JPS61125109A - 超電導磁石装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は超電導化石装置に係シ、特に、医療用核磁気共
鳴断１−診断装置（以下ＮＭＲ，−ＣＴと記す）の超電
導磁石において好適な配置および形状を備えた超電導磁
石装置に関する。

〔発明の背景〕

核磁気共鳴装置（以下ＮＭ凡装置と記す）Ｋは試料空間
において、高均一度な磁場が必要とされる。このような
高均一度磁場を達成する従来例には理化学分析用ＮＭＲ
装置に関するものに特開昭５８−１４０１０２号公報が
ある。この例では第７図のように、三つのコイル、すな
わち、主コイル１と一対の補正コイル２，２′　から構
成されており、主コイル１の形状は長さと内半径の比が
７．０〜７．５となっている。この比率をもつ主コイル
をＮＭＲ，−ＣＴ用装置に適用すると主コイルの長さが
非常に大きくなってしまうという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は高均一度磁場を発生し、かつ、経済的な
配置および形状からなる超電導磁石装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

ＮＭＲ，−ＣＴでは、人体の胴体直径程度の球空間にわ
たって、高均一度な磁場が必要であるということは周知
の事実である。一般に磁場の均一度Ｈ（ρ、θ）は式（
１）で定義される。

ここでＢｚ（ρ、θ）は第６図のＰ点での磁場である。

ＢＺ　（０）は中心０点での磁場である。

通常０点を中心とする直径ｄｓ”４０ｃｒｎの球内でＨ
（ρ、θ）＜１０−’〜１０１の均一度が要求される。

核磁気共鳴を生じさせる磁場を主コイル１で発生させる
が、単一のコイルでは磁場の均一度は不十分であるので
、補正コイルが必要となる。

以下に主コイル１の作る磁場を補正コイルを用いて均一
度の高い磁場を得る方法について述べる。

主コイルｌの作る磁場けＺ方向では中心から離れるにつ
れて減少し、一方、ｒ方向で増加する。

従って、高均一度磁場分布を得るには、２方向では中心
から離れるにつれて増加し、ｒ方向では減小するような
磁場を主コイル１の作る磁場に重畳することが必要であ
る。ところで、主コイル１の端部で主コイル１の中心に
対して対称的に、かつ、同軸上に位置する一対の補正コ
イル２．２′　は磁場分布をしている。従って、適当な
形状および配置の主コイル１と一対の補正コイル２．２
′　の作る磁場を重畳することによって高均一度磁場が
得られる。

ところで主コイル１が中心近傍に作る磁場は式（２）の
ように級数展開であられされる。

ここで用いられているＫｏ（α、β）、ル（α、β）等
は表ＩＶＣ示し、ｐｔ（ｕ）、　ｐ、（ｕ）等はルジャ
ンドル多項式であり表２に示す。

表１ 表２ 一方、一対の補正コイル２，２′　の作る磁場はｇｚ図
に示すような、内半径ａ１．外半径ａｔ＋軸長Ｌｄであ
るソレノイドコイル４の作る磁場から、内半径と外半径
がソレノイドコイル４に等しく、コイルの中心および中
心軸がソレノイドコイル４と一致し、軸長がＬｓである
ソレノイドコイル５の作る磁場を差し引いた本のである
。従って・補正コイル２，２′　の作る磁場ＢＨ（ρ、
θ）は、Ｂｚ（ρ、θ）＝μｏｊ（ａ、に、　（ｒ１δ
）”＋Ｋｏ（ｒ、’）＋　　（Ｋｙ（ｒ、δ）−Ｋｔ　
（ｒ、　ｇ）　）Ｐ２　（ｕ）ρ２ａ。

＋しａｒ（Ｌ　＜ｒ、δ）　Ｋ４　（ｒ、ε）　）　Ｐ
　４（ｕ）ρ’＋しａ：（Ｋ、（ｒ、δ）　−Ｋｇ　（
ｒ、　ｅ）　ＬＲ（ｕ）、＄＋・・す・・・（３） また、補正コイル２，２′　　とソレノイドコイル４お
よびソレノイドコイル５の形状および配置には次のよう
な関係がある。

Ｌ＝　　（Ｌｄ＋Ｌｇ）　　　　　　　　　　−（４）
従って、主コイルｌと補正コイル２，２′の合成磁場Ｂ
Ｈ＜ρ、θ）は式（６）で示される。

Ｂ　？　＜ρ、θ）＝μｏｊ（ａＦ’　Ｋｏ（α、β）
＋ａ、　（＆（ｒ、δ）−Ｋｏ（ｒ、ｇ）））十μｏＪ
Ｐ４（ｕ）（ＭＫ、（ａ、β）十；１′（Ｌ（ｒ、δ）
　　ＫａＣｒ、　ｇ））〕ρ’（ａ。

・・・（６） 一方、磁場の均一度Ｈ（ρ、θ）は式（７）で表される
。

＝Ｉ　ｌ’ｏ　Ｊ　（”ｒ　Ｋｏ　Ｃα＋β）＋ａｌ　
（Ｋｎ（ｒ＋δト→（ｏ（ｒ、１））Ｉ−”＋・・・　
　　　　　　　　　　　Ｉ・・・（７）従って高均一度
の磁場を得るには、式（７）のρのべき項をＯＩＣする
ようにすればよい。たとえば、ρ２．ρ４の係数を０に
するような連立方程式、すなわち、 を解くとρ２．ρ４の項は消え、ρ６以降の項は残るの
で、いわゆる、大火のコイルが得られる。

また、同様にρ２　、ρ４．ρ６の係数を０にするよう
な三元連立方程式、すなわち、式（８）、　（９）およ
び（１０） を解くと、六次のコイルが得られる。

以下に具体的な設計手順を示す。直径４０ｃＷＩの球内
で高均一度を得るために主コイル１の内半径は５０〜７
０ｃＩｎとした。この内半径の値で他のコイルの形状、
配置は規格化して示す。

医療用ＮＭＲ−ＣＴ装置は病院などのスペースが限られ
た場所に設置するので、超ｔ４磁石はよシ小型であるこ
とが望ましい。そこで、主コイル１の長さは２４〜３．
０とした。また、主コイ／Ｉ／１の電流密度を１００〜
２００　Ａ／ｗ”　として主コイル１の中心における磁
場がＺ５Ｔになるように外半径を１．０１〜ＬＯ５とし
た。

補正コイル２，２′　の内半径Ｆｉｉ、ｏ〜１．１４の
範囲で厚みを０．０１〜０．２の範囲で、δ、ε、すな
わち、補正コイル２．２′の中心間距離りと軸長ｆを変
数とする連立方程式（８）、　（９）を解いた。

これらの解のうち均一度が５Ｘ１０−＠を満足するよう
な範囲を第３図に示す。このことから以下のことがわか
った。前記条件を満たすのは補正コイル２，２′の内半
径が１．０〜１．０６７および厚みが０．０３３〜０．
１４　の範囲である。すなわち、補正コイル２，２′の
内半径は主コイルの内半径とほぼ同じ程度で解が存在し
大きくなると、解が存在しなくなる。補正コイル２，２
′の厚みもあまり薄すぎても厚すぎても解が存在しない
ことがわかる。

これに関連して前記条を満たす補正コイル２゜２′の中
心間距離と厚みの関係を第４図に示す。

この図から補正コイル２，２′　の中心間距離は３．２
６〜４．６４の範囲で成立するのがわかる。なお、補正
コイル２．２′の中心間距離と厚みの関係をわかシやす
くするために、主コイル１の形状を、本発明の実施例で
後述するものの形状とした。

すなわち、主コイル１の長さが２６７、厚みが０．０２
９３として、補正コイル２，２′の内半径を１．０〜１
．０６７　　間の五通シで示した。

同様に、第５図に前記条件を満たす補正コイル２．２′
の軸長と厚みの関係を示した。軸長が０．２８〜１．７
４の範囲で解が存在することがわかる。主コイル１の形
状は第４図に述べたものと同条件である。以上のことを
まとめると表３のようになる。また実際に補正コイル２
，２′を設置する際は、上記条件内で主コイル１と重複
する部分が生じないようにするのは当然である。

表３ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図によ〕説明する。主コ
イル１の内半径は６００１１１１％厚みは１７．６園、
軸長け１６００ｍである。また、一対の補正コイＡ／２
，２’の内半径６００ｍ１１、厚みは４１．８ｍで軸長
け２６２ｗｍで、補正コイル２，２′の中心間距離は１
９８５．６雪である。電流密度は１．２Ｘ１０’Ａ／ｃ
ＷＩ”で中心点０で２．５Ｔを出すことができる。

この実施例では、主コイル１と補正コイル２゜２′を合
わせた全軸長は２２４７．６ｗｍで均一度が１．６Ｘ１
０″／４０ｃＷＩｄｓｖが達成できる。すなわち、１３
ｍ程度の全軸長で高均一度の磁場が発生できる効果があ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば３コイルの構成により、コイルシステム
全体を経済的に設計でき、かつ、高均一度磁場を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超電導磁石の構成図、第２
図は本発明の補正コイルの構成図、第３第Ｚ　図 ８５図 寮６困 寮ワ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主コイルと、この主コイルの軸方向の端部で、かつ
   、同軸上に設けられた一対の補正コイルとで構成された
   超電導磁石装置において、 前記主コイルの内半径を１としたとき前記主コイルの外
   半径を１．０１〜１．０５、軸長を２．４〜３．０とし
   、前記補正コイルはこの内半径を１．０〜１．０６７、
   径方向の厚みを０．０３３〜０．１４、軸長を０．２８
   〜１．７４とする寸法をもち、かつ、前記補正コイルの
   中心間隔を３．２６〜４．６４の寸法比でかつ、前記補
   正コイルと前記主コイルとの重複する部分が生じない範
   囲で位置し、前記主コイルの中心空間部近傍での磁場分
   布を均一にするように構成したことを特徴とする超電導
   磁石装置。