CN103442635A - 静磁场均匀度的调整方法、磁共振成像用静磁场产生装置、磁场调整系统、程序 - Google Patents

Abstract

为了避免磁场调整所需要的期间和费用的重复，且实现最终设置场所处的磁场调整期间的最小化，以及谋求磁铁的磁场调整的高效率化，提供对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度的方法，包含：测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；对级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的第1磁场调整步骤；和在所述第1调整步骤后进行的调整所述低阶的不规则磁场分量的第2步骤。

Description

静磁场均匀度的调整方法、磁共振成像用静磁场产生装置、磁场调整系统、程序

技术领域

本发明涉及使用了超导磁铁的静磁场产生装置，特别涉及调整磁共振成像(MRI)用的静磁场产生装置的磁场均匀度的技术。

背景技术

在MRI中，为了得到高画质的MRI图像，在静磁场产生装置中要求静磁场高度的均匀性和高磁场。针对这些要求，当前一般使用超导磁铁。

磁场的均匀性主要通过超导线圈的配置位置来进行设计，以使得在期望的空间产生需要的均匀磁场，但实际上，由于超导磁铁的制造尺寸误差，难以得到期望的磁场均匀性，在静磁场产生单元中具备磁场调整单元，该磁场调整单元使用被称作被动垫片(passive shim)的微小的磁体垫补铁片来细微地调整静磁场(以下称作垫补(shimming))。

一般的垫补的顺序示例如下那样。首先通过磁场测量探针来测量期望的摄像空间中的磁场的空间分布。接下来，将测量出的磁场分布级数展开为勒让德多项式等的多项式之和，算出磁场的不均匀性。基于该结果来决定磁体垫片的配置位置以及配置量。反复这些步骤来提高均匀度。

在现有的垫补中，在要达成高的均匀度的情况下，随着均匀度的提高而调整变得困难，存在调整时间长时间化的问题。另外，在超导磁铁的强力的磁场中，由于垫片铁的配置作业困难，因此，每次进行配置作业时，在对超导磁铁消磁后配置垫片铁，需要再次励磁。在此时的消磁以及励磁时，消耗大量的液氦。即，每次垫片铁的配置作业时，伴随着消磁以及励磁，要大量消耗高价的液氦。

与提高均匀度的要求关联，在专利文献1中记载了如下技术：从在比较大的摄像空间测定的磁场分布测量数据中得到球谐系数，通过重构比其小的空间磁场来提高该小的空间的均匀度。另外，对于垫补长时间化的问题，在专利文献2中记载了如下技术：将调整分为2个阶段，在前段使用比较大的垫片铁调整到规定的均匀度，在后段使用比较小的垫片铁来提高均匀度。另外，在专利文献2中还记载了：将垫补步骤分为静磁场产生装置的工厂发货前和设置现场来进行，在工厂发货前的垫补中达成设为目的的均匀度后，在设置场所的垫补中通过进行比较少的项数的调整来使在设置场所的垫补时间短时间化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2001-87245号公报

专利文献2：JP特开2008-289717号公报

专利文献3：JP特开平03-215246号公报

发明的概要

发明要解决的课题

产生高磁场的超导磁铁泄露到磁铁的外部的磁场(下面称作漏磁场)的扩散较大，存在因漏磁场引起的静磁场的不均匀的问题。例如，在中心磁场具有大约1.5～3.0特斯拉的超导磁铁中，例如5高斯线扩散从磁场中心起，在轴向为约4、5米，在径向为约2、3米，具有泄漏到摄像室外程度的扩散。由于该漏磁场，设置于超导磁铁的最终设置场所周边的特别是铁等的铁磁体制的建筑建材、为了抑制漏磁场而设置的电磁软铁等的磁屏蔽材料会被磁化，由于该磁化而导致摄像空间的静磁场的均匀性变差。为了校正来自该磁体的外部的磁化引起的静磁场的不均匀性(称作“环境磁场引起的不规则磁场”)，即使在搬入到最终设置场所后，再次的磁场调整也是必须的。

针对该问题，例如在应用专利文献3记载那样的在工厂发货前和设置场所分别进行垫补的技术的情况下，即使在工厂发货前达成了设为目的的静磁场均匀度，若如超导磁铁那样漏磁场大、设置场所的环境磁场引起的不规则磁场为不能忽视的程度，则仍需要再次进行与发货前相同的垫补，难免调整的长时间化，留有工时的增加以及液氦的大量消耗的问题。另外，在应用专利文献2所记载的技术的情况下也同样如此。另外，在专利文献2记载的技术中，需要在前段已经配置了第1铁垫片的托盘(底座)上在后段进行安装或拆下第2铁垫片的作业，因此还有作业性差的问题。

发明内容

因此，本发明课题在于，避免磁场调整所需要的期间和费用的重复，且实现最终设置场所的磁场调整期间的最小化，谋求磁铁的磁场调整的高效率化。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明是对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整静磁场的均匀度的方法，包含：测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；对级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的第1磁场调整步骤；和在所述第1磁场调整步骤后进行的调整低阶的不规则磁场分量的第2磁场调整步骤。

发明效果

根据本发明，通过在第1磁场调整中进行高阶项的不规则磁场的调整、且在第2磁场调整中进行低阶项的不规则磁场的调整，从而不用反复调整对于磁铁自身的磁场不均匀和因环境引起的不规则磁场的两者重复的级数项，而在第2磁场调整中仅主要调整因环境引起的不规则磁场即可，因此能缩短磁场调整的整个工序。另外，能降低静磁场产生装置的最终设置场所处的磁场调整时的劳力、氦消耗量，达成期望的磁场均匀度。

另外，根据本发明，通过分体具备用于校正低阶项的不规则磁场的磁场校正单元和用于校正高阶项的不规则磁场的磁场校正单元，从而在校正高阶项的不规则磁场后不需要在其中使用的磁场校正单元的移动或变更，因此，能大幅改善在校正低阶项的不规则磁场时的作业性。

附图说明

图1是表示环境磁场引起的不规则磁场、与磁体的厚度的关系的图。

图2是表示本发明的静磁场调整方法的顺序的图。

图3是表示超导磁铁的磁场分布的图，(a)是表示调整前的原始磁场的分布的图，图(b)是表示第1磁场调整步骤结束后的磁场分布的图，(c)是表示第2磁场调整步骤结束后的磁场分布的图。

图4是表示第1磁场调整步骤中的垫片铁配置位置的具体例的图，(a)是表示8阶项的不规则磁场及其校正例的图，(b)是9阶项的不规则磁场及其校正例的图。

图5是表示第1磁场调整步骤中的垫片铁配置位置的具体例的图，(a)是表示1阶项的不规则磁场及其校正例的图，(b)是表示2阶项的不规则磁场及其校正例的图，(c)是3阶项不规则磁场及其校正例的图，(d)是4阶项的不规则磁场及其校正例的图。

图6是表示本发明的方法以及现有方法的磁场调整时的静磁场均匀度的推移的曲线图，(a)是表示本发明的磁场调整的静磁场均匀度的推移的曲线图，(b)是表示现有技术1的磁场调整的静磁场均匀度的推移的曲线图，(c)是表示现有技术2的磁场调整的静磁场均匀度的推移的曲线图。

图7是表示第1实施方式的圆筒型的静磁场产生装置的概要的图。

图8是表示图7的静磁场产生装置的磁场校正单元的一例的图。

图9是表示图8的磁场校正单元的变更例的图。

图10是表示图8的磁场校正单元的另一变更例的图。

图11是表示第2实施方式的垂直磁场方式的静磁场产生装置的概要的图。

图12是表示图11的静磁场产生装置的磁场校正单元的一例的图，(a)是表示由多个垫片托盘(shim tray)构成垫片托盘群的图，(b)是表示各个垫片托盘的图。

图13是表示圆板型的静磁场产生装置中的磁场分布和对其进行校正的垫片铁配置的图，(a)是表示1阶项的不规则磁场的图，(b)是表示8阶项的不规则磁场的图。

图14是表示磁场调整系统的概要的图。

图15是表示磁场调整系统的动作的流程图。

图16是表示第1磁场调整中的磁场调整系统的计算结果的显示例的图。

图17是表示第1磁场调整中的磁场调整系统的计算结果的显示例的图。

图18是表示第2磁场调整中的磁场调整系统的计算结果的显示例的图。

图19是表示第2磁场调整中的磁场调整系统的计算结果的显示例的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的静磁场产生装置的磁场调整方法的实施方式。以下说明中的部件的尺寸、数量、磁场强度等的数值都是一例，本发明并不限定于这些数值。

首先，说明达成本发明的沿革。

更具体地，本发明的发明者对环境磁场引起的不规则磁场的性质进行了详细研究。其结果，发现环境磁场引起的不规则磁场能通过主要调整与低阶的项相关的磁场分量来调整，由此达成本发明。

环境磁场引起的不规则磁场主要是由于来自超导磁铁的漏磁场而磁铁周边的铁磁体磁化、且通过该磁化在超导磁铁的摄像空间内产生的磁场。

在设置磁铁的空间中，磁铁周边的铁磁体配置在隔开某一定距离以上的位置。例如，在设想磁场中心高度为1m、直径为2m、轴长为1.6m的圆筒磁铁的情况下，最相邻配置的铁磁体位于底面或侧壁面的内部，若考虑到结构体(例如木制或混凝土制的加强结构体)的厚度，配置在距离磁场中心位置约1.2m以上的位置。

位于离开超导磁铁约1.2m的位置的铁磁体被超导磁铁的漏磁场磁化的结果是，在中心磁场空间产生的不规则磁场成为图1所示那样。图1是通过对不规则磁场的各分量(Z2、Z4、Z6、Z8、Y、XY、Z2Y、-Y3)进行模拟而求得的值，表示不规则磁场的大小(ppm)和磁体的厚度的关系。如图示那样，阶数高于4阶的不规则磁场分量极小。另外，各不规则磁场分量成为随着超导磁铁的外侧的铁磁体的物量(板厚)增加而增加的倾向，但若超过某个板厚(在此为10mm附近)，各不规则磁场的大小饱和，或具有极值，不会成为某恒定值以上的值。

认为这是由于，在铁磁体的厚度不足的区域(不到10mm)中，铁磁体大致饱和，随着厚度增加而磁通密度成为增加的倾向，但若铁磁体的厚度充分厚而铁磁体的磁化变得不饱和，则铁磁体的位置的外部磁场(漏磁场)恒定，因此，若超过某厚度，则在超导磁铁的磁场中心所产生的磁场的量接近恒定量。

另一方面，由铁磁体产生的各不规则磁场分量具有以磁体和铁磁体的距离的各阶数次方衰减的特性。由此，越是高阶项，超导磁铁的高阶项就越衰减，在中心磁场空间越大致等于零。在中心磁场强度为1.5特斯拉、5高斯线在轴向为约4～5m，在径向为约2～3m的情况下，由离开约1.2m的铁磁体在磁场中心产生的不规则磁场分量成为4阶项以下。

根据这些分析可知，在配置于超导磁铁的周边的铁磁体的厚度为某恒定值以上的条件下，环境磁场引起的不规则磁场的量以及阶数成为某限制值以下。接下来，说明作为本发明的前提的技术。

<静磁场调整方法>

在本实施方式中，说明圆筒型的静磁场方向与圆筒的轴平行的静磁场产生装置中的静磁场调整方法。

在图2中示出静磁场调整手法的顺序。本实施方式的磁场调整方法包含在与圆筒同心的假想圆筒上且沿着与圆筒的轴平行的多条线来配置磁场校正单元的步骤的2个阶段的磁场调整步骤。第1磁场调整步骤210主要是调整高阶的不规则磁场的步骤，第2磁场调整步骤220主要是调整低阶的不规则磁场的步骤，在第1磁场调整步骤210和第2调整步骤220之间也可以包含移动静磁场产生装置的步骤。

首先说明第1磁场调整步骤210。第1磁场调整步骤作为将超导磁铁移动到MRI装置的最终设置场所前的调整(例如发货前调整)来进行。

<<步骤211>>

使超导磁铁励磁。

<<步骤212>>

测量要求磁铁的均匀度的空间、即MRI装置中的测定空间的磁场分布。磁场测量使用后述的具备磁场测量探针和计算机的磁场调整系统来执行。在静磁场空间内对磁场测量探针定位后，一边使其沿着规定的轨迹移动一边检测磁场，由此来测量静磁场空间的磁场分布。在中心磁场强度具有1.5特斯拉的MRI装置中，在直径45～50cm前后，静磁场的均匀性的峰间值要求数十ppm。该直径45～50cm前后的空间是成为磁场测量的对象的均匀空间。

由于超导磁铁的制作尺寸误差，难以得到要求的均匀度，实际成为数百ppm程度。在图3(a)中示出进入调整前的磁铁的原始磁场的分布。图示出了将圆筒型磁铁的中心磁场方向设为Z、将半径方向设为R的情况下的Z-R截面，以等高线表现磁场分布。图中，以虚线表示的圆是40cmDSV的截面。

接下来，输入磁场测量探针的测量结果即磁场分布，通过球谐函数将磁场分量展开为阶数分量。展开了的阶数分量用下面的式(1)表示。

[数式1]

B z=B0+Z a(1，0)+Z a(2，0)+Z a(3，0)+Z a(4，0)+···+Z a(α，0)

+···+Z a(β，0)+···+Z a(N，0)

+Z a(1，1)+Z b(1，1)

+Z a(2，1)+Z a(2，2)+Z b(2，1)+Z b(2，2)

+Z a(3，1)+Z a(3，2)+Z a(3，3)+Z b(3，1)+Z b(3，2)+Z b(3，3)

+···

+Z a(N，M)+Z b(N，M)      (1)

式中，Za(N，M)表示基于球谐函数的A项，Zb(N，M)表示基于球谐函数的B项。另外，B0是恒定的磁场强度，Za(α，0)、Za(β，0)(其中，α<β。)是磁动势源(同心圆线圈的线圈数)引起的磁铁固有的级数项(称为设计级数项)。磁场调整的目的在于，最终使Za(α，0)、Za(β，0)接近期望的设计值，并使不足α阶的级数项全部接近零。

<<步骤213>>

在第1调整阶段，校正这些级数分量当中的主要包含高阶项的不规则磁场。由此，计算对包含式(1)所示的阶数分量当中的主要高于N阶项的阶项在内的不规则磁场进行校正的垫补量(A)。在磁场校正单元是磁体垫片的情况下，关于垫补量，计算配置于规定的垫片托盘(第1磁场调整用的垫片托盘)的垫片铁的数量和配置位置。N例如设为4。关于计算，例如通过线性规划法等优化方法来求取使N(>4)阶项的不规则磁场与配置于垫片托盘的给定位置上的垫片铁所致的垫补量之差的平方最小的垫片铁的配置。

此时，优选忽视阶数为N=4以下的磁场分量来进行磁场调整，但由于2阶项以及4阶项是与6阶项、8阶项都有相关的级数项，因此若完全忽视，则调整所需要的磁体垫补量有时也会过剩，故可以进行些许调整。

在图4中示出阶数N为8以及9的情况下的垫片铁配置位置的具体例。图4(a)是N=8的情况，图4(b)是N=9的情况，都表示将圆筒型磁铁的中心磁场方向设为Z、且将半径方向设为R的情况下的Z-R截面，用等高线表示磁场分布。在等高线显示中，磁场(Bz)高的区域用(+)表示，磁场低的区域用(-)表示。另外，图中央的箭头表示静磁场(B0)的朝向，右侧的箭头表示垫片铁的磁化的朝向(下面在图5中也相同)。

如图4所示，基于不规则磁场的(-)区域相对于Z轴方向轴对称存在，在包含8阶以及9阶的级数项的不规则磁场中，分别在Z轴方向上离散地交替存在(+)和(-)，(-)区域存在5个。若将垫片铁的磁化的方向设为(+)方向，则校正这些不规则磁场的垫片铁的数量以及位置分别与存在的(-)区域的数量和位置对应，成为在Z方向上离散的5个位置。在图中示出圆筒的截面，但垫片的配置区域是圆筒形状，是同心且圆环状的区域。

进而，虽未图示，但在10阶(N=10)的级数项的不规则磁场中，存在6个(-)区域，垫片铁配置区域至少成为6个区域。在原理上，随着不规则磁场的阶数变高，垫片配置区域的部位也增加。

<<步骤214>>

使超导磁铁消磁。

<<步骤215>>

遵循在步骤213计算出的结果，在垫片托盘的规定的位置上配置垫片铁，设置于超导磁铁。在该状态下完成第1磁场调整步骤210。在图3(b)示出第1磁场调整步骤210完成时间点的磁场分布。与图3(a)所示的磁铁的原始磁场分布相比可知，在完成第1磁场调整步骤的时间点，主要调整了高阶项，留下了低阶项。

<<步骤216>>

将超导磁铁移动到最终设置场所，进行第2磁场调整220。

<<步骤221>>

使超导磁铁励磁，与第1磁场调整的步骤212相同，使用磁场测量探针来测量要求磁场的均匀度的空间的磁场分布。在设置场所，如上述那样产生因环境磁场引起的不规则磁场，这主要是下述的低阶分量。

[数式2]

Z a(1,1)、Z b(1，1)

Z a(2，1)、Z a(2，2)、Z b(2，1)、Z b(2，2)

Z a(3，1)、Z a(3，2)、Z a(3，3)、Z b(3，1)、Z b(3，2)、Z b(3，3)

Z a(4，1)、Z a(4，2)、Z a(4，3)、Z a(4，4)、Z b(4，1)、Z b(4，2)、Z b(4，3)、

Z b(4，4)

<<步骤222>>

使用由磁场测量探针测定出的磁场分布，并对磁场分量进行级数展开，针对阶数N(=4)以下的不规则磁场计算对其进行校正的垫补量(B)。在此，也是在磁场校正单元是磁体垫片的情况下，通过优化法来算出抵消N阶项的不规则磁场的垫片托盘处的垫片铁的配置和数量。

在图5(a)～(d)示出阶数N为1～4的情况下的垫片铁的配置位置的具体例。图示出了将圆筒型磁铁的中心磁场方向设为Z、且将半径方向设为R的情况下的Z-R截面，以等高线表现磁场分布。另外，配置垫片铁的区域以Z轴为中心大概在R方向上均等地离散分布。在图5(a)～(d)中仅代表性地示出1列(1根垫片托盘)。如图5所示，在Z轴方向上，在包含1阶的级数项的不规则磁场中存在1个(-)区域，在包含2阶以及3阶的级数项的不规则磁场中存在2个(-)区域，在包含4阶的级数项的不规则磁场中存在3个(-)区域。校正这些不规则磁场的垫片铁的数量以及位置分别与存在的(-)区域的数量和位置对应，成为空间的两端侧(+Z侧和-Z侧)和中央部附近。

<<步骤223>>

使超导磁铁消磁，遵循步骤221的计算结果，在垫片托盘(第2磁场调整用的垫片托盘)上配置垫片铁，设置在超导磁铁内。

<<步骤224>>

再次使超导磁铁励磁，与步骤221同样，使用磁场测量探针来测量磁铁内的空间的磁场分布。

<<步骤225、226>>

判断测量出的磁场均匀度是否为预先设定的标准值以下，若为标准值以下，则结束调整。在大于标准值的情况下，直到测量出的磁场均匀度成为标准值以下为止都反复步骤222～224。在图3(c)中示出第2磁场调整步骤220完成时间点的磁场分布。如图示那样，最终成为仅残留设计上的残留磁场的高均匀度的静磁场。

以上，如说明那样，根据本实施方式的磁场调整方法，在第1磁场调整步骤中主要调整高阶的不规则磁场分量，在设置场所进行的第2磁场调整步骤中调整低阶的不规则磁场分量，由此，能大幅削减设置场所处的磁场调整所需要的时间，并且能提供还校正了高阶的不规则磁场分量的磁场均匀度高的静磁场产生装置。另外，设置场所处的磁场调整由于调整低阶的不规则磁场分量，因此能反复比较短的步骤来达成均匀度，因此，能减少磁铁的励磁、消磁的反复，从而抑制液氦的消耗量。

在图6(a)～(c)中示出本实施方式的磁场调整方法的调整时间、和现有的磁场调整方法的调整时间的比较。图6(a)～(c)是表示从调整开始起到最终设置场所处的调整完成为止的磁场均匀度的推移的曲线图，(a)表示本实施方式的情况，(b)、(c)表示现有(例如文献2、3的手法)的情况。图中，M1表示原始磁场的均匀度，M2表示需要的均匀度(标准值)，ΔM表示环境磁场引起的不规则磁场导致的磁场变差。

在本实施方式中(图6(a))，在第1磁场调整中，由于主要调整高阶分量，因此虽然第1阶段结束时间点的磁场均匀度不高，但调整所需要的时间(t1)短。另外，第2磁场调整由于仅调整低阶分量，因此时间(t2)短且最终达成高均匀度。与此相对，在为了缩短第2阶段的调整时间而在第1阶段进行充分的调整的情况下(图6(b))，在第1阶段调整所需的时间长期化，作为整体，调整时间变长。另外，在为了避免二次的调整而在最终设置场所一次进行磁铁单体的静磁场均匀度的调整和环境引起的不规则磁场的调整的情况下(图6(c))，在设置场所的调整所需要的时间极度长期化，存在跨数日的可能性。

另外，在上述实施方式中，说明了在第1磁场调整步骤中校正5阶以上的高阶项的不规则磁场的情况，但划分第1阶段和第2阶段的阶数并不限定于上述实施方式。另外，在上述实施方式中，说明了在第1磁场调整步骤中主要校正高阶项的不规则磁场的情况，但也可以以某种比例来校正低阶项，在第2磁场调整步骤中对剩余的低阶项的不规则磁场进行磁场调整，直到成为期望的静磁场均匀度为止，能进一步缩短全磁场调整期间。

另外，本发明的磁场调整方法以在第1阶段主要进行高阶项的不规则磁场校正、在第2阶段进行低阶的不规则磁场校正为主旨，还能在第1以及第2磁场调整步骤中使用不同的磁场校正单元。例如，还能在第1磁场调整步骤中使用垫片托盘，在第2磁场调整步骤中，使用在磁铁的外周部可动的磁体垫片部件，或者使用基于电流的磁场校正单元。这种情况下，在第2磁场调整步骤中不需要超导磁铁的消磁，因此能削减调整的工夫、劳力、成本。期望能不需要消磁地进行磁场调整的构成。

<静磁场产生装置>

接下来，说明适用于上述本实施方式的磁场调整方法的静磁场产生装置，特别对磁场校正单元的构成进行说明。

<第1实施方式>

作为本发明的静磁场产生装置的一个实施方式，说明适用于水平磁场方式的MRI装置的圆筒型的静磁场产生装置。

在图7中示出圆筒型静磁场产生装置的一例。图示的静磁场产生装置10由圆筒型超导磁铁1、和沿磁铁1的圆筒膛2的内壁面配置的垫片托盘收纳部3构成。超导磁铁1由未图示的螺线管型的超导线圈、和收纳超导线圈的真空容器5构成，在圆筒膛2内形成大致球状的均匀的磁场空间S。该磁场空间S成为在MRI装置中放置检查对象的摄像空间。

在将该静磁场产生装置10使用在MRI装置中的情况下，在圆筒膛2的内壁配置倾斜磁场线圈4。这种情况下，垫片托盘收纳部3能设置在倾斜磁场线圈4的内部、或倾斜磁场线圈4与圆筒膛2的内壁面之间。不管在哪种情况下，垫片托盘收纳部3都是以沿圆筒膛2的内壁面的圆筒形状，形成用于在圆筒的轴向收纳多个垫片托盘的细长的收纳部。

垫片托盘用于通过磁体片调整包含在空间S的静磁场中的不规则磁场，来提高静磁场的均匀度，形成用于收纳众多的磁体片的凹处(pocket)。另外，一般使用垫片铁作为磁体片，以下的说明中以垫片铁来进行说明。在本实施方式中，作为垫片托盘，如图8所示，具备与磁场的调整步骤对应的2种类的垫片托盘，第1垫片托盘31和第2垫片托盘32。这2个种类的垫片托盘31、32是细长棒状的部件，形成有用于沿其长边方向收纳垫片铁的多个凹处33、34。在垫片托盘收纳部3(图7)，为了在圆周方向上交替配置这2个种类的垫片托盘31、32，形成有与2个种类的垫片托盘对应的收纳部。垫片托盘31、32能相对于该收纳部进出，若通过前述的磁场调整方法针对各垫片托盘决定了放入垫片铁的凹处33、34，则遵循其在各垫片托盘31、32的规定的凹处收纳垫片铁后，将各垫片托盘31、32放入收纳部。

第1垫片托盘31在以球谐函数来对磁场分布进行级数展开时，主要调整与高阶项的磁场分量对应的不规则磁场，在图示的示例中，20个凹处33按照遍历长边方向大致均匀地排列的方式进行设置。通过这样的第1垫片托盘31的凹处配置，能调整图4所示那样的在Z方向上交替出现(+)和(-)的高阶的不规则磁场。

例如，在校正图4(a)所示的包含8阶的级数项的不规则磁场的情况下，需要在5个区域配置垫片铁，但在图8所示的凹处数量为20个的垫片托盘31中，在凹处1和2、凹处5和6、凹处10和11、凹处15和16、凹处19和20这5个区域离散地进行配置。在原理上，随着不规则磁场的阶数变高，垫片配置区域的部位有增加的倾向，由于进一步离散地配置各垫片配置区域，因此，若考虑进行高阶的磁场校正，则每1根垫片托盘的凹处数依赖于高阶的超导磁铁的原始磁场的特性，但20个左右是需要的。

第2垫片托盘32主要用于调整与低阶项的磁场分量对应的不规则磁场，凹处34设置为偏长边方向的中央部和两端部，在中央部和两端部之间有不存在凹处的区域。在图8所示的示例中，在垫片托盘32的两端部分别形成3个凹处，在中央部形成6个凹处。即，第1垫片托盘遍历其长边方向均等地形成所述收纳部，第2垫片托盘沿其长边方向具有未形成收纳部的区域和形成有收纳部的区域。并且，静磁场产生单元具有大致圆筒形状，垫片托盘具有棒状形状，在静磁场产生单元的圆筒内沿其轴向进行配置。如图5所示，在1阶以及2阶的级数项的不规则磁场中，相对于磁场中心在Z轴方向的两端侧出现(-)的区域，在3阶以及4阶的级数项的不规则磁场中，相对于磁场中心在Z轴方向的两端侧以及中央部出现(-)的区域。因而，通过上述的第2垫片托盘32的凹处配置，能调整这些低阶的不规则磁场。

为了包含前述的高阶项以及低阶项在内的磁场校正，垫片铁配置区域期望同心且环状形状。在本实施方式的垫片托盘的配置中，由于在第1磁场调整步骤中使用的垫片托盘31和在第2磁场调整步骤中使用的垫片托盘32都沿着周方向无分布不均地大概均等配置，因此，在各调整步骤中，磁场校正能力能在周方向以及轴向上没有偏向地进行磁场调整。

本实施方式的静磁场产生装置由于具有交替配置种类不同的垫片托盘的构成，因此能对应于不规则磁场分量的阶数来区分使用垫片托盘进行磁场的调整。另外，由于能使在第1磁场调整步骤中配置了垫片铁而重量变大的垫片托盘保持固定地仅使用第2磁场调整步骤用的垫片托盘32来进行调整，因此，能大幅减轻伴随调整的劳力。另外，由于能一眼看上去就识别出2个种类的垫片托盘的差异，因此，能适当地区分使用2个种类的垫片托盘，能防止垫片托盘的误用。

<变更例1>

在图8中，作为2个种类的垫片托盘31、32，示出了除了凹处的位置以及数量以外、使用形状相同的垫片托盘的情况，但还能根据垫片托盘的种类而使形状不同。在图9中示出垫片托盘的形状不同的实施方式。

图9所示的垫片托盘也与图8的垫片托盘的相同之处在于，由第1以及第2垫片托盘35、36构成；在第1垫片托盘35的长边方向均匀地形成凹处，第2垫片托盘36仅在长边方向的两端部和中央部形成凹处。图9的垫片托盘当中的第2垫片托盘36的与长边方向正交的截面的面积比第1垫片托盘35小，凹处的大小也小，收纳于凹处的垫片铁也使用磁力小的品种。对应于这样的2个种类的垫片托盘的尺寸，沿圆筒膛的内壁面设置的垫片托盘收纳部3(图7)的形状也不同。并且，在第1垫片托盘中收纳的磁体片、和在所述第2垫片托盘中收纳的磁体片数量以及/或者大小也不同。

该变更例1的垫片托盘在采用如下磁场调整方法时适用：在第1磁场调整步骤中不仅校正高阶项，还某种程度校正低阶项的不规则磁场，在第2磁场调整步骤中校正剩余的低阶的不规则磁场。这种情况下，在第2磁场调整步骤中，由于无需配置大量的垫片铁，因此，能使第2垫片托盘36的大小以及各凹处的深浅与第1垫片托盘35相比充分小、浅。垫片托盘36中的垫片铁配置区域与图8所示的垫片托盘32相同，都是能沿其长边方向在大概两端部和大概中央部配置的构造。

根据该实施方式，由于第2垫片托盘轻量，因此在使用了第1垫片托盘的第1阶段的调整后进行使用了第2垫片托盘的调整的情况下，从收纳部的出入容易，能进一步减轻伴随调整的劳力。另外，根据轻量化的程度和所配置的垫片铁的数量，由于在磁场中对垫片铁作用的电磁吸引力变小，因此能使超导磁铁保持励磁不变地移动垫片铁，能削减液氦消耗量并缩短工时。

<变更例2>

如图10所示，该变更例的特征在于，第2垫片托盘(低阶项校正用垫片托盘)37取代凹处而具有放入棒状的垫片铁(垫片棒)的细长的空洞38。空洞38沿垫片托盘37的长边方向形成有多根。将垫片棒配置在通过磁场调整方法而决定的位置。作为配置垫片棒的手法，例如采用如下方法：使空洞38的内壁形成为内螺纹，将垫片棒的外周面形成为外螺纹，用规定的夹具的前端固定垫片棒，一边将垫片棒旋转一边移动，直到规定的位置。

通过形成多个空洞，在对一根空洞配置垫片铁而不能满足磁力时，能追加垫片铁，对垫补量进行微调整。垫片棒的配置位置与上述的第2垫片托盘32、36处的垫片铁的配置相同，配置在垫片托盘37的大致两端部和大致中央部。

<第2实施方式>

接下来，作为静磁场产生装置的第2实施方式，说明适用于静磁场产生单元为圆板形状、静磁场方向为与圆板正交的方向的垂直磁场方式的MRI装置的圆板型的静磁场产生装置。

图11是表示垂直磁场方式的静磁场产生装置的概要的图。该静磁场产生装置具有通过支柱53夹着空间来配置一对超导磁铁51、52的构造，在由一对超导磁铁夹着的空间形成均匀的静磁场空间S。虽然在图中省略，但超导磁铁分别收纳在真空容器内并通过冷媒保持为规定的低温。

作为磁场校正单元的垫片托盘收纳部60设于面对超导磁铁的静磁场空间的一侧。在图12中示出配置于垫片托盘收纳部60的垫片托盘的构造。如图12(a)所示那样，本实施方式的垫片托盘在全部配置于垫片托盘收纳部60中时，具有成为大致圆板状的形状，各个垫片托盘具有将圆板在半径方向分割而成的扇形形状(图12(b))。本实施方式的垫片托盘也由2个种类的垫片托盘61、62构成，第1垫片托盘61是用于校正高阶的不规则磁场的垫片托盘，在扇形的大致全区域具有垫片铁配置区域。第2垫片托盘62是用于校正低阶的不规则磁场的垫片托盘，具有在半径方向上分离的垫片铁配置区域。图中用斜线表示的区域是垫片铁配置区域。静磁场产生单元具有大致圆板形状，垫片托盘具有将圆板沿半径分割为多个的形状，与静磁场产生单元的圆板形状平行地配置为圆板状。

在图13(a)、(b)示出圆板型的静磁场产生装置中的磁场分布。图13(a)是1阶的不均匀分量，(b)是高阶(8阶)的不均匀分量。这种情况下，低频(1阶)的不均匀分量也能通过在+Z侧或-Z侧的任一方的托盘半径方向外周部配置垫片铁来校正，另外，高阶的不均匀分量也能通过在与Z方向垂直的方向上在半径方向上离散地配置垫片铁来校正。因此，通过区分使用上述的2个种类的垫片托盘61、62，能进行高阶分量的调整和低阶分量的调整。

在第2实施方式中，作为磁场调整方法，也能采用与图2所示的方法相同的磁场调整方法，能得到调整时间的缩短化、氦消耗量的降低、调整劳力的降低等的效果。其中，第1以及第2调整步骤包含在与圆板同心的假想圆板上沿该假想圆板的多个半径方向的线配置磁场校正单元的步骤。另外，在第1调整步骤中配置磁场校正单元的假想线、与在第2调整步骤中配置磁场校正单元的假想线交替排列。

<磁场调整系统>

接下来，说明在本发明的磁场调整方法中使用的磁场调整系统。在图14中示出磁场调整系统的概要。该磁场调整系统具备：磁场测量探针21，其测量由静磁场产生装置20形成的静磁场空间的磁场分布；计算机22，其使用由磁场测量探针21测量出的磁场分布来决定垫补量，例如垫片铁对于垫片托盘的配置位置以及配置量；和存储部23，其存储配置垫片铁的垫片托盘的种类、垫片铁的磁力等的计算机22的计算需要的信息。

磁场测量探针21能用使用了一般作为特斯拉仪表而所知的霍尔元件的磁场测量装置、或利用了MRI的磁场测量装置等。

计算机22由具备鼠标、键盘等的输入部24和显示器等的显示部25的一般的计算机构成，在存储部23中容纳经由计算机22的输入部而输入的信息，并搭载用于实现计算机22的计算功能的计算软件。计算机22进行的计算功能包含：(1)将测量出的静磁场展开为某级数项的功能(前述的式(1)的计算)；(2)算出与级数项相应的垫片配置区域的功能；以及(3)在第1磁场调整后判定高阶项的磁场分布以及静磁场均匀度成为某阈值以下，判别能移转到第2磁场调整步骤的功能。

计算软件将垫片托盘的配置条件、例如在圆筒型磁铁中将垫片托盘的根数以及凹处数、凹处位置、垫片铁的磁化的大小作为输入数据，将与此相应的垫片配置区域作为输出数据。

在本实施方式中，具备带不同的格式的至少2个种类以上的输入数据，在第1磁场调整步骤(图2的步骤210)中，例如使用具有图8所示的第1垫片托盘31的根数、凹处数、凹处位置的输入数据1，在第2磁场调整步骤(图2的步骤220)中，使用具有第2垫片托盘32的根数、凹处数、凹处位置的输入数据2。

在图15中示出该磁场调整系统的计算机22的计算顺序。

首先，在输入磁场测量探针21的测量结果后(步骤151)，将该磁场分布展开成基于球谐函数的级数项，在显示部25显示结果(步骤152)。在图16中示出显示例。如图示那样，显示用于第1磁场调整的垫片托盘的种类和要使用的垫片铁，并显示所展开的各级数项的不规则磁场量。在第1磁场调整阶段，由于主要校正包含高阶项的不规则磁场，因此显示全部的级数项，例如Za(N，0)项(N=1～10)、相对于Za以及Zb(N，M)(N=1～5，M=1～5)的不规则磁场。同时，还显示相对于N=5以上的高阶项的判定值。进行调整的人能在显示于显示部25的5阶以上的高阶项的不规则磁场量低于该判定值的时间点移转到接下来的第2磁场调整，即，将静磁场产生装置发货到最终设置场所并进行设置。高阶项的判定值预先设定成在最终磁场调整完成的时间点达成期望的空间中的静磁场均匀度。

接下来，计算用于调整5阶以上的高阶项的不规则磁场的垫补量，并在显示部显示结果(步骤153)。垫补量的计算使用预先输入的与第1垫片托盘相关的输入数据1，通过最优化法来进行。将计算结果(输出)作为垫片托盘的编号(托盘编号)、凹处编号、垫片铁的种类、配置量(片数)来赋予。在图17示出计算结果的显示例。图示的表的纵列表示托盘编号，横列表示凹处，在此，编号使用1～23的奇数编号的垫片托盘群，将磁化量不同的2种垫片铁A以及B配置在1～20的凹处的任一者。例如，在托盘编号为第1号的1号凹处配置15片垫片铁A、1片垫片铁B。

到5阶以上的高阶项的不规则磁场低于显示于显示部的判定值为止，反复步骤151、152(步骤154、155)。在高阶项的不规则磁场量低于判定值的时间点，第1磁场调整步骤完成。此时，将显示功能从第1磁场调整切换到第2磁场调整(步骤156)。

在第2磁场调整步骤中，也与上述第1磁场调整步骤151～154相同，首先，在输入磁场测量探针21的测量结果后，将其磁场分布展开成基于球谐函数的级数项，在显示部25显示结果。在图18示出显示例。在此也显示使用的垫片托盘的种类和垫片铁的种类。关于不规则磁场，由于第2磁场调整步骤以低阶项的不规则磁场的调整为目的，因此明亮地显示低阶项，暗淡地显示高阶项。

接下来，使用与第2垫片托盘相关的输入数据2来计算用于调整4阶以下的低阶项的不规则磁场的垫补量，并在显示部显示结果。在图19显示显示例。在此，也将第2垫片托盘的托盘编号(2～24的偶数编号)、凹处编号(1～12)、垫片铁的种类、配置量(片数)显示为表。例如，示出了在托盘编号为第2号的垫片托盘的1号凹处配置1片垫片铁C、1片垫片铁D，在4号以及12号凹处配置1片垫片铁C、2片垫片铁D，在8号的凹处配置3片垫片铁C、2片垫片铁D。

图18以及图19所示的第2阶段的显示在第1磁场调整结束的时间点自动切换，作为向进行调整的人的引导发挥功能。即，虽然也有在静磁场产生装置的出货时和最终调整时调整者改变的情况，但能直接与第1磁场调整(步骤151～154)接续来在最终设置场所进行第2阶段的调整。

即，根据上述实施例，提供一种磁共振成像用静磁场产生装置，在收纳检查对象的摄像空间产生静磁场，其特征在于，具备静磁场产生单元和用于调整静磁场的磁场校正单元，磁场校正单元具备垫片托盘，该垫片托盘具有用于收纳磁体片的多个收纳部，作为垫片托盘，具备：至少调整高阶项的不规则磁场分量的第1垫片托盘、和至少调整低阶的不规则磁场分量的第2垫片托盘。

另外，提供磁场调整系统，用于调整由静磁场产生装置产生的静磁场的均匀度，特征在于，具备：用于测定所述静磁场的磁场分布的磁场测定单元；存储为了调整静磁场的均匀度而使用的磁场校正单元的存储单元；和使用由磁场测定单元测定出的磁场分布和存储单元中所存储的磁场校正单元的信息来算出垫补量的计算单元，计算单元进行第1计算和第2计算，其中第1计算算出用于对测定出的磁场分布当中的高阶项的不规则磁场进行校正的垫补量，第2计算算出用于对测定出的磁场分布当中的低阶项的不规则磁场进行校正的垫补量。该磁场校正单元是垫片托盘和配置于该垫片托盘的磁体垫片，计算单元算出垫片托盘处的磁体垫片的配置位置和数量。

另外，根据上述实施例，提供一种程序，使进行包含如下步骤的计算：输入所测定的静磁场均匀度的数据，将其展开成级数项的步骤；作为垫片托盘的条件，分别对高阶用垫片托盘以及低阶用垫片托盘输入垫片托盘的数量、各垫片托盘处的磁体片收纳部的位置以及数量、磁体片的磁化的大小的步骤；使用所输入的高阶项用垫片托盘的条件，算出最适于对展开成级数项的不规则磁场当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的磁体垫片的配置位置和数量的步骤；和使用所输入的低阶项用垫片托盘的条件来算出最适于对低阶项的不规则磁场分量进行校正的磁体垫片的配置位置和数量。

可以提供静磁场均匀度的调整方法，相对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场，配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度，特征在于，包含：测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；在对所述级数展开了的不规则磁场分量当中的低阶的不规则磁场分量进行调整前，调整高阶项的不规则磁场分量的磁场调整步骤。也可以提供如下静磁场均匀度的调整方法，对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场，配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度，特征在于，所述静磁场是将其空间分布进行了级数展开的情况下的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量被第1磁场校正单元校正过的静磁场，所述磁场均匀度的调整方法包含调整所述级数展开了的不规则磁场分量当中的低阶的不规则磁场分量的步骤。

工业实用性

根据本发明，能短时间且简便地提高由使用了超导磁铁的静磁场产生装置产生的磁场的均匀度。通过将本发明的提高了磁场均匀度的静磁场产生装置用作MRI装置的静磁场产生装置，能提高MR图像的画质。

符号说明

2 圆筒膛

3、60 垫片托盘收纳部

5、51、52 真空容器(超导磁铁)

31、33、61 第1垫片托盘(高阶项校正用垫片托盘)

32、35、37、62 第2垫片托盘(低阶项校正用垫片托盘)

10、20 静磁场产生装置

21 磁场测量探针

22 计算机

23 存储部

24 输入部

25 显示部

Claims (18)

1.一种静磁场均匀度的调整方法，对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场，配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度，所述静磁场均匀度的调整方法的特征在于，包含：

测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；

将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；

对级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的第1磁场调整步骤；和

在所述第1磁场调整步骤后进行的调整低阶的不规则磁场分量的第2磁场调整步骤。

2.一种静磁场均匀度的调整方法，对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场，配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度，所述静磁场均匀度的调整方法的特征在于，具有：

测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；

将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；

在放置所述静磁场产生单元的第1场所对所述级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行调整的第1磁场调整步骤；和

在将所述静磁场产生单元移动到与所述第1场所不同的第2场所后对所述级数展开了的不规则磁场分量当中的低阶的不规则磁场分量进行调整的第2磁场调整步骤。

3.根据权利要求1或2所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

所述第1磁场调整步骤和所述第2磁场调整步骤所使用的磁场校正单元不同。

4.根据权利要求1或2所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

所述低阶的不规则磁场分量是4阶以下的分量。

5.根据权利要求1或2所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

所述静磁场产生单元具有圆筒形状，静磁场方向与圆筒的轴平行，

所述第1磁场调整步骤以及所述第2磁场调整步骤包含：在与所述圆筒同心的假想圆筒上沿与所述圆筒的轴平行的多条线配置所述磁场校正单元的步骤。

6.根据权利要求1或2所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

所述静磁场产生单元具有圆板形状，静磁场方向是与圆板正交的方向，

所述第1调整步骤以及所述第2调整步骤包含：在与所述圆板同心的假想圆板上且沿该假想圆板的多个半径方向的线配置所述磁场校正单元的步骤。

7.根据权利要求5所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

在所述第1调整步骤中配置所述磁场校正单元的假想线、与在所述第2调整步骤中配置所述磁场校正单元的假想线交替排列。

8.根据权利要求3所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

在所述第1磁场调整步骤中，使用至少调整高阶项的不规则磁场分量的第1垫片托盘，在所述第1磁场调整步骤中，使用至少调整低阶的不规则磁场分量的第2垫片托盘。

9.根据权利要求1或2所述的静磁场均匀度的调整方法，其特征在于，

所述磁场校正单元的至少1个具备磁体垫片。

10.一种磁共振成像用静磁场产生装置，在收纳检查对象的摄像空间产生静磁场，其特征在于，具备：静磁场产生单元和用于调整所述静磁场的磁场校正单元，

所述磁场校正单元具备垫片托盘，该垫片托盘具有用于收纳磁体片的多个收纳部，作为所述垫片托盘，具备至少调整高阶项的不规则磁场分量的第1垫片托盘、和至少调整低阶的不规则磁场分量的第2垫片托盘。

11.根据权利要求10所述的磁共振成像用静磁场产生装置，其特征在于，

交替地配置所述第1垫片托盘与所述第2垫片托盘。

12.根据权利要求10所述的磁共振成像用静磁场产生装置，其特征在于，

收纳于所述第1垫片托盘的磁体片、与收纳于所述第2垫片托盘的磁体片数量以及/或者大小不同。

13.根据权利要求10所述的磁共振成像用静磁场产生装置，其特征在于，

所述第1垫片托盘遍沿其长边方向均等地形成有所述收纳部，所述第2垫片托盘沿其长边方向具有未形成收纳部的区域和形成有收纳部的区域。

14.根据权利要求10所述的磁共振成像用静磁场产生装置，其特征在于，

所述静磁场产生单元具有大致圆筒形状，

所述垫片托盘具有棒状形状，且在所述静磁场产生单元的圆筒内沿其轴向进行配置。

15.根据权利要求10所述的磁共振成像用静磁场产生装置，其特征在于，

所述静磁场产生单元具有大致圆板形状，

所述垫片托盘具有将圆板沿半径分割成多个的形状，且与所述静磁场产生单元的圆板形状平行地配置成圆板状。

16.一种磁场调整系统，用于调整由静磁场产生装置产生的静磁场的均匀度，其特征在于，具备：

磁场测定单元，其测定所述静磁场的磁场分布；

存储单元，其存储为了调整所述静磁场的均匀度而使用的磁场校正单元；和

计算单元，其使用由所述磁场测定单元测定出的磁场分布、以及存储在所述存储单元中的磁场校正单元的信息，来算出垫补量，

所述计算单元进行第1计算和第2计算，其中，所述第1计算算出用于对测定出的所述磁场分布当中的高阶项的不规则磁场进行校正的垫补量，所述第2计算算出用于对测定出的所述磁场分布当中的低阶项的不规则磁场进行校正的垫补量。

17.根据权利要求16所述的磁场调整系统，其特征在于，

所述磁场校正单元是垫片托盘和配置于该垫片托盘的磁体垫片，

所述计算单元算出所述垫片托盘处的磁体垫片的配置位置和数量。

18.一种程序，使权利要求16所述的计算单元进行计算，该计算包含：

输入测定出的静磁场均匀度的数据并展开成级数项的步骤；

分别针对高阶用垫片托盘以及低阶用垫片托盘，输入垫片托盘的数量、各垫片托盘处的磁体垫片收纳部的位置以及数量、磁体垫片的磁化的大小来作为垫片托盘的条件的步骤；

使用所输入的高阶项用垫片托盘的条件，算出最适于对展开成级数项的不规则磁场当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的磁体垫片的配置位置和数量的步骤；和

使用所输入的低阶项用垫片托盘的条件，算出最适于对低阶项的不规则磁场分量进行校正的磁体垫片的配置位置和数量的步骤。

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