JPH05182821A - Mri用磁界発生装置 - Google Patents

Mri用磁界発生装置

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JPH05182821A
JPH05182821A JP3359168A JP35916891A JPH05182821A JP H05182821 A JPH05182821 A JP H05182821A JP 3359168 A JP3359168 A JP 3359168A JP 35916891 A JP35916891 A JP 35916891A JP H05182821 A JPH05182821 A JP H05182821A
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Kimiharu Ota
公春 太田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MRI用磁界発生装置の空隙内の磁界均一度
を低下させることなく、渦電流の発生を低減して短時間
で傾斜磁界が所定の強度に上昇し得る、また残磁現象を
低減して高感度で鮮明な画像を得ることができる構成構
成からなる磁極片の提供。 【構成】 無方向性けい素鋼板を用いて積層した複数個
のブロック状磁極片用部材で形成した積層けい素鋼板層
11と、積層けい素鋼板11の周辺部に周設された断面
矩形の軟鉄製の磁性材リング12と、ソフトフェライト
粉を矩形板状に圧縮成形して構成した多数のブロック状
磁極片用部材を接着剤で円板状に組み合せて積層けい素
鋼板11上面に敷設したソフトフェライト層13とから
なる磁極片10により、空隙の磁界均一化が達成しやす
く、傾斜磁場コイルにGCパルスが印加されても磁極に
発生する渦電流は低減され、しかも残磁現象を低減させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、医療用磁気共鳴断層
撮影装置(以下MRIという)等に用いられる磁界発生
装置の改良に係り、空隙を形成して対向する一対の磁極
片を、複数枚のけい素鋼板を所要方向に積層して一体化
した複数個のブロック状磁極片用部材とその上に積層す
るソフトフェライトとの2層で構成し、空隙内の磁界均
一度を損なうことなく、傾斜磁界コイルによる磁極片内
の渦電流、残磁現象の低減を図ったMRI用磁界発生装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】MRI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用の磁界発生装置において、空
隙は被検者の一部また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、0.02〜2.0Tでか
つ1×10-4以下の精度を有する安定した強力な均一磁
界を形成することが要求される。
【0004】MRIに用いる磁界発生装置として、図6
に示す如く、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1,の各々の一方端に磁極片
2,2を固着して対向させ、他方端を継鉄3にて連結
し、磁極片2,2間の空隙4内に、静磁界を発生させる
構成が知られている。
【0005】磁極片2,2には、空隙4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5
を設けてあり、通常、電磁軟鉄、純鉄等の磁性材料を削
り出した板状のバルク(一体物)から構成される(特開
昭60−88407号公報)。
【0006】各磁極片2,2の近傍に配置される傾斜磁
界コイル6は、空隙4内の位置情報を得るために、通常
X、Y、Zの3方向に対応する3組のコイル群からなる
が、図示においては簡略して記載している。この傾斜磁
界コイル6に、パルス電流を印加することによって台形
波状に時間変化する所望方向の傾斜磁界を発生すること
ができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】傾斜磁界コイル6にパ
ルス電流を流すと、磁極片2は前述した如く板状のバル
クから構成されるため、その電流の立上り、立下がり時
に磁界が急激に変化し磁極片2,2に渦電流が発生す
る。この渦電流は傾斜磁界コイル6にて形成される磁界
と反対方向の磁界を形成するため、傾斜磁界が所定の強
度に達するのに多くの時間を要する。
【0008】上述の問題を解決する手段として、磁極片
としてパーマロイ鋼板やアモルファス鋼板等の軟質磁性
薄膜を積層面が磁極面に対して垂直になるように積層し
た平板状の積層体を、その積層方向が互いに略90度異
なるよう二層に配置一体化した構成のものを用いた磁界
発生装置(特開昭61−203605号)、比抵抗の高
い磁性粉を用いた磁界発生装置(特開昭63−2590
7)が提案されている。
【0009】しかしながら、上述の渦電流低減を図った
構成においても、傾斜磁界コイル(GC)により形成さ
れる磁界により磁極片が磁化され、磁気ヒステリシス現
象(残磁現象)によりGCパルスを停止した後も残磁現
象にて、空隙内の磁界均一度が乱れる問題がある。ま
た、出願人はソフトフェライトを軟鉄の表面に配置して
残磁現象を低減する磁界発生装置(特願平2−1295
03号)を提案した。しかし、当該装置の高機能化に伴
いGCパルス強度が増加する傾向にあり、該強度の増大
により残磁が大幅に増加するのを抑制するには、ソフト
フェライト部を厚くする必要があるが、ソフトフェライ
トは飽和磁化が小さいため漏洩磁束及び起磁力損が増加
することになり、装置が大型化する問題がある。
【0010】この発明は、MRI用磁界発生装置の磁極
片における上記現状に鑑み提案するもので、空隙内の磁
界均一度を低下させることなく、渦電流の発生を低減し
て短時間で傾斜磁界が所定の強度に上昇し得る構成から
なる磁極片の提供を目的とし、また残磁現象を低減して
高感度で鮮明な画像を得ることができる構成からなる磁
極片の提供を目的とし、さらに加工、製造が容易で、機
械的強度が高く組立て作業性にすぐれた構成からなる磁
極片の提供を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、MRI用磁
界発生装置において、上記目的を達成するために種々検
討した結果、空隙を形成して対向する一対の磁極片を、
それぞれ複数枚のけい素鋼板を所要方向に積層して一体
化した複数個のブロック状磁極片用部材で形成した積層
けい素鋼板層の上にソフトフェライトを積層した2層で
構成することによって、磁界強度および磁界均一度を低
下させることなく、傾斜磁界コイルによる渦電流、並び
に残磁現象を低減でき、さらに加工、製造が容易となる
ことを知見した。
【0012】この発明は、空隙を形成して対向する一対
の磁極片を有し、該空隙に磁界を発生させるMRI用磁
界発生装置において、磁極片が空隙側からソフトフェラ
イト、積層けい素鋼板の2層からなることを特徴とする
MRI用磁界発生装置である。
【0013】また、この発明は、空隙を形成して対向す
る一対の磁極片を有し、該空隙に磁界を発生させるMR
I用磁界発生装置において、磁極片が空隙側からソフト
フェライト、積層けい素鋼板、磁性材ベースの3層から
なることを特徴とするMRI用磁界発生装置である。
【0014】また、この発明は、上記構成において、磁
極片の空隙対向面側に直径方向のスリットを一箇所以上
設けた磁性材リングからなる環状突起を配置することに
より、さらに磁界均一度が向上する。
【0015】この発明の対象とするMRI用磁界発生装
置は、空隙を形成して対向する一対の磁極片を有して該
空隙に磁界を発生させる構成であれば、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。
すなわち、磁界発生源となる磁石構成体も永久磁石に限
定されることなく電磁石等の採用も可能であり、また磁
石構成体に直接磁極片が配置される構成でなくともよ
い。さらに、これらの磁石構成体と一対の磁極片とを磁
気的に接続して空隙に磁界を発生する磁路形成用の継鉄
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良い。
【0016】かかる磁気回路に用いる磁石構成体の永久
磁石は、フェライト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバ
ルト系磁石が使用できるが、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。
【0017】この発明において、積層けい素鋼板はその
積層方向が該磁極片の対向方向に積層された場合、ま
た、磁極片の対向方向と直交する方向に積層された場合
のいずれでもよく、さらに必要に応じて積層方向を変え
て複数層とした構成でもよく、あるいは種々の形状から
なる磁極片用部材となして、これを組み合せて所要形状
とすることができる。さらに、使用するけい素鋼板の磁
化容易軸方向の方向性は任意であるが、無方向性けい素
鋼板(JIS C2552等)にて構成した場合、残
磁現象低減に顕著な効果を示す。
【0018】けい素鋼板の厚みは任意の厚みでよいが、
一般に入手し易いけい素鋼板は0.35mm程度と薄い
ため、従来例(特開昭61−203605号)に示すよ
うに磁極片を構成する平板状積層体全体が、上記けい素
鋼板を一方向に積層するだけの構成では積層一体化作業
が極めて煩雑となる。そこで本発明者は、積層、組立て
作業性が極めて良好となる構成として、いったん所定寸
法からなる複数枚の矩形状無方向性けい素鋼板を磁極片
の対向方向と直交する方向に所定枚数積層したブロック
状磁極片用部材を複数個作成し、これら複数個のブロッ
ク状磁極片用部材を直接磁石構成体上に固着するか、板
状の磁性材ベースを介して磁石構成体上に固着する等の
構成を提案する。
【0019】また、積層けい素鋼板をブロック状の磁極
片用部材となした際、積層方向を上記の特定方向に積層
するほか、種々形状の小片を用いてアトランダムに積層
方向を選定して所定のブロック状に組み立てることもで
きる。詳述すると、円形状のけい素鋼板を厚み方向に積
層し円盤状となしたもの、これを縦横に8分割や16分
割したもの、あるいは直径方向に8分割や16分割した
もの、短冊上のけい素鋼板を磁極片の対向方向と直交す
る方向に積層して円盤状となしたもの、これを縦横にあ
るいは直径方向に分割したもの、さらに円盤を直径方向
に8分割や16分割したもので、各ブロックが種々形状
の小片を用いてアトランダムに積層方向を選定して組み
立てたものなど、種々のブロック状磁極片用部材を用い
ることができる
【0020】この発明において、ソフトフェライトの材
質は、Mn−Znフェライト粉、Ni−Znフェライト
粉等の種々のソフトフェライト材からなり、ソフトフェ
ライト製の大ブロックを所要形状に加工したもの、ある
いは小ブロックを所要形状に接着剤で組立てたもの等が
利用でき、さらに、磁界の均一度向上を目的に、空隙側
周辺部に種々断面形状の環状突起を設けたり、中央部に
円形凸状部や断面台形状の突起部を設けたり、また、磁
極片の所要位置に、磁界の均一度調整を目的に、磁性材
または磁石からなる磁界調整片を着設してもよい。
【0021】上記ソフトフェライトの小ブロックを製造
するには、例えば、Mn−Znフェライト粉等を所要形
状に圧縮成形した後、焼結し、さらに密度の向上のた
め、HP、HIP(Hot Isostatic Pr
essing)法等の手段を併用するのもよく、得られ
た小ブロックを、エポキシ樹脂などの接着剤等を用いて
接着して、所要形状に組み立てるとよい。
【0022】ソフトフェライト材のうち、例えば、Mn
−Zn系ソフトフェライトは、磁界の均等化手段として
要求される高透磁率および高い飽和磁束密度Bsを有
し、また渦電流対策として十分に高い比抵抗と、残磁現
象を防止し得る低保磁力(数A/m)の特性を持ってい
る。
【0023】この発明において、ソフトフェライトは磁
石構成体から発生する磁束を効率よく空隙に作用させる
ためには、0.4T以上のBsを有するものが好まし
い。すなわち、ソフトフェライト内を通過する磁束量
は、そのBsにより決定され、その値が小さいと必然的
に飽和して磁界強度が低下してしまい、これを防ぐには
磁石を大きくする必要があり、装置の大型化を招くこと
となる。従って、Bsは0.4T以上が望ましく、好ま
しくは0.5T以上、さらに好ましくは0.55T以上
である。
【0024】また、ソフトフェライトのHcが大きすぎ
ると、残磁現象が生じるため、Hcは50A/m 以
下が望ましく、好ましくは20A/m以下、さらに好ま
しくは10A/m以下である。また、渦電流の低減に
は、比抵抗 ρが10-5Ω・m以上、さらに好ましくは
10-3Ω・m以上が望ましい。
【0025】この発明は、磁極片が空隙側からソフトフ
ェライト、積層けい素鋼板の2層あるいは磁石構成体側
に軟鉄材などの磁性材ベースを敷設した3層、あるいは
さらに周縁突起部に軟鉄バルク部を設ける構成を特徴と
し、磁極片厚みに占めるソフトフェライト層と積層けい
素鋼板層の厚み比、あるいは磁性材ベース厚みを含めた
厚み比を最適化することにより、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最
大限に発揮され、磁極片の機械的強度を適宜選定するこ
とができる。なお、ソフトフェライト層と積層けい素鋼
板層の厚み比の選定のみで、GCパルスによる悪影響を
低減できるのであれば、軟鉄材のベース厚みは薄いほど
よい。
【0026】あるいは、磁極片の空隙対向面の中央部の
みをソフトフェライトとし、周縁部に設ける環状突起を
磁性材リングとすることも可能で、材料には軟鉄、低炭
素鋼等から構成することができ、前記磁性材ベースやリ
ング状支持枠の周縁部に載置する他、直接ブロック状磁
極片用部材の上面に載置することができる。いずれの構
成においても渦電流の影響を軽減する目的で、環状突起
に1つ以上のスリットを設けて分割することが望まし
く、さらに、磁性材ベースまたはリング状支持枠と環状
突起間、磁性材ベースまたはリング状支持枠とブロック
状磁極片用部材間を電気的に絶縁することが望ましい。
【0027】図面に基づく開示 図1A,Bはこの発明による磁界発生装置の磁極片の一
実施例を示す横断面図と上面図である。図2A,Bはこ
の発明の磁極片を構成するブロック状磁極片用部材の一
実施例を示す斜視図である。図1に示す磁極片10は、
無方向性けい素鋼板を用いて積層した複数個のブロック
状磁極片用部材で形成した積層けい素鋼板層11と、積
層けい素鋼板11の周辺部に周設された断面矩形の軟鉄
製の磁性材リング12と、ソフトフェライト粉を矩形板
状に圧縮成形して構成した多数のブロック状磁極片用部
材を接着剤で円板状に組み合せて積層けい素鋼板11上
面に敷設したソフトフェライト層13とからなる。各ブ
ロック状磁極片用部材は通常合成エポキシ樹脂接着材に
て積層けい素鋼板層11に固着される。
【0028】ソフトフェライト層13は、前述の如く円
板状に組立ててあるが、中央部には所要直径の円形凸状
部14を形成するため、圧縮成形したソフトフェライト
のブロック状磁極片用部材厚みが異なるものを用いてお
り、当該円形凸状部で磁界均一度を向上させることがで
きる。また、ソフトフェライト層13の中心部に、軟鉄
製のコアー部15を設けているが、これは傾斜磁界コイ
ルを装着するための基台を構成している。
【0029】積層けい素鋼板層11の周辺部に周設され
た断面矩形の軟鉄製の磁性材リング12は、磁極片10
の外周部側の高さを他より高くして、磁束を所要空隙に
集中させかつ均一度を向上させる環状突起を形成するた
めのものであり、積層けい素鋼板層11との間に絶縁材
を介在させてボルト止めしてあり、さらに磁性材リング
12を周方向に分割図では8個に分割することで直径方
向のスリット16を設けて、渦電流の影響を低減する構
成である。
【0030】図2Aに示すブロック状磁極片用部材11
Aは方向性けい素鋼板を用いた場合を示すもので、予め
同一方向に方向性を示す複数枚の方向性けい素鋼板を、
その厚さ方向に積層一体化した小ブロック11a11b
(図中矢印は磁化容易軸方向を示す)を作成し、その後
磁界均一度を向上させるため各磁化容易軸方向が互いに
90°異なるようにして積層した所定厚さのブロック状
磁極片用部材11Aを構成できる。
【0031】図2Bに示すブロック状磁極片用部材11
Bは無方向性けい素鋼板を用いた場合を示すもので、無
方向性のため複数枚のけい素鋼板を単にその厚さ方向に
積層して一体化するだけで所定厚さからなるブロック状
磁極片用部材11Bを構成できる。
【0032】
【作用】この発明による上記構成からなる磁極片をMR
I用磁界発生装置に用いると、けい素鋼板は飽和磁束密
度Bsが高く、空隙の磁界均一化が達成しやすく、また
保磁力Hc及びヒステリシス損の小さな電気的に絶縁さ
れている薄板を複数枚積層した構成であることから、傾
斜磁界コイルにGCパルスが印加されても磁極に発生す
る渦電流は低減され、しかも残磁現象を低減させること
も可能となる。また、ソフトフェライト層により空隙の
磁界が均一化され、傾斜磁界コイルによる渦電流の低減
の効果とともに、GCパルスにより生じる残磁を低減さ
せる効果がある。従って、積層けい素鋼板層とソフトフ
ェライト層の厚み比を適宜選定することにより、双方の
相乗効果で渦電流及び残磁現象の低減にすぐれた作用効
果を示す。
【0033】さらに、上記の2層に磁性材ベースを加え
た3層構成からなる場合は、磁性材ベースにて磁極片の
必要とする強度を確保することができ、上記2層の相乗
効果を大きく疎外することがなく、製造性がよく工業上
極めて有用な構成となる。
【0034】なお、積層けい素鋼板層とソフトフェライ
ト層の厚み比の選定のほか、積層けい素鋼板層の積層状
態や個々のブロック形状と組み立て状態(分割状態)に
より渦電流及び残磁現象の低減効果に差があり、要求さ
れる特性や用途などに応じて適宜選定する必要がある。
【0035】
【実施例】実施例1 図6と同様構成の磁界発生装置に、BHmax35MG
Oeを有するNd−Fe−B系永久磁石を用い、下記性
状の無方向性けい素鋼板を用い図2Bに示す構成のブロ
ック状磁極片用部材にて円盤を縦横に分割した積層けい
素鋼板層となし、さらにその上に同様形状のブロック状
磁極片用部材にてソフトフェライト層を積層して磁極片
となし、軟鉄からなる環状突起のスリットは4箇所とし
た一対の磁極片の対向間距離を500mmに設定した。
このとき、磁極片厚みを50mmに一定にしてソフトフ
ェライト層と積層けい素鋼板層厚みを種々変えて磁極片
を作製し、それぞれのGCパルスにより生じる残留磁場
を測定した。図3に測定結果を示すが、積層けい素鋼板
層厚みをtとして示してある。従って、図の右端のプロ
ットの場合は磁極片の全てが積層けい素鋼板の場合(比
較例1)である。なお、□印はパルス幅が100ms、
△印はパルス幅が10ms、○印はパルス幅が1msの
場合である。
【0036】実施例2 実施例1において、積層けい素鋼板層を、短冊状のけい
素鋼板を磁極片対向方向に直交方向に積層した構成に代
えてGCパルスにより生じる残留磁場を測定し、測定結
果を図4に示す。
【0037】比較例2 実施例1の磁界発生装置に、下記性状の軟鉄からなるベ
ース部上に実施例1と同質のソフトフェライト部を設
け、軟鉄からなる環状突起を設けた一対の磁極片の対向
間距離を500mmに設定した。このとき、磁極片厚み
を一定にして軟鉄ベースとソフトフェライト部の厚みを
種々変えて磁極片を作製し、それぞれのGCパルスによ
り生じる残留磁場を測定した。図5に測定結果を示す
が、軟鉄ベース厚みをtとして示してある。従って、図
の右端のプロットの場合は磁極片の全てが軟鉄の場合
(従来例)である。
【0038】その結果、実施例1,2、比較例1,2、
従来例とも空隙中心から半径200mm内の計測空間で
の測定値で、磁界均一度;30ppm、磁界強度;0.
2Tを得た。傾斜磁界コイルによる渦電流は、この発明
による実施例1,2の場合、従来例に対して1/3以下
に低減された。GCパルス(1〜10ms)により生じ
る残留磁気は、比較例1,2は従来例に対して最大1/
3以下に低減され、この発明による実施例1,2の場合
は比較例1,2に対して最大1/4以下に低減された。
また、パルス幅の違いによる残留磁場は、実施例1,2
の場合は比較例1,2に対してパルス幅にかかわらず同
様の低減効果を有している。
【0039】またさらに、実施例1,2において、軟鉄
ベースを追加して3層構造として、磁極片厚みを50m
mに一定にしてソフトフェライト層と積層けい素鋼板層
厚みを種々変えて磁極片を作製し、それぞれのGCパル
スにより生じる残留磁場を測定した結果、磁極片に必要
な強度を付与しても実施例1,2と同傾向の残留磁場低
減効果を有していることを確認した。
【0040】上記の実施例1,2及び比較例1,2の構
成において、磁性材ベースは外径1050mmとした。
種々の磁極片厚さ50mmとした。また,無方向性けい
素鋼板の厚さは0.35mmを採用した。無方向性けい
素鋼板は、Hc=40A/m、Bs=1.7T、ρ=4
5×10-8Ω・mである。ソフトフェライトはMn−Z
n系フェライト、Hc=6.0A/m、Bs=0.58
T、ρ=0.2Ω・mである。純鉄は、Hc=80A/
m、Bs=2.0T、ρ=1×10-7Ω・mである。
【0041】
【発明の効果】この発明による空隙側からソフトフェラ
イト層、積層けい素鋼板層と積層された磁極片をMRI
用磁界発生装置に用いると、空隙の磁界均一化が達成し
やすく、傾斜磁界コイルにGCパルスが印加されても磁
極に発生する渦電流は低減され、しかも残磁現象を低減
させることができる。さらに、積層けい素鋼板層とソフ
トフェライト層の厚み比の選定のほか、積層けい素鋼板
層の積層状態や個々のブロック形状と組み立て状態(分
割状態)の選定より渦電流及び残磁現象の低減を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A,Bはこの発明による磁界発生装置の磁極片
の一実施例を示す横断面図と上面図である。
【図2】A,Bはこの発明の磁極片を構成するブロック
状磁極片用部材の一実施例を示す斜視図である。
【図3】この発明(実施例1)の磁極片の積層けい素鋼
板層厚みと残留磁場との関係を示すグラフである。
【図4】この発明(実施例2)の磁極片の積層けい素鋼
板層厚みと残留磁場との関係を示すグラフである。
【図5】比較例2の磁極片の磁性材ベース厚みと残留磁
場との関係を示すグラフである。
【図6】A,Bは従来の磁界発生装置の縦断面図と横断
面図である。
【符号の説明】
1 永久磁石構成体 2,10 磁極片 3 継鉄 4 空隙 5 環状突起 6 傾斜磁界コイル 11 積層けい素鋼板層 11A,11B 小ブロック 12 磁性材リング 13 ソフトフェライト層 14 円形凸状部 15 コア部 16 スリット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空隙を形成して対向する一対の磁極片を
    有し、該空隙に磁界を発生させるMRI用磁界発生装置
    において、磁極片が空隙側からソフトフェライト、積層
    けい素鋼板の2層からなることを特徴とするMRI用磁
    界発生装置。
  2. 【請求項2】 空隙を形成して対向する一対の磁極片を
    有し、該空隙に磁界を発生させるMRI用磁界発生装置
    において、磁極片が空隙側からソフトフェライト、積層
    けい素鋼板、磁性材ベースの3層からなることを特徴と
    するMRI用磁界発生装置。
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