JP4179578B2 - 開放型超電導磁石とそれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、MRI装置という）に用いられる開放型超電導磁石に係り、特に軽量で、高い磁場強度と安定な磁場均一度の得られる開放型超電導磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
開放性や被検体へのアクセス性の優れた開放型MRI装置用の磁石としては、特開平9-271469号公報に開示されたものがある。この磁石（以下、開放型磁石という）では、磁場均一度を向上させるために、超電導コイルを収容する冷却容器内に強磁性体を配置するとともに、漏洩磁場を抑制するために、冷却容器の外側に強磁性体から成る磁気シールドを配置している。しかし、この磁気シールドが大型になるため、磁石重量が重くなるという問題があった。
【０００３】
一方、磁石の重量を軽減した構造の開放型MRI装置用磁石として、主コイルの他に、ポールピース（強磁性体）とシールドコイルを用いた構造のものが、USP No.5, 874, 880公報、USP No.5, 874, 882公報、USP No.5, 883, 558公報などに開示されている。この一例を図８に示す。図８は、この開放型磁石の右側上部の1/4部分の縦断面図を示している。この従来例の開放型磁石では、漏洩磁場の抑制に関しては主としてシールドコイルで行い、磁石の外周部を強磁性体から成る磁気シールドで囲わないで済ませているために、磁石の重量が軽減されている。
【０００４】
図８に示した磁石100においては、均一磁場領域101には主コイル102によって上下方向の静磁場が形成され、均一磁場領域101側に凹凸面を設けたポールピース107によって磁場均一度の調整が図られている。漏洩磁場の抑制は、シールドコイル103が主として行い、ポールピース107が補助的役割を担っている。主コイル102とシールドコイル103は、真空槽105と冷媒槽106から成る冷却容器104に収納されている。ポールピース107は冷却容器104の外部に配置されている。
【０００５】
図８に示した従来例の磁石構造では、ポールピース107のほぼ全部が冷却容器104の外部に配置されているため、上記の利点にもかかわらず、下記の問題点が生じる。
(1)、冷却容器の構造が複雑になるため、製造工数が増加するとともに、信頼性の確保が困難である（特に、USP No.5, 874, 880、USP No.5, 874, 882の場合
）。
(2)、常温空間に強磁性体を配置するために、周囲温度の変化の影響を受けやすい。このため、強磁性体の磁化特性が変化したり、超電導コイルとの相対的な位置関係が変動したりすることにより、静磁場の磁場均一度の安定性を得にく
い（経時変化、温度安定性不足など）。
(3)、超電導コイルと強磁性体（ポールピース）との位置関係が、冷却容器を介して設定する必要があるため、組立て時に位置精度を出しにくい。このため、組立て後の磁場均一度が悪くなり易く、磁場均一度の調整に多くの時間を要す
るとともに、調整のためのシムを配置する空間も多く必要とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来技術の問題点を考慮し、本発明では、軽量で、かつ高磁場強度で、安定な磁場均一度が得られる開放型MRI装置用磁石を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の開放型磁石は、均一磁場領域を挟んで、磁場方向に対向して配置され、前記均一磁場領域に磁場強度のほぼ均一な静磁場を発生する超電導主コイルと、前記磁場方向に沿って該超電導主コイルの外側に互いに対向して配置され、漏洩磁場を抑制する超電導シールドコイルと、前記超電導主コイル対と前記超電導シールドコイル対の各々を内包して対向して配置される冷却容器とを具備する開放型超電導磁石において、前記冷却容器内で、かつ前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に強磁性体が配置されている。更に、前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に強磁性体の少なくとも一部が配置されていても良い。
【０００８】
この構成では、超電導コイルを用いた開放型超電導磁石で、超電導主コイルと超電導シールドコイルとの間に強磁性体を配置しているので、この強磁性体に磁束を集中することができ、均一磁場領域の磁場均一度の改善と漏洩磁場の低減が可能になると共に、超電導主コイル及び超電導シールドコイルの電流を低減することができ、磁場発生効率を向上することができる。この結果、磁石の小型、軽量化が図られる。また、強磁性体を冷却容器内に配置しているので、外部温度変化の影響を受けずに済み、安定した磁場均一度が得られる。更に、超電導コイルと強磁性体間で電磁吸引力が発生するため、対向する超電導主コイル間で働く電磁力が低減される。
【０００９】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記超電導シールドコイルの外径は前記超電導主コイルの外径より大きく、前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に配置された強磁性体の最大外径は前記超電導主コイルの外径より大きく、前記超電導シールドコイルの外径以下である。この構成では、超電導シールドコイルの外径を超電導主コイルの外径より大きくしたことにより、磁石外部における漏洩磁場の抑制効果を向上させることができ、更に、超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に配置された強磁性体の最大外径を超電導主コイルの外径よりも大きくしたことにより、強磁性体における磁束の集中により、漏洩磁場が低減されるため、磁場発生効率が向上し、超電導主コイル及び超電導シールドコイルに流す電流を小さくすることができ、磁石の小型、軽量化を図ることができる。
【００１０】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記強磁性体は低温脆性を示さない材質から成る第１の強磁性体と、飽和磁束密度の高い材質から成る第２の強磁性体とから構成される。この構成では、低温脆性を示さない材質の第１の強磁性体を第２の強磁性体や超電導コイルを支持する機械的強度を必要とする部分に配置し、飽和磁束密度の高い材質の第２の強磁性体を磁束密度の高い部分に配置することにより、極低温の冷却容器内において、磁束の集中による漏洩磁場の抑制及び機械的強度の確保を達成することができる。
【００１１】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記強磁性体のうちの少なくとも一部が前記中心軸に対して垂直な平面を持つ平板形状をしている。この構成では、強磁性体が平面を持つ平板形状をしているので、強磁性体の加工が容易となる。また、第１の強磁性体と第２の強磁性体の境界を平面とすることにより、第１の強磁性体の上に第２の強磁性体を積み重ねることができるので、第２の強磁性体の固定が容易となる。更に、強磁性体の平面が中心軸（Z軸）に対して垂直になっているので、この平面に磁場均一度補正用磁性体片などを取り付けることにより、磁場均一度を改善することができる。
【００１２】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記強磁性体には、前記均一磁場領域の中心を通り磁場方向に平行な磁石の中心軸にほぼ沿った穴が設けられている。この構成では、強磁性体に、磁石の中心軸にほぼ沿った穴を設けることにより、これを収納する冷却容器の中心軸部分に穴を設けることができるので、冷却容器の耐気圧を向上させることができ、冷却容器の外形の変形を防止することができる。
【００１３】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記第１の強磁性体に前記超電導主コイルと前記第２の強磁性体とが固定されている。この構成では、機械的強度の確保された第１の強磁性体に、超電導主コイル及び第２の強磁性体が強固に固定されているので、両者の位置は磁石外部の温度の影響を受けることなく一定に保持されるので、超電導主コイルによって生成される静磁場の磁場均一度も安定に維持される。
【００１４】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記強磁性体の前記均一磁場領域に対向する側の面上、又はその面より前記均一磁場領域に近接する領域に、前記均一磁場領域側に凹凸を設けた強磁性体板を配置したものである。この構成では、機械的強度の確保された第１の強磁性体の均一磁場領域に対向する面上などに静磁場の磁場均一度補正用の凹凸を設けた強磁性体板を配置しているので、静磁場の磁場均一度が向上すると共に、強磁性体板の位置は磁石外部の温度の影響を受けることなく一定に保持されるので、静磁場の磁場均一度が安定に維持される。
【００１５】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記第１の強磁性体の前記均一磁場領域に対向する側の面上、又はその面より前記均一磁場領域に近接する領域に、１個以上の磁性体片を配置したものである。この構成では、機械的強度の確保された第１の強磁性体の均一磁場領域に対向する面上などに静磁場の磁場均一度補正用の磁性体片を配置しているので、静磁場の磁場均一度が向上すると共に、磁性体片の位置は磁石外部の温度の影響を受けることなく一定に保持されるので、静磁場の磁場均一度が安定に維持される。
【００１６】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記第１の強磁性体の前記均一磁場領域に対向する側の面上、又はその面より前記均一磁場領域に近接する領域に、１個以上の均一度補正用コイルを配置したものである。この構成では、機械的強度の確保された第１の強磁性体の均一磁場領域に対向する面上などに静磁場の磁場均一度補正用のコイルを配置しているので、静磁場の磁場均一度が向上し、その補正がやり易くなると共に、補正用コイルの位置は磁石外部の温度の影響を受けることなく一定に保持されるので、静磁場の磁場均一度が安定に維持される。
【００１７】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記冷却容器は前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルと前記強磁性体とを収納する冷媒槽と、該冷媒槽を内包する真空槽とから構成され、前記真空槽の前記均一磁場領域に対向する側の面が一様な平面であり、前記冷媒槽の内面と前記強磁性体との間が少なくとも前記中心軸付近において熱的不良導体から成る第１の支持材により結合されているか、又は／及び前記冷媒槽の外面と前記真空槽の内面との間が少なくとも前記中心軸付近において熱的不良導体からなる第２の支持材により結合されている。
【００１８】
この構成では、冷却容器及び強磁性体に中心軸にほぼ沿った穴を設けていないが、冷媒槽の内面を強磁性との間、冷媒槽の外面と真空槽の内面との間で、少なくとも中心軸付近において、熱的不良導体の第１の支持材及び第２の支持材により結合、支持されているので、冷却容器の耐気圧を向上させることができ、冷却容器の外形の変形を防止することができる。その結果として、均一磁場領域と強磁性体との相対位置が磁石外部の温度の影響を受けることもなく一定に保持されるので、静磁場の磁場均一度が安定に維持される。
【００１９】
本発明の開放型超電導磁石では更に、前記冷却容器の外径に関し、前記均一磁場領域の中心を通り磁場方向に平行な磁石の中心軸に沿って前記超電導シールドコイルの配置されている部分の外径が、前記超電導主コイルの配置されている部分の外径より大きい。
【００２０】
この構成では、冷却容器の超電導シールドコイルの配置されている部分の外径が超電導主コイルの配置されている部分の外径より大きくなっているので、超電導シールドコイルの外径を超電導主コイルの外径より大きくすることが可能となり、漏洩磁場の抑制が容易となる。また、両者の外径を変えることにより、術者が超電導コイルの配置されている部分の外径まで接近することが可能となるので、術者のアクセス性が向上する。
【００２１】
本発明のＭＲＩ装置は、静磁場発生装置として前記開放型超電導磁石を使用するものである。この構成のＭＲＩ装置では、被検体にとって大きな開放感が得られ、術者にとって被検体へのアクセスが容易になるとともに、安定した静磁場の磁場均一度が得られるので、安定したＭＲ画像を診断に供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説明する。
図１に、本発明の開放型磁石の第１の実施例の構造を示す。図１は、本発明の開放型磁石の第１の実施例の縦断面図である。図１において、上下方向をＺ軸方向、半径方向をＲ方向とすると、開放型磁石10の主要部はＺ軸に対して軸対称である。
【００２３】
図１の中央部にはＭＲ撮影を行うための均一磁場領域（撮影空間）11がある。この均一磁場領域11には、上下方向の対称位置に配置された主コイル12によって、上下方向の均一な静磁場Ｂ₀が形成される。上下の主コイル12には、同一方向の電流が通電されている。さらに、磁石10の外部への漏洩磁場を抑制するために、均一磁場領域11に対してＺ軸方向に主コイル12よりも遠い位置にシールドコイル13が配置されている。シールドコイル13には、主コイル12と逆方向の電流が通電されている。一般に、シールドコイル13の直径を主コイル12の直径よりも大きくすることにより、漏洩磁場を抑制する効果を大きくすることができる。
【００２４】
上記の主コイル12及びシールドコイル13には超電導線材が用いられている。このため、両コイル12、13を超電導特性を示す所定の温度にまで冷却するために、両コイル12、13は冷却容器14内に配置されている。通常、冷却容器14としては、最外部を真空槽15で囲み、その内部に冷媒槽（通常は液体ヘリウム槽）16が配置されている。また、図示していないが、真空槽15と冷媒槽16との間には熱シールドが配置され、熱輻射による熱の流入を防止することで、冷媒槽16（最終的には、超電導コイル12、13）への熱侵入を抑制している。
【００２５】
本実施例では、冷却容器14の内部に複数の強磁性体が配置されている。第1の強磁性体18は円板形状で、中央部に穴を設けた構造になっている。この第1の強磁性体18の材料としては、強磁性の性質を持つステンレス鋼材が用いられている。第1の強磁性体18に強磁性を示すステンレス鋼材を使用した理由は、永久磁石方式の場合などでポールピースとして一般に使用されている鉄（電磁軟鉄）は、低温になると脆性を示し、構造材として採用できないためである。このような理由から、低温脆性のないステンレス鋼材を用いた第1の強磁性体18は、電磁力や荷重の加わる構造材を形成するとともに、強磁性の性質を有することで磁束を制御することができる。即ち、第1の強磁性体18は構造材と磁束を制御する部材の２つの役割を兼用できるので、各々を別個に設ける場合に比べて全体としての重量を軽減することができる。第1の強磁性体18の材料としてはステンレス鋼材以外にインコネルなどの強磁性を示す合金も使用できる。
【００２６】
また、第1の強磁性体18には、主コイル12を構成する巻枠（図示せず）が固定される。巻枠を第1の強磁性体18に固定することにより、主コイル12に働く電磁力と第1の強磁性体18に働く電磁力をつり合わせることが可能となる。一般に、上下の主コイル12間には電磁力としての吸引力が働くが、主コイル12と、第1の強磁性体18との間にも吸引力が働くので、これらをキャンセルさせ、全体としての電磁力を低減することが可能となる。主コイル12には数十〜数百トンもの巨大な電磁力が加わるので、これをキャンセルして数〜数十トンに低減できることは磁石の支持構造の簡素化につながり、磁石の製作を容易にし、磁石の構造的な信頼性を高めることができる。
【００２７】
シールドコイル13についても、主コイル12と同様に第1の強磁性体18に非磁性の材質の固定具を用いて固定することが可能であり、この場合には、シールドコイル13に作用する電磁力まで含めて、全体の電磁力をキャンセルすればよい。
【００２８】
冷却容器14内には、更に、ドーナツ形状の第2の強磁性体22が、第1の強磁性体18に近接して配置され、第1の強磁性体18に支持されている。第2の強磁性体22の材料としては、鉄材が用いられている。鉄材は、ステンレス材に比較して高い飽和磁束密度を有するため、この第2の強磁性体22は、特に磁束密度の高い外周部に配置すると有効である。即ち、同重量を配置した場合、鉄の方がより多くの磁束を通過させることが可能となるからである。
【００２９】
この第2の強磁性体22は、簡素なドーナツ形状とすることで、局部的な応力の発生を防止することができるので、鉄などの低温脆性を有する材料でも使用可能になっている。即ち、凹凸のない、ドーナツ形状の板状体を積み重ねることにより、応力の発生を抑制し、低温脆性を有する強磁性材の使用を可能にしている。
【００３０】
第1の強磁性体18の均一磁場領域11側で、かつ主コイル12の内径側に、第3の強磁性体24が配置されている。この第3の強磁性体24は第2の強磁性体22と同様にドーナツ形状で、その材料は鉄である。第3の強磁性体24を上記の位置に配置することによって、比較的緩やかな磁場分布を制御することができるので、均一磁場領域11の磁場均一度の制御を行うことができる。この第3の強磁性体24と主コイル12との位置関係を適切に選ぶことで、均一磁場領域11の磁場均一度を高めることができる。
【００３１】
上記の如く強磁性体を冷却容器14内に配置することにより下記の利点が生じる。
（1）、極低温にすることにより、強磁性体では一般に飽和磁化が増加する。また、強磁性体を冷却容器14の外部に配置した場合よりも、強磁性体とコイル12、13との間の距離が近くなるため、強磁性体を配置した位置では、磁気飽和が十分に起こり得る（飽和磁化を得やすい）。このため、より少ない重量の強磁性体によって、より大きな磁気的効果を得ることができる。
【００３２】
（2）、強磁性体が外気にさらされずに常に一定温度に保持されるので、磁気特性に対する温度の影響をなくすことができる。また、温度が一定であることにより、熱的変化による膨張・収縮がないので、コイル12、13と強磁性体との位置関係が変動せず、均一磁場領域11の磁場均一度に対する外気温度及びその変動の影響がない。このため、外気温度の変動に対しても磁場均一度が安定に保持される。
【００３３】
（3）、従来装置では、ポールピース（強磁性体）の近くで、傾斜磁場コイルを駆動するため、ポールピースに残留磁場が発生し、この残留磁場がMR画像に多大な悪影響を与えるために、種々の防止方法が検討されている。これに対し、強磁性体を冷却容器14内に収納することで、傾斜磁場コイルと強磁性体との距離を大きく取ることができ、更に、両者の間に導電性を有する冷却容器14が介在するので、傾斜磁場コイルによる動磁場が減衰するため、強磁性体に残留磁場が発生するのを防止できる。
【００３４】
上記で説明した如く、上下のコイル12、13の間で動く電磁力に関しては、コイル12、13と強磁性体とを一体化することで、コイル12、13と強磁性体の間で電磁力がキャンセルされ、磁石全体として働く電磁力もキャンセルすることができる。
【００３５】
また、本実施例では、冷却容器14の中央部に穴26を設けることで、冷却容器14の構造強度を向上させている。冷却容器14の構造に対応して、第1の強磁性体18も中央部に穴27を設けてある。上記の如く冷却容器14に穴26を設けることにより、耐気圧が向上し、冷却容器14の上下平面の変形が防止される。
【００３６】
しかし、一般的には、均一磁場領域11に近い位置にある強磁性体の形状を穴を開ける等をして大きく変化させると、均一磁場領域11の磁場均一度の悪化を招く。これを回避するためには図2の実施例に示すように強磁性体を配置するのが有効である。図2は、第1の実施例に対して強磁性体の構造と配置を変えたもので、特に第1の実施例との相違点である主コイル12とシールドコイル13と強磁性体の相対位置が明確になるように記載されている。図2において、第1の強磁性体18も、第2の強磁性体22も、第3の強磁性体24も、共に内径（穴）を大きくし、主コイル12に近接して配置して、中央部には強磁性体を置かないようにしている。このように強磁性体を配置することで、均一磁場領域11の磁場均一度に対し、強磁性体の形状の変化が悪影響しないようにしている。
【００３７】
また、図1の第1の実施例では、強磁性体の中央部に穴を設けたことによる磁場均一度の悪化を補償するために、冷却容器14内の第1の強磁性体18の均一磁場領域11側の面に複数個の小さな磁性体片28を適切に配置している。この磁性体片28としては、通常第1の強磁性体18と同様なステンレス材が使用される。
【００３８】
更に、本実施例では、上下の冷却容器14を電気的、熱的、構造的に接続するための連結管30が設けられている。この連結管30は、上下の冷却容器14と同様に、真空槽31と冷媒槽32等から構成され、冷媒槽32によって上下の冷却容器14の冷媒槽16を結合することで、冷媒を連通させる役割を持っている。
【００３９】
また、上下のコイル12、13及び強磁性体18、22、24を所定の距離で保持するために、連結管30の冷媒槽32内に上下支持材34が配置されている。上下支持材34の材質に関しては、強磁性の有無により、磁石10の構成に影響を与える。例えば、強磁性を持たないステンレス鋼材やアルミ二ウム材が用いられる場合、磁場均一度に影響を与えないので、磁石10の磁場分布が軸対称となり、均一磁場領域11の磁場均一度の制御がしやすくなる。一方、強磁性材が用いられる場合には、この上下支持材34により上下の強磁性体18、22、24を磁気的に接続することができるので、磁石10の外部への漏洩磁場を抑制することができる。この結果、シールドコイル13による磁気シールド効果を低減することが可能となり、シールドコイル13の直径を小さくしたり、シールドコイル13の電流値を低くしたりすることができる。また、シールドコイル13による磁気シールド効果と合わせて、漏洩磁場の広がりをより狭い範囲に閉じ込め、漏洩磁場の抑制効果を格段に向上することも可能である。
【００４０】
また、図1においては、2本の連結管30を配置したものを示しているが、連結管30の本数はこれに限定されず、1本でも、又は、3本以上でもよい。また、連結管30及び上下支持材34の周方向における配置場所は、上下の冷却容器14の間に働く電磁力及び荷重に耐えられれば、任意の位置に配置できる。
【００４１】
また、本実施例では、冷却容器14の外径を、主コイル12及びシールドコイル13の外径に合わせて部分的に変更している。即ち、主コイル12の近傍では冷却容器14の外径を小さくし、シールドコイル13の近傍では冷却容器14の外径を大きくしている。このように、冷却容器14の外径を均一磁場領域11に近い側で小さくすることにより、均一磁場領域11に挿入された被検体にとって大きな開放感が得られることになる。また、術者にとっても、均一磁場領域11に近い側の冷却容器14の外径が小さいことにより、被検体にアクセスし易くなる（冷却容器14のシールドコイル13が配設されている部分に乗って被検体に近接することができる）。
【００４２】
図3に、本発明の開放型磁石の第2の実施例の構造を示す。図3には、本実施例の右上部の1/4の部分を示す。本実施例では、冷却容器14の中央部に穴を設けていない。このため、第1の強磁性体18にも穴を設ける必要がないので、均一磁場領域11に良好な磁場均一度を持つ静磁場を比較的容易に得ることができる。
【００４３】
本実施例では、冷却容器14の中央部に穴を設けていないために、冷却容器14の上下の平面が構造的に弱く、変形しやすくなっているため、補強して堅固にしておく必要がある。図4は、冷却容器14に補強を行った実施例である。この実施例では、磁石の中心軸であるＺ軸の近傍において、冷却容器14内に支持材を配置することにより補強している。図4において、冷却容器14の冷媒槽16と第1の強磁性体18との間に第1の支持材Ａ36と第1の支持材Ｂ37が複数箇所に配置され、更に、冷却容器14の真空槽15と冷媒槽16との間に第2の支持材38が複数箇所に配置され、冷媒槽16と第1の強磁性体18との間、及び真空槽15と冷媒槽16との間を固着することにより、冷却容器14の強度を増加させている。これらの支持材は冷却容器14の強度に応じて配置することになるので、いずれか一方にのみ配置すればよい場合もある。また、支持材による補強はＺ軸の近傍以外の場所について行ってもよいことは言うまでもない。
【００４４】
このとき、支持材36、37、38の材料としては、冷却容器14の外部からの熱侵入を防ぐために、熱伝導の悪い材質のもの、例えばガラス繊維入りエポキシ樹脂材などを用いる必要がある。また、強度が確保される限度内で、支持材36、37、38の長さ方向の中央部の断面を細くすることも、熱の流入を抑制するために有効である。
【００４５】
図5に、本発明の開放型磁石の第3の実施例の構造を示す。本実施例では、円板状の第1の強磁性体18の対向面側に複数の同心円状の溝40を設け、この溝40に複数個の強磁性体リング42を埋め込むものである。このように、強磁性体リング42を配置することによって、均一磁場領域11の磁場均一度を制御することができる。第1の強磁性体18に溝40を設けることによって、強磁性体リング42を所望の位置に正確に配置することができるので、磁場均一度を正確に制御することが可能になる。
【００４６】
また、強磁性体リング42の形状が簡素になるため、低温脆性を示す材質（例えば鉄材）でも使用可能となる。強磁性体リング42は、その外側部分を非磁性の固定具44などを用いて第1の強磁性体18に固定される。また、主コイル12の近傍に取り付けた第3の強磁性体24の場合には、主コイル12と第3の強磁性体24を一緒に固定具45を用いて第1の強磁性体18に固定することも可能である。
【００４７】
強磁性体リング42の配置に関しては、一般に内径側に寄るほど同重量の強磁性体の磁場均一度に対する影響度は大きくなるので、強磁性体リング42の体積は小さくなる傾向にある。しかし、強磁性体リング42の厚さが余り薄くなると取付けなどの作業性が悪くなるので、周方向に数分割して、実質的な体積を減少させることも可能である。
【００４８】
本実施例では、強磁性体リング42によって磁場均一度を制御するのが目的であるから、強磁性体リング42の形状や配置は必要に応じて適当に選択すればよい。従って、第1の強磁性体18に設ける溝40の形状は円環状でなくともよく、また、配置する強磁性体の形状もリング形状に限定されるものではない。
【００４９】
図6に、本発明の開放型磁石の第4の実施例の構造を示す。本実施例では、均一磁場領域11の磁場均一度を制御するために、第1の強磁性体18の対向面側で、第3の強磁性体24の内側に、凹凸面49を持つ板状体の第4の強磁性体48を配置している。この第4の強磁性体48は、凹凸面49に複数個の凸部を有するので、小さな複数個の強磁性体片を一つずつ配置する場合に比べて、一体になった板状体を配置するだけで済み、組立ての作業性が改善される。
【００５０】
また、第4の強磁性体48の凹凸面49はプレス加工などにより一体成形加工が可能であるので、第4の強磁性体48の製造も容易に行うことができる。また、第4の強磁性体48の材料としては、通常低温脆性の性質を示さないステンレス鋼材が使用される。
【００５１】
図7に、本発明の開放型磁石の第5の実施例の構造を示す。本実施例では、均一磁場領域11の磁場均一度を制御するために、第1の強磁性体18の対向面側で、第3の強磁性体24の内側に、1乃至複数個の第3のコイル52を配置している。この場合、第3のコイル52に流す電流の向きにより正負の極性を自由に選択できるので、磁性体片を使用する場合に比べて制御の自由度が増し、磁場均一度の制御がより容易に行うことができる。また、第3のコイル52と磁性体片とを合わせて使用することも可能である。
【００５２】
第3のコイル52は第1の強磁性体18の表面に固定することができる。表面に固定する場合でも、コイルの巻枠の高さを変えることにより、第3のコイル52の導体自体の中心位置を容易に変化させることができるので、第3のコイル52の位置は実質的にＺ軸方向及び径方向に移動することができる。
【００５３】
以上の説明においては、冷媒槽16を冷却容器14の構成要素としたが、冷凍機で直接超電導コイルを冷却する伝導冷却方式を採用する場合には、冷媒槽16は不要となる。この場合、冷却容器14の構造が簡素になると共に、冷媒槽16のスペースが不要となるので、磁石全体の外径を小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００５４】
また、上記実施例の開放型超電導磁石をＭＲＩ装置に適用することにより、被検体にとって大きな開放感が得られ、術者にとって被検体へのアクセス性が容易になると共に、装置の小型、軽量化と安定した静磁場の磁場均一度が達成される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、開放型磁石の冷却容器内の主コイルとシールドコイルの間に低温脆性のない強磁性体と飽和磁束密度の高い強磁性体を配置することにより、強磁性体が外気温度の変動の影響を受けにくくなるため、安定な磁場均一度を有する開放型の超電導磁石を提供することができる。
【００５６】
また、強磁性体として、低温脆性のない強磁性体と飽和磁束密度の高い強磁性体を組合せて使用することにより、前者を強度の必要な構造材として使用し、後者を磁束密度の高い場所となる主コイルの近傍で、かつ外周部に配置することにより、小型軽量で、かつ高磁場強度の開放型の超電導磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の開放型磁石の第1の実施例の構造。
【図２】第1の実施例に対して強磁性体の構造と配置を変えたもの。
【図３】本発明の開放型磁石の第２の実施例の構造。
【図４】冷却容器に補強を行った実施例。
【図５】本発明の開放型磁石の第３の実施例の構造。
【図６】本発明の開放型磁石の第４の実施例の構造。
【図７】本発明の開放型磁石の第５の実施例の構造。
【図８】従来の開放型ＭＲＩ装置用磁石の一例の縦断面図。
【符号の説明】
10…開放型磁石（磁石）
11…均一磁場領域（撮影空間）
12…主コイル
13…シールドコイル
14…冷却容器
15、31…真空槽
16、32…冷媒槽
18…第1の強磁性体
20…巻枠
22…第2の強磁性体
24…第3の強磁性体
26、27…穴
28…磁性体片
30…連結管
34…上下支持材
36…第1の支持材Ａ
37…第1の支持材Ｂ
38…第2の支持材
40…溝
42…強磁性体リング
44、45…固定具
48…第4の強磁性体
49…凹凸面
52…第3のコイル

Claims (12)

1. 均一磁場領域を間に挟んで、磁場方向に対向して配置された一対の冷却容器の各々が、
   前記均一磁場領域に静磁場を発生する超電導主コイルと、前記磁場方向に沿って前記超電導主コイルの外側に、漏洩磁場を抑制する超電導シールドコイルと、強磁性体と、を内含して成る開放型超電導磁石において、
   前記強磁性体は低温脆性を示さない材質から成る第１の強磁性体と、飽和磁束密度の高い材質から成る第２の強磁性体とから構成されることを特徴とする開放型超電導磁石。
2. 請求項１記載の開放型超電導磁石において、前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に強磁性体の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする開放型超電導磁石。
3. 請求項２記載の開放型超電導磁石において、前記超電導シールドコイルの外径は前記超電導主コイルの外径より大きく、前記超電導主コイルと前記超電導シールドコイルとの間に配置された強磁性体の最大外径は前記超電導主コイルの外径より大きく、前記超電導シールドコイルの外径以下であることを特徴とする開放型超電導磁石。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記強磁性体のうちの少なくとも一部が前記磁場方向に対して垂直な平面を持つ平板形状をしていることを特徴とする開放型超電導磁石。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記強磁性体には、前記均一磁場領域の中心を通り磁場方向に平行な磁石の中心軸にほぼ沿った穴が設けられていることを特徴とする開放型超電導磁石。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記第１の強磁性体に前記第２の強磁性体が固定されていることを特徴とする開放型超電導磁石。
7. 請求項１乃至６に記載の開放型超電導磁石において、前記第１の強磁性体に前記超電導主コイルが固定されていることを特徴とする開放型超電導磁石。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記第１の強磁性体の前記均一磁場領域に対向する側の面上、又はその面より前記均一磁場領域に近接する領域に、１個以上の均一度補正用コイルを配置したことを特徴とする開放型超電導磁石。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記冷却容器の外径に関し、前記均一磁場領域の中心を通り磁場方向に平行な磁石の中心軸に沿って前記超電導シールドコイルの配置されている部分の外径が、前記超電導主コイルの配置されている部分の外径より大きいことを特徴とする開放型超電導磁石。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記強磁性体はステンレス鋼を含むことを特徴とする開放型超電導磁石。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の開放型超電導磁石において、前記冷却容器は更に超電導コイルを超電導状態に保持するための冷媒を貯蔵した冷媒容器を含み，該冷媒容器内に前記超電導主コイル対と前記超電導シールドコイル対の各々が内包されることを特徴とする開放型超電導磁石。
12. 静磁場発生装置が、請求項１乃至１１のいずれかに記載の開放型超電導磁石であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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