JP3171721B2 - 磁気共鳴イメージング装置の磁界発生装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置の磁界発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核磁気共鳴(NMR)
現象を利用して被検体の検査部位の断層像を得る磁気共
鳴イメージング装置(以下「MRI装置」という)に用
いられる永久磁石を使用した磁界発生装置に関し、特に
被検体を位置させる空隙内の静磁場の均一度を調整する
のが容易なMRI装置の磁界発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】MRI装置は、NMR現象を利用して被
検体中の所望の検査部位における核スピンの密度分布,
緩和時間分布等を計測して、その計測信号を演算処理
し、上記検査部位の断層像として画像表示するものであ
る。ここで、人体などの空間的に広い範囲を計測対象と
する場合には、直径30〜50cmの球空間からなる計測
空間内において0.05〜2T(テスラ;1テスラは1
0,000 ガウス)程度の静磁場を数10ppm 以下の均
一度で発生させる磁界発生装置が必要である。ここで、
上記計測空間内の任意の点において発生した静磁場の均
一度は、 均一度=任意の点の磁場強度−中心磁場強度/中心磁場
強度×106(ppm) で表される。このような磁界発生装置としては、従来か
ら常電導磁石,超電導磁石,永久磁石の三方式が用いら
れている。
【0003】永久磁石を用いた従来のMRI装置の磁界
発生装置の一例は、特開昭62−104011号公報に記載され
ている。これを図4を参照して説明する。この磁界発生
装置は、継鉄を使用せずに永久磁石から成る複数の磁石
ブロック11〜18が環状に配置され、この環状配置内の
空隙Cに略均一な静磁界を発生するものである。上記各
磁石ブロック11〜18の磁化方向は、例えば図4におい
て各矢印方向で示すように設定されており、この全体に
より被検体が挿入される空隙C内に例えば矢印Aで示す
垂直上向きの静磁場を発生するようになっている。
【0004】上記の磁界発生装置における静磁場の調整
手段としては、上記各磁石ブロック11〜18はその対向
する平行な面が上記環状配置の中心に対し例えば正八角
形をなすように配置されており、これらの各磁石ブロッ
ク11〜18が互いに略直角な二つの方向2,3において
それぞれの位置を独立に移動調整でき、さらに上記二つ
の方向2,3のうち少なくとも一つの方向を軸心として
各磁石ブロック11〜18を独立に回動調整できるように
なっていた。
【0005】ここで、図4において、紙面に平行な水平
方向をX方向とし、紙面に垂直な水平方向をY方向と
し、このXY平面に垂直な上向き方向をZ方向とする
と、このZ方向が矢印Aで示す静磁場の磁界発生方向と
なる。このような状態で、図4に示す静磁場の均一度の
歪みは、ルジャンドル関数の展開項X,Y,XY,
1 ,Z2,Z3などの各項と関係している。上記Z1
の歪みは、Z座標に比例して生じる歪みで、Z座標値と
磁場強度が比例するものである。また、Z2 項の歪み
は、Z座標の2乗に比例して磁場強度が変化する。さら
に、X,Y項の歪みは、X,Y座標にのみ依存する歪み
である。そして、実際の磁界発生装置で発生する静磁場
では、これらの歪みが合成されて生じている。
【0006】また、永久磁石を用いた従来の磁界発生装
置の他の例としては、図5に示すように、多角形筒状に
形成された継鉄5と、この継鉄5の複数の内壁面にそれ
ぞれ固着され中心部に被検体が入り得る空隙Cを形成す
るように配置された永久磁石から成る複数の磁石ブロッ
ク11〜16とを備え、上記空隙C内に均一な静磁界Aを
発生させるようにしたものがある。このような磁界発生
装置において、上記空隙C内の静磁場の均一度の歪みに
ついて実験的に調べてみたら、上記各磁石ブロック11
〜16のうち一つの磁石ブロックを上下又は左右に移動
することにより、上記ルジャンドル関数の展開項の複数
の項の歪みを調整できることが分かった。
【0007】このことから、ある項の歪みを補正したい
場合は、関連する複数の磁石ブロックを移動して調整し
なければならないことからわかる。特に、前述のZ2
の歪みは、継鉄5の上部内壁面に固着された複数の磁石
ブロック13〜15の総てを上下に移動する調整が有効で
あることがわかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図4又は
図5に示す磁界発生装置においては、各磁石ブロック間
の磁気特性(残留磁束密度,磁化方向)の不均一性や、
装置組立時に生じる不均一性によって発生する静磁場の
不均一性を、上記各磁石ブロックを独立して移動及び回
転することで調整していたので、ある一つの磁石ブロッ
クを一方向に移動して調整した場合は複数の不均一度項
が変化することとなり、一つの不均一度項を調整する場
合に複数の磁石ブロックの移動量をうまく組み合わせな
がら調整しなければならないものであって。従って、調
整作業が複雑となると共に、調整に長時間を要するもの
であった。また、各磁石ブロックを独立して移動する
と、それぞれの磁石ブロックの移動時に移動量誤差を含
み、各磁石ブロック間の釣り合いがくずれ、水平方向に
依存した歪みなど他の歪みを引き起こすという問題があ
った。
【0009】そこで、本発明では、このような問題点に
対処し、被検体を位置させる空隙内にて主として磁界発
生方向の静磁場の均一度を調整するのが容易なMRI装
置の磁界発生装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるMRI装置の磁界発生装置は、多角形
筒状に形成された継鉄と、この継鉄の複数の内壁面にそ
れぞれ固着され中心部に被検体が入り得る空隙を形成す
るように配置された永久磁石からなる複数の磁石ブロッ
クとを備え、上記空隙内に均一な静磁界を発生させる磁
気共鳴イメージング装置の磁界発生装置において、上記
継鉄を略半分に分割し、その分割箇所を結合すると共に
上記複数の磁石ブロックを固着した一方の分割継鉄に対
し同じく複数の磁石ブロックを固着した他方の分割継鉄
を移動調整可能とする調整部材を備えたものである。
【0011】
【作用】このように構成されたMRI装置の磁界発生装
置は、筒の長手方向に沿って略半分に分割すると共にそ
の分割箇所を高磁性材の部材から成る調整板でそれぞれ
結合した継鉄を、上記調整板による結合箇所にて内壁面
に複数の磁石ブロックを固着した一方の分割継鉄に対
し、同じく複数の磁石ブロックを固着した他方の分割継
鉄を移動調整可能とすることにより、上記継鉄及び複数
の磁石ブロックで囲まれた中心部の空隙内の静磁場の均
一度を調整する。これにより、主として磁界発生方向の
静磁場の均一度の調整を容易とすることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明によるMRI装置の磁界
発生装置の実施例を示す正面側から見た中央縦断面図で
あり、図2は図1の右側面図である。この磁界発生装置
は、永久磁石を使用して被検体を挿入する空隙内に均一
な静磁界を発生させるもので、図1に示すように、継鉄
6と、複数の磁石ブロック11〜16とを備えて成る。
【0013】上記継鉄6は、複数の磁石ブロック11
6と共に磁気回路を形成する部材となるもので、軟質
磁性材で例えば六角形筒状に形成されている。ここで、
上記継鉄6は、その筒の長手方向に沿って中心部で略半
分に分割され、上側の部材が上継鉄6aとされ、下側の
部材が下継鉄6bとされている。そして、上記上継鉄6
aの複数の内壁面にて、水平な部分の内側には矩形断面
を有する直方体状の磁石ブロック14 が固着され、その
両側の斜めの部分の内側にはほぼ三角形断面を有する柱
状の磁石ブロック13,15がそれぞれ固着されている。
また、下継鉄6bの複数の内壁面にて、水平な部分の内
側には矩形断面を有する直方体状の磁石ブロック11
固着され、その両側の斜めの部分の内側にはほぼ三角形
断面を有する柱状の磁石ブロック12,16がそれぞれ固
着されている。上下の磁石ブロック11,14は発生する
静磁場の磁界方向Aと同方向の磁化方向を持ち、また上
継鉄6aの両側の磁石ブロック13,15は磁場中心から
斜め外向きの磁化方向を持ち、さらに下継鉄6bの両側
の磁石ブロック12,16は磁場中心に向う斜め内向きの
磁化方向を持っている。この場合、上記各磁石ブロック
2〜16の磁化方向は、最適な静磁界を発生するように
それぞれ決められる。
【0014】このような状態で、上記2分割された継鉄
6の上継鉄6aと下継鉄6bとは、その分割箇所におい
て調整板7,8でそれぞれ結合されている。これらの調
整板7,8は、上記上継鉄6aと下継鉄6bとを磁気的
につなぐもので、磁界発生装置としての磁路形成の妨げ
にならないような高磁性率の部材、例えば純鉄などを用
いて、図1に示すように上継鉄6a及び下継鉄6bの間
にまたがり、図2に示すように継鉄6の長手方向にわた
って伸びている。そして、まず、下継鉄6bの両側面部
において、該下継鉄6bに左右の調整板7,8を固定用
ねじ9,10;11,12を水平方向に締め付けて固定
する。次に、これらの調整板7,8の内側面上部に上継
鉄6aの両側下端部を合致させ、上記各調整板7,8の
上部に水平方向に穿設されたねじ挿通孔を固定用ねじ1
3,14をそれぞれ通して締め付けることにより、各調
整板7,8に上継鉄6aを固定する。ただし、上記調整
板7,8に穿設された固定用ねじ13,14のねじ挿通
孔は、その断面形が上下に長い長円形とされており、上
記固定用ねじ13,14が上記ねじ挿通孔内で締め付け
固定される位置により、下継鉄6bと上継鉄6a、及び
それらに固着された各磁石ブロック間の間隔が決められ
る。
【0015】さらに、上記上継鉄6aの両側下端部に
は、調整用ねじ15,16が上下方向に螺合されてい
る。この調整用ねじ15,16は、下継鉄6aと上継鉄
6aとの間隔を調整するためのもので、その下端部は平
らな面に形成されて各調整板7,8の上端面に当接され
ている。そして、この調整用ねじ15,16を締め付け
たり、ゆるめたりすることにより、上継鉄6a及びこれ
に固着された各磁石ブロック13〜15が上下移動可能と
されている。以上のような状態で、図1に示すように、
各磁石ブロック11〜16で囲まれた中心部に、被検体が
入り得る空隙Cが形成され、上記各磁石ブロック11
6の磁化方向の合成として、上記空隙C内に矢印Aで
示す方向に静磁界が発生することとなる。
【0016】図2に示す右側面図から明らかように、上
記調整板7,8で上継鉄6aと下継鉄6bとを結合する
箇所に螺合される固定用ねじ9〜14と、調整用ねじ1
5,16とは、添字aを付して示すように筒状の継鉄6
の前部に取り付けられるものと、添字bを付して示すよ
うに中央部に取り付けられるものと、添字cを付して示
すように後部に取り付けられるものとがある。従って、
継鉄6の左右両側面では合計6箇所のねじ結合箇所があ
る。そして、磁界発生装置を組み立てるときには、最初
に図1において固定用ねじ9,10及び11,12の系
列で下継鉄6bに調整板7,8を固定しておくと、上継
鉄6aを上下移動する際にねじをゆるめなくてよい。ま
た、下継鉄6bと上継鉄6aとの間隔を決める調整用ね
じ15,16の系列を締め込む量はできるだけ同じにす
るとよい。
【0017】次に、このように構成された磁界発生装置
において、上継鉄6aの上下移動について図1を参照し
て説明する。始めに、上継鉄6aに調整板7,8を固定
している固定用ねじ13,14をゆるめる。各磁石ブロ
ック11〜16はほぼ上向きの磁化方向を持つために、上
下の磁石ブロックは互いに引き合う。そのため、これら
のねじ13,14をゆるめた後に、調整用ねじ15,1
6で上継鉄6a及び下継鉄6bの引き合う力を支えなけ
ればならない。調整用ねじ15,16は、上下継鉄6
a,6bの引き合う力を支えられる材質及び太さとされ
ている。そして、上継鉄6aを上に移動する時は、調整
用ねじ15,16を締め込み、調整板7,8との間隔を
広げて、上継鉄6aと下継鉄6bの間隔を広げる。逆
に、上継鉄6aを下に移動する時は、調整用ねじ15,
16をゆるめて上下継鉄6a,6bの間隔を狭めればよ
い。この上下移動の調整後に、上下継鉄6a,6bの固
定をより安定させるために、前記固定用ねじ13,14
を締めて、上継鉄6aを固定する。この1連の作業を、
左右の調整板7,8について繰返し6カ所行う。
【0018】上記の移動操作において上下継鉄6a,6
bを一体化して上下移動するために、左右6カ所の調整
用ねじ15,16の回転量を一定する必要がある。回転
量にばらつきがある場合は、水平(X,Y)方向に依存す
る歪みなどを引き起こす可能性がある。従って、例えば
ダイヤルゲージを上下継鉄6a,6b間にセットし、上
継鉄6aの移動量を調整用ねじ15,16の位置で測定
しておけば、水平に移動させることができる。これによ
って、前述のZ2 の不均一度項が調整できる。また、図
2に示す前部の調整用ねじ16a(15a)と後部のねじ
16c(15c)の値を異ならせると、Y項の調整ができ
る。なお、本発明の主旨からは、主継鉄6a及び下継鉄
6bは複数に分割され、各々が相対的に移動できるよう
になっていてもよい。
【0019】図3は本発明の他の実施例を示す正面側か
ら見た中央縦断面図である。この実施例は、継鉄6′を
四角形筒状に形成し、この筒の長手方向に沿って中心部
で略半分に分割され、上側の部材が上継鉄6a′とさ
れ、下側の部材が下継鉄6b′とされている。そして、
上記上継鉄6a′の複数の内壁面にて、水平な部分の内
側には矩形断面を有する直方体状の磁石ブロック14
固着され、その両側で左右に相対する面には三角形断面
を有する柱状の磁石ブロック13,15がそれぞれ固着さ
れている。また、下継鉄6b′の複数の内壁面にて、水
平な部分の内側には矩形断面を有する直方体状の磁石ブ
ロック11 が固着され、その両側で左右に相対する面に
は三角形断面を有する柱状の磁石ブロック12,16がそ
れぞれ固着されている。上下の磁石ブロック11,14
発生する静磁場の磁界方向Aと同方向の磁化方向を持
ち、また上継鉄6a′の両側の磁石ブロック13,15
磁場中心から外向きの磁化方向を持ち、さらに下継鉄6
b′の両側の磁石ブロック12,16 は磁場中心に向う
内向きの磁化方向を持っている。この場合、上記各磁石
ブロック12〜16の磁化方向は、最適な静磁界を発生す
るようにそれぞれ決められる。
【0020】このような状態で、上記2分割された継鉄
6′の上継鉄6a′と下継鉄6b′とは、その分割箇所
において図1と同様の考え方により調整板7,8でそれ
ぞれ結合されている。従って、図1に示す実施例と同様
に、調整用ねじ15,16を締め付けたり、ゆるめたり
することにより、上継鉄6a′及びこれに固着された各
磁石ブロック13〜15が上下移動可能とされている。そ
して、上継鉄6a′の上下移動の移動操作についても、
図1に示す実施例と同様に行えばよい。
【0021】なお、図1及び図3において、調整板7,
8の固定用ねじ9,10;11,12を通す孔には、ね
じ山を設けてもよい。また、上記調整板7,8は、上下
継鉄6a,6bと別体のものとして示したが、これに限
らず例えば下継鉄6bに調整板7,8を一体化させた構
造としてもよい。この場合は、固定用ねじ9,10;1
1,12は不要である。さらに、以上の説明では、下継
鉄6bに対する上継鉄6aの上下移動は、調整用ねじ1
5,16を用いたねじ機構としているが、本発明はこれ
に限らず、上下移動が可能であれば他の駆動機構を用い
てもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
筒の長手方向に沿って略半分に分割すると共にその分割
箇所を高磁性材の部材から成る調整板でそれぞれ結合し
た継鉄を、上記調整板による結合箇所にて内壁面に複数
の磁石ブロックを固着した一方の分割継鉄に対し、同じ
く複数の磁石ブロックを固着した他方の分割継鉄を移動
調整可能とすることにより、上記継鉄及び複数の磁石ブ
ロックで囲まれた中心部の空隙内の静磁場の均一度を調
整することができる。従って、磁場均一度の調整作業が
容易となり、調整を短時間で終了させることができる。
また、各磁石ブロックを上継鉄又は下継鉄と共に一体化
して移動することにより、各磁石ブロック間の釣り合い
をくずさず、他の歪みを引き起こすことなく静磁場の均
一度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるMRI装置の磁界発生装置の実施
例を示す正面側から見た中央縦断面図。
【図2】図1の右側面図。
【図3】本発明の他の実施例を示す正面側から見た中央
縦断面図。
【図4】従来のRMI装置の磁界発生装置の一例を示す
正面図。
【図5】従来の磁界発生装置の他の例を示す正面側から
見た中央縦断面図。
【符号の説明】
1〜16 磁石ブロック 6 継鉄 6′ 継鉄 6a 上継鉄 6a′ 上継鉄 6b 下継鉄 6b′ 下継鉄 7 調整板 8 調整板 9〜14 固定用ねじ 15 調整用ねじ 16 調整用ねじ C 空隙 A 静磁場の方向

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多角形筒状に形成された継鉄と、この継鉄
    の複数の内壁面にそれぞれ固着され中心部に被検体が入
    り得る空隙を形成するように配置された永久磁石からな
    る複数の磁石ブロックとを備え、上記空隙内に均一な静
    磁界を発生させる磁気共鳴イメージング装置の磁界発生
    装置において、上記継鉄を略半分に分割し、その分割箇
    所を結合すると共に上記複数の磁石ブロックを固着した
    一方の分割継鉄に対し同じく複数の磁石ブロックを固着
    した他方の分割継鉄を移動調整可能とする調整部材を備
    えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の磁界
    発生装置。
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