JPH10179546A

JPH10179546A - 静磁場発生装置

Info

Publication number: JPH10179546A
Application number: JP8356387A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kawano; 川野　　源; Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島; Hiroshi Tazaki; 寛田崎; Takeshi Yao; 武八尾; Hajime Tanabe; 肇田邊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JP3980105B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静磁場を補正する鉄片の総重量および鉄片を
配置する領域を最小限にとどめ、かつ磁場均一度の良好
な静磁場発生装置を提供する。【解決手段】静磁場発生装置（１）では、撮影空間
（２）を間に挾んで上下方向に対向して超電導コイル
（４）とその冷却容器（５）を具備する静磁場発生源
（３）が配置され、撮影空間（２）内に静磁場を発生す
る。超電導コイル（４）で発生した磁束線は板状の強磁
性体（１１）に集められ、柱状の強磁性体（７）を帰路
として戻る。板状の強磁性体（１１）の中心部に円形穴
（１２）を設けて、板状の強磁性体（１１）内の磁束線
の流れを調整することにより、撮影空間（２）内の静磁
場を補正する。また、円形穴（１２）内には冷凍機（１
３）を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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）などに用いられる静
磁場発生装置に係り、特に静磁場発生装置が作る静磁場
の磁場均一度を改善するための磁場補正手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】人間の身体の構造を非破壊的に検査する
手段としては、Ｘ線ＣＴ装置や超音波画像診断装置など
が広く利用されている。それらの中で、核磁気共鳴（以
下、ＮＭＲという）現象を用いて人体内部を画像化する
ことができるＭＲＩ装置は、放射線の被曝がなく良質な
画像が得られるという特徴をもっている。

【０００３】ここで、ＮＭＲ現象について概略を述べる
と、人体内部の固有の磁気モーメントをもつ原子核の集
団は、静磁場中に置かれたときに、その静磁場と同じ方
向を向き、特定の周波数で回転する。この回転運動はラ
ーモア歳差運動と呼ばれ、静磁場の磁束密度をＢ₀、特
定の周波数（ラーモア周波数）をｆとした場合、両者の
間には式（１）の関係がある。

【数１】この静磁場と垂直な方向に高周波磁場を加える
と、上記の原子核の集団は励起され、検出器を静磁場と
垂直な方向に置くことにより、特定の原子核から放出さ
れるＮＭＲ信号が得られる。

【０００４】ＭＲＩ装置の場合には、上記の手順のみで
は位置情報が得られないため、式（１）を利用して静磁
場に一時的に磁場傾斜を与える傾斜磁場を加えることで
位置情報を付与し、位置情報に対応する周波数ごとに人
体内部から放出されるＮＭＲ信号の強度分布データを収
集し、そのＮＭＲ信号をフーリエ変換することで人体内
部の画像化を行う。そのため、ＭＲＩ装置によって作ら
れる画像は、静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の３つの磁
場の磁場特性によって直接的に影響を受ける。たとえ
ば、傾斜磁場の特性が悪いと画像の歪みが生じ、高周波
磁場の特性が悪いと画像のぼけが生じる。その中にあっ
て、静磁場の特性は、画像の歪み、画像のぼけ、Ｓ／Ｎ
に直接影響を与え、ＭＲＩ装置における基本性能を決め
る最重要な特性である。そのため、撮影空間（計測空間
ともいう）内の静磁場としては、数１００ｐｐｍオーダ
ーの高均一性と高安定性が要求されている。この高均一
で安定度の高い静磁場を発生するために静磁場発生装置
が使用される。

【０００５】静磁場発生装置では、撮影空間内に高い静
磁場を発生させることにより、装置外部に多くの磁場が
漏洩するという問題が生じる。一般に、これを漏洩磁場
と呼んでいる。この漏洩磁場が大きい場合には、この影
響を受けて、装置の周囲にある電気的または磁気的機
器、部品などが正常に動作しなくなる。例えば、ＭＲＩ
装置のディスプレイ、コンピュータ、時計などが誤動作
する場合がある。特に、病院では、心臓病の患者が多い
ため、心脈数を制御するペースメーカーを持ち歩いてい
る人たちにとっては生死にかかわる問題であり、漏洩磁
場に関しては特に配慮が必要である。

【０００６】そこで、漏洩磁場を低減するために、磁場
発生源から発した磁束線の通路（磁路）を作り、その磁
路に磁束線を収束することにより装置外部への磁場の漏
洩を少なくしようとしている。一般に、この磁束線の通
路のことを磁気回路と呼んでいる。

【０００７】図２１には従来の静磁場発生装置の一例を
示す。図２１は静磁場発生装置の全体斜視図である。図
２１において、静磁場発生装置１は撮影空間２を間に挾
んで上下に配置された静磁場発生源３により撮影空間２
内に高い静磁場を発生させている。静磁場発生源３は超
電導コイル４とこれを超電導状態まで冷却する冷却容器
５から構成されている。上下の超電導コイル４が発生す
る上下方向の磁束線Ｂ_Zは静磁場発生源３の上下に配置
された板状の強磁性体６によって受け止められ、さらに
静磁場発生源３の側方に設けられた柱状の強磁性体７を
帰路として超電導コイル４に戻るように磁気回路が構成
されている。また、柱状の強磁性体７は、磁束線の帰路
としての役割とともに、撮影空間２の上下に配置された
構造物を機械的に支持する働きもしている。板状の強磁
性体６や柱状の強磁性体７の材料としては、機械的な強
度や原価の面から一般に鉄が使用されている。

【０００８】図２１に示した従来例では、前方と後方の
２方向が開放されているため、撮影空間２に挿入された
被検体は閉塞感を受けずに済み、検査者も前方または、
後方から容易に被検体にアクセスすることができる。ま
た、柱状の強磁性体７が撮影空間２に発生される磁束線
の帰路となっているために、磁束が装置から離れて遠く
まで広がることがなく、漏洩磁場を少なくすることがで
きる。しかし、柱状の強磁性体７のような複数の帰路を
もつ磁気回路においては、この柱状の強磁性体７が撮影
空間２内の磁場均一性を阻害する要因となる。

【０００９】従来の水平磁場方式の静磁場発生装置で
は、磁気回路がソレノイド形状をしており、帰路が対称
に配置されているので、柱状部の磁気モーメントも周方
向に一様になっている。これに対し図２１のような柱状
の強磁性体７からなる帰路をもつ磁気回路の場合には、
磁束線の分布が柱状の強磁性体７の有る方向と無い方向
とで異なるため、周方向の磁場分布が変化する。その結
果、この周方向の磁場分布の変化に起因して撮影空間２
内の静磁場が不均一となるので、設計段階から、この不
均一磁場成分の補正が考慮されており、図２１の従来例
では、冷却容器５の表面に強磁性体片８を配置して磁場
補正が行われている。

【００１０】磁場均一度の評価方法としては、静磁場内
の評価する球面上に測定点をとり、その測定点における
磁場の値を式（２）のルジャンドル関数で展開して評価
する方法が良く知られている。

【数２】ここで、（ｒ、θ、φ）は球面座標系を意味
し、ｒは座標中心からの距離、θはＺ軸となす角度、φ
はＺ軸を中心とする回転角度である。式（２）におい
て、Ａ（ｍ、ｎ）項の値が、静磁場項Ａ（０、０）の値
に対して小さければ小さい程、磁場均一度が良いことに
なる。以下、「Ａ（０、０）項に対する各展開項の係数
の比」のことを展開係数比と呼ぶことにする。

【００１１】式（２）から発生する磁場の成分は、大き
く分けて「軸対称成分」と「軸非対称成分」とに分ける
ことができる。軸対称成分とは、Ｚ軸（静磁場方向）に
関して対称な磁場成分で、（ｒ、θ）の座標のみに依存
する。数学的には、ルジャンドル関数のｍ＝０の項のこ
とである。軸非対称成分とは、（ｒ、θ、φ）の全ての
座標に依存し、ルジャンドル関数のｍ≠０の項のことで
ある。

【００１２】一般的には、静磁場の磁場均一度を補正す
る手段として、対向する冷却容器５の対向する側の表面
に、強磁性体片（鉄を用いているので、以下鉄片と呼
ぶ）８を配置する。鉄片８の位置は、不均一磁場成分を
消去するように決定される。そのため、不均一磁場成分
が大きい程、鉄片８の量が多く必要となり、鉄片８を配
置するための広い領域が必要となる。その結果、傾斜磁
場コイル（ＧＣ）や高周波コイル（ＲＦコイル）などを
配置する領域（クリアボア）内を有効に利用できなくな
る。

【００１３】この対応策として、冷却容器５の対向間隔
を広げることで、鉄片８を配置する領域を大きくするこ
とも考えられるが、冷却容器５の対向間隔が広くなると
その中の超電導コイル４の対向間隔も広くなってしま
う。超電導コイル４の対向間隔が大きくなると、その大
きさの３乗〜５乗に比例して、所望の静磁場強度を発生
させるための起磁力が増加する。この起磁力が増加する
と、機械的な構造も複雑化し、コスト的にも上昇し大き
な問題となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した如く、従
来の静磁場発生装置では、鉄片８によって静磁場内の不
均一磁場を精度良く補正しようとすると、補正のための
領域が大きくなり、装置外形が大型化し、製造コストも
上昇するという問題があった。本発明では、静磁場を補
正する鉄片の総重量および鉄片を配置する領域を最小限
にとどめ、かつ磁場均一度の良好な静磁場発生装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静磁場発生装置は、有限の領域に第１の方
向に向かう静磁場を発生させる電流を流す電流搬送手段
と、該電流搬送手段を収容し支持する容器とを有する静
磁場発生源と、第１の方向とほぼ直交するように配置さ
れて前記静磁場発生源が発生する磁束線を集めるための
１対の磁束収束手段と、前記１対の磁束収束手段を磁気
的に接続して磁束線を通す磁気回路を形成する少なくと
も１個以上の磁束通過手段とを具備する静磁場発生装置
において、前記磁束収束手段の一部に前記有限の領域の
静磁場の磁場補正する磁場補正手段が設けられ、概磁場
補正手段が少なくとも１個以上の比透磁率の低い物質を
充填した部分または／および空隙穴を有している（請求
項１）。

【００１６】この構成では、磁束収束手段の一部に磁場
補正手段である比透磁率の低い物質を充填した部分また
は／および空隙穴を設けることにより、磁束収束手段内
の磁束線の流れが変化し、その結果として撮影空間であ
る有限の領域内の静磁場が磁場補正される。

【００１７】本発明の静磁場発生装置では更に、前記比
透磁率の低い物質を充填した部分または空隙穴は円形状
で、前記磁束収束手段のほぼ中心部に、ほぼ第１の方向
に沿って設けられている（請求項２）。この構成では、
磁場補正手段が円形状のものであるので、加工性が良
く、コスト低減に寄与し、補正効果も大きいという効果
がある。

【００１８】本発明の静磁場発生装置では更に、前記比
透磁率の低い物質で充填した部分または空隙穴は楕円形
状または長方形状で、前記磁束収束手段のほぼ中心部
に、ほぼ第１の方向に沿って設けられている（請求項
３）。また、前記磁束通過手段が前記静磁場発生源の第
１の方向に沿った中心軸に対し左右に配置されており、
前記楕円形状のものまたは長方形状のものの長手方向が
前記磁束通過手段の存在する方向にほぼ平行になるよう
に構成されている（請求項８）。

【００１９】この構成では、磁場補正手段が楕円形状ま
たは長方形状で、その長手方向が磁束通過手段の有る側
と平行になるので、磁束線の流れの変化が大きく、磁場
補正効果が大きい。

【００２０】本発明の静磁場発生装置では更に、前記比
透磁率の低い物質を充填した部分または／および空隙穴
が、前記静磁場の中心を通り前記第１の方向に平行な軸
を中心軸として半径方向に前記中心軸から離れた位置に
複数個設けられている（請求項４）。また、前記の比透
磁率の低い物質で充填した部分または／および空隙穴が
ほぼ第１の方向に沿って設けられた扇形状のものまたは
円形状のものであり（請求項５）、あるいは前記中心軸
に関し対称の位置に配置されている（請求項６）。

【００２１】この構成では、磁場補正手段が半径方向に
中心軸から離れた位置に設けられているので、局部的な
磁場補正に有効である。また、磁場補正手段が複数個設
けられ、さらに対称の位置に配置されると大きな磁場補
正が可能となる。

【００２２】本発明の静磁場発生装置では更に、前記空
隙穴の１個以上をねじ穴とし、該ねじ穴のうちの１個以
上に、全体または一部が強磁性体からなるボルトを挿入
したものである（請求項７）。この構成では、磁場補正
手段であるねじ穴に強磁性体からなるボルトを挿入し
て、ねじ穴部に存在する強磁性体の量を調整して磁場補
正するものであり、磁場の微調整が可能となる。強磁性
体の量が多くなれば磁場補正量は大きく、強磁性体の量
が少なくなれば磁場補正量は小さくなる。

【００２３】本発明の静磁場発生装置では更に、前記比
透磁率の低い物質を充填した部分または／および空隙穴
の深さ方向にテーパ加工または段付き加工などの断面積
を変化させる加工を施したものである（請求項８）。こ
の構成では、テーパ加工または段付き加工を行うこと
で、単純な穴などの場合よりも、調整幅のある磁場補正
をすることができる。

【００２４】本発明の静磁場発生装置では更に、前記円
形の直径（請求項１０）、前記楕円形または長方形の長
径および短径（請求項１１）、前記比透磁率の低い物質
で充填した部分または／および空隙穴の個数、位置、大
きさ（請求項１２）、前記ねじ穴の個数、位置、ねじ穴
に挿入する強磁性体の量（請求項１３）、前記テーパ加
工部または段付加工部の断面積（請求項１４）が前記磁
束収束手段における磁束線の流れと関連付けて決められ
ている。

【００２５】磁場補正手段の上掲の諸元の変化が、磁束
収束手段内の磁束線の流れを変化させ、その結果として
静磁場の磁場補正が行われることに鑑み、この構成で
は、磁束収束手段の磁束線の流れと関連付けて、上掲の
諸元を決めるようにしたものである。

【００２６】本発明の静磁場発生装置では更に、前記電
流搬送手段として超電導体を用い、前記容器として前記
超電導体を超電導状態にまで冷却し維持する冷媒を内包
する冷却容器を用い、前記冷却容器を冷却するための冷
凍機を具備するものである（請求項１５）。また、前記
冷凍機は、前記比透磁率の低い物質を充填した部分また
は空隙穴中に配置したものである（請求項１６）。この
構成では、静磁場発生源を超電導方式とすることによ
り、高強度かつ高均一の静磁場を実現すると共に、磁場
補正手段を冷凍機の取付け場所として活用している。

【００２７】本発明の磁気共鳴イメージング装置は上記
の本発明の静磁場発生装置を用いたものである（請求項
１７）。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
を用いて具体的に説明する。本発明の静磁場発生装置の
第１の実施例を図１〜図３に示す。図１は全体斜視図、
図２は上面図、図３は縦断面図である。本実施例の静磁
場発生装置１は垂直磁場方式の超電導磁石を有するもの
で、先ず、撮影空間２に静磁場を発生するための超電導
コイル４を内包する静磁場発生源３が、撮影空間２の上
下に対向して配置されている。超電導コイル４は冷却容
器５内に保持され、所定の超電導特性が得られる温度に
冷却される。超電導コイル４は一般に複数個のコイルの
組合せからなり、冷却容器５内に支持体にて保持されて
いるが、図では簡単のため支持体を省略してある。超電
導コイル４の材料としては多くの場合ＮｂＴｉ線材が使
用されているので、冷却容器５は冷媒としての液体ヘリ
ウムを収納する冷媒容器を具備し、その他に熱の対流を
防ぐために冷媒容器全体を内包する真空容器と、熱の輻
射を防ぐための熱シールド（図示せず）などから構成さ
れている。超電導コイル４はこの冷却容器５の中に収納
された状態で使用される。

【００２９】複数の円形コイルからなる超電導コイル４
は装置中央部の均一磁場発生領域である撮影空間２を挾
んで上下方向に対称に配置される。それに応じて、超電
導コイル４を収納する冷却容器５も円筒形状のものが上
下対称に配置され、両冷却容器５はその間にある支柱１
４によって所定の距離を維持して支持される。この支柱
１４は、上下の冷却容器５を機械的に支える働きをして
いるが、必要によっては、上下の冷媒容器を熱的に接続
させる働きを持たせてもよい。そうすることで、冷凍機
１３を上下に１台ずつ設置する必要はなくなり、システ
ムに１台の冷凍機１３で間に合わせることが可能にな
る。また、支柱１４の本数も図示の２本に限定する必要
はなく、３本、４本と増やすこともできるし、開放感を
得るためには、片持ちの１本の支柱１４としてもよい。

【００３０】図３では、超電導コイル４は４個ずつのコ
イルの組からなる。その働きは装置中央部の撮影空間２
内に高強度でかつ均一度の良い静磁場を発生させること
である。コイル断面の最も大きい超電導コイル（以下、
主コイルという）４Ａにより主な静磁場を発生してお
き、コイル断面の小さい超電導コイル（以下、調整コイ
ルという）４Ｂによって磁場の均一性が得られるように
各コイルの配置および起磁力の設定をしている。また、
調整コイル４Ｂの電流の向きは、主コイル４Ａ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。さらに、超
電導コイル４のコイルの個数は図示の４個ずつに限定さ
れることはなく、磁場の不均一成分と製造原価との兼ね
合いで最適となるように決定される。一般に、主コイル
４Ａの直径が大きいほど磁場不均一成分は少なくなるの
で、調整コイル４Ｂの個数、あるいは起磁力を少なくす
ることができる。

【００３１】次に、板状の強磁性体１１と柱状の強磁性
体７によって、従来例の場合と同様に、装置外部に発生
する漏洩磁場が効果的に低減されている。さらに、本実
施例では、板状の強磁性体１１の中心部に上下方向に沿
って円形の穴１２が設けられている。この穴１２は、撮
影空間２内の静磁場の磁場補正のために設けられたもの
である。この穴１２を設けることにより、板状の強磁性
体１１内の磁束密度の分布が変化し、その結果として、
撮影空間２内の磁場分布が変化する。従って、この穴１
２の直径を変化させることで、撮影空間２内の静磁場の
磁場分布を調整することができる。この穴１２の働き
は、以下に説明する如く、超電導コイル４のうちの主コ
イル４Ａとは逆向きの電流を流す調整コイル４Ｂと同様
な働きである。発明者達は、この穴１２の働きを確認す
るために、図３に示される磁気回路において、板状の強
磁性体１１の中心に円形の穴１２をあけ、穴径を３６４
〜９００ｍｍの範囲で変化させた場合の解析を行った。

【００３２】静磁場における不均一磁場の評価方法とし
ては、撮影空間として半径２２．５ｃｍの球を考え、こ
の球表面および内部（１２層の球面を設定）の評価点に
おける磁場強度を計算し、その結果をルジャンドル関数
（式（２）参照）で展開して評価値を出すことにした。

【００３３】評価を行う展開係数比Ｃ（ｍ、ｎ）（＝Ａ
（ｍ、ｎ）／Ａ（０、０）またはＢ（ｍ、ｎ）／Ａ
（０、０））としては、以下の項のものを選択した。軸対称成分：Ａ（０、２）項、Ａ（０、４）項軸非対称成分：Ａ（２、２）項、Ａ（２、４）項、Ａ
（４、４）項静磁場成分：Ａ（０、２）項

【００３４】また、穴１２の効果を明確にするために、
穴１２の無いモデルに対する差分値を図５（ａ）〜図５
（ｃ）にグラフ化した。図５（ａ）は軸対称成分を、図
５（ｂ）は軸非対称成分を、図５（ｃ）は静磁場成分を
それぞれ示している。各図で、軸対称成分と軸非対称成
分についてはｐｐｍ単位で、静磁場成分についてはガウ
ス単位で表示されている。

【００３５】また、穴径の変化による漏洩磁場の変化に
ついての評価を図６に示す。漏洩磁場の評価は通常５ガ
ウスラインの位置で行われるが、今回の評価では漏洩磁
場の変化が微量であったため、図６（ａ）に示す如く磁
場中心からＺ＝２．５ｍの位置での磁場強度で評価し、
その結果を図６（ｂ）に示した。

【００３６】評価結果を纏めると以下の如くなる。図５（ａ）軸対称成分について板状の強磁性体１１の中心に直径３６４ｍｍの穴１２を
設けることで、Ａ（０、２）項は約２，５００ｐｐｍ程
度減少する。また、穴径をさらに大きくすると、穴径に
ほぼ比例して、−２６．７ｐｐｍ／ｍｍの割合で大きく
減少して行く。一方、Ａ（０、４）項はその減少量がＡ
（０、２）項の１／１０以下で、−２．２ｐｐｍ／ｍｍ
程度しか変化しない。以上のことから、穴１２を用い
て、その直径を適当に選択することにより、軸対称成分
Ａ（０、２）項を効果的に補正することができることが
わかる。

【００３７】図５（ｂ）軸非対称成分について穴１２の穴径を３６４ｍｍから９００ｍｍまで変化させ
ることで、Ａ（２、２）項は９０ｐｐｍ程度増加する。
一方、Ａ（２、４）項、Ａ（４、４）項は、２ｐｐｍ程
度しか変化しない。軸非対称成分の穴径の変化による変
化量は少なく、軸対称成分と比べてオーダー的に見て２
桁以上少なくなっていることが分かる。

【００３８】図５（ｃ）静磁場成分について直径３６４ｍｍの穴１２を設けることで、静磁場中心の
磁場強度（約０．７５テラス）が４０ガウス程度低下し
た。穴径をさらに大きくすると、磁場強度の低下の割合
が増加し、直径９００ｍｍの穴１２の場合には、４００
ガウス程度の低下を生じている。静磁場強度を１００ガ
ウス程度上昇させる場合には超電導コイル４の電流を上
昇することで対応できるので、穴径は５００ｍｍ以下と
した方がよい。一方、静磁場強度を１００ガウス以上上
昇する場合には、強磁性体内の磁束線量が変化し磁気飽
和などの現象が起こることもあるので、磁気回路を見直
し、必要な場合は再設計した方がよい。

【００３９】図６（ｂ）漏洩磁場について穴１２の直径を大きくすると、板状の強磁性体１１の中
心部で受け止められるはずの磁束線がＺ軸方向に漏れる
ため、Ｚ軸方向の漏洩磁場が増加する。穴１２の直径が
５００ｍｍ以下では、漏洩磁場は最大２．５ガウス程度
でほとんど変化しないが、穴１２の直径を７００ｍｍ以
上にすると急激に増加する。

【００４０】以上説明した如く、本実施例の場合、板状
の強磁性体１１の中心に設けた穴１２の直径を変化させ
ることで、静磁場の軸対称成分Ａ（０、２）項を１，０
００ｐｐｍオーダーで制御することができ、穴径を５０
０ｍｍ程度までに制限すれば漏洩磁場の増加量も少な
く、静磁場強度にも殆ど影響を与えることなく、効果的
な磁場補正を行うことができる。

【００４１】また、板状の強磁性体１１の中心に穴１２
を設けた構造の静磁場発生装置では、撮影空間２の静磁
場強度を従来と同じとしたとき、静磁場発生源３の超電
導コイル４の総起磁力を従来より下げることができる。
この理由を以下に説明する。図３に示される超電導コイ
ル４において、主コイル４Ａは、正のＡ（０、２）項を
発生する。一般に、主コイル４Ａによって発生された正
のＡ（０、２）項を打ち消すように、主コイル４Ａの内
側に逆向きの電流を流す調整コイル４Ｂが設けられる。
これに対し、本実施例の場合、板状の強磁性体１１に穴
１２を設けることにより、正のＡ（０、２）項を打ち消
すような働きをさせることができる。このことは、板状
の強磁性体１１に穴１２を設けることが、主コイル４Ａ
とは逆向きの電流を流す調整コイル４Ｂを設けることに
相当し、負のＡ（０、２）項を発生し、Ａ（０、２）項
の不均一磁場成分を消去することができることを意味す
る。

【００４２】この結果、上記の負のＡ（０、２）項を発
生する調整コイル４Ｂの起磁力を下げることができるの
で、超電導コイル４の総起磁力も下げることができる。
調整コイル４Ｂの起磁力を下げることにより、コイルの
寸法も小さくでき、従って、静磁場発生源３も小さくで
きるので、静磁場発生装置の設置スペースも小さくな
る。

【００４３】また、本実施例のように静磁場発生源３と
して超電導コイル４を用いる静磁場発生装置の場合に
は、冷却容器５の外部に冷凍機１３が取り付けられる。
この冷凍機１３を板状の強磁性体１１の下側に配置する
と、この冷凍機１３のスペース部分だけ無駄な領域がで
き、静磁場発生装置の寸法が大きくなってしまう。

【００４４】そこで、本実施例では、板状の強磁性体１
１に設けた穴１２の中に冷凍機１３を配置したものであ
る。設計の段階で、穴１２の位置および直径を、撮影空
間２内の磁場均一度が良好になるように決定した後、こ
の穴１２の中に冷凍機１３が全部または部分的に入るよ
うにすることで、効果的なスペース配置を行うことがで
き、装置も大きくならず、静磁場の磁場均一度も良好に
することができる。

【００４５】図４は、本発明の第１の実施例の変更例で
ある。この変更例では、第１の実施例と同様に、板状の
強磁性体１１に円形の穴１２を設け、この穴１２に比透
磁率の低い物質１５を充填したものである。ここで、比
透磁率の低い物質を充填した部分１５は、空隙穴１２と
同じ働きをするので、第１の実施例と同じ効果をあげる
ことができる。従って、空隙穴１２と比透磁率の低い物
質を充填した部分１５とは磁場補正効果上同一視するこ
とができる。本変更例では、更に比透磁率の低い物質を
充填した部分１５の中に冷凍機１３を埋設したものであ
る。このような構造にすることにより、冷凍機１３の固
定が容易に行うことができる。また、この変更例では、
比透磁率の小さい円板１５に冷凍機１３を取り付けて、
この円板１５を穴１２に挿入してもよい。

【００４６】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例を
図７〜図９に示す。図７は全体斜視図、図８は上面図、
図９は縦断面図である。本実施例は、板状の強磁性体１
１の中心軸に対し対称の位置に４個の扇状の穴１２Ａを
設けたもので、他の部分は第１の実施例と同様である。
本実施例では、扇状の穴１２Ａの大きさおよび位置を変
化させることで、撮影空間２内の静磁場の磁場補正を行
うことができる。図８には、扇状の穴１２Ａの大きさお
よび位置の一例を示す。扇状の穴１２Ａの位置は内径Ｒ
２と、開放側の軸線からの角度θとで表わされ、穴１２
Ａの大きさは内径Ｒ２と外径Ｒ１と角度θ１とで表わさ
れる。図示の例では、Ｒ１＝５４６ｍｍ、Ｒ２＝４２５
ｍｍ、θ１＝１１．２５°である。

【００４７】参考までに、図１０に板状の強磁性体１１
に穴１２をあけた場合の磁場解析例を示す。図１０
（ａ）は中心のみに円形穴１２をあけたモデルのもの、
図１０（ｂ）は中心の円形穴１２と扇状の穴１２Ａとを
あけたモデルのものである。これらの図は、板状の強磁
性体１１および柱状の強磁性体７の強磁性体として鉄材
を用いた場合のもので、対称形状の板状の強磁性体１１
を４分割した部分における磁束密度の等高線と磁束線の
向きを示している。図１０（ｂ）においては、半径方向
に設けた扇状の穴１２Ａの周辺で磁束線の向きが歪めら
れる傾向がある。この効果によって、撮影空間２内の静
磁場の磁場補正を行うことができる。

【００４８】本実施例においても、第１の実施例の場合
と同様の方法で、静磁場における不均一磁場の評価を行
った。評価結果を図１１および図１２に示す。穴１２Ａ
の効果を明確にするために、穴１２Ａが無いモデルに対
する差分値を図１１（ａ）〜図１１（ｃ）にグラフ化し
た。図１１（ａ）は軸対称成分を、図１１（ｂ）は軸非
対称成分を、図１１（ｃ）は静磁場成分を、それぞれ示
している。各図で、軸対称成分と軸非対称成分について
はｐｐｍ単位で、静磁場成分についてはガウス単位で表
示されている。

【００４９】また、穴寸法および穴位置によって変化す
る漏洩磁場の評価については、図６（ａ）と同様に磁場
中心からＺ＝２．５ｍの位置での磁場強度で評価し、そ
の結果を図１２に示した。

【００５０】図１１（ａ）軸対称成分について穴の位置を開放側から柱側に変化させると、Ａ（０、
２）項が＋８ｐｐｍから−３０ｐｐｍに減少する。ま
た、Ａ（０、４）項は穴の位置を変化させても変化量は
小さく、２．５ｐｐｍしか変動しない。穴の位置をθ＝
２５°の付近に設ければ、Ａ（０、２）項を変化させず
に、Ａ（０、４）項のみを調整できるという効果も得ら
れる。

【００５１】図１１（ｂ）軸非対称成分について穴の位置を開放側から柱側に変化させると、Ａ（２、
２）項が＋１００ｐｐｍから−７８ｐｐｍに減少し、変
化量は１７８ｐｐｍで最も大きい。この項は、Ｘ、Ｙ座
標に対しては対称性があるので、中間の４５°付近で０
になっている。また、Ａ（２、４）項は３４ｐｐｍ程
度、Ａ（４、４）項は７ｐｐｍ程度の変化であった。

【００５２】この結果を第１の実施例の円形穴の場合と
比較すると、第１の実施例ではＡ（２、２）項の変化量
が大きいだけでなく、軸対称項の変化量も大きくなって
いる。このため、Ａ（２、２）項を制御するのには本実
施例の方が利用しやすい。

【００５３】本実施例についての上記の評価では、中心
軸から扇形穴１２Ａまでの距離Ｒ２を固定しているが、
この距離Ｒ２を変化させることによっても軸非対称成分
の発生比率を変化させることができる。この場合、距離
Ｒ２を大きくすると軸対称成分にも大きな影響を与える
ので、軸非対称成分のみの補正を行う場合には、距離Ｒ
２を小さくした方が微小な補正が可能となる。

【００５４】図１１（ｃ）静磁場成分について穴の位置を開放側から柱側に変化させたときの変化量は
−３ｐｐｍから−６ｐｐｍまでの間にあり、非常に少な
いので、漏洩磁場に対する影響も小さくなっている。

【００５５】図１２漏洩磁場について穴の位置を柱側から開放側に変化させても、漏洩磁場は
０．３ガウス程度しか変化がなく、第１の実施例よりも
漏洩磁場への影響は非常に小さい。また、本実施例の場
合でも穴１２Ａを大きくすると漏洩磁場は増加する。特
に、板状の強磁性体１１と柱状の強磁性体７とが接続さ
れる部分付近には磁束線が集中しているため、この付近
に穴１２Ａを設けると漏洩磁場への影響が大きくなるの
で、このような場合には穴１２Ａの大きさを小さくした
方がよい。

【００５６】本実施例についての以上の説明では、板状
の強磁性体１１に設ける穴１２Ａは４個の扇形の穴であ
ったが、この穴の形状、個数はこれに限定されることは
ない。穴の形状は、円形、三角形、四角形、多角形な
どでもよく、図１３、図１４に示す如くテーパを持って
いる穴１２Ｂでもよく、また、図１５に示す如く段付き
の穴１２Ｃであってもよい。穴の大きさを変化させてよ
いことも当然である。加工性の面からは円形のものがよ
い。穴の形状を図１４のテーパ穴１２Ｂや図１５の段付
き穴１２Ｃの如くすることにより、磁束線の流れを制御
し、さらに複雑な磁場補正をすることができる。

【００５７】穴の個数は４個より多くしても、少なくし
てもよい。この個数は、補正したい展開係数項に合わせ
て設定するのがよい。また、上記の穴１２Ａ〜１２Ｃに
は比透磁率の低い物質を充填して、穴を埋めた構造にし
てもよい。穴があいていると具合の悪い場合には有効で
ある。

【００５８】穴の位置は、図１３に示す如く開放側また
柱側の軸線上に配置してもよい。また、穴の個数が増加
する場合には、他の穴と同じ半径方向に設けてもよい
し、他の方向に設けてもよい。また、穴の大きさも、第
２の実施例では同一としたが、異なる寸法のものを配置
してもよい。また、穴の方向は通常上下方向に沿ってあ
けられるが、磁束線の流れを調整する上で必要な場合に
は斜めの方向にあけてもよい。

【００５９】さらに、第１の実施例と第２の実施例とを
組み合わせて実施すること、すなわち中心部に円形の
穴、半径方向に複数個の扇状の穴を設けることで磁場補
正することが可能である。

【００６０】本発明の静磁場発生装置の第３の実施例を
図１６、図１７に示す。図１６は上面図、図１７は縦断
面図である。全体斜視図は第１の実施例の図１とほぼ同
じであるので省略した。本実施例では板状の強磁性体１
１に上下方向に沿って楕円形の穴１２Ｄが設けられてい
る。この楕円形の穴１２Ｄは柱側が長軸Ｐ１で、開放側
が短軸Ｐ２である。本実施例では、長軸Ｐ１と短軸Ｐ２
の大きさおよび両者の相対比を変化させることにより、
静磁場の磁場補正を行うことができ、円形の穴１２の場
合よりも広い範囲の補正を行うことができる。これは、
穴の形状を楕円形にしたことにより、磁束線の流れが柱
側方向と開放側方向とで非対称で流れるため、軸非対称
成分への影響も大きくすることができるためである。

【００６１】また、本実施例と同様な効果を得るために
は、穴の形状を長方形や、楕円形に近い形状の多角形に
してもよい。さらに、本実施例と第２の実施例を組み合
わせることも可能である。また、本実施例においても、
楕円形の穴１２Ｄに比透磁率の低い物質を充填して穴を
埋めることや、穴１２Ｄの中に冷凍機を配置してよいこ
とは言うまでもない。

【００６２】本発明の静磁場発生装置の第４の実施例を
図１８〜図２０に示す。図１８は上面図、図１９は縦断
面図、図２０は一部品であるボルトの全体斜視図であ
る。装置の全体斜視図は第３の実施例の場合と同様省略
した。本実施例では、板状の強磁性体１１にねじ穴１５
を設け、このねじ穴１５に板状の強磁性体１１の外側か
ら強磁性体のボルト１６をねじ込み、そのねじ込み長さ
を調整することで、静磁場の磁場補正を行うものであ
る。従って、本実施例での磁場補正は、ねじ穴の個数、
位置、大きさ、ボルトのねじ込み長さを調整することに
よって行うことができる。図２０は本実施例で適用する
ボルトの例を示したもので、図２０（ａ）のボルト１６
は全体が強磁性体からなるもの、図２０（ｂ）のボルト
１６Ａはねじ頭からねじ切り部までを非磁性の物質また
は比透磁率の低い物質で作り、先端部に鉄片などの強磁
性体片１７を取り付けたものである。ボルト１６の材料
を板状の強磁性体１１の材料と同じものを使用した場
合、ねじ込むときに機械的に噛んでしまい出し入れがで
きなくなることがあるので、そのような場合にはねじ切
り部の材料が異なるボルト１６Ａを使用するとよい。

【００６３】ボルト１６Ａを使用する場合、その先端に
強磁性体片１７を取り付けることになるが、この強磁性
体片１７の長さは補正する磁場の大きさに合わせて調整
する。この強磁性体片１７は、長さの短い小片を作って
おき、必要な長さに応じて複数個重ねて取り付けてもよ
い。

【００６４】本実施例の場合、板状の強磁性体１１に同
じ材料の強磁性体ボルト１６を出し入れして、そのねじ
込み長さによって磁束線の流れを調整するものであるか
ら、静磁場の微調整が可能である。これに対し、第１〜
第３の実施例における穴は大きな磁場補正を目的とする
ものであり、設計段階で穴の位置を設定する必要があ
る。従って、第１〜第３の実施例と第４の実施例を組み
合わせることにより、大きな磁場補正は穴を設けること
で行い、小さな磁場補正は本実施例のねじの調整機構を
設けることで行うことができる。特に、製作誤差により
非対称な磁場が発生した場合などに、本実施例により後
からでも微小な磁場補正ができるという効果がある。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、撮
影空間内の静磁場の磁場補正を、板状の強磁性体上で行
うことができるので、撮影空間の近くに配置する磁場補
正のための鉄片の量およびその配置する領域を激減さ
せ、最小限度にとどめることができ、かつ磁場均一度も
向上させることができる。その結果、広い撮影空間をも
ち、磁場均一度の良い静磁場発生装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の全体
斜視図。

【図２】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の上面
図。

【図３】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の縦断
面図。

【図４】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の変更
例。

【図５】第１の実施例の円形穴の磁場補正効果を示す
図。

【図６】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例での漏
洩磁場。

【図７】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の全体
斜視図。

【図８】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の上面
図。

【図９】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の縦断
面図。

【図１０】板状の強磁性体に穴をあけた場合の磁場解析
例。

【図１１】第２の実施例の扇形穴の磁場補正効果を示す
図。

【図１２】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例での
漏洩磁場。

【図１３】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の変
更例１の上面図。

【図１４】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の変
更例１の縦断面図。

【図１５】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例の変
更例２の縦断面図。

【図１６】本発明の静磁場発生装置の第３の実施例の上
面図。

【図１７】本発明の静磁場発生装置の第３の実施例の縦
断面図。

【図１８】本発明の静磁場発生装置の第４の実施例の上
面図。

【図１９】本発明の静磁場発生装置の第４の実施例の縦
断面図。

【図２０】本発明の静磁場発生装置の第４の実施例に適
用するボルトの例。

【図２１】従来の静磁場発生装置の一例。

【符号の説明】

１静磁場発生装置２撮影空間（計測空間）３静磁場発生源４超電導コイル４Ａ主コイル４Ｂ調整コイル５冷却容器６，１１板状の強磁性体７柱状の強磁性体８強磁性体片（鉄片）１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ穴１３冷凍機１４支柱１５ねじ穴１６，１６Ａボルト１７強磁性体片

フロントページの続き (72)発明者田崎寛東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内 (72)発明者八尾武東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内 (72)発明者田邊肇兵庫県赤穂市天和651番地三菱電機株式会社赤穂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限の領域に第１の方向に向かう静磁場
を発生させる電流を流す電流搬送手段と、該電流搬送手
段を収容し支持する容器とを有する静磁場発生源と、第
１の方向とほぼ直交するように配置されて前記静磁場発
生源が発生する磁束線を集めるための１対の磁束収束手
段と、前記１対の磁束収束手段を磁気的に接続して磁束
線を通す磁気回路を形成する少なくとも１個以上の磁束
通過手段とを具備する静磁場発生装置において、前記磁
束収束手段の一部に前記有限の領域の静磁場の磁場補正
する磁場補正手段が設けられ、該磁場補正手段が少なく
とも１個以上の比透磁率の低い物質を充填した部分また
は／および空隙穴を有することを特徴とする静磁場発生
装置。
【請求項２】請求項１記載の静磁場発生装置におい
て、前記比透磁率の低い物質を充填した部分または空隙
穴はほぼ円形状で、前記磁束収束手段のほぼ中心部に、
ほぼ第１の方向に沿って設けられていることを特徴とす
る静磁場発生装置。
【請求項３】請求項１記載の静磁場発生装置におい
て、前記比透磁率の低い物質で充填した部分または空隙
穴は楕円形状または長方形状で、前記磁束収束手段のほ
ぼ中心部に、ほぼ第１の方向に沿って設けられているこ
とを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項４】請求項１乃至３記載の静磁場発生装置に
おいて、前記比透磁率の低い物質を充填した部分または
／および空隙穴が、前記静磁場の中心を通り前記第１の
方向に平行な軸を中心軸として半径方向に前記中心軸か
ら離れた位置に複数個設けられていることを特徴とする
静磁場発生装置。
【請求項５】請求項４記載の静磁場発生装置におい
て、前記比透磁率の低い物質を充填した部分または／お
よび空隙穴が、ほぼ第１の方向に沿って設けられた扇形
状のものまたは円形状のものであることを特徴とする静
磁場発生装置。
【請求項６】請求項４および５記載の静磁場発生装置
において、前記比透磁率の低い物質で充填した部分また
は／および空隙穴が、前記中心軸に関し対称の位置に配
置されていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項７】請求項１、２、４乃至６記載の静磁場発
生装置において、前記空隙穴の１個以上をねじ穴とし、
該ねじ穴のうちの１個以上に、全体または一部が強磁性
体からなるボルトを挿入したことを特徴とする静磁場発
生装置。
【請求項８】請求項１乃至６記載の静磁場発生装置に
おいて、前記比透磁率の低い物質を充填した部分または
／および空隙穴の深さ方向にテーパ加工または段付き加
工などの断面積を変化させる加工を施したことを特徴と
する静磁場発生装置。
【請求項９】請求項３記載の静磁場発生装置におい
て、前記磁束通過手段が前記中心軸に対し左右に配置さ
れており、前記楕円形状のものまたは長方形状のものの
長手方向が前記磁束通過手段の存在する方向とほぼ平行
になるように構成されていることを特徴とする静磁場発
生装置。
【請求項１０】請求項２記載の静磁場発生装置におい
て、前記円形の直径が前記磁束収束手段における磁束線
の流れと関連付けて決められていることを特徴とする静
磁場発生装置。
【請求項１１】請求項３および９記載の静磁場発生装
置において、前記楕円形または長方形の長径および短径
が前記磁束収束手段における磁束線の流れと関連付けて
決められていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１２】請求項４乃至６記載の静磁場発生装置
において、前記比透磁率の低い物質を充填した部分また
は／および空隙穴の個数、位置、大きさが前記磁束収束
手段における磁束線の流れと関連付けて決められている
ことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１３】請求項７記載の静磁場発生装置におい
て、前記ねじ穴の個数、位置、ねじ穴に挿入する強磁性
体の量が前記磁束収束手段における磁束線の流れと関連
付けて決められていることを特徴とする静磁場発生装
置。
【請求項１４】請求項８記載の静磁場発生装置におい
て、前記テーパ加工部または段付き加工部の断面積が前
記磁束収束手段における磁束線の流れと関連付けて決め
られていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１５】請求項１乃至１４記載の静磁場発生装
置において、前記電流搬送手段として超電導体を用い、
前記容器として前記超電導体を超電導状態にまで冷却し
維持する冷媒を内包する冷却容器を用い、前記冷却容器
を冷却するための冷凍機を具備することを特徴とする静
磁場発生装置。
【請求項１６】請求項１５記載の静磁場発生装置にお
いて、前記比透磁率の低い物質を充填した部分または空
隙穴の中に前記冷凍機を配置したことを特徴とする静磁
場発生装置。
【請求項１７】請求項１乃至１６記載の静磁場発生装
置を使用したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装
置。