JPH0577033B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一様な主磁界を発生する永久磁石材料
から成る磁石装置を具える核磁気共鳴装置に関す
るものである。ここで、一様磁界とはその強さが
所定の区域、例えば検査区域全体に亘つて均一な
空間分布を有する磁界を意味する。

この種の装置はPCT特許出願WO84／01226号
により既知である。

これに記載されている装置の欠点は、磁石装置
の核ブロツクの位置が、軸方向調整が容易である
点は別にして、ブロツク及び磁石装置の幾何形状
により完全に決まるために各ブロツクの磁化方向
を精密に向けさせる必要がある点にある。個々の
ブロツクの磁化方向の僅かな変化が妨害となるか
なりの不均一を主磁界に発生し得る。

本発明の目的はこの欠点を解消することにあ
り、この目的のために本発明は一様な主磁界を発
生する永久磁石材料から成る磁石装置を具える核
磁気共鳴装置において、前記永久磁石材料を磁化
方向に関し事後調整し得るように磁石装置に装着
した複数個のバーの形に構成したことを特徴とす
る。

略々円筒状の測定スペースに対しては永久磁石
材料を、直径及び長さを自由に選択し得る円筒状
測定スペースを取り囲むよう構成する。この場
合、ｚ軸がこの円筒測定スペースの軸線と一致す
る円筒座標において計算すると、測定スペースを
取り囲む永久磁石材料の磁化方向が全ての方向ψ
についてα＝2ψの関係を満足する場合にｘ軸方
向の半径方向磁界の強度が最大になることが求め
られる（ここでαはｘ軸と磁化方向とのなす角）。
また、この場合にはｘ方向に垂直なｙ方向には磁
界強度は生じないこともわかる。この場合のｘ方
向の磁界の強さは永久磁石材料の透磁率μに逆比
例すると共に取り囲む円筒スペースの半径の２乗
に逆比例する。

本発明の好適例においては、永久磁石材料を測
定スペースを取り囲む複数個の直径方向に磁化さ
れた柱状バーをもつて構成し、これらの各バーを
その磁化方向に垂直な軸線を中心に回転可能に装
着した構成とする。特にバーは円柱状とし、磁石
システムは斯るバーを例えば12〜24本具えるもの
とする。円柱状バーを使用する利点は、この場合
には全てのバーの磁化を同一にすることができる
ために全磁石システムに１種類の磁化バーを必要
とするだけとなる点にある。

本発明の他の好適例においては、前記バーを例
えば前記PCT特許出願WO84／01226号に開示さ
れているブロツクの半径方向断面に対応する円筒
シエルの扇形の断面を有するものとするが、これ
らバーを各バーがその長軸を中心にある程度回転
し得るように十分な間隔をあけて装着した構成と
する。

本発明の更に他の例においては、磁石システム
は２個以上、例えば２個の同心円筒状配列バーを
具え、例えば内側の円筒状配列バーはｚ方向に見
て中央に中断部を有し、外側の円筒状配列バーは
この中断部をカバーすると共に内側の円筒状配列
バーの両端から同一の距離又は異なる距離の位置
で両端が終端した構成とする。

更に他の例では、全てのバーを装置にそれらの
磁化方向が同一の方向、例えばｘ方向に平行な方
向になるよう装着する。この場合には、高透磁率
の材料のジヤケツトを永久磁石装置の周囲にリタ
ーンヨークとしてかぶせる必要がある。

更に他の例では、バーの幾何構成を適切にする
と共に必要に応じ追加のシム材料又はシムコイル
を用いて特に磁石装置の開口端近くに高度に均一
な磁界が得られるようにする。

以下、本発明のいくつかの好適例を図面を参照
して詳細に説明する。

第１図に示す核磁気共鳴装置は安定な一様磁界
Ｈを発生する永久磁石装置２と、傾斜磁界を発生
する磁石装置４と、傾斜磁界コイル４用の電源６
を具える。磁気コイル１０は無線周波交流励起磁
界を発生するもので、この目的のために無線周波
源１２に接続してある。検査物体中に無線周波励
起磁界により発生された核磁気共鳴信号を検出す
るために、第１図の装置では簡単のため無線周波
コイル１０を用い、この目的のためにこれを信号
増加器１４に接続してある。信号増加器１４は位
相判別整流器１６に接続され、この整流器は中央
制御ユニツト１８に接続される。この制御ユニツ
ト１８は無線周波源１２用の変調器２０、傾斜コ
イル用の電源６及び像表示用のモニタ２２を制御
する。高周波発振器２４は変調器２０と測定信号
を処理する位相判別整流器１６とを附勢する。磁
石装置２及び４内に置かれる励起コイル１０は測
定スペース２８を囲み該スペースを限界する（こ
の測定スペースな医用診断装置においては患者を
収容するに十分な大きさとする）。これがため、
測定スペース２８内に一様な磁界Ｈと、測定及び
表示すべき断層位置を選択するのに必要とされる
傾斜磁界と、空間的に均一な無線周波交流磁界を
発生させる必要がある。人体の周辺部位の検査の
ような所定の検査に対しては、人体の検査部位の
形に合わせた形を有する検出用コイル、例えば心
臓のような人体の局所検査用のサーフエースコイ
ル又はスパイラルコイル、或は人体の周辺部位を
入れることができるソレノイド型コイルを用いる
のが有利である。後者のコイルは特定の場合に乳
房検査に使用される。これら検出コイルは励起コ
イルが一様な無線周波磁界を発生し得る測定スペ
ース内に配置される。ソレノイド型コイルを使用
するときはこのコイルを励起コイルと測定コイル
に共用することができる。

本発明による永久磁石装置の一例は、第２図に
断面図で示すように、測定スペース２８を取り囲
む円筒状に配列した、矢印の方向ｍに磁化された
円柱状のバー３０を具える。これらバーはフエラ
イト、SmCo₅、Sm（FeCoCuZr）_7.5、Nd₂Fe₁₄B又
はSm（CoCu）₅のような永久磁石材料から成る。
測定スペースは、いわゆる全身測定用の場合に
は、例えば約１ｍの内径と1.5〜２ｍの長さを有
する。永久磁石材料の所要量、従つてバーの直径
は採用する永久磁石材料、バーの本数及び測定ス
ペースに必要とされる磁界強度により決まる。測
定スペース内の最適に均一な磁界Ｈは、各バーの
永久磁石材料の磁化方向ｍが、ψをｘ軸と各バー
３０に向かう半径ｒとなす極座標角及びαをｘ軸
と磁化方向ｍとのなす角とするとき、α＝2ψの
条件を常に満足する場合に与えられる。即ち、第
２図に中心軸線の囲りの順次のバー位置に対して
示すように、磁化方向ｍが半径ｒの角方向ψの変
化の２倍の大きさで変化する関係とする。この場
合、シム材を用いるとこれらバーで取り囲まれた
スペースのかなり大きな部分内に十分に均一な磁
界Ｈが得られる。永久磁石材料は、比較的少量の
材料で比較的強い磁界Ｈを得るために強い磁界強
度を示すものとするのに加えて、磁界を温度変化
に関し安定に維持すると共に良好な均一空間分布
を維持するために低い磁化温度係数を示すと共に
外部に対する磁気シールドのために高い飽和保持
力を示し、更に磁化の局部的乱れを避けるために
高い磁気異方性を示すものとするのが好適であ
る。

各バー３０はホルダの３２内に収容し、ホルダ
３２を内側支持体３４（磁界に影響を与えるもの
としてはならない）及び外側支持体３６内に組み
込む。外側支持体３６はシールド、特に磁気シー
ルドの一部を構成するものとし得るが、本例の磁
化方向配置の場合には厳重に行なう必要はない。
バー３０はホルダ３２内で回転可能にし、これに
より磁界Ｈの均一性を最適化することができる。
必要に応じホルダ３２を支持体３４−３６内に、
各バーをホルダ３２と一緒に半径方向に変位し得
るように取付け、事後調整し得るようにすること
もできる。しかし、本例では全てのバーが同一で
あるため、このようにする必要性は低い。バー３
０は所定の形にしてから磁化することができる
が、例えば予め磁化した矩形バーを用意し、次い
でこれを所要の形にすることもできる。この処理
を一層簡単にするために、バーの断面形状を正多
角形にすることができる。この場合も各バーを内
面がバーの包囲支持表面を構成するホルダ３２の
ようなホルダ内に収容することができる。バーの
本数は目的とする磁界の均一度により決まり、例
えば12本から24本までの任意の本数にすることが
できる。

本発明においては、均一に磁化された磁石シス
テム、即ち全てのバーの磁化方向が互に平行で、
例えば第２図のｘ軸に平行である磁石装置を用い
ることもできる。但し、斯る磁石装置は磁気的な
観点から見ると閉ループを構成しないで所要内部
磁界を平衡させる外部戻り磁界を示し、漂遊外部
磁界を発生し得る欠点がある。既に述べたよう
に、この欠点は軟磁性シールドにより克服するこ
とができ、この場合にはこのシールドが必要であ
る。バー自体は先に述べた装置のバーと同一にす
ることができる。本発明に従つて磁化したバーを
両装置に用いることができる。シールドを別にす
れば、バーを回転させることにより簡単に一方の
装置から他方の装置に変換することができる。バ
ーの事後アライメントは完全に実験により行なう
ことができるが、各バーの磁化方向が磁界の均一
性に及ぼす測定した影響から各バーのアライメン
ト用アルゴリズムを作製することもできる。これ
は装置の対称性を考慮して装置の直径方向に対向
する各対のバーごとに行なうのが好適である。各
バー又は各対のバーの影響は計算することができ
るが、各バーを既知量づつ回転させて測定スペー
ス内の磁界に及ぼす影響を測定することにより実
験により決定することもできる。

永久磁石材料の一層コンパクトな構造は、第３
図に示すように、各バーの横断面を所要の幾何形
状にマツチする円筒シエルのセクタの形にするこ
とにより得られる。斯る断面を有するバー４０を
測定スペース２８を有する磁石装置を構成するよ
う組み立てる。バー間の隙間４２はバーを限られ
た範囲で回転可能にする。隙間４２は、各バーの
磁化方向を製造中にかなり精密に定めることがで
きるため、あまり大きくしなくても磁界の均一性
を最適に設定することができる。この設定は例え
ば調整ねじ４６が設けられた支持体４４と十分に
弾性な材料から成るばね素子４９が取り付けられ
た支持体４８との間にバーを装着することにより
実現することができる。本例では全てのバーを互
に同一で互に交替し得るという実際的な利点は得
られない。磁化方向の事後アライメントによつて
磁界を高度に均一にすることができるため、前記
PCT特許出願WO84／01226号に記載されている
８個の素子より多数の素子を用いるのが有利であ
る。本例でも測定スペースの幾何学寸法及び磁界
の所望均一度に応じて12〜24本のバーを使用する
のが好適である。前述の例と全く同様に、本例も
α＝2ψの磁化方向を有するシステム又は均一磁
化方向を用いるシステムに構成することができ
る。本例では両装置は互に交換可能でなく、後者
の場合には同様にリターンヨークが必要とされ
る。

今までは単一の円筒状のバー配列体について考
察した。第４図に縦断面図で示す例は２個の同軸
円筒状のバー配列体を具える。第１即ち内側のバ
ー配列体５０は中断スペース５６を持つ２部分５
２及び５４から成り、第２即ち外側のバー配列体
５８は連続バーから成る。各バー配列体５２，５
４及び５８は上述した例と同様に構成する。斯る
装置の場合には磁石をその磁界Ｈが例えば磁石の
端面６０の近くにおいても診断測定用に十分に均
一になるよう構成することができる。各部の幾何
形状及び寸法、特に内側バー配列体の端面６０と
外側バー配列体の端面６１の相対位置及び間隔５
６の寸法を最適とすることにより端面６０の近く
における磁界を均一にすることができる。この目
的のために、追加の磁石材料又は共働電磁コイル
を付加することができる。端面近くで高度に均一
な磁界を発生する磁石は例えば胸部検査に特に好
適である。磁石の直径、従つて全体の寸法及びそ
の総重量はこの目的専用に設計される磁石に対し
て著しく低減することができる。この場合には15
〜20cmの直径で十分である。この場合には共通の
ソレノイドを励起コイル及び測定コイルとして使
用すると主磁界のためにエネルギーを必要としな
い安価で操作が容易な核磁気共鳴装置が得られ
る。磁石の直径は傾斜コイル６２をスペース５６
内に組み込んだ構成を用いることにより更に低減
することができる。斯る磁石は、対称構成である
ことから考えて、両端部で各別の測定を同時に行
なうことができる。適正な構成にすれば端面６４
における磁界は端面６０の磁界と同一になるた
め、この磁石の一方の端部を例えばダミー物体と
ともに基準として用いて対称磁界の不均一を補正
することができる。２個のバー配列体の端面を相
対的に変位させて磁石の各端の磁界を変化させれ
ば磁石を非対称にすることができる。この場合磁
石の各端近くの磁界を異なる特定の用途に適合さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は永久磁石装置を具える核磁気共鳴装置
の構成図、第２図はα＝2ψの関係に従つて磁化
した円柱バーから成る円筒状磁石装置の横断面
図、第３図は円筒状シエルのセクタの形のバーか
ら成る永久磁石装置の横断面図、第４図は２個の
同軸円筒状配列バーを具える永久磁石装置の縦断
面図である。 ２……永久磁石装置、４……傾斜磁界コイル、
６……傾斜磁界用電源、１０……無線周波コイ
ル、１２……無線周波源、１４……信号増幅器、
１６……位相判別整流器、１８……中央制御ユニ
ツト、２０……変調器、２２……モニタ、２８…
…測定スペース、３０……永久磁石バー、３２…
…ホルダ、３４，３８……支持体、４０……永久
磁石バー、４２……隙間、４４，４８……支持
体、４６……ねじ、４９……ばね素子、５０，５
２，５４，５８……円筒状配列バー、５６……中
断部、６２……傾斜磁界コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長い測定スペース内に一様な主磁界を発生す
   る磁石装置を具えた核磁気共鳴装置において、前
   記磁石装置は、各自の長手軸線方向に対しほぼ直
   角方向に磁化された永久磁石材料から成る細長い
   バーの形態の複数の永久磁石と、これらバーを前
   記測定スペースの周囲に、それらの長手軸線が前
   記測定スペースの長手軸線にほぼ平行になるよう
   配列すると共に支持するハウジングと、前記ハウ
   ジング内の少なくとも一つのバーの磁化方向が前
   記ハウジング内の他のバーの磁化方法に対し変化
   し得るように、前記ハウジング内の少なくとも一
   つのバーを、その長手軸線に平行な軸線又はその
   長手軸線と一致する軸線を中心に、前記ハウジン
   グ及び前記他のバーに対し回転自在に取付ける手
   段とを具え、前記ハウジング内に前記バーを取付
   けた後に前記測定スペース内の主磁界を調整し得
   るようにしたことを特徴とする核磁気共鳴装置。 ２ 前記測定スペースは円筒状であり、前記各バ
   ーはその長手軸線に対しほぼ直角方向に磁化さ
   れ、前記各バーは、その磁化方向と、前記測定ス
   ペースの長手軸線に直角をなす基準方向とのなす
   角が、前記基準方向に平行であつて前記測定スペ
   ースの長手軸線と交差する基準軸と、その交点か
   らこのバーの中心に向う半径線とのなす角の常に
   ２倍になるように配置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴装置。 ３ 前記磁石装置は、前記測定スペースの周囲に
   配置された前記バーから成る内側磁石層と、この
   内側層の外側に、この内側磁石層のバーから離し
   て配置された前記バーから成る外側磁石層とを具
   えることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の核磁気共鳴装置。 ４ 前記内側磁石層及び外側磁石層の一方は複数
   の第１バー及び複数の第２バーを具え、複数の第
   １及び第２のバーの長手軸線は前記測定スペース
   の長手軸線にほぼ平行であり、複数の第１及び第
   ２バーは前記測定スペースの長手軸線からほぼ等
   しい距離にあり、且つ複数の第１バーは複数の第
   ２バーからそれらの長手軸線に平行な方向に離間
   して第１及び第２バー間に空〓を具えることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の核磁気共鳴
   装置。 ５ 前記内側磁石層が前記空〓を有する前記第１
   及び第２バーから成り、前記外側磁石層が前記空
   〓の周囲に存在することを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の核磁気共鳴装置。 ６ 前記測定スペースの軸方向端における磁界を
   均一化する手段が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴装置。 ７ 前記永久磁石材料の各バーはその長手軸線に
   対し同一の磁化方向を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の核磁気共鳴
   装置。 ８ 前記バーは円形断面であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴装置。 ９ 前記測定スペースはその少なくとも一方の端
   近くにおいて約20cmの直径を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の核磁気共鳴装
   置。