(57)【要約】【課題】磁石装置の磁場を簡便に均一化することができる磁石装置の磁場均一調整方法を提供する。【解決手段】筒状容器１００の内部に磁界を発生させる磁石装置であって筒状容器の内部の常温空間３の磁場均一度を補正するために、補正用の鉄シムを予め決定されている複数箇所に設置する磁石装置１の磁場均一調整方法において、常温空間３の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで複数箇所７の全てを対象に鉄シムの変更量を決定する前段工程と、前段工程にて所望の均一度を得られた後に複数箇所７から所定の黒丸箇所１１を選択して所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで所定の黒丸箇所１１への鉄シムの変更量を決定する後段工程とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状容器の内部に磁界を発生させる磁石装置であって、上記筒状容器の内部の所定領域の磁場均一度を補正するために、補正用の磁性体を予め決定されている複数箇所に設置する磁石装置の磁場均一調整方法において、
上記所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで上記複数箇所の全てを対象に上記磁性体の変更量を決定する前段工程と、
上記前段工程にて所望の均一度を得られた後に上記複数箇所から所定の複数箇所を選択して上記所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで上記所定の複数箇所への上記磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたことを特徴とする磁石装置の磁場均一調整方法。
【請求項２】
上記後段工程にて選択する所定の複数箇所は、上記筒状容器の周方向あるいは軸方向のいずれか少なくとも一方に沿ってほぼ等間隔に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石装置の磁場均一調整方法。
【請求項３】
上記磁石装置は、上記筒状容器の周方向の複数箇所に軸方向に抜き差し可能な台座をそれぞれ備え、上記磁性体は上記台座に設置され変更されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁石装置の磁場均一調整方法。
【請求項４】
磁石装置が発生させる磁界の所定領域の磁場均一度を補正する磁石装置の磁場均一調整方法において、
上記所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで第１の単位量を有する第１の磁性体を用いて上記第１の磁性体の変更量を決定する前段工程と、
上記前段工程にて所望の均一度を得られた後に上記所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで上記第１の単位量より小さい単位量にてなる第２の単位量を有する第２の磁性体を用いて上記第２の磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたことを特徴とする磁石装置の磁場均一調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁石装置の磁場均一調整方法において、磁石装置の磁場を簡便に均一化することが可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像を取得する磁石装置としてのＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）用超電導電磁石において、高画質の画像取得には、高均一な磁界が必要である。そこで、磁石装置の磁性体による磁場均一度調整（以下、シミングと示す場合もある）を行う。この高均一な磁界を得るために、複数コイルを組み合わせ、各コイルが作る誤差磁界をお互いに打ち消す様に磁石装置ではこれらを最適に配置する。次に、製作誤差や設置での周辺の鉄による悪化した影響を下げるため鉄シムと呼ぶ比較的小さい鉄片を電磁石の常温空間内部に挿入し、鉄シムが発生する磁界によりコイルの製作誤差や周辺鉄体による誤差磁界を補正する（例えば、特許文献１参照）。尚、シミングに使用する材料は必ずしも鉄である必要はなく磁性体であれば良いが、以下では鉄シムで統一する。
【０００３】
従来の磁石装置は、ＭＲＩ電磁石では常温空間内の均一空間に鉄シムで補正した均一磁界を作る。この均一磁界空間に被験者を配置し、ＭＲＩ信号を取得することによりＭＲＩ画像を構成する。鉄シムは周方向１周にわたり分割配置され、およびかつ軸方向にも中心から±方向にある範囲で分割配置する２次元的配置構造となっており、通常配置可能な箇所は数百から千程度である。他の従来の磁石装置は、周方向に沿って鉄シムを１６箇所に分割して配置している。尚、実際の鉄シムでは軸方向（奥行き方向）に沿っても分割されている。この鉄シムは磁界均一度を最適にする様に最適位置を決定する必要がある。実測の磁界分布と、鉄シムが発生する磁界（一般的には解析解が用いられる）との合計が均一磁界条件を満足する様に、最適化手段（最適化ソフト）を実行し、鉄シムの最適配置を決定し、複数の鉄シムを最適な磁界均一度が得られると決定された位置に取り付け、磁界分布を測定する。
【０００４】
実際の取り付け作業では、台座を電磁石外へ取り出し、鉄シムを台座に乗せ、常温空間内に再挿入する。そしてこの台座は複数個有している。これら一連の作業をシミングと呼ぶ。鉄シムの出力磁界は鉄の量に比例するため、鉄シム量の調整が必要である。鉄シム量は、まず単位量の鉄シムを各位置に配置するか否かで調整し、更に板の厚みを変化させることにより細かく鉄シム量を調整する。理想的には板厚を無限に細かく調整できれば鉄シムの量を無段階に細かく調整できるが、実際には規定の板厚の枚数を重ね合わせるので離散的にしか鉄シムの量を調整できず、計算と実測の鉄シムの量とに誤差が生じる。
【０００５】
具体的に初期状態では必要空間内で５０ｃｍの球空間で、１０００ｐｐｍ程度の誤差があり、これを鉄シムで数ｐｐｍまで補正する必要がある。数ｐｐｍとは１×１０−６である。シミングでは、鉄シムの発生する磁界に計算誤差などが発生するため、一度で磁界均一度は１０００ｐｐｍから数ｐｐｍまで向上せず、シミングを複数回繰り返し実施し、段階的に磁界均一度を向上させる。シミング調整の初期では磁界均一度が悪く、大きな磁界を発生させる必要があるため、補正の鉄シムも大量に必要である。従って、全ての箇所を対象として鉄シムの最適配置を求める。但し、調整の後半では磁界均一度が上昇しているため、磁界の変更量も僅かになる。全ての箇所を対象として鉄シムの最適配置を求めると、箇所の数が多いため、各鉄シムの補正量も僅かになる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８７２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の磁石装置の磁場均一調整方法は、磁界補正が進み、磁界均一度が仕様に近づいた場合、比較的高均一磁界での調整作業では、変更量が少なくなる。この場合、鉄シムの補正箇所が多いと１箇所当たりの補正量が少なくなるという問題点があった。離散的に種々の種類の板を集積して鉄シムを構成するが、計算での鉄シムの変更量に対し、実際の鉄シムは上述の通り離散的にしか調整できず、鉄シム量を正確に一致させることができず、誤差が生じ、また、変更箇所が多いと取り付け間違いなども多く手間も多く必要であるという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁石装置の磁場を簡便に均一化することができる磁石装置の磁場均一調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、筒状容器の内部に磁界を発生させる磁石装置であって、筒状容器の内部の所定領域の磁場均一度を補正するために、補正用の磁性体を予め決定されている複数箇所に設置する磁石装置の磁場均一調整方法において、
所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで複数箇所の全てを対象に磁性体の変更量を決定する前段工程と、
前段工程にて所望の均一度を得られた後に複数箇所から所定の複数箇所を選択して所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで所定の複数箇所への磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたものである。
【００１０】
また、この発明は、磁石装置が発生させる磁界の所定領域の磁場均一度を補正する磁石装置の磁場均一調整方法において、
所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで第１の単位量を有する第１の磁性体を用いて第１の磁性体の変更量を決定する前段工程と、
前段工程にて所望の均一度を得られた後に所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで第１の単位量より小さい単位量にてなる第２の単位量を有する第２の磁性体を用いて第２の磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の磁石装置の磁場均一調整方法は、筒状容器の内部に磁界を発生させる磁石装置であって、筒状容器の内部の所定領域の磁場均一度を補正するために、補正用の磁性体を予め決定されている複数箇所に設置する磁石装置の磁場均一調整方法において、
所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで複数箇所の全てを対象に磁性体の変更量を決定する前段工程と、
前段工程にて所望の均一度を得られた後に複数箇所から所定の複数箇所を選択して所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで所定の複数箇所への磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたので、磁石装置の磁場を簡便に均一することができる。
【００１２】
また、この発明は、磁石装置が発生させる磁界の所定領域の磁場均一度を補正する磁石装置の磁場均一調整方法において、
所定領域の磁場の均一度が所望の均一度に達するまで第１の単位量を有する第１の磁性体を用いて第１の磁性体の変更量を決定する前段工程と、
前段工程にて所望の均一度を得られた後に所定領域の磁場の均一度が所定の均一度に達するまで第１の単位量より小さい単位量にてなる第２の単位量を有する第２の磁性体を用いて第２の磁性体の変更量を決定する後段工程とを備えたので、磁石装置の磁場を簡便に均一することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における磁石装置の構成を示す図、図２は図１に示した磁石装置の磁場均一調整方法を説明するためのフローチャート、図３は磁石装置の磁場の均一度を向上することが困難となる磁石装置の構成を示した図である。図において、筒状容器１００の内部に磁界を発生させるための例えばＭＲＩ磁石にて構成される磁石装置１は、筒状容器１００の内部の所定領域すなわちここでは被験者を挿入するための常温空間３の磁場均一度を補正するために、補正用の磁性体としての鉄シムを予め決定されている複数の箇所７に設置する。
【００１４】
箇所７とは図面上において黒丸箇所１１と白丸箇所１３とにて示された箇所で、本実施の形態においては、筒状容器１００の周方向１５に均等間隔にて１６箇所の複数箇所が設定されている。そして、黒丸箇所１１と白丸箇所１３とは周方向１５において交互に設定されている。また、この複数の箇所７には図示はしないものの、軸方向１７に抜き差し可能な台座がそれぞれ配設されており、この台座を抜き差しして、補正を行うための鉄シムが台座に設置され変更される。また、この鉄シムの変更量は、従来と同様に、磁石装置１の常温空間３における磁界分布を測定して、それに基づいて鉄シムの変更量を算出する例えば最適化手段を備えているものである。
【００１５】
次に上記のように構成された実施の形態１の磁石装置の磁場均一調整方法について図２のフローチャートに基づいて説明する。まず、磁石装置１の磁場均一調整を開始して、磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図２のステップＳ１）。次に、前段工程においては、全箇所７（黒丸箇所１１および白丸箇所１３の全て）を磁場均一調整を行うための使用可能となるように最適化手段にて選択する（図２のステップＳ２）。次に、常温空間３の磁場均一度を調整するために全箇所７における鉄シムの変更量を最適化手段により決定する（図２のステップＳ３）。次に、全箇所７の台座を軸方向１７にて筒状容器１００内から抜き出し、決定された変更量に基づいて全箇所７の各台座に鉄シムの取り付けまたは取り外しを行い、再び全箇所の台座を軸方向１７に差し入れて筒状容器１００内に戻す（図２のステップＳ４）。次に、再び磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図２のステップＳ５）。
【００１６】
次に、その測定された磁界分布の均一度が所望の均一度まで向上しているか否かを判断する（図２のステップＳ６）。そして、達成していない場合には、ステップＳ３からの動作を繰り返し行う。また、達成している場合には、後段工程に移り、使用可能な所定の複数箇所、ここでは黒丸箇所１１を最適化手段にて選択する（図２のステップＳ７）。次に、常温空間３の磁場均一度を調整するために選択された黒丸箇所１１における鉄シムの変更量を最適化手段により決定する（図２のステップＳ８）。次に、黒丸箇所１１の台座を軸方向１７にて筒状容器１００内から抜き出し、決定された変更量に基づいて黒丸箇所１１の台座に鉄シムの取り付けまたは取り外しを行い、再び黒丸箇所１１の台座を軸方向１７に差し入れて筒状容器１００内に戻す（図２のステップＳ９）。次に、再び磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図２のステップＳ１０）。次に、その測定された磁界分布の均一度が所定の均一度まで向上しているか否かを判断する（図２のステップＳ１１）。
【００１７】
尚、”所定の均一度”とは、磁石装置１を製品として使用可能となる仕様を満足する程度の均一度を指し、一般的には３ｐｐｍ程度が設定されている。これに対し、前段工程の終了を決定するための”所望の均一度”とは、この”所定の均一度”より若干大きな値にて設定され、最終的な微調整を行う値が設定されたものである。次に、達成していない場合には、ステップＳ８からの動作を繰り返し行う。また、達成している場合には、磁場均一度を調整する作業を終了する。尚、ここでは図１示す黒丸箇所１１を後段工程にて使用する所定の複数箇所に選択する例を示したが、これに限られることはなく、白丸箇所１３を後段工程にて使用する所定の複数箇所に選択しても良いし、また、他の均一化を図るために適当な箇所を所定の複数箇所に選択しても良いことは言うまでもない。
【００１８】
次に、全箇所にて調整を行う場合と、選択した箇所のみにて調整を行う場合との誤差の具体例について説明する。例えば、図１に示す様に全箇所７の内、黒丸箇所１１を使用して、白丸箇所１３を使用しない場合、最適化手段を実行すると、配置可能な鉄シムの数が黒丸箇所１１のみを使用する場合は１／２である。そして、鉄シムの変化可能量は単位厚みなので、各鉄シムの変更量を全箇所７にて補正する場合と比較して２倍の厚みにて変化させることとなり、分解能は２倍となる。よって、以下の様により細かく磁界を調整できる。全箇所７に鉄シムを使用する場合を全鉄シムと呼び、１／２箇所（黒丸箇所１１のみ）を使用する場合をｌ／２鉄シムと呼び、鉄シム量（厚み）は０、１、２、・・１０と単位量１ずつしか増加できないとする。
【００１９】
すると、例えば全鉄シムの場合の必要な鉄シム変更量が４．６の場合、鉄シム量（厚み）は単位量しか選択できないため全鉄シムの場合には最も近い整数である５を選択する。よって、４．６との誤差は５−４．６＝０．４となる。更に、全鉄シムの個数は１／２鉄シムの場合に比べ２倍なので０．４×２＝０．８の誤差が発生する。これに対して、１／２鉄シムの場合、２倍の厚みで変更するため変更量は４．６×２＝９．２であり、鉄シム量（厚み）として最も近い整数である９を選択する。よって、９．２との誤差は９−９．２＝０．２となる。この様に、上記の場合においては全鉄シムに比較して１／２鉄シムは誤差を１／４に低減できる。
【００２０】
次に、全鉄シムの場合の必要な鉄シム変更量が４．５の場合。全鉄シムの場合には最も近い整数である５を選択するので、５との誤差は５−４．５＝０．５となり、更に、０．５×２＝ｌの誤差が発生する。これに対し、１／２鉄シムの場合、変更量は４．５×２＝９であり、１／２鉄シムとして最も近い整数である９を選択するので、９との誤差は９−９＝０と誤差が０になる。この様に、上記場合においては全鉄シムに比較して１／２鉄シムは誤差を低減できる。更に、全鉄シムの必要な鉄シム変更量が４．７５の場合。全鉄シムの場合には最も近い整数である５を選択するので、５との誤差は、５−４．７５＝０．２５となり、更に０．２５×２＝０．５の誤差が発生する。これに対し、１／２鉄シムの場合、変更量は４．７５×２＝９．５であり、１／２鉄シムとして最も近い整数である９を選択するので、９との誤差は９−９．５＝０．５となる。この様に、上記場合においては全鉄シムに比較して１／２鉄シムの誤差は同様の値となる。以上のことより全鉄シムと１／２鉄シムとの誤差が変わらない場合も発生するが、平均的には１／２鉄シムの方が誤差を低減できる。
【００２１】
また、上記実施の形態１においては、図１に示す様に筒状容器１００の周方向１５に沿ってほぼ等間隔に選択する例を示したが、これは例えば、極端な場合、図３に示すように、全箇所７の内、後段工程において、左側半分の黒丸箇所１１のみ選択可能とすると、左側半分のみの量が多いのでおのおのの鉄シムの変更量は非常に少なくなる問題がある。更に、右半分の白丸箇所１３はまったく選択されないので、左右方向に線形で変化する誤差磁界などは補正が困難になる。このため、後段工程にて選択する所定の複数箇所は、筒状容器１００の周方向に等間隔にて選択可能とすれば、種々の磁界成分の発生も容易可能であり、誤差調整を行いやすくなる。
【００２２】
また、上記実施の形態１においては、図１に示す様に後段工程の鉄シムの変更量を決定する箇所を筒状容器１００の周方向１５に沿ってほぼ等間隔に選択する例を示したが、これに限られることはなく、筒状容器１００の軸方向１７に沿ってほぼ等間隔に選択する場合も考えられる。但し、台座は筒状容器１００の軸方向１７から抜き差し可能となるため、その台座の取り出す手間を最小にするためには、筒状容器１００の周方向１５に選択しておけば、軸方向１７に箇所を選択する場合より台座の抜き差しする回数を低減することができることは言うまでもない。
【００２３】
上記のように行われた実施の形態１の磁石装置の磁場均一調整方法によれば、シミング調整の前段工程では、磁界補正量が多いため、多くの鉄シムを使用する必要がある。よって、全箇所を利用して最適化手段を実行するのが効率的である。そして、磁界均一度がある一定以上（所望の均一度）に向上した後にシミングを行う後段工程では、鉄シム量の変更量は僅かになる。そこで、全箇所で鉄シムを変更すると、最大約千個もある各１個ずつの鉄シムの変更量が僅かになる。これを避けるには、予め選択的に最適化手段で最適化する箇所を制限しているため、後段工程での調整量が少なくなるが、選択された所定の複数箇所が全箇所より減少しているため、１個当たりの箇所の鉄シムの変更量が大きくなる。よって、変更量が小さくなることに起因する離散化誤差を低減でき、より正確に必要変更量に一致させやすくなり、より高均一な磁界が得やすくなる。また、補正箇所も少なくなり取り付け間違いなどが低減できるとともに磁界均一度調整の手間が減少する。
【００２４】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における磁石装置の台座および鉄シムの構成を示す斜視図、図５は図４に示した磁石装置の台座および鉄シムを用いた磁場均一調整方法を説明するためのフローチャートである。尚、磁石装置は上記実施の形態１の図１にて示した場合と同様であるため説明を省略する。図において、鉄シムを載置するための台座９であり、第１の単位量を有する第１の鉄シム１９と、第１の単位量より単位量が小さい第２の単位量を有する第２の鉄シム２１であり、台座９に２個ずつ配置する例を示している。
【００２５】
次に上記のように構成された実施の形態２の磁石装置の磁場均一調整方法について図５のフローチャートに基づいて説明する。まず、磁石装置１の磁場均一調整を開始して、磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図５のステップＳ２１）。次に、前段工程においては、第２の鉄シム２１の第２の単位量より大きい第１の単位量を有する第１の鉄シム１９を磁場均一調整を行うための使用可能となるように最適化手段にて選択する（図５のステップＳ２２）。次に、常温空間３の磁場均一度を調整するために全箇所７における第１の鉄シム１９での変更量を最適化手段により決定する（図５のステップＳ２３）。次に、全箇所７の台座を軸方向１７にて筒状容器１００内から抜き出し、決定された変更量に基づいて全箇所の各台座に第１の鉄シム１９の取り付けまたは取り外しを行い、再び全箇所７の台座を軸方向１７に差し入れて筒状容器１００内に戻す（図５のステップＳ２４）。次に、再び磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図５のステップＳ２５）。
【００２６】
次に、その測定された磁界分布の均一度が所望の均一度まで向上しているか否かを判断する（図５のステップＳ２６）。そして、達成していない場合には、ステップＳ２３からの動作を繰り返し行う。また、達成している場合には、後段工程に移り、第１の鉄シム１９の第１の単位量より小さい第２の単位量を有する第２の鉄シム２１を磁場均一調整を行うための使用可能となるように最適化手段にて選択する（図５のステップＳ２７）。次に、常温空間３の磁場均一度を調整するために全箇所７における第２の鉄シム２１での変更量を最適化手段により決定する（図５のステップＳ２８）。次に、全箇所７の台座を軸方向１７にて筒状容器１００内から抜き出し、決定された変更量に基づいて全箇所７の台座に鉄シムの取り付けまたは取り外しを行い、再び全箇所７の台座を軸方向１７に差し入れて筒状容器１００内に戻す（図５のステップＳ２９）。次に、再び磁石装置１にて発生される常温空間３における磁界分布を測定する（図５のステップＳ３０）。次に、その測定された磁界分布の均一度が所定の均一度まで向上しているか否かを判断する（図５のステップＳ３１）。
【００２７】
尚、”所定の均一度”とは、上記実施の形態１と同様に、磁石装置１を製品として使用可能となる仕様を満足する程度の均一度を指し、一般的には３ｐｐｍ程度が設定されている。これに対し、前段工程の終了を決定するための”所望の均一度”とは、この”所定の均一度”より若干大きな値にて設定され、最終的な微調整を行う値が設定されたものである。次に、達成していない場合には、ステップＳ２８からの動作を繰り返し行う。また、達成している場合には、磁場均一度を調整する作業を終了する。
【００２８】
上記のように行われた実施の形態２の磁石装置の磁場均一調整方法によれば、シミング調整の前段工程では、磁界補正量が多いため、多くの鉄シムを使用する必要がある。よって、単位量の大きな第１の鉄シムを利用して最適化手段を実行するのが効率的である。そして、磁界均一度がある一定以上（所望の均一度）に向上した後にシミングを行う後段工程では、鉄シム量の変更量は僅かになる。よって、単位量の大きな第１の鉄シムにて変更を行うと、磁界を均一化することが困難となる。これを避けるには、後段工程では調整量が少なくなるため、単位量の小さな第２の鉄シムによって変更量を決定しているため磁界均一度を細かく調整できる様になる。よって、調整量の大きいときに単位量の大きな第１の鉄シムを利用しているので、利用個数が減少し、台座への取り付けの手間を低減することができる。
【００２９】
尚、上記実施の形態２においては、鉄シムの選択箇所を全箇所にて行う場合を示したが、これに限られることはなく、例えば実施の形態１に示したように、前段工程と、後段工程とにおいて箇所を選択する方法と組み合わせて行うことも可能であり、その場合は両実施の形態の効果を奏することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１の磁石装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した磁石装置の磁場均一調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】磁石装置の磁場を均一することが困難となる磁石装置の構成を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態２の磁石装置の台座および鉄シムの構成を示す図である。
【図５】図４に示した磁石装置の磁場均一調整方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  磁石装置、３  常温空間、７  箇所、９  台座、１１  黒丸箇所、
１３  白丸箇所、１５  周方向、１７  軸方向、１９  第１の鉄シム、
２１  第２の鉄シム、１００  筒状容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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