JPH02119844A - 核磁気共鳴断層装置の磁界発生装置 - 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】 〔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核磁気共鳴断層装置（以下ｒ
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、特に傾斜磁場コイルの駆動による
磁極への渦電流の発生を該磁極に対する電磁波の侵入深
さを考慮して低減することができるＭＨＩ装置の磁界発
生装置に関する。

〔従来の技術〕

ＭＨＩ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３０〜５０■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１０，０００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。この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。

そして、永久磁石を用いた従来のＭＨＩ装置の磁界発生
装置は、第７図及び第８図に示すように、被検体が入り
得る空隙Ａを形成して対向配置された一対の永久磁石１
ａ、ｌｂと、これらの永久磁石１ａ、ｌｂを支持すると
共に磁気的に結合する継鉄２ａ、２ｂ、３と、上記一対
の永久磁石１ａ。

１ｂの空隙Ａ側の対向面にそれぞれ固着され円盤状磁性
体板の周縁部に環状突起４が形成された磁極５ａ、５ｂ
とを有し、上記空隙Ａ内に磁界を発生させるようになっ
ていた。

さらに、ＭＲＩ装置は、上記永久磁石１ａ、１ｂ及び磁
極５ａ、５ｂによる静磁場発生手段の他に、空隙Ａ内に
設定された計測空間Ｂ内の位置情報を得るために傾斜磁
場を発生するための傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂを備え
ている。これらは、各磁極５ａ、５ｂの近傍に設置され
たｘ、ｙ、ｚの三方向に対応する三組のコイル対から成
っている。なお、第７図及び第８図においては、図を見
易くするために三組のコイル対を分けずに示しである。

そして、これらの傾斜磁場コイル群６ａ。

６ｂに図示外の傾斜磁場コイル駆動電源からパルス電流
を流すことにより、計測空間Ｂ内に傾斜をもった磁場を
短時間に発生させるようになっていた。

しかし、このようなＭＲＩ装置の磁界発生装置において
は、傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂにパルス電流を流した
際の立上がり、立下がり時に発生する磁界のために、磁
極５ａ、５ｂに渦電流が生じるものであった。そして、
この渦電流は、計測空間Ｂ内に上記傾斜磁場コイル群６
ａ、６ｂによるものと反対方向の磁界を形成することか
ら、上記計測空間Ｂ内に発生する傾斜磁場が所定の強度
に達するのに多くの時間を要することとなるものであっ
た。ここで、被検体の断層像の撮影に要する時間を考え
た場合、できるだけ短時間で所定の傾斜磁場強度に達す
ることが望ましい。そこで、この時間を短縮するために
、従来、特開昭６３−１０５７４５号公報に記載されて
いるように、磁極を複数に分割された単体磁極の組み合
わせにより構成し、この単体磁極の面積を小さくするこ
とにより発生する渦電流を低減するものが提案されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のＭＲＩ装置の磁界発生装置においては
、第７図及び第８図に示す磁極５ａ、５ｂを複数に分割
した単体磁極の面積を小さくすることにより渦電流の発
生を低減することはできるが、傾斜磁場コイル群６ａ、
６ｂに流す電流によって形成される電磁波の磁極５ａ、
５ｂに対する侵入深さは考慮されておらず、上記渦電流
の発生を十分に低減することはできなかった。従って、
計測空間Ｂ内に発生する傾斜磁場が所定の強度に達する
までの立上がり時間を十分に短縮することはできないも
のであった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決することが
できるＭＲＩ装置の磁界発生装置を提供することを目的
とする。

〔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、被検体が入り得る空隙を形成して対向
配置された一対の永久磁石と、これらの永久磁石を支持
すると共に磁気的に結合する継鉄と、上記一対の永久磁
石の空隙側の対向面にそれぞれ固着され円盤状磁性体板
の周縁部に環状突起を有すると共に中心から周縁に向け
て所定角度で多分割された磁極とを有し、上記空隙内に
磁界を発生させる核磁気共鳴断層装置の磁界発生装置に
おいて、上記磁極の中央部の厚さを、該磁極への電磁波
の侵入深さを表す式 （ただし、ωは電磁波の角周波数、σは導電体の導電率
、μは透磁率） で求められる侵入深さδの値以上としたものである。

また、上記磁極は、その厚み方向で二層の積層構造とし
、空隙側に面する磁極部材は円盤状磁性体板の周縁部に
環状突起を有すると共に中心がら周縁に向けて所定角度
で多分割されたものから成り、永久磁石側に面する磁極
部材は一体物の円盤状磁性体板から成り、これらを一体
的に組み合わせたものであってもよい。

〔作゛用〕

このように構成されたＭＲＩ装置の磁界発生装置は、円
盤状磁性体板の周縁部に環状突起を有すると共に中心か
ら周縁に向けて所定角度で多分割された磁極の中央部の
厚さを、該磁極への電磁波の侵入深さを表す式で求めら
れる侵入深さの値以上とすることにより、上記磁極に対
する渦電流の発生を十分に低減するものである。従って
、空隙内に設定される被検体の計測空間に発生する傾斜
・磁場が所定の強度に達するまでの立上がり時間を十分
に短縮することができる。

〔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。

第１図は本発明によるＭＲＩ装置の磁界発生装置の特徴
部分である磁極の実施例を示す平面図であり、第２図は
その中央横断面図である。本発明に係る磁界発生装置の
全体構成は、第７図及び第８図に示す従来例と同様に構
成されている。

すなわち、第７図及び第８図において、一対の永久磁石
１ａ、ｌｂは、両者間に被検体が入り得る空隙Ａを形成
して上下に対向配置されている。

これらの永久磁石１ａ、ｌｂは、上記空隙Ａ内に静磁場
を発生するためのもので、例えば形状が円盤状に形成さ
れており、それぞれ上下の継鉄２ａ。

２ｂによって支持されている。これらの継鉄２ａ。

２ｂは、上記永久磁石１ａ、ｌｂ及び後述の磁極＝７− ５ａ、５ｂを所定の間隔をあけて対向配置すると共に磁
路を形成するもので、例えば横幅よりも奥行きの方が短
い長方形に形成されている。

上記上下の継鉄２ａ、２ｂは、複数の縦の継鉄３．３．
・・・によって対向支持されている。これらの縦の継鉄
３，３．・・は、上記上下の継鉄２ａ。

２ｂを所定の間隔をあけて対向配置すると共に上記永久
磁石１ａ、ｌｂによる磁路を閉じさせるもので、内部に
磁束に通し易い部材で形成され、例えば上下の継鉄２ａ
、２ｂの四隅に一本ずつ合計四本立設されており、上記
空隙Ａ内に設定された計測空間Ｂを通る磁束の戻り回路
をそれぞれ形成している。なお、前記上下一対の永久磁
石１ａ。

１ｂは、第８図に示す方向でＮ極及びＳ極にそれぞれ着
磁されているので、上記の計測空間Ｂを矢印のように上
から下へ磁束が通っている。

上記一対の永久磁石１ａ、ｌｂの空隙Ａ側の対向面には
、それぞれ磁極５ａ、５ｂが磁気的及び機械的に固着さ
れている。これらの磁極５ａ、５ｂは、上記空隙Ａ内の
所定の領域に設定され例えば直径３０〜５０Ｇの球空間
からなり被検体の検査部位が入る計測空間Ｂにおける静
磁場の均一性を高めるためのものであり、例えば円盤状
の磁性体板から成り、その周縁部に環状突起４を設けて
構成されている。さらに、上記各磁極５ａ、５ｂの近傍
には、傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂが設けられている。

これらの傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂは、空隙Ａ内に設
定された計測空間Ｂ内の位置情報を得るために傾斜磁場
を発生するためのもので、例えばＸ、Ｙ、Ｚの三方向に
対応する三組のコイル対から成り、特願昭６１−２０７
９３０号の明細書及び図面に記載されたアンダーソンタ
イプまたはゴーレイタイプとされている。そして、これ
らの傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂに図示外の傾斜磁場コ
イル駆動電源からパルス電流を流すことにより、上記計
測空間Ｂ内に傾斜をもった磁場を短時間に発生させるよ
うになっている。

このとき、上記傾斜磁場コイル群６ａ、６ｂにパルス電
流を流した際の立上がり、立下がり時に発生する磁界の
ために、磁極５ａ、５ｂには渦電流が生じるので、この
渦電流の発生を低減するために、上記各磁極５ａ、５ｂ
は、第１図に示すように、円盤状磁性体板の中心から周
縁に向けて所定角度毎に多分割されている。第１図にお
いては、１６分割した状態を示しており、符号７，７．
・・・はその単体磁極を指している。

ここで、本発明においては、上記磁極５ａ、５ｂの中央
部の厚さ、すなわち第２図に示す各単体磁極７の中央部
の厚さＴ１が、その単体磁極７に対する上記傾斜磁場コ
イル群６ａ、６ｂに流す電流によって形成される電磁波
の侵入深さを考慮したものとされている。いま、上記電
磁波の単体磁極７への侵入深さを検討すると、次のよう
になる。

一般に、導電体に入射した電磁波は、その導電体中で ｅｘｐ　（−Ｘ／δ）　　　　　　・・・（１）の割合
で減衰する。ここで、Ｘは入射面からの距離を表し、δ
は電磁波の侵入深さ（スキンディブス）を表す。従って
、距離Ｘが侵入深さδと等しいとき、入射した電磁波は
約３７％に減衰し、Ｘ＝２δの距離では約１４％に、Ｘ
＝３６では約５％に減衰する。そして、電磁波の角周波
数をωとしくここでｆを周波数とすると、ω＝２πｆで
ある）、導電体の導電率をσとし、透磁率をμとすると
、電磁波の侵入深さδは、 の式で与えられる。すなわち、侵入深さδは、電磁波の
角周波数ωが低くなるにつれて大きくなって行く。ここ
で、μＳを比透磁率とし、μ。を真空中の透磁率とする
と、μ＝μＳ・μ。と表される。

例えば、磁極の材質が純鉄であって、μｓ　＝　２００
　。

導電率σ＝１０７（Ω−１・ｍ−”）、ｆ＝ＩＫＨｚの
場合は、δ４０．３４ｍｎである。同様にして、ｆ＝１
００七の場合は、６４１．１ｍｍとなる。また、ｆ＝１
０七の場合は、δ吋３．４ｎｗｎとなる。そして、ＭＲ
Ｉ装置においては、このように１０Ｈｚと低い周波数も
重要となるので、上記第（１）式をも考慮した上で、多
分割した各単体磁極７の中央部の厚さＴ□は、ｆ＝ｌＯ
Ｈｚ程度の場合のδの３倍の厚み（３゜４ａｎ　Ｘ　３
　＝１０．２＋ｎｍ）をとって十分減衰させるため、例
えば１０＋ｎｍ程度とすればよい。なお、このとき、第
２図に示すように、環状突起４の部分の厚さＴ２は例え
ば５０ｍｍ程度とされる。また、磁極５ａ。

５ｂの全体的な寸法は、第８図に示す被検体としての人
体が入る計測空間Ｂの大きさで主に決定され、例えばり
、４１０００ａｎ、　Ｄ２２Ｂ２Ｏ３ｍ、　Ｄ３４７５
０■程度とされる。

このように構成された本発明の磁界発生装置は、第１図
に示すように、磁極５ａ、５ｂが円盤状磁性体板の中心
から周縁に向けて所定角度毎に多分割され、この分割面
により電気的に絶縁されているので、第８図に示す傾斜
磁場コイル群６ａ、６ｂと同一パターンの渦電流は形成
されず、面積の小さい各単体磁極７，７．・・・に発生
する渦電流は小さくなる。また、上記多分割された磁極
、すなわち各単体磁極７，７．・・・の中央部の厚さＴ
工は、該磁極７への電磁波の侵入深さδを考慮してその
値以上とされているので、これによって渦電流は各単体
磁極７，７．・・・内での発生が制限される。

従って、全体として磁極５ａ、５ｂに発生する渦電流を
低減することができる。

第３図及び第４図は、本発明に係る磁極の第二の実施例
を示す平面図及びその中央横断面図である。この実施例
は、磁極５ａ、５ｂをその厚さ方向で第一の磁極部材８
と第二の磁極部材９とで二層の積層構造とし、第８図に
示す空隙Ａ側に面する第一の磁極部材８は円盤状磁性体
板の周縁部に環状突起４を有すると共に中心から周縁に
向けて所定角度毎に多分割（例えば１６分割）された単
体磁極７，７．・・・から成り、第８図に示す永久磁石
１ａ、ｌｂ側に面する第二の磁極部材９は上記第一の磁
極部材８と同一直径の一体物の円盤状磁性体板から成り
、この第二の磁極部材９と上記第一の磁極部材８とを例
えばエポキシ系接着剤またはネジ締め等により強固に一
体的に組み合わせたものである。このとき、上記第一の
磁極部材８と第二の磁極部材９との間は、電気的に絶縁
した方が磁極５ａ、５ｂに発生する渦電流の低減には効
果がある。この場合、第４図において、例えばＴ□≠１
０ｍｍ、Ｔ、４２０−４０ｍｍ、Ｔ、：６０−８０■程
度とされる。

この実施例の場合は、中心から所定角度で多分割した各
単体磁極７，７．・・・から成る第一の磁極部材８を一
体物の円盤状磁性体板から成る第二の磁極部材９により
強固に一体化することができ、磁気回路組立時に第８図
に示す永久磁石１ａ、１ｂから受ける約１　ｋｇ−ｆ　
／ａｌの吸引力に対しても、機械的な曲げ及びせん断応
力に十分耐えることができ、安全かつ容易に組立てるこ
とができる。

第５図は磁極５ａ、５ｂの変形例を示す平面図である。

第１図及び第３図においては磁極５ａ。

５ｂを例えば１６分割したものとして示したが、本発明
はこれに限らず、第５図（ａ）に示すように３分割した
ものでもよいし、同図（ｂ）に示すように８分割したも
のでもよい。さらに、３分割以上であれば適宜の分割数
としてもよい。ここで、上記磁極５ａ、５ｂの分割数と
該磁極５ａ、５ｂに発生する渦電流の低減効果との関係
を調べると、第６図に示すグラフのようになる。図にお
いて、横軸は磁極５ａ、５ｂを中心から所定角度で多分
割した分割数を表し、縦軸は２方向の傾斜磁場コイルに
より第８図に示す計測空間Ｂに生成される相対傾斜磁場
強度を表している。これによると、一体物から２分割し
た場合は傾斜磁場強度は急激に増加するが、それ以上の
分割数に増やした場合の傾斜磁場強度の増加は比較的ゆ
るやかであることが分かる。従って、Ｚ方向の傾斜磁場
コイルに対しては２分割でもよいが、ＸとＹ方向の傾斜
磁場コイルではその形状（特願昭６１−２０７９３０号
参照）から最低限３分割とするのがよい。

なお、第１図及び第３図並びに第５図においては、磁極
５ａ、５ｂを中心から等角度で多分割したものとして示
したが、本発明はこれに限らず、非等角度で多分割して
もよい。この場合でも、渦電流を低減させる効果は得ら
れる。

第７図は本発明に係る磁極の第三の実施例を示す平面図
である。この実施例は、第３図において、多分割された
単体磁極７，７．・・・間のすき間の中心付近に、薄い
鉄板１０，１０．・・・をそれぞれ入れたものである。

図においては、中心付近で例えば約２００Ｉにわたって
鉄板１０を入れであるが、これは第９図に示す計測空間
Ｂの磁場均一度をより良くするためであり、上記の各す
き間を単体磁極７と磁気特性が近い材質で埋めることに
より実現される。なお、上記のすき間に鉄板１０を入れ
るのは、第３図に示す実施例に限らず、第１図及び第５
図においても同様に適用でき、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、円盤状磁性体板
の周縁部に環状突起４を有すると共に中心から周縁に向
けて所定角度で多分割された磁極５ａ、５ｂの中央部の
厚さＴ□を、該磁極５ａ。

５ｂへの電磁波の侵入深さδを表す式で求められる侵入
深さδの値以上とすることにより、上記磁極５ａ、５ｂ
に対する渦電流の発生を十分に低減することができる。

従って、空隙Ａ内に設定される被検体の計測空間Ｂに発
生する傾斜磁場が所定の強度に達するまでの立上がり時
間を十分に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＭＲＩ装置の磁界発生装置の特徴
部分である磁極の実施例を示す平面図、第２図はその中
央横断面図、第３図は本発明に係る磁極の第二の実施例
を示す平面図、第４図はその中央横断面図、第５図は本
発明に係る磁極の変形例を示す平面図、第６図は磁極の
分割数と該磁極に発生する渦電流の低減効果との関係を
示すグラフ、第７図は本発明に係る磁極の第三の実施例
を示す平面図、第８図は本発明及び従来例による磁界発
生装置の全体構成を示す斜視図、第９図は同じく磁界発
生装置の全体構成を示す一部断面−正面図である。 ｌａ、ｌｂ−永久磁石、　２ａ、２ｂ、３・・・継鉄、
　４・・・環状突起、　５ａ、５ｂ・・・磁極、　６ａ
、６ｂ・・・傾斜磁場コイル群、　７・・・単体磁極、
８・・・第一の磁極部材、　９・・・第二の磁極部材、
１０・・・鉄板、　Ａ・・・空隙、　Ｂ・・・計測空間
、　Ｔ・・・磁極の中央部の厚さ。 ｕ）ｕ） （ＹＪ 、Ω　０ ０の の ■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体が入り得る空隙を形成して対向配置された
   一対の永久磁石と、これらの永久磁石を支持すると共に
   磁気的に結合する継鉄と、上記一対の永久磁石の空隙側
   の対向面にそれぞれ固着され円盤状磁性体板の周縁部に
   環状突起を有すると共に中心から周縁に向けて所定角度
   で多分割された磁極とを有し、上記空隙内に磁界を発生
   させる核磁気共鳴断層装置の磁界発生装置において、上
   記磁極の中央部の厚さを、該磁極への電磁波の侵入深さ
   を表す式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、ωは電磁波の角周波数、σは導電体の導電率
   、μは透磁率） で求められる侵入深さδの値以上としたことを特徴とす
   る核磁気共鳴断層装置の磁界発生装置。
2. （２）上記磁極は、その厚み方向で二層の積層構造とし
   、空隙側に面する磁極部材は円盤状磁性体板の周縁部に
   環状突起を有すると共に中心から周縁に向けて所定角度
   で多分割されたものから成り、永久磁石側に面する磁極
   部材は一体物の円盤状磁性体板から成り、これらを一体
   的に組み合わせたものである請求項１記載の核磁気共鳴
   断層装置の磁界発生装置。