(57)【要約】【課題】  非軸対称な不整磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置を提供する。【解決手段】  超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備える均一磁場発生装置において、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回されていることを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項２】
前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回されており、かつ前記関数の最大値と最小値の差が互いに異なることを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項３】
前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回されており、かつ中心軸からの距離が互いに異なることを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項４】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備える均一磁場発生装置において、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に略従って変化するように巻回されており、かつ前記関数の最大値と最小値の差が互いに異なることを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項５】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備える均一磁場発生装置において、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体のまわりに巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に略従って変化するように巻回されており、かつ中心軸からの距離が互いに異なることを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項６】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、半径方向に関して前記超電導メインコイル群と前記計測空間とに挟まれた位置に設置されることを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項７】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生することを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項８】
前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正することを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項９】
前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなることを特徴とする請求項１記載の均一磁場発生装置。
【請求項１０】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、半径方向に関して前記超電導メインコイル群と前記計測空間とに挟まれた位置に設置されることを特徴とする請求項４記載の均一磁場発生装置。
【請求項１１】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生することを特徴とする請求項４記載の均一磁場発生装置。
【請求項１２】
前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正することを特徴とする請求項４記載の均一磁場発生装置。
【請求項１３】
前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなることを特徴とする請求項４記載の均一磁場発生装置。
【請求項１４】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、半径方向に関して前記超電導メインコイル群と前記計測空間とに挟まれた位置に設置されることを特徴とする請求項５記載の均一磁場発生装置。
【請求項１５】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生することを特徴とする請求項５記載の均一磁場発生装置。
【請求項１６】
前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正することを特徴とする請求項５記載の均一磁場発生装置。
【請求項１７】
前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなることを特徴とする請求項５記載の均一磁場発生装置。
【請求項１８】
請求項１記載の均一磁場発生装置を用いた核磁気共鳴装置。
【請求項１９】
請求項４記載の均一磁場発生装置を用いた核磁気共鳴装置。
【請求項２０】
請求項５記載の均一磁場発生装置を用いた核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は均一磁場発生装置に関し、特に核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置として利用される均一磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置においては、均一度が極めて高い磁場を発生することが必要である。しかしながら、磁場を主に発生させる超電導メインコイル群だけでは、その寸法精度や設置位置精度に起因する磁場の歪みにより、要求される磁場均一度を達成できない。そのため、磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群が一般に用いられている。超電導シムコイル群は、軸対称な不整磁場を補正するコイルと、非軸対称な不整磁場を補正するコイルとから構成される。軸対称な不整磁場を補正するコイルとしては通常、ソレノイド型コイルを利用する。一方、非軸対称な不整磁場を補正するコイルについては、従来は図１０乃至１１に示すような鞍型コイルを用いるのが一般的である（非特許文献１参照）。非軸対称な不整磁場を補正するコイルに関しては、軸方向に沿ってコイル巻線数を略正弦又は余弦関数として変化させた渦巻き型コイルも提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５９３４３５号公報
【非特許文献１】F.Romeo and D.I.Hoult,“Magnet Field Profiling:Analysis and Correcting Coil Design,”Magnetic Resonance in Medicine,1,44-65(1984)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の従来技術には、次のような問題がある。すなわち、超電導シムコイルを鞍型コイル或いは渦巻き型コイルで製作した場合、このシムコイルは、超電導メインコイル群における所定の巻軸を中心軸とする略円筒面に貼り付けるように設置されるため、巻数を増やすとシムコイルを安定に支持することが困難になる。そのため、鞍型コイル或いは渦巻き型コイルで超電導シムコイル群を構成すると、磁場補正能力が不足する場合がある。
【０００５】
超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する第一の事例は、ＮＭＲ装置の設置性を高めるために超電導メインコイル群及び超電導シムコイル群の軸方向長さを短くした場合である。超電導メインコイル群の軸方向長さを短くすると、一般に不整磁場が増えるので、超電導シムコイル群への要求が厳しくなる。また超電導シムコイル群の軸方向長さを短くすると、効率的に磁場を発生できる位置に所望の電流を配置できなくなるので、磁場補正能力が低下する。以上が重なることで、超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する。
【０００６】
超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する第二の事例は、高感度のソレノイド型検出アンテナを使用可能とするために超電導メインコイル群を軸方向に分割し、その間隙から試料を入れた試験管を計測空間に挿入する装置構成（以後スプリット型と称する）にした場合である。その場合、構造物の軸対称性の崩れにより非軸対称な不整磁場が従来よりも多く発生する。それにより、超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する。
【０００７】
本発明の目的は、前記の課題を解決するために、非軸対称な不整磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置を提供することにある。なお軸対称な不整磁場を補正するコイルに関しては、従来技術と同様にソレノイド型コイルを用いることとし、以後言及しない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体の上に巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回されている。それにより、超電導シムコイルの巻数を従来の鞍型コイルよりも多くすることができると同時に、巻数を多くしたときに一般に増える、本来発生させたくない次数の磁場の付随的な発生を抑えることができる。
【０００９】
また本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体の上に巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回され、かつ前記関数の最大値と最小値の差が互いに異なっている。
【００１０】
また本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体の上に巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に、周期３６０°／（ｍ＋２）の正弦あるいは余弦関数がそれぞれ混合した関数に略従って変化するように巻回され、かつ中心軸からの距離が互いに異なっている。
【００１１】
また本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体の上に巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に略従って変化するように巻回され、かつ前記関数の最大値と最小値の差が互いに異なっている。
【００１２】
また本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、前記超電導シムコイル群の少なくとも２つのコイルが、前記超電導メインコイル群と略同軸に配置された略円筒体の上に巻回され、かつその巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°／ｍ（ｍは１以上の整数）の正弦あるいは余弦関数に略従って変化するように巻回され、かつ中心軸からの距離が互いに異なっている。
【００１３】
また本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、半径方向に関して前記超電導メインコイル群と前記計測空間とに挟まれた位置に設置される。
【００１４】
また本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生する。
【００１５】
また本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正する。
【００１６】
また本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、非軸対称な不整磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による均一磁場発生装置の斜視図である。超電導シムコイル４ａ〜４ｄが、超電導メインコイル群１〜３と略同軸に配置された略円筒形状の巻枠１５の上に巻回され、かつ巻線中心軌道の軸方向位置が、周方向角度に関する周期３６０°（すなわち３６０°／ｍ において ｍ＝１）の正弦関数に周期３６０°／３＝１２０°の正弦関数を混合させた関数に略従って変化するように巻回されている。前記超電導シムコイル４ａ及び４ｂの軸方向位置が従う関数は、位相角がπだけ異なっている。前記超電導シムコイル４ｃ及び４ｄも同様である。前記超電導シムコイルは、表示していない他の超電導シムコイルと共に超電導シムコイル群を構成する。本発明の均一磁場発生装置では、図１０乃至１１に示した従来の装置よりも超電導シムコイルの巻数を多くしても製作に困難を生じない。ただし巻数を多くするとコイル形状が数学的に求めた最適解から徐々に乖離していき、本来発生させたくない次数の磁場が付随的に発生するようになる。ｍ＝１の超電導シムコイルの場合、最も問題になるのは ｍ＝３に対応する磁場の付随的な発生である。周期３６０°の正弦関数に周期３６０°／３＝１２０°の正弦関数を混合させているのは、それを低減するためである。混合する割合が適切であれば、ｍ＝３に対応する磁場の付随的な発生を問題ないレベルまで低減できる。
【００２０】
前記均一磁場発生装置をＮＭＲ装置に適用した場合、ＮＭＲ信号の検出アンテナを備えたプローブが、前記超電導メインコイル群の中心軸に沿って挿入され設置される。そして試料を入れた試験管を前記超電導メインコイル群の中心軸に沿って挿入し、前記検出アンテナの感度領域に設置して測定を行う。該プローブは下方から、該試験管は上方から、それぞれ挿入されるのが通例であるが、そうでなくともよい。
【００２１】
なお、図１０乃至図１１に示した従来の装置において、１０ａ〜１０ｄは鞍型コイルで製作した超電導シムコイル（ｍ＝１）であり、１１ａ〜１１ｈは鞍型コイルで製作した超電導シムコイル（ｍ＝２）である。
【実施例２】
【００２２】
図２は、本発明の別の実施形態による均一磁場発生装置の斜視図である。本実施例においては、基本構成は前記実施例１と同様であるが、超電導シムコイル４ａ〜４ｄの巻線中心軌道の軸方向位置が略従う関数（周期３６０°の正弦関数に周期１２０°の正弦関数を混合した関数）の最大値と最小値の差が小さい。なお各コイルを支持する巻枠は表示していない。このように本発明は、コイルの軸方向長さに制限があるときにも有効である。
【実施例３】
【００２３】
図３は、本発明の別の実施形態による均一磁場発生装置の斜視図である。各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、第一の超電導シムコイル４ａ〜４ｄ及び第二の超電導シムコイル５ａ〜５ｄが、超電導メインコイル群１〜３と略同軸に配置された略円筒体（巻枠）の上に巻回されている。前記第一の超電導シムコイルと前記第二の超電導シムコイルとでは、巻線中心軌道の軸方向位置が略従う関数の最大値と最小値の差が異なっている。なお前記第一の超電導シムコイルと前記第二の超電導シムコイルが巻回される略円筒面の半径は、図４に示すように大きく異なっていてもよい。
【００２４】
前記第一及び第二の超電導シムコイルは、表示していない他の超電導シムコイルと共に超電導シムコイル群を構成する。もし前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが複数の次数の磁場成分を同時に発生するように構成され、各コイルに通電する電流値が独立制御されれば、複数の次数の磁場成分を同時に補正できる。
【実施例４】
【００２５】
図５は、本発明の別の実施形態による均一磁場発生装置の斜視図である。各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、超電導メインコイル群１〜３の半径方向外側に第一の超電導シムコイル４ａ〜４ｄ、半径方向内側で計測空間２０を囲む位置に第二の超電導シムコイル６ａ〜６ｄがそれぞれ設置される。前記超電導シムコイルは、表示していない他の超電導シムコイルと共に超電導シムコイル群を構成する。さらには図６に示すように、超電導メインコイル群１〜３の半径方向外側に第一の超電導シムコイル４ａ〜４ｄ及び第二の超電導シムコイル５ａ〜５ｄ、半径方向内側で計測空間（図６には表示していないが図５と同様）を囲む位置に第三の超電導シムコイル６ａ〜６ｄ及び第四の超電導シムコイル７ａ〜７ｄをそれぞれ設置してもよい。なお図５及び６においては、前記超電導メインコイル群の一部を切り欠くことで内側を見せるようにした。
【実施例５】
【００２６】
図７は、本発明の別の実施形態による均一磁場発生装置の斜視図である。各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、超電導メインコイル群１〜３に加えて、周期３６０°（すなわち３６０°／ｍ において ｍ＝１）の正弦関数に略従う超電導シムコイル４ａ〜４ｄ及び６ａ〜６ｄと、周期１８０°（すなわち３６０°／ｍ において ｍ＝２）の正弦関数に略従う超電導シムコイル８ａ〜８ｄとを備えている。前記超電導シムコイルは、表示していない他の超電導シムコイルと共に超電導シムコイル群を構成する。また本実施例は、図８に示すように、超電導メインコイル群が、第一の超電導メインコイル群１ａ〜３ａと第二の超電導メインコイル群１ｂ〜３ｂとが間隙を介して対向している、いわゆるスプリット型であってもよい。さらには図９に示すように、装置全体が横置きにされていてもよい。なお図７乃至９においては、前記超電導メインコイル群の一部を切り欠くことで内側を見せている。
【００２７】
このように超電導メインコイル群がスプリット型である均一磁場発生装置をＮＭＲ装置に適用した場合、ＮＭＲ信号の検出アンテナを備えたプローブは、前記超電導メインコイル群の中心軸に沿って挿入してもよいし、前記第一の超電導メインコイル群と前記第二の超電導メインコイル群の間隙から挿入してもよい。試料を入れた試験管もまた同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、非軸対称な不整磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置が得られる。それをＮＭＲ装置に適用することで、より小型のＮＭＲ装置やスプリット型ＮＭＲ装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一の実施例による均一磁場発生装置の斜視図。
【図２】本発明の第二の実施例による均一磁場発生装置の斜視図。
【図３】本発明の第三の実施例による均一磁場発生装置の斜視図。
【図４】本発明の第三の実施例における変形例を示す均一磁場発生装置の斜視図。
【図５】本発明の第四の実施例による均一磁場発生装置の斜視図。
【図６】本発明の第四の実施例における変形例を示す均一磁場発生装置の斜視図。
【図７】本発明の第五の実施例による均一磁場発生装置の斜視図。
【図８】本発明の第五の実施例における変形例を示す均一磁場発生装置の斜視図。
【図９】本発明の第五の実施例における別の変形例を示す均一磁場発生装置の斜視図。
【図１０】従来技術による均一磁場発生装置の一例を示す斜視図。
【図１１】従来技術による均一磁場発生装置の他の例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３０】
１〜３…超電導メインコイル群、１ａ〜３ａ…超電導メインコイル群、１ｂ〜３ｂ…超電導メインコイル群、４ａ〜４ｄ…超電導シムコイル、５ａ〜５ｄ…超電導シムコイル、６ａ〜６ｄ…超電導シムコイル、７ａ〜７ｄ…超電導シムコイル、８ａ〜８ｄ…超電導シムコイル、１０ａ〜１０ｄ…鞍型コイルで製作した超電導シムコイル、１１ａ〜１１ｈ…鞍型コイルで製作した超電導シムコイル、１５…巻枠、２０…計測空間。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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