(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場発生領域を挾んで、対向して、ほぼ平行に配置された２個の静磁場発生源と、該静磁場発生源が前記静磁場発生領域に発生させた静磁場の均一性を高めるための磁場補正手段と、前記静磁場発生領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記静磁場発生源，磁場補正手段，傾斜磁場発生手段を覆うカバーとを有し、
前記傾斜磁場発生手段は、２組のほぼ平坦な形状をもつ主コイルとシールドコイルとから成り、該主コイルと該シールドコイルは前記静磁場発生源とほぼ平行で、かつ該主コイルが前記静磁場発生領域に近い側に位置するように配置され、
前記磁場補正手段の少なくとも一部が、前記主コイルと前記シールドコイルとの間に配置されている静磁場発生装置において、
前記カバーの前記静磁場発生領域に近接する部分の外形はほぼ平坦な面とテーパーをもつ面との組合せから成り、前記ほぼ平坦な面は前記静磁場発生領域に対向する位置にあって、その外径は前記カバーの外周の径より小さく、前記テーパーをもつ面の直径は、前記ほぼ平坦な面から遠くなるにつれて大きくなることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段が前記傾斜磁場発生手段の主コイル、又はシールドコイルのいずれか一方に近接して配置されていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項３】
請求項２記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段が前記傾斜磁場発生手段の主コイル、又はシールドコイルのいずれか一方に一体化されていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段の実質的な直径が、前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルの実質的な直径よりも大きくないことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記静磁場発生源は前記静磁場発生領域に対向する面側のほぼ中央部に凹部を有し、前記傾斜磁場発生手段のうち少なくともシールドコイルが前記凹部内に配置され、前記磁場補正手段の少なくとも一部が前記傾斜磁場発生手段の主コイルとシールドコイルの間に配置されたことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項６】
請求項５記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段の少なくとも一部が前記傾斜磁場発生手段の主コイルに近接して配置されたことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段がシムコイルであることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項８】
請求項７記載の静磁場発生装置において、前記シムコイルがシム・主コイルとシム・シールドコイルとから構成されていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項９】
請求項８記載の静磁場発生装置において、前記シム・主コイルは前記傾斜磁場発生手段の主コイルに近接して配置され、前記シム・シールドコイルは前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルに近接して配置されていることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１０】
請求項５及び６記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段は第１磁場補正手段と第２磁場補正手段とから構成され、該第１磁場補正手段は前記静磁場発生領域に近い側に配置され、該第２磁場補正手段は前記凹部内に配置されたことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記磁場補正手段の実質的な直径が、前記主コイルと前記シールドコイルの内の少なくとも一方の直径と異なることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルの直径が主コイルの直径より大きいことを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の静磁場発生装置において、前記静磁場発生源が超電導磁石であることを特徴とする静磁場発生装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の静磁場発生装置を用いた磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に適した静磁場発生装置に係り、特に、大きな開口を備えた開放感のあるＭＲＩ装置を実現可能にする静磁場発生装置の磁場補正技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第１の例を図９，図１０に示す。図９，図１０は、水平磁場方式の超電導磁石装置の構成を示しており、図９は装置全体の断面図、図１０は傾斜磁場コイルの斜視図である。図９において、静磁場発生用磁石（超電導磁石）１は円筒形状をしており、その内部の均一磁場領域２に水平方向（Ｚ軸方向）の静磁場Ｂ0を発生させている。超電導磁石１では、コイル３に超電導線材を用いるために、所定の温度にまで冷却する必要があり、超電導コイル３は真空容器４や冷媒容器（図では、液体ヘリウム容器）５などから構成される冷却容器６の中に保持される。
【０００３】
また、超電導磁石１の内径側には、１組の傾斜磁場コイル７が配置されている。傾斜磁場コイル７は、１組の円筒上に構成されており、３次元空間に合わせてＸ，Ｙ，Ｚの３方向の傾斜磁場を発生させる。最近では、傾斜磁場コイル７に近接した導電体（具体的には、超電導磁石の真空容器や熱シールド材など）に発生する渦電流を抑制するため、図１０に示すように、傾斜磁場コイル７は主コイル８とシールドコイル９とで構成され、主コイル８の外周にシールドコイル９が同軸に配置されるのが一般的である。この時、主コイル８は主に均一磁場領域２に所定の傾斜磁場を発生させ、シールドコイル９は主コイル８と逆方向の磁場を発生することにより、傾斜磁場コイル７の外部に生じる磁場強度を低減させる作用をする。この働きにより、上記の渦電流の発生を効果的に抑制することができる。
【０００４】
さらに、超電導磁石１の内径側には、円筒の内周に沿う形で磁場補正手段１０が設けられている。これは、超電導磁石１だけでは補正しきれない均一磁場領域２の磁場均一度を改良し、画質を更に向上させるために用いるものである。この磁場補正手段１０には、一般にパッシブシムと呼ばれる磁性体（鉄，永久磁石等）を用いたものが採用されている。また、最近では、被検者が超電導磁石１の均一磁場領域２内に挿入された時に生じる磁場の乱れを補正するためにも、磁場補正手段１０が使用されている。この場合には、被検者ごとに補正量が異なるので、コイルを用いたもの（シムコイルと呼ばれている）が採用されている。シムコイルでは、そのコイルに流れる電流量を調整して、磁場均一度の補正を行っている。シムコイルは、プリント基板と同様なエッチング加工、あるいはウォータージェット加工などにより作成される。また、線材を絶縁基材の上に、所定のパターンを形成するように、這い回すことによっても作成することができる。
【０００５】
上記のパッシブシムの一例が、特開平８−１６４１１８号公報に開示されている。この例では、水平磁場方式の円筒形磁石の内周に配置された傾斜磁場コイルをインナーコイルとアウターコイルで構成し、アウターコイルの支持体の内周又は外周に、パッシブシムを設置するもので、この構成により、傾斜磁場コイルの効率を向上させている。
【０００６】
また、シムコイルを使用する場合には、傾斜磁場コイルにパルス状の電流を流すときに、シムコイルとの間に干渉が生じ、画像に悪影響を与える場合がある。これを抑止するための技術として、特開昭６２−２６６０４２号公報に、ＬＣＲの並列回路をシムコイルに直列接続する方法が、特開平１−２８４２３９号公報に、傾斜磁場コイルにより誘起される電圧を打ち消すためのキャンセルコイルを用いる方法が開示されている。
【０００７】
上記の従来技術の問題点としては、図９から判るように、被検者の入る計測空間（均一磁場領域に対応）２が狭く、被検者の周囲が超電導磁石１によって完全に囲まれている。この結果、被検者が閉塞感を感じ、時には、被検者がＭＲＩ装置内に入ることを拒否する場合もあった。また、装置の外部から、術者が被検者へのアクセスすることも困難であった。
【０００８】
図１１，図１２には、従来のＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第２の例を示す。この例では、静磁場発生装置として永久磁石等を用いた対向型の磁気回路が採用されている。図１１において、静磁場発生装置５０は、上下方向に対向して配置された静磁場発生用磁石（永久磁石）１１と、永久磁石１１を支持する継鉄板１２と、上下の継鉄板１２を間隔を保持して支持する柱状継鉄１３と、永久磁石１１の対向面側に取り付けられたポールピース１４とから構成される。磁気回路は、上側の永久磁石１１、上側のポールピース１４、均一磁場領域２、下側のポールピース１４、下側の永久磁石１１、下側の継鉄板１２、柱状継鉄１３、上側の継鉄板１２、の経路で形成され、均一磁場領域２に上下方向の均一な垂直静磁場が発生する。この磁気回路で使用される傾斜磁場コイル１５は、図１１，図１２に示す如く、平板形状をしており、均一磁場領域２を挾んで対向して配置されている。この傾斜磁場コイル１５は、図１２（ｂ）に示す如く、ポールピース１４の凹部１６に収容されるのが一般的である。これは、上下に配置されたポールピース１４の間の距離をできるだけ縮めることにより、磁気回路の製造原価を抑制するために重要である。
【０００９】
また、本例の場合傾斜磁場コイルによる渦電流発生対策技術として、特開平６−２５１９３０号公報に開示されているポールピースの素材に電気抵抗の高い材料を採用することにより、傾斜磁場コイルを駆動した時でも渦電流を発生させないようにする技術が用いられている。このため、第１の従来例の場合と異なり、傾斜磁場コイルには、シールドコイルを含まないのが通例であった。
【００１０】
一方、磁場補正手段としては、本例の場合にも、第１の従来例と同様に、パッシブシム、又はシムコイルを用いる方法が採用されている。パッシブシムを用いる場合には、ポールピースの表面に鉄片や磁石片を配置する方法が一般的である。また、シムコイルを用いる例としては、ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置用として、平板形状の磁石に対応して、平板形状のコイルパターンを採用したものが、特公昭４０−２６３６８号公報に開示されているが、これはＭＲＩ装置用にも流用できる。
【００１１】
このようなシムコイルを垂直磁場方式のＭＲＩ装置に適用する場合には、特開平７−３０３６２０号公報、特開平８−６６３７９号公報に開示されている如く、ポールピース（整磁板）の近傍に配置されている。従来の垂直磁場方式の静磁場発生装置に使用される傾斜磁場コイルは、上述した如く、シールドコイルを含まない構造になっている。従って、シムコイルの配置としては、傾斜磁場コイルに対して、均一磁場領域２に近い側に置くか、あるいは遠い側（ポールピースに近い側）に置くかいずれかの方法がとられている。また、製造原価を抑制するために、傾斜磁場コイルと同様に、ポールピースの凹部に収容することが通例であった。
【００１２】
図１１から明らかなように、永久磁石等を用いた対向型の磁気回路を含む静磁場発生装置では、四方が開放されているために、第１の従来例で述べた被検者に閉塞感を与えるという問題点は解消されている。一方、ＭＲＩ装置での画質は静磁場発生装置の静磁場強度に大きく依存し、画質を向上するためにはできるだけ高い静磁場強度を得ることが望ましい。
しかしながら、永久磁石や常伝導磁石を用いた磁気回路の場合には、高い静磁場強度を得ることが難しく、０．３テスラ程度が上限であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
被検者が開放感を得ることができ、かつ、高い静磁場強度を得られるＭＲＩ装置用静磁場発生装置として、本発明者等は開放型の超電導磁石装置を考案している（特願平７−３３６０２３号）。この装置は、超電導磁石を静磁場発生用磁石として用いることにより、高い静磁場強度を得るとともに、その外形を開放的な形状としたことに特徴がある。しかし、この超電導磁石装置の場合には、傾斜磁場コイルに面する冷却容器がアルミニウムやステンレスなどの材質により作られている。このため、従来技術の第２の例で紹介したように、十分に電気抵抗を高めることが難しく、傾斜磁場コイルによる渦電流の抑制が困難であった。また、静磁場強度が高くなったことにより、静磁場の均一度に関しても高い精度が必要となった。静磁場強度が高くなったことにより、傾斜磁場コイルによる渦電流の抑制が困難になり、静磁場の均一度に関してもより高い精度が必要となった。
【００１４】
渦電流を抑制するためには、第２の従来例で述べたように、ポールピース材質として電気抵抗の高い材料を選択するだけでは不十分である。このため、本発明者等は渦電流の影響を大幅に低減できる傾斜磁場コイルの構成について考案している（特願平８−９９６７０号）。
【００１５】
しかしながら、この構成の傾斜磁場コイルにおいては、第２の従来例で示した傾斜磁場コイルに比べて、その厚さが増加する。一方、静磁場発生装置の均一磁場領域側には、傾斜磁場コイルと磁場補正手段、更には、高周波（ＲＦ）照射コイルを配置する必要がある。静磁場発生装置の開放感を得るためには、被検者の入る計測空間（均一磁場領域）をできるだけ広く確保する必要がある。このため、傾斜磁場コイル，磁場補正手段，ＲＦ照射コイルを計測空間と静磁場発生用磁石の内壁との間の狭い空間に配置する必要がある。
【００１６】
しかし、従来技術においては、上記のような開放型の静磁場発生装置及び傾斜磁場コイルに対応できる磁場補正手段の構造についての検討はなされていなかった。
従って、本発明では上記の課題を解決し、開放型の静磁場発生用磁石及び傾斜磁場コイルに適した磁場補正手段を備えた静磁場発生装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の静磁場発生装置では、静磁場発生領域を挾んで、対向して、ほぼ平行に配置された２個の静磁場発生源と、該静磁場発生源が前記静磁場発生領域に発生させた静磁場の均一性を高めるための磁場補正手段と、前記静磁場発生領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記静磁場発生源、磁場補正手段、傾斜磁場発生手段を覆うカバーとを有する静磁場発生装置において、前記傾斜磁場発生手段は２組のほぼ平坦な形状をもつ主コイルとシールドコイルとから成り、該主コイルと該シールドコイルは前記静磁場発生源とほぼ平行で、かつ該主コイルが前記静磁場発生領域に近い側に位置するように配置され、前記磁場補正手段の少なくとも一部が前記主コイルと前記シールドコイルとの間に配置されている。
【００１８】
この構成では、垂直磁場方式の静磁場発生源をもち、傾斜磁場発生手段の主コイルとシールドコイルとの間に磁場補正手段が配置されているので、静磁場発生源のもつ開放性を損なうことなく、静磁場発生領域に発生させる傾斜磁場の直線性を良くし、外部への漏洩磁場を小さくできる。また、従来静磁場発生源に近接して配置されていた磁場補正手段が主コイルとシールドコイルの間に配置されているため、この磁場補正手段の厚さに相当する分だけのスペースが削減可能となり、その結果、被検者の入る計測空間をより広く確保することができる。
【００１９】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段が前記傾斜磁場発生手段の主コイル、又はシールドコイルのいずれか一方に近接して配置されている。この構成では、磁場補正手段を取り付ける支持部として傾斜磁場発生手段の主コイル部分、又はシールドコイル部分を利用できるので、静磁場発生源と計測空間との間のスペースを更に節約可能となる。
【００２０】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段が前記傾斜磁場発生手段の主コイル、又はシールドコイルのいずれか一方に一体化されている。この構成では、一体化により、磁場補正手段の機械的強度を傾斜磁場発生手段に負担させることができるので、磁場補正手段のシムコイルなどの厚さを薄くすることができる。その結果、シムコイルなどの加工が容易になる。
【００２１】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段の実質的な直径が、前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルの実質的な直径よりも大きくならないように構成されている。この構成では、磁場補正手段の外径がシールドコイルの外径より小さくり、これらを覆うカバーの外形がその周辺部で大きくなることはないので、静磁場発生装置の開放性を損なうこともなく、また被検者へのアクセス性も確保される。
【００２２】
本発明の静磁場発生装置では更に、静磁場発生領域を挾んで、対向して、ほぼ平行に配置された２個の静磁場発生源と、該静磁場発生源が前記静磁場発生領域に発生させた静磁場の均一性を高めるための磁場補正手段と、前記静磁場発生領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記静磁場発生源、磁場補正手段、傾斜磁場発生手段を覆うカバーとを有する静磁場発生装置において、前記静磁場発生源は前記静磁場発生領域に対向する面側のほぼ中央部に凹部を有し、前記傾斜磁場発生手段は２組のほぼ平坦な形状をもつ主コイルとシールドコイルから成り、前記傾斜磁場発生手段のうち少なくともシールドコイルが前記凹部内に配置され、前記磁場補正手段の少なくとも一部が前記傾斜磁場発生手段の主コイルとシールドコイルの間に配置されている。
【００２３】
この構成では、静磁場発生源に設けられた凹部に、傾斜磁場発生手段の一部又は全部及び磁場補正手段の一部又は全部が収容できるので、静磁場発生源の表面からはみ出した傾斜磁場発生手段などの厚さを薄くでき、広い計測空間を確保することが可能となる。また、傾斜磁場発生手段のシールドコイルを凹部内に配置することにより、主コイルとシールドコイル間の間隔も一定値以上に確保できるので、傾斜磁場発生手段の性能も十分発揮できる。
【００２４】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段の少なくとも一部が前記傾斜磁場発生手段の主コイルに近接して配置されている。この構成では、磁場補正手段が主コイルに近接して配置されることにより、磁場補正手段が傾斜磁場発生手段の支持機構を兼ねることが可能となる。この結果、スペースの節約ができ、計測空間を広く確保できるので、より大きな開放感が得られる。
【００２５】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段がシムコイルである。この構成では、磁場補正手段をシムコイルで構成することにより、コイル電流の制御により静磁場の補正が可能であり、コイル電流を大きくすることで、大きな磁場補正ができ、また、コイル電流を時間的に変化させることにより、ダイナミックな磁場補正もできる。
【００２６】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記シムコイルがシム・主コイルとシム・シールドコイルとから構成されている。この構成では、シムコイルが分割されて、シム・シールドコイルが設けられているので、シム・主コイルによりシムコイルの外側に発生された漏洩磁場量を有効に低減することが可能である。この結果、ダイナミックな磁場補正を行う際に、渦電流による悪影響が少ないので、コイル電流をより高速に時間変化させることが可能である。
【００２７】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記シム・主コイルは前記傾斜磁場発生手段の主コイルに近接して配置され、前記シム・シールドコイルは前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルに近接して配置されている。この構成では、シム・主コイルが傾斜磁場発生手段の主コイルに近接して配置されているので、シム・主コイルと静磁場発生源との距離が十分に確保され、かつ、シム・主コイルの外側にシム・シールドコイルが配置されているので、シム・主コイルのシム効果を十分に発揮させることができる。
【００２８】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記磁場補正手段は第１磁場補正手段と第２磁場補正手段とから構成され、該第１磁場補正手段は前記静磁場発生領域に近い側に配置され、該第２磁場補正手段は前記凹部内に配置されている。この構成では、磁場発生手段を分割したことにより、その一部を凹部に収容可能となる。その結果、凹部外に配置された第１磁場補正手段の厚さを薄くすることができるので、計測空間の広さを大きくするのに寄与する。
【００２９】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記カバーの前記静磁場発生領域に近接する部分の外形はほぼ平坦な面とテーパーをもつ面との組合せから成り、前記ほぼ平坦な面は前記静磁場発生領域に対向する位置にあって、その外径は前記カバーの外周の径より小さく、前記テーパーをもつ面の直径は、前記ほぼ平坦な面から遠くなるにつれて大きくなる。
【００３０】
この構成では、計測空間の近傍のカバーの外形がほぼ平坦な面とテーパーをもつ面の組合せで構成されているので、計測空間の周辺には被検者の視界を遮るものが殆どなくなり、被検者の開放感が大幅に改善されると共に、術者の被検者へのアクセス性が更に向上する。
【００３１】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記傾斜磁場発生手段のシールドコイルの直径が主コイルの直径より大きい。この構成では、主コイルが傾斜磁場発生手段の外側に発生する磁場に対するシールドコイルのシールド効果を高めることができるので、傾斜磁場発生手段の外側への漏洩磁場量の低減に寄与する。
【００３２】
本発明の静磁場発生装置では更に、前記静磁場発生源が超電導磁石である。この構成では、超電導磁石を用いることにより、計測空間に従来より大きな静磁場を発生することができるので、得られる画質の解像度の向上を図ることができる。
【００３３】
本発明のＭＲＩ装置では、前記静磁場発生装置を磁石装置として使用したものである。この構成のＭＲＩ装置では、大きな開放感が得られ、また被検者へのアクセスも容易となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、図面の符号に関しては、従来の技術の欄の説明で使用した図面に図示したものと同じ機能のものには同じ符号を付すことにする。
図１及び図２は、本発明の静磁場発生装置の第１の実施例を示す。図１は、縦断面図、図２は外観斜視図である。
【００３５】
本実施例においては、静磁場発生用磁石が超電導磁石の場合について説明する。図１において、超電導磁石１は、本発明者等が先に考案したもの（特願平７−３３６０２３号）で、垂直磁場方式のものである。そのため、この装置では従来の水平磁場方式の超電導磁石と比較して、被検者にとっての開放感が大幅に増加している。
【００３６】
超電導磁石１の基本的構成は、均一磁場領域２に垂直方向の均一な静磁場Ｂ0を発生するための超電導コイル３と、超電導コイル３を所定の超電導特性が得られる温度に冷却・保持するための冷却容器６である。図では簡単のため最も外側にあり、熱の対流による放散を防ぐために全体を内包している真空容器４のみを冷却容器６として示した。冷却容器６としては、真空容器４の他に、超電導コイル３を浸す液体ヘリウム容器５や、熱の輻射を防ぐための熱シールドなどから構成されている。
【００３７】
超電導コイル３は、装置中央の均一磁場領域２を挾んで上下対称に設置されている。それに対応して、冷却容器６も円筒状のものが上下対称に設置され、２個の冷却容器６はその間にある支柱２１によって所定の間隔を維持して保持される。この支柱２１は、上下の冷却容器６を機械的に支える働きをしている。超電導磁石１を上述の如く構成することにより、高い磁場均一度と広い開口を有する開放感のある静磁場発生用磁石を得ることができる。
【００３８】
冷却容器６を保持する支柱２１には、必要によっては、上下の冷却容器６に内包される液体ヘリウム容器５を熱的に接続する働きを持たせても良い。そのようにすると、液体ヘリウム容器５を冷却する冷凍機を上下に１台ずつ設ける必要はなくなり、装置全体に対し１台の冷凍機で間に合わせることが可能となる。また、支柱２１の本数も図示の２本に限定する必要はなく、３本，４本と増やすこともできるし、更に開放感を増やすためには、片持ちの１本の支柱としても良い。
【００３９】
一方、傾斜磁場コイル１５も、均一磁場領域（計測空間）２を挾んで、上下対称に配置されている。上下の傾斜磁場コイル１５は、それぞれ平板状の主コイル２２とシールドコイル２３とから構成されている。主コイル２２は主に均一磁場領域２内に所定の傾斜磁場を発生させる働きを行い、シールドコイル２３は、主コイル２２が均一磁場領域２の側と逆方向の側に発生する磁場を打ち消すための磁場を発生させることにより、超電導磁石１の側に磁場を漏らさないようにする働きを行う。この働きにより、超電導磁石１における渦電流の発生を抑制することができる。このとき、シールドコイル２３も均一磁場領域２に磁場を生成するので、所定の磁場を均一磁場領域２に発生させるためには、シールドコイル２３による磁場の寄与分も考慮する必要がある。
【００４０】
主コイル２２とシールドコイル２３との位置関係に関しては、先ず、シールドコイル２３の外径は通常図示の如く主コイル２２の外径よりも大きくしてある。（通常少なくとも小さくならないようにしている。）これは、傾斜磁場コイル１５の外側への漏洩磁場量を抑制するためである。また、主コイル２２とシールドコイル２３との間には適当な間隔がとられている。これは、傾斜磁場コイル１５を構成する主コイル２２とシールドコイル２３とは、必ず一定以上の距離を離す必要があるためである。すなわち、傾斜磁場コイル１５の外側の導電体（超電導磁石１の表面など）に渦電流を発生させないようにするために、主コイル２２とシールドコイル２３に逆方向の電流を流す必要がある。従って、両コイルに流す電流量を一定にした場合、両コイル間の距離が近付くほど計測空間２に発生できる傾斜磁場強度が低下する。このため、主コイル２２とシールドコイル２３の間の距離は、必要とする傾斜磁場強度と、傾斜磁場コイル１５を駆動する電源容量とによって決まる一定値以上にとる必要がある。
【００４１】
図示では、主コイル２２もシールドコイル２３も、１枚の円板として、表わされているが、実際には、両コイルともＸ，Ｙ，Ｚの３方向に対応した３組の傾斜磁場コイルから成る。それぞれのコイルの電流分布（パターン）は、上述の如く、計測空間２に所定の傾斜磁場を発生させ、かつ、超電導磁石１の側に漏れる磁場量を抑制するように選択される。この電流分布の選択は、計測空間２に発生させる傾斜磁場の直線性を最良にし、外側へ漏洩する磁場量を最小にし、傾斜磁場コイル１５に通電する単位電流当りに発生する傾斜磁場強度を最大にし、傾斜磁場コイル１５のインダクタンスを最小にするように行われる。
【００４２】
図示の如き円板状の傾斜磁場コイル２２，２３を用いることによって、計測空間２の周辺を遮ることがないので、超電導磁石１のもつ開放性も損なわれることはなく、高性能の傾斜磁場を発生させることができる。このような傾斜磁場コイル１５の構成については、本発明者等が既に特許出願をしている（特願平８−９９６７０号）。
【００４３】
本実施例では、傾斜磁場コイル１５を構成する主コイル２２とシールドコイル２３との間に、平板形状をもつ磁場補正手段２４が配置されている。傾斜磁場コイル１５を構成する主コイル２２とシールドコイル２３との間は、上述の如く、必ず一定値以上の距離を離すことになるので、両コイル間に磁場補正手段２４を配置することは、計測空間２と超電導磁石１の内側面２５との間の狭い空間を有効に利用することになる。従来技術では、磁場補正手段２４は傾斜磁場コイル１５の外側に配置されていたので、本実施例のように磁場補正手段２４を両コイル間に配置することにより、磁場補正手段２４の厚さに相当する分だけのスペースを削減することが可能となる。この結果、被検者の入る計測空間２をより広く確保することができるので、開放感のある静磁場発生装置を提供することができる。
【００４４】
本実施例で用いる磁場補正手段２４としては、従来技術と同様に、パッシブシム（鉄，磁石等の磁性体）やシムコイルを用いることができる。また、両者を併用することも可能である。磁場補正手段としてシムコイルを用いる場合には、磁場補正が必要となる程度に応じて、コイルの数が決定される。高次項まで補正するためには、当然、必要となるコイルの数が増えるためにシムコイル全体が厚くなるとともに、コイルに電流を流すための電源やその制御装置などのシステムも多く必要となる。
【００４５】
上述の如く、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２とシールドコイル２３の間の間隔を広くすると、磁場補正手段２４にシムコイルを用いた場合に、そのコイル導体の径を太くすることができるので、一定電流を流した際の発熱量が減少する。その結果、シムコイル電流を従来より多く流すことができるので、従来技術を用いた場合に比べて、大きな磁場補正が可能となり、磁場均一度が従来より悪い場合でも対応が可能となる。このことは、磁場補正手段２４にパッシブシムを用いた場合にも同様な効果が得られる。すなわち、パッシブシムを配置する空間が広くなったので、従来技術の場合よりも大きなシミング片を利用できるので、大きな磁場補正が可能となる。
【００４６】
また、本実施例の場合、磁場補正手段２４のシムコイルは、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２とシールドコイル２３との間に配置されているので、シムコイルと超電導磁石などの静磁場発生用磁石との間の距離が、従来技術の場合に比べて大きくなる。このことは、シムコイルに流す電流量を時間的に変化させて、ダイナミックに計測空間２の静磁場を補正する場合などに有利になる。すなわち、シムコイル電流の時間的変化により、静磁場発生用磁石を構成している導電体に誘起される渦電流が、シムコイルの位置が静磁場発生用磁石に近い場合に比べて少なくなる。導電体に誘起される渦電流は、計測空間２に望ましくない磁場を発生するために、ＭＲＩ装置の画質を悪化させる。従って、本実施例を用いた場合には、シムコイル電流の高速な切り替えを行っても、画像に対する影響を少なくすることができる。
【００４７】
さらに、本実施例を図３により詳しく説明する。本発明の静磁場発生装置の基本構成は上下対称になっているので、図３では本実施例の下側部分のみの断面を示した。
【００４８】
図３には、超電導磁石１及び傾斜磁場コイル１５を覆うカバー２５が図示されている。カバー２５は、実際の装置では不可欠のもので、被検者や術者が超電導磁石１や傾斜磁場コイル１５等の構成要素に直接触れないように、安全のために設けられている。従って、このカバー２５により、装置の外観が決められる。また、術者が被検者に対し何らかの処置を行う場合にも、このカバー２５の外形により被検者にアクセスできる距離が決められる。従って、装置での開放感を得るため、及び被検者へのアクセスを容易にするためには、このカバー２５の外形はできるだけ小さく形成されていることが望ましい。
【００４９】
一方、カバー２５の形状・寸法は、内蔵する傾斜磁場コイル１５や磁場補正手段２４の形状・寸法に依存する。一般的に、傾斜磁場コイル１５の外部への漏洩磁場を抑制するためには、シールドコイル２３の直径は主コイル２２の直径よりも大きく設定される。従って、図３に示す如く、できるだけカバー２５の外形を小さくしようとした場合に、磁場補正手段２４の外径は主コイル２２の外径とシールドコイル２３の外径の中間にあって、前者より小さくなく、後者より大きくないことが望ましい。このように構成することで、カバー２５の計測空間２に面する部分をほぼテーパー形状に形成することができる。カバー２５の外形は必ずしもテーパー形状でなくともよいが、図３において、上部がほぼ平坦で最小径となり、下部に行くにつれて外径が大きくなるのが望ましい。カバー２５の外形がこのように構成されることにより、被検者の開放感も増し、術者の被検者へのアクセスも容易になる。
【００５０】
本発明の静磁場発生装置の第２の実施例を図４及び図５に示す。図４，図５とも、図３の場合と同様、静磁場発生装置の下側部分のみの断面図である。本実施例では、磁場補正手段２４を、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２とシールドコイル２３との間に配置し、さらに主コイル２２、又はシールドコイル２３に近接して配置したものである。一般に、傾斜磁場コイル１５は、ローレンツ力による振動を抑制するために、厚い構造材を用いて強固に作られている。そのため、これらの傾斜磁場コイル２２，２３を磁場補正手段２４を取り付ける支持体として用いることができ、その結果、傾斜磁場コイル１５の近傍部のスペースを更に節約することができる。
【００５１】
更に、磁場補正手段２４としてシムコイルを使用する場合には、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２、又はシールドコイル２３とシムコイルを一体化することも可能である。両者を一体化することにより、機械的な強度を傾斜磁場コイルに負担させることができるので、シムコイルの厚さを薄くすることができる。このように構成することにより、シムコイル製作を容易にし、製造原価も低減できる。
【００５２】
傾斜磁場コイルとシムコイルを一体化するためには、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２、又はシールドコイル２３とシムコイルとをエポキシ系の接着剤などにより固着する方法などを用いることができる。傾斜磁場コイル１５には数百ボルトの電圧が印加されるので、シムコイルと傾斜磁場コイル１５との間には電気絶縁を施す必要がある。また、両コイルを一体化する際には、傾斜磁場コイル１５の引き出し線材のためのスペースを、シムコイルと傾斜磁場コイル１５との間に設けることができる。
【００５３】
傾斜磁場コイル１５の主コイル２２とシールドコイル２３との間には、一般には、傾斜磁場コイル１５による強力な磁場が発生し、シムコイルとの干渉を引き起こす。この干渉に対しては、従来の技術の欄でも述べた如く、シムコイルの回路にＬＣＲのフィルターやキャンセル用のコイルを接続して、干渉しにくいシムコイルにすることが可能である。あるいは、傾斜磁場コイル（１次項を発生するコイル）と特に干渉を起こしやすい３次，５次などの奇数次の項を発生するコイルだけをシールドコイル２３と超電導磁石１との間に配置することも選択できる。これは、傾斜磁場コイルにより作られる磁場が、主コイル２２とシールドコイル２３との間の空間における値よりも、シールドコイル２３の外側における値の方が小さいために、干渉が生じにくいことによる。この場合にも、傾斜磁場コイル１５と干渉しにくいシムコイルを、主コイル２２とシールドコイル２３の間に配置することにより、その厚さに相当するスペースを削減することが可能である。
【００５４】
また、一般に、シールドコイル２３の総電流量は、主コイル２２の総電流量より少ないため、主コイル２２とシールドコイル２３との間のスペースにおいても、シールドコイル２３に近い位置の方が、傾斜磁場コイル１５による磁場強度は低くなっている。従って、傾斜磁場コイル１５とシムコイルとの干渉を特に避けたい場合には、シールドコイル２３に近い側の位置にシムコイルを配置することが有効である。
【００５５】
本発明の静磁場発生装置の第３の実施例を図６に示す。図６は、静磁場発生装置の下側部分のみの断面図である。本実施例では、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２とシールドコイル２３の間に、磁場補正手段２３のシムコイルが配置され、このシムコイルが２つのシムコイル、シム・主コイル２６とシム・シールドコイル２７とから構成されるものである。シムコイルの場合にも、シム・シールドコイル２７の直径は、シム・主コイルの直径より大きく作られている。本実施例のように、シム・主コイル２６の外側にシム・シールドコイル２７を配置することにより、傾斜磁場コイルの場合と同様に、シム・シールドコイル２７が磁石側に発生する漏洩磁場を抑制する働きを行い、導電体に発生する渦電流量を更に低減できるので、積極的にシムコイルの電流の切り替えを行うことができる。
【００５６】
また、シム・主コイル２６を傾斜磁場コイル１５の主コイル２２側の近傍に配置し、シム・シールドコイル２７を傾斜磁場コイル１５のシールドコイル２３側の近傍に配置することにより、シム・主コイル２６とシム・シールドコイル２７との距離を確保できるので、シムコイルの効率を殆ど低減させずにすむ。従来技術では、この距離が確保できなかったため、効率の良い、シールドされたシムコイルを構成することは困難であった。なお、シム・シールドコイル２７の位置は、傾斜磁場コイル１５のシールドコイル２３に対し、内側又は外側のいずれでも良い。
【００５７】
本発明の静磁場発生装置の第４の実施例を図７に示す。図７は、本実施例の装置の下側部分のみの断面図である。図７において、静磁場発生用磁石１の均一磁場領域２に対向する面側のほぼ中央部に凹部３１が設けられている。この凹部３１は、超電導磁石装置の冷却容器や、第２の従来例で紹介した永久磁石を用いた対向型磁石におけるポールピースなどの中央部に設けられた凹部に相当する。本実施例においては、傾斜磁場コイル１５の主コイル２２は凹部３１の外部に、シールドコイル２３は凹部３１の内部に配置され、磁場補正手段２４については、主コイル２２とシールドコイル２３の間で、かつ、凹部３１の外部に配置されている。主コイル２２、シールドコイル２３、磁場補正手段２４はともにほぼ平板状で、シールドコイル２３の外径は主コイル２２の外径より少し大きく作られている。また、磁場補正手段２４の直径は凹部３１の直径よりも大きく作られている。更に、磁場補正手段２４は主コイル２２に近接して配置されており、場合によっては両者は固着してもよい。
【００５８】
上述の如く、シールドコイル２３を凹部３１の内部に配置することで、主コイル２２とシールドコイル２３を一定値以上の間隔を確保することができ、磁場補正手段２４もその間に配置することが可能となる。その結果、静磁場発生用磁石１の内面と計測空間２との間の狭い空間を有効に利用することができるので、広い計測空間２を確保することができる。
【００５９】
また、本実施例の場合、磁場補正手段２４の直径が、主コイル２２又はシールドコイル２３の直径よりも大きくなっており、磁場補正手段２４と主コイル２２が近接配置されているので、この磁場補正手段２４に主コイル２２を支持させることが可能である。また、磁場補正手段２４については、その外径を小さくして、凹部３１の内部に配置することも可能である。
【００６０】
本発明の静磁場発生装置の第５の実施例を図８に示す。本実施例は第４の実施例を小変更したものである。図８において、磁場補正手段２４は外径の大きい第１磁場補正手段３２と外径の小さい第２磁場補正手段３３とに分けられ、第１磁場補正手段３２は磁石１の凹部３１の外部に、第２磁場補正手段３３は磁石１の凹部３１の内部に配置されている。このように構成することにより、磁場補正手段２４の一部が磁石１の凹部３１に収容された結果、凹部３１の外側に存在する磁場補正手段２４の厚さを薄くすることができるので、対向する傾斜磁場コイル１５間の距離（計測空間２の広さに対応）を広くすることができる。
また、磁場補正手段２４の分割は２分割に限らず、周辺の状況によっては多分割してもよいことは言うまでもない。
【００６１】
なお、本発明において使用されるシムコイルの電流パターン形状としては、公知の従来技術を参考にして求めることが可能である。
また、上記の説明では、本発明における静磁場発生用磁石として超電導磁石を例に上げて説明して来たが、これに限定されることはなく、常伝導磁石，永久磁石の場合でも、磁石が上記実施例と相似の形状を有する場合には、本発明の適用が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明した如く、垂直磁場方式の静磁場発生用磁石を用いた静磁場発生装置において、傾斜磁場コイル及び磁場補正手段の配置の適正化をはかることにより、計測空間を広くすることができるので、大きな開放感を有し、かつ、術者が被検者に容易にアクセスできる静磁場発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の縦断面図。
【図２】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の外観斜視図。
【図３】本発明の静磁場発生装置の第１の実施例の下側部分の断面図。
【図４】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例（その１）の下側部分の断面図。
【図５】本発明の静磁場発生装置の第２の実施例（その２）の下側部分の断面図。
【図６】本発明の静磁場発生装置の第３の実施例の下側部分の断面図。
【図７】本発明の静磁場発生装置の第４の実施例の下側部分の断面図。
【図８】本発明の静磁場発生装置の第５の実施例の下側部分の断面図。
【図９】ＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第１の従来例の装置全体の断面図。
【図１０】ＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第１の従来例の傾斜磁場コイルの斜視図。
【図１１】ＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第２の従来例の外観斜視図。
【図１２】ＭＲＩ装置用静磁場発生装置の第２の従来例の要部を示す図。
【符号の説明】
１  静磁場発生用磁石（超電導磁石）
２  均一磁場領域（計測空間）
３  超電導コイル
４  真空容器
５  冷媒容器（液体ヘリウム容器）
６  冷却容器
７  傾斜磁場コイル（円筒状）
８  主コイル
９  シールドコイル
１０  磁場補正手段
１１  静磁場発生用磁石（永久磁石）
１２  継鉄板
１３  柱状継鉄
１４  ポールピース
１５  傾斜磁場コイル（平板状）
１６  凹部、
２１  支柱
２２  主コイル
２７  シム・シールドコイル
３１  凹部
３２  第１磁場補正手段
３３  第２磁場補正手段
５０  静磁場発生装置
【図１】
0003794109.tif 000002
【図２】
0003794109.tif 000003
【図３】
0003794109.tif 000004
【図４】
0003794109.tif 000005
【図５】
0003794109.tif 000006
【図６】
0003794109.tif 000007
【図７】
0003794109.tif 000008
【図８】
0003794109.tif 000009
【図９】
0003794109.tif 000010
【図１０】
0003794109.tif 000011
【図１１】
0003794109.tif 000012
【図１２】
0003794109.tif 000013