JP3535107B2 - 磁極及びそれを用いた磁石装置 - Google Patents

磁極及びそれを用いた磁石装置

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JP3535107B2
JP3535107B2 JP2001058481A JP2001058481A JP3535107B2 JP 3535107 B2 JP3535107 B2 JP 3535107B2 JP 2001058481 A JP2001058481 A JP 2001058481A JP 2001058481 A JP2001058481 A JP 2001058481A JP 3535107 B2 JP3535107 B2 JP 3535107B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な磁極及び磁
石装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、核磁気共鳴イメージング(MR
I)装置の分野では、撮影空間を挟んで上下もしくは左
右に静磁場発生源を対向して配置する、いわゆるオープ
ン型マグネットを用いたMRI装置が開発されつつあ
る。このようなMRI装置は十分なオープン性を有し、
いわゆるIVR(Interventional Radiolgy)を可能に
し、医療の可能性を大きく広げる。
【0003】MRI装置用マグネットは撮影空間に数pp
m で均一な静磁場を作り出すことが必須である。撮影空
間の磁場を均一化する手法は、複数のコイルを用いてそ
の配置を最適化する手法及び、いわゆる磁極を用いてそ
の表面形状を最適化する手法の2通りに大別できる。
【0004】前者の手法を用いたオープン型MRI装置
に好適な超電導磁石としてWO99/27851『MAGNET APPARAT
US AND MRI APPARATUS』に記載の磁石装置が開示されて
いる。このマグネットは、MRI画像の撮像領域を挟ん
で対向する2組のマグネットアセンブリから構成され
る。各々のマグネットアセンブリはそれぞれ複数個の超
電導コイルを有し、中心軸に関して概ね軸対称に配置さ
れている。メインコイルは正極性及び負極性のコイルが
交互に配置され、コンパクトなマグネットながら高均一
な磁場を発生することができる。
【0005】一方、後者の手法を用いた磁石装置は特開
平8−172010号公報、USP5,592,089公
報等に開示されている。その典型例を図5に示す。図5
は磁石の立て断面である。支柱状の磁性体5,6及び天
板状磁性体4a,4bは磁気回路を形成し、永久磁石3
a,3bの発生する磁束を通す。磁極片1a,1bは永
久磁石3a,3bの発生する磁束を磁石装置の中央に導
く。磁極面2a,2bは磁石装置中央部の磁束分布を均
一化するために、平面でない形状をしている。
【0006】又、USP5,592,089公報には、磁
極として円筒形部材と環状部材との間に円環状空洞が設
けられた構造が示されている。
【0007】特開平4−246330号公報には、傾斜
磁場コイルの発熱による磁場の変化を少なくするために
それと磁極片との間に断熱材を設けること、又特開平2
−117106号公報及び特開平10−146326号
公報には計測空間の磁界を均一にするためにいずれも磁
極の外周に磁界調整用の磁石又はコイルを配置すること
が示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】撮影空間の磁場を均一
化するために磁極を用いる方法として、前者の公報に
は、磁極の撮影空間側に凹凸を設けることにより磁場の
流れを制御して均一化することが示されている。しか
し、このコンセプトのマグネットでは磁極表面の位置誤
差が磁場の均一度を大きく変えてしまうので、磁極表面
に対して非常に厳しい製作精度が要求され、結果的にマ
グネットのコストが高くなる問題があった。また、磁極
表面の製作精度に起因する位置誤差は避けられないの
で、マグネットを多数製作する場合は、撮影空間の磁場
の均一度がマグネットの個体間で大きくばらつくことが
避けられず、そのためシミングが困難となって、撮影空
間に数ppmの磁場を発生するマグネットを経済的に多数
製作することが困難であった。
【0009】又、USP5,592,089公報に記載の
円環状空洞では均一な磁場を形成することは出来ない。
【0010】本発明の目的は、均一な磁場を発生する磁
石装置の磁気構造をよりロバストとし、経済性を高める
と同時に磁場の均一度をより向上させることのできる磁
極及び磁石装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、計測空間を挟
んで対向配置される磁極において、該磁極は対向面に平
行な断面で複数の円環状空洞を有すること、又、磁極は
磁場の中心軸に対して同心円状に形成された円環状空洞
を有すること、又、該磁極は円環状空洞を有し、該円環
状空洞は磁束の流れる方向に平行な断面において矩形又
は楕円の形状を有することを特徴とする。
【0012】本発明の複数の円環状空洞を形成させるこ
とにより、磁極の対向面をより平面度の高いものが形成
できると共に、周辺部と中心部との磁束の差をより小さ
く出来るものである。そのためには、複数の円環状空洞
が必要であり、その組み合せを予め計算によって求める
ことによってより正確な形状が求められる。その形状は
単純な形状がより均一な磁場を形成するのに有効であ
る。この円環状空洞の形成によって対向面を平滑な面と
することが出来る。
【0013】又、磁極はその対向面上の外周部をリング
状の突起とし、その外周部を除く部分を平面とする形状
することにより、より磁場の均一性を高めることが出来
る。その突起は外周で対向面を平面とし、その平面部よ
り中心部に直線で傾斜した形状とするものが好ましい。
【0014】又、本発明は、計測空間を挟んで対向配置
される一対の磁極を備えた磁石装置において、前記磁極
は前述の磁極からなるものである。円環状空洞の断面形
状が互いに異なっているものが形成されていることが好
ましい。
【0015】本発明は、有限の領域に磁場を発生させる
静磁場発生源が前記領域を間に挟んで対向して配置さ
れ、前記静磁場発生源のそれぞれが起磁力源を有し、前
記静磁場発生源はそれぞれ前記起磁力源と磁気的に結合
し、前記領域に面して配置された円盤形状の磁極を備え
た磁石装置において、前記磁極は前述に記載の磁極から
なるものである。
【0016】本発明は、有限の領域に磁場を発生させる
ための2組の静磁場発生源が領域を間に挟んで対向して
配置され、それぞれの静磁場発生源が起磁力源を有し、
それぞれの静磁場発生源は起磁力源と磁気的に結合し、
かつ領域に面して配置された円盤形状の磁極を含む磁石
装置において、前記磁極は前述と同様である。
【0017】円環状空洞はその断面は半径方向より対向
方向に長くすること、又横長でも良いが、縦長の方が磁
束の流れを遮断することが少ないので好ましい。特に、
その断面において、磁極の中心部をその周辺より横長に
する組み合せが好ましいが、中心部の中でも中心軸近傍
は周辺部よりも縦長が好ましい。
【0018】円環状空洞の断面が矩形又は楕円であるこ
と、磁石装置が2組の静磁場発生源と磁気的に結合して
磁路を形成する第2の磁性体を有すること、第2の磁性
体が磁性体ヨークであることが好ましい。
【0019】本発明は、計測空間を挟んで対向配置され
る一対の磁極と、該磁極の前記対向の外側に配置された
永久磁石を備えた磁石装置、又は、計測空間を挟んで対
向して配置された一対の磁極と、該磁極の各々の外周に
配置された一対の超電導コイルと、前記磁極の前記計測
空間側に配置された一対の傾斜磁場コイルと、該傾斜磁
場コイルの前記計測空間側に配置された一対のRF照射
コイルとを備えた磁石装置において、前記磁極を前述に
記載の磁極からなるものである。
【0020】磁石装置は2組の静磁場発生源と磁気的に
結合して磁路を形成する第2の磁性体を有することが好
ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、開放型磁気
共鳴イメージング装置(MRI装置)を構成する要素の
うちその磁石装置の断面図である。支柱状磁性体7,8
及び天板状磁性体9a,9bは磁気回路を形成する。永
久磁石10a,10bは磁束を発生し、磁束は磁気回路
を通り計測空間となる磁石中央部空間11をほぼ垂直方
向に流れる。磁極片12a,12bは強磁性体よりな
り、永久磁石10a,10bが発生する磁束を磁石中央
部空間11に均一に導く作用をする。対向する磁極面1
3a,13bはほぼ平面である。上下の磁極片12a,
12bには断面が矩形の円環状空洞14a,14bがあ
る。それぞれの円環空洞の断面は、図示のように磁束の
流れる方向に平行な断面において、磁極の対向方向すな
わち上下方向に長くしたものである。又、それぞれの円
環空洞は、磁場中心軸に対して同心円状に形成されてい
る。
【0022】円環状空洞14a,14bは、図1に示す
ように、磁場中心側より最も小さい第1空間、幅が同じ
でそれより軸方向が長い第2空間、長さが同じで幅が最
も大きいやや横長にした第3空間、第3空間より若干幅
の小さいそれより縦長にした第4空間、第4空間より若
干長い第5及び第6空間が順次形成されている。第1、
2、4空間は磁極片12a,12bの中心より若干対向
側に位置しており、第3、5、6空間はほぼ中心に位置
しており、上下全く対称に同じ形状を有するものであ
る。
【0023】磁極片12a,12bは一体構造物でも良
いが、単純な形状からなる複数の部材の組合せによる構
造の方がより精度の高い磁極片を形成出来る。特に、上
下対称の2つの部材によって形成する構造が好ましい。
複数の部材は、一体に接合、又は非接合に出来る。
【0024】又、図1に示す様に、円環状空洞14a、
14bは各々互いに対向する位置で対称に配置されてい
ること、又、磁場中心軸に対して同心円状に形成されて
いること、又、互いに対向する位置で磁束の流れる方向
に平行な断面において同じ断面形状を有し、前述のよう
に異なった断面形状のものを有するものである。これら
の形状は、四辺形または楕円形のような単純な形状につ
いて予め計算によって求められた形状としたものであ
り、それによって均一磁場が形成される。
【0025】本実施例では、図示されていないが磁極片
12a,12bの対向面側に傾斜磁場コイルを設けるこ
とが出来る。更に、図2に示す様に磁極の周辺にリング
状の突起を設けることが出来る。この突起によって計測
空間における磁場均一性をより高めることができる。
【0026】本実施例によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一度などの性能を向上した磁石装置、特にMRIに好適
な磁石装置が得られるものである。
【0027】(実施例2)図3は他の実施例の磁石装置
を示す断面図である。本磁石装置は、上下2組の超電導
マグネットアセンブリによって開放領域にz軸方向の均
一な磁場を発生し、開放領域の中央部でMRI画像の撮
影を可能にしている。図3における磁極構造、材質及び
その製造上の構造は、実施例1と全く同様である。超電
導コイル16、17は低温容器内部に設置され、低温容
器は真空容器に内包されている。さらに、図3では簡単
のため省略したが、超電導コイルを支持する構造があ
り、また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防
ぐ熱シールドがある。低温容器内部には液体ヘリウムが
溜められ、超電導コイルを極低温の4.2K に冷却し超
電導コイルを超電導状態に保持している。
【0028】上下の真空容器はその間にある支柱状磁性
体7,8によって所定の距離を維持して保持される。こ
の支柱状磁性体7,8は機械的に上下の真空容器を支え
る働きをしている。また、図示していないが、上下の低
温容器を熱的に接続する連結管設けることで、冷凍機を
上下に1台ずつ設ける必要がなくなり、システムに1台
の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また、支柱
状磁性体7,8の本数も図示の2本に限定する必要はな
く、3本,4本と増やすこともできるし、開放感を得る
ためには、片持ちの一本としてもよい。
【0029】円環状空洞14a,14bは、図1と同様
な基本構造を有するものであり、磁場中心側より第1空
間〜第6空間が順次形成されている。第1、2、4空間
は磁極片12a,12bの中心より若干対向側に位置し
ており、第3、5、6空間はほぼ中心に位置しており、
上下全く対称に同じ形状を有するものである。
【0030】又、図4においては、計測空間を挟んで対
向して配置された一対の磁極片12a,12bと、磁極
片12a,12bの各々の外周に配置された超電導コイ
ル1、2、3、4と、図示されていないが磁極片12
a,12bの計測空間側に配置された一対の傾斜磁場コ
イルと、同じく図示されていないが傾斜磁場コイルの計
測空間側に配置された一対のRF照射コイルとを備えた
磁気共鳴イメージング装置において、磁極片12a,1
2bが図1に記載の磁極片12a,12bと同様のであ
り、又それらの外側に中実磁極片10a、10bを有す
る。更に、本実施例においては、磁極片12a,12b
より対向側に突き出した図4に示す環状の磁極片を同様
に設けることが出来る。これにより均一性の高い磁場が
得られる。
【0031】又、本実施例においては、計測空間を挟ん
で対向して配置された一対の磁極片12a,12bを備
えた磁石装置又は、上述の磁気共鳴イメージング装置の
磁場均一度調整方法として、前述の様に磁極片12a,
12b内に幾何学対称を有する空間を形成したものであ
るが、磁極片12a,12bを構成する磁性体内の局部
的な磁場の強度、又は磁性体内の磁束の流れを調整する
その内部の材料を調整することによって計測空間の磁場
均一度を調整することが出来るものである。
【0032】本実施例ではマグネット内部のコイルは全
て超電導コイルであるが、本発明の内容は超電導コイル
のみに限定されるものではなく、例えば銅線などを用い
たコイルであってもよく、更に電流を搬送するものであ
ればいかなるものでも良い。本発明は前述したように様
々な実施形態が考えられるが、当然の事ながら本発明は
ここで開示したいかなる実施例によっても限定されるも
のではない。
【0033】本実施例によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一度などの性能を向上した磁石装置、特にMRIに好適
な磁石装置が得られるものである。
【0034】(実施例3)図5及び図6は、磁極片12
a,12bの磁場均一度調整方法として、図1及び図3
の円環状空洞14a,14bと同じ構成を有し、断面を
楕円とするものである。又、磁極片12a,12bの対
向面はいずれも平面にしたものである。円環状空洞14
a,14bは、図1及び図3と同様な基本構造を有する
ものであり、磁場中心側より幅と長さが最も小さい第1
空間、幅が同じでそれより長い第2空間、長さが同じで
幅が最も大きい第3空間、第3空間より若干幅の小さい
第4空間、第4空間より若干長い第5及び第6空間が順
次形成されている。第1、2、4空間は磁極片12a,
12bの中心より若干対向側に位置しており、第3、
5、6空間はほぼ中心に位置しており、上下全く対称に
同じ形状を有するものである。本実施例においても前述
と同様の効果が得られるものである。
【0035】本実施例では、図示されていないが磁極片
12a,12bの対向面側に傾斜磁場コイルを設けるこ
とが出来る。更に、前述の図2及びず4に示す様に磁極
片12a,12bの周辺に突起を設けることができ、同
様の効果が得られる。
【0036】本実施例によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一度などの性能を向上した磁石装置、特にMRIに好適
な磁石装置が得られるものである。
【0037】(実施例4)図8は、実施例1〜3の磁石
装置のそれぞれを用いたMRI装置のブロック図であ
る。MRI装置は、NMR現象を利用して被検体中の所
望の検査部位における原子核スピンの密度分布,緩和時
間分布等を計測し、その計測データから被検体の任意断
面を画像表示するものである。MRI装置は、図8に示
すように、被検体21に静磁場を与える静磁場発生手段
22と、この静磁場発生手段22によって発生された磁
場の静磁場強度に傾斜をつけ傾斜磁場を形成する傾斜磁
場発生コイル23と、この傾斜磁場発生コイル23に接
続され電圧を印加する傾斜磁場電源24と、高周波磁場
を被検体21に対し送信すると共に被検体21からの核
磁気共鳴信号を受信するプローブ25と、このプローブ
25に接続され高周波磁場を発生する高周波磁場発生機
26と、この高周波磁場発生機26及び傾斜磁場電源2
4に接続され高周波磁場と傾斜磁場とを制御すると共に
核磁気共鳴信号の取込みを制御し画像処理を行なう計算
機27と、被検体21を寝載すると共に駆動機構28の
駆動によって静磁場内に搬送されるベッド29とを有し
ている。更に、表示機20は、計算機27で生成された
画像信号を入力して断層像として表示するもので、例え
ばCRTから成る。そして、このようなMRI装置にお
けるベッド29の駆動機構28による移動は、被検体2
1に対して力学的な衝撃を避けるため一定速度に設定さ
れる。なお、符号Lは静磁場発生手段22の中心線を示
す磁石中心である。
【0038】本実施例における静磁場発生手段22に
は、実施例1及び3の永久磁石を用いたもの、実施例2
及び3の超電導コイルを用いたものがあり、その磁極は
前述に記載したものが用いられる。なお、本実施例の円
環状空洞は矩形、楕円であるか、他の形状あるいはそれ
らの組み合せによるものでも良い。また、磁極片12
a、12bの周囲に突起を設けることもできるが、磁極
片表面に直接凹凸をつけても良いし、磁極片12a、1
2bの上に突起部を設けても良い。
【0039】本実施例によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、特に磁場の均一
度の高いMRIが得られるものである。又、本実施例に
よれば、計測空間の最終的な磁場微調整工程において、
その調整感度を容易に適正化することが出来るものであ
る。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、磁極を用いて均一な磁
場を発生する磁石装置の磁気構造をよりロバストとし、
結果的にマグネットのコストを低減し、同時に磁場の均
一度などの性能を向上した磁石装置、特にMRIに好適
な磁石装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の磁石装置の断面図。
【図2】 本発明の実施例1の磁石装置の断面図。
【図3】 本発明の実施例2の磁石装置の断面図。
【図4】 本発明の実施例2の磁石装置の断面図。
【図5】 本発明の実施例3の磁石装置の断面図。
【図6】 本発明の実施例3の磁石装置の断面図。
【図7】 従来例の磁石装置の断面図。
【図8】 本発明のMRI装置のブロック図。
【符号の説明】
1a,1b…磁極片2a,2b…磁極面、3a,3b…
永久磁石、4a,4b…天板状磁性体、5、6…支柱状
の磁性体、7、8…支柱状磁性体、9a,9b…天板状
磁性体、10a,10b…永久磁石、11…磁石中央部
空間、12a,12b…磁極片、13a,13b…磁極
面、14a,14b…円環状空洞、20…表示機、21
…被検体22…静磁場発生手段、23…傾斜磁場発生コ
イル23、24…傾斜磁場電源、25…プローブ25、
26…高周波磁場発コイル、27…計算機、28…駆動
機構、29…ベッド29。
フロントページの続き (72)発明者 竹島 弘隆 東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社 日立メディコ内 (72)発明者 八尾 武 東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社 日立メディコ内 (72)発明者 榊原 健二 東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社 日立メディコ内 (56)参考文献 特開 平11−26198(JP,A) 特開2000−157510(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 G01N 24/00 - 24/14 G01R 33/20 - 33/64 H01F 7/02

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】計測空間を挟んで対向配置される磁極にお
    いて、該磁極は磁場の中心軸に対して同心円状に形成さ
    れた複数の円環状空洞を有することを特徴とする磁極。
  2. 【請求項2】計測空間を挟んで対向配置される磁極にお
    いて、該磁極は磁場の中心軸に対して同心円状に形成さ
    れた複数の円環状空洞を有し、該円環状空洞は前記中心
    軸を通り対向面に垂直な切断面において矩形又は楕円の
    形状を有することを特徴とする磁極。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記円環状空洞
    は、その断面形状が互いに異なっているものが形成され
    ていることを特徴とする磁極。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかにおいて、前記計
    測空間を挟んで対向する面が周辺に対向面側にリング状
    突起を有し、該突起部を除く面が平面であることを特徴
    とする磁極。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかにおいて、前記円
    環状空洞は磁場の中心軸を通り対向面に垂直な切断面に
    おいて半径方向より対向方向に長いことを特徴とする磁
    極。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかにおいて、前記円
    環状空洞は磁場の中心軸を通り対向面に垂直な切断面に
    おける断面が矩形又は楕円であることを特徴とする磁
    極。
  7. 【請求項7】計測空間を挟んで対向配置された一対の磁
    極を備えた磁石装置において、前記磁極は請求項1〜6
    のいずれかに記載の磁極からなることを特徴とする磁石
    装置。
  8. 【請求項8】請求項7において、前記環状空洞は各々互
    いに対向する位置で対称に配置されていることを特徴と
    する磁石装置。
  9. 【請求項9】請求項7において、前記円環状空洞は各々
    互いに対向する位置で磁場の中心軸を通り対向面に垂直
    な切断面において同じ断面形状を有していることを特徴
    とする磁石装置。
  10. 【請求項10】計測空間を挟んで対向配置された一対の
    磁極と,該磁極の各々の近傍に配置された磁場発生源を
    備えた磁石装置において、前記磁極は請求項1〜6のい
    ずれかに記載の磁極からなることを特徴とする磁石装
    置。
  11. 【請求項11】計測空間を挟んで対向配置された一対の
    磁極と,該磁極の各々の外周に配置されたコイルと、コ
    イルの各々を収納する収納容器とを備えた磁石装置にお
    いて、前記磁極は請求項1〜6のいずれかに記載の磁極
    からなることを特徴とする磁石装置。
  12. 【請求項12】対向して配置された静磁場発生源と、該
    静磁場発生源と磁気的に結合した起磁力源と、前記静磁
    場発生源の対向面側に配置された円盤形状の磁極とを備
    えた磁石装置において、前記磁極は請求項1〜6のいず
    れかに記載の磁極からなることを特徴とする磁石装置。
  13. 【請求項13】計測空間を挟んで対向して配置された一
    対の磁極と、該磁極の前記対向の外側に配置された永久
    磁石を備えた磁石装置において、前記磁極は請求項1〜
    6のいずれかに記載の磁極からなることを特徴とする磁
    石装置。
  14. 【請求項14】計測空間を挟んで対向して配置された一
    対の磁極と、該磁極の各々の外周に配置された一対の超
    電導コイルと、前記磁極の前記計測空間側に配置された
    一対の傾斜磁場コイルと、該傾斜磁場コイルの前記計測
    空間側に配置された一対のRF照射コイルとを備えた磁
    石装置において、前記磁極は請求項1〜6のいずれかに
    記載の磁極からなることを特徴とする磁石装置。
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