(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する１対の永久磁石が測定空間を介して対向して設置され、前記１対の永久磁石における前記測定空間側に１対の磁極片が設置され、前記１対の磁極片における前記測定空間側に１対の勾配コイルが設置されたマグネットシステムにおいて、
前記測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、
１つの極性における最大勾配から反対極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させ次いで前記反対極性における最大勾配から前記１つの極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させながら間欠的に勾配を印加し、
前記勾配磁場の間欠期間中にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、
前記ＦＩＤ信号の位相の微分値を求め、
前記勾配の一巡に伴う前記微分値のヒステリシスに基づいて前記測定点における磁場強度を求め、
前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法。
【請求項２】
静磁場を発生する１対の永久磁石が測定空間を介して対向して設置され、前記１対の永久磁石における前記測定空間側に１対の磁極片が設置され、前記１対の磁極片における前記測定空間側に１対の勾配コイルが設置されたマグネットシステムにおいて、
前記測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、
１つの極性における最大勾配から反対極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させ次いで前記反対極性における最大勾配から前記１つの極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させながら間欠的に勾配を印加し、
前記勾配磁場の間欠期間中にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、
前記測定点および前記球の中心の試料がそれぞれ生じるＦＩＤ信号の位相の微分値の差を求め、
前記勾配の一巡に伴う前記微分値のヒステリシスに基づいて前記測定点における磁場強度を求め、
前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法。
【請求項３】
前記測定を複数の測定点について逐次行うこと特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁場測定方法。
【請求項４】
前記ヒステリシスに基づく前記測定点における磁場強度として、ヒステリシスループがそのヒステリシスカーブがプロットされたグラフの縦軸上を横切った２箇所の値の差を用いたこと特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の磁場測定方法。
【請求項５】
勾配コイルを製造するにあたり、
空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算し、
前記磁界を球面調和関数にフィッティングし、
前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、コイルの電流経路を決定すること特徴とする勾配コイル製造方法。
【請求項６】
電流経路を流れる電流によって勾配磁場を発生する勾配コイルであって、
前記電流経路が下記の手順で決定されたことを特徴とする勾配コイル。
記
（イ）空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算する。
（ロ）前記磁界を球面調和関数にフィッティングする。
（ハ）前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるようにコイルの電流経路を決定する。
【請求項７】
静磁場、勾配磁場および高周波磁場を用いて獲得した磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する磁気共鳴撮影装置であって、
前記勾配磁場を発生する勾配コイルとして、下記の手順で決定された電流経路を有する勾配コイルを具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
記
（イ）空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算する。
（ロ）前記磁界を球面調和関数にフィッティングする。
（ハ）前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるようにコイルの電流経路を決定する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場測定方法、勾配コイル（ｃｏｉｌ）製造方法、勾配コイルおよび磁気共鳴撮影装置に関し、特に、勾配磁場の印加停止後に残留する磁場を測定する方法、残留磁場の高次項が小さい勾配コイルとその製造方法、並びに、そのような勾配コイルを有する磁気共鳴撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ  ｓｙｓｔｅｍ）の内部空間すなわち静磁場を形成した空間に撮影する対象を搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内に磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて断層像を生成（再構成）する。
【０００３】
静磁場を発生するのに永久磁石を用いるマグネットシステムでは、互いに対向する１対の永久磁石の先端に静磁場空間の磁束分布を均一化するための磁極片をそれぞれ設け、勾配磁場発生用の勾配コイルはこの磁極片の磁極面に沿って設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマグネットシステムでは、勾配コイルが磁極片に近接しているので勾配磁場により磁極片が磁化され、その残留磁化が形成する磁場により、スピン（ｓｐｉｎ）の位相が、あたかも時定数が極めて長い渦電流が存在するかのような影響を受ける。このため、精密な位相制御が要求される例えばファースト・スピンエコー（ＦＳＥ：Ｆａｓｔ  Ｓｐｉｎ  Ｅｃｈｏ）法等による撮影に支障をきたす。
【０００５】
これまでは、残留磁化による磁場を測定する適切な方法がなかったので、その影響を除去する方策を立てることができなかった。
そこで、本発明の課題は、勾配磁場の印加停止後に残留する磁場を測定する方法、測定によって判明した残留磁場の特性を反映させて勾配コイルを製造する方法、その方法によって製造された勾配コイル、および、そのような勾配コイルを有する磁気共鳴撮影装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための１つの観点での発明は、測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、前記測定空間に勾配磁場を印加し、前記勾配磁場の印加停止後にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、前記ＦＩＤ信号の位相の微分値に基づいて前記測定点における磁場強度を求め、前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法である。
【０００７】
この観点での発明では、残留磁化が生じる磁場を、球面上の測定点に配置した試料のＦＩＤ信号を利用して測定し、測定値を球面調和関数にフィッティングして、残留磁場の特性を表す球面調和関数を特定する。
【０００８】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、前記球の中心に磁気共鳴可能な試料を配置し、前記測定空間に勾配磁場を印加し、前記勾配磁場の印加停止後にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、前記測定点および前記球の中心の試料がそれぞれ生じるＦＩＤ信号の位相の微分値の差に基づいて前記測定点における磁場強度を求め、前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法である。
【０００９】
この観点での発明では、球の中心に配置した試料のＦＩＤ信号を測定してこれをリファレンスとする。
（３）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、１つの極性における最大勾配から反対極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させ次いで前記反対極性における最大勾配から前記１つの極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させながら間欠的に勾配磁場を印加し、前記勾配磁場の間欠期間中にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、前記ＦＩＤ信号の位相の微分値を求め、前記勾配の一巡に伴う前記微分値のヒステリシスに基づいて前記測定点における磁場強度を求め、前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法である。
【００１０】
この観点での発明では、勾配磁場を１つの極性における最大勾配と反対極性における最大勾配の間で往復変化させる。これにより、残留磁化の履歴を一定にして磁場測定を行うことができる。
【００１１】
（４）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、測定空間に想定した球の表面の測定点に磁気共鳴可能な試料を配置し、前記球の中心に磁気共鳴可能な試料を配置し、１つの極性における最大勾配から反対極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させ次いで前記反対極性における最大勾配から前記１つの極性における最大勾配まで順次に勾配を変化させながら間欠的に勾配磁場を印加し、前記勾配磁場の間欠期間中にＲＦ励起を行って前記試料が生じるＦＩＤ信号を測定し、前記測定点および前記球の中心の試料がそれぞれ生じるＦＩＤ信号の位相の微分値の差を求め、前記勾配の一巡に伴う前記微分値の差のヒステリシスに基づいて前記測定点における磁場強度を求め、前記磁場強度を前記測定空間における磁場強度分布を表す球面調和関数にフィッティングすることを特徴とする磁場測定方法である。
【００１２】
この観点での発明では、球の中心に配置した試料のＦＩＤ信号を測定してこれをリファレンスとする。
（５）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、前記測定を複数の測定点について逐次に行うことを特徴とする（１）ないし（４）のうちのいずれか１つに記載の磁場測定方法である。
【００１３】
この観点での発明では、複数の測定点について逐次に測定を行うので、同一試料を使い回しすることができる。
（６）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、勾配コイルを製造するにあたり、空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算し、前記磁界を球面調和関数にフィッティングし、前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、（１）ないし（５）のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、コイルの電流経路を決定することを特徴とする勾配コイル製造方法である。
【００１４】
この観点での発明では、測定によって判明した残留磁場の最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、勾配コイルの電流経路を決めるので、影響が小さい残留磁化を生じる勾配コイルを製造することができる。
【００１５】
（７）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、電流経路を流れる電流によって勾配磁場を発生する勾配コイルであって、前記電流経路が下記の手順で決定されたことを特徴とする勾配コイルである。
【００１６】
記
（イ）空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算する。
（ロ）前記磁界を球面調和関数にフィッティングする。
【００１７】
（ハ）前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、（１）ないし（５）のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、コイルの電流経路を決定する。
【００１８】
この観点での発明では、測定によって判明した残留磁場の最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、勾配コイルの電流経路が決められているので、影響が小さい残留磁化を生じる勾配コイルとなる。
【００１９】
（８）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、静磁場、勾配磁場および高周波磁場を用いて獲得した磁気共鳴信号に基づいて画像を構成する磁気共鳴撮影装置であって、前記勾配磁場を発生する勾配コイルとして、下記の手順で決定された電流経路を有する勾配コイルを具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置である。
【００２０】
記
（イ）空間に想定した球面上に前記勾配コイルが発生する磁界を計算する。
（ロ）前記磁界を球面調和関数にフィッティングする。
【００２１】
（ハ）前記フィッティングした球面調和関数における高次項のうち、（１）ないし（５）のうちのいずれか１つに記載の方法で測定した磁場を表す球面調和関数における最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように、コイルの電流経路を決定する。
【００２２】
この観点での発明では、測定によって判明した残留磁場の最大の高次項に相当する高次項が小さくなるように勾配コイルの電流経路が決められているので、影響が小さい残留磁化を生じる勾配コイルを用いて適正な磁気共鳴撮影をすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２４】
図１に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００は、主磁場マグネット部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル部１０８を有する。これら主磁場マグネット部１０２および各コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円板状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステム１００の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、対象３００がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００２５】
主磁場マグネット部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象３００の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２は例えば永久磁石等を用いて構成される。なお、永久磁石に限らず超伝導電磁石あるいは常伝導電磁石等を用いて構成しても良いのはもちろんである。
【００２６】
勾配コイル部１０６は静磁場強度に勾配を持たせるための勾配磁場を生じる。発生する勾配磁場は、スライス（ｓｌｉｃｅ）勾配磁場、リードアウト（ｒｅａｄ  ｏｕｔ）勾配磁場およびフェーズエンコード（ｐｈａｓｅ  ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場の３種であり、これら３種類の勾配磁場に対応して勾配コイル部１０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００２７】
３系統の勾配コイルは、互いに直交する３方向において静磁場にそれぞれ勾配を付与するための３つの勾配磁場をそれぞれ発生する。３方向のうちの１つは静磁場の方向（垂直方向）であり、通常これをｚ方向とする。他の１つは水平方向であり、通常これをｙ方向とする。残りの１つはｚ，ｙ方向に垂直な方向であり、通常これをｘ方向とする。x方向は垂直面内でｚ方向に垂直であり、水平面内でｙ方向に垂直である。以下、ｘ，ｙ，ｚを勾配軸ともいう。
【００２８】
ｘ，ｙ，ｚはいずれもスライス勾配の軸とすることができる。いずれか１つをスライス勾配の軸としたとき、残り２つのうちの１つをフェーズエンコード勾配の軸とし、他をリードアウト勾配の軸とする。３系統の勾配コイルについては後にあらためて説明する。
【００２９】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象３００の体内のスピンを励起するためのＲＦ励起信号を送信する。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００３０】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３１】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦ励起信号を送信し、対象３００の体内のスピンを励起する。
【００３２】
ＲＦコイル部１０８には、また、データ（ｄａｔａ）収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０はＲＦコイル部１０８が受信した受信信号を取り込み、それをビューデータ（ｖｉｅｗ  ｄａｔａ）として収集する。
【００３３】
勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００３４】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。データ処理部１７０は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００３５】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０から取り込んだデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。データ空間は２次元フ−リエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。データ処理部１７０は、これら２次元フ−リエ空間のデータを２次元逆フ−リエ変換して対象３００の画像を生成（再構成）する。２次元フ−リエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）ともいう。
【００３６】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。データ処理部１７０には、また、表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００３７】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、操作者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。操作者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００３８】
図２に、本装置で撮影を行うときのパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００３９】
すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびグラディエントエコーＭＲのシーケンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００４０】
同図に示すように、α°パルスによりスピンのα°励起が行われる。フリップアングル（ｆｌｉｐ  ａｎｇｌｅ）α°は９０°以下である。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。
【００４１】
α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、リードアウト勾配Ｇｒにより先ずスピンをディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）し、次いでスピンをリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）して、グラディエントエコーＭＲを発生させる。グラディエントエコーＭＲの信号強度は、α°励起からエコータイム（ｅｃｈｏ  ｔｉｍｅ）ＴＥ後の時点で最大となる。グラディエントエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。
【００４２】
このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、ｋスペースを埋める６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００４３】
磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例を図３に示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー（ＳＥ：Ｓｐｉｎ  Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００４４】
すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００４５】
同図に示すように、９０°パルスによりスピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルスによる１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。このときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスについての選択的反転が行われる。
【００４６】
９０°励起とスピン反転の間の期間に、リードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐが印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのディフェーズが行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【００４７】
スピン反転後、リードアウト勾配ＧｒでスピンをリフェーズしてスピンエコーＭＲを発生させる。スピンエコーＭＲの信号強度は、９０°励起からＴＥ後の時点で最大となる。スピンエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。このようなパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、ｋスペースを埋める６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００４８】
なお、撮影に用いるパルスシーケンスはＧＲＥ法またはＳＥ法に限るものではなく、例えば、ＦＳＥ（Ｆａｓｔ  Ｓｐｉｎ  Ｅｃｈｏ）法、ファーストリカバリＦＳＥ（Ｆａｓｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｆａｓｔ  Ｓｐｉｎ  Ｅｃｈｏ）法、エコープラナー・イメージング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ  Ｐｌａｎａｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ）等、他の適宜の技法のものであって良い。
【００４９】
データ処理部１７０は、ｋスペースのビューデータを２次元逆フ−リエ変換して対象３００の断層像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶し、また、表示部１８０で表示する。
【００５０】
図４に、勾配コイル部１０６付近のマグネットシステム１００の構造を断面図により模式的に示す。同図において、Ｏは静磁場の中心すなわちマグネットセンター（ｍａｇｎｅｔ  ｃｅｎｔｅｒ）であり、ｘ，ｙ，ｚは前述した３方向である。
【００５１】
マグネットセンターＯを中心とする半径Ｒの球形領域ＳＶ（ｓｐｈｅｒｉｃ  ｖｏｌｕｍｅ）が撮影領域であり、マグネットシステム１００はこのＳＶにおいて静磁場および勾配磁場が所定の精度を持つように構成される。
【００５２】
１対の主磁場マグネット部１０２は互いに対向する１対の磁極片（ポールピース：ｐｏｌｅ  ｐｉｅｃｅ）２０２を有する。磁極片２０２は例えば軟鉄等の高透磁率の磁性材料で構成され、静磁場空間における磁束分布を均一化する働きをする。
【００５３】
磁極片２０２は概ね円板形状を成すが、周縁部が板面に垂直な方向（ｚ方向）、すなわち、磁極片２０２同士が互いに対向する方向に突出している。突出部は磁極片２０２の周縁部における磁束密度の低下を補う働きをする。
【００５４】
突出した周縁部の内側に形成される磁極片２０２の凹部に、勾配コイル部１０６が設けられる。勾配コイル部１０６は、Ｘコイル２０４、Ｙコイル２０６およびＺ２０８コイルを有する。
【００５５】
Ｘコイル２０４、Ｙコイル２０６およびＺコイル２０８は、それぞれ、本発明の勾配コイルの実施の形態の一例である。各コイルはいずれも概ね円板形状を成し、磁極片２０２の磁極面に、図示しない適宜の取り付け手段により、順次に層を成すように取り付けられている。
【００５６】
図５に、Ｘコイル２０４、Ｙコイル２０６およびＺ２０８コイルの電流経路のパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）を略図によって示す。同図に示すように、Ｘコイル２０４は、円の中心に近い部分ではｙ方向に平行な直線状の複数の主電流経路（メインパス：ｍａｉｎ  ｐａｓｓ）を有する。これらメインパスは円の中心を通るｙ軸に関して対称である。メインパスの帰路（リターンパス：ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｓｓ）は円周に沿って形成される。最外側のリターンパスの半径すなわちＸコイル２０４の外径はｒ００である。
【００５７】
Ｙコイル２０６は、円の中心に近い部分ではｘ方向に平行な直線状の複数のメインパスを有する。これらメインパスは円の中心を通るｘ軸に関して対称である。メインパスのリターンパスは円周に沿って形成される。最外側のリターンパスの半径すなわちＹコイル２０６の外径はｒ００である。
【００５８】
Ｚコイル２０８は同心円を成す複数の電流経路を有する。これら電流経路は全てがメインパスである。各メインパスの半径は内側から順にｒ１，ｒ２，・・・，ｒＭである。ｒＭはＺコイル２０８の外径となる。
【００５９】
このようなマグネットシステム１００について、撮影領域すなわち球形領域ＳＶにおける残留磁場を測定する方法を説明する。先ず、球形領域ＳＶの表面に複数の測定点を設定する。測定点Ｐを、図６に示すように、３次元の極座標で表すとした場合、複数の測定点は、半径ｒを一定とし、角度θ，φの組み合わせを複数通りに設定することにより行われる。角度θはいわば緯度に相当し、角度φはいわば経度に相当する。
【００６０】
角度θは、図７（ａ）に示すように、例えば２２．５度刻みで設定する。これによって７つの緯度が設定される。角度φは、同図の（ｂ）に示すように、例えば３０度刻みで設定する。これによって１２の経度が設定される。
【００６１】
このような緯度と経度の交点を測定点Ｐとする。したがって、球面上の測定点数は８４となる。これらの測定点に加えて、マグネットセンターＯにも測定点Ｐ０を設定する。測定点Ｐ０はリファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）用である。リファレンスが不要な場合は測定点Ｐ０は省略可能である。
【００６２】
測定点には、磁気共鳴信号を生じる試料に信号検出用のＲＦコイルを取り付けたプローブ（ｐｒｏｂｅ）が設置される。試料としては、例えば、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）や塩化ニッケル（ＮｉＣｌ）等の水溶液を微小な容器に封入したものが用いられる。試料の体積は、撮影空間の１ボクセル（ｖｏｘｅｌ）に相当する大きさとする。
【００６３】
そのようなプローブを適宜の支持手段で支持して上記の測定点に順次に位置決めし、球面上の各測定点およびマグネットセンターＯにおける磁場を測定する。プローブは少なくとも２つ用い、球面上の測定点とマグネットセンターＯの磁場を同時に測定する。リファレンスを必要としないときは、球面上の測定点だけで測定する。
【００６４】
図８に、磁場測定用のパルスシーケンスを示す。同図において（１）は勾配磁場のシーケンス、（２）はＲＦ励起のシーケンス、（３）は磁気共鳴信号すなわちＦＩＤ（Ｆｒｅｅ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｄｅｃａｙ）信号のシーケンスである。
【００６５】
同図に示すように、１つの軸に勾配磁場Ｇを印加し、それが終了した後にＲＦ励起を行う。ＲＦ励起に基づきプローブ中の試料がＦＩＤ信号を生じる。このＦＩＤ信号を、プローブに備わるＲＦコイルで受信し、受信データをデータ収集部１５０で収集する。
【００６６】
勾配磁場Ｇが例えば図９に実線で示すようなものであるとしたとき、それによって磁極片２０２が磁化されることにより、勾配磁場の印加をやめた後にも、例えば一点鎖線で示すような残留磁場が存在する。このため、図８に斜線で示すように、あたかも勾配磁場が残留するかのような状態になる。
【００６７】
このような残留磁場の下で測定されるＦＩＤ信号は次式で表される。
【００６８】
【数１】
0003701540.tif 000002
【００６９】
ここで、
ρ：スピン密度
γ：磁界回転比
Ｇｒｍ：磁場強度
（１）式に示すように、磁場強度ＧｒｍはＦＩＤ信号の位相に影響を与える。そこで、複素数で表現したＦＩＤ信号
【００７０】
【数２】
0003701540.tif 000003
【００７１】
から、
【００７２】
【数３】
0003701540.tif 000004
【００７３】
により位相を求め、その時間微分を用いて
【００７４】
【数４】
0003701540.tif 000005
【００７５】
により磁場強度を求める。これによって、測定点Ｐにおける磁場の測定値が得られる。
実際には、測定空間に静磁場が存在するので、マグネットセンターＯで測定したＦＩＤ信号の位相φ０（ｔ）の微分値を求め、
【００７６】
【数５】
0003701540.tif 000006
【００７７】
により磁場強度を求める。これにより、静磁場の強度変動による測定誤差を除去することができる。以上の計算は、データ処理部１７０によって行う。
勾配磁場の印加の経過を反映して、磁極片２０２では磁化の履歴が生じている。磁化の履歴はマイナー・ヒステリシスループ（ｍｉｎｏｒ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ  ｌｏｏｐ）を描く。このような履歴を持つものについて常に同一の条件で測定を行うために、磁場測定は次のようにして行われる。
【００７８】
図１０に、測定時の１つの測定点あたりの勾配磁場印加のシーケンスを示す。同図に示すように、勾配磁場は、その強度を順次変化させながら間欠的に印加する。すなわち、例えば、シーケンスの前半は、本装置で発生可能な最大の負の勾配−Ｇｍａｘから最大の正の勾配＋Ｇｍａｘまで順次に変化させながら印加し、後半は、最大の正の勾配＋Ｇｍａｘから最大の負の勾配−Ｇｍａｘまで順次に変化させながら印加する。このように勾配の強度を一巡させることにより、シーケンスを開始する前と後における磁極片２０２の磁化状態を、同一にすることができる。
【００７９】
勾配印加の間欠期間中は斜線で概念的に示すように勾配磁場が残留する。この期間中に、前述のようなＲＦ励起とＦＩＤ測定を毎回行い、各回の測定信号に基づいて、上記のようにしてそれぞれ磁場強度Ｇｒｍを求める。これによって、１つの測定点あたり例えば１５個の磁場測定値が得られる。
【００８０】
このような磁場測定値について、印加した勾配との対応を求めると、例えば図１１に示すようなヒステリシスループが得られる。そこで、このヒステリシスループのＧｒｍ軸方向の幅、すなわち、ヒステリシスループが横切るＧｒｍ軸上の２箇所の値の差を測定点Ｐの磁場強度Ｂｒ（ｋ）とする。
【００８１】
このようにして求めた８４個の測定点Ｐの磁場測定値を球面調和関数にフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）して、残留磁場の空間成分を求める。フィッティングはデータ処理部１７０により行う。以下、磁場測定値を単に測定値ともいう。
【００８２】
球面調和関数展開式は次式で与えられる。
【００８３】
【数６】
0003701540.tif 000007
【００８４】
ここで、
【００８５】
【数７】
0003701540.tif 000008
【００８６】
はルジャンドル（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）の倍関数、
【００８７】
【数８】
0003701540.tif 000009
【００８８】
は定数である。
フィッティングは、例えば次のようにして行われる。
１．  ｍ＝０の場合
この場合、（６）式は次のようになる。
【００８９】
【数９】
0003701540.tif 000010
【００９０】
ｚ座標が異なる測定点での測定値を
【００９１】
【数１０】
0003701540.tif 000011
【００９２】
とすると次式が成り立つ。
【００９３】
【数１１】
0003701540.tif 000012
【００９４】
この方程式を解くことにより、
【００９５】
【数１２】
0003701540.tif 000013
【００９６】
成分が得られる。これらは通常
【００９７】
【数１３】
0003701540.tif 000014
【００９８】
成分と呼ばれる。
２．  ｍ≠０の場合
例えばｍ＝１のとき（６）式は次式のようになる。
【００９９】
【数１４】
0003701540.tif 000015
【０１００】
球面上のあるｘｙ平面内の測定値を
【０１０１】
【数１５】
0003701540.tif 000016
【０１０２】
とすると、円周上の測定点における測定値は、
【０１０３】
【数１６】
0003701540.tif 000017
【０１０４】
このとき、
【０１０５】
【数１７】
0003701540.tif 000018
【０１０６】
【数１８】
0003701540.tif 000019
【０１０７】
各ｘｙ平面について
【０１０８】
【数１９】
0003701540.tif 000020
【０１０９】
を求めれば次式が成り立つ。
【０１１０】
【数２０】
0003701540.tif 000021
【０１１１】
この方程式を解けば、
【０１１２】
【数２１】
0003701540.tif 000022
【０１１３】
が求まる。これらは通常
【０１１４】
【数２２】
0003701540.tif 000023
【０１１５】
と呼ばれる。
３．ｍ＝２の場合
この場合は（１０）式において
【０１１６】
【数２３】
0003701540.tif 000024
【０１１７】
とすれば、同様に
【０１１８】
【数２４】
0003701540.tif 000025
【０１１９】
すなわち
【０１２０】
【数２５】
0003701540.tif 000026
【０１２１】
を求めることができる。
図１２に、以上のような複数の測定点における磁場測定とそれに基づく球面調和関数のフィッティングのフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。
【０１２２】
同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）７０２で、球面上の測定点を設定する。測定点は前述の要領で設定される。測定点はＬ個である。
次に、ステップ７０４で、球の中心すなわちマグネットセンターＯと球面上の１つの測定点にそれぞれプローブをセット（ｓｅｔ）する。
【０１２３】
次に、ステップ７０６で、図１０に示したような測定シーケンスを実行して、２つのプローブのＦＩＤ信号を測定し、それらの位相の微分値の差に基づいて磁場測定値Ｇｒｍを求める。
【０１２４】
次に、ステップ７０８で、図１１に示したようなＧｒｍのヒステリシスに基づいて残留磁場Ｂｒ（ｋ）を求める。
次に、ステップ７１０で、全ての測定点について残留磁場Ｂｒ（ｋ）を求めたかどうかを判定し、否の場合はステップ７１２で測定点を変更し、ステップ７０６，７０８の動作を繰り返す。
【０１２５】
全ての測定点について残留磁場Ｂｒ（ｋ）を求めた終わったときは、ステップ７１４で、Ｂｒ（ｋ）を球面調和関数にフィッティングする。この結果、ステップ７１６で、残留磁場の空間成分
【０１２６】
【数２６】
0003701540.tif 000027
【０１２７】
が求まる。
これら残留磁場の空間成分は、球形領域ＳＶすなわち撮影空間における残留磁場の特性を表す項目であるから、以上の測定および関数フィッティングにより、マグネットシステム１００の残留磁場特性が解析（測定）できたことになる。
【０１２８】
そこで、このような解析結果を勾配コイルの設計に反映させれば、マグネットシステム１００の残留磁場特性を改善することができる。
図１３に、残留磁場解析結果を反映させた勾配コイルの設計手順の一例をフロー図によって示す。ここではＺコイルの設計手順を示す。
【０１２９】
同図に示すように、ステップ９０２で、Ｚコイルの電流経路の半径ｒ１，ｒ２，・・・，ｒＭの初期値を設定する。
次に、ステップ９０４で、上記の初期値を持つＺコイルが撮影領域の球面上に生じる磁界（磁場強度）
【０１３０】
【数２７】
0003701540.tif 000028
【０１３１】
ただし、
【０１３２】
【数２８】
0003701540.tif 000029
【０１３３】
を計算する。磁界の計算はビオ・サバール（Ｂｉｏｔ−Ｓａｖａｒｔ）の法則を用いて行う。
次に、ステップ９０６で、上記の磁界を球面調和関数にフィッティングして
【０１３４】
【数２９】
0003701540.tif 000030
【０１３５】
項を求める。
次に、ステップ９０８で、前述の残留磁場解析により特に
【０１３６】
【数３０】
0003701540.tif 000031
【０１３７】
項が大きいことが判明しているとき、
【０１３８】
【数３１】
0003701540.tif 000032
【０１３９】
となるように
【０１４０】
【数３２】
0003701540.tif 000033
【０１４１】
を調節する。ただし、δは許容値である。
次に、ステップ９１０で、上記の条件を満足し、かつ、そのように調節したＺコイルが発生する磁界が所定の直線性を満足するか否かを判定する。
【０１４２】
満足しない場合は、ステップ９１２で、非線形計画法により新たに
【０１４３】
【数３３】
0003701540.tif 000034
【０１４４】
を設定し、ステップ９０４以降の処理を繰り返す。
満足する場合は、ｒ１，ｒ２，・・・，ｒＭの値を確定する。そしてそのような半径の電気経路を持つＺコイルを製造する。そのようなＺコイルを備えたマグネットシステム１００は残留磁場特性が改善されたものとなる。したがって、そのようなマグネットシステムを用いる磁気共鳴撮影装置は、残留磁場の影響が少ない品質の良い画像を撮影することができる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、勾配磁場の印加停止後に残留する磁場を測定する方法、測定によって判明した残留磁場の特性を反映させて勾配コイルを製造する方法、その方法によって製造された勾配コイル、および、そのような勾配コイルを有する磁気共鳴撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】図１に示した装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図３】図１に示した装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】図１に示した装置におけるマグネットシステムの勾配コイル部付近の構成を示す模式図である。
【図５】勾配コイルの電流経路のパターンを示す略図である。
【図６】測定点Ｐの３次元座標を示す図である。
【図７】球面上の測定点Ｐを配置する経度および緯度を示す図である。
【図８】磁場測定のためのパルスシーケンスを示す図である。
【図９】勾配磁場と残留磁場の関係を示す図である。
【図１０】磁場測定のための勾配磁場印加のシーケンスを示す図である。
【図１１】測定値のヒステリシスを示す図である。
【図１２】磁場測定および関数フィッティングの手順を示すフロー図である。
【図１３】勾配コイル設計手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１００  マグネットシステム
１０２  主磁場マグネット部
１０６  勾配コイル部
１０８  ＲＦコイル部
１３０  勾配駆動部
１４０  ＲＦ駆動部
１５０  データ収集部
１６０  制御部
１７０  データ処理部
１８０  表示部
１９０  操作部
２０２  磁極片
２０４  Ｘコイル
２０６  Ｙコイル
２０８  Ｚコイル
３００  対象
５００  クレードル
【図１】
0003701540.tif 000035
【図２】
0003701540.tif 000036
【図３】
0003701540.tif 000037
【図４】
0003701540.tif 000038
【図５】
0003701540.tif 000039
【図６】
0003701540.tif 000040
【図７】
0003701540.tif 000041
【図８】
0003701540.tif 000042
【図９】
0003701540.tif 000043
【図１０】
0003701540.tif 000044
【図１１】
0003701540.tif 000045
【図１２】
0003701540.tif 000046
【図１３】
0003701540.tif 000047