JPH0341966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は核磁気共鳴コンピユータ断層像撮影装
置（以下NMR−CTと呼ぶ）用の均一磁場コイ
ル、ことに超電導マグネツトに適した均一磁場コ
イルに関する。

〔従来技術とその問題点〕

NMR−CT用均一磁場コイルにおいては、被
検体である人体を収納する均一磁場空間における
密束密度（磁場の強さ）が高く、かつ磁場の強さ
が高度に均一であるとともに、強磁性周囲物体に
より磁場の均一性が乱されることを防ぐために漏
れ磁束を極力少なくすることが求められる。

第９図は本発明者等によつて既に提案された均
一磁場コイルのコイル導体の配置を示す説明図で
あり、円筒状の均一磁場コイルを軸方向に見た状
態を示したものである。図において、円筒状の均
一磁場空間７を包囲する半径R₁なる円周上には、
例えば１１ないし１６で示す複数のコイル導体か
らなる内側主導体列１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１
０Ｄが設けられており、内側主導体列それぞれ
は、中心（軸）を通る対称面X₁−X₂を中心角θ
＝０としてθが０〜90°の範囲内で、周方向のア
ンペアターン密度I₁（コイル導体の数と電流の積
を周長または中心角で割つた値）がθの余弦に比
例するよう周方向に不均等に分布して配されてい
る。また２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは半径
R₂なる円周上に配された外側主導体列であり、
例えば外側主導体列２０Ａの周方向のアンペアタ
ーン密度I₂が内側主導体列のそれに対して半径比
（R₂／R₁）の２乗に反比例して減少するごとく
（I₂＝I₁／（R₂／R₁）²）コイル導体２１，２２，
２３，２４等が周方向に分布して配されており、
上式の関係を保持して対応する内外コイル導体を
渡り線１９Ａ，１９Ｂによつて内外コイル導体の
電流の向きが図中に記号で示すように互いに逆向
きになるよう導電接続することにより均一磁場コ
イルが形成されることにより、円筒状の均一磁場
空間７の内部に対称面X₁，X₂に垂直な方向の均
一磁場６が発生するうに構成されている。

第１０図は第９図のように構成された均一磁場
コイルの磁束分布図であり、内側主導体列１０の
内側に均一磁場６が形成されるとともに、内側主
導体列１０の外側の磁束６Ａほ外側主導体列２０
の内側の空間８内を環流し、外側導体列２０の外
部空間に漏れ出る漏れ磁束を阻止することができ
る。

第１１図は第１０図を側方から見た磁束分布図
であり、半径R₁およびR₂にる円周上に配された
内側および外側主導体列１０および２０からなる
均一磁場コイル１に包囲された円筒状の均一磁場
空間７の軸方向中央部には均一磁場６が形成され
るが、軸方向端部においては磁束線１００が外側
に膨らみ、第１２図の特性線図に示すように磁場
の強さが低下するために、この磁場の強さの変化
が軸方向中央部の均一磁場６に影響を与え、均一
磁場６の磁場の強さの均一性を阻害するという欠
点がある。また内側およ外側主導体列１０および
２０の長さを増すことにより均一磁場６の均一性
をある程度改善することができるが、このような
対策を施すことにより均一磁場コイル１が大形か
つ高重量化するばかりか、超電導マグネツトに適
用しようとする場合にはクライオスタツトが大形
化するとともに、外部からの熱伝導損失が増加す
るという欠点があり、その改善が求められてい
る。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、
軸方向寸法を過大にすることなく高度の均一磁場
が得られる調整コイル付均一磁場コイルを提供す
ることを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、円筒状の均一磁場空間を包囲する主
コイルの両端部にそれぞれ軸方向の長さの短かい
内側およい外側調整導体列からなる調整コイル部
を、少くとも内側および外側いずれか一方の調整
導体列の半径が主導体列のそれとは異なる円周上
に位置するよう構成したことにより、主コイルに
より発生した磁束の主コイル両端部における密度
を低下を、調整コイル部で発生した磁束によつて
補償することにより、軸方向中央部における均一
磁場の均一性を高度に保持するようにしたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す原理的説明図で
ある。図において、１０は円筒状の均一磁場空間
７を包囲する半径R₁なる円周上に配された内側
主導体列、２０は半径R₂なる円周上に配された
外側主導体列であり、内側および外側主導体列１
０および２０が渡り線１９によつて互いに電流の
向きが逆向きになるよう導電接続されることによ
り主コイル２が形成されていることは第９図およ
び第１１図について既に説明した均一磁場コイル
と同様である。３は調整コイル部であり、主コイ
ル２の端部の内側および外側主導体列１０および
２０に包囲された部分に配されており、半径r₁お
よびr₂なる円周上にそれぞれ配された内側および
外側調整導体列３０および４０を渡り線３９によ
り電流の向きが互いに逆向きななるように導電接
続することにより、主コイル２とは別体の調整コ
イル部３が形成されている。

第２図は第１図で示される実施例における各コ
イル導体列の周方向の分布（アンペアターン密
度）の説明図であり、均一磁場６の方向に垂直な
軸Ｏ−Ｚを通る平面Ｏ−X₁を対称面（θ＝Ｏ）
としてθがＯから90°の範囲のみを示したもので
ある。また、図においては、主コイル２および調
整コイル部３に等しい電流が流れている場合を想
定することにより、アンペアターン密度の周方向
の分布をコイル導体の分布に置きかえて相対位置
を丸印で示すとともに、流れる電流の向きを丸印
内にクロス、ドツツ記号で示したもである。図に
おいて、半径R₁なる円周上には、主コイル導体、
例えば１１ないし１６からなる内側主導体列１０
Ａが周方向のアンペアターン密度いいかえればコ
イル導体が中心角θに余弦に比例するように周方
向に分布して配されている。また半径R₂なる円
周上には外側主導体列２０Ａが、半径r₁、r₂なる
円周上には内側および外側調整導体列３０Ａ，４
０Ａがそれぞれ分布して配されているが、これら
の導体列の個々のコイル導体が対称面に対してな
す角度Φと、導体列１０Ａのコイル導体１１ない
し１６が対称面に対してなす角度θとの間に次式
の条件が成立つようコイル導体の周方向の位置を
決めることにより、導体列２０Ａ，３０Ａ，４０
Ａ等の周方向のアンペアターン密度を導体列１０
Ａのそれに対して半径比（ｒ／R₁）の２乗に反
比例して減少するごとく形成することができる。

sinΦ＝（ｒ／R₁）sinθ ……(1) ただし上式において、ｒおよびΦはr₁，r₂，R₂
等R₁とは異なる円周上に配された導体列の半径
およびコイル導体が対称面に対してなす中心角を
代表して示したものである。

したがつて、上述のように構成されたコイル導
体列においては、半径ｒの増大に反比例して周方
向のアンペアターン密度あるいはコイル導体数が
減少する。そこで、上式を満足する位置にあるコ
イル導体を上式を満足するように湾曲した渡り線
１９，３９等により電流の向きが図にクロス、ド
ツト印で示す逆向きになるよう導電接続するとと
もに、コイル導体１５，１６等対応する外側導体
が無いものは、図の縦軸に対して対応する位置に
あるコイル導体と導電接続することにより、主コ
イル２および調整コイル部３が形成される。

第３図は前述の実施例におけるＯ−Ｚ軸上にお
ける磁場の強さの特性線図であり、曲線１０２は
主コイル２による磁場の強さを、曲線１０３は調
整コイル部３による磁場の強さを、曲線１０１は
両者が加算された総合磁場の強さをそれぞれ示し
ている。図から明らかなように、主コイル２の両
端部に調整コイル部３を設け、両コイルによつて
発生した磁場の強さが加算されるよう構成したこ
とにより、主コイル両端部における磁場の強さの
低下が補償され、主コイルの軸方向長を増すこと
なく、曲線１０１で示すように均一磁場（曲線の
フラツト部分）の軸方向への広がりの大きい調整
コイル付均一磁場コイルを得ることができる。

第４図および第５図は本発明の異なる実施例を
示す説明図であり、第４図はコイル１ターン分を
立体的に、第５図は平面図的に示したものであ
る。図において、１７は半径R₁なる円周上に配
された内側主コイル導体、２７は半径R₂なる円
周上に配された外側主コイル導体、４７は外側主
コイル導体２７よりさらに大きな半径r₃なる内周
上に配された外側調整コイル導体であり、図に矢
印で示すように主コイル導体１７，２７および外
側調整コイル導体４７な直列に電流ｉを流すこと
により、半径R₂なる円周上の破線で示す位置２
７Ａに電流が互いに逆向きに流れる内側調整コイ
ル導体および外側主コイル導体があると同様な機
能を持たせるよう構成したものである。

調整コイル付均一磁場コイルを上述のように主
コイルと調整コイル部とが一体化されかつ位置２
７Ａにあるべきコイル導体を省略した構造とする
ことにより、調整コイル付均一磁場コイルの構造
を簡素化することができるとともに、第３図で示
される調整磁場１０３のピーク値を低く、軸方向
の広がりを大きくすることができるので、主コイ
ル磁場１０２の特性を勘案して総合磁場１０１の
磁場の均一性を制御することができる。

第６図は本発明の更に異なる実施例を示す説明
図であり、半径R₁およびR₂なる円周上に配され
た内側および外側主コイル導体１８および２８の
うち、内側主コイル導体１８を短かめに形成する
とともに、半径R₁より小さい半径r₄なる円周上に
調整コイル導体４８を設けるよう構成した点が前
述の実施例と異なつており、主コイルおよび調整
コイル部が一体化されたことにより構造を簡素化
できるとともに、第３図における調整磁場１０３
のピーク値を高く、軸方向の広がりを狭くするこ
とができるので、主コイル両端部において磁場の
補償を狭い軸方向範囲で集中して行うことがで
き、したがつて第４図、第５図とは異なつた磁場
の強さの補償特性を得ることができる。

第７図は、本発明の他の実施例を示す説明図で
あり、半径R₁およびR₂なる円周上に配された内
側および主外側コイル導体１９および２９のう
ち、外側主コイル導体２９の両端部を延長して、
径方向に傾斜した外側調整コイル導体４９を設
け、内側主コイル導体１９の両端部が調整コイル
と重なるよう構成した点が前述の実施例と異なつ
ており、このように構成することにより構造をよ
り一層簡素化できるとともに、コイル導体４９の
傾斜を選択することにより均一磁場の均一性の調
整をより細かく行うことができる。

第８図は本発明の更に他の実施例を示す説明図
であり、第５図で示される実施例において半径r₃
なる円周上に配された外側調整コイル導体４７の
軸方向位置を軸方向中央部側に幾分寄せて設けた
点が前述の各実施例と異なつており、距離ｌを均
一磁場の均一性が最もよくなる位置に選ぶことに
より、磁場の均一性の調整をより細かく行うこと
ができる。

なお、第５図ないし第８図で示される実施例は
それぞれ単独で用いてもよいが、必要に応じて複
数の実施例を組み合わせることにより、円筒状の
均一磁場空間７の軸方向の中央部に形成される均
一磁場６の磁場の強さの均一性をより高度化でき
ることはいうまでもないことである。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、円筒状の均一磁場空間
を包囲する異なる半径の円周上に配された内側お
よび外側主導体列からなる主コイルの両端部に調
整コイル部を設け、周方向のアンペアターン密度
が対称面に対してなす中心角の余弦に比例するご
とく周方向に分布して配された内側主導体列を基
準にして、他の導体列のアンペアターン密度が半
径比の２乗に反比例するごとく形成するととも
に、主コイルおよび調整コイルそれぞれの発生磁
束が加算されるよう相互に導電接続するよう構成
した。その結果、主コイルのみからなる従来構造
において軸方向両端部の磁場の強さが低下すると
いう問題点を、コイルの軸方向長さを長大化する
ことなく調整コイル部の発生磁束によつて補償す
ることができ、したがつて小形かつ磁場の強度が
高度に均一な補償コイル付均一磁場コイルを経済
的に有利に提供することができる。また、アンペ
アターン密度を半径比の２乗に反比例して減少さ
せたことにより外側導体列に磁場シールドの機能
を持たせることが可能となり、コア形の磁気シー
ルドを用いることなく漏れ磁界を阻止できるとと
もに磁気飽和する部分を含まないので、磁場の強
さの高い超電導均一磁場マグネツトへの適用性に
富み、一体化された調整コイル付均一磁場コイル
を一つのクライオスタツトに収納することによ
り、磁場の強さが高く均一で据着面積が小さく、
かつ漏れ磁束の少ないNMR−CT用均一磁場マ
グネツトを提供することに貢献できる。さらに、
主コイルおよび調整コイルの一部分を省略するよ
う構成することにより、コイルの構造を簡素化で
きる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す原理的説明図、
第２図は第１図におけるコイル導体の周方向の分
布を示す説明図、第３図は上記実施例における軸
方向の磁場の強さの特性線図、第４図および第５
図は異なる実施例を示す説明図、第６図は更に異
なる実施例を示す説明図、第７図は他の実施例を
示す説明図、第８図は更に他の実施例を示す説明
図、第９図は既に提案済みの均一磁場コイルの説
明図、第１０図は第９図の均一磁場コイルにおけ
る磁束分布図、第１１図は第１０図を側方から見
た軸方向の磁束分布図、第１２図は第１１図の軸
上における磁場の強さの特性線図である。 ２……主コイル、３……調整コイル、６……均
一磁場、７……均一磁場空間、１０，１０Ａ，１
０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ……内側（主）導体列、１
１〜１９……内側（主）コイル導体、１９，３９
……渡り線、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２
０Ｄ……外側（主）コイル導体列、２１〜２４，
２７〜２９……外側（主）コイル導体、３０Ａ…
…内側調整導体列、４０Ａ……外側調整導体列、
４７，４８，４９……調整コイル導体、X₁−X₂
……対称面、R₁，R₂，r₁，r₂，r₃……半径、θ，
Φ……中心角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の均一磁場空間を二重に包囲する二つ
   の円筒上にそれぞれ軸に沿う方向に配された複数
   のコイル導体を周方向に分布して配してなる内側
   および外側主導体列を電流の向きが互いに逆向き
   になるよう導電接続した主コイルからなり、内側
   主導体列の周方向のアンペアターン密度が軸を通
   る対称面に対してなす中心角と余弦に比例するご
   とくコイル導体が周方向に分布して配されるとと
   もに、外側主導体列のアンペアターン密度が半径
   比の２乗に反比例して減少するよう形成されたも
   のにおいて、軸方向長さが前記主コイル導体より
   短かい調整コイル導体をアンペアターン密度が前
   記主コイルと同様な関係を保持するごとく主コイ
   ルの両端部にそれぞれ軸方向に重なりを有するよ
   う周方向に分布して配された調整導体列をその発
   生磁束が主コイルのそれに加算されるように導電
   接続されてなる調整コイル部を備えたことを特徴
   とする調整コイル付均一磁場コイル。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   調整コイルが内側および外側調整導体列からな
   り、二つの調整導体列が内側および外側主導体列
   の間のそれぞれ異なる円周上に配され、主コイル
   とは別体の調整コイル部を形成したことを特徴と
   する調整コイル付均一磁場コイル。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   調整コイル部および主コイルが巻回間で相互に直
   列接続されて一体化されたことを特徴とする調整
   コイル付均一磁場コイル。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   調整コイル部の調整導体列が内側主導体列の内側
   あるいは外側主導体の外側のいずれか一方の円周
   上に配された一つの調整導体列からなり、前記両
   コイルのコイル導体が巻回間で相互に直列接続さ
   れたことを特徴とする調整コイル付均一磁場コイ
   ル。