JP2007167399A - Ｍｒｉ用電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＩ用電磁石装置の内筒１に挿入された被験者１０は、その視界が内筒１に遮られ、圧迫感や不安感に陥ることがある。
【解決手段】内筒１の軸心方向の少なくとも一方の端縁に、軸心方向に電磁石の内側に変位した変位部Ａを設け、軸心方向の最外側に位置する超電導コイル４１１に、内筒１の変位部Ａに対応して軸心の方向に電磁石の内側に変位する変位部を形成し、被験者１０が内筒１に配置されているとき、被験者の視野を外部に確保することができるようにした。
【選択図】図４

Description

この発明は、核磁気共鳴を利用した磁気共鳴画像法（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）に用いる電磁石装置に関するものである。

磁気共鳴画像法（以下、ＭＲＩと称する）を用いた診断装置は、核磁気共鳴を生じさせる静磁場を発生させるための電磁石装置を備える。一般に、この電磁石装置は、液体ヘリウムの温度４．２°Ｋ付近の温度で超電導状態となる複数個の環状の超電導コイルにより構成され、これらの超電導コイルを液体ヘリウムに浸漬して冷却する環状の超電導コイル容器と、この超電導コイル容器を外気から遮断して冷却保持する環状のクライオスタットと、このクライオスタットの中央空間部に設けられて被験者を挿入する空間を形成する内筒とを備えている。尚、クライオスタットの外周部を覆うカバーや、クライオスタットの内部に超電導コイルへの熱侵入を抑制する熱シールドを設ける場合もある。

従来、この種のＭＲＩ用電磁石装置に於いて、被験者を挿入するための内筒は、その軸心の方向の環状端縁の全体がその軸心の方向に対して直交する平面内に存在するよう形成されている。（例えば特許文献１参照）
特開平６−７０９０８号公報（図１、室温ボア４０ａが内筒の相当する）

しかるに、このような従来のＭＲＩ用電磁石装置にあっては、複数の超電導コイルからなる電磁石（以下、単に電磁石という）の軸方向長が相当大きく、被験者を内筒に挿入した場合、被験者の頭部の殆どが内筒の中に入り込み、被験者の視野を確保できず、従って被験者に圧迫感や不安感を与えることがあった。

一方、電磁石の軸方向長を短くすると、電磁石から頭が出て被験者へ開放感を与えることは可能であるが、コイル起磁力が急激に増加する。図１８は電磁石の軸方向長とコイル起磁力との関係を示すグラフで、横軸は電磁石の軸方向長、縦軸はコイル起磁力を表す。この図１８から明らかなように、電磁石の軸方向長を短くすると、急激にコイル起磁力(各超電導コイルの電流値の絶対値の合計)が増加する。尚、図１８では、標準的なＭＲＩ用電磁石の軸方向長を1、その起磁力を1として表示している。

このように、電磁石の軸方向長を短くするとコイル起磁力が増加するため、コストアップになる。また、短い領域に多くのコイルを設置することになり、コイルが密になり、コイルのＢmax(最大経験磁界)が高くなるなどの問題点が発生する。なお、コイルのBmaxが超電導線材の臨界磁束Bcを越えると超電導状態を維持できなくなる。

この発明は、従来のＭＲＩ用電磁石装置における上記の様な課題を解決し、被験者の視界を確保し得るＭＲＩ用電磁石装置を提供することを目的とするものである。

また、この発明は、被験者の視界を確保しながら、コイル起磁力の増加を招くことなく低コストを維持できるＭＲＩ用電磁石装置を提供することを目的とするものである。

この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、被験者が挿入される空間を形成し軸心の方向に延びる環状の内筒と、該内筒の外周部に設けられた環状のクライオスタットと、該クライオスタットの内部に収容され前記クライオスタットとほぼ同心に配置された環状の超電導コイル容器と、該超電導コイル容器の内部に収容され前記超電導コイル容器とほぼ同心に配置されると共に前記軸心の方向に並べて設けられた複数の超電導コイルとを備えたＭＲＩ用電磁石装置であって、前記内筒の前記軸心の方向の少なくとも一方の端縁は、前記軸心の方向に変位した変位部を備えたものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記クライオスタットの前記軸心方向の端縁が、前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を有するものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記クライオスタットを覆う外壁を備え、前記外壁の端縁は前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を備えたものである。

更に、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記複数の超電導コイルのうち前記軸心の方向の最外側に位置する少なくとも一方の超電導コイルが、前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を有するものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記超電導コイルの変位部を、前記超電導コイルのコイル面を前記軸心に対して傾斜させることにより形成したものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記超電導コイルの変位部を、前記超電導コイルのコイル面を湾曲させることにより形成したものである。

更に、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記変位部を備えた超電導コイルの発生する磁界を補正する磁界補正手段を備えたものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記変位部を備えた超電導コイルは、パンケーキ巻としたものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記内筒及び前記超電導コイルを、前記軸心方向の断面が楕円形状に形成したものである。

更に、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記クライオスタットが、その内部に前記超電導コイル容器の内部への熱の侵入を阻止する熱シールドを備え、前記熱シールドの前記軸心方向の端面は、前記内筒の前記変位部に対応する位置以外の位置に配置されているものである。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置は、前記超電導コイル容器は、前記内筒の前記変位部に対応する位置の前記軸心の方向の長さが他の位置における前記軸心の方向の長さより短く形成されているものである。

この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、内筒の軸心の方向の少なくとも一方の端縁に、前記軸心の方向に変位した変位部を備えたので、被験者の視野を外部に確保することができ、簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、クライオスタットの軸心方向の端縁に、内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を備えたので、前記被験者の視野を前記クライオスタットの外部に確保することができ、簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、クライオスタットを覆う外壁を備え、前記外壁の端縁は前記内筒の変位に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を備えたので、前記被験者の視野を外壁の外部に確保することができ、簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、複数の超電導コイルのうち前記軸心の方向の最外側に位置する少なくとも一方の超電導コイルを、前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を有する構成としたので、超電導コイルによるコイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。
ことができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、超電導コイルの変位部を、前記超電導コイルのコイル面を軸心に対して傾斜させることにより形成したので、簡単な構成で超電導コイルに変位部を形成することができ、超電導コイルによるコイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、超電導コイルの変位部を、前記超電導コイルのコイル面を湾曲させることにより形成したので、より簡単な構成で超電導コイルに変位部を形成することができ、超電導コイルによるコイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、変位部を備えた超電導コイルの発生する磁界を補正する磁界補正手段を備えたので、高性能でしかも超電導コイルによるコイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

更に、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、変位部を備えた超電導コイルをパンケーキ巻としたので、変位部を備えた超電導コイルの製作が容易となり、しかも超電導コイルによるコイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、内筒及び超電導コイルを、軸心方向の断面が楕円形状に形成したので、超電導コイルのコイル起磁力を低減することができるので、より安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。またコイル起磁力を従来と同じに保ちながら、超電導コイルにより構成される電磁石の軸方向長を短くすることができるので、コイル起磁力を増大させることなく安価且つ簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、クライオスタットの内部に前記超電導コイル容器の内部への熱の侵入を阻止する熱シールドを備え、前記熱シールドの前記軸心方向の端面は、前記内筒の前記変位部に対応する位置以外の位置に配置するようにしたので、簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

また、この発明によるＭＲＩ用電磁石装置によれば、超電導コイル容器を、前記内筒の前記変位部に対応する位置の前記軸心の方向の長さが他の位置における前記軸心の方向の長さより短く形成するようにしたので、より簡単な構成で被験者に圧迫感や不安感を与えることのないＭＲＩ用電磁石装置を得ることができる。

発明の基礎となる技術
この発明の基礎となる、一般的なＭＲＩ用電磁石装置について説明する。図１は、そのＭＲＩ用電磁石装置を示す断面図である。図１に於いて、円筒状に形成された内筒１は、その内部に被験者が挿入されるよう構成されている。内筒１の軸心１０１方向の両端縁１１、１２は、軸心１０１に直交する平面内に存在している。

内筒1の外周部には、内筒１と同心に配置された環状のクライオスタット２が設けられており、その内部は真空に保たれ、外部からの熱の進入を阻止する。クライオスタット２の内部には、内筒１と同心に配置された環状の超電導コイル容器３が設けれられ、この超電導コイル容器３の内部には、環状に形成された６個の超電導コイル４１、４２、４３、４４、４５、４６が収納されている。軸心１０１は、超電導コイル４１〜４６のコイル軸でもあり、軸心１０１の方向はＺ軸の方向と一致している。各超電導コイル４１〜４６のコイル面、即ち環状のコイル辺により形成される面は、軸心１０１に対して直交している。

これらの超電導コイル４１〜４６は、軸心１０１の方向に相互に間隔を介して並置されるよう絶縁構造物５により支持されている。超電導コイル４１〜４６は、超電導コイル容器３内に満たされた液体ヘリウムに浸漬され、４．２°Ｋに冷却されて超電導域で動作する。また、クライオスタット２の内部には、外部からの熱の侵入を阻止する熱シールド６１、６２が設けられている。超電導コイル４１〜４６の外側には、環状の主磁場シールドコイル７が設けられている。
尚、図１に於いて、紙面に平行でＺ軸に直交する方向がY軸、紙面に垂直の方向がＸ軸である。

内筒１内に挿入される被験者の周りには、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に傾斜磁場を与える傾斜コイル８が設けられ、また、被験者に吸収させる電磁波照射と放出信号の検出に用いるＲＦコイル９が設けられる。ＲＦコイル９の設置領域が被験者に対する検査領域となる。

このように構成されたＭＲＩ用電磁石装置に於いて、内筒１に挿入された被験者の精密なＭＲＩ画像を得るためには、空間的に高均一なＺ軸方向（水平方向）の磁界を発生させることが必要がある。そのため、各超電導コイル４１〜４６は、相互に誤差磁界を互い打ち消す様に、夫々の位置が決定されており、且つ夫々に流される電流値が決定される。

図２は、図１に示すＭＲＩ用電磁石装置の内筒１に、被験者１０を挿入してＭＲＩ画像を得る場合を示す説明図である。超電導コイル４１〜４６により構成される電磁石の軸心１０１方向の長さは比較的大きく、被験者１０の頭部が内筒１の中に入り込み、被験者１０の視野ＥをＭＲＩ用電磁石装置の外部に確保できないこととなる。従って、被験者１０に圧迫感を与える可能性がある。

実施の形態１
図３はこの発明の実施の形態１に係るＭＲＩ用電磁石装置を示す斜視図、図４はそのＹ軸方向の断面を示す説明図である。図３及び図４に於いて、クライオスタット２の外壁２１は、Ｚ軸方向に延びる軸心１０１を中心として円筒形に形成されているが、その軸心１０１の方向、即ちＺ軸方向の長さが、Ｙ軸方向の最上部２１１及び最下部２１２に於いて最小となるよう構成されており、その両端縁２１３、２１４は軸心１０１の方向になだらかに湾曲している。クライオスタット２も、外壁２１と同様の形状の形成されている。内筒１は、クライオスタット２の中央空間部に設けられ、その端縁１１は外壁２１の端縁２１３の最内周の形状と同様に形成されている。尚、クライオスタット２の内部に設けられる超電導コイル容器は図示を省略してある。

内筒１及び外壁２１が、Ｙ軸方向の最上部及び最下部の長さが軸心１０１の方向に最小となるよう構成されることにより、内筒１及び外壁２１のＹ軸方向の上方部及び下方部に変位部Ａが形成される。被験者１０がＹ軸上方を向いて内筒１の内部に挿入され検査位置に配置されているとき、被験者１０の視界Ｅは、変位部Ａを介して内筒１及び外壁２１の外側に確保される。

クライオスタット２の内部には、図示していない環状の超電導コイル容器が設けられ、この超電導コイル容器の中には複数の環状の超電導コイルが収納されているが、図４にはそのうちの半分の超電導コイル４１１、４２、４３のみが示されている。これらの超電導コイルのうち、軸心１０１の方向の最も外側に位置する超電導コイル４１１は、図４に示すように、Ｙ軸方向の上端部及び下端部（図示していない）に向うに従って、クライオスタット２の外壁２１端縁２１３及び内筒１の端縁１１の形状に沿って軸心１０１の方向、即ちＺ軸の方向に、電磁石の内側に変位している。

即ち、図５に示すように、超電導コイル４１１は、内筒１の端縁１１及び外壁２１の端縁２１３の形状に沿って、軸心１０１即ちＺ軸の方向に電磁石の内側に変位した変位部４１１ａを備えるものである。尚、図示していない残りの３つの超電導コイルは、超電導コイル４１１、４２、４３に対して左右対称の形状に構成されて配置されている。

図５に基づき更に詳しく述べれば、この発明の実施の形態１に於ける超電導コイル４１１は、鎖線で示す従来の超電導コイル４１に比べて、そのＹ軸方向の上端部及び下端部が、距離ＬだけＺ軸の方向に電磁石の内側に変位した変位部４１１ａを備えている。一方、超電導コイル４１１のＸ軸の方向の両端部のコイル辺４１１ｂは、従来の超電導コイル４１のコイル辺と同一の位置にある。

従来の超電導コイル４１の場合は、そのコイル辺のＺ軸方向の中心位置は４１Ｚである。これに対して、変位部４１１ａを有する超電導コイル４１１の場合、そのコイル辺のＹ軸方向の上端部及び下端部の変位部４１１ａのＺ軸方向の中心位置は４１１Ｚであり、Ｘ軸方向の両端部４１１ｂのＺ軸方向の中心位置は、従来の超電導コイル４１と同じ位置の４１Ｚである。そして、この超電導コイル４１１のコイル辺のＺ軸方向の平均中心位置は、４１１Ｚと４１Ｚとの中間位置となる。

超電導コイル４１１は、そのコイル辺のＹ軸方向の上端部のＺ軸方向の中心位置が４１１Ｚにあり、被験者の顔の位置から外れているが、変位部を有しない従来の超電導コイル４１を被験者の顔の位置から外れた４１１Ｚの位置に配置するためには、図６に示すように超電導コイル４１全体をその位置に配置しなければならず、電磁石の軸方向長が短くなり図１８に示すようにコイル起磁力が大きくなる。

これに対して変位部４１１ａを有する超電導コイル４１１は、そのコイル辺のＺ軸方向の平均中心位置は４１１Ｚと４１Ｚとの中間の位置にあるので、電磁石の軸方向長は超電導コイル４１の場合に比べて長くなり、コイル起磁力を低減することができる。
尚、図５ではＺ軸方向の最外側の超電導コイル４１１と他の超電導コイル４２との距離が遠いため、他の超電導コイル４２には変位部を設けていないが、距離が近い場合には超電導コイル４１１と同様に他の超電導コイル４２にも変位部を設けることもあり得る。

図７は従来のＭＲＩ用電磁石装置の外観を示し、（ａ）はＺ軸方向から見た側面図、（ｂ）はＸ軸方向から見た側面図、（ｃ）はＹ軸方向から見た平面図である。同様に、図８は実施の形態１に係るＭＲＩ用電磁石装置の外観を示し、（ａ）はＺ軸方向から見た側面図、（ｂ）はＸ軸方向から見た側面図、（ｃ）はＹ軸方向から見た平面図である。図７に示すように、従来のＭＲＩ用電磁石装置では、クライオスタットの外壁２１及び内筒１はそのＺ軸方向の両端縁に変位部を有せず、従って被験者１０は内筒１及び外壁２１外部に視界を確保することができなかったが、図８に示す実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置では、クライオスタットの外壁２１及び内筒１はそのＺ軸方向の両端縁に変位部Ａを有しており、被験者１０は内筒１及び外壁２１の外部に視界を確保することができる。

なお、実施の形態１に於いて、図９に示す様に、クライオスタット２に外壁を設けず、クライオスタット２を前記の外壁２１と同様の形状に構成してもよい。また、内筒、外壁、クライオスタットは、その軸心方向の一方の端縁のみに変位部を形成し、これに対応する超電導コイルのみに変位部を設けるようにしても良い。

実施の形態２
図１０は、この発明の実施の形態２に係るＭＲＩ用電磁石装置の外観を示し、（ａ）はＺ軸方向から見た側面図、（ｂ）はＸ軸方向から見た側面図、（ｃ）はＹ軸方向から見た平面図である。この実施の形態２では、円筒形に形成された外壁２１のＺ軸方向の長さが、そのＸ軸方向の両端部２１５及び２１６に於いて最小となるよう構成されており、その両端縁２１３、２１４は軸心の方向になだらかに傾斜している。図示していないクライオスタットも、外壁２１と同様の形状の形成されている。内筒１は、クライオスタットの中央空間部に設けられ、その端縁は外壁２１の端縁２１３、２１４の最内周の形状と同様に形成されている。

図示していないが、クライオスタット内には超電導コイル容器内に収納された複数の超電導コイルが設けられており、これらの超電導コイルのうち、軸心の方向の最も外側に位置する超電導コイルは、Ｘ軸方向の両端部に向うに従って、外壁２１及び内筒１の両端縁の形状に沿って軸心１０１の方向、即ちＺ軸の方向に、電磁石の内側に変位している。

実施の形態２の場合、内筒１に挿入された被験者１０の上下方向（Ｙ軸方向）には内筒１の外部に被験者の視界が確保されていないが、水平方向（Ｘ軸方向）に変位部Ａが設けられており、被験者１０に開放感を与えることができる。
尚、クライオスタットに外壁２１を設けず、クライオスタットを外壁２１と同様の形状に構成してもよい。また、内筒、外壁、クライオスタットは、その軸心方向の一方の端縁のみに変位部を形成し、これに対応する超電導コイルのみに変位部を設けるようにしても良い。

実施の形態３
図１１はこの発明の実施の形態３に係るＭＲＩ用電磁石装置の外観を示す斜視図である。
図１１に示すように、外壁２１は、そのＹ軸方向の最上部２１１が軸心１０１の方向の最短部となり、最下部２１２が軸心１０１ほ方向の最長部となっている。そして、軸心１０１方向の端縁２１３、２１４は、最上部２１１と最下部２１２との間で直線状に傾斜するよう形成されている。内筒１の両端縁は、外壁２１の両端縁２１３、２１４の形状に沿って軸心１０１に対して直線状に傾斜している。

図示していないが、外壁２１の内部には、クライオスタットと、その内部に設けられた超電導コイル容器、及びその内部に収納された複数の超電導コイルが設けられている。クライオスタットの両端縁は、外壁２１の両端縁２１３、２１４の形状に合わせて軸心１０１に対して直線状に傾斜している。

図１２は、実施の形態３に用いる複数個の超電導コイルのうちの一部を示している。図１２に於いて、Ｚ軸方向の最も外側にある超電導コイル４１２は、そのコイル辺により形成されるコイル面を軸心１０１に対して直線状に傾斜させて配置されている。他の超電導コイル４２、４３は、そのコイル面を軸心１０１に対して垂直に配置されている。
尚、図示していない残りの３つの超電導コイルは、超電導コイル４１２、４２、４３に対して左右対称に同様の形状に構成されて配置されている。

超電導コイル４１２のコイル面を直線状に傾斜させて配置することにより、その平均のＺ軸方向の位置は４１２Ｚにあるが、Y軸方向の最上部のコイル辺の位置をＺ軸方向に電磁石の内側の位置４１Ｚに変位し、Ｙ軸方向の最下部のコイル辺の位置はＺ軸方向に電磁石の外側に変位する。コイル面を軸心１０１に対して直線上に傾斜していない超電導コイル４１を４１Ｚの位置に配置すると、超電導コイル４１２を配置した場合に比べて電磁石の軸方向長が短くなり、コイル起磁力が増大する。

このように、超電導コイル４１２のコイル面を直線上に傾斜させて配置することにより、そのY軸方向の最上部のコイル辺の位置をＺ軸方向に電磁石の内側の位置４１Ｚに変位させながら、そのＺ軸方向の平均位置は４１２Ｚとなり、超電導コイル４１を用いた場合より等価的に電磁石の軸方向長を大きくすることができ起磁力の増大が抑えられる。

この実施の形態３によれば、内筒１、外壁２１、及び軸心方向の最外側の超電導コイル４１２が、軸心に対して傾斜しており、Ｙ軸方向の上方が狭くなり下方が広構造となる。その結果、Ｙ軸方向の上方部に変位部Ａが形成され、この変位部Ａにより、通常上を向くことが多い被験者１０の視界を内筒１及び外壁の外部に確保することができる。
尚、内筒１、外壁２１、超電導コイル４１２を直線状に傾斜させた場合を示したが、これらを湾曲させて傾斜させても良い。また、内筒、外壁、クライオスタットは、その軸心方向の一方の端縁のみに変位部を形成し、これに対応する超電導コイルのみに変位部を設けるようにしても良い。

実施の形態４
図５に示した実施の形態１に於ける超電導コイル４１１は、そのY軸方向の最上部及び最下部のコイル辺のＺ軸方向の位置が、Ｘ軸方向のコイル辺のＺ方向の位置に比べて電磁石の内側に変位しているため、そのコイルのＺ軸位置に於けるＸ軸とＹ軸を含む面（Ｚ＝０面、即ちＸＹ面）での磁界には、Ｙ軸方向に強くＸ軸方向に弱い[ー(Ｘ²ーＹ²)]の誤差磁界が発生する。

そこで、実施の形態４では、実施の形態１に示す超電導コイルの構成に、通常知られている[＋（Ｘ²ーＹ²）]の磁界を発生するシムコイルあるいは鉄シムを設けて、上記の誤差磁界を補正するようにしたものである。尚、シムコイルあるいは鉄シムに関しては、文献「Romeo and Hoult, "Magnetic Field Profiling： Analysis and Correcting CoilDesign ", Magnetic Resonance in Medicine 1、４４−６５（１９８４）」に述べられている。

また、誤差磁界を補正する別の方法として、図５に示す超電導コイル４３を、超電導コイル４１１の変位の方向と逆に変位させて配置して、超電導コイル４１１の誤差磁界を補正するようにしても良い。

実施の形態５
図１２に示した実施の形態３に於ける超電導コイル４１２は、Ｙ軸方向の最上部のコイル辺が電磁石の内側方向に変位しており、Ｙ軸方向の最下部に位置するコイル辺が電磁石の外側方向に変位している。即ち、図１２に於いて４１Ｚの位置を[Ｚ＝０面]とすれば、Ｙ軸方向の最上部のコイル辺の位置は、 [Ｚ＝０面]により近く、最下部のコイル辺の位置は[Ｚ＝０面]から遠い。従って、超電導コイル４１２の水平方向の磁界はＹ軸の方向に一次あるいは三次の成分を持つことになり、補正手段が必要である。

そこで、実施の形態５では、実施の形態３に示す超電導コイルの構成に、上記一次あるいは三次の成分による誤差磁界を補正する補正手段を設けるものである。
この補正手段についても上記文献で述べられているシムコイルあるいは鉄シムを用いることができる。

また、別の補正の方法として、図１３に示すように、超電導コイル４３１を、そのコイル面を軸心１０１に対して傾斜して超電導コイル４１２とは逆の方向に傾斜させて設置し、超電導コイル４１２の誤差磁界を補正するようにしても良い。
実施の形態６

一般に、コイルは内径が小さい方が起磁力を小さくすることができる。これは、半径ａで電流がIの円形電流の作る中心の磁界の強度が、Ｈ＝Ｉ／２ａであることからも明らかである。従って、起磁力を小さくするため、極力コイル半径は小さくしたほうが良い。

次に、コイルを楕円形状としてコイル起磁力を低減できることについて述べる。図１４に於いて、１１１は楕円の内筒を表し、１１２は内筒１１１の長径に内接する円、１１３は内筒１１１の小径に内接する円、１１４は円１１２と円１１３の平均の半径を有する円である。楕円の半径は、円１１２と円１１３との平均の半径を有する円１１４の半径にほぼ等しくなると考えられ、円１１２に比べ半径を小さく設定できる。従がって、コイルを楕円形状にすればコイル起磁力を小さくすることができる。

ところで、人体の横断面の形状は楕円形状である。従って、内筒も楕円形状にすれば良い。特に被験者が横たわる水平方向に長径を有する幅広形状が良い。従来は図１４に示す円１１２の半径を有する円筒形の内筒としていたが、人体の横断面の形状に合わせて内筒の断面形状を楕円とし、超電導コイルも楕円形状とすれば、超電導コイルの平均半径を小さくすることができる。

図１５は、上記の原理も基づいて構成した実施の形態６によるＭＲＩ用電磁石装置を示し、（ａ）はＺ軸方向から見た側面図、（ｂ）はＸ軸方向から見た側面図、（ｃ）はＹ軸方向から見た平面図である。図１５に於いて、内筒１１１はＸ軸の方向に長径を有する楕円形状を有する。図示していない超電導コイルは、内筒１１１の楕円形状に合わせてＸ軸の方向に長径を有する楕円形状に形成されており、外壁２１の内部に設けられたクライオスタット及びその内部に設けられた超電導コイル容器内に収納されている。図示していないクライオスタット及び超電導コイル容器もまた、Ｘ軸の方向に長径を有する楕円形状に構成されているが、外壁２１は実施の形態１と同様に円筒形状に構成されている。

この実施の形態６によれば、内筒１１１及び超電導コイルをＸ軸の方向に長径を有しＹ軸の方向に短径を有しているので、外壁２１を円筒形としても、図１５に示すように実施の形態１と同様にＹ軸方向の上端部及び下端部のＺ軸の方向の長さを小さくして変位部Ａを形成することができる。従がって、被験者１０の視界Ｅを、内筒１１１及び外壁２１の外部に確保することができる。

また、この実施の形態６によれば、超電導コイルをＸ軸の方向に長径を有する楕円形状としているので、Ｙ軸の方向のコイル起磁力を低減することができる。あるいはコイル起磁力を同じに保ちながら、電磁石の軸方向長を短くすることができる。
尚、外壁は、その軸心方向の一方の端縁のみに変位部を形成しても良い。また、外壁２１もＸ軸の方向に長径を有する楕円形状としても良い。

実施の形態７
実施の形態１及び実施の形態２の超電導コイルは、そのコイル辺が軸心の方向に変位しているので、コイル導体を巻回するにはソレノイド巻方式よりもパンケーキ巻方式の方が巻き線作業が容易になる。そこで、実施の形態７に係るＭＲＩ用電磁石装置では、超電導コイルのうち、少なくとも軸心の方向に変位した変位部を有する超電導コイルを、パンケーキ巻方式としたものである。勿論、軸心の方向に変位した変位部を有しない超電導コイルについてもパンケーキ巻方式としても良いことは勿論である。

尚、実施の形態３の超電導コイルは、コイル面が直線状に傾斜しており湾曲していないので、ソレノイド巻方式でも巻き線作業は容易であるが、パンケーキ巻方式としても良いことは勿論である。

実施の形態８
図１６及び図１７は、実施の形態８に係るＭＲＩ用電磁石装置を示す斜視図及び断面の構成を示す説明図である。図１６に示すように、この実施の形態８では、内筒１１５の軸心１０１方向の端縁は、軸心１０１に直交する平面内に存在するよう構成されているが、そのＹ軸方向の上端部に、Ｚ軸の方向に電磁石の内側に変位する矩形状の変位部１１５ａを有している。また、外壁２１も、内筒１１５の変位部１１５ａに対応する端縁がＺ軸の方向に電磁石の内側に変位している。その結果、変位部Ａが形成され、被験者の視界を内筒１１５及び外壁２１の外部に確保することができる。

上記の変位部Ａは、図１７に示すようにクライオスタット２の内部に設けた熱シールド６１１の、Ｚ軸方向の端面６１１ａに於けるＹ軸方向の上端部を切り欠き、その切り欠き部に対応するクライオスタット２のＺ軸方向の端面２ａを距離２Ｚ分だけＺ軸方向の内側に変位させることにより構成する。超電導コイル４１及びこれを収納する超電導コイル容器３のＺ軸方向の端面３ａの位置は、従来の構成と変わらない。熱シールド６１１の端面６１１ａの一部を省略することにより、熱侵入が増大するが、被験者の顔が出る上半分の１８０度分あるいは、それよりも小さい角度で熱シールドを切り欠けば、熱侵入はそれほど増大することはない。

尚、熱シールドのみならず、超電導コイル容器のＺ軸方向の端面を薄くすれば、更にクライオスタットの内筒を内側に変位させることができる。

本発明の実施の形態の基礎となるＭＲＩ用電磁石装置の断面図である。 本発明の実施の形態の基礎となるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置の断面構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置を説明するための説明図である。 従来のＭＲＩ用電磁石装置を示す説明図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態１によるＭＲＩ用電磁石装置の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態３によるＭＲＩ用電磁石装置の斜視図図である。 本発明の実施の形態３によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態５によるＭＲＩ用電磁石装置の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態６によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態６によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態８によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 本発明の実施の形態８によるＭＲＩ用電磁石装置の説明図である。 電磁石の軸方向長とコイル起磁力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１１１、１１５ 内筒
１０１ 軸心
１１、１２ 内筒の両端縁
２ クライオスタット
２ａ クライオスタットの端面
２１ 外壁
２１１ 外壁の最上部
２１２ 外壁の最下部
２１３、２１４ 外壁の両端縁
２１５、２１６ 外壁の両端部
３ 超電導コイル容器
４１、４１１、４１２、４２、４３、４３１ 超電導コイル
４１１ａ 超電導コイルの変位部
４１１ｂ 超電導コイルの両端部
５ 絶縁構造物
６１、６１１、６２ 熱シールド
６１１ａ 熱シールドの端面
８ 傾斜コイル
９ ＲＦコイル
１０ 被験者
Ａ 変位部

Claims (11)

1. 被験者が挿入される空間を形成し軸心の方向に延びる環状の内筒と、該内筒の外周部に設けられた環状のクライオスタットと、該クライオスタットの内部に収容され前記クライオスタットとほぼ同心に配置された環状の超電導コイル容器と、該超電導コイル容器の内部に収容され前記超電導コイル容器とほぼ同心に配置されると共に前記軸心の方向に並べて設けられた複数の超電導コイルとを備えたＭＲＩ用電磁石装置であって、前記内筒の前記軸心の方向の少なくとも一方の端縁は、前記軸心の方向に変位した変位部を備えたことを特徴とするＭＲＩ用電磁石装置。
2. 前記クライオスタットの前記軸心方向の端縁は、前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
3. 前記クライオスタットを覆う外壁を備え、前記外壁の端縁は前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
4. 前記複数の超電導コイルのうち前記軸心の方向の最外側に位置する少なくとも一方の超電導コイルは、前記内筒の変位部に対応して前記軸心の方向に変位した変位部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＭＲＩ用電磁石装置。
5. 前記超電導コイルの変位部は、前記超電導コイルのコイル面を前記軸心に対して傾斜させることにより形成したことを特徴とする請求項４に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
6. 前記超電導コイルの変位部は、前記超電導コイルのコイル面を湾曲させることにより形成したことを特徴とする請求項４に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
7. 前記変位部を備えた超電導コイルの発生する磁界を補正する磁界補正手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のＭＲＩ用電磁石装置。
8. 前記変位部を備えた超電導コイルは、パンケーキ巻としたことを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載のＭＲＩ用電磁石装置。
9. 前記内筒及び前記超電導コイルは、前記軸心方向の断面が楕円形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
10. 前記クライオスタットは、その内部に前記超電導コイル容器の内部への熱の侵入を阻止する熱シールドを備え、前記熱シールドの前記軸心方向の端面は、前記内筒の前記変位部に対応する位置以外の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ用電磁石装置。
11. 前記超電導コイル容器は、前記内筒の前記変位部に対応する位置の前記軸心の方向の長さが他の位置における前記軸心の方向の長さより短く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ用電磁石装置。

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