JPH0365975B2 - - Google Patents

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JPH0365975B2
JPH0365975B2 JP57098593A JP9859382A JPH0365975B2 JP H0365975 B2 JPH0365975 B2 JP H0365975B2 JP 57098593 A JP57098593 A JP 57098593A JP 9859382 A JP9859382 A JP 9859382A JP H0365975 B2 JPH0365975 B2 JP H0365975B2
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    • G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
    • G01R33/3873—Compensation of inhomogeneities using ferromagnetic bodies ; Passive shimming
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円筒状対称形の界磁コイルを備え、
その内部に均質な静磁場の発生するコイル装置
と、該コイル装置を同心的に取囲む、磁化可能な
金属製の管状の円筒状外殻とを有するNMR断層
写真法のための電磁石装置に関する。このような
電磁石装置は特開昭53−81288号公報により公知
である。
公知の電磁石装置には、どのようにコイル装置
を取囲む円筒状外殻を別個に設けなければならな
いかが全く示されていない。特開昭53−81288号
の図面では、シールドはコイル装置の上側と下側
に示された線によつて表わされているだけであ
り、コイル装置はこの線により境界づけられた空
間内で、通常宙に配置された支持板により支えら
れている。明細書中には単に、“全体的な装置は、
外部の磁場および金属物体の外部での移動による
静的磁場の変化に対するシールドのために、μ−
メタル円筒体または方形体の中に配置されてい
る。”と記載されているのみである。このような
シールドは実際上、電磁石装置が設置されるべき
空間の壁に、μ−金属板を被着することによつて
のみ達成される。この刊行物に開示されているの
は、漂遊磁界による周囲の障害や電磁石装置によ
つて形成された磁界の、外部の影響による障害を
低減するためにコイル装置を磁気的にシールドす
ることは、他の分野領域で使用される電磁石装置
から公知のように、NMR断層写真法のための電
磁石装置においてもやはり有効であるという事実
にすぎない。
例えば“The Review of Scientific
Instruments、第36巻、第２号、1965年、179頁
〜188頁”から、円筒状の界磁コイルを有するコ
イル装置が公知である。このコイル装置は複数の
遮蔽外被に取囲まれている。この遮蔽外被は薄い
μ−金属遮蔽体であつて、支持機能を持つことは
できない。電磁石装置の機械的構造については、
この刊行物に記載されていない。
遮蔽外被の磁界強度に及ぼす影響を研究する限
り、磁気シールドは無限大の透磁率を有し、コイ
ルは無限大の透磁率を有する板の間に存在する、
という仮定から出発する。つまり核スピン共鳴−
断層撮影機用の電磁石装置に対してはまつたく非
現実的な仮定から出発する。
均質な磁界を発生するための別のコイル装置
が、“Zeitschrift fu¨r angewandte Physik、第８
巻、第２号、1955年、59頁〜61頁”から公知であ
る。この場合も、μ−金属で代表されるような高
透磁率の金属からなる“密閉缶”の作用が研究さ
れるが、しかしこの種の電磁石装置の具体的構造
に立入ることはない。また非常に大きな寸法を有
する、核スピン共鳴−断層撮影機用の電磁石装置
の実際的構成上生じる問題についてはまつたく述
べていない。
コイル装置を用いて均質な磁場を発生するため
には、高度の均質性要件を満し、補償により高次
の妨害磁界成分を除去するために、個々のコイル
の非常に正確な寸法設計と調整が必要である。位
置が僅かに変化しただけで、補償ひいては磁界の
均質性は障害を受ける。しかしこのような位置変
化は、個々のコイルを担持する支持枠の構成要素
が異なつた熱膨張度を有するため容易に発生す
る。従つてこの種のコイル装置を実験室等で使用
する場合、室温をうまく一定に保つために注意が
払われる。このような障害の影響は言うまでもな
く、コイル装置が大きくなればなる程大きくな
る。人体や動物の体をNMR−断層撮影法により
診察しようとする場合、それら被検体がコイルに
よつて囲まれた空間に入らなければならないの
で、非常に大きなコイル装置が必要になる。人体
診察用に設計されたこの種のコイル装置の最小内
径は約650mmにもなる。
公知の電磁石装置においては、コイルの電流負
荷、したがつて電力需要は非常に高い。いずれの
場合にも、相当大きな規模の冷却手段が必要とさ
れ、そのために要するに費用が大きくなるばかり
でなく、温度勾配を惹起して、このような電磁石
の個々の構成要素に異なつた熱膨張を生ぜしめ、
これら要素の幾何学的配列関係の望ましくない変
化を惹起し、それにより既に述べたように磁界の
均質性が阻害されることになる。
上に述べたような全べての問題に鑑みて、通常
レントゲン装置における場合と同様に、病院の診
察室またはその他動物学または生物学研究所に特
別な困難を伴わずに設置することができる程に妨
害に対して影響を受けず、しかも同時に構造およ
び製造が単純で実際的な応用または用途に対して
充分に小さい寸法を有しかつ充分に小さい電流需
要を有するような電磁石装置を実現するのはほと
んど不可能に見える。本発明の課題はこのような
電磁石装置を提供することにある。
この課題は本発明により、円筒状外殻を鉄製と
し、該円筒状外殻の端部にコイル装置の端面を隠
蔽する環状円板を設け、該環状円板によりそこを
通つて、コイル装置により包囲された空間へ被検
体が入ることのできるようにし、またコイル装置
の寸法を、当該コイル装置を取囲む円筒状外殻
の、コイル装置内の磁場に及ぼす影響が補償され
るように設計し、さらにコイル装置は円筒状外殻
のに内部にて支持され、この円筒状外殻により担
持されるように構成して解決される。
本発明による電磁石装置においては、比較的単
純なコイル装置が鉄製の円筒状外殻と組合わせて
用いられる。この円筒状外殻は、コイルによつて
発生される磁場の形態に相当に影響を与えるた
め、コイルの設計にあたつてそのことを考慮しな
ければならない。従来、NMR断層写真法で用い
られた電磁石装置は、通常空芯コイルの形態で製
造されており、その空芯コイルの固有値は比較的
離れて設けられたシールドによつてはいずれにし
ろ大きな影響を受けなかつたので、鉄製の円筒状
外殻を使用することに由る磁場への影響は一見好
ましくないと考えられるかも知れない。しかしな
がらこの円筒状外殻は、それによつて磁束の帰還
路が形成されるので、電磁石装置の電力消費が相
当に減少すると言う点を齎らすのである。
しかしながら鉄製の安全な円筒状外殻を使用す
ることの主たる利点は、製造が非常に容易であつ
てしかも機械的に極めて安定な構造が達成される
と言う点にある。この高い機械的安定性は、円筒
状外殻の軸ならびに中心横断面に関する該円筒状
外殻の安全な対称性に由来する。こと対称性は温
度変動があつても維持される。したがつてその結
果、温度変化に際して現れる寸法変動で、磁場の
均質性もしくは一様性が感知し得るほどに妨害を
受けることはない。したがつて温度補償または温
度一定維持のための高価な手段を設ける必要はな
い。同時に電力需要もしくは電力消費が減少され
るので、運転費用が提言されるばかりでなく、コ
イルの加熱も減少し、したがつて所要の冷却手段
は単純なものとすることができる。機械的に高い
安定性が得られることならびに電力需要もしくは
消費が低減されかつ同時に良好な遮蔽が達成され
ることの前提条件は、単純な遮蔽手段だけでは必
要とされないような相当大きな厚さの円筒状外殻
を使用することである。
本発明の電磁石装置においては、基本的には、
「Applied Physics」第40巻、第８号（1969年６
月）、頁3171ないしは頁3179から周知であるよう
なコイル装置を使用することができる。もちろん
この公知の装置も専ら空芯コイルから構成されて
おり、したがつて鉄製の円筒状外殻の使用に鑑み
て該空芯コイルの形態を変更しなければならな
い。この場合の寸法設計は、計算装置を用いてデ
イジタル計算手法を用いることにより実現するこ
とができる。この場合、所定の間隔で互いに離間
して配設された少なくとも２つの分割コイルから
なる界磁コイルを使用することが可能である。分
割コイルならびにその間隔を適切に設計すること
により、例えば上記の文献に記述されている空芯
コイルの場合には存在するような、場合により必
要とされる特殊な補正コイルを節滅することがで
きる。また界磁コイルもしくは該界磁コイルを形
成する分割コイルの少なくとも一端に、界磁コイ
ルもしくは分割コイルに対して同心的な補正コイ
ルを配設することも可能であり、その場合には補
正コイルは、界磁コイルもしくは分割コイルを好
ましくは同心的に囲繞するように配設される。さ
らにこの種の電磁石装置を製作する際、機械的ま
たは電気的な補正および調節装置を、一連の順次
処理プログラムの根本的な不精確性や許容製造公
差を補償するために設けるとよい。
本発明の好ましい実施例においては、コイル
は、円筒状外殻の内側にスペーサ円板を用いて固
定されかつ心出しされたコイル枠に配設される。
このようにすれば円筒状外殻に対するコイルの正
確に同心的でしかも熱的に対称な配設が可能とな
る。
磁場の均質性もしくは一様性の改善ならびに遮
蔽の改善のためには、環状円板の外側部にさらに
鉄製の管状支持部を接続し、該管状支持部の直径
は大きくても円筒状コイルの直径に等しくするの
が合目的々である。ここで管状支持部材とは、注
意深く設計された回転対称の構造要素であつて、
その形態はコイルの設計に当つて考慮する必要の
ある因子である。
既に述べたように、電磁石装置は界磁コイルの
他にさらに補正コイルを有することができ、この
補正コイルは界磁コイルの内部または外部に同心
的に配設され（同軸のシム・システム−coaxial
shimsystem）、均質性の改善ばかりではなく磁場
の特定の勾配の発生に用いることができる。
NMR断層写真法においては、このような勾配を
発生することがしばしば必要とされる。この場
合、円筒状外殻に発生する渦電流をできるだけ小
さくするために、本発明の別の実施例において
は、円筒状外殻に１つまたは複数の縦方向のスリ
ツトを形成することができる。このようにすれば
円筒状外殻の周辺方向には少なくとも閉路電流は
発生しない。
以下添付図面に示した実施例を参照し本発明を
詳細に記述し説明する。なお、以下の説明および
図面に明らかにされている特徴は本発明の他の実
施例においてもそれぞれ個々にまたは任意の組合
わせで適用可能であることは理解に難くない。
第１図に示した電磁石装置は、円筒型の界磁コ
イル１およびその端部に配設された補正コイル２
および３を有している。該補正コイル２および３
は、界磁コイル１を同心的に囲繞するように設け
られている。コイル１ないし３は、軟鉄製の円筒
状外殻４により間隔を明けて囲繞されている。該
円筒状外殻の長さＬは円筒状コイル１の長さより
も若干大きい。コイル１ないし３は巻枠体６およ
び７に巻回されている。該巻枠体はスペーサ円板
８により保持されており、かつ同時に円筒状外殻
４に対して心出しされている。必要に応じ、環状
円板５も保持および心出し機能を行なうようにす
ることができる。コイル部材６および７ならびに
スペーサ円板８はアルミニウムまたは赤色真鋳の
ような非磁性材料から造られている。環状円板５
の開口内には、さらに管状支持部材９が挿入され
ている。この管状支持部材も鉄から造られておつ
て、その直径は円筒状コイル１の直径よりも若干
小さい。
円筒状外殻４の長さＬおよび管状支持部材９の
内径ｄは本質的に被検体の外寸ならびに磁界の所
要の均質性によつて定まる。人体の検査の場合に
は、上記のような寸法関係からして、第１図に示
した電磁石装置の占有空間需要は比較的小さく、
いずれにしても公知の双対ヘルムホルツ・コイル
構造（Doppel−Helmholtz−Anordnung）の占
有空間需要よりも相当に小さい。
鉄製の厚壁の円筒状外殻４はスペーサ円板８と
協働してコイル１ないし３を非常に確実にかつ正
確に心出しして保持する。したがつてこれらコイ
ル１ないし３は、温度変動に際して寸法が変動し
てもその位置関係を維持される。と言うのはこの
組立体は完全に対称性であるからである。その結
果として、問題となる領域において磁界の均質性
も維持され、補償手段は必要とされない。鉄製の
円筒状外殻４および環状円板５により外部磁界の
帰還路が形成されているために、電力需要は著し
く低減される。これは運転費用ならびに電磁石装
置の安定性に対して有意味である。同時に鉄被殻
の形態特に環状円板５および管状支持部材９の上
記のような寸法関係によつて補正コイル２および
３の作用を補完し、付加的に磁界の均質性を高め
ることができる。さらに、非常に厚壁の鉄製外殻
は、磁界および電磁放射の外部漏洩ならびに
NMR断層写真撮影に際して該外殻内部で発生さ
れるHF磁場の外部放射を阻止するのに非常に良
好な遮蔽作用をなす。さらに、電磁石装置の構造
は非常に単純であり、最小の公差を維持しつつ廉
価に製作することが可能である。また、所要の冷
却は公知の仕方で、巻枠体６および７と連結され
た冷却装置により供給される冷却媒体により行な
うこともできるし、また、コイルの巻装に際して
用いられた中空型材に直接冷媒を流すことにより
行なうことができる。
第２図に示した実施例においては、界磁コイル
は、所定の間隔で１つの共通の巻枠体１６上に並
置して設けられた３つの分割コイル１１，１２お
よび１３からなる。巻枠体１６は、この実施例に
おいても、スペーサ円板１７により円筒形外殻１
４に対して心出し支持されている。円筒形外殻１
４および環状円板１５は厚壁の鉄材から作られて
おつて、外部磁界に対する帰還路を形成すると共
に、磁気的および電気的遮蔽を形成している。
個々の分割コイル１１，１２および１３ならびに
これら分割コイル間の間隔は、円筒状外殻１４お
よび環状円板１５の寸法と関連して、コイル配列
の内部に高い均質性を有する磁界が発生されるよ
うに選択され設計されている。この実施例の場合
にも、非常に高い安定性の対称構造が得られ、し
たがつて第２図に示した電磁石装置も第１図に示
した電磁石装置と同様の好適な性質を有してい
る。なお、第２図に示したコイル配列によれば、
若干電流需要は大きくなるが、構造長を小さくす
ることができる。
第３図は、第１図に示した型の電磁石装置の人
体の検査への応用例を示す。第３図から明らかな
ように、電磁石装置２１は、人体２２の本質的な
部分を受け容れることができるような大きさの寸
法を有している。図示の装置においては、電磁石
装置２１は軸線が水平となるように配列されてお
つて、人体２２の電磁石装置を貫通するテーブル
２３上に位置している。該テーブル２３は入れ子
式の脚２４により高さが調節可能である。さら
に、電磁石装置２１の縦軸の方向にテーブル２３
を変位するための装置を設けることができる。こ
の実施例においては、円筒状の外殻２５は２つの
直径方向に対置する個所２６でスリツトにより分
割されておつて、円筒状外殻の上半分２７を下半
分から持ち上げて離間することができ、調整コイ
ル２８およびその他の円筒状外殻内部に配設され
ている装置に容易に手を触れることができるよう
になつている。さらに、縦軸方向のスリツト２６
は、特に調整もしくは補正コイルの開閉時に発生
し得る円筒状外殻の周辺方向に閉路した渦電流の
発生を阻止する働きをなす。
第４図に示すように、本発明による電磁石装置
３１は、軸線が垂直になるように配列し、それに
より電磁石装置が立つて検査を受ける患者３２の
上半身を取巻くようにすることが基本的に可能で
ある。第４図に示したこの実施例においては、電
磁石装置３１の下端は支持部３３上に設けられて
いる。この支持部３３も入れ子式に伸縮可能であ
つて、患者が労せず検査場所に位置することがで
きるように電磁石装置３１を持ち上げることがで
きるようになつており、患者が検査場所に位置し
た後に電磁石装置３１を患者を包囲するように降
下するようになつている。別法として、電磁石装
置を牽引綱を用いて上下動するようにしてもよ
い。この実施例においては、電磁石装置３１の両
端を開放しておく必要はない。したがつて、この
例においては、鉄から形成される磁石の円筒状外
殻３４の上端はカバー３５により閉鎖されてい
る。このようなカバーもしくは蓋の配設により磁
場は該カバーの面で反射され、したがつてコイル
長は見掛上倍の大きさを有すると言える。このよ
うにすれば、電力定格を減少しても磁場の均質性
は高められる。さらにカバー３５を湾曲すること
により特殊な利点が得られる。即ち磁力線を収束
しそれにより磁石の上側３分の１の磁界の均質性
がさらに高められる。と言う利点がある。また界
磁コイル３６および補正コイル３７の寸法設計に
当つてはカバー３５の上記のような作用を考慮し
なけばならないことは言うまでもない。
検査に際して患者が座つた姿勢を取りたい場合
にも、本発明の電磁石装置を使用することができ
る。
以上に述べた実施例は、多数の可能な実施態様
のうち２，３の例であり、その特定の構成は使用
目的即ち被検体の種類に適するように変更可能で
あることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による電磁石装置の第１の実施
例を示す縦断面図、第２図は本発明による電磁石
装置の第２の実施例を示す縦断面図、そして第３
図、第４図は、人体のNMR断層写真法に本発明
によるいろいろな電磁石装置を適用した実施例を
略示する図である。 １，３６……界磁コイル、２，３，３７……補
正コイル、４，１４，２５……円筒状外殻、６，
７，１６……巻枠体、８，１７……スペーサ円
板、５，１５……環状円板、９……管状支持部
材、１１，１２，１３……分割コイル、２１，３
１……電磁石装置、２２……人体、２３……テー
ブル、２４……入れ子式の脚、２８……調整コイ
ル、２６……スリツト、３２……患者、３３……
支持部、３５……カバー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状対称形の界磁コイルを備え、該界磁コ
    イルの内部に均質な静磁場の発生するコイル装置
    と、該コイル装置を同心的に取囲む、磁化可能な
    金属製の管状の円筒状外殻とを有する、NMR断
    層写真法のための電磁石装置において、円筒状外
    殻４；１４；２５は鉄製であり、該円筒状外殻
    ４；１４；２５の端部にて、コイル装置１，２，
    ３；１１，１２，１３；２８の端面を覆う環状円
    板５；１５が設けられており、該環状円板により
    そこを通つて、コイル装置１，２，３；１１，１
    ２，１３；２８により包囲された空間へ被検体が
    入ることができ、コイル装置１，２，３；１１，
    １２，１３；２８は円筒状外殻４；１４；２５の
    内部にて支持され、該コイル装置は少なくとも１
    つの補正コイル２，３を有することを特徴とす
    る、NMR断層写真法のための電磁石装置。 ２ 円筒状対称形の界磁コイルを備え、該界磁コ
    イルの内部に均質な静磁場の発生するコイル装置
    と、該コイル装置を同心的に取囲む、磁化可能な
    金属製の管状の円筒状外殻とを有する、NMR断
    層写真法のための電磁石装置において、円筒状外
    殻４；１４；２５は鉄製であり、該円筒状外殻
    ４；１４；２５の端部にて、コイル装置１，２，
    ３；１１，１２，１３；２８の端面を覆う環状円
    板５；１５が設けられており、該環状円板により
    そこを通つて、コイル装置１，２，３；１１，１
    ２，１３；２８により包囲された空間へ被検体が
    入ることができ、コイル装置１，２，３；１１，
    １２，１３；２８は円筒状外殻４；１４；２５の
    内部にて支持され、前記界磁コイルは所定の距離
    を置いて相互に配置された少なくとも２つの分割
    コイル１１，１２，１３から成ることを特徴とす
    るNMR断層写真法のための電磁石装置。
JP57098593A 1981-06-13 1982-06-10 Ｎｍｒ断層写真法のための電磁石装置 Granted JPS581437A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE31234933 1981-06-13
DE19813123493 DE3123493A1 (de) 1981-06-13 1981-06-13 Elektromagnet fuer die nmr-tomographie

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