(57)【要約】【課題】磁気共鳴装置において核磁気共鳴信号の感度を向上させる。【解決手段】  静磁場発生部２０は、ヨーク２２に一対の磁石２１ａ、ｂが固定されており全体として磁気回路を構成している。静磁場発生部２０は、さらに、スペーサ７１を備えており磁石２１ａ、ｂの上に被せるようにする。スペーサ７１は、くぼみ部７１ａを備えており、その上に測定試料１００を載せて測定試料１００を成形する。静磁場発生部２０の周辺には、静磁場が形成されており、同じ磁束密度を有する等磁束密度面が存在する。共鳴領域１００ａは、この等磁束密度面において生じ、測定試料１００をスペーサ７１に沿わせることにより測定試料１００にこの等磁束密度面が含むようにして、送受信コイル２３を用いて、この等磁束密度面全体に核磁気共鳴現象を生じさせる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の核磁気共鳴信号を測定するセンサヘッド表面に表面漏洩静磁場を発生させる静磁場発生手段を備えた磁気共鳴装置において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材をセンサヘッド面に設けたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項２】
前記試料当接部材は、前記等磁束密度面と前記試料当接部材の表面との間隔を、試料表面からの前記核磁気共鳴信号の測定深さとなる厚みに設定したことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴装置。
【請求項３】
試料表面が前記試料当接部材の表面に沿うように該試料を試料当接部材表面に押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の磁気共鳴装置。
【請求項４】
前記試料当接部材は、前記等磁束密度面と略同一形状の表面を含む部分を着脱可能とした交換部材を備える請求項１〜３のいずれかに記載の磁気共鳴装置。
【請求項５】
前記交換部材は、前記核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを設けた請求項４に記載の磁気共鳴装置。
【請求項６】
静磁場発生手段によりセンサヘッド面に表面漏洩磁場を発生させることにより、この表面漏洩磁場内に置かれる試料の核磁気共鳴信号を測定する方法において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材を前記センサヘッド面に配置し、
前記試料当接部材上に試料を配置し、
前記の試料の表面が前記試料当接部材の表面に沿うように、前記試料当接部材と押圧用部材とで前記試料を挟み込んで押圧し、
次いで、試料の核磁気共鳴信号を測定することを特徴とする核磁気共鳴信号の測定方法。
【請求項７】
静磁場発生手段によりセンサヘッド面に表面漏洩磁場を発生させることにより、この表面漏洩磁場内に置かれる試料の核磁気共鳴信号を測定する方法において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材を前記センサヘッド面に配置し、
前記試料当接部材上に試料を配置し、
前記試料を前記試料当接部材の表面に沿うように前記試料当接部材に押し当てて、
次いで、試料の核磁気共鳴信号を測定することを特徴とする核磁気共鳴信号の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴装置および核磁気共鳴信号測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、核磁気共鳴現象を利用して、測定試料、例えば人体の水や脂肪の分布や濃度を画像化する磁気共鳴装置が実用化され、医療現場等に応用されている。係る核磁気共鳴現象は、測定試料に対して静磁場とラジオ波（高周波磁場）を照射することで生じる核磁気共鳴信号を受信して、特定の原子の密度を計測するものである。そして、この共鳴を生じさせるための高周波磁場の周波数の条件は、静磁場の磁束密度をＢとして、ｆ＝（γ／２π）Ｂと表される。定数γの値は、個々の原子によって定まっており、例えば水素原子であれば、４２．５６ＭＨｚ／Ｔ（テスラ）である。測定試料中の原子が、この高周波磁場の条件を満たす環境に置かれると、係る磁気共鳴現象が生じて、核磁気共鳴信号を受信できる。この関係式から分かるように、特定の静的な磁束密度を有する部位には、特定の周波数を与えたときのみでなければ、核磁気共鳴現象が生じないようになっている。前述の磁束密度の分布が予め分かっているとすると、一定の磁束密度を有する部位を特定できる。そこで、試料中の磁束密度に差を設けて、部位を特定し試料内の原子密度の分布を求めることが行なわれている。
【０００３】
このような磁気共鳴装置において、開放面に静磁場を発生させるオープンタイプの磁気共鳴装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２７７６３号公報
【特許文献２】特開２００５−０９５４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、分布を求める必要はないような試料（例えば材質が均一な試料等）について測定する場合には、試料中に一定の磁束密度を有する部位が多くあった方が核磁気共鳴信号の強度が強くなり、感度が高くなる点で好ましい。この点、比較的薄い板状の試料中を測定する場合、厚みがなく薄いゆえに、一般的に曲面となる磁束密度が等しい領域から外れやすく、これに伴い共鳴領域も小さくなり、受信できる核磁気共鳴信号が小さくなる問題があった。また、共鳴領域が特定の深さの位置と合致していないから、特定の深さの状態を正確に調べることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、磁気共鳴装置において核磁気共鳴信号の感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の通り構成している。
【０００７】
（１）本発明は、
試料の核磁気共鳴信号を測定するセンサヘッド表面に表面漏洩静磁場を発生させる静磁場発生手段を備えた磁気共鳴装置において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材をセンサヘッド面に設けたことを特徴とする磁気共鳴装置である。
【０００８】
静磁場発生手段により発生した静磁場には、磁束密度が均一な領域を表す面（以下「等磁束密度面」という）が、磁束密度の値により層状に重なって存在する。本発明によれば、前記試料当接部材配置手段により配置された前記試料当接部材に沿って、試料を沿わせて押し付ける等により、核磁気共鳴信号の共鳴領域となるこの等磁束密度面に試料を沿わせることができる。したがって、この等磁束密度面上に沿った部分が大きく形成され、その部分全体から核磁気共鳴信号を受信することができるので、受信感度をよくすることができる。
【０００９】
なお、前記静磁場発生手段は、例えば、以下の構成が考えられる。即ち、ヨークと一対の永久磁石とを有し、これら全体としてＵ字形状に形成してその溝の周囲または永久磁石の先端に生じる漏洩磁場を発生させることが考えられるし、また、特許文献１のように円形の磁石と、この磁石の両側に、この円形の磁石を納める凹部を有する一対のヨークとを構成して、ヨーク間の隙間の周囲、これに挿入した支持材、またはヨークの先端から漏洩磁場を発生させることが考えられる。
（２）本発明は、
前記試料当接部材は、前記等磁束密度面と前記試料当接部材の表面との間隔を、試料表面からの前記核磁気共鳴信号の測定深さとなる厚みに設定したことを特徴とする。
【００１０】
このように構成して前記試料当接部材を設けると、核磁気共鳴信号が発生する位置の等磁束密度面のカーブから、核磁気共鳴信号の測定深さ分だけセンサヘッド側に後退した位置に前記試料当接部材の表面を設けることになる。よって、試料表面から同じ深さの位置に核磁気共鳴信号の共鳴点を設けることができる。
【００１１】
なお、本発明で「測定深さ」とは、試料を測定する位置の試料表面からの深さをいう（以下、同じ。）。
【００１２】
（３）本発明は、
試料表面が前記試料当接部材の表面に沿うように該試料を試料当接部材表面に押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、試料当接部材表面に押圧する押圧部材を備えており、押圧部材により試料を前記試料当接部材に押圧することができる。これにより押圧された試料内に、核磁気共鳴信号の共鳴領域となる等磁束度面が含まれる領域が大きくなり、この等磁束密度面上に沿った部分全体から核磁気共鳴信号を受信することになるので、受信信号が増大する。
【００１４】
（４）本発明は、
前記試料当接部材は、前記等磁束密度面と略同一形状の表面を含む部分を着脱可能とした交換部材を備える。
【００１５】
このように構成すれば、試料の測定する部位、例えば測定する深さに応じて、前記等磁束密度面と略同一形状の表面に合わせて交換部材を試料当接部材に着脱することが可能となる。
【００１６】
（５）本発明は、
前記交換部材は、前記核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを設けた。
【００１７】
前記試料当接部材には、前記核磁気共鳴信号を受信するための受信コイルを設けているので、この試料当接部材に当接する試料と受信コイルとの間隔を小さくすることができ、前記核磁気共鳴信号の感度を向上させることができる。
【００１８】
（６）本発明は、
静磁場発生手段によりセンサヘッド面に表面漏洩磁場を発生させることにより、この表面漏洩磁場内に置かれる試料の核磁気共鳴信号を測定する方法において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材を前記センサヘッド面に配置し、
前記試料当接部材上に試料を配置し、
前記の試料の表面が前記試料当接部材の表面に沿うように、前記試料当接部材と押圧用部材とで前記試料を挟み込んで押圧し、
次いで、試料の核磁気共鳴信号を測定することを特徴とする核磁気共鳴信号の測定方法である。
【００１９】
本発明によれば、試料当接部材を前記センサヘッド面に配置し、前記試料当接部材上に試料を配置し、試料表面が前記試料当接部材の表面に沿うように該試料を前記試料当接部材と押圧用部材とで前記試料を挟み込んで押圧している。これにより、試料が前記試料当接部材の表面の形状に成形される。ここで、試料当接部材の表面は核磁気共鳴信号の共鳴領域となる等磁束度面と同様の形状に形成されているので、試料内部には共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面を大きくすることができる。この状態で、試料の核磁気共鳴信号を測定するから、この等磁束密度面全体から核磁気共鳴信号を受信することができる。したがって、前記核磁気共鳴信号の受信感度をよくすることができる。
【００２０】
（７）本発明は、
静磁場発生手段によりセンサヘッド面に表面漏洩磁場を発生させることにより、この表面漏洩磁場内に置かれる試料の核磁気共鳴信号を測定する方法において、
共鳴状態を生じさせる磁束密度に対応する等磁束度面と略同一形状の表面を有する試料当接部材を前記センサヘッド面に配置し、
前記試料を前記試料当接部材の表面に沿うように前記試料当接部材に押し当てて、
次いで、試料の核磁気共鳴信号を測定することを特徴とする核磁気共鳴信号の測定方法である。
【００２１】
本発明は、上記（６）の方法と技術的思想が共通する。この方法によっても試料の表面を等磁束度面になるよう成形できるから、この等磁束密度面全体から核磁気共鳴信号を受信することができる。したがって、前記核磁気共鳴信号の受信感度をよくすることができる。
【００２２】
なお、本発明は、例えば、肉厚の弾力性のある部材を前記試料当接部材に押し当てることにより、上記（６）のように挟み込むことができない場合でも、上記成形が可能となる。ただし、この例は本発明を限定するものではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、核磁気共鳴状態の生じる等磁束密度面に試料を沿わせることにより、試料中の広い領域から核磁気共鳴信号を受信することができる。したがって、前記核磁気共鳴信号の受信感度をよくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜第１の実施形態＞
以下、図１、図２を用いて、第１の実施形態の磁気共鳴装置の構成を説明する。この磁気共鳴装置は、図１に示すような機械的構成と、図２に示すような電気的構成を備えている。
【００２５】
まず、図１を用いて、本実施形態の磁気共鳴装置の機械的構成およびこの磁気共鳴装置の使用方法を説明する。
【００２６】
図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１の実施形態の磁気共鳴装置のセンサヘッドの上部の構成について説明する。本実施形態の磁気共鳴装置の機械的構成の主要部は、センサヘッド２であり、センサヘッド２は、図１（Ａ）に示す静磁場発生部２０と、スペーサ７１と図１（Ｂ）に示す送受信コイル２３とを備えている。以下、それぞれを説明する。
【００２７】
図１（Ａ）に示す静磁場発生部２０は、金属製のヨーク２２と、その上に固定された１対の磁石２１ａ、２１ｂを備える。この磁石２１ａ、２１ｂは、Ｙ軸方向（図１（Ａ）に示すヨーク２２から磁石２１ａ、ｂに向かう方向）に磁極がある。磁石２１ａ、２１ｂは磁極が互いに逆となっている。これによりヨーク２２と磁石２１ａ、ｂとで１周の磁気回路を形成しており、間隙１０５の周囲および磁石２１ａ、ｂの上面（スペーサ７１を設ける面）から磁場が漏洩する。試料を載せるスペーサ７１には、磁石２１ａ、ｂの上面（スペーサ７１を設ける面）から漏洩した静磁場が形成される。図１（Ａ）の例では、磁石２１ａがヨークに接する側がＳ極で、反対側がＮ極、磁石２１ｂがヨークに接する側がＮ極で、反対側がＳ極である。
【００２８】
図１（Ａ）のスペーサ７１は、厚さ７ｍｍ程度のエポキシ樹脂、パイレックス（登録商標）ガラス等の核磁気共鳴信号を発生しない材料で構成し、この磁石２１ａ、２１ｂの両方に被せるように設ける。また、スペーサ７１には、間隙１０５の近傍に、測定試料１００（後述図１（Ｃ）参照。）の核磁気共鳴信号の感度を向上させることを目的とするくぼみ部７１ａを設けている（詳細は図３以降で詳述する。）。
【００２９】
なお、図１（Ａ）の中のＺ軸方向に面した両側の外側の端面１０７、内側の端面１０６は、後述図３、図４の説明で用いる。
また、本実施形態の静磁場発生部２０の磁場の説明で、「間隙１０５」は、文字通りの隙間のみならず、非磁性体を挿入した場合におけるこの非磁性体の部分も含むものとする。例えば図１に示すスペーサ７１等も含むものとする。非磁性体が挿入されていても、同様の磁場が形成されると考えられる。
【００３０】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。
図１（Ｂ）に示すように、送受信コイル２３は、リング状に形成したエナメル線を巻いた空芯コイルであり、図１（Ａ）の中央部（座標軸があるところ付近）に、スペーサ７１の下側、または後述の図７で説明する第３の実施形態のようにスペーサ７１に埋め込んで設ける。その機能の詳細は後述、図２で説明するが第１の実施形態の送受信用コイル２３は、高周波磁場を発生させる送信コイルとしての役割と、核磁気共鳴信号を受信する受信コイルとしての役割を兼ね備えている。送信コイルとして使用するときは、後述する静磁場と周波数の関係式を満たすように、送信コイルに高周波パルスを送ると、核磁気共鳴が測定試料１００に生じる。受信コイルとして使用するときは、送受信コイル２３は、この核磁気共鳴により生じた磁場の変化を電気信号に変換する。
【００３１】
ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて、センサヘッド２の座標系について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｕ字形状をなす装置前面１０２、装置後面１０３（面１０３は面１０２に平行。）とに垂直な方向がＸ軸である。前述のように、この面１０２、１０３に沿って１周の磁気回路が形成されており、Ｘ軸はこれに垂直となっている。また、磁石２１ａ、２１ｂ間の空隙１０５における磁力線の方向がＺ軸であり、これらＸ軸、Ｚ軸に垂直な方向が前述のＹ軸となる。
【００３２】
図１（Ｂ）を用いて、さらに、静磁場発生部２０の大きさとスペーサ７１の断面形状と、送受信コイル２３について説明する。図１（Ｂ）に図示した目盛の単位は［ｍｍ］であり、静磁場発生部２０の大きさは、１００ｍｍ角程度である。図１（Ａ）で示した外側の端面１０７は、Ｘ座標の±５０ｍｍの位置に相当し、図１（Ａ）で示した内側の端面１０６は、Ｘ座標の±１０ｍｍの位置に相当する。図１（Ｂ）に示すように、スペーサ７１の断面は、くぼみ部７１ａにおいておわん形にくぼんでおり、スペーサ７１の厚みは、７ｍｍ程度である。
【００３３】
次に、図１（Ｃ）を用いて、本実施形態の装置の使用形態について説明する。本装置の使用時には、図１（Ａ）、（Ｂ）で示した静磁場発生部２０に対し、測定試料１００を載せ、その上からエポキシ樹脂、パイレックス（登録商標）ガラス等の核磁気共鳴信号を発生しない材料で構成される押圧部材７２を載せて、測定試料１００を挟み込んで固定する。これにより、くぼみ部７１ａと、隆起部７２ａにより、測定試料１００が変形する（測定試料１００を変形させる理由については、図３以降で、後述する。）。
【００３４】
次に図２を用いて、第１の実施形態の磁気共鳴装置の内部構成について説明する。図２は、第１の実施形態の磁気共鳴装置の内部構成図である。
図２の高周波回路系５１は、特定の周波数の駆動電流を生成し、送信コイルとしての送受信コイル２３にパルス電流を送る。高周波回路系５１は、発振部５１１と、送信部５１２と、高周波アンプ５１３とを含む。
【００３５】
図２の発振部５１１は、例えば高安定度の水晶発振器で構成でき、これにより生成した信号を送信部５１２に送る。
送信部５１２は、周波数シンセサイザ、周波数コンバータ、およびパルス発生器を備えている。周波数シンセサイザは、発振部５１１で生成した基準信号を周波数変換し、所定の周波数の信号を生成する。周波数コンバータは、この所定の周波数の信号を周波数変換して、所定周波数の高周波信号（これを「ａ」とする。）を生成する。一方パルス発生器は、この高周波信号ａとは別にパルス信号（パルス幅１〜２０μ秒、１周期０．５秒から１秒）を生成する（これを「ｂ」とする。）。これらの信号ａ、ｂは変調器に入力されることにより合成され、高周波が断続する高周波信号（ＲＦパルス）が生成される。
高周波アンプ５１３は、送信部５１２が変換したＲＦパルスを増幅して駆動電流を磁気回路系５２に送る。
【００３６】
図２の磁気回路系５２は、静磁場を発生させる静磁場発生部２０と、高周波磁場を発生させる送信コイルとしての送受信コイル２３を有している。前述の所定の関係を満たす場合には、この関係を満たす環境下に置かれた測定試料１００の部位から核磁気共鳴信号を受信することができる。
【００３７】
図２の核磁気共鳴信号受信部５３は、前記測定試料１００から発せられる核磁気共鳴信号を増幅してディジタル化を行う。核磁気共鳴信号受信部５３には受信コイル８と図示しない増幅部を含む。また、演算処理系５４は、画像再構成部５４１とデータ処理部５４２を有している。画像再構成部５４１は、核磁気共鳴信号受信部５３が生成した受信データを画像用ディジタルデータに変換する。データ処理部５４２は、画像用ディジタルデータをＤ／Ａ変換して、映像出力を表示器に送り、表示器５５は、この映像出力を表示する。
操作部５７は、磁気共鳴装置の動作の操作を受け付ける。そして、システム制御部５６は操作部５７からの指示を受け、上記した各部（５１、５３、５４の符号）を制御する。
【００３８】
なお、第１の実施形態の装置は、一般的に行なわれているような原子の密度分布を表示するものでなく、試料全体の密度、厳密には後述の通り試料の表面から一定深さの表面の原子密度を測るものであるので、演算処理系５４の目的は、主に測定試料１００間のばらつき等の統計的データを表示すること等である。
また、本実施形態の装置では、画像再構成部５４１は、必ずしも必要がなく、データを取得すれば足りる場合もありうる。
【００３９】
次に、図１、図２を用いて、第１の実施形態の磁気共鳴装置の機能について説明する。本実施形態の磁気共鳴装置は、核磁気共鳴現象を利用して、測定試料１００、例えば水や脂肪の、測定する深さに対する分布や濃度等を計測する装置である。また、この核磁気共鳴現象は、測定試料１００に対して図２に示す磁石２１ａ、２１ｂにより静磁場を与え、送信コイルとしての送受信コイル２３によりラジオ波（高周波磁場）を照射することで生じる核磁気共鳴信号を受信して、特定の原子の密度を計測するものである。そして、この共鳴を生じさせるための高周波磁場の周波数の条件は、静磁場の磁束密度をＢとして、ｆ＝（γ／２π）Ｂと表され、定数γの値は、個々の原子によって定まっている。したがって、特定の磁束密度に対して、特定の周波数のみしか、核磁気共鳴現象が生じないようになっている。この特定の周波数の電圧を送信コイルとしての送受信コイル２３に与えると、特定の種類の原子に核磁気共鳴現象が生じて、受信コイルとしての送受信コイル２３がこれを電気信号として取得し、核磁気共鳴信号受信部５３は、前記測定試料１００から発せられる核磁気共鳴信号を増幅してディジタル化を行う。
【００４０】
＜第１の実施形態の装置のスペーサの形状＞
次に図３〜図６、図１（Ａ）、（Ｃ）を用いて、スペーサ７１のくぼみ部７１ａの形状について説明する。
【００４１】
まず、図３を用いて、図１（Ａ）を補助的に参照して静磁場発生部２０の周囲の磁束密度について説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、四角内の座標の値を固定した場合に、横軸の軸方向に対する磁束密度の変化を表している。
【００４２】
図３（Ａ）は、Ｙ軸座標の値をＹ＝ｙａに、Ｚ軸座標の値をＺ＝０に固定して、Ｘ軸の値を変化させたときの磁束密度の変化を表している。図３（Ａ）に示すように磁束密度は、磁石２１ａ、ｂの装置後面１０３から装置前面１０２までは平坦となっている（図１（Ａ）参照。）。その範囲外では、磁束密度は、Ｘ軸座標が中心から離れるに従い小さくなる。
【００４３】
図３（Ｂ）は、Ｘ軸座標の値をＸ＝０に、Ｚ軸座標の値をＺ＝０に固定して、Ｙ軸の値を変化させたときの磁束密度の変化を表している。磁束密度は、Ｙ軸座標が磁石から離れるに従い小さくなる。
【００４４】
図３（Ｃ）は、Ｘ軸座標の値をＸ＝０に、Ｙ軸座標の値Ｙ＝ｙａに固定して、Ｚ軸の値を変化させたときの磁束密度の変化を表している。グラフの中でＺ座標がＺ＝０の部分では極小値となり、磁石２１ａ、ｂの内側の端面１０６の位置（図１（Ｂ）のＺ＝±１０ｍｍの点）で極大値となっている。Ｚ軸座標がこの２点間の範囲外となる範囲では、磁束密度は中心から離れるに従い小さくなる。このような磁束密度の傾向が生じる原因を簡単に説明すると、以下の通りとなる。即ち、Ｚ座標の位置により、両磁石２１ａ、ｂから離れるほど磁束密度が小さくなるが、端面１０６の位置では、両方の磁石ａ、ｂからの影響を受けて極大となっており、中央部Ｚ＝０では、これら磁石ａ、ｂから離れることにより磁束密度は若干の減衰があり、端面１０６では、次第にこれらの磁石から遠ざかるので次第に減衰していくと考えられる。また、磁石２１ａ、ｂの外側の端面１０７（図１（Ｂ）の±５０ｍｍの点）の外ではさらに減衰の程度が大きくなる。
【００４５】
ただし、図３（Ｃ）で示したこのＺ軸方向の磁束密度の状態の傾向は、磁場の強度、間隙１０５の間隔（図１（Ｂ）のＺ＝±１０ｍｍの間）によって異なり、上述の２箇所の極大値が重なって、Ｚ＝０となる中央部で極大となり、その外側に遠ざかるに従い減衰する場合もありうる。
【００４６】
次に、図４を用いて、静磁場発生部２０周辺の磁束密度の等しい領域がどのように形成されるかについて説明する。ここで、この磁束密度の等しい領域は、曲面となって形成されており、そのような磁束密度の等しい領域を等磁束密度面ということにする。図４は、このように磁束密度が特定の値Ｂ１となる等磁束密度面を、特定の平面から見た等磁束密度線を表しており、図４（Ａ）は、Ｚ＝０におけるＸ軸−Ｙ軸平面、図４（Ｂ）は、磁束密度が特定の値Ｂ２となる等磁束密度面について、Ｘ＝０におけるＹ軸−Ｚ軸平面から見た等磁束密度線を表している。なお、図４中のそれぞれの符号は図１、図３の符号に対応している。
【００４７】
図４（Ａ）に示す等磁束度線は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）で示した磁束密度曲線を複数の位置で（（図３（Ａ）、（Ｂ）の箱の中の値を変えて）計測して、これらの関係をつき合わせることにより得られる。図４（Ａ）に示すように、Ｘ座標が静磁場発生部２０の装置後面１０３（図１に図示。）、装置前面１０２（図１に図示。）の内側では、等磁束密度線は、略平坦である。これは、図３（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向に磁束密度が略均一であることに起因している。また、これらの面１０２、面１０３より外側では、図４（Ａ）に示す等磁束密度面を表す曲線は、Ｘ軸方向の外側に離れるに従いＹ軸座標が減少する。このような傾向が生じる理由を簡単に説明すれば以下の通りとなる。即ち、Ｘ軸方向の外側に離れるに従い磁束密度が減少する。また、Ｙ軸方向に静磁場発生部２０からは離れるに従い磁束密度が減少する。したがって、図４（Ａ）に示すような等磁束密度線は、Ｘ軸方向の外側に離れるに従いＹ軸方向が磁石側に近づく方向に傾く。
【００４８】
図４（Ｂ）に示す等磁束度線は、図３（Ｂ）で示した磁束密度のグラフと、図３（Ｃ）で示した磁束密度曲線を複数の位置で（（図３（Ｂ）、（Ｃ）の箱の中の値を変えて）計測して、これらの関係を付き合わせることにより得られる。図４（Ｂ）に示すように、Ｚ座標がＺ＝０の部分で磁石２１ａ、ｂの間隙１０５の間で極小値となり、磁石２１ａ、ｂの内側の端面１０６の位置（図１（Ｂ）のＺ＝±１０ｍｍの点）で極大値となっている。これは、磁石２１ａ、ｂの間隙１０５で、図４（Ｂ）で示すような傾向が生じる理由を簡単に説明すれば、以下の通りとなる。即ち、Ｙ軸方向に磁石から離れるに従い磁束密度０は減衰する一方、Ｚ軸上の磁束密度の分布では図３（Ｃ）でＺ＝０の位置で極小値となり、内側の端面１０６（Ｚ＝±１０ｍｍ）に近づくにつれ極大値となる。したがって図４（Ｂ）で示す等磁束密度線は、内側の端面１０６に近づくにつれ、Ｙ軸方向が磁石側から遠ざかる方向に傾く。
【００４９】
ただし、図４（Ｂ）で示したこのＺ軸方向の磁束密度の状態の傾向は、磁場の強度、間隙１０５の間隔（図１（Ｂ）のＺ＝±１０ｍｍの間）によって異なる。例えば、上述の図３で説明した磁束密度の傾向に従い、Ｙ軸−Ｚ軸平面上の等磁束密度線は、上述の２箇所の極大値が重なって、Ｚ＝０となる中央部で極大となり、その外側にいくに従い減衰する場合もありうる。この場合は、図１で示した実施形態ではなく、後述する図６で説明する第２の実施形態の装置を用いる必要がある。
【００５０】
次に、図１（Ｃ）に戻り、図３、図４で説明したことを踏まえ、スペーサ７１の形成方法について説明する。図１（Ｃ）に示すような共鳴領域１００ａは、前述した関係式を満たす静磁場の磁束密度となる部分であり、図４で示したような等磁束密度面となる。第１の実施形態の装置では、図４で示した曲線を測定試料１００が含むように、スペーサ７１のくぼみ部７１ａ、押圧部材７２の隆起部７２ａを形成する。具体的には、Ｚ軸方向には、図４（Ｂ）で示したように間隙１０５の間では、等磁束密度面は、Ｙ軸−Ｚ軸平面上でＹ軸下側へくぼんだ形状となるから、くぼみ部７１ａの形状のＹ軸−Ｚ軸平面の断面を同様にくぼんだ形状に形成する。Ｘ軸方向には、図４（Ａ）で示すように装置後面１０３、装置前面１０２の間では平らであるから、Ｘ軸方向には平らに形成する。そして、測定試料１００をくぼみ部７１ａ、隆起部７２ａではさむか、くぼみ部７１ａに測定試料１００を押し付けて測定試料１００を成形する。これにより、測定試料１００内の共鳴領域１００ａが広がり、この共鳴領域１００ａから送受信コイル２３が核磁気共鳴信号を受信することができる。
【００５１】
なお、第１の実施形態の装置では、くぼみ部７１ａの目的は、磁束密度が均一な部分を形成するためのものであり、磁束密度の値が問題ではないから、磁束密度の値が特定の値になるよう成形する必要はない。前述の核磁気共鳴信号が生じる関係式が成立すればよいからである。即ち、この磁束密度に合うように送信コイルとしての送受信コイル２３に特定の周波数のパルスを与えればよいからである。ただし、静磁場の磁束密度が大きい方が核磁気共鳴信号の感度を向上させる観点から好ましい。また、送受信コイル２３を共鳴領域１００ａの近くに設けることが好ましいので、スペーサ７１に送受信コイル２３を埋め込んでもよい（後述第３の実施形態、図７の説明参照。）。
【００５２】
さらに、図５を用いて、図４、図１（Ｃ）で説明した、スペーサ７１のくぼみ部７１ａを成形する方法について具体的に説明する。図５は、この成形方法の説明図である。図５は、静磁場発生部２０の間隙１０５（Ｚ＝±１０［ｍｍ］）における、Ｙ軸−Ｚ軸平面状での等磁束密度面の実測値と、測定試料１００（網掛けの部分で図示。）の位置関係を表している。横軸がＺ軸方向、縦軸がＹ軸方向であり単位は［ｍｍ］である。図５で示す共鳴領域１００ａの曲線は、等磁束密度面の実測値のデータを用いており、この実測値のデータは、静磁場発生部２０により発生する磁束密度が０．３［Ｔ］となる部分を示しており、これに対応する周波数のパルスを送信コイルに与えた場合には、図５の共鳴領域１００ａは、図１（Ｃ）で示した共鳴領域１００ａに相当する。測定試料１００に等磁束密度面となる共鳴領域１００ａがなるべく多く入るようにするため、スペーサ７１を、共鳴領域１００ａとなる等磁束密度面と同一のカーブに形成し、スペーサ７１に測定試料１００を沿わせて測定試料１００を成形する。図５の例では、スペーサ７１のくぼみ部７１ａの曲線は、等磁束密度面となる共鳴領域１００ａから０．５ｍｍヨーク側へ下がったところに形成するようにしている。このスペーサ７１のくぼみ部７１ａに沿って測定試料１００を沿わせると、測定試料１００の表面１００ｂ（２点鎖線で図示。）から均等な深さ（深さ１００ｃで示す。）の０．５ｍｍ内側に入ったところに共鳴領域１００ａが生じる。例えば、水素原子の核磁気共鳴信号を測定する場合には、ｆ＝（γ／２π）Ｂ＝４２．５６［ＭＨｚ／Ｔ］・０．３［Ｔ］＝１２．８［ＭＨｚ］のパルスを送信コイルとしての送受信コイル２３に与えることにより、共鳴領域１００ａから核磁気共鳴現象が生じ、受信コイルとしての送受信コイル２３から核磁気共鳴信号を受信する。
【００５３】
一方、図５で示す測定試料１００ｄのように測定試料１００を成形しない場合（従来形態の装置）には、この測定試料１００ｄと、共鳴領域１００ａとの重なる部分は小さく、測定試料１００ｄの中に、共鳴する領域が小さいから感度が小さい。また、均一な深さの位置の状態を正確に調べることは困難である。
【００５４】
＜第１の実施形態の応用＞
なお、図１のように、静磁場発生部２０の間隙１０５（Ｚ＝±１０［ｍｍ］の内側）でのみ、測定試料１００を成形しているのは、受信コイルとしての送受信コイル２３をこの領域に設けており、この受信コイルと距離が遠い部分では受信感度が鈍くなるから、この領域のみ測定試料１００の成形を行えば十分と考えられるからである。もちろん、この領域外でも、測定試料１００を成形するようにスペーサ７１を成形しても良い。
【００５５】
また、スペーサ７１は、後述のくぼみ部７１Ａを試料に沿わせることができればよく、必ずしも、平面でなくとも良い。測定試料１００に等磁束密度面を形成するようにスペーサ７１を加工するものであれば、どのような形状でもスペーサ７１の目的を達する。スペーサ７１が磁石２１ａ、ｂに被せているのは、くぼみ部７１ａを支えるためであり、例えば、Ｘ軸方向の両側から延設して支えることも可能である。
また、図１（Ｃ）の実施方法に限らず、押圧部材７２を用いずに、スペーサ７１のくぼみ７１ａに、手、スタンドなどで測定試料１００を押し込んで、測定試料１００を成形してもよい。また、厚みがある測定試料１００については、これを磁石２１ａ、ｂの漏洩静磁場に置いて、押圧部材７２を使わず、手、スタンドなどでスペーサ７１を測定試料１００に押し付けて、測定試料１００を成形しても良い。
また、スペーサ７１に測定試料１００を押し付けても良い。厚みがあり柔らかな測定試料１００であれば、スペーサ７１に載せるだけで、その重力によりスペーサ７１に押し付けられ、これにより等磁束密度面が形成される。
【００５６】
また、以上で示した第１の実施形態の装置では、送受信コイル２３は、送信コイル、受信コイルを兼ね備えているが、これらを別々に設けても良い。
【００５７】
また、スペーサ７１のくぼみ７１ａの形成方法は、測定試料１００を固定して、センサヘッドを試料に押し当てても良い。
また、図１（Ａ）では、くぼみ部７１ａがＸ軸方向の全域に渡っているが、一部であっても良い。スペーサ７１は、試料の幅だけＸ軸方向に設けることが好ましいが、必ずしもそのようにしなくとも、本発明の効果を奏する。
【００５８】
図１で示したスペーサ７１および以上の応用例は、本発明の「試料当接部材」に相当する。
＜第２の実施形態＞
次に、図６を用いて、第１の実施形態の装置の応用に係る第２の実施形態の磁気共鳴装置の静磁場発生部の外観構成図を示す。図６は、この第２の実施形態の装置の静磁場発生部２０のスペーサ７１の実施例を示している。図６のスペーサ７１は、図１で示した間隙１０５近傍のくぼみ部７１ａが隆起している点が第１の実施形態と異なり、隆起部７１ｃとなっている。これは、前述図３（Ｃ）、図４（Ｂ）で説明したように、磁石２１ａの内側の端面１０６で生じる等磁束密度面の極大点が重なった場合には、Ｙ軸−Ｚ軸平面状で、Ｚ＝０となる中心部で等磁束密度面がＹ軸プラス方向に隆起することに対応している。この実施例では隆起部７１ｃを設けていることにより、図５で示した実施例と同様、測定試料１００に等磁束密度面を沿わせて、測定試料１００内の共鳴領域１００ａを拡大している。この実施例の場合には、隆起部７１ｃに対応して、押圧部材７２は、図１で示した隆起部７２ａの代わりに、くぼみ部を設ける。また、この実施例では、Ｘ軸−Ｚ軸平面方向には、等磁束密度面の曲線は、装置後面１０３、装置前面１０２の間では略平らであるから、Ｘ軸方向については略平らに形成する。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
次に、図７、図８を用いて、第１、第２の実施形態の装置の応用として第３の実施形態の装置について説明する。図７はスペーサ７１の一部と送受信コイル２３が着脱可能にするボビンを実装した図である。図８はこのボビンの部品図である。第３の実施形態の装置は、スペーサ７１の等磁束密度面を有するくぼみ部７１ａの部分であるボビンをスペーサ７１から着脱可能とした点、およびボビンに送受信コイル２３を構成した点が第１、第２の実施形態の装置と異なる。以下、第１の実施形態の装置と同様の点は、説明を省略し、相違点を説明する。
【００６０】
まず、図８を用いて、ボビンの形状について説明する。図８（Ａ）は、ボビン７５の部品図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【００６１】
図８（Ａ）に示すボビン７５は、ボビン７５から核磁気共鳴信号が取得できない材料で構成する。ボビン７５の材料として、例えば、エポキシ樹脂、パイレックス（登録商標）ガラスなどを用いることができる。ボビン７５には、図１で示したようなくぼみ部７５３を設けている。傾斜部７５１については、後述、図８（Ｂ）で説明する。
【００６２】
図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ボビン７５は凹部７５２を有しており、凹部７５２にコイルを巻いて、送受信コイル２３（図１参照。）とする。このようにして図７（Ａ）に示すように、くぼみ部７５３に載せる測定試料１００と送受信コイル２３の距離を短くできるので、ボビン７５を実装して、図２で示したようにして核磁気共鳴信号を受信すれば、その感度を向上できる。図８に示す傾斜部７５１は、図７のようにボビン７５を実装した場合に、容易に測定試料１００を沿わせることができるようにするために設けている。
【００６３】
次に図７を用いて、ボビン７５の実装について説明する。図７（Ａ）は、ボビン７５を実装した図であり、図７（Ｂ）は、この図７（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（Ａ）に示すボビン７５は、スペーサ７１から着脱可能とする。そうすると、測定試料１００の測定する部分の等磁束密度面の形状に合わせて複数用意し、取り替えることができる。
【００６４】
図７（Ｂ）に示すように、ボビン７５の中央部には、図１で示したくぼみ部７１ａと同様のくぼみ部７５３が形成されており、この部分に測定試料１００を乗せ、測定試料１００をくぼみ部７５３に沿わせて測定試料１００を成形する。このようにすれば、図７（Ｂ）に示すように、くぼみ部７５３を図５で示したような等磁束密度面になるよう形成できる。そして、測定試料１００をこの上において、くぼみ部７５３に沿わせることが可能となり、図１〜図５で前述した第１の実施形態の装置と同様の効果を奏する。
【００６５】
また、図７（Ａ）に示す第３の実施形態の装置の静磁場発生部２０では、ボビン７５を設けており、図１のようにスペーサ７１０のＸ軸方向全体に、くぼみ部７１ａを設けていないが、これは送受信コイル２３の受信感度を考慮したものである。即ち、送受信コイル２３から遠い部分では、もともと受信感度が低いから、装置全体の受信感度の向上にあまり影響しないので、くぼみ部７１ａを設ける必要性が低いからである。もっとも、図７で示すよりも、Ｘ軸方向に長くボビン７５を形成しても良い。
【００６６】
＜第４の実施形態＞
次に、図９を用いて、第１〜第３の実施形態の応用に係る第４の実施形態の磁気共鳴装置の機械的構成について説明する。図９は、第４の実施形態の装置の外観構成図であり、基本的な構成は特許文献１に記載の装置と同様である。以上の実施形態の装置とは、静磁場発生部２０が異なるが、他は同じであり、図１、図２の説明を準用し、重複する説明は省略する。以下、センサヘッド２に重点を置いて説明する。なお、以下説明するように、第４の実施形態の装置でも、図１で示した第１の実施形態のスペーサ７１、押圧部材７２、図７で示したボビン７５は略そのまま応用できる（詳細は後述する。）。
【００６７】
以下、図９の磁気共鳴装置のセンサヘッド２について、構成および機能を説明する。
図９の装置のセンサヘッド２は、静磁場発生部２０と送受信コイル２３と、図１で説明したスペーサ７１に相当するスペーサ７１０を備える。
図９の静磁場発生部２０（第１の実施形態の装置の図２に相当するものである。回転可能に支持された回転軸２８に固定された円柱形上の永久磁石２１ｃと、この永久磁石２０の周面に上下の非磁性体２７ａ、２７ｂを介して対向配置された一対のヨーク２２ａ、２２ｂと、永久磁石２１ｃを回転させるモータ２６を備える。
この永久磁石２１ｃは、円周の方向に一対の磁極を有する。このモータ２６の回転により、使用しないときには、磁場の漏れを減少させることができる。
【００６８】
図９に示すように、一対のヨーク２２ａ、２２ｂは、永久磁石の円周の一部を収納する凹部を有しており、永久磁石２１ｃと非磁性体２７ａ、２７ｂおよび一対のヨーク２２ａ、２２ｂとの隙間は非常に小さくなるようにして、この部分での漏れ磁束量が多くならないようにしている。
モータ２６には、永久磁石２１ｃの回転角度を正確に制御できるよう、例えばステッピングモータを使用する。また、急速に回転できるよう高トルクのものを使用する。図示しないモータ駆動部を用いて、このモータ２６の制御を行い、永久磁石２１ｃの角度を精密に制御する。
【００６９】
以上のように、第４の実施形態の装置の静磁場発生部２０を構成することで、ヨーク２２ａ⇔永久磁石２１ｃ⇔ヨーク２２ｂ⇔非磁性体２７ａ⇔ヨーク２２ａのループで、磁気回路が形成される。そして、本装置では、永久磁石２１ｃの上方にあり、センサヘッド２の上面に位置する非磁性体２７ａの周囲および磁石２１ａ、ｂの上面（スペーサ７１を設ける面）から磁場が漏洩する。試料を載せるスペーサ７１には、このヨーク２２ａ、ｂの上面から漏洩した静磁場が形成される。この静磁場には、送受信コイル２２から前述した所定の関係を満たす高周波磁場を印加する。これにより、核磁気共鳴信号が発生する。
【００７０】
図９に示すように、この非磁性体２７ａの近傍には、共鳴信号を受信するための送信コイルとしての送受信コイル２３が配置されている。第４の実施形態の装置では、非磁性体２７ａ近傍に、送受信コイル２３と、図１で示したくぼみ部７１ａ、隆起部７１ｃとを設ける。また、図７で説明したような交換可能なボビンを設けてもよい。
【００７１】
以上で説明した第４の実施形態の装置のヨーク２２ａ、ｂおよびヨーク２２ｂにも、図３で示したような静的な漏洩磁場が非磁性体２７ｂの近傍に発生すると考えられ、ヨーク２２ｂ近傍にくぼみ部７１ａを設けることができ、図４、図５で示した等磁束密度面に測定試料１００を沿わせるようにする。また、等磁束度面の形状によっては、図６で説明した隆起部７１ｃを設けて、等磁束密度面に測定試料１００を沿わせるようにしてもよい。
【００７２】
このようにして試料を測定すれば、図１〜図８で示した実施形態の装置と同様の作用が生じ、その効果を発揮することができる。そこで、第４の実施形態の装置の構成をとる場合の説明については、図１〜図８の説明を準用する。この場合における対応関係は、以下の通りとなる。即ち、スペーサ７１０は、スペーサ７１に相当し、ヨーク２２ａおよびヨーク２２ｂは、それぞれ、図１の磁石２１ａ、ｂに相当し、非磁性体２７ａは、図１の磁石２１ａ、ｂの間隙１０５に相当する。また図９の送受信コイル２３は、図１の送受信コイル２３に相当する。
【００７３】
なお、図９で示した静磁場発生部２０は、本発明の「静磁場発生手段」に相当する。
また、以上の実施形態で示した数値、形状は一例であり、本発明の内容を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施形態の磁気共鳴装置の外観構成図およびこの磁気共鳴装置の使用方法を示す。
【図２】第１の実施形態の磁気共鳴装置の内部構成図を示す。
【図３】特定の座標の値を固定した場合に、横軸で示す軸方向に対する磁束密度の変化を示す。
【図４】磁束密度が特定の値となる等磁束密度面を、特定の平面から見たグラフを示す。
【図５】等磁束密度面の実測値を用いて具体的にスペーサ７１を成形する方法を表した説明図を示す。
【図６】第１の実施形態の装置の応用に係る第２の実施形態の磁気共鳴装置の静磁場発生部の外観構成図を示す。
【図７】第１、第２の実施形態の装置の応用に係る第３の実施形態の磁気共鳴装置のスペーサの一部と送受信コイルを着脱可能にするボビンを実装した図を示す。
【図８】第３の実施形態の磁気共鳴装置でスペーサの一部と送受信コイルを着脱可能にするボビンの部品図を示す。
【図９】第１〜第３の実施形態の応用に係る第４の実施形態の装置の外観構成図を示す。
【符号の説明】
【００７５】
２−センサヘッド
２０−静磁場発生部
２１ａ−磁石、２１ｂ−磁石、２１ｃ−磁石
２２−ヨーク
２２ａ−ヨーク
２２ｂ−ヨーク
２３−送受信コイル
２４−センサヘッド支持部
２５−ガイドレール
２６−磁石回転モータ
２７ａ、２７ｂ−非磁性体
２８−回転軸
５１−高周波回路系
５１１−発振部
５１２−送信部
５１３−高周波アンプ
５２−磁気回路系
５３−核磁気共鳴信号受信部
５４−演算処理系
５４１−画像再構成部
５４２−データ処理部
５５−表示器
５６−システム制御部
５７−操作部
７１−スペーサ
７１ａ−くぼみ部
７１ｃ−隆起部
７１０−スペーサ
７２−押圧部材
７２ａ−隆起部
７５−ボビン
７５１−傾斜部
７５２−凹部
７５３−くぼみ部
１００−測定試料
１００ａ−共鳴領域
１００ｂ−表面
１００ｃ−深さ
１００ｄ−測定試料
１０２−装置前面
１０３−装置後面
１０５−間隙
１０６−内側の端面
１０７−外側の端面
【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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