JPH02500685A - 永久磁石を用いる円筒形ｎｍｒバイアス磁石装置とそのための方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 永久磁石を用いる円筒形ＮＭＲバイアスるヨ石装置とそのための方法 え豆二！Ｊ 本発明は核磁気共０３（ＮＭＲ）応用分野で使用される円筒形バイアス磁場発生 に間し、特に永久ＥＢ万を用いる円筒形ＮＭＲバイアスるｔｉｘ装置とそのため の方法に関するものである。

医学および生物学上の目的での映像化技術としての核磁気共鳴の多くの利点はよ く知られている。従来のＮＭＲ映像化系は試料材料中の核の核磁気モーメントを 印加る磁場に平行および逆平行に巳列し、しかも逆平行位置の磁気モーメントを 若干多く配列することを促。

進するため強力で均一の磁場発生用バイアス磁τを必要とする。平行から摂動す るときは、プロトンの磁気モーメント（スピン）は印加磁場に比例する周波数で Ｊａ差運勧する０歳差運動の周波数は共振周波と呼ばれる。スピンは主磁場に垂 直な磁場を作る高Ｊ１３波コイルによって平行が交替する。高周波磁場はスピン の共振周＠数で交替する。

空間局在化は位置で変化する′Ｅ！ｉｉＪ％を作るのに用いられる勾配コイルに より達成される。試料プロトンは印加磁場に比例するｒ＠＠数で共振するので、 該プロトンを位置に比例するｒ＠＠数で共振させる。このようにして、各スピン の空間位置をその共振周波数により決定する。

高周波受信器を用いてｉ差運動する磁気モーメントにより発信した信号を検知し 、コンピューター系を月いて該信号を周波数分析して最終像を作る。更に、平衡 位置へのスピン復帰に関連する緩和時間を検知してａＲＡコントラストを作る。

隣接スピンによって生じた磁場による回復不能の移相と関連する信号崩壊時間定 数を検知することにより追加組織コントラストが与えられる。

ＮＭＲ応月分野でのバイアス磁場発生に用いられる磁石系は主として１〜５キロ ガウスの範囲の実質的磁場を発生することが要求され、この石磁場は試験試料が 配置される空間全体に高度に均一でなければならない、ヒトが検体であり、ＮＭ Ｒ系がこの検体の任恩の部分に連合させる必要があるときは、該バイアスる磁場 は比較的大きな穴部を横断して発生させ、案質的期間均−に持続しなければなら ない。

上記のことから、バイアス磁場発生の目的に用いられる磁気回路は比較的大規模 で、高価な磁気回路によってはじめて解決されるむしろ面倒な要件に左右される ことが判る。もともと利用分野が大きいことにより好ましい一つの手段はバイア ス磁場発生用のいわゆる超伝導磁石を用いることである。ここでは用いる現実の 磁気構造は大きさと重量とでは妥当であるが、低温装置に関連する運転費用とそ の保守費用とは高くなる傾向にあった。更に少なくとも若干の事例ではこれによ り生ずる広い隣接分野が直接には危険ではないが、極めて不利であることが判っ た。

永久磁石を用いる磁気回路は低温系と関連する運転上の欠陥や保守費用に左右さ れないのが更に望ましかった。しかし、ここでは、最終的な磁気回路は大規模に なる傾向があり、その位置を大きく制限するという特徴を示すことがあり、更に は用いる磁性材料が多量で、しかも従来の磁性材料で得られる磁場強度は有限で あるため製造上適度に高価であった。更に、大規模の磁気構造を月いても、高価 な希土類合金磁性材料を用いることが多くの場合所要の磁場強度を得るのに必要 であった。

ヒトの検体に連合する充分に大きな穴部形状でＮＭＲバイアス磁場を作るのに用 いる永久磁石集合体を開発するのに実質的な設計上の努力がなされてきた０例え ば、イー、アイ、デニボン、デ・ネムーア社に譲渡された、り一等、グルツクス ターン等の１９８５年２月５日、１９８６年４月１日に発行されたそれぞれの米 国特許纂４，４９８，０４８号、ｙ、４．ｓａｏ、。

９８号は複数のカラー、またはリングから成り、それぞれのリングは永久磁石材 料かに成る双極子磁石の形をとる永久磁石バイアス系を開示している。各リング 、またはカラーは永久磁石材料の正確に配置された弧状部片から成り、各弧状部 片は台形弧状部片に形成された希土類合金、フェライト・セラミック材料等から 成る多数の永久磁石煉瓦から形成されている。一端形成された弧状部片はその異 方性磁気軸が式ａｘ２φに従りて各リング、またはカラー中に配列するよう配置 する６文中φは弧状部片の半径方向対称線と形成された双極子リング磁石のＸ軸 との角度、ａは弧状部片の異方性軸と前記軸との角度である。各弧状部片はその 形成後磁化される１次いで、弧状部片はカラーまたはリング内に配置して、完全 なリングまたはカラーを形成させる。弧状部分は再３置法により調整してホール 効果試験等で測定した双極子磁場中の不均一を除去する。

マサチューセッツ州アクションのフィールド・エフェクツ社に譲渡したグルツク スターン等の１９８５年８月２７日に発行された米国特許５４，５３８，１３０ 号に記載の明らかに改良された構造でも永久磁石から形成されたリング構造が開 示されている。しかし、ここではリング弧状部片は既に磁化した４ブロツクの磁 性材料から形成されている。ブロックの異方性磁化軸の配列は双極子リングがこ こでも米国特許第４．４９８．０４８号、’ｊｉｂ４．５８０．０９８号に記載 されたのと同じ方法で各弧状部片の異方性軸を配置して形成されるようになって いる。リングが形成されると、不均一を減少させるための調整がここでも行われ る。

米国特許第４．５３８，１３０号に記載された構造は前記のものに比べて実質的 にｊｉｌ−純化されているが、異方性軸が適切に配列されたブロックを得るのに 用いる機械加工は極めて労働集約的であり、極めて高価な構造となる。

ＮＭＲｚ用分野への永久磁石バイアス集合体での更に改良したものが二ニーヨー ク州ニューヨークのニー、ニス、フィリップ社に譲渡したベインージルストラの １９８７年１月２７日に発行された米国特許第４．６３９，６７３号に記載され ており、ここでは、リング型の構造が再び開示されており、永久磁石弧状部片は リングの周囲に配置され、式ａ＝２φに従つて配列される。しかし、各弧状部片 は磁気棒が中に配置されたホルダーの形状をとるものとして開示されている。ま た、断面が円筒形弧状部片の形状の棒を用いてもよい。

米国特許第４．６３９．６７３号に記載の構造はこれまでのものに較べてここで も単純化されており、材料の不連続性、？ＥｔＡ波等と関連した磁場不均一性を 回避または減少される微調整工程において永久磁石材料の棒をそのスリーブ内で 、またはハウジング内で回転できるという利点がある。しかし、ここでもこの構 造により必要とされる磁性材料の機械加工により磁性材料のコストが材料原価と 比べて４〜１０の乗数となる。

前記の双極子磁気構造はいずれもＮＭＲ応用分野に還した大会部形状と比較的効 宗的な方法で磁性Ｕ料を用いることができる磁気バイアス集合体を提供するもの であるが、その製造費用は用いる構造が比較的複雑で、大量の機械加工が必要で あり、また、念入りな組立工程を必要とするため極めて高いものとなる。更には 各構造は弐ａｗ２φに従い高ε場均−性を達成する方法で組立てられ、次いで微 調整を行りて組立誤差、材料不連続性、高調波等に関連した磁場での測定不連続 性を減少させるが、これらの構造は望ましくない高ｍ＠の存在を減少させるのに 有用な付加高調波を導入する場合、！Ｉｌ整能大能力られてしまう、更に、これ らの設計のいずれもそのる磁場要件と組立てる磁性回路のため希土類合金のよう な極めて高価な磁性材料を少なくとも暗に好ましいものとしていると考えられる 。従って、機械加工費用を考處すると用いる磁性材料に関連する費用がｓ、ｏｏ ｏ〜１０，０００ボンドの材料を使用するとポンド当り５０ドルになることはま れではない。

東三四口ｉ夏 従って、本発明の主目的は永久磁石を用いる改良ＮＭＲバイアス磁石装置とその ための方法を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、用いた磁石構造の機械加工を殆ど必要としない永久 磁石使用のＮＭＲバイアス磁石装置を形成する個々のスリーブの円筒形集合体と 、そのための方？：、をキ昆イ共することにある。

本発明の更にもう一つの目的は永久磁石構造の方位角を最適化し、他の高調波の 存在を減少させるのに有用な高調波を導入して磁場不連続性を減少する調整がで きる永久磁石を用いるＮＭＲバイアス磁石装置を提供することにある。

本発明の別の目的は円形断面とは別の断面の大穴形の磁石集合体が形成されてい る、永久磁石を用いるＮＭＲバイアスＥ：ｌ！石装！と、そのための方ン去を捏 イ共することにある。

本発明の更に別の目的はいろいろな空間配列の均一磁場が軸方向に（ヨ気不連続 性を選択的に導入して設計された永久磁石を用いるＮＭＲバイアス磁石装置とそ のための方法を提供することにある。

本発明の別の目的は非伝４性支持休鴇造を利用する、永久磁石を用いるＮＭＲバ イアス磁石装置と、そのための方法を提供することにある。

本発明のこの他のいろいろな目的と利点はいくつかの実施態様についての下証の 詳細な説明で明らかにし、断規な＠徴は特にここに添付の請求項に関連して特に 指摘される。

本発明の教示によれば、永久磁石を用いるＮＭＲバイアス磁石装置とこのための 方法が提供され、ここでは複数の回転可能な絶縁スリーブが円筒のような曲線で 囲まれた断面を育する支持体構造の周縁の周囲に配置され、複数の該絶縁スリー ブの各々はａ＝２φに対応する方位角で配列した異方性磁化軸を有する永久磁石 材料のスラグを形成するため集めた一山のスラブで充填されており、各スリーブ 内のスラブの長さは方形対称が維持される限り変えてもよく、各スラブの充填さ れる方法は任意でよい。

図面の簡単な説明 説明を添付図面と共に参照するこによって、より明確に理解されるであろう。こ の図面において、第１図は本発明の教えるところに従った永久磁石利用円筒状Ｎ ＭＲバイアスマグネット装置の具体例の概略的斜視図：兎２図は第１図示の具体 例の正面図二第３図は本発明に従フて絶縁スリーブ中に単一のスラグとして搭載 される永久磁石スラブのその搭載方法を示す図；第４Ａ図〜第４Ｅ図は絶縁スリ ーブ中に永久磁石スラブを搭載する時に永久磁石スラブの長さ寸法を変えること のできる様々な方法を示したものであり、その内第４Ａ図はすべてのスラブを完 全に単一のスラグとして互いにｔＡ節した場合を示し、Ｍ４Ｂ図は、スラグが個 別に調整された状態の纂一の配列を、Ｍ４Ｃ図はスラグが個別に調整された状態 の算二の配列をそれぞれ示した図；第５図は本発明に従った永久磁石利用の円筒 状ＮＭＲバイアスマグネット装置の他の具体例における正面図の１つの象限を示 した図である。

鉦１ビｄｌ里 二で図面、特に第１．２図を参照すると、そこにはそれぞれ本発明に係る永久磁 石利用円筒状ＮＭＲバイアスマグネット装置の具体例の斜視図と正面図が示され ている。蔦１，２図中に参照符号２で総体的に示されている円筒状ＮＭＲバイア スマグネット装置は一対の離間された支持板４．５を両端に持ち、必要な場合に はその中間に参照符号６で示したような付随的な支持板を有している。複数のプ ラスチック製スリーブ７〜２２が支持板に設けた整合された穴にそれぞれさし込 まれている．プラスチック製スリーブの各々には複数個の長方形永久磁石材料ス ラブ３４〜４１がそれぞれ充填されている。これらスラブは互いに積み重ねられ 接合されて単一のスラグ（ｓｌｕｇ）を構成し、そのスラグが各スリーブ内に挿 置されている。これらスリーブは互いに接触していることが好ましく、スリーブ は相互に接着されているのみならず支持板とも接着されている．支持板は、ファ イバーグラスエポキシ樹脂（Ｅ−グラスとエポキシ樹脂）で作ることができ、例 えばその中に人体試料を収容するための、直径がほぼ３３、’５４３インチであ る中心穴４４を備えている。

複数のスリーブの外周は、例えば直径が４９．８０３インチになるようにするこ とができる．スリーブはほぼ６フイートの長さ寸法をもつものであっても差支え ない．ファイバーグラスとエポキシ樹脂材料が望ましいが、非伝導性で、それ故 、過ｉｉ流の発生を防止するものである限り、他の材料を同様に用いることがで きる。支持板４〜６は典型的には３／４インチ×５４×６０もしくは７２インチ の形状をとるものであってもよい。

第１．２図示の如く、複数のプラスチック製スリーブ９〜２２は板４〜６で支持 されて完全な円筒状のリングを形成するよう支持板４〜６に取付けられている。

各プラスチック製スリーブは、設計上の要望に合せるよう変更することができる が、典型的には７．９５インチの直径と０．０９０の壁厚を有している。プラス チック製のスリーブは同様Ｅーグラスとエポキシ樹脂等の如きファイバーグラス ・エポキシ樹脂材料で形成することができ、あるいは、その代りに強固で非伝導 特性を発揮するポリウレタン、あるいは、その他のプラスチック材料を採用する こともできる．Ｅ−グラスとエポキシ樹脂を採用する場合には、プラスチック製 のスリーブ９〜２２の壁厚は約０．０９インチであり、また各ブラスッチ製スリ ーブの長さは略６フイートであり、それ故装置の全長にわたって延在している。

スリーブには、それぞれ個々にスラグを形成する多数のスラブが充填されている ．そしてスリーブは支持板４〜６の整合された穴に挿入される．この開示の結果 としてより明確になる如く複数のプラスチック製スリーブ７〜２２の各々は後の 調整のために支持板４〜６の整合された穴内で回転することができる．回転方向 の所定位置にスリーブを定置させるや否や、エポキシ樹脂又はその他の材料でス リーブを互いに更に支持板とも接着させることができ、それ故スリーブはもはや 動かなくなる。

算１区と算２図に概略的に、そして第３図にプラスチック製スリーブ９に関して より詳細に示した如く複数のプラスチック製スリーブ７〜２２の各々には複数個 の長方形永久るヨ石材料スラブ３４〜４１が充填されている。Ｈｌ．２．３図示 の複数個の長方形永久磁石材料スラブ３４〜４１の各々は、非伝導性で、ほんの １インチ程度の厚さと様々な幅と長さを持つ長方形スラブの形で用いることので きる一般に入手可能なフェライトセラミック材料の形をとるのが好ましい．その ような長方形のフェライトセラミック材料スラブはすでに異方性の磁化軸に沿り て方向づけられており、その磁化軸は纂２．３区示の矢印で概略的に示した如く 厚さ方向に表われている。これらスラブを例えばエポキシ樹脂で互いに接合して 阜−のスラグを形成する。

その後、典型的にはこのスラグを大きな磁界内に置いて磁気方位の方向に沿フて 磁化させる．そして、このスラグをスリーブ内に挿置する．スリーブ内に挿置し た後に、このスラグを同様に磁化させることもできることば理解されるべきであ る。

非伝導性で、好ましい軸に沿ってかなりのＭＭＦを生じさせるものである限り、 フェライトセラミック以外の材料、例えば希土類合金を採用することができるが 、フェライトセラミック材料スラブの方が好ましい。そのように断言できるのは すでに形成され方向づけられなフェライトセラミックスラブが極めて８個（ボン ド当りほぼ１ドル）で入手することができるのに対し、形成・方向づけ・加工コ ストを考慮に入れてサマリウム・コバルト（ｓａｍｍａｒｉｕｍ　ｃｏｂａｌｔ ）　、ネオジム′ホウ素９鉄（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ　ｂｏｒｏｎ　１ｒｏｎ）等 の如き材料を用いると最終的なコストがボンド当り５０ドルを越えてしまうから である。こうして本発明においては、予め形成されたフェライトセラミック製の 長方形永久磁石材料スラブを、第１〜３図に関連して示されるように、所望幅、 所望長さに切断するという加工を加えただけで複数のプラスチック製スリーブ７ 〜２２内に充填できるような形で入手することができ、幅と長さは使用に便利で 有用であるようにしばしば規格化されていることもある。

第３図示の如く、８枚の長方形永久磁石材料スラブ３４〜４１が複数のプラスチ ック製スリーブ７〜２２の各々内に配置され、これらスラブは厚さ方向のそれら の方位が援助関係をもち、最終的なプラスチック製スリーブの磁気特性に相応し た磁気方位の軸を提供するだめの付随的な加工を必要とすることなく各長方形ス ラブの厚さ軸に沿って配置されるようにして各スリーブ内に配置されている。第 ２図においては、プラスチックスリーブ９〜１４に関して山積みされた８枚の長 方形スラブを示し、一方、残りのスリーブについては、スラブが充填され方位合 せされたスリーブの異方性の磁気方向軸を指し示す矢印のみを示した。さらに、 東３図に詳細に示した如く、各長方形スラブの厚さはわずか１インチ程度のもの であるので、各プラスチック製スリーブには山積みされた８枚のスラブが充填さ れており、そのうちの４枚（３６〜３９）は広幅で、すなわちプレスチック製ス リーブに収容できる最大の広さに近く、一方、その中心に積み重ねられたスラブ 群の両側上にそれぞれ積み重ねられた残りの２枚の長方形スラブ３４，３５，４ ０．４１はスリーブの寸法と適合させるように牙干狭幅になっている。第３図示 の配列を考察することによりて、スリーブに充填されたスラブの山がスリーブ自 体内でクワトレーチャ一対称（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｓｙｍｍｅｔｒｙ　）に なっていることが理解される。

第２図°又は第３図には示されていないが、プラスチック製スリーブ９の一部分 は、長方形の永久磁石材料スラブでふさがれておらず、その部分には山積みされ た長方形のスラブ３４〜４１の各々をそのプラスチック製スリーブ内の所定位置 に定置させるべくプラスチックやファイバーグラスニボキシ樹脂等の非伝導性。

非磁性充填材料が充填される。

複数のプラスチック製スリーブ７〜２２の各々内のスラグの数や幅は同一である 必要はなく、すなわち複数のスリーブ７〜２２の各々に関して同一である必要は ないことであるが、２つの設計上の要因（ｄｅｓｉｇｎＰａｒａｍｅｔｅｒｓ） が重要なものとみなされ、それ故、この要因を当該技術分野においける通常、の 技術を有する者に紹介する。その第一は、プラスチック製スリーブにできるだけ 多くの磁性材料を充填することである。従って、使用するスラグの数や幅寸法に ついては、遠度に利用することができるプラスチック製スリーブの内部空間を最 大限に利用するべく選択されるべきである。その第二は本発明により組み立てら れた装！がクワトレーチャ一対称を呈するものであることである。

従って、スリーブに用いる磁性材料の内部配列がスリーブ相互間で様々となる各 象限ごとスリーブの間で変えてクワトレーチャ一対称が達成されると、兎２図に 示す結果として作られた円筒状バイアスマグネチック装置は同様の特性を持つ、 このように一旦、プラスチツキ製スリーブ９に特定の内部配列が選択されると、 その内部配列をプラスチック製スリーブ１３．１７゜２１に同様に再現すべきで ある。同様の要件をスリーブ１０，１４．１８．２２のグループ、スリーブ】１ ．１５，１９．７のグループ、スリーブ１２．１６゜２０．８のグループ内の各 スリーブに対して同様に通用する。このことは、長方形の磁性スラブ３４〜４１ の各々の長さについても同様に連用され、この長さは以下で理解される如く、磁 気配列の三次元的ＲＷｒのために種々のプラスチック製スリーブ間の各プラスチ ック製スリーブ内と同様にスリーブごとに意図的に変更することができ、そこで は高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　）を他の高調波の現われるのを減らす過程で利 用できるように意図的に取入れることができる。

こうして、例えば第４Ａ図〜％４Ｅ図に示されるように、プラスチック製スリー ブ各々には、一致した厚さの８枚の長方形永久磁Ｅ材料のスラブを充填すること ができる。然しながら、長方形スラブの各々の長さについては、プラスチック製 スリーブが対称性を示すと共に、長さ方向の磁気特性が各象限（ｑｕａｄｒａｎ ｔ）内における異なったプラスチック製スリーブについて様々となるように変え ることができる。

こうして、例えば第４図示の如く、プラスチック製スリーブ９は互いに積み重ね られて隼−のスラグ４２を構成しているスラブ３４〜４１を有している。そのス ラグ４２をスリーブ１６内に第一の長さ４３ａに及ぶように挿入する。次にスペ ーサ４５を挿入しその後に別の長さのスラグ４２ｂを長さ４３ｂに及ふように挿 入する。スリーブ９は夫々スペーサーで仕切られた多様な長さのスラグを持つも のであっても差支えない、スペーサーは何らかの非伝導性、非磁性材料製のもの であればよく、すなわちそれは車にからの空間と同じである。％４Ａ図示の配列 においては、スリーブ中でスラブの山すなわちスラグはその端末で平らになって いる。各スリーブは、その中のスラグやスペーサーの軸方向の長さや位置がスリ ーブごとに異なっているという点において他のスリーブと異なる。あるスリーブ 中のスラグの端末平面位置は、次のスリーブ中のスラグの端末と異なフている。

同様にスリーブ中のスペーサーの厚さもスリーブごとに変えても差支えない、し かし、クワトレーチャ一対称を維持するために、ある象限中のスリーブは他の象 限中のスリーブと全く同じである。

Ｍ４Ａ区において、スペーサー材５１が、スラグの充填されていないスリーブ９ の全周の軸方向の隙間を充填するのに用いられている。そのようなスペーサー材 は一面に充填する必要はないが、相対向した直径方向の両端にのみ用いればよい 。

Ｍ４Ｂ図、￥Ｓ４０図は異なったスラグの配列をした２つのスリーブフ、８を示 したものである。スリーブ７においてはスラグ片９０〜９４がスペーサー片９５ 〜９８で仕切られている。スリーブ８においては、スラグ片１０１〜１０５がス ペーサー片１０６〜１０９で仕切られている。各スラグ片は端まで平坦となって いることが分る。然しなが、ら、１つのスリーブ中のその配列は他のスリーブと 異なっている。また、スペーサーの厚さも変えることができる。

３ｊＫ４Ｄ図、第４Ｅ図は、長方形の永久磁石材料のスラブを絶縁スリーブ９． １０内に嵌め込む場合に、そのスラブの長さ方向の大きさを変えることができる 別の方法を示したものである０例えば、ｆｉ４Ｄ図中においては、積み重なった 長方形スラブ３４〜４１０回りをスペーサ材５１が取り囲んでいる状態のスリー ブ９が示されている。長方形スラブ３４〜４１の長さは、他の高調波が表われる のを抑えるのに用いることのできる種々の高調波を取り入れることを達成するそ の長さ方向にｌｔＪ場変動をもたらすべく変えられている。選択された長さ寸法 は対称になるように調整されている。従って、長方形の部品３７．３８は、スペ ーサー５３．５４でそれぞれ仕切られた２個の片にて構成されており、これらス ペーサーは充填材５１と同じ材料で作ることができ、それ故、それらスペーサー は非伝導性、非磁性材料であるプラスチックやその他の好ましい充填材料で作ら れているゎ同様に、その対称的な積み重ねと調和して長方形の部品３６．３９は それぞれスペーサー５５〜５８で仕切られた等しい長さで等しく配置された３つ の永久磁石材料スラブにて構成されている。

同様のことが、長方形スラブ３５．４０についても行われ、これらスラブ３５． ４０はスペーサー６０〜６５で仕切られた４つのスラブ部品にて構成されている 。長方形部品３４．４１によって積み重ねられた部品の山が完成し、これら長方 形部品３４．４１は等しい長さで等しい位置でスペーサー６６〜６９で仕切られ た３つの素子にて構成されている。従フて、当該技術における通常の知識を有す る者はスラブ３４〜４１の各々が異なってもスリーブ内の長方形の永久磁石スラ ブの山が対称であることが判るであろう、更に、算１図、第２図で示した円筒状 のＮＭＲバイアスマグネット装置全体内でもクワトレーチャ一対称が要求される ので、たとえ異なった配列が象限内の残りのプラスチック製スリーブについて採 用されたとしても、プラスチック製スリーブ９についてＭＪＤ図に示した配列は 、同様にプラスチック製スリーブ１３，１７．２１にも採用される。

スリーブ１０についてそのような異なフた配列が第４Ｅ図に示されている。算４ Ｅ図においては、長方形のスラブ７２〜７９が矢印８１で示されているように、 同様の磁気方向を持つように積み重ねられ、スリーブ９においける長さの変更は 異なるが、依然として対称的な積み重なりを提供している素子７２〜７９の長さ の変更を持つように示されている。従って、図示した如く、長方形のスラブ７２ ．７９は夫々スペーサ＝８３〜８８によって等しい位置で仕切られた３つの素子 にて成り、プラスチック製スリーブ１０の内のこれらの素子は環状スペーサー８ ９によフてスリーブより離間されている。同様の対称的な配列が長方形スラブ７ ３〜７８についても明確に示されており、それ故、第４Ｄ図示の配列とは異なっ た対称的な配列が得られる。プラスチック製スリーブ１０についての第４Ｄ図示 の配列はプラスチック製スリーブ１０．１４゜１８．２２に関して採用され、こ れにより当該技術における通常の知識を有する者に広く知られているように、こ のシステムの中にもたらされる磁気ハーモニプラスの減少を保証するクワトレー チャ一対称を確保することができる。スペーサーはちょうどからの空間に相当す るものと認識すべきである。

蕊で、第２図にもどって説明すると、複数のプラスチック製スリーブ７〜２２の 各々には矢印で示した如く、磁気方位の異方性の軸に沿って援助関係をもって整 合された長方形の永久磁石材料スラブが充填されていることが分るであろう。更 に、各垂直方間への最大で均一な磁化を確保するための公式ａ＝２φに従りて各 プラスチック製スリーブの磁気方位を整合させるべく、各プラスチック製スリー ブを回転させる。芸で、第２図示の如くａすなわち方位角はＸ軸と磁気方位の方 向との間の角度でφはプラスチック製スリーブの円柱材料である。加えて、当該 技術分野における通常の知識を有する者によって容品に理解される如く、プラス ・マイナスπ／２の条件が第１．２図示の例について適切な垂直の磁化を確保す るべく加えられる。このことは、第１．２図示の本発明の具体例においてスリー ブ７〜２２の各々に関する磁化方位の異方性の軸が長方形の永久磁石材料スラブ ３４〜４１の厚さ方向にあるので簡単に達成できる。

永久磁石を用いた円筒状ＮＭＲバイアスマグネット装置を＄２図示の如く一部始 めに方向合せをすると確保された結果的バイアス場（ｂｉａｓ　ｆｉｅｌｄ）が 磁気材料によるバイアス場の不連続の存在やプラスチック製スリーブ７〜２２の 起こり得る配列違いを確かめるために測定される。これは当該技術分野における 通常の知識を有する者がよく知っている如＜ＮＭＲ場測定用プローブ（ｐｒｏｂ ｅ）等を用いて行うことができる。円筒内での最大で均一な磁場を確保するよう にプラスチック製スリーブ７〜２２を新たに方向付けするべく、それらスリーブ の各々を若干回転させることによって材料における不連続性や設計された以上の 大きさのハーモエックスの存在に豪速した何らかの不均一性が、調節される。採 用される優れた調整方法は上述した如く米国特許ｙｂ４，５３８，１３０号に示 されているように行うことができる。本発明に依る構造と組立て技術は結果的に ７５％の組立て費用の縮小をもたらすものと考えられる。前述のごとき円筒状バ イアスマグネットの成形における当初の目標はプラスチック製スリーブの各々を 前述のように、各スリーブがａｊ＝２φｊの形態をとるように整合させることで あり、ここで東２図に示されるようにφｊはｊ番目のスリーブの位置に一致する 角ヱモしてａｊはｊ番目のスリーブの磁化の方位である。もしこれが円周のまわ りに等間隔に配置されたＮ個のスリーブの集合に対して完全に行えたなら、結果 として生ずるハーモニプラスは磁位に関してｎ＝１．Ｎ−１，Ｎ＋１．２Ｎ−１ ，２Ｎ＋１−どなる。Ｎが大きな値、例えば纂２図に示される場合のようにＮが １６に等しいかそれ以上の場合、結果のスカラー磁位の唯一のハーモニックはｎ ＝１であるが、それは磁石の内側半径の１．５倍に概して一致した半径を持つ活 性体積中においては他のハーモニプラスを無視してよいからであるやスカラー磁 位の一般的な形は円柱座標でＹ　（ｐ、φ＝　Ｚ）　＝ｓｉｎφＦ＋　（ｐ、Ｚ ）で与えられ、ここでｓｉｎφの項はｎ＝１に関する方位角の（２８）ハーモニ ックを表わし、Ｙ、ｐ、ｚとＦｌの項はスカラー磁位、放射座標、軸座標と必要 とするラプラス方程式を満足させるＹを導くのに必要な関数を意味する。るヨ気 共ロ鳥イメージングの主要場Ｂ。

は、以下の式であられされる。

従って、理想的な三次元二極円筒状設計は前記方程式の舅１項、ヌ２項に対応す る階数が０と２の方位角場ハーモニプラスを生ずる。従って、この場は均一では ありえない。

しかし、例えばｎ＝３のハーモニックをスカラー磁位に導入すれば、前記の定義 の解析と平行する解析により階数が２と４の場ハーモニプラスで項が現われる。

一般に磁位でのハーモニプラスは場でのハーモニプラスｎ−１とｎ＋１を生ぜし める。従フて、最良の場、すなわち、φ無依存性の場を作るにはＢ、でのｃｏｓ 　２φ項を消去する必要がある。これを達成するにはｓｉｎ　３φＦｓ　（ｐ、 ｚ）項をスカラー磁位に加久なければならない、従って、場Ｂ、は次のようにな る。

〕 従って、ｃｏｓ　２φに比例する上記方程式中の２つの項を消去するようにＦｓ 　（ｐ、Ｚ）を設計することが可能であることが分る。しかし、その結果はｃｏ ｓ　４φに比例する項をＢ、に導入することになる。苦し、ｓｉｎ　（５φ）Ｆ ｓ　（ｐ、ｚ）項を場でのｃｏｓ　４φ項を消去するように選択されたスカラー 磁位に加えるとすると、新シいｃｏｓ（６φ）項が導入される。これは５ｉｎ（ ７φ）Ｆｙ　（ｐ、ｚ）項を磁位に加えて消去でき、この方法は当業者によって その真価が認められているようにこのまま続りすることができる。Ｆｉｉ　（ｐ 、ｚ）、　Ｍ−１，３，５等の形はＭ毎に異なる。これはｃｏｓ　（Ｍφ）ＦＭ 　（Ｐ、ｚ）の各項は下記の方程式となる基本ラプラス磁位方程式を満足させる 必要があり、（式中、Ｍは磁位のハーモエックス数に等しい）、また、この方程 式は因数Ｍ２のためＭ個毎に異なるものである。

上記の意味は補正項ｃｏｓ　（３φ）Ｆ３　（Ｐ、ｚ）。

ｃｏｓ（５φ）Ｆｓ　（ｐ、ｚ）等はｃｏｓφＦ＋　（ｐ、ｚ）項とは夫々異な るｐ、ｚ依存性をとらなければならないということである。この異なったａ依存 性に関して異なった２依存性を必要とすることは円周を構成する夫々のプラスチ ック製スリーブ中の磁性材料は理想的には夫々の方位角位置φで長さと軸方向位 置が異なることを、！！味するものである。従って、夫々の方位角でスリーブを 構成する長さの異なるスラグを形成するスラブの山があるスリーブを有する円筒 の概念が特に好ましいものである。

向同調の概念についてもこれと平行して考慮される。

特に、例えばＭ４Ａ図〜ＭＪＥ図に示すように永久磁性材料のスラブのそれぞれ の長方形の山の軸方向位置は常に２依存性である不要のハーモニプラスをカット するように修正してもよい、その結果、纂１図、３４２図に示す本発明の態様に おいて、ｎ個のスリーブを等しい方位角に配置する。それぞれのスリーブは「理 想的」設計によって決まる長さの磁気スラブとスペーサーの山を複数含むもので あり、これらの理想的な長さは異なる方位角位置を有するスリーブ毎に異なるも のである。従フて、本発明では、適切な同調は回転と、スリーブ毎での夫々のス ラグ片、またはプラスチック製スリーブ毎のそれぞれのスラブの軸方向位置の単 独調整から成るものである。これは正確に場をＮＭＲ場測定器で測定し、装置を 一回につきプラスチック製スリーブ−個を別々に同調させて行われる。

このような同調のために、スラグ片は個々に軸方向に少し移動さす、スペーサー はスラグ片のこのような軸方向移動に適応するための空間でも、または圧縮性の ものでもよく、このため追加フェライト・スラブ材をそれぞれの要素に加えても よく、またはこの代りにフェライト・スラブ材の一部を取り出したり、短縮させ てもよい。

Ｗｓ１図、第２図に示す永久磁石を用いる円筒形ＮＭＲバイアス磁石装置は長方 形の永久磁石スラブを充填したプラスチック製スリーブの単一環のみを用いてい るが、第１図、第２図に関連して注目される設計上の特徴と利点をそれぞれ有す る多重１段状磁石構造も同様に利用できる１例えば、第５図はスラグを形成する 長方形の永久磁石スラブの山を有し、その中に配置された２段のスリーブを用い た円筒形ＮＭＲバイアス磁石装置の別の態様の四分円を示す。ここでは、兎１図 、第２図に示す１６個のスリーブるヨ気回路の代りに四分円当り３個のスリーブ 、または１２個のスリーブを有するプラスチック製スリーブの纂２段が示されて いる。図示の四分円の下段はスリーブ１１０〜１１３から成り、上段はスリーブ １１６〜１１８から成る。

このような場合、スリーブ１１０〜１１３は約３０．１ｃｌＩの直径を有し、プ ラスチック製スリーブ１１６〜１１８は約４０．８ｃｍの直径を有する。図示し ていないが構造上の内入は約８５ｃＩｒｌであり、構造上の外形は約２２５ｃ＋ ｎである。スリーブの集合体は、図示していないが、第１図、第２図に示すと正 確に同様の方法で支持板で支持されており、それぞれのプラスチック製スリーブ １１０〜１１３．１６〜１１８は第１図、第２図に関連して記載した方法で正確 にスラグ形成永久磁性材料の長方形スラブの山で充填されている。更に、それぞ れのプラスチック製スリーブ１１０〜１１３，１１６〜１１８の磁気方向は蔦１ 図、算２図に関連して記載した方程式ａ＝２φに従い矢印１２０〜１２６で示し である。内設を形成するスリーブは直に結合されており、内設のスリーブは外設 に結合されている。

纂５図に示す本発明の態様は本発明の大恩様が太きいものを望ましい応用、環当 りのプラスチック製スリーブ数が受ないことが利点とされている応用、および／ もしくはより多くの変化のある場の形状が望まれている応用で利点がある。蔦５ 図に示す本発明の態様では、円筒状ＮＭＲバイアス磁石装置の構造は式ａ＝２φ で決まる理想釣場形状とコンピューター・シミニレ−ジョンで好ましくも決定さ れるそれぞれの四分円の各スリーブ内でのスラブの長方形の山の理想的な長さ形 状に基づいてまず組立てられる０次いで、場の形状の測定、プラスチック製スリ ーブの軸方向回転、各四分円内での長さ因数の調整によって構造のＩｆ密同調が 第１図、第２図に関連して記載した正確な方法で行われる。

本発明はいくつかの特定の実施例に関して記載してきたが、多くの改修と変更が 当業者にとっては容品であると考えられる。これらの改修と変更は含まれる設計 上の前退と目的とする各種の応用から生ずるものである。例えば、成る種の状況 下では、バイアス磁石装置は円筒形断面よりも楕円形断面にした方が永久磁性材 料の利用性が良くなる。これらの条件下では、断面の逸脱で生ずる見せかけの磁 場ハーモニプラスは前記の方法で各プラスチック製スリーブ中の長方形スラブの 長さを変えることで保証される。更に、本発明は主としてＮＭＲバイアス磁気用 途に適した大穴構造に関連して記載してきたが、本明細書に記載の設計概念は成 る形の粒子加速器等に同様に用いられるものであることは当業者にとって理解さ れるところである。従うて、本発明は本願の請求項またはこれと同等のものによ ってのみ限定されるものであることを明らかに意図するものである。

ＦＩＧ、　３ 国際調査報告 耳の続き ：ｎｔ　Ｃｌ−’　識別記号　庁内整理番号明　者　フィッシャー　シー、ジョ ン　アメリカ合衆国、カリポル　バード　６００ 特表千２−５００６８５　（１１） ノフオルニア　９３０１３、カーピンチリア、アー

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれ縦軸と互いに平行に配置された複数の延長スリーブと、前記複数の スリーブの各一個に設けられた複数の長方形の永久磁石スラブとから成り、上記 スリーブは曲線状閉空間の周囲に配置されてその中に穴部を構成し、上記の複数 のスリーブ各一個はその自己の縦軸の円周を回転可能であり、上記複数の永久磁 石スラブの各一個は長さ、幅、厚さ寸法を持ち、縦軸に平行な上記長さ寸法で前 記の複数のスリーブの各一個内で厚さ方向に積重ねられ、前記の複数の長方形の 永久磁石スラブの各一個は前記厚さ方向に平行な磁気配向異方性軸を持ち、前記 厚さ方向に磁気的に促進する関係に積重わられて、前記穴部の少なくとも一部に より示される磁場が前記スリーブを選択された一つの配向まで回転させることに より最大且つより均一にすることから成る磁気バイアス装置。
2. ２．前記複数のスリーブが円形穴部を含む円筒形配置をなす前記第１填の装置。
3. ３．前記複数のスリーブが実質的に互いに隣接して前記穴部の周囲に配置されて おり、更に名スリーブをその隣接スリーブに結合させる手段を含む前記第２項の 装置。
4. ４．前記の複数のスリーブの各一個は前記円形穴部の中央位置から共通の半径方 向距離で配置され、前記円形穴部の垂直軸から角度φで位置している前記第３項 の装置。
5. ５．前記複数のスリーブの各一個についての前記の選択された配向が各スリーブ 内で積重ねられた前記の複数の長方形永久磁気スラブの前記磁気配向異方性軸が 前記角度φの２倍に等しい方位角ａである前記第４項の装置。
6. ６．前記の複数のスリーブが前記の穴部の周辺部の周囲に等しく配置され、前記 の装置によって示される磁場が実質的な方形対称である前記第１項の装置。
7. ７．前記の複数のスリーブが数で整数Ｎに対応し、Ｎ／４も整数に等しい前記第 ６項の装置。
8. ８．Ｎ／４個のスリーブのクループ内の各スリーブの磁気特性が変化し、Ｎ／４ 個のスリーブの各クループの磁気特性が実質的に同一である前記第７項の装置。
9. ９．前記の複数のスリーブのうち少なくとも数個内に取付けられた前記の複数の 長方形永久磁石スラブの少なくとも２個が前記長さ方向で分割されていて、前記 の複数の長方形永久磁石スラブの前記の少なくとも２個の位置調整を前記の長さ 寸法内で行う前記第１項の装置。
10. １０．前記の複数のスリーブの各一個内に取付けられた前記の複数の長方形永久 磁石スラブは対称的に積重わられている前記第９項の装置。
11. １１．前記の複数の長方形永久磁石スラブは幅が異っている前記第１０項の装置 。
12. １２．一個のスラブ内の前記の複数の永久磁石スラブけこのスリーブ内で方形対 称を有する断面配置を与える前記第１項の装置。
13. １３．更にスラブの周辺の少なくとも一部と、スリーブとの間でスリーブ内に縦 方向に位置するスペーサーを含む前記第１２項の装置。
14. １４．前記スペーサーが不導体で非磁性材料から成る前記第１３項の装置。
15. １５．各スリーブ内のスラブが−緒に積重わられてスラグを形成し、前記スラグ は各スリーブ内で縦方向に分割されており、更に各隣接スラク部間で縦方向にス リーブ内に位置したスペーサーを含む前記第９項の装置。
16. １６．前記スペーサー材が不導性かつ非磁性材料から成る前記第１５項の装置。
17. １７．前記スペーサー材が空気である前記第１５項の装置。
18. １８．各スラク分割部が平面配置に末端を有する前記第１５項の装置。
19. １９．スラク分割部配置がスリーブ毎に縦方向で異なる前記第１５項の装置。
20. ２０．そのスリーブ内で名スラク分割部の縦方向位置を調整して、選択的ハーモ ニックス除去用同調ができる前記第１５項の装置。
21. ２１．前記の複数のスリーブの少なくとも４分の１内に取付けた前記の複数の長 方形永久磁石スラブのいくつかは前記の長さ寸法が分割されていて、磁気バイア ス装置内に選択されたハーモニックスを導入する前記第１項の装置。
22. ２２．更にスリーブ支持用スリーブ集合体の長さ方向に沿って縦方向に位置した 支持板を含む前記第１項の装置。
23. ２３．それぞれ縦軸を有するＮ個の不導体延長スリーブと、前記のＮ個のスリー ブの各一個に取付けた不導体永久磁石材料とから成り、前記スリーブは互いに平 行に配置され、曲線状閉空間の周囲に配置されて、その中に穴部を作り、前記の Ｎ個のスリーブの各一個は前記縦軸に平行な軸の周囲を回転可能であり、前記永 久磁石材料は長さ、幅及び厚さ寸法を有し、前記厚さ方向に平行な磁気配向異方 性軸を有し、前記不導体永久磁石材料は前記長さ寸法で分割されて、選択性磁気 ハーモニックスの導入を可能にし、これにより前記の穴部の少なくとも一部によ り示される磁場を選択された配向まで前記スリーブを回転させて最大且つより均 一にし、ＮおよびＮ／４は整数であり、Ｎ／４個のスリーブのグループ内の各ス リーブの磁気特性は変化し、Ｎ／４個のスリーブの各グループの磁気特性は実質 的に同一であることから成る磁気バイアス装置。
24. ２４．前記複数のスリーブが円形状穴部を含む円筒形配置をなす前記第２３項の 装置。
25. ２５．前記Ｎ個のスリーブの各一個は前記円形状穴部の中央位置から共通の半径 方向距離で配量され、前記の円形状穴部の垂直軸から角度φで配置されている前 記第２４項の装置。
26. ２６．前記Ｎ個のスリーブは前記穴部の周辺の周囲に等しく配置され、前記の装 置によって示される磁場は実質的に方形対称を示す前記第２３項の装置。
27. ２７．前記Ｎ個のスリーブの各一個内に取付けられた前記の永久磁石材料はスリ ーブの各一個内に取付けられた複数の長方形磁気スラブの形をとり、前記の複数 の長方形永久磁石スラブの各一個は長さ、幅、厚さ寸法を有し、前記の縦軸と平 行の前記長さ寸法で厚さ方向に積重ねられ、前記の複数の長方形永久磁石スラブ の各一個は前記厚さ方向に平行な磁気配向異方性軸を有し、前記の厚さ方向に磁 気的に促進する関係で積重ねられている前記第２４項の装置。
28. ２８．各スリーブのスラグはそれぞれ−緒に積重わられてスラクを形成し、スリ ーブ内のスラクの断面積ほ方形対称である前記第２７項の装置。
29. ２９．各スリーブ内のスラグは分割されていて、一個のスリーブ内のスラグ分割 部はスペーサーにより縦方向に離れて配置されている前記第２８項の装置。
30. ３０．スラグ分割部の縦方向の配置はスリーブ毎に異なる前記第２８項の装置。
31. ３１．前記Ｎ個のスリーブのいくつかに取付けられた前記の複数の長方形永久磁 石スラブのうち少なくとも２値はその長さ寸法が分割されていて、前記長さ寸法 の前記の複数の長方形永久磁石スラブのうち少なくとも２個の位置調整を行う前 記第２７項の装置。
32. ３２．複数のスリーブを形状化し、前記の複数のスリーブの各一個内に複数の長 方形永久磁石スラブを配置し、前記の複数のスリーブを互いに平行に配置して、 曲線状空間の周囲に形成させて穴部を包囲し、前記の曲線状空間内に前記複数の スリーブを回転可能に取付けて、前記複数のスリーブの各一個をスリーブの縦軸 に平行な軸の周囲で回転可能に配置し、選択した配向まで前記スリーブを回転さ せて前記穴部の少なくとも一部によって示される磁場を最大化することにより成 る工程から成り、前記の複数の長方形永久磁石スラブの各一個は長さ、幅、厚さ 寸法を有し、前記スリーブの各一個内で厚さ寸法で積重わられ、前記の複数の長 方形永久磁石スラブはそれぞれ前記の厚さ方向に平行な磁気配向異方性軸を有し 、各スリーブ内で前記厚さ方向で磁気的に促進できる関係で積重わられているこ とから成る磁気バイアス集合体の製造方法。
33. ３３．更に前記の複数の長方形磁石スラブのうち分割され、選択されたものを用 い、前記分割され、選択されたものを前記スリーブ内に軸方向に配置する工程を 含む前記第３２項の製造方法。
34. ３４．前記の回転可能に取付ける工程を方形対称をつくる方法で行う前記第３２ 項の製造方法。
35. ３５．各スリーブ用のスラブを−緒に積重ねてスラグを形成し、スラクは隣接す るスラグ分割部を分離する縦方向のスペーサーを用いてスリーブ内で縦方向に分 割されている前記第３２項の製造方法。