JPH03209803A - Ｍｒｉ用磁界発生装置 - 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】 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等に用いら
れる永久磁石を使用した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単数または複数の磁石セグ
メントからなる永久磁石構成体において、構成体の所要
位置または所要位置の磁石セグメントの空隙方向すなわ
ち磁化方向の高さを変えて配列し、磁極片を用いずに均
一磁界を発生させ、渦電流発生の減少、軽量化を図った
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（以下ＭＲＩという）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、空隙内の
撮像視野内には、０．０５〜１．５Ｔでかつ１ｘｌＯ−
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。

ＭＨＩに用いる磁界発生装置として、第９図に示す如く
、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石を用いた一対の永久磁石構成体（
ＩＸＩ）の各々の一方端に磁極片（２Ｘ２）を固着して
対向させ、他方端を板状継鉄（４Ｘ５）、さらにこれら
を４本の柱状継鉄（６）にて連結し、磁極片（２Ｘ２）
間の空隙（７）内に、静磁界を発生させる構成が知られ
ている。

例えば、上記構成において、より安定した均一磁界を形
成するため、磁極片の対向面の各々の周縁部に環状突起
（３）を設け、あるいはさらに磁極片の対向面の各々の
中央部に凸状突起（８）を設けた磁界発生装置が提案（
実開昭６０−１６６１１０号公報）されている。

かかる磁界発生装置では、永久磁石の対向面に磁極片を
設けることにより、均一磁界を得ているが、この構成で
は磁極片側面からの漏洩が大きくなり、空隙中の磁界強
度が低下する問題がある。

また、磁極片は磁界発生装置の全重量の１０％程度を占
めるため、軽量化の妨げにもなっていた。

一方、空隙内の位置情報を得るために、パルス電流を印
加することによって短時間で所望方向に傾斜した磁界を
発生する傾斜磁界コイル、すなわち、通常ｘ、　ｙ、　
ｚの３方向に対応する３組のコイル群を各磁極片の近傍
に配置するが、傾斜磁界コイ３− ルにより渦電流が発生し、傾斜磁界が所定の強度に達す
るのに多くの時間を要する問題がある。

発明の目的 この発明は、上記現状に鑑み提案するもので、磁極片を
用いずに渦電流発生の減少並びに軽量化を図り、かつ磁
極片を用いた構成と同等以上の均一磁界が得られるＭＲ
Ｉ用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、ＭＲＩ用磁界発生装置において、磁極片を
使用することなく、所要空隙内に高精度の均一磁界を発
生する構成を目的に種々検討した結果、配列した複数の
永久磁石の磁化方向長さを部分的に調整するとことによ
り、均一磁界が得られ上記目的を達成できることを知見
しこの発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、 空隙を形成して対向し単数または複数の磁石セグメント
からなる一対の永久磁石構成体を継鉄で磁４− 気的結合し、該空′隙に磁界を発生させるＭＲＩ用磁界
発生装置において、 永久磁石構成体の所要位置または所要位置の磁石セグメ
ントが、その磁化方向長さを変えて配列され、該空隙に
均一磁界を発生させることを特徴とするＭＲＩ用磁界発
生装置である。

詳述すると、この発明は、前記構成のＭＲＩ用磁界発生
装置において、 永久磁石構成体を形成する磁石セグメントが単数の場合
、所要位置の磁石の磁化方向長さを変えるか、あるいは
磁石セグメントが複数の場合、所要位置の磁石セグメン
トの磁化方向長さを変えて配列され、該空隙に均一磁界
を発生させることを特徴上する。

さらに、この発明は、永久磁石の磁化方向長さ（空隙方
向高さ）を変えるほか、磁石長さ、磁石幅、磁気特性、
磁石材質のうち、少なくとも１つを変え該空隙に均一磁
界を発生させることを特徴とする。

発明の構成 この発明において、磁気回路は、空隙を形成して対向す
る一対の永久磁石構成体を継鉄で磁気的結合した構成で
あれば、継鉄、永久磁石構成体の磁石形状２寸法、配列
方法などはいかなる構成であってもよく、所要空隙の大
きさ等に応じて、永久磁石構成体の磁気特性、形状寸法
、継鉄の形状寸法等を適宜選定することが望ましい。

この発明は、永久磁石構成体の空隙対向面に磁極片を設
けることなく、所要の空隙に均一磁界を発生させるため
、複数の永久磁石の磁化方向長さ（空隙方向高さ）を変
えて配列し永久磁石構成体を形成したことを特徴として
おり、基本的な技術思想は、例えば、同一寸法、特性の
永久磁石で所定の永久磁石構成体を形成し、発生した所
要の空隙内の磁界強度分布を解析し、所要箇所の永久磁
石の磁化方向長さすなわち空隙方向の磁石高さを変え、
該空隙内が均一磁界となるように調整して永久磁石を配
列することにある。

さらに、この発明において、空隙を形成して対向する一
対の永久磁石構成体は、前述の如く任意の形状を取るこ
とができ、この永久磁石構成体を形成する複数の永久磁
石は、前述の如く、永久磁石の磁化方向長さ、すなわち
空隙方向の磁石高さを変えるほか、磁石長さ、磁石幅、
磁気特性、磁石材質を変えてもよく、これら磁石を種々
のパターンで配列することができる。

この発明は、単数または複数の磁石セグメントからなる
一対の永久磁石構成体の所要位置または所要位置の磁石
セグメントが、その磁化方向長さを変えて配列され、該
空隙に均一磁界を発生させることを特徴とするが、磁化
方向長さを変えて配列する方法、あるいは永久磁石の形
状、配列パターン等は、軽量化、磁界均一度の向上など
の主目的や、装置の種々の用途の違い等により、後述す
る実施例に示す如く、所要空隙内の磁界強度、均一度な
どの解析方法の選択が行われ、かつ前記解析結果と磁石
高さを変える位置や磁石セグメントの選定及び変更量と
の具体的関係や、好ましい構成が変わるため、各条件に
応じて、磁石セグメ７一 ント、磁石の磁化方向長さ等を適宜選定する必要がある
。

かかる磁気回路に用いる単数または複数の磁石セグメン
トからなる磁石構成体の永久磁石は、フェライト磁石、
アルニコ系磁石、希土類コバルト系磁石が使用できるが
、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３０ＭＧ
Ｏｅ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。

図面に基づ〈発明の開示 第１図ａ、ｂはこの発明による磁界発生装置の永久磁石
構成体（下側）を示す説明図である。

第２図ａは磁極片のない磁界発生装置の縦断説明図であ
り、同す図は横断説明図である。

第３図は磁界発生装置の球体空間内の磁界を測定する方
法を示す空隙の斜視説明図である。

第４図ａ−ｄはこの発明の永久磁石構成体（上側）の所
要セグメントの磁化方向高さを変化さぜな例を示す説明
図である。

８− 第５図、第６図は第３図の球体空間内のＰ１〜Ｐ７の磁
界不均一度を示すグラフであり、第５図は第９図の従来
磁界発生装置において磁極片を除去した場合、第６図は
第４図ａ−ｄの永久磁石構成体の場合を示す。

第７図は第１図ａの実施例における球体空間内のＰ１〜
Ｐ７の磁界不均一度を示すグラフである。

第８図は最適化したこの発明の永久磁石構成体（上側）
の一実施例を示す説明図である。

装置構成 ここでは、第２図に示す如く、前述した第９図に示す磁
界発生装置の構成から磁極片（２Ｘ２）を除き、Ｆｅ−
Ｂ−Ｒ系磁石を用いた一対の永久磁石構成体（ＩＸＩ）
を対向させ、他方端を長方形の板状継鉄（４Ｘ５）、さ
らにこれらを四隅に配設した４本の柱状継鉄（６）にて
連結し、永久磁石構成体（１）（１）間の空隙（７）内
に、静磁界を発生させる構成からなる磁界発生装置に、
この発明を適用した例を説明する。

まず、永久磁石構成体（１）を、同一寸法、特性の多数
の永久磁石で所定パターンで円盤状に形成し、あるいは
該構成に形成したと想定し、空隙（７）内に発生した磁
界状況、強度分布等を解析する。

解析方法 解析方法には、有限要素法、境界要素法等の種々の解析
方法が採用できる。また、最適化手法としては、線形計
画法等の数理計画法が用いられるが、ここでは有限要素
法と線形計画法を併用する場合を説明する。

磁界発生装置空隙（７）内の磁界状況を有限要素法にて
調べる。

また、上記構成からなる磁界発生装置の空隙（７）にお
いて、その中心（０）から所定半径ｒの球体空間を設定
し、第３図に示す如く、肖該球体を所要数の水平面、こ
こでは７つの水平面（Ｐ１〜Ｐ７）で横断面し、さらに
各水平面（Ｐｉ〜Ｐ７）と球体空間との交差円周上を、
Ｚ軸を中心に所要角度で等分割した複数点での磁界強度
を計算し、各水平面（ｐ１〜Ｐ７）の該円周上の磁界強
度のばらつきを調べる。

次に、永久磁石構成体（ＩＸＩ）を構成する多数の磁石
セグメントの各々の磁化方向長さが、水平面（Ｐｉ〜Ｐ
７）の該円周上の磁界強度に与える影響を調べる。

第２図に示す如く磁極片を除き、永久磁石構成体（ＩＸ
Ｉ）の空隙対向面が平坦な場合、すなわち、各磁石セグ
メントの磁化方向高さが全て等しい場合の水平面（Ｐｉ
〜Ｐ７）の該円周上の磁界強度を測定したところ、第５
図に示す如く、磁界強度の不均一の割合を空隙中心の磁
界強度からのずれ（％）で示すとおり、水平面（Ｐｌ〜
Ｐ７）の磁界強度が著しく不均一である。

そこで、第４図ａ−ｄに示す如く磁化方向高さを低くし
た磁石セグメントの位置を、永久磁石構成体（１）の中
心から順次外側へ移動させた場合の水平面・（Ｐ１〜Ｐ
７）の該円周上の磁界強度に与える影響を調べると、第
６図に示す如き結果を得る。

このように磁石セグメントの位置、その磁化方向高さの
変化量について、水平面（Ｐ１〜Ｐ７）の該円周上の磁
界強度に与える影響を調べて、最適な磁石セグメントを
選定しこれを重ね合わせることにより、水平面（ｐ１〜
Ｐ７）の磁界強度が一定になる。

１１− さらに同様に、磁石セグメントの最適化を全領域に拡大
してゆき、最適な磁石セグメントを重ね合わせることに
より均一磁界を得ることができるが、試行錯誤では多大
の工程を要するので、ここでは最適化手法のひとつであ
る線形計画法により、各磁石セグメントの磁化方向高さ
を決定した。

かかる解析に基づき、空隙（７）内の磁界強度の強弱な
どに応じて、永久磁石構成体（ＩＸＩ）の多数の永久磁
石のうち、所要永久磁石の磁化方向長さを選定し、例え
ば、第１図ａに示す如く変化させて配列することにより
、第７図に示す如く、均一磁界を得ることができる。

第１図ａに示す永久磁石構成体（１）は、板状継鉄（５
）上に種々の磁化方向長さの異なる永久磁石を配列して
いるが、第１図すに示す如く、板状継鉄（５）表面に凹
凸を設けて、同様の永久磁石を配列し永久磁石構成体（
１）の空隙（７）対向面を平坦面としても同様の効果が
得られる。

１２− さらに、磁石重量の軽減を目的に、前述した解析方法に
より、各磁石セグメントの磁化方向高さの最適化を図っ
たところ、各磁石セグメントを。

第８図に示す如く、特に周縁部の磁化方向を長くして環
状の突起を形成するとともに、中央部の所定位置の磁化
方向を変化させて配列することにより、より高精度の均
一磁界を得ることができ、−層の軽量化が達成できた。

実施例 常温時の（ＢＨ）ｍａｘが３５ＭＧＯｅを示すＦｅ−Ｂ
−Ｒ系永久磁石を用い、直径３００皿、高さ３．０ｍｍ
の凸状突起と、外径１１００皿、内径９００皿、高さ８
０皿の環状突起を有する磁極片を配置し、磁極片の対向
゛距離を５００皿に設定した第９図に示す従来の磁界発
生装置において、空隙内の中心から半径２０軸皿以内の
磁界均一度を測定したところ、５０ｐｐｍであった。

上記従来の磁界発生装置において、磁極片を除去し、前
述した解析方法を適用して永久磁石構成体の各永久磁石
の磁化方向長さの最適化を図り、永久磁石構成体対向距
離を５００−に設定し、第８図に示す永久磁石構成体を
有するこの発明による磁界発生装置を作製した。

この発明による磁界発生装置の空隙内の中心から半径２
００ｍｍ以内の磁界均一度を測定したところ、従来装置
と同等であり、磁極片を使用しないことから磁石重量で
１０％以上の軽量化が達成でき、装置全体としても軽量
化が可能になった。

発明の効果 この発明による磁界発生装置は、磁極片を用ν）ずに磁
化方向長さの異なる永久磁石を配列することにより、磁
極片を用いた構成と同等以上の均一磁界が得られ、また
、磁極片を用いないので渦電流の発生が抑えられ、さら
に、軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはこの発明による磁界発生装置の永久磁石
構成体（下側）を示す説明図である。 第２図ａは磁極片のない磁界発生装置の縦断説明図であ
り、同す図は横断説明図である。 第３図は磁界発生装置の球体空間内の磁界を測定する方
法を示す空隙の斜視説明図である。 第４図ａ−ｄはこの発明の永久磁石構成体（上側）の所
要セグメントの磁化方向高さを変化させた例を示す説明
図である。 第５図、第６図は第３図の球体空間内のＰ１〜Ｐ７の磁
界不均一度を示すグラフであり、第５図は第９図の従来
磁界発生装置において磁極片を除去した場合、第６図は
第４図ａ−ｄの永久磁石構成体の場合を示す。 第７図は第１図ａの実施例における球体空間内のＰ１〜
Ｐ７の磁界不均一度を示すグラフである。 第８図は最適化したこの発明の永久磁石構成体（上側）
の一実施例を示す説明図である。 第９図ａは従来の磁界発生装置の縦断説明図であり、同
す図は横断説明図である。 １・・・永久磁石構成体、２・・・磁極片、３・・・環
状突起部、４，５・・・板状継鉄、６・・・柱状継鉄、
７・・・空隙、８・・・凸状突起。 で← ０） （％） （％） 第８医 ＼１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙を形成して対向し単数または複数の磁石セグメント
   からなる一対の永久磁石構成体を継鉄で磁気的結合し、
   該空隙に磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置におい
   て、 永久磁石構成体の所要位置または所要位置の磁石セグメ
   ントが、その磁化方向長さを変えて配列され、該空隙に
   均一磁界を発生させることを特徴とするＭＲＩ用磁界発
   生装置。