JPH0223010B2 - - Google Patents
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- JPH0223010B2 JPH0223010B2 JP58196785A JP19678583A JPH0223010B2 JP H0223010 B2 JPH0223010 B2 JP H0223010B2 JP 58196785 A JP58196785 A JP 58196785A JP 19678583 A JP19678583 A JP 19678583A JP H0223010 B2 JPH0223010 B2 JP H0223010B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- magnetic pole
- permanent magnet
- annular protrusion
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/02—Permanent magnets [PM]
- H01F7/0273—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation
- H01F7/0278—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/383—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using permanent magnets
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
利用産業分野
この発明は、医療用核磁気共鳴断層撮影装置に
用いられる永久磁石を使用した磁界発生装置に係
り、被検者の一部または全部が挿入可能な大きな
空間部に、強力かつ高精度で均一な磁界を長時間
安定して発生する永久磁石式磁界発生装置に関す
る。
用いられる永久磁石を使用した磁界発生装置に係
り、被検者の一部または全部が挿入可能な大きな
空間部に、強力かつ高精度で均一な磁界を長時間
安定して発生する永久磁石式磁界発生装置に関す
る。
背景技術
医療用核磁気共鳴断層撮影装置｛NMR−CT
あるいは医療用MRI（Magnetic Resonance
Lmaging）等、以下医療用MRIと称する）｝は、
強力な磁界を形成する磁界発生装置の空〓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。
あるいは医療用MRI（Magnetic Resonance
Lmaging）等、以下医療用MRIと称する）｝は、
強力な磁界を形成する磁界発生装置の空〓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。
上記医療用MRIの磁界発生装置において、空
〓は被検者の一部また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〓内の例えば、所要半径の球
体空間の撮像視野内には、0.05〜2.0T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。
〓は被検者の一部また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〓内の例えば、所要半径の球
体空間の撮像視野内には、0.05〜2.0T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。
医療用MRIの磁界発生装置としては、銅また
はアルミニウムからなる導線を円筒状に巻着した
常伝導磁石あるいは、特殊な導線を用い、絶対零
度付近の温度に冷却して使用する超伝導磁石が知
られている。
はアルミニウムからなる導線を円筒状に巻着した
常伝導磁石あるいは、特殊な導線を用い、絶対零
度付近の温度に冷却して使用する超伝導磁石が知
られている。
前者は構造上安価であるが十分な強力磁界を発
生させるためには、膨大な電力とこれに伴う発熱
を冷却するための膨大な冷却水が必要であり、ラ
ンニングコストが高く、コイルが作る大きな漏洩
磁界は使用用途によつては悪影響の要因となる等
の問題があり、一方、後者の超伝導磁石は、電力
の消費が少なく小型で強力な磁界を発生し得る利
点があるが、冷媒として高価な液体ヘリウム等の
使用が不可欠であり、いわゆるイニシヤルコスト
とともにランニングコストも著しく高いという問
題がある。
生させるためには、膨大な電力とこれに伴う発熱
を冷却するための膨大な冷却水が必要であり、ラ
ンニングコストが高く、コイルが作る大きな漏洩
磁界は使用用途によつては悪影響の要因となる等
の問題があり、一方、後者の超伝導磁石は、電力
の消費が少なく小型で強力な磁界を発生し得る利
点があるが、冷媒として高価な液体ヘリウム等の
使用が不可欠であり、いわゆるイニシヤルコスト
とともにランニングコストも著しく高いという問
題がある。
永久磁石を用いた磁気回路の場合、例えば、人
の頭部あるいは全身が入る程度の大きな空間に発
生させた磁界の強度が、前述した常伝導、超伝導
電磁石と同等に得られるのであるならば、電力の
消費もなく、漏洩磁界は弱く、上記用途の実用化
に理想的であるといえるが、現在知られている構
成の磁気回路では、実用化に際して種々の問題を
生じ、その用途が極めて限定されてしまう。
の頭部あるいは全身が入る程度の大きな空間に発
生させた磁界の強度が、前述した常伝導、超伝導
電磁石と同等に得られるのであるならば、電力の
消費もなく、漏洩磁界は弱く、上記用途の実用化
に理想的であるといえるが、現在知られている構
成の磁気回路では、実用化に際して種々の問題を
生じ、その用途が極めて限定されてしまう。
また、電磁石を用いて磁極間距離が４cm程度の
ごく小さな空〓に高均一磁界を発生させるMRI
用磁気回路が提案されている。詳述すると、対向
した平坦面からなる磁極間の中心を通る横断平面
を想定すると、中心から所要距離位置では距離に
比例して僅かずつ磁界が減衰していることに鑑
み、磁極面に磁界の減衰に見合うだけの厚みを有
する磁性材を順次配置、すなわち、磁極面外周側
へ順次厚みを増した環状の補助磁極を配置する構
成の磁気回路が提案（特公昭35−7545号公報）さ
れている。
ごく小さな空〓に高均一磁界を発生させるMRI
用磁気回路が提案されている。詳述すると、対向
した平坦面からなる磁極間の中心を通る横断平面
を想定すると、中心から所要距離位置では距離に
比例して僅かずつ磁界が減衰していることに鑑
み、磁極面に磁界の減衰に見合うだけの厚みを有
する磁性材を順次配置、すなわち、磁極面外周側
へ順次厚みを増した環状の補助磁極を配置する構
成の磁気回路が提案（特公昭35−7545号公報）さ
れている。
さらに、対向した平坦面からなる磁極における
磁極材料の透磁率の影響を考慮すると、磁極面上
で得られる磁界の等高線たる等磁面は所要曲率の
凸球面であることを知見し、これを補償するため
磁極面を、予め該影響に基づいて算出して所要曲
率の凹球面にラツピングした構成のMRI用磁気
回路が提案（特公昭36−4664号公報）されてい
る。
磁極材料の透磁率の影響を考慮すると、磁極面上
で得られる磁界の等高線たる等磁面は所要曲率の
凸球面であることを知見し、これを補償するため
磁極面を、予め該影響に基づいて算出して所要曲
率の凹球面にラツピングした構成のMRI用磁気
回路が提案（特公昭36−4664号公報）されてい
る。
かかる提案は、磁極径が非常に大きく磁極間距
離が磁極径に比較して非常に小さい場合は、磁極
間の磁界強さが均一であるとの考えに立脚し、磁
極間距離に対する磁極径の比、磁極径Ｄ、磁極間
距離Lgとすると、Ｄ／Lgの大きな（Ｄ／Lg＝５
〜10）電磁石式磁気回路、すなわち、磁極間距離
が４cm程度のごく小さな空〓に高均一磁界を発生
させるものであり、特に、小さな試料などが入る
中心空間では極めて高い均一磁界が得られてい
る。
離が磁極径に比較して非常に小さい場合は、磁極
間の磁界強さが均一であるとの考えに立脚し、磁
極間距離に対する磁極径の比、磁極径Ｄ、磁極間
距離Lgとすると、Ｄ／Lgの大きな（Ｄ／Lg＝５
〜10）電磁石式磁気回路、すなわち、磁極間距離
が４cm程度のごく小さな空〓に高均一磁界を発生
させるものであり、特に、小さな試料などが入る
中心空間では極めて高い均一磁界が得られてい
る。
ところが、逆に磁極径Ｄに対する磁極間距離
Lgの比の大きな永久磁石磁気回路、すなわち、
人の頭部あるいは全身が入る程度の磁極間方向の
距離の大きな空間でかつ永久磁石を用いた磁界発
生装置に、上記の磁極片の磁性材料を増減させて
凹球面状に形成し磁極片間の中心横断面（ｘ−ｙ
平面）上の磁界を補正する技術を適用しても、前
記磁気回路の空〓とは比較にならないほど磁極片
間方向（Lg、ｚ軸方向）に著しく拡大された広
大な三次元空間であるため、医療用MRIとして
要求される所要の高均一磁界を得ることは全くで
きない。
Lgの比の大きな永久磁石磁気回路、すなわち、
人の頭部あるいは全身が入る程度の磁極間方向の
距離の大きな空間でかつ永久磁石を用いた磁界発
生装置に、上記の磁極片の磁性材料を増減させて
凹球面状に形成し磁極片間の中心横断面（ｘ−ｙ
平面）上の磁界を補正する技術を適用しても、前
記磁気回路の空〓とは比較にならないほど磁極片
間方向（Lg、ｚ軸方向）に著しく拡大された広
大な三次元空間であるため、医療用MRIとして
要求される所要の高均一磁界を得ることは全くで
きない。
また、上記提案は電磁石式磁気回路であり、所
要の高均一磁界を長時間安定して得ることができ
ず、膨大な電力とこれに伴う発熱を冷却するため
の膨大な冷却水が必要であり、ランニングコスト
が高いという問題がある。
要の高均一磁界を長時間安定して得ることができ
ず、膨大な電力とこれに伴う発熱を冷却するため
の膨大な冷却水が必要であり、ランニングコスト
が高いという問題がある。
発明の目的
この発明は、強力な磁界が得られる永久磁石を
用いたMRI用の磁界発生装置が提案されていな
い現状に鑑み、永久磁石を使用し強力な磁界が得
られ、かつ空〓において、人の頭部あるいは全身
が入る程度の大きな空間で高精度で均一かつ安定
な磁界が得られる磁気回路を有する磁界発生装置
の提供を目的としている。
用いたMRI用の磁界発生装置が提案されていな
い現状に鑑み、永久磁石を使用し強力な磁界が得
られ、かつ空〓において、人の頭部あるいは全身
が入る程度の大きな空間で高精度で均一かつ安定
な磁界が得られる磁気回路を有する磁界発生装置
の提供を目的としている。
発明の概要
この発明は、
空〓を形成して対向する永久磁石を継鉄で磁気
的結合し、各永久磁石の空〓対向面に磁極片を着
設して、該空〓中央部の所要空間内に高均一磁界
を発生させる医療用核磁気共鳴断層装置用の永久
磁石式磁界発生装置において、 上記磁極片の対向面周縁部の各々に下記式を満
足する環状突起を設けたことを特徴とする永久磁
石式磁界発生装置である。
的結合し、各永久磁石の空〓対向面に磁極片を着
設して、該空〓中央部の所要空間内に高均一磁界
を発生させる医療用核磁気共鳴断層装置用の永久
磁石式磁界発生装置において、 上記磁極片の対向面周縁部の各々に下記式を満
足する環状突起を設けたことを特徴とする永久磁
石式磁界発生装置である。
D2≧1/2・D1 Ｈ≦1/4・Lg
但し、D1；磁極片外径、
D2；環状突起内径、
Lg；磁極片間距離、
Ｈ；環状突起の高さ。
発明の構成
この発明の磁界発生装置に用いる永久磁石は、
フエライト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバル
ト系磁石が使用できるが、先に出願人が提案し
た、高価なSmやCoを必ずしも含有しない新しい
高性能永久磁石であるFe−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを
含む希土類元素のうち少なくとも１種）永久磁石
（特願昭57−145072号は、その最大エネルギー積
が大きいだけでなく、残留磁束密度（Br）の温
度係数が、−0.07％／℃〜0.15％／℃なる温度特
性を有するため、この永久磁石を上記のMRIに
適用することにより、装置の小形化が達成でき、
すぐれた性能を得られ、さらに、この永久磁石を
０℃以下に冷却して使用することにより、著しく
高い最大エネルギー積を得ることができる性質を
有効に利用できる。
フエライト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバル
ト系磁石が使用できるが、先に出願人が提案し
た、高価なSmやCoを必ずしも含有しない新しい
高性能永久磁石であるFe−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを
含む希土類元素のうち少なくとも１種）永久磁石
（特願昭57−145072号は、その最大エネルギー積
が大きいだけでなく、残留磁束密度（Br）の温
度係数が、−0.07％／℃〜0.15％／℃なる温度特
性を有するため、この永久磁石を上記のMRIに
適用することにより、装置の小形化が達成でき、
すぐれた性能を得られ、さらに、この永久磁石を
０℃以下に冷却して使用することにより、著しく
高い最大エネルギー積を得ることができる性質を
有効に利用できる。
上記Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石は、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％〜28原子％、Fe42原子
％〜90原子％を主成分とし、主相が正方晶相から
なる永久磁石であり、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25MGOe以上の極めて高いエネル
ギー積を示す、すぐれた永久磁石である。
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％〜28原子％、Fe42原子
％〜90原子％を主成分とし、主相が正方晶相から
なる永久磁石であり、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25MGOe以上の極めて高いエネル
ギー積を示す、すぐれた永久磁石である。
この発明による永久磁石式磁界発生装置の磁気
回路は、後述の実施例に限定されるものでなく、
空〓を介して対向した一対の永久磁石のそれぞれ
に、環状突起を対向面に設けた磁極片を配置でき
る構成であればいかなる磁気回路にも適用でき
る。
回路は、後述の実施例に限定されるものでなく、
空〓を介して対向した一対の永久磁石のそれぞれ
に、環状突起を対向面に設けた磁極片を配置でき
る構成であればいかなる磁気回路にも適用でき
る。
環状突起の形状寸法も、永久磁石の寸法、磁気
特性、空〓の大きさにより適宜選定すればよい
が、特に、下記範囲内が有効である。
特性、空〓の大きさにより適宜選定すればよい
が、特に、下記範囲内が有効である。
D2≧1/2・D1 Ｈ≦1/4・Lg
但し、D1；磁極片外径、
D2；環状突起内径、
Lg；磁極片間距離、
Ｈ；環状突起の高さ。
さらに、環状突起の内周側の内径面は、上方へ
拡がる傾斜面とすることにより、より良好な均一
磁界が安定して得られる。
拡がる傾斜面とすることにより、より良好な均一
磁界が安定して得られる。
なお、磁極片間距離Lgは、例えば、第１図の
場合は、各磁極片の環状突起内径D2の測定点、
すなわち内径面の傾斜始点である平坦面部間の距
離である。
場合は、各磁極片の環状突起内径D2の測定点、
すなわち内径面の傾斜始点である平坦面部間の距
離である。
図面に基づく発明の開示
第１図はこの発明による永久磁石式磁界発生装
置を示す縦断説明図である。第２図ａ〜ｄは第１
図における磁極片の環状突起の種々の形状を示す
縦断説明図である。
置を示す縦断説明図である。第２図ａ〜ｄは第１
図における磁極片の環状突起の種々の形状を示す
縦断説明図である。
第１図に示す永久磁石式磁界発生装置は、一対
のFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石１の各々の一方端に磁
極片２を固着して対向させ、他方端を継鉄３で結
合した構成からなり、磁極片２間の空〓４は人体
の一部または全部を入れて診断できる程度の大き
な空間であり、該空〓４内に0.05〜2.0Tの強い磁
界を発生させる。
のFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石１の各々の一方端に磁
極片２を固着して対向させ、他方端を継鉄３で結
合した構成からなり、磁極片２間の空〓４は人体
の一部または全部を入れて診断できる程度の大き
な空間であり、該空〓４内に0.05〜2.0Tの強い磁
界を発生させる。
また、一対の磁極片２はそれぞれ外径がD1で
あり、空〓４側の対向面の周縁部には、内径D2、
高さＨ寸法で断面形状が台形状でかつ内周面が上
方に拡大する如き傾斜面を形成した環状突起５が
突設してあり、この一対の磁極片２が対向する空
〓４中心部の所要空間に高精度で均一かつ安定し
た磁界が得られる。
あり、空〓４側の対向面の周縁部には、内径D2、
高さＨ寸法で断面形状が台形状でかつ内周面が上
方に拡大する如き傾斜面を形成した環状突起５が
突設してあり、この一対の磁極片２が対向する空
〓４中心部の所要空間に高精度で均一かつ安定し
た磁界が得られる。
第２図には磁極片２の縦断面図を示すが、同図
ａは環状突起５断面が三角形の場合、同図ｂは環
状突起５断面が台形の場合、同図ｃは環状突起５
断面が三角形で内径側斜面が湾曲している場合、
同図ｄは環状突起５断面が台形でそのの角部の面
取りを行ない曲面構成として場合を示している。
ａは環状突起５断面が三角形の場合、同図ｂは環
状突起５断面が台形の場合、同図ｃは環状突起５
断面が三角形で内径側斜面が湾曲している場合、
同図ｄは環状突起５断面が台形でそのの角部の面
取りを行ない曲面構成として場合を示している。
いずれの環状突起５も、内径面が上方に拡大す
る如き傾斜面を形成し、磁極片２間距離をLgと
すると、D2≧1/2・D1、Ｈ≦1/4・Lgを満足して
いる。
る如き傾斜面を形成し、磁極片２間距離をLgと
すると、D2≧1/2・D1、Ｈ≦1/4・Lgを満足して
いる。
ちなみに、第１図に示した構成の磁界発生装置
に、常温時の（BH）maxが30MGOeを示すFe−
Ｂ−Ｒ系永久磁石を用い、Lgを350mmに設定し、
D1＝500mm、D2＝400mm、Ｈ＝30mmの環状突起を
有する磁極片を配置した場合と、環状突起を有し
ない外径500mmの磁極片を配置した場合の空〓内
の磁界分布を測定したところ、環状突起を有する
この発明の場合は比較例に比べて、均一磁界の
10-3領域の体積が３倍に拡大した。
に、常温時の（BH）maxが30MGOeを示すFe−
Ｂ−Ｒ系永久磁石を用い、Lgを350mmに設定し、
D1＝500mm、D2＝400mm、Ｈ＝30mmの環状突起を
有する磁極片を配置した場合と、環状突起を有し
ない外径500mmの磁極片を配置した場合の空〓内
の磁界分布を測定したところ、環状突起を有する
この発明の場合は比較例に比べて、均一磁界の
10-3領域の体積が３倍に拡大した。
また、この発明の構成による磁極片の場合、同
一の磁界強度で比較すると、上記の比較例よりも
ずつと小径の磁極片並びに磁石でよく、小型軽量
化に有利であつた。
一の磁界強度で比較すると、上記の比較例よりも
ずつと小径の磁極片並びに磁石でよく、小型軽量
化に有利であつた。
第１図はこの発明による永久磁石式磁界発生装
置を示す縦断説明図である。第２図ａ〜ｄは第１
図における磁極片の環状突起の種々の形状を示す
縦断説明図である。 １……Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石、２……磁極片、
３……継鉄、４……空〓、５……環状突起。
置を示す縦断説明図である。第２図ａ〜ｄは第１
図における磁極片の環状突起の種々の形状を示す
縦断説明図である。 １……Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石、２……磁極片、
３……継鉄、４……空〓、５……環状突起。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 空〓を形成して対向する永久磁石を継鉄で磁
気的結合し、各永久磁石の空〓対向面に磁極片を
着設して、該空〓中央部の所要空間内に高均一磁
界を発生させる医療用核磁気共鳴断層撮影装置用
の永久磁石式磁界発生装置において、 上記磁極片の対向面周縁部の各々に下記式を満
足する環状突起を設けたことを特徴とする永久磁
石式磁界発生装置。 D2≧1/2・D1 Ｈ≦1/4・Lg 但し、D1；磁極片外径、 D2；環状突起内径、 Lg；磁極片間距離、 Ｈ；環状突起の高さ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58196785A JPS6088407A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 永久磁石式磁界発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58196785A JPS6088407A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 永久磁石式磁界発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6088407A JPS6088407A (ja) | 1985-05-18 |
| JPH0223010B2 true JPH0223010B2 (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=16363593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58196785A Granted JPS6088407A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 永久磁石式磁界発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6088407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0691548A1 (en) | 1994-07-08 | 1996-01-10 | Sumitomo Special Metals Company Limited | Magnetic field generating device for use in MRI |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4827235A (en) * | 1986-07-18 | 1989-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic field generator useful for a magnetic resonance imaging instrument |
| US4931760A (en) * | 1986-10-08 | 1990-06-05 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Uniform magnetic field generator |
| SG43224A1 (en) | 1990-09-29 | 1997-10-17 | Sumitomo Spec Metals | Magnetic field generating device used for MRI |
| US10446307B2 (en) * | 2017-05-23 | 2019-10-15 | AOSense, Inc. | Magnetic field generators based on high magnetic permeability materials |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58196785A patent/JPS6088407A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0691548A1 (en) | 1994-07-08 | 1996-01-10 | Sumitomo Special Metals Company Limited | Magnetic field generating device for use in MRI |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6088407A (ja) | 1985-05-18 |
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