(57)【要約】  磁場調整に要する期間ならびに費用の重複を避け、かつ最終設置場所における磁場調整期間の最小化を実現し、磁石の磁場調整の高効率化を図るために、計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法は、前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、級数展開された不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整ステップと、前記第一の調整ステップの後に行われ、前記低次の不整磁場成分を調整する第二のステップと、を含む。
2012132911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、
測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
級数展開された不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整ステップと、
前記第一の磁場調整ステップの後に行われ、低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項２】
計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、
測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
前記静磁場発生手段が置かれた第一の場所で、前記級数展開された不整磁場成分のうち高次項の不整磁場成分を調整する第一の磁場調整ステップと、
前記静磁場発生手段を前記第一の場所と異なる第二の場所に移動した後、前記級数展開された不整磁場成分のうち低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を有することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップと、前記第二の磁場調整ステップとは、用いる磁場補正手段が異なることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項４】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記低次の不整磁場成分は、４次以下の成分であることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項５】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記静磁場発生手段は円筒形状を有し、静磁場方向は円筒の軸に平行であって、前記第一及び第二の磁場調整ステップは、前記円筒と同心の仮想円筒上であって且つ前記円筒の軸に平行な複数の線に沿って、前記磁場補正手段を配置するステップを含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項６】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記静磁場発生手段は円板形状を有し、静磁場方向は円板に直交する方向であって、前記第一及び第二の調整ステップは、前記円板と同心の仮想円板上であって且つ当該仮想円板の複数の半径方向の線に沿って、前記磁場補正手段を配置するステップを含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項７】
請求項5に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の調整ステップで、前記磁場補正手段が配置される仮想線と、前記第二の調整ステップで、前記磁場補正手段が配置される仮想線は、交互に配列することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項８】
請求項3に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップでは、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイを用い、前記第一の磁場調整ステップでは、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイを用いることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項９】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記磁場補正手段の少なくとも一つは、磁性体シムを備えることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項１０】
検査対象を収納する撮像空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、静磁場発生手段と、前記静磁場を調整するための磁場補正手段とを備え、
前記磁場補正手段は、磁性体片を収納するための複数の収納部を有するシムトレイを備え、前記シムトレイとして、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイと、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイとを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイと前記第二のシムトレイは、交互に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１２】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイに収納される磁性体片と、前記第二のシムトレイに収納される磁性体片とは、数及び／または大きさが異なることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１３】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイは、その長手方向に亘り均等に前記収納部が形成されており、前記第二のシムトレイは、その長手方向に沿って収納部が形成されていない領域と形成されている領域を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１４】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円筒形状を有し、前記シムトレイは、棒状形状を有し、前記静磁場発生手段の円筒内に、その軸方向に沿って配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１５】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円板形状を有し、前記シムトレイは、円板を半径に沿って複数に分割した形状を有し、前記静磁場発生手段の円板形状と平行に、円板状に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１６】
静磁場発生装置が発生する静磁場の均一度を調整するための磁場調整システムであって、
前記静磁場の磁場分布を測定する磁場測定手段と、
前記静磁場の均一度を調整するために用いる磁場補正手段を記憶する記憶手段と、
前記磁場測定手段が測定した磁場分布と、前記記憶手段に記憶された磁場補正手段の情報とを用いて、シム量を算出する計算手段とを備え、
前記計算手段は、前記測定した磁場分布のうち、高次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第一の計算と、低次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第二の計算を行うことを特徴とする磁場調整システム。
【請求項１７】
請求項16に記載の磁場調整システムであって、
前記磁場補正手段は、シムトレイと当該シムトレイに配置される磁性体シムであって、  前記計算手段は、前記シムトレイにおける磁性体シムの配置位置と数を算出することを特徴とする磁場調整システム。
【請求項１８】
請求項16に記載の計算手段に、
測定された静磁場均一度のデータを入力し、級数項に展開するステップと、
シムトレイの条件として、高次用シムトレイ及び低次用シムトレイのそれぞれについて、シムトレイの数、各シムトレイにおける磁性体シム収納部の位置及び数、磁性体シムの磁化の大きさを入力するステップと、
入力された高次項用シムトレイの条件を用いて、級数項に展開した不整磁場のうち高次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
入力された低次項用シムトレイの条件を用いて、低次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
を含む計算を行わせるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石を用いた静磁場発生装置、特に磁気共鳴イメージング(MRI)用の静磁場発生装置の磁場均一度を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRIにおいて、高画質なMRI画像を得るために、静磁場発生装置には、静磁場の高度な均一性と高磁場が要求される。これらの要求に対し、現在、超電導磁石を使用するのが一般的となっている。【０００３】
静磁場の均一性は、主に超電導コイルの配置位置によって、所望の空間に必要な均一磁場を発生するように設計されるが、実際には、超電導磁石の製作寸法誤差により、所望の磁場均一性を得ることは困難であり、パッシブシムと称される、微小な磁性体シム鉄片を使用し、静磁場を微細に調整する(以下、シミングと称す)磁場調整手段が、静磁場発生手段に備えられる。【０００４】
一般的なシミングの手順例は、次のとおりである。まず所望の撮像空間における磁場の空間分布を磁場計測プローブにより計測する。次に、計測した磁場分布を、ルジャンドル多項式などの多項式の和に級数展開し、磁場の不均一性を算出する。この結果に基づき、磁場の不均一性を打ち消すように、磁性体シムの配置位置および配置量を決定する。これらステップを繰り返し、均一度を向上させる。【０００５】
従来のシミングでは、高い均一度を達成しようとする場合に、均一度が高くなるにつれて調整が困難になり、調整時間が長時間化するという問題がある。また、超電導磁石の強力な磁場中においては、シム鉄の配置作業が困難であるため、配置作業毎に、超電導磁石を消磁した後、シム鉄を配置し、再度励磁する必要がある。このときの消磁および励磁時には、多大な液体ヘリウムを消費する。つまり、シム鉄の配置作業毎に、消磁および励磁を伴い、高価である液体ヘリウムの大量消費を伴う。【０００６】
均一度を高める要請に関連して、特許文献1には、比較的大きい撮像空間で測定した磁場分布計測データから球面調和係数を得て、それより小さい空間の磁場を再構成することにより、当該小さい空間の均一度を高める技術が記載されている。また、シミングが長時間化する問題に対し、特許文献2には、調整を2段階に分け、前段では比較的大きなシム鉄を用いて、所定の均一度になるまで調整を行い、後段では比較的小さなシム鉄を用いて、均一度を高める技術が記載されている。また特許文献2には、シミングステップを静磁場発生装置の工場出荷前と設置現場とに分けて行い、工場出荷前のシミングで目的とする均一度を達成した後、設置場所のシミングでは比較的少ない項数の調整を行うことにより設置場所でのシミング時間を短時間化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2001-87245号公報
【特許文献２】特開2008-289717号公報
【特許文献３】特開平03-215246号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高磁場を発生する超電導磁石は、磁石の外部に漏洩する磁場(以下、漏洩磁場と称す)の広がりが大きく、漏洩磁場に起因する静磁場の不均一の問題がある。例えば、中心磁場がおよそ1.5〜3.0テスラを有する超電導磁石では、その漏洩磁場、例えば、5ガウスライン広がりは、磁場中心から軸方向において、およそ4、5メートルであり、径方向において、およそ2、3メートルであり、撮像室外に漏洩するほどの広がりを有する。この漏洩磁場により、超電導磁石の最終設置場所周辺に設置される、特に鉄などの強磁性体製の建築建材や、漏洩磁場を抑制するために設置される電磁軟鉄などの磁気シールド材が磁化され、その磁化によって撮像空間における静磁場の均一性は劣化する。この磁石の外部からの磁化による静磁場の不均一性(以下、「環境磁場による不整磁場」と称す)を補正するためにも、最終設置場所に搬入後においても、再度磁場調整が必須となる。【０００９】
この問題に対し、例えば、特許文献3に記載されるような、工場出荷前と設置場所とでそれぞれシミングする技術を適用した場合、工場出荷前に目的とする静磁場均一度を達成していたとしても、超電導磁石のように漏洩磁場が大きく、設置場所の環境磁場による不整磁場が無視できない程度あると、再度出荷前と同様のシミングが必要となり、調整の長時間化は免れず、工数の増加及び液体ヘリウムの大量消費の問題が残る。また、特許文献2に記載される技術を適用した場合にも、同様である。また特許文献2に記載される技術では、前段で既に第1の鉄シムが配置されたトレイ(台座)に、後段で第2の鉄シムを取り付けたり取り外したりする作業が必要となるため、作業性が悪いという問題もある。【００１０】
そこで、本発明は、磁場調整に要する期間ならびに費用の重複を避け、かつ最終設置場所における磁場調整期間の最小化を実現し、磁石の磁場調整の高効率化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、静磁場の均一度を調整する方法であって、静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、級数展開された不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整ステップと、第一の調整ステップの後に行われ、低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第一の磁場調整で高次項の不整磁場の調整を行い、第二の磁場調整で低次項の不整磁場の調整を行うことにより、磁石自体の磁場不均一と環境による不整磁場の双方に重複する級数項を繰り返し調整することなく、第二の磁場調整では主として環境による不整磁場のみを調整すればよいので、磁場調整の全工程が短縮される。また静磁場発生装置の最終設置場所における磁場調整時の労力やヘリウム消費量を低減し、所望の静磁場均一度を達成することができる。【００１３】
また本発明によれば、低次項の不整磁場を補正するための磁場補正手段と、高次項の不整磁場を補正するための磁場補正手段とを別個に備えることにより、高次項の不整磁場を補正した後、それに用いた磁場補正手段の移動や変更を不要とするので、低次項の不整磁場を補正する際の作業性を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】環境磁場による不整磁場と、磁性体の厚みとの関係を示す図
【図２】本発明による静磁場調整方法の手順を示す図
【図３】超電導磁石の磁場分布を示す図で、(a)は調整前の素磁場の分布を示す図、(b)は第一の磁場調整ステップ終了後の磁場分布を示す図、(c)は第二の磁場調整ステップ終了後の磁場分布を示すを示す図
【図４】第一の磁場調整ステップにおけるシム鉄配置位置の具体例を示す図で、(a)は8次項の不整磁場とその補正例を示す図、(b)は9次項の不整磁場とその補正例を示す図
【図５】第一の磁場調整ステップにおけるシム鉄配置位置の具体例を示す図で、(a)は1次項の不整磁場とその補正例を示す図、(b)は2次項の不整磁場とその補正例を示す図、(c)は3次項の不整磁場とその補正例を示す図、(d)は4次項の不整磁場とその補正例を示す図
【図６】本発明の方法および従来法による磁場調整時の静磁場均一度の推移を示すグラフで、(a)は本発明による磁場調整の静磁場均一度の推移を示すグラフ、(b)は従来技術1による磁場調整の静磁場均一度の推移を示すグラフ、(c)は従来技術2による磁場調整の静磁場均一度の推移を示すグラフ
【図７】第一の実施形態の円筒型の静磁場発生装置の概要を示す図
【図８】図7の静磁場発生装置の磁場補正手段の一例を示す図
【図９】図8の磁場補正手段の変更例を示す図
【図１０】図8の磁場補正手段の別の変更例を示す図
【図１１】第二の実施形態の垂直磁場方式の静磁場発生装置の概要を示す図
【図１２】図11の静磁場発生装置の磁場補正手段の一例を示す図で、(a)は複数のシムトレイからなるシムトレイ群を示す図、(b)は個々のシムトレイを示す図
【図１３】円板型の静磁場発生装置における磁場分布とそれを補正するシム鉄配置を示す図で、(a)は一次項の不整磁場を示す図、(b)は8次項の不整磁場を示す図
【図１４】磁場調整システムの概要を示す図
【図１５】磁場調整システムの動作を示すフローチャート
【図１６】第一の磁場調整における磁場調整システムの計算結果の表示例を示す図
【図１７】第一の磁場調整における磁場調整システムの計算結果の表示例を示す図
【図１８】第二の磁場調整における磁場調整システムの計算結果の表示例を示す図
【図１９】第二の磁場調整における磁場調整システムの計算結果の表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の静磁場発生装置の磁場調整方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下の説明中の部材のサイズや数、磁場強度等の数値は、一例であって、本発明はこれら数値に限定されるものではない。
【００１６】
まず、本発明に至った経緯を説明する。
より具体的に、本発明者は、環境磁場による不整磁場の性質について詳細な検討を行った。その結果、環境磁場による不整磁場は、主として低次の項に関わる磁場成分を調整することにより調整可能であることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１７】
環境磁場による不整磁場は、主として、超電導磁石からの漏洩磁場により、磁石周辺の強磁性体が磁化し、その磁化により、超電導磁石の撮像空間内に発生される磁場である。
【００１８】
磁石が設置される空間において、磁石周辺の強磁性体は、ある一定の距離以上離れた位置に配置されることになる。例えば、磁場中心高さが1m、直径2m、軸長1.6mの円筒磁石を想定した場合、最も隣接して配置される強磁性体は、床面あるいは側壁面の内部にあり、構造体(例えば、木製あるいはコンクリート製の補強構造体)の厚みを考慮すると、磁場中心位置から、約1.2m以上離れた位置に配置されることになる。
【００１９】
超電導磁石から約1.2m離れた位置にある強磁性体が、超電導磁石の漏洩磁場により磁化された結果、中心磁場空間に発生する不整磁場成分は、図1に示すようになる。図1は、不整磁場の各成分(Z2、Z4、Z6、Z8、Y、XY、Z2Y、-Y3)をシミュレーションにより求めた値であり、不整磁場の大きさ(ppm)と磁性体の厚さとの関係を示している。図示するように、4次より次数の高い不整磁場成分は極めて小さい。また各不整磁場成分は、超電導磁石の外側の強磁性体の物量(板厚)が増加するに従い、増加する傾向となるが、ある厚さ(ここでは10mm付近)を超過すると、各不整磁場の大きさは飽和、あるいは極値を有し、ある一定以上の値とはならない。
【００２０】
これは、強磁性体の厚さが不足する領域(10mm未満)では、強磁性体はほぼ飽和しており、厚さが増加されるに従い、磁束密度は増加する傾向となるが、強磁性体の厚さが十分厚く、強磁性体の磁化が飽和しなくなると、強磁性体の位置の外部磁界(漏洩磁場量)は一定であるので、ある厚さを超過すると、超電導磁石の磁場中心に発生される磁場の量は一定量に近づくためであると考えられる。
【００２１】
一方、強磁性体により発生する各不整磁場成分は、磁石と強磁性体との距離の各次数乗にて減衰する特性を有する。このため、高次項になるほど、超電導磁石の高次項は、減衰し、中心磁場空間においてほぼゼロに等しくなる。中心磁場強度が1.5テスラ、5ガウスラインが軸方向で約4〜5m、径方向で約2〜3mである場合、約1.2m離れた強磁性体によって磁場中心に発生する不整磁場成分は、4次項以下となる。
【００２２】
これらの分析から、超電導磁石の周辺に配置される強磁性体の厚みがある一定以上である条件においては、環境磁場による不整磁場の量および次数は、ある制約値以下となることがわかる。次に本発明の前提となる技術を説明する。
【００２３】
＜静磁場調整方法＞
本実施形態では、円筒型の静磁場方向は円筒の軸に平行である静磁場発生装置における静磁場調整方法について説明する。
【００２４】
図2に、静磁場調整方法の手順を示す。本実施形態の磁場調整方法は、円筒と同心の仮想円筒上であって且つ円筒の軸に平行な複数の線に沿って、磁場補正手段を配置するステップである二段階の磁場調整ステップを含む。第一の磁場調整ステップ210は、主として、高次の不整磁場を調整するステップであり、第二の磁場調整ステップ220は、主として低次の不整磁場を調整するステップであり、第一の磁場調整ステップ210と第二調整ステップ220との間には、静磁場発生装置を移動するステップが含まれていてもよい。
【００２５】
まず、第一の磁場調整ステップ210を説明する。第一の磁場調整ステップは、超電導磁石をMRI装置の最終設置場所に移動する前の調整(例えば出荷前調整)として行われる。
【００２６】
＜＜ステップ211＞＞
超電導磁石を励磁する。
【００２７】
＜＜ステップ212＞＞
磁石の均一度が要求される空間、すなわちMRI装置における測定空間の磁場分布を計測する。磁場計測は、後述する、磁場計測プローブと計算機を備えた磁場調整システムを用いて実行される。静磁場空間内で、磁場計測プローブを位置決めした後、所定の軌跡に沿って動かしながら磁場を検出することにより、静磁場空間の磁場分布を計測する。中心磁場強度が1.5テスラを有するMRI装置においては、直径45〜50cm前後において、静磁場の均一性のピーク・トゥ・ピーク値は、数10ppmが要求される。この直径45〜50cm前後の空間が磁場計測の対象となる均一空間である。
【００２８】
超電導磁石の製作寸法誤差により、要求される均一度を得るとは困難であり、実際には数100ppm程度となる。調整に入る前の、磁石の素磁場の分布を図3(a)に示す。
図は、円筒型磁石の中心磁場方向をZ、半径方向をRとした場合の、Z-R断面を示し、磁場分布を等高線で表わしている。図中、点線で示す円は、40cmDSVの断面である。
【００２９】
次に、磁場計測プローブの計測結果である磁場分布を入力し、磁場成分を球面調和関数により、次数成分に展開する。展開された次数成分は、次式(1)で表わされる。
【００３０】
【数１】
2012132911.tif 000003
式中、Za(N,M)は球面調和関数によるA項、Zb(N,M)は球面調和関数によるB項を示す。またB0は、一定の磁場強度であり、Za(α,0)、Za(β,0)(但し、α  ＜βである。)は起磁力源(同心円コイルのコイル数)に起因する磁石固有の級数項である(設計級数項と称される)。磁場調整の目的は、最終的に、Za(α,0)、Za(β,0)を所望の設計値に近付けるとともに、α次未満の級数項を全てゼロに近付けることである。
【００３１】
＜＜ステップ213＞＞
第一調整段階では、これら次数成分のうち、主として高次項を含む不整磁場を補正する。このため、式(1)で表わされる次数成分のうち、主としてN次項より高次項を含む不整磁場を補正するシム量(A)を計算する。シム量は、磁場補正手段が磁性体シムである場合は、所定のシムトレイ(第一の磁場調整用のシムトレイ)に配置されるシム鉄の数と配置位置が計算される。Nは、例えば4とする。計算は、例えば、線形計画法などの最適化法により、N(＞4)次項の不整磁場とシムトレイの所定の位置に配置したシム鉄によるシム量との差の二乗が最小となるシム鉄の配置を求める。
【００３２】
このとき、次数がN=4以下の磁場成分は無視して磁場調整されることが好ましいが、2次項及び4次項は、6次項や8次項とも相関のある級数項であるため、完全に無視すると調整に必要とする磁性体シム量が過剰になる場合もあるため、多少の調整を行ってもよい。
【００３３】
次数Nが8及び9の場合のシム鉄配置位置の具体例を図4に示す。図4(a)は、N=8の場合、図4(b)はN=9の場合であり、いずれも、円筒型磁石の中心磁場方向をZ、半径方向をRとした場合の、Z-R断面を示し、磁場分布を等高線で表わしている。等高線表示において、磁場(Bｚ)の高い領域を(＋)、磁場の低い領域を(−)で表わしている。また図中央の矢印は、静磁場(B0)の向き、右側の矢印はシム鉄の磁化の向きを示す(以下、図5においても同様である)。
【００３４】
図4に示すように、不整磁場による(−)領域は、Z軸方向に対し軸対称に存在し、8次及び9次の級数項を含む不整磁場では、それぞれZ軸方向について、離散的に交互に(＋)と(−)が存在し、(−)領域が5個存在する。シム鉄の磁化の方向が(＋)方向であるとすると、これら不整磁場を補正するシム鉄の数及び位置は、それぞれ存在する(−)領域の数と位置に対応し、Z方向に離散的に5個の位置となる。図では円筒の断面が示されているが、シムの配置領域は円筒形状であり、同心且つ円環状の領域である。
【００３５】
さらに、図示していないが、10次(N=10)の級数項の不整磁場では、6個の(−)領域が存在し、シム鉄配置領域は少なくとも6個の領域となる。原理的には、不整磁場の次数が高くなるにつれ、シム配置領域の箇所は増加する。
【００３６】
＜＜ステップ214＞＞
超電導磁石を消磁する。
【００３７】
＜＜ステップ215＞＞
ステップ213で計算された結果に従い、シムトレイの所定の位置にシム鉄を配置し、超電導磁石にセットする。この状態で、第一の磁場調整ステップ210が完了する。第一の磁場調整ステップ210完了時点の磁場分布を図3(b)に示す。図3(a)に示す磁石の素磁場分布との比較からわかるように、第一の磁場調整ステップ完了時点では、主に高次項が調整され、低次項が残留している。
【００３８】
＜＜ステップ216＞＞
超電導磁石を最終設置場所に移動し、第二の磁場調整220を行う。
【００３９】
＜＜ステップ221＞＞
超電導磁石を励磁し、第一の磁場調整のステップ212と同様に、磁場計測プローブを用いて、磁石の均一度が要求される空間の磁場分布を計測する。設置場所では、上述したように環境磁場による不整磁場が生じており、それは主として下記の低次成分である。
【００４０】
【数２】
2012132911.tif 000004
＜＜ステップ222＞＞
磁場計測プローブで測定した磁場分布を用いて、磁場成分を級数展開し、次数N(=4)以下の不整磁場について、それを補正するシム量(B)を計算する。ここでも磁場補正手段が磁性体シムの場合、N次項の不整磁場を打ち消すようなシムトレイにおけるシム鉄の配置と数を最適化法により算出する。
【００４１】
次数Nが1〜4の場合のシム鉄配置位置の具体例を図5(a)〜(d)に示す。図は、円筒型磁石の中心磁場方向をZ、半径方向をRとした場合の、Z-R断面を示し、磁場分布を等高線で表わしている。またシム鉄が配置される領域は、Z軸を中心に、概ね、R方向に均等に離散的に分布している。図5(a)〜(d)では1列(1本のシムトレイ)のみを代表して示す。図5に示すように、Z軸方向について、一次の級数項を含む不整磁場では1個の(−)領域が存在し、二次及び三次の級数項を含む不整磁場では、2個の(−)領域が存在し、四次の級数項を含む不整磁場では、3個の(−)領域が存在する。これら不整磁場を補正するシム鉄の数及び位置は、それぞれ存在する(−)領域の数と位置に対応し、空間の両端側(＋Z側と-Z側)と中央部付近となる。
【００４２】
＜＜ステップ223＞＞
超電導磁石を消磁し、ステップ221の計算結果に従い、シムトレイ(第二の磁場調整用のシムトレイ)にシム鉄を配置し、超電導磁石内にセットする。
【００４３】
＜＜ステップ224＞＞
再度、超電導磁石を励磁し、ステップ221と同様に、磁場計測プローブを用いて、磁石内の空間の磁場分布を計測する。
【００４４】
＜＜ステップ225、226＞＞
計測した磁場均一度が、予め設定された規格値以下かどうかを判断し、規格値以下であれば、調整を終了する。規格値より大きい場合には、計測した磁場均一度が規格値以下になるまで、ステップ222〜224を繰り返す。第二の磁場調整ステップ220完了時点の磁場分布を図3(c)に示す。図示するように、最終的に、設計上の残留磁場のみが残留した高い均一度の静磁場となる。
【００４５】
以上、説明したように、本実施形態の磁場調整方法によれば、第一の磁場調整ステップでは主として高次の不整磁場成分を調整し、設置場所で行う第二の磁場調整ステップで低次の不整磁場成分を調整することにより、設置場所における磁場調整に必要な時間を大幅に削減することができ、しかも高次の不整磁場成分も補正された磁場均一度の高い静磁場発生装置を提供することができる。また設置場所における磁場調整は、低次の不整磁場成分を調整するため、比較的短いステップの繰り返しで、均一度が達成できるので、磁石の励磁、消磁の繰り返しを減らし、液体ヘリウムの消費量を抑制することができる。
【００４６】
本実施形態の磁場調整方法による調整時間と、従来の磁場調整方法の調整時間との比較を図6(a)〜(c)に示す。図6(a)〜(c)は、調整開始から最終設置場所における調整完了までの、磁場均一度の推移を示すグラフであり、(a)は本実施形態の場合、(b)、(c)は従来(例えば文献2、3の手法)の場合を示す。図中、M1は素磁場の均一度、M2は必要とされる均一度(規格値)、ΔMは環境による不整磁場による磁場劣化を表す。
【００４７】
本実施形態では(図6(a))、第一の磁場調整では、主として高次成分を調整するので、第一段階終了時点の磁場均一度は高くないが、調整に要する時間(ｔ1)が短い。また第二の磁場調整は、低次成分のみを調整するので、時間(ｔ2)が短く且つ最終的に高い均一度が達成される。これに対し、第二段階の調整時間を短くするために、第一段階で十分な調整を行う場合には(図6(b))、第一段階で調整に要する時間が長期化し、全体として調整時間が長くなる。また二度の調整を避けるために、最終設置場所で、磁石単体の静磁場均一度の調整と環境による不整磁場の調整を一度に行う場合には(図6(c))、設置場所での調整に要する時間が極めて長期化し、数日に亘る可能性がある。
【００４８】
なお上記実施形態では、第一の磁場調整ステップで5次以上の高次項の不整磁場を補正する場合を説明したが、第一段階と第二段階を分ける次数は、上記実施形態に限定されない。また上記実施形態では、第一の磁場調整ステップでは、主に高次項の不整磁場を補正する場合を説明したが、低次項もある割合で補正し、残留した低次項の不整磁場を第二の磁場調整ステップにおいて、所望の静磁場均一度となるまで磁場調整してもよく、さらに全磁場調整期間を短縮させることが可能である。
【００４９】
また本発明の磁場調整方法は、第一段階で主として高次項の不整磁場補正を行い、第二段階で低次の不整磁場補正を行うことを趣旨とするものであり、第一及び第二の磁場調整ステップで、異なる磁場補正手段を用いることも可能である。例えば、第一の磁場調整ステップではシムトレイを用い、第二の磁場調整ステップでは、磁石の外周部に可動な磁性体シム部材を用いたり、電流による磁場補正手段を用いたりすることも可能である。この場合、第二の磁場調整ステップでは超電導磁石の消磁が不要となるため、調整の手間、労力、コストを削減することができる。必要なく、磁場調整可能となる構造が望ましい。
【００５０】
＜静磁場発生装置＞
次に、上述した本実施形態の磁場調整方法に好適な静磁場発生装置、特に磁場補正手段の構成について説明する。
【００５１】
＜第一の実施形態＞
本発明の静磁場発生装置の一実施形態として、水平磁場方式のMRI装置に好適な円筒型の静磁場発生装置を説明する。
【００５２】
図7に、円筒型の静磁場発生装置の一例を示す。図示する静磁場発生装置10は、円筒型の超電導磁石1と、磁石1の円筒ボア2の内壁面に沿って配置されるシムトレイ収納部3とからなる。超電導磁石1は、図示しないソレノイド型の超電導コイルと、超電導コイルを収納する真空容器5とから成り、円筒ボア2内にほぼ球状の均一な磁場空間Sが形成される。この磁場空間Sが、MRI装置において検査対象を置く撮像空間となる。
【００５３】
この静磁場発生装置10をMRI装置に用いる場合には、円筒ボア2の内壁に傾斜磁場コイル4が配置される。この場合、シムトレイ収納部3は、傾斜磁場コイル4の内部や傾斜磁場コイル4と円筒ボア2の内壁面との間に設置することができる。いずれの場合にも、シムトレイ収納部3は、円筒ボア2の内壁面に沿った円筒形状で、円筒の軸方向に複数のシムトレイを収納するための細長い収納部が形成されている。
【００５４】
シムトレイは、空間Sの静磁場に含まれる不整磁場を磁性体片によって調整し、静磁場の均一度を高めるためのものであり、多数の磁性体片を収納するためのポケットが形成されている。なお磁性体片としては、シム鉄を用いるのが一般的であり、以下の説明ではシム鉄として説明する。本実施形態においては、シムトレイとして、図8に示すように、磁場の調整ステップに対応した2種類のシムトレイ、第一のシムトレイ31と第二のシムトレイ32が備えられる。これら2種類のシムトレイ31、32は、細長い棒状の部材であり、その長手方向に沿ってシム鉄を収納するための複数のポケット33、34が形成されている。
シムトレイ収納部3(図7)には、これら2種類のシムトレイ31、32が円周方向に交互に配置されるように、2種類のシムトレイに対応する収納部が形成されている。シムトレイ31、32は、この収納部に対し出し入れ可能であり、前述の磁場調整方法によって、各シムトレイについてシム鉄を入れるポケット33、34が決定されると、それに従って各シムトレイ31、32の所定のポケットにシム鉄を収納した後、各シムトレイ31、32を収納部に入れる。
【００５５】
第一のシムトレイ31は、磁場分布を球面調和関数で級数展開したときに、主として高次項の磁場成分に対応する不整磁場を調整するためのものであり、図示する例では20個のポケット33が、長手方向に亘って、ほぼ均一な配列となるように設けられる。このような第一のシムトレイ31のポケット配置によって、図4に示したような、Z方向に(＋)と(−)が交互に現れる高次の不整磁場を調整することができる。
【００５６】
例えば、図4(a)に示す8次の級数項を含む不整磁場を補正する場合、5つの領域にシム鉄を配置する必要があるが、図8に示すポケット数が20個のシムトレイ31では、ポケット1と2、ポケット5と6、ポケット10と11、ポケット15と16、ポケット19と20の5つの領域に離散的に配置される。原理的には、不整磁場の次数が高くなるにつれ、シム配置領域の箇所は増えていく傾向があり、さらに各シム配置領域は離散的に配置されるため、1本のシムトレイあたりのポケット数は、高次の磁場補正をすることを考慮すると、超電導磁石の素磁場の特性に依存するが、20個前後は必要となる。
【００５７】
第二のシムトレイ32は、主として低次項の磁場成分に対応する不整磁場を調整するためのものであり、ポケット34が長手方向の中央部と両端部に偏って設けられ、中央部と両端部との間には、ポケットが存在しない領域がある。図8に示す例では、シムトレイ32には、両端部にそれぞれ3個、中央部に6個のポケットが形成されている。すなわち、第一のシムトレイは、その長手方向に亘り均等に前記収納部が形成されており、第二のシムトレイは、その長手方向に沿って収納部が形成されていない領域と形成されている領域を有する。そして、静磁場発生手段は、略円筒形状を有し、シムトレイは、棒状形状を有し、静磁場発生手段の円筒内に、その軸方向に沿って配置されている。
図5に示したように、1次および2次の級数項の不整磁場では、磁場中心に対しZ軸方向の両端側に(−)の領域が現れ、3次及び4次の級数項の不整磁場では、磁場中心に対しZ軸方向の両端側及び中央部に(−)の領域が現れる。従って、上述した第二のシムトレイ32のポケット配置によって、これら低次の不整磁場を調整することができる。
【００５８】
前述の高次項および低次項を含む磁場補正のために、シム鉄配置領域は同心かつ環状形状が望ましい。本実施形態のシムトレイの配置では、第一の磁場調整ステップに使用するシムトレイ31と第二の磁場調整ステップに使用するシムトレイ32が、ともに周方向に沿って、偏在することなく、概ね均等に配置されるので、各調整ステップにおいて、磁場補正能力が周方向および軸方向において偏ることなく磁場調整することが可能となる。
【００５９】
本実施形態の静磁場発生装置は、種類の異なるシムトレイを交互に配置した構成を有しているので、不整磁場成分の次数に応じて、シムトレイを使い分けて磁場の調整を行うことができる。また、第一の磁場調整ステップでシム鉄が配置されて重量が大きくなったシムトレイ31は固定したままで、第二の磁場調整ステップ用のシムトレイ32のみを用いて調整を行うことができるので、調整に伴う労力を大幅に軽減することができる。また一見して、2種類のシムトレイの違いを認識することができるので、適切に2種類のシムトレイを使い分けることができ、シムトレイの誤使用を防止することができる。
【００６０】
＜変更例1＞
図8では、2種類のシムトレイ31、32として、ポケットの位置及び数以外は、形状が同一のシムトレイを用いる場合を示したが、シムトレイの種類によって形状を異ならせることも可能である。シムトレイの形状の異なる実施形態を図9に示す。
【００６１】
図9に示すシムトレイも、第一及び第二のシムトレイ35、36からなること、第一のシムトレイ35の長手方向に均一にポケットが形成されており、第二のシムトレイ36は長手方向の両端部と中央部のみにポケットが形成されていること、は図8のシムトレイと同様である。図9のシムトレイうち、第二のシムトレイ36は、長手方向と直交する断面の面積が、第一のシムトレイ35よりも小さく、ポケットの大きさも小さく、ポケットに収納されるシム鉄も磁力の小さいものが用いられる。このような2種類のシムトレイのサイズに対応して、円筒ボアの内壁面に沿って設けられるシムトレイ収納部3(図7)の形状も異なる。そして、第一のシムトレイに収納される磁性体片と、前記第二のシムトレイに収納される磁性体片とは、数及び／または大きさが異なっている。
【００６２】
この変更例1のシムトレイは、第一の磁場調整ステップで高次項のみならず、ある程度低次項の不整磁場も補正し、第二の磁場調整ステップで残る低次項の不整磁場を補正する磁場調整方法を採用したときに好適である。この場合、第二の磁場調整ステップでは、大量のシム鉄を配置する必要がないため、第二のシムトレイ36は、大きさおよび各ポケットの深さを第一のシムトレイ35より十分小さく、浅くすることが可能となる。シムトレイ36におけるシム鉄配置領域は、図8に示すシムトレイ32と同様であり、その長手方向に沿って、概ね両端部と概ね中央部にのみ配置可能な構造である。
【００６３】
この実施形態によれば、第二シムトレイが軽量であることから、第一シムトレイを用いた第一段階の調整の後に、第二シムトレイを用いた調整を行う場合に、収納部からの出し入れが容易で、調整に伴う労力をさらに軽減することができる。また軽量化の程度や配置されるシム鉄の数によっては、磁場中でシム鉄に働く電磁吸引力が小さくなるため、超電導磁石を励磁したままシム鉄を移動させることが可能となり、液体ヘリウム消費量の削減および工数の短縮が可能となる。
【００６４】
＜変更例2＞
この変更例は、図10に示すように、第二のシムトレイ(低次項補正用シムトレイ)37が、ポケットの代わりに棒状のシム鉄(シムバー)を入れる細長い空洞38を持つことが特徴である。空洞38は、シムトレイ37の長手方向に沿って、複数本形成されている。磁場調整方法によって決定された位置に、シムバーを配置する。シムバーを配置する手法として、例えば、空洞38の内壁を雌ネジに形成すると共に、シムバーの外周面を雄ネジに形成し、所定の冶具の先端にシムバーを固定し、所定の位置までシムバーを回しながら移動させる方法を採用することができる。
【００６５】
空洞を複数形成することにより、一本の空洞へのシム鉄の配置では磁力が足りないときに、シム鉄を追加し、シム量を微調整することが可能となる。シムバーの配置位置は、上述した第2のシムトレイ32、36におけるシム鉄の配置と同様であり、シムトレイ37のほぼ両端部とほぼ中央部に配される。
【００６６】
＜第二実施形態＞
次に静磁場発生装置の第二の実施形態として、静磁場発生手段は円板形状であり、静磁場方向は円板に直交する方向である垂直磁場方式のMRI装置に好適な円板型の静磁場発生装置を説明する。
【００６７】
図11は、垂直磁場方式の静磁場発生装置の概要を示す図である。この静磁場発生装置は、一対の超電導磁石51、52を、支柱53により空間を挟んで配置した構造を有し、一対の超電導磁石で挟まれる空間に均一な静磁場空間Sが形成される。図では省略しているが、超電導磁石はそれぞれ真空容器内に収納されて冷媒により所定の低温に保たれている。
【００６８】
磁場補正手段であるシムトレイ収納部60は、超電導磁石の静磁場空間に面した側に設けられる。図12に、シムトレイ収納部60に配置されるシムトレイの構造を示す。本実施形態のシムトレイは、図12(a)に示すように、全てをシムトレイ収納部60に配置したときに、ほぼ円板状となる形状を有し、個々のシムトレイは、円板を半径方向に分割した扇形の形状を有している(図12(b))。本実施形態のシムトレイも2種類のシムトレイ61、62からなり、第一のシムトレイ61は高次の不整磁場を補正するためのシムトレイであり、扇形のほぼ全領域にシム鉄配置領域を有する。第二シムトレイ62は低次の不整磁場を補正するためのシムトレイであり、半径方向に分離されたシム鉄配置領域を有する。図中、斜線で示す領域がシム鉄配置領域である。静磁場発生手段は、略円板形状を有し、シムトレイは、円板を半径に沿って複数に分割した形状を有し、静磁場発生手段の円板形状と平行に、円板状に配置されている。
【００６９】
円板型の静磁場発生装置における磁場分布を図13(a)、(b)に示す。図13(a)は1次の不均一成分、(b)は高次(8次)の不均一成分である。この場合にも、低次(1次)の不均一成分は、＋Z側または-Z側どちら一方のトレイの半径方向外周部にシム鉄を配置することにより補正することが可能であり、また高次の不均一成分は、Z方向と垂直な方向について半径方向に離散的にシム鉄を配置することにより補正することが可能である。従って、上述した2種類のシムトレイ61、62を使い分けることにより、高次成分の調整と低次成分の調整とを行うことができる。
【００７０】
第二の実施形態においても、磁場調整方法として、図2に示した方法と同様の磁場調整方法を採用することができ、調整時間の短縮化、ヘリウム消費量の低減、調整労力の低減などの効果を得ることができる。ただし、第一及び第二の調整ステップは、円板と同心の仮想円板上であって且つ当該仮想円板の複数の半径方向の線に沿って、磁場補正手段を配置するステップを含む。また、第一の調整ステップで、磁場補正手段が配置される仮想線と、第二の調整ステップで、磁場補正手段が配置される仮想線は、交互に配列する。
【００７１】
＜磁場調整システム＞
次に、本発明の磁場調整方法に用いられる磁場調整システムについて説明する。磁場調整システムの概要を図14に示す。この磁場調整システムは、静磁場発生装置20によって形成される静磁場空間の磁場分布を計測する磁場計測プローブ21と、磁場計測プローブ21によって計測した磁場分布を用いて、シム量例えばシムトレイへのシム鉄の配置位置および配置量を決定する計算機22と、シム鉄を配置するシムトレイの種類やシム鉄の磁力などの計算機22の計算に必要な情報を記憶する記憶部23とを備えている。
【００７２】
磁場計測プローブ21は、一般にテスラメータとして知られているホール素子を用いた磁場計測装置やNMRを利用した磁場計測装置などを用いることができる。
【００７３】
計算機22は、マウス、キーボードなどの入力部24やディスプレイなどの表示部25を備えた一般的なコンピュータで構成することができ、記憶部23には、計算機22の入力部を介して入力された情報が格納されるとともに、計算機22の計算機能を実現するための計算ソフトウェアが搭載されている。計算機22が行う計算機能は、(1)計測した静磁場をある級数項に展開する機能(前述した式(1)の計算)、(2)級数項に応じたシム配置領域を算出する機能で、及び(3)第一の磁場調整後に、高次項の磁場分布および静磁場均一度がある閾値以下になったことを判定し、第二の磁場調整ステップに移行可能であることを判別する機能を含む。
【００７４】
計算ソフトウェアは、シムトレイの配置条件、例えば、円筒型磁石では、シムトレイの本数およびポケット数、ポケット位置、シム鉄の磁化の大きさを入力データとし、それに応じたシム配置領域を出力データとする。
【００７５】
本実施形態では、異なるフォーマットを有する、少なくとも2種類以上の入力データを備え、第一の磁場調整ステップ(図2のステップ210)では、例えば、図8に示す第1シムトレイ31の本数、ポケット数、ポケット位置を有する入力データ1が使用され、第二の磁場調整ステップ(図2のステップ220)では、第2シムトレイ32の本数、ポケット数、ポケット位置を有する入力データ2が使用される。
【００７６】
この磁場調整システムの計算機22の計算手順を図15に示す。
まず磁場計測プローブ21による計測結果が入力されると(ステップ151)、その磁場分布を球面調和関数による級数項に展開し、結果を表示部25に表示する(ステップ152)。表示例を図16に示す。図示するように、第一の磁場調整に用いるための、シムトレイの種類と、使用するシム鉄を表示するとともに、展開された各級数項の不整磁場量を表示する。第一の磁場調整段階で、高次項を含んだ不整磁場を主に補正するため、全ての級数項、例えば、Za(N,0)項(N=1〜10)、ZaおよびZb(N,M)(N=1〜5、M=1〜5)に対する不整磁場量を表示する。同時に、N=5以上の高次項に対する判定値も表示する。調整を行う者は、表示部25に表示された5次以上の高次項の不整磁場量がこの判定値を下回った時点で、次の第二の磁場調整に移行すること、すなわち静磁場発生装置を最終設置場所に出荷・設置することができる。高次項の判定値は、最終的な磁場調整が完了した時点で所望の空間における静磁場均一度が達成できるように予め設定しておく。
【００７７】
次に、5次以上の高次項の不整磁場量を調整するためのシム量を計算し、結果を表示部に表示する(ステップ153)。シム量の計算は、予め入力された第1シムトレイに関する入力データ1を用いて、最適化法により行う。計算結果(出力)は、シムトレイの番号(トレイ番号)、ポケット番号、シム鉄の種類、配置量(枚数)として与えられる。計算結果の表示例を図17に示す。図示するテーブルの縦の列はトレイ番号、横の列はポケットを示しており、ここでは番号が1〜23の奇数番号のシムトレイ群を使用し、磁化量の異なる2種のシム鉄AおよびBを、1〜20のポケットのいずれかに配置している。例えば、トレイ番号1番目のシムトレイの1番ポケットには、シム鉄Aを15枚、シム鉄Bを1枚配置することが示されている。
【００７８】
5次以上の高次項の不整磁場量が、表示部に表示された判定値を下回るまで、ステップ151、152が繰り返される(ステップ154、155)。高次項の不整磁場量が判定値を下回った時点で第一の磁場調整ステップは完了する。このとき、表示機能を第一の磁場調整から第二の磁場調整に切り替える(ステップ156)。
【００７９】
第二の磁場調整ステップでも、上述した第一の磁場調整ステップ151〜154と同様に、まず、磁場計測プローブ21による計測結果が入力されると、その磁場分布を球面調和関数による級数項に展開し、結果を表示部25に表示する。表示例を図18に示す。ここでも使用するシムトレイの種類と、シム鉄の種類を表示する。不整磁場量については、第二の磁場調整ステップは、低次項の不整磁場の調整を目的としているので、低次項は明るく、高次項は暗く表示している。
【００８０】
次に、第2シムトレイに関する入力データ2を用いて、4次以下の低次項の不整磁場量を調整するためのシム量を計算し、結果を表示部に表示する。表示例を図19に示す。ここでも、第2シムトレイのトレイ番号(2〜24の偶数番号)、ポケット番号(1〜12)、シム鉄の種類、配置量(枚数)がテーブルとして表示される。例えば、トレイ番号2番目のシムトレイの1番ポケットには、シム鉄Cを1枚、シム鉄Dを1枚配置し、4番及び12番ポケットには、シム鉄Cを1枚、シム鉄Dを2枚配置し、8番ポケットには、シム鉄Cを3枚、シム鉄Dを2枚配置することが示されている。
【００８１】
図18及び図19に示す第二段階の表示は、第一の磁場調整が終了した時点で自動的に切り替わっており、調整する者へのガイドとして機能する。すなわち、静磁場発生装置の出荷時と最終調整時とで調整者が変わる場合もあるが、第一の磁場調整(ステップ151〜154)をそのまま引き継いで、最終設置場所において第二段階の調整を行うことができる。
【００８２】
すなわち、上記実施例によれば、検査対象を収納する撮像空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、静磁場発生手段と、静磁場を調整するための磁場補正手段とを備え、磁場補正手段は、磁性体片を収納するための複数の収納部を有するシムトレイを備え、シムトレイとして、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイと、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイとを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置が提供される。
【００８３】
また、静磁場発生装置が発生する静磁場の均一度を調整するための磁場調整システムであって、前記静磁場の磁場分布を測定する磁場測定手段と、静磁場の均一度を調整するために用いる磁場補正手段を記憶する記憶手段と、磁場測定手段が測定した磁場分布と、記憶手段に記憶された磁場補正手段の情報とを用いて、シム量を算出する計算手段とを備え、計算手段は、測定した磁場分布のうち、高次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第一の計算と、低次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第二の計算を行うことを特徴とする磁場調整システムが提供される。この磁場補正手段は、シムトレイと当該シムトレイに配置される磁性体シムであって、計算手段は、シムトレイにおける磁性体シムの配置位置と数を算出する。
【００８４】
また、上記実施例によれば、測定された静磁場均一度のデータを入力し、級数項に展開するステップと、シムトレイの条件として、高次用シムトレイ及び低次用シムトレイのそれぞれについて、シムトレイの数、各シムトレイにおける磁性体シム収納部の位置及び数、磁性体シムの磁化の大きさを入力するステップと、入力された高次項用シムトレイの条件を用いて、級数項に展開した不整磁場のうち高次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、入力された低次項用シムトレイの条件を用いて、低次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、を含む計算を行わせるプログラムを提供しても良い。
【００８５】
計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、前記級数展開された不整磁場成分のうち、低次の不整磁場成分の調整に先だって高次項の不整磁場成分を調整する磁場調整ステップと、を含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法が提供されても良い。計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、前記静磁場は、その空間分布を級数展開した場合の不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分が第一の磁場補正手段により補正された静磁場であり、前記級数展開された不整磁場成分のうち、低次の不整磁場成分を調整するステップを含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法が提供されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明によれば、超電導磁石を用いた静磁場発生装置が発生する磁場の均一度を、短時間で且つ簡便に向上させることができる。本発明による磁場均一度が向上した静磁場発生装置をMRI装置の静磁場発生装置として用いることにより、MR画像の画質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８７】
2  円筒ボア、3、60  シムトレイ収納部、5、51、52  真空容器(超電導磁石)、31、33、61  第一シムトレイ(高次項補正用シムトレイ)、32、35、37、62  第二シムトレイ(低次項補正用シムトレイ)、10、20  静磁場発生装置、21  磁場計測プローブ、22  計算機、23  記憶部、24  入力部、25  表示部
【図１】
2012132911.tif 000005
【図２】
2012132911.tif 000006
【図３】
2012132911.tif 000007
【図４】
2012132911.tif 000008
【図５】
2012132911.tif 000009
【図６】
2012132911.tif 000010
【図７】
2012132911.tif 000011
【図８】
2012132911.tif 000012
【図９】
2012132911.tif 000013
【図１０】
2012132911.tif 000014
【図１１】
2012132911.tif 000015
【図１２】
2012132911.tif 000016
【図１３】
2012132911.tif 000017
【図１４】
2012132911.tif 000018
【図１５】
2012132911.tif 000019
【図１６】
2012132911.tif 000020
【図１７】
2012132911.tif 000021
【図１８】
2012132911.tif 000022
【図１９】
2012132911.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月5日(2013.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、
測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
級数展開された不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整ステップと、
前記第一の磁場調整ステップの後に行われ、低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項２】
計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、
測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
前記静磁場発生手段が置かれた第一の場所で、前記級数展開された不整磁場成分のうち高次項の不整磁場成分を調整する第一の磁場調整ステップと、
前記静磁場発生手段を前記第一の場所と異なる第二の場所に移動した後、前記級数展開された不整磁場成分のうち低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を有することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップと、前記第二の磁場調整ステップとは、用いる磁場補正手段が異なることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項４】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記低次の不整磁場成分は、４次以下の成分であることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項５】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記静磁場発生手段は円筒形状を有し、静磁場方向は円筒の軸に平行であって、前記第一及び第二の磁場調整ステップは、前記円筒と同心の仮想円筒上であって且つ前記円筒の軸に平行な複数の線に沿って、前記磁場補正手段を配置するステップを含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項６】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記静磁場発生手段は円板形状を有し、静磁場方向は円板に直交する方向であって、前記第一及び第二の磁場調整ステップは、前記円板と同心の仮想円板上であって且つ当該仮想円板の複数の半径方向の線に沿って、前記磁場補正手段を配置するステップを含むことを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項７】
請求項5に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップで、前記磁場補正手段が配置される仮想線と、前記第二の磁場調整ステップで、前記磁場補正手段が配置される仮想線は、交互に配列することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項８】
請求項3に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップでは、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイを用い、前記第一の磁場調整ステップでは、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイを用いることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項９】
請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記磁場補正手段の少なくとも一つは、磁性体シムを備えることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。
【請求項１０】
検査対象を収納する撮像空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、静磁場発生手段と、前記静磁場を調整するための磁場補正手段とを備え、
前記磁場補正手段は、磁性体片を収納するための複数の収納部を有するシムトレイを備え、前記シムトレイとして、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイと、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイとを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイと前記第二のシムトレイは、交互に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１２】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイに収納される磁性体片と、前記第二のシムトレイに収納される磁性体片とは、数及び／または大きさが異なることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１３】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイは、その長手方向に亘り均等に前記収納部が形成されており、前記第二のシムトレイは、その長手方向に沿って収納部が形成されていない領域と形成されている領域を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１４】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円筒形状を有し、前記シムトレイは、棒状形状を有し、前記静磁場発生手段の円筒内に、その軸方向に沿って配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１５】
請求項10に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円板形状を有し、前記シムトレイは、円板を半径に沿って複数に分割した形状を有し、前記静磁場発生手段の円板形状と平行に、円板状に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。
【請求項１６】
静磁場発生装置が発生する静磁場の均一度を調整するための磁場調整システムであって、
前記静磁場の磁場分布を測定する磁場測定手段と、
前記静磁場の均一度を調整するために用いる磁場補正手段を記憶する記憶手段と、
前記磁場測定手段が測定した磁場分布と、前記記憶手段に記憶された磁場補正手段の情報とを用いて、シム量を算出する計算手段とを備え、
前記計算手段は、前記測定した磁場分布のうち、高次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第一の計算と、低次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第二の計算を行うことを特徴とする磁場調整システム。
【請求項１７】
請求項16に記載の磁場調整システムであって、
前記磁場補正手段は、シムトレイと当該シムトレイに配置される磁性体シムであって、  前記計算手段は、前記シムトレイにおける磁性体シムの配置位置と数を算出することを特徴とする磁場調整システム。
【請求項１８】
請求項16に記載の計算手段に、
測定された静磁場均一度のデータを入力し、級数項に展開するステップと、
シムトレイの条件として、高次用シムトレイ及び低次用シムトレイのそれぞれについて、シムトレイの数、各シムトレイにおける磁性体シム収納部の位置及び数、磁性体シムの磁化の大きさを入力するステップと、
入力された高次項用シムトレイの条件を用いて、級数項に展開した不整磁場のうち高次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
入力された低次項用シムトレイの条件を用いて、低次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
を含む計算を行わせるプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
均一度を高める要請に関連して、特許文献1には、比較的大きい撮像空間で測定した磁場分布計測データから球面調和係数を得て、それより小さい空間の磁場を再構成することにより、当該小さい空間の均一度を高める技術が記載されている。また、シミングが長時間化する問題に対し、特許文献2には、調整を2段階に分け、前段では比較的大きなシム鉄を用いて、所定の均一度になるまで調整を行い、後段では比較的小さなシム鉄を用いて、均一度を高める技術が記載されている。また特許文献3には、シミングステップを静磁場発生装置の工場出荷前と設置現場とに分けて行い、工場出荷前のシミングで目的とする均一度を達成した後、設置場所のシミングでは比較的少ない項数の調整を行うことにより設置場所でのシミング時間を短時間化することが記載されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、静磁場の均一度を調整する方法であって、静磁場発生手段が発生した静磁場を測定するステップと、測定された静磁場の空間分布を級数展開するステップと、級数展開された不整磁場成分のうち、高次項の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整ステップと、第一の磁場調整ステップの後に行われ、低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、を含む。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明によれば、第一の磁場調整ステップで高次項の不整磁場の調整を行い、第二の磁場調整で低次項の不整磁場の調整を行うことにより、磁石自体の磁場不均一と環境による不整磁場の双方に重複する級数項を繰り返し調整することなく、第二の磁場調整ステップでは主として環境による不整磁場のみを調整すればよいので、磁場調整の全工程が短縮される。また静磁場発生装置の最終設置場所における磁場調整時の労力やヘリウム消費量を低減し、所望の静磁場均一度を達成することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図2に、静磁場調整方法の手順を示す。本実施形態の磁場調整方法は、円筒と同心の仮想円筒上であって且つ円筒の軸に平行な複数の線に沿って、磁場補正手段を配置するステップである二段階の磁場調整ステップを含む。第一の磁場調整ステップ210は、主として、高次の不整磁場を調整するステップであり、第二の磁場調整ステップ220は、主として低次の不整磁場を調整するステップであり、第一の磁場調整ステップ210と第二の磁場調整ステップ220との間には、静磁場発生装置を移動するステップが含まれていてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
＜＜ステップ216＞＞
超電導磁石を最終設置場所に移動し、第二の磁場調整ステップ220を行う。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
2012132911.tif 000024
＜＜ステップ222＞＞
磁場計測プローブで測定した磁場分布を用いて、磁場成分を級数展開し、次数N(=4)以下の不整磁場について、それを補正するシム量(B)を計算する。ここでも磁場補正手段が磁性体シムの場合、N次項の不整磁場を打ち消すようなシムトレイにおけるシム鉄の配置と数を最適化法により算出する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本実施形態では(図6(a))、第一の磁場調整ステップでは、主として高次成分を調整するので、第一段階終了時点の磁場均一度は高くないが、調整に要する時間(ｔ1)が短い。また第二の磁場調整ステップは、低次成分のみを調整するので、時間(ｔ2)が短く且つ最終的に高い均一度が達成される。これに対し、第二段階の調整時間を短くするために、第一段階で十分な調整を行う場合には(図6(b))、第一段階で調整に要する時間が長期化し、全体として調整時間が長くなる。また二度の調整を避けるために、最終設置場所で、磁石単体の静磁場均一度の調整と環境による不整磁場の調整を一度に行う場合には(図6(c))、設置場所での調整に要する時間が極めて長期化し、数日に亘る可能性がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また本発明の磁場調整方法は、第一段階で主として高次項の不整磁場補正を行い、第二段階で低次の不整磁場補正を行うことを趣旨とするものであり、第一及び第二の磁場調整ステップで、異なる磁場補正手段を用いることも可能である。例えば、第一の磁場調整ステップではシムトレイを用い、第二の磁場調整ステップでは、磁石の外周部に可動な磁性体シム部材を用いたり、電流による磁場補正手段を用いたりすることも可能である。この場合、第二の磁場調整ステップでは超電導磁石の消磁が不要となるため、調整の手間、労力、コストを削減することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
シムトレイは、空間Sの静磁場に含まれる不整磁場を磁性体片によって調整し、静磁場の均一度を高めるためのものであり、多数の磁性体片を収納するためのポケットが形成されている。なお磁性体片としては、シム鉄を用いるのが一般的であり、以下の説明ではシム鉄として説明する。本実施形態においては、シムトレイとして、図8に示すように、磁場調整ステップに対応した2種類のシムトレイ、第一のシムトレイ31と第二のシムトレイ32が備えられる。これら2種類のシムトレイ31、32は、細長い棒状の部材であり、その長手方向に沿ってシム鉄を収納するための複数のポケット33、34が形成されている。
シムトレイ収納部3(図7)には、これら2種類のシムトレイ31、32が円周方向に交互に配置されるように、2種類のシムトレイに対応する収納部が形成されている。シムトレイ31、32は、この収納部に対し出し入れ可能であり、前述の磁場調整方法によって、各シムトレイについてシム鉄を入れるポケット33、34が決定されると、それに従って各シムトレイ31、32の所定のポケットにシム鉄を収納した後、各シムトレイ31、32を収納部に入れる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
第二の実施形態においても、磁場調整方法として、図2に示した方法と同様の磁場調整方法を採用することができ、調整時間の短縮化、ヘリウム消費量の低減、調整労力の低減などの効果を得ることができる。ただし、第一及び第二の磁場調整ステップは、円板と同心の仮想円板上であって且つ当該仮想円板の複数の半径方向の線に沿って、磁場補正手段を配置するステップを含む。また、第一の磁場調整ステップで、磁場補正手段が配置される仮想線と、第二の磁場調整ステップで、磁場補正手段が配置される仮想線は、交互に配列する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
この磁場調整システムの計算機22の計算手順を図15に示す。
まず磁場計測プローブ21による計測結果が入力されると(ステップ151)、その磁場分布を球面調和関数による級数項に展開し、結果を表示部25に表示する(ステップ152)。表示例を図16に示す。図示するように、第一の磁場調整ステップに用いるための、シムトレイの種類と、使用するシム鉄を表示するとともに、展開された各級数項の不整磁場量を表示する。第一の磁場調整段階で、高次項を含んだ不整磁場を主に補正するため、全ての級数項、例えば、Za(N,0)項(N=1〜10)、ZaおよびZb(N,M)(N=1〜5、M=1〜5)に対する不整磁場量を表示する。同時に、N=5以上の高次項に対する判定値も表示する。調整を行う者は、表示部25に表示された5次以上の高次項の不整磁場量がこの判定値を下回った時点で、次の第二の磁場調整ステップに移行すること、すなわち静磁場発生装置を最終設置場所に出荷・設置することができる。高次項の判定値は、最終的な磁場調整が完了した時点で所望の空間における静磁場均一度が達成できるように予め設定しておく。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
5次以上の高次項の不整磁場量が、表示部に表示された判定値を下回るまで、ステップ152、153が繰り返される(ステップ154、155)。高次項の不整磁場量が判定値を下回った時点で第一の磁場調整ステップは完了する。このとき、表示機能を第一の磁場調整から第二の磁場調整に切り替える(ステップ156)。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2012132911.tif 000025
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2012132911.tif 000026
【国際調査報告】
2012132911.tif 000027
2012132911.tif 000028
2012132911.tif 000029
2012132911.tif 000030
2012132911.tif 000031
2012132911.tif 000032
2012132911.tif 000033