JP2007502183A - 核磁気共鳴装置に適用可能な磁場発生システム - Google Patents

Abstract

本発明は、磁極板がパルス励起コイルと磁場発生源との間に置かれ、磁極板が複数の磁極板セグメントから構成され、この磁極板セグメントが複数のインターリーブ円弧形状セグメント、円状ワイヤ巻きパターンの傾斜磁場コイル、スポーク形状またはインターリーブ放射形状から構成され、この磁極板セグメントは電気的に絶縁されているか、または導電サークルを形成することなく一点にのみ導電される核磁気共鳴装置に適用可能な磁場発生システムに関する。各磁極板セグメントは、磁極板基部全体にスリットを特定の深さでしかし貫通させずに切ることによって、または軟磁性材料を所望の形状に予め作成し、次にそれらをネジ止め、切りばめ加工または固定のような機械的方法により磁極板基部に固定することによって作成される。電気的絶縁は、磁極板セグメントに絶縁チップを備えることによって、または磁極板セグメントの表面に絶縁層を被覆することによって達成される。

Description

（１）技術分野
本発明は、磁気共鳴装置に、またはパルス誘導電流によって生じるパルス電磁場の副作用を減少させる必要がある他の磁気発生装置の磁場発生システムに、より詳細には磁石とパルス励起コイルとの間に置かれている磁極板ユニットに関する。

（２）背景技術
本発明の原理およびシステムの例示のために、磁気共鳴装置中の永久磁石が例として採用される。しかし、本発明は、核磁気共鳴画像化装置および他のタイプの磁気共鳴画像化装置に適用可能であるだけでなく、パルス誘導磁場の副作用を低下させる必要がある電磁装置中の磁気発生装置にも適用可能である。

磁気共鳴画像化装置および核磁気共鳴画像化装置において、サンプルの空間情報は、傾斜磁場コイルによって生じる傾斜磁場によって、そして適切な算術的変換（例えば、フーリエ変換）を通じて復元される。しかし、パルス磁場を生じるために傾斜磁場コイルに電流が流される場合、渦電流が永久磁石の導電構造に誘導され、そして付随する磁場または残留磁気でさえ発生される。誘導磁場は、永久磁石の元の磁場分布を破壊し、それにより磁気共鳴画像化装置によって生じる測定対象の画像の質を低下させる。磁気共鳴画像化装置の永久磁石において、永久磁石は２つの磁極板と押圧板との間に設けられる。例えば、Ｃ形永久磁石（すなわち、一端が開口された馬蹄形状）では、２群の磁石が、診断される患者が中に入れられている中央領域の両側（上側および下側）に配置された磁極板と押圧板との間に設けられる。押圧板は磁性ヨークの両末端表面上に装着される。磁極板、押圧板および磁性ヨークは通常、良好な磁気伝導性と強い機械的構造との２つの要件を満たす軟磁性材料から作成される。磁場発生源は永久磁石または電気コイルのいずれかから構成されてもよく、この軟磁性材料は例えば軟鋼または鉄であってもよい。しかし良好な磁気伝導性を有する鋼および鉄はまた良好な電気導体でもあり、そのためパルス電磁場の作用下で渦電流が発生する。磁極板内の渦電流作用を減らすために、先行技術のいくつかの特許文献において解決策、すなわち、磁極板と傾斜磁場コイルとの間に磁極片を設けることが開示されており、この磁極片は通常、米国特許第６，２１５，３８２号、米国特許第５，３６８，０７８号および米国特許第５，７２９，１８８号、ならびに米国特許第５，６８０，０８６号明細書および欧州特許出願公開第０６４５６４１号明細書のような特許文献に言及されているように、良好な磁気伝導性を有するが、電気伝導性の悪い材料、例えば、積層ケイ素鋼板、フェライト、粉末状鉄化合物などのような材料からなる。それにもかかわらず、パルス傾斜磁場は、磁極片を部分的に貫通し、磁極板に到達してそこに渦電流を生じ、それによって画像の質を低下させる。

（３）発明の内容
本発明の目的は、良好な磁気伝導性および強い機械的構造を有し、渦電流および残留磁気の発生を有効に妨げ得る改善された磁極板を提供することである。

従って、本発明は、磁気発生源と、パルス励起コイルと、磁極板とを備え、この磁極板がパルス励起コイルと磁場発生源との間に置かれている磁場発生システムにおいて、磁極板は複数の磁極板セグメントから構成され、磁極板セグメントは、電気的に絶縁されているか、または導電ループを形成することなく一点にのみ導電（通電）されていることを特徴とする。

本発明の磁場発生システムにおいて、磁石の形状は、開放Ｃ型であっても、複数の極支持板形状であっても、または水平な横向き閉鎖形状であってもよい。磁場発生源は、永久磁石であってもよいし、または導電性コイルから構成されてもよい。磁極板は、パルス励起コイルと磁場発生源との間に置かれ、磁気伝導路および機械的構造強度を提供する機能を有する。

解決されるべき問題は、導電ループを形成することなく、磁気伝導路を形成することであるので、本発明の磁場発生システムは、核磁気共鳴画像化装置、およびパルス励起コイルを有する他の磁場発生装置の両方について用いられ得る。

本発明の磁場発生システムにおいて、このような磁極板の一部は、複数のインターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）円弧状セグメント、または円状傾斜磁場コイル、またはスポーク形状もしくはインターリーブ放射形状のような他の種々の形状であってもよい。本発明の原理は、磁極板の磁気伝導性および機械的強度を維持しながら、磁極板内に渦電流ループが形成されるのを阻止することである。

本発明はまた、磁極板セグメントが、この磁極板の一部として、磁極の中心を通って軸（磁軸）に対して対称に配置されている磁場発生システムを提供する。この磁極板は、全体として、磁軸に直交する磁極板の平面内の１つの軸に沿って対称であってもよい。また、磁極板は、全体として、磁石の軸と磁極板の平面内の第一の軸との両方に対して直交する磁極板の平面内の１つの軸に沿って対称であってもよい。本発明のこのような原理に基づいて、磁極板セグメントの配置は、ある特別なケースでは、他の形状に、例えば、放射形状または部分的に軸対称形状に変えられてもよい。

本発明はまた、各磁極板セグメントが、磁極板基部全体にスリットを特定の深さでしかし貫通させずに切ることによって、または、一緒に、軟磁性材料を所望の形状に予め作成し、次に磁極板セグメントを形成するためにそれらの軟磁性材料をネジ止めまたは、切りばめ加工もしくは接着のような他の機械的方法により磁極板基部に固定することによって作成される磁気発生システムを提供する。磁極板セグメントは、電気的に絶縁されるか、または導電ループを形成することなく一点にのみ導電（通電）される。電気的絶縁は、磁極板セグメントの表面上に絶縁チップを備えることによって、またはその表面上に絶縁層を被覆することによって実現され得る。

本発明によって提供されたシステムにおける磁極板セグメントの幅は５ｍｍ〜２００ｍｍであり、磁極板セグメント間の間隙は１ｃｍ以下でなければならない。なぜなら、大きすぎる間隙は機械的強度および磁気伝導性を破壊するからである。

本発明により提供されたシステムにおいて、磁極板と傾斜磁場コイルとの間に磁極片があってもよく、そしてシムローズリング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ Ｒｏｓｅ ｒｉｎｇ）が磁極片上の平面の縁に対して外側に備えられる。

本発明の解決策は磁極板を改良することである。従来の磁極板は、軟質の強磁性材料からなる板でしかないが、本発明の解決策によれば、このような環状ディスクの一部は渦電流を阻止するために複数のセグメントに切断されている。

理論的に述べれば、磁極板が断片化されるほど、渦電流の阻止作用が良くなる。しかし磁極板が断片化され過ぎると、一方では磁極板の磁気伝導性および機械的強度が低下し、他方では加工および組立ての費用が増大される。従って、磁極板の実際の切断は断片化し過ぎてはならない。

磁極板は、永久磁石において、磁気伝導体として、かつ機械的な意味で永久磁石内に磁性材料を保持する保持体として機能する。磁極板の切断パターンを指定する場合、切断片間の間隙は適切に設定されなければならない。なぜなら、間隙が小さ過ぎると組立て上望ましくなく、しかも切断片間で電気的絶縁を実現することが困難であり、一方空間が大き過ぎると、磁気伝導性および機械的強度の望ましくない低下が生じるからである。

磁場の均一性を保持するために、切断された磁極板は磁極の中心を通る中心軸に沿って対称でなければならず、好ましくは磁極板の平面上の１つの軸または２つの直交する軸に沿って対称でなければならない。軸対称での切断は磁場をできるだけ均質に保つことができる。同様に、磁場への特別な要求はまた、磁石の設計において磁場の非対称性を利用することによって非対称に意図的に切断することによっても満たされ得る。

本明細書において「切断（ｃｕｔｔｉｎｇ）」は、特殊な磁極板を切断する必要はないが、磁極板の最終的に形成された「パターン」が環状ディスクの「切断」のように見えることを意味する。

（４）図面の説明
図１は、本発明を具体化するＣ形磁石の模式図であり、図１の右側は全体図であるが、図１の左側の図は部分的に拡大した図である。図１が図示しようとしていることは、Ｃ形磁石の各極が１片の磁極板、磁極片、シムリングおよび傾斜磁場コイルを有することである。図１の左側の部分的に拡大された図から解るように、このような磁気発生装置は、永久磁石１と、磁極板２と、断片化された磁極板部分３と、磁極片４と、シムリング５、いわゆるローズ（Ｒｏｓｅ）リングと、傾斜磁場コイル６とを頂部から底部まで有する。

本発明では、磁極板は、
（１）図２に示されるような、ただし図２の構造には限定されない、複数のインターリーブ円弧部分、
（２）図３に示されるような、ただし図３の構造には限定されない、傾斜磁場コイルのワイヤ巻きパターンの形状に類似の円形体、
に切断されてもよいし、
（３）または、磁極板は、渦電流を阻止する他の形状、例えば、スポーク形状などに切断され得る。

図２および図３に示されるとおり、磁極板２のリングは、その上に少なくとも１つの間隙を、渦電流の流れを阻止するために有するべきである。各リングの幅は５ｍｍ〜２００ｍｍで変化してもよい。複数の円弧形状のセグメントによって形成された磁極板セグメントパターンは、磁極板を直接切断することによって形成され得る。磁極板の機械的強度を全体として維持し、この間隙の磁気伝導性の大きな低下を回避するために、間隙の幅は１ｃｍ以下でなければならない。別の方法は、軟磁性材料（例えば、鉄、軟鋼）を直接用いて対応する形状の磁極板を予め作成し、それらをネジ止め、または切りばめ加工もしくは接着のような他の方法により磁極板基部に固定することである。磁極板セグメント間の電気的絶縁は、薄い絶縁チップを使用することによって、または磁極板セグメントの表面上に絶縁ラッカー層を被覆することによって実現される。

本発明の利点は、本発明の方法がパルス傾斜磁場下で磁極板に誘導された渦電流および残留磁気を大きく低下させることができ、そして逆に、磁気伝導性全体は大きく低下されないが、永久磁石材料を固定するために必要な磁極板の強度は破壊されないことである。

当業者は明らかに、上記の説明に基づいて本発明の技術的解決法に対する種々の改良を行ない、そして本明細書において言及される構成要素のいくつかを置き換えることができる。しかし、当業者の専門的知識に従って当業者によって行なわれるこのような改良および置き換えは、本発明の各請求項の範囲内に確実に含まれる。

本発明を具体化するＣ形磁石を示す概略図 磁極板を示す概略図 磁極板を示す概略図

符号の説明

１ 永久磁石
２ 磁極板
３ 断片化された磁極板部分
４ 磁極片
５ シムリング
６ 傾斜磁場コイル

Claims (18)

1. 一対の磁場発生源と、一対のパルス励起コイルと、一対の磁極板とを備え、前記磁極板が、パルス励起コイルと磁場発生源との間に置かれている磁場発生システムにおいて、前記磁極板は複数の磁極板セグメントから構成され、前記磁極板セグメントは、電気的に絶縁されているか、または導電サークルを形成することなく一点にのみ導電されることを特徴とする磁場発生システム。
2. 前記磁極板セグメントは複数のインターリーブ円弧状セグメントであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記磁極板セグメントは円状ワイヤ巻きパターンの傾斜磁場コイルであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記磁極板セグメントはスポーク形状であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. 前記磁極板セグメントはインターリーブ放射形状であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
6. 各磁極板セグメントは、磁極板基部全体にスリットを特定の深さでしかし貫通させずに切ることによって作成されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
7. 各磁極板セグメントは、軟磁性材料を所望の形状に予め作成し、次にそれらをネジ止め、切りばめ加工または接着のような機械的方法により磁極板基部に固定することによって作成されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
8. 電気的絶縁は、前記磁極板セグメント上に絶縁チップを備えることによって、または前記磁極板セグメントの表面上に絶縁層を被覆することによって実現されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
9. 電気的絶縁は、前記磁極板セグメント上に絶縁チップを備えることによって、または前記磁極板セグメントの表面上に絶縁層を被覆することによって実現されていることを特徴とする請求項６記載のシステム。
10. 電気的絶縁は、前記磁極板セグメント上に絶縁チップを備えることによって、または前記磁極板セグメントの表面上に絶縁層を被覆することによって実現されていることを特徴とする請求項７記載のシステム。
11. 前記磁極板セグメントの幅は５ｍｍ〜２００ｍｍであり、磁極板セグメント間の間隙は１ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
12. 磁極板と傾斜磁場コイルとの間に磁極片が設けられ、シムローズリングが磁極板の外縁に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
13. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項１乃至５、９、１０の１つに記載のシステム。
14. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項６記載のシステム。
15. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項７記載のシステム。
16. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
17. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
18. 前記磁場発生システムは磁気共鳴画像化装置または核磁気共鳴装置の静磁場発生部であることを特徴とする請求項１２記載のシステム。

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