JPH01283905A - Ｍｒｉ装置用均一磁場の偏位方法及びそれを用いた静磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核磁気共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ−Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ−Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　：略してＮＭＲ）現象を利
用して、人体の断層像を映像化する核磁気共鳴イメージ
ング装置！（以下、ＭＲＩ装置と称す）の静磁場発生装
置に係り、特に均一磁場空間を磁場空間内の中央から偏
位させる方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象、即ちある原子核が磁場中で
特定波長の電磁波エネルギーを共鳴吸収し、次いでこれ
を電磁波として放出する現象を用いて、被検体の任意断
面を映像化する。したがって、ＭＲＩ装置には被検体を
磁場内に位置させる静磁場発生装置が必要不可欠である
。そして、静磁場発生装置には、被検体の撮影部位にお
ける対象核種（通常一番多く対象とされるのはＩＨ：プ
ロトン）に共鳴現象を起こさせるため、ある大きさを有
した均一磁場空間を発生させることが要求される。

ところで、従来のＭＲＩ装置における静磁場発生装置に
は、電磁石方式と永久磁石方式とがあるが、いずれにお
いても均一磁場空間は、磁石内の空間の中心部、又は磁
石間の空間の中心部に位置するものであった。したがっ
て、被検体も前記磁石空間の中心部に位置させられるも
のであった。

これを永久磁石方式の静磁場発生装置を例として図によ
り説明する。永久磁石方式の静磁場発生装置は第８図及
び第９図に示すように、一対の鉄製ヨークｌａ、ｌｂで
永久磁石２ａ、２ｂ及び磁極片３ａ、３ｂを各々支持し
、ヨークｌａ、ｌｂを４本のカラム７ａ〜７ｄで所定距
離だけ隔てて対向保持して構成されている。この静磁場
発生装置において永久磁石２ａと２ｂとは互いに極性を
異ならせて対向させられており、磁気回路は、永久磁石
２ａ→磁極片３ａ→磁極片３ｂ→永久磁石２ｂ→ヨーク
１ｂ→カラム７ａ〜７ｄ→ヨーク１ａ→永久磁石２ａで
形成される。これらの構成部品のうち磁極片（ポールピ
ース）３ａ、３ｂは被検体１が入る磁場空間、即ち磁極
片３ａ、３ｂ間の中央部に均一度の良い磁場空間を形成
するために設けられている。（磁場均一度＝ある空間の
磁場変化量÷中心磁場強度で表わされ、ＭＲＩ装置では
ｌ０ＰＰＩＩのオーダが必要とされている。）そして、
前記の如く磁極片３ａ、３ｂ間に、周辺への磁束漏れを
抑制して均一度の良い磁場空間を形成するため、磁極片
３ａ及び３ｂの周縁部には環状突起６ａ、６ｂが設けら
れている。

従来、上記静磁場発生装置では磁石２ａ、２ｂの強度が
等しく形成され、また前記環状突起６ａ。

６ｂも同一形状に形成されていた。したがって、均一磁
場空間は磁極片３ａと３ｂとの中央部に形成されるもの
であった。それゆえに、被検体１も磁極片３ａと３ｂと
の中央部に位置させられるものであった。

上記従来の静磁場発生装置では、被検体４０入り得る有
効ギャップは、磁極片３ａと３ｂとの各々の環状突起６
ａ、６ｂの突端部間距離Ｌｇとなるのであるが、Ｌｇの
間には、被検体４の他にイメージングに必要な傾斜磁場
コイル５ａ、５ｂの他に、ＲＦ照射コイル、ＲＦ受信コ
イル、被検体支持のための寝台の天板等の図示を省略し
たものが挿入されるため、実際には被検体４の入り得る
ギャップはＬｇ以下となることが避けられないものであ
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の静磁場発生装置では、次のような問題点が生
ずるものであった。

（１）磁場均一空間１０が第１０図に示すように磁極片
間の中央部に形成されるために、被検体１もその位置に
合わせて位置させられる。したがって、第１０図のよう
に被検体１が天板２上にあお向けに横たわると、被検者
にとって非常に圧迫感を感じる。

（２）上記被検体の感する圧迫感を減らすため及び腹部
の厚みの厚い被検体が入らないことがないように上記ギ
ャップを拡げると、第１１図に示すように、第１０図の
ＬｇｌをＬｇｚに拡げることとなり、第１０図と比較し
、２Ｘ（Ｌｇｚ−Ｌｇｘ）のギャップ拡大となり、静磁
場強度の低下を招く。そのため同一静磁場強度を保つた
めには磁石の強度を上げなければならなくなり、静磁場
発生装置が非常に高価になる。さらに、被検体の背後に
は大きな無駄な空間寸法Ｅ１が生ずる。

そこで、本発明は、上記問題点を解決することを課題と
し、より詳しくは、静磁場発生装置における均一磁場空
間を磁極片間の幾何学的中心から一方の磁極片側に偏位
させ、被検体に圧迫感を与えず、さらに安価なＭＲＩ装
置用静磁場発生装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、空間を挟んで極性を異ならせて対向して配
置する一対の静磁場発生手段の各静磁場発生強度を所定
値異ならせてその値に応じた前記空間位置に磁場中心を
設定し、前記各静磁場発生手段の対向面の形状を前記空
間内における磁力線分布を前記磁場中心を中心とする所
定空間領域に略均一な磁場空間を生成する如く非対称の
形状とし、前記一対の静磁場発生手段同志を磁性体によ
り磁気結合し、前記略均一な磁場空間を前記一対の静磁
場発生手段間の中央部より所定値偏位させる方法によっ
て解決される。

そしてまた、上記課題は、上記方法を具現化した装置、
即ち、静磁場発生強度を所定値異ならせかつ極性を異な
らせて対向させた一対の静磁場発生手段と、前記一対の
静磁場発生手段を被検体を挿入可能に所定空間距離を隔
てて支持する磁性体より成る支持手段と、前記各静磁場
発生手段の対向面に設けられ、対向面の周縁部に形状の
異なる突起が形成された一対の均一磁場生成手段とを備
え、前記空間の前記一対の静磁場発生手段の磁場強度に
対応した点の近傍に略均一磁場空間を生成することを特
徴とするＭＲＩ装置用静磁場発生装置によって解決され
る。

更に、静磁場発生装置をブロック状の永久磁石を組み合
せて構成することにより上記課題は解決される。

〔作用〕

各々の静磁場発生強度が異なるように構成された一対の
静磁場発生手段を所定距離の空隙を有して対向させると
、静磁場発生手段に挟まれた空間内には静磁場発生手段
の静磁場発生強度の比率に応じた所に磁場中心（各静磁
場発生手段に対して磁場強度の絶対値が等しい点又はこ
の点の集合）が設定される。そして、各静磁場発生手段
の対向面の形状によって、各静磁場発生手段の対向面の
磁力線が前記′８ｉ場中心の中心部へ向けられ、磁場中
心点の近傍に均一度の良い磁場空間を形成する。

上記均一磁場空間は、静磁場発生手段間の中央部からは
偏位して生ずるため、撮影に際して被検体はその均一磁
場空間の中央に位置させられるため、被検体の前面側に
より多くの空間ができるため圧迫感はなくなる。

そして、静磁場発生手段はブロック状の永久磁石の組合
せ体であるので、ブロック状永久磁石の総数を保ったま
までも前記圧迫感をなくせ、静磁場発生装置の価格上昇
を抑えることができる。

〔実施例〕

以下、図面によって本発明の一実施例を説明する。

第１図は、静磁場発生装置において均一磁場を偏位させ
る方法を、静磁場発生手段（静磁場発生源）に永久磁石
を用いた場合を例として説明する原理図である。第１図
において、２０１及び２０２は永久磁石を主構成要素と
する第１及び第２の静磁場発生源である。この第１及び
第２の静磁場発生源２０１及び２０２は、距離Ｌｇを隔
てて図示を省略した支持手段、望ましくは透磁率の高い
材料、例えば低炭素鋼材より成る支持部材によって結合
保持されている。第１図において、静磁場Ｈｏの方向は
、静磁場発生源２０１より静磁場発生源２０２へ向いて
いるものとする。この場合、磁気回路は、静磁場発生源
２０１→静磁場発生源２０２→支持部材１０２→支持部
材１０３→支持部材１０１→静磁場発生源２０１となる
。そして、各静磁場発生源２０１，２０２の対向面は凹
面状に形成されている。

従来の静磁場発生装置では、静磁場発生源２０１゜２０
２の磁場発生強度は等しくされ、かつその対向面の凹面
形状も同一形状とされていたので、磁場中心点は各静磁
場発生源から等距離の所、即ち１／２Ｌｇの所の点Ｏ′
になるものであった。これに対し、本発明では、静磁場
発生源２０１と２０２との静磁場発生強度に次に述べる
ようにして差を設けている。

ＭＲＩ装置においては、静磁場強度ＨＯは原子核スピン
のラーモア歳差運動の角速度ω０（ω０＝γ・Ｈｏ　；
ここにγは磁気回転比と呼ばれ、核種固有の定数である
。）を決定する重要なものである。この静磁場強度Ｈｏ
は、静磁場発生［２０１゜２０２が持つ磁気的エネルギ
と、静磁場発生源２０１．２０２の間の空間体積（対向
する面の面積Ｘ間隙距１ｉＦｌ）とによって決定される
。したがって、静磁場発生装置の仕様、即ち静磁場強度
Ｈ。

と磁石面間距離とを決定すると、磁石に要求される磁気
的エネルギが決まる。

磁石に要求される磁気的エネルギが決まれば、磁石材の
単位体積当りの磁気エネルギから磁石の体積は計算によ
って求めることができる。

従来の装置では、この求められた磁石の量を均等に分割
し、極性を違えて配置していた。本発明では、磁石を均
等に分割するのではなく、対向する磁石間の空間の中央
から所定値だけずらした位置に磁場中心がくるように磁
石を分割するのである。

磁場中心という概念は、２つの磁石を所定空間距離だけ
隔てて対向したときに、この空間内に磁気双極子を存在
させたと仮定すると、磁気双極子に作用する２つの磁石
の吸引力又は反溌力が等しい点と定義付けられる。した
がって、磁石の磁気量をｍ、磁石から磁場中心までの距
離をγとした場合、磁気双極子に作用する力Ｆは ここにλは比例定数 で表わされる。

この（１）式の関係を本発明に適用するには、静磁場発
生源２０１の磁気エネルギをｍｌ、静磁場発生源２０２
の磁気エネルギをｍ２とし、このｍｌとｍ２との合計エ
ネルギで静磁場強度Ｈｏを発生させる。そして静磁場発
生！２０１と２０２との間隔をＬｇとし、磁場中心は静
磁場発生源２０１からＬｇｌ、静磁場発生源２０２から
Ｌｇ２の点に生じさせるとする。すると上記説明及び（
１）式なる関係が導かれ、磁石の分割比率を決定するこ
とができる。

次に、静磁場発生源２０１，２０２の各対向面の凹面形
状について説明する。この凹面形状は、静磁場発生源２
０１，２０２の周縁部の全周にわたって突起部３０１，
３０２を設けて形成される。

突起部の形成は種々の方法で可能であるが、その機能は
、静磁場発生源の周辺部の磁力線の方向を磁場中心部へ
向けるようにして、磁場中心部の磁力線分布密度を高く
し、磁場中心部の所定空間領域の磁場均一度を良くする
ことにある。第２図に静磁場発生源２０１，２０．２か
ら各々Ｌｇｔ＋Ｌｇｚの点の近傍に均一磁場空間（撮影
野：約３０ａｎ球空間）を生成する概略寸法の一例を示
す。

次に、上記方法を具現化した装置の実施例を第３図乃至
第５図によって説明する。第３図は静磁場発生源に永久
磁石を用いた例である。静磁場発生装置は、環状突起６
１を有する円盤状の磁極片（以下、ポールピースという
）３１と、同じく環状突起６２を有するポールピース３
２とを被検体が入り得る空間を形成して対向し、これら
のポールピース３１，３２の各々の背後に永久磁石２１
゜２２と、ヨーク１１．１２とを配置し、カラム７１〜
７４でヨーク１１．１２を前記ポールピース３１，３２
間に被検体が入る空間を維持するように支持して構成さ
れている。この場合の磁気回路は、永久磁石２１→ポ一
ルピース３１→ポールピース３２→永久磁石２２→ヨー
ク１２→カラム７１〜７４→ヨーク１１→永久磁石２１
となっている。永久磁石２１．２２は、静磁場中心点Ｏ
から各ポールピース３１，３２の環状突起６１゜６２間
の距離をＬｇ１’　、Ｌｇｚ’　としたときＬｇ１′＜
Ｌｇｚ’　　とするために、前述の原理に従って、永久
磁石２１の発生磁場強度〉永久磁石２２の発生磁場強度
となるよう磁石自体の強度を異ならせている。

次に、この永久磁石について説明する。永久磁石２１及
び２２は、第３図では単一の円筒状ブロック体として示
しているが、製造上単体とすることは非常に困難であり
、実際は第４図に示すように、立方体の小さなブロック
磁石２５を、層状にかつ近似的に円筒状になるように組
み立てたものである。したがって、永久磁石の発生磁場
強度に差を付けることは、磁石２５の組立て方（使用個
数とその分布）によって変更する方法で行われる。

すなわち、本実施例では、従来の装置と比較して、永久
磁石２１を永久磁石２２より磁石２５の数を増やし、そ
の分を永久磁石２２より減らしている。

これによって、磁石としての最大エネルギー積（静磁場
ＨＯに関係する。）を変えずに、磁場中心を永久磁石２
２側に偏位させることができる。

なお、永久磁石２１．２２の組立て方には、暦数の変更
とか、磁石２５を隙間なく並べるのではなくまばらに磁
石２５をヨークの上に配置するなど種々の方法を採用す
ることが可能であるが、均一磁場を得ることが主目的で
あるから、暦数を変更する方法を採用することが望まし
い。

永久磁石２１．２２の対向面には、永久磁石２１．２２
は外径が等しくされ、かつ周縁部に環状突起６１．６２
が形成されたポールピース３１゜３２が各々設けられて
いる。永久磁石２１．２２は前述したようにＭＲＩ装置
用の静磁場発生装置に使用する大きさのものを単一ブロ
ックで製作するのは困難であることや、加工が困難であ
ることを考慮すると、前記環状突起６１．６２を磁石自
体に形成することは得策とは言えない等の理由から、ポ
ールピース３１，３２を用いる。ポールピース３’ｌ、
３２は軟質磁性材料、例えば低炭素鋼を切削加工して１
周縁部に環状突起６１．６２が形成される。環状突起６
１．６２の形状は、第２図に示す寸法比率に則って決め
られている。

以上のようにして構成された永久磁石２１゜２２とポー
ルピース３１，３２の組合せ体は、ヨーク１１，１２を
介しカラム７１〜７４によって、ポールピース３１と３
２との間に被検体の入る空隙を有して保持される。ヨー
ク１１．１２及びカラム７１〜７４はポールピースと同
様に低炭素鋼を用い磁気回路の一部を構成している。

第３図によって、更に詳細な構成を説明する。

ヨーク１１に設けられた座ぐり穴にカラム７１〜７４が
嵌合され、ボルト１６によって、ヨーク１１とカラム７
１〜７４とが締付固定されている。

カラム７１〜７４の他端には、カラム７１〜７４のピッ
チに合わせて加工された貫通孔を有すヨーク１２と、ヨ
ーク１２の貫通孔にボルト８５によって固定されたキャ
ップ８１とが挿入され、キャップ８１に設けられた止め
ねじ８６とカラム７１〜７４の端面とを当接し、止めね
じ８６の位置によってポールピース３１，３２間の距離
が設定されている。この位置決めがなされた状態でカラ
ム７１〜７４とキャップ８１とがボルト８７にて締付固
定されている。

ヨーク１１及び１２の中央にはボス４１がヨーク１１．
１２及び磁石２１．２２の孔に対して出し入れ可能に設
けられている。このボス４１を磁石２１．２２の孔に出
し入れすることにより、磁石２１．２２の見掛は上の強
さを変えるもので、磁場の均一度調整、温度変化によっ
て生ずる一対の磁石の強度アンバランス補整を行なう等
の目的のために設けられている。

ここで、第３図に示す磁気回路における磁場均一度の調
整方法について説明する。磁場均一度は磁場中心の磁場
強度Ｈｏに対する撮影空間内の磁場強度ずれΔＨの比で
あり、 磁場均一度＝ΔＨ／　Ｈ。

で表わされる。一般的には、ＭＲＩ装置においては、磁
場均一度は撮影空間内でｌ０ＰＰＩ１１以下であること
が撮影画像に歪や、ボケ等を発生させない条件である。

第３図に示す磁気回路の磁場均一度は、図示に示すｘ、
ｙ、ｚの３軸方向に対し次のように行う。

（１）Ｚ方向・・・ボス４１の上下移動、及びヨーク１
２の均等な上下移動を行う。

（２）Ｘ方向・・・ヨーク１２をθ方向へ傾斜させる。

（３）Ｙ方向・・・ヨーク１２をψ方向へ傾斜させる。

また、その他に微調整として磁極片に適宜、鉄片や磁石
片を貼り付けて磁場均一度を調整する。

以上の実施例は、静磁場発生装置に永久磁石を用いた場
合について説明したが、本発明は静磁場発生装置を第５
図に示すようなＨ型電磁石で構成する場合にも適用でき
る。第５図で１０５は上ヨーク、７５はサイドヨーク（
カラム）、１０６は下ヨークで、これらには透磁率の高
い材料、例えば低炭素鋼を用いる。５１．５２は鉄芯で
この回りに励磁用コイル５５．５６を複数回巻く、コイ
ル５５．５６には図示の如く矢印方向に電流を流す。コ
イルに流す電流は例えば上コイル５５の電流く下コイル
５６の電流となるように上下のコイルに流す電流量を変
えることで上記実施例と同様に磁場中心を変えることが
できる。なおこの場合に鉄心同志の対向面の形状を上記
実施例の磁極片の形状と同様にすることにより、磁場中
心を中心とするその近傍に均一磁場空間を形成すること
ができる。

次に、このような磁気回路をＭＲＩ装置に適用した場合
の付加的事項について述べる。ＭＲＩ装置は静磁場発生
装置へＲＦ送信コイル、傾斜磁場コイル、ＲＦ受信コイ
ルを取り付ける必要がある。

本発明を実施するには、上記コイル群のうち、傾斜磁場
コイルを変更することが望ましい。傾斜磁場コイルには
静磁場方向の傾斜磁場を与えるＺ方向傾斜磁場コイル（
第６図参照）と、２方向に直交するＸ及びＹ方向傾斜磁
場コイルが必要である。

これらの傾斜磁場コイルのうちＺ方向傾斜磁場コイルは
、スライス面を決めるものであり、磁場中心が磁極片間
の中央からずれると、従来のように磁場中心が磁極片間
の中央に位置するものでは不都合を生ずることがあり得
るからである。傾斜磁場はスライス面の位置決め及びス
ライス厚の決定に係わるためリニアリティが最も重要で
あり、磁場中心に一致して傾斜磁場を発生すると、最も
りニアリテイの良いものが得られる。そのための−例を
して第６図、第７図に示す。互いに巻数は同一で巻方向
が逆で、かつ同径の従来の傾斜磁場コイル７１．７２を
そのまま用い、コイル７１゜７２へ流す電流を次のよう
に変える。傾斜磁場コイル７１に流す電流をＩｔ、傾斜
磁場コイル７２に流す電流を１１とすると、その比率は
となる。但し、Ｄは傾斜磁場コイルの平均直径である。

Ｘ、Ｙ方向の傾斜磁場コイルは従来装置と同様のもので
あっても良い。その理由は、本発明の磁気回路の磁極片
から磁場中心までの距離Ｌｇ１（又はＬｇｚ）と従来装
置のＸ、Ｙの傾斜磁場コイルの中心（Ｌｇｘ＋Ｌｇｚ）
／２との差は３０ｍ前後と仮定すれば、Ｘ、Ｙ方向傾斜
磁場のリニアリティの悪化はそれほど問題にすることは
ないからである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、磁場中心を磁石間の
中央から偏位させられるためＭＲＩ装置用静磁場発生装
置内へ撮影のために挿入された被検体にとって圧迫感を
なくすことができる。

また、静磁場発生源は永久磁石をブロック構造組立てし
て、ブロックの数により磁場中心を変えるため、ブロッ
クの総数、即ち磁石の体積が同じでも、前記圧迫感をな
くすことができ、磁石のコストが大部分を占める静磁場
発生装置の価格上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法原理を説明するための静磁場発生
装置の概略構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は一部
所面による正面図、（Ｃ）は右側面図、第２図は静磁場
発生源の均一磁場生成のための端面形状図、第３図は本
発明の一実施例による静磁場発生装置の縦断面図、第４
図は磁石の構造図、第５図は本発明を電磁石方式の静磁
場発生装置に適用した例を示す概念図、第６図はＺ方向
傾斜磁場コイルの配置図、第７図は本発明を実施する場
合のＺ方向傾斜磁場コイルの概念図、第８図は従来装置
の静磁場発生装置と被検体との配置を示す図、第９図は
一部を切欠きして示した静磁場発生装置の斜視図、第１
０図及び第１１図は従来技術の問題点を説明する図面で
ある。 １０・・・均一磁場空間、１１．１２・・・ヨーク、２
１゜２２・・・永久磁石、３１．３２・・・ポールピー
ス、６１．６２・・・環状突起、７１〜７４・・・カラ
ム、１０１〜１０３−・・支持部材−２０１，２０２・
・・静磁場発生源、３０１〜３０２・・・突起部、Ｏ・
・・磁場第７０ 第２図 第４虐 第５図 ５１．５２−６いし ５５、　Ｅｌ、・・コイル ７５−・７７−７４ １０５−　ヱヨー７ １０６　下ヨー７ 第６図 ＼ 第７図 第８０ 第９Ｚ 第１Ｏ図　　　　　　第１Ｉ図 ／ｎ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．空間を挟んで極性を異ならせて対向して配置する一
   対の静磁場発生手段の各静磁場発生強度を所定値異なら
   せてその値に応じた前記空間位置に磁場中心を設定し、
   前記各静磁場発生手段の対向面の形状を前記空間内にお
   ける磁力線分布を前記磁場中心を中心とする所定空間領
   域に略均一な磁場空間を生成する如く非対称の形状とし
   、前記一対の静磁場発生装置を磁性体により磁気結合し
   、前記略均一な磁場空間を前記一対の静磁場発生装置間
   の中央部より所定値偏位させるＭＲＩ装置用均一磁場の
   偏位方法。
2. ２．静磁場発生強度を所定値異ならせ、かつ、極性を異
   ならせて対向させた一対の静磁場発生手段と、前記一対
   の静磁場発生手段を被検体を挿入可能に所定空間距離を
   隔てて支持する磁性体より成る支持手段と、前記各静磁
   場発生手段の対向面に設けられ、対向面の周縁部に形状
   の異なる突起が形成された一対の均一磁場生成手段とを
   備え、前記空間の前記一対の静磁場発生手段の磁場強度
   に対応した点の近傍に略均一磁場空間を生成することを
   特徴としたＭＲＩ装置用静磁場発生装置。
3. ３．一対の静磁場発生手段は、ブロック状の永久磁石の
   組合せで構成され、ブロック状永久磁石の数を異ならせ
   ることにより磁場強度に差を設けられていることを特徴
   とする請求項２に記載のＭＲＩ装置用静磁場発生装置。
4. ４．一対の静磁場発生手段同志はブロック状永久磁石を
   相等しい体積にして形成され、ブロック状永久磁石の磁
   気エネルギに差を設けられていることを特徴とする請求
   項２に記載のＭＲＩ装置用静磁場発生装置。