(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成されて相対向して配置された一対の超伝導コイルと、前記各超伝導コイルの内周側にそれぞれ分かれて配置された一対の磁場調整手段とを備え、前記各磁場調整手段は、磁力線が集中する強磁性領域を前記超伝導コイルの径方向に複数配置して形成され、該複数の強磁性領域の断面積Ｓ１は、該複数の強磁性領域の飽和磁化を２［Ｔ］、前記超電導コイルの断面積をＳ２、前記一対の超電導コイルにより形成される観測領域の磁束密度をＢ０［Ｔ］としたとき、Ｓ１＜Ｂ０・Ｓ２／２に設定されてなる超伝導磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超伝導磁石装置において、前記磁場調整手段は、それぞれ強磁性体の領域と非磁性体の領域とに分割されてなることを特徴とする超伝導磁石装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超伝導磁石装置において、前記磁場調整手段は、強磁性材で形成された軸状部材と、該軸状部材を囲んで配置され強磁性材で形成された円筒状部材とを備えてなることを特徴とする超伝導磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導磁石装置に係り、特に、磁気共鳴撮像装置の磁場発生源として用いるに好適な超伝導磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像装置(Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ)は、均一な静磁場空間に置かれた被検体（検査体）に電磁波を照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して被検体の物理的、化学的性質を表す画像を得ることができ、特に、医療用として用いられている。磁気共鳴撮像装置は、主に、被検体が搬入される撮像領域（計測空間）内に均一な静磁場を印加するための静磁場発生手段としての超伝導磁石装置と、撮像領域に向けて電磁波を照射するとともに、撮像領域からの電磁波を受信するＲＦコイルと、撮像領域内に共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁場(動磁場)を印加する傾斜磁場コイルとを備えて構成されている（特許文献１参照）。
【０００３】
磁気共鳴撮像装置では、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、高機能撮影が可能になることから、高磁場化が進められており、特に、垂直磁場方式の磁気共鳴撮像装置においては、磁場発生源として、超伝導コイルや強磁性体（磁極）が多く採用されている。
【０００４】
この種の磁気共鳴撮像装置のうち超伝導磁石装置として、磁極対向型マグネットを用いた装置においては、一対の超伝導コイル（主コイル）の内周側にそれぞれ相対向して配置された一対の磁極を互いに連結する支柱の本数を最小限、例えば、１本に抑え、磁極と磁極との間の空間部を広くして開放性を向上させることが試みられている。この支柱は磁性体や非磁性体で構成されている。
【特許文献１】特開２００２−１０２２０５号公報（第４頁から第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、支柱が磁性体で構成される場合は、各超伝導コイルから発生する磁力線の流れは支柱の位置に依存して非軸対称となり、それに伴い観測領域内の磁場も非軸対称となる。また、支柱が非磁性体で構成される場合は必然的に複数個の超伝導コイルで構成されるため、そのコイルの軸ずれがそのまま観測領域の磁場の非軸対称を引き起こす。超伝導コイルは、その電磁力を支持するため強固に固定する必要があるが、一方で極低温に保持する必要から熱進入量を低減するため断面積が小さく、長い材料で支持しなければならず、その構造は複雑となり、その設置精度を上げるのは難しい。ヨークの本数を１本にすると、主コイルに軸ずれがあるときにはその影響がそのまま各磁極の磁場分布に生じ、各磁極内部の磁場が軸に対して非対称となる。各磁極内部の磁場が軸に対して非対称になるのを補正するには、主コイルの他に主コイルの内周側に補正用コイルを複数本配置したり、各磁極に補正用の鉄量を付加したりする構成を採用することもできるが、これらの構成を採用しても、各磁極内部の磁場が軸に対して非対称になるのを補正するには十分ではない。しかも、各磁極内部の磁場が軸に対して非対称の状態にあるときに、傾斜磁場コイルから発生する動磁場（パルス磁場）が各磁極などの強磁性体に侵入すると、強磁性体中で発生する渦電流や強磁性体のＢ−Ｈ曲線の非線形特性あるいはヒステリシス特性により、磁場空間中の撮像領域（計測空間）の静磁場の磁場均一度に悪影響を与え、結果として、画像に歪が生じることになる。このため、特許文献１に記載されている装置においては、傾斜磁場コイルの外周部に傾斜磁場の漏洩を許容する傾斜磁場漏洩許容領域を設け、この傾斜磁場漏洩許容領域に対向する磁極の外周部を磁気飽和しやすい構造を採用し、磁極の磁化による計測空間内の磁場への悪影響を低減している。
【０００６】
本発明の課題は、静磁場を形成する磁力線が分布する領域のうち撮像領域内の磁場を軸対称にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の超伝導磁石装置は、環状に形成されて相対向して配置された一対の超伝導コイルと、前記各超伝導コイルの内周側にそれぞれ分かれて配置された一対の磁場調整手段とを備え、前記各磁場調整手段は、磁力線が集中する強磁性領域を前記超伝導コイルの径方向に複数配置して形成され、該複数の強磁性領域の断面積Ｓ１は、該複数の強磁性領域の飽和磁化を２［Ｔ］、前記超電導コイルの断面積をＳ２、前記一対の超電導コイルにより形成される観測領域の磁束密度をＢ０［Ｔ］としたとき、Ｓ１＜Ｂ０・Ｓ２／２に設定されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像領域内の磁場を軸対称にすることができ、磁場調整を容易にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の参考例を示す超伝導磁石装置の要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部平面図である。図１において、超伝導磁石装置は、磁気共鳴撮像装置(Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ)の磁場発生源として、主コイル１０、磁極１２、ヨーク（継鉄）１４を備えて構成されている。なお、実際には、主コイル、磁極はそれぞれ一対ずつ配置され、上側の主コイル１０に相対向して下側の主コイルが配置され、上側の磁極１２に相対向して下側の磁極が配置され、各磁極がそれぞれヨーク１４に接続されているが、上下の主コイルと磁極は同一の構成であるため、以下、上側の主コイル１０と、上側の磁極１２を基本に装置の構成を説明する。
【００１０】
主コイル１０は、超伝導コイルとして、円環状に形成されて、例えば、コイル容器（図示せず）内に収納されている。コイル容器は、ほぼ円筒状に形成された真空容器、真空容器内に収納された輻射シールド、輻射シールド内に収納されたヘリウム容器を備えて構成されており、ヘリウム容器内に主コイル１０や補正コイル（図示せず）が超伝導用冷媒としての液体ヘリウムとともに、収納されている。そして、主コイル１０から発生する磁力線によって静磁場の磁場空間１６が主コイル間に形成され、磁場空間１６の中央部には、磁場均一領域となる撮像領域（図示せず）が球体状に形成されるようになっている。
【００１１】
磁極１２は、強磁性材、例えば、鉄を用いて円盤状に形成されて、主コイル１０の内周側の領域に配置され、その中央部がヨーク１４の小径部１８に連結されている。小径部１８は、連結部として、ヨーク１４本体から突出して形成されているとともに、磁極１２よりも小径で円柱状に形成されている。そして、磁極１２とヨーク１４とを結ぶ領域は、小径部１８による強磁性材の領域と空気による非磁性材の領域に分割されており、小径部１８による強磁性材の領域は、主コイル１０から発生する磁力線が集中または収束する領域として形成されている。
【００１２】
すなわち、小径部１８は、磁気飽和しやすい強磁性材（鉄）を用いて磁極１２よりも小径に形成されているので、主コイル１０から発生する磁力線が、ヨーク１４をリターン回路として、磁極１２からヨーク１４に移動する過程で、小径部１８に集中することになる。これにより、磁力線は１ヶ所に集中されるため、磁極１２上では磁力線は放射状、すなわち軸対称となり、ヨーク１４本体の形状が非軸対称となっている影響を低減できる。すなわち、設置精度の調整が難しい超伝導コイルよりも小径部１８の設置精度を管理するだけで、磁極１２内部の磁場を軸対称にすることができ、結果として、撮像領域内の磁場を軸対称にすることができる。
【００１３】
すなわち、図２に示すように、従来技術のように、ヨーク１４に小径部１８がないときには、磁極１２を通過した磁力線がそのままヨーク１４に入るので、ヨーク１４の非軸対称の影響が磁極１２内部の磁場にそのまま生じ、磁極１２内部の磁場が軸対称にならない。これに対して、本発明によれば、主コイル１０から発生する磁力線が磁極１２からヨーク１４に移動する過程で、小径部１８の外周側に集中するので、主コイル１０の軸がずれていても、主コイル１０の軸ずれに伴う磁場の影響を受けることなく、磁極１２内部の磁場を軸対称にすることができる。
【００１４】
このためには主コイル１０で発生した磁束がほとんど全て小径部１８を通過すれば良いので、鉄の飽和磁化を２［Ｔ］とし、ヨーク１４のうち主コイル１０から発生する磁力線が集中する領域となる小径部１８の断面積をＳ１とし、主コイル１０の断面積をＳ２とし、撮像領域における磁束密度をＢ０［Ｔ］とすると、Ｓ１＜Ｂ０・Ｓ２／２に設定することができる。
【００１５】
なお、小径部１８が複数に分割される場合にはその外形線が取り囲む面積をＳ１とする。また超伝導コイル１０は、撮像領域の磁場と同じ向きの磁場を発生するコイルを指し、複数ある場合は、その平均値をＳ２とする。
【００１６】
次に、本発明の他の参考例を図３にしたがって説明する。本例は、上側のコイル容器２０内に収納された複数の主コイル１０の内周側に磁場調整手段として、強磁性材（鉄）で構成された円柱状の軸状部材２２を配置し、この軸状部材２２と、下側のコイル容器（図示せず）内に収納された複数の主コイルの内周側に磁場調整手段として配置された軸状部材とを、空気をリターン回路として磁気結合したものであり、他の構成は図１の例と同様である。
【００１７】
すなわち、軸状部材２２は、各主コイル１０の内周側に、各主コイル１０から発生する磁力線が集中する領域を形成するために、強磁性材を用いて構成されて、非磁性材の領域中に配置されている。
【００１８】
本例においては、各主コイル１０から発生する磁力線が、空気をリターン回路として、磁場空間１６から軸状部材２２に移動する過程で、軸状部材２２に集中することになる。これにより、磁力線は、軸状部材２２を中心に放射線状に集められるため、超伝導コイルに依存することなく、軸状部材２２の設置精度をしっかり管理すれば、撮像領域内の磁場を軸対称にできる。
【００１９】
次に、本発明の実施形態を図４にしたがって説明する。本実施形態は、上側のコイル容器２０内に収納された複数の主コイル１０の内周側に磁場調整手段として、強磁性材（鉄）で構成された円柱状の軸状部材２４を配置するとともに、強磁性材で構成されて軸状部材２４の周囲を囲む筒体２６を配置し、軸状部材２４および筒体２６と、下側のコイル容器（図示せず）内に収納された複数の主コイルの内周側に磁場調整手段として配置された軸状部材および筒体とを、空気をリターン回路として磁気結合したものであり、他の構成は図３の例と同様である。
【００２０】
すなわち、軸状部材２４、２６は、各主コイル１０の内周側に、各主コイル１０から発生する磁力線が集中する領域を複数個、例えば、２個形成するために、強磁性材を用いて構成されて、非磁性材（空気）の領域中に配置されている。
【００２１】
本実施形態においては、各主コイル１０から発生する磁力線が、空気をリターン回路として、磁場空間１６から軸状部材２４、筒体２６に移動する過程で、軸状部材２４、筒体２６に集中することになる。これにより、磁力線は、軸状部材２４、筒体２６の軸中心に向かって放射状に集められるため、超伝導コイルに依存することなく、軸状部材２４、筒体２６の設置精度をしっかり管理すれば、撮像領域内の磁場を軸対称にできる。
【００２２】
なお、筒体２６は、筒状ではなく、軸状部材２４を取り囲むように軸対称に配置されていれば、本発明の効果が得られる。
【００２３】
また、同様に軸状部材２４も軸対称に配置されれば、分割されていても良い。
【００２４】
図１、図２の例および前記実施形態における超伝導磁石装置を用いてＭＲＩ装置を構成するに際しては、被検体としての患者がベッドに乗せられた状態で磁場空間１４内に搬送されたときに、被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段としての解析装置が設けられることになる。
【００２５】
この場合、上下のコイル容器のうち磁場空間１６との対向面側には、磁場空間１６のうち撮像領域内に共鳴現象の位置情報となる動磁場を形成する傾斜磁場コイルがそれぞれ収納され、各傾斜磁場コイルの磁場空間１６側には、撮像領域に向きて電磁波を照射するとともに、撮像領域からの電磁波を受信する送受信用コイルとしてのＲＦコイルが配置される。
【００２６】
なお、上記実施形態では超伝導コイルを用いたものについて説明したが、常伝導タイプの装置においても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は、本発明の参考例を示す超伝導磁石装置の要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部平面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る超伝導磁石装置の磁化特性を説明するための要部断面図、（ｂ）は、本発明に係る超伝導磁石装置の磁化特性と従来技術の磁化特性との関係を説明するための特性図である。
【図３】（ａ）は、本発明の他の参考例を示す超伝導磁石装置の要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部平面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態を示す超伝導磁石装置の要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  主コイル
１２  磁極
１４  ヨーク
１６  磁場空間
１８  小径部
２０  コイル容器
２２、２４  軸状部材
２６  筒体
【要約】
【課題】  静磁場を形成する磁力線が分布する領域のうち撮像領域内の磁場を軸対称にすること。
【解決手段】  静磁場の磁場空間１６を形成する主コイル１０の内周側に円盤状場の磁極１２が配置され、磁極１２の中央部がヨーク１４の小径部１８に連結され、小径部１８は、磁気飽和しやすい強磁性材を用いて磁極１２よりも小径に形成されている。このため、主コイル１０から発生する磁力線が、ヨーク１４をリターン回路として、磁極１２からヨーク１４に移動する過程で、小径部１８に集中することになり、主コイル１０の軸がずれていても、主コイル１０の軸ずれに伴う磁場の影響を受けることなく、磁極１２内部の磁場を軸対称にすることができ、結果として、撮像領域内の磁場を軸対称にすることができる。
【選択図】        図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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