JP2005185318A

JP2005185318A - 磁石装置及び磁気共鳴イメ−ジング装置

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Publication number: JP2005185318A
Application number: JP2003427121A
Authority: JP
Inventors: Hajime Tanabe; 肇田邉; Naoharu Yoshida; 直治吉田; Akihiko Ariyoshi; 昭彦有吉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】シムによる調整能力を比較的に高めて、比較的容易に均一静磁場空間領域における磁場の均一度を向上させる磁石装置を得る。
【解決手段】環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に静磁場調整手段を配置し、静磁場調整手段により一対の磁石体間の中心部近傍に作られる均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、一対の磁石体が形成する均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、一対の磁石体を構成し、これを静磁場調整手段で調整して、均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、生体の画像診断に利用されるＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置（通称「磁気共鳴イメ−ジング装置」）に使用される磁石装置、および磁気共鳴イメ−ジング装置に関し、特にその均一静磁場空間領域の磁場の均一度向上に係わるものである。

磁気共鳴イメ−ジング装置は、磁石装置の形状により大別して円筒形と、一対の磁石体の間に球状の均一静磁場空間領域を形成する対向形とがあり、近年では、被検者に対する開放性や診断関係者の診断時の立ち回りの利便性の観点等で優れた対向形が主流になりつつある。この対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置における球状の均一静磁場空間領域の磁界強さは、一般的には１００００ガウス前後であり、その許容誤差は通常は数ｐｐｍである。なお、対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置の大きさや重さは、例えば、高さ３ｍ前後、平面における最大長２ｍ前後、重さ４０トン前後である。

前述のような対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置においては、小型化、軽量化を図りつつ、球状の均一静磁場空間領域に磁場（磁界強さ）の均一性の確保、誤差の縮小を図ることが重要であり、例えば、本出願と同一の出願人による特許文献１に見られるような、球状の均一静磁場空間領域における磁界強さの均一化を図る技術が開発されている。

特許文献１に記載の技術は、環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に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一対の磁石体間の中心部近傍に作られた均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、環状コイルの中心線に対して同中心線状に磁石体の表面部にリング状強磁性体シムを配置したものである。

特開２００２−３３６２１５号公報

しかし、従来の磁石装置では、シム（shim）による均一静磁場空間領域における磁場の均一化の許容範囲内へのシミングに調整能力が落ちる問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、磁石装置および磁気共鳴イメ−ジング装置において、シムによる調整能力を比較的に高めて、比較的容易に均一静磁場空間領域における磁場の均一度を向上させることを目的とするものである。

この発明に係わる磁石装置は、環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に静磁場調整手段を配置し、上記静磁場調整手段により上記一対の磁石体間の中心部近傍に作られる均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、上記一対の磁石体が形成する上記均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、上記一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、上記一対の磁石体を構成し、これを上記静磁場調整手段で調整して、上記均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにしたものである。

また、環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に静磁場調整手段を配置し、上記静磁場調整手段により上記一対の磁石体間の中心部近傍に作られる均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、
上記均一静磁場空間領域を挟んで対向する上記一対の磁石体の対向側外周部に環状突出部を形成して、その内部に上記環状コイルを内蔵すると共に、上記一対の磁石体の対向面側中央部の上記環状突出部に囲まれる窪みに上記静磁場調整手段と傾斜磁場コイルを配置し、上記一対の磁石体が形成する上記均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、上記一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、上記一対の磁石体を構成し、これを上記静磁場調整手段で調整して、上記均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにしたものである。

この発明の磁石装置によれば、シムによる調整能力を比較的に高めて、比較的容易に均一静磁場空間領域における磁場の均一度を向上させることができる。
また、シムによる調整能力を比較的に高めて、比較的容易に均一静磁場空間領域における磁場の均一度を向上させることができると共に、中央部の窪みに静磁場調整手段と傾斜磁場コイルを配置したので、一対の磁石体の対向面間寸法を縮めることができ、磁石体の起磁力を大幅に減じることができる。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図７により説明する。図１は対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置全体の主要部の構成を示す平面図、図２は図１のII−II線における断面を矢印方向に見た縦断面図、図３は第１の磁石体のシム取付部材を図１において下方から見た拡大下面図、図４は図３のIV−IV線における断面を矢印方向に見た断面図、図５は図２の一部を拡大して各種シム取付部材の事例を示す断面図、図６は式（１）のｒ，θ，φの座標系を示す説明図、図７は細片状鉄シムが発生するＺ偶数成分の分布状況を示す説明図である。なお、各図中、同一符号は同一部分を示す。

図１〜図５において、対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置は、環状の第１の主磁石（環状コイル）１を内蔵し外観が円柱状の第１のクライオスタット部（以下磁石体という）２と、環状の第２の主磁石（環状コイル）３を内蔵し外観が円柱状の第２のクライオスタット部（以下磁石体）４と、第１の磁石体２と第２の磁石体４とに跨って延在し、第１の磁石体２と第２の磁石体４とを各磁石体２，４の外周部において連結する連結柱部５とから構成されている。

第１の磁石体２と第２の磁石体４とは、それらの環状の第１及び第２の主磁石１，３の各中心線６が図示のように同軸状になるように配設され、両者の対向面間には所定の空間７が、連結柱部５により保持されている。なお、空間７の中心部近傍に、被検者の画像診断に必要な球状の均一静磁場空間領域８が存在する。また、空間７に、被検者を載せるベッド７１が、矢印イ（図１参照）あるいは矢印ロ（図１参照）の方向に挿入される。

第１の磁石体２は、周知のように、アルミニウムやステンレス鋼等の非磁性金属製の真空容器部２０１と、この真空容器部２０１内に当該真空容器部２０１の器壁から離間して配設されたヘリウム（Ｈｅ）容器などの冷媒容器（図示省略）と、この冷媒容器と真空容器部２０１との間に当該冷媒容器および真空容器部２０１から離間して配設され真空容器部２０１から冷媒容器への輻射熱を遮る熱シ−ルド（図示省略）とから、主として構成されている。なお、冷媒容器内に環状超電導コイル等の第１の主磁石１が内蔵されている。

真空容器部２０１は、中心線６と同軸の非磁性の円筒部２０２と、この円筒部２０２の両端に設けられた円板状の非磁性の端壁部２０３，２０４と、円筒部２０２を囲繞し両端壁部２０３，２０４の各周面間に跨って延在している非磁性の周壁部２０５とで構成されている。

なお、端壁部２０４には、空間７側にその中心部が中心線６と同軸状となる円形窪み２０６を形成する底壁部２０７及び周壁部２０８が設けられている。つまり、換言すれば、空間７側（一対の磁石体２，４の対向面側）の端壁部２０４を、その外周部近傍が空間７側に突出した環状突出部とし、当該突出した円形壁部２０９に連なる各周壁部２０５，２０８と当該円形壁部２０９とにより真空容器部２０１の内側にド−ナツ状窪み２１０が形成されている。このド−ナツ状窪み２１０内に、真空容器部２０１内の冷媒容器内に内蔵の第１の主磁石１が配設されている。

第１の磁石体２内には、第１の主磁石１と円筒部２０２との間に、円形窪み２０６の底壁部２０７に対向して環状の第１の調整磁石９１が配設されている。換言すれば、第１の調整磁石９１は、円筒部２０２を囲繞し、第１の主磁石１に囲繞されており、その中心線は中心線６と同軸状である。なお第１の調整磁石９１としては、例えば、真空容器部２０１内の冷媒容器内に内蔵された超電導コイルが使用される。

また、第１の磁石体２内には、中心線６と同軸状をなす環状の外域磁場打消磁石１０，１１が設けられている。これら外域磁場打消磁石１０，１１としては、真空容器部２０１内の冷媒容器（図示省略）内に内蔵された超電導コイル、或は冷媒容器外の真空容器部２０１内に設けられた非超電導コイルが使用されている。また、外域磁場打消磁石１０は、真空容器部２０１の周壁部２０５に近接して設けられ、外域磁場打消磁石１１は、外域磁場打消磁石１０より円筒部２０２寄りに設けられている。

一方、第２の磁石体４は、第１の磁石体２と対称に同様に構成されているので、その説明は簡略化する。第２の磁石体４は、真空容器部４０１と、この真空容器部４０１内に配設された冷媒容器（図示省略）と、この冷媒容器と真空容器部４０１との間に配設された熱シ−ルド（図示省略）とから、主として構成されている。なお、上記冷媒容器内に超電導コイル等の環状の第２の主磁石３が内蔵されている。

真空容器部４０１は、中心線６と同軸の円筒部４０２と、この円筒部４０２の両端に設けられた端壁部４０３，４０４と、円筒部４０２を囲繞し両端壁部４０３，４０４の各周面間に跨って延在している周壁部４０５とで構成されている。

なお、空間７側の端壁部４０４には、空間７側にその中心部が中心線６と同軸状となる円形窪み４０６を形成する底壁部４０７及び周壁部４０８が設けられている。つまり、換言すれば、空間７側の端壁部４０４を、その外周部近傍を空間７側に突出した環状突出部とし、当該突出した円形壁部４０９に連なる各周壁部４０５，４０８と当該円形壁部４０９とにより真空容器部４０１の内側にド−ナツ状窪み４１０が形成されている。このド−ナツ状窪み４１０内に、真空容器部４０１内の冷媒容器内に内蔵の第２の主磁石３が配設されている。

第２の磁石体４内には、第２の主磁石３と円筒部４０２との間に、円形窪み４０６の底壁部４０７に対向して環状の第２の調整磁石９２が配設されている。換言すれば、第２の調整磁石９２は、円筒部４０２を囲繞し、第２の主磁石３に囲繞されており、その中心線は中心線６と同軸状である。なお、第２の調整磁石９２としては、例えば真空容器部４０１内の冷媒容器内に内蔵された超電導コイルが使用される。また、第２の磁石体４内には、中心線６と同軸状をなす環状の外域磁場打消磁石１２，１３が設けられている。

連結柱部５は、支持骨部５０１と、この支持骨部５０１を内蔵する外壁部５０２とから構成されており、第１の磁石体２と第２の磁石体４とを支えている。支持骨部５０１は、前部支柱部５０３と、後部支柱部５０４と、端部支柱部５０５,５０６とで構成されている。また、前部支柱部５０３と、後部支柱部５０４と、端部支柱部５０５,５０６とは溶接などにより一体化されている。また、この支持骨部５０１と外壁部５０２とは溶接などにより一体化されている。

外壁部５０２は、前壁部５０７と、後壁部５０８と、端壁部５０９，５１０と、上壁部５１１と、底壁部５１２とで構成されている。また、前壁部５０７と、後壁部５０８と、端壁部５０９，５１０、上壁部５１１と、底壁部５１２とは溶接などにより一体化されている。なお、連結柱部５は、その外壁部５０２の内部が真空容器となっており、後述の冷媒連通管１８を内蔵し、外壁部５０２から冷媒連通管１８への輻射熱を遮る熱シ−ルド（図示省略）も内蔵している。また、連結柱部５の上壁部５１１には、冷凍機１４および非磁性の冷媒注入口部１５が設けられている。

冷凍機１４は、その動力源は電動機であり、上壁部５１１の上側つまり外側に位置し、真空容器部２０１内における冷媒容器内の冷媒を冷却して冷媒容器内へ連通路１６を介して戻すと共に、真空容器部２０１内の熱シ−ルドを、真空容器部２０１の温度と冷媒容器の温度との中間の温度まで冷却するために設けられている。また、冷凍機１４は、冷媒容器内の液冷媒の液面より高い位置に配設されている。従って、冷媒容器内の冷媒が液化ヘリウム（Ｈｅ）の場合、つまり冷媒容器内の第１の主磁石１および第２の主磁石３が液化ヘリウム（Ｈｅ）により極低温に冷却される超電導コイルの場合には、冷凍機１４は真空容器部２０１内における冷媒容器内のヘリウム（Ｈｅ）ガスを冷却することによって、液化したヘリウム（Ｈｅ）は、自重により連通路１６内に入り、連通路１６内に入った液化ヘリウムは、自重により冷媒容器内へ戻る。なお、この冷凍機１４は、その重量は２０ｋｇ前後あり、定期的な保守点検時には、上壁部５１１から取り外される。

冷媒注入口部１５は、上壁部５１１の上側つまり外側に位置し、真空容器部２０１内の冷媒容器内へ連通路１７を介して冷媒を注入するために設けられている。冷媒容器内の液冷媒が液化ヘリウム（Ｈｅ）の場合、冷媒注入口部１５から真空容器部２０１内における冷媒容器内へ液化ヘリウム（Ｈｅ）が注入される。また、冷媒注入口部１５は、真空容器部２０１内における冷媒容器内の冷媒ガスを抜き出す場合にも使用される。

なお、第１の磁石体２の真空容器部２０１内における冷媒容器と第２の磁石体４の真空容器部４０１内における冷媒容器とは冷媒連通管１８を介して連通されており、第１の磁石体２の冷媒容器内の液冷媒は第２の磁石体４の冷媒容器内へ連通管１８を介して供給される。なお、冷媒が液化ヘリウム（Ｈｅ）の場合は、液冷媒はその自重により第１の磁石体２の冷媒容器内から第２の磁石体４の冷媒容器内へ入っていく。

第１の磁石体２の円形窪み２０６における底壁部２０７には、その球状の均一静磁場空間領域８側の面に、円板状のシム取付部材１９１が取り付けられている。この円板状のシム取付部材１９１の中心線６は、球状の均一静磁場空間領域８の中心と交わるように配設されている。また、このシム取付部材１９１の均一静磁場空間領域８側の面には多数のシム取付穴１９２（図３参照）が配設されており、この多数のシム取付穴１９２のうちの必要な位置のシム取付穴には、磁性片（軟磁性材、例えば、鉄、珪素鋼板、パーマロイ等を用いる）からなるシム１９３（図３における黒色円形の部分）が着脱可能に螺着されている。

円形窪み２０６における周壁部２０８の内周面（球状の均一静磁場空間領域８側の面）に、周壁部２０８の中心線６方向に延在（即ち、周壁部２０８の中心線６と平行に延在）する多数のシム（図５参照）が、当該周壁部２０８の全周に亘って必要な間隔で、当該周壁部２０８に着脱可能に取り付けられる。円筒状または板状のシム取付部材２２１（例えば、ガラスエポキシ製）はビスで周壁部２０８に固定されている。図５（ａ）では、磁性片シム２２２が、シム取付部材２２１の位置決め具の必要な位置に収納される。図５（ｂ）では、磁性細長片状シム２２３が、シム取付部材２２１内に必要本数が収納される。細長片状シム２２３は渦電流を発生しにくいため効果的である。

同様に第２の磁石体４の円形窪み４０６における底壁部４０７には、その球状の均一静磁場空間領域８側の面に、円板状のシム取付部材１９６が取り付けられている。この円板状のシム取付部材１９６の中心線６は、球状の均一静磁場空間領域８の中心と交わるように配設されている。また、このシム取付部材１９６には、第１の磁石体２側のシム取付部材１９１と同様に、その均一静磁場空間領域８側の面には多数のシム取付穴（図示省略）が設けられており、この多数のシム取付穴のうちの必要な位置のシム取付穴には、第１の磁石体２側のシム１９３と同様に、磁性片からなるシム（図示省略）が着脱可能に螺着されている。

同様に、円形窪み４０６における周壁部４０８の内周面（上記球状の均一静磁場空間領域８側の面）に、周壁部４０８の中心線６方向に延在する多数のシムが、当該周壁部４０８の全周に亘って必要な間隔で、当該周壁部２０８に着脱可能に取り付けられる。円筒状または板状のシム取付部材２２６はビスで周壁部４０８に固定されている。

第１の磁石体２の円形窪み２０６には、シム取付部材１９１及びシム取付部材２２１と所定の空隙ｇを介して第１の傾斜磁場コイル２１１が設けられている。この第１の傾斜磁場コイル２１１は、通常はＸ軸傾斜磁場コイルとＹ軸傾斜磁場コイルとＺ軸傾斜磁場コイルとを絶縁材料で一体化して構成される。Ｘ軸傾斜磁場コイルとＹ軸傾斜磁場コイルとＺ軸傾斜磁場コイルによる磁界によって熱シールドに生じる渦電流を抑制するシ−ルドコイルを底壁部２０７側に有している場合もある。

なお、所定の空隙ｇとは、第１の傾斜磁場コイル２１１に所定の数百アンペアのパルス電流が供給された際に生じる第１の傾斜磁場コイル２１１の振動によって、第１の傾斜磁場コイル２１１が、第１の磁石体２側のシム取付部材１９１とシム取付部材２２１等の各部材に接触しないように確保してある空隙である。

また、図示してないが、第１の傾斜磁場コイル２１１は、第１の磁石体２、第２の磁石体４、および連結柱部５とは非接触の支持体により、第２の磁石体４および連結柱部５と同様に据付フロア２２上に取り付けられたり、振動吸収機構や振動吸収部材を介して連結柱部５に取り付けられたりしている。第１の傾斜磁場コイル２１１の均一静磁場空間領域８側には、均一静磁場空間領域８に対応して第１の高周波コイル（ＲＦコイルとも言われる）２３１が配設されている。同様に、第２の磁石体４の円形窪み４０６には、第２の傾斜磁場コイル２１２が設けられている。

また、図示してないが、第２の傾斜磁場コイル２１２は、第１の磁石体２、第２の磁石体４、および連結柱部５とは非接触の支持体により、第２の磁石体４および連結柱部５と同様に据付フロア２２上に取り付けられたり、振動吸収機構や振動吸収部材を介して連結柱部５に取り付けられたりしている。第２の傾斜磁場コイル２１２の均一静磁場空間領域８側には、均一静磁場空間領域８に対応して第２の高周波コイル（ＲＦコイルとも言われる）２３２が配設されている。

次に上記各磁石（各コイル）の機能、および各磁石やシムの相対的機能について説明する。第１の磁石体２側の第１の主磁石１および第２の磁石体４側の第２の主磁石３は、両者で、球状均一静磁場空間領域８およびその近傍に図示矢印で示すような第１の磁石体２から第２の磁石体４へ向かう均一静磁場を発生する。

第１の磁石体２側の第１の調整磁石９１、第２の磁石体４側の第２の調整磁石９２、第１の磁石体２側のシム取付部材１９１に取り付けられたシム１９３（図３参照）、第２の磁石体４側のシム取付部材１９６に取り付けられたシム（図示省略）、第１の磁石体２側のシム取付部材２２１に取り付けられたシム、および第２の磁石体４側のシム取付部材２２６に取り付けられたシムは、それらにより、球状均一静磁場空間領域８における第１の主磁石１および第２の主磁石３による均一静磁場の均一度を、許容誤差の数ｐｐｍまで上げるものである。

第１の傾斜磁場コイル２１１と第２の傾斜磁場コイル２１２は均一静磁場空間領域８に所定の傾斜磁場を発生させる。シ−ルドコイルがある場合は、シ−ルドコイルは第１の傾斜磁場コイル２１１と第２の傾斜磁場コイル２１２のそれぞれと逆方向の磁場を発生することにより、斜磁場コイル２１１と第２の傾斜磁場コイル２１２の外側に生じる磁場の強さを低減させる作用をする。この働きにより、近接した導電体での渦電流の発生を効果的に抑制する。

第１の磁石体２側の外域磁場打消磁石１０，１１、および第２の磁石体４側の外域磁場打消磁石１２，１３は、連結柱部５の上部（冷凍機１４が在る部分）、球状均一静磁場空間領域８より遠い側、および連結柱部５の各部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１の主磁石１および第２の主磁石３の外域磁場（図２に点線矢印１３１で示してある磁場）を打ち消す方向に磁場（図２に、点線矢印と逆方向の一点鎖線１３２で示してある磁場（外域磁場と逆方向の磁場））を発生し、連結柱部５の各部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１の主磁石１および第２の主磁石３の外域磁場（図２に点線矢印で示してある磁場）の強さを、冷凍機１４の電動機の特性低下や寿命低下を来たさない或は軽減する強さまで抑制するものである。

なお、外域磁場打消磁石１０〜１３を設けることにより、球状均一静磁場空間領域８における第１の主磁石１および第２の主磁石３による磁場の強さは若干低減するので、第１の主磁石１および第２の主磁石３による磁場の強さは、外域磁場打消磁石１０〜１３を設けない場合に比べて大きくして球状均一静磁場空間領域８における磁場の強さを所定の強さにしてある。

次に第１の磁石体２と第２の磁石体４の設計（磁気共鳴イメ−ジング装置の設計）について述べる。環状の第１及び第２の主磁石（環状コイル）１，３のコイル数を設定し、又、全ての誤差磁場成分がほぼ零になるように、環状コイル１，３の寸法、配置、巻数、電流密度等を厳密に設定する。ＭＲＩ用磁気共鳴イメ−ジング装置の場合、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。

このように磁気共鳴イメ−ジング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よう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以上に劣化した均一度になるのが普通である。特に、上下分割型磁気共鳴イメ−ジング装置の場合は、これまでの円筒ソレノイド型磁気共鳴イメ−ジング装置に比し、上下の第１の磁石体２と第２の磁石体４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、及び磁気共鳴イメ−ジング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。シム（静磁場調整手段）はシム取付部材１９１，１９６及びシム取付部材２２１，２２６の必要な位置に取付られる。シムの取り付けは、均一静磁場空間領域８の均一度調整を行う上では、均一静磁場空間領域８に近い底壁部２０７，４０７の中央部が少量のシムで大きな補正を行うことができる。

このように上下の第１の磁石体２と第２の磁石体４のシム取付部材１９１，１９６及びシム取付部材２２１，２２６にシムを多数配置し、シムの個数を調整して磁場の均一度を向上させる。一般的には、部位毎のシムが受ける磁場の強さからシムの磁気モーメントや、磁気モーメントが均一静磁場空間領域８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、シム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、均一静磁場空間領域８における磁場の強さは一般に、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６に示す。

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、他は全て均一静磁場空間領域８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（第１の磁石体２と第２の磁石体４の軸方向成分）、ｍ≠０成分を総称してＲ成分と呼称する。一般に、誤差磁場成分の内（０、ｎ）成分すなわちＺ成分の補正が、Ｒ成分の補正に比し難易度が高い。

第１の磁石体２と第２の磁石体４のうち、片側のみにシムを取付ければ、（０、ｎ）のＺ成分の中でｎが奇数の成分を発生する。また、両方の第１の磁石体２と第２の磁石体４の同部位に同量のシムを取付ければｎが偶数の成分を発生する。そこで、補償すべき誤差磁場成分と誤差量に応じて、上下、又は各部のシムの取付け量を変えることになる。

図７は細片状鉄シムが発生するＺ偶数成分の分布状況を示す説明図である。細片状鉄シムとしては、磁性材料である直径１０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円柱鋼材を使用した。横軸は第１の磁石体２と第２の磁石体４の中心線からの半径方向距離（ｍｍ）を表し、縦軸は出力（ガウス）（相対値）を表す。図７では各ポイント（小丸、小四角、小△）が、第１の磁石体２のシム取付部材１９１，２２１と第２の磁石体４のシム取付部材１９６，２２６に対して、第１の磁石体２と第２の磁石体４に細片状鉄シム１個をそれぞれ配置する場合に、細片状鉄シムの配置位置の半径と（０，２）〜（０，６）成分（つまり、Ｚの２次成分，Ｚの４次成分，Ｚの６次成分）の出力変化を示している。図中、Ｚ２はＺの２次成分、Ｚ４はＺの４次成分、Ｚ６はＺの６次成分を示す。

図７において、半径が小さい領域では各成分出力が大きく、しかも正の値が取りやすく逆に半径が大きい領域では各成分出力は小さくなり負の値又は零付近の値をとることが判る。
なお、図７の出力分布は第１と第２の主磁石１，３や第１と第２の調整磁石９１，９２の配置により変化するため、厳密には、上記磁石群の配置設計に対応した出力分布補正を行う必要がある。

前述のように、第１の磁石体２のシム取付部材１９１，２２１と第２の磁石体４のシム取付部材１９６，２２６に取付けるシムについては、図７に示すように、半径が小さい領域では各成分出力が大きく、しかも正の値が取りやすく逆に半径が大きい領域では各成分出力は小さくなり負の値又は零付近の値をとるため、この発明では、次のように、第１の磁石体２と第２の磁石体４を設計する。

第１の磁石体２と第２の磁石体４の設計時点では、全ての誤差磁場成分をほぼ零にするのではなく、一対の第１と第２の磁石体２，４が形成する均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、上記一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナス（Z2はおおよそ−2000から−5000ｐｐｍ程度で設計される。）にバイアスした状態に、上記一対の磁石体を構成する。磁気共鳴イメージング装置の設置環境も含めて、より深めにＺの２次成分をマイナスにバイアスした状態に一対の磁石体を構成しておくことは効果的である。そして、Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に構成した一対の磁石体を、シム（静磁場調整手段）で調整して、均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする。

Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に構成した一対の第１と第２の磁石体２，４に対して、図７で示すように、鉄シムを、第１の磁石体２と第２の磁石体４の中心軸近傍（半径が小さい）にそれぞれ配置すると、鉄シム１個当たりの調整能力が高いため、鉄シムの個数が少なくて比較的簡単にマイナス分を補うことができる。特に、実施の形態１では、第１と第２の磁石体の対向面中央部の円形窪み２０６，４０６に、シム取付部材１９１，１９６，２２１，２２６が配置されており、円形窪み２０６，４０６の半径が５００〜６００ｍｍ程度と調整可能領域が限られていので、調整し易くしておく必要がある。なお、このとき、円形窪み２０６，４０６の深さは１００ｍｍ程度、第１と第２の磁石体２，４の外形は半径が８００〜１１００ｍｍ程度であり、第１と第２の磁石体の外周部の対向間距離は６００〜８００ｍｍ程度である。

これに対して、Ｚの２次成分がプラスにバイアスされた状態に構成した一対の第１と第２の磁石体２，４に対しては、鉄シムを、第１の磁石体２と第２の磁石体４の中心軸から比較的に遠い（半径が大きい）位置にそれぞれ配置する必要があり、鉄シム１個当たりの調整能力が低いため、鉄シムの個数を多くしても十分な補償が得られない場合がある。

実施の形態１では、均一静磁場空間領域８を挟んで対向する一対の磁石体２，４の対向側外周部に環状突出部を形成して、その内部に環状コイル１，３を内蔵すると共に、一対の磁石体２，４の対向側中央部の上記環状突出部に囲まれる円形窪み２０６，４０６に静磁場調整手段と傾斜磁場コイル２１１，２１２を配置し、一対の磁石体２，４が形成する均一静磁場空間領域８の磁場出力成分の内、一対の磁石体２，４の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、一対の磁石体２，４を構成し、これを静磁場調整手段で調整して、均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにした。このようにすると、シムによる調整能力を比較的に高めて、比較的容易に均一静磁場空間領域における磁場の均一度を向上させることができる。さらに、円形窪み２０６，４０６に静磁場調整手段と傾斜磁場コイル２１１，２１２を配置した分、対向面間寸法を縮めることができ、磁石体の起磁力を大幅に減じることができる。

なお、実施の形態１では、円形窪み２０６，４０６の底壁部２０７，４０７側にシム取付部材１９１，１９６を配置し、均一静磁場空間領域８側に傾斜磁場コイル２１１，２１２を配置しているが、逆にシム取付部材１９１，１９６を均一静磁場空間領域８側に配置してもよく、さらには、シ−ルドコイルを有する傾斜磁場コイル２１１，２１２が２層に形成されている場合には、両層の間にシム取付部材１９１，１９６を配置してもよい。
また、実施の形態１では、シム取付部材１９１，１９６，２２１，２２６を円形窪み２０６，４０６に限って配置しているが、その１部を端壁部２０４，４０４に配置してもよい。

さらに、第１と第２の磁石体２，４の対向面側に窪み２０６，４０６が形成されてなく、対向面側が平坦な場合でも、この平坦な対向面側に静磁場調整手段を構成しておいて、一対の磁石体２，４が形成する均一静磁場空間領域８の磁場出力成分の内、一対の磁石体２，４の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、一対の磁石体２，４を構成し、これを上記静磁場調整手段で調整して、均一静磁場空間領域８の磁場の均一度を向上させることも、磁場の均一度を向上にとって有効である。

この発明は、生体の画像診断に利用される磁気共鳴イメ−ジング装置に使用される磁石装置に適用して好適である。

この発明の実施の形態１に係わり、対向形の磁気共鳴イメ−ジング装置全体の主要部の構成を示す平面図である。図１のII−II線における断面を矢印方向に見た縦断面図である。第１の磁石体のシム取付部材を図１において下方から見た拡大下面図である。図３のIV−IV線における断面を矢印方向に見た断面図である。図２の一部を拡大して各種シム取付部材を示す断面図である。式（１）のｒ，θ，φの座標系を示す説明図である。細片状鉄シムが発生するＺ偶数成分の分布状況を示す説明図である。

符号の説明

１第１の主磁石（環状コイル）
２第１のクライオスタット部（磁石体）
３第２の主磁石（環状コイル）
４第２のクライオスタット部（磁石体）
５連結柱部６中心線
７空間８均一静磁場空間領域
１０，１１外域磁場打消磁石１２，１３外域磁場打消磁石
１４冷凍機１５冷媒注入口部
１６連通路１７連通路
１８冷媒連通管２２据付フロア
７１被検者用ベッド９１第１の調整磁石
９２第２の調整磁石１９１シム取付部材
１９２シム取付穴１９３シム
１９６シム取付部材２０１真空容器部
２０２円筒部２０３，２０４端壁部
２０５周壁部２０６円形窪み
２０７底壁部２０８周壁部
２０９円形壁部２１０ド−ナツ状窪み
２１１第１の傾斜磁場コイル２１２第２の傾斜磁場コイル
２２１シム取付部材２２２磁性片シム
２２３細長片状シム２２６シム取付部材
２３１第１の高周波コイル２３２第２の高周波コイル
４０１真空容器部４０２円筒部
４０３，４０４端壁部４０５周壁部
４０６円形窪み４０７底壁部
４０８周壁部４０９円形壁部
４１０ド−ナツ状窪み５０１支持骨部
５０２外壁部５０３前部支柱部
５０４後部支柱部５０５,５０６端部支柱部
５０７前壁部５０８後壁部
５０９，５１０端壁部５１１上壁部
５１２底壁部

Claims

環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に静磁場調整手段を配置し、上記静磁場調整手段により上記一対の磁石体間の中心部近傍に作られる均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、
上記一対の磁石体が形成する上記均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、上記一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、上記一対の磁石体を構成し、これを上記静磁場調整手段で調整して、上記均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにした磁石装置。
上記均一静磁場空間領域を挟んで対向する上記一対の磁石体の対向面側中央部に窪みを設け、その窪みに上記静磁場調整手段の全部又は一部を収容するようにした請求項１記載の磁石装置。
環状コイルが内蔵されて対向配置された一対の磁石体の表面部に静磁場調整手段を配置し、上記静磁場調整手段により上記一対の磁石体間の中心部近傍に作られる均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにする磁石装置において、
上記均一静磁場空間領域を挟んで対向する上記一対の磁石体の対向側外周部に環状突出部を形成して、その内部に上記環状コイルを内蔵すると共に、上記一対の磁石体の対向面側中央部の上記環状突出部に囲まれる窪みに上記静磁場調整手段と傾斜磁場コイルを配置し、上記一対の磁石体が形成する上記均一静磁場空間領域の磁場出力成分の内、上記一対の磁石体の軸方向Ｚの２次成分をマイナスにバイアスした状態に、上記一対の磁石体を構成し、これを上記静磁場調整手段で調整して、上記均一静磁場空間領域の磁場の均一度を向上させるようにした磁石装置。
上記静磁場調整手段は上記中央部の窪みの底壁部及び周壁部に設けるようにした請求項２又は請求項３記載の磁石装置。
上記周壁部に設ける上記静磁場調整手段はＺ方向に長い細長片状シムである請求項４記載の磁石装置。
上記請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の磁石装置を用いた磁気共鳴イメ−ジング装置。