WO1997025726A1

WO1997025726A1 - Dispositif magnetique supraconducteur et dispositif d'imagerie rmn l'utilisant

Info

Publication number: WO1997025726A1
Application number: PCT/JP1997/000039
Authority: WO
Inventors: Hirotaka Takeshima; Hajime Kawano; Shigeru Kakugawa
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1997-07-17
Also published as: JPH09190913A; EP0817211A4; DE69716825D1; US5936498A; EP0817211B1; EP0817211A1; DE69716825T2

Description

糸田

超電導磁石装置及びそれを用いた磁気共嗚ィメージング装置〔技術分野〕

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下「M R I装置」という。）に適した超電導磁石装置に関し、特に、広い開口部を有することで被検者に閉塞感を与えることがないと共に、術者に対しては被検者へのアクセスを容易とし、更に磁場漏洩を少なくし、且つ製造コストを抑制することができる超電導磁石装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置に関する。

〔背景技術〕

図 1 1に従来の MR I装置用の超電導磁石装置の第 1の例を示す。この例は、水平磁場方式の超電導磁石装置を示している。この超電導磁石装置は、直径の小さな主コイル 1 3， 1 4 , 1 5， 1 6 , 1 7 , 1 8と直径の大きなシールドコィル 1 9 , 2 0とで構成されており、水平方向（Z軸方向）の磁場を発生させるものである。この例では、主コイル 1 3〜1 8が磁石の中心軸 2 2に沿って磁場を作リ、シールドコイル 1 9， 2 0は周囲への磁場漏洩をシールドするために配置されている。このように磁石を構成することによリ、磁場空間内に約 1 O ppm以下の磁場均一度を有する均一磁場領域 2 1が形成される。磁気共鳴イメージング撮影は、この均一磁場領域 2 1にて行われる。

これらのコイルは、通常超電導線材を用いて作られるので、所定の温度（例えば、合金系超電導体の場合には液体ヘリウム温度（4 . 2 K) 、酸化物超電導体の場合には液体窒素温度（7 7 K) ) にまで冷却する必要がある。そのため、コィルは、真空容器や熱シールドおよび冷媒容器（液体ヘリウムなどを収容）などから構成される冷却容器の中に保持される。図 1 1の例では、主コイル 1 3〜1 8およびシールドコイル 1 9 , 2 0は、液体ヘリウムなどの超電導用冷媒 1 2を収容した冷媒容器 1 1の中に支持体（図示せず）に支持されて配設されてぉリ、さらに冷媒容器 1 1は真空容器 1 0に保持されている。

また、各コイルの温度を低く保っために冷凍機（図示せず）を用いて、熱シールドの温度を一定に保ったリ、超電導用冷媒 1 2の蒸発量を低減させたリしてい

差替え用紙（規則 26) る。最近では、冷凍機の性能が向上してきてぉリ、超電導体コイルを直接冷凍機で冷やすことによって、超電導用冷媒 1 2を使用しない場合もある。

. しかし、図 1 1に示す超電導磁石装置の場合、撮影のために被検者が入る開口部が狭く、測定空間の周囲も囲まれているために、被検者に閉塞感を与えることがあった。このため、ときどき、検査を受けるために装 g開口部内に入ることを被検者に拒否される場合もあった。また、超電導磁石装置の外部から術者が被検者へアクセスすることも困難であった。

図 1 2に従来の MR I装 g用の超 II導磁石装饅の第 2の例を示す。この例は、垂直磁場方式の超電導磁石装置を示しており、図 1 2 ( a ) は装置の概略を示す外観図、図 1 2 ( b ) は図 1 2 ( a ) の A矢視断面図である。この従来例は米国特許第 5， 194, 810号に開示されている。この磁石は、上下方向に対向して IB置した 2組の超電導コイル 2 3 , 2 3によリ磁場を発生させ、該超電導コイル 2 3 , 2 3の内側に良好な磁場均一度を得るための鉄によるシミング手段 2 4を設けて、均一磁場領域 2 1の磁場均一度を向上させている。さらに、上下の超電導コイル 2 3 , 2 3が発生する磁場の帰路としての役割を兼ねた鉄板 2 5， 2 5と鉄ョーク 2 6 , 2 6， …とが配置され、上記鉄板 2 5は超電導コイル 2 3とシミング手段 2 4とを支持し、その鉄板 2 5， 2 5の間を鉄ヨーク 2 6が機械的に支持する構造となっている。

この従来例では、均一磁場領域 2 1の周囲が四方に開放されているので、被検者は閉塞感を受けずに済み、術者も容易に被検者にアクセスできる。また、前記鉄板 2 5 , 2 5と鉄ヨーク 2 6， 2 6， …によって磁束の帰路を構成しているために、磁場漏洩を少なくすることができる。

しかし、図 1 2に示す超電導磁石装置の場合は、上記のように鉄板 2 5ゃ鉄ョーク 2 6を用いているために、磁石全体の重量が重くなリ、超電導磁石装麗を設惺する際に、その設置床面の強化が必要になるという問題が生じる。また、鉄の飽和磁束密度はほぼ 2テスラ程度であるので、あまリ磁場強度を高くすることができないという制限もある。さらに、鉄は磁場に対してヒステリシス特性を持つために、傾斜磁場コイルが発生する磁場によって磁場分布に影響を与え、高精度

差替え用紙（規則 26) の信号計測の妨げになる可能性があった。

本発明の発明者達は、上記の 2つの従来例の問題点を解決した発明として平成 7年 1 1月 30日に別の特許出願（発明の名称：超電導磁石装置、特許出願人：株式会社日立メディコ、出願番号：特願平 7— 336023号）をしている（以下「第 3の従来例」という。）。この発明の構成はオーブン型垂直磁場方式で、その概略構成を図 13に示す。図 13 (a) は断面図、図 13 (b) は外観図である。図 1 3 (a) において、真空容器 1 OA, 10 B及び冷媒容器 1 1 A, 1 1 B內に収納された 2組の超電導コイルが磁石の中心軸 22と同軸上にて所定距離だけ離間して配置され、各組のコイルの中間位置に均一磁場領域 21が形成される。上記超電導コイルは、均一磁場領域 21に主磁場を発生するコイル 31 A， 3 I B (以下「主コイル」という。）と、該主コイルによる磁場と逆方向の磁場を発生して外部磁場を打ち消すためのコイル 32 A, 32 B (以下「打ち消しコィル」という。）と、均一磁場領域 21の磁場均一度を補正するためのコイル 3 3A, 34 A, 35 A, 33 B, 34B, 35 B (以下「調整コイル」という。）とからなる。真空容器 1 OAと 10Bの間は支柱 36, 36によリ支持されている。この発明の特徴は、主コイル 31 A， 31 Bによって作られる外部磁場を打ち消しコイル 32A, 32Bによって打ち消して、磁場漏洩を少なくすることにある。この場合、漏洩磁場を低滅するために鉄を用いていないので、第 2の従来例のような問題点は生じない。

しかし、この第 3の従来例は、打ち消しコイル 32A, 32Bを使用しているために、均一磁場領域 21に発生する磁場強度も弱くなつてしまう。この結果、均一磁場領域 21の磁場強度を大きくしょうとすると、主コイル 31 A, 31 B 及び打ち消しコイル 32 A， 32Bに要求される起磁力は膨大なものとなリ、原価の上昇につながる。また、各超電導コイルに加わる電磁力も起磁力に応じて大きくなるので、構造的に厳しい条件が要求される。なお、一般に、打ち消しコィル 32A, 32Bと主コイル 31A, 31 Bとの距離が近いほど、両者の発生する磁場が打ち消し合うために、上記の問題はよリ厳しくなる。

一方、両コイルの間の距離を大きくすると、それを収納するための冷媒容器 1

差替え用紙（規則 26) 1 A, 1 I Bが大型化し、ゃはリ原価アップの原因になる。また、被検者を挿入する均一磁場領域 2 1の床面からの位篋も高くなリ、被検者の安全性の面からも問題であった。

以上のように従来の超電導磁石装置においては、被検者の入る開口部を広くして被検者に閉塞感を与えることなく、また、磁場漏洩を少なくし、かつ、高い磁場強度においても広い均一磁場領域を得ることは困難であった。さらに、製造原価についても、これを低廉にするのは難しかった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被検者の入る開口部を広くして被検者に閉塞感を与えることなく、また、磁場漏洩が少なく、かつ、高い磁場強度においても広い均一磁場領域を得ることができ、さらに、製造原価を低廉とすることができる超電導磁石装置およびこの超電導磁石装置を用いたを磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するために、本発明による超電導磁石装置は、超電導特性を有する物質から構成され有限の領城に第 1の方向に向かう均一磁場を発生させるための電流を流す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特性を示す温度にまで冷却し維持するための冷却手段と、前記磁場発生源を支持するための支持手段とを具備する超電導磁石装置において、前記磁場発生源は、前記均一磁場領域を挾んで前記第 1の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配置され前記第 1の方向を中心軸とする円に沿う第 2の方向に電流を流す 2組の磁場発生素子群から構成され、各磁場発生素子群は前記均一磁場の主成分を発生するために前記第 2の方向に向かう電流を流す 1個以上の第 1の磁場発生素子と、前記均一磁場の均一度を改善するために前記第 2の方向と同じ又は逆向きの鴛流を流す 1個以上の第 2の磁場発生素子とから構成され、前記第 2の磁場発生素子の直径は前記第 1の磁場発生素子の外径よリも小さく、前記第 2の磁場発生素子に流す電流量は前記第 1の磁場発生素子に流す電流量よリも小さくし、前記冷却手段は、前記磁場発生素子群を収納するほぼ円筒形の 2組の冷却容器と該冷却容器間に配設された支持構造とからなリ、前記磁場発生素子群の各々の周囲を包囲するように第 1の強磁性体を配

差替え用紙（規則 26) 置し、該第 1の強磁性体の各々が対向する空間内に 1個以上の第 2の強磁性体を配置したものである。

これによリ、広い開口部を有し、被検者に閉塞感を与えることがないと共に、術者に対しては被検者へのアクセスを容易とする装置を実現することができる。また、前記磁場発生素子群の各々の周囲を強磁性体で囲むことによリ、装置外への磁場漏洩を少なくすることができる。さらに、従来のような打ち消しコイルを使用していないので、製造コストを抑制することができる。

また、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 1の強磁性体は、前記均一磁場領域を基準としたとき前記磁場発生源よリ離れた位置に配置された円板状の強磁性体素子と、前記磁場発生源の外周に配置された円筒状の強磁性体素子から構成され、前記第 2の強磁性体は、 1個以上の柱状の強磁性体素子から構成され、該柱状の強磁性体素子の両端部が前記円筒状の強磁性体素子の一端と近接して配置されているものとしてもよい。

さらに、本発明の超電導磁石装置においては、前記冷却手段は、前記磁場発生源をその内部に収納する冷却容器を含み、前記第 1の強磁性体の少なくとも一部分が前記冷却容器内に収納されているものとしてもよい。

さらにまた、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 1の強磁性体の一部分を前記冷却容器の外部に配置したものとしてもよい。

また、本発明の超電導磁石装置においては、前記冷却容器の外部に配置した第 1の強磁性体の一部分が前記円筒状の強磁性体素子であってもよい。

さらに、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 1の強磁性体が前記冷却容器の少なくとも一部の構成要素を兼ねているものとしてもよい。

さらにまた、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 2の強磁性体が前記支持構造の少なくとも一部の構成要素を兼ねているものとしてもよい。

また、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 2の強磁性体が複数個配置され、前記第 1の強磁性体のうちの円筒状の強磁性体素子の円筒部の長さが一様でなく、前記第 2の強磁性体が存在する部位における長さが該第 2の強磁性体が存在しない部位における長さよリも長いものとしてもよい。

差替え用紙（規則 26) さらに、本発明の超電導磁石装置においては、前記第 2の強磁性体が前記第 1 の方向に直交する第 3の方向に、前記均一磁場領域からほぼ等距離の位置に 2組配置され、前記第 1の強磁性体の前記第 3の方向における長さが前記第 1の方向及び第 3の方向の両者に直交する方向における長さよリも長いものとしてもよい _c さらにまた、本発明の超電導磁石装置においては、前記磁場発生源は、前記第 1の強磁性体及び前記第 2の強磁性体と組合せて前記均一磁場領域に発生する磁場を補正し、前記均一磁場領域に所望の磁場強度と磁場均一度が得られるように配置されたものとしてもよい。

また、本発明の超電導磁石装置においては、前記磁場発生素子群がさらに前記第 1の強磁性体の内部における磁束密度を低滅する方向の電流を流す第 3の磁場発生素子を具備するものとしてもよい。

さらに、本発明の超電導磁石装 Sにおいては、前記第 3の磁場発生素子の起磁力は前記第 1の強磁性体の重量がほぼ最小になるように選択されているものとしてもよい。

そして、本発明による磁気共鳴イメージング装置は、被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する送信系と、上記の核磁気共鳴によリ放出される高周波信号を検出する受信系と、この受信系で検出した高周波信号を用いて面像再構成演算を行なつて表示する信号処理系とを備えて成る磁気共鳴ィメージング装置において、上記静磁場発生手段として、上述の各項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装饅を用いたものである。

これによリ、磁気共鳴イメージング装置として、広い開口部を有し、被検者に閉塞感を与えることがないと共に、術者に対しては被検者へのアクセスを容易とし、また、磁場発生素子群の各々の周囲を強磁性体で囲むことによリ装置外への磁場漏洩を少なくし、さらに、製造コストを抑制できる静磁場発生手段を有する装 Sを実現することができる。

〔図面の簡単な説明〕

差替え用紙（規貝 IJ26) 図 1は本発明の超電導磁石装置の第 1の実施例を示す説明図である。

図 2は本発明の超電導磁石装置の第 2の実施例を示す外観図及び中央縦断面図である。

図 3は本発明の超電導磁石装置の第 3の実施例を示す外観図及び中央縦断面図である。

図 4は本発明の超電導磁石装置の第 4の実施例を示す部分外観図である。

図 5は本発明の超電導磁石装置の第 5の実施例を示す中央縦断面図である。図 6は本発明の超電導磁石装置の第 6の実施例を示す中央縦断面図である。図 7は打ち消しコイルがない場合とある場合の強磁性体内の磁束密度の分布例を示す説明図である。

図 8は打ち消しコイルの起磁力と強磁性体の重量との関係を示すグラフである。図 9は本発明の超電導磁石装置の第 7の実施例を示す中央縦断面図である。図 1 0は本発明の MR I装置の全体構成を示すブロック図である。

図 1 1は従来の MR I装置用の超電導磁石装置の第 1の例を示す説明図である。図 1 2は従来の MR I装置用の超電導磁石装置の第 2の例を示す外観図及び A 矢視断面図である。

図 1 3は従来の MR I装置用の超電導磁石装置の第 3の例を示す断面図及び外観図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の超電導磁石装置の第 1の実施例を図 1に示す。図 1 ( a ) は装置の全体構成を示す外観図、図 1 ( b ) はその中央縦断面図、図 1 ( c ) は部分外観図である。この超電導磁石装 Sの基本的な構成要素としては、まず、磁場を発生するための超電導コイル 4 O A, 4 1 A, 4 2 A； 4 0 B , 4 I B , 4 2 Bがある。また、これらの超鴛導コイル 4 0 A〜4 2 Bを所定の超電導特性が得られる温度に冷却保持するための冷媒容器 1 1 A， 1 I Bがある。さらに、上記超電導コィル 4 0 A〜4 2 Bの周囲に配置される本発明に係る強磁性体 4 3 , 4 4 , 4 5カある。なお、図 1では簡単のために省略したが、上記超電導コイル 4 0 A〜4 2

差替え用紙（規則 26) Bを支持する構造体がある。

上記超電導コイル 40 A〜42 Bの材料としては、 Nb T iなどの合金系超電導体の線材ゃ酸化物超電導体の線材が使用されるが、ここでは通常よく使用されている NbT i線材を使用した場合について説明する。 NbT i線材を使用した超電導コイル 40 A〜42 Bを冷却するため超電導用冷媒 12として液体ヘリゥムが用いられ、これを収納する冷媒容器 1 1A， 1 1 Bは真空容器 10A, 10 B内に保持されている。この真空容器 1 OA, 1 OB内には、この他に熱の輻射を防ぐための熱シールド（図示せず）などが含まれる。上記超電導コイル 4 OA 〜42 Bは、この真空容器 10 A， 10 Bの中に収納された状態で用いられる。なお、超電導コイル線材として高温で使用可能な超電導体（Nb₃S n，酸化物超電導体など）を使用した場合には、第 1の従来例で述べた如く、冷凍機による直接冷却や液体窒素での冷却などが可能となる。

上記超電導コイル 40 A〜42 Aと 40 B〜42 Bは、装置のほぼ中央部に形成される均一磁場領域 21を挾んで上下に中心軸 22と同軸上に対称に配置されている。それに応じて、超電導コイル 40 A〜42 Aと 40 B〜42 Bを収納する真空容器 1 OA, 10Bも、円筒状のものが上記均一磁場領域 21を挾んで上下対称に配置され、両真空容器 10 A, 10 Bは、その間に配 Sされた支柱 36 によって所定の間隔をとつて支持される。この支柱 36は、機械的に上下の真空容器 1 OA, 1 OBを支える働きの他に、場合によっては、上下の冷媒容器 1 1 A, 1 1 Bを熱的に接続させる働きを持たせてもよい。そのような構成にすると、冷凍機等を上下に 1台ずつ設ける必要がなくなリ、システムに 1台の冷凍機で間に合わせることができる。また、支柱 36の本数も図示の 2本に限定する必要はなく、 3本又は 4本と増やすこともできるし、開放感を得るためには、片持ちの 1本の支柱としてもよい。

図 1 (b) において、超電導コイルは上下 3個ずつのコイル 4 OA, 41 A, 42 A； 40 B, 41 B， 42 Bの組で示してあるが、その働きは均一磁場領域 21に強力でかつ均一度の良い静磁場を発生させることである。直径の最も大きな超電導コイル 4 OA, 4 OB (以下「主コイル」という。）は、均一磁場領域

差替え用紙（規則 26) 2 1に磁場強度が高くかつ所定レベル以上の磁場均一度の磁場を発生させるためのものである。直径の小さな超電導コイル 4 1 A, 4 1 B ； 4 2 A, 4 2 B (以下「調整コイル」とレ、う。）は、上記主コイル 4 O A, 4 O Bによって均一磁場領域 2 1に発生させた静磁場の磁場均一度を調整するためのもので、各コイル 4 1 A, 4 1 B ； 4 2 A, 4 2 Bの配置や起磁力を調整して磁場均一度を向上させる。また、上記調整コイルの電流の向きは、主コイル 4 O A, 4 O Bによって発生する磁場の不均一成分に応じて各コイル 4 1 A, 4 1 B ； 4 2 A, 4 2 B毎に決定すればよく、一定方向に限定する必要はなく、主コイルと同方向又は逆方向に適宜選択される。さらに、上記超電導コイルの個数は図示の上下 3個ずつに限定されることはなく、それぞれ 2個以下でも 4個でもよく、磁場の不均一成分と製造原価との兼ね合いに応じて最適の個数を決定すればよい。一般に、主コイル 4 O A, 4 0 Bの直径が大きいほど磁場不均一成分は少なくなるので、調整コィル 4 1 A, 4 1 B ； 4 2 A, 4 2 Bの個数、あるいは起磁力を少なくできる。本実施例では、上記超電導コイルによって装置外部に発生する磁場漏洩を、強磁性体 4 3 , 4 4 , 4 5によって効果的に低減させる構造をとつている。図 1

( b ) に示すように、上下の真空容器 1 0 A, 1 0 Bの周囲をそれぞれ強磁性体 4 3， 4 4で包囲し、さらに、上下の強磁性体 4 4， 4 4を柱状の強磁性体 4 5 によって磁気的につなぐ構造になっている。上記強磁性体 4 3は円板状のもので、 —方の真空容器 1 O Aの上側及び他方の真空容器 1 0 Bの下側に配置され、また強磁性体 4 4は円筒状のもので、上記真空容器 1 0 A， 1 O Bの周囲をそれぞれ取リ囲むように配置され、両強磁性体 4 3と 4 4は磁気的につながつている。ここで用いられる強磁性体材料としては、磁気的に強磁性を示すものであればよく、磁気的特性、コスト、機械的強度を考慮すれば、一般的には鉄が望ましい。図 1

( c ) は、参考のために強磁性体 4 3， 4 4， 4 5の部分のみを取リ出して示した外観図（下側部分のみ）である。

上記の如く超電導コイルの周囲を強磁性体で囲むことによリ、装置外部に発生する磁束については該強磁性体 4 3 , 4 4 , 4 5の中に磁路が形成されるため、漏洩磁場が装置の遠方にまで広がることを抑制することができる。さらに、この

差替え用紙（規則 26) 構造では、前述の第 2の従来例（図 1 2参照）の如く磁場均一化手段を用いることなく、超電導コイルの起磁力、配置を最適化することで所望の磁場均一度を達成している。この結果、傾斜磁場コイルが発生するパルス磁場が磁場均一化手段内部の磁場分布に影糠を与えるという問題が生じないという利点がある。従って、安定な磁場分布が得られるので、高精度な信号計測が可能となる。また、磁場均一化手段のように超電導コイルに接近した位置に強磁性体を配置していないので、強磁性体の磁気飽和が起こリにくく高い磁場強度を得ることが容易になった。また、本実施例では第 3の従来例の如き打ち消しコイルを使用していないので、所望の磁場強度を得るのに必要な超電導コイルの起磁力は第 3の従来例に比べ 1 ノ 2〜1 3程度に小さくなる。従って、超電導コイルに使用する超電導線材の長さが短くなるので、素材费、加工费、組立费などのコスト面で多大なメリットがある。

なお、柱状の強磁性体 4 5の本数は必要に応じて何本でもよいが、一般には支柱 3 6の本数と同数にすることによって、被検者の入る空間が外観上広く感じられる利点が得られる。

さらに、図 1 ( b ) では円板状の強磁性体 4 3を装 S全体の上下に配置しているが、装置を設置した部屋の下部に漏洩磁場が発生しても支障がない場合には、下側の強磁性体 4 3を省略することも可能である。この場合には、装篋重量の軽 S化が図れる。ただし、強磁性体の配置が上下で非対称となるので、超電導コィルの配置もそれに応じた形状とすることが必要である。

また、図 1 ( b ) には円筒状の強磁性体 4 4の中心軸 2 2方向の長さが一様になっているものを図示したが、この長さは円周に沿って必ずしも一様である必要はなく、支柱 3 6及ぴ柱状の強磁性体 4 5が存在する部位については長くし、それ以外の部位については短くしてもよい。その結果、支柱 3 6及び柱状の強磁性体 4 5の存在しない部位、すなわち被検者が挿入される方向における上下の円筒状の強磁性体 4 4， 4 4の間隔が大きくなるので、被検者にとっての開放感は向上する。

本発明の超電導磁石装置の第 2の実施例を図 2に示す。図 2 ( a ) は装置の全

差替え用紙（規則 26) 体構成を示す外観図、図 2 (b) はその中央縦断面図である。本実施例では、強磁性体 43， 44, 45を全て真空容器 1 OA, 10 Bの内部に収納することにょリ、装置の小型化を図っている。図 2 (b) において、超電導コイル 4 OA, 41 A, 42 Aと 40 B， 4 I B, 42 Bは第 1の実施例と同様に真空容器 10 A, 10B内に収納されて、均一磁場領域 21を挾んで上下に対向配置されているが、さらに円板状の強磁性体 43と円筒状の強磁性体 44も超電導コイル 40 A〜42A， 40B〜42 Bを包囲する配置で真空容器 1 OA, 10B内に収納されている。また、柱状の強磁性体 45も真空容器を兼ねた支柱 36の内部に収納されている。

上記の如く構成することによリ、強磁性体 43， 44はその直径を小さくできるために、装置の小型化の他に重量の低減にも効果がある。また、一般に強磁性体の透磁率は温度によって変化するので、この温度変化が大きい場合には均一磁場領域 21内の磁場強度分布に影響する。本実施例のように、真空容器 1 OA, 10 Bの内部に強磁性体 43， 44， 45を収納することで室温の変化の影響を受けにくくなるので、磁場安定度の向上に効果がある。

本発明の超電導磁石装笸の第 3の実施例を図 3に示す。図 3 (a) は装置の全体構成を示す外観図、図 3 (b) はその中央縦断面図である。本実施例では、前記第 2の実施例に対し強磁性体の一部を真空容器 10A， 1 OBの外部にも配置したものである。図 3 (b) において、円筒状の強磁性体は、外径の小さい強磁性体 46A, 46 Bと外径の大きい強磁性体 47 A, 47Bとに分割され、小さい強磁性体 46A, 46 Bは真空容器 10A， 10Bの内部に収納され、大きい強磁性体 47 A， 47 Bは真空容器 10 A, 10 Bの外部周囲に配置されている。通常の場合、最も起磁力の大きな主コイル 40A， 40 Bの近傍に配置した円筒状の強磁性体での磁束密度が最も高くなるので、この付近で磁束飽和が最も起こリ易いため、この部分の強磁性体の厚さを厚くする必要がある。しかし、強磁性体を厚くすると真空容器 1 OA, 10Bも大型化する必要がぁリ、コスト上昇につながる。本実施例のように、円筒状の強磁性体を大径と小径とに分割して大径の強磁性体 47A， 47Bを真空容器 10A, 10 Bの外部に配置することに

差替え用紙（規則 26) ょリ、真空容器 1 0 A， 1 0 Bの大型化を伴わずに実質的な磁束飽和を防止することができる。この場合に、真空容器 1 0 A, 1 0 B内の外径の小さい強磁性体 4 6 A, 4 6 Bを省き、外部にある外径の大きい強磁性体 4 7 A, 4 7 Bだけで済ませることも可能である。

本発明の超電導磁石装置の第 4の実施例を図 4に示す。図 4は、第 4の実施例の超電導磁石装置の下側の強磁性体部分を示す外観図である。本実施例では、図 1 ( c ) において、柱状の強磁性体 4 5を中央部の均一磁場領域 2 1から遠ざけた配置としている。そのために、円板状の強磁性体 4 3及び円筒状の強磁性体 4 4の外周に三日月状の強磁性体 4 8を磁気的に接続するように配置し、その上に柱状の強磁性体 4 5を配設したものである。なお、上記三日月状の強磁性体 4 8 の個数は柱状の強磁性体 4 5の本数に応じて決められる。

上記の如く、柱状の強磁性体 4 5を均一磁場領域 2 1から距離を離すことによリ、柱状の強磁性体 4 5が均一磁場領域 2 1の磁場強度分布に及ぼす影響を低減させている。また、各々の柱状の強磁性体 4 5の間の間隔が拡がるので、被検者にとつての開放慼は向上する。

本発明の超電導磁石装置の第 5の実施例を図 5に示す。図 5は、第 5の実施例の超電導磁石装置を示す中央縦断面図である。本実施例では、真空容器 1 O A, 1 0 B又は冷媒容器 1 1 A, 1 1 Bの一部を強磁性をもつ材料で製作することにょリ、強磁性体で容器の一部を兼ねさせたものである。図 5において、円板状の強磁性体 4 3と円简状の強磁性体 4 4は超電導コイルの冷媒容器 1 1 A, 1 1 B の一部を構成し、それらの外側に配篋された底付円筒状の強磁性体 4 9 , 4 9は真空容器 1 O A, 1 0 Bの一部を構成している。図 5に示したものは、円板状の強磁性体と円筒状の強磁性体を分割して、真空容器又はと冷媒容器の一部を構成させているが、この実施例ではこれに限定されず、分割せずに真空容器又は冷媒容器のみの一部を構成させても良い。

上記のような構成にすることによリ、真空容器又は冷媒容器を強磁性体以外の別の材料で製作する場合に比べて、装置をさらに小型にすることができる。本発明の超電導磁石装置の第 6の実施例を図 6に示す。図 6は、第 6の実施例

差替え用紙（規則 26) の超電導磁石装置を示す中央縦断面図である。本実施例では、超電導コイルの周囲に配置する強磁性体の重量を低減するために、超電導コイルに打ち消しコイル 5 OA, 50 Bを追加したものである。この打ち消しコイル 50A， 5 OBを追加することで、主コイル 40 A， 4 OBと逆向きの磁場を発生して該打ち消しコィル 5 OA, 50Bを配置した位置の近傍の強磁性体内の磁束密度を低減させている。図 7 (a) , 図 7 (b) に上記の打ち消しコイル 5 OA, 5 O Bがない場合とある場合の強磁性体 43, 44内の磁束密度の分布例を示す。図 7 (a) , 図 7 (b) は超電導磁石装篋の上側部分の磁束密度分布（半分）を示したものであるが、図 7 (b) から明らかなように、打ち消しコイル 5 OAを追加することによって、該打ち消しコイル 50 Aの周辺の強磁性体 43, 44の磁束密度が低滅されることがはっきリ示されている。し力し、主コイル 40 Aの周囲の強磁性体内の磁束密度はわずか大きくなっているが、目立った増加がないことが確認された。この結果、打ち消しコイル 50 A， 50 Bの周囲の強磁性体 43, 44の厚さを薄くすることができるので、強磁性体の重量低減の効果が得られる。

ただし、上記打ち消しコイル 5 OA, 50 Bの起磁力を大きくし過ぎると、主コイル 4 OA, 40 Bに近い部分の強磁性体内部に磁束飽和が発生するので、該主コイル 40 A， 40 Bの近くの強磁性体の厚さを厚くしなければならない。これに関連して、打ち消しコイル 5 OA, 50 Bの起磁力と強磁性体の重量との関係について検討した結果の一例を図 8のグラフに示す。このグラフは、打ち消しコイル 5 OA, 50 Bの起磁力を増加した時に所望のシールドをするのに必要な強磁性体の重量がどのように変化するかを計算機シミュレーションによリ計算した結果を示す。この例では、打ち消しコイル 5 OA, 50Bの起磁力を 0. 2〜 0. 3 (相対値）程度に取った場合に強磁性体の重量が最小になることがわかる。この最適な起磁力は、均一磁場領域 21に発生させる磁場強度や漏洩磁場の仕様によって変わるので、計算機シミュレーシヨン等による最適化が必要である。また、強磁性体内部に磁束飽和を発生させないためには、打ち消しコイル 50 A, 50 Bを複数個に分割して、磁束密度分布の分散を図ることも有効である。なお、上述したような打ち消しコィルの起磁力を最適化することで強磁性体重量

差替え用紙（規則 26) を低滅する方法は、図 1 1の従来技術で示したような水平磁場方式の磁石にも適用することが可能である。

本発明の超電導磁石装雷の第 7の実施例を図 9に示す。図 9は、第 7の実施例の超電導磁石装置を示す中央縦断面図である。本実施例では、装置の下側に位置する円板状の強磁性体 4 3を、その装 eを設置する部屋の床面に埋める構造をとつている。図 9において、下側の円板状の強磁性体 4 3は床面 5 1ょリ下に埋設されるので、床面 5 1から均一磁場領域 2 1の中心までの撮影中心高さ 5 2が低くなリ、この結果、被検者が高さに対する恐怖感を抱かずにすむ。また、被検者のテーブルへの昇降も楽に行うことができる。

さらに、超電導磁石装篋を病院等に設置する際には、装置重量に対する補強のために設置床面を鉄板等で補強することが一般的に行われているが、この補強用の鉄板を上記下側に位雷する円板状の強磁性体 4 3として兼用することも可能である。

次に、上記超電導磁石装置を用いた磁気共鳴イメージング装置の全体構成を図 1 0に示す。この磁気共鳴イメージング装置は、被検体の生体組織に生起される核磁気共鳴現象を利用して診断部位の断層像を得るもので、図 1 0に示すように、被検体 5 5に静磁場を与える静磁場発生手段としての静磁場発生磁石 5 6と、該被検体 5 5に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段としての磁場勾配発生系 5 7と、上記被検体 5 5の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する送信系 5 8と、上記の核磁気共鳴によリ放出される高周波信号を検出する受信系 5 9と、この受信系 5 9で検出した高周波信号を用いて面像再構成演算を行なって表示する信号処理系 6 0とを備えて構成されている。なお、上記静磁場発生磁石 5 6としては、例えば永久磁石又は常電導磁石或いは超電導磁石の方式がある。また、磁場勾配発生系 5 7は、傾斜磁場コイル 6 1と傾斜磁場電源 6 2とから成る。

ここで、本発明においては、上記静磁場発生磁石 5 6として、図 1〜図 6及び図 9で示す超電導磁石装置を用いたものである。これによリ、前述の本発明に係る超電導磁石装置の利点を生かし、磁気共鳴イメージング装置として、広い開口

差替え用紙（規貝リ 26) 部を有し、被検者に閉塞感を与えることがないと共に、術者に対しては被検者へのアクセスを容易とし、また、磁場発生素子群の各々の周囲を強磁性体で囲むことにょリ装置外への磁場漏洩を少なくし、さらに、製造コストを抑制できる静磁場発生磁石 5 6を有する装置を実現することができる。

〔産業上の利用可能性〕

以上説明したように、本発明によれば、超電導磁石装置において、広い開口部を有することで被検者に閉塞感を与えることがないと共に、術者に対しては被検者へのアクセスを容易とし、更に磁場漏洩を少なくし、且つ製造コストを抑制することができる。

また、磁気共鳴イメージング装置おいて、静磁場発生磁石として上記超電導磁石装置を用いることによリ、その利点を生かした磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

差替え用紙（規則 26)

Claims

請求の範囲

( 1 ) 超電導特性を有する物質から構成され有限の領域に第 1の方向に向かう均一磁場を発生させるための電流を流す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特性を示す温度にまで冷却し維持するための冷却手段と、前記磁場発生源を支持するための支持手段とを具備する超電導磁石装置において、前記磁場発生源は、前記均一磁場領域を挾んで前記第 1の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配雷され前記第 1の方向を中心軸とする円に沿う第 2の方向に電流を流す 2組の磁場発生素子群から構成され、各磁場発生素子群は前記均一磁場の主成分を発生するために前記第 2の方向に向かう電流を流す 1個以上の第 1の磁場発生素子と、前記均一磁場の均一度を改善するために前記第 2の方向と同じ又は逆向きの電流を流す 1 個以上の第 2の磁場発生素子とから構成され、前記第 2の磁場発生素子の直径は前記第 1の磁場発生素子の外径よリも小さく、前記第 2の磁場発生素子に流す電流量は前記第 1の磁場発生素子に流す電流量よリも小さくし、前記冷却手段は、前記磁場発生素子群を収納するほぼ円筒形の 2組の冷却容器と該冷却容器間に配設された支持構造とからなリ、前記磁場発生素子群の各々の周囲を包囲するように第 1の強磁性体を配篋し、該第 1の強磁性体の各々が対向する空間内に 1個以上の第 2の強磁性体を配置したことを特徴とする超電導磁石装篋。

( 2 ) 前記第 1の強磁性体は、前記均一磁場領域を基準としたとき前記磁場発生源よリ離れた位篋に配置された円板状の強磁性体素子と、前記磁場発生源の外周に配 gされた円筒状の強磁性体素子から構成され、前記第 2の強磁性体は、 1個以上の柱状の強磁性体素子から構成され、該柱状の強磁性体素子の両端部が前記円筒状の強磁性体素子の一端と近接して配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の超電導磁石装置。

( 3 ) 前記冷却手段は、前記磁場発生源をその内部に収納する冷却容器を含み、前記第 1の強磁性体の少なくとも一部分が前記冷却容器内に収納されていることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の超電導磁石装髭。

( 4 ) 前記第 1の強磁性体の一部分を前記冷却容器の外部に配 Sしたことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置。

差替え用紙（規則 26)

( 5 ) 前記冷却容器の外部に配置した第 1の強磁性体の一部分が前記円筒状の強磁性体素子であることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の超電導磁石装置。

( 6 ) 前記第 1の強磁性体が前記冷却容器の少なくとも一部の構成要素を兼ねていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置。

( 7 ) 前記第 2の強磁性体が前記支持構造の少なくとも一部の構成要素を兼ねていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置。

( 8 ) 前記第 2の強磁性体が複数個配置され、前記第 1の強磁性体のうちの円筒状の強磁性体素子の円筒部の長さが一様でなく、前記第 2の強磁性体が存在する部位における長さが該第 2の強磁性体が存在しない部位における長さよりも長いことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 7項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置。

( 9 ) 前記第 2の強磁性体が前記第 1の方向に直交する第 3の方向に、前記均一磁場領域からほぼ等距離の位置に 2組配置され、前記第 1の強磁性体の前記第 3 の方向における長さが前記第 1の方向及び第 3の方向の両者に直交する方向における長さよリも長いことを特徴とする請求の範囲第 8項記載の超電導磁石装置。

( 10) 前記磁場発生源は、前記第 1の強磁性体及び前記第 2の強磁性体と組合せて前記均一磁場領域に発生する磁場を補正し、前記均一磁場領域に所望の磁場強度と磁場均一度が得られるように配置されたことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 9項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装雷。

(11) 前記磁場発生素子群がさらに前記第 1の強磁性体の内部における磁束密度を低減する方向の電流を流す第 3の磁場発生素子を具備することを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 1 0項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置。

(12) 前記第 3の磁場発生素子の起磁力は前記第 1の強磁性体の重量がほぼ最小になるように選択されていることを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の超電導磁石装 S。

( 13) 被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、該被検体に傾斜磁場を与える

差替え用紙（規則 26) 傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する送信系と、上記の核磁気共鳴によリ放出される高周波信号を検出する受信系と、この受信系で検出した高周波信号を用いて画像再構成演算を行なって表示する信号処理系とを備えて成る磁気共鳴ィメージング装置において、上記静磁場発生手段として、請求の範囲第 1項〜第 1 2項のいずれか 1項に記載の超電導磁石装置を用いたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装雷。

差替え用紙（規則 26)