WO1999021476A1

WO1999021476A1 - Dispositif magnetique et appareil d'irm l'utilisant

Info

Publication number: WO1999021476A1
Application number: PCT/JP1998/003850
Authority: WO
Inventors: Shigeru Kakugawa; Shouji Kitamura; Nobuhiro Hara; Akiyoshi Komura; Noriaki Hino; Hajime Kawano; Takao Honmei; Hirotaka Takeshima; Takeshi Yatsuo; Hiroshi Tazaki
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 1999-05-06
Also published as: JP4292261B2; US6600318B1; JP2002034947A

Description

マグネット装置、およびこれを用いた M R I装置

技術分野

本発明は、互いに対向するように配置された 2つの静磁場発生源を有明

するマグネット装置、および、これを用いた核磁気共鳴イメージング田

( M R I ) 装置に関する。

背景技術

従来の M R I装置で多く使われてきた超電導マグネット装置の一例を図 1 0に示す。

M R I装置を構成する超電導マグネット装置 1 7 1は、円筒状の中空部 1 7 4を有し、その中央部付近に均一な静磁場を発生する。超電導マグネット装置 1 7 1は、円筒形状のボビンに巻回された分割ソレノィドコイルから構成される。コイルは、普通、 N b T iを使用した超電導線材によって作られ、液体ヘリウムによって約 4 . 2 Kに冷却された状態で超電導電流を搬送する超電導コイルとして機能する。液体ヘリゥムは、図示省略した低温容器に溜められる。

被検体 1 7 2である患者は、移動式べット 1 7 3により、円筒状の中空部 1 7 4内に存在する均一磁場領域まで搬入される。

しかし、このような構成のマグネット装置を用いた従来の M R I装置は、狭くて小さい円筒状の中空部 1 7 4に患者が入らなければならないため、患者に強い閉所感を与えていた。このため、ときには、患者が装置内に入ることを拒否する場合もあった。

また、医師等の術者が撮像中の被検者にアクセスすることが困難であり、いわゆる I V R ( Interventional Radiology ) は不可能であつこのような問題を解決する技術として、近年、例えば、特開平 9一 1 9 0 9 1 3に開示されているような開放型 M R I装置が提案されている。

この開放型 M R I装置は、例えば、図 1 1に示すように、上部マグネットアセンブリ 3 3や、下部マグネッ卜アセンブリ 3 4を有して構成される。

同図において、超電導コイル 4 4は、低温容器 4 6の中にあり、低温容器 4 6は、真空容器 4 5に収容されている。下部マグネットァセンブリ 3 4についても、同様な構造になっている。

そして、この開放型 M R I装置では、垂直方向の均一な静磁場をマグネッ卜の中心部に、即ち両マグネットアセンブリから等距離にある両マグネッ卜アセンブリ間の幾何学的中心面に発生させ、撮影部位が均一磁場領域 4 2に入るよう、移動式べット 3 5で患者 3 6を搬送する。

このような開放型 M R I装置によれば、患者 3 6は開放性の高い空間に挿入されるので強ぃ閉所感を感じることが無い。

しかしながら、従来の開放型 M R I装置は、前述したように、上下のマグネットアセンブリから等距離にある領域 4 2に均一な磁場が発生するため、 M R I画像を撮影する際に、患者を上下のマグネットァセンブリから等距離にある位置に搬入する必要がある。

そのため、患者の下側の空間部分 4 3がデッドスペースになり、マグネッ卜アセンブリ間の空間 4 1が有効に活かされていないという問題があった。なお、 3 7は術者、 3 8、 3 9は上部マグネットアセンブリ 3 3に属する洩れ磁場抑制材、 4 0は上部および同様な下部洩れ磁場抑制材を接続支持する磁性材からなる支柱である。このような問題点に鑑み、本発明の目的は、装置の大型化および構造の複雑化を招くことなく、下部マグネットアセンブリとべッ卜間のデッドスペースを除去し上下マグネットアセンブリ間の空間を有効に活用し、高い開放性および術者が患者に容易にアクセスできる広い上方空間を有する M R I装置用マグネット装置及びこれを用いた M R I装置を提供することにある。発明の開示

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、

被検体を挟んで互いに対向するように配置された 2つの静磁場発生源と、

前記 2つの静磁場発生源のうちの一方を収容した第一の収容器と、前記 2つの静磁場発生源のうちの他方を収容した第二の収容器を備え前記第一の収容器および前記第二の収容器は、前記被検体に関して非対称となる位置に配置されていることを特徴とするマグネット装置が提供される。

上記目的を達成するための本発明のもう一つの態様によれば、被検者を受け入れる空間を挟んで上下に対向して配置され、それぞれ上下方向の磁界を発生する一対のマグネヅトアセンブリを有し、上記一対のマグネットアセンブリによって生成される均一磁場領域が上記一対のマグネットアセンブリによって形成される空間の幾何学的中央面より下方に横たえられる被検者の位置をカバーするよう、上記一対のマグネッ卜ァセンブリ中の上部マグネットアセンブリの生成する全磁気モーメン卜の絶対値を下部マグネットアセンブリの生成する全磁気モーメントの絶対値より大きく設定したことを特徴とする開放型 M R I装置用の静磁場発生装置が提供される。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態の開放型 M R I装置の部分断面の概略図。

図 2は図 1の M R I装置を構成するマグネッ卜装置の z - X平面における断面と、磁場均一度の等高線を示した説明図。

図 3は本発明の第 2の実施形態のマグネッ卜装置の z - X平面における断面と、磁場均一度の等高線を示した説明図。

図 4は本発明を説明するための均一磁場領域の中心から見た各マグネットアセンブリの占める立体角を示す説明図。

図 5は本発明の第 3の実施形態のマグネッ卜装置の z - X平面における断面の概略図。

図 6は本発明の第 4の実施形態のマグネッ卜装置の z — X平面における断面の概略図。

図 7は本発明の第 5の実施形態のマグネット装置の z - X平面における断面の概略図。

図 8は本発明の第 6の実施形態のマグネット装置の z— X平面における断面と磁場均一度の等高線を示した説明図。

図 9は本発明の第 6の実施形態のマグネット装置の漏れ磁場の分布を表わす説明図。

図 1 0は従来の水平磁場型の M R I装置の斜視図。

図 1 1は従来の開放型 M R I装置の部分断面の概略図。発明の実施のための最良の形態

以下、本発明の実施形態の幾つかを図面を参照しながら説明する。図 1には、本発明の第 1の実施形態である開放型 M R I装置の部分断面の概略図が示されている。図 2には、図 1に示した開放型 M R I装置を構成する超電導マグネット装置の z一 X平面における断面と、 z — X 平面における磁場均一度を表わす等高線が示されている。

この開放型 M R I装置は、上下のマグネットアセンブリ 1 、 2によつて、開放空間 1 2に、垂直方向の均一な磁場を発生させ、 M R I画像の撮影を可能にする、開放空間 1 2とは、患者 4を載せるベット 3の移動テーブル部分 3 aと、上部のマグネットアセンブリ 1 との間に存在する空間を指す。

以下で詳しく説明するが、本発明においては上部マグネットァセンブリ 1の全磁気モーメントが下部マグネッ卜アセンブリ 2のそれより大きくなるように構成されているので、均一磁場領域 1 3は、上下のマグネットアセンブリ 1 、 2の空間の両者から等距離にある幾何学的中央部より下方にずれた位置に存在する。

ベッド 3は、患者 4を搬送するための移動テーブル 3 aと、これを保持する支持台 3 bを有して構成される。移動テーブル 3 aは、患者 4の撮影部位が均一磁場領域 1 3に入るよう、床面からの高さがあらかじめ調整されている。つまり、静磁場発生源 1 4 aを収容した収容器 1 5と、静磁場発生源 1 4 bを収容した収容器 1 6に着目した場合、収容器 1 5、 1 6は、患者 4に関して上下方向に非対称となる位置に配置されていることになる。

以上のように構成すれば、図 1 1に示す従来の開放型 M R I装置と比較して、患者 4の下方のデッドスペース 4 3が小さくなり、その分、開放空間を大きくすることができる。

この場合、べッド 3上の患者 4が受ける閉所感が小さくなり、撮影に対する心理的な圧迫感が著しく低減する。また、医師（または検査技師） 5は、ベッド 3上の患者 4に対するァクセスが容易となるため、 I V R ( Interventional Radiology ) への適用性が高まり、医療の可能性を大きく広げることができる。

また、一般に、開放型 M R I装置は、垂直磁場型（静磁場の方向が人体の長手方向に対して垂直）の装置であるため、 N M Rシグナルを受信するためのプローブにソレノィドコイルを使用することができる。このソレノィド型のプローブは、図 1 0に示した水平磁場型 M R I装置に用いられる鞍型（またはバードケージ型）のプローブと比較して、原理的に 1 . 4倍感度が高い。

したがって、中心磁場強度が同一の場合、垂直磁場型である本 M R I 装置は、図 1 0に示す従来装置と比較して、より高精度な断層画像をより高速に撮影することができる。

続いて、図 2を用いて、マグネット装置の具体的な構成を説明する。超電導コイル 2 1〜3 1は、マグネット装置の中心軸（ z軸）に関して、ほぼ軸対称に設置され、垂直方向（すなわち z軸方向）の均一な磁場を発生させる。

上下の超電導コイルは、それぞれ、冷却容器 1 7、 1 8の内部に設置され、上下の冷却容器 1 7、 1 8はそれぞれ真空容器 1 5、 1 6の中に収容されている。また、図示省略しているが、各超電導コイルは特定の支持構造によって支持され、真空容器と冷却容器の間には輻射熱の侵入を防ぐ熱シールドが設けられている。冷却容器の内部には、液体へリウムが溜められ、超電導コイルを極低温の 4 . 2 Kに冷却する。上下の真空容器 1 5、 1 6は、連結管 1 9、 2 0により連結され所定の間隔に保持されている。

なお、連結管 1 9、 2 0は二重構造とし、上下の真空容器 1 5、 1 6 を機械的に支えると共に、上下の冷却容器 1 7、 1 8を熱的に接続するように構成してもよい。

このようにすれば、冷凍機を上下に 1台ずつ設ける必要がなくなり、システムとして、 1台の冷凍機で間に合わせることができる。

また、連結管 1 9、 20や、後で述べる上部のマグネットアセンブリ 1を支持する支柱 1 0、 1 1の本数は、 2本に限定されず、 3本、 4本と増やしてもよい。また、さらなる開放感を得るために、片持ちの一本の支柱を用いるようにしてもよい。

つぎに、上部マグネットアセンブリ 1 と下部マグネットアセンブリ 2 の構造を詳細に説明する。

上部マグネットアセンブリ 1 と下部マグネットアセンブリ 2は、図 1

、図 2に示すように、マグネット装置の幾何学的中央面（マグネットァセンプリ 1、 2から等距離にある仮想平面）に関して非対称な構造を持つように構成されている。従って、上部および下部マグネットァセンブリ 1、 2が生成する均一磁場領域 1 3の中心は、マグネット装置の幾何学的中央面に関していずれかに偏った位置、本実施例では下側の位置を占めることになる。

一般に、マグネット装置の中心軸を z軸、 r及び 0をマグネット装置の中央を原点とする極座標の座標位置、 P n (c o s 6) を n次のルジヤンドル関数とすると、マグネッ卜装置の中央部付近における z方向磁場 B zは、式 1の形に展開して表すことができる。 oo

B =∑ d r P (c o s θ ) 式 1

ここに、 d Oは均一磁場であり、 d l、 d 2、 d 3、 d 4、 d 5、 d

6、 …は磁場均一度を悪化させる不整磁場である。したがって、目的とする均一磁場を発生させるには、式 1による展開項のうち、不整磁場成分 d l、 d 2、 d 3、 d 4、 d 5、 d 6、 …を低次の項から順に消去していけばよい。

また、式 1からわかるように、高次の不整磁場まで消去すると、均一な磁場空間が拡大する。

病院などで使用される M R I装置のマグネット装置は、直径が 40 c m〜5 O.c mの領域に変動率土 1 0 p P m以内の均一な磁場を発生する必要がある。

そのため，通常は、式 1において、 1次から 8次（又は 1 0次）の不整磁場、すなわち、 d l、 d 2、 d 3、 ···、 d 8、 d 9、 d 1 0がゼロになるよう、上部、下部マグネットアセンブリを構成する。

なお、このとき、上記の不整磁場成分のうち、奇数次の d l、 d 3、 d 5、 …については、上部、下部マグネットアセンブリの構造が幾何学的中央面に関して対称な場合はゼロになる。

本実施形態のマグネヅ卜装置では、上部、下部マグネットアセンブリの構造がその幾何学的中央面に関する対称性を持たないので、奇数次の不整磁場 d l、 d 3、 d 5、 …についても、設計変数によってゼロにする必要がある。

すなわち、本実施形態のマグネット装置では、奇数次、偶数次を問わず、 1次から 8次（又は 1 0次）の不整磁場成分を設計変数、例えば、ユニットコイルの配置、アンペア一ターン等、でゼロにし、かつ、均一な磁場を下方のマグネッ卜アセンブリに偏った領域に発生させる必要がある。

以上説明した本発明の原理を実現するためには、上下の各マグネッ卜アセンブリを次のように構成することが望ましい。

先ず、上部マグネットアセンブリの磁気モーメントの絶対値を、下部マグネットアセンブリの磁気モーメン卜の絶対値よりも大きくする。一般に、一つのコイルから発せられる磁気モーメントは、コイルの半径を rとすると、 _TC X r ² X (コイルの起磁力）で表わされる。したがって、上部、下部マグネットアセンブリの各ユニットコイルについて、これらのパラメ一夕を調整し、上部マグネットアセンブリの磁気モ一メントの絶対値を、下部マグネッ卜アセンブリの磁気モ一メン卜の絶対値よりも大きくする。

これにより、上部、下部マグネットアセンブリの磁気モーメントの方向が同じであれば、下部マグネットアセンブリに近い位置に均一磁場領域が発生する。

なお、均一磁場領域の中心が下部マグネッ卜アセンブリ 2に近くなると、図 4に示すように、均一磁場領域の中心から上部マグネットァセンプリ 1 と下部マグネットアセンブリ 2を見たときに、下部マグネットァセンプリ 2の占める立体角 αが、上部マグネットアセンブリ 1の占める立体角 |3よりも大きくなる。

不整磁場成分の振幅は、図 3に示すように、均一磁場領域 5 7の中心からほぼ放射状に変化するため、均一磁場領域の中心から見た立体角が大きい方のマグネットアセンブリ（つまり下部マグネットアセンブリ）は、立体角が小さい方のマグネットアセンブリ（つまり上部マグネットアセンブリ）よりも、消去すべき不整磁場成分の変動ピーク数が多くなる。

したがって、均一磁場領域に近い方のマグネットアセンブリ（下部マグネットアセンブリ）内のュニットコイル数を他方の（上部マグネッ卜アセンブリ）マグネットアセンブリ内のュニッ卜コイル数よりも多くする。その結果、下部マグネットアセンブリによる高次不整磁場成分の制御能力を高めることができる。次に、各マグネットアセンブリ内において、ユニットコイルの電流の方向が隣接するュニットコイルに関して正負交互に並ぶようにする。これにより、奇数次を含めた不整磁場を最も少ないュニッ卜コイル数で消去することができる。

続いて、下部マグネットアセンブリ内のユニットコイルの起磁力の絶対値和を、上部マグネッ卜アセンブリ内のュニッ卜コイルの起磁力の絶対値和よりも大きくする。下部マグネットアセンブリでは、先程説明したように、上部マグネッ卜アセンブリよりも、正負の極性のュニットコィルを密集して配置する必要があるので、磁場を発生する効率が悪くなる。従って、所定の磁気モーメントを発生させるために、このようにュニットコイルの起磁力を調整する。

さらに、各マグネットアセンブリ内において、半径の最も大きいュニットコイルの起磁力の絶対値を他のュニッ卜コイルの起磁力の絶対値より大きくする。半径の最も大きいュニッ卜コイルは、均一磁場領域から比較的遠い位置に存在するため、マグネット全体の効率を考えると、半径の最も大きいュニットコイルの起磁力の絶対値をその他のュニットコィルの起磁力の絶対値よりも大きくする方がよい。

図 3は以上説明した具体的な諸要求事項に基づいて構成したマグネットアセンブリの第 2の実施形態である。

図 3において、上下の超電導コイルの間隔は 0 . 9 m、最も大きいュニットコイルの外径は 1 . 6 m、各ュニッ卜コイル電流密度は 1 7 O A / m m ² 、中心磁場強度は 0 . 4 Tであり、均一磁場領域の中心はコィル間隔の幾何学的中心面から下方に 5 c mずれている。また、図 3には、磁場均一度の等高線 5 7も示されている。等高線 5 7は、内側から、変動率土 1 、 ± 5、 ± 1 0 p p mを示している。ここでは、均一磁場領域の不整磁場成分を 1次から 1 0次までゼロにしているので、同図では、 1 1次の不整磁場が磁場均一度を主に支配している。

そして、図 3に示した上下マグネットアセンブリでは、前述した各条件を満足している。

第一に、上部メィンュニットコイル 46、 47、 48、 49、 50の全磁気モーメントの絶対値が、下部メインユニットコイル 5 1、 52、 53、 54、 55、 56の全磁気モーメントの絶対値よりも大きい。第二に、上部メインュニットコイルは 5個、下部メインュニッ卜コィルは 6個であり、下部マグネッ卜アセンブリ内のュニッ卜コイルの数が上部マグネッ卜アセンブリ内のュニッ卜コイルの数より多い。

第三に、各マグネットアセンブリ内では、各ユニットコイルの電流の方向が正負交互に並ぶようにュニッ卜コイルが配列されている。すなわち、メインユニットコイル 46、 48、 50、 5 1、 53、 55の電流の方向を正方向とすれば、メインユニットコイル 4 7、 49、 52、 5 4、 56の電流の方向が負方向となるように各ュニットコィルに通電する。

第四に、下部マグネットアセンブリ内の各ュニットコイルの起磁力の絶対値和が、上部マグネットアセンブリ内の各ュニットコイルの起磁力の絶対値和より大きい。具体的には、下部メインュニットコイル 5 1、 52、 53、 54、 55、 56の起磁力の絶対値和は、上部メインュニットコイル 46、 47、 48、 49、 50起磁力の絶対値和より大きい第五に、各マグネットアセンブリ内において、半径の最も大きいュニットコイルの起磁力の絶対値が他のュニッ卜コイルの起磁力の絶対値より大きい。すなわち、上部メインュニットコイル 46の起磁力の絶対値は、他の上部メインユニットコイル 47、 48、 49、 50のそれぞれの起磁力の絶対値より大きく、下部メインュニ、ソ卜コイル 5 1の起磁力の絶対値は、他の下部メインユニットコイル 5 2、 5 3、 5 4、 5 5、 5 6のそれぞれの起磁力の絶対値より大きい。

このように構成すれば、図 3に示すごとく、均一磁場は、上下のマグネッ卜アセンブリの間隔の中心より下部マグネットアセンブリ側にずれた領域 5 7に発生する。

なお、第 1の実施形態では、以上で説明した第 2の実施形態とは別に、図 2に示すコイル配置を採用した。上記した第 2の実施形態とはコィル数等が異なるものの、ここでも、前述と同様な条件を満たしている。すなわち、上部マグネットアセンブリ 1の全磁気モーメントの絶対値は、下部マグネッ卜アセンブリ 2の全磁気モーメン卜の絶対値より大きレヽ。上部マグネットアセンブリ 1内のュニッ卜コイル数は 4個、下部マグネットアセンブリ 2内のュニットコィル数は 7個である。各マグネヅトアセンブリ 1 、 2内において、各ユニットコイルは、電流の方向が正負交互に並ぶように配列されている。すなわち、メインユニットコイル 2 1 、 2 3、 2 5、 2 7、 2 9、 3 1の電流の方向を正方向とすれば、メインユニットコイル 2 2、 2 4、 2 6、 2 8、 3 0の電流の方向が負方向となるように各ュニッ卜コイルに通電する。下部マグネッ卜ァセンプリ 2内の各ュニッ卜コイルの起磁力の絶対値和は、上部マグネッ卜ァセンプリ 1内の各ユニットコイルの起磁力の絶対値和よりも大きい。また、各マグネットアセンブリ 1 、 2について、半径の最も大きなュニット超電導コィルの起磁力の絶対値が他のュニッ卜超電導コィルの起磁力の絶対値より大きい。すなわち、上部メインュニッ卜コイル 2 1の起磁力の絶対値は、他の上部メインユニットコイル 2 2、 2 3、 2 4のそれそれの起磁力の絶対値より大きく、下部メインュニットコイル 2 5の起磁力の絶対値は、他の下部メインユニットコイル 2 6、 2 7、 2 8、 2 9、 3 0、 3 1のそれぞれの起磁力の絶対値よりも大きい。なお、下部マグネッ卜アセンブリ 2において半径が最も大きいュニット超電導コィル 2 5の起磁力の絶対値については、上部マグネットアセンブリ 1において半径が最も大きいュニッ卜超電導コイル 2 1の起磁力の絶対値より大きい。

上下の超電導コイルの間隔は、 0 . 9 m、最も大きいユニットコイルの外径は 1 . 6 m、各ュニットコイル電流密度は 1 7 0 A /m m ² 、中心磁場強度は 0 . 4 Tである。

図 2において、磁場均一度の等高線は、内側から、変動率 ± 1 、 ± 5 、 ± 1 0 p p mを表示している。均一磁場領域の不整磁場成分は、先程と同様、 1次から 1 0次までをゼロにしているので、 1 1次の不整磁場が磁場均一度を主に支配している。

このようなコイル設計を行なった結果、上下のマグネッ卜アセンブリ 1 、 2間の幾何学的中心面より 1 0 c m下方の領域 3 2に変動率土 1 0 p p m / 4 0 c m d s v ( diameter of spherical volume ) の均一な磁場を発生させることができた。これは、全身用 M R I装置用マグネッ卜装置としてのスペックを十分に満足する。

以上、上下マグネットアセンブリの特徴について説明したが、本実施形態では、このほか、漏れ磁場抑制材を具備している。漏れ磁場抑制材は、上下の静磁場発生源を包囲して磁路を形成し、漏れ磁場を抑制する本実施形態では、漏れ磁場抑制材として、円盤状の強磁性体 6、 7と、円筒状の強磁性体 8、 9と、支柱状の強磁性体 1 0、 1 1を具備する前述したように、下部マグネットアセンブリ 2内において半径が最も大きいュニット超電導コイル 2 5の起磁力の絶対値は、上部マグネットアセンブリ 1内において半径が最も大きいュニッ卜超電導コイル 2 1の超磁力の絶対値より大きい。

そこで、本実施形態では、シールド効果が十分に発揮されるよう、漏れ磁場抑制材として設けた強磁性体の形状を上下非対称にしている。具体的には、ユニット超電導コイル 2 5に近い強磁性体の方が、上部の強磁性体よりもその厚みを増して磁路の断面積を増大している。

図 5は、本発明の第 3の実施形態である開放型 M R I用超電導マグネット装置の断面図である。

本実施形態では、超電導コイル 7 7、 7 8と、磁極として機能する強磁性体 7 3、 7 4を備え、超電導コイル 7 7、 7 8で起磁力をつくり、主に、強磁性体 7 3、 7 4の形状により、コイルの幾何学的中央面より偏った位置に均一磁場を発生させる。

具体的には、上部の超電導コイル 7 7は、下部の超電導コイル 7 8より起磁力が大きく、また均一磁場領域への必要な制御能力を保持するための上部の磁極 7 3の直径は、下部の磁極 7 4の直径より大きい。さらに下部の磁極 7 4の磁極面には上部の磁極 7 3の磁極値より密にリング状の溝が形成されている。

このように構成しても、上下のマグネットアセンブリ間の空間 7 5の幾何学的中央面より下方の領域 ₇ 6に変動率数 p p mの均一な磁場を発生することができた。

なお、本実施形態でも、漏れ磁場抑制材として、円盤状の強磁性体 6 7、 6 8と、円盤状の強磁性体 6 9、 7 0と、支柱状の強磁性体 7 1 、 7 2を具備する。

上下の超電導コイル 7 7、 7 8は、それぞれ冷却容器 6 3、 6 4の内部に設置され、上下の冷却容器 6 3、 6 4はそれぞれ真空容器 6 1 、 6 2に収容されている。上下の真空容器 6 1 、 6 2は、連結管 6 5、 6 6 で連結されて所定の間隔に保持されている。

図 6は、本発明の第 4の実施形態である開放型 M R I用超電導マグネッ卜の断面図である。

本実施形態では、コイルの幾何学的中央面より偏った位置に均一磁場を発生させるため、磁極として機能する各コイルアセンブリの背後に配置した強磁性体 9 3、 9 4力主に、中心磁場強度を強める働きをし、偏った位置への均一な磁場は、主に各ュニッ卜コイルの配置で実現する。強磁性体 9 3、 9 4で中心磁場強度を強めれば各ユニットコイルが負担すべき起磁力を低減させることができる。ここでも上部の磁極 9 3の直径は、下部の磁極 9 4の直径より大きく設定されている。

上部マグネットアセンブリ内のュニットコィルは 3個、下部マグネットアセンブリ内のュニットコイルは 5個であり、図 2に示した第 1の実施形態と同様、下部マグネットアセンブリの方がュニットコイル数が多い。各ユニット超電導コイルの電流の方向は、正方向と負方向のュニットコイルが半径方向に交互に並ぶように決められている。すなわち、メインユニットコイル 9 7、 9 9、 1 0 0、 1 0 2、 1 0 4の電流の方向を正方向とすれば、メインユニットコイル 9 8、 1 0 1 、 1 0 3の電流の方向が負方向となるように各ュニットコイルを通電する。

このように構成しても、上下のマグネットアセンブリ間の空間 9 5の幾何学的中央面より下方の領域 9 6に均一な磁場を変動率数 p p mで発生させることができる。

なお、本実施形態でも、漏れ磁場抑制材として、円盤状の強磁性体 8 7、 8 8と、円筒状の強磁性体 8 9、 9 0と、支柱状の強磁性体 9 1 、 9 2を具備する。

上下のユニット超電導コイルは、それぞれ、冷却容器 8 3、 8 4の内部に設置され、上下の冷却容器 8 3、 8 4はそれぞれ真空容器 8 1 、 8 2に収容されている。上下の真空容器 8 1 、 8 2は連結管 8 5、 8 6で連結されて所定の間隔に保持されている。

図 7は、本発明の第 5の実施形態である開放型 M R I用超電導マグネッ卜の断面図である。

ここでは、低温容器の内部に強磁性体を配置した。この強磁性体は、ュニットコイルで発生させるべき起磁力を節減すると共に、偏った位置への均一な磁界形成を補助する役目を果たす。

上部マグネッ卜アセンブリ内のュニットコイルは 3個、下部マグネッ卜アセンブリ内のュニットコィルは 5個であり、図 2に示した第 1の実施形態と同様、下部マグネットアセンブリの方がユニットコイル数が多い。

強磁性体 1 2 3、 1 2 4、 1 2 5は、それぞれ円環形状を成し、ュニッ卜超電導コイルの間に配置されている。

本実施形態では、上部のマグネットアセンブリ内に 1個、下部のマグネットアセンブリ内に 2個の内部強磁性体を具備している。ただし、設計によっては、上部のマグネットアセンブリ内の強磁性体の数を下部マグネッ卜アセンブリ内の強磁性体の数より多くしてもよい。

ここでも各ュニッ卜超電導コイルの電流の方向は、正方向と負方向のュニットコィルが半径方向に交互に並ぶように決められている。

このように構成しても、上下のマグネットアセンブリ間の空間 1 2 6 の幾何学的中央面より下方の領域 1 2 7に均一な磁場を変動率数 p p m で発生させることができる。

なお、本実施形態でも、漏れ磁場抑制材として、円盤状の強磁性体 1 1 7、 1 1 8と、円筒状の強磁性体 1 1 9、 1 2 0と、支柱状の強磁性体 1 2 1 、 1 2 2を具備する。

上下のュニット超電導コイルは、それぞれ、冷却容器 1 1 3、 1 1 4 の内部に配置され、上下の冷却容器 1 13、 1 14はそれぞれ真空容器 1 1 1、 1 1 2に収容されている。上下の真空容器 1 1 1、 1 12は、連結管 1 15、 1 16で連結されて所定の間隔に保持されている。

図 8は、本発明の第 6の実施形態である開放型 MR I用超電導マグネッ卜の断面図である。

ここでは、漏れ磁場抑制材を配置するかわりに、シールドコイルで漏れ磁場をシールドする方式（いわゆるアクティブシールド方式）が採用されている。

図 8に示すように、上部マグネットアセンブリは、 4個のメインュニット超電導コイル 149、 1 50、 1 51、 152と、 1個のシールド超電導コイル 1 60を具備する。

一方、下部マグネッ卜アセンブリは、 7個のメインュニット超電導コィル 1 53、 1 54、 155、 1 56、 1 57、 1 58、 1 59と、 1 個のシールド超電導コイル 1 61を具備する。

各マグネットアセンブリ内において、各メインユニット超電導コイルの通電電流の方向は、正方向と負方向のュニットコイルが半径方向に交互に並ぶように決められている。

なお、それぞれのシールド超電導コイル 160、 1 61は、それぞれのメインュニット超電導コイルより撮像空間から遠い位置に、かつそれぞれのメインユニット超電導コイルと同心状に配置されており、それぞれの最大直径のメインュニッ卜超電導コイル 149、 153の電流方向とは逆方向の電流が流される。

上下超電導コイルの間隔は 0. 9m、最も大きいュニットコイルの外径は 1. 6 m、各ュニットコイル電流密度は 1 70 AZmm² 、中心磁場強度は 0. 4 Tである。磁場均一度の等高線 148は、内側から、変動率 ± 1、 ± 5、 ± 10 p pmを表示している。均一磁場領域の不整磁場成分は、先程と同様、 1次から 1 0次までをゼロにしており、図 8では、 1 1次の不整磁場が磁場均一度を主に支配している。

また、下部マグネッ卜アセンブリ内のメインュニット超電導コイル 1 53、 1 54、 1 55、 1 56、 1 57、 1 58、 1 59の起磁力の絶対値和が、上部マグネッ卜アセンブリ内のメインュニット超電導コイル 1 49、 1 50、 1 5 1、 1 52の起磁力の絶対値和より大きく設定されている。

また、上部マグネットアセンブリ内のメインュニット超電導コイル 1 49、 1 50、 1 5 1、 1 52による全磁気モーメントの絶対値は、下部マグネットアセンブリ内のメインュニッ卜超電導コイル 1 53、 1 5 4、 1 55、 1 56、 1 57、 1 58、 1 59による全磁気モーメントの絶対値より大きく設定されている。

また、各マグネットアセンブリについて、半径の最も大きなメインュニット超電導コイルの起磁力の絶対値が他のメインュニット超電導コィルの起磁力の絶対値より大きく設定されている。すなわち、上部メインユニットコイル 1 49の起磁力の絶対値は、他の上部メィンュニッ卜コィル 1 50、 1 5 1、 1 52のそれぞれの起磁力の絶対値より大きく、下部メィンュニッ卜コイル 1 53の起磁力の絶対値は、他の下部メィンユニットコイル 1 54、 1 55、 1 56、 1 57、 1 58、 1 59のそれぞれの起磁力の絶対値より大きく設定されている。

また、上部マグネッ卜アセンブリ内のシールド超電導コイル 1 60の起磁力の絶対値は、下部マグネットアセンブリ内のシールド超電導コィル 1 6 1の起磁力の絶対値より大きく設定されている。

また、上記マグネットアセンブリ内のシールド超電導コイル 1 60による磁気モーメン卜の絶対値は、下部マグネッ卜アセンブリ内のシールド超電導コイル 1 6 1による磁気モーメン卜の絶対値より大きく設定されている。

このように構成しても、上下のマグネッ卜アセンブリの間の空間 1 4 7の幾何学的中心面より 1 0 c m下方の領域に変動率土 1 0 p p mZ A O c m d s v ^ diameter of spherical volume ) の均一な磁場を発生させることができた。これは、全身用 M R I装置用マグネット装置として十分なスぺックを達成している。

図 9には、本実施形態のマグネット装置の漏れ磁場の等高線が示されている。

同図に示すように、漏れ磁場の 1 0ガウス（G ) ラインが従来の約半分の 5 mまで小さくなつており、シールド効果が十分に発揮されている以上、本発明の実施形態を幾つか説明したが、各実施形態では、コィルは全て超電導コィルであった。

しかしながら、本発明は、超電導コイルに限定されるものではなく、例えば銅線等を用いたコイルであってもよい。つまり、電流を搬送可能なものであれば特に限定されない。

また、以上の実施例では、下部マグネットアセンブリの起磁力の絶対値和が上部マグネットアセンブリの起磁力の絶対値和より大きい例を示したが、各マグネットアセンブリの直径、均一磁場領域の偏りの程度により逆の関係が望ましいこともあり、実施例の関係に限定されるものではない。

本発明によれば、製造コストの増大を招くような大掛かりな装置を用いることなく、べッド上の患者の上方空間を広げることができる。

患者の上方空間が広がれば、撮影時の患者の閉所感が取り除かれ、また術者の患者へのアクセスが容易となる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明のマグネット装置は、医療用 M R I装置、特に患者に与える閉所感を低減し、術者による Interventional Radiology を可能とする患者の上部空間を広げた開放型 M R I装置に適用される。

Claims

求の範囲

1 . 被検体を挟んで互いに対向するように配置された 2つの静磁場発生源と、

前記 2つの静磁場発生源のうちの一方を収容した第一の収容器と、

5- 前記 2つの静磁場発生冃源のうちの他方を収容した第二の収容器を備え前記第一の収容器および前記第二の収容器は、前記被検体に関して非対称となる位置に配置されていることを特徴とするマグネット装置。

2 . 互いに対向するように配置された 2つの静磁場発生源を備えた、 M R I装置用のマグネット装置において、

前記 2つの静磁場発生源は、組み合わさってどちらか一方の静磁場発生源に偏った位置に均一磁場を発生させるように構成されていることを特徴とするマグネット装置。

3 . M R I装置用のマグネット装置において、

互いに対向するように配置された第一、第二の静磁場発生源を備え、前記第一の静磁場発生源の生成する全磁気モーメン卜の絶対値が前記第二の静磁場発生源の生成する全磁気モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴とするマグネッ卜装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載のマグネット装置において、

前記第一、第二の静磁場発生源は、それぞれ、電流を搬送するための電流搬送手段を有し、

前記第二の静磁場発生源の電流搬送手段の数が、前記第一の静磁場発生源の電流搬送手段の数よりも大きいことを特徴とするマグネット装置

5 . 請求の範囲第 3項に記載のマグネット装置において、前記第一、第二の静磁場発生源は、それぞれ、電流を搬送するための電流搬送手段と、磁極として機能する強磁性体を有し、

前記第一の静磁場発生源の強磁性体と、前記第二の静磁場発生源の強磁性体は、形状が異なることを特徴とするマグネッ卜装置。

6 . 請求の範囲第 4項または 5に記載のマグネット装置において、前記第二の静磁場発生源を構成する電流搬送手段の起磁力の絶対値和が、前記第一の静磁場発生源を構成する電流搬送手段の起磁力の絶対値和よりも大きいことを特徴とするマグネット装置。

7 . 請求の範囲第 3、 4、 5または 6項に記載のマグネット装置において、

前記第一、第二の静磁場発生源は、それぞれ、所定の領域における均一磁場の形成を補助する強磁性体を有することを特徴とするマグネット

8 . 請求の範囲第 3、 4、 5、 6または 7項に記載のマグネット装置において、

前記第一の静磁場発生源側に設けられた、洩れ磁場を抑制するための第一の洩れ磁場抑制材と、

前記第二の静磁場発生源側に設けられた、洩れ磁場を抑制するための第二の洩れ磁場抑制材を備え、

前記第一の洩れ磁場抑制材と前記第二の洩れ磁場抑制材は、磁性材の支柱で互いに接続、支持されていることを特徴とするマグネット装置。 9 . 請求の範囲第 3、 4、 5、 6または 7に記載のマグネット装置において、

前記第一、第二の静磁場発生源は、それぞれ、漏れ磁場を抑制するためのシールド電流を搬送するシールド電流搬送手段を備えていることを特徴とするマグネッ卜装置。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載のマグネッ卜装置において、

前記第一の静磁場発生源のシールド電流搬送手段の磁気モーメントの絶対値が前記第二の静磁場発生源のシールド電流搬送手段の磁気モーメン卜の絶対値よりも大きいことを特徴とするマグネッ卜装置。

1 1 . 請求の範囲第 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9または 1 0項に記載のマグネット装置を備えた M R I装置。

1 2 . 互いに対向するように配置された 2つの静磁場発生源を備えたマグネット装置と、

前記 2つの静磁場発生源の間の、一方の静磁場発生源に偏った位置に被検体を挿入するための移動式テーブルを備えたことを特徴とする M R

1 3 . 請求の範囲第 5項に記載のマグネット装置において、前記第一および第二の静磁場発生源の磁極として機能するそれぞれの強磁性体の直径は、前記第一および第二の静磁場発生源によって生成される均一磁場領域の中心から見た迎角がほど同一となるように、前記第一の静磁場発生源の磁極として機能する強磁性体の直径が前記第二の静磁場発生源の磁極として機能する強磁性体の直径より大きく設定されていることを特徴とするマグネット装置。

1 4 . 請求の範囲第 8項に記載のマグネット装置において、前記第一の洩れ磁場抑制材と前記第二の洩れ磁場抑制材は、その形状が異なることを特徴とするマグネット装置。

1 5 . 請求の範囲第 1 4項に記載のマグネット装置において、前記第二の洩れ磁場抑制材の磁路断面積は前記第一の洩れ磁場抑制材の磁路断面積より大きく設定されていることを特徴とするマグネット装置。

1 6 . 被検者を受け入れる空間を挟んで上下に対向して配置され、それぞれ上下方向の磁界を発生する一対のマグネットアセンブリを有し、上記一対のマグネッ卜アセンブリによって生成される均一磁場領域が上記 —対のマグネットアセンブリによって形成される空間の幾何学的中央面より下方に横たえられる被検者の位置をカバーするよう、上記一対のマグネッ卜アセンブリ中の上部マグネットアセンブリの生成する全磁気モ —メントの絶対値を下部マグネットアセンブリの生成する全磁気モーメントの絶対値より大きく設定したことを特徴とする開放型 M R I装置用の静磁場発生装置。

1 7 . 上記一対のマグネッ卜アセンブリはそれぞれ上下方向の磁界を発生せしめる同心に配置された複数個のュニットコイルを有し、下部マグネッ卜アセンブリ中のュニットコイルの数は上部マグネッ卜アセンブリ中のュニッ卜コイルの数より多く設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載の開放型 M R I装置用の静磁場発生装置。

1 8 . 上記一対のマグネットアセンブリのそれぞれの複数個のュニッ卜コイルは超伝導コイルであり、それぞれのマグネットアセンブリ用の真空容器中に収容されている低温容器中に配設されていることを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載の開放型 M R I装置用の静磁場発生装置。

1 9 . 上記一対のマグネットアセンブリは、それぞれ隣接する複数個のュニッ卜コイル間に少なくとも 1つのリング状強磁性体をそれらの隣接するュニッ卜コイルとほぼ同心に配置したことを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載の開放型 M R I装置用の静磁場発生装置。

2 0 . 被検体を受け入れる空間を挟んで互いに上下方向に対向して配置され、その間に上下方向の静磁場空間を生成する一対のマグネットァセンブリ；および、被検体をその一対のマグネットアセンブリに挟まれた静磁場空間に担持しかつ保持する移動式べッド；を有する開放型 M R I 装置において：

上記一対のマグネッ卜アセンブリのそれぞれが生成する全磁気モ一メントおよび上記移動式べッドの静磁場空間における高さは、被検体の上方に十分な静磁場空間が形成されるよう、検査中の被検体を下側のマグネッ卜アセンブリ側に偏って配置出来るように、選ばれている開放型 M R I装置。

2 1 . 被検体を受け入れる空間を挟んで互いに上下方向に対向して配置され、その間に上下方向の静磁場空間を生成する一対のマグネッ卜ァセンブリを有する開放型 M R I装置において、

上記一対のマグネットアセンブリは、一方のマグネットアセンブリにより生成される磁気モ一メン卜が他方のマグネッ卜アセンブリにより生成される磁気モーメントより大きくなるよう構成されている開放型 M R I装置。

2 2 . 請求の範囲第 2 1項に記載の開放型 M R I装置において、被検体を前記一対のマグネッ卜アセンブリにより形成される静磁場空間内に担持しかつ保持する移動可能なべッドを有し、

上記一対のマグネットアセンブリは、上側のマグネットアセンブリにより生成される磁気モーメン卜が下側のマグネットアセンブリにより生成され磁気モーメン卜より大きくなるよう構成されており、上記べッドは、被検体の検査の過程において上記べッドと上記上側マグネットァセンブリとで形成される空間領域が、上記べッドと下側マグネットァセンプリで形成される空間領域よりも実質的に大きくなるよう前記静磁場空間内に配置制御される開放型 M R I装置。