JPH04364005A - 軸対称マグネット及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

軸対称マグネット及び磁気共鳴イメージング装置

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JPH04364005A
JPH04364005A JP13924591A JP13924591A JPH04364005A JP H04364005 A JPH04364005 A JP H04364005A JP 13924591 A JP13924591 A JP 13924591A JP 13924591 A JP13924591 A JP 13924591A JP H04364005 A JPH04364005 A JP H04364005A
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JP
Japan
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magnet
magnetic
coil
shield
cylindrical
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JP13924591A
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English (en)
Inventor
Masaji Kitamura
正司 北村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気シールド付きの軸
対称マグネット及び磁気共鳴イメージング装置(MRI
)に関する。
【0002】
【従来の技術】核磁気共鳴を利用した物質の分析、ある
いはMRI(Magnetic  Resonance
  Imaging)に用いる高均一磁場発生用の軸対
称マグネットでは、分解能及び感度を向上するために、
一般に高磁場が得られる超電導コイルが使用されている
。しかし、高磁場化に伴い、漏れ磁場が増大する問題が
ある。そこで、こうした超電導マグネットでは、漏れ磁
場低減用の磁気シールドが不可欠になる。従来の磁気シ
ールドの例としては、特開昭63ー260116号公報
に記載されているように、鉄の磁気シールドと超電導メ
インコイルの間に、逆方向の電流を通電したキャンセル
コイルをメインコイルと平行に配置し、磁気シールド内
の磁束密度を弱めることにより、漏れ磁場のシールド効
果を向上させる方式が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方式では
、キャンセルコイルを設けた分だけ半径方向に大型化す
ることになると共に、メインコイルの作る中心磁場への
影響が、その位置までの距離が小さいため大きくなり、
所定強度の中心磁場を発生するために、メインコイル及
びキャンセルコイルからなるコイルシステムの起磁力を
全体的に大きくしなければならない。そのため、高価な
超電流コイル線を多量に必要とし、大幅にコストアップ
すると共に、これらのコイルを取り囲むように配置され
る鉄の磁気シールド材の重量がその分だけ大きくなると
いう問題があった。
【0004】本発明の目的は、コイル全体の起磁力に無
駄がなく、しかも良好な漏れ磁場のシールド効果を有し
、起磁力に無駄がない分だけ磁気シールドが小型、軽量
化できる分析用あるいはMRI用等の軸対称マグネット
及び磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、円筒状のメインコイルと、この円筒状メイ
ンコイルと同軸に配置された円筒状磁性部材と、この円
筒状磁性部材の内面側で且つ前記メインコイルの中心軸
と直交する中心面に対し対称に少なくとも1組以上前記
メインコイルを挾んで設けられたシールドコイルと、を
備えたことを特徴とする軸対称マグネットである。
【0006】前記軸対称マグネットにおいて、真空の透
磁率をμ0、マグネットの半径方向座標をr、該シール
ドコイルの中心位置と概ね一致し、かつ該中心軸と垂直
な平面上における半径方向磁束密度を関数B(r)とし
たとき、該シールドコイルの電流分布が概ねB(r)/
μ0で表わされるシート電流を模擬したものであるのが
よい。 また、シールドコイルは、複数の小コイルをメインコイ
ルの中心軸方向に積層させたものがよい。または、シー
ルドコイルは、複数の小コイルを該マグネットの半径方
向に積層させたものがよい。また、円筒状磁性部材は中
心面付近の肉厚が端部付近より大きく形成されているも
のがよい。また、円筒状磁性部材の両端部に磁性材蓋を
設けたものがよい。
【0007】また、本発明は、マグネットの中心軸に沿
って被検者が入れられる孔を有する軸対称マグネットと
、このマグネットを冷却する冷却手段と、を備えた磁気
共鳴イメージング装置において、軸対称マグネットは前
記のいずれかのものであることを特徴とするものである
【0008】
【作用】軸対称マグネットの中心面に関して対称に配置
したシールドコイルにより、軸方向への漏れ磁場を遮蔽
可能な境界面を実現できるので、軸方向への漏れ磁場が
大幅に減少し、良好なシールド効果が得られる。また、
シールドコイルは、マグネットの軸方向の両端部付近に
取付けるので、シールドコイルがマグネットの中心に作
る逆方向磁場が小さくなる。この結果、メインコイルの
起磁力を僅かだけ増大することにより、上記逆方向磁場
を補償できるので、コイル全体の起磁力を小さくするこ
とができ、上記従来例と比較して起磁力の無駄がなくな
る。
【0009】半径方向への漏れ磁場に関しては、メイン
コイルを取り囲むように円筒状磁性部材を配置してある
ので、マグネットの内部において磁束が閉じた分布にな
り、半径方向への漏れはなくなる。また、上記従来例と
比較してコイルの起磁力に無駄がない分だけメインコイ
ルによる磁束が少なくなるので、磁気シールド用磁性材
の量を少なくすることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例による超電導マグネッ
トの断面図である。超電導メインコイル1は、均一磁場
領域4の内部に強力な均一双極磁場を発生するためのも
のである。メインコイル1の周りにはマグネットの中心
軸(z軸)と平行、かつz軸から等距離に円筒状磁性部
材3が配置してある。マグネットの両端には、z軸方向
に積層した構成のシールドコイル2’a、2’’a、2
’’’a及び2’b、2’’b、2’’’bをマグネッ
トの中心面、即ちz=0面と平行、かつ対称になるよう
に配置してある。 さらに、シールドコイル2’a、2’’a、2’’’a
及び2’b、2’’b、2’’’bの中心位置と一致し
、かつz軸と垂直な平面上において、所定の電流分布を
模擬するようにこれらのコイルの形状及び配置を調節し
てある。メインコイル1による磁場は、円筒状磁性部材
3及びシールドコイル2’a、2’’a、2’’’a及
び2’b、2’’b、2’’’bにより遮蔽され、外部
への漏れを防止している。
【0011】次に、図2及び図3を用いて、本発明の磁
気シールドの動作原理を詳しく説明する。図2は、無限
に長い円筒状磁性部材3の内部に、通電電流の向きを交
互に変えた複数のメインコイル1をz軸に沿って周期的
に配置したマグネットの断面図である。図2では、マグ
ネットの3/2周期分の断面構成を示してある。このマ
グネットでは、円筒状磁性部材3により半径方向への磁
場の漏れが遮蔽され、しかも周期境界面6で囲まれた領
域の内部において、磁束が閉じた分布になり、両隣の領
域への磁場の漏れがない。本発明は、以上で説明した磁
場分布を図2における1/2周期分のマグネットにおい
て実現しようとするものである。
【0012】図3を用いてこのための方法を詳しく説明
する。図3は、上記1/2周期分のマグネット断面と磁
束分布を示したもので、磁場は境界面6で遮蔽され、外
部への漏れはない。電磁気学の法則によれば、境界面6
に沿ってシート電流7a及び7bを配置することにより
、図3に示す不連続な磁場分布を実現することができる
。図中に示した閉ループABCDにアンペアの法則を適
用して、このためのシート電流の分布を求める。rを径
方向座標、境界面6上の磁場をB(r),μ0を真空の
透磁率、シート電流7a、7bの面電流密度をj(r)
とおく。線分AB及びCDの長さをdr、線分BC及び
DAの長さが無視できる程度に小さいとすると、上記閉
ループに沿った磁場の積分値B(r)drは、アンペア
の法則によれば、μ0j(r)drに等しくなる。この
ことから、軸方向の漏れ磁場を遮蔽するためのシート電
流7a、7bの式として(数1)が得られる。
【0013】
【数1】
【0014】図1の実施例では、上式のシート電流を模
擬するようにシールドコイル2’a、2’’a、2’’
’a及び2’b、2’’b、2’’’bを配置してある
ので、軸方向及び径方向の漏れ磁場を遮蔽することがで
きる。図2及び図3に示したように、マグネットの中心
面付近で円筒状磁性部材3の内部の磁束密度が最大にな
るので、図4に示すその他の実施例のごとく、マグネッ
ト中心付近の円筒状磁性部材3の厚さを端部における円
筒状磁性部材3の厚さより厚くすることにより、該磁性
部材3の磁気飽和を防止し、円筒状磁性部材3による半
径方向漏れ磁場のシールド性能を向上することができる
。また、この実施例に示すように、シールドコイル2’
a、2’’a、2’’’a及び2’b、2’’b、2’
’’bを半径方向に積層して配置することにより、上で
説明したシート電流の分布を模擬することもできる。各
コイルは2’a、2’’a、2’’’aの順に漸次厚く
なるように形成され、前記(数1)の模擬をしやすくし
てある。
【0015】以上の実施例をMRI用の超電導マグネッ
トに適用する場合、マグネットの中心軸に沿って、被検
者を入れるための円孔を確保する必要があるので、シー
ルドコイル2’a、2’’a、2’’’a及び2’b、
2’’b、2’’’bをz軸の近傍に配置することがで
きない。このため、上記シート電流からのずれが生じ、
軸方向に若干の漏れ磁場が発生する。しかし、この対策
としては、図5の他の実施例に示すように、円筒状磁性
材3の両端に穴付きの平板状磁性材蓋5a、5bを取付
けることにより、漏れ磁場のシールド性能を向上するこ
とができる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、シールド
コイルは、円筒状磁性部材の軸方向の両端部付近に取付
けた構造となるので、該シールドコイルと中心磁場領域
との距離が大きくなり、シールドコイルがマグネットの
中心に作る逆方向磁場が小さくなる。この結果、メイン
コイルの起磁力を僅かだけ増大することにより、上記逆
方向磁場を補償でき、コイル全体の起磁力に無駄がなく
なるので、超電導コイル及び電源のコスト低減の効果が
ある。
【0017】また、コイルの起磁力に無駄がない分だけ
メインコイルによる磁束が少なくなるので、シールド用
の磁性材の量を減らすことができる。これにより、マグ
ネット全体を小型、軽量化すると共に設置面積を節約で
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における軸対称超電導マグネ
ットの断面図である。
【図2】本発明の磁気シールドの動作原理を示す説明図
である。
【図3】本発明の磁気シールドの動作原理を示す他の説
明図である。
【図4】本発明の他の実施例における軸対称超電導マグ
ネットの断面図である。
【図5】本発明の他の実施例における軸対称超電導マグ
ネットの断面図である。
【符号の説明】
1  メインコイル 2’a、2’’a、2’’’a  シールドコイル2’
b、2’’b、2’’’b  シールドコイル3  円
筒状磁性材 4  均一磁場領域 5a  磁性材蓋 5b  磁性材蓋 6  周期境界面 7a  シート電流 7b  シート電流

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  円筒状のメインコイルと、この円筒状
    メインコイルと同軸に配置された円筒状磁性部材と、こ
    の円筒状磁性部材の内面側で且つ前記メインコイルの中
    心軸と直交する中心面に対し対称に少なくとも1組以上
    前記メインコイルを挾んで設けられたシールドコイルと
    、を備えたことを特徴とする軸対称マグネット。
  2. 【請求項2】  請求項1において、真空の透磁率をμ
    0、マグネットの半径方向座標をr、該シールドコイル
    の中心位置と概ね一致し、かつ該中心軸と垂直な平面上
    における半径方向磁束密度を関数B(r)としたとき、
    該シールドコイルの電流分布が概ねB(r)/μ0で表
    わされるシート電流を模擬したものであることを特徴と
    する軸対称マグネット。
  3. 【請求項3】  請求項1又は2において、シールドコ
    イルは、複数の小コイルをメインコイルの中心軸方向に
    積層させたものであることを特徴とする軸対称マグネッ
    ト。
  4. 【請求項4】  請求項1又は2において、シールドコ
    イルは、複数の小コイルを該マグネットの半径方向に積
    層させたものであることを特徴とする軸対称マグネット
  5. 【請求項5】  請求項1〜4のいずれかにおいて、円
    筒状磁性部材は中心面付近の肉厚が端部付近より大きく
    形成されていることを特徴とする軸対称マグネット。
  6. 【請求項6】  請求項1〜5のいずれかにおいて、円
    筒状磁性部材の両端部に磁性材蓋を設けたことを特徴と
    する軸対称マグネット。
  7. 【請求項7】  マグネットの中心軸に沿って被検者が
    入れられる孔を有する軸対称マグネットと、このマグネ
    ットを冷却する冷却手段と、を備えた磁気共鳴イメージ
    ング装置において、軸対称マグネットは請求項1〜6の
    いずれかのものであることを特徴とする磁気共鳴イメー
    ジング装置。
JP13924591A 1991-06-11 1991-06-11 軸対称マグネット及び磁気共鳴イメージング装置 Pending JPH04364005A (ja)

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