JP2000030937A

JP2000030937A - Ｍｒｉ用磁界発生装置

Info

Publication number: JP2000030937A
Application number: JP10218517A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Aoki; 雅昭青木
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｃ字型磁気回路の磁界の均一性を損なうこと
なく、温度ムラを低減して熱効率を高め、永久磁石の温
度制御を高精度に実施できる構成からなるＭＲＩ用磁界
発生装置の提供。【解決手段】複数のヒータ手段を永久磁石が配置され
る板状継鉄外方面の支持継鉄近傍とその反対側に配置す
ることによって、Ｃ字型磁気回路の支持継鉄からの放熱
が大きく、磁気回路中の温度分布が不均一となっていた
のを改善し、制御追従性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、医療用磁気共鳴
断層撮影装置（以下ＭＲＩ装置という）の改良に係り、
永久磁石の温度分布を測定して継鉄の複数箇所に設置し
た温度制御用のヒータ手段の温度制御を行ない、発生さ
せる磁界均一性を損なうことなく、永久磁石の温度分布
の非対称性を低減したＭＲＩ用磁界発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、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。

【０００３】上記ＭＲＩ装置用の磁界発生装置におい
て、空隙は被検者の一部又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、０．０２〜２．０
Ｔでかつ１×１０^-4以下の精度を有する安定した強力を
均一磁界を形成することが要求される。

【０００４】ＭＲＩ装置に用いる磁界発生装置として、
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、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３０，３
０の各々の一方端に磁極片３１，３１を固着して対向さ
せ、他方端を板状継鉄３５，３５にて連結し、磁極片３
１，３１間の空隙３３内に、静磁界を発生させる構成が
知られている（特公平２‐２３０１０号公報）。なお、
図示の継鉄３４は一対の板状継鉄３５，３５間に柱状継
鉄３６を接続して組み立ててあり、図中３７は傾斜磁界
コイルである。

【０００５】磁極片３１は、通常、電磁軟鉄、純鉄等の
磁性材料を削りだした板状のバルク（一体物）から構成
され、空隙３３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３２を設けたり、さらに中
央部に凸状突起（図示せず）を設けた構成（実公平５‐
３７４４６号）等が採用される。

【０００６】さらに、診断時の被検者に与える圧迫感を
低減できる構成からなるＭＲＩ用磁界発生装置として、
図６に示すような所謂Ｃ字型継鉄を採用した構成が提案
されている。すなわち、図６に示すＭＲＩ磁界発生装置
は、一対の板状継鉄４２，４２を所定の空隙４６を形成
して対向配置するよう該一対の板状継鉄４２，４２の一
方端を支持継鉄４７にて接続支持する構成からなり、さ
らに一対の板状継鉄４２，４２の各々空隙対向面に永久
磁石４０，４０とともに磁極片４１，４１を配置した構
成からなっている。

【０００７】静磁界を形成するには、通常永久磁石は維
持コストが比較的安価であり、かつ装置の小型化の観点
からますます利用度が高まっている。しかし、この永久
磁石は磁石自体の特性により、温度変化によって磁界強
度が変化しやすいという欠点がある。

【０００８】ＭＲＩ装置においては、静磁界の磁界強度
の安定性が重要であることから、磁界強度を安定にする
ため磁気回路を一定温度に保つように、通常のＭＲＩ装
置では磁界発生装置を断熱材で覆うとともに磁気回路内
部にヒータが設けられている。

【０００９】ＭＲＩ装置における静磁界への温度変化が
与える影響を低減する技術が、例えば特開昭６３‐４３
６４９号に示されている。図７に示すように、４０は永
久磁石、４１は永久磁石の空隙対向面側に設置された磁
極片、４２は永久磁石の空隙対向面と反対側に配置され
た板状継鉄、４３は柱状継鉄であり、板状継鉄４２上に
ヒータ４４が配置され、このヨーク全体を断熱材４５で
覆う構成である。図示されていない電源から通電されて
ヒータ電流が通電され、磁気回路の温度を制御する。ま
た、特開昭６３‐２７８３１０号は上記特開昭６３‐４
３６４９号の構成に立ち上げ用ヒータを設置したＭＲＩ
用装置を開示している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図７の構
成は、ヒータ４４を永久磁石４０の空隙対向面とは反対
側、つまり継鉄外面に設置するため、熱が装置から外側
に逃げてしまい、熱効率が悪い。しかも、板状継鉄４２
を断熱材４５で囲み、板状継鉄４２と断熱材４５の間に
空気流通路を形成し、ファンで空気を強制的に流通させ
て、かつ温度調整用ヒータと温度センサとで温度調整す
る構成となっており、空気を介して継鉄を加熱するた
め、装置が複雑である上に熱効率が悪い。

【００１１】さらに、特開昭６３‐２７８３１０号に記
載の発明を改良した構成として、特開平８‐２６６５０
６号が開示されている。特開平８‐２６６５０６号の構
成は、下永久磁石を上面に取り付けた下ベースヨーク
と、その下ベースヨークの端縁部から立設された柱ヨー
クと、その柱ヨークで支持されると共に上永久磁石を下
永久磁石に対向して下面に取り付けた上ベースヨーク
と、下および上永久磁石の温度に関連した温度を検出す
る温度センサ手段と、下および上永久磁石を加温するた
めのヒータ手段と、前記温度センサ手段により検出した
温度に基づいて前記ヒータ手段を制御する温度制御手段
とを備えてなるＭＲＩ装置のマグネットアセンブリであ
り、ヒータ手段を、上ベースヨークおよび下ベースヨー
クの側面に直接に又は気体でない熱伝達材を介して取り
付けたことを特徴としている。

【００１２】特開平８‐２６６５０６号には、この構成
とすることによってロスの大きい上方への熱の逃げがな
くなり、熱効率がよく、また下ベースヨークの下面にヒ
ータと取り付けないため、作業性が向上すると記載され
ている。しかも、下ベースヨークおよび上ベースヨーク
をＡＣシートヒータおよびＤＣシートヒータとともに断
熱材で覆っているので、空気の対流による上下の温度差
の発生を防止でき、固定用ベーク板を用いてＡＣシート
ヒータおよびＤＣシートヒータを下ベースヨークおよび
上ベースヨークに完全に密着させるので、熱伝達効率が
良いと記載されている。

【００１３】しかし、特開平８‐２６６５０６号の構成
は、シートヒータをヨーク側面に着設するために、この
ような面状のヒータからヨークと接する面とは反対側へ
の放熱が大きく、熱効率が悪い。しかも、これらは１つ
の制御系であるため、温度ムラが大きく、磁界の均一性
も損なう問題がある。

【００１４】特に、被検者に与える圧迫感の低減を重視
したＣ字型継鉄を採用した磁気回路において、継鉄が被
検者に対して左右非対称であり、上下の磁極を結合する
支持継鉄からの放熱が大きく、継鉄中の温度分布が不均
一となって、その結果磁界の均一性が劣化してしまうと
いう問題があった。

【００１５】また、磁気回路の上下に配置される一対の
永久磁石についても、磁気回路の脚部から床面へ熱が放
散されたり、また室内空気の対流によって室内の上下で
は気温差があることから、下方に配置される永久磁石の
温度が低くなり磁界の安定性が悪くなることから、上下
の永久磁石の温度を一定に保ち、磁界の均一性・安定性
を維持する必要がある。

【００１６】この発明は、ＭＲＩ用磁界発生装置におけ
る永久磁石の温度制御に関する従来の問題を解消し、磁
界の均一性を損なうことなく、温度ムラを低減して熱効
率を高め、永久磁石の温度制御を高精度に実施できる構
成からなるＭＲＩ用磁界発生装置の提供を目的としてい
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記問題点を
解決して永久磁石の温度制御を高精度に実施できる構成
を目的に種々検討した結果、Ｃ字型磁気回路において、
複数のヒータ手段を永久磁石が配置される板状継鉄外方
面の支持継鉄近傍とその反対側に配置することによっ
て、磁気回路の非対称による上下一対の永久磁石の温度
分布の非対称性を低減し、磁界の均一性、安定性を維持
することによって良好な撮像画像が得られることを知見
し、この発明を完成した。

【００１８】すなわち、この発明は、撮像空間を形成し
て対向配置する一対の板状継鉄と、該一対の板状継鉄の
一方端を接続支持する支持継鉄とを有し、前記一対の板
状継鉄の各々空隙対向面に永久磁石を配置し、該空隙に
対する３方の開放面を有する磁気回路からなるＭＲＩ用
磁界発生装置において、磁気回路に温度センサ手段およ
びヒータ手段を備え、かつヒータ手段が少なくとも板状
継鉄の外方面の前記支持継鉄近傍とその反対開放面側に
配置されたことを特徴とするＭＲＩ用磁界発生装置であ
る。

【００１９】また、この発明は、上記構成のＭＲＩ用磁
界発生装置において、前記ヒータ手段に加えて、前記支
持継鉄の外方面の板状継鉄側にも設けたことを特徴とす
るＭＲＩ用磁界発生装置である。

【００２０】また、発明者らは、上記構成のＭＲＩ用磁
界発生装置において、前記温度センサ手段が対向する各
々の磁極に配置された構成、前記温度センサ手段によ
り、検出した温度に基づいて該ヒータ手段を制御する温
度制御手段を有する構成を特徴としたＭＲＩ用磁界発生
装置を併せて提案する。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明のＭＲＩ用磁界発生装置
は、開放型の磁気回路が有する永久磁石の温度分布が非
対称であるという問題を、板状継鉄の外方面の支持継鉄
側とその反対側の少なくとも２箇所にヒータ手段を配置
することによって低減し、磁界の均一性および安定性を
維持して、良質の画像を得ることを可能とした。

【００２２】さらに、温度センサ手段及びヒータ手段を
板状継鉄の外方面の支持継鉄近傍とその反対側だけでな
く、上下の対向配置される磁極に複数配置することによ
り、さらに制御系を複数とすることによって、より均一
で安定な磁界を得ることができる。その箇所以外にも、
継鉄の側面・中心部および永久磁石側面および中心部
等、適宜必要に応じて配置すればよい。ヒータは永久磁
石表面に設置させる場合、直接設置させるか、またはア
ルミニウム等の熱伝導部材を介して設置させてもよい。

【００２３】ヒータ手段に継鉄内部に埋設する構成を採
用した場合は、熱が外部に放散してロスが起こることな
く、非常に効率良く熱制御を行なうことが可能である。
さらに、温度センサを複数配置することによって、部分
的な温度制御が可能であり、磁界均一度の非対称が起こ
り難い利点がある。

【００２４】この発明の対象とするＭＲＩ用磁界発生装
置は、撮像空間を形成して対向配置する一対の板状継鉄
と、該一対の板状継鉄の一方端を接続支持する支持継鉄
と、前記一対の板状継鉄の各々空隙対向面に配置された
永久磁石からなる構成であれば、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。さら
に、磁路形成用の板状継鉄および支持継鉄の形状寸法等
も、要求される空隙の大きさ、磁界強度、磁界均一度
等、種々の諸特性に応じて適宜選定すればよい。

【００２５】磁界発生源となる磁石構成体としては、常
電導磁石、超電導磁石または永久磁石等が使用できる
が、永久磁石を採用する場合、フェライト磁石、希土類
コバルト系磁石等の公知の磁石材料が使用できる。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３０ＭＧＯｅ以
上の極めて高いエネルギー積を示すＦｅ‐Ｂ‐Ｒ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。また、これらの公知の永久磁石を組み合わせて配
置することにより、装置の小型化を著しく阻害すること
なく、経済的に優れた磁界発生装置を提供することがで
きる。

【００２６】この発明の継鉄の材料として、電磁軟鉄、
純鉄などの従来から公知の材料を使用することができ
る。板状継鉄、支持継鉄は、磁界強度の均等化とともに
磁極片全体の機械的強度を確保し、磁界発生装置の組立
作業性を良好とする。

【００２７】磁極片を構成する材料は、実施例の材料に
限定されるものでない。純鉄、あるいは軟磁性粉を電気
絶縁性材料で成型したもの等が採用でき、また保磁力が
小さく電気抵抗の高いＭｎ‐Ｚｎ系、Ｎｉ‐Ｚｎ系等種
々のソフトフェライトやけい素鋼板の積層体、あるいは
その組み合わせを採用することにより、パルス磁界の印
加時に磁性材ベースに発生する渦電流や残留磁気を低減
できる。

【００２８】特に、積層けい素鋼板はソフトフェライト
に比べ安価であることから経済的メリットが大きい。ま
た、図４に示すように、磁極片２０を上記けい素鋼板で
構成するに際し、複数及び種々の積層けい素鋼板のブロ
ック２３，２４を磁性材ベース２１上に配置し、それら
ブロックをさらに積層した構成とすることによって、渦
電流や残磁現象の低減効果も大きく、作業性良く取付け
できる。上記の磁極片の厚みや板状継鉄の厚み比を最適
化することにより、磁極片の機械的強度を確保し、磁極
片に要求される磁界強度の均等化と渦電流および残磁現
象の防止効果が得られる。

【００２９】さらに、この発明において、空隙内の磁界
均一度を向上させるために、磁極片の周縁部に電磁軟
鉄、純鉄等の磁性材リングからなる環状突起を形成する
ことが望ましい。特に、図４に示すように、環状突起２
２の周方向に１つ以上のスリットを設けて分割すれば、
一層渦電流の軽減効果が得られる。環状突起の断面は矩
形、略三角形や台形等、適宜選定される。また、磁極片
の環状突起の内側に凸状突起を配置することによって
も、均一磁界の形成に有効である。

【００３０】この発明において、継鉄に配設するヒータ
手段の温度制御用ヒータとしては、特に限定されるもの
ではなく、立ち上げ用には発熱量の大きいＡＣヒータを
用いて、恒温制御用には追従性の良いＤＣヒータを用い
ることもできる。又、図１Ａに示すシート状のヒータに
限定されず、シーズ型ヒータ、埋め込み型ヒータ、リボ
ン型ヒータ等の既存のヒータを用いてもよい。

【００３１】さらに、金属のパイプ中に発電体を保持
し、そのパイプ中をＭｇＯ等の絶縁物で充填した管状ヒ
ータを作成して、図１Ｂに示すごとく、継鉄内部に設置
すれば、ヒータから外気に熱が放散することなく、効率
よく永久磁石の温度を制御することができる。

【００３２】温度制御のために配置する温度センサ手段
としては、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ等、制御系
の構成に応じて適宜、公知のセンサを用いることができ
る。温度センサの配置位置は、実施例に示す一対の永久
磁石５の側面で支持継鉄の対向側とその反対側に配置さ
れる以外にも、継鉄のヒータ取付け箇所、継鉄の側面、
永久磁石中心部、側面等、磁気回路の構成に応じて適宜
配置するとよい。

【００３３】温度制御手段には、実施例に示す回路構成
の他、いずれの電気的制御手段が採用でき、単数の制御
系、あるいは必要に応じて複数の制御系を用いることが
できる。また、磁気回路が比較的低温状態から、一定温
度まで上昇させる必要がある場合、昇温時間の短縮のた
めに容量の大きいヒーターを併用することもできる。こ
の場合、加速昇温用と設定温度保持のための微調整用の
２系統の出力をもつ温度調節器を用いることが望まし
い。温度調節器は複数の独立した回路でも、多チャンネ
ル（多点）温度調節器でも良い。

【００３４】

【実施例】実施例１以下にこの発明の特徴を、図１Ａに示す一実施例に基づ
いて説明する。磁界発生装置の継鉄は一対の板状継鉄
３，３端を板状の支持継鉄４で接続してあり、床１上に
断熱用ゴムを介して脚部２が配置される構成である。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５，５を板状継鉄，３の対向面に着設し、各
々の一方端に磁極片６，６を固着して対向させ、磁極片
６，６間の空隙８内に、静磁界を発生させ、特に撮像空
間９内に均一磁界を発生させる構成からなる。また、磁
極片６，６は環状突起７を有する構成で、図３の積層け
い素鋼板のブロックにて形成されている。

【００３５】純鉄製の上下一対の板状継鉄３，３の空隙
８とは反対の各外方面には、シート状ヒータ１０，１１
が支持継鉄４に近い箇所とその反対側の空隙開放面側に
着設してあり、図示しないリード、リレーを介して温度
調節器に接続される。

【００３６】一対の永久磁石５の側面には、それぞれ温
度センサ１２が支持継鉄４の対向側とその反対側に配置
される。

【００３７】ここでは、図４に示す構成からなる２系統
の温度制御系１３，１４に接続してあり、温度センサ１
２により感知された磁気回路の温度と設定温度の差によ
り、温度調節器１６，１６から制御信号がＳＳＲ（ソリ
ッド・ステート・リレー）１５，１５に送られる。ＳＳ
Ｒ１５，１５を通じて、制御された電流がヒータ１０，
１１に通電され、磁気回路の温度が一定に保たれるよう
に構成してある。

【００３８】すなわち、図１のように上下に磁極が対向
する磁気回路では上側の磁石の温度が高くなりやすく、
下側の磁石の温度が低くなりやすい傾向にあるため、上
下の板状継鉄３，３で図３に示す別々の温度制御系１
３，１４を持っており、上側の板状継鉄３のヒータ１０
と、上磁極の磁石近傍に取り付けられた温度センサ１２
は一つの制御系として電気回路が構成されている。

【００３９】なお、各制御系１３，１４には複数のヒー
タ１０，１１を接続してあるが、これは磁気回路の局部
的な加熱を防ぎ、全体を均等に加熱するためであり、ま
た、図では省略しているが、周囲の空気と磁気回路を熱
的に遮断するための断熱材を適宜配置することができ
る。

【００４０】以上の構成からなる温度制御手段により、
上下の永久磁石構成体５の目標温度を３２℃に設定した
ところ、上下磁石の温度差を０．１℃の範囲に保持する
ことが可能であった。

【００４１】実施例２図１Ｂに示す磁界発生装置は、実施例１と同様構成であ
るが、その温度センサ及びヒータ手段の構成が異なる。
すなわち、上下一対の板状継鉄３，３の空隙８とは反対
の各外方面には、棒状発熱体のヒータ１０ａ，１０ｂが
支持継鉄４に近い箇所とその反対側の空隙開放面側に埋
設してあり、さらに支持継鉄４の外方面の上下端部に棒
状発熱体のヒータ１１ａ，１１ｂが埋設してあり、それ
ぞれ図示しないリード、リレーを介して温度調節器に接
続される。

【００４２】ヒータ１０ａ，１０ｂ、１１ａ，１１ｂ
は、図２に示す構成からなる２系統の温度制御系１６
ａ，１６ｂに接続してあり、ここでは一対の永久磁石５
と支持継鉄４との間に、それぞれ温度センサ１２ａ，１
２ｂが配置され、この温度センサ１２ａ，１２ｂにより
感知された磁気回路の温度と設定温度の差により、温度
調節器１６ａ，１６ｂから制御信号がＳＳＲを通じて、
制御された電流がヒータ１０ａ，１０ｂ、１１ａ，１１
ｂに通電され、磁気回路の温度が一定に保たれるように
構成してある。

【００４３】以上の構成からなる温度制御手段により、
上下の永久磁石構成体５の目標温度を３２℃に設定した
ところ、上下磁石の温度差を０．１℃の範囲に保持する
ことが可能であり、消費電力は６００Ｗであった。板状
継鉄の外側にシートヒータを配置する場合に比較して、
消費電力の大幅な削減が可能であった。

【００４４】

【発明の効果】この発明の対象とするＣ字型磁気回路で
は、板状継鉄の一方端にしか支持継鉄が接続されていな
いため、継鉄が被検者の左右方向で非対称となることか
ら、従来から該支持継鉄からの放熱が大きく、磁気回路
中の温度分布が均一でないために、磁界が不均一となっ
ていた。

【００４５】この発明によるＭＲＩ用磁界発生装置は、
かかる問題点を複数のヒータ手段を永久磁石が配置され
る板状継鉄外方面の支持継鉄近傍とその反対側に配置す
ることによって解決するもので、温度センサの温度検知
に対応して温度制御用ヒータが温度制御器により加温さ
れる際、継鉄近傍に配置された永久磁石が効率よく加熱
されて制御追従性がよい。

【００４６】さらに、温度制御用ヒータが継鉄内部に埋
設された場合は、ヒータから発する熱が継鉄を伝導して
直接永久磁石に達するため、熱が外部に放散してロスが
起こることなく、非常に効率良く熱制御を行なうことが
可能である。さらに、温度センサを永久磁石に複数配置
することによって、部分的な温度制御が可能であり、磁
界均一度の非対称が起こり難い利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）はこの発明のＭＲＩ用磁界発生装
置の構成を示す説明図である。

【図２】この発明のＭＲＩ用磁界発生装置の温度制御を
行う回路説明図である。

【図３】この発明のＭＲＩ用磁界発生装置の温度制御を
行う回路説明図である。

【図４】この発明のＭＲＩ用磁界発生装置の磁極片の構
成を示すもので、（Ａ）は上面説明図、（Ｂ）は縦断説
明図である。

【図５】従来のＭＲＩ用磁界発生装置の構成を示すもの
で、（Ａ）は一部縦断正面説明図、（Ｂ）は横断上面図
である。

【図６】Ｃ字型磁気回路のＭＲＩ用磁界発生装置の構成
を示す斜視説明図である。

【図７】従来のＭＲＩ用磁界発生装置の他の構成を示す
一部破断斜視説明図である。

【符号の説明】

１床２脚部３，３５，４２板状継鉄４，４７支持継鉄３６，４３柱状継鉄５，４０永久磁石６，２０，３１，４１磁極片７，２２，３２環状突起８，３３，４６空隙９撮像空間１０，１０ａ，１０ａ₁，１０ａ₂，１０ｂ，１０ｂ₁，
１０ｂ₂，１１，１１ａ，１１ｂ，４４ヒータ１２温度センサ１３，１４温度制御系１５ＳＳＲ１６，１６ａ，１６ｂ温度調節器２１磁性材ベース２３，２４ブロック３０永久磁石構成体３４継鉄３７傾斜磁界コイル４５断熱材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像空間を形成して対向配置する一対の
板状継鉄と、該一対の板状継鉄の一方端を接続支持する
支持継鉄とを有し、前記一対の板状継鉄の各々空隙対向
面に永久磁石を配置し、該空隙に対する３方の開放面を
有する磁気回路からなるＭＲＩ用磁界発生装置におい
て、磁気回路に温度センサ手段およびヒータ手段を備
え、かつヒータ手段が少なくとも板状継鉄の外方面の前
記支持継鉄近傍とその反対開放面側に配置されたＭＲＩ
用磁界発生装置。
【請求項２】請求項１のＭＲＩ用磁界発生装置におい
て、前記ヒータ手段に加えて、前記支持継鉄の外方面の
板状継鉄側にも設けたＭＲＩ用磁界発生装置。
【請求項３】請求項１のＭＲＩ用磁界発生装置におい
て、前記温度センサ手段が、対向する各々の磁極に配置
されたＭＲＩ用磁界発生装置。
【請求項４】請求項１のＭＲＩ用磁界発生装置におい
て、前記温度センサ手段により検出した温度に基づいて
該ヒータ手段を制御する温度制御手段を有するＭＲＩ用
磁界発生装置。