JPS6098344A - 核磁気共鳴装置 - 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】 市磁コイル装餘を有する磁石を具える核磁気共鳴Ｉ　Ｎ
　Ｍ　Ｒ　ｌ装置に関するものである。

１９８１年のコンピュータトモグラフィｉ　ＱＯｍ−ｐ
ｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｉａ　ｌ　１　、第２〜１
０頁により■１七知である。この種の装♂ゴでは比較的
強い漂遊磁界が磁石の外方に生ずる。これら漂遊磁界に
ついては１９８３年４月のＨｋ　ｌＩ：Ｉｒ撮影（　Ｄ
ｉａｇｎｏｓｔｉｃＩｍａｇｉｎｇ　）の記事に広範囲
に亘って論じられている。その中で注目することは、こ
のような漂遊磁界は、永久磁石よりなる磁気装置には生
じないことである。このような（σ（気装置の欠点につ
いても上記記事は言及している。外部漂遊磁界の不都合
な点は、漂遊磁界が大変強いので、特にＮ　Ｍ　Ｒ　ｒ
ｕｒ層撮影装置では磁石の外ｒ５１９に配設した装置を
妨害しやすいはかりでなく、磁石内の測定磁界が漂遊磁
界の外部変動、たとえは磁気利得の比較的大きな部分の
移動により妨害されやすい。特にＮＭＲ断ＰＡ撮影装置
として用いられる超伝導磁石を具えるＮＭＲ装置では、
磁界及び漂遊磁界も常に存在することに注意しなくては
ならｒｆい。特に診断用のＮＭＲＩＩ；ＦＪ〜撮影装置
に使われる超伝導磁石につムバ＝　［５ａｕｎｄｅｒｓ
　ｃｏｍｐａｎｙ　ｌ　（Ｄ　Ｉ　９８３年に出版だれ
たＯ、Ｌ。バーティン（Ｐａｒｔａｉｎ　ｌ　’ｊ＋著
°“核磁気共鳴撮影（Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ　ＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ＋　”と七う本
の第１１６−１２７頁の°゛超云辱性″の章に詳しい。

この方法を以後ＮＭ’Ｒイメージングと呼ぶｎ 本発明の目的は、外部漂遊磁界を減少どせた均一な磁界
を生じびゼる電磁コイル装置を具えたＮ　Ｍ　Ｒ装置を
提供することである。この目的を達成するため、本発明
のＮ　Ｍ　Ｒ装置では、第２　ｎＬ磁コイル装置ｉｉを
第１電磁コイル装置のまわりに同心に配設し、この第２
コイル装置は、第１コイルの外部漂遊磁界を少なくとも
一部を補償する第２磁界を生起する。

本発明のＮＭＲ装置では、外部漂遊磁界が補償されるの
で、漂′Ｍ磁界Ｇこよる妨害は相殺びれる。

これにより、手続がかなり簡略化され、装置の使用及び
設置の安住が緩和される、漂遊磁界の外部からの影響に
よる既知の装置の測定空間における磁界の均一性Ｇこ対
する有害な作用の可能性が避けられる。磁気材料のシー
ルドによる遮蔽を比較すれは、空間と重量にｆｔ、ｌ　
してかなりの節約が行なえる０ 断面積Ｏ□、磁界強度Ｈ工の第１コイル装置を有する好
適な実施例では、第２コイル装置は、断面積０２をして
おりＨ□×Ｏ□：　−Ｈ２Ｘ　Ｏ２となるような磁界強
度Ｈ２を生起するようＧこなっている。この場合、面積
０２は、たとえば○、のほぼ１．４〜４倍に等しい。従
って円環状のコイル装置の場合には、２個のコイル装置
の直径の比は約１．２と２との間の値を取る。このｔ！
’７　ｌＪＶ、は適当に使用でさる直径の磁石装置と、
特【こ内側のコイルに対して２個のコイル装置より成る
ｄ゛１：容しｆｔする空間および許容し得るｔａ流とを
合わせｔ、１つ。コイルの断面積の比か２であると、第
１フイル装置ｉｉの電流導体に作用するローレンツ力が
零と石゛るので特に有利なＩＩｔ造を得る。

他の好適な実Ｍｔｊ例で４Ｊ、ｍ、２コイル装置１′Ｃ
の＋ｔ；、　ｈ、導体を電気的に互いに１′）ｐ１３゛
１：する。その結果、第１コイル装協に生起された磁束
は、目ｉ■述した状況を満足するような磁束を第２コイ
ル装置に誘導する。

同様に第１コイル装置を短絡回路とすることもでき、ざ
らには、対応する巻線電流が流れるよう両コイル装置を
互いに接続して磁石装置の安定性を高める。

特に医療診断に使用ぎれるＮ　Ｍ　ＲＩＴ、ｌ′ｒ層撮
影装置では、磁石装置にｔ′？ｉ：超伝導フィル装置で
Ｃ〃成するのが良い。短絡回路の場合には、？Ｕ気的接
続部も超Ｍ　ｉｊ”Ｘ材料でｌｌ’４成する。コイルに
対する所望の磁束は磁束ポンプにより生起することがで
きる。測定磁界が超伝導磁石におけるシールドにより減
少されると言う欠点は、コイルを介して超伝導材料の電
流を増大ぎせることにより容易に緩和することかでさる
。（Ｉｉｊ石装置を適当に構成すると、１−１ｆ流の増
大は問題とならない。と７ｆうのは存在する捗１ζｆの
７ａ流からせん状Ｇこ流れる領域における外部磁界は、
許容される電流に対する拘束的な妾素として作用しくＮ
ＭＲイメージング、第１１６〜１２０頁参１ｉ（４１、
この磁界は完全Ｇこ消去されるか、あるいは十分減少す
るからである。

超伝導コイル装置を具える他の好適な実施例では、第２
コイル装置を超伝導材料よりなる比較的肉厚の薄い単一
のシリンダ又は複数カシリンダで構成し、同心にあるい
は一定順序Ｇこ配設する。第２コイル装置に刑する所望
の磁界は、この第２フイル装置内の第１コイル装置によ
り誘導して生起する。第２コイル装置を構成する場合、
軸線方向に見て第１コイル装置より長いので、漂遊磁界
に対する補償を一層改善することができる。超伝導（重
石を使用する時に超伝導材料よりなる半径方向に延在し
た素子を第２のコイル装置の軸線方回端邪に設けること
によりさらに補償を改善することができる。なお、この
エレメントはたとえは平板環状あるいはらせん状をして
いる。これらエレメントは、第１コイル装置の巻線部分
を超えて突出させ、生起すべき超伝導電流に起因する２
個のコイル装置の間の空間に向けて磁力線を押し込むよ
うにするのが良い。

第２コイル装置が第１コイル装置の熱シールドとして作
用する時には、超伝導性に対して比較的、高い遷移温度
の材料を第２コイル装置に用いるのが有利である。こう
すると、第１フイル装置に対する印加的な保護を与える
ばかりでなく、たとえば第２装置を外部から冷却する場
合にｆ　ＮＭＲイメージング、第１２６頁参照）ヘリウ
ムの消費に関し、実質的に節約することができる。最小
寸法の全磁石装置を得るためＧこは、両コイル”ＡＣを
液体ヘリウムで満たした単一のデューア容器内に収納す
るのが良い。第２コイル装誼は、原則として第１コイル
装置の１わりに出来るだけ接近ぎせて配設するので測定
磁界における比較的大言な減少が起こる。従って第１コ
イル装置は、比較的高い超伝導電流を流すことがでさる
拐料で造るのが良い。好適な笑施例では、本発明装置１
↑のイー石装置内の之°ラジエント・コイルは、測定空
間内に位む、決定用の勾配磁Ｗ、を生起するため、グラ
ジェント・コイル右向名分近傍での磁界の補償が最適で
あるように構成する。

以下図面を参照して本発明を詳述する。

第１図に示すＮＭＲ装置は、電磁コイル装置ｆ１を有す
る磁石を具え、本実施例では装置ｌは４個の巻回部分２
を具え、コイル装置１内Ｇこ位置する測定空間ａ内に強
力で定常的な均一の磁界を発生する。種々の適当なコイ
ル装置についてはＮＭＲイゾージングの第１２１−１２
３頁に記述されてし）る。

以後詳述するＮＭＲ断層撮影装置として使用するため、
すなわち被測定物をスライス状に撮像するため、グラジ
ェント・コイル４を用（、Ｘる。ｌ−ＩＭＲ分ツＣ測定
法装置、すなわち、被測定物の元素または分子の核スピ
ンのそれぞれの特徴を見ｌ／）出す装置ではグラジェン
ト・コイＩしは必要でなし）。

さらに高周波電磁界用の伝送コイルおよび核磁気共鳴に
より生起された核磁気共鳴信号用の検ｔ１．．１コイル
として作用する無線周波（ＲＦ　）コイル５を測定空間
のまわりに比較的接近させて配設する０あるいは、別個
のコイルを上記２つの機能にあわせて用いることもでき
る。被測定物のＲＦ電磁界により励起された核磁気共鳴
信号を信号増ＩＩＱ・ｉ器６を介してピックアップし、
位相判別増幅器８を介して中央演算および制御ユニツ）
１０に印加する。

さらに、Ｉ’（Ｆ電力供給源１４用の変調器１２、メイ
ン・コイル装置用の電力供給源１６、グラジェント・コ
イル用の電力供給源１７、画像表示用の高周波発振器１
８およびモニタ２０を図示する。

発振器１８は、測定信号を処理する整流器ｌＯと同様に
ＲＦ磁界用の変調器２０を制御する。

本発明の装置では、巻回部分２を具える第１磁気コイル
装置の周囲に第２磁気コイル装置２２を配設する。抵抗
コイルを第１磁気コイル装置用に用いたならば、好適に
は、第２硼気コイル装置もまた抵抗コイルを具えるのが
良い。しかしながら第１砒気コイル装置に超伝導磁気コ
イルを用いる時には、第２磁気コイル装置も超伝導磁気
コイルを具えるのが良い。第２磁気コイル装置に、超伝
導磁石におけるフシックスボンブと同様に電流源である
電力供給源２４により電力を供給する。抵抗磁石の場合
には電力供給源を連続的に駆動して巻回部分と関連して
閉回路を形成するが、超伝導磁石の場合には永久’ｔｌ
”＋流を生起するために電力供給源を駆動すれば１″（
い。単一のソレノイド等である第２磁気コイル装置ｉ”
５の形状と付勢とを適当に選択することにより、二つの
磁気コイル装置の外方で、この区域でσ勢である第１磁
気コイル装置６゛の磁気漂遊磁界を補償する磁界を生起
する。従ってそうでなければこの区ｔＨＪ’、で生じる
強固に阻害１−る磁気漂遊磁界を大幅に相殺するので、
電磁石外方の人員および器具を保護するための非常に厳
密な測定が必要でないばかりか、漂遊磁界の揺ぎによる
妨害に対して測シ；テ磁界をシールドする。このシール
ドは測定空間における一層均一な磁界を生じ、従って分
光測定法の場合のスペクトルと同様に断層撮影法の場合
の分解能を、すなわち空間的に高める。

軸線方向の磁界Ｈａを生起する第１磁気コイル装置の半
径方向の断面４′１．＋１がＯ□であり、これに逆向き
の軸線方向の磁界Ｔｔ、を生起する第２磁気コイル装置
の半径方向の断面Ｉ＋’ｌが０□である第２ａ図に示す
構造において、たとえばＯ□×Ｈ□−一〇□×■（２で
・あると、舎外部磁界はほとんど相殺することができる
。もしたとえば０　−２ＸＨ□すなわち円形コイル巻同
部がＪ　””’　（「ｘ　Ｒ工であればＨ□−−２×Ｈ
である。従って測定空間に生ずる磁界Ｈ３は−Ｈまたは
ｔＨ□に等しくなる。この場合、第１の磁気コイル装置
により包囲された磁束は、２個のコイル装置の間の空間
により包囲されるフラックスに関して等しくかつ逆向き
であるので有効である。従って、全体的にコイル装置に
より包囲されたフラックスが存在しないので、コイル装
置の周囲に漂遊磁界の形で存在する磁束はない。測定空
間での磁界強度は、この構成での元の値の半分に減少す
る。これは、満足すべきものでないと考えられるが、こ
の減少は第１磁気コイル装置を大きく付勢することによ
って補償することができる。

比較的小さな磁石、たとえば被測定物に関する分光測定
法に対しては、このことは問題とならない。

、０者の断層撮影用あるいは分光測定法用の抵抗磁石で
は、装置が比較的大きくなり、この問題は本発明装置の
使用を問題の多いものとする。超伝導コイル装置の場合
に、この欠点は、エネルギー、消費または熱放散の観点
からは問題とならない。

永久Ｔ’［ｊ流は高い値−１−で増大することができる
。本発明装置の非常に魅力的な付加的長所は、永久電流
の強度に関するｌ’１．知の制限（ＮＭＲイメ〜ジング
、第１１６〜１２１ｉ、“ｆｔ−照）を、上述した好適
な構成において完全にＪＩｖ、り払うこ七ができる。と
言うのは、第１磁気コイル装置の巻回部分の区域では外
部磁界の強さが生じ′１．Ｃいので、ローレンツ力また
はＮＭＲイメージング、第１２，０頁に述べられている
ケンチングにＪ二る女ｔｉ害を受けることがないがらで
ある。

この好適な実施例では、第１磁気コイル用の永久電流の
電流強度は、従って、付加的な磁界なしに使用されるノ
オ別に関する臨界値によってのみ制限される。なおこの
値は既知の超伝２ｇ磁石装置ｆｆｔにおける値より何倍
も大きい。

磁気装置を付勢した時にローレンツ力の不都合な影響を
避けるため、好適には両コイル装置を同時に付勢する。

この付勢を本実施例のコイル装！？′ｊ・では、線図的
に示した層続線２６を介して電気的に第２コイル装置の
巻線の端部を短絡させて行なう。超伝導フィルの場合に
は、この短絡回路も超伝導材料で（１°η成する。第１
コイル装置を電流源またはフラックスポンプを介して付
勢すると、第２コイル装＃ｔに電流が誘導され第２コイ
ル装置カ合フラックスを包囲しないような強度の磁界を
生起する。すなわち、漂遊磁界を最適に補償するに必要
な磁界強度である。第１コイル装詮は、測定空間におけ
る両装置の合磁界強度が測定に必要な値となるように付
勢する。同様な超伝導電気短絡回路２８も第１コイル装
置に使用することができる。

両コイル装置を適当な形状とし、好適にはコイル表面の
比を２：１に保持し、両コイル装ｈ・′Ｃを連続“１１
ｔ流４体で？＋’／７成することによって同時に付勢卆
行なうこともできろ。従って両コイル装置ｄにおける゛
電流強度が常に等しいので、非常に安定した装置すを得
る。このような装置ｔｔを超伝導材料で造ったものも電
流源あるいはフラックスポンプで付勢できる。

第２ｂ図に示す′：Ｊζ１１１１例では第２コイルシｉ
　ｉ？−ｊは、互いに共軸にあるいｃ：ｔ、　ｌｌ’ｌ
ｂ　線方向に配設した１個または２個以上の超伝導シリ
ンダ３０を具える。第２コイル装置の短絡回り′１１接
続による磁界の妨害の危険性が従ってない。この借造で
はＳ第２コイル装Ｍを好適には第１コイル装置ｉｉの誘
導によって何分する。第１コイル装ｆｉ゛：ｔも同様な
シリンダで構成することができる。シリンダまたは第２
コイル装置ｉｊのシリング材料ノーシてＩｔｓ較的篩い
辺移湿度の超伝導材料を選択した時には、第２コ・ｆル
装置？：Ｃは第１コイル装置の熱シー７１ドとして作用
する。その時第２コイル装置のシリンダを、たとえば外
部冷ｌＤ器により冷却できる。これはヘリウムの消費に
関して好ましい効果がある。

第２Ｃ図は、軸線方向から見て＠２コイル拵置２２が第
１コイル装置市゛ｌより長い実施例を示している。その
両端部に１半径方向を向いたバ（状プレート８２が設け
である。リング又はら綿状にも形成できるこれらプレー
トにおいては、さらに第１コイル装詮の磁力線を二３個
のコイル装置１グの間に強制約に押し込む円環電流が誘
導されるので、外部フラックスは一層改善される。上述
した各コイル装置には、合磁界を一層均一化するため補
助コイルを設けることができる。これら補助コイルは超
伝導材料で描成し、フラックスポンプ、または電流源に
より所望の永久電流が生じるよう閉じた巻線を形成する
のが良い。

２個のコイル装置の表面の比を２＝１とするのが特に望
ましいが、この値に限定されるものではない。実際には
構造的に実現可能な比率を選ぶことができる。一方のコ
イル装置をできるだけ接近させて他のコイル装置のまわ
りに配設したような装置であっては、空間をかなり節約
することができることになる。特に超伝導磁石の場合に
は、ヘリウムデューア容器も節約できる。しかしながら
測定空間での合磁界はいく分小さくなる。第１コイル装
置がｏ、５ｍ、第２コイル装置が０．６ｍの直径の場合
に、表面の比率はほぼ８：４であり、測定空間における
磁界強度は、補償コイル装置のない磁界強度の％となる
。従って同一の条件下では、第１コイル装置の永久電流
を４倍にしなければならない。なぜなら第１コイル装置
の巻線近くの磁界は、この幾何学形状を用いる場合に完
全に補償されず、ある種の利用には不都合となる。この
不都合は、たとえばコイルスクリーンの適切なシールド
が強く必要な分光測定法、特に装置を包囲する比較的小
さな超伝導装置の場合には生じない。

これに対して、比較的大きな直径の第２コイル装置は、
はんの僅か測定磁界が減少するのみである。

第１コイル装置の表面に比べ１０倍も大きな表面をした
第２コイル装置ｉ′ｉは、僅かｉｏ％だけ測定磁界が減
少するだけである。大きなことがすでに不利である上に
シールドが完全でなくなることは不都合なことである。

第２コイル装置を超伝導ｊ：Ｉ造とするには、このｊｉ
’ｔ　１Ｍはあまり魅力あるものではない。なぜなら確
実に２個の別異なコイル装置を使用しなければならない
からである。抵抗磁石の場合には、この４ｊ・７造は第
１コイル装置のエネルギー消費があまり増大しないので
有利である。第１コイル装置よりかなり大きなヘルムホ
ルツコイル・により形成された極端な場合には、測定磁
界はほとんど減少しない。これらへルムホルツコイルも
超伝導材料で造ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の核磁気共鳴装置ａを線図的に示す図
、 第２図は、第１図に示す装置に使用するコイル装置のそ
れぞれ変型例を示す図である。 ｌ・・・電磁コイル　２・・・巻回部分３・・・測定空
間　４・・・グラジェント・コイル゛□６・・・無線周
波コイル　６・・・信号増幅器８・・・位相判別増幅器 １０・・・中央演算および制御ユニット１２・・・変ン
、１器 １４＋　、　１６　、２４１・・・電力供給源１日・・
・高周波発振器　２０・・・モニタ２２・・・第２磁気
コイル装置 ２６・・・接続線　２８・・・超伝導電気短絡回路３０
・・・超伝導シリンダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　測定空間（３）内に均一な磁界（Ｈｌを生起する電
   磁コイル装置ｆｌ）を有する磁石を具える核磁気共鳴装
   置において、第２屯磁コイル装置（２２）を第１電磁コ
   イル装置のまわりに同心に配設し、この第２１１磁コイ
   ル装置は、ｍ肥沃１屯磁コイル装置の外部磁気漂遊磁界
   を少なくとも部分的に補償する外＋′Ａ＃ｌ界を少なく
   とも補償する第２磁界を生起することを特徴とする核磁
   気共鳴製置。 Ｒｉｉｌ記ｆｆｉｇｔａ出コイルの半径方向断面積（０
   ２及びこのコイルにより生起された磁界強度（Ｈ２）の
   積とが前記第１屯磁コイル装置の対応する栢（０１Ｘ　
   Ｈ工）の負の値に毎夕なくとも実質的に等しい特許請求
   の範囲第１項に記載の核磁気共鳴装置。 ＆　前記コイル装置の表面の比がはばｌ：２で鳴装置。 ４゜　前記第２　ｔｌｆ磁コイル装置の電流導体の端部
   を相互にτヒ気的に短絡ぎせた特許請求の範囲第１〜第
   ８項のいずれかｌ珀に記載の核磁気共鳴製置う 氏　前記ｍ　２　Ｔｉｎ　（ｄｉミコイル置と１口のコ
   イル装置の間の短絡回路（２６）とを超伝導材料で構成
   した特許！ｔｌ’、請求の範囲第４項に記載の核磁気共
   鳴装置。 ６　前記第１Ｖｕ？修コイル装置を超伝導材料で構成し
   た特許請求の範囲第１〜第５項のいずれか１項に記載の
   核磁気共鳴装置。 ７、　前記第ｉ　ＩＢ電磁コイル装置電流ｌｎ体の端部
   を超伝導短絡回路＋２８）により接続した特許請求の範
   囲第６Ｊ１１に記載の核磁気共鳴製置。 ８、　前記コイル装（ａの少な（とも１個を磁束発生器
   によりＮ°勢ごれるよう適合ざぜた特Ｊ′ｆ　配置’Ｊ
   求の範囲第１〜第７項のいずれか１項に記載の核磁気共
   鳴装置。 半径方向におよび／または軸線方向に配設した超伝導材
   料のシリンダで構成した特許請求の範囲第６〜第８項の
   いずれか１項に記載の核磁気共鳴装置■。 １ｏ　前記第２電磁コイル装置の長ぎが前記第１電磁コ
   イル装置の長ぎより長いことを特徴とする特許請求の範
   囲第１〜８項、第６〜９項のいずれか１項に記載の核磁
   気共鳴装置。 ＩＬ　前記第２電磁コイル装置を超伝導有料で構成する
   とともに、少なくともその一端に、少なくとも前記第１
   亀磁コイル装置近傍まで半径方向に延在する超伝導材料
   よりなる素子を設けた特許請求の範囲公１０項に記載の
   核磁気共鳴装置。 １２、前記第２電磁コイル装置を前記第１電磁コイル装
   置の材料より比較的高い遷移温度の超伝導材料で構成し
   た特許請求の範囲第１〜第１１項のいずれか１項に記載
   の核磁気共鳴装置。 １＆　ロ；１記第２電磁コイル装置を冷却するための外
   部冷却器を具える特許請求の範囲第１２項に記載の核磁
   気共鳴装’Ｙｔ　。 １弧　前記第２電磁コイル装置が前記第１屯磁コイル装
   置の酩シールドを構成する特許請Ｎ１２の範囲第１２笠
   た（」１３項に記載の核磁気共鳴装置。 １５、超伝導材料よりなる前記第１屯磁コイル装置の１
   １Ｃ流専体は、］、　Ｏｆｌ　Ａ以上の永久電流を流す
   ことができる特＋ｉ’Ｆ請求の範囲第１〜第１４・項の
   いずれか１項に記載の核磁気共鳴装置。 １（Ｌ　前記第１市（みコーｆル装置の゛１ａ流導体の
   幾何学形状と、前記７Ｃｃｉ石のグラジェント・フィル
   の電流導体の幾何学形状とが２前記２個のコイル装置の
   磁界により生じる局所的な磁界によるローレンツ力を最
   小Ｇこするに適当である特Ｗ　請求の範囲艶、１５項に
   記載の核磁気共鳴装置。 １７４　前記両コイル装置に超伝導材料を使用し、前記
   第２１（Ｉ磁コイル装置を前記第工厄磁コイ　−ル装置
   の聾わりにできるだけ接近させて配設した特許請求の範
   囲第１〜１６項のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置
   。 １８、ｉ’ｉ記ｊｌｆｊフィル装置に超伝４材料を使用
   し、これらコイルを共にヘリウムデューア容器に収容す
   る特許請求の範囲第１〜１７項のいずれか１項に記載の
   核磁気共鳴装置。 １９、適合する断囲債及び巻回数の前記第２市磁コイル
   装置を使用し、同等の永久電流が流れるよう１７１１記
   両コイル装置を超？４Ｅす的に直列に接続した特許請求
   の範囲第１８項に記載の核磁気共鳴装置。 ２０　前記磁気装置は、磁界を均一にする補助コイルを
   具える特許請求の範囲第１〜１９項のいずれか１項に記
   載の核磁気共鳴装置８