JPH10146326A

JPH10146326A - Ｍｒｉ用磁界発生装置

Info

Publication number: JPH10146326A
Application number: JP8324762A
Authority: JP
Inventors: Hideya Sakurai; 秀也桜井; Masaaki Aoki; 雅昭青木
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】被検者に圧迫感を与えることなく、小型で低
コストの構成でありながら、撮像空間に安定的に均一な
静磁場を得ることが可能で、高感度で鮮明な画像が得ら
れる構成のＭＲＩ用磁界発生装置の提供。【解決手段】空隙を形成して対向する一対の磁極片の
周縁部に、磁界補強用コイル１４が巻着されることによ
り、磁気回路形状を変更したり、磁石重量や面積を増加
させることなく、単純な構造で磁界強度の増減が可能、
また、コイルに導電する電流の方向を調整することによ
って、磁界分布の調整が可能、磁界均一性が向上。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、医療用磁気共鳴
断層撮影装置（以下ＭＲＩという）等に用いられる磁界
発生装置の改良に係り、空隙を形成して対向する一対の
磁極片の周縁部に磁界調整用コイルを巻着することによ
り、空隙内に強力かつ高精度で均一な磁界を発生させる
ＭＲＩ用磁界発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩは、強力な磁界を形成する磁界発
生装置の空隙内に、被検者の一部または全部を挿入し
て、対象物の断層イメージを得てその組織の性質まで描
き出すことができる装置である。上記ＭＲＩ用の磁界発
生装置において、空隙は被検者の一部又は全部が挿入で
きるだけの広さが必要であり、かつ鮮明な断層イメージ
を得るために、通常、空隙内の撮像視野内には、０．０
２〜２．０Ｔでかつ１×１０^-4以下の精度を有する安定
した強力な均一磁界を形成することが要求される。

【０００３】ＭＲＩに用いる磁界発生装置として、図７
（Ａ），（Ｂ）に示すように、磁界発生源としてＲ‐Ｆ
ｅ−Ｂ系磁石を用いた一対の永久磁石構成体１，１の各
々の一方端に磁極片２，２を固着して対向させ、他方端
を継鉄３にて連結し、磁極片２，２間の空隙４内に、静
磁界を発生させる構成が知られている（特公平２‐２８
０１０号公報）。磁極片２，２には、空隙４内における
磁界分布の均一度を向上させるために、周縁部に環状突
起５を設けたり、さらに中央部に凸状突起（図示せず）
を設けた構成（実公平５‐３７４４６）等が採用され、
通常、電磁軟鉄、純鉄等の磁性材料を削りだした板状の
バルク（一体物）から構成される。図において、符号６
は傾斜磁界コイルである。

【０００４】しかし、上記の磁界発生装置において、磁
極からの磁束は空隙内に漏洩しやすく、空隙中心垂直線
上では、磁極面に近い程磁界強度が高くなる性質がある
ため、使用磁界空間で所望の高い均一磁界を得るために
は、高価な永久磁石を大量に使用する、磁極間距離や磁
極面積を大きくするなど、使用磁界空間の数倍以上の空
隙を要し、磁気回路が大型となってしまい、しかもコス
トが高いという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで出願人は、磁界
発生源としてＲ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種）８原子％〜３０原子％、Ｂ２原子％〜２
８原子％、Ｆｅ４２原子％〜９０原子％を主成分とし主
相が正方晶からなる永久磁石を配置し、該永久磁石を磁
界発生装置に適用することにより、磁界発生装置の小型
化が達成でき、さらに、該永久磁石の温度特性より、該
永久磁石を冷却保持することにより、著しく高い最大エ
ネルギー積が得られ、磁石重量をさらに軽量化できるこ
とを知見した（特公平４‐２２００９号）。

【０００６】また、一対の永久磁石構成体の磁極面が、
空隙に対して凹状湾曲面を形成するように、平板状の永
久磁石構成体の周囲に別途の永久磁石構成体を配置する
ことにより、磁気回路空隙内の磁界均一度及び磁界強度
が向上して、高精度で均一な磁界域を拡大できることを
知見した（特公平３‐２００５３号）。

【０００７】しかし、前者では冷却装置が必要であり、
後者では複数の永久磁石構成体が必要であり、構造が複
雑となって組立に手間もかかり、また価格も高くなるな
どの問題があった。

【０００８】また、空隙内の磁界の均一度の向上を目的
として、出願人は、永久磁石と同一磁化方向を有した少
なくとも１の補助永久磁石を、永久磁石の内部および／
または外部に、該永久磁石の磁化方向に移動自在に装着
し、空隙への磁束発生量を調整可能にした構成（特公平
３‐７１２４号）、および磁性体からなる磁力調節棒
を、少なくとも空隙内への突出量可変に継鉄に設けて、
磁束短絡量を加減できる構成（実公平２‐４１８４１
号）を提案した。しかし、これら補助永久磁石や磁力調
節棒による磁束の短絡量をあまりに大きくすると、磁界
強度の低下を招く恐れがある。

【０００９】さらに、高均一度、高安定性の静磁場を形
成するために、一対の永久磁石及び該磁石を磁気的に結
合するとともに、ほぼ密閉された空間を形成する磁気ヨ
ークからなる静磁界発生手段において、該一対の永久磁
石の夫々に近接する配置で、上記静磁界の一様性を補正
するための複数の補助コイルを具備し、該補助コイルへ
の印加電流は、永久磁石の静磁界分布及び補助コイルが
形成する磁場への上記磁気ヨークの影響を打ち消す様に
決定される構成の核磁気共鳴装置が提案されている（特
開昭６１‐１７０５３号）。

【００１０】しかし、上記の構成では一対の補助コイル
が各磁極片の空隙対向面に配置されており、該補助コイ
ルを配置するために空隙が狭くなる。被検者に圧迫感を
与えないよう空隙を広げると、静磁場の強度が弱まり良
質な画像が得られないという問題がある。

【００１１】しかも、上述のＭＲＩ用磁界発生装置を使
用した撮像途中で、建屋の近隣での自動車や電車等の移
動や装置が設置された建物のエレベーター等の移動、さ
らに、磁石温度の変化によって、磁界強度が突然動的に
変化した場合、従来のメカニカルな磁界調整方法では対
応できないという問題があった。

【００１２】この発明は、ＭＲＩ用磁界発生装置の所望
の磁界強度における上記現状に鑑み提案するもので、被
検者に圧迫感を与えることなく、小型で低コストの構成
でありながら、撮像空間に安定的に均一な静磁場を得る
ことが可能で、高感度で鮮明な画像が得られる構成のＭ
ＲＩ用磁界発生装置の提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成するために種々検討した結果、空隙を形成して対向
する一対の磁極を継鉄で磁気的に結合し、該空隙に磁界
を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置において、前記磁極
に配置した磁極片の周縁部に磁界調整用コイルを巻着し
て、該コイルに導電することにより、磁界強度の増減が
可能となり、しかも電流の方向を調整することによっ
て、磁界分布の調整が可能となり、磁界均一性が向上す
ることを知見し、この発明を完成した。

【００１４】また、発明者らは、上記構成からなるＭＲ
Ｉ用磁界発生装置において、磁極片が環状突起を含み、
該環状突起周縁部に磁界調整用コイルを巻着する構成、
並びに高精度の磁界分布の調整が可能な構成として、環
状突起が複数の弓型の環状突起部材からなり、該環状突
起部材各々に磁界調整用コイルが巻着する構成を併せて
提案する。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の対象とするＭＲＩ用磁
界発生装置は、空隙を形成して対向する一対の磁極が継
鉄で磁気的に結合された構成であれば、後述する実施例
に限定されることなく、いかなる構成にも適用できる。
さらに、磁路形成用の継鉄の形状寸法等も要求される空
隙の大きさ、磁界強度、磁界均一度等、種々の諸特性に
応じて適宜選定すればよい。

【００１６】磁界発生源となる磁石構成体としては常電
導磁石、超電導磁石または永久磁石等が使用できるが、
永久磁石を採用する場合、フェライト磁石、希土類コバ
ルト系磁石等の公知の磁石材料が使用できる。特に、Ｒ
としてＮｄやＰｒを中心とする資源的に豊富な軽希土類
を用い、Ｂ，Ｆｅを主成分として３０ＭＧＯｅ以上の極
めて高いエネルギー積を示すＦｅ‐Ｂ−Ｒ系永久磁石を
使用することにより、著しく小型化することができる。
また、これらの公知の永久磁石を組み合わせて配置する
ことにより、装置の小型化を著しく阻害することなく、
経済的に優れた磁界発生装置を提供することができる。

【００１７】図１（Ａ），（Ｂ）は、この発明による磁
界発生装置の一実施例を示す縦断面説明図と斜視説明図
である。例えば純鉄などからなる磁性材ベース１１の空
隙対向面に断面五角形型の積層けい素鋼板からなる環状
突起１２が配置され、その内側に内部磁極片１３が配置
され、環状突起１２の周縁部には、磁界調整用コイル１
４が巻回される。なお、内部磁極片１３を配置せず、磁
性材ベース１１上に環状突起１２を直接配置し、その周
縁部に磁界調整用コイル１４を巻着した構成でもこの発
明の目的が達成できる。また、図２に示すように、磁性
材ベース１１および磁極片を構成する環状突起１２周縁
に、または磁性材ベース１１と環状突起１２及び永久磁
石構成体周縁に磁界調整用コイル１４を巻回した構成で
も上記の構成と同様な作用効果が得られる。

【００１８】この発明において、磁極片を構成する磁性
材ベースは、電磁軟鉄、純鉄などの従来から磁極片とし
て公知の材料を使用することができる。磁性材ベース
は、磁界強度の均等化とともに磁極片全体の機械的強度
を確保し、磁界発生装置の組立作業性を良好にする。

【００１９】この発明において、磁極片を構成する材料
は、実施例の材料に限定されるものでなく、純鉄あるい
は軟磁性粉を電気絶縁性材料で成型したもの等が採用で
きるが、保磁力が小さく電気抵抗の高いＭｎ−Ｚｎ系、
Ｎｉ‐Ｚｎ系等種々のソフトフェライトやけい素鋼板の
積層体を採用することにより、パルス磁界印加時に磁性
材ベースに発生する渦電流や残留磁気の発生を低減でき
る。特に、積層けい素鋼板とソフトフェライトを併用す
ることによって、これらの材料が有する長所を有効に活
用することができる。積層けい素鋼板はソフトフェライ
トに比べ安価であることから経済的メリットが大きい。

【００２０】また、図８に示す磁極片２０のように、上
記の材料を磁性材ベース２１上に配置する際には、材料
を複数のブロック状磁極片部材２３，２４とすれば、渦
電流や残磁現象の低減効果も大きく、作業性良く取付け
できる。上記の磁極片部材２３，２４の厚みや磁性材ベ
ースの厚み比を最適化することにより、磁極片２０の機
械的強度を確保し、磁極片２０に要求される磁界強度の
均等化と渦電流および残磁現象の防止効果が得られる。

【００２１】さらに、この発明において、空隙内の磁界
均一度を向上させるために、円板状磁性材ベース２１の
周縁部に電磁軟鉄、純鉄等の磁性材リング２２からなる
突起を形成することが望ましい。これらの磁性材リング
は、渦電流の影響を軽減する目的で磁性材ベースとの間
を電気的に絶縁することが望ましい。特に、周方向に１
つ以上のスリットを設けて分割すれば、一層渦電流の軽
減効果が得られる。

【００２２】環状突起の断面は略三角形や台形等、適宜
選定されるが、内径面が上方へ広がる傾斜面であれば、
良好な均一磁界が安定して得られる。また、磁極片の対
向面の全面に単一あるいは複合曲率半径のなだらかな曲
面を有する凹状湾曲面としても同様の効果が得られる。

【００２３】この発明において、上記環状突起を含む磁
極片に磁界調整用コイルを巻着し、通電することによっ
て、磁界発生源の磁界を補強し、磁界強度の増減が可能
となり、特に磁極片に環状突起を有する構成であれば、
磁極片の周縁部に磁界調整用コイルを巻着することによ
り環状突起の磁界均等化効果とあいまって良好な均一磁
界が得られる。

【００２４】さらに、環状突起が周方向に複数のスリッ
トが設けられて複数個に分割された構成である場合、図
３に示すように分割された環状突起１２₁，１２₂，１２
₃の各々に磁界調整用コイル１４を巻着し、それぞれに
通電する電流の量を調整することにより、磁界分布の微
調整が可能になるという長所もある。

【００２５】また、図５に示すように撮像空間の磁界分
布がＸ軸を介してＹ軸のプラス、マイナス方向で非対称
である場合、一方の磁界調整用コイル１４₃，１４₄を増
磁側に、他方の磁界調整用コイル１４₁，１４₂を減磁側
に通電することにより、磁界分布の調整が可能となっ
て、磁界均一性が向上する。

【００２６】この発明による上記構成のＭＲＩ用磁界発
生装置を用いると、磁気回路形状を大きく変更したり、
磁石重量や面積を増やすことなく、従来から使用される
磁極片の周縁部に磁界調整用コイルを巻着することによ
って、磁界強度の増減が可能となる。また、一対の磁極
片にそれぞれ巻着する磁界調整用コイルの各々の電流の
方向を調整することによって、空隙の磁界分布の調整が
簡単に行なえるようになり、磁界均一性が向上する。

【００２７】さらに、渦電流対策のため環状突起をその
周方向に複数のスリットを設け、弓型の環状突起構成体
の集合体とした構成とし、該環状突起構成体の各々に磁
界調整用コイルを巻して、それぞれに通電する電流量を
調整することにより、磁界分布の微調整が可能となる。

【００２８】しかも、磁界発生源としてＲ‐Ｆｅ‐Ｂ系
永久磁石を用いた場合、この希土類磁石は温度係数−
０．１％／℃を有するが、磁極片または磁極片及び永久
磁石周縁部に巻回した磁界調整用コイルが、通電され続
けると発熱して永久磁石を保温することから、磁石の温
度が一定に保たれ、磁界強度が安定化される。従って、
磁界中にセンサーを配置すれば、温度変化によって磁界
強度が変化した場合、磁界調整用コイルを通電して磁界
を安定に維持することができる。また、撮像途中に自動
車やエレベーターの移動によって磁界に妨害を受けるこ
とがあっても、この発明の磁界調整用コイルを配置する
ことにより、ダイナミックな磁界の変化の補正が可能と
なる。

【００２９】

【実施例】

実施例１図１（Ａ），（Ｂ）と同様構成の磁界発生装置に、外径
１３００ｍｍ×内径１９０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ寸法の
ＢＨｍａｘ４０ＭＧＯｅを有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久
磁石を用い、永久磁石の空隙側に外径１２００ｍｍ×高
さ４０ｍｍ寸法の純鉄からなる磁性材ベースの上に、外
径１２００ｍｍ×内径１０００ｍｍ×高さ７０ｍｍ寸法
の低炭素鋼からなる環状突起を周配置し、環状突起内に
外径１０００ｍｍ×高さ（中央部）２５ｍｍ寸法のソフ
トフェライトからなる磁極片を着説した。なお、ソフト
フェライトは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｈｃ＝６．０
Ａ／ｍ、Ｂｓ＝０．５４Ｔ、ρ＝０．２Ω・ｍである。

【００３０】なお、上下一対の環状突起の対向面間距離
を５００ｍｍに設置し、環状突起周縁部に電気用銅線か
らなる磁界調整用コイルを１０００ターン巻回し、１０
Ａの電流を、一方のコイルを静磁場と同方向の増磁側に
通電し、片方のコイルに静磁場と反対方向の減磁側に通
電した。この構成で中心磁界強度を約１２０Ｇａｕｓｓ
増加することができた。

【００３１】この場合は空隙中心部の磁界補強が目的で
あるが、自動車やエレベーターの移動による磁界の変化
を補正することが目的である場合は、これよりも少ない
導線の巻数あるいは電流値で磁界を補正することができ
る。導線の巻線及び電流値は補正すべき部分や所望の磁
界強度に合わせて適宜選定される。

【００３２】実施例１の構成において撮像空間を球体と
想定し、該球体空間を水平面で１５分割した各プレーン
における磁界分布を図４（Ｂ）に示す。さらに、実施例
１と同様の構成で、磁界調整用コイルが配置されない構
成の従来の磁気回路を作成し、実施例１と同様に磁界分
布を調べた結果を図４（Ａ）に示す。図４に明らかなご
とく、この発明による構成はわずかな電流値で磁界の均
一性が大幅に向上できたことが分かる。

【００３３】実施例２図３、図５に示すように、環状突起をその周方向に複数
のスリットを設けて複数の弓型の環状突起部材の集合体
とし、該環状突起部材各々に磁界調整用コイルを巻回し
た。図６（Ｂ）に示すように、磁界調整用コイルを配置
しない場合の図６（Ａ）よりも、磁界均一度が向上して
いることが分かる。

【００３４】

【発明の効果】この発明は、空隙を形成して対向する一
対の磁極片の周縁部に、磁界調整用コイルが巻着される
ことにより、磁気回路形状を変更したり、磁石重量や面
積を増加させることなく、単純な構造で磁界強度の増減
が可能となった。また、コイルに導電する電流の方向を
調整することによって、撮像空間の磁界分布がＸ軸を介
して上下で非対称である場合、一方のコイルに他方のコ
イルとは逆向きに導電することによって、磁界分布の調
整が可能となり、磁界均一性が向上した。

【００３５】さらに、渦電流低減のために磁極片の環状
突起をその周方向に複数のスリットを設け、複数の分割
された環状突起部材の集合体となす場合は、該環状突起
部材の各々に磁界調整用コイルを巻回し、それぞれのコ
イルの電流量を調整することによって、磁界分布の微調
整が可能となった。

【００３６】また、雰囲気の温度の影響を受けやすい希
土類磁石を主要な磁界発生源として採用する場合は、磁
界調整用コイルへの導電による発熱によって、永久磁石
の保温が可能となり、安定した均一磁界を得ることがで
きる。加えて、撮像途中に自動車やエレベーターの移動
等、何らかの原因により磁界強度が動的に変化した場合
でも磁界分布の調整が即座に可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は、この発明による磁界発生装
置の一実施例を示す縦断面説明図と斜視説明図である。

【図２】この発明による磁界発生装置の他の実施例を示
す縦断面説明図である。

【図３】この発明による磁界発生装置の分割型環状突起
の実施例を示す斜視説明図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、球体空間を水平面で１５分
割した際の各プレーンにおける磁界分布図であり、
（Ａ）は従来の磁界発生装置の場合、（Ｂ）はこの発明
による磁界発生装置の場合を示す。

【図５】この発明による磁界発生装置の分割型環状突起
の実施例を示す上面説明図である。

【図６】Ｘ軸方向の磁界分布図であり、（Ａ）は従来の
磁界発生装置の場合、（Ｂ）はこの発明による磁界発生
装置の場合を示す。

【図７】（Ａ）は従来のＭＲＩ用磁界発生装置の構成を
示す正面説明図であり、（Ｂ）はその横断説明図であ
る。

【図８】（Ａ）は従来のＭＲＩ用磁界発生装置に用いら
れる磁極片の構成を示す上面図であり、（Ｂ）は縦断説
明図である。

【符号の説明】

１永久磁石構成体２，２０磁極片３継鉄４空隙５，１２，１２₁，１２₂，１２₃，１２₄ 環状突起６傾斜磁界コイル１１，２１磁性材ベース１３内部磁極片１４，１４₁，１４₂，１４₃，１４₄ 磁界調整用コイル２２磁性材リング２３，２４磁極片部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空隙を形成して対向する一対の磁極を継
鉄で磁気的に結合し、該空隙に磁界を発生させるＭＲＩ
用磁界発生装置において、前記磁極に配置された磁極片
の周縁部に磁界調整用コイルが巻着されたＭＲＩ用磁界
発生装置。
【請求項２】請求項１において、磁極片が環状突起を
含み、該環状突起周縁部に磁界調整用コイルが巻着され
たことを特徴とするＭＲＩ用磁界発生装置。
【請求項３】請求項２において、環状突起が複数の弓
型の環状突起部材からなり、該環状突起部材の各々に磁
界調整用コイルが巻着されたことを特徴とするＭＲＩ用
磁界発生装置。