(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場空間の幅方向をＸ方向とし、長さ方向をＹ方向としたとき、前記Ｙ方向に延びる前記磁場空間となるギャップを有するリターンヨークと、
前記リターンヨークに設けられ、前記Ｘ方向の傾斜磁場を前記磁場空間に発生させ、前記Ｙ方向に延びる零磁場領域を前記磁場空間に形成する傾斜磁場発生部と、
前記リターンヨークに設けられ、交番磁場を前記磁場空間に発生させる交番磁場発生部と、
前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に垂直な方向をＺ方向としたとき、前記Ｚ方向を回転軸として、被検体に対して、前記傾斜磁場および前記交番磁場を相対的に回転させる回転機構と、を備え、
前記回転機構は、前記リターンヨークまたは前記被検体を回転させるように構成され、
前記リターンヨークは、
前記交番磁場に対応して設けられ、前記Ｙ方向に延びる交番磁場用ヨークと、
前記傾斜磁場に対応して設けられ、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の傾斜磁場用ヨークと、
を有する磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項２】
前記被検体に対して、前記傾斜磁場および前記交番磁場を前記Ｚ方向に相対的に移動させる移動機構をさらに備えた請求項１に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項３】
前記移動機構は、前記リターンヨークまたは前記被検体を移動させるように構成される請求項２に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項４】
前記交番磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の交番磁場発生コイルによって構成され、
前記傾斜磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の永久磁石によって構成される
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項５】
前記一対の永久磁石は、前記一対の傾斜磁場用ヨーク上に個別に配置される
請求項４に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項６】
前記一対の傾斜磁場用ヨークのそれぞれは、
前記Ｙ方向に延びるベース部と、
前記ベース部の一端から前記Ｘ方向に突出する第１の突出部と、
前記ベース部の他端から前記Ｘ方向に突出する第２の突出部と、
を有し、
前記一対の永久磁石は、前記一対の傾斜磁場用ヨークの前記ベース部上に個別に配置される
請求項４に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項７】
前記一対の傾斜磁場用ヨークのそれぞれは、
前記交番磁場用ヨークの内側から前記Ｘ方向に突出する第１の突出部と、
前記第１の突出部から前記Ｚ方向に離れて、前記交番磁場用ヨークの内側から前記Ｘ方向に突出する第２の突出部と、
を有し、
前記一対の永久磁石は、前記一対の傾斜磁場用ヨークの前記第１の突出部と前記第２の突出部との間の、前記交番磁場用ヨークの対向する内側面上に個別に配置される
請求項４に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項８】
前記傾斜磁場発生部および前記交番磁場発生部の代わりに、前記傾斜磁場および前記交番磁場を前記磁場空間に発生させる傾斜／交番磁場発生部を備え、
前記傾斜／交番磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の傾斜／交番磁場発生コイルによって構成され、
前記一対の傾斜磁場用ヨークのそれぞれは、
前記Ｙ方向に延びるベース部と、
前記ベース部の一端から前記Ｘ方向に突出する第１の突出部と、
前記ベース部の他端から前記Ｘ方向に突出する第２の突出部と、
前記ベース部の中央から前記Ｘ方向に突出する第３の突出部と、
を有し、
前記一対の傾斜／交番磁場発生コイルは、前記一対の傾斜磁場用ヨークの前記第３の突出部に個別に挿入して配置される
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項９】
前記交番磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の交番磁場発生コイルによって構成され、
前記傾斜磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の傾斜磁場発生コイルによって構成され、
前記一対の傾斜磁場用ヨークのそれぞれは、
前記Ｙ方向に延びるベース部と、
前記ベース部の一端から前記Ｘ方向に突出する第１の突出部と、
前記ベース部の他端から前記Ｘ方向に突出する第２の突出部と、
前記ベース部の中央から前記Ｘ方向に突出する第３の突出部と、
を有し、
前記一対の傾斜磁場発生コイルは、前記一対の傾斜磁場用ヨークの前記第３の突出部に個別に挿入して配置される
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項１０】
前記リターンヨークは、
前記交番磁場に対応して設けられ、前記Ｙ方向に延びる交番磁場用ヨークと、
前記傾斜磁場に対応して設けられ、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、前記Ｙ方向に延びる上部傾斜磁場用ヨークと、
前記傾斜磁場に対応して設けられ、前記交番磁場用ヨークの内側であって、前記上部傾斜磁場用ヨークに対して下側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の下部傾斜磁場用ヨークと、
を有し、
前記交番磁場発生部は、前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向して前記Ｙ方向に延びる一対の交番磁場発生コイルによって構成され、
前記傾斜磁場発生部は、
前記交番磁場用ヨークの内側に配置され、前記Ｙ方向に延びる上部傾斜磁場発生コイルと、
前記交番磁場用ヨークの外側であって、前記上部傾斜磁場発生コイルに対して下側に配置され、前記Ｙ方向に延びる下部傾斜磁場発生コイルと、によって構成される
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項１１】
前記下部傾斜磁場発生コイルの内側幅は、前記一対の下部傾斜磁場用ヨーク間のギャップ幅よりも広い
請求項１０に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の磁気粒子イメージング用電磁石装置を備えた磁気粒子イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気粒子イメージングに用いられる電磁石装置および磁気粒子イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体断層像を取得するための方法として、磁気粒子イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ；ＭＰＩ）が提案される（例えば、特許文献１参照）。ここで、ＭＰＩでは、可能な限り強い磁場を空間に発生させることが求められる。【０００３】
特許文献１に記載のＭＰＩでは、複数対の空芯コイルが磁場を発生させることで直線状の零磁場領域が形成される。また、この方法では、二次元極座標系において、零磁場領域がｒ方向に往復しながらθ方向に回転するように、各対の空芯コイルが制御される。なお、ここでいう零磁場領域とは、各対の空芯コイルによって発生する磁場が打ち消し合う領域を意味する。【０００４】
特許文献１に記載のＭＰＩでは、上述した構成によって、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と似た原理、すなわち逆投影（Ｂａｃｋ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法の原理で、２次元（２Ｄ）断層画像を取得することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５０２２６２号公報（例えば、図４および図７参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＭＰＩでは、上述したとおり、複数の空芯コイルが磁場を発生させているが、空芯コイルが発生させる磁場が比較的弱いので、空間に発生させる磁場を強くすることが困難である。また、この方法では、上述したとおり、零磁場領域がθ方向に回転するように空芯コイルを制御する必要があるので、コイル構成が複雑化し、結果として、良好な制御性を得ることができない。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、空間に発生させる磁場の強度を向上させつつ、制御性を向上させることを図った磁気粒子イメージング用電磁石装置、およびそれを備えた磁気粒子イメージング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における磁気粒子イメージング用電磁石装置は、磁場空間の幅方向をＸ方向とし、長さ方向をＹ方向としたとき、Ｙ方向に延びる磁場空間となるギャップを有するリターンヨークと、リターンヨークに設けられ、Ｘ方向の傾斜磁場を磁場空間に発生させ、Ｙ方向に延びる零磁場領域を磁場空間に形成する傾斜磁場発生部と、リターンヨークに設けられ、交番磁場を磁場空間に発生させる交番磁場発生部と、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向としたとき、Ｚ方向を回転軸として、被検体に対して、傾斜磁場および交番磁場を相対的に回転させる回転機構と、を備え、回転機構は、リターンヨークまたは被検体を回転させるように構成され、リターンヨークは、交番磁場に対応して設けられ、Ｙ方向に延びる交番磁場用ヨークと、傾斜磁場に対応して設けられ、交番磁場用ヨークの内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる一対の傾斜磁場用ヨークと、を有するものである。
【０００９】
本発明における磁気粒子イメージング装置は、上記の磁気粒子イメージング用電磁石装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空間に発生させる磁場の強度を向上させつつ、制御性を向上させることを図った磁気粒子イメージング用電磁石装置、およびそれを備えた磁気粒子イメージング装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１におけるＭＰＩ用電磁石装置を備えたＭＰＩ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の被検体および被検体に装着される受信コイルを示す概略図である。
【図３】図１の傾斜磁場発生部が発生させる＋Ｘ方向および−Ｘ方向のそれぞれの磁場の様子を示す模式図である。
【図４】図１の傾斜磁場発生部が発生させる傾斜磁場のＸ方向に沿った変化を示す概略図である。
【図５】図１の交番磁場発生部が発生させる交番磁場のＸ方向に沿った変化を示す概略図である。
【図６】図１の交番磁場発生部が発生させる交番磁場の時間変化を示す概略図である。
【図７】図４の傾斜磁場中に存在する磁性粒子が受ける磁場を示す概略図である。
【図８】図７の磁性粒子が受ける磁場と、磁性粒子の磁化との関係を表すＭＨ曲線を示す概略図である。
【図９】図７の傾斜磁場を示す概略図である。
【図１０】図９の傾斜磁場に交番磁場が重畳されたときの傾斜磁場の変化を示す概略図である。
【図１１】図１の一対の永久磁石をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図１２】図１のリターンヨークと比較するための比較例を示す概略図である。
【図１３】図１のリターンヨークと比較するための比較例を示す概略図である。
【図１４】図１のリターンヨーク、一対の永久磁石および一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図１５】図１のリターンヨーク、一対の永久磁石および一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図１６】図１４の比較例を示す概略図である。
【図１７】実施の形態２における電磁石装置のリターンヨーク、一対の永久磁石および一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図１８】実施の形態２における電磁石装置のリターンヨーク、一対の永久磁石および一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図１９】図１８の傾斜磁場用ヨークの両端に第１の突出部および第２の突出部が設けられる場合の交番磁場のＺ方向の分布を示す概略図である。
【図２０】実施の形態２における電磁石装置の別例を示す概略図である。
【図２１】実施の形態３における電磁石装置のリターンヨークおよび一対の傾斜／交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２２】実施の形態３における電磁石装置のリターンヨークおよび一対の傾斜／交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２３】実施の形態３における電磁石装置のリターンヨークおよび一対の傾斜／交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２４】実施の形態３における電磁石装置の別例を示す概略図である。
【図２５】実施の形態４における電磁石装置のリターンヨーク、上部傾斜磁場発生コイル、下部傾斜磁場発生コイルおよび一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２６】実施の形態４における電磁石装置のリターンヨーク、上部傾斜磁場発生コイル、下部傾斜磁場発生コイルおよび一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２７】実施の形態４における電磁石装置のリターンヨーク、上部傾斜磁場発生コイル、下部傾斜磁場発生コイルおよび一対の交番磁場発生コイルをＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【図２８】実施の形態５におけるＭＰＩ用電磁石装置を備えたＭＰＩ装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による磁気粒子イメージング用電磁石装置および磁気粒子イメージング装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明を実施するための実施の形態１におけるＭＰＩ用電磁石装置１を備えたＭＰＩ装置の構成を示す概略図である。図２は、図１の被検体６および被検体６に装着される受信コイル７を示す概略図である。
【００１４】
図１に示すＭＰＩ装置は、ＭＰＩ用電磁石装置（以下、電磁石装置と略す）１と、被検体６に装着される受信コイル７とを備える。電磁石装置１は、リターンヨーク２、傾斜磁場発生部３、交番磁場発生部４、回転機構および移動機構を備える。
【００１５】
なお、実施の形態では、磁場空間の幅方向をＸ方向とし、長さ方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。また、実施の形態では、被検体６の具体例として、被検体６が人体であるものとする。
【００１６】
リターンヨーク２は、ギャップを形成しており、Ｙ方向に延びる磁場空間を有する。換言すると、リターンヨーク２は、Ｙ方向に延びる磁場空間となるギャップを有する。リターンヨーク２は、例えば積層鋼板等の渦電流に強い鉄板を用いて構成される。
【００１７】
傾斜磁場発生部３は、リターンヨーク２に設けられる。傾斜磁場発生部３は、Ｘ方向に沿って一次的に変化するＸ方向の傾斜磁場ＨＸ１をリターンヨーク２の磁場空間に発生させ、さらに、Ｙ方向に延びる零磁場領域Ｓ１をその磁場空間に形成する。
【００１８】
具体的には、傾斜磁場発生部３は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向のそれぞれの磁場を発生させることで、傾斜磁場ＨＸ１を発生させる。零磁場領域Ｓ１は、傾斜磁場発生部３が発生させる＋Ｘ方向および−Ｘ方向のそれぞれの磁場が磁場空間の中央付近で打ち消し合うことで、磁場空間の中央付近でＹ方向に延びて形成される。図１では、零磁場領域Ｓ１の中心を通るＹ方向に延びる零磁場ラインＣＹが図示されている。
【００１９】
傾斜磁場発生部３の具体的な構成として、傾斜磁場発生部３は、例えば、図１に示すように、リターンヨーク２のギャップ側である内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる矩形状の一対の永久磁石３１によって構成される。
【００２０】
交番磁場発生部４は、リターンヨーク２に設けられる。交番磁場発生部４は、空間的に一様であり、かつ時間的に変化するＸ方向の交番磁場ＨＸ２をリターンヨーク２の磁場空間に発生させる。
【００２１】
交番磁場発生部４の具体的な構成として、交番磁場発生部４は、例えば、図１に示すように、リターンヨーク２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる環状の少なくとも一対の交番磁場発生コイル４１によって構成される。一対の交番磁場発生コイル４１には、一対の交番磁場発生コイル４１に通電する電源が接続される。
【００２２】
回転機構は、Ｚ方向を回転軸として、被検体６に対して、傾斜磁場発生部３が発生させる傾斜磁場ＨＸ１と交番磁場発生部４が発生させる交番磁場ＨＸ２とを相対的に回転させる。このように傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２が回転すると、Ｚ方向を回転軸として、零磁場領域Ｓ１もともに回転する。
【００２３】
回転機構の具体的な構成として、回転機構は、例えば、静止している被検体６に対して、リターンヨーク２を回転させるように構成される。すなわち、回転機構は、図１に示すように、リターンヨーク２のＺ方向の中心軸を回転軸ＣＺとして、リターンヨーク２を回転させることで、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を回転させる。この回転軸ＣＺは、零磁場領域Ｓ１および零磁場ラインＣＹのそれぞれに垂直であり、被検体６の体軸に一致する。リターンヨーク２が回転すると、リターンヨーク２に設けられる傾斜磁場発生部３および交番磁場発生部４もともに回転し、結果として、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２が回転する。この回転機構は、例えばモータ５を用いて構成される。
【００２４】
移動機構は、被検体６に対して、傾斜磁場発生部３が発生させる傾斜磁場ＨＸ１と交番磁場発生部４が発生させる交番磁場ＨＸ２とをＺ方向に相対的に移動させる。このように傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２が移動すると、零磁場領域Ｓ１もともにＺ方向に移動する。
【００２５】
移動機構の具体的な構成については、移動機構は、例えば、静止している被検体６に対して、リターンヨーク２を移動させるように構成される。すなわち、移動機構は、図１に示すように、リターンヨーク２をＺ方向、すなわち紙面上下方向に移動させることで、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２をＺ方向に移動させる。リターンヨーク２が移動すると、リターンヨーク２に設けられる傾斜磁場発生部３および交番磁場発生部４もともに移動し、結果として、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２が移動する。この移動機構の駆動方式としては、例えばラック・アンド・ピニオン方式が採用される。
【００２６】
受信コイル７は、例えば図２に示すように、形状が鞍型である一対のコイルによって構成される。受信コイル７は、リターンヨーク２の磁場空間に位置する被検体６中に存在する磁性粒子のＸ方向の磁化を検出する。
【００２７】
次に、傾斜磁場発生部３が発生させる傾斜磁場ＨＸ１の一例について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、図１の傾斜磁場発生部３が発生させる＋Ｘ方向および−Ｘ方向のそれぞれの磁場の様子を示す模式図である。図４は、図１の傾斜磁場発生部３が発生させる傾斜磁場ＨＸ１のＸ方向に沿った変化を示す概略図である。
【００２８】
図３から分かるように、Ｙ方向に延びる零磁場領域Ｓ１は、零磁場ラインＣＹを中心にＸ方向に広がっている。零磁場領域Ｓ１以外の領域Ｓ２では、＋Ｘ方向の磁場は、＋Ｘ方向に進むに従って強度が増加し、−Ｘ方向の磁場は、−Ｘ方向に進むに従って強度が増加する。また、図４から分かるように、傾斜磁場ＨＸ１は、Ｘ方向に沿って一次的に変化する。
【００２９】
傾斜磁場発生部３が上述した一対の永久磁石３１によって構成される場合、一対の永久磁石３１のＸ方向のギャップに対して永久磁石３１のＹ方向の長さが長ければ、Ｙ方向に一様な傾斜磁場ＨＸ１を得ることが可能である。この場合、零磁場領域Ｓ１もＹ方向に一様になる。
【００３０】
次に、交番磁場発生部４が発生させる交番磁場ＨＸ２の一例について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、図１の交番磁場発生部４が発生させる交番磁場ＨＸ２のＸ方向に沿った変化を示す概略図である。図６は、図１の交番磁場発生部４が発生させる交番磁場ＨＸ２の時間変化を示す概略図である。
【００３１】
図５および図６から分かるように、交番磁場ＨＸ２は、Ｘ方向に沿って一様であり、かつ、正弦波または余弦波で時間的に変化する。
【００３２】
ＭＰＩ装置において受信コイル７が用いられる場合、交番磁場ＨＸ２の周波数は、受信コイル７の受信感度の関係から、１ｋＨｚから２０ｋＨｚ程度であることが好ましい。
【００３３】
なお、実施の形態１では、交番磁場発生部４は、Ｘ方向の交番磁場、すなわち交番磁場ＨＸ２を発生させるように構成される場合を例示しているが、これに限定されない。すなわち、交番磁場発生部４は、交番磁場ＨＸ２の代わりに、傾斜磁場ＨＸ１と垂直な交番磁場、すなわちＹ方向またはＺ方向の交番磁場を発生させるように構成されていてもよい。
【００３４】
次に、ＭＰＩの原理について説明する。ここでは、最初に、（１）零磁場領域Ｓ１付近に沿って磁性粒子の信号が得られることについて述べ、続いて、（２）２Ｄ断層像の取得法について述べる。
【００３５】
上述の（１）について、図７および図８を参照しながら説明する。図７は、図４の傾斜磁場ＨＸ１中に存在する磁性粒子が受ける磁場を示す概略図である。図８は、図７の磁性粒子が受ける磁場と、磁性粒子の磁化との関係を表すＭＨ曲線を示す概略図である。
【００３６】
被検体６中に存在する磁性粒子が、図３および図４に例示するＹ方向に延びる零磁場領域Ｓ１に沿って存在する場合を考える。この場合、零磁場領域Ｓ１では、磁場が零であるので、磁性粒子が自由に動ける。この状態で、交番磁場ＨＸ２を被検体６に印加すると、磁性粒子の磁気モーメントは、交番磁場ＨＸ２の向きに振動する。磁性粒子の近傍に受信コイル７が配置されていれば、受信コイル７は、この磁気モーメントの振動に伴う磁束変動を受け、その結果、受信コイル７に電圧が発生する。
【００３７】
ここで、図７に示すように、傾斜磁場ＨＸ１は、＋Ｘ方向に進むに従って、線形に増加する。また、零磁場領域Ｓ１のＸ方向の位置Ａに存在する磁性粒子が受ける磁場が磁場ａＨであり、磁場ａＨが零である。さらに、零磁場領域Ｓ１以外の領域Ｓ２のＸ方向の位置Ｂに存在する磁性粒子が受ける磁場が磁場ｂＨである。
【００３８】
交番磁場ＨＸ２が磁性粒子に印加されない場合、図８に示すように、磁場ａＨを受ける磁性粒子の磁化が零であり、磁場ｂＨを受ける磁性粒子の磁化が磁化ｂＭである。
【００３９】
交番磁場ＨＸ２が磁性粒子に印加される場合、交番磁場ＨＸ２が重畳された磁場ａＨを受ける磁性粒子の磁化は、図８に示すように、交番磁場ＨＸ２の時間的な変化に伴って、ＭＨ曲線に従って変化する。同様に、交番磁場ＨＸ２が磁場ｂＨに重畳された磁場を受ける磁性粒子の磁化は、交番磁場ＨＸ２の時間的な変化に伴って、ＭＨ曲線に従って変化する。
【００４０】
このように交番磁場ＨＸ２が磁性粒子に印加された場合、図８に示すように、磁場ａＨを受ける磁性粒子は、磁化が非飽和状態であり、非線形に変化する一方、磁場ｂＨを受ける磁性粒子は、交番磁場ＨＸ２に依らず、磁化が飽和状態である。なお、ここでいう飽和状態とは、磁性粒子の磁化の大きさが変化しない状態を意味し、非飽和状態とは、磁性粒子の磁化の大きさが変化する状態を意味する。
【００４１】
磁場ｂＨを受ける磁性粒子に交番磁場ＨＸ２が印加された場合であっても、この磁性粒子の磁化は、飽和状態を維持する。この場合、受信コイル７には、交番磁場ＨＸ２と同じ周波数成分の電圧が発生する。すなわち、この場合、受信コイル７には、１次成分のみを含む電圧が発生する。
【００４２】
一方、磁場ａＨを受ける磁性粒子に交番磁場ＨＸ２が印加された場合には、この磁性粒子の磁化は、飽和状態から非飽和状態に遷移する。したがって、磁性粒子の磁化がＭＨ曲線に従って非線形に変化するので、このような磁化に対応する磁束密度、すなわち磁束は、交番磁場ＨＸ２に比例せずに非線形に変化する。この場合、受信コイル７には、交番磁場ＨＸ２と同じ周波数成分と、３次以上の高調波成分とが合成された周波数成分の電圧が発生する。
【００４３】
このように、零磁場領域Ｓ１に存在する磁性粒子に交番磁場ＨＸ２が印加された場合、受信コイル７に３次以上の高調波成分を含む電圧が発生する。一方、零磁場領域Ｓ１以外の領域Ｓ２に存在する磁性粒子に交番磁場ＨＸ２が印加された場合、受信コイル７に１次成分のみを含む電圧が発生する。したがって、受信コイル７に発生する３次以上の高調波成分の電圧が観測されることで、零磁場領域Ｓ１に存在する磁性粒子の磁化の検出が可能となる。すなわち、受信コイル７は、零磁場領域Ｓ１に沿った磁性粒子の磁化を累積磁化として検出することができる。
【００４４】
なお、受信コイル７に交番磁場ＨＸ２が鎖交するので、この交番磁場ＨＸ２の鎖交に起因した１次成分の電圧が受信コイル７に発生する。したがって、受信コイル７に発生する１次成分の電圧は、観測されない。受信コイル７に発生する３次以上の高調波成分の電圧は、例えばロックインアンプを用いて観測されたり、電圧信号をフーリエ変換することで観測されたりする。
【００４５】
続いて、上述の（２）について、図９および図１０を参照しながら説明する。図９は、図７の傾斜磁場ＨＸ１を示す概略図である。図１０は、図９の傾斜磁場ＨＸ１に交番磁場ＨＸ２が重畳されたときの傾斜磁場ＨＸ１の変化を示す概略図である。
【００４６】
ここで、上述したとおり、特許文献１に記載の従来技術では、二次元極座標系において、直線状の零磁場領域がｒ方向に往復しながらθ方向に回転するように、各対の空芯コイルが制御される。これにより、Ｘ線ＣＴと同様に、Ｒ方向およびθ方向の累積磁化分布が得られ、逆投影法の原理で２Ｄ断層画像が得られる。
【００４７】
本実施の形態では、図１０から分かるように、傾斜磁場ＨＸ１に交番磁場ＨＸ２が重畳されることによって、零磁場領域Ｓ１は、Ｘ方向に移動する。つまり、図９に示すように、傾斜磁場ＨＸ１に交番磁場ＨＸ２が重畳されない場合には、零磁場領域Ｓ１は、位置Ａに位置する。
【００４８】
これに対して、図１０に示すように、傾斜磁場ＨＸ１にプラスの交番磁場ＨＸ２が重畳された場合には、零磁場領域Ｓ１は、位置Ａに対して−Ｘ方向に移動する。傾斜磁場ＨＸ１にマイナスの交番磁場ＨＸ２が重畳された場合には、零磁場領域Ｓ１は、位置Ａに対して＋Ｘ方向に移動する。
【００４９】
このように、傾斜磁場ＨＸ１に交番磁場ＨＸ２が重畳されることによって零磁場領域Ｓ１がＸ方向に移動する。また、回転機構によって、Ｚ方向を回転軸として零磁場領域Ｓ１が回転する。つまり、本実施の形態１では、特許文献１に記載の従来技術とは異なり、複数対の空芯コイルを用いることなく、直線状の零磁場領域を往復移動させながら回転させることが可能である。
【００５０】
本実施の形態では、交番磁場発生部４は、上述したとおり、環状の少なくとも一対のコイルによって構成可能であるので、特許文献１に記載の従来技術と比べて、簡易な構造で制御性が向上する。また、リターンヨーク２を鉄製にすることで、より強い磁場を得ることが可能になる。
【００５１】
また、直線状の零磁場領域を往復移動させながら回転させるだけでは、２Ｄ画像しか得られない。本実施の形態１では、移動機構によって、零磁場領域Ｓ１がＺ方向に移動するので、３Ｄ画像が得られる。
【００５２】
次に、本実施の形態におけるリターンヨーク２の構成について、図１１〜図１６を参照しながら説明する。
【００５３】
まず、傾斜磁場発生部３が形成する零磁場領域Ｓ１について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、図１の一対の永久磁石３１をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。なお、図１１では、永久磁石３１が作る磁束線ＦＬが図示されている。
【００５４】
図１１に示すように、一対の永久磁石３１は、Ｘ方向のギャップを介してＮ極同士が向かい合うように配置される。なお、永久磁石３１が作る磁束線ＦＬは、本来、多数の線であるものの、図１１では、１本の線を代表して図示している。
【００５５】
図１１に示すＸＺ平面において、ギャップの中心をＸ＝Ｚ＝０とすると、一対の永久磁石３１のＮ極から発生する磁場は、Ｘ＝０の位置でぶつかって反発し、Ｘ＝０およびＺ＝０の位置近傍に零磁場領域Ｓ１が形成される。また、一対の永久磁石３１が例えばギャップよりもＹ方向に長い場合には、零磁場領域Ｓ１がＹ方向に延びて存在する。
【００５６】
続いて、本実施の形態１におけるリターンヨーク２と比較するための比較例について、図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２および図１３は、図１のリターンヨーク２と比較するための比較例を示す概略図である。
【００５７】
なお、図１２では、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１が図示され、図１３では、交番磁場発生コイル４１が作る磁路Ｐ２が図示されている。また、図１２および図１３に示すように、比較例として、リターンヨーク２の代わりに、互いに対向してＹ方向に延びる一対のヨーク２０が用いられている。
【００５８】
図１２に示すように、一対の永久磁石３１は、一対のヨーク２０上に個別に配置される。この場合、μの大きい鉄心を通過する磁路Ｐ１が多くなり、結果として、永久磁石３１が発生させる傾斜磁場ＨＸ１が強くなる。
【００５９】
図１３に示すように、一対の交番磁場発生コイル４１は、一対のヨーク２０を取り囲むように個別に配置される。この場合、磁路Ｐ２の大半の部分は、磁気抵抗の大きい空気領域に存在するので、結果として、交番磁場発生コイル４１が発生させる交番磁場ＨＸ２が弱くなる。
【００６０】
したがって、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２の強度を向上させるためには、磁路Ｐ１および磁路Ｐ２の設定を最適化するために、リターンヨーク２の構成を工夫する必要がある。
【００６１】
次に、本実施の形態におけるリターンヨーク２の構成について、図１４および図１５を参照しながら説明する。図１４および図１５は、図１のリターンヨーク２、一対の永久磁石３１および一対の交番磁場発生コイル４１をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【００６２】
なお、図１４では、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１が図示され、図１５では、交番磁場発生コイル４１が作る磁路Ｐ２が図示されている。
【００６３】
図１４および図１５に示すように、リターンヨーク２は、交番磁場ＨＸ２に対応して設けられ、Ｙ方向に延びる交番磁場用ヨーク２２と、傾斜磁場ＨＸ１に対応して設けられ、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる一対の傾斜磁場用ヨーク２１とを有する。一対の傾斜磁場用ヨーク２１は、断面矩形状であり、交番磁場用ヨーク２２は、断面凹形状である。
【００６４】
一対の永久磁石３１は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる。一対の永久磁石３１は、断面矩形状であり、一対の傾斜磁場用ヨーク２１上に個別に配置される。
【００６５】
一対の交番磁場発生コイル４１は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる。一対の交番磁場発生コイル４１は、一対の傾斜磁場用ヨーク２１を取り囲むように個別に配置される。
【００６６】
図１４に示すように、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１は、交番磁場発生コイル４１をμ＝１として扱えるので、最もエネルギーが小さくなるように交番磁場発生コイル４１を横切る。また、図１５に示すように、交番磁場発生コイル４１が作る磁路Ｐ２の大半の部分は、交番磁場用ヨーク２２を通過するので、交番磁場発生コイル４１は、図１３の比較例と比べて、強い磁場を発生させることが可能である。
【００６７】
ここで、図１６の比較例から分かるように、傾斜磁場用ヨーク２１は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置されることが重要である。図１６は、図１４の比較例を示す概略図である。なお、図１６では、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１が図示されている。
【００６８】
図１６に示すように、傾斜磁場用ヨーク２１が交番磁場用ヨーク２２の外側に配置される場合、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１が交番磁場用ヨーク２２を通過するので、永久磁石３１は、傾斜磁場ＨＸ１を発生させることができない。
【００６９】
したがって、本実施の形態１では、図１４に示すように、傾斜磁場用ヨーク２１が交番磁場用ヨーク２２の内側に配置される構成が採用されており、このような構成によって、磁路Ｐ１および磁路Ｐ２の設定を最適化することが可能である。
【００７０】
以上、本実施の形態１によれば、ＭＰＩ用電磁石装置は、磁場空間の幅方向をＸ方向とし、長さ方向をＹ方向としたとき、リターンヨーク内部の磁場空間にＸ方向の傾斜磁場を発生させＹ方向に延びる零磁場領域を磁場空間に形成し、交番磁場を磁場空間に発生させるように構成されている。また、ＭＰＩ用電磁石装置は、Ｚ方向を回転軸として、被検体に対して、傾斜磁場および交番磁場を相対的に回転させるように構成されている。
【００７１】
これにより、電磁石装置において、磁場空間に発生させる磁場の強度を向上させつつ、制御性を向上させることを図ることができる。また、電磁石装置において、リターンヨークを回転させることで、静止している被検体に対して、傾斜磁場および交番磁場を回転させる方式が採用されることで、コイル構成の簡易化および制御性の向上が可能になる。さらに、電磁石装置において、リターンヨークが用いられているので、強い磁場を磁場空間に発生させることが可能になる。
【００７２】
実施の形態２．
本発明を実施するための実施の形態２では、先の実施の形態１に対して、傾斜磁場用ヨーク２１と構成が異なる傾斜磁場用ヨーク２３を備えた電磁石装置１について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
図１７および図１８は、実施の形態２における電磁石装置１のリターンヨーク２、一対の永久磁石３１および一対の交番磁場発生コイル４１をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【００７４】
なお、図１７では、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１が図示され、図１８では、交番磁場発生コイル４１が作る磁路Ｐ２が図示されている。
【００７５】
図１７および図１８に示すように、一対の傾斜磁場用ヨーク２３は、互いに対向してＹ方向に延び、断面凹形状である。一対の傾斜磁場用ヨーク２３のそれぞれは、Ｙ方向に延びるベース部２３ａと、ベース部２３ａの一端からＸ方向に突出する第１の突出部２３ｂと、ベース部２３ａの他端からＸ方向に突出する第２の突出部２３ｃとを有する。一対の永久磁石３１は、一対の傾斜磁場用ヨーク２３のベース部２３ａ上に個別に配置される。
【００７６】
ここで、傾斜磁場用ヨーク２３の両端には、先の実施の形態１の傾斜磁場用ヨーク２１と異なり、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられている。この場合、永久磁石３１が作る磁路Ｐ１は、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃの分だけ、空気に対して磁気抵抗が低い鉄を通過することとなる。
【００７７】
具体的には、図１７に示すように、磁路Ｐ１の空気領域の部分は、ＰａおよびＰｂ間の磁路と、ＰｂおよびＰｃ間の磁路と、ＰｃおよびＰｄ間の磁路である。この場合、磁路Ｐ１は、先の図１４と比べて、ＰｄおよびＰｅ間の磁路の分だけ、磁気抵抗が高い空気領域を通過しないこととなる。すなわち、磁路Ｐ１は、ＰｄおよびＰｅ間の磁路の分だけ、磁気抵抗が低い鉄を通過することとなる。
【００７８】
したがって、永久磁石３１の磁気抵抗が低減し、結果として、磁路Ｐ１に対応する磁束が大きくなり、傾斜磁場ＨＸ１が強くなる。このように、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃによって、永久磁石３１は、より強い傾斜磁場ＨＸ１を発生させることができる。
【００７９】
また、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃは、傾斜磁場ＨＸ１だけでなく、交番磁場ＨＸ２にも良い影響を与える。すなわち、図１８に示すように、交番磁場発生コイル４１が作る磁路Ｐ２は、第１の突出部２３ｂを通過し、別の磁路Ｐ２は、第２の突出部２３ｃを通過し、さらに別の磁路Ｐ２は、ベース部２３ａを通過する。
【００８０】
ここで、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられる場合と、これらが設けられない場合とのそれぞれの場合の交番磁場ＨＸ２の分布について、図１９を参照しながら説明する。図１９は、図１８の傾斜磁場用ヨーク２３の両端に第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられる場合の交番磁場ＨＸ２のＺ方向の分布を示す概略図である。
【００８１】
なお、図１９では、比較例として、図１８の傾斜磁場用ヨーク２３の両端に第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられない場合の交番磁場ＨＸ２のＺ方向の分布が図示されている。
【００８２】
第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられない場合、交番磁場ＨＸ２は、先の図１５に示す傾斜磁場用ヨーク２１のＺ方向の両端部付近から、外側に漏れる。この場合、交番磁場ＨＸ２のＺ方向の分布は、図１９に示すように凸の分布になる。
【００８３】
一方、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられる場合、これらの突出部を通過する磁路Ｐ２は、ベース部２３ａを通過する磁路Ｐ２と比べて、数が多いので、交番磁場ＨＸ２の外側に漏れる分を打ち消すことができる。この場合、交番磁場ＨＸ２のＺ方向の分布は、図１９に示すように、均一領域内でよりフラットになる。
【００８４】
このように、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられることによって、Ｚ方向に沿って均一な交番磁場ＨＸ２を得ることが容易になる。特に、第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃのそれぞれのＸ方向の長さおよびＺ方向の長さが適宜調整されることで、より均一な交番磁場ＨＸ２の発生が可能になる。
【００８５】
次に、本実施の形態における傾斜磁場用ヨーク２３の構成の別例について、図２０を参照しながら説明する。図２０は、実施の形態２における電磁石装置１の別例を示す概略図である。なお、図２０では、電磁石装置１の別例のリターンヨーク２、一対の永久磁石３１および一対の交番磁場発生コイル４１をＸＺ平面で切断したときの断面が模式的に示される。
【００８６】
ここで、上述した傾斜磁場用ヨーク２３の構成では、ベース部２３ａの両端に第１の突出部２３ｂおよび第２の突出部２３ｃが設けられている。これに対して、図２０に示す傾斜磁場用ヨーク２４の構成では、交番磁場用ヨーク２２の内側面に第１の突出部２４ａおよび第２の突出部２４ｂが設けられている。
【００８７】
すなわち、図２０に示すように、一対の傾斜磁場用ヨーク２４のそれぞれは、交番磁場用ヨーク２２の内側からＸ方向に突出する第１の突出部２４ａと、第１の突出部２４ａからＺ方向に離れて、交番磁場用ヨーク２２の内側からＸ方向に突出する第２の突出部２４ｂとを有する。
【００８８】
一対の永久磁石３１は、一対の傾斜磁場用ヨーク２４の第１の突出部２４ａと第２の突出部２４ｂとの間の、交番磁場用ヨーク２２の対向する内側面上に個別に配置される。
【００８９】
以上、本実施の形態によれば、ＭＰＩ用電磁石装置は、先の実施の形態１の構成に対して、一対の傾斜磁場用ヨークの形状を工夫することで、より強い傾斜磁場および交番磁場を発生させることができるとともにより均一なＺ方向分布の交番磁場を発生させることができる。
【００９０】
実施の形態３．
本発明を実施するための実施の形態３では、先の実施の形態１に対して、リターンヨーク２、傾斜磁場発生部３および交番磁場発生部４の構成が異なる電磁石装置１について説明する。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１および２と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１および２と異なる点を中心に説明する。
【００９１】
図２１〜図２３は、実施の形態３における電磁石装置１のリターンヨーク２および一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【００９２】
なお、図２２では、傾斜磁場と交番磁場を同時に発生させる傾斜／交番磁場発生コイル８１が作る磁路Ｐ１が図示され、図２３では、傾斜／交番磁場発生コイル８１が作る磁路Ｐ２が図示されている。
【００９３】
ここで、先の実施の形態１および２では、永久磁石によって傾斜磁場ＨＸ１が発生し、コイルによって交番磁場ＨＸ２が発生する方式が採用される。これに対して、本実施の形態では、永久磁石を用いずに、コイルによって傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２が同時に発生する方式が採用される。
【００９４】
図２１〜図２３に示すように、電磁石装置１は、傾斜磁場発生部３および交番磁場発生部４の代わりに、傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２をリターンヨーク２の磁場空間に発生させる傾斜／交番磁場発生部８を備えて構成される。
【００９５】
傾斜／交番磁場発生部８は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１によって構成される。
【００９６】
一対の傾斜磁場用ヨーク２５は、互いに対向してＹ方向に延び、断面Ｅ形状である。一対の傾斜磁場用ヨーク２５のそれぞれは、Ｙ方向に延びるベース部２５ａと、ベース部２５ａの一端からＸ方向に突出する第１の突出部２５ｂと、ベース部２５ａの他端からＸ方向に突出する第２の突出部２５ｃと、ベース部２５ａの中央からＸ方向に突出する第３の突出部２５ｄとを有する。
【００９７】
一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１は、一対の傾斜磁場用ヨーク２５の第３の突出部２５ｄに個別に挿入して配置される。一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１には、一対の電源８２，８３が個別に接続される。電源８２は、一方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に通電し、電源８３は、他方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に通電する。
【００９８】
一対の電源８２，８３は、交番磁場ＨＸ２を発生させるために、一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１に同方向の電流Ｉ１を流す必要がある。また、一対の電源８２，８３は、傾斜磁場ＨＸ１を発生させるために、一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１に逆方向の電流Ｉ２を流す必要がある。
【００９９】
したがって、電源８２が一方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に流すトータルの電流Ｉと、電源８３が他方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に流すトータルの電流Ｉ’は、以下の関係式のようになる。
【０１００】
Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２
Ｉ’＝Ｉ１−Ｉ２
【０１０１】
このように、電源８２が一方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に流す電流Ｉと、電源８３が他方の傾斜／交番磁場発生コイル８１に流す電流Ｉ’とは、互いに異なる。その結果、電流Ｉおよび電流Ｉ’の符号が同じ電流成分、すなわち電流Ｉ１によって交番磁場ＨＸ２が発生し、電流Ｉおよび電流Ｉ’の符号が異なる電流成分、すなわち電流Ｉ２によって傾斜磁場ＨＸ１が発生する。
【０１０２】
図２２に示すように、一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１は、符号が異なる電流成分、すなわち電流Ｉ２によって傾斜磁場ＨＸ１を発生させることに伴って、磁路Ｐ１を作ることとなる。この場合、磁路Ｐ１は、先の実施の形態１および２と同様に、傾斜磁場用ヨーク２５を通過する。
【０１０３】
図２３に示すように、一対の傾斜／交番磁場発生コイル８１は、符号が同じ電流成分、すなわち電流Ｉ１によって交番磁場ＨＸ２を発生させることに伴って、磁路Ｐ２を作ることとなる。この場合、磁路Ｐ２は、先の実施の形態１および２と同様に、交番磁場用ヨーク２２を通過する。
【０１０４】
なお、ヨークの飽和がない場合には、磁路が重ね合わされる。また、第１の突出部２５ｂおよび第２の突出部２５ｃのそれぞれのＸ方向の長さおよびＺ方向の長さが適宜調整されることで、磁場分布を操作することが可能である。
【０１０５】
次に、本実施の形態３における電磁石装置１の構成の別例について、図２４を参照しながら説明する。図２４は、本発明の実施の形態３における電磁石装置１の別例を示す概略図である。なお、図２４では、電磁石装置１の別例のリターンヨーク２、一対の傾斜磁場発生コイル３２および一対の交番磁場発生コイル４２をＸＺ平面で切断したときの断面が模式的に示される。
【０１０６】
図２４に示すように、傾斜磁場発生部３は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる環状の一対の傾斜磁場発生コイル３２によって構成される。交番磁場発生部４は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる環状の一対の交番磁場発生コイル４２によって構成される。
【０１０７】
一対の傾斜磁場用ヨーク２６は、互いに対向してＹ方向に延び、断面Ｅ形状である。一対の傾斜磁場用ヨーク２６のそれぞれは、Ｙ方向に延びるベース部２６ａと、ベース部２６ａの一端からＸ方向に突出する第１の突出部２６ｂと、ベース部２６ａの他端からＸ方向に突出する第２の突出部２６ｃと、ベース部２６ａの中央からＸ方向に突出する第３の突出部２６ｄとを有する。
【０１０８】
一対の傾斜磁場発生コイル３２は、一対の傾斜磁場用ヨーク２６の第３の突出部２６ｄに個別に挿入して配置される。一対の交番磁場発生コイル４２は、一対の傾斜磁場用ヨーク２６を取り囲むように個別に配置される。
【０１０９】
一対の傾斜磁場発生コイル３２は、互いに並列に接続され、さらに、一対の傾斜磁場発生コイル３２には、直流電源である電源３３が並列に接続される。電源３３は、一対の傾斜磁場発生コイル３２に通電する。一対の傾斜磁場発生コイル３２は、互いに極性が逆になるように構成されるので、電源３３によって通電されることで、傾斜磁場ＨＸ１を発生させることができる。
【０１１０】
一対の交番磁場発生コイル４２は、互いに並列に接続され、さらに、一対の交番磁場発生コイル４２には、交流電源である電源４３が並列に接続される。一対の交番磁場発生コイル４２は、互いに同方向の電流が流れるように構成されるので、電源４３によって通電されることで、交番磁場ＨＸ２を発生させることができる。
【０１１１】
以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１および２の構成に対して、永久磁石の代わりにコイルを用いて傾斜磁場を発生させるように構成した場合であっても、先の実施の形態１および２と同様の効果が得られる。
【０１１２】
実施の形態４．
本発明を実施するための実施の形態４では、コイルによって傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を同時に発生する方式が採用され、先の実施の形態３とは異なる構成である電磁石装置１について説明する。なお、本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜３と異なる点を中心に説明する。
【０１１３】
図２５〜図２７は、実施の形態４における電磁石装置１のリターンヨーク２、上部傾斜磁場発生コイル３４、下部傾斜磁場発生コイル３５および一対の交番磁場発生コイル４４をＸＺ平面で切断したときの断面を模式的に示す概略図である。
【０１１４】
なお、図２５では、被検体６が図示されている。また、図２６では、上部傾斜磁場発生コイル３４および下部傾斜磁場発生コイル３５が作る磁路Ｐ１が図示され、図２７では、一対の交番磁場発生コイル４４が作る磁路Ｐ２が図示されている。
【０１１５】
図２５〜図２７に示すように、リターンヨーク２は、交番磁場ＨＸ２に対応して設けられる交番磁場用ヨーク２２と、傾斜磁場ＨＸ１に対応して設けられる上部傾斜磁場用ヨーク２７および一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８とを有する。交番磁場用ヨーク２２は、断面凹形状であり、上部傾斜磁場用ヨーク２７は、断面矩形状であり、一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８は、断面矩形状である。
【０１１６】
交番磁場用ヨーク２２は、Ｙ方向に延びる。上部傾斜磁場用ヨーク２７は、交番磁場用ヨーク２２の内側であってＺ方向上部に配置され、Ｙ方向に延びる。一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８は、交番磁場用ヨーク２２の内側であってＺ方向下部に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる。一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８は、上部傾斜磁場用ヨーク２７に対して下側に配置される。
【０１１７】
傾斜磁場発生部３は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、Ｙ方向に延びる環状の上部傾斜磁場発生コイル３４と、交番磁場用ヨーク２２の外側に配置され、Ｙ方向に延びる環状の下部傾斜磁場発生コイル３５とによって構成される。
【０１１８】
上部傾斜磁場発生コイル３４は、上部傾斜磁場用ヨーク２７の周囲に配置される。下部傾斜磁場発生コイル３５は、上部傾斜磁場発生コイル３４に対して下側に配置される。上部傾斜磁場発生コイル３４および下部傾斜磁場発生コイル３５は、互いに逆方向の電流が流れるように構成される。したがって、上部傾斜磁場発生コイル３４および下部傾斜磁場発生コイル３５に通電されることで、傾斜磁場ＨＸ１を発生させることができる。本実施の形態４の構成では、先の実施の形態１〜３の構成に対して、上部傾斜磁場用ヨーク２７が新たに設けられているので、より強い傾斜磁場ＨＸ１を発生させることができる。
【０１１９】
交番磁場発生部４は、交番磁場用ヨーク２２の内側に配置され、互いに対向してＹ方向に延びる一対の交番磁場発生コイル４４によって構成される。
【０１２０】
一対の交番磁場発生コイル４４は、一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８の周囲に個別に配置される。一対の交番磁場発生コイル４４は、互いに同方向の電流が流れるように構成される。したがって、一対の交番磁場発生コイル４４に通電されることで、交番磁場ＨＸ２を発生させることができる。
【０１２１】
ここで、リターンヨーク２内に被検体６の頭などが入る場合には、一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８間のギャップ幅Ｗ１が広いことが必要である。さらに、人体は、一般的に頭よりも肩の方が幅広である。そこで、電磁石装置１は、下部傾斜磁場発生コイル３５が交番磁場用ヨーク２２の外側に配置され、一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８間のギャップ幅Ｗ１よりも、下部傾斜磁場発生コイル３５の内側幅Ｗ２が広くなるように構成される。このような構成、すなわち、ギャップ幅Ｗ１よりも内側幅Ｗ２が広くなるように一対の下部傾斜磁場用ヨーク２８および下部傾斜磁場発生コイル３５が配置される構成によって、頭に比べてより幅広の肩を入れることが可能な空間を確保できる。
【０１２２】
図２６に示すように、上部傾斜磁場発生コイル３４および下部傾斜磁場発生コイル３５が傾斜磁場ＨＸ１を発生させることに伴って、磁路Ｐ１を作ることとなる。また、図２７に示すように、一対の交番磁場発生コイル４４が交番磁場ＨＸ２を発生させることに伴って、磁路Ｐ２を作ることとなる。
【０１２３】
以上、本実施の形態４によれば、先の実施の形態１および２の構成に対して、コイルによって傾斜磁場および交番磁場を同時に発生する方式が採用され、先の実施の形態３とは異なるように構成した場合であっても、先の実施の形態１および２と同様の効果が得られる。
【０１２４】
実施の形態５．
本発明を実施するための実施の形態５では、先の実施の形態１〜４に対して、回転機構および移動機構の構成が異なる電磁石装置１について説明する。なお、本実施の形態５では、先の実施の形態１〜４と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜４と異なる点を中心に説明する。
【０１２５】
図２８は、実施の形態５におけるＭＰＩ用電磁石装置１を備えたＭＰＩ装置の構成を示す概略図である。
【０１２６】
ここで、先の実施の形態１では、被検体６に対して傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を相対的に回転させるために、リターンヨーク２のＺ方向の中心軸を回転軸ＣＺとして、リターンヨーク２を回転させる方式が採用される。また、被検体６に対して傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を相対的に移動させるために、リターンヨーク２をＺ方向に移動させる方式が採用される。
【０１２７】
これに対して、本実施の形態５では、被検体６に対して傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を相対的に回転させるために、リターンヨーク２のＺ方向の中心軸に一致する被検体６の体軸を回転軸ＣＺとして、被検体６を回転させる方式が採用される。また、被検体６に対して傾斜磁場ＨＸ１および交番磁場ＨＸ２を相対的に移動させるために、被検体６をＺ方向に移動させる方式が採用される。
【０１２８】
具体的には、回転機構は、被検体６を回転させるために、被検体６を載置する載置部を、回転軸ＣＺを回転軸として回転可能に構成される。また、移動機構は、被検体６を移動させるために、被検体６を載置する載置部を、Ｚ方向に移動可能に構成される。なお、被検体６が人体である場合、載置部は、例えば、その人が座ることが可能な椅子である。
【０１２９】
このように、回転機構は、静止しているリターンヨーク２に対して、被検体６を回転させるように構成される。また、移動機構は、静止しているリターンヨーク２に対して、被検体６を移動させるように構成される。
【０１３０】
以上、本実施の形態５によれば、先の実施の形態１〜４の構成に対して、リターンヨークを静止し、被検体を回転させることで被検体に対して傾斜磁場および交番磁場を相対的に回転させるように構成されている。このように、リターンヨークではなく、リターンヨークよりも軽い被検体を回転させる構成が採用されているので、電磁石装置の構成のさらなる容易化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  ＭＰＩ用電磁石装置、２  リターンヨーク、２０  ヨーク、２１  傾斜磁場用ヨーク、２２  交番磁場用ヨーク、２３  傾斜磁場用ヨーク、２３ａ  ベース部、２３ｂ  第１の突出部、２３ｃ  第２の突出部、２４  傾斜磁場用ヨーク、２４ａ  第１の突出部、２４ｂ  第２の突出部、２５  傾斜磁場用ヨーク、２５ａ  ベース部、２５ｂ  第１の突出部、２５ｃ  第２の突出部、２５ｄ  第３の突出部、２６  傾斜磁場用ヨーク、２６ａ  ベース部、２６ｂ  第１の突出部、２６ｃ  第２の突出部、２６ｄ  第３の突出部、２７  上部傾斜磁場用ヨーク、２８  下部傾斜磁場用ヨーク、３  傾斜磁場発生部、３１  永久磁石、３２  傾斜磁場発生コイル、３３  電源、３４  上部傾斜磁場発生コイル、３５  下部傾斜磁場発生コイル、４  交番磁場発生部、４１  交番磁場発生コイル、４２  交番磁場発生コイル、４３  電源、４４  交番磁場発生コイル、５  モータ、６  被検体、７  受信コイル、８  傾斜／交番磁場発生部、８１  傾斜／交番磁場発生コイル、８２  電源、８３  電源。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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