(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
概ね対向して配置された複数の磁場発生手段と前記磁場発生手段が対向することにより形成される撮像空間を有するマグネットにおいて、前記磁場発生手段は環状溝を形成させた磁極とコイルによって構成されており、前記磁極面はほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極面の円周方向に連続的な溝もしくは突起が形成されており、及び、ほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極表面の円周方向に不連続な且つ非軸対称な溝もしくは突起が形成されていることを特徴とするマグネット。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネットにおいて、前記撮像空間以外の空間にヨーク等を配置した磁束回帰用の磁気回路を有することを特徴とするマグネット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のマグネットにおいて、漏れ磁場を低減するためのアクティブもしくはパッシブなシールドを備えることを特徴とするマグネット。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載のマグネットにおいて、上記マグネットが磁気共鳴撮像装置用マグネットであることを特徴とするマグネット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載のマグネットにおいて、前記磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝もしくは突起の個数と前記対向する磁場発生手段に含まれるコイルの個数の合計が前記対向する磁場発生手段の片側において４個以上であることを特徴とするマグネット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載のマグネットにおいて、前記磁極面において円周方向に周期的な溝もしくは突起が形成されていることを特徴とするマグネット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載のマグネットにおいて、前記磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝もしくは突起を、磁極表面を切削加工することのみによって形成されていることを特徴とするマグネット。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載のマグネットにおいて、前記円周方向に不連続な溝もしくは突起をおおむね同心円上に連続的に配置されているものと見なしたとき、当該同心円の個数が前記対向する磁場発生手段の片側において４個以上であることを特徴とするマグネット。
【請求項９】
概ね対向して配置された複数の磁場発生手段と前記磁場発生手段が対向することにより形成される撮像空間を有するマグネットにおいて、前記磁場発生手段は環状溝を形成させた磁極とコイルによって構成されており、前記磁極面はほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極面の円周方向に連続的な溝もしくは突起が形成されており、及び、ほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極表面の円周方向に不連続な溝もしくは突起が形成されており、
前記磁極は、同心円状に加工された磁極を円周方向に分割し、これらの分割された形状の異なる磁極断片を組み合わせて再構成されていることを特徴とするマグネット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載のマグネットの磁場調整方法において、強磁性体片および／または永久磁石片を追加すること、または、予め設置された前記強磁性体片および永久磁石片を除去することにより、磁場調整を行うことを特徴とするマグネットの磁場調整方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のマグネットの磁場調整方法において、前記強磁性体片および／または永久磁石片のうち全部もしくは一部が、前記磁極に対して前記撮像空間と反対の位置に配置されていることを特徴とするマグネットの磁場調整方法。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１項記載のマグネットを備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置又は磁気共鳴撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気共鳴撮像装置に適したマグネットに係わり、特に広い開口部を有する開放型磁石で、均一磁場を発生するマグネットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮像装置（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ，以下、ＭＲＩ装置という。）は均一な静磁場空間におかれた検査体に電磁波を照射した時に生じる核磁気共鳴現象を利用して検査体の物理的、化学的性質を表す画像を得るもので、特に医療用として用いられる。
ＭＲＩ装置は主に、撮像空間内に均一な静磁場を印加するための静磁場発生手段、電磁波を照射・受信するＲＦコイル系、共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁場を印加する傾斜磁場発生手段から構成される。
【０００３】
ＭＲＩ装置は主に磁場の印加方式から２種類に大別される。ひとつは、同軸多層に構成されたコイル群の内部空間に撮像空間が設置される水平磁場機と、もうひとつは撮像空間を挟むようにして対向するコイル群から構成される垂直磁場機（開放型）である。後者は、その開放性から被験者への精神的負担を低減し、また、検査者の被験者に対するアクセス性が大幅に向上することから、現在ＭＲＩ装置の主流になりつつある。
【０００４】
図２に開放型ＭＲＩ装置の構成例（断面図）を示す。装置の主要構成要素としては、撮像空間（１０）に均一磁場を印加するための磁極（１ａ，１ｂ）、起磁力源である超電導コイル（５ａ，５ｂ）、超電導コイルを低温に保つためのクライオスタット（６ａ，６ｂ）、共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁場を印加する傾斜磁場コイル（７ａ，７ｂ）、電磁波を照射・受信するＲＦコイル系（８ａ，８ｂ）、撮像空間の磁場均一度を調整するための均一度調整部（９ａ，９ｂ）等があり、これらが撮像空間（計測空間）（１０）を挟んで対向するように各々配置されている。
【０００５】
ＭＲＩ装置では、静磁場強度の増加によって共鳴信号強度が上がり、撮像時間の短縮、高機能撮影が可能となることから高磁場化が進められており、開放型マグネットにおいては従来の永久磁石を利用したものから、超伝導コイルおよび強磁性体（磁極）を利用したマグネットヘ移行しつつある。
【０００６】
ＭＲＩ装置では、所定の撮像空間内部で不整磁場が１０ｐｐｍ以下の磁場均一度が要求されるが、磁極を有する開放型ＭＲＩ装置用マグネットにおける均一磁場を発生させる従来技術としては、撮像空間を挟み対抗する磁極部に磁束の流れを制御することを目的としたリング状の磁性体、磁石、もしくは輪郭形成された磁性体を配置する方法（特開平８−１７２０１０，特開２０００−７０２３８）が存在する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの均一静磁場発生技術では、その主たる均一磁場発生手段としての磁極が軸対称状に形成、配置されているため、軸対称に分布する不整磁場成分の磁場を打ち消し、または補うようにして均一磁場を発生させている。非軸対称な不整磁場の存在が無視できない体系においては、これを補償することは困難である。したがって、これらの方法では非軸対称な不整磁場を補償する手段、装置を別途必要とする。非軸対称な不整磁場を補正する従来技術として、撮像空間と磁極面の間に離散的な鉄片を配置する領域を確保しその領域に非軸対称な不整磁場を補正する鉄を配置するという方法がある。しかし、この方法では磁場補正用の鉄を配置する領域を必要とするが、マグネット、システムの開放性などに要請される制約から鉄の配置できる領域は限られている。非軸対称なパッシブもしくはアクティブな磁気シールド、磁束回帰手段を有するマグネットにおいては非軸対称不整磁場が大きいことから、この方法で補正できる軸非対称な不整磁場には限界があり、ＭＲＩ装置に要求される所定の磁場均一度を得ることができなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るマグネットは、概ね対向して配置された複数の磁場発生手段と前記磁場発生手段が対向することにより形成される撮像空間を有するマグネットにおいて、前記磁場発生手段は磁極とコイルによって構成されており、前記磁極面はほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極面の円周方向に連続的な溝もしくは突起が形成されており、及び、ほぼ同心円状に配置されかつ前記磁極表面の円周方向に不連続な溝もしくは突起が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
ＭＲＩ装置では撮像空間内部に極めて均一な静磁場が要求される。撮像空間内部の磁場分布は、空間に存在する電流、永久磁石、また磁化をはじめとするすべての磁場発生源の配置によりそれらが発生する磁場の重ね合わせにより決定される。ＭＲＩ装置用のマグネットとして均一な磁場を得るためには、磁場発生源の配置を、それぞれの磁場発生源が作り出す不整磁場を結果的に打ち消しあうような配置とすることが必要となる。軸対称的な磁場発生源の配置によって軸対称的な磁場が発生し、また、非軸対称的配置によって主として非軸対称な磁場が発生する。したがって、軸対称な磁場成分の補償は軸対称配置の磁場発生源の配置に組み合わせによって行い、また、非軸対称な磁場成分の補償には非軸対称配置の磁場発生源の組み合わせによって行うことになる。
【００１０】
本発明では、磁場発生源のひとつである磁化を磁極部に３次元的に配置する、すなわち、磁極表面形状を３次元的形状とすることにより均一磁場発生を実現している。主たる磁場発生源であるコイルが円環状であるため、コイルが発生する不整磁場を補償するための磁化は円環状に配置し、非軸対称状に配置される磁性を有するマグネット構造材、リターンヨーク、パッシブもしくはアクテイブシールドが発生する非軸対称の不整磁場を補償するために非軸対称な磁化を配置する。したがってその磁化の重ね合わせのとしての磁極は、ほぼ同心円状に配置された円周方向に連続的な溝もしくは突起が形成されておりさらに円周方向に不連続な溝もしくは突起が形成されることになる。
【００１１】
すなわち、本発明では撮像空間を挟んで対向配置された磁極およびコイルによって構成されるＭＲＩ用静磁場発生マグネットにおいて、撮像空間に面する磁極の形状を非軸対称状に構成した。前記非軸対称状磁極面の形状として、軸対称不整磁場を補償する軸対称な環状凹凸と非軸対称不整磁場を補償する非連続、離散的な凹凸の重ね合わせとする凹凸を磁極面に構成した。
【００１２】
磁極形状は、以下のように決定される。撮像空間における磁場分布は数学的手法により直交関数系で展開することができ、したがって磁場分布はその直交関数系に対応する特徴的な磁場成分（モード）の重ね合わせとなる。均一磁場を得るためには、マグネットすなわちすべての磁場発生源がつくる磁場分布を直交関数系で展開し、展開された各磁場成分のうち定数項すなわち均一磁場成分以外の磁場成分を０もしくは要求される所定の磁場均一度を満たす程度に小さくする。それぞれの展開された磁場成分に対しそれらを効率的に補償する磁化の配置を数学的に決定することができ、したがってその配置を満たすように磁極形状を決定することで磁場均一度が達成される。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係るマグネットは、前記撮像空間以外の空間にヨーク等を配置した磁束回帰用の磁気回路を有することを特徴とする。また、本発明の請求項３に係るマグネットは、漏れ磁場を低減するためのアクティブもしくはパッシブなシールドを備えることを特徴とする。これらのマグネットについても高い磁場均一度を得るためには、磁束回帰用の磁気回路や磁気シールドを有さないマグネットと同様に、上述の磁極面の構成を適用できる。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係るマグネットは、磁気共鳴撮像装置用マグネットであることを特徴とする。磁気共鳴撮像装置用については特に高精密の磁場均一度が要求され、本発明を適用する意義が大きい。以上により、本発明によって軸対称不整磁場と非軸対称不整磁場を補償できるマグネットが提供され、特に、ＭＲＩ装置として医療用に適した撮影画像を得ることができるようになる。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係るマグネットは、前記磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝もしくは突起の個数と前記対向する磁場発生手段に含まれるコイルの個数の合計が前記対向する磁場発生手段の片側において４個以上であることを特徴とする。
【００１６】
均一磁場を得るためには、おおまかに打ち消したい磁場成分の数の分だけ補償用の磁場発生源が必要となる。例えば、上下対称に対向する複数の空心コイル群によって直径４０ｃｍ撮像空間に軸対称な不整磁場強度が±１０ｐｐｍ以内となるような均一磁場を得るためには、片側４個以上のコイルを配置する必要がある。同様に磁場発生源としてリング状の磁性材を含む場合には磁場発生源の個数の合計は片側４個以上となる。磁極の場合には、コイルおよびリング状磁性体に対応するのが磁極に同心円状に形成された溝、突起部となる。磁性体表面には磁化に対して表面磁化電流が流れ、また内部の磁化分布に対応する分布磁化電流が形成される。磁極に円環状に溝を形成もしくは突起部を形成すると表面磁化電流を顕現化し、円環状の溝もしくは突起部は表面磁化電流と分布磁化電流の総和の電流を持つコイルを配置したことと等価となる。
また、本発明の請求項６に係るマグネットは、前記磁極面において円周方向に周期的な溝もしくは突起が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
磁極における非軸対称成分の補償であるが、非軸対称な不整磁場は軸対称な不整磁場と類似するような分布を持ちながらさらに円周方向に周期的に波打っているような磁場成分に分解することができる。したがってこれを補償するためには、軸対称成分の補償と同じような考え方でさらに円周方向の周期変化に対応した磁場発生源配置となる。したがって、補償用の磁場発生源の分布は円周方向に周期的な分布となる。磁極において円周方向に周期的な補償磁場発生源を分布させる方法としては、円周方向に周期的な溝（窪み）もしくは突起を形成すればよい。突起と窪みでは表面磁化電流の出現の仕方が反対となるので、両者は定性的には極性の異なる補償磁場発生源となる。したがって、ある非軸対称の不整磁場成分を補償する場合には溝（窪み）もしくは突起を選択することによって、位相をずらした非軸対称補償磁場を発生させるかもしくは、位相はそのままで符号反転した非軸対称補償磁場を発生させるという２つの方法を選択できることになる。
【００１８】
これまでに述べてきたような本発明における非軸対称成分を補償するやり方は、従来から行われてきた磁性体配置領域を確保して磁性体を追加することによって非軸対称成分を補償する方法とはまったく異なっている。磁極形状を決定する場合に、軸対称成分と非軸対称成分を補正する凹凸の組み合わせの中から最も重量の小さい凹凸構成や凹凸の高低差の小さい構成などを選択することができることから、磁極はコンパクトになる。また、本構成では、磁極において非軸対称不整磁場が補償されているため、磁極部以外に非軸対称成分を補償するための磁性体、永久磁石などの配置する空間を必要としない、もしくは大幅に低減することが可能となる。さらに本発明によるマグネットはコンパクトとなることから他の磁場補正手段を配置することができ、これらを併用することでより均一度を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項７に係るマグネットは、磁極面における円周方向に連続的なもしくは不連続な溝もしくは突起を、磁極表面を切削加工することのみによって形成されていることを特徴とする。切削加工のみによって磁場補償用の溝、突起部を形成することから、それらの寸法、位置精度にすぐれた磁極を提供できる。
【００２０】
また、本発明の請求項８に係るマグネットは、前記円周方向に不連続な溝もしくは突起をおおむね同心円上に連続的に配置されているものと見なしたとき、当該同心円の個数が前記対向する磁場発生手段の片側において４個以上であることを特徴とする。撮像空間における磁場分布を数学的な手法で適当な関数系を用いて分解すると、主要な不整磁場成分が４個以上出現し、それらを補償するためには同数の線形独立的な磁場発生源を必要とするからである。
【００２１】
また、本発明の請求項９に係るマグネットは、磁極は、同心円状に加工された磁極を円周方向に分割し、これらの分割された磁極断片を組み合わせて再構成されていることを特徴とする。また、本発明の請求項１０に係るマグネットは、前記再構成された磁極は、形状の異なる磁極断片の組み合わせて構成されることを特徴とする。この方法では磁極面には３次元加工は伴わず、旋盤等で環状溝、環状突起を形成するだけでよいために加工費が大幅に低減されるとともに加工時間も短縮される。
【００２２】
また、本発明の請求項１１に係るマグネットの磁場調整方法は、本発明に係るマグネットを用いて、さらに、強磁性体片および／または永久磁石片を追加すること、または、予め設置された前記強磁性体片および永久磁石片を除去することにより、磁場調整を行うことを特徴とする。本発明による磁極面への溝や突起の形成によって軸対称不整磁場も非軸対称な不整磁場も十分に低減された均一磁場を得ることができる。しかし、磁性材料の磁化特性のばらつきやマグネットの製作誤差、またはマグネット設置環境による外部擾乱や、コスト低減のための磁極面加工の簡略化、簡素化によって所定の磁場均一度が達成されない場合がある。これは、さらに付加的な鉄片を配置することによって補正することが可能である。
【００２３】
また、本発明の請求項１２に係るマグネットの磁場調整方法は、前記強磁性体片および／または永久磁石片のうち全部もしくは一部が、磁極に対して撮像空間と反対の位置に配置されていることを特徴とする。ほかの補正領域に比べて比較的撮像空間から遠距離にある等のため高次の不整磁場が撮像空間に到達しないためである。
【００２４】
また、本発明の請求項１３に係る磁気共鳴撮像装置又は磁気共鳴撮像システムは、本発明の請求項１ないし１０に係るマグネットを備えることを特徴とする。本発明によるマグネットを用いることにより、撮像空間における磁場均一性の高い磁気共鳴撮像装置又は磁気共鳴撮像システムを実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図３に本発明を適用したＭＲＩ装置用マグネットの断面図を示す。本ＭＲＩ装置は、超伝導コイル（５ａ，５ｂ）と前記超伝導コイルを格納するクライオスタット（６ａ，６ｂ）、および、前記超伝導コイルを貫く磁束線を撮像空間（１Ｏ）に集中もしくは拡散させるように配置された磁性材料により構成される磁極（１ａ，１ｂ）、によって構成される静磁場発生手段が、前記撮像空間（１Ｏ）を挟むように対向して配置されている。図中では主たる磁場発生源である超伝導コイル（５ａ，５ｂ）は１対図示されているが、一対であることに限定されるべきものではなく、要求される静磁場強度や静磁場均一度に応じて複数対のコイルによって静磁場発生手段が構成されていても良い。また、超伝導コイルと永久磁石によって静磁場発生手段が構成されていても良い。磁極（１ａ，１ｂ）には環状の突起、溝および円周方向には完全には連続していない突起、溝が形成されている。漏れ磁場を低減するために対向する磁極（１ａ，１ｂ）は継鉄（１１）によって磁気的に結合され磁気回路が形成されることが好ましい。図中では１本の継鉄柱（１２）が図示されているが１本であることに限定されるべきものではなく複数本の継鉄柱により磁気回路が構成されていても良い。漏れ磁場を低減する方法としては継鉄によって磁気回路を構成する方法に限定されるべきものではなく、シールドコイルを配置しても良い。
【００２６】
図１に本実施の形態における磁極面の横断面図および正面図を示す。中心軸に対して線分を３６０度回転させその線分の掃引によって形作られる３次元曲面もしくは平面を環状面、と定義すると、磁極面の概形は環状面を接続した表面によって形成されている。環状面上の各点における法線ベクトルと回転軸とがなす角を環状面の傾きと定義するならば、磁極の概まかな形状を規定する環状面の集合を、磁極中心から半径方向外側に向かって見ていくと、その傾きが変化し、環状面の傾きの符号が変化する場所が複数箇所存在する。近接した領域で符号の変わる部分を環状溝（凹部の場合）もしくは環状突起（凸部の場合）と表現することにする。中心軸に対して完全に軸対称形状となっている環状溝、環状突起を狭義の環状溝、環状突起と、ほぼ円環状であり周方向に接続されて溝、突起を広義の環状溝、環状突起ということにする。両者は特別な場合以外は区別しないことにする。環状溝、環状突起に対して、周方向に接続されていない溝、突起を部分溝、部分突起ということにする。図１に示される磁極面は接続された環状面によって構成され、３本の環状溝（３）と１本の環状突起（２）および１１本の部分溝（４）が形成されている。環状面は撮像空間における軸対称的な磁場分布の発生を担っており、環状溝、環状突起の存在により軸対称な磁場不均一性を補正する。また、部分溝、部分突起は主として撮像空間に非軸対称的な磁場分布の発生を担っており、非軸対称な磁場分布を補正する。
【００２７】
本実施形態における磁極の軸対称形状は円盤状の鉄プレートを旋盤によって所定の環状溝が形成されるように軸対称の切削加工を行ない、一般にローズシムと呼ばれる環状突起は別途製作し一体化した。環状面を半径方向に連続的に接続した磁極を形成することによって、直径４０ｃｍの撮像空間における静磁場の軸対称な不整磁場成分を８ｐｐｍ以下にすることができた。これは離散的な磁場調整リングを組み合わせる従来の方法では実現できなかった数値である。従来の方法で得られる磁場均一度はせいぜい３０ｐｐｍ程度である。本実施形態による磁極は連続的に接続した環状面によって形成されているため、磁極中心から外側にむかう磁極面の傾きは不連続となっているが、接続される環状面の数を十分に多く取る、さらには完全に滑らかな３次元曲面によって磁極面を構成することによってさらに軸対称な不整磁場を低減することが可能となる。本実施形態では環状溝は円盤状鉄プレートの切削加工によって構成したが、構成方法はこの方法に限定されるものでなく、例えば、環状面を表面にもつ磁性リングや磁性体断片を複数個組み合わせることで磁極を形成してもよい。これは環状突起についても同様である。
【００２８】
本実施形態において主たる軸対称磁場発生手段は、マグネット片側において、コイルは１個、環状溝は３本そして環状突起は１本であるが、この構成に限られるべきものではなく、コイルや環状溝、突起の数を所定の磁場強度、均一度が得られる範囲で変えてもよい。直径４０ｃｍの撮像空間において不整磁場が１０ｐｐｍ以下となるような均一磁場を得るためには、空心コイルのみによって構成される開放型ＭＲＩ用マグネットにおいては、片側４個以上のコイルが必要となることが簡単な試算によって分かる。これは、撮像空間における磁場分布を数学的な手法で適当な関数系を用いて分解すると、主要な不整磁場成分が４個以上出現し、それらを補償するためには同数の線形独立的な磁場発生源を必要とするからである。磁極に環状溝、突起を形成するとその溝、突起表面には磁化電流が現れ、これが磁場補償用の磁場発生源となる。空心コイルによるマグネット構成と同様に均一な磁場を発生させるためには４個以上の磁場発生源が必要となるので、コイル、環状溝、環状突起の個数はマグネット片側で４個以上必要となる。ただし、コイルの場合は電流値を任意設定できるのに対して、磁化電流は任意に設定できない。有効な磁場発生源となるには環状溝、環状突起にはある程度の体積を必要とし、その形状も重要となるために空間配置の自由度が制約される、磁性体の場合には磁気飽和という現象があるために磁化電流の最大値が存在する、といった理由によりコイルに比べて設計上の自由度が少ないので、均一磁場を得るためには環状溝、環状突起の数を増やすことが望ましい。
【００２９】
図１中には部分溝（４）がほぼ中心に対して同心円上に１１本配置されているが、部分溝は必ずしも同心円状に配置されている必要はない。磁極における磁化の分布が軸対称に近い場合には中心軸に対して回転対称性を持つ配置パターンがしばしば現れる。また図中では部分溝のみが図示されているが、磁場補償手段は部分溝にのみ限定されるものではなく部分突起を形成させても良い。その場合の部分突起は別途製作したものを磁極面に冶金的またはボルトなどにより機械的に一体化させても良いが、取り付け位置精度を確保する点から磁極表面に直接切削加工により形成することが望ましい。また、部分溝の断面はステップ状に切り欠かれているが、断面形状はこの形状に限定されるものではなく、緩やかな傾斜をもって磁極に接続するような傾斜面を有する断面形状、もしくはなめらかな曲面を有する断面形状が望ましい。この滑らかな傾斜面や曲面形状を使用することによりステップ状の切り欠き断面を有する部分溝もしくは部分突起によって形成される磁場分布よりもさらにいっそう滑らかな磁場分布が形成される。また、図中では部分溝の形状は幅がほぼ一定で深さも一定として図示されているがこれに限定されるべきものではない。溝形状を滑らかに半径方向、円周方向を含む任意の方向に滑らかに形状を変化させることによっていっそう滑らかな磁場分布が形成されるとともに、さらに、溝形状を波打たせたり周期的な形状変化を与えることによってより高次の不整磁場の補償が可能となる。これは補償手段として部分突起を使用する場合も同様である。本実施形態におけるシミュレーションの例では、矩形断面を持つ部分溝の形成により、不整磁場の非軸対称成分を、ｙ項を３９７ｐｐｍ→５０ｐｐｍ以下、ｚ2ｙ項を５９８ｐｐｍ→−５０ｐｐｍ以下、ｘ2ｙ2項を１７１ｐｐｍ→５０ｐｐｍ以下、ｚ2ｘ2ｙ2項を−１２７ｐｐｍ→−２０ｐｐｍ以下にすることができた。
【００３０】
本発明は不整磁場の３次元成分を補償するために、補償用鉄片を追加するだけの従来の磁場補正方法と異なり、磁極の設計の上で補償用の鉄を追加もしくは削除することが可能であり磁場補正の設計自由度が大幅に増加する。従来の均一磁場発生方法である、磁極部において軸対称不整磁場のみの補償を行い非軸対称不整磁場を補償用鉄片によって補正する方法では、非軸対称磁場を補正するための鉄片が新たに軸対称不整磁場を発生させるため、その軸対称不整磁場を打ち消すためにさらに鉄片を追加する必要があった。しかし、本発明では軸対称不整磁場、非軸対称不整磁場の両方の補償．を考慮にいれて磁極形状を設計できるため無駄な加工、鉄の増加を低減することが可能である。また、切削加工量を最小限となるような磁極面形状となるように不整磁場を補償する磁化の配置組み合わせを最適化することができ、したがって必要最小限の３次元加工による磁極形状が実現される。その結果加工費は低減され、また切削加工によって磁場補償用の溝、突起部を形成することから、それらの寸法、位置精度にすぐれた磁極を提供できる。機械加工による加工精度は０．１ｍｍ以下に制御できる。
【００３１】
磁極面を滑らかな３次元曲面に加工することが均一な静磁場を得る上でもっとも望ましい形態ではあるが、本実施例では磁極形成方法の簡略化および加工費の低減を目的として磁極面に軸対称形状を形成したのちに３次元加工を行って磁極を形成した。磁極形成方法の代替案として、図４に示すように異なる環状溝もしくは環状突起が形成された磁極（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を複数用意し、それらの磁極を円周方向に分割し、必要な磁極断片（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を組み合わせることによって磁極を再構成する。この方法では磁極面には３次元加工は伴わず、旋盤等で環状溝、環状突起を形成するだけでよいために加工費が大幅に低減されるとともに加工時間も短縮される。
【００３２】
以上の構成によって軸対称不整磁場も非軸対称な不整磁場も十分に低減された均一磁場を得ることができる。しかし、磁性材料の磁化特性のばらつきやマグネットの製作誤差、またはマグネット設置環境による外部擾乱や、コスト低減のための磁極面加工の簡略化、簡素化によって所定の磁場均一度が達成されない場合がある。これは、さらに付加的な鉄片を配置することによって補正することが可能である。
【００３３】
付加的な鉄片を配置する領域を図５に示す。補正用鉄片配置領域として、補正領域１（１５ａ，１５ｂ），補正領域２（１６ａ，１６ｂ），補正領域３（１７ａ，１７ｂ），補正領域４（１８ａ，１８ｂ），補正領域５（１９ａ，１９ｂ），補正領域６（２０ａ，２０ｂ）が想定される。なお、これらの補正領域はいずれも撮像空間外にあり、さらに、補正領域６（２０ａ，２０ｂ）は磁極（１ａ，１ｂ）に対して撮像空間と反対の位置に配置されている。数学的手法で分解された不整磁場成分に対する各領域における磁場補正能力は、磁場成分によって異なるために、残留している不整磁場の特徴にあった補正領域を選択する必要がある。撮像空間（１０）に対して距離が近いもの、撮像空間から補正領域を見込む角度（立体角）が大きいものほど補正能力に優れている。したがって補正領域は、従来より磁極と撮像空間の間の領域である、補正領域１，２，３，４（特に１，３）が主に利用されてきた。
【００３４】
本実施形態では、従来より利用されてきた補正領域１，３のほかにさらに磁極の撮像空間と反対側の領域、図５における補正領域６（２０ａ，２０ｂ）を使用した。本マグネット構成では磁場の大半をパッシブな磁性体によって発生させるため、磁性体の磁化特性のばらつきによって均一度は影響を受ける。磁化特性のばらつきは磁性体内部の磁束線の大きな流れを変化させるため、磁束線全体の流れを調整するような補正手段が有効である。そこで図６に示すように補正領域６（２０ａ，２０ｂ）を構成する点線で記される磁性体ブロック（２１）が着脱可能なようにし磁束の流れを制御することによって不整磁場の補正を行った。その結果、補正の難しい高次の不整磁場を生じさせることなく磁場均一度を大幅に改善することができた。補正領域６はほかの補正領域に比べて比較的撮像空間（１Ｏ）から距離があることに加え、撮像空聞（１Ｏ）に対して直接には面していないため、補償領域６における磁性体の形状や離散的配置による高次の不整磁場が撮像空間に到達しないためである。補正領域６を使用しない場合に比べると、補正領域１，３で使用する鉄片の総量を１／５にまで低減でき、また補正領域１，３で使用する鉄片の総量が減少したことに伴い、磁場調整に掛かる時間を大幅に短縮することができた。
【００３５】
本実施例では磁性体ブロック（２１）は着脱可能としたが必ずしも着脱可能構造を採用する必要はなく、補正用付加鉄片を設置するためのトレイ構造を始めとする鉄片設置機構を備えてもよい。また、磁性体ブロックは任意形状でよく、図６における形状に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のマグネットは、軸対称不整磁場および軸非対称磁場を補償する手段を磁極に集約して備えることにより、非軸対称不整磁場を補償する手段を別途必要としないもしく大幅に低減できる。したがってマグネットをコンパクトにすることができる。さらに、マグネットがコンパクトとなったため、付加的な磁場補償手段を備える余裕が生まれ、それを備えることにより磁場均一度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁極面形状を示す断面図および正面図。
【図２】開放型ＭＲＩ装置の概念を示す断面図。
【図３】本発明のＭＲＩ装置用マグネット構成を示す断面図。
【図４】本発明の磁極の簡易構成法を示す模式図。
【図５】磁場補正用鉄片の配置領域を示す説明図
【図６】磁場補正用鉄片の配置を示す説明図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ磁極
２環状突起
３環状溝
４部分溝
５ａ，５ｂ超伝導コイル
６ａ，６ｂクライオスタット
７ａ，７ｂ傾斜磁場コイル
８ａ，８ｂＲＦコイル系
９ａ，９ｂ均一度調整部
１０撮像空間
１１継鉄
１２継鉄柱
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ環状溝を形成した磁極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ磁極断片
１５ａ，１５ｂ磁場補正領域１
１６ａ，１６ｂ磁場補正領域２
１７ａ，１７ｂ磁場補正領域３
１８ａ，１８ｈ磁場補正領域４
１９ａ，１９ｂ磁場補正領域５
２０ａ，２０ｂ磁場補正領域６
２１磁性体ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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