JPH02184002A - Ｍｒｉ用磁界発生装置 - 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】 利用産業分野 この発明は、対象物の断面イメージを得て組織の性質ま
で描き出すことのできる医療用核磁気共鳴断層撮影装置
（以下ＭＨＩという）等に用いられる永久磁石を使用し
た磁界発生装置に係り、中央に凸状部を有する円板状磁
性体のバルク部と凸状部の外周に磁性薄板と電気絶縁部
材とを交互に積層したラミネート部とからなる磁極片を
有し、ラミネート部に放射状の溝を設け、大きな空隙内
の静磁界強度の均一性を向上させ、かつ傾斜磁界コイル
による渦電流の低減を図ったＭＲＩ用磁界発生装置に関
する。

背景技術 ＭＨＩに用いる磁界発生装置として、第４図に示す如く
、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石を用いた一対の永久磁石構成体（
ＩＸＩ）の各々の一方端に磁極片（２Ｘ２）を固着して
対向させ、他方端を継鉄（３）にて連結し、磁極片（２
Ｘ２）間の空隙（４）内に、静磁界を発生させる構成が
知られている。

磁極片（２Ｘ２）には、空隙（４）内における磁界分布
の均一度を向上させるために、周辺部に環状の突起（５
）を設けてあり、通常、電磁軟鉄、純鉄等の磁性材料を
削り出した板状のバルク（一体物）から構成される。

永久磁石構成体（ＩＸＩ）を磁気的に結合している継鉄
（３）は、特に、被検者への圧迫感の軽減と既設の病院
への搬入を容易にする構成として、一対の長方形板状の
継鉄板を所要空隙を形成して４本の柱状継鉄で結合した
構成のものが多用されている。

各磁極片（２Ｘ２）の近傍に配置される傾斜磁界コイル
（６）は、空隙（４）内の位置情報を得るために、通常
ｘ、　ｙ、　ｚの３方向に対応する３組のコイル群から
なるが、図示においては簡略して記載している。

この傾斜磁界コイル（６）に、パルス電流を印加するこ
とによって短時間で所望方向に傾斜した磁界を発生する
ことができる。

上記構成からなるＭＲＩ用磁界発生装置（以下磁界発生
装置という）において、空隙（４）は被検者の一部また
は全部が挿入できるだけの広さが必要であり、しかも鮮
明な断層イメージを得るためには、通常空隙（４）内の
撮像視野内に０．５〜１０ｋＧでかつ１ｘｌＯ’以下の
精度を有する安定した強力な均一磁界を形成することが
要求される。

従来技術の問題点 第４図に示す如く、従来の磁界発生装置において、傾斜
磁界コイル（６）は、被検体が入る空隙（４）の高さを
高く確保するため、通常、磁極片（２に２）の極近傍に
配置される。

この磁極片（２）は前述した如く板状のバルク、すなわ
ち、一体物から構成されるため、傾斜磁界コイル（６）
にパルス電流を流すと、その電流の立上り、立下がり時
に発生するパルス状の磁界により、磁極片（２Ｘ２）に
渦電流が発生する。

この渦電流は、傾斜磁界コイル（６）にて形成される磁
界と反対方向の磁界を形成するため、傾斜磁界が所定の
強度に達するのに多くの時間を要することになり、必然
的に高速スキャン等の新イメージングテクニックが使用
できなくなり診断時間が長くなる。また、通常において
も画像のぼけの原因になり、診断を妨げる。

かかる時間を短縮するために、容量の大きな電源を用い
る手段もあるが効率が悪く、装置全体のコストを高騰さ
せる要因ともなっていた。

上述の問題を解決する手段として、磁極片として軟質磁
性薄板を一方向に積層してなる平板状の積層体を、その
積層方向が互いに略９０度異なるよう二層に配置一体止
した構成のものを用いた磁界発生装置が提案（特開昭６
１−２０３６０５号）されている。

しかし、上記構成の磁極片は実用面において多くの欠点
を有していることが解った。すなわち、渦電流の発生を
防ぐためには、積層体を構成する軟質磁性薄板を十分に
薄くする必要があり、さらに、実用化するためには２０
００〜３０００枚の軟質磁性薄板を積層する必要がある
。

また、これら軟質磁性薄板を一体化するためには通常エ
ポキシ系接着剤等を用いるが、積層一体止作業は極めて
繁雑なものとなる。

さらに、接着後の機械的強度が乏しいため、装置への組
立作業の際に、磁石による吸引力によって破損しやすい
等の問題があった。

また、前記従来の構成では、渦電流の発生を防ぐ効果は
あるが、その反面、従来のバルク拐（一体物）から構成
される磁極片に比べて空隙内の磁界均一度が低下するこ
とが解った。

他に、磁極片の中央部をバルクとし、周辺部を軟質磁性
材薄板の積層体から構成した磁界発生装置が提案（特開
昭６３−１０５７４５号）されているが、この構成では
磁界強度が高く磁界均一度もすぐれている反面、軟質磁
性材薄板が中央部から外周部までらせん状につながって
おり、２方向の傾斜磁場コイルと同様の形状であるため
、渦電流低減効果が少ない。

また、磁極片を複数に分割した単体磁極の組合せにより
構成した磁界発生装置が提案（特開昭６３−１２９６０
３号）されているが、磁界均一度の低下が著しい問題が
ある。

このように従来のいずれの技術も、磁界均一度の低下な
しに要求される十分な渦電流低減効果を得ることができ
ず、診断時間の短縮とともに、断層イメージの鮮明度向
上、装置の小型軽量化、装置の組立作業の効率化等を達
成することができない。

発明の目的 この発明は、上記現状に鑑み提案するもので、加工、製
造が容易で、かつ空隙内の磁界均一度を低下させること
なく、渦電流の発生を防ぐことができる磁極片を配置し
た磁界発生装置の提供を目的とするものである。

発明の概要 この発明は、磁界発生装置において、空隙に対向する磁
極片を中央に凸状部を有するバルク材で構成し、バルク
部平面上に磁性薄板と電気絶縁部材とを径方向に交互に
積層したラミネート部を設け、さらにラミネート部に放
射状の溝を設けることにより、磁極片の中央部の磁界均
一度を低下させることなく、渦電流防止を可能にし、ま
た加工、製造が容易で、磁極片全体の機械的強度を確保
できることを知見し、この発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、 空隙を形成して対向する一対の永久磁石構成体を継鉄で
磁気的結合し、各永久磁石構成体の空隙対向面に周辺部
に環状突起を有する磁極片を固着し、該空隙に磁界を発
生させるＭＲＩ用磁界発生装置において、 磁極片が、中央に凸状部を有する円板状磁性体からなる
バルク部と、前記凸状部外用のバルク部平面上に設けた
磁性薄板と電気絶縁部材とを径方向に交互に積層したラ
ミネート部とからなり、前記ラミネート部にバルク部中
心から放射状に配置された複数の半径方向の溝を有する
ことを特徴とするＭＲＩ用磁界発生装置である。

また、前記構成において、 磁極片が中央に凸状部を有する円板状磁性体の外周部に
環状突起を形成したバルク部と、中央凸状部と環状突起
との間のバルク部平面上に配置したラミネート部とより
なることを特徴とするＭＲＩ用磁界発生装置である。

発明の構成 この発明において、磁気回路は、空隙を形成して対向す
る一対の永久磁石構成体を継鉄で磁気的結合し、各永久
磁石構成体の空隙対向面に磁極片を固着した構成であれ
ば、いかなる構成であってもよく、永久磁石の磁気特性
、形状寸法、継鉄の形状寸法及び所要空隙の大きさ等に
応じて、例えば、磁極片の中央バルク部径、溝数、磁極
片を構成する磁性板の積層構造の構築手段やその位置等
を適宜選定することが望ましい。

かかる磁気回路に用いる磁石構成体の永久磁石は、フェ
ライト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバルト系磁石が
使用できるが、特に、ＲとしてＮｄやＰｒを中心とする
資源的に豊富な軽希土類を用い、Ｂ、　Ｆｅを主成分と
して３０ＭＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積を示す
、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石を使用することにより、著し
く小型化することができる。

この発明において、磁極片は、永久磁石側に配置される
バルク部と空隙側のラミネート部とから構成され、バル
ク部は、中央部に円形凸状部を有した円板状の電磁軟鉄
、純鉄等の公知の高透磁率磁性材からなり、空隙側とな
るバルク部の中央凸状部の周辺は、けい素鋼板のような
高透磁率薄板と電気絶縁部材の粘着テープをトロイダル
状に巻いた構成のラミネート部となし、ラミネート部に
複数の半径方向の溝を設けた構成となすことにより、こ
の発明の前記目的を達成することができる。

さらに、磁極片において、磁極片の空隙側周辺部に環状
突起を設けた構成、すなわち、第１図に示す如く、ラミ
ネート部の外周部を環状突起となしたり、第３図に示す
如く、バルク部の外周部をラミネート部より突出させて
環状突起となしたり、第２図に示す如く、ラミネート部
の外周部およびバルク部にて環状突起を形成することに
より、磁束を所要空隙に集中させかつ均一度を向上させ
ることができる。

この発明において、電磁軟鉄などのバルク部は、磁気回
路組立時、永久磁石から受ける磁気吸着力により、ラミ
ネート部の破壊を防止する強度部材の機能を有し、組立
作業の効率が向上し、また、永久磁石の特性のばらつき
を緩和して磁束密度の均等化を計ることができる。

特に、中央に凸状部を有する円板状磁性体の外周部に環
状突起を形成したバルク部を用いた場合は、凸状部と環
状突起との間にラミネート部を配置するため、ラミネー
ト部及び溝の形成が極めて容易になる。

磁極片中央部に、磁界の均一度向上を目的に、断面台形
状の凸状突起を設けてもよい。また、磁極片の所要位置
に、磁界の均一度調整を目的に、磁界調整片を着設して
も良い。

バルク部中央の凸状部は、磁界均一度の低下を防ぐため
に不可欠であるが、必要以上に大きく（大径）するとラ
ミネート部が少なくなり、渦電流防止効果が減少するた
め、通常磁極片の径りと凸状部の径ｄとの比ｄ／Ｄを０
．１０〜０．３０程度の範囲で選定する。

バルク部中心から放射状に配置される複数の半径方向の
溝は、ラミネート部を周方向に複数に分割し、隣接する
ラミネート部を電気的に絶縁するもので、通常円板状磁
性体からなるバルク部にラミネート部を形成した後、メ
タルソー、溝フライス等の加工機にて容易に作成できる
。また、略扇形に構成したラミネート部材を所定の間隙
（溝）を形成してエポキシ系接着剤等にて固着しても良
い。

前記の溝の本数は、渦電流防止効果の観点がらは増える
程好ましいが、加工性、機械強度等を考慮すると、通常
１〜４ｍｍ程度の幅を有する溝を２本〜１６本程度設け
るのが好ましい。

また、環状突起部がバルクの場合は、必ずしも該環状突
起部まで溝を延長する必要はないが、加工性等を考慮し
て決定するのが好ましい。

発明の好ましい実施態様 第１図ａはこの発明の一実施例を示す磁界発生装置の縦
断面図であり、ｂ図は磁極片の上面図である。

第２図ａ、ｂ、第３図ａ、ｂは各々この発明による磁極
片を示す平面図とａ図Ｂ−Ｂ縦断説明図である。

この発明による磁界発生装置は、第１図に示す如く、一
対の永久磁石構成体（ＩＸＩ）の各々の一方端に磁極片
（ＩＯＸＩＯ）を固着して対向させ、他方端を継鉄（３
）にて連結し、磁極片（ＩＯＸＩＯ）間の空隙（４）内
に、静磁界を発生させる構成である。

なお、上下の継鉄をつなぐための側面の継鉄部を、４本
の円柱とすることにより側面からも内部に接近できる構
成とすることができる。また、上下の継鉄の形状につい
ては、奥行きＬと幅Ｗとの比率Ｗ／Ｌを、１．５〜２．
５程度と奥行きを浅くした長方形板とすることにより、
被検者への圧迫感の軽減と既設の病院への搬入の容易化
を計ることができる。

構成１ 一対の磁極片（ＩＯＸＩＯ）は、中央に凸状部（１２）
を有する円板状磁性体からなるバルク部（１１）と、前
記凸状部（１２）外周のバルク部（１１）平面上に、磁
性薄板のけい素鋼板と電気絶縁部月の接着剤とを交互に
渦巻状に積層したラミネート部（１３）とからなる。

また、磁極片（１０）の周辺部、すなわち、ラミネート
部（１３）の外周部側の高さを他より高くして、磁束を
所要空隙に集中させかつ均一度を向上させるための環状
突起部（１４ンを形成している。磁極片（１０）の周辺
までラミネート構造のため、磁極片（工０）周辺部から
の漏洩磁束が低減され、空隙内の磁界強度向上に寄与す
る。

さらに、ラミネート部（１３）は、凸状部（１２）の中
心から放射状に配置された複数、図では８本の半径方向
の溝（１５）にて分割されている。

通常、渦電流は傾斜磁界コイル（６）と対向する磁極片
（ＩＯＸＩＯ）表面（空隙対向面）近傍に発生するが、
図示の如く、傾斜磁界コイル（６）と対向する表面は溝
（１５）にて複数に分割され、実質的に隣接する表面部
分は互いに電気的に絶縁されるため、渦電流の発生を防
止することができる。

また、中央の凸状部（１２）は平坦面となっており、空
隙（４）内に均一に磁束を発生することができるため、
空隙（４）内の磁界均一度の低下を招くことがない。

さらに、バルク部（１１）は一体物にて形成されるため
取扱いが容易で、しかも機械的強度も十分確保できる。

また、必要に応じて、凸状部を別部材にて形成し、円板
状のバルク部の中央に固着して図示するバルク部（１１
）と同様に構成するのもよい 構成２ 第２図に示す磁極片（２０）は、所要厚みの円板状高透
磁率磁性材の中央部と外周部以外をラミネート構造とし
たもので、詳述すると、円板状のバルク部（２１）は機
械加工にて、上面に中央の円形凸状部（２２）と外周の
環状突起部（２３）を残す円周溝を設けてあり、凸状部
（２２）と環状突起部（２３）間の平坦部に前述したラ
ミネート部（２４）を配置して磁極片を構成している。

また、ラミネート部（２４）の外周部側の高さを他より
高くして、前記バルク部（２１）の環状突起部（２３）
とともに断面台形状の環状突起を形成している。

さらに、ラミネート部（２４）は、凸状部（２２）の中
心から放射状に配置された８本の半径方向の溝（２５）
にて分割されている。

また、前記環状突起部（２３）のみを一体物にて作成し
、中央に凸状部を有する円板状磁性体の外周部に載置し
て一体化しても第２図に示すバルク部（２１）と同構成
を得ることができる。

第２図に示す磁極片（２０）は、傾斜磁界コイルが近接
する環状突起の傾斜部（内周面）もラミネート構造とし
ているため、効果的な渦電流低減が可能となる。また、
環状突起部（２３）がバルクにて構成されるため、凸状
部との相乗効果により磁界均一度の低下を低減できる。

さらに、ラミネート部（２４）が凸状部（２２）と環状
突起部（２３）の間に位置するため、機械的強度に富み
、特に、凸状部（２２）と環状突起部（２３）の間にラ
ミネート部（２４）を配置した後、溝加工ができるため
、溝加工時のラミネート部（２４）の破損等を懸念する
必要がなく製作が容易となる。

構成３ 第３図に示す磁極片（３０）は、第２図に示す磁極片（
２０）と同様、所要厚みの円板状高透磁率磁性材の中央
部と外周部以外をラミネート構造としたもので、円板状
のバルク部（３１）は中央の円形凸状部（３２）と外周
の環状突起部（３３）を残す円周溝を設けてあり、凸状
部（３２）と環状突起部（３３）間の平坦部に前述した
ラミネート部（３４）を配置してあり、特に、前記バル
ク部のみで磁界均一度向上のための断面台形状の環状突
起を形成している。

従って、ラミネート部（３４）は単純な円板状となり形
成が極めて容易となり、また凸状部（２２）の中心から
放射状に配置された８本の半径方向の溝（３５）にて分
割されている。

また、前記環状突起部（３３）のみを一体物にて作成し
、中央に凸状部を有する円板状磁性体の外周部に載置し
て一体化しても第３図に示ずバルク部（３１）と同構成
を得ることができる。

かかる構成では、ラミネート部（３４）が少なくなるだ
け、渦電流低減効果は低下するが環状突起部（３３）全
体がバルクにて構成されるため、磁界均一度の低下を低
減できる。また、機械的強度、溝加工等においては第２
図の構成と同様の効果を有する。

発明の効果 この発明の構成とすることにより、 ■複数の溝にて分割されたラミネート部を所要配置する
ことにより渦電流低減を実現し、傾斜磁界コイルの立ち
上がり特性を向上させ、短時間での診断を可能とする。

■バルクからなる磁極片の中央に位置する凸状部及び環
状突起の相乗効果により磁界均一度の低下を招くことな
く、鮮明な断層イメージを得ることができる。

■ラミネート部がバルク部平面上に配置されるため、機
械的強度が大きく、機械加工、組立作業等を効率的に行
うことができ、実用面においてすぐれた効果を有する。

実施例 肋土 第１図と同様構成の磁界発生装置に、（ＢＨ）ｍａｘ３
５ＭＧＱｅを有するＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石を用い、磁
極片の中央部（凸状部）以外を全てラミネート構造とし
た磁極片を用い、周縁部（ラミネート部）に環状突起を
設けた一対の磁極片間距離５００ｍｍに設定し、空隙内
の磁界及び渦電流低減効果を測定した。

磁極片の構成は下記のとおりである。

磁極片 全体の直径；１１００ｍｍ（ラミネート部の外径；１１
０軸血）、　環状突起の内径；８４０ｍｍ、凸状部の外
径；２００ｍｍ ラミネート部の構成 高透磁率磁性薄板（けい素鋼ｔｒｙｉ）の厚み；０．３
５ｍｍ、 電気絶縁部利（粘着テープ）の厚み；０．０１ｍｍ溝の
数；８本（幅３ｍｍ） 測定結果 磁界均一度；２００ｐｐｍ、磁界強度；２．０ｋＧ（但
し、空隙中心から半径１７５ｍｍ内の計測空間での測定
値；以下同様） 渦電流低減効果 第４図に示す全てバルクの場合において、渦電流による
損失は３０％程度であるのに対して、実施例１の場合は
８％以下となった。

実施例２ 実施例１で用いた磁界発生装置の構成において、磁極片
の構成を第２図と同様に、磁極片の中央部（凸状部）と
環状突起の上面平坦部以外をラミネート構造となし、空
隙内の磁界及び渦電流低減効果を測定した。なお、磁極
片全体の寸法、ラミネート構造、材質などは実施例１と
同一条件とした。ただし、磁極片ラミネート部の外径は
９８０ｍｍである。

測定結果 磁界均一度；６０ｐｐｍ、磁界強度；２．ＯｋＧ渦電流
低減効果 第４図に示す全てバルクの場合において、渦電流による
損失は３０％程度であるのに対して、実施例２の場合は
１０％以下となった。

実施例３ 実施例１で用いた磁界発生装置の構成において、磁極片
の構成を第３図と同様に、磁極片の中央部（凸状部）と
環状突起全体以外をラミネート構造となし、空隙内の磁
界及び渦電流低減効果を測定した。なお、磁極片全体の
寸法、ラミネート構造、材質などは実施例１と同一条件
とした。ただし、磁極片ラミネート部の外径は８４０ｍ
ｍである。

測定結果 磁界均一度；４０ｐｐｍ、磁界強度；２．ＯｋＧ渦電流
低減効果 第４図に示す全てバルクの場合において、渦電流による
損失は３０％程度であるのに対して、実施例３の場合は
１３％以下となった。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはこの発明の一実施例を示す磁界発生装置の縦
断面図であり、ｂ図は磁極片の上面図である。 第２図ａ、ｂ、第３図ａ、ｂは各々この発明による磁極
片を示す平面図とａ図Ｂ−Ｂ縦断説明図である。 第４図は従来の磁界発生装置の縦断説明図である。 １・・・永久磁石構成体、２，１０，２０，３０・・・
磁極片、３・・・継鉄、４・・・空隙、５，１４，２３
．３３・・・環状突起部、６・・・傾斜磁界コイル、１
１，２１．３１・・・バルク部、１２．２２．３２・・
・凸状部、１３，２４．３４・・・ラミネート部、１５
．２５．３５・・・溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙を形成して対向する一対の永久磁石構成体を継鉄で
   磁気的結合し、各永久磁石構成体の空隙対向面に周辺部
   に環状突起を有する磁極片を固着し、該空隙に磁界を発
   生させるＭＲＩ用磁界発生装置において、 磁極片が、中央に凸状部を有する円板状磁性体からなる
   バルク部と、前記凸状部外周のバルク部平面上に設けた
   磁性薄板と電気絶縁部材とを径方向に交互に積層したラ
   ミネート部とからなり、前記ラミネート部にバルク部中
   心から放射状に配置された複数の半径方向の溝を有する
   ことを特徴とするＭＲＩ用磁界発生装置。 ２ 磁極片が中央に凸状部を有する円板状磁性体の外周部に
   環状突起を形成したバルク部と、中央凸状部と環状突起
   との間のバルク部平面上に配置したラミネート部とより
   なることを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ用磁界発生
   装置。