JP3918623B2

JP3918623B2 - 電磁石装置

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Publication number: JP3918623B2
Application number: JP2002121591A
Authority: JP
Inventors: 武中山; 充志阿部; 洋之渡邊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003310573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁石装置に係り、特に、磁気共鳴イメージング装置（以下、MRI装置という）に適用するのに好適な電磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）現象を利用して計測した信号を演算処理することによって被検者体内中の原子核スピンの密度分布，緩和時間分布等を断層像として画像表示するものである。計測する際には観測領域内において、強い磁場（０.２Ｔ以上）で、高い静磁場均一度（１０ppm 程度）を有する磁場分布を形成する必要がある。
【０００３】
ＭＲＩ装置に設けられる従来の電磁石装置は、特開平１１−３１８８５８号公報の図３に記載されている。すなわち、一対の磁極が被検者の観測領域を挟んで対向するように上下に配置され、これらの磁極はリターンヨークに設置される。超電導コイルを内包する真空容器がそれぞれの磁極付近に設置される。下部に位置する磁極から上部に位置する磁極に向かう方向をＺ軸方向と称する。それぞれの超電導コイルはそのＺ軸の周りに取囲んでいる。それぞれの磁極の対向する磁極面には、内側及び外側に環状の磁極突起部が形成され、これらの磁極突起部の間に凹凸部が形成される（特開平１１−３１８８５８号公報の図３及び特開平８−１７２０１０号公報の図２）。磁極突起部及び凹凸部は、均一磁場を形成するために設けられる。
【０００４】
被検者の撮像において空間位置情報を付与する目的で、磁場の空間的な変化
（傾斜磁場）を印加する傾斜磁場コイルを、ＭＲＩ装置用の電磁石装置に設けることが知られている（特開平１１−９５７２号公報及び特開平６−２５４０６５号公報）。更に、特開平１１−９５７２号公報は、ＮＭＲ現象を引起すための共鳴周波数の電磁波を印加する高周波照射コイルの設置にも言及している。
【０００５】
傾斜磁場コイルへの通電（例えば１０ＨＺ〜１ＫＨＺ程度の周期の台形波状の電流を通電）によって生じる磁場の変化は、まわりの構造物に渦電流を誘起する。この渦電流の発生に対して対策を施さなければ、観測領域内に所定の傾斜磁場分布を形成できなくなる。
【０００６】
そこで、磁極に流れる渦電流を低減するために、傾斜磁場コイルと逆向きで大きさが同程度の電流を流すシールドコイルの設置が提案されている。例えば、磁極突起部に流れる渦電流を低減する案が、特開平６−２５４０６５号公報に記載されている。この案は、シールドコイルを磁極突起部の傾斜磁場コイル側の側面に設置するものである。しかしながら、上記のようなシールドコイルの設置は、傾斜磁場コイルのすぐ近傍で傾斜磁場コイルと逆向きの電流を流すため、所定の傾斜磁場を印加するためには、シールドコイルを用いない場合に比べて大きな電源容量を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したシールドコイル設置によって発生する課題を解決するために、積層鋼板を設置することが考えられた。例えば、磁極に設けられた環状の磁極突起部に流れる渦電流を低減するために、その磁極突起部内に珪素鋼板などの積層鋼板を配置して、その積層鋼鈑を磁極突起部より内側の磁極の平らな面に対向させて設ける案（特開平６−２５４０６５号公報）、及び磁極に流れる渦電流を低減するために、傾斜磁場コイルと磁極との間に珪素鋼板などの積層鋼板を配置する案
（特許第２６４９４３６号公報及び特許第３０１６５４４号公報）がある。
【０００８】
本発明の目的は、観測領域内における傾斜磁場分布の上下の非対称性を緩和でき、かつ電磁石装置の電源設備をコンパクト化できる電磁石装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１発明の特徴は、対向する一対の磁極と、それぞれの前記磁極に設けられて、前記磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置と、第１傾斜磁場コイルと、第２傾斜磁場コイルと、上部に位置する前記磁極と前記第１傾斜磁場コイルとの間に配置されて前記上部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置に対向して配置され、前記上部の磁極における渦電流の発生を抑制する第１渦電流抑制装置と、下部に位置する前記磁極と前記第２傾斜磁場コイルとの間に配置されて前記下部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置に対向して配置され、前記下部の磁極における渦電流の発生を抑制する第２渦電流抑制装置とを備えたことにある。
【００１０】
各磁極に、磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置を設けているので、傾斜磁場コイルが作用しているときに第１渦電流抑制装置及び第２渦電流抑制装置上でそれぞれ磁場強度が増減される。すなわち、第１傾斜磁場コイルによる第１渦電流抑制装置上の磁場の変化量と第２傾斜磁場コイルによる第２渦電流抑制装置上の磁場の変化量との差の絶対値が小さくなる。このため、観測領域内の傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善されて得られる断層像の歪みが少なくなり、断層像の精度が向上する。
【００１１】
好ましくは、第１傾斜磁場コイルが磁力線発生装置と重なる位置に配置され、第２傾斜磁場コイルが磁力線発生装置と重なる位置に配置される。これによって、上記した、第１渦電流抑制装置上の磁場の変化量と第２傾斜磁場コイルによる第２渦電流抑制装置上の磁場の変化量との差の絶対値を更に小さくできる。このため、得られる断層像の精度が向上する。
【００１２】
上記の目的を達成する第２発明の特徴は、対向する一対の磁極と、第１傾斜磁場コイルと、第２傾斜磁場コイルと、上部に位置する前記磁極と前記第１傾斜磁場コイルとの間に配置されて、前記上部の磁極における渦電流の発生を抑制する第１渦電流抑制装置と、下部に位置する前記磁極と前記第２傾斜磁場コイルとの間に配置されて、前記下部の磁極における渦電流の発生を抑制する第２渦電流抑制装置と、前記第１渦電流抑制装置及び前記第２渦電流抑制装置のそれぞれに設けられて、前記磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置とを備えたことにある。
【００１３】
第２発明においても、第１渦電流抑制装置及び前記第２渦電流抑制装置のそれぞれに設けられた磁力線発生装置によって、第１発明と同じ作用効果を得ることができる。すなわち、観測領域内の傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善されて得られる断層像の歪みが少なくなり、断層像の精度が向上する。
【００１４】
第１傾斜磁場コイルの少なくとも一部が上部の磁極に設けられた磁力線発生装置に重なる位置に配置され、第２傾斜磁場コイルの少なくとも一部が下部の磁極に設けられた磁力線発生装置に重なる位置に配置されているため、第１傾斜磁場コイルによる上部の磁力線発生装置上の磁場の変化量と第２傾斜磁場コイルによる下部の磁力線発生装置上の磁場の変化量との差の絶対値が小さくなる。このため、観測領域内の傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善され、得られる断層像の歪みが少なくなる。また、電磁石装置の電源設備がコンパクトになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者らは、珪素鋼板などの積層鋼板を設置した、ＭＲＩ装置用の電磁石装置の特性を詳細に検討することによって、その電磁石装置では観測領域内における傾斜磁場分布が観測領域の上下で非対称となるという新たな課題（新たな知見）が生じることを発見した。発明者らが発見した、観測領域内における傾斜磁場分布が観測領域の上下で非対称となるという新たな課題について、詳細に説明する。
【００１６】
まず、発明者らは、特開平６−２５４０６５号公報に記載されたように、環状の磁極突起部の内側に積層鋼鈑を配置し、磁極突起部の内側で磁極の表面が平らになっており、しかも傾斜磁場コイルが積層鋼鈑と共に配置されている電磁石構造の特性を検討した。それらの構造は、電磁石装置の構造は、上部の磁極及び下部の磁極に対してそれぞれ構成される。発明者らが特性を検討した、ＭＲＩ装置用の電磁石装置の構造を、図４を用いて説明する。リターンヨーク４の両端部に環状の磁極突起部８がそれぞれ設けられる。それぞれの磁極突起部８内でリターンヨーク４の端面にそれぞれ磁極９が設けられる。これらの磁極９は、被検者が挿入される観測領域５を間に挟んで対向する。電磁石装置は図４において上部の磁極９付近の構造と下部の磁極付近の構造が同じであるため、上部の磁極９付近の構造について説明する。非磁性高抵抗の支持部材１１がボルト等の取付部材１２によって磁極９に取り付けられる。支持部材１１の磁極９側の面には珪素鋼板の積層鋼板１４が設置される。支持部材１１の観測領域５側の面には傾斜磁場コイル１０が設置される。傾斜磁場コイル１０及び積層鋼鈑１４は磁極突起部８の内側に配置されており、積層鋼鈑１４は磁極突起部８の内側における磁極９の平面３５に対向している。磁極突起部８を取囲んで環状の超電導コイル７が配置される。超電導コイル７は、リターンヨーク４の端面に取り付けられて磁極突起部８を取囲む環状の真空容器３内に設置される。Ｘ，Ｙ，Ｚ各方向を図４に示す如く定める。被検者は、体内の検査領域が観測領域５内に位置するように観測領域５内でベット２上に横たわる。その観測領域５内には、予め均一磁場が、矢印６の方向（Ｚ方向）、すなわち下部の磁極９から上部の磁極９に向かって形成されている。
【００１７】
積層鋼板１４は傾斜磁場コイル１０が作る磁気回路上に配置される。発明者らの検討において、上記のような構成では、空間的な磁場分布を非対称にしてしまうという新たな問題が発生することが分かった。発明者らは、この問題の発生原因を検討した。この検討によって明らかになったその問題の発生原因を、図５（ａ）を用いて説明する。図５（ａ）は、図４における上部及び下部のそれぞれの傾斜磁場コイル１０及び積層鋼板１４付近の構成を示し、リターンヨーク４，磁極９，磁極突起部８及び支持部材１１等を省略している。傾斜磁場コイル１０への電圧印加前には、上部の積層鋼鈑１４付近において、超電導コイル７，上部の磁極９及びリターンヨーク４などにより、図５(ａ)における点線の矢印１５Ａの方向（磁極９の中心側から外側に向かって）に静磁場が形成される。また、超電導コイル７，上部の磁極９及びリターンヨーク４などにより、下部の積層鋼鈑１４付近において、点線の矢印１５Ｂの方向（磁極９の外側から中心側に向かって）に静磁場が形成される。この状態で、例えば、上部の傾斜磁場コイル１０によってＺ方向の傾斜磁場を印加した場合には、図５（ａ）で実線１６Ａによって示す方向の磁力線が積層鋼鈑１４付近に形成される。下部の傾斜磁場コイル１０によってＺ方向の傾斜磁場を印加した場合には、図５（ａ）で実線１６Ｂによって示す方向の磁力線が積層鋼鈑１４付近に形成される。
【００１８】
上部及び下部の傾斜磁場コイル１０への電圧の印加による磁力線の変化について詳細に説明する。上部の積層鋼鈑１４内では、上部の傾斜磁場コイル１０の作用により矢印１６Ａの方向（磁極９の中心側から外側に向かう方向）の磁力線が形成されるために、矢印１５Ａの方向に向かう磁場が強められる。他方、下部の積層鋼鈑１４内では、下部の傾斜磁場コイル１０の作用により、矢印１６Ｂの方向（磁極９の中心側から外側に向かう方向）の磁力線が形成されるために、矢印１５Ｂの方向に向かう磁場が弱められる。このような現象の発生によって、被検体である被検者が検査時に挿入される観測領域５内の傾斜磁場分布が上下で非対称になる。傾斜磁場分布が上下で非対称になると、作成される、被検者の断層像に乱れが生じ、精度の高い断層像を得ることができない。
【００１９】
本発明者らは、発見した上記の新たな課題を解消するために種々の検討を行った。この検討の結果、本発明者らは、各磁極９に設けられた環状の磁極突起部８の内側で、積層鋼鈑１４に対向する磁極の部分に例えば凸部を形成することによって、観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善されることを発見した。この改善案において、積層鋼板１４の内部に形成される磁場が、磁化特性曲線上で変化する状態を説明する。図５（ｂ）は、その改善案（図４に示す平面３５の部分に後述の凸部１９Ａを形成）に対する、傾斜磁場コイル１０への電圧印加前後における積層鋼板１４上での磁化の磁化特性曲線上の変化の様子を表しており、起磁力Ｈと磁場強度Ｂとの関係を示している。上記したような静磁場のみが形成されている状態において、上部及び下部の各積層鋼板１４の内部に形成される磁場が磁化特性曲線上の例えば位置１７（図５（ｂ）参照）にあったとする。上部及び下部の傾斜磁場コイル１０に電圧を印加した場合には、電磁石装置の上部の積層鋼板１４上に形成される磁場は、静磁場を強めるため、磁化特性曲線上を矢印３０の方向に上昇して位置１８ａに達する。他方、下部の積層鋼板１４上に形成される磁場は、逆に静磁場を弱めるため、磁化特性曲線上を矢印３１の方向に下降して位置１８ｂに達する。積層鋼板１４の磁化特性曲線は直線ではないため、上部の積層鋼板１４上の磁場の変化量と下部の積層鋼板１４上の磁場の変化量とは異なっている。そこで、前記磁極部分に凸部を設けると、半径方向内側と外側に向う磁力線が同時に発生し、片側（上側もしくは下側）の積層鋼板１４上で、磁化特性曲線上を上昇（矢印３０）する部分と下降（矢印３１）する部分を生成できるため、上部の積層鋼板１４上の磁場の変化量と下部の積層鋼板１４上の磁場の変化量との差が、環状の磁極突起部８の内側で磁極９に凸部を形成しない図４の構造に比べて小さくなる。このため、本改善案では、観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善され、図４の構造に比べて被検者の断層像の乱れが少なくなる。
【００２０】
本発明者らは、更に検討することによって、その非対称性を更に改善できる解決案を見出した。この解決案は、傾斜磁場コイル１０を、磁極突起部８の内側で磁極９の面に形成される凸部に対向するように配置するものである。
【００２１】
この凸部付近では、静磁場の磁力線が半径方向内側と外側に分かれるため、傾斜磁場コイル１０への電圧印加中における積層鋼板１４上の磁場増加領域と減少領域の境界が形成される。この凸部に対向する位置に傾斜磁場コイル１０を配置すると、傾斜磁場コイル１０と積層鋼板上の磁場増加領域と減少領域からのそれぞれの距離がほぼ等しくなり、積層鋼板１４上の磁場の増加量と減少量をほぼ等しくできるため、その差（変化量）を小さくできる。その結果、下側積層鋼板上の磁場の変化量との差を小さく出来るため、磁場分布の非対称性を低減できる。これにより、作成される、被検者の断層像の乱れがさらに減少する。上記のように磁極に凸部を形成する替りに、積層鋼鈑１４に凸部または凹部を、または磁極９の磁極突起部８の内側の磁極面に凹部を形成してもよい。これらの凸部及び凹部は、磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。
【００２２】
発明者らが成した本発明に関する実施例を以下に説明する。
【００２３】
（実施例１）
ＭＲＩ装置に適用される本発明の好適な一実施例である実施例１の電磁石装置を、図１及び図２を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３は、図２に示すように、リターンヨーク４，真空容器３Ａ，３Ｂ及び磁極突起部８Ａ，８Ｂを有する。電磁石装置３３を備えるＭＲＩ装置は、観測領域５に向かって移動するベット２を有する。リターンヨーク４は、図２に示すように、天板部４Ａ及び床板部４Ｂと、それらを連結する柱部４Ｃを含んでいる。柱部４Ｃの本数は、開放性確保の観点から１本（または２本）である。環状の磁極突起部８Ａは、リターンヨーク４の上部に位置する天井部４Ａの下面に設置される。環状の真空容器３Ａは、天井部４Ａの下面に取り付けられ、磁極突起部８Ａの周囲を取囲んでいる。環状の磁極突起部８Ｂは、リターンヨーク４の上部に位置する床板部４Ｂの上面に設置される。環状の真空容器３Ｂは、床板部４Ｂの上面に取り付けられ、磁極突起部８Ｂの周囲を取囲んでいる。
【００２４】
磁極突起部８Ａ付近の詳細構造を、図１を用いて説明する。磁極９Ａが磁極突起部８Ａ内で天井部４Ａの下面に取り付けられる。非磁性高抵抗の支持部材11Ａがボルト等の取付部材１２Ａによって磁極９Ａに取り付けられる。支持部材11Ａの磁極９Ａ側の面には珪素鋼板の積層鋼板１４Ａが設置される。支持部材１１Ａの観測領域５側の面には傾斜磁場コイル１０Ａが設置される。傾斜磁場コイル１０Ａは接着剤（もしくは固定具）を用いて支持部材１１Ａに取り付けられる。超電導コイル７Ａが磁極９Ａを取囲むように真空容器３Ａ内に配置される。
【００２５】
磁極突起部８Ｂ付近の詳細構造についても、図１を用いて説明する。磁極９Ｂが磁極突起部８Ｂ内で床板部４Ｂの上面に取り付けられる。非磁性高抵抗の支持部材１１Ｂがボルト等の取付部材１２Ｂによって磁極９Ｂに取り付けられる。支持部材１１Ｂの磁極９Ｂ側の面には珪素鋼板の積層鋼板１４Ｂが設置される。支持部材１１Ｂの観測領域５側の面には傾斜磁場コイル１０Ｂが設置される。傾斜磁場コイル１０Ｂも接着剤（もしくは固定具）を用いて支持部材１１Ｂに取り付けられる。超電導コイル７Ｂが磁極９Ｂを取囲むように真空容器３Ｂ内に配置される。リターンヨーク４は超電導コイル７Ａ，７Ｂが生成する磁束を効率良くリターンさせる機能を有する。超電導コイル７Ａ，７Ｂはそれぞれの真空容器３Ａ，３Ｂ内で超電導状態となる極低温に維持される。積層鋼板１４Ｂと磁極９Ｂとの間の距離は積層鋼板１４Ａと磁極９Ａとの間の距離に等しい。傾斜磁場コイル１０Ｂと磁極９Ｂとの間の距離は傾斜磁場コイル１０Ａと磁極９Ａとの間の距離に等しい。
【００２６】
磁極９Ａの積層鋼板１４Ａ側の面に、凸部１９Ａが形成される。凸部１９Ａは、磁極９Ａの軸心（Ｚ軸）を中心に環状に形成され、内側（軸心側）の傾斜面及び外側（磁極突起部８Ａ側）の傾斜面を有する。磁極９Ｂの積層鋼板１４Ｂ側の面にも、凸部１９Ｂが形成される。凸部１９Ｂは、磁極９Ｂの軸心（Ｚ軸）を中心に環状に形成され、内側（軸心側）の傾斜面及び外側（磁極突起部８Ｂ側）の傾斜面を有する。凸部１９Ａの半径は凸部１９Ｂの半径と同じである。
【００２７】
傾斜磁場コイル１０Ａは、磁極の半径方向において、凸部１９Ａ、具体的には凸部１９Ａの内側の傾斜面及び外側の傾斜面と重なる位置に配置される。この重なる位置とは、観測領域５から磁極９Ａの方を見て傾斜磁場コイル１０Ａが凸部１９Ａに重なる位置を意味する。傾斜磁場コイル１０Ｂは、磁極の半径方向において、凸部１９Ｂ、具体的には凸部１９Ｂの内側の傾斜面及び外側の傾斜面と重なる位置に配置される。傾斜磁場コイル１０Ｂと凸部１９Ｂとが重なる位置とは、観測領域５から磁極９Ｂの方を見て傾斜磁場コイル１０Ｂが凸部１９Ｂに重なる位置を意味する。
【００２８】
本実施例の電磁石装置を適用したＭＲＩ装置を用いて被検者１の検査を行う場合には、予め、超電導コイル７Ａ，７Ｂにそれぞれ通電し、矢印６の方向の磁場を生成させた後、被検者１をベット２に乗せて観測領域５内に移動させる。更に、傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂに電圧を印加して傾斜磁場を発生させる。傾斜磁場コイル１０Ａを印加する前には、静磁場の磁力線１５Ａ，１５Ｃが凸部19Ａによって形成される。凸部１９Ａの内側傾斜面から積層鋼板１４Ａに向かう磁力線１５Ｃは、磁極９Ａの半径方向においてその内側傾斜面から磁極９Ａの中心側に向かっている。また、凸部１９Ａの外側傾斜面から積層鋼板１４Ａに向かう磁力線１５Ａは、磁極９Ａの半径方向においてその外側傾斜面から磁極９Ａの外側に向かっている。傾斜磁場コイル１０Ｂを印加する前には、静磁場の磁力線15Ｂ，１５Ｄが凸部１９Ｂによって形成される。積層鋼板１４Ｂから凸部１９Ｂの内側傾斜面に向かう磁力線１５Ｄは、磁極９Ｂの半径方向において磁極９Ｂの中心側から凸部１９Ｂの内側傾斜面に向かっている。また、積層鋼板１４Ｂから凸部１９Ｂの外側傾斜面に向かう磁力線１５Ｂは、磁極９Ｂの半径方向において磁極９Ｂの外側から凸部１９Ｂの外側傾斜面に向かっている。
【００２９】
上部の磁極９Ａに形成された凸部１９Ａは、磁極の半径方向において内側と外側とに向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。下部の磁極９Ｂに形成された凸部１９Ｂも、磁極の半径方向において内側と外側とに向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。
【００３０】
傾斜磁場コイル１０Ａへの電圧の印加によって、傾斜磁場コイル１０Ａの周りに磁力線１６Ａが形成される。傾斜磁場コイル１０Ｂへの電圧の印加によって、傾斜磁場コイル１０Ｂの周りに磁力線１６Ｂが形成される。
【００３１】
本実施例は、上部の積層鋼板１４が環状の磁極突起部８の内側で上部の磁極９に設けられた凸部１９Ａと対向して配置され、下部の積層鋼板１４が環状の磁極突起部８の内側で下部の磁極９に設けられた凸部１９Ｂと対向して配置されているため、後述する様に、図４に示す電磁石装置に比べて観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善される。すなわち、積層鋼板１４Ａ上で、矢印１６Ａの磁力線（傾斜磁場コイル１０Ａの作用によって発生）の影響によって矢印１５Ａの方向の磁力線が強められ、矢印１５Ｃの方向の磁力線が弱められる。また、積層鋼板１４Ｂ上では、矢印１６Ｂの磁力線（傾斜磁場コイル１０Ｂの作用によって発生）の影響によって矢印１５Ｂの方向の磁力線が弱められ、矢印１５Ｄの方向の磁力線が強められる。このように、積層鋼板１４Ａ，１４Ｂ上では、それぞれ磁場強度に増減が生じるために、本実施例において、図４の構造のように積層鋼板１４Ｂ上での磁力線が一方的に弱められて磁場強度が減少するという現象が発生しない。従って、図４に示す電磁石装置に比べて観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善されるのである。
【００３２】
本実施例は、傾斜磁場コイル１０Ａが前述したように磁力線発生装置である凸部１９Ａに重なる位置に配置され、傾斜磁場コイル１０Ｂが前述したように磁力線発生装置である凸部１９Ｂに重なる位置に配置されているため、傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂの作用によって磁力線１６Ａ，１６Ｂが形成された場合でも、上部の積層鋼板１４Ａ上の磁場の増加量と減少量の差（磁場の増加量と減少量の差は磁場の変化量である）が、下部の積層鋼板１４Ｂ上での磁場強度の増加量と減少量の差とほぼ等しくなる。すなわち、傾斜磁場コイル１０Ａの作る磁気回路（図３の磁力線１５Ａ）上での、傾斜磁場コイル１０Ａへの電圧印加に基づいた磁場強度の増加量と減少量の差が、それぞれ、傾斜磁場コイル１０Ｂの作用によって形成された磁気回路（図３の磁力線１５Ｂ）上での、傾斜磁場コイル１０Ｂへの電圧印加に基づいた磁場の増加量と減少量の差と同程度になる。このため、観測領域５内の傾斜磁場分布が対称面（磁極９Ａと磁極９Ｂとの中間点を通る水平面）を挟んでその領域の上下で対称になって、被検者１に対する断層像の歪みがなくなり、精度の高い断層像を得ることができる。
【００３３】
本実施例は、磁極９Ａ，９Ｂに傾斜面を有する凸部１９Ａ，１９Ｂを形成しているので、より滑らかな磁界で、Ｚ軸に対称な磁界の不均一度を小さくできる。また、本実施例は、積層鋼板１４Ａ，１４Ｂを設けているため、傾斜磁場コイルの設置に基づいて生じる課題である磁極９Ａ，９Ｂにおける渦電流の発生を抑制できる。積層鋼板１４Ａ，１４Ｂはそれぞれ渦電流抑制装置である。また、本実施例は、積層鋼板１４Ａ，１４Ｂを設置するため、シールドコイルの設置が不要となってシールドコイル用の大容量の電源装置が不要となり、電磁石装置の電源を含めたシステム構成をコンパクト化する。シールドコイルの設置が不要になることは、シールドコイルで消費される電力が不要になり、本実施例の電磁石装置で消費される電力量が低減される。
【００３４】
傾斜磁場コイル１０Ａは凸部１９Ａの内側傾斜面及び外側傾斜面の一方に重なる位置に配置してもよい。また、傾斜磁場コイル１０Ａの少なくとも一部が凸部１９Ａと重なる位置に配置してもよい。傾斜磁場コイル１０Ｂも、凸部１９Ｂに対して同様な重なる位置に配置してもよい。このように傾斜磁場コイルを磁力線発生装置に重なる位置に配置することによって、観測領域５内での傾斜磁場分布の非対称性が緩和され、被検者１に対する断層像の歪みを低減することができる。
【００３５】
（実施例２）
本発明の他の実施例である実施例２の電磁石装置を、図６を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ａは、磁極９Ａに凸部１９Ａの替りに凹部２０Ａを形成している。図示されていないが、下部の磁極９Ｂにおいても凸部１９Ｂの替りに同様な凹部２０Ｂを形成している。電磁石装置３３Ａにおける他の構成は、電磁石装置３３と同じである。凹部２０Ａ，２０Ｂも、磁極の半径方向において内側と外側とに向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。傾斜磁場コイル１０Ａは、凹部２０Ａの内側傾斜面及び外側傾斜面に重なる位置に配置される。図示されていないが、下部の傾斜磁場コイル１０Ｂも、凹部２０Ｂの内側傾斜面及び外側傾斜面に重なる位置に配置される。
【００３６】
傾斜磁場コイル１０Ａを印加する前には、静磁場の磁力線１５Ａが凹部２０Ａによって形成される。凹部２０Ａの内側傾斜面から積層鋼板１４Ａに向かう磁力線１５Ｃは、磁極９Ａの半径方向においてその内側傾斜面から内側に向かっている。また、凹部２０Ａの外側傾斜面から積層鋼板１４Ａに向かう磁力線１５Ａは、磁極９Ａの半径方向においてその外側傾斜面から外側に向かっている。図示されていないが、下部に位置する傾斜磁場コイル１０Ｂを印加する前には、静磁場の磁力線１５Ｂが凹部２０Ｂによって形成される。積層鋼板１４Ｂから凹部20Ｂの内側傾斜面に向かう磁力線１５Ｂは、磁極９Ｂの半径方向において内側から凹部２０Ｂの内側傾斜面に向かっている。また、積層鋼板１４Ｂから凹部２０Ｂの外側傾斜面に向かう磁力線１５Ｂは、磁極９Ｂの半径方向において外側から凹部２０Ｂの外側傾斜面に向かっている。
【００３７】
傾斜磁場コイル１０Ａへの電圧の印加によって、傾斜磁場コイル１０Ａの周りに磁力線１６Ａが形成される。傾斜磁場コイル１０Ｂへの電圧の印加によって、傾斜磁場コイル１０Ｂの周りに磁力線１６Ｂが形成される。
【００３８】
本実施例は、傾斜磁場コイル１０Ａが前述したように磁力線発生装置である凹部２０Ａに重なる位置に配置され、傾斜磁場コイル１０Ｂが前述したように磁力線発生装置である凹部２０Ａに重なる位置に配置されているため、傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂの作用によって磁力線１６Ａ，１６Ｂが形成された場合でも、上部の積層鋼板１４Ａ上の磁場の増加量と減少量の差が、下部の積層鋼板１４Ｂ上での磁場の増加量と減少量の差とほぼ等しくなる。すなわち、傾斜磁場コイル１０Ａの作る磁気回路（図３の磁力線１５Ａ）上での、傾斜磁場コイル１０Ａへの電圧印加に基づいた磁場の増加量と減少量の差が、それぞれ、傾斜磁場コイル１０Ｂの作用によって形成された磁気回路（図３の磁力線１５Ｂ）上での、傾斜磁場コイル１０Ｂへの電圧印加に基づいた磁場の増加量と減少量の差と同程度になる。このため、観測領域５内の傾斜磁場分布がその領域の上下で対称になって、被検者１に対する断層像の歪みがなくなり、精度の高い断層像を得ることができる。電磁石装置３３Ａは実施例１の電磁石装置３３と同じ効果を得ることができる。
【００３９】
（実施例３）
本発明の他の実施例である実施例３の電磁石装置を、図７を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ｂは、実施例１の電磁石装置３３の積層鋼板１４Ａに凹部２１を形成したものである。この凹部２１は下部の積層鋼板１４Ｂにも設けられている。電磁石装置３３Ｂの他の構成は電磁石装置３３と同じである。凹部２１は積層鋼板１４Ａの磁極９Ａに面する面に形成され、凸部１９Ａと対向する。積層鋼板１４Ｂに形成される凹部２１は、図示されていないが、積層鋼板14Ｂの磁極９Ｂに面する面に形成され、凸部１９Ｂと対向する。
【００４０】
凸部１９Ａは、実施例１と同様に、磁極９Ａの半径方向において内側に向かう静磁場の磁力線１５Ｃと外側に向かう静磁場の磁力線１５Ａを形成する。積層鋼板１４Ａに形成された凹部２１は、凸部１９Ａの作用によって形成される上記の磁力線１５Ｃ，１５Ａを更に強める。凹部２１の設置によって、磁力線１５Ａ，１５Ｃが鉛直方向に進むよりも磁極９Ａの半径方向において外側と内側に向かった方が磁気抵抗が小さくなるため、磁力線１５Ａ，１５Ｃはその半径方向において外側と内側に向かいやすくなる。本実施例では、磁極９Ａに形成された凸部１９Ａと積層鋼板１４Ａに形成された凹部２１が、磁極の半径方向において内側と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置を構成する。傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂは、少なくともその一部が、上記半径方向において、磁力線発生装置と重なる様に配置されている。このような傾斜磁場コイルの配置によって、傾斜磁場印加中の積層鋼板１４Ａの磁場の増加量と減少量の差が、積層鋼板14Ｂの磁場の増加量と減少量の差とほぼ同じになる。
【００４１】
本実施例は実施例１で生じる効果と同じ効果を得ることができる。
【００４２】
（実施例４）
本発明の他の実施例である実施例４の電磁石装置を、図８を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ｃは、実施例３の電磁石装置３３Ｂにおいてそれぞれの積層鋼板に形成され凹部２１を非磁性体部２２に置き換えたものである。非磁性体部２２を形成するためには、積層鋼板１４Ａを例にとって説明すると、積層鋼板１４Ａを、中心側の円板部及び外側の環状部により構成し、円板部と環状部とを間に間隙を形成するように離して支持部材１１Ａの磁極９Ａ側に取り付ける。図示されていないが、積層鋼板１４Ｂも、中心側の円板部及び外側の環状部により構成し、円板部と環状部とを間に間隙を形成するように離して支持部材11Ｂの磁極９Ｂ側に取り付ける。それぞれの円板部と環状部との間の間隙が非磁性体部２２である。非磁性体部２２は凸部１９Ａ，１９Ｂと重なる位置に配置される。非磁性体部２２は凹部２１と同じ機能を発揮する。本実施例は実施例３で生じる効果と同じ効果を得ることができる。
【００４３】
（実施例５）
本発明の他の実施例である実施例５の電磁石装置を、図９を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ｄは、実施例１の電磁石装置３３に、静磁場を調整する一対の調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂、及び調整コイル２３Ｂ₁，２３Ｂ₂を収納する容器２４を付加したものである。容器２４内において、調整コイル２３Ａ₁ は調整コイル２３Ａ₂ の外側に配置される。一対の調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂、及び容器２４は上部に位置する磁極９Ａ（もしくは同様の構造を有する非磁性の構造材）付近に配置されるが、本実施例は、下部に位置する磁極９Ｂ付近にも調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂に対応する調整コイル２３Ｂ₁，２３Ｂ₂を収納した容器２４を配置する。
【００４４】
調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂を収納した容器２４及び調整コイル２３Ｂ₁，
２３Ｂ₂ を収納した容器２４は、図示されていない支持部材によって、リターンヨーク４が設置された床面に設置される。上部の容器２４及び下部の容器２４は磁極９Ａと磁極９Ｂ（もしくは９Ａ，９Ｂとそれぞれ同様の構造を有する非磁性の構造材）との間に配置される。傾斜磁場コイル１０Ａ及び積層鋼板１４Ａが設置される支持部材１１Ａは、上部に位置する容器２４に取付部材１２Ａによって取り付けられる。傾斜磁場コイル１０Ａ，支持部材１１Ａ及び積層鋼板１４Ａは上部の容器２４の下方に位置する。図示されていないが、傾斜磁場コイル１０Ｂ及び積層鋼板１４Ｂが設置される支持部材１１Ｂは、下部に位置する容器２４に取付部材１２Ｂによって取り付けられる。傾斜磁場コイル１０Ｂ，支持部材11Ｂ及び積層鋼板１４Ｂは下部の容器２４の上方で傾斜磁場コイル１０Ａの下方に配置される。
【００４５】
本実施例では、観測領域５に均一磁場を発生する一対の調整コイル２３Ａ₁ ，２３Ａ₂ が実施例１の凸部１９Ａの替りに設けられ、観測領域５に均一磁場を発生する一対の調整コイル２３Ｂ₁，２３Ｂ₂が実施例１の凸部１９Ｂの替りに設けられる。このため、本実施例は凸部１９Ａ，１９Ｂを備えていない。調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂には、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、静磁場の磁力線１５Ａが、磁極９Ａの半径方向において内側と外側に向かう磁力線となる。調整コイル２３Ｂ₁，２３Ｂ₂にも、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、静磁場の磁力線１５Ｂが、磁極９Ｂの半径方向において内側と外側に向かう磁力線となる。調整コイル２３Ａ₁，２３Ａ₂、及び調整コイル２３Ｂ₁，２３Ｂ₂は、それぞれ、磁極の半径方向において内側と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。それぞれの傾斜磁場コイルは、該当する一対の調整コイルの間に位置する。すなわち、傾斜磁場コイルは磁力線発生装置と重なる位置に配置される。
【００４６】
静磁場の磁力線１５Ａは、調整コイル２３Ａ₁と調整コイル２３Ａ₂との間を通って積層鋼板１４Ａの方に向かいかつ磁極９Ａの半径方向において外側に向かっている。静電磁場の磁力線１５Ｃは、調整コイル２３Ａ₁と調整コイル２３Ａ₂との間を通って積層鋼板１４Ａの方に向かいかつ磁極９Ａの半径方向において内側に向かっている。図示されていないが、下部に位置する調整コイル２３Ｂ₁ ，２３Ｂ₂ によっても、積層鋼板１４Ｂからでかつ磁極９Ｂの半径方向における外側及び内側から調整コイル２３Ｂ₁ と調整コイル２３Ｂ₂ との間に向かう磁力線１５Ｂ，１５Ｄが、形成される。このため、傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂの作用によって磁力線１６Ａ，１６Ｂが形成された場合でも、上部の積層鋼板14Ａ上の磁場の増加量と減少量との差が、下部の積層鋼板１４Ｂ上での磁場の増加量と減少量との差とほぼ等しくなる。すなわち、傾斜磁場コイル１０Ａの作る磁気回路（図３の磁力線１５Ａ）上での、傾斜磁場コイル１０Ａへの電圧印加に基づいた磁場の増加量と減少量との差が、それぞれ、傾斜磁場コイル１０Ｂの作用によって形成された磁気回路(図３の磁力線１５Ｂ)上での、傾斜磁場コイル１０Ｂへの電圧印加に基づいた磁場の増加量と減少量との差と同程度になる。このため、観測領域５内の傾斜磁場分布が対称面（磁極９Ａと磁極９Ｂとの中間点を通る水平面）を挟んでその領域の上下で対称になって、被検者１に対する断層像の歪みがなくなり、精度の高い断層像を得ることができる。
【００４７】
本実施例でも実施例１で得られる効果を得ることができる。
【００４８】
（実施例６）
本発明の他の実施例である実施例６の電磁石装置を、図１０を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ｅは、実施例１の電磁石装置３３に非磁性高抵抗の支持部材２５Ａ，２５Ｂ、及びシールドコイル１３Ａ，１３Ｂを追加したものである。支持部材２５Ａは積層鋼板１４Ａの磁極９Ａ側に設置され、シールドコイル１３Ａは支持部材２５Ａの磁極９Ａ側に設けられる。図示されていないが、支持部材２５Ｂは積層鋼板１４Ｂの磁極９Ｂ側に設置され、シールドコイル１３Ｂは支持部材２５Ｂの磁極９Ｂ側に設けられる。シールドコイル１３Ａ，１３Ｂは積層鋼板１４Ａ，１４Ｂだけでは傾斜磁場コイル１０Ａ，１０Ｂの作る磁束のシールドが不充分な場合に補足的に用いられる。シールドコイル１３Ａ，１３Ｂに流れる電流値は、積層鋼板を用いない場合に比べて小さな電流値でよい。シールドコイル１３Ａ，１３Ｂの設置に必要な電源設備は、積層鋼板を用いない場合に比べて小型のものでよい。
【００４９】
本実施例も、実施例１で得られる効果を生じる。シールドコイルを用いているため、磁極における渦電流の発生が防止できる。
【００５０】
（実施例７）
本発明の他の実施例である実施例７の電磁石装置を、図１１を用いて説明する。本実施例の電磁石装置３３Ｆは、実施例３，４及び６において磁極９Ａに設けられた凸部１９Ａ及び磁極９Ｂに設けられた凸部１９Ｂの替りに、上部の積層鋼板１４Ａに凸部３６Ａを設け、下部の積層鋼板１４Ｂに凸部３６Ｂを設けている。凸部３６Ａ，３６Ｂとも支持部材１１と対向して形成される。凸部３６Ａは凸部１９Ａと同様に凸部３６Ａの内側傾斜面を通って磁極の中心側に向かう磁力線１５Ｃを、凸部３６Ａの外側傾斜面を通って磁極の外側に向かう磁力線１５Ａを発生させる。凸部３６Ｂは凸部１９Ｂと同様に磁極の中心側から凸部３６Ｂの内側傾斜面に向かう磁力線１５Ｄを、磁極の外側から凸部３６Ｂの外側傾斜面に向かう磁力線１５Ｂを発生させる。これらの凸部も、磁極の半径方向において内側と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置である。
【００５１】
凸部３６Ａ，３６Ｂの形成によって発生する各磁力線により、実施例１と同様に、各傾斜磁場コイルに電圧を印加した場合における積層鋼鈑１４Ａ，１４Ｂ上での磁場強度にそれぞれ増減が生じるので、図４の電磁石装置に比べて観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が改善され、得られる断層像の精度が向上する。また、上部の傾斜磁場コイル１０が凸部３６Ａに重なる位置に配置され、下部の傾斜磁場コイル１０が凸部３６Ｂに重なる位置に配置されるため、実施例１と同様に観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が更に改善される。このため、得られる、被検者の断層像の精度が更に向上し、その断層像に基づいて、より正確な診断が可能になる。本実施例では、凸部３６Ａ，36Ｂが図１の電磁石装置３３の凸部１９Ａ，１９Ｂに比べて観測領域５に近い位置に配置されているため、観測領域５内における傾斜磁場分布の上下の非対称性の改善度合いを同程度にした場合、凸部３６Ａ，３６Ｂの高さを凸部１９Ａ，１９Ｂよりも低くすることが可能である。これは、本実施例におけるそれらの凸部の製作に要する時間（加工時間）を短縮できる。
【００５２】
電磁石装置３３Ｆにおいて、凸部３６Ａ，３６Ｂを積層鋼鈑１４Ａ，１４Ｂの磁極に対向する面に設けてもよい。また、電磁石装置３３Ｆにおいて、凸部の替りに、図７に示す凹部２１を積層鋼鈑１４Ａ，１４Ｂの傾斜磁場コイルまたは磁極に対向する面に設けてもよい。さらに電磁石装置３３Ｆにおいて凸部の替りに図８に示す非磁性体部分２２を、積層鋼板１４Ａ，１４Ｂの傾斜磁場コイルまたは磁極に対向する面に設けてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、観測領域内における傾斜磁場分布の上下の非対称性が緩和され、被検者の断層像の歪みを低減できる。更に、電磁石装置の電源設備をコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】本発明の好適な一実施例である実施例１の電磁石装置の構成図である。
【図３】図１の積層鋼板付近での磁力線の状態を示す説明図である。
【図４】発明者らが検討の対象として想定した電磁石装置の上部及び下部の磁極付近の縦断面図である。
【図５】図４の電磁石装置における課題を示す説明図であり、（ａ）は図４の電磁石装置の上部及び下部の積層鋼板付近における磁力線の発生状態を示す説明図、(ｂ)は図４に対する改善案における上部の積層鋼板における磁場強度及び下部の積層鋼板における磁場強度の変化を示す特性図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例２の電磁石装置の上部の磁極付近の縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例３の電磁石装置の上部の磁極付近の縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例４の電磁石装置の上部の磁極付近の縦断面図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例５の電磁石装置の上部の磁極付近の縦断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例６の電磁石装置の上部の磁極付近の縦断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例７の電磁石装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…被検者、２…ベット、３，３Ａ，３Ｂ…真空容器、４…リターンヨーク、７，７Ａ，７Ｂ…超電導コイル、８，８Ａ，８Ｂ…磁極突起部、９，９Ａ，９Ｂ…磁極、１０，１０Ａ，１０Ｂ…傾斜磁場コイル、１３，１３Ａ，１３Ｂ…シールドコイル、１４，１４Ａ，１４Ｂ…積層鋼板、１９Ａ，１９Ｂ…凸部、２０，２１…凹部、２２…非磁性体部、２３Ａ，２３Ｂ…調整コイル。

Claims

対向する一対の磁極と、
それぞれの前記磁極に設けられて、前記磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置と、
第１傾斜磁場コイルと、
第２傾斜磁場コイルと、
上部に位置する前記磁極と前記第１傾斜磁場コイルとの間に配置されて前記上部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置に対向して配置され、前記上部の磁極における渦電流の発生を抑制する第１渦電流抑制装置と、
下部に位置する前記磁極と前記第２傾斜磁場コイルとの間に配置されて前記下部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置に対向して配置され、前記下部の磁極における渦電流の発生を抑制する第２渦電流抑制装置とを備え、
前記第１及び第２渦電流抑制装置は前記磁力線発生装置と重なる位置に凹部を形成していることを特徴とする電磁石装置。
対向する一対の磁極と、
第１傾斜磁場コイルと、
第２傾斜磁場コイルと、
上部に位置する前記磁極と前記第１傾斜磁場コイルとの間に配置されて、前記上部の磁極における渦電流の発生を抑制する第１渦電流抑制装置と、
下部に位置する前記磁極と前記第２傾斜磁場コイルとの間に配置されて、前記下部の磁極における渦電流の発生を抑制する第２渦電流抑制装置と、
前記第１渦電流抑制装置及び前記第２渦電流抑制装置のそれぞれに設けられて、前記磁極の半径方向において内側に向かう磁力線と外側に向かう磁力線を発生させる磁力線発生装置と
を備えたことを特徴とする電磁石装置。
前記第１傾斜磁場コイルは少なくとも一部が前記上部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置と重なる位置に配置されており、前記第２傾斜磁場コイルは少なくとも一部が前記下部の磁極に設けられた前記磁力線発生装置と重なる位置に配置されている請求項１記載の電磁石装置。
前記磁力線発生装置は前記磁極に形成された凸部または凹部である請求項１または請求項３に記載の電磁石装置。
前記第１傾斜磁場コイルは少なくとも一部が前記第１渦電流抑制装置に設けられた前記磁力線発生装置と重なる位置に配置されており、前記第２傾斜磁場コイルは少なくとも一部が前記第２渦電流抑制装置に設けられた前記磁力線発生装置と重なる位置に配置されている請求項１記載の電磁石装置。
前記磁力線発生装置は前記第１渦電流抑制装置及び前記第２渦電流抑制装置のそれぞれに形成された凸部または凹部である請求項２または請求項５記載の電磁石装置。
前記第１及び第２渦電流抑制装置は積層鋼板である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電磁石装置。