JP3266355B2 - 超電導型mri用磁界発生装置 - Google Patents

超電導型mri用磁界発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、医療用核磁気共鳴断
層撮影装置(以下MRIという)等に用いられる超電導
コイルを使用した磁界発生装置の改良に係り、対向配置
する一対の磁極片の一方にのみに超電導コイルを周設し
た構成であるが、医療用として必要な高磁界均一度を満
足し、かつ被検者に心理的圧迫感を与えない開放的な開
口部を有する構成からなる超電導型MRI用磁界発生装
置に関する。
【0002】
【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
すことのできる装置である。MRIに使用される磁界発
生装置には、永久磁石型、常電導型、超電導型があり、
特に超電導型は0.5〜2T(テスラ)というきわめて
高い磁界が安定して得られるため、従来より広く用いら
れている。
【0003】超電導型MRIは、被検者を強い静磁界内
に挿入する必要があるため、通常、ソレノイドコイルや
ヘルムホルツコイル等の円筒状コイルを形成し、このコ
イルが作る円筒空間内に被検者が挿入され、この円筒空
間の軸方向と被検者の体軸が一致している。上記のコイ
ルの構成では、装置開口部が小さくかつ2ヶ所しかな
く、また、高画質の撮像のために装置の奥行き方向長さ
を延長しなければ、所要の磁界の均一性は得られず、か
かる装置の奥行き方向が長くなるほど、挿入される被検
者に心理的圧迫感を与えるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】超電導型MRIは、例
えば、USP4,766,378号には図7に示す如
く、磁性材からなる短円筒体の両端部に磁極片を着設し
た円盤を配置して内部に空隙を形成して対向する一対の
磁極片に超電導材料からなる超電導コイルを周設し、該
空隙に磁性を発生させる装置が提案されており、超電導
コイルには極低温の液体ヘリウム温度に保持するための
冷却装置を付設する構成からなる。
【0005】また、上記超電導型MRIは、高価な超電
導コイルが一対必要となり、コスト低減のため対向する
一対の磁極片のうち一方のみに超電導コイルを周設した
片励磁方式を採用すると、超電導コイルを周設した磁極
片の側の磁界が強くなるため、上下方向に磁界のアンバ
ランスが起こり、磁界均一度が非常に悪化してしまう問
題がある。
【0006】この発明は、超電導型MRIにおいて、対
向配置する一対の磁極片の一方にのみに超電導コイルを
周設した構成を採用し、医療用として必要な高磁界均一
度を満足し、かつ被検者に心理的圧迫感を与えない開口
部が大きく開放的な構成からなる超電導型MRI用磁界
発生装置の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らは、4本柱で磁
極片を着設した一対の継鉄板を対向配置して開口部が大
きく極めて開放的な構成で、対向配置する一対の磁極片
の一方にのみに超電導コイルを周設した超電導型MRI
において、高磁界均一度が得られる構成を種々検討した
結果、超電導コイルを周設した一方の磁極片側の磁界が
強くなるため、上下方向に磁界のアンバランスが起こ
り、磁界均一度が非常に悪化するが、超電導コイルを周
設した側の磁極片の径を超電導コイルを設けない他方の
磁極片の径よりも大きくすることにより、磁界のアンバ
ランスを改善できることを知見し、さらに検討を加えた
ところ、磁極片の一方に他方の磁極片の外径よりも大径
の外径を有する環状突起を設けてその外周に超電導コイ
ルを周設することにより、空隙内の磁界均一度を大幅に
改善できることを知見し、また、単に一方の磁極片の外
径を大きくするだけでは装置が大型化するため、超電導
コイルを周設する磁極片自体または磁極片の環状突起の
空隙対向面外周部に、外向きに延出するフランジ部を設
けることにより、実質的に磁極片径を他方の磁極片の径
よりも大きくでき、より磁界均一度を向上できることを
知見しこの発明を完成した。
【0008】すなわち、この発明は、所定の空隙を挟み
対向する一対の磁極片を継鉄で接続した磁気回路からな
り、磁極片の一方にのみ超電導コイルを周設し、かつ該
コイルを周設した磁極片の径を他方の磁極片の径よりも
大きくしたことを特徴とする超電導型MRI用磁界発生
装置である。また、この発明は、所定の空隙を挟み対向
する一対の磁極片を継鉄で接続した磁気回路からなり、
磁極片の一方に他方の磁極片の外径よりも大径の外径を
有する環状突起を設けてその外周に超電導コイルを周設
したことを特徴とする超電導型MRI用磁界発生装置で
ある。さらに、この発明は、上記構成において、超電導
コイルを周設する磁極片自体または磁極片の環状突起の
空隙対向面外周部に、外向きに延出するフランジ部を設
けて実質的に磁極片径を他方の磁極片の径よりも大きく
したことを特徴とする超電導型MRI用磁界発生装置で
ある。
【0009】この発明において、継鉄には純鉄などの軟
磁性体を用いることにより、実施例に示す4本柱構造で
も、箱状の所謂トンネル型のいずれも採用することが可
能であり、磁極片にも純鉄などの軟磁性体を用いること
が好ましい。超電導コイルを周設しない磁極片の形状は
いずれの形状でもよいが、特に実施例に示す如き空隙対
向面の中央部に凸状突起または周縁部にシム状の突起、
あるいはその両方を配置することにより、より磁界均一
度を向上させることができ、超電導コイルを周設する磁
極片にも同様に中央部の凸状突起または周縁部のシム状
の突起を適宜選定して配置することが望ましい。
【0010】
【作用】この発明による超電導型MRI用磁界発生装置
の作用を図面に基づいて詳述する。図1のAはこの発明
による磁界発生装置の一例を示す縦断説明図であり、B
は比較例の構成を示す縦断説明図である。図2と図3は
この発明による磁界発生装置の他の実施例を示す縦断説
明図である。図1のBに示す磁界発生装置は、2枚の継
鉄板1,2を4本の柱状継鉄5にて対向配置し、各継鉄
板1,2の対向面中央に同径の磁極片3,4を着設して
あり、ここで、対向配置する一対の磁極片3,4の一
方、下側の磁極片4のみに超電導コイル6を周設した構
成を採用すると、超電導コイル6を周設した磁極片4の
側の磁界が強くなるため、上下方向に磁界のアンバラン
スが起こり、磁界均一度が非常に悪化する。
【0011】そこで、図1のBと同様構成の図1のAに
示す磁界発生装置の如く、超電導コイル6を周設した下
側の磁極片4の外径を、超電導コイル6を設けない上側
の磁極片3の外径より大きくすることにより、上下方向
に磁界のアンバランスを改善し、磁界均一度を良好にす
ることができる。超電導コイル6を周設した下側の磁極
片4の外径を、他方の磁極片3の外径より大きくするに
は、単に下側の磁極片4の外径を大きくするほか、他方
の磁極片3の外径を小さくして相対的に下側の磁極片4
の外径を大きくする等、磁気回路の構成や要求される磁
界均一度等に応じて、一対の磁極片3,4の外径比を適
宜選定するとよい。
【0012】図2に示す磁界発生装置は、2枚の継鉄板
1,2を4本の柱状継鉄5にて対向配置し、各継鉄板
1,2の対向面中央に一対の磁極片を着設するに際し、
上側の円盤状の磁極片7には外周部に突設した環状突起
部7aと中央部全体に断面台形状の中央部突起部7bを
設けてあり、さらに下側の磁極片8には上側の磁極片7
の外径よりも大径の環状突起部8aと断面台形状の中央
部突起部8bを設けてある。なお、下側の磁極片8は、
上側の磁極片7と異なり、上記の環状突起部8aと中央
部突起部8bを継鉄板2に着設して構成してあり、環状
突起部8aの外周に超電導コイル6が周設してある。か
かる一方の磁極片8に他方の磁極片7の外径よりも大径
の内径を有する環状突起部8aを設けてその外周に超電
導コイル6を周設した構成により、所要の空隙空間内に
極めて高い均一度の磁界を発生させることができる。
【0013】さらに、図3に示す磁界発生装置は、上述
の図2と同様構成において、超電導コイル6を周設する
磁極片8の環状突起部8aの空隙対向面外周部に、外向
きに延出するフランジ部8cを設けて実質的に磁極片8
の径をさらに大きくした構成とすることにより、図2の
構成よりもさらに磁界均一度を向上させることができ
る。フランジ部8cの延出度は磁気回路の構成や要求さ
れる磁界均一度等に応じて適宜選定するが、少なくとも
超電導コイル6の空隙対向面側を被覆することが磁界均
一度の向上に好ましい。
【0014】また、図1のAに示す磁界発生装置におい
て、超電導コイル6を周設する磁極片4自体の空隙対向
面外周部に、超電導コイル6の空隙対向面側を被覆する
ように外向きに延出するフランジ部を設けて、実質的に
環状突起部として機能させるとともに、磁極片径を他方
の磁極片の径よりもさらに大きくした構成とすることに
より、均一磁界空間を向上させることができる。
【0015】
【実施例】
実施例1 図1のBに示す磁界発生装置において、空隙60cmで
超電導コイルに直流電流をかけて30cmDSVの空間
に3500Gの磁界を発生させるべく実験を行ったとこ
ろ、電流174kATで3600Gの磁界を得たが、下
側が強く鉛直方向(Z)の磁界のバランスが大きく崩れ
た。そこで、上側の磁極片の外径を下側の磁極片の外径
の1/2に小さくして相対的に下側の磁極片の外径を大
きくして作成した図1のAに示すこの発明による磁界発
生装置において、同様の実験を行ったところ、鉛直方向
(Z)の磁界のバランスを取ることができた。また、鉛
直方向(Z)の磁界分布と水平方向(R)の磁界分布を
図4に示す。
【0016】実施例2 図2に示すこの発明による磁界発生装置で、上側の磁極
片に環状突起部と中央部突起部を設けない構成におい
て、実施例1と同様の実験を行い上下の磁極片の外径比
を調整したところ、2000ppmの磁界均一度を得
た。図2における鉛直方向(Z)の磁界分布と水平方向
(R)の磁界分布を図5に示す。また、電流228kA
Tで3430Gの磁界を得た。さらに、上側の磁極片に
環状突起部と中央部突起部を設け、また、超電導コイル
6の空隙対向面側を被覆するように外向きに延出するフ
ランジ部を設けて図3に示す構成となし、実施例1と同
様の実験を行ったところ、図6に示す磁界分布のごと
く、極めて高い磁界均一度を得ることができた。
【0017】
【発明の効果】この発明は、実施例に明らかな如く、4
本柱で磁極片を着設した一対の継鉄板を対向配置して開
口部が大きく極めて開放的な構成であり、対向配置する
一対の磁極片の一方にのみに超電導コイルを周設した超
電導型MRIであるが、超電導コイルを周設した側の磁
極片の径を超電導コイルを設けない他方の磁極片の径よ
りも大きくすることにより、磁界のアンバランスを改善
でき、また、磁極片の一方に他方の磁極片の外径よりも
大径の外径を有する環状突起を設けてその外周に超電導
コイルを周設することにより、空隙内の磁界均一度を大
幅に改善でき、超電導コイルを周設する磁極片自体また
は磁極片の環状突起の空隙対向面外周部に、外向きに延
出するフランジ部を設けることにより、実質的に磁極片
径を他方の磁極片の径よりも大きくでき、装置を大型化
することなく、均一磁界空間を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aはこの発明による磁界発生装置の一例を示す
縦断説明図であり、Bは比較例の構成を示す縦断説明図
である。
【図2】この発明による磁界発生装置の他の実施例を示
す縦断説明図である。
【図3】この発明による磁界発生装置の他の実施例を示
す縦断説明図である。
【図4】この発明による磁界発生装置の磁界分布を示す
グラフである。
【図5】この発明による磁界発生装置の磁界分布を示す
グラフである。
【図6】この発明による磁界発生装置の磁界分布を示す
グラフである。
【図7】従来の超電導型MRIの構成例を示す斜視説明
図である。
【符号の説明】
1,2 継鉄板 3,4 磁極片 5 柱状継鉄 6 超電導コイル 7,8 磁極片 7a,8a 環状突起部 7b,8b 中央部突起部 8c フランジ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 H01F 6/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の空隙を挟み対向する一対の磁極片
    を継鉄で接続した磁気回路からなり、磁極片の一方にの
    み超電導コイルを周設し、かつ該コイルを周設した磁極
    片の径を他方の磁極片の径よりも大きくしたことを特徴
    とする超電導型MRI用磁界発生装置。
  2. 【請求項2】 所定の空隙を挟み対向する一対の磁極片
    を継鉄で接続した磁気回路からなり、磁極片の一方に他
    方の磁極片の外径よりも大径の外径を有する環状突起を
    設けてその外周に超電導コイルを周設したことを特徴と
    する超電導型MRI用磁界発生装置。
  3. 【請求項3】 超電導コイルを周設する磁極片自体また
    は磁極片の環状突起の空隙対向面外周部に、外向きに延
    出するフランジ部を設けて実質的に磁極片径を他方の磁
    極片の径よりも大きくしたことを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2記載の超電導型MRI用磁界発生装置。
  4. 【請求項4】 磁極片に環状突起または中央部突起を設
    けたことを特徴とする請求項1、請求項2または請求項
    3記載の超電導型MRI用磁界発生装置。
  5. 【請求項5】 磁極片が環状突起または中央部突起のみ
    で構成されることを特徴とする請求項1、請求項2また
    は請求項3記載の超電導型MRI用磁界発生装置。
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