JP2004236747A - 開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】非対称磁気回路が形成される開放型磁気共鳴イメージング装置の磁石では、それぞれ撮影領域として働く静磁場を挟んで対向する磁極板の磁化が不均一となり、そのため静磁場の均一性の低下および傾斜磁場コイルによって生成される渦電流の場所による大きさの違いが生じていた。これを解消する開放型磁気共鳴イメージングの装置の磁石を提供する。
【構成】各磁極板の互いに対向する面のあらゆる点から、対向する第１、第２の静磁場発生磁石の一側に設けられた両者を磁気的に結合し支持する継鉄中央部までの各磁路の磁気抵抗を、その途中に多数の空隙あるいは低透磁率材料を介在させるか、あるいはまた磁気的に分離した複数の磁路を設けるかして、ほぼ同一となるように構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関し、特に、磁極板の磁化を均一にしたＭＲＩ装置用の磁場発生源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図を用いて従来の技術を簡単に説明する。
【０００３】
図７にＣ型の磁気回路を備えたＭＲＩ装置用磁石の概略構造の断面図を示す。この様にＣ型の磁気回路の開口部分に挟まれた空間に撮影領域があり、ここに磁気共鳴を起こさせるための均一な磁界が発生させられる。磁界は、主として静磁場発生用コイルによって発生させられ、多くの場合、磁界を均一にするために磁極突起部（ポールピースとも言う）が配置されている。磁気回路は、多くの場合、鉄等の強磁性体により構成され、磁気回路外に漏れ出す漏洩磁界を抑えるために特に透磁率の高い材料を用いる場合が多い。
【０００４】
静磁場発生用コイルとしては、多くの場合、超電導コイルが用いられ、コイル導体を超伝導温度に冷却するために、超伝導磁石容器（クライオスタットともいう）の中に納められている。撮影領域内のＮＭＲ信号に対して、位置情報を符号化するための勾配磁界を発生させる傾斜磁場コイルは、磁極突起部に包囲された凹みの中に納められており、このコイルに通電することにより、撮影領域に勾配磁界が発生させられる。
【０００５】
図７における磁気回路は、撮影領域の上下に配置され一部が鉄柱としても働く上下の継鉄からなる。さらに、継鉄のうち、撮影領域に面した側を磁極板と称する。磁極板には、多くの場合、撮影領域の磁場均一度を向上させるために、複数の溝が掘られている。
【０００６】
図示した他に、ＲＦ送受信コイルが傾斜磁場コイルの撮影領域側に配置され、それらの電源、制御器と共にＭＲＩ装置が構成される。この様なＣ型磁石において、静磁場発生コイルに電流を流したときの状態を図８に示す。
【０００７】
図８には、磁気回路のそれぞれの位置における磁化の大きさと向きを模式的に示した。図の様にＣ字型磁石は左右（ｘ方向）で磁気回路が非対称であるため、磁極板の図中（ａ）の位置と（ｂ）の位置では、方向を含めた磁化が不均等となる。磁化が不均等であることは次のような弊害をもたらす。
【０００８】
第一に、静磁場自体がｘ方向に非対称になり、均一度が低下する。（ａ）−（ｂ）の磁化が均等でないならば、同様に撮影領域内の（ｃ）−（ｄ）の磁場は対称ではない（一致しない）ので、均一度が低くなり、これを別な手段で補正しなければならない。
【０００９】
第二に、磁極板の磁化が不均等であるということは、それぞれの位置における透磁率が異なり、傾斜磁場を掛けた時の磁極板の振舞いが異なる。この振舞いの違いの１つは傾斜磁場の印加による磁極板の磁化の変化の違いであり、もう一つは傾斜磁場印加による大きさの違う渦電流の発生である。これらの傾斜磁場印加に伴う振舞いの相異は補正するのが困難であり、可能な限り小さいことが望まれる。
【００１０】
この様に、従来のＣ型の磁気回路では、その空間的な非対称性のために幾つかの課題が生じていた。上記従来例では、Ｃ型の磁気回路を備えた磁石を示したが、その他の非対称に配置した継鉄、鉄柱を持つ磁石であっても同様の課題が生じる事は容易に判る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の技術で述べたように、非対称の磁気回路を備えたＭＲＩ装置用磁石では、水平方向の磁化の不均一性が大きく、磁極板に沿った磁化が均一にならなかった。これにより、磁場均一度が低くなり、傾斜磁場コイルによる大きさの違う渦電流が発生するといった問題が生じていた。磁極板の磁化が不均等となる原因を図９に示す継鉄、鉄柱から位置（ａ）、（ｂ）までの磁束の経路（１）、（２）について説明すると、図から判るように経路１は細くて長く、経路２は太くて短い。磁束線は非圧縮性流体としてその流れを感覚的に掴めるので、経路の磁気抵抗（長さ／断面積／透磁率）にほぼ反比例した磁束が各経路に流れるので、経路２には多くの磁束が流れ、経路１に流れる磁束は少ない。このことが磁極板の磁化不均等の原因となっている。
【００１２】
本発明の目的は、非対称な磁気回路が形成される開放型ＭＲＩ装置用磁石において、そのそれぞれの磁極板の磁化を均一にしその撮影領域として働く静磁場の均一度を向上しかつ傾斜磁場印加に伴って生成する渦電流の大きさを全体に亘って均一にする開放型ＭＲＩ装置用磁石を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では以下のような考えを適用した。
【００１４】
すなわち、継鉄、鉄柱からそれぞれの磁極板へ至るあらゆる経路について、その長さ／断面積／透磁率が、ほぼ一定になるように、長さ、断面積、透磁率を調整するものとした。具体的には、以下の様な手段をもちいる。
【００１５】
１つは、経路上に空隙を設け、各経路の断面積を任意に変更して、経路全体の磁気抵抗がほぼ一定となるようにした。
【００１６】
２つめは、経路上に低透磁率の材料を埋め込むことにより、各経路の透磁率を制御し、経路全体の磁気抵抗がほぼ一定となるようにした。
【００１７】
３つめは、断面積の異なる複数の磁性体板を組み合わせることにより、断面積／長さを制御し、経路全体の磁気抵抗がほぼ一定となるようにした。
【００１８】
上記の手段により、それぞれの磁極板へ至る磁束を一様にし、磁極板の磁化の不均一性を改善した。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
【００２０】
本発明に関わる第一の実施例を図１に示す。この図では図７に示した上側の磁極板，継鉄のみ示している。
【００２１】
図１では、経路１、経路２の経路上に空隙１０を設けている。この空隙１０の大きさをｘ方向に沿って変化させることにより、経路１、経路２の磁気抵抗をほぼ等しくした。つまり、図において経路１の途中にある空隙は小さく、経路２の途中にある空隙は大きくする。この様にすることにより、位置（ａ）、（ｂ）に到達する磁束はほぼ同じとなり、磁極板の磁化もほぼ一定となる。図１では、空隙１０の大きさはそのｘ方向幅のみを変えているが、本質的には大きさが異なっていればよく、本発明はその大きさを変える具体的な手段を限定するものではない。
【００２２】
図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。空隙１０はｘ方向に沿って、即ち、継鉄から遠い側から近い側にかけて、その大きさ、密度が順次増加するように配設することにより、あらゆる経路に関して、その磁気抵抗をほぼ同じとし、磁極板の磁化を一定とした。
【００２３】
図３は、図２の変形例で、ｙ方向に対しても空隙１０の大きさを変化させたものである。即ち、中心からｙ方向に離れるほど空隙の埋め込みボリュームを小さくしている。
【００２４】
同様に、図１における空隙１０の代わりに低透磁率材２０を埋めた第２の実施例を図４に示す。
【００２５】
図４においても、低透磁率の材料、例えば、アルミニウム，ステンレス鋼，樹脂等を用いることにより、経路１、２の磁気抵抗をほぼ同じにすることが出来る。図１と図４を比較して判るように、空隙１０を設けるということは、経路の間に透磁率の低い空気を埋め込んだと考えると、図１と図４は原理的に大きな違いは無い。図１の空隙１０を設けた場合と比べると、構造的には図４の低透磁率材料２０を埋め込んだ方が剛性が高くなるので、大きい電磁気力が働く場合は図４の実施例の方が望ましい。
【００２６】
図１、図４に示した以外に、傾斜磁場コイル、ＲＦ送受信コイル等が組み合わされてＭＲＩ装置が構成されるが、これらは従来例と同じ構成、配置、役割であるため、図では省略した。
【００２７】
図５に第３の実施例を示す。この実施例は既存の磁極板の磁気回路を調整するという考え方ではなく、磁気抵抗がほぼ同じ複数の経路で継鉄、鉄柱と磁極板を結ぶという考え方の下に形成した実施例である。図では４枚の副磁極板３０，４０，５０，６０を使って４つの経路によって継鉄、鉄柱と接続し、最も経路の長い副磁極板３０による経路１では、経路上の断面積を大きくし、より経路の長さの短い副磁極板５０による経路２では断面積を小さくすることにより、それぞれの経路の磁気抵抗をほぼ同等なものとしている。
【００２８】
実際の構造としては、例えば、図６の分解組立図の様に、蓋が付いたＵ字型磁気回路部材３０，４０，５０，６０を互いに磁気的に分離して入れ子構造にして組立てることにより、図５の様な断面の磁気回路を構成することが出来る。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、撮影領域として働く静磁場の均一度が高く、傾斜磁場による影響がより均一となる開放型ＭＲＩ装置用磁石が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明開放型ＭＲＩ装置の磁石の第１の実施例の上側磁極板、継鉄の概略断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図２の変形例を示す断面図。
【図４】本発明開放型ＭＲＩ装置の磁石の第２の実施例の上側磁極板、継鉄の概略断面図。
【図５】本発明開放型ＭＲＩ装置の磁石の第３の実施例の上側磁極板、継鉄の概略断面図。
【図６】図５の上側磁極板、継鉄の分解組立図。
【図７】従来の開放型ＭＲＩ装置のＣ字型磁石の概略断面図。
【図８】図７の上側磁極板、継鉄の磁化の様子およびそれが撮影領域として働く静磁場の均一度に与える影響を説明する図。
【図９】図７の上側磁極板、継鉄中の２つの磁路の磁気抵抗の違いを説明するための図。
【符号の説明】
１０ 空隙
２０ 低透磁率材
３０，４０，５０，６０ 副磁極板

Claims (5)

1. 互いに対向しその間に撮影領域として働く静磁場空間を画成する第１および第２の静磁場発生用磁石、第１、第２の静磁場発生用磁石をその一方の側部で磁気的に結合、支持する強磁性体からなる継鉄、第１、第２の静磁場発生用磁石の対向面側にそれぞれ設けられた磁極板を有する開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石において、上記磁極板はその各磁極板の互いに対向する面のあらゆる点から上記継鉄の中央部分に到る磁路の磁気抵抗がほぼ同一となるように構成されていることを特徴とする開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石。
2. 上記各磁極板中にはその磁気抵抗を調整するため多数の空隙が形成されており、それら空隙の大きさは磁極板の継鉄から遠い側から近い側にかけて順次大きく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石。
3. 上記空隙は低透磁率材料で埋められていることを特徴とする請求項２に記載の開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石。
4. 上記磁極板はそれぞれ磁気的に分離された複数の副磁極板から構成され、各副磁極板の磁路断面積は上記継鉄から最も遠い磁極板の対向面を形成する副磁極板から継鉄に最も近い磁極板の対向面を形成する副磁極板にかけて順次小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の開放型磁気共鳴イメージング装置用磁石。
5. 請求項１から４のいづれか１つに記載の磁石を備えた開放型磁気共鳴イメージング装置。

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