JPH0422337A - 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」 この発明は永久磁石により静磁界を発生し、核磁気共鳴
断層診断装置（ＭＲＩ）に用いられて好適な磁界発生装
置に関する。

「従来の技術」 核磁気共鳴断層診断装置（ＭＲＩ）は、主静磁界中に置
かれたスピンおよび磁気モーメントを持つ原子核が特定
の周波数の電磁波のみを共鳴的に吸収・放出する核磁気
共鳴（ＮＭＲ）を用いて人体等の断層を表示する装置で
ある。核磁気共鳴は下記に示す角周波数ω。で共鳴する
。

ωｏ＝ｒＨ。

こ−でＴは原子核の種類に固有の磁気回転比であり、Ｈ
ｏは静磁場強度である。

ＭＲ，Ｉに用いられる静磁場Ｈ０は一般に０．１Ｔ以上
の強度とｐｐｍオーダーの均一性が要求されている。さ
らにＭＲＩは病院等の限られたスペースに置かれるため
、いたずらに大型化できないという問題もあり、ＭＲＩ
に用いられる磁界発生装置は小型化と、均一化が重要な
要件となっている。

磁界発生装置としては超伝導コイルを用いたもの、常伝
導コイルを用いたもの、永久磁石を用いたものが知られ
ており、このうち永久磁石を用いたものは磁界発生のた
めの電力が不要であり、運転経費が安く、設置スペース
が小さくて良いなどの利点を有している。

永久磁石を用いて均一な磁界空間を得ようとする提案は
種々なされており、例えば、米国特許第４．４９８，０
４８号および４，５８０．０９８号各明細書には、複数
個の異方性永久磁石ブロックが環状に設置された複数個
のリングよりなる磁界発生装置が示されている。この磁
界発生装置は磁気ヨークが不要であり、小型化できると
いう大きな利点を有している。

しかし、この磁界発生装置では、永久磁石の加工精度や
組立精度、永久磁石自体の不均一によって、装置を組み
立てた後に磁界調整を行う必要がある。この調整は各永
久磁石ブロック（上記米国特許ではセグメントとよんで
いる）を軸心線上に沿って移動させたり、径方向に移動
させたりして行う。このように移動調整した上でさらに
、特開昭６３−２２６００９号公報では磁界の不均一、
特に高調衣の不均一を補正するために、磁界発生装置内
に複数の永久磁石小片を配置することが示されている。

「発明が解決しようとする課題」 上記永久磁石ブロンクを環状に配置する装置においては
、磁界を均一化するために各永久磁石ブロックをそれぞ
れ移動させて磁界均一性の調整を行うために、各永久磁
石ブロックは調整治具に取りつけられ、さらに架台に固
定されている。このため、この磁界発生装置は磁気ヨー
クを用いた装ｆｉｂこ比べ小型・軽量化できるものの十
分な小型・軽量化ができなかった。

さらに、永久磁石ブロックを調整したのちに永久磁石小
片を配置して微調整していたために磁界の調整が二層手
間るなるという欠点を存していた。

この発明は、以上の点に鑑み、さらに小型化できると共
に、磁界調整が一度で済む磁界発生装置を提供すること
を目的とする。

１課題を解決するための手段Ｊ この発明は、複数の永久磁石ブロックが環状に配置され
静磁界を発生する磁界発生装置において、前記複数の永
久磁石ブロックはそれぞれ隣接する永久磁石ブロックと
直接またはスペーサを介して連結固定されることにより
環状に形成され、この環状に連結された永久磁石フロッ
クの内周近傍に非磁性体の保持板が配置され、前記静磁
界を均一にするための複数の永久磁石小片が前記保持板
に保持されていることを特徴とするものである。

「作　用」 この発明によれば、永久磁石ブロンク同志が互いに直接
または間接に接合固定されていることにより、永久磁石
ブロックを保持する調整治具や架台が必要でなく、磁界
発生装置の大きさは環状に連結された永久磁石ブロック
とは一同し大きさになり、従来のものよりさらなる小型
化が可能となった。

環状に連結された永久磁石ブロックにより発生する磁界
の均一化は複数の永久磁石小片によってのみ行われる。

個々の永久磁石小片の各配置位置および磁界の大きさの
計算は精密に短時間で行うことができるので、磁界の調
整を簡単に行うことができる。

「実施例」 以下に、凹面を参照して、この発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図はこの発明による磁界発生装置の一実施例の一端
面を示し、その左半分は第２図のＡＡ’線断面を示し、
第２図は第１の右側面を示し、その上半分は第１回のＢ
Ｂ’線断面を示す。この例では８個の永久磁石ブロンク
ｌｌａがリング状に配置されてリング状磁石１２ａが構
成され、同様に８個の永久磁石ブロックｌｌｂがリング
状に配置されてリング状磁石１２ｂが構成され、さらに
８個の永久磁石ブロックＬｌｃがリング状に配置されて
リング状磁石１２ｃが構成され、これらリング状磁石１
２ａ　　１２ｂ、１２ｃは同一軸心上に配列さている。

各永久磁石ブロックｌｌａ〜１１Ｃはフェライト系の磁
石が用いられ、台形柱状をしている。

この例では隣接永久磁石ブロックｌｌａ間、１１ｂ間、
ｌｌｃ間にはそれぞれスペーサ１３ａ１３ｂ、１３ｃが
設けられ、つまり各永久磁石ブロックｌｌａ　　ｌｌｂ
　　ｌｌｃはそれぞれスペーサ１３ａ、１３ｂ、！３ｃ
を介して隣接する永久磁石ブロックｌｌａ、ｌｌｂ、ｌ
ｌｃとそれぞれ接合されている。スペーサ１３ａ、１３
ｂ、１３Ｃは非磁性体、例えばアルミニウム等が使用さ
れ、永久磁石ブロックとは例えばエボキン系の接着剤で
接着される。つまり永久磁石ブロック１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃはそれぞれリング状に連結固定される。

永久磁石ブロックｌｌａ、Ｉｌｂ、Ｉｌｃをそれぞれス
ペーサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを介することなく、直接
接着剤で連結固定してもよい。

永久磁石ブロック１１ａ、１１ｂ　　ｌｌｃの各外面に
は必要に応じて例えばアルミ板のような保護部材１４ａ
、１４ｂ、１４ｃがそれぞれ貼り付けられる。これら保
護部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃは各永久磁石ブロック１
１ａ、１１ｂ　　ｌｌｃの表面保護の役目を果たし、こ
の例ではリング状磁石１２ａ、１２ｂ、１２ｃの軸方向
の連結を行っている。つまり外側のリング状磁石１２ａ
、１２Ｃの外径が、内側のリング状磁石１２ｂの外径よ
り大とされ、各保護部材１４ａ、１４ｃはそれぞれ内側
のリング状磁石１２ｂの外側に延長され、これら保護部
材１４ａ、１４ｃの各延長部と保護部材１４ｂとの間に
スペーサ１５ａ、１５ｂを介在して相互に接着剤で接着
される。

必要に応して永久磁石ブロック間の連結をさらに強固に
するためには、例えば第３図および第４圀に示すように
永久磁石ブロックｌｌａの隣接するものの端面にわたっ
て板状の保持部材１６を接着し、隣接する永久磁石ブロ
ックｌｌｃの端面にわたって板状保持部材１７を接着し
、隣接する永久磁石ブロックｌｌｂの外面にわたって板
状保持部材１８を接着してもよい。第１図、第２図に示
すように、リング状磁石１２ａ、１２ｂ、１２ｃの内周
面に接近して、共通の非磁性材チューブ１９が挿入され
る。リング状磁石１２ｂの内側に非磁性材の保持ｖｉ２
１が配される。この例では各永久磁石ブロックＩｌｂの
内面にそのは＼゛全面対向して保持板２１がそれぞれ設
けられた場合である。保持板２１は永久磁石ブロックｌ
ｌｂまたはチューブ１９の外周面に接着またはねじ止め
される。第５図に拡大して示すように保持板２１には一
定間隔でマトリクス状に磁石取付は位置２２が印されて
あり、その磁石取付は位置２２に選択的に永久磁石小片
２３が取付けられる。永久磁石小片２３は例えばフェラ
イト系の永久磁石でよく、第６図に示すように永久磁石
小片２３は非磁性材の台座２４に接着され、その台座２
４が非磁性材のねし２５で保持板２１に取付けられる。

台座２４、ねし２５は塩化ビニールなどの合成樹脂材や
鋼などの非磁性金属が用いられる。永久磁石小片２３は
チューブ１９に取付けてもよい。つまりチューブ１９を
保持板２１と兼用してもよく、その場合はチューブ１９
の外周面に永久磁石小片２３を取付ける。

次にこの発明による磁界発生装置の組み立てについて説
明する。

（ａ）　　永久磁石ブロック 永久磁石ブロックＩｌａ〜ｌｌｃはそれぞれ小さな、例
えば１５ｍ＋Ｘ１００閣Ｘ１５０ｍ程度の永久磁石ピー
スから組み立てられる。永久磁石ピースを所定の形状に
切断し、それを接着してセミブロック化する。セミブロ
ックは所定の磁場で着磁され、それらを接着して台形柱
状に形成することにより永久磁石ブロックを形成する。

（ｂ）　　リング状磁石 このようにして構成された永久磁石ブロック１１ａ、ｌ
ｌｂ、ｌｌｃをそれぞれ接着剤を用いてそれぞれリング
状に形成し、保護部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃや保持部
材１６，１７．１８で固定する。

（Ｃ）　　磁界調整 永久磁石小片２３を保持板２１に配設して磁界を均一化
するように調整する。以下に磁界調整の手１頓について
説明する。

（ｃ　−１）磁界測定 先ず、磁界がどのくらい乱れているかを評価する。すな
わち、永久磁石磁界発生装置の中心の所定の大きさの視
野空間表面の多数の点（ＨＨ，、Ｈ，・・Ｈ，）につい
て磁界を測定してある点の乱れＣｐを求める。ｃｐは次
式で求められる。

Ｃｐ　−（Ｈｐ　−Ｈｏ）Ｘ　１０”／Ｈ，（１）Ｈｏ
は視野空間中心の磁界である。

（ｃ−２）１Ｎ整 永久磁石小片２３の取付は可能な位置２２に通し番号を
つけ、ｉ番目の位置の永久磁石小片２３の磁界大きさを
ΔＲｉで表して（ΔＲ１゜ΔＲ２，ΔＲ３・・ΔＲｎ）
というシミングベクトルΔＲを求める。

基礎方程式として、次式を考える。

Ｃ＝Ｇ・ΔＲ（２） ｎ：乱れの展開係数の総数 ｍ：ｔｌＩ整機構の総数 ここで、Ｃは磁界測定から得られる「磁界の乱れ」の列
ベクトル、Ｃは各取付は位置２２の永久磁石小片２３の
磁界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す（ｎｘｍ）の行列である。この
Ｇは感度行列とも呼ばれる。

ΔＲはパラメーターの変化量、すなわち各取付は位置２
２に固定する永久磁石小片２３の磁界の大きさを指示す
るｍ次の列ベクトルで（２）弐の解として求まる。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（ｎＸｍ）の長方行列で、−組の直交変換Ｓ、Ｔで
次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−
ｓｉｊ　　（３）従って Ｃ＝ＳＤＴ“　・ΔＲ（４） Ｓ”　（−Ｃ）＝Ｄ−Ｔ’・ΔＲ（５）これを −Ｃ’　　＝Ｄ　　・　ΔＲ′ と書くと、（２）式は という形に変形されたことになる。ΔＲヘクトルの各要
素は、ΔＲ’　ｊ　−（Ｃ’　ｊ／ｄｉ）　　（８）と
して求まる。

（１／ｄｉ）を対角要素にもつ行列をＤ′□′で表せば
（Ｄ−’）　１ｊ＝（１／ｄｉｊ）　　・５ｉｊＤ−’
Ｓ”　（−Ｃ）＝Ｔ”・ΔＲ（９）ΔＲ＝ＴＤ−’Ｓ”
　（−Ｃ）　−Ｇ’・　（−Ｃ）　　（ｌ［Ｉｌとなる
。つまり（ＴＤ−’Ｓ”　）の部分がＧの逆行列Ｇ゛と
なっているわけである。このようにしてＧ゛が求まれば
ある磁界の乱れＣを打ち消すシミングベクトルΔＲが直
ちに求まる。

以上のようにしてΔＲを求め、磁界を調整する。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平均値で割算して、ｐｐｍで表現
する。所定の均一性が達成されていない場合には、再び
ΔＲを求める。

（ｃ−３）組立 上記のようにして求まったΔＲに従って、永久磁石小片
２３を保持板２１に配設して、リング状磁石１２ｂ内に
設置する。

以上のようにして組み立てられた磁界発生装置は、従来
の磁界発生装置に比べ、直径を３００減少することがで
きた。

永久磁石ブロフクの数は８に限らない、リング状磁石の
数は３に限らない。保持板２１はリング状磁石１２ａ、
１２ｃにそれぞれにわたって設けてもよい。

「発明の効果」 以上述べたように、この発明の磁場発生装置によれば、
環状磁石（リング状磁石）を構成する各永久磁石ブロッ
ク同士が連結されており、各永久磁石ブロックの位置を
調整するための調整治具、および調整治具を支持する支
持治具を設ける必要がなく、小型　軽量化が回られるた
め、特に広いスペースを有さない病院にもＭＲＩを設置
することができるようになる。磁界均一化の調整は永久
磁石小片２３によるだけである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による磁界発生装置の実施例を示し、
左半分は第２図のＡＡ’線断面を示す正面図、第２図は
第１図の右側面を示し、上半部は第１図のＢＢ’線断面
図、第３回はこの発明による磁界発生装置の他の実施例
を示す第１図と対応する図、第４図は第３図の右側面図
、第５図は永久磁石小片が保持板に配置された例を示す
斜視図、第６図は永久磁石小片の保持板への取付は例を
示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の永久磁石ブロックが環状に配置され静磁界
   を発生する磁界発生装置において、 前記複数の永久磁石ブロックはそれぞれ隣接する永久磁
   石ブロックと直接またはスペーサを介して連結されるこ
   とにより環状に形成され、前記環状に連結された永久磁
   石ブロックの内周近傍に非磁性体の保持板が配され、 前記静磁界を均一にするための複数の永久磁石小片が前
   記保持板に保持されていることを特徴とする磁界発生装
   置。