JPH0374813A

JPH0374813A - 磁界発生装置

Info

Publication number: JPH0374813A
Application number: JP2143266A
Authority: JP
Inventors: Ian L Mcdougall; イアン　リーチ　マックドゥーガル
Original assignee: Oxford Advanced Technology Ltd; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Oxford Advanced Technology Ltd; EIDP Inc
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1991-03-29
Also published as: US5084677A; EP0400922A1; GB8912601D0

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、磁界発生装置に係わり、特に核磁気共鳴実験
に用いられるような均一な磁界を作用領域内に発生させ
る磁界発生装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来の
核磁気共鳴（ＮＭＲ）実験を行う磁界発生装置において
は、その作用領域が装置の中央部に生じていたため、作
用領域に近づき難いという欠点があった。そのため最近
、磁界発生装置の外側に均一な磁界を作用領域内に発生
させるための種々の提案がなされている。例えば欧州特
許第０１６０３５０号には、装置の外側に均一な磁界の
作用領域を作るためのコイル群を有するシステムが示さ
れている。

この欧州特許第０１６０３５０号に示されるシステムは
、良く機能しているが、コイルが超電導材料で製作され
ており、さらに作用領域内の磁界の大きさに比較して多
くの超電導材料が必要となるため、製作費が相当高価な
ものとなる。

さらに装置の外側に均一な磁界の作用領域を作るための
他のシステムが、欧州特許第０１８６９９８号に示され
ているが、このシステムも同様に高価であり問題がある〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、作用
領域を形成しこの作用領域に第１の磁界を発生させると
共にこの作用領域の外側に配置された第１の磁界発生手
段と、この第１の磁界発生手段と空間的に離れて配置さ
れ、上記作用領域に第２の磁界を発生させる第２の磁界
発生手段とを有し、これらの第１及び第２の磁界発生手
段により、上記作用領域内の合成磁界をほぼ均一とした
ことを特徴とする。

本発明によれば、作用領域内に主磁界を発生させる第１
の磁界発生手段に、補助の第２の磁界発生手段を第１の
磁界発生手段から空間的に離して設けたので、第１の磁
界発生手段の大きさを、所定の大きさの均一な磁界の作
用領域を形成するため本来必要な大きさより相当小さく
することが可能となる。このため本発明は、第１の磁界
発生手段のコイルのいくつかを超電導材料で製作する場
合、特に有効である。さらに本発明によれば、第１の磁
界発生手段と第２の磁界発生手段が空間的に離して配置
されているため、その配置方向に対して横方向から作用
領域に近づくことが可能であり、そのための十分な空間
が確保されている。

第１の磁界発生手段は、適したものであればどのような
材料から製作されてもよく、例えば抵抗性導体である超
電導材料でもよく、この場合従来からの低温超電導体若
しくは最近開発された高温超電導体のいずれでもよい。

さらに本発明によれば、第１の磁界発生手段は、同軸状
のコイル群により構成されている。このコイル群には、
全てのコイルに同一方向に電流を流しても良いし、若し
くは少なくとも一つのコイルにのみ逆方向に電流を流し
ても良い。この電流の方向さらにコイルの大きさ及び配
置については、第１の磁界発生手段が作用領域に均一な
磁界を発生させるため高次元磁界成分を出来るだけバラ
ンスさせるように実験的に決められる。しかし上述した
ように、別に配置された第２の磁界発生手段により、多
少不均一な磁界でも許容レベルまで均一化されるので、
第１の磁界発生手段のみにより高均一磁界を発生させる
必要はない。

作用領域内の均一度は、その内で行われる実験の種類に
より、実験的に決められる。例えば、ＮＭＲ画像を得る
ための核磁気共鳴実験を行う場合は、直径１５ｃｍの球
体上に±１０ｐｐｍ程度の均一度が適当である。

第２の磁界発生手段の外形寸法（コイルケースの直径）
は、第１の磁界発生手段の外形寸法より小さいほうが好
ましく、さらに第１の磁界発生手段の外形寸法の１／３
以下が最も好ましい。

第２の磁界発生手段は、永久磁石、高温超電導体、若し
くは電気コイル（超電導又は非超電導）のいずれでもよ
い。さらに第２の磁界発生手段は、第１の磁界発生手段
と同タイプのものである必要はない。

本発明の磁界発生装置においては、高フリンジ磁界が生
ずるので、この高フリンジ磁界を何らかの方法でシール
ドする必要がある。このため従来のイオンシールドを用
いることも可能であるが、さらにもう一つの磁界発生装
置を設は積極的にシールドすることにより、作用領域内
の磁界の均一性に影響を与えることなく第１の磁界発生
手段により生じたフリンジ磁界を打ち消すほうがより好
ましい。このシールド用の磁界発生装置を最適に配置す
れば、作用領域内の磁場をさらに均一にできる。このシ
ールド用の磁界発生装置は、好ましくは第１の磁界発生
手段のコイル群に直列に接続された補助コイルにより構
成される。この補助コイルは、冷凍液の問題を少なくす
るため、高温超電導体を用いてもよい。

本発明は、広い範囲に適用できる。例えば、物品全体、
部品の一部、及び動物の核磁気共鳴画像に適用でき、さ
らに、材料、成分及び組立品の認識、識別、測定、品質
保証及び制御に適用できる。

これらの具体的な例として、薬若しくは火薬の認識、緑
色のセラミックの識別、オイル浸透度の測定及び開口部
の透過性、ポリマーとセラミック処理の品質保証、並び
に食料品若しくは薄板又は繊維で補強された複合材の品
質コントロールがある。

〔実施例〕

以下本発明の磁界発生装置を人体のＮＭＲ画像装置に適
用した一実施例について図面を参照して説明する。

この装置は、超電導コイル１−５を備えており、この超
電導コイル１−５は軸６に対して同軸状に配置されてい
る。図面においては、各コイルの上半分のみが示されて
いる。これらの超電導コイル１−５が、第１の磁界発生
装置を構成している。

この装置は、その内径側に磁界を発生させ、その磁界は
、その装置から空間的に離れ原点８を中心とした作用領
域７に延びている。超電導コイルｌ−５により構成され
た第１の磁界発生装置の周囲には、超電導材料により構
成された任意のシールドコイル９が配置され、このシー
ルドコイル９は、それら自身が直列に接続されている超
電導コイル１−５に直列に接続されている。これらの超
電導コイル１−５及びシールドコイル９は、従来の方法
によりクライオスタット（図示せず）に収納されている
。

これらの超電導コイル１−５及びシールドコイル９の作
用領域７に対する反対側には、補助コイル１０が配置さ
れ、この補助コイル１０は、作用領域７内に補助磁界を
発生させている。この補助コイル１０も軸６に対して同
軸状に配置されているが、必ずしもその必要はない。

超電導コイル１−５（シールドコイル９を含む場合もあ
る）により構成される主装置は、実際に使用される際に
は、患者がその直径部に沿って横たわることができるよ
うに、建物の壁に平行な面に垂直に配置される。若しく
は、超電導コイル１−５の直径部を十分小さく製作でき
る場合には、患者がその主装置の上部に横たわることが
できるように、主装置は床に平らに置かれる。前者の配
置の方が、補助コイル１０を適当な場所に比較的容易に
配置できるのでより好ましい。

この補助コイル１０により、均一領域である作用領域７
に沿った一次勾配を減らすことができ、その結果最外周
に配置された超電導コイル１とその内側に配置された超
電導コイル２との間に生じるプッシュプル相互作用を減
らすことができる。

単位均一領域を作るのに必要な導体の量を少なくして経
済的効果を上げるため、所定の外径寸法内に、うまくコ
イルを配置する必要がある。そのためピーク磁界を相当
低くすなわち１．５乃至３．０Ｔに保つために、コイル
間を出来るだけ離す傾向がある。

導体の量を少なくして経済的効果を上げるため、シール
ドコイル９とコイル列の内で最大の超電導コイルｌとの
距離を出来るだけ離している。これは、患者がコイル列
の原点を通り抜けることがないため、シールドコイル９
は磁石の端部に配置出来ることによる。

第工表は、図示されたコイル群の２つの形状を示したも
ので、これにより作用領域７を形成する直径１５ｃｍの
球体内に均一領域を作る。距離ａ＋　、ａｔ　、ｔ）＋
及びｂ２は、超電導コイル２について図面中に示された
ものであり、原点８からの各コイルの位置を示している
。これらの距離は、センチメートル（ｃｍ）で示されて
いる。

第２表により、本発明の効果が理解できる。すなわち第
２表のセクションｌは、超電導コイルｌ−５のみにより
磁石システムを構成したもので、作用領域内に均一磁場
（Ｂｏ）を作るために６６２９７ｍの超電導体が使われ
ている。

第２表のセクション２は、セクション１と同様なものに
表中に示された位置に補助コイル１０を付加したシステ
ムである。このシステムにおいては、補助コイル１０を
付加したことにより、超電導体の全長を半分以下として
いる。

第３表は、異なるコイルシステムの種々の特性を比較し
て示したものである。これらの全てのシステムにおいて
は、主磁石装置が、６個のコイル（図面に示す５個の代
わり）と”５ＨＡＤＥ”と称する補助コイルｌＯと同等
な付加コイルにより構成されている。これらのコイルシ
ステムの大部分に対して、シールドされていないシステ
ム（Ｅｘ　　ＡＳ）とコイル９と同様なシールドコイル
を付加したシステム（Ａｓ）との比較がなされている。

これらの全てのシステムにおいて、作用領域７内の主磁
界は０．２Ｔである。第３表には、各システムごとに、
必要な超電導体の全長（Ｋｍ）及び５ガウス線の半径方
向位置（Ｒｍ）と軸方向位置（Ａｍ）が示されている。

巻数、電流の方向、及びコイル群１−５．９゜１０の位
置は、作用領域７内の合成磁界が均一になると共にシー
ルドコイル９が縁部磁界を効果的にシールドするように
、実験的に全て決定される。

これらのコイルパラメータを決定するために、種々の方
法が用いられる。この−例が欧州特許第０１６０３５０
号に示されている。この例は、目標となる作用領域及び
各エラー成分の総和に対する各コイルのアンペアターン
の符号及び大きさを示している。ここで各エラー成分の
総和は、通常最良の均一磁界領域を得るために零とセッ
トされる。

さらにコイル群が直列に接続された場合、所定の大きさ
の電流を流す必要があるため、各コイルの巻数が経済的
でなく又実用的でない場合がある。

そのため、最適なものを得るため、コイル群の位置移動
の形式的な数列を用いて何度も計算が繰り返される。コ
イル列の総アンペアターンの最小値を求めるたねに、コ
ンピュータを用いてもよい。

多くの実用可能な数列が存在するが、ここでは簡単な一
例を以下説明する。

Ａ、対象となる所定の空間内に任意のコイル配置を選択
する。

コイル番号　　１　２　３　　最適化せよ。

半径方向距離　ａ＋　　ａ２　ａ３軸方向距離　　ｂ　＋　　　ｂ　２　　ｂ　１　　　（
ΣＮＩ）。

Ｂ、ａ若しくはｂの移動を選択する。まず最初にａの移
動を考える。

ａ１＋Δａｌ　　　ａ２　　ａｘ　　　（ΣＮｌ）比較
する。　　　（ΣＮｌ）、＜　（ΣＮＩ）。

ＮＯであれば、次の移動を考える。

ａ、−Δａ＋　　ａ２　ａｘ　　　（ΣＮＩ）２比較す
る。　　　（ΣＮＩ）２　＜　（ΣＮ１）（ΣＮＩ）の
値がさらに減少し続けるまで、±ａ１の方向に移動し続
ける。この際、種々の方法を付加してもよい。例えば、
物理的境界線に達した際、いかに速くΣＮｌを減少させ
るかについての方法である。

その後、アンペアターンの値が最小となるコイル番号ｌ
の位置を用いてΔａ２の間隔でコイル番号２を移動させ
ながら、全数列が繰り返し計算される。

Ｃ，Ｙ　Ｅ　Ｓであれば、次の移動を考える。

ａ１＋２Δａ＋　　ａ２　ａｍ　　（ΣＮｌ）２第１表磁界Ｂｏ：１１２３．６１５４、９９３８、６８２９、０８１６、６０４６、２７１６３．８８２０００　　Ｇ２１４４．３９６５．０１４１、３２３０、９２１７、４０４７、７３１７６．１２残留磁界２９．６１３４、９９３８、６８３９、０８３９、６０ −５０．７３３３、８８０．００１８Ｂ＃ｔ５０、３９４５．０１４１．３２４０、９２４０、４０ −４９．２７４６．１２０．００１９６７巻き数　　アンペア　　長さｍ４３１７　　　　２００　　　３６３５２１００２　　
　−２００　　　３７８０６９２　　　　２００　　　
１７４０３３６　　　−２００　　　　６３４６４　　　　２００　　　　６８２１４　　　　２００　　　　６３２１５００　　　−２００　　　１６０２２５９２２８ｎ
＋（直径１５ｃｍの球体の作用領域上）磁界Ｂ。

９２、８４４３．０１２７、６７２０、４９１１．３７３４．２９１６５．６７：　　２０００　　Ｇ１０７．１６５２、９９３２、３３２４．５１１３、６３３５．７１１７４．３３残留磁界：２７、８４３０．０１３２、６７３２、９９３３、８７４５．７１３５、６７０、０６２Ｂ。

４２、１６３９、９９３７゜３３３７、０１３６、１３４４、３０４４、３３０、０３８７４１０６　　　　　　２００　　　　　２５８１８１９
９１　　　　　　−２００　　　　　　６０００２１７
０　　　　　　　２００　　　　　　４１０４１６１９
　　　　　　−２００　　　　　　２２５３５１４　　
　　　　　２００　　　　　　　３８９１９８　　　　
　　２００　　　　　　４３５１５００　　　　　　−
２００　　　　　１６０２２５５０２１ｆｌｌ（直径１５ｃｍの球体の作用領域上）磁界Ｂｏ ■ １１２１．１８７６、２４３８、８６２９、０８１９、６４：　　２０００　　Ｇ２１４６．８２９３、７７４１、１４３０、９２２０、３６残留磁界：２７、１８２１゜２４２８、８６２９、０８２９、６４０、１０８Ｂ。

２５２．８２３８、７７３１、１４３０、９２３０、３６Ｔｃｍ〜２Ｏ０００００００巻き数５７２０７２１８３７１０．０３４　　Ｇ　　Ｂ。

アンペア００２００００２００００長さ　ｍ１２９３９３０８２６０１１８１８６６２９７＋＋＋１２５．４５５５、５０３８、８３２９、１９１６、６５４６゜３１１４２．５６６４、４Ｂ４１、１７３０．８１１７、５５４７、６９３１．４５３５、５２３８、８３３９、１９３９、６５ −５０．６９４８、５６４４、５２４１．１７４０．８１４０゜３５ −４９．３１００００００００００９２５０１４６６１４９９２２０〇２００００２００００００４６２７０２２３７３９３７６７３０．１６９ｍ

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の磁界発生装置の一実施例の各コイルの
上半分を示す概略図である。１−５−−−一超電導コイル６−−−−軸７−−−−作用領域８τ−ｍ−原点９−−−−シールドコイル１０−−−一補助コイル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）作用領域（７）を形成しこの作用領域に第１の磁
界を発生させると共にこの作用領域の外側に配置された
第１の磁界発生手段（１−５）と、この第１の磁界発生
手段と空間的に離れて配置され、上記作用領域に第２の
磁界を発生させる第２の磁界発生手段（１０）とを有し
、これらの第１及び第２の磁界発生手段により、上記作用
領域内の合成磁界をほぼ均一としたことを特徴とする磁
界発生装置。
（２）上記第１の磁界発生手段が、超電導コイルを有す
ることを特徴とする請求項１記載の磁界発生装置。
（３）上記超電導コイルは、同軸状に配置されているこ
とを特徴とする請求項２記載の磁界発生装置。
（４）上記第２の磁界発生手段は、永久磁石を有するこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁界発生装置
。
（５）上記作用領域が、上記第１及び第２の磁界発生手
段から空間的に離れこれらの磁界発生手段の間に位置し
ていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の
磁界発生装置。
（６）上記第２の磁界発生手段（１０）の外形寸法が、
上記第１の磁界発生手段（１−５）の外形寸法より小さ
いことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の
磁界発生装置。
（７）上記第２の磁界発生手段（１０）の外形寸法が、
上記第１の磁界発生手段（１−５）の外形寸法の１／３
以下であることを特徴とする請求項６に記載の磁界発生
装置。
（８）請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の磁界
発生装置を備えた核磁気共鳴装置。