JPS621207A - 均一磁場コイル - Google Patents

均一磁場コイル

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JPS621207A
JPS621207A JP60139923A JP13992385A JPS621207A JP S621207 A JPS621207 A JP S621207A JP 60139923 A JP60139923 A JP 60139923A JP 13992385 A JP13992385 A JP 13992385A JP S621207 A JPS621207 A JP S621207A
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JP
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magnetic field
coil
coil conductors
uniform magnetic
ampere
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Masaki Yamana
山名 正樹
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Fuji Electric Co Ltd
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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〕 本発明は核磁気共鳴コンピュータ断層像撮影装置(以下
NMR−CTと呼ぶ)用の均一磁場コイル、ことに超電
導マグネットに適した均一磁場コイルに関する。
〔従来技術とその問題点〕
NMR−CT用均−磁場コイルにおいては、被検体でお
る人体を収納する均一磁場空間における磁束密就が高く
、かつ磁場の強さが高度に均一であるとともに、強磁性
周囲物体によシ磁場の均一性が乱されることを防ぐため
に漏れ磁束を極力少くすることが求められる。
第4図は従来のコア形均−磁場マグネットの一例を示す
斜視図、第5図は第4図の軸方向の概略断面図である。
図において、ヨークと磁極を兼ねた円筒状のコア1の内
周側には一対の鞍形コイル2および3が巻装されてお〕
、コア1の軸を通る対称面X、、X、を中心角θ=0と
して鞍形コア2および3の周方向のアンペアターン密度
(鞍形コイで゛ ルの巻数と電流の積を局長か割った値)が対称面に対し
てなす中心角の余弦に比例するごとく、鞍形コイルのコ
イル導体2A 、2B 、2C,2D等を周方向に分布
して配することによシ、被検体である人体100を収納
すべき円筒状の均一磁場空間7の中央部およびその近傍
に磁束密度BOなる均一磁場6を対称面X1. X、に
垂直な方向に発生させることができるとともに、均一磁
場空間Z内の磁束をコア1を介して循環させられること
によシ、コア1の外部空間に漏れ磁束が広がるのを阻止
することができる。
ところで、このような構造はモータ々どの回転電機の回
転子を抜き取って固定子コアと固定子コイルのみを残し
たものとよく似ているので容易に着想できるものである
が、断面積が1−にも及ぶ円筒状の均一磁場空間7を包
囲し、かつ均一磁場空間Z内の全磁束の通路となるコア
1はその重量が必然的に重くなシ、設置場所の床荷重に
重大な影響を及はすとともに−、均−磁場乙の強さ80
の増大、いいかえればNMR−C!Tの一高精能化を阻
害するという問題がある。またコア1の磁気特性の非線
形性を考慮した均一磁場マグネットの設計が必ずしも容
易でないという問題がある。さらに、コア形であるため
に超電導化に適しないという基本的な問題があシ、磁気
シールド機能を有する非コア形の均一磁場コイルが求め
られている。
〔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、磁気シー
ルド用のコアを設けること−なく漏れ磁束を阻止するこ
とができ、したがって軽量であシ、高磁束密度の超電導
均一磁場マグネットへの適用が容易な均一磁場コイルを
提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
本発明はコイルに包囲された丸孔状の均一磁場空間を包
囲する半径R1なる円周上に軸方向に沿って配された複
数のコイル導体からなる内両導体列を、磁場の方向に垂
直な角度方向を対称面として、この対称面に対する角度
の余弦に周方向qアンペアターン密度が比例するようコ
イル導体を局方向に分布して配することによシ均−磁場
空間内に軸に垂直な方向の均一磁場を発生させるととも
に、前記内両導体列の外側の半径R1なる円周上に周方
向のアンペアターン密度が内両導体列のそれに対して半
径比(Ri/R1)の2乗に反比例して減少するよう分
布して配された複数のコイル導体からなる外両導体列を
設け、内側および外両導体列のコイル導体に流れる電流
の向きが互いに逆向きになるようコイル導体を渡シ線を
介して相互に導電接続するよう構成したことによシ、均
−磁場内の磁束を両溝体列間の非磁性空間を通路として
環流させることによシ漏れる磁束を阻止するようにした
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原理的説明図であシ、均
一磁場コイルを軸方向から見た状態を示したものである
。図において、被検体である人体を収容する円筒状の均
一磁場空間7を包囲する半径R1なる円周上には、例え
ば非磁性の絶縁体からなる枠体30に支持された複数の
内側コイル導体11ないし16等がそれぞれ軸方向に沿
って配されておシ、均一磁場の磁束線6の方向Y、 、
 Y。
K垂直な角度方向X1. X、を対称面として、この対
称面に対する角度θの余弦に比例するよう内側コイル導
体11ないし16が周方向に不均等に分布して配される
ことによシ、内両導体列10A。
1、OB、10C,IODが形成されている。また内両
導体列10Aと10B、並びに10Gと10Dはそれぞ
れ渡シ線19に上って導電接続されることによシ、対称
面X1. X、に対称な一対の内側;イル10が形成さ
れている。
一方、内両導体列10A、IOB、100.10Dの外
側の半径R,なる内周上には枠体30に支持された複数
の外側コイル導体1例えは21゜22.23.24等か
らなる外両導体列20A。
20B、20C,20Dが配されておシ、外両導体列2
OAと20B、並びに20Cと20Dとが渡シ線29に
よシ導電接続されることによシ、対称面X、 、 X、
に対して対称な一対の外側コイル20が形成されておシ
、内側コイル10および外側コイル20それぞれの導体
列には、図において導体断面に電流の向きを記号で示す
ように互いに逆向きの直流電流が流れるよう構成されて
いる。
つぎに、上述のように構成された均一磁場コイルの磁気
特性について検討結果を説明する。いま、半径R1なる
内側コイル導体11ないし16の対称面X1. X、に
対する角度をθ、角度θ=:0におけ不局方向のアンペ
アターン密度を工□、半径R1なる外側コイル導体21
ないし240角度なφ、角度φ=0における周方向のア
ンペアターン密度を工、とし、内側コイル10の内側の
均一磁場空間7のベクトルポテンシャル分布をAI(r
θ)、内外コイル10および20間の空隙中のベクトル
ポテンシャルをAt(r、θ)、外(111コイル20
の外側空間部のベクトルポテンシャルをA、(r、θ)
とすると、点(r+θ)におけるベクトルポテンシャル
−はそれぞれ次式で表わされる。
A1=(工i  Is)rccmθ    ・・・・・
・(1)4π As=((工tRi/r) −工s)cmθ””(2)
4π A、= −(IIRl−工5Rs)  oasθ・−・
−(3)4π                 r外
側6コイル20の外側への漏れ磁束を無くすためには、
ベクトルポテンシャルA、を零にすればよく、その条件
は次式で示される。
工□R,−工、R,=O・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・(4)、工、=工1/(Rs/l
)  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5
)すなわち、式(5)に示すように外側−コイル200
周方向のアンペアターン密度工、を、内側コイル100
アンペアターン密度工、に対して、内外両コイルの半径
比(Rs/ Rs )の2乗に反比例して減少するよう
決めることによシ、外側コイル20の外部空間に漏れ磁
束が広がるのを阻止することができる。
また、ベクトルポテンシャルA$ を零にしたとき、ベ
クトルポテンシャルA、 、 A、は次式で表わされる
式(3)から均一磁場空間Z内の磁束密度BOを求める
と、次式のようKなシ、内側および外側コイルそれぞれ
の半径R1およびR1によって決まる一定値、すなわち
均一磁場を形成することができる。
1Bol ” ■ロア=  (1−(Rx/Rs”) 
) ”=(8)第2図は第1図で示される実施例におけ
る均一磁場コイルの磁束分布図であシ、内側コイル10
の内両導体列10A、10B、10C,10Dのコイル
導体をアンペアターン密度工1が角度0の余弦に比例す
るごとく周方向に分布して配置するとともに、外側コイ
ル20の外両導体列20A。
20B 、20C,20Dのコイル導体をアンペアター
ン密度工1が式(5)の条件を満足するごとく周方向に
分布して配置し、内側および外側コイルに互いに逆向き
の電流を流すよう構成することによシ、均一磁場空間Z
内には磁束密度BOなる均一磁場6が形成されるととも
に、内側コイル10を外側コイル20との間の枠体30
を含む空間に磁束36の環流通路を形成するととができ
、磁束36が外側コイル20の外側に漏れ出すことを阻
止することができる。
なお、内側および外側コイルの周方向のアンペアターン
密度I、 、 I、の分布は理想的には連続分布である
ことが好ましいが、第1図で示される実施例のようにコ
イル導体を周方向に分散配置する方式ではアンペアター
ン密度の分布を連続的にはできない。したがって均一磁
場の強さの均一性の要求度に対応してコイル導体数を増
すとともに、高い磁束密度が要求される超電導マグネッ
トにおいては、コイル導体を半径方向に重層配置するな
どの方法を併用するなどして、アンペアターン密度が連
続的分布に近づくよう構成することが好ましい。
第3図は本発明の異なる実施例を示す概略説明図である
。図において、内両導体列IOA、10B、1oC,1
0Dおよび外両導体列2OA、20B、20C,20D
それぞれの構成は第1図で示される前述の実施例と同じ
であるが、各コイル導体の接続方法が異なっている。す
なわち、内側および外両導体列10Aと2OA、10B
と20B、iQcと20C,10Dと20Dそれぞれの
コイル導体が渡シ線!19を介して相互に導電接続され
るとともに、例えば内両導体列10A中の角度θが大き
い位置にあるコイル導体15および16が導体列10B
の対応する位置にあるコイル導体に渡シ線49を介して
導電接続されることによシ、すべてのコイル導体が縦続
接続されて一つのコイルが形成され、かつ内両導体列と
外両導体列との電流の向きが図中記号で示すように互い
に逆向きになるよう構成されることによシ、第1図で示
される実施例と同様危機能を発揮するよう構成されてい
る。
上述のように構成された均一磁場コイルにおいて、コイ
ル導体相互0接続は、たとえば次式によって決めること
ができる。
画φ=(Rs/R□)d+θ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(9)すなわち、上式を満足する角度θ
の位置にある内側コイル導体と角度φの位置にある外側
コイル導体とが渡?)859によって相互に導電接続さ
れることになるが、右辺が1を超える位置には外側コイ
ル導体が存在しないので、この場合には中心磁束線Y1
. Y、に対して対称位置にある内側コイル導体を渡D
i16!49によりて相互に導電接続する。
なお半径R1と角度φで決まる外側コイル導体の位置は
式(9)によシその位置を求めることができる。
均一磁場コイルを上述のように構成することKよシ、第
1図で示される実施例に比べて渡シ線の長さを大幅に短
縮できるとともに、渡シ線を配置するために必要な軸方
向寸法を短縮できる利点があシ、コイルを小形軽量かつ
低損失化できるので、超電導マグネットに適用する場合
にはクライオスタットの小形化ならびに省熱損失化に貢
献することができる。
〔発明の効果〕
本発明は前述のように、均一磁場空間を包囲する円周上
に周方向のアンペアターン密度が対称面に対してなす角
度の余弦に比例するよう配された内両導体列と、その外
側の円周上にアンペアターン密度が半径の2乗比に反比
例して低減された外両導体列を設け、内側および外両導
体列の電流の向きが逆向きになるよう構成した。その結
果、従来技術におけるコアなどの磁気シールドを用いず
に漏れ磁束の発生を阻止することができ、かつコイルを
軽量化できるとともに、磁気特性の非直線性などを考慮
することなしに理論計算に基づいて均一磁場が容易に得
られる均一磁場コイルを提供することができる。また、
枠体に支持された内側および外両導体列からな)軽量か
つ一体化された均一磁場コイルは一つのクライオスタッ
トに容易に収納することができ、したがって高磁束密度
高分解能のNMR−CTの提供に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す原理的説明図、第2図は
第1図の実施例における磁束分布図、第3図は本発明の
異なる実施例を示す原理的説明図、第4図は従来の均一
磁場Vグネットの一例を示す斜視図、第5図は第4図の
軸方向から見た概略−磁場(磁束)、7・・・均一磁場
空間、10・・・内側コイル、11〜16・・・内側コ
イル導体、IOA。 10B、10C,10D・・・内両導体列、19,29
.59.49・・・渡シ線、20・・・外側コイル、2
DA 、20B 、20C,20D・・・外両導体列、
21〜25・・・外側コイル導体、30・・・枠体、X
、、X。 ・・・対称面、θ、φ・・・対称面に対する角度、R,
、R。 ・・・内側および外両導体列の半径、BO・・・均一磁
場の磁束密度。 第 1 図 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)円筒状の均一磁場空間を包囲する円周上にその軸に
    沿って配され周方向のアンペアターン密度が軸を通る対
    称面に対してなす中心角の余弦に比例するごとく分布し
    て配された複数のコイル導体からなる内側導体列、なら
    びにこの内側導体列の外側の円周上に周方向のアンペア
    ターン密度が内側導体列のそれに対して半径比の2乗に
    反比例して減少するごとく分布して配された複数のコイ
    ル導体からなる外側導体列を備え、前記両導体列の電流
    の向きが相互に逆向きになるごとく導電接続されてなる
    ことを特徴とする均一磁場コイル。 2)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、内側お
    よび外側導体列を構成するコイル導体がそれぞれ別体に
    導電接続されたことを特徴とする均一磁場コイル。 3)特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、内側お
    よび外側導体列を構成するコイル導体が相互に導電接続
    されたことを特徴とする均一磁場コイル。 4)特許請求の範囲第3項記載のものにおいて、相互に
    導電接続される外側コイル導体の角度の正弦と、内側コ
    イル導体の角度の正弦と半径比との積とが互いに等しく
    なるよう形成されるとともに、後者の積が1を超える角
    度範囲においては互いに対称位置にある内側コイル導体
    が相互に導電接続されたことを特徴とする均一磁場コイ
    ル。
JP60139923A 1985-06-26 1985-06-26 均一磁場コイル Granted JPS621207A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002065149A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-22 Oxford Magnet Technology Limited Superconducting open mri magnet with transverse magnetic field

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WO2002065149A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-22 Oxford Magnet Technology Limited Superconducting open mri magnet with transverse magnetic field
GB2388198A (en) * 2001-02-02 2003-11-05 Oxford Magnet Tech Superconducting open MRI magnet with transverse magnetic field
GB2388198B (en) * 2001-02-02 2005-06-01 Oxford Magnet Tech Superconducting open MRI magnet with transverse magnetic field

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