JP2001087245A - 磁気共鳴超伝導磁石のための統一シミング - Google Patents
磁気共鳴超伝導磁石のための統一シミングInfo
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- JP2001087245A JP2001087245A JP2000221874A JP2000221874A JP2001087245A JP 2001087245 A JP2001087245 A JP 2001087245A JP 2000221874 A JP2000221874 A JP 2000221874A JP 2000221874 A JP2000221874 A JP 2000221874A JP 2001087245 A JP2001087245 A JP 2001087245A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小さい撮像容積に関してより高い磁場均一性
を要求する磁気共鳴撮像用磁石のシミングを行うための
方法が開示される。 【解決手段】 本方法に従えば、小さい測定誤差及び実
用的な磁場強度測定値を与えるより大きい容積に関して
磁場測定が行われ、そしてかかる測定値の球面調和係数
を利用することによってシミングが行われる。
を要求する磁気共鳴撮像用磁石のシミングを行うための
方法が開示される。 【解決手段】 本方法に従えば、小さい測定誤差及び実
用的な磁場強度測定値を与えるより大きい容積に関して
磁場測定が行われ、そしてかかる測定値の球面調和係数
を利用することによってシミングが行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴撮像装置
（以後は「ＭＲＩ」と呼ぶ）用の磁石アセンブリに関す
るものである。更に詳しく言えば本発明は、小さい撮像
容積(imaging volume)及び厳しい均一性要求条件を有す
ると共に、測定装置の制約のため正確なマッピングを行
うことのできない磁石を含む複数の互いに関連した磁石
中における磁場の均一性を向上させるための改良されか
つ簡易化されたシステムに関する。
（以後は「ＭＲＩ」と呼ぶ）用の磁石アセンブリに関す
るものである。更に詳しく言えば本発明は、小さい撮像
容積(imaging volume)及び厳しい均一性要求条件を有す
ると共に、測定装置の制約のため正確なマッピングを行
うことのできない磁石を含む複数の互いに関連した磁石
中における磁場の均一性を向上させるための改良されか
つ簡易化されたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】公知の通り、磁石を極低温環境中に置く
こと（たとえば、低温槽あるいは液体ヘリウム又はその
他の低温液体を含む圧力容器内にそれを封入すること）
によってそれを超伝導状態にすることができる。極低温
は磁石コイルを超伝導状態にするから、最初に電源をコ
イルに短時間だけ接続してコイル中に電流を導入すれ
ば、抵抗の不存在のために電源を取除いた後でも電流は
流れ続け、それによって強い磁場を維持することができ
る。超伝導磁石はＭＲＩの分野において広く使用されて
いる。
こと（たとえば、低温槽あるいは液体ヘリウム又はその
他の低温液体を含む圧力容器内にそれを封入すること）
によってそれを超伝導状態にすることができる。極低温
は磁石コイルを超伝導状態にするから、最初に電源をコ
イルに短時間だけ接続してコイル中に電流を導入すれ
ば、抵抗の不存在のために電源を取除いた後でも電流は
流れ続け、それによって強い磁場を維持することができ
る。超伝導磁石はＭＲＩの分野において広く使用されて
いる。
【０００３】しかるに、ＭＲＩは小さな撮像容積内にお
いて非常に強い磁場を要求すると共に、かかる磁場は極
めて高度の均一性を有していなければならない。直径４
５〜５０ｃｍの球形容積（以後「４５〜５０ｃｍＤＳ
Ｖ」と略記することがある）に関して１０ｐｐｍ程度の
不均一性という要求条件は、製造許容差の制御によって
達成することはできないのが通例である。達成可能な最
良の許容差を有する磁石を製造した場合でも、その不均
一性は所望レベルより２桁又は３桁大きいのが通例であ
る。そこで、直径４５〜５０ｃｍの球形容積に関する不
均一性レベルを数百ｐｐｍから所望の１０ｐｐｍまで低
下させるために磁場シミング装置が使用される。
いて非常に強い磁場を要求すると共に、かかる磁場は極
めて高度の均一性を有していなければならない。直径４
５〜５０ｃｍの球形容積（以後「４５〜５０ｃｍＤＳ
Ｖ」と略記することがある）に関して１０ｐｐｍ程度の
不均一性という要求条件は、製造許容差の制御によって
達成することはできないのが通例である。達成可能な最
良の許容差を有する磁石を製造した場合でも、その不均
一性は所望レベルより２桁又は３桁大きいのが通例であ
る。そこで、直径４５〜５０ｃｍの球形容積に関する不
均一性レベルを数百ｐｐｍから所望の１０ｐｐｍまで低
下させるために磁場シミング装置が使用される。
【０００４】直径４５ｃｍの球形容積に関して１０ｐｐ
ｍの不均一性が得られるように磁石のシミングを行うと
いう課題は達成されたが、一層厳格な用途ではより小さ
い容積に関してより低い不均一性レベルが要求される。
かかる厳格な用途としては、拡散重み付きエコープラナ
ー撮像法（ＤＷＥＰＩ）を使用する心臓撮影や高速ＭＲ
Ｉ走査が挙げられる。このような走査装置は不均一性に
対して極めて敏感である。しかるに、現行の試験装置で
は、かかる低い不均一性レベルにおける実用的な磁場マ
ッピングを行うことができない。これらの用途において
ＭＲＩの効果的な使用を可能にするためには、２５ｃｍ
ＤＳＶに関して０．５ｐｐｍ程度、また３５ｃｍＤＳＶ
に関して１ｐｐｍ程度という低い不均一性レベルが要求
される。
ｍの不均一性が得られるように磁石のシミングを行うと
いう課題は達成されたが、一層厳格な用途ではより小さ
い容積に関してより低い不均一性レベルが要求される。
かかる厳格な用途としては、拡散重み付きエコープラナ
ー撮像法（ＤＷＥＰＩ）を使用する心臓撮影や高速ＭＲ
Ｉ走査が挙げられる。このような走査装置は不均一性に
対して極めて敏感である。しかるに、現行の試験装置で
は、かかる低い不均一性レベルにおける実用的な磁場マ
ッピングを行うことができない。これらの用途において
ＭＲＩの効果的な使用を可能にするためには、２５ｃｍ
ＤＳＶに関して０．５ｐｐｍ程度、また３５ｃｍＤＳＶ
に関して１ｐｐｍ程度という低い不均一性レベルが要求
される。
【０００５】実際には、余分のコイル（通例「補正コイ
ル」又は「シムコイル」と呼ばれる）、小さな鉄片（通
例「受動シム」と呼ばれる）、又はそれら両者の組合せ
をシミングシステムにおいて使用することにより、適度
の製造許容差を許しながら磁場の均一性が補正又は改善
される。シムコイル中に流された電流は磁場を生み出
し、それによって撮像容積内における磁場の不均一性が
消去されかつ（あるいは）低減される。
ル」又は「シムコイル」と呼ばれる）、小さな鉄片（通
例「受動シム」と呼ばれる）、又はそれら両者の組合せ
をシミングシステムにおいて使用することにより、適度
の製造許容差を許しながら磁場の均一性が補正又は改善
される。シムコイル中に流された電流は磁場を生み出
し、それによって撮像容積内における磁場の不均一性が
消去されかつ（あるいは）低減される。
【０００６】ＭＲＩ装置用の磁場均一化システムを可能
な限り改良しかつ簡易化し、それにより複雑な手段及び
追加の費用を必要とせずに撮像画質を向上させるため、
かなりの期間にわたって多大の技術的努力及び開発努力
が行われてきた。更にまた、既存のシミング用ハードウ
ェアを利用することも望ましい。
な限り改良しかつ簡易化し、それにより複雑な手段及び
追加の費用を必要とせずに撮像画質を向上させるため、
かなりの期間にわたって多大の技術的努力及び開発努力
が行われてきた。更にまた、既存のシミング用ハードウ
ェアを利用することも望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、小さい撮
像容積について改善された磁場の均一性を与えると共
に、複雑でなく、使用されるシムを最小限に抑え、かつ
可能な限り既存の試験装置及びシミング用ハードウェア
を利用するようなＭＲＩ用シミングシステムが特に要望
されているのである。
像容積について改善された磁場の均一性を与えると共
に、複雑でなく、使用されるシムを最小限に抑え、かつ
可能な限り既存の試験装置及びシミング用ハードウェア
を利用するようなＭＲＩ用シミングシステムが特に要望
されているのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の実施の一態様に
従えば、所望の撮像容積より大きい容積の周囲にある、
磁気共鳴撮像用磁石の軸線に垂直な互いに離隔した平面
上の複数の点において該磁石の磁場のマッピングが行わ
れる。かかるマッピングを使用することにより、大きい
容積及び小さい容積の両方において所要の磁場均一性を
得るために必要な補正コイルの電流及び（又は）受動シ
ムの位置と厚さが計算される。先ず、測定値の真の変動
に比べて測定誤差が小さくなる相対的に大きい容積に関
してマッピングが行われる。次いで、かかる測定値の球
面調和係数を使用して再構成を行うことにより、測定装
置の制約のために正確なマッピングを行うことのできな
い小さな撮像容積に関して改善された均一性を与えるシ
ミング解が求められる。このように本発明の方法は、マ
ッピングを行った撮像容積に関するシミングに加え、よ
り厳しい均一性要求条件を有する追加のより小さい撮像
容積に関するシミングをも可能にする。
従えば、所望の撮像容積より大きい容積の周囲にある、
磁気共鳴撮像用磁石の軸線に垂直な互いに離隔した平面
上の複数の点において該磁石の磁場のマッピングが行わ
れる。かかるマッピングを使用することにより、大きい
容積及び小さい容積の両方において所要の磁場均一性を
得るために必要な補正コイルの電流及び（又は）受動シ
ムの位置と厚さが計算される。先ず、測定値の真の変動
に比べて測定誤差が小さくなる相対的に大きい容積に関
してマッピングが行われる。次いで、かかる測定値の球
面調和係数を使用して再構成を行うことにより、測定装
置の制約のために正確なマッピングを行うことのできな
い小さな撮像容積に関して改善された均一性を与えるシ
ミング解が求められる。このように本発明の方法は、マ
ッピングを行った撮像容積に関するシミングに加え、よ
り厳しい均一性要求条件を有する追加のより小さい撮像
容積に関するシミングをも可能にする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１について説明すれば、超伝導
磁石１０は真空容器２の内部に収容されたヘリウム圧力
容器（図示せず）内に複数の超伝導コイル（図示せず）
を含んでいて、それにより当業界において公知のごとく
にしてＺ軸６に沿った磁石の中心軸方向撮像容積４内に
磁場を生み出す。内腔５に沿った真空容器２の内面に
は、複数の軸方向に延びる弓形引出し８が等間隔で配置
されている。これらの引出し８は、滑り台又はレール１
７内で滑動すると共に、軸方向に延びる穴１１の列を横
切って固定された複数の磁気シム１２を担持している。
Ｚ軸６の回りには１２個の引出し８が等間隔で配置され
ていて、それらの各々は２５組以上の穴又は固定位置１
１を含み、従って磁気シム１２を配置するために３００
以上の位置を提供する。実際には、磁気シミングを達成
するため、単一の引出し８上に全部で約１〜４９個のシ
ム１２が配置されるのが通例である。Ｚ軸６の回りに
は、全体的に２９として示される複数の補正コイルが配
置されている。
磁石１０は真空容器２の内部に収容されたヘリウム圧力
容器（図示せず）内に複数の超伝導コイル（図示せず）
を含んでいて、それにより当業界において公知のごとく
にしてＺ軸６に沿った磁石の中心軸方向撮像容積４内に
磁場を生み出す。内腔５に沿った真空容器２の内面に
は、複数の軸方向に延びる弓形引出し８が等間隔で配置
されている。これらの引出し８は、滑り台又はレール１
７内で滑動すると共に、軸方向に延びる穴１１の列を横
切って固定された複数の磁気シム１２を担持している。
Ｚ軸６の回りには１２個の引出し８が等間隔で配置され
ていて、それらの各々は２５組以上の穴又は固定位置１
１を含み、従って磁気シム１２を配置するために３００
以上の位置を提供する。実際には、磁気シミングを達成
するため、単一の引出し８上に全部で約１〜４９個のシ
ム１２が配置されるのが通例である。Ｚ軸６の回りに
は、全体的に２９として示される複数の補正コイルが配
置されている。
【００１０】各シムの厚さ、寸法及び位置並びに各補正
コイル中の所要電流は、所要のシミングをもたらすよう
に決定しなければならない。しかるに、約３００以上の
可能な位置及び１０以上の補正コイル電流が存在するか
ら、試行錯誤によるシムの位置決めが実際的なアプロー
チと言えないことは明らかである。
コイル中の所要電流は、所要のシミングをもたらすよう
に決定しなければならない。しかるに、約３００以上の
可能な位置及び１０以上の補正コイル電流が存在するか
ら、試行錯誤によるシムの位置決めが実際的なアプロー
チと言えないことは明らかである。
【００１１】磁気シム１２の適正な配置を決定するた
め、製造後において撮像容積４の回りに存在する磁場の
測定又はマッピングが行われる。Ｚ軸６と円筒形の真空
容器２の中心線１５との交点１９を中心として撮像容積
４が配置された状態で、測定点が点１３として示されて
いる。
め、製造後において撮像容積４の回りに存在する磁場の
測定又はマッピングが行われる。Ｚ軸６と円筒形の真空
容器２の中心線１５との交点１９を中心として撮像容積
４が配置された状態で、測定点が点１３として示されて
いる。
【００１２】試験点１３によって形成される複数の互い
に離隔した試験円１７はＺ軸６に沿って交点１９の両側
に２２．５ｃｍずつ延びる直径４５ｃｍの球上に存在し
ている結果、軸方向において４５ｃｍの試験球面が得ら
れる。明快な説明のため、球面４７は拡大して示されて
いる。更にまた、Ｚ軸６に沿って−２４ｃｍから＋２４
ｃｍまでの範囲内で１７の点が測定される。
に離隔した試験円１７はＺ軸６に沿って交点１９の両側
に２２．５ｃｍずつ延びる直径４５ｃｍの球上に存在し
ている結果、軸方向において４５ｃｍの試験球面が得ら
れる。明快な説明のため、球面４７は拡大して示されて
いる。更にまた、Ｚ軸６に沿って−２４ｃｍから＋２４
ｃｍまでの範囲内で１７の点が測定される。
【００１３】円周方向に沿って等間隔に配置された２４
の試験点１３をそれぞれに有する１３の試験円又は鉛直
面１７及び１７の軸方向試験点を含む試験容積を使用す
ることにより、全部で３２９の試験点が得られる。な
お、追加の軸方向試験点は４５ｃｍの球の内部に位置す
る試験点２１並びＺ軸６に沿って撮像容積４の両端及び
撮像容積４の外側にそれぞれ位置する試験点２５を含ん
でいる。
の試験点１３をそれぞれに有する１３の試験円又は鉛直
面１７及び１７の軸方向試験点を含む試験容積を使用す
ることにより、全部で３２９の試験点が得られる。な
お、追加の軸方向試験点は４５ｃｍの球の内部に位置す
る試験点２１並びＺ軸６に沿って撮像容積４の両端及び
撮像容積４の外側にそれぞれ位置する試験点２５を含ん
でいる。
【００１４】全体として矢印２２により表わされる磁場
の強度が、試験点１３、２１及び２５のそれぞれにおい
て測定される。補正コイル（たとえば２９）に超伝導補
正電流を供給することにより、磁場２２の不均一性が補
正される。矢印３３によって略示されるごとく、テスラ
計又はプローブ３１〔たとえば、スイス国ジュネーヴ市
所在のメトロラブ・インストルメンツ社(Metrolab Inst
ruments SA) によって製造されかつ２０２５のモデル番
号で販売されている核磁気共鳴（ＮＭＲ）テスラメー
タ〕がＺ軸６に沿って内腔５に挿入される。Ｚ軸６に沿
ってプローブ３１を順次に位置決めしながら、矢印３５
によって示されるごとく試験円１７の回りにプローブを
回転させることにより、試験円上の各試験点１３におけ
る磁場が読取られる。その後、次の試験円又は鉛直面に
移動させて同じ操作が繰返される。このようにして、全
ての試験円上の試験点１３並びに試験点２１及び２５が
測定される。次いで、測定された磁場情報をコンピュー
タ３７に送ることにより、下記のごとくにして磁場のマ
ッピングを行うことができる。
の強度が、試験点１３、２１及び２５のそれぞれにおい
て測定される。補正コイル（たとえば２９）に超伝導補
正電流を供給することにより、磁場２２の不均一性が補
正される。矢印３３によって略示されるごとく、テスラ
計又はプローブ３１〔たとえば、スイス国ジュネーヴ市
所在のメトロラブ・インストルメンツ社(Metrolab Inst
ruments SA) によって製造されかつ２０２５のモデル番
号で販売されている核磁気共鳴（ＮＭＲ）テスラメー
タ〕がＺ軸６に沿って内腔５に挿入される。Ｚ軸６に沿
ってプローブ３１を順次に位置決めしながら、矢印３５
によって示されるごとく試験円１７の回りにプローブを
回転させることにより、試験円上の各試験点１３におけ
る磁場が読取られる。その後、次の試験円又は鉛直面に
移動させて同じ操作が繰返される。このようにして、全
ての試験円上の試験点１３並びに試験点２１及び２５が
測定される。次いで、測定された磁場情報をコンピュー
タ３７に送ることにより、下記のごとくにして磁場のマ
ッピングを行うことができる。
【００１５】あるいはまた、プローブ３１が互いに離隔
した複数のセンサ（たとえば、３９及び点線で示された
４１）を含むようにすることもできる。そうすれば、撮
像容積４内におけるプローブの１回の位置決め及び１回
の回転３５によって多重の読取りを行うことができる。
図１に示されるように２個のセンサを使用するだけで
も、最大直径の円又は中心円２９の両側において相等し
い軸方向距離にある各対の試験円について同時にマッピ
ングを行うことができるので、プローブの位置決め回数
及び試験時間をほぼ半減させることができる。
した複数のセンサ（たとえば、３９及び点線で示された
４１）を含むようにすることもできる。そうすれば、撮
像容積４内におけるプローブの１回の位置決め及び１回
の回転３５によって多重の読取りを行うことができる。
図１に示されるように２個のセンサを使用するだけで
も、最大直径の円又は中心円２９の両側において相等し
い軸方向距離にある各対の試験円について同時にマッピ
ングを行うことができるので、プローブの位置決め回数
及び試験時間をほぼ半減させることができる。
【００１６】このように、単一の磁石１０に関して適当
なシムの厚さや位置及び（又は）補正コイルの電流を計
算するための一般的な方法は、試験点１３、２１及び２
５において磁場２２を測定することを含んでいる。その
場合の目標は、全ての試験点１３、２１及び２５におけ
る磁場の値が全磁場の平均値から1/2 許容差の範囲内に
あるようにすることである。全磁場の平均値は、測定さ
れた磁場中における最大値及び最小値の和の1/2 であ
る。このような目標関数は（式１）として記述される。
なシムの厚さや位置及び（又は）補正コイルの電流を計
算するための一般的な方法は、試験点１３、２１及び２
５において磁場２２を測定することを含んでいる。その
場合の目標は、全ての試験点１３、２１及び２５におけ
る磁場の値が全磁場の平均値から1/2 許容差の範囲内に
あるようにすることである。全磁場の平均値は、測定さ
れた磁場中における最大値及び最小値の和の1/2 であ
る。このような目標関数は（式１）として記述される。
【００１７】
【数３】
【００１８】式中、Ｎはシム位置１１の総数及び補正コ
イルの総数の和であり、Ｍは磁場を測定する点１３、２
１及び２５の総数であり、Ｘi は位置Ｉにおけるシムの
厚さ又はコイルＩの電流振幅であり、Ａは重み係数であ
り、Ｔは許容差Ｅを越える磁場のピーク間許容差であ
り、ＢＭj は問題の容積内の点ｊにおける磁場の測定値
であり、ΔＢijは位置ｉにある所定寸法のシムによって
引起こされる点ｊの磁場の強度の変化であり、そしてＸ
i 及びＴは未知の変数である。
イルの総数の和であり、Ｍは磁場を測定する点１３、２
１及び２５の総数であり、Ｘi は位置Ｉにおけるシムの
厚さ又はコイルＩの電流振幅であり、Ａは重み係数であ
り、Ｔは許容差Ｅを越える磁場のピーク間許容差であ
り、ＢＭj は問題の容積内の点ｊにおける磁場の測定値
であり、ΔＢijは位置ｉにある所定寸法のシムによって
引起こされる点ｊの磁場の強度の変化であり、そしてＸ
i 及びＴは未知の変数である。
【００１９】（式１）は下記の条件を受ける。
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】上記のシミング関係式によれば、直径４５
ｃｍの球形容積（４５ｃｍＤＳＶ）に関して磁場の不均
一性をたとえば１０ｐｐｍの値にまで低減させるために
必要な、各位置におけるシムの厚さ及び（又は）補正コ
イルの電流Ｘi が求められる。それは、４５ｃｍＤＳＶ
のごとき単一の大きい容積に関して磁石のシミングを行
うために適している。しかしながら、この方法は比較的
多くの経費及び時間を必要とする。
ｃｍの球形容積（４５ｃｍＤＳＶ）に関して磁場の不均
一性をたとえば１０ｐｐｍの値にまで低減させるために
必要な、各位置におけるシムの厚さ及び（又は）補正コ
イルの電流Ｘi が求められる。それは、４５ｃｍＤＳＶ
のごとき単一の大きい容積に関して磁石のシミングを行
うために適している。しかしながら、この方法は比較的
多くの経費及び時間を必要とする。
【００２３】下記の方法によれば、大きい容積の測定値
に基づき、より小さい容積に関して複数の磁石のシミン
グを行うことが可能となる。すなわち、単一の大きい撮
像容積の表面において収集されたデータから得られる球
面調和係数を用いて、より小さい容積に関する磁場が再
構成されるのである。
に基づき、より小さい容積に関して複数の磁石のシミン
グを行うことが可能となる。すなわち、単一の大きい撮
像容積の表面において収集されたデータから得られる球
面調和係数を用いて、より小さい容積に関する磁場が再
構成されるのである。
【００２４】公知の通り、半径Ｒの球の内部の点ｒにお
ける磁場のＺ成分（Ｂz ）は下記のごとくルジャンドル
多項式の和として表わすことができる。
ける磁場のＺ成分（Ｂz ）は下記のごとくルジャンドル
多項式の和として表わすことができる。
【００２５】
【数６】
【００２６】撮像容積内の磁場を適切に記述するために
は、有限数（通例は約２０以下）の項ｌが必要とされ
る。１つの解決策は、項ｌ＝ｍ＝０以外の全てのＣlmが
ゼロになるような状態に磁石のシミングを行うことであ
る。このようにすれば、小さい容積及び大きい容積の両
方に関して完全な均一性が得られる。しかし、これは一
般に実行不可能である。更に重要なことには、高次係数
は低次係数よりも調整し難いことが判明している。すな
わち、実際的な解決策は、撮像容積全体にわたって所要
の均一性を満足するレベルに低次係数を低下させ、しか
も実用的なシミング用ハードウェアシステムを用いてそ
れを実行することである。下記の方法によれば、磁場の
拡張に際して低次調波項に対する十分な制御が達成され
る。
は、有限数（通例は約２０以下）の項ｌが必要とされ
る。１つの解決策は、項ｌ＝ｍ＝０以外の全てのＣlmが
ゼロになるような状態に磁石のシミングを行うことであ
る。このようにすれば、小さい容積及び大きい容積の両
方に関して完全な均一性が得られる。しかし、これは一
般に実行不可能である。更に重要なことには、高次係数
は低次係数よりも調整し難いことが判明している。すな
わち、実際的な解決策は、撮像容積全体にわたって所要
の均一性を満足するレベルに低次係数を低下させ、しか
も実用的なシミング用ハードウェアシステムを用いてそ
れを実行することである。下記の方法によれば、磁場の
拡張に際して低次調波項に対する十分な制御が達成され
る。
【００２７】下記のごとく、シミング関係式の目標関数
中に係数Ｃlmを代入することができる。
中に係数Ｃlmを代入することができる。
【００２８】
【数７】
【００２９】式中、Ａ及びＸi は上記（式１）中と同じ
意味を有すると共に、上記（式２）及び（式３）に対し
ても対応する変更が施される。Ｇlm項は、各々の係数Ｃ
lmに関する目標値である。上記のごとく、高次項は制御
するのが非常に困難であるから、シミング用ハードウェ
アに関する最少の費用で撮像容積全体にわたって所望の
均一性を達成し得るように目標値が選定される。実際に
は、これは当業者にとって自明のごとくに所定の磁石設
計に合致した値を高次項に与えることを意味する。
意味を有すると共に、上記（式２）及び（式３）に対し
ても対応する変更が施される。Ｇlm項は、各々の係数Ｃ
lmに関する目標値である。上記のごとく、高次項は制御
するのが非常に困難であるから、シミング用ハードウェ
アに関する最少の費用で撮像容積全体にわたって所望の
均一性を達成し得るように目標値が選定される。実際に
は、これは当業者にとって自明のごとくに所定の磁石設
計に合致した値を高次項に与えることを意味する。
【００３０】あるいはまた、（式４）によって示される
ごとく容積の表面における均一性を制御することによ
り、容積全体にわたる均一性を制御することもできる。
容積４（図１参照）の表面における均一性を制御するた
めには、下記のごとき目標関数を実行すればよい。
ごとく容積の表面における均一性を制御することによ
り、容積全体にわたる均一性を制御することもできる。
容積４（図１参照）の表面における均一性を制御するた
めには、下記のごとき目標関数を実行すればよい。
【００３１】
【数８】
【００３２】式中、Ａ、Ｘ及びＢＭj は（式１）中と同
じ意味を有すると共に、上記（式２）及び（式３）に対
しても対応する変更が施される。また、ＢＴj は撮像容
積の表面上にあるＭ個の点のそれぞれにおける磁場につ
いての目標値である。このような目標値の集合は、シミ
ング用ハードウェアの費用を最少限に抑えながら撮像容
積全体にわたって所望の均一性を生み出すように選定さ
れる。磁場に関する目標値（ＢＴj ）の集合は、上記の
方法（１）と同様に選定することができる。すなわち、
所望の目標係数Ｇlmを用いて（式４）と同様な磁場の拡
張を行うことにより、磁場を測定すべき点の集合におけ
る磁場を計算すればよい。
じ意味を有すると共に、上記（式２）及び（式３）に対
しても対応する変更が施される。また、ＢＴj は撮像容
積の表面上にあるＭ個の点のそれぞれにおける磁場につ
いての目標値である。このような目標値の集合は、シミ
ング用ハードウェアの費用を最少限に抑えながら撮像容
積全体にわたって所望の均一性を生み出すように選定さ
れる。磁場に関する目標値（ＢＴj ）の集合は、上記の
方法（１）と同様に選定することができる。すなわち、
所望の目標係数Ｇlmを用いて（式４）と同様な磁場の拡
張を行うことにより、磁場を測定すべき点の集合におけ
る磁場を計算すればよい。
【００３３】あるいはまた、（式４）からわかる通り、
容積内部の点の集合における均一性を制御することによ
り、容積全体にわたる均一性を制御することもできる。
この場合には、（式６）と同様な下記の目標関数を使用
することにより、容積全体にわたる点の集合における均
一性を制御することができる。
容積内部の点の集合における均一性を制御することによ
り、容積全体にわたる均一性を制御することもできる。
この場合には、（式６）と同様な下記の目標関数を使用
することにより、容積全体にわたる点の集合における均
一性を制御することができる。
【００３４】
【数９】
【００３５】（式２）及び（式３）に対しても対応する
変更が施される。式中、Ａ、Ｘ及びＢＭj は（式１）中
と同じ意味を有し、またＢＴj は撮像容積の内部に選ば
れたＭ個の点のそれぞれにおける磁場についての目標値
である。このような目標値の集合は、シミング用ハード
ウェアの費用を最少限に抑えながら撮像容積全体にわた
って所望の均一性を生み出すように選定される。点の集
合は様々なやり方で選定することができるが、たとえば
複数の球面（たとえば、直径２５ｃｍ、３５ｃｍ及び４
５ｃｍの球面）上において選定すればよい。磁場に関す
る目標値（ＢＴj）の集合は、上記の方法（１）と同様
に選定することができる。すなわち、所望の目標係数Ｇ
lmを用いて（式４）と同様な磁場の拡張を行うことによ
り、磁場を測定すべき点の集合における磁場を計算すれ
ばよい。更にまた、特定の調波又は容積を強調するた
め、上記の式に重み付けを施すこともできる。
変更が施される。式中、Ａ、Ｘ及びＢＭj は（式１）中
と同じ意味を有し、またＢＴj は撮像容積の内部に選ば
れたＭ個の点のそれぞれにおける磁場についての目標値
である。このような目標値の集合は、シミング用ハード
ウェアの費用を最少限に抑えながら撮像容積全体にわた
って所望の均一性を生み出すように選定される。点の集
合は様々なやり方で選定することができるが、たとえば
複数の球面（たとえば、直径２５ｃｍ、３５ｃｍ及び４
５ｃｍの球面）上において選定すればよい。磁場に関す
る目標値（ＢＴj）の集合は、上記の方法（１）と同様
に選定することができる。すなわち、所望の目標係数Ｇ
lmを用いて（式４）と同様な磁場の拡張を行うことによ
り、磁場を測定すべき点の集合における磁場を計算すれ
ばよい。更にまた、特定の調波又は容積を強調するた
め、上記の式に重み付けを施すこともできる。
【００３６】上記の実行方法（３）に付随する１つの課
題は、所望の磁場均一性と同程度の大きさである０．５
ｐｐｍ程度の測定誤差を有する現行の試験装置を使用し
ながら２５ｃｍ及び３５ｃｍの球面に関して十分な精度
で磁場を測定することである。このような方法を実行す
るため、本発明には追加の構成要素が設けられている。
２５ｃｍ及び３５ｃｍの球形容積の表面上における磁場
を求めるためには、公知の方法及び既存の測定用ハード
ウェアを用いて適切に測定するのに十分なだけ大きい不
均一性を有する４５ｃｍの球面又はその他類似の球面上
における磁場が測定される。このように大きい容積に関
して測定された磁場を解析することにより、上記（式
４）中の磁場拡張係数Ｃlmが決定される。大きい容積に
関して測定されたデータからＣlmが決定されれば、かか
る係数を使用することにより、該容積内のより小さい容
積（たとえば、２５ｃｍ及び３５ｃｍの球面）上の点に
おける磁場を求めることができる。このような手段によ
れば、実際に測定された容積の内部の点における磁場測
定値（ＢＭj ）を求めることができるのである。
題は、所望の磁場均一性と同程度の大きさである０．５
ｐｐｍ程度の測定誤差を有する現行の試験装置を使用し
ながら２５ｃｍ及び３５ｃｍの球面に関して十分な精度
で磁場を測定することである。このような方法を実行す
るため、本発明には追加の構成要素が設けられている。
２５ｃｍ及び３５ｃｍの球形容積の表面上における磁場
を求めるためには、公知の方法及び既存の測定用ハード
ウェアを用いて適切に測定するのに十分なだけ大きい不
均一性を有する４５ｃｍの球面又はその他類似の球面上
における磁場が測定される。このように大きい容積に関
して測定された磁場を解析することにより、上記（式
４）中の磁場拡張係数Ｃlmが決定される。大きい容積に
関して測定されたデータからＣlmが決定されれば、かか
る係数を使用することにより、該容積内のより小さい容
積（たとえば、２５ｃｍ及び３５ｃｍの球面）上の点に
おける磁場を求めることができる。このような手段によ
れば、実際に測定された容積の内部の点における磁場測
定値（ＢＭj ）を求めることができるのである。
【００３７】次に、図１及び図２を参照しながら更に詳
しい説明及び要約を行うことにする。４５ｃｍＤＳＶ程
度の撮像容積４を有する動作中の超伝導磁石１０に関
し、試験点１３、２１及び２５において磁場２２が測定
される（工程２６）。測定された磁場を用いてマッピン
グを行った後、調和係数及びコンピュータ３７を使用し
ながら、上記の関係式（式４〜７）に従って再構成又は
計算が行われる（工程２８）。また、やはりコンピュー
タ３７を使用しながら、複数の撮像容積（たとえば、４
５ｃｍ、３５ｃｍ及び２５ｃｍＤＳＶ）に関してシム１
２の位置と厚さ及び補正コイル２９の電流が計算される
（工程３０）。この場合、小さい容積ほど厳しい均一性
要求条件を有する。シム位置に計算されたシムを設置し
（工程３２）かつ補正コイル位置に計算された補正コイ
ル電流（工程３０）を供給した後、磁場２２の均一性が
再び測定され（工程３４）、そして磁石の均一性規格値
又は要求条件と比較される（工程３６）。計算されたシ
ムが適用されるそれぞれの超伝導磁石１０に関して所望
の均一性が得られるまで上記の操作が繰返される（工程
４０）。
しい説明及び要約を行うことにする。４５ｃｍＤＳＶ程
度の撮像容積４を有する動作中の超伝導磁石１０に関
し、試験点１３、２１及び２５において磁場２２が測定
される（工程２６）。測定された磁場を用いてマッピン
グを行った後、調和係数及びコンピュータ３７を使用し
ながら、上記の関係式（式４〜７）に従って再構成又は
計算が行われる（工程２８）。また、やはりコンピュー
タ３７を使用しながら、複数の撮像容積（たとえば、４
５ｃｍ、３５ｃｍ及び２５ｃｍＤＳＶ）に関してシム１
２の位置と厚さ及び補正コイル２９の電流が計算される
（工程３０）。この場合、小さい容積ほど厳しい均一性
要求条件を有する。シム位置に計算されたシムを設置し
（工程３２）かつ補正コイル位置に計算された補正コイ
ル電流（工程３０）を供給した後、磁場２２の均一性が
再び測定され（工程３４）、そして磁石の均一性規格値
又は要求条件と比較される（工程３６）。計算されたシ
ムが適用されるそれぞれの超伝導磁石１０に関して所望
の均一性が得られるまで上記の操作が繰返される（工程
４０）。
【００３８】特定の磁石に関して磁場２２がｐｐｍ規格
値以下になれば（工程３６）、操作の繰返し（工程４
０）は行われないで停止される（工程４１）。
値以下になれば（工程３６）、操作の繰返し（工程４
０）は行われないで停止される（工程４１）。
【００３９】シミング（工程３２）後の測定（工程３
４）は、工程２６を繰返すことによって行うこともでき
るし、あるいは撮像容積４内に挿入された均質な試験球
体（たとえば、ＬＶ又は硫酸銅球体）を使用することに
よって行うこともできる。後者の方法は、回転可能なプ
ローブ３１を使用する最初の磁場測定よりも容易に行う
ことができる。撮像容積内において均質な試験球体を軸
方向に沿って移動させた場合、均一な磁場２２が存在す
ればコンピュータ３７に一定の出力信号が送られるので
あって、差が生じれば不均一性を表わすことになる。計
算又は（大きい容積については）測定によって均一性が
規格値（たとえば、０．５ｐｐｍ）以下になれば、シミ
ングは完了し、そして操作は停止される（工程４１）。
そうでなければ、所要の均一性が実現されるまで工程２
６、２８、３０、３２、３４及び３６を繰返せばよい。
４）は、工程２６を繰返すことによって行うこともでき
るし、あるいは撮像容積４内に挿入された均質な試験球
体（たとえば、ＬＶ又は硫酸銅球体）を使用することに
よって行うこともできる。後者の方法は、回転可能なプ
ローブ３１を使用する最初の磁場測定よりも容易に行う
ことができる。撮像容積内において均質な試験球体を軸
方向に沿って移動させた場合、均一な磁場２２が存在す
ればコンピュータ３７に一定の出力信号が送られるので
あって、差が生じれば不均一性を表わすことになる。計
算又は（大きい容積については）測定によって均一性が
規格値（たとえば、０．５ｐｐｍ）以下になれば、シミ
ングは完了し、そして操作は停止される（工程４１）。
そうでなければ、所要の均一性が実現されるまで工程２
６、２８、３０、３２、３４及び３６を繰返せばよい。
【００４０】このように、本発明に従えば、大きい撮像
容積４に関する磁場測定値を用いてマッピングを行うと
共に、補正コイル２９の電流及び受動シム１２の寸法及
び位置を決定することが可能となるばかりでなく、正確
なマッピングを行うことのできないより小さくかつより
均一な撮像容積に関して受動シムの寸法及び位置を計算
することが可能となる。後者の特徴は、心臓撮影及び高
速ＤＷＥＰＩのごときより厳格なＭＲＩ用途にとって適
すると共に、超伝導性かつ永久的な磁気共鳴撮像用磁石
にとって適するものである。その結果、小さい撮像容積
に関して精度の向上が得られると共に、個々の磁石に関
して試行錯誤的に設計を行う場合に比べて時間及び（更
には）費用が削減される。
容積４に関する磁場測定値を用いてマッピングを行うと
共に、補正コイル２９の電流及び受動シム１２の寸法及
び位置を決定することが可能となるばかりでなく、正確
なマッピングを行うことのできないより小さくかつより
均一な撮像容積に関して受動シムの寸法及び位置を計算
することが可能となる。後者の特徴は、心臓撮影及び高
速ＤＷＥＰＩのごときより厳格なＭＲＩ用途にとって適
すると共に、超伝導性かつ永久的な磁気共鳴撮像用磁石
にとって適するものである。その結果、小さい撮像容積
に関して精度の向上が得られると共に、個々の磁石に関
して試行錯誤的に設計を行う場合に比べて時間及び（更
には）費用が削減される。
【００４１】以上、特定の実施の態様のみに関連して本
発明を説明したが、当業者には数多くの変更態様が想起
されるであろう。それ故、本発明の精神に反しない限
り、前記特許請求の範囲はかかる変更態様の全てを包括
するように意図されていることを理解すべきである。本
明細書中で使用される「程度」という用語は、ある範囲
内で変動し得るような、実際的だが厳密ではない量を表
わしている。
発明を説明したが、当業者には数多くの変更態様が想起
されるであろう。それ故、本発明の精神に反しない限
り、前記特許請求の範囲はかかる変更態様の全てを包括
するように意図されていることを理解すべきである。本
明細書中で使用される「程度」という用語は、ある範囲
内で変動し得るような、実際的だが厳密ではない量を表
わしている。
【図１】ＭＲＩ用磁石の部分切欠き斜視図であって、本
発明の実施の一態様に係わる磁場測定の位置を表わすた
めに内部の仮想拡大球面グリッドを示している。
発明の実施の一態様に係わる磁場測定の位置を表わすた
めに内部の仮想拡大球面グリッドを示している。
【図２】図１の超伝導磁石のシミングを行うための工程
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
２ 真空容器 ４ 撮像容積 ５ 内腔 ６ Ｚ軸 ８ 引出し １０ 超伝導磁石 １２ 磁気シム １３ 試験点 ２１ 試験点 ２５ 試験点 ２９ 補正コイル ３１ プローブ ３７ コンピュータ ３９ センサ
フロントページの続き (72)発明者 シィアンルイ・ヒューアン アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、オーク・チェイス・レー ン、1017番 (72)発明者 ロバート・セスフィールド・スミス アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、チャザム・プレイス、419 番 (72)発明者 スティーブン・ホー−チョン・ウォン アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、ベレーヴ・ドライブ、1762 番 (72)発明者 ミッシェル・ダラー・オグル アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バーン ト・ヒルズ、ジェンキンス・ロード、84番 (72)発明者 ブー−シィン・シュ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、ブライアーリー・ロード、 708番 (72)発明者 ミンフェン・シュ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、ライス・ホップ・コーヴ、 717番
Claims (19)
- 【請求項１】 受動磁気シム及び補正コイルを含む磁気
共鳴撮像用磁石に関し、相異なる不均一性要求条件を有
する複数の相異なる撮像容積のシミングを行う方法にお
いて、 １個の磁石の軸線を取巻く撮像容積の周囲にある所定数
の点において前記磁石の内腔の磁場強度を測定する工程
と、測定された磁場強度から前記磁場の不均一性を決定
すると共に、測定された前記撮像容積における不均一性
を補正するための前記受動磁気シムの位置と厚さ及び前
記補正コイルの電流を決定する工程と、 前記磁場強度測定値及びそれらの調和係数を利用するこ
とにより、測定された前記撮像容積よりも低い磁場の不
均一性を有する少なくとも１つのより小さい撮像容積を
与えるような受動磁気シムの位置と厚さ及び補正コイル
の電流を計算する工程と、を含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 前記１個の磁気共鳴撮像用磁石が前記複
数の互いに関連した撮像容積のうちで最大の撮像容積を
含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記１個の磁石の測定される撮像容積が
１０ｐｐｍ程度の不均一性を有する直径４５ｃｍ程度の
球形容積である請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記磁気共鳴撮像用磁石の関連した撮像
容積が、０．５〜１．０ｐｐｍ程度の不均一性を有する
直径２５〜３５ｃｍ程度の球形容積である請求項３記載
の方法。 - 【請求項５】 測定される前記撮像容積の磁場強度が、
前記のより小さい撮像容積の磁場強度の測定よりも高い
精度で測定可能である請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 測定値によって表わされる所要の不均一
性が全磁場の所要の平均値より小さくなるまで測定及び
補正が繰返される請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記磁気共鳴撮像用磁石の前記軸線に沿
いながら前記軸線の回りに磁場強度センサを回転させ、
それにより前記軸線の回りに複数の円を定義する複数の
点において測定を行うことによって前記磁場強度が測定
される請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 ３００を越える点が存在する請求項７記
載の方法。 - 【請求項９】 前記磁気共鳴撮像用磁石の前記軸線に沿
って複数の互いに離隔したセンサを配置し、そして前記
軸線の回りに円を描くように前記センサを回転させるこ
とにより、前記軸線に対して垂直な複数の平面内におい
て磁場のマッピングが行われる請求項６記載の方法。 - 【請求項１０】 コンピュータを設けることによって前
記受動磁気シムの位置と厚さ及び前記補正コイルの電流
が決定される請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 磁場強度を正確に測定するため実際に
役立つ寸法を有する第１の大きい撮像容積の磁場マッピ
ングを通して受動磁気シムを含む磁気共鳴撮像用磁石の
第２の撮像容積のシミングを行う方法において、 前記第２の小さい撮像容積に隣接した所定数の点におい
て前記磁石の内腔の磁場強度を測定する工程と、 測定された前記磁場強度から前記磁場の不均一性のマッ
ピングを行う工程と、 前記第１の大きい撮像容積のマッピングから得られた調
和係数を利用して前記第２の撮像容積における不均一性
を補正するための前記受動磁気シムの位置及び厚さを決
定する工程と、 こうして計算された位置に前記受動磁気シムを設置する
工程と、 前記受動磁気シムを設置した前記磁石の均一性を検査す
る工程と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１２】 前記磁気共鳴撮像用磁石が補正コイル
を含み、かつ前記第２の撮像容積内における前記不均一
性を最小にするための前記計算が 【数１】 （式中、Ａは重み係数であり、Ｘi は位置Ｉにおけるシ
ムの厚さ及び補正コイルＩの電流であり、そしてＧlmは
各々の係数Ｃlmに関する目標値である）に従って行われ
る請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 実際にマッピングを行う撮像容積より
小さくかつ不均一性の低い複数の撮像容積が請求項１２
に従って決定される請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 測定される前記撮像容積が球であり、
かつ前記調和係数が球面調和係数である請求項１２記載
の方法。 - 【請求項１５】 前記撮像容積が前記磁石の軸線に沿っ
て配置されていると共に、前記軸線の回りに多素子プロ
ーブを回転させ、それにより前記第２の撮像容積より大
きい球形の撮像容積の外部境界の周囲に前記多素子プロ
ーブを配置することによって前記マッピングが達成され
る請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記磁石が補正コイルを含み、かつ前
記不均一性を最小にするための前記計算が 【数２】 （式中、Ａは重み係数であり、Ｘi は位置Ｉにおけるシ
ムの厚さ及び補正コイルＩの電流であり、ＢＴj は前記
撮像容積の表面上にあるＭ個の点のそれぞれにおける磁
場の目標値であり、そしてＢＭj はＭ個の点のそれぞれ
における磁場の測定値である）に従って行われる請求項
１１記載の方法。 - 【請求項１７】 実際にマッピングを行う撮像容積より
小さくかつ不均一性の低い複数の撮像容積が請求項１６
に従って決定される請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記撮像容積の計算が、直接にマッピ
ングを行うのは実際的でない小さい不均一性目標値ＢＴ
を含む請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 前記多素子プローブが２個のセンサを
含むと共に、前記多素子プローブを回転させ、それによ
り前記球の最大直径の円から軸方向に沿って等距離にあ
る同じ寸法の円の回りの複数の位置に前記多素子プロー
ブを配置することによって前記マッピングが達成される
請求項１５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/360712 | 1999-07-26 | ||
| US09/360,712 US6181137B1 (en) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | Unified shimming for magnetic resonance superconducting magnets |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001087245A true JP2001087245A (ja) | 2001-04-03 |
| JP2001087245A5 JP2001087245A5 (ja) | 2007-09-06 |
| JP4740442B2 JP4740442B2 (ja) | 2011-08-03 |
Family
ID=23419124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000221874A Expired - Lifetime JP4740442B2 (ja) | 1999-07-26 | 2000-07-24 | 磁気共鳴超伝導磁石のための統一シミング |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6181137B1 (ja) |
| EP (1) | EP1072899B1 (ja) |
| JP (1) | JP4740442B2 (ja) |
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| EP1072899A3 (en) | 2003-04-02 |
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