JPH09289984A

JPH09289984A - 静磁場発生装置

Info

Publication number: JPH09289984A
Application number: JP8129319A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kawano; 川野　　源; Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島; Shigeru Kadokawa; 角川　　滋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】広い開口を有することで被検者に開放感を与
え、また術者には被検者へのアクセスを容易にすると共
に、磁場均一度の良い静磁場を発生させ、かつ磁場漏洩
の少ない磁気共鳴イメ−ジング装置用静磁場発生装置を
提供することを目的とする。【課題】撮影空間（７）に均一磁場を発生するコイル
（１）と、コイル（１）を支持する支持手段と、コイル
（１）と支持手段を収容する容器（２）とを具備する静
磁場発生装置において、コイル（１）は、撮影空間（均
一磁場領域に相当）（７）を挾んで上下方向にはほぼ等
距離に対向して配置され、容器（２）の外周を板状鉄材
（３）とリング状鉄材（４）の組合せで取り囲み、リン
グ状鉄材（４）の対向端面（４Ａ）間を柱状鉄材（５）
で接続して磁気的閉回路を構成し、リング状鉄材（４）
の端面（４Ａ）の位置が、コイル（１）の中央面（１
０）に近接しないようにした。撮影空間の磁場均一度が
向上し、磁気共鳴イメ−ジング装置の画質向上に寄与す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置（以下、ＭＲＩ装置という。）に適した静磁場
発生装置に係り、特に、広い開口を有することで被検者
に開放感を与え、また、術者には被検者へのアクセスを
容易にすると共に、磁場漏洩を少なくした静磁場発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の構造を非破壊的に検査する診断装
置としては、Ｘ線ＣＴ装置、超音波診断装置、ＭＲＩ装
置等が広く使用されている。その中で、核磁気共鳴現象
を用いて人体内部を描写することができるＭＲＩ装置
は、放射線等の被曝はなく、良質な画像を得られる特徴
をもっている。

【０００３】ここで、核磁気共鳴現象について概略を説
明すると、人体内部の固有の磁気モーメントを持つ原子
核の集団は、静磁場中に置かれたときに、その静磁場と
同じ方向を向き、特定の周波数で回転する。これをラー
モア歳差運動と呼び、静磁場の磁束密度をＢｏ、周波数
をｆとした場合、両者の関係はｆ＝γＢｏ（γ：核磁気回転比）で表される。この静磁場と垂直方向に同等の高周波磁場
を加えることで、前記原子核の集団が励起され、検出器
を静磁場と垂直方向に置くことで、特定の原子核の信号
が得られる。

【０００４】ＭＲＩ装置の場合、上記の現象だけでは配
置情報を得られないため、静磁場に一時的に傾斜を与え
る傾斜磁場を加えることで、周波数ごとに信号強度の分
布が得られ、さらにフーリエ変換することで画像化す
る。

【０００５】そのため、ＭＲＩ装置によって作られる画
像は、３つの磁場、すなわち静磁場、高周波磁場、傾斜
磁場の磁場特性によって直接的に影響を受ける。例え
ば、傾斜磁場の特性が悪いと画像の歪みが生じ、高周波
磁場の特性が悪いと画像のぼけが生じる。その中で、静
磁場の特性は画像の歪み、画像のぼけ、Ｓ／Ｎに直接影
響を与え、ＭＲＩ装置における基本性能を決める重要性
を持っている。そのため、数１０〜数１００ｐｐｍオー
ダーの高均一性でかつ高安定な磁場が要求されている。

【０００６】静磁場発生装置には、一般的に大きく分け
て、強磁性体からなる永久磁石方式、導電率の高い物質
を電流搬送手段とし、これに電流を供給して静磁場を得
る常電導磁石方式、超電導線材を電流搬送手段とし、こ
れに電流を供給して静磁場を得る超電導磁石方式などが
ある。

【０００７】永久磁石方式は、強磁性体を組み合わせる
ことによって磁場の発生方式が比較的簡単に変えられ、
超電導線材のように液体ヘリウム等の冷却用媒体を用い
ないですむため冷却機構が不要である。そのため構造が
簡易化でき、ランニングコストが安いなどの特徴をもっ
ている。その反面、磁石に用いる磁性材料の発生する磁
場強度には限界があり、高出力の静磁場を発生させる手
段としては不向きである。

【０００８】また、常電導磁石方式は、銅などの導電率
の高い常電導物質の線材をコイル状に巻いて静磁場発生
源として用いる方式である。必要なときだけ静磁場発生
源に電流を流して静磁場を得ることができることが特徴
である。しかし、常電導物質を用いているため、静磁場
を得るためには電源が必要である。電流を多く流すと発
熱が生じ、冷却機構が必要となる。そのため、永久磁石
方式と同じく、高出力の静磁場を発生させる手段として
は不向きである。

【０００９】上記に対し、超電導磁石方式は、超電導線
材をコイル状に巻いて静磁場発生源として用いるため、
多量の電流を流すことができ、高い静磁場を発生させる
ことができる。また、コイルの設計によっては、被検者
を撮影する空間において、非常に均一性の良い静磁場分
布が得られ易い。しかし、なんらかの原因によって、超
電導線材の一部分の温度が上昇し、超電導特性を失うク
エンチ現象が起きる場合がある。この現象が起こると、
磁石全体が減磁してしまい、被検者（患者）に高速でか
つ大きな磁場変化を与え、生体に危険を及ぼす可能性が
あるなどの問題がある。また、コイルは、臨界温度（超
電導状態を維持するための温度）以下に維持するため
に、液体ヘリウム等の冷却用媒体によって冷すか、若し
くは、冷凍機によって直接冷却する必要があり、ランニ
ングコスト上で問題がある。

【００１０】しかし、上記の静磁場発生装置には、撮影
空間内に高い静磁場を発生する反面、ＭＲＩ装置のシス
テムの外部に漏洩磁場を発生させる問題がある。この漏
洩磁場が大きいと、ＭＲＩ装置のシステムの外部にある
磁性体が引き寄せられたり、心脈数を制御するペースメ
ーカーが破損したりして、多くの危険が生じる。

【００１１】図３に示したものは、テーブルに水平方向
に寝載された被検者に対して垂直方向に１対のコイルの
組があり、上下方向に静磁場を発生させている垂直磁場
方式の例である。図３（ａ）は縦断面図で、図３（ｂ）
は横断面図である。図３（ａ）において、１対のコイル
１１がテーブル（図示せず）に寝載された被検者１３を
挾んで対向して配置されているが、各々のコイル１１に
は電磁力が加わるため、各々のコイル１１は容器１２内
に固定、支持されている。このように１対のコイル１１
を静磁場発生源とする静磁場発生装置によって発生され
た磁束は空気中に発散し、大きな漏洩磁場を生じる。

【００１２】この漏洩磁場の問題を解決する手段として
は、超電導磁石方式や常電導磁石方式などのコイルを用
いた場合、アクティブシールド方式がある。この方式
は、コイルを２種類に分け、静磁場を発生する向きとは
逆向きの磁場を発生するコイルを静磁場発生源の外側に
配置することで漏洩磁場を抑制する方法である。この方
法は静磁場発生装置全体の重量の観点から見て、効率良
く漏洩磁場を抑制することが可能であるが、コイル線材
が多く必要となる問題もある。

【００１３】そこで、静磁場発生源が発生する磁束線の
通り道（以下、帰路という。）を作ることで、漏洩磁場
の低減を行っている場合がある。この磁束線の帰路に
は、透磁率の高い物質を使用することで、効率の良い磁
気回路が構成でき、更に漏洩磁場の抑制が可能である。
一般的には、鉄（特に、純鉄など）を用いることが良く
知られている。

【００１４】鉄を用いて磁気回路を作った例を図４に示
す。図４に示したものは、特願平０８−１９５０３号公
報に開示されており、図３と同様に容器１２内に固定、
支持された１対のコイル１１の組が垂直方向に対向して
配置され、更に容器１２の外部領域を取り囲むように鉄
材１４、１５、１６が配置されて、磁気回路を構成した
ものである。図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は横断
面図である。鉄材１４、１５、１６には大きく分けて２
つの役割がある。板状の鉄材１４は、１対のコイル１１
の組の外側に、水平面に沿って配置されており、上下方
向に漏れる磁束線を防いでいる。また、コイル１１の周
囲を取り囲むように、リング状の鉄材１５を配置するこ
とで、周方向に漏れる磁束線を防ぐことができる。これ
らの強磁性体である鉄材１４、１５は、静磁場発生源が
発生した磁束線を収束させる手段としての役割を果たし
ている。更に、磁束線を通過させる手段として、２本の
柱状の鉄材１６を、上下の磁束線を収束させる手段に接
続することで、板状の鉄材１４とリング状の鉄材１５で
集められた磁束線が効率良く磁気回路を通る。

【００１５】磁気回路の構成を具体的に説明すると、上
側のコイル１１で作られて上方向に発生した磁束線は空
気よりも透磁率の高い上側の鉄材１４、１５に集まり、
更に柱状の鉄材１６の中で上から下の逆向きの磁場方向
となり、下側の鉄材１４、１５を通って、下側のコイル
１１に戻って来る。そのため、２個の静磁場発生源１１
によって発生した磁束線は空気中に拡散しにくくなり、
撮影空間における総磁束線の数は増え、静磁場の発生効
率も向上する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題〕被検者１
３から見た開放感は、１対のコイル１１を収容する２個
の容器１２の端部の間隔が大きい程良くなる。特に、撮
影空間の中心に視点を置いたとき、この中心からの視線
が対向する容器１２の２つの端面の外周部を見込む開き
角度θ₀が大きければ大きな開放感が得られる。【００１７】リング状の鉄材１５が短い場合には、前記
視線の開き角度θは容器１２の端面の外周部との開き角
度θ₀に等しいが、リング状の鉄材１５が長くなると、
その端部が容器１２の端面からはみ出して、開き角度θ
を狭めることになる。すなわち、このときの開き角度θ
は、リング状の鉄材１５の対向間隔によって決まること
になり、リング状の鉄材１５の端部のはみ出しで対向間
隔が狭くなるために小さくなる。その結果、被検者の開
放感が減少するという問題がある。

【００１８】また、リング状の鉄材１５が長くなると、
その端部がコイル１１に近接して配置されることにな
る。コイル１１の周辺領域においては、コイル１１が発
生した磁束線が複雑に変化し、その方向及び大きさは、
少しの位置変化でも、大きく変化する。この領域に鉄な
どの強磁性体を配置すると、撮影空間の磁場均一度に影
響を与えるので、所望の均一度を出すためには高い製作
精度が必要となり、作業性及びコストに問題が生じる。

【００１９】従って、本発明では、上記課題を解決し、
広い開口を有することで被検者に開放感を与え、また、
術者には被検者へのアクセスを容易にすると共に、漏洩
磁場を少なくした静磁場発生装置を提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、次の解
決手段によって達成される。本発明の静磁場発生装置
は、有限の領域に第１の方向に向かう均一磁場を発生さ
せるための電流を流す静磁場発生源と、該静磁場発生源
を支持する支持手段と、前記静磁場発生源と前記支持手
段を収容する容器とを具備する静磁場発生装置におい
て、前記静磁場発生源は前記均一磁場領域を挾んで前記
第１の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配置され、前
記容器の外周を強磁性体からなる有底円筒体で取り囲
み、該有底円筒体の対向する端面間を強磁性体からなる
支柱で接続することにより磁気的閉回路を構成し、前記
有底円筒体の端面の位置が前記静磁場発生源の前記第１
の方向に沿った長さの中央部を通り、前記第１の方向と
直交する面（以下、中央面という。）に近接しないよう
にしたものである（請求項１）。この構成では、静磁場
発生源の周りに強磁性体である有底円筒体の端面部が近
接しないようになるので、撮影空間である均一磁場領域
の磁場均一度が乱されることがなくなり、高精度の画像
が得られる。

【００２１】本発明の静磁場発生装置は更に、前記有底
円筒体の対向する端面間の距離を、前記容器の対向する
端面間の距離よりも大きくしたものである（請求項
２）。この構成では、撮影空間の中心から見た視線の開
き角度が、有底円筒体の端面で狭められることがなくな
るので、被検者にとって十分な開放感が得られる。

【００２２】本発明の静磁場発生装置は更に、前記有底
円筒体の対向する端面間の距離を、２つの対向する前記
静磁場発生源の中央面間の距離より大きくしたものであ
る（請求項３）。この構成では、請求項２と同様な効果
が得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示
したものである。図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は
横断面図である。図１において、静磁場発生源であるコ
イル１の組が被検者６を間に挾んで上下方向に対向して
配置されている。このコイル１は円筒型の容器２に収納
され、その内部に支持体（図示せず）で支持、固定され
ている。上下方向に配置された容器２の外側には、板状
の鉄材３とリング状の鉄材４が配置され、さらにそれら
の鉄材３、４を上下方向に接続する２本の柱状の鉄材５
が配置されている。ここで、板状の鉄材３とリング状の
鉄材４は一体化されて、有低円筒状の鉄材であっても良
い。機能的に見ても一体化されていた方が、以下に述べ
る漏洩磁場の抑制効果は大きい。本発明の中では両者は
同じものとして、区別しないで取り扱って行くことにす
る。

【００２４】この構成の静磁場発生装置において、被検
者６の開放感を得るためには静磁場発生装置の中心、す
なわち撮影空間７の中心から見た視野の開き角度θを大
きくすることが必要である。対向する容器２の対向端面
２Ａの外周部で決まる視野の開き角度Ｑ₀は静磁場発生
源（コイル１を含む。）の設計上決まるものである。容
器２の外周に配置されるリング状の鉄材４は、コイル１
の発生する磁束を収束し、帰路を構成して、漏洩磁場を
低減するものであり、漏洩磁場の低減の面から考えれ
ば、この長さは長い方が効果がある。例えば、上記撮影
空間７を全体的に覆うように配置できれば漏洩磁場を完
全に低減することができるが、開放感の面から考えた場
合そのようなことは不可能であるので、両者の調整をし
なければならない。

【００２５】容器２の外径を２Ｒ₀、容器２の対向端面
の間隔を２Ｌ₀、リング状の鉄材４の外径を２Ｒ₁、リン
グ状の鉄材４の対向端面の間隔を２Ｌ₁とし、容器２と
リング状の鉄材４の撮影空間７の中心から見た視野の開
き角度をそれぞれ２θ₀、２θ₁とすると、ｔａｎθ₀＝Ｌ₀／Ｒ₀，ｔａｎθ₁＝Ｌ₁／Ｒ₁ で表される。両開き角度の関係が θ₀≦θ₁ であれば、容器２の開き角度θ₀が、リング状の鉄材４
によって制限されないので、被検者６の開放感は維持さ
れる。

【００２６】θ₀≦θ₁が成立するためには、Ｌ₀／Ｒ₀≦ Ｌ₁／Ｒ₁ となる。リング状の鉄材４は容器２の外周に配置されて
いるので、Ｒ₀≦ Ｒ₁ となり、これから、Ｌ₀≦ Ｌ₁ といえる。すなわち、リング状の鉄材４の端面間距離Ｌ
₁は、容器２の端面間距離Ｌ₀よりも大きくなることで、
撮影空間７の中心からの視界が確保され、被検者の開放
感も確保される。

【００２７】また、リング状の鉄材４の端部４Ａがコイ
ル１の外周に近接して配置されると、コイル１の周辺に
おいてはコイル１の発生した磁束線が複雑に変化するの
で、リング状の鉄材４の端部４Ａの位置が少し変化した
だけで、磁束線の方向及び大きさが大きく変化する。こ
の磁束線の変化は、撮影空間７の磁場均一度の変化とし
て現われる。このことを検証するためにいくつかの磁気
回路モデルについて、コイル１の位置（中央面１０）を
基準にして、リング状の鉄材４の端面４Ａの位置を変化
させた場合の撮影空間７の磁場均一度を計算してみた。
計算結果の１例を図２に示す。

【００２８】図２は、リング状の鉄材４の端面４Ａの位
置を変化させたときの撮影空間７の磁場均一度の変化を
示したものである。図２（ａ）は磁気回路のモデルの構
成を示す配置図を示したもので、磁気回路モデルは磁場
中心に対して上下対称である。図２（ｂ）は板状鉄材か
ら、リング状の鉄材４の端面までの距離をＬとし、この
時Ｌを変化させたときの磁場均一度の変化を示した。図
２（ａ）において、静磁場発生源のコイル１は、複数の
コイルからなっており、コイル１と板状の鉄材３の寸法
および、位置は固定されており、リング状の鉄材４の端
面４Ａの位置を磁石の中心軸上にそって変化させる。た
だし、板状鉄材から、このコイル１のＺ方向の中心位置
までの距離をＨとし、この値を基準にしており、端面４
Ａが磁石中心（撮影空間の中心）８に近づく場合を正と
した。

【００２９】図２（ｂ）において、横軸はリング状鉄材
４の端面４Ａの位置をとり、縦軸は磁場均一度の最大値
を１として規格化したものを表示している。計算データ
は３種類示してあり、×印は撮影空間の中心からＺ方向
にＨだけ離れた位置のデータ、黒丸印は撮影空間の中心
から柱状の鉄材５のある方向（Ｙ方向とする。）にＨだ
け離れた位置のデータ、黒三角形印は撮影空間の中心８
から柱状の鉄材５のない方向（Ｘ方向とする。）にＨだ
け離れた位置のデータである。

【００３０】図２（ｂ）の計算結果によれば、撮影空間
の中心８からＺ方向又は、Ｘ方向に変化した位置におい
ては、磁場均一度の絶対値が大きい傾向がある。Ｚ方向
では正の値で、Ｘ方向では負の値になっている。これに
対してＹ方向では磁場均一度の絶対値の変化が小さくほ
とんど変化していない。前者の場合、リング状の鉄材４
の端部４Ａの位置を伸ばしていくと，単調に増加しＬ＝
１.０Ｈ近傍で極大値を示し、これを越えると減少し始
める。

【００３１】以上の結果から分かる様にリング状鉄材４
の端面４Ａの位置がコイル１の中央面付近にあると撮影
空間７の磁場均一度は悪化する。実用的な見地から、見
た場合、リング状の鉄材４の位置は０.７Ｈ＜Ｌ＜１.３
Ｈの範囲を避ければ良好な磁場均一度が得られる。実用
上、リング上鉄材４の端面４Ａの位置が上記の範囲にあ
っても使用不可という訳ではないが、撮影空間７の磁場
均一度を向上するためには大幅な補正が必要となる。こ
の補正手段としては、リング状鉄材４以外に、鉄などの
強磁性体を付加配置することで可能ではあるが、多量の
材料と複雑な配置が必要となり、コスト的に問題が生じ
現実的でない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、広
い開口を有することで被検者に開放感を与え、また術者
には被検者へのアクセスを容易にすると共に、磁場均一
度の良い静磁場を発生させ、かつ、磁場漏洩の少ないＭ
ＲＩ装置用静磁場発生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】リング状の鉄材の端面の位置と撮影空間の磁場
均一度との関係。

【図３】垂直方向に１対のコイルの組を配して上下方向
に静磁場を発生させている垂直磁場方式の従来例。

【図４】鉄を用いて磁気回路を作った従来例。

【符号の説明】

１…コイル、２…容器、３…板状の鉄材、４…リ
ング状の鉄材、５…柱状の鉄材、６…被検者、７
…撮影空間、８…磁石の中心、９…磁石の中心軸、
１０…コイルの中央面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角川滋茨城県日立市幸町一丁目20番２号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限の領域に第１の方向に向かう均一磁場
を発生させるための電流を流す静磁場発生源と、該静磁
場発生源を支持する支持手段と、前記静磁場発生源と前
記支持手段を収容する容器とを具備する静磁場発生装置
において、前記静磁場発生源は前記均一磁場領域を挾ん
で前記第１の方向に沿ってほぼ等距離に対向して配置さ
れ、前記容器の外周を強磁性体からなる有底円筒体で取
り囲み、該有底円筒体の対向する端面間を強磁性体から
なる支柱で接続することにより磁気的閉回路を構成し、
前記有底円筒体の端面の位置が前記静磁場発生源の前記
第１の方向に沿った長さの中央部を通り、前記第１の方
向と直交する面（以下、中央面という。）に近接しない
ようにしたことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項２】請求項１記載の静磁場発生装置において、
前記有底円筒体の対向する端面間の距離を、前記容器の
対向する端面間の距離よりも大きくしたことを特徴とす
る静磁場発生装置。
【請求項３】請求項１及び２記載の静磁場発生装置にお
いて、前記有底円筒体の対向する端面間の距離を、２つ
の対向する前記静磁場発生源の中央面間の距離より大き
くしたことを特徴とする静磁場発生装置。