JPH09153408A - 超電導磁石装置 - Google Patents
超電導磁石装置Info
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- JPH09153408A JPH09153408A JP7336023A JP33602395A JPH09153408A JP H09153408 A JPH09153408 A JP H09153408A JP 7336023 A JP7336023 A JP 7336023A JP 33602395 A JP33602395 A JP 33602395A JP H09153408 A JPH09153408 A JP H09153408A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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Abstract
(57)【要約】
【課題】広い開口を備え、磁場漏洩が少なく、軽量で、
かつ、高い磁場強度において広い均一磁場領域を達成で
きる超電導磁石装置を提供することを目的とする。 【解決手段】超電導磁石装置の静磁場発生源は均一磁場
の発生領域を挟んで対向配置された２組の超電導コイル
群で構成され、各組のコイル群は、一定の方向の電流を
流す主コイルと、主コイルとは逆方向の電流を流す打ち
消しコイルと、磁場均一度を補正する補正用コイルとか
らなる。主コイルと打ち消しコイルの直径はほぼ等し
く、補正用コイルの直径は主コイルの直径よりも小さ
く、補正用コイルの電流量は主コイルの電流量よりも小
さく、主コイル間の対向距離は打ち消しコイル間の対向
距離よりも短くなっている。
かつ、高い磁場強度において広い均一磁場領域を達成で
きる超電導磁石装置を提供することを目的とする。 【解決手段】超電導磁石装置の静磁場発生源は均一磁場
の発生領域を挟んで対向配置された２組の超電導コイル
群で構成され、各組のコイル群は、一定の方向の電流を
流す主コイルと、主コイルとは逆方向の電流を流す打ち
消しコイルと、磁場均一度を補正する補正用コイルとか
らなる。主コイルと打ち消しコイルの直径はほぼ等し
く、補正用コイルの直径は主コイルの直径よりも小さ
く、補正用コイルの電流量は主コイルの電流量よりも小
さく、主コイル間の対向距離は打ち消しコイル間の対向
距離よりも短くなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置（以下ＭＲＩ装置という）に適した超電導磁石
装置に係り、特に、広い開口部を有することで被検者に
解放感を与え、また、術者に対しては被検者へのアクセ
スを容易にする超電導磁石装置に関する。
ング装置（以下ＭＲＩ装置という）に適した超電導磁石
装置に係り、特に、広い開口部を有することで被検者に
解放感を与え、また、術者に対しては被検者へのアクセ
スを容易にする超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装
置の一例を示す。図７に示したものは、水平磁場方式の
超電導磁石装置である。この超電導磁石は直径の小さな
主コイル１３，１４，１５，１６，１７，１８と直径の
大きなシールドコイル１９，２０とで構成されており、
水平方向（Ｚ軸方向）の磁場を発生させる。この例で
は、主コイル１３〜１８が磁石の中心軸２２に沿った磁
場を作り、シールドコイル１９，２０は周囲への磁場漏
洩をシールドするために配置されている。このように磁
石を構成することにより、磁場空間内に約１０ppm 以下
の磁場均一度を有する均一磁場領域２１が形成される。
磁気共鳴イメージング撮影はこの均一磁場領域２１にて
行われる。
置の一例を示す。図７に示したものは、水平磁場方式の
超電導磁石装置である。この超電導磁石は直径の小さな
主コイル１３，１４，１５，１６，１７，１８と直径の
大きなシールドコイル１９，２０とで構成されており、
水平方向（Ｚ軸方向）の磁場を発生させる。この例で
は、主コイル１３〜１８が磁石の中心軸２２に沿った磁
場を作り、シールドコイル１９，２０は周囲への磁場漏
洩をシールドするために配置されている。このように磁
石を構成することにより、磁場空間内に約１０ppm 以下
の磁場均一度を有する均一磁場領域２１が形成される。
磁気共鳴イメージング撮影はこの均一磁場領域２１にて
行われる。
【０００３】これらのコイルは通常超電導線材を用いて
作られるので、所定の温度（例えば、合金系超電導体の
場合には液体ヘリウム温度(４.２Ｋ）とか、酸化物超電
導体の場合には液体窒素温度(７７Ｋ)）にまで冷却する
必要がある。そのため、コイルは、真空容器や熱シール
ド（図示せず）および冷媒容器（液体ヘリウムなどを収
容）などから構成される冷却容器の中に保持される。図
７の例では、コイル１３〜２０は液体ヘリウムなどの超
電導用冷媒１２を収容した冷媒容器１１の中に支持体
（図示なし）に支持されて配設されており、さらに冷媒
容器１１は真空容器１０内に保持されている。
作られるので、所定の温度（例えば、合金系超電導体の
場合には液体ヘリウム温度(４.２Ｋ）とか、酸化物超電
導体の場合には液体窒素温度(７７Ｋ)）にまで冷却する
必要がある。そのため、コイルは、真空容器や熱シール
ド（図示せず）および冷媒容器（液体ヘリウムなどを収
容）などから構成される冷却容器の中に保持される。図
７の例では、コイル１３〜２０は液体ヘリウムなどの超
電導用冷媒１２を収容した冷媒容器１１の中に支持体
（図示なし）に支持されて配設されており、さらに冷媒
容器１１は真空容器１０内に保持されている。
【０００４】また、コイルの温度を低く保つために冷凍
機（図示せず）を用いて、熱シールドの温度を一定に保
ったり、超電導用冷媒１２の蒸発量を低減させたりして
いる。最近では、冷凍機の性能が向上してきており、超
電導体コイルを直接冷凍機で冷やすことによって、冷媒
容器１１を使用しない場合もある。
機（図示せず）を用いて、熱シールドの温度を一定に保
ったり、超電導用冷媒１２の蒸発量を低減させたりして
いる。最近では、冷凍機の性能が向上してきており、超
電導体コイルを直接冷凍機で冷やすことによって、冷媒
容器１１を使用しない場合もある。
【０００５】図７に示す超電導磁石装置の場合、撮影の
ために被検者が入る測定空間が狭く、周囲も囲まれてい
るために被検者に閉塞感を与える。このため、ときど
き、装置内に入ることを被検者に拒否される場合もあっ
た。また、装置の外部から、術者が被検者へアクセスす
ることも困難であった。
ために被検者が入る測定空間が狭く、周囲も囲まれてい
るために被検者に閉塞感を与える。このため、ときど
き、装置内に入ることを被検者に拒否される場合もあっ
た。また、装置の外部から、術者が被検者へアクセスす
ることも困難であった。
【０００６】図８に従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装置
の他の例(オープン型水平磁場方式)を示す。この従来例
は米国特許第5,410,287 号に開示されたもので、図７の
従来例の欠点であった装置の閉塞感、術者の被検者への
アクセスの困難性を改善したものである。図８（ａ）は
その断面図を示したもの、図８（ｂ）は外観図を示した
ものである。図８（ａ）において、３個ずつのコイル２
３Ａ，２４Ａ，２５Ａと２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂが均一
磁場領域２１を挟んで、中心軸２２と同軸に配置されて
いる。各組のコイルは、支持体（図示せず）に支持され
て、冷凍機で直接冷却されており、コイル全体は熱シー
ルド９Ａ，９Ｂで囲い、この熱シールド９Ａ，９Ｂが真
空容器１０Ａ，１０Ｂに保持されている。
の他の例(オープン型水平磁場方式)を示す。この従来例
は米国特許第5,410,287 号に開示されたもので、図７の
従来例の欠点であった装置の閉塞感、術者の被検者への
アクセスの困難性を改善したものである。図８（ａ）は
その断面図を示したもの、図８（ｂ）は外観図を示した
ものである。図８（ａ）において、３個ずつのコイル２
３Ａ，２４Ａ，２５Ａと２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂが均一
磁場領域２１を挟んで、中心軸２２と同軸に配置されて
いる。各組のコイルは、支持体（図示せず）に支持され
て、冷凍機で直接冷却されており、コイル全体は熱シー
ルド９Ａ，９Ｂで囲い、この熱シールド９Ａ，９Ｂが真
空容器１０Ａ，１０Ｂに保持されている。
【０００７】コイル２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂは
主コイルで同一方向の電流が流れており、コイル２５
Ａ，２５Ｂは補助コイルで、主コイルとは逆方向の電流
が流れている。この構成の磁石では、主コイル２３Ａ，
２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂで中心軸２２に沿った方向の磁
場を作り、補助コイル２５Ａ，２５Ｂは均一磁場領域２
１の磁場均一度を向上するために配列されている。ま
た、この磁石ではシールドコイルを使用せず、装置を設
置した部屋に磁気シールドを施している。
主コイルで同一方向の電流が流れており、コイル２５
Ａ，２５Ｂは補助コイルで、主コイルとは逆方向の電流
が流れている。この構成の磁石では、主コイル２３Ａ，
２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂで中心軸２２に沿った方向の磁
場を作り、補助コイル２５Ａ，２５Ｂは均一磁場領域２
１の磁場均一度を向上するために配列されている。ま
た、この磁石ではシールドコイルを使用せず、装置を設
置した部屋に磁気シールドを施している。
【０００８】図８（ａ）において、対向する真空容器１
０Ａ，１０Ｂはドーナツ状をしており、両者の間を２本
の支持棒２６で支持されている。このため真空容器１０
Ａと１０Ｂの間は解放された空間になっている。被検者
は、真空容器の中心穴を通って、中心軸２２に沿って、
均一磁場領域２１に挿入され、そこで撮影が行われる。
０Ａ，１０Ｂはドーナツ状をしており、両者の間を２本
の支持棒２６で支持されている。このため真空容器１０
Ａと１０Ｂの間は解放された空間になっている。被検者
は、真空容器の中心穴を通って、中心軸２２に沿って、
均一磁場領域２１に挿入され、そこで撮影が行われる。
【０００９】この構成によれば、撮影領域（均一磁場領
域２１）の側面が解放されているために、被検者は閉塞
感を受けずに済む。また、術者も側方から容易に被検者
にアクセスすることができ、手術中のモニタに使用する
ことができる。
域２１）の側面が解放されているために、被検者は閉塞
感を受けずに済む。また、術者も側方から容易に被検者
にアクセスすることができ、手術中のモニタに使用する
ことができる。
【００１０】しかし、この構成では、被検者を挿入する
ためにドーナツ状の超電導コイルの組を使用しているた
めに、このドーナツ状真空容器の中央部分の空間を磁場
均一度を改善するための操作をする領域として使用でき
ない。従って、広い空間にわたって、良好な磁場均一度
を得ることは困難である。また、超電導コイルが発生す
る磁束は装置の外部空間を通って戻って来るために、漏
洩磁場が広くなってしまう。このため、装置を設置する
のに広い設置面積を必要としたり、あるいは手厚い磁場
シールドを施すことが必要であった。
ためにドーナツ状の超電導コイルの組を使用しているた
めに、このドーナツ状真空容器の中央部分の空間を磁場
均一度を改善するための操作をする領域として使用でき
ない。従って、広い空間にわたって、良好な磁場均一度
を得ることは困難である。また、超電導コイルが発生す
る磁束は装置の外部空間を通って戻って来るために、漏
洩磁場が広くなってしまう。このため、装置を設置する
のに広い設置面積を必要としたり、あるいは手厚い磁場
シールドを施すことが必要であった。
【００１１】図９に従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装置
の第３の例（垂直磁場方式）を示す。この従来例は米国
特許第5,194,810 号に開示されている。この磁石は、上
下方向に対向して配置した２組の超電導コイル３１によ
り磁場を発生させ、超電導コイル３１の内側に良好な磁
場均一度を得るための鉄によるシミング手段３２を設け
て、磁場均一領域２１の磁場均一度を向上させている。
さらに、上下の超電導コイル３１が発生する磁場の帰路
としての役割を兼ねた鉄ヨーク３３で上下の磁場発生源
間を機械的に支持する構造をとっている。
の第３の例（垂直磁場方式）を示す。この従来例は米国
特許第5,194,810 号に開示されている。この磁石は、上
下方向に対向して配置した２組の超電導コイル３１によ
り磁場を発生させ、超電導コイル３１の内側に良好な磁
場均一度を得るための鉄によるシミング手段３２を設け
て、磁場均一領域２１の磁場均一度を向上させている。
さらに、上下の超電導コイル３１が発生する磁場の帰路
としての役割を兼ねた鉄ヨーク３３で上下の磁場発生源
間を機械的に支持する構造をとっている。
【００１２】この従来例では、四方に開放されているの
で、被検者は閉塞感を受けずに済み、術者も容易に被検
者にアクセスできる。また、鉄ヨーク３３と鉄板３４に
よって磁束の帰路を構成しているために、磁場漏洩を少
なくすることができる。しかし、鉄ヨーク３３や鉄板３
４を用いているために、磁石重量が重くなり、装置を設
置する際に床の強化が必要になるという問題が生じる。
また、鉄の飽和磁束密度はほぼ２テスラ程度であるの
で、あまり磁場強度を高くすることができないという制
限もある。さらに、鉄は磁場に対してヒステリシス特性
を持つために、傾斜磁場コイルが発生する磁場によって
磁場分布に影響を与え、高精度の信号計測の妨げになる
可能性があった。
で、被検者は閉塞感を受けずに済み、術者も容易に被検
者にアクセスできる。また、鉄ヨーク３３と鉄板３４に
よって磁束の帰路を構成しているために、磁場漏洩を少
なくすることができる。しかし、鉄ヨーク３３や鉄板３
４を用いているために、磁石重量が重くなり、装置を設
置する際に床の強化が必要になるという問題が生じる。
また、鉄の飽和磁束密度はほぼ２テスラ程度であるの
で、あまり磁場強度を高くすることができないという制
限もある。さらに、鉄は磁場に対してヒステリシス特性
を持つために、傾斜磁場コイルが発生する磁場によって
磁場分布に影響を与え、高精度の信号計測の妨げになる
可能性があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の説明
で述べたように、これまでは被検者に解放感を与える広
い開口を有する超電導磁石装置において、磁場漏洩が少
なく、かつ、鉄を使用しないで装置重量の軽量化を図っ
たものはなかった。また、従来技術では、高い磁場強度
で広い均一磁場領域を達成することも困難であった。
で述べたように、これまでは被検者に解放感を与える広
い開口を有する超電導磁石装置において、磁場漏洩が少
なく、かつ、鉄を使用しないで装置重量の軽量化を図っ
たものはなかった。また、従来技術では、高い磁場強度
で広い均一磁場領域を達成することも困難であった。
【００１４】従って、本発明では上記課題を解決し、広
い開口を備え、磁場漏洩が少なく、軽量で、かつ、高い
磁場強度において広い均一磁場領域を達成できる超電導
磁石装置を提供することを目的とする。
い開口を備え、磁場漏洩が少なく、軽量で、かつ、高い
磁場強度において広い均一磁場領域を達成できる超電導
磁石装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は次の解決
手段によって達成される。本発明の超電導磁石装置は、
超電導特性を有する物質から構成され、有限の領域に第
１の方向に向かう均一磁場を発生させるための電流を流
す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特性を示す温度
にまで冷却し、維持するための冷却手段と、前記磁場発
生源を支持するための支持手段とを具備する超電導磁石
装置において、前記磁場発生源は、前記均一磁場領域を
挟んで前記第１の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配
置され、前記第１の方向を中心軸として同軸方向の電流
を流す２組の磁場発生素子群から構成され、各磁場発生
素子群は前記均一磁場の主成分を発生させるために前記
第１の方向を中心軸とする円に沿う第２の方向に流れる
電流を流す１個以上の第１の磁場発生素子と、前記超電
導磁石装置の外部に発生する磁場を低減するために前記
第２の方向と逆の方向に流れる電流を流す１個以上の第
２の磁場発生素子と、前記均一磁場の均一度を改善する
ために前記第２の方向と同じ、または逆の方向に流れる
電流を流す１個以上の第３の磁場発生素子とから構成さ
れ、前記第１の磁場発生素子と前記第２の磁場発生素子
の直径がほぼ等しく、前記第３の磁場発生素子の直径は
前記第１の磁場発生素子の直径よりも小さく、前記第３
の磁場発生素子に流す電流量は前記第１の磁場発生素子
に流す電流量よりも小さく、前記第１の磁場発生素子の
前記均一磁場領域を挟んで対向する距離が前記第２の磁
場発生素子の前記均一磁場領域を挟んで対向する距離よ
りも短いことを特徴とする。（請求項１）
手段によって達成される。本発明の超電導磁石装置は、
超電導特性を有する物質から構成され、有限の領域に第
１の方向に向かう均一磁場を発生させるための電流を流
す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特性を示す温度
にまで冷却し、維持するための冷却手段と、前記磁場発
生源を支持するための支持手段とを具備する超電導磁石
装置において、前記磁場発生源は、前記均一磁場領域を
挟んで前記第１の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配
置され、前記第１の方向を中心軸として同軸方向の電流
を流す２組の磁場発生素子群から構成され、各磁場発生
素子群は前記均一磁場の主成分を発生させるために前記
第１の方向を中心軸とする円に沿う第２の方向に流れる
電流を流す１個以上の第１の磁場発生素子と、前記超電
導磁石装置の外部に発生する磁場を低減するために前記
第２の方向と逆の方向に流れる電流を流す１個以上の第
２の磁場発生素子と、前記均一磁場の均一度を改善する
ために前記第２の方向と同じ、または逆の方向に流れる
電流を流す１個以上の第３の磁場発生素子とから構成さ
れ、前記第１の磁場発生素子と前記第２の磁場発生素子
の直径がほぼ等しく、前記第３の磁場発生素子の直径は
前記第１の磁場発生素子の直径よりも小さく、前記第３
の磁場発生素子に流す電流量は前記第１の磁場発生素子
に流す電流量よりも小さく、前記第１の磁場発生素子の
前記均一磁場領域を挟んで対向する距離が前記第２の磁
場発生素子の前記均一磁場領域を挟んで対向する距離よ
りも短いことを特徴とする。（請求項１）
【００１６】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記第
２の磁場発生素子の直径を前記第１の磁場発生素子の直
径よりも大きくしたことを特徴とする。（請求項２）
２の磁場発生素子の直径を前記第１の磁場発生素子の直
径よりも大きくしたことを特徴とする。（請求項２）
【００１７】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記第
２の磁場発生素子が複数の異なる直径をもつ磁場発生素
子から構成され、各々の磁場発生素子は、前記均一磁場
の発生領域を挟んで対向する距離が大きいものほど、そ
の直径が大きくなるように配置されたことを特徴とす
る。（請求項３）
２の磁場発生素子が複数の異なる直径をもつ磁場発生素
子から構成され、各々の磁場発生素子は、前記均一磁場
の発生領域を挟んで対向する距離が大きいものほど、そ
の直径が大きくなるように配置されたことを特徴とす
る。（請求項３）
【００１８】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記第
１の磁場発生素子が複数の異なる直径をもつ磁場発生素
子から構成され、各々の磁場発生素子は、前記均一磁場
の発生領域を挟んで対向する距離が大きいものほど、そ
の直径が大きくなるように配置されたことを特徴とす
る。（請求項４）
１の磁場発生素子が複数の異なる直径をもつ磁場発生素
子から構成され、各々の磁場発生素子は、前記均一磁場
の発生領域を挟んで対向する距離が大きいものほど、そ
の直径が大きくなるように配置されたことを特徴とす
る。（請求項４）
【００１９】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記第
１の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領域を挟んで対
向する距離が、前記第２の磁場発生素子および前記第３
の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領域を挟んで対向
する距離よりも短いことを特徴とする。（請求項５）
１の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領域を挟んで対
向する距離が、前記第２の磁場発生素子および前記第３
の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領域を挟んで対向
する距離よりも短いことを特徴とする。（請求項５）
【００２０】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記冷
却手段は前記磁場発生源を内部に収容するための真空容
器を備え、該真空容器の外周部が前記均一磁場の発生領
域のある側に突出していることを特徴とする。（請求項
６）
却手段は前記磁場発生源を内部に収容するための真空容
器を備え、該真空容器の外周部が前記均一磁場の発生領
域のある側に突出していることを特徴とする。（請求項
６）
【００２１】本発明の超電導磁石装置はさらに、前記磁
場発生源が超電導特性を有する物質からなる線材を巻い
たコイルで構成されていることを特徴とする。（請求項
７）
場発生源が超電導特性を有する物質からなる線材を巻い
たコイルで構成されていることを特徴とする。（請求項
７）
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて具体的に説明する。図１，図２，図６（ａ）に本
発明の超電導磁石装置の第１の実施例を示す。図１は装
置の全体構成を示す断面図、図２は装置の外観を示す
図、図６（ａ）は図１の断面図の右上の部分を他の実施
例と比較できるように再掲したものである。図１におい
て、超電導コイルを内包する円筒状の真空容器１０Ａ，
１０Ｂが上下方向に対向して配置され、上部の真空容器
１０Ａは支柱２６で所定の間隔をとって支持されてい
る。真空容器１０Ａ，１０Ｂの内部には超電導用冷媒１
２を充填した冷媒容器１１Ａ，１１Ｂが保持され、その
冷媒容器１１Ａ，１１Ｂの中に超電導コイル４１Ａ，４
２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａおよび４１Ｂ，４２Ｂ，
４３Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂが支持体（図示せず）に支持さ
れて配置されている。
づいて具体的に説明する。図１，図２，図６（ａ）に本
発明の超電導磁石装置の第１の実施例を示す。図１は装
置の全体構成を示す断面図、図２は装置の外観を示す
図、図６（ａ）は図１の断面図の右上の部分を他の実施
例と比較できるように再掲したものである。図１におい
て、超電導コイルを内包する円筒状の真空容器１０Ａ，
１０Ｂが上下方向に対向して配置され、上部の真空容器
１０Ａは支柱２６で所定の間隔をとって支持されてい
る。真空容器１０Ａ，１０Ｂの内部には超電導用冷媒１
２を充填した冷媒容器１１Ａ，１１Ｂが保持され、その
冷媒容器１１Ａ，１１Ｂの中に超電導コイル４１Ａ，４
２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａおよび４１Ｂ，４２Ｂ，
４３Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂが支持体（図示せず）に支持さ
れて配置されている。
【００２３】超電導コイルには、通常よく使用されてい
るＮｂＴｉ線材が使用されている。超電導用冷媒として
は液体ヘリウムが用いられる。冷媒容器１１Ａ，１１Ｂ
の外側には熱の対流を防ぐために真空容器１０Ａ，１０
Ｂが配設され、さらに熱の輻射を防ぐための熱シールド
（図示せず）などが配設される。
るＮｂＴｉ線材が使用されている。超電導用冷媒として
は液体ヘリウムが用いられる。冷媒容器１１Ａ，１１Ｂ
の外側には熱の対流を防ぐために真空容器１０Ａ，１０
Ｂが配設され、さらに熱の輻射を防ぐための熱シールド
（図示せず）などが配設される。
【００２４】支柱２６は上側の真空容器１０Ａを機械的
に支持する働きをしているが、必要な場合には上下の冷
媒容器１１Ａと１１Ｂを熱的に接続させる働きを持たせ
てもよい。そうすることによって、冷凍機（図示せず）
を上下の冷媒容器１１Ａ，１１Ｂそれぞれに１台ずつ設
ける必要がなくなり、装置全体に１台の冷凍機で間に合
わせることができる。また、支柱２６の本数も図示の２
本に限定する必要はなく、３本または４本に増やすこと
もできるし、被検者の解放感を得るためには、片持ちの
１本の支柱としてもよい。
に支持する働きをしているが、必要な場合には上下の冷
媒容器１１Ａと１１Ｂを熱的に接続させる働きを持たせ
てもよい。そうすることによって、冷凍機（図示せず）
を上下の冷媒容器１１Ａ，１１Ｂそれぞれに１台ずつ設
ける必要がなくなり、装置全体に１台の冷凍機で間に合
わせることができる。また、支柱２６の本数も図示の２
本に限定する必要はなく、３本または４本に増やすこと
もできるし、被検者の解放感を得るためには、片持ちの
１本の支柱としてもよい。
【００２５】図１では５組の超電導コイルが中心軸２２
Ａと同軸に配置されて、均一磁場領域２１に磁場均一度
の高い磁場を形成している。これらの超電導コイルの働
きは大きく分けて３つに分類される。先ず、超電導コイ
ル４１Ａ，４１Ｂ（主コイルに相当）は、均一磁場領域
２１に、磁場強度が高くかつ所定レベル以上の磁場均一
度の磁場を発生させるためのものである。主コイルに関
しては、一般に、対向するコイル間の距離を一定に保っ
た状態で、コイルの直径を大きくすると、両コイルの間
に発生する磁場の均一度が良くなる傾向にある。従っ
て、良好な磁場均一度を得るためには、できるだけコイ
ルの直径を大きくした方がよい。一方、主コイルの直径
を大きくするほど磁場強度は低下するために、一定強度
の磁場を得るために必要な主コイルの起磁力は増加し、
装置の価格の増加につながる。また、被検者への圧迫感
を低減するためには、装置の外径はできるだけ小さいこ
とが望ましい。この両者のバランスから、主コイルであ
る超電導コイル４１Ａ，４１Ｂの直径は決定され、この
コイルの直径によって真空容器１０Ａ，１０Ｂの外径も
ほぼ決まることになる。
Ａと同軸に配置されて、均一磁場領域２１に磁場均一度
の高い磁場を形成している。これらの超電導コイルの働
きは大きく分けて３つに分類される。先ず、超電導コイ
ル４１Ａ，４１Ｂ（主コイルに相当）は、均一磁場領域
２１に、磁場強度が高くかつ所定レベル以上の磁場均一
度の磁場を発生させるためのものである。主コイルに関
しては、一般に、対向するコイル間の距離を一定に保っ
た状態で、コイルの直径を大きくすると、両コイルの間
に発生する磁場の均一度が良くなる傾向にある。従っ
て、良好な磁場均一度を得るためには、できるだけコイ
ルの直径を大きくした方がよい。一方、主コイルの直径
を大きくするほど磁場強度は低下するために、一定強度
の磁場を得るために必要な主コイルの起磁力は増加し、
装置の価格の増加につながる。また、被検者への圧迫感
を低減するためには、装置の外径はできるだけ小さいこ
とが望ましい。この両者のバランスから、主コイルであ
る超電導コイル４１Ａ，４１Ｂの直径は決定され、この
コイルの直径によって真空容器１０Ａ，１０Ｂの外径も
ほぼ決まることになる。
【００２６】次に、本実施例では装置外部への磁場漏洩
を抑えるために、主コイル４１Ａ，４１Ｂが発生する外
部への磁場を打ち消すための打ち消しコイルを配置して
いる。超電導コイル４２Ａ，４２Ｂが打ち消しコイル
で、このコイル４２Ａ，４２Ｂは主コイル４１Ａ，４１
Ｂと同軸に配置される。その上で、主コイルとは逆方向
の電流を流して、主コイル４１Ａ，４１Ｂが装置外部に
発生させるのと逆方向の磁場を発生させて、装置外部の
磁場を打ち消すものである。装置外部の磁場を効率的に
減少させるためには、打ち消しコイルの直径をできるだ
け大きくすることが有効である。一方、打ち消しコイル
４２Ａ，４２Ｂによって均一磁場領域２１の磁場強度を
下げないためには、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを主
コイル41Ａ，４１Ｂからできるだけ遠ざけることが重要
である。この結果、図１または図６（ａ）に示すよう
に、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂは主コイル４１Ａ，
４１Ｂとほぼ同じ直径を有し、かつ、２つの打ち消しコ
イル４２Ａと４２Ｂとの間の距離を、２つの主コイル４
１Ａと４１Ｂとの間の距離より大きくすることが適当な
構成である。
を抑えるために、主コイル４１Ａ，４１Ｂが発生する外
部への磁場を打ち消すための打ち消しコイルを配置して
いる。超電導コイル４２Ａ，４２Ｂが打ち消しコイル
で、このコイル４２Ａ，４２Ｂは主コイル４１Ａ，４１
Ｂと同軸に配置される。その上で、主コイルとは逆方向
の電流を流して、主コイル４１Ａ，４１Ｂが装置外部に
発生させるのと逆方向の磁場を発生させて、装置外部の
磁場を打ち消すものである。装置外部の磁場を効率的に
減少させるためには、打ち消しコイルの直径をできるだ
け大きくすることが有効である。一方、打ち消しコイル
４２Ａ，４２Ｂによって均一磁場領域２１の磁場強度を
下げないためには、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを主
コイル41Ａ，４１Ｂからできるだけ遠ざけることが重要
である。この結果、図１または図６（ａ）に示すよう
に、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂは主コイル４１Ａ，
４１Ｂとほぼ同じ直径を有し、かつ、２つの打ち消しコ
イル４２Ａと４２Ｂとの間の距離を、２つの主コイル４
１Ａと４１Ｂとの間の距離より大きくすることが適当な
構成である。
【００２７】さらに、本実施例では均一磁場領域２１に
発生させる磁場の均一度を向上させるために均一度補正
用コイル４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４３Ｂ，４４Ｂ，４
５Ｂを配置している。この均一度補正用コイルは、主コ
イルと打ち消しコイルによって形成される均一磁場領域
２１の磁場の不均一成分を補正するために設けられたコ
イルである。一般に、主コイル４１Ａ，４１Ｂが十分大
きな直径を持っていれば、上記の磁場不均一成分はそれ
ほど大きくないので、均一度補正用コイルは、主コイル
４１Ａ，４１Ｂや打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂほどの
大きな起磁力は必要としない。また、その電流の向き
は、主コイル４１Ａ，４１Ｂによって発生する磁場の不
均一成分に応じて各コイル毎に決定すればよく、一定方
向に限定する必要はない。図１においては、３組のコイ
ルを配置しているが、この個数は磁場の不均一成分に応
じて決定することができる。一般に、主コイル４１Ａ，
４１Ｂの直径が大きいほど磁場不均一成分は少なくなる
ので、均一度補正用コイルの個数も少なくすることがで
きる。
発生させる磁場の均一度を向上させるために均一度補正
用コイル４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４３Ｂ，４４Ｂ，４
５Ｂを配置している。この均一度補正用コイルは、主コ
イルと打ち消しコイルによって形成される均一磁場領域
２１の磁場の不均一成分を補正するために設けられたコ
イルである。一般に、主コイル４１Ａ，４１Ｂが十分大
きな直径を持っていれば、上記の磁場不均一成分はそれ
ほど大きくないので、均一度補正用コイルは、主コイル
４１Ａ，４１Ｂや打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂほどの
大きな起磁力は必要としない。また、その電流の向き
は、主コイル４１Ａ，４１Ｂによって発生する磁場の不
均一成分に応じて各コイル毎に決定すればよく、一定方
向に限定する必要はない。図１においては、３組のコイ
ルを配置しているが、この個数は磁場の不均一成分に応
じて決定することができる。一般に、主コイル４１Ａ，
４１Ｂの直径が大きいほど磁場不均一成分は少なくなる
ので、均一度補正用コイルの個数も少なくすることがで
きる。
【００２８】本実施例の具体例として、主コイルの外径
を１,６００mm〜１,８００mmとし、均一磁場領域の寸法
と磁場強度をそれぞれ４５０mmφ、１テスラとしたと
き、均一磁場領域において５ppm 以下の磁場均一度が達
成されている。
を１,６００mm〜１,８００mmとし、均一磁場領域の寸法
と磁場強度をそれぞれ４５０mmφ、１テスラとしたと
き、均一磁場領域において５ppm 以下の磁場均一度が達
成されている。
【００２９】超電導磁石装置を本実施例で述べた構成に
することにより、広い開口を備えていて、磁場漏洩も少
ない装置を実現することができる。また、磁場漏洩を抑
制するために鉄を使用していないので、装置重量を軽く
することができる。さらに、鉄を使用する場合に問題と
なる磁束飽和が生じないので、磁場強度が高くなって
も、広い均一磁場領域にわたって良好な磁場均一度を達
成することができる。
することにより、広い開口を備えていて、磁場漏洩も少
ない装置を実現することができる。また、磁場漏洩を抑
制するために鉄を使用していないので、装置重量を軽く
することができる。さらに、鉄を使用する場合に問題と
なる磁束飽和が生じないので、磁場強度が高くなって
も、広い均一磁場領域にわたって良好な磁場均一度を達
成することができる。
【００３０】図３，図４に本発明の超電導磁石装置の第
２の実施例を示す。図３は装置の全体構成を示す断面
図、図４は装置の外観を示す図である。図３において、
上下に配置された真空容器１０Ａ，１０Ｂおよび冷媒容
器11Ａ，１１Ｂはドーナツ形状をしており、中央部分５
１Ａ，５１Ｂが中空になっている。このような構成をと
ることにより、この中央部分５１Ａ，５１Ｂに傾斜磁場
や静磁場のシミング手段を設置することができる。従っ
て、真空容器１０Ａ，１０Ｂの対向する面の間にそれら
を設置するだけのスペースを設ける必要がないので、装
置としての開口をより広くとることができる。
２の実施例を示す。図３は装置の全体構成を示す断面
図、図４は装置の外観を示す図である。図３において、
上下に配置された真空容器１０Ａ，１０Ｂおよび冷媒容
器11Ａ，１１Ｂはドーナツ形状をしており、中央部分５
１Ａ，５１Ｂが中空になっている。このような構成をと
ることにより、この中央部分５１Ａ，５１Ｂに傾斜磁場
や静磁場のシミング手段を設置することができる。従っ
て、真空容器１０Ａ，１０Ｂの対向する面の間にそれら
を設置するだけのスペースを設ける必要がないので、装
置としての開口をより広くとることができる。
【００３１】図５に本発明の超電導磁石装置の第３の実
施例を示す。図５においては、主コイル４１Ａと４１Ｂ
との間の対向距離を均一度補正用コイル４３Ａ，４４
Ａ，４５Ａと４３Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂとの間の対向距離
よりも小さくしている。このような構成にすることによ
って、主コイル４１Ａ，４１Ｂの起磁力を増加させず
に、均一磁場領域に発生させる磁場強度を高めることが
できる。また、上記と共に真空容器１０Ａ，１０Ｂの対
向する面側の中央部分に凹部５２Ａ，５２Ｂを設け、こ
の凹部５２Ａ，５２Ｂに傾斜磁場コイル，高周波コイ
ル，磁場シミング手段などを収納させることで、装置の
実効的な開口を広くすることができる。
施例を示す。図５においては、主コイル４１Ａと４１Ｂ
との間の対向距離を均一度補正用コイル４３Ａ，４４
Ａ，４５Ａと４３Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂとの間の対向距離
よりも小さくしている。このような構成にすることによ
って、主コイル４１Ａ，４１Ｂの起磁力を増加させず
に、均一磁場領域に発生させる磁場強度を高めることが
できる。また、上記と共に真空容器１０Ａ，１０Ｂの対
向する面側の中央部分に凹部５２Ａ，５２Ｂを設け、こ
の凹部５２Ａ，５２Ｂに傾斜磁場コイル，高周波コイ
ル，磁場シミング手段などを収納させることで、装置の
実効的な開口を広くすることができる。
【００３２】次に、本発明の第１の実施例に対する他の
実施例を図６（ｂ)，(ｃ)，(ｄ）に示す。これらの実施
例は図６（ａ）に示す第１の実施例に対し、主コイルま
たは打ち消しコイルの配置を変えたものである。
実施例を図６（ｂ)，(ｃ)，(ｄ）に示す。これらの実施
例は図６（ａ）に示す第１の実施例に対し、主コイルま
たは打ち消しコイルの配置を変えたものである。
【００３３】図６（ｂ）に示した実施例は、打ち消しコ
イル４２Ａ，４２Ｂの直径を、主コイル４１Ａ，４１Ｂ
の直径よりも大きくしたものである。このような構成に
することにより、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂの効率
を高めることができるので、装置外部への磁場漏洩をよ
り効果的に減少させることができる。この場合、打ち消
しコイル４２Ａ，４２Ｂの直径のみを大きくするだけな
ので、被検者が装置内部に入った状態では実質的な視界
は損なわれず、図６（ａ）の場合と同程度の圧迫感しか
与えない。
イル４２Ａ，４２Ｂの直径を、主コイル４１Ａ，４１Ｂ
の直径よりも大きくしたものである。このような構成に
することにより、打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂの効率
を高めることができるので、装置外部への磁場漏洩をよ
り効果的に減少させることができる。この場合、打ち消
しコイル４２Ａ，４２Ｂの直径のみを大きくするだけな
ので、被検者が装置内部に入った状態では実質的な視界
は損なわれず、図６（ａ）の場合と同程度の圧迫感しか
与えない。
【００３４】図６（ｃ）に示した実施例は、図６（ａ）
の打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを２つずつの打ち消し
コイル４２ＡＡ，４２ＡＢと４２ＢＡ，４２ＢＢに分割
した場合を示したものである。一般に、各コイルはそれ
ぞれのコイルが発生する磁場の中に配置されており、か
つ、各コイルには電流が流れているので、電磁力が働
く。この電磁力は均一磁場領域２１の磁場強度にも依存
するが、１００トンオーダーに及ぶために、超電導磁石
装置を製造する上でこの電磁力を低減する工夫は重要な
課題である。そこで、特に大きな電磁力が加わっている
打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを図６（ｃ）に示すよう
に２つのコイルに分割することにより、各々のコイルに
働く電磁力を低減することができ、超電導磁石装置の製
造条件を緩和することができる。また、本実施例では２
つのコイルに分割した場合を示したが、この手法はこれ
に限定されず、３つ以上のコイルに分割しても良いこと
は言うまでもない。
の打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを２つずつの打ち消し
コイル４２ＡＡ，４２ＡＢと４２ＢＡ，４２ＢＢに分割
した場合を示したものである。一般に、各コイルはそれ
ぞれのコイルが発生する磁場の中に配置されており、か
つ、各コイルには電流が流れているので、電磁力が働
く。この電磁力は均一磁場領域２１の磁場強度にも依存
するが、１００トンオーダーに及ぶために、超電導磁石
装置を製造する上でこの電磁力を低減する工夫は重要な
課題である。そこで、特に大きな電磁力が加わっている
打ち消しコイル４２Ａ，４２Ｂを図６（ｃ）に示すよう
に２つのコイルに分割することにより、各々のコイルに
働く電磁力を低減することができ、超電導磁石装置の製
造条件を緩和することができる。また、本実施例では２
つのコイルに分割した場合を示したが、この手法はこれ
に限定されず、３つ以上のコイルに分割しても良いこと
は言うまでもない。
【００３５】図６（ｄ）に示した実施例は、図６（ｃ）
の場合と同様に、主コイル４１Ａ，４１Ｂを２つずつの
主コイル４１ＡＡ，４１ＡＢと４１ＢＡ，４１ＢＢに分
割した場合を示したものである。この場合にも、主コイ
ルを分割することで、分割された主コイルに加わる電磁
力を低減することができる。また、本実施例の場合も、
コイルの分割数は２つに限定されず、３つ以上にしてよ
いことは言うまでもない。
の場合と同様に、主コイル４１Ａ，４１Ｂを２つずつの
主コイル４１ＡＡ，４１ＡＢと４１ＢＡ，４１ＢＢに分
割した場合を示したものである。この場合にも、主コイ
ルを分割することで、分割された主コイルに加わる電磁
力を低減することができる。また、本実施例の場合も、
コイルの分割数は２つに限定されず、３つ以上にしてよ
いことは言うまでもない。
【００３６】以上の本発明の実施例の説明において、超
電導材料の冷却手段としては、液体ヘリウム等の超電導
用冷媒を用いる場合について説明したが、超電導材料に
酸化物超電導体などを用いた場合には、液体窒素で冷却
するとか、あるいは、直接冷凍機で冷やすことにより冷
媒容器を使用しないで済む場合もある。
電導材料の冷却手段としては、液体ヘリウム等の超電導
用冷媒を用いる場合について説明したが、超電導材料に
酸化物超電導体などを用いた場合には、液体窒素で冷却
するとか、あるいは、直接冷凍機で冷やすことにより冷
媒容器を使用しないで済む場合もある。
【００３７】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、超
電導磁石装置において広い開口を備えることにより被検
者に閉塞感を与えることなく、術者も容易に被検者にア
クセスすることができる。また、磁場漏洩が少なく、軽
量で、かつ、高い磁場強度においても広い均一磁場領域
を実現できる超電導磁石装置を提供することができる。
従って、超電導磁石装置の設置条件が緩和され、また、
良好な画像を撮像することが可能となる。
電導磁石装置において広い開口を備えることにより被検
者に閉塞感を与えることなく、術者も容易に被検者にア
クセスすることができる。また、磁場漏洩が少なく、軽
量で、かつ、高い磁場強度においても広い均一磁場領域
を実現できる超電導磁石装置を提供することができる。
従って、超電導磁石装置の設置条件が緩和され、また、
良好な画像を撮像することが可能となる。
【図１】本発明の超電導磁石装置の第１の実施例を示す
断面図。
断面図。
【図２】本発明の超電導磁石装置の第１の実施例の外観
図。
図。
【図３】本発明の超電導磁石装置の第２の実施例を示す
断面図。
断面図。
【図４】本発明の超電導磁石装置の第２の実施例の外観
図。
図。
【図５】本発明の超電導磁石装置の第３の実施例を示す
断面図。
断面図。
【図６】本発明の超電導磁石装置の他の実施例を示す部
分断面図。
分断面図。
【図７】従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装置の一例（水
平磁場方式）を示す図。
平磁場方式）を示す図。
【図８】従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装置の他の例
（オープン型水平磁場方式）を示す図。
（オープン型水平磁場方式）を示す図。
【図９】従来のＭＲＩ装置用超電導磁石装置の第３の例
（垂直磁場方式）を示す図。
（垂直磁場方式）を示す図。
１０，１０Ａ，１０Ｂ 真空容器 １１，１１Ａ，１１Ｂ 冷媒容器 １２ 超電導用冷媒 １３，１４，１５，１６，１７，１８ 主コイル １９，２０ シールドコイル ２１ 均一磁場領域 ２２，２２Ａ 磁場中心軸 ２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ 主コイル ２５Ａ，２５Ｂ 補助コイル ２６ 支柱 ３１ 主コイル ３２ シミング手段 ３３ 鉄ヨーク ３４ 鉄板 ４１Ａ，４１Ｂ，４１ＡＡ，４１ＡＢ，４１ＢＡ，４１
ＢＢ 主コイル ４２Ａ，４２Ｂ，４２ＡＡ，４２ＡＢ，４２ＢＡ，４２
ＢＢ 打ち消しコイル ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ 補
助コイル ５１Ａ，５１Ｂ 中央部分（中空） ５２Ａ，５２Ｂ 凹部
ＢＢ 主コイル ４２Ａ，４２Ｂ，４２ＡＡ，４２ＡＢ，４２ＢＡ，４２
ＢＢ 打ち消しコイル ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ 補
助コイル ５１Ａ，５１Ｂ 中央部分（中空） ５２Ａ，５２Ｂ 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角川 滋 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 日野 徳昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】超電導特性を有する物質から構成され、有
限の領域に第１の方向に向かう均一磁場を発生させるた
めの電流を流す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特
性を示す温度にまで冷却し、維持するための冷却手段
と、前記磁場発生源を支持するための支持手段とを具備
する超電導磁石装置において、前記磁場発生源は、前記
均一磁場領域を挟んで前記第１の方向に沿ってほぼ等距
離に対向して配置され、前記第１の方向を中心軸として
同軸方向の電流を流す２組の磁場発生素子群から構成さ
れ、各磁場発生素子群は前記均一磁場の主成分を発生さ
せるために前記第１の方向を中心軸とする円に沿う第２
の方向に流れる電流を流す１個以上の第１の磁場発生素
子と、前記超電導磁石装置の外部に発生する磁場を低減
するために前記第２の方向と逆の方向に流れる電流を流
す１個以上の第２の磁場発生素子と、前記均一磁場の均
一度を改善するために前記第２の方向と同じ、または逆
の方向に流れる電流を流す１個以上の第３の磁場発生素
子とから構成され、前記第１の磁場発生素子と前記第２
の磁場発生素子の直径がほぼ等しく、前記第３の磁場発
生素子の直径は前記第１の磁場発生素子の直径よりも小
さく、前記第３の磁場発生素子に流す電流量は前記第１
の磁場発生素子に流す電流量よりも小さく、前記第１の
磁場発生素子の前記均一磁場領域を挟んで対向する距離
が前記第２の磁場発生素子の前記均一磁場領域を挟んで
対向する距離よりも短いことを特徴とする超電導磁石装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の超電導磁石装置において、
前記第２の磁場発生素子の直径を前記第１の磁場発生素
子の直径よりも大きくしたことを特徴とする超電導磁石
装置。 - 【請求項３】請求項１乃至２記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第２の磁場発生素子が複数の異なる直径をも
つ磁場発生素子から構成され、各々の磁場発生素子は、
前記均一磁場の発生領域を挟んで対向する距離が大きい
ものほど、その直径が大きくなるように配置されたこと
を特徴とする超電導磁石装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第１の磁場発生素子が複数の異なる直径をも
つ磁場発生素子から構成され、各々の磁場発生素子は、
前記均一磁場の発生領域を挟んで対向する距離が大きい
ものほど、その直径が大きくなるように配置されたこと
を特徴とする超電導磁石装置。 - 【請求項５】請求項１乃至４記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第１の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領
域を挟んで対向する距離が、前記第２の磁場発生素子お
よび前記第３の磁場発生素子の前記均一磁場の発生領域
を挟んで対向する距離よりも短いことを特徴とする超電
導磁石装置。 - 【請求項６】請求項１乃至５記載の超電導磁石装置にお
いて、前記冷却手段は前記磁場発生源を内部に収容する
ための真空容器を備え、該真空容器の外周部が前記均一
磁場の発生領域のある側に突出していることを特徴とす
る超電導磁石装置。 - 【請求項７】請求項１乃至６記載の超電導磁石装置にお
いて、前記磁場発生源が超電導特性を有する物質からな
る線材を巻いたコイルで構成されていることを特徴とす
る超電導磁石装置。
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