強度の増加によっ
て共鳴信号強度が上がり、撮像時間の短縮、高機能撮影
が可能となることから高磁場化が進められており、開放
型マグネットにおいては従来の永久磁石を利用したもの
から、超伝導コイルおよび強磁性体（磁極）を利用した
マグネットヘ移行しつつある。 【０００６】ＭＲＩ装置では、所定の撮像空間内部で不
整磁場が１０ｐｐｍ以下の磁場均一度が要求されるが、
磁極を有する開放型ＭＲＩ装置用マグネットにおける均
一磁場を発生させる従来技術としては、撮像空間を挟み
対抗する磁極部に磁束の流れを制御することを目的とし
たリング状の磁性体、磁石、もしくは輪郭形成された磁
性体を配置する方法（特開平８−１７２０１０，特開２
０００−７０２３８）が存在する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】これらの均一静磁場発
生技術では、その主たる均一磁場発生手段としての磁極
が軸対称状に形成、配置されているため、軸対称に分布
する不整磁場成分の磁場を打ち消し、または補うように
して均一磁場を発生させている。非軸対称な不整磁場の
存在が無視できない体系においては、これを補償するこ
とは困難である。したがって、これらの方法では非軸対
称な不整磁場を補償する手段、装置を別途必要とする。
非軸対称な不整磁場を補正する従来技術として、撮像空
間と磁極面の間に離散的な鉄片を配置する領域を確保し
その領域に非軸対称な不整磁場を補正する鉄を配置する
という方法がある。しかし、この方法では磁場補正用の
鉄を配置する領域を必要とするが、マグネット、システ
ムの開放性などに要請される制約から鉄の配置できる領
域は限られている。非軸対称なパッシブもしくはアクテ
ィブな磁気シールド、磁束回帰手段を有するマグネット
においては非軸対称不整磁場が大きいことから、この方
法で補正できる軸非対称な不整磁場には限界があり、Ｍ
ＲＩ装置に要求される所定の磁場均一度を得ることがで
きなかった。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係るマグネットは、概ね対向し
て配置された複数の磁場発生手段と前記磁場発生手段が
対向することにより形成される撮像空間を有するマグネ
ットにおいて、前記磁場発生手段は磁極とコイルによっ
て構成されており、前記磁極面はほぼ同心円状に配置さ
れかつ前記磁極面の円周方向に連続的な溝もしくは突起
が形成されており、及び、ほぼ同心円状に配置されかつ
前記磁極表面の円周方向に不連続な溝もしくは突起が形
成されていることを特徴とする。 【０００９】ＭＲＩ装置では撮像空間内部に極めて均一
な静磁場が要求される。撮像空間内部の磁場分布は、空
間に存在する電流、永久磁石、また磁化をはじめとする
すべての磁場発生源の配置によりそれらが発生する磁場
の重ね合わせにより決定される。ＭＲＩ装置用のマグネ
ットとして均一な磁場を得るためには、磁場発生源の配
置を、それぞれの磁場発生源が作り出す不整磁場を結果
的に打ち消しあうような配置とすることが必要となる。
軸対称的な磁場発生源の配置によって軸対称的な磁場が
発生し、また、非軸対称的配置によって主として非軸対
称な磁場が発生する。したがって、軸対称な磁場成分の
補償は軸対称配置の磁場発生源の配置に組み合わせによ
って行い、また、非軸対称な磁場成分の補償には非軸対
称配置の磁場発生源の組み合わせによって行うことにな
る。 【００１０】本発明では、磁場発生源のひとつである磁
化を磁極部に３次元的に配置する、すなわち、磁極表面
形状を３次元的形状とすることにより均一磁場発生を実
現している。主たる磁場発生源であるコイルが円環状で
あるため、コイルが発生する不整磁場を補償するための
磁化は円環状に配置し、非軸対称状に配置される磁性を
有するマグネット構造材、リターンヨーク、パッシブも
しくはアクテイブシールドが発生する非軸対称の不整磁
場を補償するために非軸対称な磁化を配置する。したが
ってその磁化の重ね合わせのとしての磁極は、ほぼ同心
円状に配置された円周方向に連続的な溝もしくは突起が
形成されておりさらに円周方向に不連続な溝もしくは突
起が形成されることになる。 【００１１】すなわち、本発明では撮像空間を挟んで対
向配置された磁極およびコイルによって構成されるＭＲ
Ｉ用静磁場発生マグネットにおいて、撮像空間に面する
磁極の形状を非軸対称状に構成した。前記非軸対称状磁
極面の形状として、軸対称不整磁場を補償する軸対称な
環状凹凸と非軸対称不整磁場を補償する非連続、離散的
な凹凸の重ね合わせとする凹凸を磁極面に構成した。 【００１２】磁極形状は、以下のように決定される。撮
像空間における磁場分布は数学的手法により直交関数系
で展開することができ、したがって磁場分布はその直交
関数系に対応する特徴的な磁場成分（モード）の重ね合
わせとなる。均一磁場を得るためには、マグネットすな
わちすべての磁場発生源がつくる磁場分布を直交関数系
で展開し、展開された各磁場成分のうち定数項すなわち
均一磁場成分以外の磁場成分を０もしくは要求される所
定の磁場均一度を満たす程度に小さくする。それぞれの
展開された磁場成分に対しそれらを効率的に補償する磁
化の配置を数学的に決定することができ、したがってそ
の配置を満たすように磁極形状を決定することで磁場均
一度が達成される。 【００１３】また、本発明の請求項２に係るマグネット
は、前記撮像空間以外の空間にヨーク等を配置した磁束
回帰用の磁気回路を有することを特徴とする。また、本
発明の請求項３に係るマグネットは、漏れ磁場を低減す
るためのアクティブもしくはパッシブなシールドを備え
ることを特徴とする。これらのマグネットについても高
い磁場均一度を得るためには、磁束回帰用の磁気回路や
磁気シールドを有さないマグネットと同様に、上述の磁
極面の構成を適用できる。 【００１４】また、本発明の請求項４に係るマグネット
は、磁気共鳴撮像装置用マグネットであることを特徴と
する。磁気共鳴撮像装置用については特に高精密の磁場
均一度が要求され、本発明を適用する意義が大きい。以
上により、本発明によって軸対称不整磁場と非軸対称不
整磁場を補償できるマグネットが提供され、特に、ＭＲ
Ｉ装置として医療用に適した撮影画像を得ることができ
るようになる。 【００１５】また、本発明の請求項５に係るマグネット
は、前記磁極面における円周方向に連続的なもしくは不
連続な溝もしくは突起の個数と前記対向する磁場発生手
段に含まれるコイルの個数の合計が前記対向する磁場発
生手段の片側において４個以上であることを特徴とす
る。 【００１６】均一磁場を得るためには、おおまかに打ち
消したい磁場成分の数の分だけ補償用の磁場発生源が必
要となる。例えば、上下対称に対向する複数の空心コイ
ル群によって直径４０ｃｍ撮像空間に軸対称な不整磁場
強度が±１０ｐｐｍ以内となるような均一磁場を得るた
めには、片側４個以上のコイルを配置する必要がある。
同様に磁場発生源としてリング状の磁性材を含む場合に
は磁場発生源の個数の合計は片側４個以上となる。磁極
の場合には、コイルおよびリング状磁性体に対応するの
が磁極に同心円状に形成された溝、突起部となる。磁性
体表面には磁化に対して表面磁化電流が流れ、また内部
の磁化分布に対応する分布磁化電流が形成される。磁極
に円環状に溝を形成もしくは突起部を形成すると表面磁
化電流を顕現化し、円環状の溝もしくは突起部は表面磁
化電流と分布磁化電流の総和の電流を持つコイルを配置
したことと等価となる。また、本発明の請求項６に係る
マグネットは、前記磁極面において円周方向に周期的な
溝もしくは突起が形成されていることを特徴とする。 【００１７】磁極における非軸対称成分の補償である
が、非軸対称な不整磁場は軸対称な不整磁場と類似する
ような分布を持ちながらさらに円周方向に周期的に波打
っているような磁場成分に分解することができる。した
がってこれを補償するためには、軸対称成分の補償と同
じような考え方でさらに円周方向の周期変化に対応した
磁場発生源配置となる。したがって、補償用の磁場発生
源の分布は円周方向に周期的な分布となる。磁極におい
て円周方向に周期的な補償磁場発生源を分布させる方法
としては、円周方向に周期的な溝（窪み）もしくは突起
を形成すればよい。突起と窪みでは表面磁化電流の出現
の仕方が反対となるので、両者は定性的には極性の異な
る補償磁場発生源となる。したがって、ある非軸対称の
不整磁場成分を補償する場合には溝（窪み）もしくは突
起を選択することによって、位相をずらした非軸対称補
償磁場を発生させるかもしくは、位相はそのままで符号
反転した比軸対称補償磁場を発生させるという２つの方
法を選択できることになる。 【００１８】これまでに述べてきたような本発明におけ
る比軸対称成分を補償するやり方は、従来から行われて
きた磁性体配置領域を確保して磁性体を追加することに
よって非軸対称成分を補償する方法とはまったく異なっ
ている。磁極形状を決定する場合に、軸対称成分と非軸
対称成分を補正する凹凸の組み合わせの中から最も重量
の小さい凹凸構成や凹凸の高低差の小さい構成などを選
択することができることから、磁極はコンパクトにな
る。また、本構成では、磁極において非軸対称不整磁場
が補償されているため、磁極部以外に非軸対称成分を補
償するための磁性体、永久磁石などの配置する空間を必
要としない、もしくは大幅に低減することが可能とな
る。さらに本発明によるマグネットはコンパクトとなる
ことから他の磁場補正手段を配置することができ、これ
らを併用することでより均一度を向上させることができ
る。 【００１９】さらに、本発明の請求項７に係るマグネッ
トは、磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連
続な溝もしくは突起を、磁極表面を切削加工することの
みによって形成されていることを特徴とする。切削加工
のみによって磁場補償用の溝、突起部を形成することか
ら、それらの寸法、位置精度にすぐれた磁極を提供でき
る。 【００２０】また、本発明の請求項８に係るマグネット
は、前記円周方向に不連続な溝もしくは突起をおおむね
同心円上に連続的に配置されているものと見なしたと
き、当該同心円の個数が前記対向する磁場発生手段の片
側において４個以上であることを特徴とする。撮像空間
における磁場分布を数学的な手法で適当な関数系を用い
て分解すると、主要な不整磁場成分が４個以上出現し、
それらを補償するためには同数の線形独立的な磁場発生
源を必要とするからである。 【００２１】また、本発明の請求項９に係るマグネット
は、磁極は、同心円状に加工された磁極を円周方向に分
割し、これらの分割された磁極断片を組み合わせて再構
成されていることを特徴とする。また、本発明の請求項
１０に係るマグネットは、前記再構成された磁極は、形
状の異なる磁極断片の組み合わせて構成されることを特
徴とする。この方法では磁極面には３次元加工は伴わ
ず、旋盤等で環状溝、環状突起を形成するだけでよいた
めに加工費が大幅に低減されるとともに加工時間も短縮
される。 【００２２】また、本発明の請求項１１に係るマグネッ
トの磁場調整方法は、本発明に係るマグネットを用い
て、さらに、強磁性体片および／または永久磁石片を追
加すること、または、予め設置された前記強磁性体片お
よび永久磁石片を除去することにより、磁場調整を行う
ことを特徴とする。本発明による磁極面への溝や突起の
形成によって軸対称不整磁場も非軸対称な不整磁場も十
分に低減された均一磁場を得ることができる。しかし、
磁性材料の磁化特性のばらつきやマグネットの製作誤
差、またはマグネット設置環境による外部擾乱や、コス
ト低減のための磁極面加工の簡略化、簡素化によって所
定の磁場均一度が達成されない場合がある。これは、さ
らに付加的な鉄片を配置することによって補正すること
が可能である。 【００２３】また、本発明の請求項１２に係るマグネッ
トの磁場調整方法は、前記強磁性体片および／または永
久磁石片のうち全部もしくは一部が、磁極に対して撮像
空間と反対の位置に配置されていることを特徴とする。
ほかの補正領域に比べて比較的撮像空間から遠距離にあ
る等のため高次の不整磁場が撮像空間に到達しないため
である。 【００２４】また、本発明の請求項１３に係る磁気共鳴
撮像装置又は磁気共鳴撮像システムは、本発明の請求項
１ないし１０に係るマグネットを備えることを特徴とす
る。本発明によるマグネットを用いることにより、撮像
空間における磁場均一性の高い磁気共鳴撮像装置又は磁
気共鳴撮像システムを実現できる。 【００２５】 【発明の実施の形態】図３に本発明を適用したＭＲＩ装
置用マグネットの断面図を示す。本ＭＲＩ装置は、超伝
導コイル（５ａ，５ｂ）と前記超伝導コイルを格納する
クライオスタット（６ａ，６ｂ）、および、前記超伝導
コイルを貫く磁束線を撮像空間（１Ｏ）に集中もしくは
拡散させるように配置された磁性材料により構成される
磁極（１ａ，１ｂ）、によって構成される静磁場発生手
段が、前記撮像空間（１Ｏ）を挟むように対向して配置
されている。図中では主たる磁場発生源である超伝導コ
イル（５ａ，５ｂ）は１対図示されているが、一対であ
ることに限定されるべきものではなく、要求される静磁
場強度や静磁場均一度に応じて複数対のコイルによって
静磁場発生手段が構成されていても良い。また、超伝導
コイルと永久磁石によって静磁場発生手段が構成されて
いても良い。磁極（１ａ，１ｂ）には環状の突起、溝お
よび円周方向には完全には連続していない突起、溝が形
成されている。漏れ磁場を低減するために対向する磁極
（１ａ，１ｂ）は継鉄（１１）によって磁気的に結合さ
れ磁気回路が形成されることが好ましい。図中では１本
の継鉄柱（１２）が図示されているが１本であることに
限定されるべきものではなく複数本の継鉄柱により磁気
回路が構成されていても良い。漏れ磁場を低減する方法
としては継鉄によって磁気回路を構成する方法に限定さ
れるべきものではなく、シールドコイルを配置しても良
い。 【００２６】図１に本実施の形態における磁極面の横断
面図および正面図を示す。中心軸に対して線分を３６０
度回転させその線分の掃引によって形作られる３次元曲
面もしくは平面を環状面、と定義すると、磁極面の概形
は環状面を接続した表面によって形成されている。環状
面上の各点における法線ベクトルと回転軸とがなす角を
環状面の傾きと定義するならば、磁極の概まかな形状を
規定する環状面の集合を、磁極中心から半径方向外側に
向かって見ていくと、その傾きが変化し、環状面の傾き
の符号が変化する場所が複数箇所存在する。近接した領
域で符号の変わる部分を環状溝（凹部の場合）もしくは
環状突起（凸部の場合）と表現することにする。中心軸
に対して完全に軸対称形状となっている環状溝、環状突
起を狭義の環状溝、環状突起と、ほぼ円環状であり周方
向に接続されて溝、突起を広義の環状溝、環状突起とい
うことにする。両者は特別な場合以外は区別しないこと
にする。環状溝、環状突起に対して、周方向に接続され
ていない溝、突起を部分溝、部分突起ということにす
る。図１に示される磁極面は接続された環状面によって
構成され、３本の環状溝（３）と１本の環状突起（２）
および１１本の部分溝（４）が形成されている。環状面
は撮像空間における軸対称的な磁場分布の発生を担って
おり、環状溝、環状突起の存在により軸対称な磁場不均
一性を補正する。また、部分溝、部分突起は主として撮
像空間に非軸対称的な磁場分布の発生を担っており、非
軸対称な磁場分布を補正する。 【００２７】本実施形態における磁極の軸対称形状は円
盤状の鉄プレートを旋盤によって所定の環状溝が形成さ
れるように軸対称の切削加工を行ない、一般にローズシ
ムと呼ばれる環状突起は別途製作し一体化した。環状面
を半径方向に連続的に接続した磁極を形成することによ
って、直径４０ｃｍの撮像空間における静磁場の軸対称
な不整磁場成分を８ｐｐｍ以下にすることができた。こ
れは離散的な磁場調整リングを組み合わせる従来の方法
では実現できなかった数値である。従来の方法で得られ
る磁場均一度はせいぜい３０ｐｐｍ程度である。本実施
形態による磁極は連続的に接続した環状面によって形成
されているため、磁極中心から外側にむかう磁極面の傾
きは不連続となっているが、接続される環状面の数を十
分に多く取る、さらには完全に滑らかな３次元曲面によ
って磁極面を構成することによってさらに軸対称な不整
磁場を低減することが可能となる。本実施形態では環状
溝は円盤状鉄プレートの切削加工によって構成したが、
構成方法はこの方法に限定されるものでなく、例えば、
環状面を表面にもつ磁性リングや磁性体断片を複数個組
み合わせることで磁極を形成してもよい。これは環状突
起についても同様である。 【００２８】本実施形態において主たる軸対称磁場発生
手段は、マグネット片側において、コイルは１個、環状
溝は３本そして環状突起は１本であるが、この構成に限
られるべきものではなく、コイルや環状溝、突起の数を
所定の磁場強度、均一度が得られる範囲で変えてもよ
い。直径４０ｃｍの撮像空間において不整磁場が１０ｐ
ｐｍ以下となるような均一磁場を得るためには、空心コ
イルのみによって構成される開放型ＭＲＩ用マグネット
においては、片側４個以上のコイルが必要となることが
簡単な試算によって分かる。これは、撮像空間における
磁場分布を数学的な手法で適当な関数系を用いて分解す
ると、主要な不整磁場成分が４個以上出現し、それらを
補償するためには同数の線形独立的な磁場発生源を必要
とするからである。磁極に環状溝、突起を形成するとそ
の溝、突起表面には磁化電流が現れ、これが磁場補償用
の磁場発生源となる。空心コイルによるマグネット構成
と同様に均一な磁場を発生させるためには４個以上の磁
場発生源が必要となるので、コイル、環状溝、環状突起
の個数はマグネット片側で４個以上必要となる。ただ
し、コイルの場合は電流値を任意設定できるのに対し
て、磁化電流は任意に設定できない。有効な磁場発生源
となるには環状溝、環状突起にはある程度の体積を必要
とし、その形状も重要となるために空間配置の自由度が
制約される、磁性体の場合には磁気飽和という現象があ
るために磁化電流の最大値が存在する、といった理由に
よりコイルに比べて設計上の自由度が少ないので、均一
磁場を得るためには環状溝、環状突起の数を増やすこと
が望ましい。 【００２９】図１中には部分溝（４）がほぼ中心に対し
て同心円上に１１本配置されているが、部分溝は必ずし
も同心円状に配置されている必要はない。磁極における
磁化の分布が軸対称に近い場合には中心軸に対して回転
対称性を持つ配置パターンがしばしば現れる。また図中
では部分溝のみが図示されているが、磁場補償手段は部
分溝にのみ限定されるものではなく部分突起を形成させ
ても良い。その場合の部分突起は別途製作したものを磁
極面に冶金的またはボルトなどにより機械的に一体化さ
せても良いが、取り付け位置精度を確保する点から磁極
表面に直接切削加工により形成することが望ましい。ま
た、部分溝の断面はステップ状に切り欠かれているが、
断面形状はこの形状に限定されるものではなく、緩やか
な傾斜をもって磁極に接続するような傾斜面を有する断
面形状、もしくはなめらかな曲面を有する断面形状が望
ましい。この滑らかな傾斜面や曲面形状を使用すること
によりステップ状の切り欠き断面を有する部分溝もしく
は部分突起によって形成される磁場分布よりもさらにい
っそう滑らかな磁場分布が形成される。また、図中では
部分溝の形状は幅がほぼ一定で深さも一定として図示さ
れているがこれに限定されるべきものではない。溝形状
を滑らかに半径方向、円周方向を含む任意の方向に滑ら
かに形状を変化させることによっていっそう滑らかな磁
場分布が形成されるとともに、さらに、溝形状を波打た
せたり周期的な形状変化を与えることによってより高次
の不整磁場の補償が可能となる。これは補償手段として
部分突起を使用する場合も同様である。本実施形態にお
けるシミュレーションの例では、矩形断面を持つ部分溝
の形成により、不整磁場の非軸対称成分を、ｙ項を３９
７ｐｐｍ→５０ｐｐｍ以下、ｚ²ｙ項を５９８ｐｐｍ→
−５０ｐｐｍ以下、ｘ²ｙ ²項を１７１ｐｐｍ→５０ｐｐ
ｍ以下、ｚ²ｘ²ｙ²項を−１２７ｐｐｍ→−２０ｐｐｍ
以下にすることができた。 【００３０】本発明は不整磁場の３次元成分を補償する
ために、補償用鉄片を追加するだけの従来の磁場補正方
法と異なり、磁極の設計の上で補償用の鉄を追加もしく
は削除することが可能であり磁場補正の設計自由度が大
幅に増加する。従来の均一磁場発生方法である、磁極部
において軸対称不整磁場のみの補償を行い非軸対称不整
磁場を補償用鉄片によって補正する方法では、非軸対称
磁場を補正するための鉄片が新たに軸対称不整磁場を発
生させるため、その軸対称不整磁場を打ち消すためにさ
らに鉄片を追加する必要があった。しかし、本発明では
軸対称不整磁場、非軸対称不整磁場の両方の補償．を考
慮にいれて磁極形状を設計できるため無駄な加工、鉄の
増加を低減することが可能である。また、切削加工量を
最小限となるような磁極面形状となるように不整磁場を
補償する磁化の配置組み合わせを最適化することがで
き、したがって必要最小限の３次元加工による磁極形状
が実現される。その結果加工費は低減され、また切削加
工によって磁場補償用の溝、突起部を形成することか
ら、それらの寸法、位置精度にすぐれた磁極を提供でき
る。機械加工による加工精度は０．１ｍｍ以下に制御で
きる。 【００３１】磁極面を滑らかな３次元曲面に加工するこ
とが均一な静磁場を得る上でもっとも望ましい形態では
あるが、本実施例では磁極形成方法の簡略化および加工
費の低減を目的として磁極面に軸対称形状を形成したの
ちに３次元加工を行って磁極を形成した。磁極形成方法
の代替案として、図４に示すように異なる環状溝もしく
は環状突起が形成された磁極（１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ）を複数用意し、それらの磁極を円周方向に分割し、
必要な磁極断片（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を組み合わ
せることによって磁極を再構成する。この方法では磁極
面には３次元加工は伴わず、旋盤等で環状溝、環状突起
を形成するだけでよいために加工費が大幅に低減される
とともに加工時間も短縮される。 【００３２】以上の構成によって軸対称不整磁場も非軸
対称な不整磁場も十分に低減された均一磁場を得ること
ができる。しかし、磁性材料の磁化特性のばらつきやマ
グネットの製作誤差、またはマグネット設置環境による
外部擾乱や、コスト低減のための磁極面加工の簡略化、
簡素化によって所定の磁場均一度が達成されない場合が
ある。これは、さらに付加的な鉄片を配置することによ
って補正することが可能である。 【００３３】付加的な鉄片を配置する領域を図５に示
す。補正用鉄片配置領域として、補正領域１（１５ａ，
１５ｂ），補正領域２（１６ａ，１６ｂ），補正領域３
（１７ａ，１７ｂ），補正領域４（１８ａ，１８ｂ），
補正領域５（１９ａ，１９ｂ），補正領域６（２０ａ，
２０ｂ）が想定される。なお、これらの補正領域はいず
れも撮像空間外にあり、さらに、補正領域６（２０ａ，
２０ｂ）は磁極（１ａ，１ｂ）に対して撮像空間と反対
の位置に配置されている。数学的手法で分解された不整
磁場成分に対する各領域における磁場補正能力は、磁場
成分によって異なるために、残留している不整磁場の特
徴にあった補正領域を選択する必要がある。撮像空間
（１０）に対して距離が近いもの、撮像空間から補正領
域を見込む角度（立体角）が大きいものほど補正能力に
優れている。したがって補正領域は、従来より磁極と撮
像空間の間の領域である、補正領域１，２，３，４（特
に１，３）が主に利用されてきた。 【００３４】本実施形態では、従来より利用されてきた
補正領域１，３のほかにさらに磁極の撮像空間と反対側
の領域、図５における補正領域６（２０ａ，２０ｂ）を
使用した。本マグネット構成では磁場の大半をパッシブ
な磁性体によって発生させるため、磁性体の磁化特性の
ばらつきによって均一度は影響を受ける。磁化特性のば
らつきは磁性体内部の磁束線の大きな流れを変化させる
ため、磁束線全体の流れを調整するような補正手段が有
効である。そこで図６に示すように補正領域６（２０
ａ，２０ｂ）を構成する点線で記される磁性体ブロック
（２１）が着脱可能なようにし磁束の流れを制御するこ
とによって不整磁場の補正を行った。その結果、補正の
難しい高次の不整磁場を生じさせることなく磁場均一度
を大幅に改善することができた。補正領域６はほかの補
正領域に比べて比較的撮像空間（１Ｏ）から距離がある
ことに加え、撮像空聞（１Ｏ）に対して直接には面して
いないため、補償領域６における磁性体の形状や離散的
配置による高次の不整磁場が撮像空間に到達しないため
である。補正領域６を使用しない場合に比べると、補正
領域１，３で使用する鉄片の総量を１／５にまで低減で
き、また補正領域１，３で使用する鉄片の総量が減少し
たことに伴い、磁場調整に掛かる時間を大幅に短縮する
ことができた。 【００３５】本実施例では磁性体ブロック（２１）は着
脱可能としたが必ずしも着脱可能構造を採用する必要は
なく、補正用付加鉄片を設置するためのトレイ構造を始
めとする鉄片設置機構を備えてもよい。また、磁性体ブ
ロックは任意形状でよく、図６における形状に限定され
るものではない。 【００３６】 【発明の効果】本発明のマグネットは、軸対称不整磁場
および軸非対称磁場を補償する手段を磁極に集約して備
えることにより、非軸対称不整磁場を補償する手段を別
途必要としないもしく大幅に低減できる。したがってマ
グネットをコンパクトにすることができる。さらに、マ
グネットがコンパクトとなったため、付加的な磁場補償
手段を備える余裕が生まれ、それを備えることにより磁
場均一度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の磁極面形状を示す断面図および正面
図。 【図２】開放型ＭＲＩ装置の概念を示す断面図。 【図３】本発明のＭＲＩ装置用マグネット構成を示す断
面図。 【図４】本発明の磁極の簡易構成法を示す模式図。 【図５】磁場補正用鉄片の配置領域を示す説明図 【図６】磁場補正用鉄片の配置を示す説明図 【符号の説明】 １ａ，１ｂ磁極 ２環状突起 ３環状溝 ４部分溝 ５ａ，５ｂ超伝導コイル ６ａ，６ｂクライオスタット ７ａ，７ｂ傾斜磁場コイル ８ａ，８ｂＲＦコイル系 ９ａ，９ｂ均一度調整部 １０撮像空間 １１継鉄 １２継鉄柱 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ環状溝を形成した磁極 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ磁極断片 １５ａ，１５ｂ磁場補正領域１ １６ａ，１６ｂ磁場補正領域２ １７ａ，１７ｂ磁場補正領域３ １８ａ，１８ｈ磁場補正領域４ １９ａ，１９ｂ磁場補正領域５ ２０ａ，２０ｂ磁場補正領域６ ２１磁性体ブロック

フロントページの続き (72)発明者 和田山 芳英 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4C096 AB32 AB42 AB47 AD08 CA02 CA07 CA16 CA18 CA25 CA38

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 概ね対向して配置された複数の磁場発生
   手段と前記磁場発生手段が対向することにより形成され
   る撮像空間を有するマグネットにおいて、前記磁場発生
   手段は磁極とコイルによって構成されており、前記磁極
   面はほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極面の円周方向
   に連続的な溝もしくは突起が形成されており、及び、ほ
   ぼ同心円状に配置されかつ前記磁極表面の円周方向に不
   連続な溝もしくは突起が形成されていることを特徴とす
   るマグネット。 【請求項２】 請求項１における前記マグネットが前記
   撮像空間以外の空間にヨーク等を配置した磁束回帰用の
   磁気回路を有することを特徴とするマグネット。 【請求項３】 請求項１又は請求項２におけるマグネッ
   トにおいて、前記マグネットは漏れ磁場を低減するため
   のアクティブもしくはパッシブなシールドを備えること
   を特徴とするマグネット。 【請求項４】 請求項１ないし請求項３における前記マ
   グネットが磁気共鳴撮像装置用マグネットであることを
   特徴とするマグネット。 【請求項５】 請求項１ないし請求項４において、前記
   磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝
   もしくは突起の個数と前記対向する磁場発生手段に含ま
   れるコイルの個数の合計が前記対向する磁場発生手段の
   片側において４個以上であることを特徴とするマグネッ
   ト。 【請求項６】 請求項１ないし請求項５において、前記
   磁極面において円周方向に周期的な溝もしくは突起が形
   成されていることを特徴とするマグネット。 【請求項７】 請求項１ないし請求項６において、前記
   磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝
   もしくは突起を、磁極表面を切削加工することのみによ
   って形成されていることを特徴とするマグネット。 【請求項８】 請求項１ないし請求項７において、前記
   円周方向に不連続な溝もしくは突起をおおむね同心円上
   に連続的に配置されているものと見なしたとき、当該同
   心円の個数が前記対向する磁場発生手段の片側において
   ４個以上であることを特徴とするマグネット。 【請求項９】 請求項１ないし請求項８において、前記
   磁極は、同心円状に加工された磁極を円周方向に分割
   し、これらの分割された磁極断片を組み合わせて再構成
   されていることを特徴とするマグネット。 【請求項１０】 請求項９において、前記再構成された
   磁極は、形状の異なる磁極断片を組み合わせて構成され
   ることを特徴とするマグネット。 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のマグネッ
   トにおいて、強磁性体片および／または永久磁石片を追
   加すること、または、予め設置された前記強磁性体片お
   よび永久磁石片を除去することにより、磁場調整を行う
   ことを特徴とするマグネットの磁場調整方法。 【請求項１２ 】請求項１１のマグネットの磁場調整方
   法において、前記強磁性体片および／または永久磁石片
   のうち全部もしくは一部が、前記磁極に対して前記撮像
   空間と反対の位置に配置されていることを特徴とするマ
   グネットの磁場調整方法。 【請求項１３】 請求項１ないし請求項１０に記載のマ
   グネットを備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置又
   は磁気共鳴撮像システム。