JPH0341967B2 - - Google Patents

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JPH0341967B2
JPH0341967B2 JP60139923A JP13992385A JPH0341967B2 JP H0341967 B2 JPH0341967 B2 JP H0341967B2 JP 60139923 A JP60139923 A JP 60139923A JP 13992385 A JP13992385 A JP 13992385A JP H0341967 B2 JPH0341967 B2 JP H0341967B2
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coil
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coil conductors
uniform magnetic
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は核磁気共鳴コンピユータ断層像撮影装
置(以下NMR−CTと呼ぶ)用の均一磁場コイ
ル、ことに超電導マグネツトに適した均一磁場コ
イルに関する。
〔従来技術とその問題点〕
NMR−CT用均一磁場コイルにおいては、被
検体である人体を収納する均一磁場空間における
磁束密度が高く、かつ磁場の強さが高度に均一で
あるとともに、強磁性周囲物体により磁場の均一
性が乱されることを防ぐために漏れ磁束を極力少
くすることが求められる。
第4図は従来のコア形均一磁場マグネツトの一
例を示す斜視図、第5図は第4図の軸方向の概略
断面図である。図において、ヨークと磁極を兼ね
た円筒状のコア1の内周側には一対の鞍形コイル
2および3が巻装されており、コア1の軸を通る
対称面X1,X2を中心角θ=0として鞍形コア2
および3の周方向のアンペアターン密度(鞍形コ
イルの巻数と電流の積を周長で割つた値)が対称
面に対してなす中心角の余弦に比例するごとく、
鞍形コイルのコイル導体2A,2B,2C,2D
等を周方向に分布して配することにより、被検体
である人体100を収納すべき円筒状の均一磁場空
間7の中央部およびその近傍に磁束密度Boなる
均一磁場6を対称面X1,X2に垂直な方向に発生
させることができるとともに、均一磁場空間7内
の磁束をコア1を介して循環させられることによ
り、コア1の外部空間に漏れ磁束が広がるのを阻
止することができる。
ところで、このような構造はモータなどの回転
電機の回転子を抜き取つて固定子コアと固定子コ
イルのみを残したものとよく似ているので容易に
着想できるものであるが、断面積が1m2にも及ぶ
円筒状の均一磁場空間7を包囲し、かつ均一磁場
空間7内の全磁束の通路となるコア1はその重量
が必然的に重くなり、設置場所の床荷重に重大な
影響を及ぼすとともに、均一磁場6の強さBoの
増大、いいかえればNMR−CTの高精能化を阻
害するという問題がある。またコア1の磁気特性
の非線形性を考慮した均一磁場マグネツトの設計
が必ずしも容易でないという問題がある。さら
に、コア形であるために超電導化に適しないとい
う基本的な問題があり、磁気シールド機能を有す
る非コア形の均一磁場コイルが求められている。
〔発明の目的〕
本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、
磁気シールド用のコアを設けることなく漏れ磁束
を阻止することができ、したがつて軽量であり、
高磁束密度の超電導均一磁場マグネツトへの適用
が容易な均一磁場コイルを提供することを目的と
する。
〔発明の要点〕
本発明はコイルに包囲された丸孔状の均一磁場
空間を包囲する半径R1なる円周上に軸方向に沿
つて配された複数のコイル導体からなる内側導体
列を、磁場の方向に垂直な角度方向を対称面とし
て、この対称面に対する角度の余弦に周方向のア
ンペアターン密度が比例するようコイル導体を周
方向に分布して配することにより均一磁場空間内
に軸に垂直な方向の均一磁場を発生させるととも
に、前記内側導体列の外側の半径R2なる円周上
に周方向のアンペアターン密度が内側導体列のそ
れに対して半径比(R2/R1)の2乗に反比例し
て減少するよう分布して配された複数のコイル導
体からなる外側導体列を設け、内側および外側導
体列のコイル導体に流れる電流の向きが互いに逆
向きになるようコイル導体を渡り線を介して相互
に導電接続するよう構成したことにより、均一磁
場内の磁束を両導体列間の非磁性空間を通路とし
て還流させることにより漏れる磁束を阻止するよ
うにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例を示す原理的説明図で
あり、均一磁場コイルを軸方向から見た状態を示
したものである。図において、被検体である人体
を収容する円筒状の均一磁場空間7を包囲する半
径R1なる円周上には、例えば非磁性の絶縁体か
らなる枠体30に支持された複数の内側コイル導
体11ないし16等がそれぞれ軸方向に沿つて配
されており、均一磁場の磁束線6の方向Y1,Y2
に垂直な角度方向X1,X2を対称面として、この
対称面に対する角度θの余弦に比例するよう内側
コイル導体11ないし16が周方向に不均等に分
布して配されることにより、内側導体列10A,
10B,10C,10Dが形成されている。また
内側導体列10Aと10B,並びに10Cと10
Dはそれぞれ渡り線19によつて導電接続される
ことにより、対称面X1,X2に対称な一対の内側
コイル10が形成されている。
一方、内側導体列10A,10B,10C,1
0Dの外側の半径R2なる内周上には枠体30に
支持された複数の外側コイル導体、例えば21,
22,23,24等からなる外側導体列20A,
20B,20C,20Dが配されており、外側導
体列20Aと20B,並びに20Cと20Dとが
渡り線29より導電接続されることにより、対称
面X1,X2に対して対称な一対の外側コイル20
が形成されており、内側コイル10および外側コ
イル20それぞれの導体列には、図において導体
断面に電流の向きを記号で示すように互いに逆向
きの直流電流が流れるよう構成されている。
つぎに、上述のように構成された均一磁場コイ
ルの磁気特性について検討結果を説明する。い
ま、半径R1なる内側コイル導体11ないし16
の対称面X1,X2に対する角度をθ、角度θ=0
における周方向のアンペアターン密度をI1、半径
R2なる外側コイル導体21ないし24の角度を
φ、角度φ=0における周方向のアンペアターン
密度をI2とし、内側コイル10の内側の均一磁場
空間7のベクトルポテンシヤル分布をA1(r、
θ)、内外コイル10および20間の空隙中のベ
クトルポテンシヤルをA2(r、θ)、外側コイル
20の外側空間部のベクトルポテンシヤルをA3
(r、θ)とすると、点(r、θ)におけるベク
トルポテンシヤルはそれぞれ次式で表わされる。
A1=μo/4π(I1−I2)r cosθ ……(1) A2=μo/4π{(I1R2 1/r)−I2} cosθ ……(2) A3=μo/4π(I1R2 1−I2R2 2) 1/rcosθ ……(3) 外側コイル20の外側への漏れ磁束を無くすた
めには、ベクトルポテンシヤルA3を零にすれば
よく、その条件は次式で示される。
I1R2 1−I2R2 2=0 ……(4) I2=I1/(R2/R12 ……(5) すなわち、式(5)に示すように外側コイル20の
周方向のアンペアターン密度I2を、内側コイル1
0のアンペアターン密度I1に対して、内外両コイ
ルの半径比(R2/R1)の2乗に反比例して減少
するよう決めることにより、外側コイル20の外
部空間に漏れ磁束が広がるのを阻止することがで
きる。
また、ベクトルポテンシヤルA3を零にしたと
き、ベクトルポテンシヤルA1,A2は次式で表わ
される。
A1=μo/4π{1−(R1 2/R2 2)} rI1cosθ ……(6) A2=μo/4π{(I1/r)−(r/R2 2)} R1 2cosθ ……(7) 式(6)から均一磁場空間7内の磁束密度Boを求
めると、次式のようになり、内側および外側コイ
ルそれぞれの半径R1およびR2によつて決まる一
定値、すなわち均一磁場を形成することができ
る。
Br=∂A1/∂r=μo/4π{1−(R1/R2 2)}cosθ Bθ=∂A1/r∂θ =μo/4π(1−(R1/R2 2)}(−sinθ) |Bo|=/Br+Bθ =μo/4π{1−(R1/R2 2)} ……(8) 第2図は第1図で示される実施例における均一
磁場コイルの磁束分布図であり、内側コイル10
の内側導体列10A,10B,10C,10Dの
コイル導体をアンペアターン密度I1が角度θの余
弦に比例するごとく周方向に分布して配置すると
ともに、外側コイル20の外側導体列20A,2
0B,20C,20Dのコイル導体をアンペアタ
ーン密度I2が式(5)の条件を満足するごとく周方向
に分布して配置し内側および外側コイルに互いに
逆向きの電流を流すよう構成することにより、均
一磁場空間7内には磁束密度Boなる均一磁場6
が形成されるとともに、内側コイル10を外側コ
イル20との間の枠体30を含む空間に磁束36
の環流通路を形成することができ、磁束36が外
側コイル20の外側に漏れ出すことを阻止するこ
とができる。
なお、内側および外側コイルの周方向のアンペ
アターン密度I1、I2の分布は理想的には連続分布
であることが好ましいが、第1図で示される実施
例のようにコイル導体を周方向に分散配置する方
式ではアンペアターン密度の分布を連続的にはで
きない。したがつて均一磁場の強さの均一性の要
求度に対応してコイル導体数を増すとともに、高
い磁束密度が要求される超電導マグネツトにおい
ては、コイル導体を半径方向に重層配置するなど
の方法を併用するなどして、アンペアターン密度
が連続的分布に近づくよう構成することが好まし
い。
第3図は本発明の異なる実施例を示す概略説明
図である。図において、内側導体列10A,10
B,10C,10Dおよび外側導体列20A,2
0B,20C,20Dそれぞれの構成は第1図で
示される前述の実施例と同じであるが、各コイル
導体の接続方法が異なつている。すなわち、内側
および外側導体列10Aと20A,10Bと20
B,10Cと20C,10Dと20Dそれぞれの
コイル導体が渡り線39を介して相互に導電接続
されるとともに、例えば内側導体列10A中の角
度θが大きい位置にあるコイル導体15および1
6が導体列10Bの対応する位置にあるコイル導
体に渡り線49を介して導電接続されることによ
り、すべてのコイル導体が縦続接続されて一つの
コイルが形成され、かつ内側導体列と外側導体列
との電流の向きが図中記号で示すように互いに逆
向きになるよう構成されることにより、第1図で
示される実施例と同様な機能を発揮するよう構成
されている。
上述のように構成された均一磁場コイルにおい
て、コイル導体相互の接続は、たとえば次式によ
つて決めることができる。
sinφ=(R2/R1)sinθ……(9) すなわち、上式を満足する角度θの位置にある
内側コイル導体と角度φの位置にある外側コイル
導体とが渡り線39によつて相互に導電接続され
ることになるが、右辺が1を超える位置には外側
コイル導体が存在しないので、この場合には中心
磁束線Y1、Y2に対して対称位置にある内側コイ
ル導体を渡り線49によつて相互に導電接続す
る。なお半径R2と角度φで決まる外側コイル導
体の位置は式(9)によりその位置を求めることがで
きる。
均一磁場コイルを上述のように構成することに
より、第1図で示される実施例に比べて渡り線の
長さを大幅に短縮できるとともに、渡り線を配置
するために必要な軸方向寸法を短縮できる利点が
あり、コイルを小形軽量かつ低損失化できるの
で、超電導マグネツトに適用する場合にはクライ
オスタツトの小形化ならびに省熱損失化に貢献す
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明は前述のように、均一磁場空間を包囲す
る円周上に周方向のアンペアターン密度が対称面
に対してなす角度の余弦に比例するよう配された
内側導体列と、その外側の円周上にアンペアター
ン密度が半径の2乗比に反比例して低減された外
側導体列を設け、内側および外側導体列の電流の
向きが逆向きになるよう構成した。その結果、従
来技術におけるコアなどの磁気シールドを用いず
に漏れ磁束の発生を阻止することができ、かつコ
イルを軽量化できるとともに、磁気特性の非直線
性などを考慮することなしに理論計算に基づいて
均一磁場が容易に得られる均一磁場コイルを提供
することができる。また、枠体に支持された内側
および外側導体列からなり軽量かつ一体化された
均一磁場コイルは一つのクライオスタツトに容易
に収納することができ、したがつて高磁束密度、
高分解能のNMR−CTの提供に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す原理的説明図、
第2図は第1図の実施例における磁束分布図、第
3図は本発明の異なる実施例を示す原理的説明
図、第4図は従来の均一磁場マグネツトの一例を
示す斜視図、第5図は第4図の軸方向から見た概
略断面図である。 1……コア、2,3……鞍形コイル、6……均
一磁場(磁束)、7……均一磁場空間、10……
内側コイル、11〜16……内側コイル導体、1
0A,10B,10C,10D……内側導体列、
19,29,39,49……渡り線、20……外
側コイル、20A,20B,20C,20D……
外側導体列、21〜25……外側コイル導体、3
0……枠体、X1,X2……対称面、θ,φ……対
称面に対する角度、R1,R2……内側および外側
導体列の半径、Bo……均一磁場の磁束密度。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 円筒状の均一磁場空間を包囲する円周上にそ
    の軸に沿つて配され周方向のアンペアターン密度
    が軸を通る対称面に対してなす中心角の余弦に比
    例するごとく分布して配された複数のコイル導体
    からなる内側導体列、ならびにこの内側導体列の
    外側の円周上に周方向のアンペアターン密度が内
    側導体列のそれに対して半径比の2乗に反比例し
    て減少するごとく分布して配された複数のコイル
    導体からなる外側導体列を備え、前記両導体列の
    電流の向きが相互に逆向きになるごとく導電接続
    されてなることを特徴とする均一磁場コイル。 2 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    内側および外側導体列を構成するコイル導体がそ
    れぞれ別体に導電接続されたことを特徴とする均
    一磁場コイル。 3 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
    内側および外側導体列を構成するコイル導体が相
    互に導電接続されたことを特徴とする均一磁場コ
    イル。 4 特許請求の範囲第3項記載のものにおいて、
    相互に導電接続される外側コイル導体の角度の正
    弦と、内側コイル導体の角度の正弦と半径比との
    積とが互いに等しくなるよう形成されるととも
    に、後者の積が1を超える角度範囲においては互
    いに対称位置にある内側コイル導体が相互に導電
    接続されたことを特徴とする均一磁場コイル。
JP60139923A 1985-06-26 1985-06-26 均一磁場コイル Granted JPS621207A (ja)

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