JP2649436B2 - Mri用磁界発生装置 - Google Patents

Mri用磁界発生装置

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JP2649436B2 JP2261417A JP26141790A JP2649436B2 JP 2649436 B2 JP2649436 B2 JP 2649436B2 JP 2261417 A JP2261417 A JP 2261417A JP 26141790 A JP26141790 A JP 26141790A JP 2649436 B2 JP2649436 B2 JP 2649436B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、医療用磁気共鳴断層撮影装置(以下MRI
という)等に用いられる磁界発生装置の改良に係り、空
隙を形成して対向する一対の磁極片を、複数枚の無方向
性けい素鋼板を磁極片の対向方向に積層して一体化した
複数個のブロック状磁極片用部材で構成し、空隙内の磁
界均一度を損なうことなく、傾斜磁界コイルによる磁極
片内の渦電流、残磁現象の低減を図ったMRI用磁界発生
装置に関する。
従来の技術 MRIは、強力な磁界を形成する磁界発生装置の空隙内
に、被検者の一部または全部を挿入して、対象物の断層
イメージを得てその組織の性質まで描き出すことができ
る装置である。
上記MRI用の磁界発生装置において、空隙は被験者の
一部または全部が挿入できるだけの広さが必要であり、
かつ鮮明な断層イメージを得るために、通常、空隙内の
撮像視野内には、0.02〜2.0Tでかつ1×10-4以下の精度
を有する安定した強力な均一磁界を形成することが要求
される。
MRIに用いる磁界発生装置として、第3図に示す如
く、磁界発生源としてR−Fe−B系磁石を用いた一対の
永久磁石構成体(1)(1)の各々の一方端に磁極片
(2)(2)を固着して対向させ、他方端を継鉄(3)
にて連結し、磁極片(2)(2)間の空隙(4)内に、
静磁界を発生させる構成が知られている。
磁極片(2)(2)には、空隙(4)内における磁界
分布の均一度を向上させるために、周辺部に環状突起
(5)を設けてあり、通常、電磁軟鉄、純鉄等の磁性材
料を削り出した板状のバルク(一体物)から構成される
(特開昭60−88407号公報)。
各磁極片(2)(2)の近傍に配置される傾斜磁界コ
イル(6)は、空隙(4)内の位置情報を得るために、
通常X、Y、Zの3方向に対応する3組のコイル群から
なるが、図示においては簡略して記載している。
この傾斜磁界コイル(6)に、パルス電流を印加する
ことによって台形波状に時間変化する所望方向の傾斜磁
界を発生することができる。
発明が解決しようとする課題 傾斜磁界コイル(6)にパルス電流を流すと、磁極片
(2)は前述した如く板状のバルクから構成されるた
め、その電流の立上り、立下がり時に磁界が急激に変化
し磁極片(2)(2)に渦電流が発生する。
この渦電流は傾斜磁界コイル(6)にて形成される磁
界と反対方向の磁界を形成するため、傾斜磁界が所定の
強度に達するのに多くの時間を要する。
上述の問題を解決する手段として、磁極片として軟質
磁性薄板を積層面が磁極面に対して垂直に成るように積
層した平板状の積層体を、その積層方向が互いに略90度
異なるよう二層に配置一体化した構成のものを用いた磁
界発生装置(特開昭61−203605号)、比抵抗の高い磁性
粉を用いた磁界発生装置(特開昭63−25907)が提案さ
れている。
しかしながら、上述の渦電流低減を図った構成におい
ても、傾斜磁場コイル(GC)により形成される磁界によ
り磁極片が磁化され、磁気ヒステリシス現象(残磁現
象)によりGCパルスを停止後も残磁により、空隙内の均
一度が乱れる問題がある。
この発明は、MRI用磁界発生装置の磁極片における上
記現状に鑑み提案するもので、空隙内の磁界均一度を低
下させることなく、渦電流の発生を低減して短時間で傾
斜磁界が所定の強度に上昇し得る構成からなる磁極片の
提供を目的とし、また残磁現象を低減して高感度で鮮明
な画像を得ることできる構成からなる磁極片の提供を目
的とし、さらに加工、製造が容易で、機械的強度が高く
組立て作業性にすぐれた構成からなる磁極片の提供を目
的としている。
課題を解決するための手段 この発明は、MRI用磁界発生装置において、上記目的
を達成するために種々検討した結果、空隙を形成して対
向する一対の磁極片を、複数枚の無方向性けい素鋼板を
磁極片の対向方向に積層して一体化した複数個のブロッ
ク状磁極片用部材にて所要形状に構成することによっ
て、加工、製造が容易で、磁界強度および磁界均一度を
低下させることなく、傾斜磁場コイルによる渦電流、並
びに残磁現象を低減できることを知見した。
すなわち、この発明は、 空隙を形成して対向する一対の磁極片を有し該空隙に
磁界を発生させるMRI用磁界発生装置において、 複数枚の無方向性けい素鋼板を該磁極片の対向方向に
積層して一体化したブロック状磁極片用部材を複数個用
いて磁極片を形成したことを特徴とするMRI用磁界発生
装置である。
また、この発明は、上記構成において、 複数個のブロック状磁極片用部材を板状の磁性材ベー
ス上に配置して磁極片を形成することにより、磁極片全
体の機械的強度を向上させ、磁極片の取扱いを容易にす
ることができ、また磁極片の空隙対向面側に直径方向の
スリットを一箇所以上設けた磁性材リングからなる環状
突起を配置することにより、さらに磁界均一度が向上す
ることを知見した。
この発明の対象とするMRI用磁界発生装置は、空隙を
形成して対向する一対の磁極片を有して該空隙に磁界を
発生させる構成であれば、後述する実施例に限定される
ことなく、いかなる構成にも適用できる。
すなわち、磁界発生源となる磁石構成体にも永久磁石
に限定されることなく電磁石等の採用も可能であり、ま
た磁石構成体に直接磁極片が配置される構成でなくとも
よい。さらに、これらの磁石構成体と一対の磁極片とを
磁気的に接続して空隙に磁界を発生する磁路形成用の継
鉄の形状寸法等も要求される空隙の大きさ、磁界強度、
磁界均一度等種々の諸特性に応じて適宜選定すれば良
い。
作用 以下、磁界発生源として一対の永久磁石を用いた構成
例について説明する。
永久磁石 磁気回路に用いる磁石構成体の永久磁石は、フェライ
ト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバルト系磁石が使用
できるが、特に、RとしてNdやPrを中心とする資源的に
豊富な軽希土類を用い、B、Feを主成分として30MGOe以
上の極めて高いエネルギー積を示すR−Fe−B系永久磁
石を使用することにより、著しく小型化することができ
る。
磁極片 この発明は、磁極片を構成する複数個のブロック状磁
極片用部材を、複数枚のけい素鋼板を一対の磁極片の対
向方向に積層して一体化して形成したことを特徴として
いる。使用されるけい素鋼板は、残磁現象を低減するた
めに磁化容易軸方向が圧延方向ないし無方向性けい素鋼
板(JIS C2552等)が使用できる。
ブロック状磁極片用部材は少なくとも2個以上からな
るが、磁極片の形状寸法、要求される諸特性、組立作業
性等を考慮して分割数を決定する。すなわち、種々の分
割数にて磁極片を縦横にあるいは直径方向にと分割する
ことにより、当該部材形状は種々の形状をとることにな
り、積層するけい素鋼板は選定したブロック形状に磁極
片の対向方向に積層組み立てする際に、一定の該対向方
向にのみ積層するため一定形状とするほか、種々の該対
向方向に積層するため種々の形状とすることもできる。
従って、例えば、実用に際しては、けい素鋼板を所定方
向に積層して一体化し1辺50mm〜200mm程度の正方形形
板状に切断されたブロック状磁極片用部材を40〜200ブ
ロック程度用いて磁極片を形成するとよい。
ブロック状磁極片用部材を構成するけい素鋼板の厚み
は任意の厚みでよく、一般に入手し易いけい素鋼板は0.
3mm程度と薄いが、積層方向が一対の磁極片の対向方向
であることから非常に作業性良く積層一体化できる。
また、各けい素鋼板の表面には絶縁被膜が形成されて
おり、積層時に互いに電気的に絶縁されることになり、
さらにこれらをブロック化する際に、絶縁性樹脂を真空
含浸することによって一体化するため、個々のブロック
状磁極片用部材(13)が電気的に絶縁されることにな
り、渦電流の発生防止効果が得られる。
また、磁極片を構成している各ブロック状磁極片用部
材の厚さを調整することにより、後述の実施例に示す如
く、磁極片中央部に略円形凸状部や断面台形状の突起部
を設け、磁界均一度をさらに向上させることができる。
これらのブロック状磁極片用部材は直接永久磁石構成
体の空隙対向面に配置してもよいが、後述する板状の磁
性材ベース上に配置することにより、磁極片全体の機械
的な強度を向上させ、取扱いやすく磁気回路の組立作業
を容易にすることができる。
さらに、板状の磁性材ベースを敷設してブロック状磁
極片用部材で磁極片を構成し、空隙対向面の周縁部に軟
鉄材等からなる磁性材リングを配置して環状突起を形成
することが磁界均一度の向上に好ましい。
磁性材ベース厚みとブロック状磁極片用部材との厚み
比を最適化することにより、磁極片に要求される磁界強
度の均等化と渦電流および残磁現象の防止効果が最大限
に発揮され、さらに、複数個のブロック状磁極片用部材
からなる磁極片の機械的強度の補強を行うことができ、
所要の強度を得るべく磁性材ベースの厚みを適宜選定す
る必要がある。
上記磁性材ベースには、材質として、純鉄、低炭素鋼
などが好ましい。
また、磁極片の周縁部に配置する磁性材リングも磁性
材ベースの同様な材質を用いることができ、磁性材ベー
スの周縁部にっ載置する他、直接ブロック状磁極片用部
材上面に載置することができる。
いずれの構成においても、渦電流の影響を軽減する目
的で、環状突起に1つ以上のスリットを設けて分割する
ことが望ましく、さらに、磁性材ベースと環状突起間、
磁性材ベースとブロック状磁極片用部材間を電気的に絶
縁することが望ましい。
図面に基づく開示 第1図a,bはこの発明による磁界発生装置の磁極片の
一実施例を示す上面図と横断面図である。
第2図は、この発明の磁極片を構成するブロック状磁
極片用部材の一実施例を示す斜視図である。
第1図に示す磁極片(10)は、円板状軟鉄からなる磁
性材ベース(11)と、磁性材ベース(11)の周辺部に周
設された断面矩形の軟鉄製の磁性材リング(12)と、磁
性材ベース(11)上面に敷設した複数個のブロック状磁
極片用部材(13)とからなる。ブロック状磁極片用部材
(13)は通常合成樹脂接着材にて磁性材ベース(11)に
固着される。
磁性材ベース(11)の周辺部に周設された断面矩形の
軟鉄製の磁性材リング(12)は、磁性片(10)の外周部
側の高さを他より高すして、磁束を所要空隙に集中させ
かつ均一度を向上させる環状突起を形成するためのもの
であり、磁性材ベース(11)との間に絶縁材を介在させ
てボルト止めしてあり、さらに磁性材リング(12)を周
方向に分割(図では8個に分割)することで直径方向の
スリット(16)を設けて、渦電流の影響を低減する構成
である。
ブロック状磁極片用部材(13)は第2図の如く構成さ
れている。
すなわち、第2図に示すブロック状磁極片用部材(13
B)は、無方向性のため複数枚のけい素鋼板を単にその
厚さ方向に積層して一体化するだけで所定厚さからなる
ブロック状磁極片用部材(13B)を構成できる。
異方性の場合、圧延方向の保磁力は極めて小さいが、
それと直交方向には保磁力が大きくなるため、むしろ後
述する無方向性けい素鋼板を用いる方が残磁現象の低
減、組立ての容易さから有利である。
これらの複数のブロック状磁極片用部材(13)は図示
の如く略円板状を形成するように配置するが、磁極片
(10)の空隙対向面の中央部には所要直径の円形凸状部
(14)を形成するため、ブロック状磁極片用部材(13)
の厚みが異なるものを用いており、当該円形凸状部で磁
界均一度を向上させることができる。
また、磁性材ベース(11)の中心部に、軟鉄製のコア
部(15)を設けているが、これは傾斜磁界コイルを装着
するための基台を構成している。
作用 以上に示す構成からなる磁極片(10)をMRI用磁界発
生装置に用いると、けい素鋼板は飽和磁束密度(Bs)が
高く、空隙の磁界均一化が達成しやすく、また保磁力
(Hc)(ヒステリシス損)の小さな電気的に絶縁されて
いる薄板を複数枚積層した構成であることから、傾斜磁
場コイルにGCパルスが印加されても磁極に発生する渦電
流は低減され、しかも残磁現象を低減させることも可能
となる。
実 施 例 実施例1 第3図と同様構成の磁界発生装置に、(BH)max35MGO
eを有するR−Fe−B系永久磁石を用い、下記性状の軟
鉄からなる磁性材ベース上に下記性状の無方向性けい素
鋼板を用い第2図に示す構成としたブロック状磁極片用
部材を設け、軟鉄からなる環状突起(スリットは4箇所
とした)を設けた一対の磁極片の対向間距離を500mmに
設定した。
比較例 実施例1と全く同様構成であるが、同寸法、形状の磁
極片をベース部と同軟鉄のバルク材で構成し、磁界発生
装置を組み立てた。
測定結果 以上3種類の磁界発生装置における磁界均一度と磁界
強度、傾斜磁場コイルによる渦電流の低減効果ととも
に、GCパルスにより生じる残留磁気を測定した。
その結果、実施例1、比較例とも空隙中心から半径20
0mm内の計測空間での測定値で、磁界均一度;30ppm、磁
界強度;0.2Tを得た。
傾斜磁場コイルによる渦電流は、この発明による実施
例1の場合、比較例に対して1/3に以下に低減された。
GCパルスにより生じる残留磁気は、この発明による実
施例1の場合、比較例に対して、1/3以下に低減され
た。
磁性材ベースは外径1050mm、厚さ25mmとした。
また、種々の磁極片用部材の磁性材ベース上配置後の
厚さ(最大厚さ)は25mmとした。だたし、無方向性けい
素鋼板の厚さは0.35mmを採用した。
磁性材ベース部 純鉄 Hc=80A/m Bs=2.0T p=1×10-7Ω・m 無方向性けい素鋼板 Hc=40A/m Bs=1.7T p=45×10-8Ω・m 発明の効果 実施例に明らかな如く、複数枚の無方向性けい素鋼板
を磁極片の対向方向に積層して一体化したブロック状磁
極片用部材を複数個用いた構成からなる磁極片を、MRI
用磁界発生装置に用いると、空隙の磁界が均一化され、
傾斜磁場コイルによる渦電流の低減の効果とともに、GC
パルスにより生じる残磁を低減させる効果がある。
また、けい素鋼板の積層方向が磁極片対向方向と同方
向であることから積層一体化作業が極めて容易となる利
点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは、この発明による磁界発生装置の磁極片の
一実施例を示す上面図と横断面図である。 第2図は、ブロック状磁極片用部材の斜視説明図であ
る。 第3図a,bは、従来の磁界発生装置の縦断面図である。 1……永久磁石構成体、2,10……磁極片、3……継鉄、
4……空隙、5……環状突起、6……傾斜磁界コイル、
11……磁性材ベース、12……磁性材リング、13,13A,13B
……ブロック状磁極片用部材、14……円形凸状部、15…
…コア部。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空隙を形成して対向する一対の磁極片を有
    し該空隙に磁界を発生させるMRI用磁界発生装置におい
    て、 複数枚の無方向性けい素鋼板を磁極片の対向方向に積層
    して一体化したブロック状磁極片用部材を複数個用いて
    磁極片を形成したことを特徴とするMRI用磁界発生装
    置。
  2. 【請求項2】複数個のブロック状磁極片用部材を板状の
    磁性材ベース上に配置して磁極片を形成し、磁極片の空
    隙対向面側に直径方向のスリットを一箇所以上設けた磁
    性材リングからなる環状突起を配置したことを特徴とす
    る請求項1記載のMRI用磁界発生装置。
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