JPH06505124A - 核磁気共鳴映像装置用永久磁石 - 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】 核磁気共鳴映像装置用永久磁石 本発明の目的は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）映像装置用の永久磁石である。問題の磁 石は、関心領域に均質の強い磁界を生成するこのような装置内で使用される磁石 である。医学の分野では、この関心領域に患者を配置する。本発明は、その他の 分野にも、特に、工業制御に使用できる。本発明は、いわゆる横断方向の磁界を 形成することを目的とする。

永久磁石構造は公知であり、特に板磁石型が知られている。

これらの構造は、例えば、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ−Ａ−０，１７０，３１８ 号に記載されいてる。または、そのような構造は、アメリカ合衆国特許第４．６ ７２．３４６号、第４．６７９．０２２号及び第４．８１８．９６６号に記載さ れている。他の型の永久磁石構造もまた既に公知である。特に、フランス国特許 出願第２．６０５．４５２号に記載のように赤道状のアクセスを備える球形永久 磁石が公知である。

いわゆる板磁石構造の欠点は、磁力線が閉じることにある。

実際、単純に板磁石構造にすると、横断方向の磁界は、永久的に磁化された材料 の２つのプレートの間に位置する空隙内に生成する。１つのプレートのＳ極面は 、空隙の反対側の別のプレートのＮ極面に対向している。従って、磁力線の閉じ は、２つのプレートの互いに反対側面の間に実現化される。磁力線を閉じるため のこの別の空隙の存在によって空隙に生成した磁界の値に悪影響を及ぼすのを避 けるために、これらの２つの離れた面の間に、磁化可能な磁性材料によって形成 された閉構造を位置するのが通常の方法である。磁性材料の典型的な例は軟鉄で あるが、これらの軟鉄構造には複数の欠点がある。第１に、軟鉄の費用は低いが 、しかしながら、磁石の価格に加えなければならない。また、これらの軟鉄構造 は、空間を占め、空気の有効領域へのアクセス点を制限する。理想的な解決方法 は、至る所で磁力線を閉じることでであろう。しかし、この場合、もはや、磁界 の関心領域に入ることができない。

また、このように考案された方法では、第１に、関心範囲内の強い磁界が均一に ならず、第２に、映像化方法で使用されるＮＭＲ信号の励磁及び測定のシーケン ス中に、渦電流が生じる恐れがある。均質性は、経験的であるだけなので高くな い。実際、磁石プレートを保持するためにも使用されるこれらの軟鉄構造は、機 械工学的考察によって指示された形状を有するが、その機械工学的な考察は、そ の軟鉄構造を磁界に貢献する正確なモデルとして製造するために寄与するもので はない。ＮＭＲによって要求される磁界の均質性に対して十分な精度を有してい ない有限の素子による計算技術を使用することしかできない。

従って、実際に生成した磁界の実験的な有効化を実施することが必要であるまま である。この実験的な有効化によって、軟鉄部品を特に適切な位置に位置決定し て、この位置決定の作用を測定し、少しずつ、必要な均質性が得られるまで、そ の結果として生じる修正を実施することが必要になる。この実験的な技術は、１ つのサンプルを製造するのに大掛かりの技術を必要として、しかも、この技術は 、容易には再現できないので、工業的規模の技術ではない。

軟鉄は導体であるので、渦電流に関して、実験の際ＮＭＲ信号の励起及び測定の シーケンス中に加えられた付加の磁界の勾配のパルス化特性はそのような方法に 反対する。本発明では、下記に説明するように、軟鉄を含まない構造を使用する 。この構造は、単一の磁石ブロックを実現し、さらに解析的に計算できる。これ らの磁石ブロックがフェライトをベースとするブロックである時、それ自体絶縁 体であり、渦電流の場所はない。

上記の赤道方向アクセスを有する球形永久磁石に関するフランス国特許出願では 、通常、横断方向の磁界を生成する半球形を有するリングに基づいて、対称構造 を形成する。この構造の欠点は、１つには、半球形のリングをもう１つのリング に対して保持し、調整するのが、物理的に単純なことではないことである。また 、結局、磁界が均一である関心領域は、この区域へのアクセス点のサイズよりは るかに大きい。すなわち、２つの中空の半球形構造は、その内部の均一性が高い 大きい関心領域を形成する。

反対に、内側へのアクセスは狭く、これらの構造間の間隔はその内部での滑動を 可能にするのに十分ではないと考えられる程である。実際、この発明によって形 成した医学機器は、成人患者の検査にはあまり適さない。また、この球形構造の リングを製造するのに使用される磁性ブロックの磁化は、これらのブロックの位 置に応じた配向を備えていなければならない。この位置は、この磁石の赤道方向 アクセスの平面に垂直な直径の１つを有する円上で参照される。これは、また、 これらのブッロクの磁化値についても同様である。従って、ブロックの製造が困 難になる。

本発明では、これらの欠点は、赤道方向のアクセスを有する球形構造より単純で 、且つ、その関心領域に完全にアクセスできる構造を提案することによって、解 消される。この構造は、また、磁力線の戻りを保証するために軟鉄の存在を必要 としないものである。発明した方法では、磁化した、Ｎ極とＳ極を有する単一ブ ロックのプレートを製造する代わりに、これらのプレートを互いに同心のリング に置き換えると、そのリングの内部での磁化の不均一な分布は、それ自体、生じ る磁界の均一性を高くする。そのリングによって、局部的に極めて高い均一性を 生じさせることができる。このため、第１に、均一性を生じさせるために、第２ に、より容易に磁力線の閉じを得るために、好ましい実施例で、計算した形状、 位置及び磁化によってブロックを使用する。

従って、本発明の目的は、空間領域に強い均一磁界を生じさせる１組の磁気ブロ ックリングを備える核磁気共鳴映像装置用の永久磁石であって、これらのリング は、２組の相補的なリングに分割されており、１つの組のリングは全て実質的に 同心であり、１つの組の各リングは、空間領域の高さだけ、もう１つの対向する 組のその相補的なリングから隔てられており、この高さは相補的なリングの全て の組についてほぼ同じであることを特徴とする永久磁石である。

本発明は、添付図面を参照して行う以下の説明から明らかになろう。ただし、こ れらの図面を例として示したものであり、本発明を何隻限定するものではない。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第２図及び第３図は、本発明による磁石の実施例を示した ものである。

第４図、第５図及び第６図は、上記の実施例で、リング内の磁性ブロックに割り 当てられるサイズ及び間隔を示したものである。

下記に説明するように、本発明による構造が満たさなければならない均一性の程 度は高い。実際、大きい磁気構造を使用するという事実は、その直接の結果とし て、この磁気構造の関心領域の所定の小さいサイズの内で、磁界の変化、すなわ ち、不均一性が、磁界構造がより小さい場合や同一の所定の小さいサイズで得ら れた結果を考察した場合に得られたものより低いということである。従って、従 来技術による超伝導体型まはた抵抗性磁石の場合、機械の内部で患者を滑動させ 、各種の勾配コイルやトランシーバ−アンテナを配置するのに必要な空間を考慮 すると、円筒形磁石の有効な内径は約１ｍである。これらの条件下では、磁界の 第８位の均一性（０ではない最初の位が、第１０位にある）を実現すればよい。

関心領域の有効な３０ｃｍ内では、これらの不均一性は、単純化すれば、因子（ ０，３／　１．００）　”−５，９・１０−６によって乗算される。従って、不 均一性は、かなり小さくなる。

反対に、関心領域の有効サイズ（０，３０ｍ）が、範囲０．５０ｍの磁石「プレ ート」間の算定（Ｉｏｇｉｓｔｉｃａｌ）空間とほぼ同じ程度である本発明の構 造では、解析的な均一性はより大きくなければならない。例えば、第１４位に達 する必要がある。算定空間を最小限に小さくする必要性は、磁気材料の容量がこ の算定空間の立方体につれて大きくなるということによる。本発明では、算定空 間は大きくならず、反対に、「プレート」内の異なる磁化分布を使用する方法に よって、均一性の程度が大きくなる。従って、磁性プレートは、公知の板磁石に 匹敵する容積の材料で形成され、同時に極めて高い均一性を有する。

斜めに下方に見た第１Ａ図及びほぼ水平な平面内の第１Ｂ図の各斜視図に示した 同一構造体は、その空隙に０．２テスラの磁界を形成することができる。この構 造体は、好ましい例では、鉄−ネオジウム−ボロン（ＦｅＮＢ）製である参照番 号１に示すような磁気ブロックによって形成されている。Ｂ「がこのような飽和 磁化された磁気材料の内部の残留磁気を示す時、このようにして形成された構造 は、生じた値Ｂ。が（０，２テスラ）が０．１７Ｂ「にほぼ等しいようになる。

また、絶対値がこの材料の保持力の０．７倍より大きい材料では、消磁励磁は起 こらない。従って、消磁作用はない。実際、第１Ａ図及び３ＪＩＢ図の構造の重 量は、約３トンである。

このように記載した永久磁石は、１組のリング、例えば、リング２．３．４．５ を備える。これらのリングは、各々、相補的なリングからなる２つの組６及び７ に分割されている。例えば、組７のリング８は、組６のリング２と相補的である 。同−組のリング、例えば、組６のリング２．３．４．５は全てほぼ同心である 。これは、第１に、リングが同じ回転軸線１５を有し、′ｔ！、２に、互いに完 全に重なり合わせることが可能であることを意味する。さらに、本発明では、組 の各リングは、他の組のその相補的なリングから、例えば、リング２及び８は、 そのリング間の空間領域９の高さ１０だけ離れている。その空間では、強い均一 の磁界が支配している。

２つの相補的なリングを隔てる高さは、磁石のリングの組の全ての相補的なリン グの組についてほぼ同じである。これらのサイズの特性は、いずれにせよ第４図 に明らかに示されている。

この図面は、第１Ａ図または第１Ｂ図の全リングを半径方向に横断する平面に沿 った断面図である。

高さは、リング８からリング２を分離する高さである。この高さＩＯは、リング １２からリング３を分離する高さ１１にほぼ等しく、これは、リング４と５、及 び、それらの相補的なリング１３と１４についても同様である。第１Ｂ図は、同 じ部品と回転軸線１５を図示している。高さは、空隙に対向する面の間の間隔を 測定する。

１９８４年１２月１４日にフランス国特許出願８４／１９１９１号が出願されて から、必要な均一性が得られる有効容積の境界を決定する半径「。によって標準 化された極座標系で、誘導磁界の値を相対値で表示する公知の方法がある。

この表示では、多項式Ｐ、、（ＣＯ９θ）及びＰ＋、”（ｃ　ｏ　ｓθ）は、各 々、第１及び第２の型のルジャンドル（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）の多項式である。Ｂ 、／Ｂ、の値１に対する不均一性を示す差は、係数Ｈ，，，１，、′″及びＪ、 、′″によって与えられる。関心領域の中心からの距離ｒでの磁界Ｂ２は、これ らの係数がｎの高い値まで０であると均一である。その時、ｎ以下の位の一連の 項が全て０であると、磁界は、ｎ位まで均一である。ｎは、均一性の位を示す。

示した構造は、第１４位まで均一な構造である。この構造は、有効容積内で１　 ｐｐｍより大きい均一性を示し、その高さは、高さｌＯの半分より大きい。１　 ｐｐｍ以上の均一性を有することは、開口部６の有効領域の全ての場所で、磁界 値が相対的に、０．２テスラの値から百万分の１も離れていないことを意味する 。

生じた磁界Ｂ。は、横断方向の配向を有する。その磁界は、軸線１５と同一軸線 上にある。図示した方法では、リング３．４及び５の磁化は、また、横断方向で ある。対称的に、リング２内の磁化は半径方向である。リング１２．１３及び１ ４では同様に、磁化は横断方向である。さらに、その磁化は、対応するリング３ ．４及び５の磁化と各々と同一方向に配向されている。しかしながら、リング８ では、磁化は半径方向であるが請求心方向であり、リング２は半径方向であり、 遠心方向である。従って、第１Ａ図、第１Ｂ図及び第４図の構造は、複合磁化の 構造である。

複合磁化のこれらの構造は、参照番号１７及び１８等の磁力線の閉じが可能な限 り近傍で実施されるという点で重要であ。特に第４図の構造の外側に生じた磁界 は、そこから離れると急速に減少する。言い換えれば、過度に大きい漏れ磁界の 存在によって心臓刺激装置の支持部材をその刺激装置のスイッチが切れるこのよ うに示した複合構造は、本発明による好ましい方法である。従って、磁石から３ ｍの距離で、受ける磁界を２ガウスの範囲内にするように、すなわち、地球の磁 界のほぼ４倍の磁界であるように計算することが可能である。

第２図及び第３図は、各々、対応する断面図である第５図及び第６図と共に、本 発明による磁石の構造の別の実施例を各々示している。第２図の構造では、図示 した磁石は、また、４つのリングを有するが、特に、軸線１５が通過する位置で 孔を完全に塞ぐ中心リングを有するという利点がある。第３図の構造は、それと は異なり、３つのリングだけを有する構造であり、その中心リング１６自体も中 空である。

下記に説明するように、上記の表記に応じて、この構造が３つのリングだけを有 するという事実の結果は、それがあまり均一ではない磁界を生成するということ である。しかしながら、磁性材料の量に関しては、少なくてよい。第２図の構造 は、全ての磁性ブロックが従来技術の板磁石で公知である方法で横断方向の磁化 を有する構造である。しかしながら、従来技術で公知のこととは反対に、磁界Ｂ 。の均一性は、各リングの特定のサイズによる空間９内で得られる。極部品及び 軟鉄性でる磁界を閉じる部品にの均一な磁化によっては、均一性は生じない。

第３図の構造では、配向は半径方向であり、図示した部分では遠心方向である。

図示していない相補的な部分では請求心性である。ここでは、また、均一性は異 なるサイズのブロックによって得られる。

第３図は、また、非磁性材料製のベルト１７を示し、従って、生成した磁界の均 一性を変形しない。軽合金、木材、好ましくはガラス繊維で強化したプラスチッ クまたはコンクリートを使用して、リング１９のブロック１８等の全てのブロッ クを固定する。

半径方向の磁化は、また、ブロック１８内に示されている。ベル［７は、さらに 、参照番号２０及び２１等の楕円形の孔を備える。

これらの孔によって、参照番号２２等のねじ溝を形成した頭部と支持部品２３を 共に装着することができる。磁石の有効領域９が水平に示されている位置では、 リングは床面にほぼ平行である。

磁石の下方のリングに関する部品２３は、床面に固定されている。

上方の相補的なリング用の相補的な部分は、この構造が設置されている室の天井 に固定される。孔２０及び２１の形が楕円形なので、参照番号１９等のリングを そ平面内で、どの方向でもよいというわけではないが、僅かに並進または回転移 動させることができ、これらのリングの動きにいくらかの自由を与え、そによっ て、必要ならば、均一性を良好に調節することができる。また、ねじ溝を形成し た頭部２２は、その下部にねじ溝ナツトを備え、そのナツト上にベルトが位置す る。これらのチットは、リングの平行性を調節するために使用される。

外側リングに対して、ベルト１７は、さらに容易に計算できる大きな磁力に耐え るサイズでなければならない。その大きいリングの内側の小さい同心リングに関 しては、磁力はより小さい。

これらの内側リングの保持のためには、個々にリングを製造するよりむしろ、毎 回、鋳型の内部で、これらの全てのリング、例えば−１１２〜１４と３〜５を各 々、例えば、重合可能な樹脂で形成されているコーティング材料中に埋めること ができる。これらの組は、また、独立した調節可能な装置によって保持できる。

リング間の空間によって、容易に算定アクセスすることができる。

下記の第１表は、所定の位の均一性２ｐｏに必要なリングの数、２（ｐｏ＋１） に等しい第１の非零項の位、及び規則的な多角形である各リング内での、このリ ングが備え、従って、所望の均一性が得られる多角形の辺の最小限の数を示す。

第１表 第１番目の欄は、均一性の大きさを占めている。第２番目の欄は、この均一性に 達するのに必要なリングの最小限の数を示している。第４番目の欄は、この均一 性に達するための多角形リングの辺の最小限の数を示す。ブロック内の残留磁化 は、同じであることがある。ブロックのサイズは、上記の解析的表記の応用例と して、以下に示す。

第１図に対応するｌ実施例では、このようにして、「プレート」の各リングの高 さ２４、厚さ２５及び内径２６を決定することができる。半分の開口部に関する これらのサイズ（従って、高さ１０は２に等しい）は、下記の第２表に示した： 、第２表 磁化２７の強さは、全ブロックで同じである。これらの結果は、前記の特許出願 の記載から演経される。評価は、理論的に円筒形リングの計算から実施され、こ れらのリングは互いに密着した１続きのブロックの多角形の形態で製造されてい るので、この近似値は、それ自体、必ず不均一性の原因となっていることが分か っている。しかしながら、円筒形リングを模倣するために選択されたブロックの 数が十分ならば、その時、実際の平面上で理論的に予想される結果が実際に得ら れる。この均一性の大きさは、ブロックの数が上記のようにリングの数に相関し ているのと同様に、リング数に相関している。

しかしながら、リングのブロックの高さ、厚さ及び内径を作用させることにより 、上記の解析的な説明を適用することによって、必要な品質を備える磁石を得る ことができる。上記の磁石は、最適な磁石、すなわち、毎回、その可能性の最大 限の飽和まで磁化される磁性材料を使用する磁石である。上記の実施例では、ブ ロックは、台形である。その小さい辺は、リングの中心に向いており、その大き い辺は、リングの外側を向いている。しかしながら、台形ブロックを、製造がよ り容易な長方形平行六面体のブロックに置き換えることができる。しかし同じ全 体のサイズで得られる磁界はより弱い。

リングでは、相補的なブロックは、もちろん、相補的な磁化を有する。実際、設 計及び製造を単純化するために、リングは、２つの組の各々が、同じ種類の材料 で形成されており、各リングは、同じ形状の磁性ブロックを備える。しかしなが ら、異なる形状のブロックを備え、異なる磁化の場合でも、同様の結果を得るこ とができる。

所定の磁化を有するブロックの製造は、様々な方法で実施される。例えば、これ らのブロックようなブロックを飽和するまで磁化して、その磁化曲線のヒステリ シスサイクルを、この残留磁化が飽和から由来する直線とは異なる逆方向の直線 を辿るように辿ることによって、それらの残留磁化を減少させることができる。

好ましくは、フランス国特許第２．５７４．９８０号に記載のような複合材料製 のブロックを製造する。

国際調査報告 −−１藝−＾−ｃｍｍ　ｍ、　ＰＣｒ／ＦＲ９１１００６１７国際調査報告 フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号８２０３−２Ｇ Ｉ ＧＯＩＲ３３／２２　Ａ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．空間領域に強い均一の磁界を生じさせる磁化ブロックのリング（２〜５）の 組（６、７）を備える核磁気共鳴映像装置用の永久磁石であって、これらのリン グは２つの組（６、７）の相補的なリングに分割され、１つの組のリングは全て ほとんど同心（１５）であり、１つの組の各リング（８）は、空間領域の高さ（ １０）だけ、もう１つの対向する組のその相補的なリング（２）から隔てられて おり、この高さは相補的なリングの全ての組についてほぼ同じ（１１）であるこ とを特徴とする磁石。
2. ２．リングのブロックによって生じた磁界は、このリングに対して相補的なリン グの直接対向するブロックによって生じた磁界の方向に平行であることを特徴と する請求項１に記載の磁石。
3. ３．上記リングの各組の直径が大きいリングは、磁化方向がこのリングに対して 半径方向（２７）であるブロックを備えることを特徴とする請求項１または２に 記載の磁石。
4. ４．上記リングの各組の内側のリングは、磁化方向がこれらのリングの面に対し て横断方向であるブロックを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１ 項に記載の磁石。
5. ５．上記リングの各組の内側のリングは、各々、中心孔を備えることを特徴とす る請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁石。
6. ６．２ｐｏ次の均一の磁界を生じさせる、すなわち、その解析学的表示が２ｐｏ 以下の項を備えない磁界を生じさせる磁石であって、リングは、各々、少なくと も２（ｐｏ＋１）個のブロックを備えるブロックの組によって形成された規則的 な多角形構造を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁 石。
7. ７．上記リングは、複数のブロックを備え、該リング内のブロック数は組内のリ ング数のほぼ４倍に等しいかそれ以上であることを特徴とする請求項１〜５のい ずれ１項に記載の磁石。