JP2649437B2

JP2649437B2 - Ｍｒｉ用磁界発生装置

Info

Publication number: JP2649437B2
Application number: JP2261418A
Authority: JP
Inventors: 秀也桜井; 雅昭青木
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1997-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JPH04138132A

Description

【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と直交する方向に積層
して一体化した複数個のさお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、被験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、空隙は被検者の
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５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、磁極片としてパー
マロイ鋼板やアモルファス鋼板等の軟質磁性薄膜を積層
面が磁極面に対して垂直にな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発明者らは、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
磁極片の対向方向と直交する方向に積層して一体化した
複数個の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と
直交する方向に積層して一体化したさお状磁極片用部材
を複数個用い、支持枠を介して該積層方向に配列して磁
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、発明者らは、上記の無方向性けい素鋼板を積層
して磁極片を形成した構成において、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さお状磁極片
用部材を、複数枚のけい素鋼薄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、特に磁化容易軸方向に方
向性のまい無方向性けい素鋼板（JIS C2552等）を使用
することを特徴とし、残磁現象を低減する効果が高い。

磁極片用部を構成するけい素鋼板の厚みは任意の厚み
でよいが、一般に入手し易いけい鋼板は0.35mm程度と薄
いため、従来例（特開昭61−203605号）に示すように磁
極片を構成する平板状積層体全体が、上記けい素鋼板を
一方向に積層するだけの構成では積層一体化作業が極め
て煩雑となる。

そこで発明者らは、積層、組立て作業性が極めて良好
となり、市販されているけい素鋼板コイルの最大幅寸法
を最も効果的に使用するため、まず複数枚の細長い短冊
状無方向性けい素鋼板を板厚み方向に所定枚数積層した
さお状磁極片用部材を複数個作成し、これら複数個のさ
お状磁極片用部材をその積層方向が磁極片の対向方向と
直交する方向となるようリング状支持枠の内側に一方向
に積層しながら吊るように一体化する構成を提案する。
構成の細部については図面に基づいて後に詳述する。

この発明において、磁極片の空隙対向面側に配置する
磁性材リングからなる環状突起は継鉄、低炭素鋼等から
構成することができ、前記磁性材ベースやリング状支持
枠の周縁部に載置する他、直接さお状磁極片用部材の上
面に載置することができる。

また、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、磁性材ベースまたはリング状支持枠と環状突起
間、磁性材ベースまたはリング状支持枠とさお状磁極片
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、磁極片を構成するさお状磁極片用部材の斜
視図である。

第３図、第４図は第２図に示す磁極片の部分詳細説明
図である。

第１図に示す磁極片（20）は、この発明による実施例
を示す。この構成は、市販されている無方向性けい素鋼
板の最大寸法を最も効果的に使用する構成である。

すなわち、市販されている無方向性けい素鋼板はその
最大幅寸法が1,220mmであるが、磁極片の外径がそれを
超える場合は、単にこれらの無方向性けい素鋼板を磁極
片の対向方向と直交する方向に積層するだけでは所定外
径寸法の磁極片は得られない。また、使用する無方向性
けい素鋼板も3000枚以上となりこれらの積層一体化作業
も非常に煩雑となる。

第１図に示す磁極反（20）は、第２図に示す如き市販
されている無方向性けい素鋼板コイルの最大幅寸法を全
長とするさお状磁極片用部材（23）を有効に活用してい
る点を特徴とする。

このさお状磁極片用部材（23）は、複数枚の細長い短
冊状無方向性けい素鋼板を鋼板の厚さ方向に積層し絶縁
性接着材にて所定幅（Ｗ）のさお状に一体化してなる。

また、さお状磁極片用部材（23）の長さ方向両端部に
は、後述するリング状支持枠（24）への配置を容易にす
るために面取部（28）が形成されている。さらに、さお
状磁極片用部材（23）の少なくとも一方側面の所定位置
には、後述する絶縁性合成樹脂による磁極片の一体化を
容易にするため、薄いポリウレタンテープ等の絶縁性粘
着テープからなる絶縁材（27）を貼着してある。

このように構成された複数のさお状磁極片用部材（2
3）は、第３図に示す如く、その積層方向を磁極片対向
方向と直交する方向にして、断面Ｌ字形のリング状支持
枠（24）にて一方向に配列載架する。

複数のさお状磁極片用部材（23）をリング状支持枠
（24）に配列載架するが、これを極めて容易にできるよ
うに、この発明では、リング状支持枠（24）の中央部を
矩形状となるように切り抜いてあり、さお状磁極片用部
材（23a）を一方向に配列するだけで載架を完了する。

なお、リング状支持枠（24）の切り抜いて形成した矩
形状の枠内周縁はさお状磁極片用部材（23a）に形成さ
れる面取部（28）に対応させて同様な面取部（29）を形
成してある。

上述の実施例においては互いの面取部（28），（29）
にてさお状磁極片用部材（23a）を載架する構成を示し
たが、面取部に変えて嵌合等の他の載架方法を採用する
ことも可能である。

さらに、磁界均一度向上の観点からさお状磁極片用部
材（23）を、その積層方向を90゜異なるように２層以上
に積層する場合は、第４図に示す如き構成を採用するこ
とができる。

すなわち、第３図にて示したさお状磁極片用部材（23
a）を一層目とし、さらにその上面に積層方向を90゜変
えて第二層目を構成する複数のさお状磁極片用部材（23
a）を載置する。さらに、第二層目のさお状磁極片用部
材（23b）の両端部に形成される面取部（28）と対応す
る面取部（30）を有する固定板（25）にて、これら二層
のさお状磁極片用部材（23a）（23b）をリング状支持枠
（24）に強固に固定する。

上記のようにさお状磁極片用部材（23）を２層以上に
積層する際には、各層毎の電気的な絶縁を確保するため
に、各層間の所要箇所に絶縁性粘着テープ等からなる絶
縁材を配置することが好ましい。

以上の工程を経て磁極片（20）の中央部には、市販さ
れる無方向性けい素鋼板の最大幅寸法と同寸法を一辺と
する矩形状の二層磁極片が構成される。

さらに、該二層磁極片部とリング状支持枠（24）内周
面との間には上記さお状磁極片用部材（23a）（23b）の
長さより短尺のさお状磁極片用部材（23c）を配置し、
略円板状磁石片を構成する。

この短尺さお状磁極片用部材（23c）は磁極片中央部
と同様に二層構造としても良いが、一層としてもこの発
明の目的を達成することができる。

かかる磁極片（20）の空隙対向面側には、環状突起を
形成する磁性材リング（22）が配置される。この磁性材
リング（22）は、前記さお状磁極片用部材（23）の上面
に直接配置してもよいが、第１図に示す如く、リング状
支持枠（24）の内周外縁部の所要位置に配置された複数
（図において４個）の固定ブロック（21）を介して磁極
片（20）の外周縁部に載置することが好ましい。

この磁性材リング（22）に直径方向のスリット（26）
を一箇所以上設ける（図においては１箇所）ことによっ
て渦電流防止を図ることができるが、スリットが多くな
るとリングが分割されすぎて組立が煩雑となる。

以上、詳述した各部材を組立てて磁極片（20）を形成
したのち、この磁極片（20）の上面からエポキシ樹脂等
の絶縁性合成樹脂を流すと、各さお状磁極片用部材（2
3）に貼着された絶縁材（27）及び各層間に貼着された
絶縁材によって形成される微小隙間を通じて磁極片（2
0）全体に絶縁性合成樹脂が充填され、各さお状磁極片
用部材（23）が相互に絶縁された状態で接着一体化さ
れ、磁極片として必要な機械的強度を確保することがで
きる。

以上に示す構成からなる磁極片（20）をMRI用磁界発
生装置に用いると、無方向性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５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
鉄からなるリング状支持枠状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さお状磁極片用部
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２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と直交する方向に積層して一体化し
たさお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、無方向性けい素鋼板の積層方向が磁極片対向方
向と直交する方向であっても、一旦さお状磁極片用部材
として用いるため、積層一体化の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、磁極片を構成するさお状磁極片用部材の斜視
図である。第３図、第４図は、第２図に示す磁極片の部分詳細説明
図である。第５図は、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、2,20……磁極片、３……継鉄、
４……空隙、５……環状突起、６……傾斜磁界コイル、
21……固定ブロック、22……磁性材リング、23,23a,23
b,23c……さお状磁極片用部材、24……リング状支持
枠、25……固定板、26……スリット、27……絶縁材、2
8,29……面取部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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と直交
する方向に積層して一体化したさお状磁極片用部材を複
数個用い、支持枠を介して該積層方向に配列して磁極片
を形成したことを特徴とするMRI用磁界発生装置。
【請求項２】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。