開放型電磁石装置及び磁気共鳴イメージング装置
【課題】強磁性体部材１５、１６の配置において製作誤差が生じても、静磁場均一度を高く維持可能な開放型電磁石装置２を提供する。
【解決手段】超電導主コイル７と超電導シールドコイル８を冷媒９ａと共に内包して冷却する冷却容器９と、冷却容器９に支持される強磁性体部材１５、１６とを有する開放型電磁石装置２において、冷却容器９内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積Ｓ１、Ｓ２が互いに略等しい第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４を、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路３２を有し、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、超電導主コイル７の中心軸１１方向から透視して、互いに重なっていない領域を有する。
【解決手段】超電導主コイル７と超電導シールドコイル８を冷媒９ａと共に内包して冷却する冷却容器９と、冷却容器９に支持される強磁性体部材１５、１６とを有する開放型電磁石装置２において、冷却容器９内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積Ｓ１、Ｓ２が互いに略等しい第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４を、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路３２を有し、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、超電導主コイル７の中心軸１１方向から透視して、互いに重なっていない領域を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放型電磁石装置及びそれを搭載した磁気共鳴イメージング装置(以下、ＭＲＩ装置という)に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）現象により水素原子核スピンが放出する電磁波を計測し、その計測結果を演算処理することによって、被験者を体内中の水素原子核密度分布として断層像化するものである。計測する際には、観測領域内に、強い磁場強度（例えば０．２Ｔ以上）で、高い静磁場均一度（例えば１０ｐｐｍ程度）を有する磁場分布を形成することが求められている。このため、ＭＲＩ装置には、観測領域に、強磁場の均一磁場領域を発生可能な開放型電磁石装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
開放型電磁石装置には、静磁場の発生源として超電導主コイルが設けられ、漏洩磁場を抑えるために超電導シールドコイルが設けられている。超電導主コイルと超電導シールドコイルは極低温に保つために冷却容器に格納され、その冷却容器は断熱のために格納される真空容器から支持されている。
【０００４】
冷却容器の外側で真空容器の内側には、強磁性体部材が配置されている。この強磁性体部材は、高熱抵抗支持部材を介して冷却容器から支持されている。強磁性体部材を真空容器から支持しないのは、外気温の変化による真空容器の膨張収縮により強磁性体部材の位置が変化するのを避けるためである。この強磁性体部材によれば、開放型電磁石装置が持つ磁気回路の磁気抵抗を低減でき、一層の高磁場化が実現できる。
【０００５】
一方、静磁場均一度を高めるためには、観測領域の磁場計測を行い、その計測結果を元に、傾斜磁場コイルと高周波照射装置の間に配置した磁場補正コイルに外部電源から給電する磁場調整作業が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁場調整作業は、設計上の静磁場均一度が得られない場合に行われる作業である。設計上の静磁場均一度が得られない理由としては、強磁性体部材が高熱抵抗支持部材を介して冷却容器に支持されているので、位置精度を確保するのが難しく、製作誤差が生じやすいためであると考えられた。強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、その製作誤差に応じて、自ら磁場分布を補正し、設計上の静磁場均一度を維持することが望まれた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、静磁場均一度を高く維持可能な開放型電磁石装置及びＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、超電導主コイルと超電導シールドコイルを冷媒と共に内包して冷却する冷却容器と、前記冷却容器に支持される強磁性体部材とを有する開放型電磁石装置において、
前記冷却容器内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しい第１超電導コイルと第２超電導コイルを、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路を有し、
前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有することを特徴としている。
また、本発明の開放型電磁石装置を搭載したＭＲＩ装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、静磁場均一度を高く維持可能な開放型電磁石装置及びＭＲＩ装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る開放型電磁石装置を搭載した磁気共鳴イメージング装置の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。
【図３】超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【図４】図２の磁気共鳴イメージング装置の矢視断面図の上側半分に、開放型電磁石装置が発生させた磁力線の磁力線図を重ねた図である。
【図５】第１超電導コイルと第２超電導コイルを、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図であり、本発明の作用の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る開放型電磁石装置に備えられた超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと第３超電導コイルと第４超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る開放型電磁石装置に備えられた超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第1の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１の側面図を示す。ＭＲＩ装置１は、開放型電磁石装置２を搭載している。開放型電磁石装置２は、上下一対の真空容器３と、それら上下一対の真空容器３を互いに離間させて支持する連結柱５とを有している。上下一対の真空容器３は、共通の中心軸１１に対して概ね軸回転対称の円盤形状をしている。そして、この開放型電磁石装置２によれば、上下一対の真空容器３の間の球状の観測領域４に、磁場強度が例えば０．２Ｔ以上の強磁場であり、その磁場強度の均一度が例えば１０ｐｐｍ程度に高い静磁場（いわゆる均一磁場領域）を生成することができる。
【００１４】
また、ＭＲＩ装置１は、上下一対の真空容器３の間に配置されたベッド４２を有している。被験者４１は、ベッド４２に横たえられたまま上下一対の真空容器３の間に搬送され、被験者４１の観測箇所を、観測領域４内に移動させる。ＭＲＩ装置１は、ＮＭＲ現象により水素原子核スピンが放出する電磁波を計測し、その計測結果を演算処理することによって、被験者４１を体内中の水素原子核密度分布として断層像化する。
【００１５】
図２に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１の縦断面図を示す。ＭＲＩ装置１は、上下一対の真空容器３を外観とする開放型電磁石装置２を有し、開放型電磁石装置２は、上下一対の真空容器３の間に、静磁場の方向（矢印６の方向）が中心軸１１の方向に一致する観測領域（均一磁場領域）４を発生させることができる。上下一対の真空容器３の間の空間において、前記均一磁場領域４を挟むように上下一対の傾斜磁場コイル１２と、上下一対の高周波照射装置１３と、上下一対の磁場補正コイル１４とが設けられている。傾斜磁場コイル１２は、真空容器３の均一磁場領域４側に配置されている。高周波照射装置１３は、傾斜磁場コイル１２の均一磁場領域４側に設置されている。磁場補正コイル１４は、高周波照射装置１３と傾斜磁場コイル１２の間の空間に設置されている。上下一対の傾斜磁場コイル１２は、被験者４１の撮像において空間位置情報を付与する目的で、均一磁場領域４に磁場の空間的な変化（傾斜磁場）を印加する。上下一対の高周波照射装置１３は、ＮＭＲ現象を引起すための共鳴周波数の電磁波を、均一磁場領域４に印加する。上下一対の磁場補正コイル１４は、外部電源（図示省略）によって電流を流し、磁場を発生させ、前記均一磁場領域４の静磁場の均一度を向上させる。
【００１６】
これらの構成を用いてベッド４２に搬送された被験者体内の関心領域の断面を画像化する。即ち、開放型電磁石装置２で生成した均一静磁場に、傾斜磁場コイル１２で傾斜磁場を重畳させることにより関心領域（通常１ｍｍ厚のスライス面）だけを所定の磁場強度に設定する。続いて、その領域に共鳴周波数の電磁波を照射して、スライス面にだけＮＭＲ現象を引き起こさせ、水素原子核スピンが放出する電磁波に基づいて、スライス面を画像化する。
【００１７】
開放型電磁石装置２は、対向して配置された上下一対の冷却容器９を、対向して配置された上下一対の真空容器３の中に一つずつ有している。冷却容器９は、真空容器３の中にあって外界から断熱されている。上下一対の冷却容器９の中には、上下一対の超電導主コイル７と、上下一対の超電導シールドコイル８と、上下一対の第１超電導コイル（製作誤差補正コイル）２３と、上下一対の第２超電導コイル（製作誤差補正コイル）２４とが一つずつ、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に収容され、冷却可能になっている。上下一対の超電導主コイル７は、中心軸１１を共通の中心軸とし、均一磁場領域４を挟んで対向するように配置されている。上下一対の超電導シールドコイル８は、中心軸１１を共通の中心軸とし、均一磁場領域４を挟んで対向するように配置され、超電導主コイル７とは逆方向の磁場を発生するように逆向きの電流が流される。超電導主コイル７と超電導シールドコイル８とは、冷却容器９の中にあって冷媒９ａによって冷却され超電導状態になっている。超電導主コイル７は、中心軸１１方向に対して、超電導シールドコイル８よりも観測領域（均一磁場領域）４に近い位置に配置される。超電導シールドコイル８は、超電導主コイル７がＭＲＩ装置１の外部に生成する磁場（漏れ磁場）を抑制する磁場を生成する。超電導主コイル７と超電導シールドコイル８は、冷却容器９に支持されている。
【００１８】
上下一対の第１超電導コイル２３と、上下一対の第２超電導コイル２４とは、中心軸１１方向に対して、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の間に配置されている。上下一対の第１超電導コイル２３と、上下一対の第２超電導コイル２４とは、支持部材３１を介して、冷却容器９に支持されている。冷却容器９は、熱抵抗の大きい断熱支持部材１０を介して、真空容器３に支持されている。
【００１９】
また、開放型電磁石装置２は、上下一対の強磁性体部材１５と、上下一対の強磁性体部材１６を、真空容器３の内部に有している。上下一対の強磁性体部材１５は、中心軸１１を共通の中心軸とする円板状であり、均一磁場領域４を挟んで対向している。上下一対の強磁性体部材１６は、中心軸１１を共通の中心軸とする円環状であり、均一磁場領域４を挟んで対向している。強磁性体部材１５と１６は、冷却容器９の外部に設けられている。また、強磁性体部材１５と１６は、冷却容器９の内筒壁の内側で囲まれるように配置されている。強磁性体部材１６は、中心軸１１方向に対して、強磁性体部材１５よりも観測領域（均一磁場領域）４に近い位置に配置されている。また、強磁性体部材１６は、中心軸１１方向に対して、強磁性体部材１５よりも超電導主コイル７に近い位置に配置されている。強磁性体部材１６は、円環形状をなし、超電導主コイル７の内径、さらには、冷却容器９の内径よりも小さい外径を持っている。強磁性体部材１５は、円環形状又は円盤形状をなし、強磁性体部材１６の内径よりも小さい外径を持っている。強磁性体部材１５と１６は、成分の調整された鋼材、好ましくは純鉄で構成されている。強磁性体部材１５と１６は、支持部材１８と高熱抵抗支持部材１７と支持部材１９とを介して、冷却容器９に支持されている。強磁性体部材１５と１６は、複数の金属製で非磁性の支持部材１９で連結されている。冷却容器９には、溶接等によって非磁性の支持部材１８が固定されている。高熱抵抗支持部材１７は、支持部材１８と支持部材１９を連結している。高熱抵抗支持部材１７は、熱が、支持部材１９から支持部材１８へ伝導するのを抑制するため、高熱抵抗率のＦＲＰ製等にされ、さらに、熱の伝導方向にできるだけ長く細く形成されている。このため、高熱抵抗支持部材１７を単純に短く太く形成した場合に比べても、高熱抵抗支持部材１７の変形が起こりやすく、冷却容器９に対する強磁性体部材１５と１６の位置（精度）において、製作誤差が生じ易くなっている。この製作誤差については後記する。
【００２０】
図３に、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、冷却容器９を、中心軸１１方向から透視した透視図を示す。冷却容器９の内筒壁と外筒壁の間に、超電導主コイル７（ライン７ａは超電導主コイル７の外周を示している）と、超電導シールドコイル８（ライン８ａは超電導シールドコイル８の内周を示している）と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４とが配置されている。また、冷却容器９の内筒壁に囲まれるように、強磁性体部材１５と１６が配置されている。
【００２１】
第１超電導コイル２３には、中心軸２３ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。また、第２超電導コイル２４には、中心軸２４ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、超電導主コイル７の内筒面よりも外側で、超電導シールドコイル８の外筒面よりも内側にとなる様に配置されている。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４の半径は略等しく、第１超電導コイル２３で囲まれる内側の領域の面積Ｓ１と第２超電導コイル２４で囲まれる内側の領域の面積Ｓ２も略等しくなっている（Ｓ１＝Ｓ２）。第１超電導コイル２３の中心軸２３ａと、第２超電導コイル２４の中心軸２４ａとは、ずれて一致しておらず、互いに離れている。中心軸２３ａと中心軸２４ａとは、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の共通する中心軸１１ともずれて一致しておらず離れている。中心軸２３ａと中心軸２４ａとは、中心軸１１を対称軸とする軸対称の位置関係になっている。
【００２２】
このずれにより、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、互いに重なっていない領域を有している。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、一部重なり、冷却容器９の内筒壁や強磁性体部材１５、１６を含む領域が重なっている。この一部重なった領域は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４に共通であるので、それぞれの共通していない領域の面積、すなわち、第１超電導コイル２３の外側の領域と第２超電導コイル２４の内側の領域が重なる面積（図５の領域２９の面積に相当）と、第１超電導コイル２３の内側の領域と第２超電導コイル２４の外側の領域が重なる面積（図５の領域３０の面積に相当）とは、略等しくなっている。
【００２３】
また、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、交差部３２ａにおいて互いに交差し、接続部３２ｂにおいて電気的に接続されている。この接続部３２ｂによって、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、直列接続され、第１閉回路３２を構成している。このため、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の大きさと、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の大きさは、等しくなっている。また、交差部３２ａがあることによって、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の方向と、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の方向は、反対方向になっている。例えば、図３に示すように、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の方向が反時計回りであれば、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の方向は時計回りになっている。このことにより、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とが作る磁場の向きは、互いに逆になる。
【００２４】
この第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４からなる第１閉回路３２上には、好ましくは、図３に示すように、超電導状態を破るための超電導スイッチ３３や、その場合の電流を消費する保護抵抗３４も配置される。
【００２５】
図４では、図２のＭＲＩ装置１の矢視断面図の上側半分に、開放型電磁石装置２が発生させた磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの磁力線図を重ねている。また、高熱抵抗支持部材１７まわりに、製作誤差ｅがある場合を記載している。数値解析によれば、磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒには大きく２種類あることが分かっている。その１つは強磁性体部材１６を通過する磁力線２１Ｌ、２１Ｒであり、もう１つは強磁性体部材１５を通過する磁力線２２Ｌ、２２Ｒである。これらの磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒは、超電導シールドコイル８により下側に向かって押し曲げられるが、何れの磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒも、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の間の空間を通過する。また、磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの一部は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４の間の空間（図５の領域２９と領域３０に相当）を通過する（どちらか一方のコイルのみを通過する）ようになっている。
【００２６】
そして、例えば、強磁性体部材１５、１６が、冷却容器９（超電導主コイル７）に対して図４の右側へ変位するような製作誤差ｅが発生した場合は、この磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの間隔（即ち磁束密度Ｂ）が中心軸１１を挟んで非対称となり、磁力線２２Ｒの本数は、磁力線２２Ｌの本数より多くなり、磁力線の間隔は狭くなる。そして、図５に示すように、第１超電導コイル２３の外側かつ第２超電導コイル２４の内側の領域２９の磁束密度Ｂ２は、第２超電導コイル２４の外側かつ第１超電導コイル２３の内側の領域３０の磁束密度Ｂ１より大きくなる（Ｂ１＜Ｂ２）。このように、磁束密度Ｂが非対称な場合（Ｂ１＜Ｂ２）は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４のそれぞれと鎖交する磁力線の本数の差はゼロにならない（第１閉回路３２に交差する正味の磁束がゼロとならない）ので、磁束保存の法則により、その正味の磁束がゼロとなる様に、第１閉回路３２（第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４）に電流Ｉ１が流れることになる。電流Ｉ１により、前記正味の磁束をゼロとするような磁束密度ＢＩが生じ、第１超電導コイル２３の重なっていない第２超電導コイル２４の領域２９の磁束密度は、Ｂ２からＢＩ減少し（Ｂ２−ＢＩ）、第２超電導コイル２４の重なっていない第１超電導コイル２３の領域３０の磁束密度は、Ｂ１からＢＩ増加する（Ｂ１＋ＢＩ）。そして、増減後の領域２９の磁束密度（Ｂ２−ＢＩ）と、領域３０の磁束密度（Ｂ１＋ＢＩ）とは略等しくなる（Ｂ２−ＢＩ≒Ｂ１＋ＢＩ）。製作誤差ｅによって発生していた中心軸１１に対して非対称な磁力線間隔が対称となり、製作誤差ｅが補正されたことになる。このことにより、磁場補正コイル１４（図４等参照）を用いての磁場調整作業を軽減することができる。なお、第１の実施形態では、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４に、超電導線材を用いているが、これに限らず、常電導線材を用いてもよい。この場合、超電導スイッチ３３と保護抵抗３４を省けるのはもちろんである。
【００２７】
（第２の実施形態）
図６に、本発明の第２の実施形態に係る開放型電磁石装置２の一部の透視図を示している。図６では、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、第３超電導コイル２５と、第４超電導コイル２６と、冷却容器９の内筒壁と外筒壁を、中心軸１１方向から透視している。第２の実施形態の開放型電磁石装置２の第１の実施形態の開放型電磁石装置２との相違点は、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６を有している点である。
【００２８】
冷却容器９の内筒壁と外筒壁の間に、第３超電導コイル２５と、第４超電導コイル２６とが配置されている。第３超電導コイル２５には、中心軸２５ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。また、第４超電導コイル２６には、中心軸２６ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、超電導主コイル７の内筒面よりも外側で、超電導シールドコイル８の外筒面よりも内側にとなる様に配置されている。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６の半径は略等しく、第３超電導コイル２５で囲まれる内側の領域の面積Ｓ３と第４超電導コイル２６で囲まれる内側の領域の面積Ｓ４も略等しくなっている（Ｓ３＝Ｓ４）。第３超電導コイル２５の中心軸２５ａと、第４超電導コイル２６の中心軸２６ａとは、ずれて一致しておらず、互いに離れている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとは、中心軸１１ともずれて一致しておらず離れている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとは、中心軸１１を対称軸とする軸対称の位置関係になっている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとを含む平面は、中心軸２３ａと中心軸２４ａとを含む平面と略直交している。
【００２９】
前記ずれにより、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、互いに重なっていない領域を有している。また、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とに重なっていない領域を有している。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、一部重なり、冷却容器９の内筒壁や強磁性体部材１５、１６を含む領域が重なっている。この一部重なった領域は、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６に共通であるので、それぞれの共通していない領域の面積、すなわち、第３超電導コイル２５の外側かつ第４超電導コイル２６の内側の領域の面積と、第３超電導コイル２５の内側かつ第４超電導コイル２６の外側の領域の面積とは、略等しくなっている。
【００３０】
また、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、交差部３５ａにおいて互いに交差し、接続部３５ｂにおいて電気的に接続されている。この接続部３５ｂによって、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、直列接続され、第２閉回路３５を構成している。このため、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の大きさと、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の大きさは、等しくなっている。また、交差部３５ａがあることによって、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の方向と、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の方向は、反対方向になっている。例えば、図６に示すように、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の方向が時計回りであれば、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の方向は反時計回りになっている。このことにより、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とが作る磁場の向きは、互いに逆になる。
【００３１】
第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６（第２閉回路３５）は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４（第１閉回路３２）を、中心軸１１回りに９０度回転させると重なるように配置されている。第１閉回路３２と第２閉回路３５とは、互いに絶縁されている。この第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６（第２閉回路３５）によれば、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４（第１閉回路３２）では補正できない方向の強磁性体部材１５、１６の製作誤差ｅを補正することができる。この第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６からなる第２閉回路３５上には、好ましくは、図６に示すように、超電導スイッチ３３や保護抵抗３４も配置される。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７に、本発明の第３の実施形態に係る開放型電磁石装置２の一部の透視図を示している。図７では、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、冷却容器９の内筒壁と外筒壁を、中心軸１１方向から透視している。第３の実施形態の開放型電磁石装置２の第１の実施形態の開放型電磁石装置２との相違点は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とが、円形ではなく、三日月形をして、それぞれが冷却容器９の内筒壁を囲んでいない点である。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、互いに交差しない様に結線され、第１閉回路３２を構成している。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、互いに逆方向に電流Ｉ１が流れるように直列に結線される。そして、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４それぞれで囲まれる内側の面積Ｓ１、Ｓ２が互いに概ね同じとなる（Ｓ１＝Ｓ２）様に構成される。第１閉回路３２上には、好ましくは、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４を結線する接続部３２ｂに、超電導状態を破るための超電導スイッチ３３や、その場合の電流を消費する保護抵抗３４が配置されている。また、接続部３２ｂには、前記結線を交差させた交差部３２ａが含まれている。この第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同じ作用で、同じ効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００３３】
１ 磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）
２ 開放型電磁石装置
４ 観測領域（均一磁場領域）
７ 超伝導主コイル
８ 超伝導シールドコイル
９ 冷却容器
１１ 中心軸
１５、１６ 強磁性体部材
１７ 高熱抵抗支持部材
２３ 第１超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２４ 第２超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２５ 第３超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２６ 第４超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２９ 第１超電導コイルの重なっていない第２超電導コイルの領域
３０ 第２超電導コイルの重なっていない第１超電導コイルの領域
３１ 支持部材
３２ 第１閉回路
３２ａ 交差部
３２ｂ 接続部
３５ 第２閉回路
３５ａ 交差部
３５ｂ 接続部
３６ 第３超電導コイルの重なっていない第４超電導コイルの領域
３７ 第４超電導コイルの重なっていない第３超電導コイルの領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放型電磁石装置及びそれを搭載した磁気共鳴イメージング装置(以下、ＭＲＩ装置という)に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）現象により水素原子核スピンが放出する電磁波を計測し、その計測結果を演算処理することによって、被験者を体内中の水素原子核密度分布として断層像化するものである。計測する際には、観測領域内に、強い磁場強度（例えば０．２Ｔ以上）で、高い静磁場均一度（例えば１０ｐｐｍ程度）を有する磁場分布を形成することが求められている。このため、ＭＲＩ装置には、観測領域に、強磁場の均一磁場領域を発生可能な開放型電磁石装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
開放型電磁石装置には、静磁場の発生源として超電導主コイルが設けられ、漏洩磁場を抑えるために超電導シールドコイルが設けられている。超電導主コイルと超電導シールドコイルは極低温に保つために冷却容器に格納され、その冷却容器は断熱のために格納される真空容器から支持されている。
【０００４】
冷却容器の外側で真空容器の内側には、強磁性体部材が配置されている。この強磁性体部材は、高熱抵抗支持部材を介して冷却容器から支持されている。強磁性体部材を真空容器から支持しないのは、外気温の変化による真空容器の膨張収縮により強磁性体部材の位置が変化するのを避けるためである。この強磁性体部材によれば、開放型電磁石装置が持つ磁気回路の磁気抵抗を低減でき、一層の高磁場化が実現できる。
【０００５】
一方、静磁場均一度を高めるためには、観測領域の磁場計測を行い、その計測結果を元に、傾斜磁場コイルと高周波照射装置の間に配置した磁場補正コイルに外部電源から給電する磁場調整作業が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁場調整作業は、設計上の静磁場均一度が得られない場合に行われる作業である。設計上の静磁場均一度が得られない理由としては、強磁性体部材が高熱抵抗支持部材を介して冷却容器に支持されているので、位置精度を確保するのが難しく、製作誤差が生じやすいためであると考えられた。強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、その製作誤差に応じて、自ら磁場分布を補正し、設計上の静磁場均一度を維持することが望まれた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、静磁場均一度を高く維持可能な開放型電磁石装置及びＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、超電導主コイルと超電導シールドコイルを冷媒と共に内包して冷却する冷却容器と、前記冷却容器に支持される強磁性体部材とを有する開放型電磁石装置において、
前記冷却容器内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しい第１超電導コイルと第２超電導コイルを、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路を有し、
前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有することを特徴としている。
また、本発明の開放型電磁石装置を搭載したＭＲＩ装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、強磁性体部材の配置において製作誤差が生じても、静磁場均一度を高く維持可能な開放型電磁石装置及びＭＲＩ装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る開放型電磁石装置を搭載した磁気共鳴イメージング装置の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。
【図３】超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【図４】図２の磁気共鳴イメージング装置の矢視断面図の上側半分に、開放型電磁石装置が発生させた磁力線の磁力線図を重ねた図である。
【図５】第１超電導コイルと第２超電導コイルを、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図であり、本発明の作用の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る開放型電磁石装置に備えられた超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと第３超電導コイルと第４超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る開放型電磁石装置に備えられた超電導主コイルと超電導シールドコイルと強磁性体部材と第１超電導コイルと第２超電導コイルと冷却容器を、超電導主コイルの中心軸方向から透視した透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第1の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１の側面図を示す。ＭＲＩ装置１は、開放型電磁石装置２を搭載している。開放型電磁石装置２は、上下一対の真空容器３と、それら上下一対の真空容器３を互いに離間させて支持する連結柱５とを有している。上下一対の真空容器３は、共通の中心軸１１に対して概ね軸回転対称の円盤形状をしている。そして、この開放型電磁石装置２によれば、上下一対の真空容器３の間の球状の観測領域４に、磁場強度が例えば０．２Ｔ以上の強磁場であり、その磁場強度の均一度が例えば１０ｐｐｍ程度に高い静磁場（いわゆる均一磁場領域）を生成することができる。
【００１４】
また、ＭＲＩ装置１は、上下一対の真空容器３の間に配置されたベッド４２を有している。被験者４１は、ベッド４２に横たえられたまま上下一対の真空容器３の間に搬送され、被験者４１の観測箇所を、観測領域４内に移動させる。ＭＲＩ装置１は、ＮＭＲ現象により水素原子核スピンが放出する電磁波を計測し、その計測結果を演算処理することによって、被験者４１を体内中の水素原子核密度分布として断層像化する。
【００１５】
図２に、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置１の縦断面図を示す。ＭＲＩ装置１は、上下一対の真空容器３を外観とする開放型電磁石装置２を有し、開放型電磁石装置２は、上下一対の真空容器３の間に、静磁場の方向（矢印６の方向）が中心軸１１の方向に一致する観測領域（均一磁場領域）４を発生させることができる。上下一対の真空容器３の間の空間において、前記均一磁場領域４を挟むように上下一対の傾斜磁場コイル１２と、上下一対の高周波照射装置１３と、上下一対の磁場補正コイル１４とが設けられている。傾斜磁場コイル１２は、真空容器３の均一磁場領域４側に配置されている。高周波照射装置１３は、傾斜磁場コイル１２の均一磁場領域４側に設置されている。磁場補正コイル１４は、高周波照射装置１３と傾斜磁場コイル１２の間の空間に設置されている。上下一対の傾斜磁場コイル１２は、被験者４１の撮像において空間位置情報を付与する目的で、均一磁場領域４に磁場の空間的な変化（傾斜磁場）を印加する。上下一対の高周波照射装置１３は、ＮＭＲ現象を引起すための共鳴周波数の電磁波を、均一磁場領域４に印加する。上下一対の磁場補正コイル１４は、外部電源（図示省略）によって電流を流し、磁場を発生させ、前記均一磁場領域４の静磁場の均一度を向上させる。
【００１６】
これらの構成を用いてベッド４２に搬送された被験者体内の関心領域の断面を画像化する。即ち、開放型電磁石装置２で生成した均一静磁場に、傾斜磁場コイル１２で傾斜磁場を重畳させることにより関心領域（通常１ｍｍ厚のスライス面）だけを所定の磁場強度に設定する。続いて、その領域に共鳴周波数の電磁波を照射して、スライス面にだけＮＭＲ現象を引き起こさせ、水素原子核スピンが放出する電磁波に基づいて、スライス面を画像化する。
【００１７】
開放型電磁石装置２は、対向して配置された上下一対の冷却容器９を、対向して配置された上下一対の真空容器３の中に一つずつ有している。冷却容器９は、真空容器３の中にあって外界から断熱されている。上下一対の冷却容器９の中には、上下一対の超電導主コイル７と、上下一対の超電導シールドコイル８と、上下一対の第１超電導コイル（製作誤差補正コイル）２３と、上下一対の第２超電導コイル（製作誤差補正コイル）２４とが一つずつ、冷媒の液体ヘリウム（Ｈｅ）と共に収容され、冷却可能になっている。上下一対の超電導主コイル７は、中心軸１１を共通の中心軸とし、均一磁場領域４を挟んで対向するように配置されている。上下一対の超電導シールドコイル８は、中心軸１１を共通の中心軸とし、均一磁場領域４を挟んで対向するように配置され、超電導主コイル７とは逆方向の磁場を発生するように逆向きの電流が流される。超電導主コイル７と超電導シールドコイル８とは、冷却容器９の中にあって冷媒９ａによって冷却され超電導状態になっている。超電導主コイル７は、中心軸１１方向に対して、超電導シールドコイル８よりも観測領域（均一磁場領域）４に近い位置に配置される。超電導シールドコイル８は、超電導主コイル７がＭＲＩ装置１の外部に生成する磁場（漏れ磁場）を抑制する磁場を生成する。超電導主コイル７と超電導シールドコイル８は、冷却容器９に支持されている。
【００１８】
上下一対の第１超電導コイル２３と、上下一対の第２超電導コイル２４とは、中心軸１１方向に対して、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の間に配置されている。上下一対の第１超電導コイル２３と、上下一対の第２超電導コイル２４とは、支持部材３１を介して、冷却容器９に支持されている。冷却容器９は、熱抵抗の大きい断熱支持部材１０を介して、真空容器３に支持されている。
【００１９】
また、開放型電磁石装置２は、上下一対の強磁性体部材１５と、上下一対の強磁性体部材１６を、真空容器３の内部に有している。上下一対の強磁性体部材１５は、中心軸１１を共通の中心軸とする円板状であり、均一磁場領域４を挟んで対向している。上下一対の強磁性体部材１６は、中心軸１１を共通の中心軸とする円環状であり、均一磁場領域４を挟んで対向している。強磁性体部材１５と１６は、冷却容器９の外部に設けられている。また、強磁性体部材１５と１６は、冷却容器９の内筒壁の内側で囲まれるように配置されている。強磁性体部材１６は、中心軸１１方向に対して、強磁性体部材１５よりも観測領域（均一磁場領域）４に近い位置に配置されている。また、強磁性体部材１６は、中心軸１１方向に対して、強磁性体部材１５よりも超電導主コイル７に近い位置に配置されている。強磁性体部材１６は、円環形状をなし、超電導主コイル７の内径、さらには、冷却容器９の内径よりも小さい外径を持っている。強磁性体部材１５は、円環形状又は円盤形状をなし、強磁性体部材１６の内径よりも小さい外径を持っている。強磁性体部材１５と１６は、成分の調整された鋼材、好ましくは純鉄で構成されている。強磁性体部材１５と１６は、支持部材１８と高熱抵抗支持部材１７と支持部材１９とを介して、冷却容器９に支持されている。強磁性体部材１５と１６は、複数の金属製で非磁性の支持部材１９で連結されている。冷却容器９には、溶接等によって非磁性の支持部材１８が固定されている。高熱抵抗支持部材１７は、支持部材１８と支持部材１９を連結している。高熱抵抗支持部材１７は、熱が、支持部材１９から支持部材１８へ伝導するのを抑制するため、高熱抵抗率のＦＲＰ製等にされ、さらに、熱の伝導方向にできるだけ長く細く形成されている。このため、高熱抵抗支持部材１７を単純に短く太く形成した場合に比べても、高熱抵抗支持部材１７の変形が起こりやすく、冷却容器９に対する強磁性体部材１５と１６の位置（精度）において、製作誤差が生じ易くなっている。この製作誤差については後記する。
【００２０】
図３に、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、冷却容器９を、中心軸１１方向から透視した透視図を示す。冷却容器９の内筒壁と外筒壁の間に、超電導主コイル７（ライン７ａは超電導主コイル７の外周を示している）と、超電導シールドコイル８（ライン８ａは超電導シールドコイル８の内周を示している）と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４とが配置されている。また、冷却容器９の内筒壁に囲まれるように、強磁性体部材１５と１６が配置されている。
【００２１】
第１超電導コイル２３には、中心軸２３ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。また、第２超電導コイル２４には、中心軸２４ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、超電導主コイル７の内筒面よりも外側で、超電導シールドコイル８の外筒面よりも内側にとなる様に配置されている。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４の半径は略等しく、第１超電導コイル２３で囲まれる内側の領域の面積Ｓ１と第２超電導コイル２４で囲まれる内側の領域の面積Ｓ２も略等しくなっている（Ｓ１＝Ｓ２）。第１超電導コイル２３の中心軸２３ａと、第２超電導コイル２４の中心軸２４ａとは、ずれて一致しておらず、互いに離れている。中心軸２３ａと中心軸２４ａとは、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の共通する中心軸１１ともずれて一致しておらず離れている。中心軸２３ａと中心軸２４ａとは、中心軸１１を対称軸とする軸対称の位置関係になっている。
【００２２】
このずれにより、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、互いに重なっていない領域を有している。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、一部重なり、冷却容器９の内筒壁や強磁性体部材１５、１６を含む領域が重なっている。この一部重なった領域は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４に共通であるので、それぞれの共通していない領域の面積、すなわち、第１超電導コイル２３の外側の領域と第２超電導コイル２４の内側の領域が重なる面積（図５の領域２９の面積に相当）と、第１超電導コイル２３の内側の領域と第２超電導コイル２４の外側の領域が重なる面積（図５の領域３０の面積に相当）とは、略等しくなっている。
【００２３】
また、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、交差部３２ａにおいて互いに交差し、接続部３２ｂにおいて電気的に接続されている。この接続部３２ｂによって、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、直列接続され、第１閉回路３２を構成している。このため、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の大きさと、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の大きさは、等しくなっている。また、交差部３２ａがあることによって、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の方向と、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の方向は、反対方向になっている。例えば、図３に示すように、第１超電導コイル２３を流れる電流Ｉ１の方向が反時計回りであれば、第２超電導コイル２４を流れる電流Ｉ１の方向は時計回りになっている。このことにより、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とが作る磁場の向きは、互いに逆になる。
【００２４】
この第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４からなる第１閉回路３２上には、好ましくは、図３に示すように、超電導状態を破るための超電導スイッチ３３や、その場合の電流を消費する保護抵抗３４も配置される。
【００２５】
図４では、図２のＭＲＩ装置１の矢視断面図の上側半分に、開放型電磁石装置２が発生させた磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの磁力線図を重ねている。また、高熱抵抗支持部材１７まわりに、製作誤差ｅがある場合を記載している。数値解析によれば、磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒには大きく２種類あることが分かっている。その１つは強磁性体部材１６を通過する磁力線２１Ｌ、２１Ｒであり、もう１つは強磁性体部材１５を通過する磁力線２２Ｌ、２２Ｒである。これらの磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒは、超電導シールドコイル８により下側に向かって押し曲げられるが、何れの磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒも、超電導主コイル７と超電導シールドコイル８の間の空間を通過する。また、磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの一部は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４の間の空間（図５の領域２９と領域３０に相当）を通過する（どちらか一方のコイルのみを通過する）ようになっている。
【００２６】
そして、例えば、強磁性体部材１５、１６が、冷却容器９（超電導主コイル７）に対して図４の右側へ変位するような製作誤差ｅが発生した場合は、この磁力線２１Ｌ、２１Ｒ、２２Ｌ、２２Ｒの間隔（即ち磁束密度Ｂ）が中心軸１１を挟んで非対称となり、磁力線２２Ｒの本数は、磁力線２２Ｌの本数より多くなり、磁力線の間隔は狭くなる。そして、図５に示すように、第１超電導コイル２３の外側かつ第２超電導コイル２４の内側の領域２９の磁束密度Ｂ２は、第２超電導コイル２４の外側かつ第１超電導コイル２３の内側の領域３０の磁束密度Ｂ１より大きくなる（Ｂ１＜Ｂ２）。このように、磁束密度Ｂが非対称な場合（Ｂ１＜Ｂ２）は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４のそれぞれと鎖交する磁力線の本数の差はゼロにならない（第１閉回路３２に交差する正味の磁束がゼロとならない）ので、磁束保存の法則により、その正味の磁束がゼロとなる様に、第１閉回路３２（第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４）に電流Ｉ１が流れることになる。電流Ｉ１により、前記正味の磁束をゼロとするような磁束密度ＢＩが生じ、第１超電導コイル２３の重なっていない第２超電導コイル２４の領域２９の磁束密度は、Ｂ２からＢＩ減少し（Ｂ２−ＢＩ）、第２超電導コイル２４の重なっていない第１超電導コイル２３の領域３０の磁束密度は、Ｂ１からＢＩ増加する（Ｂ１＋ＢＩ）。そして、増減後の領域２９の磁束密度（Ｂ２−ＢＩ）と、領域３０の磁束密度（Ｂ１＋ＢＩ）とは略等しくなる（Ｂ２−ＢＩ≒Ｂ１＋ＢＩ）。製作誤差ｅによって発生していた中心軸１１に対して非対称な磁力線間隔が対称となり、製作誤差ｅが補正されたことになる。このことにより、磁場補正コイル１４（図４等参照）を用いての磁場調整作業を軽減することができる。なお、第１の実施形態では、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４に、超電導線材を用いているが、これに限らず、常電導線材を用いてもよい。この場合、超電導スイッチ３３と保護抵抗３４を省けるのはもちろんである。
【００２７】
（第２の実施形態）
図６に、本発明の第２の実施形態に係る開放型電磁石装置２の一部の透視図を示している。図６では、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、第３超電導コイル２５と、第４超電導コイル２６と、冷却容器９の内筒壁と外筒壁を、中心軸１１方向から透視している。第２の実施形態の開放型電磁石装置２の第１の実施形態の開放型電磁石装置２との相違点は、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６を有している点である。
【００２８】
冷却容器９の内筒壁と外筒壁の間に、第３超電導コイル２５と、第４超電導コイル２６とが配置されている。第３超電導コイル２５には、中心軸２５ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。また、第４超電導コイル２６には、中心軸２６ａを中心軸とする円弧形状の１巻きコイルを用いることができる。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、超電導主コイル７の内筒面よりも外側で、超電導シールドコイル８の外筒面よりも内側にとなる様に配置されている。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６の半径は略等しく、第３超電導コイル２５で囲まれる内側の領域の面積Ｓ３と第４超電導コイル２６で囲まれる内側の領域の面積Ｓ４も略等しくなっている（Ｓ３＝Ｓ４）。第３超電導コイル２５の中心軸２５ａと、第４超電導コイル２６の中心軸２６ａとは、ずれて一致しておらず、互いに離れている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとは、中心軸１１ともずれて一致しておらず離れている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとは、中心軸１１を対称軸とする軸対称の位置関係になっている。中心軸２５ａと中心軸２６ａとを含む平面は、中心軸２３ａと中心軸２４ａとを含む平面と略直交している。
【００２９】
前記ずれにより、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、互いに重なっていない領域を有している。また、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とに重なっていない領域を有している。第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６は、一部重なり、冷却容器９の内筒壁や強磁性体部材１５、１６を含む領域が重なっている。この一部重なった領域は、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６に共通であるので、それぞれの共通していない領域の面積、すなわち、第３超電導コイル２５の外側かつ第４超電導コイル２６の内側の領域の面積と、第３超電導コイル２５の内側かつ第４超電導コイル２６の外側の領域の面積とは、略等しくなっている。
【００３０】
また、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、交差部３５ａにおいて互いに交差し、接続部３５ｂにおいて電気的に接続されている。この接続部３５ｂによって、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とは、直列接続され、第２閉回路３５を構成している。このため、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の大きさと、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の大きさは、等しくなっている。また、交差部３５ａがあることによって、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の方向と、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の方向は、反対方向になっている。例えば、図６に示すように、第３超電導コイル２５を流れる電流Ｉ２の方向が時計回りであれば、第４超電導コイル２６を流れる電流Ｉ２の方向は反時計回りになっている。このことにより、第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６とが作る磁場の向きは、互いに逆になる。
【００３１】
第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６（第２閉回路３５）は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４（第１閉回路３２）を、中心軸１１回りに９０度回転させると重なるように配置されている。第１閉回路３２と第２閉回路３５とは、互いに絶縁されている。この第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６（第２閉回路３５）によれば、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４（第１閉回路３２）では補正できない方向の強磁性体部材１５、１６の製作誤差ｅを補正することができる。この第３超電導コイル２５と第４超電導コイル２６からなる第２閉回路３５上には、好ましくは、図６に示すように、超電導スイッチ３３や保護抵抗３４も配置される。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７に、本発明の第３の実施形態に係る開放型電磁石装置２の一部の透視図を示している。図７では、超電導主コイル７と、超電導シールドコイル８と、強磁性体部材１５、１６と、第１超電導コイル２３と、第２超電導コイル２４と、冷却容器９の内筒壁と外筒壁を、中心軸１１方向から透視している。第３の実施形態の開放型電磁石装置２の第１の実施形態の開放型電磁石装置２との相違点は、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とが、円形ではなく、三日月形をして、それぞれが冷却容器９の内筒壁を囲んでいない点である。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４とは、互いに交差しない様に結線され、第１閉回路３２を構成している。第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４は、互いに逆方向に電流Ｉ１が流れるように直列に結線される。そして、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４それぞれで囲まれる内側の面積Ｓ１、Ｓ２が互いに概ね同じとなる（Ｓ１＝Ｓ２）様に構成される。第１閉回路３２上には、好ましくは、第１超電導コイル２３と第２超電導コイル２４を結線する接続部３２ｂに、超電導状態を破るための超電導スイッチ３３や、その場合の電流を消費する保護抵抗３４が配置されている。また、接続部３２ｂには、前記結線を交差させた交差部３２ａが含まれている。この第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同じ作用で、同じ効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００３３】
１ 磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）
２ 開放型電磁石装置
４ 観測領域（均一磁場領域）
７ 超伝導主コイル
８ 超伝導シールドコイル
９ 冷却容器
１１ 中心軸
１５、１６ 強磁性体部材
１７ 高熱抵抗支持部材
２３ 第１超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２４ 第２超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２５ 第３超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２６ 第４超電導コイル（製作誤差補正コイル）
２９ 第１超電導コイルの重なっていない第２超電導コイルの領域
３０ 第２超電導コイルの重なっていない第１超電導コイルの領域
３１ 支持部材
３２ 第１閉回路
３２ａ 交差部
３２ｂ 接続部
３５ 第２閉回路
３５ａ 交差部
３５ｂ 接続部
３６ 第３超電導コイルの重なっていない第４超電導コイルの領域
３７ 第４超電導コイルの重なっていない第３超電導コイルの領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導主コイルと超電導シールドコイルを冷媒と共に内包して冷却する冷却容器と、前記冷却容器に支持される強磁性体部材とを有する開放型電磁石装置において、
前記冷却容器内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しい第１超電導コイルと第２超電導コイルを、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路を有し、
前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有することを特徴とする開放型電磁石装置。
【請求項２】
前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとが、一部重なり、
前記第１超電導コイルの外側の領域と前記第２超電導コイルの内側の領域が重なる面積と、前記第１超電導コイルの内側の領域と前記第２超電導コイルの外側の領域が重なる面積とが、略等しいことを特徴とする請求項１に記載の開放型電磁石装置。
【請求項３】
前記冷却容器内に配置され、それぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しく、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に第３超電導コイルと第４超電導コイルを直列接続した第２閉回路を有し、
前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有し、
前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとに重なっていない領域を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開放型電磁石装置。
【請求項４】
前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルとが一部重なり、
前記第３超電導コイルの外側の領域と前記第４超電導コイルの内側の領域が重なる面積と、前記第３超電導コイルの内側の領域と前記第４超電導コイルの外側の領域が重なる面積とが、略等しいことを特徴とする請求項３に記載の開放型電磁石装置。
【請求項５】
前記超電導シールドコイルの中心軸は、前記超電導主コイルの主中心軸に略一致し、
前記第１超電導コイルの第１中心軸と、前記第２超電導コイルの第２中心軸は、前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開放型電磁石装置。
【請求項６】
前記超電導シールドコイルの中心軸は、前記超電導主コイルの主中心軸に略一致し、
前記第１超電導コイルの第１中心軸と、前記第２超電導コイルの第２中心軸は、前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になっていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の開放型電磁石装置。
【請求項７】
前記第３超電導コイルの第３中心軸は前記第４超電導コイルの第４中心軸と前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になり、
前記第３中心軸と前記第４中心軸とを含む平面は前記第１中心軸と前記第２中心軸とを含む平面と略直交することを特徴とする請求項６に記載の開放型電磁石装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の開放型電磁石装置を搭載したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１】
超電導主コイルと超電導シールドコイルを冷媒と共に内包して冷却する冷却容器と、前記冷却容器に支持される強磁性体部材とを有する開放型電磁石装置において、
前記冷却容器内に配置されそれぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しい第１超電導コイルと第２超電導コイルを、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に直列接続した第１閉回路を有し、
前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有することを特徴とする開放型電磁石装置。
【請求項２】
前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとが、一部重なり、
前記第１超電導コイルの外側の領域と前記第２超電導コイルの内側の領域が重なる面積と、前記第１超電導コイルの内側の領域と前記第２超電導コイルの外側の領域が重なる面積とが、略等しいことを特徴とする請求項１に記載の開放型電磁石装置。
【請求項３】
前記冷却容器内に配置され、それぞれで囲まれる内側の領域の面積が互いに略等しく、それぞれが作る磁場の向きが互いに逆となる様に第３超電導コイルと第４超電導コイルを直列接続した第２閉回路を有し、
前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルとは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、互いに重なっていない領域を有し、
前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルは、前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第１超電導コイルと前記第２超電導コイルとに重なっていない領域を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開放型電磁石装置。
【請求項４】
前記超電導主コイルの中心軸方向から透視して、前記第３超電導コイルと前記第４超電導コイルとが一部重なり、
前記第３超電導コイルの外側の領域と前記第４超電導コイルの内側の領域が重なる面積と、前記第３超電導コイルの内側の領域と前記第４超電導コイルの外側の領域が重なる面積とが、略等しいことを特徴とする請求項３に記載の開放型電磁石装置。
【請求項５】
前記超電導シールドコイルの中心軸は、前記超電導主コイルの主中心軸に略一致し、
前記第１超電導コイルの第１中心軸と、前記第２超電導コイルの第２中心軸は、前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開放型電磁石装置。
【請求項６】
前記超電導シールドコイルの中心軸は、前記超電導主コイルの主中心軸に略一致し、
前記第１超電導コイルの第１中心軸と、前記第２超電導コイルの第２中心軸は、前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になっていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の開放型電磁石装置。
【請求項７】
前記第３超電導コイルの第３中心軸は前記第４超電導コイルの第４中心軸と前記主中心軸を対称軸とする軸対称の位置関係になり、
前記第３中心軸と前記第４中心軸とを含む平面は前記第１中心軸と前記第２中心軸とを含む平面と略直交することを特徴とする請求項６に記載の開放型電磁石装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の開放型電磁石装置を搭載したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６２３６０（Ｐ２０１１−６２３６０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６０５３（Ｐ２００９−２１６０５３）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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