JPH04138132A - 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】 産業上の利用分野 この発明は、医療用磁気共鳴断層撮影装置（以下ＭＲＩ
という）等に用いられる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磁極片を、複数枚の無方向
性けい素鋼板を磁極片の対向方向と直交する方向に積層
して一体化した複数個のブロック状または杆状磁極片用
部材で構成し、空隙内の磁界均一度を損なうことなく、
傾斜磁界コイルによる磁極片内の渦電流、電磁現象の低
減を図ったＭＲＩ用磁界発生装置に関する。

従来の技術 ＭＲＩ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、０．０２〜２．ＯＴでかつ１　ｘ　１
０−４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。

ＭＲＩに用いる磁界発生装置として、第４図に示す如く
、磁界発生源としてＲ−Ｆｅ−Ｂ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（２
Ｘ２）を固着して対向させ、他方端を継鉄（３）にて連
結し、磁極片（２Ｘ２）間の空隙（４）内に、静磁界を
発生させる構成が知られている。

磁極片（２Ｘ２）には、空隙（４）内における磁界分布
の均一度を向上させるために、周辺部に環状突起（５）
を設けてあり、通常、電磁軟鉄、純鉄等の磁性材料を削
り出した板状のバルク（一体物）から構成される（特開
昭６０−８８４０７号公報）。

各磁極片（２Ｘ２）の近傍に配置される傾斜磁界コイル
（６）は、空隙（４）内の位置情報を得るために、通常
ｘ、　ｙ、　ｚの３方向に対応する３組のコイル群から
なるが、図示においては簡略して記載している。

この傾斜磁界コイル（６）に、パルス電流を印加するこ
とによって台形波状に時間変化する所望方向の傾斜磁界
を発生することができる。

発明が解決しようとする課題 傾斜磁界コイル（６）にパルス電流を流すと、磁極片（
２）は前述した如く板状のバルクから構成されるため、
その電流の立上り、立下がり時に磁界が急激に変化し磁
極片（２Ｘ２）に渦電流が発生する。

この渦電流は傾斜磁界コイル（６）にて形成される磁界
と反対方向の磁界を形成するため、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。

上述の問題を解決する手段として、磁極片としてパーマ
ロイ鋼板やアモルファス鋼板等の軟質磁性薄膜を積層面
が磁極面に対して垂直になるように積層した平板状の積
層体を、その積層方向が互いに略９０度異なるよう二層
に配置−磁化した構成のものを用いた磁界発生装置（特
開昭６１−２０３６０５号）、比抵抗の高い磁性粉を用
いた磁界発生装置（特開昭６３−２５９０７）が提案さ
れている。

しかしながら、上述の渦電流低減を図った構成において
も、傾斜磁場コイル（ＧＣ）により形成される磁界によ
り磁極片が磁化され、磁気ヒステリシス現象（電磁現象
）によりＧＣパルスを停止後も電磁により、空隙内の均
一度が乱れる問題がある。

この発明は、ＭＲＩ用磁界発生装置の磁極片における上
記現状に鑑み提案するもので、空隙内の磁界均一度を低
下させることなく、渦電流の発生を低減して短時間で傾
斜磁界が所定の強度に上昇し得る構成からなる磁極片の
提供を目的とし、また電磁現象を低減して高感度で鮮明
な画像を得ることができる構成からなる磁極片の提供を
目的とし、さらに加工、製造が容易で、機械的強度が高
く組立て作業性にすぐれた構成からなる磁極片の提供を
目的としている。

課題を解決するための手段 この発明は、ＭＲＩ用磁界発生装置において、上記目的
を達成するために種々検討した結果、空隙を形成して対
向する一対の磁極片を、複数枚の無方向性けい素鋼板を
磁極片の対向方向と直交する方向に積層して一体化した
複数個の磁極片用部材にて所要形状に構成することによ
って、加工、製造が容易で、磁界強度および磁界均一度
を低下させることなく、傾斜磁場コイルによる渦電流、
並びに電磁現象を低減できることを知見した。

すなわち、この発明は、 空隙を形成して対向する一対の磁極片を有し、該空隙に
磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置において、 複数枚の無方向性けい素鋼板を磁極片の対向方向と直交
する方向に積層して一体化した磁極片用部材を複数個用
いて磁極片を形成したことを特徴とするＭＲＩ用磁界発
生装置である。

また、この発明は、上記の無方向性けい素鋼板を積層し
て磁極片を形成した構成において、磁極片の空隙対向面
側に直径方向のスリットを一箇所以上設けた磁性材リン
グからなる環状突起を配置することにより、さらに磁界
均一度が向上することを知見した。

この発明において、磁極片を構成する複数個の磁極片用
部材は、後述するブロック状磁極片用部材または杆状磁
極片用部材からなる。

この発明の対象とするＭＲＩ用磁界発生装置は、空隙を
形成して対向する一対の磁極片を有して該空隙に磁界を
発生させる構成であれば、後述する実施例に限定される
ことなく、いかなる構成にも適用できる。

すなわち、磁界発生源となる磁石構成体も永久磁石に限
定されることなく電磁石等の採用も可能であり、また磁
石構成体に直接磁極片が配置される構成でなくともよい
。さらに、これらの磁石構成体と一対の磁極片とを磁気
的に接続して空隙に磁界を発生する磁路形成用の継鉄の
形状寸法等も要求される空隙の大きさ、磁界強度、磁界
均−度等種々の緒特性に応じて適宜選定すれば良い。

作　　用 以下、磁界発生源として一対の永久磁石を用いた構成例
について説明する。

永久磁石 磁気回路に用い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３
０ＭＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積を示す、Ｒ−
Ｆｅ−Ｂ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。

磁極片 この発明において、磁極片はブロック状磁極片用部材ま
たは杆状磁極片用部材から構成される。

この発明は、磁極片を構成する複数個の磁極片用部材を
、複数枚のけい素鋼薄板を一対の磁極片の対向方向に積
層して一体化して形成したことを特徴としている。使用
されるけい素鋼板は、特に磁化容易軸方向に方向性のな
い無方向性けい素鋼板（ＪＩＳ　０２５５２等）を使用
することを特徴とし、電磁現象を低減する効果が高い。

磁極片用部材を構成するけい素鋼板の厚みは任意の厚み
でよいが、一般に人手し易いけい素鋼板は０．３５ｍｍ
程度と薄いため、従来例（特開昭６１−２０３６０５号
）に示すように磁極片を構成する平板状積層体全体が、
上記けい素鋼板を一方向に積層するだけの構成では積層
−磁化作業が極めて煩雑となる。

そこで本発明者は、積層、組立て作業性が極めて良好と
なる構成として、いったん所定寸法からなる複数枚の矩
形状無方向性けい素鋼板を磁極片の対向方向と直交する
方向に所定枚数積層したブロック状磁極片用部材を複数
個作成し、これら複数個のブロック状磁極片用部材を直
接磁石構成体上に固着するか、板状の磁性材ベースを介
して磁石構成体上に固着する等の構成を提案する。

また、市販されているけい素鋼板コイルの最大幅寸法を
最も効果的に使用するため、まず複数枚の細長い短冊状
無方向性けい素鋼板を板厚み方向に所定枚数積層した杆
状磁極片用部材を複数個作成し、これら複数個の杆状磁
極片用部材をその積層そう方向が磁極片の対向方向と直
交する方向となるようリング状支持枠の内側に一方向に
積層しなから吊るすように一体化する構成を提案する。

いずれの構成も細部については図面に基づいて後に詳述
する。

この発明において、磁極片の空隙対向面側に配置する磁
性材リングからなる環状突起は継鉄、低炭素鋼等から構
成することができ、前記磁性材ベースやリング状支持枠
の周縁部に載置する他、直接ブロック状磁極片用部材、
杆状磁極片用部材の上面に載置することができる。

いずれの構成においても渦電流の影響を軽減する目的で
、環状突起に１つ以上のスリットを設けて分割すること
が望ましく、さらに、磁性材ベースまたはリング状支持
枠と環状突起間、磁性材ベースまたはリング状支持枠と
ブロック状磁極片用部材または杆状磁極片用部材間を電
気的に絶縁することが望ましい。

図面に基づく開示 第１図ａ、ｂはこの発明による磁界発生装置の磁極片の
一実施例を示す上面図と横断面図である。

第２図は、この発明の磁極片を構成するブロック状磁極
片用部材の一実施例を示す斜視図である。

第３図はこの発明による磁界発生装置の磁極片の他の実
施例を示す上面図と横断面図である。

第４図は磁極片を構成する杆状磁極片用部材の斜視図で
ある。

第５図、第６図は第３図に示す磁極片の部分詳細説明図
である。

構成１ 第１図に示す磁極片（１０）は、円板状軟鉄からなる磁
性材ベース（ｌυと、磁性材ベース（１１）の周辺部に
周設された断面矩形の軟鉄製の磁性材リング（１２）と
、磁性材ベース（工１）上面に敷設した複数個のブロッ
ク状磁極片用部材（１３）とからなる。ブロック状磁極
片用部材（１３）は合成樹脂接着材にて磁性材ベース（
１１）に固着される。

磁性材ベース（１１）の周辺部に周設された断面矩形の
軟鉄製の磁性材リング（１２）は、磁極片（１０）の外
周部側の高さを他より高くして、磁束を所要空隙に集中
させかつ均一度を向上させる環状突起を形成するための
ものであり、磁性材ベース（１１）との間に絶縁材を介
在させてボルト止めしてあり、さらに磁性材リング（１
２）を周方向に分割（図では４個に分割）することで直
径方向のスリット（１６）を設けて、渦電流の影響を低
減する構成である。

上記のブロック状磁極片用部材（１３）は第２図の如く
構成されている。

すなわち、第２図に示すブロック状磁極片用部材（１３
）は、複数枚の無方向性けい素鋼板を、その厚さ方向に
積層−磁化した小ブロック（１３ａＸ１３ｂ）を作成し
、その後磁界均一度を向上させるため小ブロック（１３
ａＸ１３ｂ）の積層方向が９０’異なるように積層して
所定厚さに構成している。

また、積層作業性、要求される諸特性に応じて小ブロッ
クの厚さを選定し、２層以上の多層とすることが好まし
い。

ブロック状磁極片用部材（１３）は少なくとも２個以上
からなるが、磁極片（１０）の形状寸法、要求される諸
特性、組立作業性等を考慮して分割数を決定する。実用
に際しては、無方向性けい素鋼板を所定方向に積層して
一体化し１辺５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の正方形板状に
切断されたブロック状磁極片用部材を４０〜２００ブロ
ック程度用いて磁極片（１０）を形成するとよい。

また、各無方向性けい素鋼板の表面には絶縁皮膜が形成
されており、積層時に互いに電気的に絶縁されているが
、さらにこれらをブロック化する際に絶縁性樹脂を真空
含浸することによって一体化するため、個々のブロック
状磁極片用部材（１３）が電気的に絶縁されることにな
り、渦電流の発生防止効果が得られる。

これらの複数のブロック状磁極片用部材（１３）は図示
の如く略円板状を形成するように配置するが、磁極片（
１０）の空隙対向面の中央部には所要直径の円形凸状部
（１４）を形成するため、ブロック状磁極片用部材（１
３）の厚みが異なるものを用いており、当該円形凸状部
で磁界均一度を向上させることができる。

また、磁性材ベース（１１）の中心部に、軟鉄製のコア
部（１５）を設けているが、これは傾斜磁界コイルを装
着するための基台を構成している。

第１図に示す磁極片（１０）の構成においては、板状の
磁性材ベース（ｉｉ）を使用しているが、この発明にお
いて必須の部材ではない。しかし、磁極片（工０）の全
体的な機械的強度を向上させたり、磁界発生装置組立時
の取扱い等を考慮すると磁性材ベース（１１）を使用す
ることが望ましく、所要の強度を得るべく磁性材ベース
（１１）の厚みを適宜選定する必要がある。

磁性材ベース（１１）厚みとブロック状磁極片用部材（
１３）との厚み比を最適化することにより、磁極片（１
０）に要求される磁界強度の均等化と渦電流および電磁
現象の防止効果が最大限に発揮される。

上記磁性材ベースには、材質として、純鉄、低炭素鋼な
どが好ましい。

摂屋ユ 第３図に示す磁極片（２０）は他の実施例を示す。この
構成は、市販されている無方向性けい素鋼板の最大幅寸
法を最も効果的に使用する構成である。

すなわち、市販されている無方向性けい素鋼板はその最
大幅寸法が１，２２０ｍｍであるが、磁極片の外径がそ
れを超える場合は、単にこれらの無方向性けい素鋼板を
磁極片の対向方向と直交する方向に積層するだけでは所
定外径寸法の磁極片は得られない。また、使用する無方
向性けい素鋼板も３０００枚以上となりこれらの積層−
磁化作業も非常に煩雑となる。

第３図に示す磁極片（２０）は、第４図に示す如き市販
されている無方向性けい素鋼板コイルの最大幅寸法を全
長とする杆状磁極片用部材（２３）を有効に活用してい
る点を特徴とする。

この杆状磁極片用部材（２３）は、複数枚の細長い短冊
状無方向性けい素鋼板を鋼板の厚さ方向に積層し絶縁性
接着材にて所定幅（Ｗ）の杆状に一体化してなる。

また、杆状磁極片用部材（２３）の長さ方向両端部には
、後述するリング状支持枠（２４）への配置を容易にす
るために面取部（２８）が形成されている。さらに、杆
状磁極片用部材（２３）の少なくとも一方側面の所定位
置には、後述する絶縁性合成樹脂による磁極片の一体化
を容易にするため、薄いポリウレタンテープ等の絶縁性
粘着テープからなる絶縁材（２７）を貼着しである。

このように構成された複数の杆状磁極片用部材（２３）
は、第５図に示す如く、その積層方向を磁極片対向方向
と直交する方向にして、断面り字形のリング状支持枠（
２４）にて一方向に配列載架する。

複数の杆状磁極片用部材（２３）をリング状支持枠（２
４）に配列載架するが、これを極めて容易にできるよう
に、この発明では、リング状支持枠（２４）の中央部を
矩形状となるように切り抜いてあり、杆状磁極片用部材
（２３ａ）を一方向に配列するだけで載架を完了する。

なお、リング状支持枠（２４）の切り抜いて形成した矩
形状の枠内周縁は杆状磁極片用部材（２３ａ）に形成さ
れる面取部（２８）に対応させて同様な面取部（２９）
を形成しである。

上述の実施例においては互いの面取部（２８）、（２９
）にて杆状磁極片用部材（２３ａ）を載架する構成を示
したが、面取部に変えて嵌合等の他の載架方法を採用す
ることも可能である。

さらに、磁界均一度向上の観点から杆状磁極片用部材（
２３）を、その積層方向を９０’異なるように２層以上
に積層する場合は、第６図に示す如き構成を採用するこ
とができる。

すなわち、第５図にて示した杆状磁極片用部材（２３ａ
）を−層目とし、さらにその上面に積層方向を９０°変
えて第二層目を構成する複数の杆状磁極片用部材（２３
ｂ）を載置する。さらに第二層目の杆状磁極片用部材（
２３ｂ）の両端部に形成される面取部（２８）と対応す
る面取部（３０）を有する固定板（２５）にて、これら
二層の杆状磁極片用部材（２３ａＸ２３ｂ）をリング状
支持枠（２４）に強固に固定する。

上記のように杆状磁極片用部材（２３）を２層以上に積
層する際には、各層毎の電気的な絶縁を確保するために
、各層間の所要箇所に絶縁性粘着テープ等からなる絶縁
材を配置することが好ましい。

以上の工程を経て磁極片（２０）の中央部には、市販さ
れる無方向性けい素鋼板の最大幅寸法と同寸法を一辺と
する矩形状の二層磁極片部が構成される。

さらに、該二層磁極片部とリング状支持枠（２４）内周
面との間には上記杆状磁極片用部材（２３ａＸ２３ｂ）
の長さより短尺の杆状磁極片用部材（２３ｃ）を配置し
、略円板状磁石片を構成する。

この短尺の杆状磁極片用部材（２３ｃ）は磁極片中央部
と同様に二層構造としても良いが、−層としてもこの発
明の目的を達成することができる。

かかる磁極片（２０）の空隙対向面側には、環状突起を
形成する磁性材リング（２２）が配置される。この磁性
材リング（２２）は、前記杆状磁極片用部材（２３）の
上面に直接載置してもよいが、第３図に示す如く、リン
グ状支持枠（２４）の内周外縁部の所要位置に配置され
た複数（図においては４個）の固定ブロック（２１）を
介して磁極片（２０）外周縁部に載置することが好まし
い。

この磁性材リング（２２）に直径方向のスリット（２６
）を一箇所以上設ける（図においては１箇所）ことによ
って渦電流防止を図ることができるが、スリットが多く
なるとリングが分割されすぎて組立が煩雑となる。

以上、詳述した各部材を組立てて磁極片（２ｏ）を形成
したのち、この磁極片（２ｏ）の上面からエポキシ樹脂
等の絶縁性合成樹脂を流すと、各杆状磁極片用部材（２
３ルこ貼着された絶縁材（２７）及び各層間に貼着され
た絶縁材によって形成される微小隙間を通じて磁極片（
２０）全体に絶縁性合成樹脂が充填され、各杆状磁極片
用部材（２３）が相互に絶縁された状態で接着−磁化さ
れ、磁極片として必要な機械的強度を確保することがで
きる。

作用 以上に示す構成からなる磁極片（１０Ｘ２０）をＭＲＩ
用磁界発生装置に用いると、無方向性けい素鋼板は飽和
磁束密度（Ｂｓ）が高く、空隙の磁界均一化が達成しや
すく、また、保磁力（ＨｃＸヒステリシス損）のｌＪ轄
な電気的に絶縁されている薄板を複数枚積層した構成で
あることから、傾斜磁場コイルにＧＣパルスが印加され
ても磁極に発生する渦電流は低減され、しがも電磁現象
を低減させることも可能となる。

実施例 実施例１ 第７図と同様構成の磁界発生装置に、 （ＢＨ）ｍａｘ３５ＭＧＯｅを有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系永
久磁石を用い、下記性状の軟鉄からなる磁性材ベース上
に下記性状の無方向性けい素鋼板を用い第２図に示す構
成としたブロック状磁極片用部材を設け、軟鉄からなる
環状突起（スリットは４箇所とした）を設けた一対の磁
極片の対向間距離を５００ｍｍに設定した。

実施例２ 第７図と同様構成の磁界発生装置に、 （ＢＨ）ｍａｘ３５ＭＧＯｅを有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系永
久磁石を用い、下記性状の軟鉄からなるリング状支持枠
上に下記性状の無方向性けい素鋼板を用い第４図に示す
構成とした杆状磁極片用部材を設け、軟鉄からなる環状
突起（スリットは４箇所とした）を設けた一対の磁極片
の対向間距離を５００ｍｍに設定した。

比較例 実施例１と全く同様構成であるが、同寸法、形状の磁極
片をベース部と同軟鉄のバルク材で構成し、磁界発生装
置を組み立てた。

測定結果 以上３種類の磁界発生装置における磁界均一度と磁界強
度、傾斜磁場コイルによる渦電流の低減効果とともに、
ＧＣパルスにより生じる残留磁気を測定した。

その結果、実施例１，２、比較例とも空隙中心がら半径
２００ｍｍ内の計測空間での測定値で、磁界均一度；３
０ｐｐｍ、磁界強度；　０．２　Ｔを得た。

傾斜磁場コイルによる渦電流は、この発明による実施例
１と実施例２の場合、比較例に対して、それぞれ１７３
以下に低減された。

ＧＣパルスにより生じる残留磁気は、この発明による実
施例１の場合、比較例に対して、１／２．５以下に低減
され、実施例２の場合、比較例に対して、１／３以下に
低減された。

磁性材ベースは外径１０５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍとした
。

また、種々の磁極片用部材の磁性材ベース上配置後の厚
さ（最大厚さ）は２５ｍｍとした。ただし無方向性けい
素鋼板の厚さは０．３５ｍｍを採用した。

磁性材ベース部　　　純鉄 Ｈｃ　＝　８０Ａ／ｍ Ｂｓ＝２゜０Ｔ ｐ＝ＩＸ１０−’Ω・ｍ 無方向性けい素鋼板　Ｈｅ　＝　４ＯＡ／ｍＢｓ＝１．
７Ｔ ｐ＝４５ｘｌｏ’Ω・ｍ 発明の効果 実施例に明らかな如く、複数枚の無けい素鋼板を磁極片
の対向方向と直交する方向に積層して一体化したブロッ
ク状、杆状の磁極片用部材を複数個用いた構成からなる
磁極片を、ＭＲＩ用磁界発生装置に用いると、空隙の磁
界が均一化され、傾斜磁場コイルによる渦電流の低減の
効果とともに、ＧＣパルスにより生じる電磁を低減させ
る効果がある。

また、無けい素鋼板の積層方向が磁極片対向方向と直交
する方向であっても、−旦ブロック状または杆状の磁極
片用部材として用いるため、積層−磁化の作業が極めて
容易となる利点を有している。

【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磁極片の
一実施例を示す上面図と横断面図である。 第２図は、この発明の磁極片を構成するブロック状磁極
片用部材の一実施例を示す斜視図である。 第３図ａ、ｂはこの発明による磁界発生装置の磁極片の
他の実施例を示す上面図と横断面図である。 第４図は磁極片を構成する杆状磁極片用部材の斜視図で
ある。 第５図、第６図は第３図に示す磁極片の部分詳細説明図
である。 第７図は従来の磁界発生装置の縦断面図と横断面図であ
る。 工・・・永久磁石構成体、２，１０．２０・・・磁極片
、３・・・継鉄、４・・・空隙、５・・・環状突起、６
・・・傾斜磁界コイル、１１・・・磁性材ベース、１２
．２２・・・磁性材リング、１３・・・ブロック状磁極
片用部材、 １３ａ、１３ｂ−小ブロック、１４．＝円形凸状部、１
５・・・コア部、１６．２６・・・スリット、２１・・
・固定ブロック、 ２３．２３ａ、２３ｂ、２３ｃｍ杆状磁極片用部材、２
４・・・リング状支持枠、２５・・・固定板、２７・・
・絶縁材、２８，２９・・・面取部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙を形成して対向する一対の磁極片を有し、該空隙に
   磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置において、 複数枚の無方向性けい素鋼板を磁極片の対向方向と直交
   する方向に積層して一体化した磁極片用部材を複数個用
   いて磁極片を形成したことを特徴とするＭＲＩ用磁界発
   生装置。 ２ 磁極片の空隙対向面側に直径方向のスリットを一箇所以
   上設けた磁性材リングからなる環状突起を配置したこと
   を特徴とする請求項１記載のＭＲＩ用磁界発生装置。