JPH0471324B2 - - Google Patents

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JPH0471324B2
JPH0471324B2 JP63052631A JP5263188A JPH0471324B2 JP H0471324 B2 JPH0471324 B2 JP H0471324B2 JP 63052631 A JP63052631 A JP 63052631A JP 5263188 A JP5263188 A JP 5263188A JP H0471324 B2 JPH0471324 B2 JP H0471324B2
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magnetic
magnetic field
magnet
superconducting coil
yoke
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JP63052631A
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Kinya Matsutani
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Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
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    • G01R33/381Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/42Screening
    • G01R33/421Screening of main or gradient magnetic field

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  • Epidemiology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、磁気共鳴(MR:Magnetic
Resonance)現象を利用して生体である被検体の
特定の断面における特定原子核スピンの密度分布
に基づくいわゆるコンピユータ断層(CT:
Computed Tomography)によりCT像
(Computed Tomogram)として画像化
(Imaging)する磁気共鳴イメージング装置用の
磁石に関する。
(従来の技術) 例えば生体診断に用いる医用磁気共鳴イメージ
ング装置では、生体である被検体の特定部位にお
ける断層像を得るために、第4図に示すように被
検体Pに対して図示Z方向に沿う非常に均一な静
磁界Hpを図示しない静磁界マグネツトにより発
生させて作用させ、さらに一対のグラジエントコ
イル100A,100Bにより上記静磁界Hp
線形磁界勾配GXを印加する。ここで、静磁界Hp
に対する特定原子核は、次式で示される角周波数
ωpで共鳴する。
ωp=γHp …(1) この(1)式において、γは磁気回転比であり、原
子核の種類に固有のものである。そこでさらに、
特定原子核のみを共鳴させる角周波数ωpの回転
磁界H1をRFコイル(プローブヘツド)内に設け
られた例えば一対の送信コイル200A,200
Bを介して被検体Pに作用させる。
このようにすると、上記線形磁界勾配GXによ
りZ軸方向について選択設定される図示x−y平
面部分についてのみ選択的に作用し、断層像を得
る特定のスライス部分S(平面上の部分であるが
現実にはある厚みを持つ)のみに磁気共鳴現象が
生じる。この磁気共鳴現象は上記RFコイル内に
設けられた例えば一対の受信コイル300A,3
00Bを介して自由誘導減衰信号(free
induction decay:以下「FID信号」と略称す
る。)として観測され、MR信号として用いられ
る。このFID信号をフリーエ変換することによ
り、特定原子核スピンの回転周波数について単一
スペクトルが得られる。
断層像をCT像として得るには、スライス部分
Sのx−y平面内の多方向についての投影が必要
である。そのため、スライス部分Sを励起して磁
気共鳴現象を生じさせた後、第5図に示すように
磁界Hpにx′軸方向(x軸より角度θ回転した座
標系)に直線的な傾斜を持つ線型磁界勾配GXY
図示しないグラジエントコイルにより作用させる
と、被検体Pのスライス部分Sにおける等磁界線
Eは直線となり、この等磁界線E上の特定原子核
スピンの回転周波数は上記(1)式であらわされる。
ここで説明の便宜上、等磁界線EをE1〜Eo
し、これら等磁界線E1〜Eo上の磁界により一種
のFID信号である信号D1〜Doをそれぞれ生じる
と考える。信号D1〜Doの振幅はそれぞれスライ
ス部分Sを貫く等磁界線E1〜Eo上の特定原子核
スピン密度に比例することになる。ところが、実
際に観測されるFID信号は、信号D1〜Doを全て
合せた合成FID信号となる。そこで、合成FID信
号をフーリエ変換することによつてスライス部分
Sのx′軸への投影情報(一次元像)PDを得る。
次に、このx′軸をx−y平面内で回転させるが、
これはたとえば二対のグラジエントコイルによる
x,y方向についての磁界勾配GX,GYの合成磁
場として磁界勾配GXYを作り、上記磁界勾配GX
GYの合成比を変化させることにより行う。この
磁界勾配GXYの回転により上記と同様にしてx−
y平面内の角方向への投影情報が得られ、これら
の情報に基づいてCT像が合成されることになる。
以上が磁気共鳴イメージングの原理であるが、
次に具体例として、第6図に従来の磁気共鳴イメ
ージング装置を示す。被検体すなわち患者1はベ
ツド2の上に載置される。この患者1を取り囲ん
でRFコイル(プローブヘツド:高周波送受信コ
イル)3、更にその外周に磁界補正用のシムコイ
ル4、傾斜磁界発生用のグラジエントコイル5が
配置されている。これらすべてのコイル系は、大
型の静磁界磁石6の常温ボアー7(通常はボアー
内径約1m)内部に収納されている。静磁界磁石
としては、超電導磁石、常電導磁石、永久磁石の
いずれかが使用される。
この静磁界磁石6は、励磁電源8により電流リ
ード9を介して励消磁される(永久磁石方式の場
合は、これは不用)。尚、超電導磁石の場合は、
永久電流モードで運転されるためと冷媒である液
体ヘリウム消費量を低減させるために通常は電流
リード9は励磁後に取りはずして、常に磁場が発
生している状態となつている。通常この静磁界の
方向は、多くのマグネツトでは図示の10方向、
すなわち患者1の体軸方向である。グラジエント
コイル5は、X軸方向の磁界傾斜を与えるGXコ
イル、Y軸方向のGYコイル、Z軸方向のGZコイ
ルより構成され、それぞれ励磁電源11,12,
13に接続されている。これら励磁電源11,1
2,13は中央制御装置14に接続されている。
RFコイル3は送信コイルと受信コイルにより構
成され、それぞれRF発振装置15、RF受信装置
16に接続され、これらは更に中央制御装置14
に接続されている。中央制御装置14は表示・操
作盤17に接続され、これにより運転操作され
る。
次に、上記のように構成された従来の磁気共鳴
イメージング装置の動作について述べる。
患者1の全身断面画像を得るために、磁界均一
空間18は通常40〜50cm球と広く、しかも20ppm
以下の高均一度を要求される。このため、静磁界
磁石6は、例えば、超電導方式の場合長さ2.4m、
幅2m、高さ2.4m、重量5〜6トンと巨大なも
のが必要となる。
このように大きなマグネツトであつても、マグ
ネツトのみによる40〜50cm球内の均一度はせいぜ
い数百ppmにしかならない。これを20ppm以下と
するために磁界補正用のシムコイル4が使用され
る。この磁界均一空間18内に患者の診断部位を
もつてくる。そして、静磁界10と直角方向に
RF発振装置15、RFコイル3により高周波を印
加し人体細胞内の所要の原子核、例えば水素原子
核を励起させる。又、これと同じにGX励磁電源
11、GY励磁電源12、GZ励磁電源13および
グラジエントコイル5により傾斜磁界をX,Y,
Z方向に印加する。
このRFとグラジエントのパルスシーケンスは
病変部位および画像処理方法によつて最適な方法
が選択される。
このパルスシーケンス動作は、中央制御装置1
4により制御される。グラジエント、RF印加後
に、患者1の体内より磁気共鳴信号が発せられ
る。この信号はRF受信装置16により受信・増
幅され、中央制御装置14に入力される。ここで
画像処理され、所要の人体断層画像が表示・操作
盤17のCRT上に表示される。
ところで、このように構成された従来の磁気共
鳴イメージング装置に使用されている静磁界磁石
は病院の建屋内に設置されるので静磁界磁石より
の漏洩磁界を極小にし周囲環境への磁気的悪影響
をなくすために磁気シールドが磁石に取付けられ
ている。現在実用化されている磁気シールドとし
ては、ヨーク磁気シールド型とアクテイブ磁気シ
ールド型の2種類がある。
第7図に従来の静磁界磁石のヨーク磁気シール
ド型を示す。この方式の従来技術については例え
ば特開昭61−252613「MR磁石の遮蔽体」に述べ
られている。又、第8図に従来の静磁界磁石のア
クテイブ磁気シールド型の部分切断図を、第9図
にそのコイル配置図を示す。この方式の従来技術
については例えば特開昭60−123756「磁石装置」
に開示されている。
まず、ヨーク磁気シールド型の従来技術につい
て説明する。第7図に於いて、ヨーク磁気シール
ド19は、静磁界磁石6の周囲を取りかこむ円筒
形殻体20とこの円筒形殻体の両端に取付けられ
た2つの円板形端蓋21と脚部22とから構成さ
れている。ヨーク磁気シールド19は鉄などの磁
性材料で作られている。
静磁界磁石6はヨーク磁気シールド19の内部
に収納されており静磁界磁石の磁気中心軸23と
円筒形殻体20の縦軸線24とが同軸になるよう
に配置されている。
次に、上記のように構成されたヨーク磁気シー
ルドの作用効果について述べる。静磁界磁石6に
より図示の磁束25が発生する。静磁界磁石の常
温ボアー7を出た磁束25は鉄などの磁性材料に
より作られたヨーク磁気シールド19に吸収され
る。磁気シールドが吸収できる磁束量は磁性材料
の磁気飽和特性により制限される。吸収しきれな
い磁束は磁気シールドの外部に漏れいわゆる漏洩
磁界となる。
ヨーク磁気シールドを静磁界磁石に取付けた場
合、上記の漏洩磁界が静磁界磁石単体に比較して
大幅に低減される。第10図にこの状況を示す。
第10図には、5000ガウス静磁界磁石のみの場
合とヨーク磁気シールド付の場合の5ガウス漏洩
磁界分布が示めされている。この図より明らかな
ようにヨーク磁気シールドが取付けられると5ガ
ウス漏洩磁界領域が半減される。
磁気共鳴イメージング装置用として使用される
場合、磁界の均一性が本質的に重要である。ヨー
ク磁気シールド付磁石の場合は、磁石と磁気シー
ルドによつて構成される磁気回路に於いて、磁石
と磁気シールドが発生する磁界の高次磁界項の対
応する成分がほぼ同程度の強度になる様に磁気回
路が設計されている。従つて、合成された磁界
は、高次磁界項がほぼ零となり、零次項の合成磁
界が中心磁界となる高均一磁界となる。すなわ
ち、磁石によつて発生する磁界を高次成分で展開
すると、 BM=B0M+b1M+b2M+b3M+ …(1) ここで、BM :磁石(メインコイル)により
発生する磁界強度 B0M:磁石(メインコイル)により発
生する零次磁界強度 b1M:磁石(メインコイル)により発
生する1次磁界強度 b2M:磁石(メインコイル)により発
生する2次磁界強度 b3M:磁石(メインコイル)により発
生する3次磁界強度 を表わす。またヨーク磁気シールドにより形成さ
れる磁界を同じく展開すると、 BY=B0Y+b1Y+b2Y+b3Y+ …(2) ここで、BY :ヨーク磁気シールドにより形
成される磁界強度 B0Y:ヨーク磁気シールドにより形成
される零次磁界強度 b1Y:ヨーク磁気シールドにより形成
される1次磁界強度 b2Y:ヨーク磁気シールドにより形成
される2次磁界強度 b3Y:ヨーク磁気シールドにより形成
される3次磁界強度 を表わす。(1)、(2)式に於いて、対応する高次成分
がb1Mb1Y,b2Mb2M…となるので高次項がほぼ
零となり高均一化される。
一方、このヨーク磁気シールド付磁石を病院等
に設置する場合、設置する環境には床配筋、柱配
筋などの強磁性体が存在している。これらは磁界
均一度を著しく劣化させる。ヨーク磁気シールド
はこれら外部磁性体の影響を防止し均一度の劣化
を回避するという効果もある。
次に、アクテイブ磁気シールド型の従来技術
(特開昭60−123756)について説明する。第8図
に於いて、静磁界磁石6は超電導磁石方式であ
る。主磁界を発生させる第1超電導コイルアセン
ブリ26と、その外周に配置し、この第1超電導
コイルアセンブリと電気的に直列接続され、第2
磁界を発生する第2超電導コイルアセンブリ(ア
クテイブ磁気シールド)27とを備えた磁石装置
であり、これら両コイルアセンブリ26,27は
液体ヘリウムで満たされた液体ヘリウムタンク2
8に収納されており4.2Kの極低温状態に保持さ
れている。第9図は、この第1超電導コイルアセ
ンブリ26と第2超電導コイルアセンブリ27の
コイル配置を示す一例である(特開昭60−
123756)。第1、第2超電導コイルアセンブリは
それぞれ6個の超電導コイルを含み、第1超電導
コイルアセンブリを構成するコイルが、第2超電
導コイルアセンブリを構成するコイルの半径方向
内側に設けられ、コイル全体が同軸的に配置され
ると共に、コイルの軸線に垂直な共通中央面に対
して対称的に配置される。すなわち、磁界中心軸
23に垂直な装置中央面29に対して、それぞれ
対称に配置された3組のコイル対A,B、および
C(合計6組)の第1超電導コイルアセンブリを
設け、その外周に、磁石装置の中央面28に対し
て対称的に6個のアクテイブシールドコイルD,
E,Fを設ける。
次に、上記のように構成されたアクテイブ磁気
シールドの作用効果について述べる。
第1、第2超電導コイルアセンブリのそれぞれ
は、対応成分がほぼ同程度の強度である磁界を発
生し、両アセンブリは一様な合成磁界を作用空間
内に与えると同時に、第2超電導コイルアセンブ
リに流れる電流の方向は第1超電導コイルアセン
ブリでの電流の方向と反対となつているので、第
2超電導コイルアセンブリによる第2磁界は磁石
装置の外部で第1超電導コイルアセンブリによる
第1磁界をキヤンセルし漏洩磁界を低減させる。
すなわち、第1、第2超電導コイルアセンブリ
によつて発生する磁界を高次成分で展開すると、 B1=B01+b11+b21+b31+ …(3) ここで、B1 :第1超電導コイルアセンブリ
により発生する磁界強度 B01:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する零次磁界強度 b11:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する1次磁界強度 b21:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する2次磁界強度 b31:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する3次磁界強度 を表わす。また、 B2=B02+b12+b22+b32+ …(4) ここで、B2 :第2超電導コイルアセンブリ
により発生する磁界強度 B02:第2超電導コイルアセンブリに
より発生する零次磁界強度 b12:第2超電導コイルアセンブリに
より発生する1次磁界強度 b22:第2超電導コイルアセンブリに
より発生する2次磁界強度 b32:第2超電導コイルアセンブリに
より発生する3次磁界強度 を表わす。(3)、(4)式に於いて、対応する高次成分
がb11b12、b21b22、b31b32…とほぼ等しくな
るので高次項はほぼ零となり常温ボアー内部では
高均一磁界となる。更らにB1とB2は互いに逆極
性の磁界となつているので磁石装置外部では磁界
がキヤンセルされ漏洩磁界が低減する。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このように構成された従来の磁気共
鳴イメージング装置用磁石には次のような不具合
がある。
ヨーク磁気シールド型の場合、磁石の中心磁界
強度を上げてゆくと使用する鉄などの磁性体量が
急激に増大する。例えば、5000ガウスの磁石を磁
気シールドする場合は約5トンの鉄で5ガウス漏
洩磁界領域を約40m2にすることが出来るが15000
ガウスの磁石に対して同程度の5ガウス漏洩磁界
領域を得ようとすると約40トンの鉄が必要とな
る。このような重量物は磁気共鳴イメージング装
置が据付られる病院内にはもはや設置することが
困難である。従つて、高磁界タイプの磁気共鳴イ
メージング装置(例えば15000ガウス以上)には
ヨーク磁気シールド型は適用できない。
一方、アクテイブ磁気シールド型の場合は鉄な
どの重量物を使用せずに超電導コイル自身によつ
て自己シールドできるので本質的に軽量化できる
ので高磁界タイプであつてもヨーク磁気シールド
型の如き重量に関する問題は生じない。例えば、
15000ガウスの場合、14トン程度となり病院内に
設置できる重量範囲内となる。
しかしながら、アクテイブ磁気シールド型の場
合、下記の3つの致命的な不具合がある。
磁界キヤンセル用として第2超電導コイルア
センブリを主磁界を発生する第1超電導コイル
アセンブリの外周に配置するために超電導磁石
の外径寸法が異常に大きくなつてしまう。病院
への据付を行なう場合、磁石を病院内廊下等を
移送しなくてはならぬが、重量が比較的軽くし
ても寸法が大きいと病院内を移送することがで
きない。撤去作業を行ない移送スペースを確保
するかあるいは、この装置用の新建屋を作らね
ばならぬという事になつてしまう。本質的に据
付困難という欠点がある。
ヨーク磁気シールドは床配筋、柱配筋などの
磁性体の影響を防止できるので、これらによる
均一度の劣化はないがアクデイブ磁気シールド
は、環境磁性体の影響を受けやすく均一度が劣
化しやすいという磁気共鳴イメージング装置に
とつて致命的な欠点がある。
第1、第2と2つの超電導コイルアセンブリ
を必要とするため高価な超電導線材を多量に使
用するので磁石装置が高額となり、高磁界タイ
プの磁気共鳴イメージング装置の普及を阻害し
ている大きな要因の一つとなつている。
(発明の目的) そこで、本発明の目的は、従来のヨーク磁気シ
ールド型およびアクテイブ磁気シールド型のもつ
欠点をなくして、装置をコンパクト化、軽量化、
低漏洩磁界化、耐環境磁性体化し、既存の病院建
屋に容易に搬入・据付できるコストパーフオーマ
ンスの優れた磁気共鳴イメージング装置用磁石を
提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明による磁気共鳴イメージング装置用磁石
は上記の問題点を解決しかつ目的を達成するため
に次のように構成する。すなわち第1図に示す如
く、第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
ブリ26と、この第1超電導コイルアセンブリに
電気的に直列に接続された第2磁界を発生する第
2超電導コイルアセンブリ27とからなる静磁界
磁石6の外周に第3磁界を形成する円筒状ヨーク
磁気シールド19を取付けた構造とする。
第1、第2超電導コイルアセンブリおよびヨー
ク磁気シールドは対応する高次磁界成分が合成す
ることによつてほぼ零となる磁界を常温ボアー7
の空間18に形成すると同時に、第2磁界は磁石
6の外部で第1磁界に対抗し、更らに第1、第2
磁界の漏洩分をヨーク磁気シールドが吸収する構
成になつている。
(作 用) このように構成することにより、常温ボアー内
の空間18で高均一な磁界が得られると同時に、
磁石6の外部では漏洩磁界が低減される。その
際、磁界の均一化、漏洩磁界低減がアクテイブ磁
気シールドである第2超電導アセンブリとヨーク
磁気シールドとの分担によつてなされるのでアク
テイブ磁気シールドの容量が低減できる。これに
より、装置をコンパクト・軽量化できしかも高価
な超電導線材量が少なくなるのでコストパーフオ
ンマンスの優れた装置となり既存の病院建屋に容
易に搬入・据付できる。
(実施例) 以下本発明の磁気共鳴イメージング装置用磁石
の一実施例を第1図を参照して説明する。
(実施例の構成) 第1図は本実施例の構成を示す図である。
主磁界となる第1磁界を発生させる第1超電導
コイルアセンブリ26とその外周に配置し、この
第1超電導コイルアセンブリと電気的に直列接続
された第2磁界を発生する第2超電導コイルアセ
ンブリ27(アクテイブ磁気シールド)より超電
導コイルが成り、これら両コイルアセンブリは液
体ヘリウムで満たされた液体ヘリウムタンク28
に収納されており、4.2Kの極低温状態に保持さ
れている。液体ヘリウムタンク28の外周は熱輻
射シールド板30、多層断熱材31により包ま
れ、これら全体は真空容器32に収納され、容器
内部は高真空に保たれ断熱されている。真空容器
32には真空容器脚部33がとりつけられてい
る。
また、この真空容器32、すなわち静磁界磁石
6の外周には円筒形殻体20およびヨーク磁気シ
ールド脚部34より成るヨーク磁気シールド19
が取付けられている。ヨーク磁気シールド19は
鉄などの磁性材料で作られている。真空容器脚部
33とヨーク磁気シールド脚部34は連結板35
により連結されている。
静磁界磁石6はヨーク磁気シールド19の内部
に収納されており、静磁界磁石の磁気中心軸23
に対してヨーク磁気シールド19、第1、および
第2超電導コイルアセンブリは同軸に配置される
と共に、この軸23に垂直な共通中央面29に対
して対称に配置されている。
円筒形殻体20は、共通中央面29に関して2
分割し更らに磁気中心軸23に関して2分割、全
体で4分割できる構造となつている。円筒形殻体
20の長さは真空容器32の長さより短かい構造
となつている。すなわち、第2超電導アセンブリ
27の長さより短かくなつている。
(実施例の作用) 次に、上記のように構成された本実施例の磁気
共鳴イメージング装置用磁石の作用を説明する。
まず、第1超電導コイルアセンブリによつて発
生する磁界を高次成分で展開すると、 BM=B0M+b1M+b2M+b3M+ …(5)。
ここで、BM :第1超電導コイルアセンブリ
により発生する磁界強度 B0M:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する零次磁界強度 b1M:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する1次磁界強度 b2M:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する2次磁界強度 b3M:第1超電導コイルアセンブリに
より発生する3次磁界強度 :を表わす。また、第2超電導コ
イルアセンブリ(アクテイブ磁気シールド)によ
つて発生する磁界を高次成分で展開すると BA=B0A+b1A+b2A+b3A+ …(6)。
ここで、BA :アクテイブ磁気シールドによ
り発生する磁界強度 B0A:アクテイブ磁気シールドにより発
生する零次磁界強度 b1A:アクテイブ磁気シールドにより発
生する1次磁界強度 b2A:アクテイブ磁気シールドにより発
生する2次磁界強度 b3A:アクテイブ磁気シールドにより発
生する3次磁界強度 : 更らに、ヨーク磁気シールド
によつて形成される磁界を高次成分で展開する
と、 BY=B0Y+b1Y+b2Y+b3Y+ …(7)。
ここで、BY :ヨーク磁気シールドにより形
成される磁界強度 B0Y:ヨーク磁気シールドにより形成さ
れる零次磁界強度 b1Y:ヨーク磁気シールドにより形成さ
れる1次磁界強度 b2Y:ヨーク磁気シールドにより形成さ
れる2次磁界強度 b3Y:ヨーク磁気シールドにより形成さ
れる3次磁界強度 :と表わす。第2超電導アセンブ
リは第1超電導アセンブリに対して逆方向の電流
が流れており、形成される磁界が互いに逆むきと
なる。
(5)、(6)、(7)式に於いて、対応する高次成分の合
成がほぼ零となる、すなわち、b1M−b1A+b1Y
0、b2M−b2A+b2Y0、b3M−b3A+b3Y0、と
なるので常温ボアー内部では零次磁界強度B0M
B0A+B0Yのみが存在し、高均一磁界が形成され
る。一方、静磁界磁石6の外部では、b0MとB0A
は互いに逆極性の磁界となつているので、磁界は
キヤンセルされ弱められている。更らに、この弱
められた磁界の磁束は、ヨーク磁気シールド19
に吸収され漏洩磁界は激減する。円筒形殻体20
の長さは第2超電導コイルアセンブリ27のコイ
ル長より短かいので真空容器端部付近に於ける磁
束の乱れが回避できる。この結果、均一空間18
での均一度が向上する。次に、本磁石を据付・搬
入する方法を述べる。ヨーク磁気シールド19は
中央面29および磁気中心軸23に関して分割で
きる構造であるので、搬入に際しては、磁石本体
6,4分割かされたヨーク磁気シールド19とし
て分割搬入・据付が可能である。この分割のため
に、独立した脚部34,35を有している。全体
組立後は、連結板35により磁石6とヨーク磁気
シールド19は結合される。
(実施例の効果) 以上説明したように本実施例によれば次に列挙
するような効果がある。
(1) 磁界均一度達成および漏洩磁界低減をアクテ
イブ磁気シールドとヨーク磁気シールドとで分
担した構造にしたため、アクテイブ磁気シール
ドの容量を小さくできる。これにより、アクテ
イブ磁気シールドの下記の欠点を改善できる。
アクテイブ磁気シールドに起因する磁石外
径寸法の増加を押えることができる。これに
より、コンパクト化が可能となり既設病院へ
の搬入・据付が容易となる。
高価な超電導線材の使用量が減るのでコス
トパーフオーマンスのよい装置が得られる。
(2) ヨーク磁気シールドを使つているので環境磁
性体による均一度劣化が回避できる。更らに、
真空容器長より短かい円筒形殻体を用いている
のでボアー中心に於ける均一度が向上する。
(3) 一方、ヨーク磁気シールドは使つているがア
クテイブ磁気シールドとの併用であるので重量
の増大は最少限となり、既存病院への据付・搬
入許容条件内に荷重を押えることができる。例
えば、15トン以下。
(4) アクテイブシールドとヨークシールドとの併
用により漏洩磁界遮へい効果が、それぞれ単独
の場合より増大する。
他の実施例 1 次に本発明の他の実施例1を説明する。
第1の超電導コイルアセンブリ26、第2の超
電導コイルアセンブリ27ヨーク磁気シールド1
9で構成され、構造は第1図と同一であり先の本
発明の実施例と同一である。
第1超電導コイルアセンブリによつて発生する
磁界は先の(5)式により与えられる。第2超電導コ
イルアセンブリによつて発生する磁界は先の(6)式
により与えられる。ヨーク磁気シールドにより形
成される磁界は先の(7)式により与えられる。(5)式
に於いて、b1M0、b2M0、b3M0…すなわ
ち最初から高次項は、ほぼ零であるように第1超
電導コイルアセンブリ、主磁界コイルを製作す
る。次に、(6)式(7)式に於いてb1Y−b1A0、b2Y
−b2A0、b3Y−b3A0…、すなわちヨーク磁
気シールドと第2超電導コイルアセンブリの対応
する高次成分がほぼ等しくなる様にコイル、ヨー
クシールドを製作する。こうすることによつて均
一磁界を得ると共に、静磁界磁石6の外部では漏
洩磁界がキヤンセルされて漏洩磁界小となる。
本実施例の効果は先の実施例におけるとほぼ同
じである。
他の実施例 2 次に本発明の他の実施例2を第2図で説明す
る。
第1超電導コイルアセンブリ26、第2超電導
コイルアセンブリ27、ヨーク磁気シールド19
および鉄片シム36より構成される。鉄片シム
は、通常、静磁界磁石6の常温ボアー7の表面上
に取付けられている。
第1超電導コイルアセンブリ、第2超電導コイ
ルアセンブリ、ヨーク磁気シールドにより形成さ
れる磁界はそれぞれ先の(5)(6)(7)式により与えられ
る。
鉄片シム36により形成される磁界は、 BS=B0S+b1S+b2S+b3S+ …(8) ここで、BS :鉄片シムにより形成される磁
界強度 B0S:鉄片シムにより形成される零次
磁界強度 b1S:鉄片シムにより形成される1次
磁界強度 b2S:鉄片シムにより形成される2次
磁界強度 b3S:鉄片シムにより形成される3次
磁界強度 と表わされる。これら、第1、第2超電導コイル
アセンブリ、ヨーク磁気シールドおよび鉄片シム
による対応する高次成分の合成が零となり磁石6
の常温ボアー7内で高均一磁界が得られると共
に、磁石6外部では磁界がキヤンセルされ漏洩磁
界が低減される。
他の実施例 3 次の本発明の実施例3を第3図にて説明する。
第3図に示す如く、第1図に示す本発明の第1
の実施例のヨーク磁気シールドの円筒状殻体20
に円板状端蓋21を付加した構成とする。
この構造により、磁気中心軸23方向の磁界漏
洩の遮へい効率が増大し5ガウス漏洩磁界領域が
減少するという効果がある。
他の実施例 4 次に本発明の他の実施例4を説明する。
構造は第1図と同一であり本発明の実施例に同
じとする。
第1超電導コイルアセンブリによつて発生する
磁界は先の(5)式により与えられる。第2超電導コ
イルアセンブリによつて発生する磁界は先の(6)式
により与えられる。ヨーク磁気シールドにより形
成される磁界は先の(7)式により与えられる。(6)式
に於いて、b1A0、b2A0、b3A0、…すな
わち最初から高次項は、ほぼ零であるように第2
超電導コイルアセンブリすなわちアクテイブ磁気
シールドを製作する。次に、(5)式、(7)式に於いて
b1M+b1Y0、b2M+b2Y0、b3M+b3Y0、…
すなわちヨーク磁気シールドと第1超電導コイル
アセンブリの対応する高次成分がほぼ等しくなる
様にコイル、ヨークシールドを製作する。これに
より均一磁界を得ると共に、静磁界磁石6の外部
には漏洩磁界がキヤンセルされて漏洩磁界小とな
る。
他の実施例 5 次に本発明の他の実施例5を第2図で説明す
る。
構造は第2図であり他の実施例2に同じ 第1超電導コイルアセンブリ、第2超電導コイ
ルアセンブリ、ヨーク磁気シールドおよび鉄片シ
ムにより発生または形成される磁界は、それぞれ
先の(5)、(6)、(7)、(8)式によつて表わされる。
(5)式において、b1M0、b2M0、b3M0、
…すなわち、最初から高次項はほぼ零であるよう
に第1超電導コイルアセンブリを設計する。次に
(6)、(7)、(8)式の対応する高次成分の合成が零とな
るようにする。これにより、均一磁界を得ると共
に、静磁界磁石6の外部では漏洩磁界がキヤンセ
ルにされて漏洩磁界小となる。
他の実施例 6 次に本発明の他の実施例6を第2図で説明す
る。
構成は第2図であり、他の実施例2に同じであ
る。
第1、第2超電導コイルアセンブリ、ヨーク磁
気シールド、および鉄片シムにより発生、または
形成される磁界はそれぞれ先の(5)、(6)、(7)、(8)式
によつて表わされる。
(6)式において、b1A0、b2A0、b3A0、
…すなわち、最初から高次項はほぼ零であるよう
に第2超電導コイルアセンブリを設計する。次
に、(5)、(7)、(8)式の対応する高次成分の合成が零
となるようにする。これにより、均一磁界を得る
と共に、静磁界磁石6の外部では漏洩磁界がキヤ
ンセルされて漏洩磁界小となる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、ヨーク磁気
シールドとアクテイブ磁気シールドを融合したハ
イブリツド磁気シールドとしたので、磁界均一化
と漏洩磁界低減はアクテイブとヨークとの最適な
分担によりなされる。これにより、アクテイブ磁
気シールドの容量が低減できる。このため、磁石
をコンパクト・軽量化、耐環境磁性体化でき、し
かも高価な超電導線材量が少なくできるのでコス
トパーフオーマンスに優れた上に、既存の病院建
屋に容易に搬入・据付できる磁気共鳴イメージン
グ装置用磁石が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の磁気共鳴イメージング装置用
磁石の第一の実施例を示す切断斜視図、第2図お
よび第3図はそれぞれ異なる他の実施例を示す要
部断面図、第4図および第5図は磁気共鳴イメー
ジングの原理を示す図、第6図は従来の磁気共鳴
イメージング装置のシステムを示す構成図、第7
図は従来のヨーク磁気シールド付磁気共鳴イメー
ジング装置用磁石の斜視図、第8図は従来のアク
テイブ磁気シールド付磁気共鳴イメージング装置
用磁石の切断斜視図、第9図は従来のアクテイブ
磁気シールド付磁気共鳴イメージング装置用磁石
のコイルの配置図、第10図は漏洩磁界分布図で
ある。 19…ヨーク磁気シールド、20…円筒形殻
体、21…円板形端蓋、26…第1超電導コイル
アセンブリ、27…第2超電導コイルアセンブ
リ、36…鉄片シム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続されて第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリとからなる超電導磁石の外
    周に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取
    付けた磁石装置であつて、第1、第2超電導コイ
    ルアセンブリおよびヨーク磁気シールドは対応す
    る高次磁界成分が合成するとほぼ零となる磁界を
    発生あるいは形成し、第1、第2超電導コイルア
    センブリおよびヨーク磁気シールドは一様な合成
    磁界を磁石装置中心の作用空間内に与え、第2磁
    界は磁石装置の外部で第1磁界に対抗すると共に
    ヨーク磁石シールドによつて、これら第1、第2
    磁界の漏洩分が吸収されることを特徴とする磁気
    共鳴イメージング装置用磁石。 2 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続された第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリからなる超電導磁石の外周
    に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取付
    けた磁石装置であつて、第1超電導コイルアセン
    ブリの高次磁界成分はほぼ零でありかつ第2超電
    導コイルアセンブリとヨーク磁気シールドは対応
    する高次磁界成分がほぼ同程度の強度である磁界
    を発生し、第1、第2超電導コイルアセンブリお
    よびヨーク磁気シールドは一様な合成磁界を磁石
    装置中心の作用空間内に与え、第2磁界は磁石装
    置の外部で第一磁界に対抗すると共にヨーク磁気
    シールドによつて、これら第1、第2磁界の漏洩
    分が吸収されることを特徴とする磁気共鳴イメー
    ジング装置用磁石。 3 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続されて第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリからなる超電導磁石の外周
    に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取付
    けた磁石装置であつて、第2超電導コイルアセン
    ブリの高次磁界成分はほぼ零でありかつ第1超電
    導コイルアセンブリとヨーク磁気シールドは対応
    する高次磁界成分がほぼ同程度の強度である磁界
    を発生し、第1、第2超電導コイルアセンブリお
    よびヨーク磁気シールドは一様な合成磁界を磁石
    装置中心の作用空間内に与え、第2磁界は磁石装
    置の外部で第1磁界に対抗すると共にヨーク磁気
    シールドによつて、これら第1、第2磁界の漏洩
    分が吸収されることを特徴とする磁気共鳴イメー
    ジング装置用磁石。 4 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続されて第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリからなる超電導磁石の外周
    に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取付
    けると共に、超電導磁石の外周または、および内
    周に第4磁界を形成する磁性体シムを取付けた磁
    石装置であつて、第1、第2超電導コイルアセン
    ブリ、ヨーク磁気シールドおよび磁性体シムは対
    応する高次磁界成分が合成されるとほぼ零となる
    磁界を発生あるいは形成し、第1、第2超電導コ
    イルアセンブリ、ヨーク磁気シールドおよび磁性
    体シムは一様な合成磁界を磁石装置中心の作用空
    間内に与え、第2磁界は磁石装置の外部で第1磁
    界に対抗すると共にヨーク磁気シールドによつ
    て、これら第1、第2磁界の漏洩分が吸収される
    ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用磁
    石。 5 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続されて第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリからなる超電導磁石の外周
    に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取付
    けると共に、超電導磁石の外周または、および内
    周に第4磁界を形成する磁性体シムを取付けた磁
    石装置であつて、第1超電導コイルアセンブリの
    高次磁界成分はほぼ零でありかつ第2超電導コイ
    ルアセンブリ、ヨーク磁気シールドおよび磁性体
    シムは対応する高次磁界成分が合成されるとほぼ
    零となる磁界を発生あるいは形成し、第1、第2
    超電導コイルアセンブリ、ヨーク磁気シールドお
    よび磁性体シムは一様な合成磁界を磁石装置中心
    の作用空間内に与え、第2磁界は磁石装置の外部
    で第1磁界に対抗すると共にヨーク磁気シールド
    によつて、これら第1、第2磁界の漏洩分が吸収
    されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装
    置用磁石。 6 第1磁界を発生する第1超電導コイルアセン
    ブリと、この第1超電導コイルアセンブリに電気
    的に直列に接続されて第2磁界を発生する第2超
    電導コイルアセンブリからなる超電導磁石の外周
    に第3磁界を形成するヨーク磁気シールドを取付
    けると共に、超電導磁石の外周または、および内
    周に第4磁界を形成する磁性体シムを取付けた磁
    石装置であつて、第2超電導コイルアセンブリの
    高次磁界成分はほぼ零であり、かつ第1超電導コ
    イルアセンブリ、ヨーク磁気シールドおよび磁性
    体シムは対応する高次磁界成分が合成されるとほ
    ぼ零となる磁界を発生あるいは形成し、第1、第
    2超電導コイルアセンブリ、ヨーク磁気シールド
    および磁性体シムは一様な合成磁界を磁石装置中
    心の作用空間内に与え、第2磁界は磁石装置の外
    部では第1磁界に対抗すると共にヨーク磁気シー
    ルドによつて、これら第1、第2磁界の漏洩分が
    吸収されることを特徴とする磁気共鳴イメージン
    グ装置用磁石。 7 第1超電導コイルアセンブリはコイルの中心
    磁気軸に垂直な磁石の中央面に対して、対称的に
    配置された複数個の同軸コイルから成る、請求項
    第1項または第2項、または第3項または第4項
    または第5項または第6項記載の磁気共鳴イメー
    ジング装置用磁石。 8 第2超電導コイルアセンブリは、コイルの中
    心磁気軸に垂直な磁石の中央面に対して、対称的
    に配置された複数個の同軸コイルから成る、請求
    項第1項または第2項または第3項、または第4
    項または第5項または第6項または第7項記載の
    磁気共鳴イメージング装置用磁石。 9 ヨーク磁気シールドは、コイルの中心磁気軸
    に垂直な磁石の中央面に対して、対称的に配置さ
    れた請求項第1項、または、第2項または第3項
    または第4項、または第5項または第6項、また
    は第7項、または第8項記載の磁気共鳴イメージ
    ング装置用磁石。 10 ヨーク磁気シールドは円筒形殻体により構
    成されたことを特徴とする請求項第9項記載の磁
    気共鳴イメージング装置用磁石。 11 円筒形殻体の軸方向長さは磁石の真空容器
    の軸方向長さより短かいことを特徴とする請求項
    第10項記載の磁気共鳴イメージング装置用磁
    石。 12 円筒形殻体の軸方向長さは第1超電導コイ
    ルアセンブリのコイル長より長くかつ第2超電導
    コイルアセンブリのコイル長より短かいことを特
    徴とする請求項第11項記載の磁気共鳴イメージ
    ング装置用磁石。 13 円筒形殻体の軸方向長さは第1超電導コイ
    ルアセンブリのコイル長より短かいことを特徴と
    する請求項第11項記載の磁気共鳴イメージング
    装置用磁石。 14 ヨーク磁気シールドは円筒形殻体とこの両
    端に取付けられた円板形端蓋により構成されたこ
    とを特徴とする請求項第9項記載の磁気共鳴イメ
    ージング装置用磁石。 15 ヨーク磁気シールドは分割構造となつてい
    ることを特徴とする請求項第10項又は第11項
    又は第12項又は第13項又は第14項記載の磁
    気共鳴イメージング装置用磁石。 16 磁気中心軸に垂直な共通中央面に関して2
    分割構造となつていることを特徴とする請求項第
    15項記載の磁気共鳴イメージング装置用磁石。 17 磁気中心軸に関して2分割構造となつてい
    ることを特徴とする請求項第15項記載の磁気共
    鳴イメージング装置用磁石。 18 磁気中心軸に垂直な共通中央面および磁気
    中心軸に関して4分割構造となつていることを特
    徴とする請求項第15項記載の磁気共鳴イメージ
    ング装置用磁石。 19 真空容器脚部とヨーク磁気シールド脚部と
    が連結板により結合されていることを特徴とする
    請求項第15項又は第16項、又は第17項又は
    第18項記載の磁気共鳴イメージング装置用磁
    石。 20 第1、第2超電導コイルアセンブリおよび
    ヨーク磁気シールドが磁気中心軸に対して同心と
    なつていることを特徴とする請求項第1項、又は
    第2項、又は第3項、又は第4項または第5項、
    または第6項又は第7項、又は第8項、又は第9
    項記載の磁気共鳴イメージング装置用磁石。
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