JPWO2002049513A1 - 低漏洩磁場マグネットおよびシールドコイルアセンブリ - Google Patents
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Abstract
第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，有限の領域を挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとし，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源の電流搬送方向が正負交互に並ぶようにした。
Description
技術分野
本発明は，核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に好適なマグネットおよび漏洩磁場シールドアセンブリに関し，特に広い開口部を有して被検者に開放感を与えるとともに高い磁場均一度を有し，漏洩磁場の小さなマグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリに関する。
背景技術
近年，核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の分野では，いわゆるオープン型のコンセプトを持つものが開発されつつある。これらは大別して，従来の円筒状ソレノイド型マグネットの軸長を短くして開放感を高めたものと，対向する２組のマグネットアセンブリの間に均一な磁場を発生するオープン型マグネットを用いて撮影中の患者へのアクセスを可能にするものがある。前者のマグネットを用いたＭＲＩ装置は，従来に比べオープン性は高まったものの医療現場の要求を満たすには不十分である。一方後者のマグネットを用いたＭＲＩ装置は十分なオープン性を有し，いわゆるＩＶＲ（Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）を可能にする。
このようなオープン型ＭＲＩ装置に好適な超電導マグネットとして国際公開公報ＷＯ９９／２７８５１『ＭＡＧＮＥＴ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＲＩ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ』に記載のマグネットが開示されている。
このマグネットは，ＭＲＩ画像の撮像領域を挟んで対向する２組のマグネットアセンブリから構成される。各々のマグネットアセンブリはそれぞれ複数個の超電導コイルを有し，ｚ軸に関して概ね軸対称に配置されている。メインコイルは正極性及び負極性のコイルが交互に配置され，コンパクトなマグネットながら高均一な磁場を発生することができる。
一方，文献，Ｓ．Ｋａｋｕｇａｗａ ｅｔ ａｌ．，“Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｉｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｓｐｌｉｔ−Ｔｙｐｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＭＲＩ Ｍａｇｎｅｔ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．２，ｐｐ．３６６−３６９，１９９９に記載されているように，オープン型マグネットは従来のソレノイド型マグネットに比較して本質的に磁場の発生効率が悪い特徴があり，マグネットの起磁力が大きくなり結果的に漏洩磁場が大きくなる特徴がある。
この問題を回避する方法としては，上記従来特許，文献，および米国特許第５，８８３，５５８号『ＯＰＥＮ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ ＭＡＧＮＥＴ ＨＡＶＩＮＧ ＳＨＩＥＬＤＩＮＧ』に記載されているように，シールドコイルを用いる方法がある。シールドコイルを用いる方法は従来のソレノイド型マグネットでは，軽量かつ有効な方法として一般に用いられている。
更に，漏洩磁場をシールドする方法として，特願平７−３３６０２３『開放型アクティブシールド超電導磁石装置』に開示されているように，一定の方向の電流を流す主コイルと，主コイルとは逆向き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からなる超電導磁石装置が提案されている。
前記従来例に記載されているように，オープン型マグネットにおいてシールドコイルを用いることにより漏洩磁場を低減することができるが，従来のソレノイド型マグネットにシールドコイルを用いた場合と比較して漏洩磁場が大きく，ＭＲＩ装置を病院に設置する際に障害となる問題があった。その理由は前記文献に記載されているように静磁場を発生するコイルや永久磁石などの起磁力が大きいことにあり，結果的にシールドコイルの起磁力が大きくなりシールドコイルの作る漏洩磁場そのものが大きくなるためである。
したがって、本発明の目的は、漏洩磁場が小さいマグネットおよびシールドコイルアッセンブリを提供することである。
発明の開示
本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全てのの前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させることによって解決することができる。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも２個のシールド電流搬送手段からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸および第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段について成立させることによって解決することができる。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された，少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置の漏洩磁場を制御または低減するシールド電流搬送手段群アセンブリであって，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立させるものである。
また，本発明は、中心軸に関して略同軸に配置された１乃至複数の静磁場発生源を含むマグネット装置において，前記１乃至複数の静磁場発生源の中心に関する半円であって前記中心軸に両端を持つものにおいて，前記中心に関する球であって前記マグネット装置に外接する前記球の半径の１．１倍から２倍の半径を持つ前記半円上における磁場磁場ベクトルをその半径方向と接線方向の成分に分けたとき，前記半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域を５領域以上存在させる，かつ、または，前記半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域を４領域以上存在させるものである。
上記解決手段の原理および作用を以下に説明する。磁場は，第１７図に示すように磁場発生源であるコイルなどの電流２３６または磁性体２３７に内接および外接する球の内部領域２３４および外部領域２３５に分けて考えることができる。場の点Ｐが内部領域２３４または外部領域２３５にある場合は，点Ｐの磁場は数１のラプラス方程式
【数１】
を満足する。内部領域２３４における数１の一般解は球面調和関数としてよく知られていて数２で表される。
【数２】
一方，外部領域２３５における数１の一般解も球面調和関数を用いて表すことができるが，この場合無限遠方で正則となるようにｒの逆べきを含む数３となる。
【数３】
ここで，ＰｎおよびＰｎ ｍはそれぞれルジャンドル関数および陪ルジャンドル関数，ｒおよびθは場の点Ｐの極座標，Ｄｎ及びＨｎは内部及び外部領域における展開係数である。数３から外部領域２３５の磁場すなわち漏洩磁場は高次の磁場ほど減衰が早いことがわかる。マグネットがｚ＝０の中央面に関して対称な場合は対称性から偶数次の磁場はゼロになる。
第１８図から第２１図にｎ＝１，３，５，７次の磁場分布を示す。１次，３次，５次および７次の磁場はそれぞれ原点からの距離ｒの３乗，５乗，７乗および９乗に反比例して減衰する。従って，低次の磁場から順に消去すれば速やかに減衰する漏洩磁場特性が得られる。また，各次数の磁場強度を調節する事により漏洩磁場分布を制御する事ができる。なお漏洩磁場の１次成分はマグネットの磁気モーメントに比例する量である。
漏洩磁場を球面調和関数で展開した成分を制御するためには，１個以上のシールドコイルを用いる必要があり，その配置は数３を用いた数値計算により求めることが可能である。本発明の実施例においてシールドコイルの計算例が開示されているが，第１８図，第１９図、第２０図および第２１図からシールドコイルに要求される性質がわかる。なお，ここではマグネットがｚ＝０の中央面に関して対称であると仮定して議論するが，対称でない場合についてもシールドコイルについて同じ性質が要求されることは以下の議論から明らかである。なお，以下の図では，コイルの近傍に通電電流方向を表す一般的な記号を表示している。
第１８図に示す１次の漏洩磁場成分２３８を抑制または制御するためには，１対のシールドコイルすなわち２組の静磁場発生源のそれぞれに１個のシールドコイルを設置すればよい。このようなシールドコイルの設置方法は前記の従来例に記述されている。ところが前述したように均一磁場領域を挟んで２組の静磁場発生源が対向して配置されるオープン型マグネットでは，１対のシールドコイルを用いただけでは漏洩磁場が十分に小さくならない。
その理由は，第２２図に示すようにメインコイル２４２，２４３などの静磁場発生源及び１対のシールドコイル２４４，２４５の配置が３次の漏洩磁場成分２３９を大きく発生するような磁場のわき出しの配置にほぼ一致しているためである。前記従来例のシールドコイルのこのような配置はこのようにシールドコイル自体が３次の漏洩磁場成分２３９を非常に大きく発生してしまうため漏洩磁場が小さくならなかった。従って，シールドコイルの数を増やして３次の漏洩磁場成分２３９を小さくする必要がある。
ここで、第２３図に示すような２対のシールドコイルの配置を考える。静磁場発生源であるメインコイル２４６，２４７及びシールドコイル２４８，２４９，２５０，２５１の配置が５次の漏洩磁場成分２４０を発生するための磁場のわき出しにほぼ一致している。本コイル配置はｚ＝０の中央面に関して対称なので以下ではｚ＞０の部分について説明する。
シールドコイル配置の特徴は、原点２５３から各シールドコイル２４８および２５０の断面の中心位置をむすぶ半直線２５４および２５６とｚ軸２５２がなす角度２５５および２５７をそれぞれθ１及びθ２としたとき，θ１に対応するシールドコイル２４８の通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き），θ２に対応するシールドコイル２５０の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）であることである。このことは，ｎ番目のシールドコイルに対応する角度をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順にシールドコイルの通電方向をとった場合正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。このように５次の漏洩磁場成分を制御するためには、通電方向が正（メインコイルと同じ向き）のシールドコイルを用いる必要があることが分かる。
同様に，第２４図では７次の漏洩磁場成分を制御するために３対のシールドコイルを用いている。静磁場発生源であるメインコイル２５８，２５９および３対のシールドコイル２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５の配置は７次の漏洩磁場成分２４１を発生するための磁場のわき出しにほぼ一致している。本コイル配置もｚ＝０の中央面に関して対称なので以下ではｚ＞０の部分について説明する。
シールドコイル配置の特徴は、原点２６７から各シールドコイル２６０，２６２および２６４の断面の中心位置をむすぶ半直線２６８，２７０および２７２とｚ軸２６６がなす角度２６９，２７１および２７３をそれぞれθ１，θ２及びθ３としたとき，θ１に対応するシールドコイル２６０の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き），θ２に対応するシールドコイル２６２の通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き），θ３に対応するシールドコイル２６４の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）であることである。このことは，θの大きくなる順にシールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
上述したように，オープン型マグネットにおいて漏洩磁場を小さくするためには高次の漏洩磁場成分を制御する必要がある。その方法として通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）のシールドコイルの他に，通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き）のシールドコイルを用いる必要がある。
これら複数のシールドコイルの配置は，第１９図から第２１図に示すような高次漏洩磁場成分の空間分布に対応した磁場のわき出しによって決まり，以下の様に一般化する事が出来る。すなわち，２組の静磁場発生源が対向して配置さえ，それぞれの静磁場発生源がほぼ同心の２個以上のシールドコイルを備え，中心軸をｚ軸，原点から各シールドコイルの断面の中心位置をむすぶ半直線とｚ軸がなす角度θを小さい順にθｎ（ｎ＝１，２，・・・）とし，θｎに対応するシールドコイルをそれぞれ第ｎのシールドコイルとしたとき，θｎの大きくなる順に各シールドコイルの通電電流方向をとったとき，各コイルの通電電流方向が正負交互に並ぶ事が，２組の静磁場発生源の一方またはそれぞれについて成立すること，と一般化して記述出来る。本発明で開示したシールドコイルの配置方法は，発明者が第１７図の外部領域２３５における磁場のラプラス方程式の球面調和関数による一般解（数３）を明らかにし，第１９図から第２１図に開示した高次漏洩磁場成分の空間分布の性質から，それらを発生する磁場のわき出しの配置を考えることによって，本発明において初めて得られたものである。
更に本発明の特徴は，その漏洩磁場の分布からも規定する事が出来る。第２２図に示す従来のアクティブシールド型のオープン型ＭＲＩマグネットの漏洩磁場分布について解説する。マグネットの中心すなわち第２２図の原点を中心とし，中心軸であるｚ軸を両端とする半円のうち，マグネット（ここではコイルのみ図示）に外接する半円の半径より１．１倍から１．５倍の半径を持つ半円を考える。
実質的に漏洩磁場を計測可能な位置としてこの半径の大きさを選択した。この半円の上での磁場ベクトルを半径方向の成分と接線方向の成分に分けて考える。第２２図から明らかなように，従来のアクティブシールド型のオープン型ＭＲＩマグネットの漏洩磁場分布は，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が４領域存在する。また，前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が３領域存在する。
一方，第２３図に示した本発明の実施例による漏洩磁場分布では，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が６領域存在する。また，前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が５領域存在する。この様に，本発明では，第２２図に示す従来例に対して通電方向が正のコイルを本発明に従って配置することにより，第２２図に示す従来例の漏洩磁場で支配的だった１次の漏洩磁場成分をほぼゼロにし，３次の漏洩磁場成分を支配的とすることにより，上述したような漏洩磁場領域での半円上での，磁場成分方向の異なる領域の数の違いが得られる。
第２３図は中央面に関して対称なマグネットの場合を説明しているが，一般には対称でない場合もあり得る。この様な場合を含めて本発明を，漏洩磁場分布の観点から規定すると，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が５領域以上存在する，または前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が４領域以上存在する，と一般化して規定することが出来る。
発明を実施するための最良の形態
以下，本発明の実施例を図１乃至１１により具体的に説明する。なお，以下で説明する図では，コイルの近傍に通電電流方向を表す一般的な記号を表示している。
第１図は，開放型ＭＲＩ装置の構成要素のうち超電導マグネットの断面図である。
第１図に示すＭＲＩ装置は，上下２組の超電導マグネットアセンブリ１７および１８によって開放領域にｚ軸方向の均一な磁場を発生し，開放領域の中央部でＭＲＩ画像の撮影を可能にしている。超電導メインコイル１，２，３，４は低温容器５内部に設置され，低温容器は真空容器６に内包されている。さらに，第１図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管７，８によって所定の距離を維持して保持される。この連結管７，８は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管７，８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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ１７について説明する。超電導シールドコイル９，１０は低温容器５内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。超電導メインコイル１，２，３，４および超電導シールドコイル９，１０はｚ軸として表されている中心軸１１に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１１はマグネットの中心１２を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１１を含む断面において中心１２から超電導シールドコイル９の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１３と中心軸（ｚ軸）１１のなす角１４をθ１，中心１２から超電導シールドコイル１０の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１５と中心軸（ｚ軸）１１のなす角１６をθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル４の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル９および１０の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１０の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。
以下，本発明の他の実施形態を説明する。
第２図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では上下のマグネットアセンブリ１９，２０はそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。超電導メインコイル２１，２２，２３，２４は低温容器２５内部に設置され，低温容器は真空容器２６に内包されている。さらに，第２図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管２７，２８によって所定の距離を維持して保持される。
この連結管２７，２８は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管２７，２８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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ１９について説明する。超電導シールドコイル２９，３０，３１は低温容器２５内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。メインコイル２１，２２，２３，２４および超電導シールドコイル２９，３０，３１はｚ軸として表されている中心軸３２に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）３２はマグネットの中心３３を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）３２を含む断面において中心３３から超電導シールドコイル２９，３０および３１の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線３４，３６および３８と中心軸（ｚ軸）３２のなす角３５，３７および３９を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル２４の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル２９，３０および３１の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル３１の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。
第３図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では均一な静磁場を発生するために１個の超電導メインコイル４０と磁極５２を用いている。また上下のマグネットアセンブリ５３，５４はそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。超電導メインコイル４０および磁極５２は低温容器４１内部に設置され，低温容器は真空容器４２に内包されている。さらに，第３図では簡単のため省略したが，超電導コイルおよび磁極を支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管４３，４４によって所定の距離を維持して保持される。この連結管４３，４４は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管４３，４４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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ５３について説明する。超電導シールドコイル４５，４６は低温容器４１内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。メインコイル４０および超電導シールドコイル４５，４６はｚ軸として表されている中心軸５５に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）５５はマグネットの中心４７を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）５５を含む断面において中心４７から超電導シールドコイル４５および４６の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線４８および５０と中心軸（ｚ軸）５５のなす角４９および５１を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル４０の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル４５および４６の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル４６の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極５２を用いているので超電導メインコイル４０の起磁力の絶対値は第１図および第２図に開示した実施例より小さく，従って超電導シールドコイル４５，４６の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第４図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では均一な静磁場を発生するために１個の超電導メインコイル５８と磁極５９を用いている。また上下のマグネットアセンブリ５６，５７はそれぞれ３個のシールドコイルを備えている。超電導メインコイル５８および磁極５９は低温容器６０内部に設置され，低温容器は真空容器６１に内包されている。さらに，第４図では簡単のため省略したが，超電導コイルおよび磁極を支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管６２，６３によって所定の距離を維持して保持される。この連結管６２，６３は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管６２，６３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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ５６について説明する。超電導シールドコイル６４，６５，６６は低温容器６０内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。超電導メインコイル５８および超電導シールドコイル６４，６５，６６はｚ軸として表されている中心軸６７に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）６７はマグネットの中心６８を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）６７を含む断面において中心６８から超電導シールドコイル６４，６５および６６の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線６９，７１および７３と中心軸（ｚ軸）６７のなす角７０，７２および７４を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル４０の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル６４，６５および６６の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル６６の起磁力の絶対値は他のシールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。
先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。特に本実施例では３対のシールドコイルによりより高次の漏洩磁場成分まで制御しているので，第３図に開示した実施例より漏洩磁場が小さい。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極５９を用いているので超電導メインコイル５８の起磁力の絶対値は第１図および第２図に開示した実施例より小さく，従って超電導シールドコイル６４，６５，６６の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第５図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第３図に開示した実施例に，磁場の均一度を更に改善するために超電導補正コイルを加えたものである。超電導補正コイル９０，９１は低温容器７８内部に設置され，超電導メインコイル７６と磁極７７が発生する静磁場を補正して，更に磁場を均一化する働きを持つ。超電導シールドコイル８２，８３の配置方法は第３図と同様であり，漏洩磁場の高次成分を制御して小さい漏れ磁場を達成している。
第６図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第４図に開示した実施例に，磁場の均一度を更に改善するために超電導補正コイルを加えたものである。超電導補正コイル１０９，１１０は低温容器９４内部に設置され，超電導メインコイル９２と磁極９３が発生する静磁場を補正して，更に磁場を均一化する働きを持つ。超電導シールドコイル９８，９９，１００の配置方法は第４図と同様であり，漏洩磁場の高次成分を制御して小さい漏れ磁場を達成している。
第７図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第３図から第６図と同様に均一な静磁場を発生するために１対のメインコイルと１対の磁極を用いたものであるが，磁極が真空容器１１６の常温空間側に配置されていることが異なる。上方の組のマグネットアセンブリ１１１について説明すると，超電導メインコイル１１３と２個の超電導シールドコイル１１９，１２０は低温容器１１５内部に配置され，低温容器は真空容器１１６に内包されている。
さらに，第７図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。磁極１１４は真空容器１１６の常温空間側に配置され，超電導メインコイル１１３と組み合わせて均一な静磁場を発生する。超電導メインコイル１１３および超電導シールドコイル１１９，１２０はｚ軸として表されている中心軸１２１に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１２１はマグネットの中心１２２を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１２１を含む断面において中心１２２から超電導シールドコイル１１９および１２０の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１２３および１２５と中心軸（ｚ軸）１２１のなす角１２４および１２６を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル１１３の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル１１９および１２０の通電方向はそれぞれ正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１２０の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に説明したように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより小さい漏洩磁場を達成している。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極１１４を用いているので超電導メインコイル１１３の起磁力の絶対値は小さく，従って超電導シールドコイル１１９，１２０の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第８図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，７と同様に均一な静磁場を発生するために１対のメインコイルと１対の磁極を用いたものであり，磁極が真空容器１３２の常温空間側に配置されている。上方の組のマグネットアセンブリ１２７について説明すると，超電導メインコイル１２９と３個の超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７は低温容器１３１内部に配置され，低温容器１３１は真空容器１３２に内包されている。
さらに，第８図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。磁極１３０は真空容器１３２の常温空間側に配置され，超電導メインコイル１２９と組み合わせて均一な静磁場を発生する。超電導メインコイル１２９および超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７はｚ軸として表されている中心軸１３８に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１３８はマグネットの中心１３９を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１３８を含む断面において中心１３９から超電導シールドコイル１３５，１３６および１３７の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１４０，１４２および１３７と中心軸（ｚ軸）１３８のなす角１４１，１４３および１４５を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル１２９の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル１３５，１３６および１３７の通電方向はそれぞれ正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１３７の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に説明したように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより小さい漏洩磁場を達成している。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極１３０を用いているので超電導メインコイル１２９の起磁力の絶対値は小さく，従って超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第９図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例においては静磁場を発生する起磁力源として１対の永久磁石１４８，１４９を用いている。更に静磁場を均一化する手段として１対の磁極１５０，１５１を用いている。本実施例においては永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１は真空容器１５３，１６４の常温空間側に配置されている。
以下，上方の組のマグネットアセンブリ１４６について説明すると，超電導シールドコイル１５６，１５７は低温容器１５２内部に配置され，低温容器１５２は真空容器１５３に内包されている。さらに，第９図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。超電導シールドコイル１５６，１５７はｚ軸として表されている中心軸１５８に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）１５８はマグネットの中心１５９を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１５８を含む断面において中心１５９から超電導シールドコイル１５６および１５７の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１６０および１６２と中心軸（ｚ軸）１５８のなす角１６１および１６３を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２である。永久磁石１４８，１４９は概ねｚ軸の正方向に着磁されており磁極１５０，１５１と組み合わせて撮像空間にｚ軸正方向の均一磁場を発生している。このような磁場方向をｚ軸に同軸のコイルで発生するためには，超電導シールドコイル１５６のようにｚ軸に関して右回りの電流を与えればよい。従って，永久磁石１４８，１４９の着磁方向と等価な電流方向すなわちｚ軸に関して右回り方向を電流の通電電流の正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル１５６および１５７の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１５７の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，小さい漏洩磁場を達成している。なお第７図では省略したが，永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１は真空容器１５３，１６４および連結管１５４，１５５によって機械的に支えられているが，例えばＣ字型の構造体で上下の永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１を保持しても良く，当然の事ながら本実施例によりマグネットの機械的な構造が限定されるものではない。
第１０図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は第９図に開示した実施例に比較して超電導シールドコイルが３対であることが異なっている。以下，上方の組のマグネットアセンブリ１４６について説明すると，超電導シールドコイル１７６，１７７，１７８はｚ軸として表されている中心軸１７９に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）１７９はマグネットの中心１８０を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１７９を含む断面において中心１８０から超電導シールドコイル１７６，１７７および１７８の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１８１，１８３および１８５と中心軸（ｚ軸）１７９のなす角１８２，１８４および１８６を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３である。永久磁石１６７，１６８は概ねｚ軸の正方向に着磁されており磁極１６９，１７０と組み合わせて撮像空間にｚ軸正方向の均一磁場を発生している。
このような磁場方向をｚ軸に同軸のコイルで発生するためには，超電導シールドコイル１７７のようにｚ軸に関して右回りの電流を与えればよい。従って，永久磁石１６７，１６８の着磁方向と等価な電流方向すなわちｚ軸に関して右回り方向を電流の通電電流の正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル１７６，１７７および１７８の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１７８の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように、本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，小さい漏洩磁場を達成している。なお第１０図では省略したが，永久磁石１６７，１６８および磁極１６９，１７０は真空容器１７２，１７３および連結管１７４，１７５によって機械的に支えられているが，例えばＣ字型の構造体で上下の永久磁石１６７，１６８および磁極１６９，１７０を保持しても良く，当然の事ながら本実施例によりマグネットの機械的な構造が限定されるものではない。
以上、本発明の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットを開示してきた。以下の説明では第１図および第２図に示す空芯のマグネットについて，数３を用いた計算機プログラムにより得られたコイルの配置とその漏洩磁場分布を開示する。なお，以下で開示するコイルの配置はｚ＝０平面に関して鏡面対称な全体のｚ＞０の部分を示している。計算条件としては，中心磁場強度が０．７５Ｔ，磁場の均一度は均一磁場領域において数２の展開係数の２次から１０次まで消去しており，どのケースでも±３ｐｐｍ／４５ｃｍ ＤＳＶである。
第１１図はシールドコイルが無い場合，すなわち漏洩磁場を抑制しない場合のコイル配置である。５個のメインコイル１８７，１８８，１８９，１９０，１９１が電流方向が正負交互になるように並んでいる。このようなメインコイルの配置は前記従来特許『ＭＡＧＮＥＴ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＲＩ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ』で開示したものである。なおコイルの近くにその電流方向を表示する記号を記している。
第１２図は，第１１図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布である。漏洩磁場強度の等高線を表示してあり，内側から順に，１０００ガウスの等高線１９２，５００ガウスの等高線１９３，１００ガウスの等高線１９４，５０ガウスの等高線１９５，１０ガウスの等高線１９６および５ガウスの等高線１９７である。ＭＲＩ装置を病院に設置する際の指標の一つとして，漏洩磁場の５ガウスの等高線の広がりが用いられ，原点から３メートル以内まで小さくすることが望ましい。第１２図に示すように漏洩磁場の５ガウスの等高線１９７はｚ軸方向に１０メートルを超えて非常に大きく広がっている。
第１３図は，漏洩磁場の数３による展開項のうち１次成分だけがゼロになるような条件を付加して得られたコイル配置である。第１１図のメインコイルに対応するメインコイル１９８，１９９，２００，２０１，２０２に加えて１対のシールドコイル２０３がある。第１１図に比較して各メインコイルの起磁力の絶対値は大きくなり，中心磁場強度および磁場の均一度を第１１図と同じにしている。
第１４図は，第１３図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布であり，内側から順に，１０００ガウスの等高線２０４，５００ガウスの等高線２０５，１００ガウスの等高線２０６，５０ガウスの等高線２０７，１０ガウスの等高線２０８，５ガウスの等高線２０９および１ガウスの等高線２１０である。５ガウスの等高線２０９はシールドコイルが無い場合の第１２図に比較して小さくなっているが，その広がりは約５メートルと大きく病院に設置するには不適格である。前述した従来例におけるシールドコイルの配置はすべて第１３図の配置に相似であり，先に説明したように３次の漏洩磁場成分が非常に大きくなり第１４図にしめす大きな漏洩磁場分布となる。第１４図の漏洩磁場を数３により展開すると，３次の成分が支配的となっており，漏洩磁場強度は原点からの距離のマイナス５乗に比例して減衰する特性になっている。
第１５図は，均一磁場の条件に加えて，漏洩磁場の数３による展開項のうち１次および３次成分がゼロになるような条件を付加して得られたコイル配置である。第１１図のメインコイルに対応するメインコイル２１１，２１２，２１３，２１４，２１５に加えて３対のシールドコイル２１６，２１７，２１８がある。第１１図に比較して各メインコイルの起磁力の絶対値は大きくなり，中心磁場強度および磁場の均一度を第１１図と同じにしている。
第１６図は，第１５図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布であり，内側から順に，１０００ガウスの等高線２１９，５００ガウスの等高線２２０，１００ガウスの等高線２２１，５０ガウスの等高線２２２，１０ガウスの等高線２２３，５ガウスの等高線２２４および１ガウスの等高線２２５である。漏洩磁場分布を非常に小さくすることに成功していて，５ガウスの等高線２２４の広がりは３メートルから３．５メートルである。更に１ガウスの等高線２２５が非常に小さい事も特徴である。本実施例では漏洩磁場の数３による展開式における１次および３次成分をゼロにしているので，漏洩磁場の主成分は５次成分が支配的となっており，漏洩磁場強度は原点からの距離のマイナス７乗に比例して非常に速やかに減衰する特性を得ている。
本実施例においても，シールドコイル２１６，２１７および２１８の断面の幾何学的中心と原点２２７を結ぶ半直線２２８，２３０および２３２とｚ軸２２６とのなす角をそれぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり対応するコイルの電流方向が正負交互に並んでいる。またシールドコイルのなかで半径の最大なシールドコイル２１８の起磁力の絶対値は他のシールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。また本実施例においては，半径が最大のシールドコイル２１８の平均半径は，平均半径が最大のメインコイル２１１の平均半径より大きい。
第２５図は，第７図と同等の漏洩磁場性能を有する，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットである。第７図における超電導シールドコイル１２０が，第２５図の実施例においては超電導シールドコイル２８１および２８２の２個に分割されている。若しくは，超電導シールドコイル１２０の起磁力を小さくして超電導シールドコイル２８２とし，付加的な超電導シールドコイル２８１を付け加えたとみなしてもよい。
このように，１個の超電導コイルに作用する電磁力あるいは最大経験磁場が大きくて超電導コイルを構成することが困難な場合は，本実施例のように２個以上の複数のコイルに分割して電磁力あるいは最大経験磁場を低減することは当業者がよく実施していることである。本発明においてはこのような場合においても漏洩磁場が小さくなるように以下の条件を満足させている。
すなわち，超電導メインコイルの通電方向を正方向としたとき，通電方向が正方向のシールドコイル２８０および２８１を第１のシールドコイル群，通電方向が負方向のシールドコイル２８２および２８３を第２のシールドコイル群としたとき，第１のシールドコイル群を構成するシールドコイル２８０および２８１の断面の幾何学的な中心２９０と原点２８５をむすぶ半直線２８６がｚ軸２８４となす角２８７をθ１，第２のシールドコイル群を構成するシールドコイル２８２および２８３の断面の幾何学的な中心２９１と原点２８５をむすぶ半直線２８８がｚ軸２８４となす角２８９をθ２とすると，θ１＜θ２であり，対応するシールドコイル群の電流方向が正負交互に並んでいる。またシールドコイルのなかで半径の最大なシールドコイル２８３を含むシールドコイル群２の起磁力の絶対値和は他のシールドコイル群の起磁力の絶対値和より大きい。
第２６図に，本発明の他の実施例による常伝導シールドコイルを開示する。病院内のＭＲＩ検査室２９３内にＭＲＩ用マグネット２９２が設置されている。本実施例ではマグネット２９２はオープン型マグネットであり，ｚ軸として表されているマグネットの中心軸２９７方向に，撮像空間において均一な静磁場を発生している。オープン型マグネット２９２を構成しているコイルはｚ軸として表されているマグネットの中心軸２９７に関してほぼ同心に配置されている。常伝導シールドコイル２９４，２９５，２９６は超電導マグネットの真空容器の常温空間側に中心軸２９７に関してほぼ同心に配置されていて，本実施例ではＭＲＩ検査室の天井付近に設置されている。
マグネットの中心２９８から各常伝導シールドコイル２９４，２９５および２９６へ向かう半直線２９９，３０１および３０３が中心軸２９７となす角３００，３０２および３０４をそれぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，θ１，θ２およびθ３に対応するシールドコイルの通電電流方向が正負交互に配置されている。前述したように，本実施例の常伝導シールドコイルは漏洩磁場の高次成分を制御して，ＭＲＩ検査室２９３の上方に磁場が漏洩する事を防いでいる。なお，本実施例では省略しているが，常伝導コイルを支持する構造があり常伝導シールドコイルをＭＲＩ検査室２９３の壁に固定している。あるいは，常伝導シールドコイルはマグネット３０５に固定する構造としてもよい。
第２７図に，本発明の他の実施例による常伝導シールドコイルを開示する。本実施例においては，第２６図と同等の効果を持つ各シールドコイルを複数のシールドコイル群で構成している。常伝導シールドコイル３０７および３０８を第１のシールドコイル群，常伝導シールドコイル３０９，３１０および３１１を第２のシールドコイル群，常伝導シールドコイル３１２および３１３を第３のシールドコイル群としたとき，マグネットの中心３１８から第１のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１４に向かう半直線３１９とマグネットの中心軸３１７のなす角３２０をθ１，マグネットの中心３１８から第２のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１５に向かう半直線３２１とマグネットの中心軸３１７のなす角３２２をθ２，マグネットの中心３１８から第３のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１６に向かう半直線３２３とマグネットの中心軸３１７のなす角３２４をθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，θ１，θ２およびθ３に対応するシールドコイル群の通電電流方向が正負交互に配置されている。
先に述べたように示したように，本実施例の常伝導シールドコイルは漏洩磁場の高次成分を制御して，ＭＲＩ検査室３０６の上方に磁場が漏洩する事を防いでいる。なお，マグネット３０５を構成するコイルおよび各シールドコイルはｚ軸として表されているマグネットの中心軸３１７に関してほぼ同心に配置されている。また，第２６図および第２７図に開示した実施例においてはマグネットの上方にのみ常伝導シールドコイルを配置したが，更にマグネットの下方にも同様の手法により配置して，ＭＲＩ検査室の下方への磁場の漏洩を小さくしても良い。
以上に具体的な実施例を用いて本発明を説明してきた。前述した実施例ではマグネット内部のコイルは全て超電導コイルであるが，本発明の内容は超電導コイルのみに限定されるものではなく，例えば銅線などを用いたコイルであってもよく，更に電流を搬送するものであればいかなるものでも良い。
本発明は前述したように様々な実施形態が考えられるが，当然の事ながら本発明はここで開示したいかなる実施例によっても限定されるのもではない。
以下明細書で用いた符号を列記すると次の通りである。
１７，１９，５３，５６，７５，９２，１１１，１２７，１４６，１６５，２７４…上方の組の静磁場発生源，１８，２０，５４，５７，８１，９３，１１２，１２８，１４７，１６６，２７５…下方の組の静磁場発生源，１，２，３，４，２１，２２，２３，２４，４０，５８，７６，９４，１１３，１２９，２７６…超電導メインコイル，９，１０，２９，３０，３１，４５，４６，６４，６５，６６，８２，８３，９８，９９，１００，１１９，１２０，１３５，１３６，１３７，１５６，１５７，１７６，１７７，１７８，２８０，２８１，２８２，２８３…超電導シールドコイル，９０，９１，１０９，１１０…超電導補正コイル，１４８，１４９，１６７，１６８…永久磁石，５２，５９，７７，９５，１１４，１３０，１５０，１５１，１６９，１７０，２７７…磁極，５，２５，４１，６０，７８，９６，１１５，１３１，１５２，１７１，２７８…低温容器，６，２６，４２，６１，７９，９７，１１６，１３２，１５３，１６４，１７２，１７３，２７９…真空容器，７，８，２７，２８，４３，４４，６２，６３，８０，１１７，１１８１３３，１３４，１５４，１５５，１７４，１７５…連結管，１１，３２，５５，６７，８４，１０１，１２１，１３８，１５８，１７９，２２６，２５２，２６６，２８４，２９７，３１７…マグネットの中心軸またはｚ軸，１２，３３，４７，６８，８５，１０２，１２２，１３９，１５９，１８０，２２７，２５３，２６７，２８５，２９８，３１８…マグネットの中心または原点，１３，１５，３４，３６，３８，４８，５０，６９，７１，７３，８６，８８，１０３，１０５，１０７，１２３，１２５，１４０，１４２，１４４，１６０，１６２，１８１，１８３，１８５，２２８，２３０，２３２，２５４，２５６，２６８，２７０，２７２，２８６，２８８，２９９，３０１，３０３，３１９，３２１，３２３…マグネット中心または原点からシールドコイル断面の幾何学的中心に向かう半直線，１４，１６，３５，３７，３９，４９，５１，７０，７２，７４，８７，８９，１０４，１０６，１０８，１２４，１２６，１４１，１４３，１４５，１６１，１６３，１８２，１８４，１８６，２２９，２３１，２３３，２５５，２５７，２６９，２１，２７３，２８７，２８９，３００，３０２，３０４，３２０，３２２，３２４…マグネット中心からシールドコイル断面の幾何学的中心に向かう半直線とマグネットの中心軸またはｚ軸のなす角，１８７，１８８，１８９，１９０，１９１，１９８，１９９，２００，２０１，２０２，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２４２，２４３，２４６，２４７，２５８，２５９…メインコイル，２０３，２１６，２１７，２１８，２４４，２４５，２４８，２４９，２５０，２５１，２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２９４，２９５，２９６，３０７，３０８，３０９，３１０，３１１，３１２，３１３…シールドコイル，１９２，２０４，２１９…漏洩磁場の１０００ガウス等高線，１９３，２０５，２２０…漏洩磁場の５００ガウス等高線，１９４，２０６，２２１…漏洩磁場の１００ガウス等高線，１９５，２０７，２２２…漏洩磁場の５０ガウス等高線，１９６，２０８，２２３…漏洩磁場の１０ガウス等高線，１９７，２０９，２２４…漏洩磁場の５ガウス等高線，２１０，２２５…漏洩磁場の１ガウス等高線，２３４…内部領域，２３５…外部領域，２３６…コイル，２３７…磁性体，２３８…外部領域における１次の漏洩磁場成分の空間分布，２３９…外部領域における３次の漏洩磁場成分の空間分布，２４０…外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布，２４１…外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布，２９０，２９１，３１４，３１５，３１６…シールドコイル群を構成する１乃至複数のシールドコイル断面の幾何学的な中心，２９２，３０５…ＭＲＩ用マグネット，２９３，３０６…ＭＲＩ検査室。
産業上の利用可能性
以上に説明したように、本発明は、開放型ＭＲＩ用超電導マグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリにおいて，軽量でかつ漏洩磁場が非常に小さいマグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリ，およびそれを用いたＭＲＩ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第２図は、本発の実施例の超電導マグネットの断面図である。第３図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第４図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第５図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第６図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第７図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第８図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第９図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第１０図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第１１図は、従来例によるコイル配置の断面図である。第１２図は、第１１図に示す従来のコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１３図は、従来例によるコイル配置の断面図である。第１４図は、第１３図に示す従来のコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１５図は、本発明によるコイル配置の断面図である。第１６図は、第１５図に示す本発明によるコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１７図は、コイルおよび磁性体からなる系の軸対称２次元断面および内部領域外部領域を示す図である。第１８図は、外部領域における１次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第１９図は、外部領域における３次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２０図は、外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２１図は、外部領域における７次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２２図は、従来のシールドコイル配置が３次の漏洩磁場成分を大きく発生する原理の説明図である。第２３図は、５次の漏洩磁場成分に対応したシールドコイル配置の説明図である。第２４図は、７次の漏洩磁場成分に対応したシールドコイル配置の説明図である。第２５図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第２６図は、本発明の実施例の超電導マグネット，常温シールドコイルおよびＭＲＩ検査室の断面図である。第２７図は、本発明の実施例の超電導マグネット，常温シールドコイルおよびＭＲＩ検査室の断面図である。
本発明は，核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に好適なマグネットおよび漏洩磁場シールドアセンブリに関し，特に広い開口部を有して被検者に開放感を与えるとともに高い磁場均一度を有し，漏洩磁場の小さなマグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリに関する。
背景技術
近年，核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の分野では，いわゆるオープン型のコンセプトを持つものが開発されつつある。これらは大別して，従来の円筒状ソレノイド型マグネットの軸長を短くして開放感を高めたものと，対向する２組のマグネットアセンブリの間に均一な磁場を発生するオープン型マグネットを用いて撮影中の患者へのアクセスを可能にするものがある。前者のマグネットを用いたＭＲＩ装置は，従来に比べオープン性は高まったものの医療現場の要求を満たすには不十分である。一方後者のマグネットを用いたＭＲＩ装置は十分なオープン性を有し，いわゆるＩＶＲ（Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）を可能にする。
このようなオープン型ＭＲＩ装置に好適な超電導マグネットとして国際公開公報ＷＯ９９／２７８５１『ＭＡＧＮＥＴ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＲＩ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ』に記載のマグネットが開示されている。
このマグネットは，ＭＲＩ画像の撮像領域を挟んで対向する２組のマグネットアセンブリから構成される。各々のマグネットアセンブリはそれぞれ複数個の超電導コイルを有し，ｚ軸に関して概ね軸対称に配置されている。メインコイルは正極性及び負極性のコイルが交互に配置され，コンパクトなマグネットながら高均一な磁場を発生することができる。
一方，文献，Ｓ．Ｋａｋｕｇａｗａ ｅｔ ａｌ．，“Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｉｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｓｐｌｉｔ−Ｔｙｐｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＭＲＩ Ｍａｇｎｅｔ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．２，ｐｐ．３６６−３６９，１９９９に記載されているように，オープン型マグネットは従来のソレノイド型マグネットに比較して本質的に磁場の発生効率が悪い特徴があり，マグネットの起磁力が大きくなり結果的に漏洩磁場が大きくなる特徴がある。
この問題を回避する方法としては，上記従来特許，文献，および米国特許第５，８８３，５５８号『ＯＰＥＮ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ ＭＡＧＮＥＴ ＨＡＶＩＮＧ ＳＨＩＥＬＤＩＮＧ』に記載されているように，シールドコイルを用いる方法がある。シールドコイルを用いる方法は従来のソレノイド型マグネットでは，軽量かつ有効な方法として一般に用いられている。
更に，漏洩磁場をシールドする方法として，特願平７−３３６０２３『開放型アクティブシールド超電導磁石装置』に開示されているように，一定の方向の電流を流す主コイルと，主コイルとは逆向き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からなる超電導磁石装置が提案されている。
前記従来例に記載されているように，オープン型マグネットにおいてシールドコイルを用いることにより漏洩磁場を低減することができるが，従来のソレノイド型マグネットにシールドコイルを用いた場合と比較して漏洩磁場が大きく，ＭＲＩ装置を病院に設置する際に障害となる問題があった。その理由は前記文献に記載されているように静磁場を発生するコイルや永久磁石などの起磁力が大きいことにあり，結果的にシールドコイルの起磁力が大きくなりシールドコイルの作る漏洩磁場そのものが大きくなるためである。
したがって、本発明の目的は、漏洩磁場が小さいマグネットおよびシールドコイルアッセンブリを提供することである。
発明の開示
本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全てのの前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立させることによって解決することができる。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも２個のシールド電流搬送手段からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸および第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段について成立させることによって解決することができる。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された，少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立させるものである。
また，本発明は、有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置の漏洩磁場を制御または低減するシールド電流搬送手段群アセンブリであって，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事を，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立させるものである。
また，本発明は、中心軸に関して略同軸に配置された１乃至複数の静磁場発生源を含むマグネット装置において，前記１乃至複数の静磁場発生源の中心に関する半円であって前記中心軸に両端を持つものにおいて，前記中心に関する球であって前記マグネット装置に外接する前記球の半径の１．１倍から２倍の半径を持つ前記半円上における磁場磁場ベクトルをその半径方向と接線方向の成分に分けたとき，前記半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域を５領域以上存在させる，かつ、または，前記半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域を４領域以上存在させるものである。
上記解決手段の原理および作用を以下に説明する。磁場は，第１７図に示すように磁場発生源であるコイルなどの電流２３６または磁性体２３７に内接および外接する球の内部領域２３４および外部領域２３５に分けて考えることができる。場の点Ｐが内部領域２３４または外部領域２３５にある場合は，点Ｐの磁場は数１のラプラス方程式
【数１】
【数２】
【数３】
第１８図から第２１図にｎ＝１，３，５，７次の磁場分布を示す。１次，３次，５次および７次の磁場はそれぞれ原点からの距離ｒの３乗，５乗，７乗および９乗に反比例して減衰する。従って，低次の磁場から順に消去すれば速やかに減衰する漏洩磁場特性が得られる。また，各次数の磁場強度を調節する事により漏洩磁場分布を制御する事ができる。なお漏洩磁場の１次成分はマグネットの磁気モーメントに比例する量である。
漏洩磁場を球面調和関数で展開した成分を制御するためには，１個以上のシールドコイルを用いる必要があり，その配置は数３を用いた数値計算により求めることが可能である。本発明の実施例においてシールドコイルの計算例が開示されているが，第１８図，第１９図、第２０図および第２１図からシールドコイルに要求される性質がわかる。なお，ここではマグネットがｚ＝０の中央面に関して対称であると仮定して議論するが，対称でない場合についてもシールドコイルについて同じ性質が要求されることは以下の議論から明らかである。なお，以下の図では，コイルの近傍に通電電流方向を表す一般的な記号を表示している。
第１８図に示す１次の漏洩磁場成分２３８を抑制または制御するためには，１対のシールドコイルすなわち２組の静磁場発生源のそれぞれに１個のシールドコイルを設置すればよい。このようなシールドコイルの設置方法は前記の従来例に記述されている。ところが前述したように均一磁場領域を挟んで２組の静磁場発生源が対向して配置されるオープン型マグネットでは，１対のシールドコイルを用いただけでは漏洩磁場が十分に小さくならない。
その理由は，第２２図に示すようにメインコイル２４２，２４３などの静磁場発生源及び１対のシールドコイル２４４，２４５の配置が３次の漏洩磁場成分２３９を大きく発生するような磁場のわき出しの配置にほぼ一致しているためである。前記従来例のシールドコイルのこのような配置はこのようにシールドコイル自体が３次の漏洩磁場成分２３９を非常に大きく発生してしまうため漏洩磁場が小さくならなかった。従って，シールドコイルの数を増やして３次の漏洩磁場成分２３９を小さくする必要がある。
ここで、第２３図に示すような２対のシールドコイルの配置を考える。静磁場発生源であるメインコイル２４６，２４７及びシールドコイル２４８，２４９，２５０，２５１の配置が５次の漏洩磁場成分２４０を発生するための磁場のわき出しにほぼ一致している。本コイル配置はｚ＝０の中央面に関して対称なので以下ではｚ＞０の部分について説明する。
シールドコイル配置の特徴は、原点２５３から各シールドコイル２４８および２５０の断面の中心位置をむすぶ半直線２５４および２５６とｚ軸２５２がなす角度２５５および２５７をそれぞれθ１及びθ２としたとき，θ１に対応するシールドコイル２４８の通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き），θ２に対応するシールドコイル２５０の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）であることである。このことは，ｎ番目のシールドコイルに対応する角度をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順にシールドコイルの通電方向をとった場合正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。このように５次の漏洩磁場成分を制御するためには、通電方向が正（メインコイルと同じ向き）のシールドコイルを用いる必要があることが分かる。
同様に，第２４図では７次の漏洩磁場成分を制御するために３対のシールドコイルを用いている。静磁場発生源であるメインコイル２５８，２５９および３対のシールドコイル２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５の配置は７次の漏洩磁場成分２４１を発生するための磁場のわき出しにほぼ一致している。本コイル配置もｚ＝０の中央面に関して対称なので以下ではｚ＞０の部分について説明する。
シールドコイル配置の特徴は、原点２６７から各シールドコイル２６０，２６２および２６４の断面の中心位置をむすぶ半直線２６８，２７０および２７２とｚ軸２６６がなす角度２６９，２７１および２７３をそれぞれθ１，θ２及びθ３としたとき，θ１に対応するシールドコイル２６０の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き），θ２に対応するシールドコイル２６２の通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き），θ３に対応するシールドコイル２６４の通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）であることである。このことは，θの大きくなる順にシールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
上述したように，オープン型マグネットにおいて漏洩磁場を小さくするためには高次の漏洩磁場成分を制御する必要がある。その方法として通電電流方向が負（メインコイルと逆向き）のシールドコイルの他に，通電電流方向が正（メインコイルと同じ向き）のシールドコイルを用いる必要がある。
これら複数のシールドコイルの配置は，第１９図から第２１図に示すような高次漏洩磁場成分の空間分布に対応した磁場のわき出しによって決まり，以下の様に一般化する事が出来る。すなわち，２組の静磁場発生源が対向して配置さえ，それぞれの静磁場発生源がほぼ同心の２個以上のシールドコイルを備え，中心軸をｚ軸，原点から各シールドコイルの断面の中心位置をむすぶ半直線とｚ軸がなす角度θを小さい順にθｎ（ｎ＝１，２，・・・）とし，θｎに対応するシールドコイルをそれぞれ第ｎのシールドコイルとしたとき，θｎの大きくなる順に各シールドコイルの通電電流方向をとったとき，各コイルの通電電流方向が正負交互に並ぶ事が，２組の静磁場発生源の一方またはそれぞれについて成立すること，と一般化して記述出来る。本発明で開示したシールドコイルの配置方法は，発明者が第１７図の外部領域２３５における磁場のラプラス方程式の球面調和関数による一般解（数３）を明らかにし，第１９図から第２１図に開示した高次漏洩磁場成分の空間分布の性質から，それらを発生する磁場のわき出しの配置を考えることによって，本発明において初めて得られたものである。
更に本発明の特徴は，その漏洩磁場の分布からも規定する事が出来る。第２２図に示す従来のアクティブシールド型のオープン型ＭＲＩマグネットの漏洩磁場分布について解説する。マグネットの中心すなわち第２２図の原点を中心とし，中心軸であるｚ軸を両端とする半円のうち，マグネット（ここではコイルのみ図示）に外接する半円の半径より１．１倍から１．５倍の半径を持つ半円を考える。
実質的に漏洩磁場を計測可能な位置としてこの半径の大きさを選択した。この半円の上での磁場ベクトルを半径方向の成分と接線方向の成分に分けて考える。第２２図から明らかなように，従来のアクティブシールド型のオープン型ＭＲＩマグネットの漏洩磁場分布は，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が４領域存在する。また，前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が３領域存在する。
一方，第２３図に示した本発明の実施例による漏洩磁場分布では，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が６領域存在する。また，前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が５領域存在する。この様に，本発明では，第２２図に示す従来例に対して通電方向が正のコイルを本発明に従って配置することにより，第２２図に示す従来例の漏洩磁場で支配的だった１次の漏洩磁場成分をほぼゼロにし，３次の漏洩磁場成分を支配的とすることにより，上述したような漏洩磁場領域での半円上での，磁場成分方向の異なる領域の数の違いが得られる。
第２３図は中央面に関して対称なマグネットの場合を説明しているが，一般には対称でない場合もあり得る。この様な場合を含めて本発明を，漏洩磁場分布の観点から規定すると，前述した半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が５領域以上存在する，または前述した半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が４領域以上存在する，と一般化して規定することが出来る。
発明を実施するための最良の形態
以下，本発明の実施例を図１乃至１１により具体的に説明する。なお，以下で説明する図では，コイルの近傍に通電電流方向を表す一般的な記号を表示している。
第１図は，開放型ＭＲＩ装置の構成要素のうち超電導マグネットの断面図である。
第１図に示すＭＲＩ装置は，上下２組の超電導マグネットアセンブリ１７および１８によって開放領域にｚ軸方向の均一な磁場を発生し，開放領域の中央部でＭＲＩ画像の撮影を可能にしている。超電導メインコイル１，２，３，４は低温容器５内部に設置され，低温容器は真空容器６に内包されている。さらに，第１図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管７，８によって所定の距離を維持して保持される。この連結管７，８は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管７，８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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ１７について説明する。超電導シールドコイル９，１０は低温容器５内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。超電導メインコイル１，２，３，４および超電導シールドコイル９，１０はｚ軸として表されている中心軸１１に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１１はマグネットの中心１２を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１１を含む断面において中心１２から超電導シールドコイル９の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１３と中心軸（ｚ軸）１１のなす角１４をθ１，中心１２から超電導シールドコイル１０の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１５と中心軸（ｚ軸）１１のなす角１６をθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル４の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル９および１０の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１０の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。
以下，本発明の他の実施形態を説明する。
第２図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では上下のマグネットアセンブリ１９，２０はそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。超電導メインコイル２１，２２，２３，２４は低温容器２５内部に設置され，低温容器は真空容器２６に内包されている。さらに，第２図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管２７，２８によって所定の距離を維持して保持される。
この連結管２７，２８は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管２７，２８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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ１９について説明する。超電導シールドコイル２９，３０，３１は低温容器２５内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。メインコイル２１，２２，２３，２４および超電導シールドコイル２９，３０，３１はｚ軸として表されている中心軸３２に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）３２はマグネットの中心３３を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）３２を含む断面において中心３３から超電導シールドコイル２９，３０および３１の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線３４，３６および３８と中心軸（ｚ軸）３２のなす角３５，３７および３９を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル２４の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル２９，３０および３１の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとったとき正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル３１の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。
第３図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では均一な静磁場を発生するために１個の超電導メインコイル４０と磁極５２を用いている。また上下のマグネットアセンブリ５３，５４はそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。超電導メインコイル４０および磁極５２は低温容器４１内部に設置され，低温容器は真空容器４２に内包されている。さらに，第３図では簡単のため省略したが，超電導コイルおよび磁極を支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管４３，４４によって所定の距離を維持して保持される。この連結管４３，４４は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管４３，４４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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ２個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ５３について説明する。超電導シールドコイル４５，４６は低温容器４１内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。メインコイル４０および超電導シールドコイル４５，４６はｚ軸として表されている中心軸５５に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）５５はマグネットの中心４７を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）５５を含む断面において中心４７から超電導シールドコイル４５および４６の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線４８および５０と中心軸（ｚ軸）５５のなす角４９および５１を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル４０の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル４５および４６の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル４６の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極５２を用いているので超電導メインコイル４０の起磁力の絶対値は第１図および第２図に開示した実施例より小さく，従って超電導シールドコイル４５，４６の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第４図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例では均一な静磁場を発生するために１個の超電導メインコイル５８と磁極５９を用いている。また上下のマグネットアセンブリ５６，５７はそれぞれ３個のシールドコイルを備えている。超電導メインコイル５８および磁極５９は低温容器６０内部に設置され，低温容器は真空容器６１に内包されている。さらに，第４図では簡単のため省略したが，超電導コイルおよび磁極を支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。
上下の真空容器はその間にある連結管６２，６３によって所定の距離を維持して保持される。この連結管６２，６３は機械的に上下の真空容器を支える働きをしているが，上下の低温容器を熱的に接続する働きを持たせても良い。そうすることで，冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり，システムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能になる。また，連結管６２，６３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，片持ちの一本としてもよい。
上下それぞれの組のマグネットアセンブリは，漏洩磁場を抑制するためにそれぞれ３個の超電導シールドコイルを備えている。以下では，上方の組のマグネットアセンブリ５６について説明する。超電導シールドコイル６４，６５，６６は低温容器６０内部に設置され液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却され超電導状態に保持されている。超電導メインコイル５８および超電導シールドコイル６４，６５，６６はｚ軸として表されている中心軸６７に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）６７はマグネットの中心６８を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）６７を含む断面において中心６８から超電導シールドコイル６４，６５および６６の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線６９，７１および７３と中心軸（ｚ軸）６７のなす角７０，７２および７４を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル４０の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル６４，６５および６６の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル６６の起磁力の絶対値は他のシールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。
先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより漏洩磁場が小さい。特に本実施例では３対のシールドコイルによりより高次の漏洩磁場成分まで制御しているので，第３図に開示した実施例より漏洩磁場が小さい。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極５９を用いているので超電導メインコイル５８の起磁力の絶対値は第１図および第２図に開示した実施例より小さく，従って超電導シールドコイル６４，６５，６６の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第５図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第３図に開示した実施例に，磁場の均一度を更に改善するために超電導補正コイルを加えたものである。超電導補正コイル９０，９１は低温容器７８内部に設置され，超電導メインコイル７６と磁極７７が発生する静磁場を補正して，更に磁場を均一化する働きを持つ。超電導シールドコイル８２，８３の配置方法は第３図と同様であり，漏洩磁場の高次成分を制御して小さい漏れ磁場を達成している。
第６図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第４図に開示した実施例に，磁場の均一度を更に改善するために超電導補正コイルを加えたものである。超電導補正コイル１０９，１１０は低温容器９４内部に設置され，超電導メインコイル９２と磁極９３が発生する静磁場を補正して，更に磁場を均一化する働きを持つ。超電導シールドコイル９８，９９，１００の配置方法は第４図と同様であり，漏洩磁場の高次成分を制御して小さい漏れ磁場を達成している。
第７図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，第３図から第６図と同様に均一な静磁場を発生するために１対のメインコイルと１対の磁極を用いたものであるが，磁極が真空容器１１６の常温空間側に配置されていることが異なる。上方の組のマグネットアセンブリ１１１について説明すると，超電導メインコイル１１３と２個の超電導シールドコイル１１９，１２０は低温容器１１５内部に配置され，低温容器は真空容器１１６に内包されている。
さらに，第７図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。磁極１１４は真空容器１１６の常温空間側に配置され，超電導メインコイル１１３と組み合わせて均一な静磁場を発生する。超電導メインコイル１１３および超電導シールドコイル１１９，１２０はｚ軸として表されている中心軸１２１に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１２１はマグネットの中心１２２を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１２１を含む断面において中心１２２から超電導シールドコイル１１９および１２０の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１２３および１２５と中心軸（ｚ軸）１２１のなす角１２４および１２６を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２であり，超電導メインコイル１１３の通電方向を正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル１１９および１２０の通電方向はそれぞれ正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１２０の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に説明したように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより小さい漏洩磁場を達成している。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極１１４を用いているので超電導メインコイル１１３の起磁力の絶対値は小さく，従って超電導シールドコイル１１９，１２０の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第８図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は，７と同様に均一な静磁場を発生するために１対のメインコイルと１対の磁極を用いたものであり，磁極が真空容器１３２の常温空間側に配置されている。上方の組のマグネットアセンブリ１２７について説明すると，超電導メインコイル１２９と３個の超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７は低温容器１３１内部に配置され，低温容器１３１は真空容器１３２に内包されている。
さらに，第８図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。磁極１３０は真空容器１３２の常温空間側に配置され，超電導メインコイル１２９と組み合わせて均一な静磁場を発生する。超電導メインコイル１２９および超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７はｚ軸として表されている中心軸１３８に関してほぼ同心に配置されている。
中心軸（ｚ軸）１３８はマグネットの中心１３９を通る。図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１３８を含む断面において中心１３９から超電導シールドコイル１３５，１３６および１３７の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１４０，１４２および１３７と中心軸（ｚ軸）１３８のなす角１４１，１４３および１４５を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，超電導メインコイル１２９の通電方向を正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル１３５，１３６および１３７の通電方向はそれぞれ正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１３７の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に説明したように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，前記従来例のマグネットより小さい漏洩磁場を達成している。また，本実施例では均一な静磁場を発生するために磁極１３０を用いているので超電導メインコイル１２９の起磁力の絶対値は小さく，従って超電導シールドコイル１３５，１３６，１３７の起磁力の絶対値も前述の実施例より小さくなっている。従って各コイルに作用する電磁力も小さくなっている特徴がある。
第９図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例においては静磁場を発生する起磁力源として１対の永久磁石１４８，１４９を用いている。更に静磁場を均一化する手段として１対の磁極１５０，１５１を用いている。本実施例においては永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１は真空容器１５３，１６４の常温空間側に配置されている。
以下，上方の組のマグネットアセンブリ１４６について説明すると，超電導シールドコイル１５６，１５７は低温容器１５２内部に配置され，低温容器１５２は真空容器１５３に内包されている。さらに，第９図では簡単のため省略したが，超電導コイルを支持する構造があり，また真空容器と低温容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シードがある。低温容器内部には液体ヘリウムが溜められ，超電導コイルを極低温の４．２Ｋに冷却し超電導コイルを超電導状態に保持している。超電導シールドコイル１５６，１５７はｚ軸として表されている中心軸１５８に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）１５８はマグネットの中心１５９を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１５８を含む断面において中心１５９から超電導シールドコイル１５６および１５７の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１６０および１６２と中心軸（ｚ軸）１５８のなす角１６１および１６３を，それぞれθ１およびθ２とすると，θ１＜θ２である。永久磁石１４８，１４９は概ねｚ軸の正方向に着磁されており磁極１５０，１５１と組み合わせて撮像空間にｚ軸正方向の均一磁場を発生している。このような磁場方向をｚ軸に同軸のコイルで発生するためには，超電導シールドコイル１５６のようにｚ軸に関して右回りの電流を与えればよい。従って，永久磁石１４８，１４９の着磁方向と等価な電流方向すなわちｚ軸に関して右回り方向を電流の通電電流の正方向とすると，θ１およびθ２に対応する超電導シールドコイル１５６および１５７の通電方向はそれぞれ正および負方向である。
このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。また２個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１５７の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように，本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，小さい漏洩磁場を達成している。なお第７図では省略したが，永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１は真空容器１５３，１６４および連結管１５４，１５５によって機械的に支えられているが，例えばＣ字型の構造体で上下の永久磁石１４８，１４９および磁極１５０，１５１を保持しても良く，当然の事ながら本実施例によりマグネットの機械的な構造が限定されるものではない。
第１０図は，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットの断面図である。本実施例は第９図に開示した実施例に比較して超電導シールドコイルが３対であることが異なっている。以下，上方の組のマグネットアセンブリ１４６について説明すると，超電導シールドコイル１７６，１７７，１７８はｚ軸として表されている中心軸１７９に関してほぼ同心に配置されている。中心軸（ｚ軸）１７９はマグネットの中心１８０を通る。
図の断面すなわち中心軸（ｚ軸）１７９を含む断面において中心１８０から超電導シールドコイル１７６，１７７および１７８の断面の幾何学的中心位置を結ぶ半直線１８１，１８３および１８５と中心軸（ｚ軸）１７９のなす角１８２，１８４および１８６を，それぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３である。永久磁石１６７，１６８は概ねｚ軸の正方向に着磁されており磁極１６９，１７０と組み合わせて撮像空間にｚ軸正方向の均一磁場を発生している。
このような磁場方向をｚ軸に同軸のコイルで発生するためには，超電導シールドコイル１７７のようにｚ軸に関して右回りの電流を与えればよい。従って，永久磁石１６７，１６８の着磁方向と等価な電流方向すなわちｚ軸に関して右回り方向を電流の通電電流の正方向とすると，θ１，θ２およびθ３に対応する超電導シールドコイル１７６，１７７および１７８の通電方向はそれぞれ負，正および負方向である。このことは，θｎの大きくなる順に超電導シールドコイルの通電方向をとった場合に正方向と負方向が交互に並ぶと一般化して記述できる。
また３個の超電導シールドコイルのうち半径の最大の超電導シールドコイル１７８の起磁力の絶対値は他の超電導シールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。先に述べたように、本実施例の超電導シールドコイルは漏洩磁場成分の高次成分を制御していて，小さい漏洩磁場を達成している。なお第１０図では省略したが，永久磁石１６７，１６８および磁極１６９，１７０は真空容器１７２，１７３および連結管１７４，１７５によって機械的に支えられているが，例えばＣ字型の構造体で上下の永久磁石１６７，１６８および磁極１６９，１７０を保持しても良く，当然の事ながら本実施例によりマグネットの機械的な構造が限定されるものではない。
以上、本発明の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットを開示してきた。以下の説明では第１図および第２図に示す空芯のマグネットについて，数３を用いた計算機プログラムにより得られたコイルの配置とその漏洩磁場分布を開示する。なお，以下で開示するコイルの配置はｚ＝０平面に関して鏡面対称な全体のｚ＞０の部分を示している。計算条件としては，中心磁場強度が０．７５Ｔ，磁場の均一度は均一磁場領域において数２の展開係数の２次から１０次まで消去しており，どのケースでも±３ｐｐｍ／４５ｃｍ ＤＳＶである。
第１１図はシールドコイルが無い場合，すなわち漏洩磁場を抑制しない場合のコイル配置である。５個のメインコイル１８７，１８８，１８９，１９０，１９１が電流方向が正負交互になるように並んでいる。このようなメインコイルの配置は前記従来特許『ＭＡＧＮＥＴ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＲＩ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ』で開示したものである。なおコイルの近くにその電流方向を表示する記号を記している。
第１２図は，第１１図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布である。漏洩磁場強度の等高線を表示してあり，内側から順に，１０００ガウスの等高線１９２，５００ガウスの等高線１９３，１００ガウスの等高線１９４，５０ガウスの等高線１９５，１０ガウスの等高線１９６および５ガウスの等高線１９７である。ＭＲＩ装置を病院に設置する際の指標の一つとして，漏洩磁場の５ガウスの等高線の広がりが用いられ，原点から３メートル以内まで小さくすることが望ましい。第１２図に示すように漏洩磁場の５ガウスの等高線１９７はｚ軸方向に１０メートルを超えて非常に大きく広がっている。
第１３図は，漏洩磁場の数３による展開項のうち１次成分だけがゼロになるような条件を付加して得られたコイル配置である。第１１図のメインコイルに対応するメインコイル１９８，１９９，２００，２０１，２０２に加えて１対のシールドコイル２０３がある。第１１図に比較して各メインコイルの起磁力の絶対値は大きくなり，中心磁場強度および磁場の均一度を第１１図と同じにしている。
第１４図は，第１３図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布であり，内側から順に，１０００ガウスの等高線２０４，５００ガウスの等高線２０５，１００ガウスの等高線２０６，５０ガウスの等高線２０７，１０ガウスの等高線２０８，５ガウスの等高線２０９および１ガウスの等高線２１０である。５ガウスの等高線２０９はシールドコイルが無い場合の第１２図に比較して小さくなっているが，その広がりは約５メートルと大きく病院に設置するには不適格である。前述した従来例におけるシールドコイルの配置はすべて第１３図の配置に相似であり，先に説明したように３次の漏洩磁場成分が非常に大きくなり第１４図にしめす大きな漏洩磁場分布となる。第１４図の漏洩磁場を数３により展開すると，３次の成分が支配的となっており，漏洩磁場強度は原点からの距離のマイナス５乗に比例して減衰する特性になっている。
第１５図は，均一磁場の条件に加えて，漏洩磁場の数３による展開項のうち１次および３次成分がゼロになるような条件を付加して得られたコイル配置である。第１１図のメインコイルに対応するメインコイル２１１，２１２，２１３，２１４，２１５に加えて３対のシールドコイル２１６，２１７，２１８がある。第１１図に比較して各メインコイルの起磁力の絶対値は大きくなり，中心磁場強度および磁場の均一度を第１１図と同じにしている。
第１６図は，第１５図に示すコイル配置が作る漏洩磁場分布であり，内側から順に，１０００ガウスの等高線２１９，５００ガウスの等高線２２０，１００ガウスの等高線２２１，５０ガウスの等高線２２２，１０ガウスの等高線２２３，５ガウスの等高線２２４および１ガウスの等高線２２５である。漏洩磁場分布を非常に小さくすることに成功していて，５ガウスの等高線２２４の広がりは３メートルから３．５メートルである。更に１ガウスの等高線２２５が非常に小さい事も特徴である。本実施例では漏洩磁場の数３による展開式における１次および３次成分をゼロにしているので，漏洩磁場の主成分は５次成分が支配的となっており，漏洩磁場強度は原点からの距離のマイナス７乗に比例して非常に速やかに減衰する特性を得ている。
本実施例においても，シールドコイル２１６，２１７および２１８の断面の幾何学的中心と原点２２７を結ぶ半直線２２８，２３０および２３２とｚ軸２２６とのなす角をそれぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり対応するコイルの電流方向が正負交互に並んでいる。またシールドコイルのなかで半径の最大なシールドコイル２１８の起磁力の絶対値は他のシールドコイルの起磁力の絶対値より大きい。また本実施例においては，半径が最大のシールドコイル２１８の平均半径は，平均半径が最大のメインコイル２１１の平均半径より大きい。
第２５図は，第７図と同等の漏洩磁場性能を有する，本発明の他の実施例による開放型ＭＲＩ装置の超電導マグネットである。第７図における超電導シールドコイル１２０が，第２５図の実施例においては超電導シールドコイル２８１および２８２の２個に分割されている。若しくは，超電導シールドコイル１２０の起磁力を小さくして超電導シールドコイル２８２とし，付加的な超電導シールドコイル２８１を付け加えたとみなしてもよい。
このように，１個の超電導コイルに作用する電磁力あるいは最大経験磁場が大きくて超電導コイルを構成することが困難な場合は，本実施例のように２個以上の複数のコイルに分割して電磁力あるいは最大経験磁場を低減することは当業者がよく実施していることである。本発明においてはこのような場合においても漏洩磁場が小さくなるように以下の条件を満足させている。
すなわち，超電導メインコイルの通電方向を正方向としたとき，通電方向が正方向のシールドコイル２８０および２８１を第１のシールドコイル群，通電方向が負方向のシールドコイル２８２および２８３を第２のシールドコイル群としたとき，第１のシールドコイル群を構成するシールドコイル２８０および２８１の断面の幾何学的な中心２９０と原点２８５をむすぶ半直線２８６がｚ軸２８４となす角２８７をθ１，第２のシールドコイル群を構成するシールドコイル２８２および２８３の断面の幾何学的な中心２９１と原点２８５をむすぶ半直線２８８がｚ軸２８４となす角２８９をθ２とすると，θ１＜θ２であり，対応するシールドコイル群の電流方向が正負交互に並んでいる。またシールドコイルのなかで半径の最大なシールドコイル２８３を含むシールドコイル群２の起磁力の絶対値和は他のシールドコイル群の起磁力の絶対値和より大きい。
第２６図に，本発明の他の実施例による常伝導シールドコイルを開示する。病院内のＭＲＩ検査室２９３内にＭＲＩ用マグネット２９２が設置されている。本実施例ではマグネット２９２はオープン型マグネットであり，ｚ軸として表されているマグネットの中心軸２９７方向に，撮像空間において均一な静磁場を発生している。オープン型マグネット２９２を構成しているコイルはｚ軸として表されているマグネットの中心軸２９７に関してほぼ同心に配置されている。常伝導シールドコイル２９４，２９５，２９６は超電導マグネットの真空容器の常温空間側に中心軸２９７に関してほぼ同心に配置されていて，本実施例ではＭＲＩ検査室の天井付近に設置されている。
マグネットの中心２９８から各常伝導シールドコイル２９４，２９５および２９６へ向かう半直線２９９，３０１および３０３が中心軸２９７となす角３００，３０２および３０４をそれぞれθ１，θ２およびθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，θ１，θ２およびθ３に対応するシールドコイルの通電電流方向が正負交互に配置されている。前述したように，本実施例の常伝導シールドコイルは漏洩磁場の高次成分を制御して，ＭＲＩ検査室２９３の上方に磁場が漏洩する事を防いでいる。なお，本実施例では省略しているが，常伝導コイルを支持する構造があり常伝導シールドコイルをＭＲＩ検査室２９３の壁に固定している。あるいは，常伝導シールドコイルはマグネット３０５に固定する構造としてもよい。
第２７図に，本発明の他の実施例による常伝導シールドコイルを開示する。本実施例においては，第２６図と同等の効果を持つ各シールドコイルを複数のシールドコイル群で構成している。常伝導シールドコイル３０７および３０８を第１のシールドコイル群，常伝導シールドコイル３０９，３１０および３１１を第２のシールドコイル群，常伝導シールドコイル３１２および３１３を第３のシールドコイル群としたとき，マグネットの中心３１８から第１のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１４に向かう半直線３１９とマグネットの中心軸３１７のなす角３２０をθ１，マグネットの中心３１８から第２のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１５に向かう半直線３２１とマグネットの中心軸３１７のなす角３２２をθ２，マグネットの中心３１８から第３のシールドコイル群を構成する各シールドコイルの断面の幾何学的な中心３１６に向かう半直線３２３とマグネットの中心軸３１７のなす角３２４をθ３とすると，θ１＜θ２＜θ３であり，θ１，θ２およびθ３に対応するシールドコイル群の通電電流方向が正負交互に配置されている。
先に述べたように示したように，本実施例の常伝導シールドコイルは漏洩磁場の高次成分を制御して，ＭＲＩ検査室３０６の上方に磁場が漏洩する事を防いでいる。なお，マグネット３０５を構成するコイルおよび各シールドコイルはｚ軸として表されているマグネットの中心軸３１７に関してほぼ同心に配置されている。また，第２６図および第２７図に開示した実施例においてはマグネットの上方にのみ常伝導シールドコイルを配置したが，更にマグネットの下方にも同様の手法により配置して，ＭＲＩ検査室の下方への磁場の漏洩を小さくしても良い。
以上に具体的な実施例を用いて本発明を説明してきた。前述した実施例ではマグネット内部のコイルは全て超電導コイルであるが，本発明の内容は超電導コイルのみに限定されるものではなく，例えば銅線などを用いたコイルであってもよく，更に電流を搬送するものであればいかなるものでも良い。
本発明は前述したように様々な実施形態が考えられるが，当然の事ながら本発明はここで開示したいかなる実施例によっても限定されるのもではない。
以下明細書で用いた符号を列記すると次の通りである。
１７，１９，５３，５６，７５，９２，１１１，１２７，１４６，１６５，２７４…上方の組の静磁場発生源，１８，２０，５４，５７，８１，９３，１１２，１２８，１４７，１６６，２７５…下方の組の静磁場発生源，１，２，３，４，２１，２２，２３，２４，４０，５８，７６，９４，１１３，１２９，２７６…超電導メインコイル，９，１０，２９，３０，３１，４５，４６，６４，６５，６６，８２，８３，９８，９９，１００，１１９，１２０，１３５，１３６，１３７，１５６，１５７，１７６，１７７，１７８，２８０，２８１，２８２，２８３…超電導シールドコイル，９０，９１，１０９，１１０…超電導補正コイル，１４８，１４９，１６７，１６８…永久磁石，５２，５９，７７，９５，１１４，１３０，１５０，１５１，１６９，１７０，２７７…磁極，５，２５，４１，６０，７８，９６，１１５，１３１，１５２，１７１，２７８…低温容器，６，２６，４２，６１，７９，９７，１１６，１３２，１５３，１６４，１７２，１７３，２７９…真空容器，７，８，２７，２８，４３，４４，６２，６３，８０，１１７，１１８１３３，１３４，１５４，１５５，１７４，１７５…連結管，１１，３２，５５，６７，８４，１０１，１２１，１３８，１５８，１７９，２２６，２５２，２６６，２８４，２９７，３１７…マグネットの中心軸またはｚ軸，１２，３３，４７，６８，８５，１０２，１２２，１３９，１５９，１８０，２２７，２５３，２６７，２８５，２９８，３１８…マグネットの中心または原点，１３，１５，３４，３６，３８，４８，５０，６９，７１，７３，８６，８８，１０３，１０５，１０７，１２３，１２５，１４０，１４２，１４４，１６０，１６２，１８１，１８３，１８５，２２８，２３０，２３２，２５４，２５６，２６８，２７０，２７２，２８６，２８８，２９９，３０１，３０３，３１９，３２１，３２３…マグネット中心または原点からシールドコイル断面の幾何学的中心に向かう半直線，１４，１６，３５，３７，３９，４９，５１，７０，７２，７４，８７，８９，１０４，１０６，１０８，１２４，１２６，１４１，１４３，１４５，１６１，１６３，１８２，１８４，１８６，２２９，２３１，２３３，２５５，２５７，２６９，２１，２７３，２８７，２８９，３００，３０２，３０４，３２０，３２２，３２４…マグネット中心からシールドコイル断面の幾何学的中心に向かう半直線とマグネットの中心軸またはｚ軸のなす角，１８７，１８８，１８９，１９０，１９１，１９８，１９９，２００，２０１，２０２，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２４２，２４３，２４６，２４７，２５８，２５９…メインコイル，２０３，２１６，２１７，２１８，２４４，２４５，２４８，２４９，２５０，２５１，２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２９４，２９５，２９６，３０７，３０８，３０９，３１０，３１１，３１２，３１３…シールドコイル，１９２，２０４，２１９…漏洩磁場の１０００ガウス等高線，１９３，２０５，２２０…漏洩磁場の５００ガウス等高線，１９４，２０６，２２１…漏洩磁場の１００ガウス等高線，１９５，２０７，２２２…漏洩磁場の５０ガウス等高線，１９６，２０８，２２３…漏洩磁場の１０ガウス等高線，１９７，２０９，２２４…漏洩磁場の５ガウス等高線，２１０，２２５…漏洩磁場の１ガウス等高線，２３４…内部領域，２３５…外部領域，２３６…コイル，２３７…磁性体，２３８…外部領域における１次の漏洩磁場成分の空間分布，２３９…外部領域における３次の漏洩磁場成分の空間分布，２４０…外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布，２４１…外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布，２９０，２９１，３１４，３１５，３１６…シールドコイル群を構成する１乃至複数のシールドコイル断面の幾何学的な中心，２９２，３０５…ＭＲＩ用マグネット，２９３，３０６…ＭＲＩ検査室。
産業上の利用可能性
以上に説明したように、本発明は、開放型ＭＲＩ用超電導マグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリにおいて，軽量でかつ漏洩磁場が非常に小さいマグネット装置および漏洩磁場シールドアセンブリ，およびそれを用いたＭＲＩ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第２図は、本発の実施例の超電導マグネットの断面図である。第３図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第４図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第５図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第６図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第７図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第８図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第９図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第１０図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第１１図は、従来例によるコイル配置の断面図である。第１２図は、第１１図に示す従来のコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１３図は、従来例によるコイル配置の断面図である。第１４図は、第１３図に示す従来のコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１５図は、本発明によるコイル配置の断面図である。第１６図は、第１５図に示す本発明によるコイル配置が発生する漏洩磁場分布である。第１７図は、コイルおよび磁性体からなる系の軸対称２次元断面および内部領域外部領域を示す図である。第１８図は、外部領域における１次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第１９図は、外部領域における３次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２０図は、外部領域における５次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２１図は、外部領域における７次の漏洩磁場成分の空間分布を示す図である。第２２図は、従来のシールドコイル配置が３次の漏洩磁場成分を大きく発生する原理の説明図である。第２３図は、５次の漏洩磁場成分に対応したシールドコイル配置の説明図である。第２４図は、７次の漏洩磁場成分に対応したシールドコイル配置の説明図である。第２５図は、本発明の実施例の超電導マグネットの断面図である。第２６図は、本発明の実施例の超電導マグネット，常温シールドコイルおよびＭＲＩ検査室の断面図である。第２７図は、本発明の実施例の超電導マグネット，常温シールドコイルおよびＭＲＩ検査室の断面図である。
Claims (46)
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，該第１の方向に平行で該シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段および前記領域の磁場を均一化する強磁性体を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが前記磁場を発生するための少なくとも１個の磁場発生用電流搬送手段，前記領域の磁場を均一化する強磁性体および少なくとも１個の磁場均一化用補正電流搬送手段を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための２組の静磁場発生源が，前記領域を間に挟んで対向して配置され，前記静磁場発生源のそれぞれが永久磁石を備え，前記静磁場発生源の少なくとも一方が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記２組の静磁場発生源からほぼ等距離にある第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記２組の静磁場発生源のうち１組またはそれぞれの組の静磁場発生源について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至５項記載のマグネット装置において，前記シールド電流搬送手段のなかで平均半径が最大のシールド電流搬送手段の起磁力の絶対値が他のそれぞれのシールド電流搬送手段の起磁力の絶対値より大きい事を特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第６乃至１０項記載のマグネット装置において，前記シールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段のなかで平均半径が最大の前記シールド電流搬送手段を含む前記シールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の起磁力の絶対値和が，他の前記シールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の起磁力の絶対値和より大きい事を特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１２項記載のマグネット装置において，前記マグネット装置が前記２組の静磁場発生源と磁気的に結合して磁路を形成する強磁性体を有して構成されることを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１３項記載のマグネット装置において，前記磁場発生用電流搬送手段が超電導特性を有する物質から構成され，前記２組の静磁場発生源が前記磁場発生用電流搬送手段を冷却し超電導特性を示す温度まで冷却し維持するための冷却手段を有することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１４項記載のマグネット装置において，前記シールド電流搬送手段が超電導特性を有する物質から構成され，前記２組の静磁場発生源が前記シールド電流搬送手段を冷却し超電導特性を示す温度まで冷却し維持するための冷却手段を有することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１５項記載のマグネット装置において，前記シールド電流搬送手段および前記磁場発生用電流搬送手段および磁場均一化用補正電流搬送手段がコイルユニットであることを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１６項記載のマグネット装置において，前記領域の前記磁場がほぼ均一であることを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第１乃至１７項記載のマグネット装置を用いたＭＲＩ装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも２個のシールド電流搬送手段からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸および第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段について成立することを特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリ。
- 請求の範囲第１９項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記シールド電流搬送手段がコイルユニットであること特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリ。
- 請求の範囲第１９乃至２０項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記領域の前記磁場がほぼ均一であることを特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリ。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置および，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された，少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立することを特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリ。
- 請求の範囲第２２項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記シールド電流搬送手段がコイルユニットであること特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリ。
- 請求の範囲第２２乃至２３項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記領域の前記磁場がほぼ均一であることを特徴とするマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリ。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置の漏洩磁場を制御または低減するシールド電流搬送手段アセンブリであって，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも２個のシールド電流搬送手段からなるシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸および第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段について成立することを特徴とするシールド電流搬送手段アセンブリ。
- 請求の範囲第２５項記載のシールド電流搬送手段アセンブリにおいて，前記シールド電流搬送手段がコイルユニットであること特徴とするシールド電流搬送手段アセンブリ。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるためのマグネット装置の漏洩磁場を制御または低減するシールド電流搬送手段群アセンブリであって，前記マグネット装置のほぼ中心を通り前記第１の方向にほぼ平行な第１の軸に関しほぼ同軸に配置された少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群であり，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一である前記シールド電流搬送手段群からなるシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記第１の軸上にありかつ前記マグネット装置のほぼ中心を第１の点としたとき，前記第１の軸を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立することを特徴とするシールド電流搬送手段群アセンブリ。
- 請求の範囲第２７項記載のシールド電流搬送手段群アセンブリにおいて，前記シールド電流搬送手段がコイルユニットであること特徴とするシールド電流搬送手段群アセンブリ。
- 請求の範囲第１９乃至２１項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段アセンブリを用いたＭＲＩ装置。
- 請求の範囲第２２乃至２４項記載のマグネット装置およびシールド電流搬送手段群アセンブリを用いたＭＲＩ装置。
- 請求の範囲第２５乃至２６項記載のシールド電流搬送手段アセンブリを用いたＭＲＩ装置。
- 請求の範囲第２７乃至２８項記載のシールド電流搬送手段群アセンブリを用いたＭＲＩ装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための静磁場発生源と，前記静磁場発生源が少なくとも２個のほぼ同心に配置されたシールド電流搬送手段を備えるマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記静磁場発生源のほぼ中心を通る第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点からｎ番目の前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 有限の領域に第１の方向に向かう磁場を発生させるための静磁場発生源と，前記静磁場発生源が少なくとも１個のシールド電流搬送手段から構成される少なくとも２群のシールド電流搬送手段群を備え，少なくとも１群の前記シールド電流搬送手段群は少なくとも２個のシールド電流搬送手段を備え，前記それぞれのシールド電流搬送手段群を構成する前記シールド電流搬送手段の電流搬送方向が同一で，前記シールド電流搬送手段はほぼ同心に配置されたマグネット装置において，前記第１の方向に平行で前記シールド電流搬送手段のほぼ中心を通る第１の軸と，前記第１の軸と垂直に交わりかつ前記静磁場発生源のほぼ中心を通る第２の軸の交点を第１の点としたとき，前記第１の軸および前記第２の軸および前記第１の点を含む第１の平面において，前記第１の点から，ｎ番目の前記シールド電流搬送手段群を構成する全ての前記シールド電流搬送手段の断面の幾何学的な中心へ向かう半直線と前記第１の軸のなす角をθｎとしたとき，θｎの大きくなる順に前記シールド電流搬送手段群の電流搬送方向をとったとき，前記電流搬送方向が正負交互に並ぶ事が，前記第１の点を通り前記第１の軸とほぼ垂直に交わる第２の平面によって分けられる２つの空間の少なくとも一方の前記空間に含まれる前記シールド電流搬送手段群について成立することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３３乃至３４項記載のマグネット装置において，前記領域の前記磁場がほぼ均一であることを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３３乃至３５項記載のマグネット装置において，前記シールド電流搬送手段がコイルユニットであること特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３３乃至３６項記載のマグネット装置を用いたＭＲＩ装置。
- 中心軸に関して略同軸に配置された１乃至複数の静磁場発生源を含むマグネット装置において，前記１乃至複数の静磁場発生源の中心に関する半円であって前記中心軸に両端を持つものにおいて，前記中心に関する球であって前記マグネット装置に外接する前記球の半径の１．１倍から１．５倍の半径を持つ前記半円上における磁場磁場ベクトルをその半径方向と接線方向の成分に分けたとき，前記半円上での半径方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が５領域以上存在する，かつまたは，前記半円上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が４領域以上存在することを特徴とするマグネット装置。
- 中心軸に関して略同軸に配置された１乃至複数の静磁場発生源を含むマグネット装置において，前記１乃至複数の静磁場発生源の中心に関する半円であって前記中心軸に両端を持つものにおいて，前記中心に関する球であって前記マグネット装置に外接する前記球の半径の１．１倍から１．５倍の半径を持つ前記半円の，前記中心軸に直交しかつ前記中心を通る平面で切られた４分の１円弧において，前記円弧上における磁場磁場ベクトルをその半径方向と接線方向の成分に分けたとき，前記円弧上での半径方向磁場成分が円弧上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が３領域以上存在する，かつまたは，前記円弧上での接線方向磁場成分が半円上の１端から多端に関してその方向が交互に変わり，方向が隣接して異なる領域が３領域以上存在することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８乃至第３９項記載のマグネット装置において，前記静磁場発生源が，対向して配置される２組の静磁場発生源アセンブリからなることを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８乃至第４０項記載のマグネット装置において，前記静磁場発生源が，永久磁石を含むことを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８乃至第４０項記載のマグネット装置において，前記静磁場発生源が，コイルを含むことを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８乃至第３９項記載のマグネット装置において，前記静磁場発生源が円筒状の巻き枠に巻き回されるコイルを含むことを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８項乃至第４３項記載のマグネット装置において，前記マグネット装置が，漏洩磁場をシールドするための電流を搬送するシールドコイルを含むことを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第４２項乃至第４４項記載のマグネット装置において，前記コイルまたはシールドコイルが，超電導特性を有する物質から構成され，前記マグネット装置が前記コイルまたはシールドコイルを冷却し超電導特性を示す温度まで冷却し維持するための冷却手段を有することを特徴とするマグネット装置。
- 請求の範囲第３８項乃至第４５項記載のマグネット装置を用いたＭＲＩ装置。
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