JPH01165106A - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁界発生装置に関し、さらに詳しくは、複数
個の電磁石コイルを配置してなる均一性の改良された磁
界発生装置に関する。

［従来の技術］ 核磁気共鳴断層撮影装置（以下ＭＨＩと略称する）に用
いられる磁界発生装置として、現在、最もよく使用され
ているものとして、常電導磁石を挙げることができる。

たとえば、空芯常電導磁石と呼ばれるものでは、アルミ
ニウムストリップを巻き束ねたコイルを４個ないし６個
空間に配置し、これらのコイル束に電流を流すことによ
り磁界を発生させるようになっている。

このようにしてでき上った磁石においては、磁場の均一
性は最初から満足すべきレベルにあるとは言い難く、各
種の調整手段が工夫されている。

たとえば （１）コイルの位置調整 （２）シムコイルの設置 （３）鉄製の板状物の取付 などがあり、さらには、特殊なものとして、特開昭５９
−６０３４６号明細書に開示されている（４）装置内部
に設置されたコイル支持筒に強磁性体小片を取り付ける
方法 などをあげることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、近年、ＭＨＩの技術進歩により、磁界発生装
置の均一磁界ゾーンは、より均一で、より広い空間範囲
にわたることが要求されると同時に、均一化のための調
整手段の採用に当っても、より短時間で目的を達成させ
ることが必要となってきた。

磁界の不均一性は、磁界空間の球面上の磁界測定値を調
和関数の集まりとして近似し、その次数で表現すること
が用いられる。−膜内には、−次より大成までの調和関
数の係数の大小を用いる。

上記各調整手段について、かかる観点より評価を加える
と、（１）　、　（２）は低次向きであり、（１）は試
行錯誤を要する長時間作業となりゃすく、（２）は、コ
スト的に有利とは言い難い。（３）　、　（４）は、中
成向きとは言え、現状では、鉄などの高透磁率材料を用
いるために、その計算方法が確立されておらず、極めて
直感的に取付を行なうか、膨大な時間を要して計算を行
なって、とりあえずの取付の目安をつるにとどまってい
る。

したがって、前述の磁界発生装置の磁界均一化に要請さ
れる（ａ）高次の不均一性の調整手段、（ｂ）短時間で
実施できる調整手段　の二つは、いまだに見出されてい
ないのである。

そこで、本発明の目的は、複数個の電磁石コイルを配置
してな葛磁界発生装置の磁界の均一性を改良するにあた
って、低次の不均一性のみならず高次の不均一性も調整
することができ、しかも短時間で容易に調整できるよう
に構成した磁界の調整手段を具備した磁界発生装置を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、複数個の
電磁石コイルを配置してなる磁界発生装置において、磁
界調整用永久磁石小片を配置して固定した保持板を具え
、保持板を電磁石コイルに関連して配設したことを特徴
とする。

［作　用］ 本発明の磁界発生装置によれば、永久磁石小片が磁界均
一性の調整手段として配置されるので、調整すべき磁界
の不均一性に対応した永久磁石小片の最適配置が精度よ
くかつ短時間で求められる。また、永久磁石小片の寸法
、残留磁束密度、さらには取付位置を選ぶことにより、
低次から高次までの不均一性の調整が可能となる。

［実施例］ 以下に図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明による磁界発生装置一実施例の縦断
面図であり、第２図はその平面図である０本実施例にお
いては、４個の電磁石コイル１〜４に電流を供給するこ
とによって、矢印５の方向に磁界が形成される。さらに
、装置内に非磁性材で形成された円筒６が配置されてお
り、円筒６上に配置されるコイル（図示せず）より傾斜
磁場を発生せしめる。

円筒６の外側に、永久磁石小片７を配置した保持板８が
設けられる。

第３図は、永久磁石小片７の配置例を示す図である。永
久磁石小片７は台座９を介して保持板８に取付ける。永
久磁石小片７としては、残留磁束密度（Ｂ「）は等しく
、寸法は複数の種類のものがあり、その磁化方向は、装
置の磁界方向５と同方向（正方向）１０および逆方向（
負方向）１１のものが用いられる。

本発明の他の実施例として、永久磁石小片７の寸法およ
び取付位置を固定しておき、残留磁束密度の異なった永
久磁石小片７を用いたり、あるいは、永久磁石小片７の
寸法を固定しておき、その取付位置の自由度を増やすよ
うにしてもよい。

第４図は磁界調整用永久磁石小片７の最適配置を決める
手順の１例を示すフローチャートである。磁石小片７は
残留磁束密度が等しく、かつ寸法の異なるものを数種類
用意する。どの大きさの磁石小片７をどの位置に固定す
ればよいかという設計情報の算出は例えば次のようにす
る。

まず、磁界がどのくらい乱れているかを評価する。視野
空間（ここでは球とする）の乱れは視野球表面の乱れを
調べれば十分なことが知られている。表面の多数（ｎ個
）の点で主磁場方向の磁界（８１、Ｈ２、Ｈ，・Ｉｎ）
を測定する。

ある点Ｐの乱れＣｐは次式で定義される。

Ｃｐ＝　（Ｈｐ−Ｈａ）　ｘ　１０６／ｌｌｏ　　　　
（１）Ｈｏは視野球中心の磁界である。点Ｐの乱れＣｐ
は正負の符号をもった値であり、ｎ個の点のＣをもって
磁界の乱れ（不均一性）を表現する。

次にこの磁界の乱れに対応して調整情報を得なければな
らない。今、磁石小片７の取り付は可能な各位置（ここ
では保持板８上の予め定められた位置）に通し番号をつ
け、磁石小片７の大きさをｉ番目の位置について△Ｒｉ
で表わす。磁石小片７の磁化方向はコイル１，２，３．
４の発生する磁界の方向に平行であり、正負をもたせる
。ある乱れに対して各位置にどの大きさの磁石小片７を
配置固定したかをこの番号順に並べると、これは（△Ｒ
１、△Ｒ２、ΔＲ３、・・・・・・、ΔＲ１）　　とい
うベクトルになる。このベクトルのことを調整ベクトル
またはシミングベクトルと呼ぶ。

調整を行なうにはこのシミングベクトルΔＲを求めなけ
ればならない、基礎方程式として、次式を考える。

−Ｃ＝Ｇ・△Ｒ（２） ｎ：乱れの展開係数の総数 ｍ：調整機構の総数 ここで、Ｃは磁界測定から得れる「磁界の乱れ」の列ベ
クトル、Ｇは各位置の磁石小片の大きさの微小変化に対
して各測定点の磁界がどのように変化するかを表わす（
ｎＸｍ）の行列である。このＧは感度行列とも呼ばれる
。

△Ｒはパラメーターの変化量、すなわち各位置に固定す
る磁石小片７の大きさを指示するｍ次の列ベクトルで（
２）式の解として求まる。磁場の乱れＣを打ち消す新た
な乱れ（−〇）を作り出す訳である。（２）式を次のよ
うにして解く。

Ｇは（ｎｘｆｆｌ）の長方行列で、−組の直交変換Ｓ、
Ｔでつぎのような形に変換することができる（特異値分
解）。

Ｇ＝Ｓ−Ｄ−Ｔ”、（Ｄ　）　１ｊ＝ｄｉｊ−５ｉｊ　
　　（３）従って −Ｃ＝ＳＤＴ”・△Ｒ（４） Ｓ”　（−Ｃ）　＝　Ｄ　−Ｔ”・△Ｒ（５）これを −Ｃ’＝Ｄ・△Ｒ“　　　　　　　　　　（６）と書く
と、（２）　式は という形に変形されたことになる。ΔＲベクトルの各要
素は、△Ｒ′ｊ冨（−Ｃ’ｊ／ｄｉ）　　　　　（８）
として求まる。

（１／ｄｉ）を対角要素にもつ行列をＤ−１で表わせば
（Ｄ−’）　ｉｊ−（１／ｄｉｊ）　　・５ｉｊＤ−’
Ｓ”（−Ｃ）−Ｔ”・ΔＲ（９）八Ｒ−ＴＤ−”Ｓ”　
（−Ｃ）−Ｇ”・（−Ｃ）　　　　　　　（１０）とな
る、つまり（ＴＤ−’Ｓ”）の部分がＧの逆行列Ｇ０と
なっているわけである。このようにしてＧｏが求まれば
ある磁界の乱れＣを打消すシミングベクトルΔＲが直ち
に求まる。

第４図に従って具体的手順を示す。まずステップ５１に
おいて磁石小片７の取り付は可能位置を決める。取り付
は可能位置は、例えば保持板８上に一定間隔で規定され
た格子点とする。

次にステップＳ２において、単位量の磁石小片７が各位
置に配置されたときの視野球表面上の各測定点におよぼ
す磁界変化の情報を計算によって求め、０行列として用
意する０次にステップｓ３において、０行列から前述し
た方法で一般化逆行列Ｇ０を求めておく、装置の組立て
後、ステップＳ４において視野球表面上の各測定点（ｎ
個）の磁界をＮＭＲブーロブを用いて精密に測定し、ス
テップＳ５において磁界の乱れＣを求める。

磁界の均一性は、磁界測定の結果により、その最も大き
い値と最も小さい値との差を絶対磁界（平均値）で割算
し、ｐｐｍで表現する。ステップＳ６においてこの値が
目標値（例えば、中心磁界が！０００ガウスのユニット
では５０ｐｐｍ以下が要求される）に達していない時は
ステップＳ７に移り、Ｇ“とＣによって（ｌＯ）式を用
いて各位置に配置する磁石の大きさ（シミングベクトル
）△Ｒを求める。

最後にステップＳ８において、以上のようにして決めら
れた永久磁石小片７の位置、サイズ、磁化方向および磁
石の材料によって決まる残留磁束密度等のデータに従っ
て、永久磁石小片７を準備し、これら小片７を非磁性材
の台座９を介して保持板８に配置して固定する。取り付
は後、永久磁石小片７の位置がずれると磁界の均一性を
悪くする原因となるので、かかる固定は確実にしっかり
と行う必要がある。永久磁石小片７の配置固定をもって
調整作業を終了する。さらに均一性を改良したいときに
は以上の操作をくり返す。永久磁石小片７の残留磁束密
度のばらつき、取り付は位置のずれなどによる誤差も、
調整をくり返すことによって０に近づけることができる
。

永久磁石小片７は、第５図に示すように非磁性材の台座
９の上に接着され、非磁性のビス１２で非磁性材の保持
板８に確実に固定される。取付は後、永久磁石小片７の
位置がずれると磁界の均一性を悪くする原因となるので
、かかる固定は十分に注意して行なう。

保持板８を磁界発生装置に取付ける方法を第６図に基づ
いて説明する。電磁石コイル１，４にはコイルの上下に
非磁性の保護板１３が設けられており、この保護板１３
に保持板８を固定するボルト穴が設けられる。この穴を
利用し、保持板８を非磁性ボルト１４により固定する。

他の固定方法として、電磁石コイルを支持する架台に支
持具を設け、それに対して保持板９を固定することもで
きる。

以上の例では、電磁石コイルが発生する磁界が上下方向
の場合であったが、これに限定されることはなく、第７
図に示すように磁界が水平方向の場合でもよい。この図
においては、電磁石コイル１５〜１８に電流が供給され
矢印１９の方向に磁界が発生する。この場合には、永久
磁石小片フを固定した保持板８が円筒６に取付けられる
。保持板８は、偶数枚組合せて用いることが好ましい０
例えば第８図に示すように、８枚の保持板を用いる場合
は、８角形を形成するように配置する。この場合の永久
磁石小片７の磁化方向はコイル１５〜１８の発生する磁
界の方向１９と平行であり、前述したように正方向およ
び負方向が採用できる。

さらに、本発明の他の実施態様としては、超電導コイル
を用いた磁界発生装置であってもよい。

永久磁石小片７として使用可能な磁石材料としては、５
ｔａ−Ｇｏ系やＮｄ−Ｆｅ−８系などの希土類磁石材料
、フェライト磁石材料またはこれらの類似物がある。形
状は、直方体でも円柱状でもよい。

なお、本発明では、永久磁石小片７による調整手段に加
えて、他の調整手段、例えば、コイルの位置調整、シム
コイルの設置等を併用してもよい。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明の磁界の発生装置によれば
、永久磁石小片が磁界均一性の調整手段として配置され
るので、調整すべき磁界の不均一性に対応した永久磁石
小片の最適配置が精度よくかつ短時間で求められる。ま
た、永久磁石小片の寸法、残留磁束密度、さらには取付
位置を選ぶことにより、低次から高次までの不均一性の
調整が可能となる。さらに、永久磁石小片の磁化方向が
正にも負にも選択できるので、寸法を小さくでき、高次
の不均一性調整に好適である。永久磁石小片を用いるこ
とにより、鉄製の板やビスと異なり、小片間の磁気的相
互作用および、周囲の磁界強度との相互作用がほとんど
認められないことから、広い範囲に高密度に小片を設置
できるため、効率的に磁界の均一性を改良できる。また
、永久磁石小片の取付は容易である。したがって、ＭＲ
Ｉのような装置の磁界発生装置として最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による均一磁界発生装置の一実施例を示
す縦断面図、 第２図は第１図の磁界発生装置の平面図、第３図は磁界
調整用永久磁石小片の配置例を示す部分側面図、 第４図は、磁界調整用永久磁石小片の配置設計手順の一
例を示すフローチャート、 第５図は磁界調整用永久磁石小片の保持板への固定例を
示す部分断面図、 第６図は磁界調整用永久磁石小片の具体的取付例を示す
部分断面図、 第７図は本発明による均一磁界発生装置の他の実施例を
示す縦断面図、 第８図は第７図磁界発生装置の正面図である。 １〜４．１５〜１８・・・電磁石コイル、５、！９・・
・主磁場の方向、 ６・・・円筒、 ７・・・永久磁石小片、 ８・・・保持板、 ９・・・台座、 １０．１１−・・永久磁石小片の磁化方向、１２・・・
ビス、 １３・・・コイルの保護板、。 １４・・・ボルト。 ／Ｆ−兜日月による石拵、Ｗ４≧生Ｅｌの笑ガ邑使ｊの
５４断面図第１図 第１図ホの石庄茅梵生軌！の平面図 第２図 永久石迄石小片のｒ乙！イ列を示″ｆ図第３図 永久ＸＪ在石小片のイ呆１千級への圓定舒・１１示オ図
永久磁石ホ乃の配這１支計４）・酒の一有１陀示すフロ
ー享ヤード本完明のイ已の寅姥ケ・１のネ従−防面図第
７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数個の電磁石コイルを配置してなる磁界発生装置に
   おいて、磁界調整用永久磁石小片を配置して固定した保
   持板を具え、該保持板を前記電磁石コイルに関連して配
   設したことを特徴とする磁界発生装置。