JPS6171606A - 均一磁場マグネツト - Google Patents

均一磁場マグネツト

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JPS6171606A
JPS6171606A JP59193115A JP19311584A JPS6171606A JP S6171606 A JPS6171606 A JP S6171606A JP 59193115 A JP59193115 A JP 59193115A JP 19311584 A JP19311584 A JP 19311584A JP S6171606 A JPS6171606 A JP S6171606A
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JP
Japan
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magnetic field
space
shaped
uniform magnetic
convex portion
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Pending
Application number
JP59193115A
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English (en)
Inventor
Masaki Yamana
山名 正樹
Tatsuo Take
達男 武
Mitsuru Fujita
満 藤田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • 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
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/3806Open magnet assemblies for improved access to the sample, e.g. C-type or U-type magnets

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は強磁性体からなる磁気回路に直列に設けられた
空間部に均一磁場を発生させる均一磁場マグネット、こ
とに核磁気共鳴コンピュータ断層像撮影装置(以下NM
R−CTという)用の均一磁場マグネットの構造に関す
る。
〔従来技術とその問題点〕
NMR−CTに用いられる均一磁場マグネットは均一磁
場を発生する空間部に被検体である人体を収納するため
に、−辺の長さが1渦に近い大きな寸法の空間部を必要
とするとともに1人体の内部組織を識別するに足る鮮明
な断層像を得るために空間部に磁場の強さが0.1テス
ラ■を越え、かつ磁場の強さの均一度が1100pp以
下の高度な均一磁場を発生させうるものであることが求
められる。この種の均一磁場マグネットとしては、円筒
状または複数のリング状の空心コイルの内部空間にコイ
ルの軸方向に均一磁場を発生させるいわゆる均一磁場コ
イル、強磁性体からなる磁路に直列に空間部を形成する
いわゆる継鉄形の均一磁場マグネットなどが知られてい
る。
第9図および第10図は継鉄形の均一磁場マグネットの
従来構造を示す概念図であシ、第9図は側面図、第10
図は平面図である。図において、2は強磁性体からなる
継鉄、3,4は円板状の一対のポールピース、5.6は
継鉄2に装着された一対の励磁コイルであυ、一対のポ
ールピース6゜4は図の場合C字状に形成された継鉄2
の互いに対向する端面に磁気的9機械的に結合され、一
対のポールピースが互いに平行にかつ同軸状に継鉄2に
支持されることによりポールピース6および4の間に被
検体7を収納すべき空間部10が形成されている。した
がって励磁巻線5および乙に励磁電流を流すことによシ
空間部10に均一磁場を発生させることができる。なお
、101はポールピース3,4の中心軸、102は面対
称に支持されたポールピース3,4の対称面である。均
一磁場マグネットを上述のように構成することにより、
磁路の大部分が透磁率の高い強磁性体で形成されるため
に励磁コイル5,6のアンペアターンが少なくてすみ、
かつ継鉄2の断面積を小さくできるのでマグネットを小
形かつ経済的に有利に構成することができる。
第11図は第9図に示した従来の均一磁場マグネットの
空間部における磁束分布図であり、一対のポールピース
の空間部における対向面をそれぞれ平円板状に形成した
場合の例を示したものである。図の場合、磁束線100
はポールピース6の周縁部9においてたとえば磁束線1
11のように対称面102を横切る部分において半径方
向に大きく広がって磁場の強度が極度に不均一になる傾
向を示しておυ、この影響はポールピースの中央部の磁
場の強度にまで影響を及ぼす。したがって人体を収納す
る空間部10の中央部に1100ppという高度な均一
性を有する磁場を得るためには、空間部10の間隙長t
に対してポールピース30半径Rを十分大きくする必要
がある。たとえば、間隙長tを1溝とした場合、空間部
の中央に直径nへ7−再式nR峨程昨の泊−唐鳩を徂ス
に、V、要なポールピースの半径Rは数駕にも達し、ポ
ールピースの磁極面積に比例して総発生磁束量が大きく
なるために継鉄2の断面積の増大や励磁コイル5.6の
アンペアターンの増大をまねき、マグネットが大形かつ
高重量化するという問題を生ずる。
この種マグネットにおいては、ポールピースの半径Rを
なるべく小さくして発生磁束の総量を減らし、マグネッ
トの重量を低減することが、実用価値を高める重要にポ
イントであり、ポールピースを単純な平円板状とする構
造には上記要求に逆行する欠点がある。
第12図は改良された従来の均一磁場マグネットの磁束
分布図である。図において、一対のポールピース3,4
0周縁部には空隙部10側に幅w1、高さdlなる平板
リング状に突き出た凸部11が設けられ、互いに対向す
る凸部11間の間隙長tを幾分縮小することによシ、こ
の部分の磁束密度を局部的に高めるよう構成されている
。ポールピースを上述のように構成した場合、凸部11
の内縁1′1人の内側にありてポールピースの外周側に
広がろうとする磁束線は上記高い磁束密度部分の影響を
受けて内径側に押し戻され、たとえば磁束線112に示
すように第11図の磁束線111に比べて湾曲が減シ、
その結果凸部11の内径側における磁場の強度の均一性
を向上することができる。このように構成されたマグネ
ットは第11図に示されるマグネットに比べて磁場の強
度の均一性を向上することができ、かつポールピースの
半径RQ線縮小ることができるが、要求される磁場の強
度の均一性を確保するには不十分であり、マグネットの
重量が大きく充分な実用価値が得られ難いのが実情であ
る。
〔発明の目的〕
本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、ポールピ
ースの径を増大することなく高い磁場の強度の均一性が
得られる均一磁場マグネットを提供することを目的とす
る。
〔発明の要点〕
本発明は円板状の一対のポールピースの空間部との対向
する面の周縁部に空間部側に凸々リング状の凸部と灰受
間部側に凹なリング状の凹所とからなる磁場の強度の均
等化手段を凸部を外周側にして同心状に設け、この部分
に磁束密度の局部的な強弱を持たせるよう構成したこと
により、均等化手段よシ内径側に分布する磁束線の湾曲
が補正され、磁場の強度を均等化できるようにしたもの
である。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例を示す均一磁場マグネットの概
略側断面図である。図において、継鉄2に磁気的に結合
支持された円板状のポールピース13.14は、互いに
平行かつ同軸状に配されるとともに、被検体である人体
7を収納すべき空間部10に面したポールピース13.
14それぞれの磁極面の周縁部には、空間部10側に突
出した平板リング状の凸部21と、凸部21より内径側
に灰受間部側に平板リング状に凹んだ凹所22とからな
る磁場の強度の均等化手段20が設けられておシ、励磁
コイル5,6に励磁電流を流すことにより、一対の凸部
21間の空間部には幾分磁束密度の高い局部的な高磁界
部分が、一対の凹所22が対向する空間部には幾分磁束
密度の低い局部的な低磁界部が形成され、このようにポ
ールピースの周縁部に形成された磁場の強度の強弱部分
の影響を受けて凹所22よシ内径側の空間部の磁場の強
度が均一化されるよう構成されている。なお図の場合、
継鉄2をC字状に形成した例を示したが、C字状の継鉄
二つを組合わせたいわゆる中央脚形の継鉄を用いて中央
脚にポールピース13,14および励磁コイル5.6を
装着するよう構成してもよいことはいうまでもないこと
である。
第2図は第1図の実施例における空間部の磁束分布の一
例を示したものであシ、ポールピースの中心軸101を
回転軸とする同軸円筒座標系として求めた磁束分布図の
中心軸101およびポールピースの対称面102を含む
第1図の空間部10の右上の部分の磁束分布図を示した
ものである。図において、ポールピース13の凸部21
が対向する部分の空間部においては間隙長tが短縮され
ることによシ磁気抵抗が低下して磁束が発生しやすくな
り局部的高磁界部121が発生し、凸部21の内縁側の
磁束線を内径側に向けて押し戻すとともに、この作用は
凹所22より内径側に分布する磁束線たとえば126に
も作用して外径側への広がりを抑制する。
一方凹所22が対向する部分の空間部には局部的な低磁
界部分122が発生し、磁束線123が外径側に広がる
のを助長するよう作用する。このように凸部と凹所の組
合せからなる一組の磁場の強度の均等化手段20により
均等化手段より内径側の磁束線たとえば126を内径側
および外径側に湾曲させる力を作用させることができる
ので、凸部、凹所の寸法および位置関係を調整すること
により、磁束線の湾曲を補正することができ、その結果
磁場の強度を均一化することができる。
第6図から第5図は均等化手段による磁束線の湾曲状態
の変化を拡大して描いた説明図で、第3図は第11図の
従来構造における磁束線111の形状を、第4図は第1
2図の改良された従来構造における磁束線112の形状
を、第5図は第2図の実施例における磁束線123の形
状をそれぞれ示したものであ”る。図において、均等化
手段を持たない従来構造においては第3図のように磁束
線111は中心軸101方向を波長方向とする正弦波半
波長分に相当するゆるやかな湾曲を示し、半径方向の振
幅も大きい。凸部のみを備えた改良されたマグネットに
おいては第3図における半波要分の湾曲は消去されるが
、第4図のように1波長分の湾曲が新たに生じ半径方向
の振幅は低減されるものの要求される磁場の均一性を満
足する程には改善されない。凸部と凹所とからなる1組
の均等化手段を備えた前述の実施例のマグネットにおい
ては、1波長分の湾曲が消去されるとともに、第5図の
磁束線123のように1.5波長分湾曲が新たに生ずる
とともに半波長成分の一部分が再び現われる。そこで凸
部の突出した寸法等を調整することによシ1波長成分と
半波長成分の双方を消去するようにする。このように凸
部と凹所とからなる均等化手段を設けることによシ湾曲
の周期が逐次短縮され、それに伴なって半径方向の湾曲
の振幅が大幅に減少し、第2図における磁束線123の
ように磁束線を直線化することができ、しだがって磁場
の均一性を向上することができる。
なお第1図の実施例において、凸部21と凹所22を連
接するすなわち凸部21の内縁と凹所22の外縁を同一
円周上に配して均等化手段を連続した角波状に形成して
も上述と同様の機能を得ることができ、その結果均等化
手段の構成を単純化できる利点が得られる。
第6図は本発明の異なる実施例を示す磁束分布図であシ
、凸部21と凹所22が互いに連接して形成されたポー
ルピース16の凹所22の内縁側にさらに連接して第1
の凸部21より小さい第2の凸部61を設けた点が前述
の実施例と異なっている。第2の凸部31!に空間部1
0に第2の高磁界部を発生させ1.5波長分の湾曲を有
する磁束線たとえば131を内径側に向けて押しやるこ
とによシ15波長成分の湾曲を消去することができ、磁
場の強度の均一性を一層高めることができる。
なお、第2の凸部を設けたことによ)、半波長成分や1
波長成分が再び発生するので、第1の凸部21、凹所2
2の寸法を再び調整して半波長成分、1波長成分、1.
5波長成分を同時に消去できる条件を把握する必要があ
ることはいうまでもないことである。
このように本発明によれば、凸部と凹所をポールピース
の磁極面に半径方向に同心状に交互に配置した均等化手
段を設けることによシ、磁束線の湾曲の周期を逐次短縮
することができ、これにともなって磁束線の湾曲の振幅
を大幅に低減でき、均等化手段の内径側の磁場の強度の
均一性を高めることができる。
また、半波長成分は大きな波の変化なので、これを消去
するための第1の凸部の寸法は大きくなるが、波長の次
数が大きくなるとともに波の振幅が大幅に減少するので
、これを消去するための凹所や第2の凸部の寸法は小さ
くてすむ。これらの最適な寸法は励磁コイルの配置など
によっても異なシ、また理論的に導くことはできないの
で、磁界計算手法を用いて試行をくシかえずことによシ
求める必要がある。
第7図および第8図は本発明の他の実施例を示す要部の
断面図で、第7図は円板状のポールピースの空間部10
に対向する面側に三角波状の均等化手段41を設けた場
合、第8図は光波状の均等化手段51を設けた場合をそ
れぞれ示しておシ、前述の実施例と同様な機能を得るこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明は前述のように、被検体を収納すべき空間部を隔
てて平行かつ同軸状に継鉄により支持された円板状の一
対のポールピースの互いに対向スる面側に、最外周部に
凸部が位置するよう凸部と凹所とからなる磁場の強度の
均等化手段を設け、凸部同志あるいは凹所同志が互いに
対向する部分の空間部に磁場の強度が局部的に高い部分
と低い部分がポールピースの半径方向に交互に発生する
よう構成した。その結果、均等化手段より内径側に分布
する磁束線の湾曲の軸方向の波長成分が半波長、1波長
、1.5波長の順で逐次消去され、それにともなって半
径方向の湾曲の振幅が大幅に減少し、磁束線をポールピ
ースの平滑な磁極面に垂直な直線状に補正することがで
き、したがって均等化手段よシ内径側の均一磁場におけ
る磁場の強度を高度に均一化できる均一磁場マグネット
を提供することができる。また均等化手段を凸部と凹所
の交互配置によシ形成したことによシ、均等化手段がポ
ールピースの半径方向に占める幅を従来構造に比べて大
幅に短縮することができるので、ポールピースの径を短
縮でき、これにともなりて発生磁束の総量を低減できる
とともに継鉄の断面積および励磁コイルのアンペアター
ンを低減することができる。したがって継鉄形の均一磁
場マグネットの小形軽量化と、それに伴なう実用的価値
の向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す均一磁場マグネットの概
略側断面図、第2図は第1図の実施例における磁束分布
図、第3図、第4図、第5図は前述の実施例における磁
束線の湾曲状態の変化を示す説明図、第6図は本発明の
異なる実施例を示す要部の断面図、第7図および第8因
は本発明の他の実施例を示す要部の断面図、第9図およ
び第10図は従来の均一磁場マグネットの概略側面図お
よび平面図、第11図は従来の均一磁場マグネットにお
ける磁束分布図、第12図は改良された均一磁場マグネ
ットにおける磁束分布図である。 2・・・継鉄部、3,4,13.14・・・ポールピー
ス、5,6・・・励磁コイル、7・・・被検体く人体)
、9・・・ポールピースの周縁部、10・・・空間部、
20・・・均等化手段、11.21・・・凸部(平板リ
ング状)、22・・・凹所、31・・・第2の凸部、4
1・・・均等化手段(三角波状)、51・・・均等化手
段(光波状)、100,111,112,123,13
1・・・磁束線、101・・・中心軸、102・・・対
称面。 化程人弁理士 山 口   負 第 1図 第 2図 〈102 第5図     第6図 第7図     第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)被検体を収納すべき空間部を隔てて互いに平行かつ
    同軸状に継鉄部によって支持された円板状の一対のポー
    ルピースと前記継鉄部に装着された励磁コイルとを備え
    前記空間部に均一磁場を発生させるものにおいて、前記
    一対のポールピースそれぞれの前記空間部に対向する面
    側に周縁部から中心部に向けて同心状にかつ交互に形成
    され、前記空間部側に突出し周縁部側に配されたリング
    状の凸部および反空間部側に凹み中心部側に配されたリ
    ング状の凹所とからなる磁場の強度の均等化手段を備え
    たことを特徴とする均一磁場マグネット。 2)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、均等化
    手段が、ポールピースの周縁部に形成された平板リング
    状の凸部と、この凸部の内側に半径方向に間隔をおいて
    同心状に形成された平板リング状の溝からなる凹所とか
    らなることを特徴とする均一磁場マグネット。 3)特許請求の範囲第2項記載のものにおいて、凸部と
    凹所とが連接して形成されたことを特徴とする均一磁場
    マグネット。 4)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、均等化
    手段がポールピースの周縁部に形成された平板リング状
    の第1の凸部と、第1の凸部の内周側に連接して形成さ
    れた平板リング状の凹所と、平板リング状の凹所の内周
    側に連接して形成された前記第1の凸部より小さい平板
    リング状の第2の凸部とからなることを特徴とする均一
    磁場マグネット。 5)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、均等化
    手段の断面形状が互いに連接した三角波状の凸部および
    凹所よりなることを特徴とする均一磁場マグネット。 6)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、均等化
    手段の断面形状が互いに連接した丸波状の凸部および凹
    所よりなることを特徴とする均一磁場マグネット。
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