專利名稱：磁鐵裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁鐵裝置，例如，涉及在相對配置的一對主線圈之間形成靜磁場空間的磁功振成像裝置用的磁鐵裝置。
背景技術：
磁功振成像裝置(Magnetic Resonance Imaging)，利用將高頻脈沖照射到置于靜磁場空間里的被檢體(檢查體)上時所產(chǎn)生的核磁共振現(xiàn)象，能夠得到表示被檢體的物理、化學性質的圖像，尤其應用于醫(yī)療方面。磁功振成像裝置(以下簡稱MRI)，一般由以下部件構成作為用于將靜磁場加在送入被檢體的攝像區(qū)域內的磁場發(fā)生源的磁鐵裝置，對攝像區(qū)域照射高頻脈沖的RF線圈，接收來自攝像區(qū)域的信號的接收線圈，用于對攝像區(qū)域內提供共振現(xiàn)象的位置信息的梯度磁場的傾斜磁場線圈。
為了提高MRI裝置的圖像質量，要求提高攝像空間的靜磁場的均勻度。例如，在MRI裝置的磁鐵裝置中，若在攝像區(qū)域內進入由其它磁場發(fā)生源產(chǎn)生的外部磁場，則有損靜磁場均勻度，因此，有必要抑制外部磁場的進入。
為了抑制這種外部磁場的進入，對于圓筒狀的磁鐵上產(chǎn)生水平方向磁場的方式的磁鐵裝置，研究了各種各樣的解決方法。例如，在專利文獻1-歐洲特許0299325B1號公報中記載有將產(chǎn)生與靜磁場同方向的磁場的線圈和產(chǎn)生與靜磁場相反方向的磁場的線圈之間用橋接線短路，以抑制外部磁場的方法。還有，在專利文獻2-日本特許第3447090號公報中記載有將橋接線從線圈組線的中間部位引出并進行短路，以使外部磁場抑制性能最優(yōu)化的方法。但，從線圈系統(tǒng)，尤其是從繞組的中間部位引出橋接線的結構在磁鐵制造上是不容易做到的。
另一方面，在專利文獻3-美國專利第4931735號公報和專利文獻4-日本特開2001-196219號公報中記載有通過內置與作為靜磁場發(fā)生源的主線圈不同的其它屏蔽線圈來抑制外部磁場的方法。專利文獻3中記載有將螺旋管狀的屏蔽線圈置于磁鐵裝置內的方法，專利文獻4中記載有將圓筒狀的屏蔽線圈與主線圈同心狀地配置，并使各自的恒定電流開關控制用電源共用的結構。這些方法存在的問題是，磁鐵裝置的軸長度具有加長的傾向。于是，在專利文獻5-美國專利第5329266號公報上記載有在主線圈附近配置匝數(shù)少的屏蔽線圈，并全部串連連接，使其產(chǎn)生相同方向的磁場的方法，在專利文獻6-日本特許第3043494號公報上記載有內置多個不同直徑的屏蔽線圈的方法。
可是，內置上述屏蔽線圈的方法，雖然對產(chǎn)生水平方向的磁場的圓筒狀的磁鐵裝置都是有效的，但存在的問題是，對于磁場發(fā)生源相對的并在其間形成靜磁場的攝像空間的所謂敞開式MRI裝置的磁鐵裝置，得不到充分的屏蔽效果。
還有，對于敞開式MRI裝置的磁鐵裝置，由于攝像空間和屏蔽線圈之間的距離不得不拉開，因此，存在攝像空間的對外部磁場的抑制能力降低的問題。還有，為了加強外部磁場屏蔽線圈所發(fā)生的磁場，通過單純地只增加外部磁場屏蔽線圈的匝數(shù)，由于線圈的電感增加，由外部磁場引起的感應電流減小，因此，提高不了外部磁場的抑制能力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務就是有效地抑制進入由互相面對地配置的一對主線圈形成的靜磁場的攝像空間的外部磁場。
為了解決上述課題，本發(fā)明的磁鐵裝置，其特征是，具備相面對地配置的形成靜磁場空間的一對主線圈和與上述主線圈同軸地配置的外部磁場屏蔽線圈，該外部磁場屏蔽線圈具有線圈耦合系數(shù)較小的第一線圈組和線圈耦合系數(shù)比第一線圈組更大的第二線圈組，并串連連接上述第一線圈組和上述第二線圈組。
也就是說，由于耦合系數(shù)小的第一線圈組電感小，因此，由外部磁場引起的感應電流較大。這里，感應電流的方向是產(chǎn)生抑制外部磁場的磁場的方向。若將該感應電流通入耦合系數(shù)較大的第二線圈組時，則產(chǎn)生抑制外部磁場的強磁場。由此，能夠有效地抑制進入靜磁場的攝像空間的外部磁場。還有，由于能夠減小第一線圈組的電感，因此，能夠在發(fā)揮第二線圈組的外部磁場抑制效果的同時，整體上能夠減小外部磁場屏蔽線圈的電感。
在這種情況下，優(yōu)選將第二線圈組配置在比第一線圈組更靠近靜磁場空間的位置上。由于外部磁場屏蔽線圈所發(fā)生的抑制外部磁場的磁場強度與距離成反比，因此，通過將線圈的耦合系數(shù)較大且產(chǎn)生更強的磁場的第二線圈組配置在靠近靜磁場的位置上，能夠進一步有效地抑制進入靜磁場空間的外部磁場。
這里，更優(yōu)選的是，外部磁場屏蔽線圈為超導線圈。由此，當一旦產(chǎn)生的外部磁場依舊持續(xù)產(chǎn)生時，由于一時產(chǎn)生的感應電流不衰減地持續(xù)流過，因此，外部磁場屏蔽線圈所產(chǎn)生的磁場也能不衰減地、持續(xù)有效地抑制進入靜磁場的攝像空間的外部磁場。
還有，本發(fā)明的磁鐵裝置，即使做成具備相面對地配置以形成靜磁場空間的一對主線圈，容納上述主線圈的圓環(huán)狀的線圈容器以及在該線圈容器的容器壁的內側及外側的至少一方與上述主線圈同軸地配置的外部磁場屏蔽線圈，該外部磁場屏蔽線圈具有隔著間隔卷繞多個單匝線圈而成的第一線圈組和比第一線圈組的間隔更密地卷繞多個單匝線圈而成的第二線圈組，并串連連接上述第一線圈組和上述第二線圈組的結構，也能與上所述同樣地有效地抑制進入靜磁場空間的外部磁場。
此時，第一線圈組可以做成沿線圈容器的容器壁的內側及外側的至少一方卷繞的結構。若線圈容器的溫度充分低，即使沿線圈容器外壁配置，也可維持第一線圈組的超導狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠有效地抑制進入由相面對地配置的一對主線圈形成的靜磁場的攝像空間的外部磁場。


圖1是作為本發(fā)明的一個實施例的磁鐵裝置的立體圖。
圖2是圖1所示的磁鐵裝置的縱剖視圖。
圖3是本發(fā)明的實施例1的磁鐵裝置的上側磁場發(fā)生源的縱剖面的放大圖。
圖4是外部磁場屏蔽線圈的簡圖。
圖5是本發(fā)明的實施例2的磁鐵裝置的上側磁場發(fā)生源的縱剖面的放大圖。
圖6是本發(fā)明的實施例3的磁鐵裝置的上側磁場發(fā)生源的縱剖面的放大圖。
圖7是用公式11描畫的曲線圖。
圖8是用公式11描畫的曲線圖。
其中1、2-磁場發(fā)生源、3-靜磁場空間、 4、5-連結柱、6-輻射護罩、7-線圈容器、 8-線圈架、 9-主磁場發(fā)生線圈、10-屏蔽線圈、11-第一線圈組、12-第二線圈組具體實施方式
下面，參照附圖對應用了本發(fā)明的磁鐵裝置的實施例進行說明。
實施例1圖1是作為本發(fā)明的實施例1的磁共振成像裝置的磁鐵裝置的立體圖，圖2是圖1所示的磁鐵裝置的縱剖視圖。
圖1所示的磁鐵裝置，其包含一對主線圈構成的磁場發(fā)生源1、2通過連結柱4、5相面對地配置。磁場發(fā)生源1、2及連結柱5做成裝于真空容器內的結構，在真空容器內裝有輻射護罩6，在輻射護罩6內裝有線圈容器7。在線圈容器7內，與液體氦等冷媒一起裝有主線圈和外部磁場屏蔽線圈。
主線圈由主磁場發(fā)生線圈9和為了防止磁通向外部泄漏而產(chǎn)生與主磁場相反方向的磁場的屏蔽線圈10形成，且通過互相面對地配置一對主線圈形成靜磁場空間3。
根據(jù)圖3說明外部磁場屏蔽線圈的實施例。圖3是上側磁場發(fā)生源1的縱剖視圖的放大圖。
外部磁場屏蔽線圈的第一線圈組11，將多個單匝線圈隔著間隔沿線圈容器7的內壁卷繞；第二線圈組12，將2個單匝線圈以比第一線圈組的間隔更密的間隔、沿與第一線圈組11相同的方向卷繞在最靠近靜磁場空間的線圈架8的靠近靜磁場空間的內側角部上，且串連連接第一線圈組11和第二線圈組12。第一線圈組11的圈數(shù)，考慮線圈容器的大小和其它設計條件決定。
這里，為解決本發(fā)明的任務的基本概念如圖4所示，通過由第一線圈組11加大外部磁場所引起的感應電流，并將其電流通入位于更靠近靜磁場空間的位置上的線圈的耦合系數(shù)較大的第二線圈組12中，從而使之產(chǎn)生抑制外部磁場的強磁場。下面詳細敘述其概念。
將空間內配置單匝線圈時的自感設為L，將與L交鏈的外部磁場的磁通設為。這里，為了簡化說明，在下面的說明中假定全部單匝線圈的自感均相同。
由外部磁場在自感為L的線圈中產(chǎn)生的感應電流I，可表示如下。
(公式1)I＝/L若自感為L的單匝線圈，其線圈耦合系數(shù)為0且有Na個，并分別將它們串連連接形成弱耦合線圈系統(tǒng)a(第一線圈組11)時，則弱耦合線圈系統(tǒng)a的自感La和交鏈磁通Фa可表示如下。
(公式2)La＝Na×L(公式3)Фa＝Na×若自感為L的單匝線圈，其線圈耦合系數(shù)為1且有Nb個，并分別將它們串連連接形成強耦合線圈系統(tǒng)b(第二線圈組12)時，則強耦合線圈系統(tǒng)b的自感Lb和交鏈磁通Фb可表示如下。
(公式4)Lb＝Nb×Nb×L(公式5)Фb＝Nb×弱耦合線圈系統(tǒng)a和強耦合線圈系統(tǒng)b互相較松地串連連接的整個線圈系統(tǒng)c的自感Lc和交鏈磁通Фc可表示如下。
(公式6)Lc＝La+Lb＝(Na+Nb×Nb)×L(公式7)Фc＝Фa+Фb＝(Na+Nb)×
通過上述關系，由外部磁場在整個線圈系統(tǒng)c上產(chǎn)生的感應電流Ic，可由下式求得。
(公式8)Ic＝c/Lc＝(Na+Nb)×＝(Na+Nb×Nb)×L這里，本發(fā)明的特征之一在于，更加大在整個線圈系統(tǒng)c上產(chǎn)生的感應電流Ic，為此需要盡量減小整個線圈系統(tǒng)c的自感Lc，且盡量加大交鏈磁通Фc。根據(jù)公式6可知，為了減小自感Lc，需要減小Na及Nb，尤其需要減小Nb；根據(jù)公式7可知，為了加大交鏈磁通，需要加大Na及Nb。
本發(fā)明的另一特征在于，使在整個線圈系統(tǒng)c上產(chǎn)生的感應電流Ic通入在更靠近靜磁場空間的位置的強耦合線圈系統(tǒng)b中。換句話說，將強耦合線圈系統(tǒng)b配置在更靠近靜磁場空間的位置上，而將弱耦合線圈系統(tǒng)a配置在其它區(qū)域上。這根據(jù)的原理是，由外部磁場在線圈上產(chǎn)生感應電流，線圈因該感應電流所產(chǎn)生的磁場強度，與線圈圈數(shù)成正比，與距離成反比。
若將弱耦合線圈系統(tǒng)a相對強耦合線圈系統(tǒng)b的在靜磁場空間所產(chǎn)生的磁場強度之比設為α(＜1.0)，則由于整個線圈系統(tǒng)c在靜磁場空間所產(chǎn)生的磁場強度Be與線圈圈數(shù)成正比，因此，可表示如下。
(公式9)Be∝(α×Na+Nb)×(Na+Nb)×/(Na+Nb×Nb)×L若將強耦合線圈系統(tǒng)b的圈數(shù)Nb和弱耦合線圈系統(tǒng)a的圈數(shù)Na之比設為x，則x可表示如下。
(公式10)x＝Nb/Na從公式9及公式10，可得下式。
(公式11)Be∝(x+α)×(x+1)×/(x×x+1/Na)×L公式11是具有最大值的函數(shù)，若求得給出最大值的x，就能定出弱耦合線圈系統(tǒng)a的圈數(shù)Na和強耦合線圈系統(tǒng)b的圈數(shù)Nb之間的最佳比。
圖7表示，設Na為100，并使α在0.3～0.7范圍內變化時的用公式11描畫的曲線圖，圖8表示，設Na為100，并同樣地使α在0.3～0.7范圍內變化時的用公式11描畫的曲線圖。該曲線圖的X軸為強耦合線圈系統(tǒng)b的圈數(shù)Nb，Y軸為整個線圈系統(tǒng)c在靜磁場空間所產(chǎn)生的磁場強度Be，是本發(fā)明的性能指標。
從這兩個曲線圖可知，與弱耦合線圈系統(tǒng)a的圈數(shù)Na無關，當α為0.5以上時，作為強耦合線圈系統(tǒng)b的圈數(shù)Nb，線圈圈數(shù)以選擇1匝或2匝為宜，當α不足0.5時，線圈匝數(shù)以2匝或3匝為宜。還有，若匝數(shù)至多不在10匝以內，則與Nb＝0時相比，也意味著不能得到同等以上的性能。
為了簡化上述說明，雖然將弱耦合線圈系統(tǒng)a的線圈的耦合系數(shù)設為0，將強耦合線圈系統(tǒng)b的線圈的耦合系數(shù)設為1，但線圈的耦合系數(shù)實際上取0到1之間的值。弱耦合與強耦合的邊界隨定義而不同，還有，雖然無論怎樣定義也無妨，但作為一個例子，也可以將中間值0.5作為邊界，即使不界定邊界，保持如弱耦合線圈系統(tǒng)a的線圈耦合系數(shù)比強耦合線圈系統(tǒng)b的線圈耦合系數(shù)小的相對關系，也不失上述說明的合理性。
根據(jù)上述說明，能夠實現(xiàn)本實施例的外部磁場屏蔽線圈。
根據(jù)本實施例，當由外部磁場引起的感應電流增大，并使該感應電流通入比第一線圈組11更靠近靜磁場空間設置的線圈的耦合系數(shù)大的第二線圈組12中時，由于可以產(chǎn)生抑制外部磁場的強磁場，因此，能夠有效地抑制進入由相面對地配置的一對主線圈形成的靜磁場的攝像空間的外部磁場。
還有，由于第一線圈組11和第二線圈組12一起卷繞在線圈容器7的容器壁的內側，因此，外部磁場屏蔽線圈由液體氦等冷媒冷卻而成為超導線圈。因此，當一旦產(chǎn)生的外部磁場依舊持續(xù)產(chǎn)生時，則由于一時產(chǎn)生的感應電流不衰減地持續(xù)流過，致使外部磁場屏蔽線圈所產(chǎn)生的磁場也不衰減，能夠持續(xù)有效地抑制進入靜磁場的攝像空間的外部磁場。
實施例2下面，根據(jù)圖5對應用了本發(fā)明的磁鐵裝置的實施例2進行說明。圖5是上側磁場發(fā)生源的縱剖面的放大圖。至于立體圖，因與實施例1相同而省略。
在本實施例中，外部磁場屏蔽線圈的第一線圈組11，將多個單匝線圈隔著間隔卷繞在線圈容器7的容器壁內部的空間整個區(qū)域；第二線圈組12，將3個單匝線圈比第一線圈組的間隔更密地沿與第一線圈組11相同的方向卷繞在最靠近靜磁場空間的線圈架8的靠近靜磁場空間的內側角部上，且串連連接第一線圈組11和第二線圈組12。
如上所述，第一線圈組11不僅沿線圈容器7的內壁卷繞，也可以卷繞在容器內的整個區(qū)域，作為第二線圈組12即使采用3匝線圈，也能有效地抑制進入靜磁場的攝像空間的外部磁場。
實施例3下面，根據(jù)圖6對應用了本發(fā)明的磁鐵裝置的實施例3進行說明。圖6是上側磁場發(fā)生源的縱剖面的放大圖。至于立體圖，因與實施例1相同而省略。
在本實施例中，外部磁場屏蔽線圈的第一線圈組11，將多個單匝線圈隔著間隔沿線圈容器7的外壁卷繞；第二線圈組12，將3個單匝線圈比第一線圈組11的間隔更密地沿與第一線圈組11相同的方向卷繞在最靠近線圈容器7的靜磁場空間的外側角部上，且串連連接第一線圈組11和第二線圈組12。由于線圈容器7在其容器壁的內部具有液體氦等冷媒，其外壁的溫度達到充分低是可以期待的，因此，不僅沿線圈容器7的容器壁的內側，即使沿外壁配置外部磁場屏蔽線圈，也可維持外部磁場屏蔽線圈的超導狀態(tài)。
若為這樣的實施例，由于線圈的耦合系數(shù)大的第二線圈組12配置成更靠近靜磁場空間，因此，可以預期能更有效地抑制進入靜磁場的攝像空間的外部磁場。
權利要求
1.一種磁鐵裝置，其特征在于，具備相面對地配置的形成靜磁場空間的一對主線圈和與上述主線圈同軸地配置的外部磁場屏蔽線圈，該外部磁場屏蔽線圈具有線圈耦合系數(shù)較小的第一線圈組和線圈耦合系數(shù)比第一線圈組更大的第二線圈組，并串連連接上述第一線圈組和上述第二線圈組。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組配置于比上述第一線圈組更靠近上述靜磁場空間的位置上。
3.根據(jù)權利要求2所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組在上述主線圈內部，卷繞在最靠近上述靜磁場空間的線圈架的靠近上述靜磁場空間的內側角部上。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組由至少2匝以上10匝以下卷繞而成。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第一線圈組，其線圈耦合系數(shù)小于0.5，上述第二線圈組，其線圈耦合系數(shù)為0.5以上。
6.一種磁鐵裝置，其特征在于，具備相面對地配置以形成靜磁場空間的一對主線圈，容納上述主線圈的圓環(huán)狀的線圈容器以及在該線圈容器的容器壁的內側及外側的至少一方與上述主線圈同軸地配置的外部磁場屏蔽線圈，該外部磁場屏蔽線圈具有隔著間隔卷繞多個單匝線圈而成的第一線圈組和比第一線圈組的間隔更密地卷繞多個單匝線圈而成的第二線圈組，并串連連接上述第一線圈組和上述第二線圈組。
7.根據(jù)權利要求6所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第一線圈組沿上述線圈容器的容器壁的內側及外側的至少一方卷繞。
8.根據(jù)權利要求6所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組配置于比上述第一線圈組更靠近上述靜磁場空間的位置而成。
9.根據(jù)權利要求8所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組在容納于上述線圈容器里的上述主線圈內部，卷繞在最靠近上述靜磁場空間的線圈架的靠近上述靜磁場空間的內側角部上。
10.根據(jù)權利要求8所述的磁鐵裝置，其特征在于，上述第二線圈組卷繞在最靠近上述線圈容器的上述靜磁場空間的外側角部上。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁鐵裝置，它能有效地抑制進入由相面對地配置的一對主線圈形成的靜磁場的攝像空間的外部磁場。本發(fā)明的磁鐵裝置，具備相面對地配置并形成靜磁場空間(3)的一對主線圈(9)、(10)和與主線圈同軸地配置的外部磁場屏蔽線圈，該外部磁場屏蔽線圈具有線圈耦合系數(shù)較小的第一線圈組(11)和線圈耦合系數(shù)比第一線圈組更大的第二線圈組(12)，并串連連接上述第一線圈組和上述第二線圈組。
文檔編號G01R33/20GK1928583SQ20061012646
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月31日 優(yōu)先權日2005年9月1日
發(fā)明者安藤龍彌, 阿部充志, 中山武, 山本勉 申請人:株式會社日立制作所