JP2009000397A - 能動磁気遮蔽型磁石装置および磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気モーメントが同方向であり、軸Zが一致する3つ以上の円環状の主磁石MC10〜MC31と、磁気モーメントが主磁石MC10〜MC31とは逆方向であり、軸Zが主磁石MC10〜MC31と一致する2つ以上の円環状のシールド磁石SC10、SC11とを有し、シールド磁石SC10、SC11それぞれの軸Zを含みかつ軸Zに沿う平面で切った片側断面の中心の軸Zの方向のシールド位置は、主磁石MC10〜MC31の軸Zを含みかつ軸Zに沿う平面で切った片側断面の中心の軸Zの方向の主位置の間に設定され、シールド磁石SC10、SC11の磁気モーメントの総和の大きさが、主磁石MC10〜MC31の磁気モーメントの総和の大きさより小さく設定されている。
【選択図】図2
Description
磁気モーメントが前記主磁石とは逆方向であり、軸が前記主磁石と一致する2つ以上の円環状のシールド磁石とを有し、
前記シールド磁石それぞれの前記軸を含みかつ前記軸に沿う平面で切った片側断面の中心の前記軸の方向のシールド位置は、前記主磁石の前記軸を含みかつ前記軸に沿う平面で切った片側断面の中心の前記軸の方向の主位置の間に設定され、
前記シールド磁石の磁気モーメントの総和の大きさが、前記主磁石の磁気モーメントの総和の大きさより小さく設定されている能動磁気遮蔽型磁石装置であることを特徴とする。さらに、本発明の能動磁気遮蔽型磁石装置を有し、前記軸上に撮像領域を有する磁気共鳴イメージング装置であることを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る能動磁気遮蔽型磁石装置2の外観図である。図1に示すように、能動磁気遮蔽型磁石装置2は、円筒形状の真空容器3と、この真空容器3を支える支持脚5とを有している。真空容器3の外周側面の長さZoは、内周側面の長さZiより短くなっている。
Mres=Σ∫ir πr drdz
ここで、iはコイルに流れる電流の周回方向の電流密度であり、シールドコイルSC10、SC11は主コイルMS10、MC11、MS20、MC21、MS30、MC31と反対方向の電流が流れるために負の電流密度を設定している。rはコイル内積分点位置の半径であり、積分∫drdzはコイルの断面での面積積分である。また総和Σはすべてのコイル毎の積分値の総和である。
図3は、比較例1の能動磁気遮蔽型磁石装置の真空容器3を、Z軸を含みかつZ軸に沿う平面で切断した片側の断面図であり、その平面上での磁束等高線6と磁場強度等高線5Gを示している。図3は、図2(b)に対応させて漏れ磁場を記載している。
図4は、比較例2の能動磁気遮蔽型磁石装置の真空容器3を、Z軸を含みかつZ軸に沿う平面で切断した片側の断面図であり、その平面上での磁束等高線6と磁場強度等高線5Gを示している。図4は、図2(b)と図3に対応させて漏れ磁場を記載している。
図5は、比較例3の能動磁気遮蔽型磁石装置の真空容器3を、Z軸を含みかつZ軸に沿う平面で切断した片側の断面図であり、その平面上での磁束等高線6と磁場強度等高線5Gを示している。図5は、図2(b)に対応させて漏れ磁場を記載している。
図6は、第2の実施形態に係る能動磁気遮蔽型磁石装置の真空容器3を、Z軸を含みかつZ軸に沿う平面で切断した片側の断面図であり、その平面上での磁束等高線6と磁場強度等高線5Gを示している。図6は、図2(b)と図5に対応させて漏れ磁場を記載している。
図7は、第3の実施形態に係る能動磁気遮蔽型磁石装置の真空容器3を、Z軸を含みかつZ軸に沿う平面で切断した片側の断面図であり、その平面上での磁束等高線6と磁場強度等高線7を示している。図7は、図2(a)に対応させて強高度均一磁場を記載している。
残留磁気モーメントの割合Mrtは、+0.37%(Mrt=+0.37%)である。また、全コイルの最両端に位置する主コイルMC10(MC11)の軸方向位置と、シールドコイルSC10(SC11)の軸方向位置との中心間距離Z1は、7.6cmである。この中心間距離Z1は、全コイル中で最両端に位置する主コイルMC10端とMC11端の軸方向位置における間隔(端部間隔140cm)に対して、5.4%程度に設定されている。また、主コイルMC30、MC31の間に主コイルMC40が設けられている。なお、シールドコイルの磁気モーメントの大きさの主コイルの磁気モーメントの大きさに対する比は、99.63%であった。第3の実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができた。また、第3の実施形態によれば、主コイルMC10とMC11の軸方向位置における間隔を大きくして、この大きくなった間隔に主コイルMC40を配置して、均一性を担保し、撮像領域4の拡大を可能にしている。そして、漏れ磁場を減衰させるために、中心間距離Z1を4cmから7.6cmに大きくしている。そして、残留磁気モーメントの割合Mrtは、正の範囲の+0.37%(Mrt=+0.37%)において、漏れ磁場を急速に減衰させることに成功している。
次に、本発明で重要なパラメータである残留磁気モーメントの割合Mrtについて議論しておく。図8にはこれまで議論した5ガウス線(図2(b)等参照、磁場強度5G(0.5mTに相当)の磁場強度等高線5G)の半径方向位置の変動分と、Mrtの関係を示している。図8の下部には、実施例1,2の形態で、Mrtを変更した場合であるが、中心間距離Z1の値を4cmだけでなく、3cm以上5cm以下(3cm≦Z1≦5cm(主コイルの端部間隔に対するZ1の比で2.5%−4.2%)の範囲で変化させている。本発明の目的は漏れ磁場を素早く減衰させることであるために、縦軸はこれまでの議論で指標としてきた5ガウス線の位置に注目し、その変化分を示している。中心間距離Z1に依存して5ガウス線の位置も変化しているが、いずれの場合においてもMrtの0%から2%の変化の中で極小値を持っている。極小値を超えてもMrtが2.5%程度までであれば、比較的小さな5ガウス線の膨脹にとどまっているが、一方、図2(a)と図2(b)を比較して理解できるように、Mrtの増加は軸方向の5ガウス線の膨脹を伴う。従って、極小値を超えてさらにMrtを大きくすることに利点は無い。
図8の上部では、中心間距離Z1の大きさを変え、中心間距離Z1を2−5cm(主コイルの端部間隔に対するZ1の比で1.4−3.6%)で変化させて、「△」印でプロットしている。このように変化させると、Mrtの適切な範囲も変化するが、0.25%以上2.0%以下(0.25%≦Mrt≦2.0%)が適切な値の範囲であることを示している。なお、「△」印は、シールドコイルの半径位置Rscを0.83mとしている。
また、図8の上部には、シールドコイルの半径位置Rscを0.83mから0.9mに大きくし、MRI装置1外側の磁場を高めた場合に付いて、「○」印で示している。この図8の上部の「○」印のデータもそれぞれの中心間距離Z1に対して5ガウス線が最も半径小側にくる極小値のデータを、中心間距離Z1を2−5cm(主コイルの端部間隔に対するZ1の比で1.4−3.6%)で変化させて、プロットしている。Mrtが大きなデータ点では中心間距離Z1も大きくなっている。この「○」印の場合でも、「△」印の場合と同様に、Mrtが0.25%以上2.0%以下(0.25%≦Mrt≦2.0%)の範囲であれば、5ガウス線をMRI装置1の近傍に配置でき、漏れ磁場を素早く減衰させることができると言える。
2 能動磁気遮蔽型磁石装置
3 真空容器
4 撮像領域
5 支持脚
6 磁束等高線
7 磁場強度等高線(1.5T±1.5ppm)
8 磁場強度等高線(5G(0.5mTに相当)間隔)
13 真空容器
MC10、MC11、MC20、MC21、MC30、MC31、MC40 主磁石
SC10、SC11 シールド磁石
Claims (9)
- 磁気モーメントが同方向であり、軸が一致する3つ以上の円環状の主磁石と、
磁気モーメントが前記主磁石とは逆方向であり、軸が前記主磁石と一致する2つ以上の円環状のシールド磁石とを有し、
前記シールド磁石それぞれの前記軸を含みかつ前記軸に沿う平面で切った片側断面の中心の前記軸の方向のシールド位置は、前記主磁石の前記軸を含みかつ前記軸に沿う平面で切った片側断面の中心の前記軸の方向の主位置の間に設定され、
前記シールド磁石の磁気モーメントの総和の大きさが、前記主磁石の磁気モーメントの総和の大きさより小さく設定されていることを特徴とする能動磁気遮蔽型磁石装置。 - 前記主磁石の円環の外径が0.9m以上1.2m以下の範囲内であり、前記主位置の前記両端値の間隔が、1.1m以上1.5m以下の範囲である場合に、
前記軸から前記主磁石の円環の半径方向に2.5mの位置で、前記軸と平行にスキャンすると、磁場の方向が前記半径方向の成分で外側に向かう方向である領域と、前記磁場の方向が前記半径方向の成分で内側に向かう方向である領域とが、交互に3領域ずつ存在することを特徴とする請求項1に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。 - 前記主磁石の円環の外径が0.9m以上1.2m以下の範囲内であり、前記主位置の前記両端値の間隔が、1.1m以上1.5m以下の範囲である場合に、
前記軸から前記主磁石の円環の半径方向に4m以上の位置で、前記軸と平行にスキャンすると、磁場の方向が前記半径方向の成分で外側に向かう方向である領域と、前記磁場の方向が前記半径方向の成分で内側に向かう方向である領域とが、1領域ずつ存在することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。 - 前記主位置の両端値の一方と前記シールド位置の間隔は、前記主位置の前記両端値の間隔の1.4%以上5.4%以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。
- 前記シールド磁石の磁気モーメントの総和の大きさは、前記主磁石の磁気モーメントの総和の大きさの98%以上99.75%以下の範囲内の大きさであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。
- 前記主位置の少なくとも1つは、前記シールド位置の間に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。
- 前記シールド磁石の円環の外径は、前記主磁石の円環の外径より大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。
- 前記主磁石と前記シールド磁石が超伝導コイルであり、
前記主磁石と前記シールド磁石を断熱支持する真空容器が、前記軸を軸とする円筒形状であり、
前記円筒形状の外周側面の長さは、内周側面の長さより短いことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の能動磁気遮蔽型磁石装置を有し、
前記軸上に撮像領域を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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