JP3861058B2 - 埋込み形磁界成形コイルを有する開放型磁石 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に磁気共鳴画像形成（ＭＲＩ）装置の部品として使用される開放型磁石に関し、より具体的には、埋込み形磁界成形コイルを有する開放型磁石に関する。

本発明の出願人に譲渡されたＬａｓｋａｒｉｓ他の米国特許第５，９９９，０７５号に開示されているように、ＭＲＩ装置の開放型磁石は一般的に、実質的に互いの鏡像になっている２つの間隔をおいて配置されたコイル組立体を備える。コイル組立体の間の空間は画像形成容積を含み、磁気共鳴画像形成の際にその容積内に患者を位置決めすることができ、外科又はその他の医療処置のために医療関係者がアクセスすることができる。各コイル組立体は一般的に、縦軸線をもつ環状形状の主コイルと、該縦軸線に沿って同軸に位置合わせされかつ該主コイルから縦方向外側に間隔をおいて配置された環状形状の遮蔽コイルと、主コイルと遮蔽コイルとの間で該縦軸線の周りに配置された円柱形状の磁化可能な磁極片とを有する。

コイル組立体の磁化可能な磁極片は、主コイルによって生成される磁界の強さを増強する。更に、磁極片の内面を選択的に構成することによって、開放型磁石は、磁界の均質性を改善するように磁気的にシム調整される。現行の方式は、磁極片の内面上に、コイル組立体間の空間内に異なる高さ又は距離で突出している幾つかの環状の段部を形成して、磁極片の磁化分布を制御し、それによってコイル組立体間の空間内にＭＲＩ画像形成のための均質な磁界容積を作り出すように磁界を成形するようになっている。しかしながら、このような磁界成形用の環状段部は、コイル組立体間の空間の一部を占有し、従ってＭＲＩ装置の画像形成容積を減少させ、磁石の極低温構造設計を複雑にする。更に、段部を付けた磁極片のより多くの負荷エリアが磁気的に飽和状態になるので、段部形成技術による磁界成形能力には限界があり、主磁界が増加すると減少する。

本発明の概念の１つは、磁極片を極低温ヘリウム容器内に配置し、該磁極片の温度変化による磁界変動を排除するものであるが、この概念は、磁極片間の更に大きな空隙を必要とする。
米国特許第５，９９９，０７５号

従って、より高い磁界及び／又はより大きな空隙の開放型ＭＲＩ磁石を生成するためのより大きな磁界成形能力を提供することになる技術革新に対する必要性が存在する。

本発明は、前述の必要性を満たすために設計された埋込み形磁界成形コイルを有する開放型磁石を供給する。外側に突出する従来技術の環状段部に代えて埋込み形磁界成形コイルを使用することにより、開放型磁石の２つのコイル組立体間の使用可能な空間が広くなり、より高い磁界が可能になり、また磁極片の製造及び磁石の極低温維持構造の製造が簡素化される。

本発明の１つの実施形態においては、開放型磁石内で使用される磁極片が提供され、該磁極片は、強磁性体材料で作られ、外面と該外面の方向とほぼ反対の方向に向いておりかつその中に形成された連続する溝を有する内面とを有する磁化可能な本体と、磁化可能な本体の内面の溝内において該内面のほぼ後ろ側に配置された、超伝導線のような導電体材料で作られたコイルと、磁化可能な本体の内面の溝内にコイルを保持するための手段とを含む。より具体的には、１つの溝は、本体の内面に形成された、複数の同心に配列され半径方向に間隔をおいて配置された環状形状の溝であり、コイルは、本体の内面の溝内に配置された、導電体材料で作られた複数の環状形状のコイルである。コイルのアンペアターンと電流の方向は、画像形成容積において均質な磁界を生成する必要性によって決定される。

本発明の別の実施形態例においては、開放型磁石が提供され、該開放型磁石は、その間に空間を形成するように互いに間隔をおいて配置された１対のコイル組立体を含む。該コイル組立体は、共通の縦軸線を定め、該縦軸線に沿って互いに間隔をおいて配置された環状形状の主コイルと、縦軸線に沿って同軸に位置合わせされ、互いに反対の方向に主コイルから縦方向外側に間隔をおいて配置された環状形状の遮蔽コイルと、該コイル組立体のうちの１つにおけるそれぞれの主コイルと遮蔽コイルとの間で縦軸線の周りに各々が配置された円柱形状の磁化可能な磁極片とをそれぞれ含む。該磁極片は、強磁性体材料で作られ、それぞれの外面と該外面の方向とほぼ反の方向に向いているそれぞれの内面とを有し、該内面の各々がその中に形成された複数の同心に配列され半径方向に間隔をおいて配置された環状形状の溝を有する磁化可能な本体と、磁化可能な本体の内面の溝内において該内面のほぼ後ろ側に配置された、導電体材料で作られた複数のコイルと、前記磁化可能な本体の内面の溝内にコイルを保持するための手段とを含む。

さて、図面、特に図１及び図２を参照すると、全体を符号１０で示した従来技術の開放型磁石が図示されている。従来技術の開放型磁石１０は、実質的に互いの鏡像になっており、その間に画像形成容積１６を含む空間１４を形成する１対の間隔をおいて配置されたコイル組立体１２を含む。各コイル組立体１２は一般的に、縦軸線２０をもつ環状形状の主コイル１８と、該縦軸線２０に沿って同軸に位置合わせされかつ主コイル１８から縦方向外側に間隔をおいて配置された環状形状の遮蔽コイル２２と、主コイル１８と遮蔽コイル２２との間で縦軸線２０の周りに配置された円柱形状の磁化可能な磁極片２４とを有する。支持部材２６が２つのコイル組立体１２を相互結合しており、該支持部材２６はステンレス鋼のような磁化不能な材料で作られている。主コイル１８及び遮蔽コイル２２は一般的に、超伝導性であり、従ってその臨界温度より低い温度に冷却されて、その極低温冷却によって超伝導性を達成し維持する。冷却を達成するため、開放型磁石１０は更に、液体ヘリウムのような液体の極低温冷却剤を収容しかつ主コイル１８及び遮蔽コイル２２を囲む極低温冷却剤容器２８を備える。磁極片２４は、極低温冷却剤容器２８の外側に該極低温冷却剤容器２８から間隔をおいて配置されており、鉄のような強磁性体材料で作られる。

開放型磁石１０は、超伝導型磁石に限定されるものではなく、抵抗型磁石、又は抵抗型及び超伝導型を組み合わせた磁石とすることができる。同様に主コイル１８及び遮蔽コイル２２も超伝導型コイルに限定されず、抵抗型コイル、又は抵抗型及び超伝導型を組み合わせたコイルとすることができる。

図２、図３及び図４を参照すると、間隔をおいて配置されたコイル組立体１２の磁化可能な磁極片２４が、主コイル１８によって生成された磁界の強さを増強している。磁極片２４は、強磁性体材料で作られ、互いに向かい合った内面３２をもつほぼ円柱形の構成のような所望の構成にされた磁化可能な本体３０を有する。磁極片２４の内面３２は、該内面上に形成された幾つかの環状段部３４、３６、３８を有し、該環状段部が、開放型磁石１０の磁界を成形する。上述したように、従来技術の磁石１０の磁極片２４において生じていた問題は、該磁極片がコイル組立体１２の間の空間１４内に突出しており、そのため従来技術の開放型磁石１０の空間１４の使用可能な容積を減少させることである。更に、段部形成技術による磁界成形能力は、主磁界が増加するにつれて減少し、そのため高磁界の開放型ＭＲＩ磁石において満足できる均質な画像形成磁界を生成することができない。

図４，５を参照すると、従来技術の磁極片２４に関する上記問題点を克服した、開放型磁石１０に使用される本発明の磁極片４０が示されている。従来技術の磁極片２４と同様に、本発明の磁極片４０は、それぞれの外面４４と、該外面４４の方向とほぼ反対の方向を向いているそれぞれの内面４６とを有し、該内面４６が互いに向かい合うようになっている、円柱形状の磁化可能な本体４２を有する。しかしながら、従来技術の磁極片２４と異なり、本発明の磁極片４０は、その内面４６に凹設された複数の同心に配列され半径方向に間隔をおいて配置された環状形状の溝４８と、それぞれの溝４８内に挿入されて開放型磁石１０の磁界を成形する、超伝導型か又は抵抗型かのいずれかの複数の環状形状のコイル５０とを有する。コイル５０は、それらを溝４８内に挿入する前に予め巻かれ、次いで締まり嵌め５４又はエポキシによる本体４２との接着５６によるような機械的締結要素５２によって溝４８内に保持されることができる。これらコイル５０を流れる電流は、磁極片４０の磁化を再分布させ、空間１４の画像形成容積１６における均質な磁界を作り出すようになる。本発明の利点には、コイル組立体１２間の空間１４におけるより大きい空き容積を形成すること、及び磁極片４０の製造及び磁石の極低温維持構造の製造を簡素化することが含まれる。更に、製作公差による不均質性をシム調整するために、軸方向修正用のコイルを容易に磁界成形コイルと共に巻くことができる。

本発明の一部の好ましい特徴的形状のみを図示し説明したが、当業者は多くの改良及び変更を思い付くであろう。従って、同時に提出する特許請求の範囲は、全てのそのような改良及び変更を本発明の技術思想の範囲内に含まれるものと保護することを意図していることを理解されたい。

磁石の画像形成容積を示す、開放型ＭＲＩ磁石の概略図。 その磁極片の内面上に形成された磁界成形用の環状段部を有する従来技術の開放型磁石の概略断面図。 図２の線３−３に沿った従来技術の磁極片の１つの平面図。 ヘリウム容器内に配置された磁極片上の磁界成形用の段部を有する開放型磁石の概略断面図。 図５の線６−６に沿った、本発明の磁極片の１つの平面図。

符号の説明

１０ 開放型磁石
１４ 空間
１６ 画像形成容積
１８ 主コイル
２０ 縦軸線
２２ 遮蔽コイル
２８ 極低温冷却剤容器
４０ 磁極片
４２ 磁極片の本体
４４ 磁極片の外面
４６ 磁極片の内面
４８ 内面の溝
５０ コイル

Claims (10)

1. 開放型磁石に使用される磁極片であって、
   強磁性体材料で作られ、外面と該外面の方向とほぼ反対の方向に向いている内面とを有し、前記内面が互いに向かい合い、かつ該内面の各々がその中に形成された複数のほぼ環状形状の連続する溝を有するようになっている磁化可能な本体と、
   前記磁化可能な本体の内面の前記溝内において該内面のほぼ後ろ側に配置された、導電体材料で作られた複数のほぼ環状形状のコイルと、
   前記磁化可能な本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段と、
   を含み、
   前記磁極片は、液体の極低温冷却剤を収容する極低温冷却剤容器により囲まれる
   ことを特徴とする磁極片。
2. 前記本体が、ほぼ円柱形状であることを特徴とする、請求項１に記載の磁極片。
3. 前記コイルが、前記溝内に挿入される前に予め巻かれていることを特徴とする、請求項１に記載の磁極片。
4. 前記本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段が、機械的締結要素であることを特徴とする、請求項１に記載の磁極片。
5. 前記本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段が、前記コイルと前記本体との間の締まり嵌め、又は、エポキシ接着であることを特徴とする、請求項１に記載の磁極片。
6. その間に空間を形成するように互いに間隔をおいて配置された１対のコイル組立体、
   を含み、該コイル組立体が、
   共通の縦軸線を定め、該縦軸線に沿って互いに間隔をおいて配置された環状形状の主コイルと、
   前記縦軸線に沿って同軸に位置合わせされ、互いに反対の方向に前記主コイルから縦方向外側に間隔をおいて配置された環状形状の遮蔽コイルと、
   該コイル組立体のうちの１つにおける前記それぞれの主コイルと遮蔽コイルとの間で前記縦軸線の周りに各々が配置された円柱形状の磁化可能な磁極片と、
   液体の極低温冷却剤を収容する極低温冷却剤容器であって、前記磁極片が、該極低温冷却剤容器により囲まれる極低温冷却剤容器と
   をそれぞれ含み、該磁極片が、
   強磁性体材料で作られ、それぞれの外面と該外面の方向とほぼ反対の方向に向いているそれぞれの内面とを有し、前記内面が互いに向かい合いかつ該内面の各々がその中に形成された複数の同心に配列され間隔をおいて配置された環状形状の溝を有するようになっている、磁化可能な本体と、
   前記磁化可能な本体の内面の前記溝内において該内面のほぼ後ろ側に配置された、導電体材料で作られた複数の環状形状のコイルと、
   前記磁化可能な本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段と、
   ことを特徴とする磁極片を含む、
   ことを特徴とする開放型磁石。
7. 前記コイルが、前記溝内に挿入される前に予め巻かれていることを特徴とする、請求項６に記載の磁石。
8. 前記本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段が、機械的締結要素であることを特徴とする、請求項７に記載の磁石。
9. 前記本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段が、前記コイルと前記本体との間の締まり嵌め、又は、エポキシ接着であることを特徴とする、請求項７に記載の磁石。
10. その間に空間を形成するように互いに間隔をおいて配置された１対のコイル組立体、
    を含み、該コイル組立体が、
    共通の縦軸線を定め、該縦軸線に沿って互いに間隔をおいて配置された環状形状の主コイルと、
    前記縦軸線に沿って同軸に位置合わせされ、互いに反対の方向に前記主コイルから縦方向外側に間隔をおいて配置された環状形状の遮蔽コイルと、
    該コイル組立体のうちの１つにおける前記それぞれの主コイルと遮蔽コイルとの間で前記縦軸線の周りに各々が配置された円柱形状の磁化可能な磁極片と、
    液体の極低温冷却剤を収容しかつ前記主コイル及び前記遮蔽コイル及び前記磁極片を囲む極低温冷却剤容器と、
    をそれぞれ含み、該磁極片が、
    強磁性体材料で作られ、それぞれの外面と該外面の方向とほぼ反対の方向に向いているそれぞれの内面とを有し、前記内面が互いに向かい合いかつ該内面の各々がその中に形成された複数の同心に配列され間隔をおいて配置された環状形状の溝を有し、前記内面が更に、前記磁極片の外周部の近傍において環状段部を有しており、前記主コイルが、前記環状段部を囲んで配置されている、磁化可能な本体と、
    前記磁化可能な本体の内面の前記溝内において該内面のほぼ後ろ側に配置された、導電体材料で作られた複数の環状形状のコイルと、
    前記磁化可能な本体の内面の前記溝内に前記コイルを保持するための手段と、
    を含み、
    前記極低温冷却剤容器は、前記環状形状の溝を覆う位置において、前記環状段部よりもより前記外面方向に位置する内側面を有している
    ことを特徴とする開放型磁石。
    

Images