JPH0475008B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は永久磁石材料から成り、均一な主要磁
場を発生する磁石装置と、傾斜磁場発生用コイル
装置と、無線周波交流磁場発生用コイルとを具え
ている核磁気共鳴装置に関するものである。

斯種の装置はPCT特許出願第WO84／01226号
から既知である。この従来装置の欠点は、永久磁
石材料の所望な磁化方向からのごく僅かのずれ
が、発生すべき測定磁場の均一性に厄介な影響を
及ぼすため、合成物形態とする磁石材料製のブロ
ツクを方向性の点で十分正確に磁化するのが困難
であると云うことにある。上述したようなブロツ
クを半径方向に事後整列させる整列の程度には限
度があるので、これらのブロツクにより得られる
不均一な磁場を均一にすることも屡々困難なこと
である。また、磁石をブロツクから成るリング形
態に構成することも困難である。

本発明の目的は上述したような欠点を克服する
ことにある。

本発明は冒頭にて述べた種類の核磁気共鳴装置
において、前記永久磁石材料が、平坦面によつて
画成される横方向に磁化したバーにより主として
構成され、これらのバーが、長手方向軸線を中心
として横断面が実質上多角形をなす磁場空間を囲
むようにしたことを特徴とする。

永久磁石材料製のバーは、それらの形状によつ
て方向的に比較的簡単に磁化されることからし
て、これらのバーにより磁場の均一性が十分で、
断面が多角形の磁場空間を形成して、バーを事後
整列させなくても医用核磁気共鳴診断を比較的大
きな容積内にて実行することができる。測定空間
の幾何学的構造は、実行すべき診断の性質に適え
るようにすることができる。

本発明の好適例によれば、横断面が直角二等辺
三角形となり、磁化方向が前記二等辺三角形の頂
角の二等分線と一致する４つのバーで磁石装置を
構成する。これら４つのバーの側面は、長さ方向
に見てこれらのバーによつて囲まれる方形断面の
磁場空間を決定する。磁石の側面の長さと長さ方
向の寸法はいずれも自由に選定することができ、
これにより磁場を均一とするためには磁石の縦の
長さ方向の寸法を少なくとも側面の長さに等く
し、好ましくは縦の長さを側面の長さの約1.5倍
とするのが好適である。

本発明の他の例によれば、磁石装置に断面が矩
形状の磁場空間を設け、この空間の対向する側面
を、断面が直角二等辺三角形を成す永久磁石バー
の基底面により形成し、他の２つの側面を断面が
台形を成す２つの中間バーの平坦側面部によつて
形成する。

さらに本発明の他の例によれば、磁石装置に断
面が六角形の磁場空間を設け、この空間の内の４
つの側面を断面が直角二等辺三角形の永久磁石バ
ーの側面でそれぞれ形成し、他の２つの側面を断
面がほぼ矩形状をしている２つの中間バーの平坦
側面部によつて形成する。斯くして形成した各永
久磁石を透磁率の比較的高い材料製のリターンヨ
ークによつて囲んで、このヨーク個所にて生ずる
磁力線を短絡させて戻すようにする。従つて、斯
種の磁石装置によれは、少なくとも横方向におけ
る妨害漂遊磁界はなくなる。リターンヨークの構
造は磁束の形状に局部的に整合させて、磁石装置
の全質量を低減させることができる。

永久磁石材料、強磁性材料又は電磁コイル形態
の特別な磁石を追加的に設けたり、又は永久磁石
材料製のバー間の間隔を適当に設定することによ
つて、測定空間内の磁場の均一性を高めたり、或
いは有効測定空間を拡大したりすることができ
る。また、斯様な手段を講じることによつて特に
長手方向の両端面の一方の端面付近における磁場
空間内の主要磁場の均一性を改善することもでき
る。

強異方向の磁性材料で磁場空間をクラツデイン
グする（覆う）ことによつて、磁化方向の局部的
な妨害が測定空間内の磁場の均一性に及ぼす影響
を中和させることができる。

本発明の好適例によれば、断層測定し、ついで
その断層像を表示させるのに必要とされる核磁気
共鳴装置の傾斜磁場発生用コイルを、磁石装置に
おける永久磁石材料の選定構造により得られる空
間内に組込むことができる。傾斜磁場発生用コイ
ルの通常の作動周波数では、永久磁石材料の遮蔽
係数が十分に低いので、永久磁石装置はフエライ
トで形成することができる。

以下図面につき本発明を説明する。

第１図に示す本発明による核磁気共鳴装置は安
定な均一磁場Ｈを発生する永久磁石装置２と、通
常３−軸電磁コイル装置によつて形成される傾斜
磁場を発生する磁石装置４と、傾斜磁場発生用コ
イル装置４に対する電源６と、無線周波交流磁場
発生用の無線周波励起コイル１０とを具えてい
る。無線周波交流磁場を発生させるためにコイル
１０には無線周波源１２を接続する。診断下にあ
る物体中における無線周波磁場により発生された
核磁気共鳴信号を検出するのにもこゝでは簡単の
ために無線周波コイル１０を用い、この目的のた
めにこれを信号増幅器１４に接続する。信号増幅
器１４は位相判別整流器１６に接続し、この整流
器は中央制御ユニツト１８に接続する。この制御
ユニツト１８は無線周波源１２用の変調器２０、
傾斜磁場発生用コイル４に対する電源６及び像表
示用のモニタ２２を制御する。高周波発振器２４
は変調器２０と、測定信号を処理する位相判別整
流器１６との双方を制御する。磁石装置２及び４
の内側に設ける励起コイル１０は測定空間２８を
囲み、かつこの測定空間を規定する。斯かる測定
空間は所謂人体全体に対する核磁気共鳴測定用装
置においては患者を収容するのに十分な大きさと
する。従つて、測定空間２８内には安定な均一磁
場Ｈと、測定して表示すべき診断下にある物体の
断面領域を規定する傾斜磁場と、核磁気共鳴信号
を発生させるための空間的に均一な無線周波交流
磁場を発生させる必要がある。人体の多くの周辺
部位にて行なう上述したような所定の診断のみな
らず、例えば脊髄の診断のような場合にも、人体
の検査部位に形状を整合させることのできる検出
用の無線周波コイル、例えば心臓及び脊髄診断の
ような人体の局所診断用のサーフエースコイル又
は人体の多くの周辺部位を入れることのできるソ
レノイド形のコイルを用いるのがより一層有利で
ある。後者のコイルは特に、腕、足及び胸の診断
に用いられる。この場合検出コイルは、励起コイ
ルが局部的に均一な無線周波磁場を発生するか、
又は測定コイルそのものが無線周波磁場を発生し
得る測定空間内に配置する。特に斯様な用途にと
つては、磁石装置の一方の軸端に近い部分の主要
磁場を十分に均一なものとすることが屡々望まれ
る。

第２図は永久磁石材料製の横方向に磁化した平
板に基ずいて、種々の特定目的用の種々の磁石構
造を構成する仕方を概略的に示したものである。

第２ａ図は各々厚さがｂで、互いに距離ａ離間
させた永久磁石材料製の平板３０を断面にて示し
たものであり、こゝでは簡単のためにａ＝ｂとし
て示してあるが、このことは下記の有効性に対す
る条件にはならない。上記平板３０はｍにて示す
矢印の方向に沿つて磁化する。この結果、平板間
の空所３２には磁場Ｈが発生する。平板３０の大
きさを大きくすれば、これら平板間の磁場Ｈの均
一度が高くなる。斯種の磁石装置では、永久磁石
材料３０及び中間空所３２を第２ｂ図に示したよ
うな構造に配列しても、空所３２内の磁場のみな
らず、磁石材料の磁化には何等変化は起らない。
このことは第２ｂ図の磁石装置を図面の平面で
90°回転させて第２ｃ図に示した構造の磁石装置
に変換する場合にも云えることである。第２ｂ及
び２ｃ図にそれぞれ示した構造の磁石装置を重ね
合わせると、第２ｄ図に示したような構造とな
る。この第２ｄ図に示した構造のものを、コーナ
ーポイントＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを通る破線３４，３
５，３６及び３７に沿つて切欠した部分は第２ｅ
図に示したような断面を有する磁石となる。透磁
率の高い材料製のリターンヨーク４０（このヨー
クの横断面はいずれもの所定コーナーポイントに
おける磁束に局部的に整合させることができる）
を用いることによつて有効な磁石装置を形成す
る。リターンヨーク４０の設計に当つては、この
ヨークによる磁束が磁石材料の飽和磁化力の約1/
２以下となるように選択するのが有利である。こ
のようにすればリターンヨークの外側に妨害漂遊
磁界がなくなる。人体全体の診断用には、こゝに
示した方形の磁場空間３２の一辺の長さを例えば
0.75ｍとし、周辺部の診断用には方形磁場空間３
２の一辺の長さを例えば約0.25ｍとすれば十分で
ある。

第２ｄ図に示した構造のものを、コーナーポイ
ントＥ，Ｂ，Ｆ及びＧを通る破線３４，３５，３
８及び３９に沿つて切欠した部分は第２ｆ図に示
したような構造となる。これをライン４２に沿つ
て分割し、その後磁化力がライン４２によつて分
割された三角形部分の磁化強度に等しい磁化力を
有する間隔磁石４４形態の接続片を介在させる
と、第２ｇ図に示したような磁場空間２８を有す
る有効な磁石装置となる。この磁石装置のまわり
にも前述したように透磁率の高いリターンヨーク
４０を設ける。このリターンヨーク４０は磁束の
導通観点からして間隔磁石４４の中央部４６に隣
接する厚さをゼロに低減させることができる。そ
の理由は、この個所には磁束がないからである。
これがため、リターンヨークの形状は第３ａ図に
ライン４８で示したようにすることができる。従
つて、リターンヨークの質量を低減させて、第３
図に示したような磁石とすることができる。ま
た、磁場空間２８内の磁場Ｈの均一性を十分に維
持するのに、間隔永久磁石４４の形状を例えば半
径方向、即ち磁化方向に薄くなるように作製した
別形状とすることができる。しかし、このように
すると磁界の値が変化してしまう。斯くして得ら
れる構造の永久磁石材料製のものにリターンヨー
ク４０を整合させることにより、第３ｂ図に示し
たような磁石装置を形成する。この場合にも間隔
磁石４４の各外側面の中央部に隣接するヨーク４
０の厚さを前述したと同様に低減させることがで
きる。

同様に、第２ｅ図に基ずいてこれを分割ライン
４１に沿つて分割すると共に中間接続片（間隔磁
石）４３及び他のヨーク４０を追加することによ
つて、第３ｃ図に示すような構造を有している磁
石装置を実現することができる。第３ａ及び３ｂ
図に示した構造によつてもヨーク材料を節約で
き、また永久磁石材料の質量の最適化を図ること
ができる。第３ｃ図に示したものに基ずく構造の
磁石装置の主たる利点は、図示の構造から直接想
定し得るように、有効なオープンスペースと全体
的なオープンスペースとの比が極めて好適なもの
となることにある。

総質量を低減させるために、前述したようにし
て形成される磁石装置の軸方向の長さは、永久的
に磁化したバーの磁場空間の該当する断面寸法の
例えば約1.5〜２倍に制限することができる。断
面を縮小すれは、長さも縮小されるから、総質量
は直線寸法の３乗にほぼ比例して低減される。第
２図につき一次元の場合について述べた上述した
ような考え方は三次元の場合についても云えるた
め、永久磁石材料の不ぞろいは別として磁場の均
一度が理想的な磁場空間を有する八面体磁石が形
成される。しかし、この場合の測定空間の全側面
は永久磁石材料又はヨーク材料によつて囲まれる
ため、測定空間に診断すべき物体を接近させるこ
とができない。

限定長さの磁石の一例を第４図に示す。この磁
石の断面は第３ａ図に示した磁石にほぼ対応す
る。この場合にもリターンヨークの質量を低減さ
せることができる。こゝでは強異方性の軟磁性材
料製のクラツデイング層５０を追加することによ
つて磁場空間２８内の磁界の均一性を改善する。
クラツデイング層５０を実際に作製するに当つて
は、例えば透磁率の高い磁性材料と非磁性材料の
薄板を横に交互に堆積して薄板構造に形成するこ
とができる。このクラツデイング層はバー３０及
び４４の磁界の不均一性をそれぞれ中和する。磁
場空間の最終的長さのマイナス作用を低減させる
ために、縦細条５２及び横細条５４の如き永久磁
石材料製の細条を設ける。このためには、端面５
６の近く、又は端面５６と５８の双方の付近に設
けられる電磁コイルを用いることもできる。コイ
ルを用いることの利点は、磁場の均一度を現場に
おけるユーザの諸要求に迅速、かつ最適に整合さ
せることができると云うことにある。斯くして、
例えば端面付近の磁場の均一性を改善し得るが、
中央付近における磁場の均一性は損なわれること
がある。同様な改善は磁石細条によつても実現す
ることができる。しかし、磁石細条では磁場の強
度を調整することができない。対称構造とすれ
ば、第４図の例に示したようにクラツデイング層
を分割ライン４２の横断面に沿つて延在させるの
に有利であるが、これは必ずしもそのようにする
必要はない。

本発明により構成される永久磁石には有効に使
用できない空の空間が複数存在するが、これらの
空間内には断層測定及びその断層像を表示させる
のに必要とされる傾斜磁場発生用コイルを収納さ
せることができる。これらの傾斜磁場発生用コイ
ルは必ずしも有効に使用すべき磁場空間内に収納
させる必要はないためにその分だけ磁界空間を小
さくすることができ、従つて接近の可能性及び磁
場強度を一定に維持しつつ磁石の質量の低減化を
図ることができる。第３ａ図は磁石装置の空の空
間内への傾斜磁場発生用コイル６０の収納の仕方
を極めて概略的に示したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による永久磁石を具えている核
磁気共鳴装置の一例を示すブロツク線図； 第２ａ〜２ｇ図は第１図の装置に用いる永久磁
石の基本形態の構成及び構造を示す概略図；第３
ａ〜３ｃ図はそれぞれ第２図の磁石から得られる
磁石装置の横断面；第４図は磁場接続磁石を具え
ている磁石装置を示す斜視図である。 ２……永久磁石装置、４……傾斜磁場発生用磁
石装置、６……電源、１０……無線周波交流磁場
発生用コイル、１２……無線周波源、１４……信
号増幅器、１６……位相判別整流器、１８……制
御ユニツト、２０……変調器、２２……モニタ、
２４……高周波発振器、２８……測定空間、３０
……磁石材料、３２……磁場空間、４０……リタ
ーンヨーク、４３，４４……間隔磁石、５０……
クラツデイング層、５２，５４……磁石細条、６
０……傾斜磁場発生用コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石材料から成り、均一な主要磁場Ｈを
   発生する磁石装置２を具えている核磁気共鳴装置
   において、前記永久磁石材料が、平坦面によつて
   画成される横方向に磁化したバー３０，４４によ
   り主として構成され、これらのバーが、長手方向
   軸線を中心として横断面が実質上多角形をなす磁
   場空間２８を囲むようにしたことを特徴とする核
   磁気共鳴装置。 ２ 前記永久磁石材料を、実質上断面が直角二等
   辺三角形を成す４つのバー３０で構成し、これら
   のバーを、断面が方形の磁場空間３２を囲むよう
   に配置し、かつ前記バーを前記二等辺三角形の頂
   角の二等分線の方向に磁化したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴装置。 ３ 前記永久磁石材料を主として、断面の頂角が
   直角の二等辺三角形を成す２つのバー３０と、断
   面が台形を成す２つのバー４４とで構成し、前記
   ４つのバーによつて方形磁場空間２８を囲むよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の核磁気共鳴装置。 ４ 前記永久磁石材料を主として、断面が直角二
   等辺三角形を成す４つのバー３０と、断面が矩形
   の２つのバー４３とで構成し、これらのバーによ
   つて断面が六角形の磁場空間２８を囲むようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載
   の核磁気共鳴装置。 ５ 前記永久磁石材料のまわりに透磁率が比較的
   高い材料製のリターンヨーク４０を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
   に記載の核磁気共鳴装置。 ６ 局部的に通過する磁速に対して直角となるリ
   ターンヨークの局部断面を前記磁束の強度に整合
   させるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載の核磁気共鳴装置。 ７ 前記永久磁石材料によつて囲まれる磁場空間
   の部分を強異万性の磁性材料５０によつてクラツ
   デイングするようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１〜６項のいずれかに記載の核磁気共
   鳴装置。 ８ 前記クラツデイング材料を、透磁率の高い磁
   性材料と非磁性材料から成る薄板を横に交互に並
   べて薄板構造としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第７項に記載の核磁気共鳴装置。 ９ 前記矩形状の中間バー４４の磁化方向の寸法
   を、前記三角形状のバーの高さよりも短くし、か
   つリターンヨーク４０の形状をそれに適合させる
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項に記載の核磁気共鳴装置。 １０ 永久磁石バーの縦の長さを、これらのバー
   によつて形成される磁場空間の断面の辺の長さの
   １〜２倍とし、かつ他の磁石手段５２，５４を設
   けて、磁場空間内の磁場の均一性を改善するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１〜９
   項のいずれかに記載の核磁気共鳴装置。 １１ 前記他の磁石手段によつて前記磁石装置の
   少なくとも一方の端面５６，５８付近における磁
   場の均一性を改善するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１０項に記載の核磁気共鳴装
   置。