JPS6262301B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6262301B2 JPS6262301B2 JP54117054A JP11705479A JPS6262301B2 JP S6262301 B2 JPS6262301 B2 JP S6262301B2 JP 54117054 A JP54117054 A JP 54117054A JP 11705479 A JP11705479 A JP 11705479A JP S6262301 B2 JPS6262301 B2 JP S6262301B2
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- Japan
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- magnetic field
- conductor
- conductors
- pole piece
- pole
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 42
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
本発明は例えば核磁気共鳴に用いられる磁場装
置に関する。 核磁気共鳴により液体中の分子拡散の測定やス
ピン密度の２次元又は３次元的な画像形成を行な
う場合、一定方向の主磁場において、その磁界強
度に所定方向の勾配をつける必要がある。 従来、斯る磁場形成のために、主磁場発生用直
流電磁石の対向ポールピース面に複数の互いに平
行な直線導体を密着配置すると共に、上記各導体
の間隔を特定の関係式に従つて設定し、これら導
体に所定方向の電流を流すことが知られている。 然るに上記従来方法において、より大きな磁場
勾配を得るには、導体をポールピースより離して
ポールピースの対向中心に近づける必要があるが
その際の導体間隔の設計には上記従来の関係式を
用いることはできない。即ち斯る関係式は導体が
ポールピースに密着していることが前提条件とな
つているからである。 本発明者は既に上記導体をポールピース面より
離した場合でもその導体配置が特定の関係を満せ
ば主磁場方向に直交する方向の均一な磁場勾配の
得られる磁場装置を提案した。 即ちこの装置は、第１図に示す如く、主磁場と
しての直流磁界付与のための対向する電磁石ポー
ルピース１，２間に、該ポールピースと接触する
ことなく、互いに平行な４本の直線導体３ａ〜３
ｄを少なくとも１組有し、該組の各導体はポール
ピース１，２の対向する平坦な面４，５に垂直な
任意の平面内にある仮想的矩形６の各頂点を通過
する配置にあり、かつ上記各導体に同一方向及び
同一大きさの直流電流を供給してなるものであ
り、更に詳しくは、上記装置において、上記矩形
６の中心がポールピース面４，５の対向中心０に
位置すると共に、ポールピース４，５に平行及び
垂直な矩形６の各辺と上記中心０との間の距離を
夫々ｄ及びａ，ポールピース面４，５と上記中心
０との間の距離をｌとすると、これらｄ，ａ及び
ｌは、 Re〔（cosec2α−２／３）cosec2α〕＝０ (1) ただし、α＝π／２（ｄ／ｌ−ｉａ／ｌ） ｉ：複素単位 Re：続く〔 〕内の実数部 を満す値である。次に上記(1)式の導出方法につい
て説明する。 ４本の直線導体3a〜3dは磁極間隔2lのポールピ
ース面４，５間にあつて2d×2dの仮想矩形の各
頂点に配置されているものとし、一本の直線導体
に電流Ｊを流した時のＺ方向の磁界強度はビオ・
サバールの法則によつて Hz＝−Ｊ／２πRe［１／ａ＋ｉｄ−ξ］ …(i) ξ＝ｙ＋iz Re：続く〔 〕の実数成分 で表わされる。前記(i)式にポールピース面４，５
からの影響を含めるため全ての映像電流からの寄
与を加算すると となる。この(ii)式を原点（ポールピース面４，５
間の中心０）でξに関して級数展開を行なうと、 となる。ここでＣ2〓+1はａ／ｌとｄ／ｌのみの
関数である。 ここでもしC3＝０になれば上記(iii)式は近似的
に Hz＝Ｊ／ｌC1 Re（πξ／２ｌ）∝ｙ (iv) ただしC1＝Re（cosec2α） C3＝Re［（cosec2α−２／３）cosec2α］ α＝π／２（ｄ／ｌ−ｉａ／ｌ） となる。従つてC3＝０となる条件は前記(1)式の
如くなる。第２図に上記関係式を満すｄ／ｌとａ／ｌと
の 相関々係を実線にて示す。 上記装置にあつては、第１図々示の如く、電流
の方向をｘ軸、該軸と直交し、ポールピース面
４，５に平行な方向をｙ軸、ポールピース面４，
５に垂直な方向をｚ軸とし、更に上記中心０を座
標原点となすと、ｙ／ｌ＜0.5かつｚ／ｌ＜0.5となる原
点付 近での磁界強度Ｈは前記(iv)式により、 Ｈ＝Ho＋Hz＝Ho＋Gy・ｙ (2) となる。尚、Hzはｚ軸方向の磁界強度、Hoはポ
ールピース１，２による主磁場磁界強度、Gyは
ｙ軸方向における勾配で、 Gy〓πＪ／２ｌ２Re〔cosec2α〕 (3) （Ｊは１本の導体に流す電流値で全ての導体３ａ
〜３ｄに対して同一値である。）又、ポールピー
ス面４，５の大きさは、その対向長がｌより十分
大きく、実際的には３倍以上、好ましくは５倍以
上になるべく設定される。 こゝに、上記式(2)より明らかな如く、得られる
磁場は主磁場方向に直交するｙ軸方向の均一な磁
場勾配を有する。 さて、上記装置では導体は４本１組のみであつ
たが磁場に関しては重ね合わせの原理が成立する
ので各々が上記式(1)を満す限り複数の組を並置し
所望の強度を得ることができる。第３図はこの様
子を示し、各組を構成する導体８，８…がほゞ直
線状に配列されている。尚、同図は上記座標軸の
第１象限のみを示すものであり、他の象限でも同
様である。 然るに斯る導体配置の場合ｄの小さな組が入つ
てくるが、ｄが小さくなると均一勾配磁場領域が
狭くなることが判明した。第４図ａ，ｂは、ビ
オ・サバールの法則を用いて導体の位置から磁場
分布を算出し、上記原点の勾配を基準にして等パ
ーセントの位置を曲線で結んだもので、同図ａ及
びｂは夫々第２図中のａ及びｂの各点と対応する
勾配分布を示している。第４図ａ，ｂを比較する
と判るように上記式(1)を満足するｄの大きな組の
場合（第４図ｂ参照）±0.5％ラインも±５％ライ
ンもほぼ等方的に位置しており、均一領域はほぼ
等方的であるのに対し、ｄの小さな組の場合（第
４図ａ参照）±0.5％ラインはほぼ等方的に位置し
ているが、ｄの大きな組に比べて等方的に狭くな
つており、また±５％ラインは特にＺ方向で中心
０に接近し、均一領域がＺ方向に狭くなつてい
る。尚第４図ａ，ｂにて点線円の半径はｌ／３であ る。 従つて本発明は均一勾配磁場領域を狭くするこ
となく、磁場強度を大にせんとするものである。 本発明は、ａの値を上記条件式より若干小さく
した組の場合、その均一領域がｙ方向に狭くなり
ｚ方向に広くなるという新たな知見に基づいてい
る。第２図中点線で示す曲線はａの値が若干小さ
い条件を示し、該曲線線上の点ｃに対応する勾配
分布を第４図ｃに示す。同図と第４図ｂとを比較
すれば明らかな如く、ほゞ同じｄ／ｌの値に対し、ａ が若干小さくなれば均一領域がｙ方向において狭
くｚ方向において広くなることが判る。 即ち本発明は上記式(1)を満たすｄ，ａの値をも
つ直線導体の組と略等しいｄの値をもち若干小さ
なａの値をもつ直線導体の組とを各ｄの値に対応
して組み合わせることを特徴とするものである。
本発明は原理的には１対の組で構成され、その場
合は、第２図の点ａとｃの如く式(1)を満たすｄ，
ａの値をもつ直線導体の組と、該組のｄより大な
るｄの値を有する他の組とを組合わせるのが最も
効果的である。この場合は第４図ａの磁場強度分
布と第４図ｃの磁場強度分布を重ね合わせること
になり、例えば−５％の領域と−５％の領域とを
重ね合わせれば−５％の領域のままであり、−５
％の領域と０％の領域を重ね合わせれば、−2.5％
の領域となる重ね合わせの原理より、Ｚ軸方向に
狭い第４図ａの分布はｙ軸方向に狭い第４図ｃの
分布によつて補正され、均一領域を拡げて等方的
にほぼ均一磁場が得られる結果となる。尚、第４
図ｂの分布を有する第２図点ｂの直線導体の組は
それ自身第２図点ａの直線導体に比べれば均一な
磁場を形成するので補正の必要はなくそのまま上
記点ａ及びｃの直線導体に加えることが可能であ
る。しかし、実際的には、十分な磁場強度を得る
ためにより多くの組が必要とされるので、斯る場
合には、式(1)を満す複数組の配列とこの配列によ
るｚ方向の悪化を式(1)を満すａより若干小さいａ
を有する複数の組の配列で補正することとなる。 第５図は本発明実施例における導体配列を第３
図と同様に第１象限において代表的に示してい
る。この配列はほゞ直線上に並ぶ外側の配列導体
A1，A2…A9と内側の配列導体B1，B2…B8とから
なり、外側の配列は第２図の実線に沿うもの、即
ち、上記式(1)を満す関係にあり、内側の配列は第
２図の点線に沿うもの、即ち若干ａの小さい場合
である。 下表に上記各導体配置の具体的数値を示す。 尚、ｌ＝30mmである。
置に関する。 核磁気共鳴により液体中の分子拡散の測定やス
ピン密度の２次元又は３次元的な画像形成を行な
う場合、一定方向の主磁場において、その磁界強
度に所定方向の勾配をつける必要がある。 従来、斯る磁場形成のために、主磁場発生用直
流電磁石の対向ポールピース面に複数の互いに平
行な直線導体を密着配置すると共に、上記各導体
の間隔を特定の関係式に従つて設定し、これら導
体に所定方向の電流を流すことが知られている。 然るに上記従来方法において、より大きな磁場
勾配を得るには、導体をポールピースより離して
ポールピースの対向中心に近づける必要があるが
その際の導体間隔の設計には上記従来の関係式を
用いることはできない。即ち斯る関係式は導体が
ポールピースに密着していることが前提条件とな
つているからである。 本発明者は既に上記導体をポールピース面より
離した場合でもその導体配置が特定の関係を満せ
ば主磁場方向に直交する方向の均一な磁場勾配の
得られる磁場装置を提案した。 即ちこの装置は、第１図に示す如く、主磁場と
しての直流磁界付与のための対向する電磁石ポー
ルピース１，２間に、該ポールピースと接触する
ことなく、互いに平行な４本の直線導体３ａ〜３
ｄを少なくとも１組有し、該組の各導体はポール
ピース１，２の対向する平坦な面４，５に垂直な
任意の平面内にある仮想的矩形６の各頂点を通過
する配置にあり、かつ上記各導体に同一方向及び
同一大きさの直流電流を供給してなるものであ
り、更に詳しくは、上記装置において、上記矩形
６の中心がポールピース面４，５の対向中心０に
位置すると共に、ポールピース４，５に平行及び
垂直な矩形６の各辺と上記中心０との間の距離を
夫々ｄ及びａ，ポールピース面４，５と上記中心
０との間の距離をｌとすると、これらｄ，ａ及び
ｌは、 Re〔（cosec2α−２／３）cosec2α〕＝０ (1) ただし、α＝π／２（ｄ／ｌ−ｉａ／ｌ） ｉ：複素単位 Re：続く〔 〕内の実数部 を満す値である。次に上記(1)式の導出方法につい
て説明する。 ４本の直線導体3a〜3dは磁極間隔2lのポールピ
ース面４，５間にあつて2d×2dの仮想矩形の各
頂点に配置されているものとし、一本の直線導体
に電流Ｊを流した時のＺ方向の磁界強度はビオ・
サバールの法則によつて Hz＝−Ｊ／２πRe［１／ａ＋ｉｄ−ξ］ …(i) ξ＝ｙ＋iz Re：続く〔 〕の実数成分 で表わされる。前記(i)式にポールピース面４，５
からの影響を含めるため全ての映像電流からの寄
与を加算すると となる。この(ii)式を原点（ポールピース面４，５
間の中心０）でξに関して級数展開を行なうと、 となる。ここでＣ2〓+1はａ／ｌとｄ／ｌのみの
関数である。 ここでもしC3＝０になれば上記(iii)式は近似的
に Hz＝Ｊ／ｌC1 Re（πξ／２ｌ）∝ｙ (iv) ただしC1＝Re（cosec2α） C3＝Re［（cosec2α−２／３）cosec2α］ α＝π／２（ｄ／ｌ−ｉａ／ｌ） となる。従つてC3＝０となる条件は前記(1)式の
如くなる。第２図に上記関係式を満すｄ／ｌとａ／ｌと
の 相関々係を実線にて示す。 上記装置にあつては、第１図々示の如く、電流
の方向をｘ軸、該軸と直交し、ポールピース面
４，５に平行な方向をｙ軸、ポールピース面４，
５に垂直な方向をｚ軸とし、更に上記中心０を座
標原点となすと、ｙ／ｌ＜0.5かつｚ／ｌ＜0.5となる原
点付 近での磁界強度Ｈは前記(iv)式により、 Ｈ＝Ho＋Hz＝Ho＋Gy・ｙ (2) となる。尚、Hzはｚ軸方向の磁界強度、Hoはポ
ールピース１，２による主磁場磁界強度、Gyは
ｙ軸方向における勾配で、 Gy〓πＪ／２ｌ２Re〔cosec2α〕 (3) （Ｊは１本の導体に流す電流値で全ての導体３ａ
〜３ｄに対して同一値である。）又、ポールピー
ス面４，５の大きさは、その対向長がｌより十分
大きく、実際的には３倍以上、好ましくは５倍以
上になるべく設定される。 こゝに、上記式(2)より明らかな如く、得られる
磁場は主磁場方向に直交するｙ軸方向の均一な磁
場勾配を有する。 さて、上記装置では導体は４本１組のみであつ
たが磁場に関しては重ね合わせの原理が成立する
ので各々が上記式(1)を満す限り複数の組を並置し
所望の強度を得ることができる。第３図はこの様
子を示し、各組を構成する導体８，８…がほゞ直
線状に配列されている。尚、同図は上記座標軸の
第１象限のみを示すものであり、他の象限でも同
様である。 然るに斯る導体配置の場合ｄの小さな組が入つ
てくるが、ｄが小さくなると均一勾配磁場領域が
狭くなることが判明した。第４図ａ，ｂは、ビ
オ・サバールの法則を用いて導体の位置から磁場
分布を算出し、上記原点の勾配を基準にして等パ
ーセントの位置を曲線で結んだもので、同図ａ及
びｂは夫々第２図中のａ及びｂの各点と対応する
勾配分布を示している。第４図ａ，ｂを比較する
と判るように上記式(1)を満足するｄの大きな組の
場合（第４図ｂ参照）±0.5％ラインも±５％ライ
ンもほぼ等方的に位置しており、均一領域はほぼ
等方的であるのに対し、ｄの小さな組の場合（第
４図ａ参照）±0.5％ラインはほぼ等方的に位置し
ているが、ｄの大きな組に比べて等方的に狭くな
つており、また±５％ラインは特にＺ方向で中心
０に接近し、均一領域がＺ方向に狭くなつてい
る。尚第４図ａ，ｂにて点線円の半径はｌ／３であ る。 従つて本発明は均一勾配磁場領域を狭くするこ
となく、磁場強度を大にせんとするものである。 本発明は、ａの値を上記条件式より若干小さく
した組の場合、その均一領域がｙ方向に狭くなり
ｚ方向に広くなるという新たな知見に基づいてい
る。第２図中点線で示す曲線はａの値が若干小さ
い条件を示し、該曲線線上の点ｃに対応する勾配
分布を第４図ｃに示す。同図と第４図ｂとを比較
すれば明らかな如く、ほゞ同じｄ／ｌの値に対し、ａ が若干小さくなれば均一領域がｙ方向において狭
くｚ方向において広くなることが判る。 即ち本発明は上記式(1)を満たすｄ，ａの値をも
つ直線導体の組と略等しいｄの値をもち若干小さ
なａの値をもつ直線導体の組とを各ｄの値に対応
して組み合わせることを特徴とするものである。
本発明は原理的には１対の組で構成され、その場
合は、第２図の点ａとｃの如く式(1)を満たすｄ，
ａの値をもつ直線導体の組と、該組のｄより大な
るｄの値を有する他の組とを組合わせるのが最も
効果的である。この場合は第４図ａの磁場強度分
布と第４図ｃの磁場強度分布を重ね合わせること
になり、例えば−５％の領域と−５％の領域とを
重ね合わせれば−５％の領域のままであり、−５
％の領域と０％の領域を重ね合わせれば、−2.5％
の領域となる重ね合わせの原理より、Ｚ軸方向に
狭い第４図ａの分布はｙ軸方向に狭い第４図ｃの
分布によつて補正され、均一領域を拡げて等方的
にほぼ均一磁場が得られる結果となる。尚、第４
図ｂの分布を有する第２図点ｂの直線導体の組は
それ自身第２図点ａの直線導体に比べれば均一な
磁場を形成するので補正の必要はなくそのまま上
記点ａ及びｃの直線導体に加えることが可能であ
る。しかし、実際的には、十分な磁場強度を得る
ためにより多くの組が必要とされるので、斯る場
合には、式(1)を満す複数組の配列とこの配列によ
るｚ方向の悪化を式(1)を満すａより若干小さいａ
を有する複数の組の配列で補正することとなる。 第５図は本発明実施例における導体配列を第３
図と同様に第１象限において代表的に示してい
る。この配列はほゞ直線上に並ぶ外側の配列導体
A1，A2…A9と内側の配列導体B1，B2…B8とから
なり、外側の配列は第２図の実線に沿うもの、即
ち、上記式(1)を満す関係にあり、内側の配列は第
２図の点線に沿うもの、即ち若干ａの小さい場合
である。 下表に上記各導体配置の具体的数値を示す。 尚、ｌ＝30mmである。
【表】
第６図ａに上記実施例における第４図と同様の
勾配分布を示し、同図から明らかな如く、半径ｌ／３ の領域が±５％以下の均一勾配磁界領域となる。
比較のために同数の導体を第３図に示す配列で設
定した場合の勾配分布を第６図ｂに示す。下表は
この場合の各導体配置の具体的数値を示す。 尚、ｌ＝30mmである。
勾配分布を示し、同図から明らかな如く、半径ｌ／３ の領域が±５％以下の均一勾配磁界領域となる。
比較のために同数の導体を第３図に示す配列で設
定した場合の勾配分布を第６図ｂに示す。下表は
この場合の各導体配置の具体的数値を示す。 尚、ｌ＝30mmである。
【表】
上記の比較により本発明の改善効果は明らかで
ある。尚、補正に用いる導体配列の各ａの値は上
記式(1)を満す値より若干小さく、設定されるがそ
の差は0.05lより小さい範囲が好ましく、また式
(1)を満す導体配列のｄの範囲はｄ／ｌ≧0.7が好まし く、ａ，ｄがこれらの範囲からはずれると補正が
難しくなる。 以上の説明より明らかな如く本発明によれば対
向ポールピース間に主磁場方向と直交する方向の
磁場勾配付与のための導体を配置するに際し、斯
る導体をポールピース面に密着する必要がなくポ
ールピース面より離間することができるので所望
大きさの勾配を容易に得ることができ、更に均一
勾配磁場領域を狭くすることなく磁場強度を大に
することができる。
ある。尚、補正に用いる導体配列の各ａの値は上
記式(1)を満す値より若干小さく、設定されるがそ
の差は0.05lより小さい範囲が好ましく、また式
(1)を満す導体配列のｄの範囲はｄ／ｌ≧0.7が好まし く、ａ，ｄがこれらの範囲からはずれると補正が
難しくなる。 以上の説明より明らかな如く本発明によれば対
向ポールピース間に主磁場方向と直交する方向の
磁場勾配付与のための導体を配置するに際し、斯
る導体をポールピース面に密着する必要がなくポ
ールピース面より離間することができるので所望
大きさの勾配を容易に得ることができ、更に均一
勾配磁場領域を狭くすることなく磁場強度を大に
することができる。
第１図及び第２図は本発明を説明するための断
面図及び曲線図、第３図は導体の配列例を示す断
面図、第４図は磁場勾配分布図、第５図は本発明
実施例の導体配例を示す断面図、第６図ａ及びｂ
は同実施例及び比較例における磁場勾配分布図で
ある。 １，２…ポールピース面、A1〜A9，B1〜B8…
導体。
面図及び曲線図、第３図は導体の配列例を示す断
面図、第４図は磁場勾配分布図、第５図は本発明
実施例の導体配例を示す断面図、第６図ａ及びｂ
は同実施例及び比較例における磁場勾配分布図で
ある。 １，２…ポールピース面、A1〜A9，B1〜B8…
導体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直流磁界付与のための対向するポールピース
間に、該ポールピースと接触することなく互いに
平行な４本の直線導体を複数組有し、該組の各導
体は上記ポールピースの対向面に垂直な任意の平
面内にある仮想的矩形のの各頂点を通過する配置
にあり、かつ上記各導体に同一方向及び同一大き
さの電流を供給してなる磁場装置であつて、上記
矩形の中心が上記ポールピース面の対向中心に位
置すると共に、上記ポールピース面に平行及び垂
直な上記矩形の各辺と上記中心との間の距離を
夫々ｄ及びａ，上記ポールピース面と上記中心と
の間の距離をｌとすると、これらｄ，ａ及びｌが Re〔（cosec2α−２／３）cosec2α〕＝０ ただし、α＝π／２（ｄ／ｌ−ｉａ／ｌ） ｉ：複素単位 Re：続く〔 〕内の実数部 を満す上記直線導体の組と上記式を満すａより若
干小さなａを有する他の組とを組み合わせたこと
を特徴とする磁場装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11705479A JPS5640746A (en) | 1979-09-11 | 1979-09-11 | Magnetic field device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11705479A JPS5640746A (en) | 1979-09-11 | 1979-09-11 | Magnetic field device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5640746A JPS5640746A (en) | 1981-04-17 |
| JPS6262301B2 true JPS6262301B2 (ja) | 1987-12-25 |
Family
ID=14702274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11705479A Granted JPS5640746A (en) | 1979-09-11 | 1979-09-11 | Magnetic field device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5640746A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6366018A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-24 | Morita Tokushu Kiko Kk | 積載システム |
| JP4869112B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2012-02-08 | 株式会社東芝 | 電気掃除機 |
-
1979
- 1979-09-11 JP JP11705479A patent/JPS5640746A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5640746A (en) | 1981-04-17 |
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