JP2002257915A - Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program - Google Patents

Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program

Info

Publication number
JP2002257915A
JP2002257915A JP2001052927A JP2001052927A JP2002257915A JP 2002257915 A JP2002257915 A JP 2002257915A JP 2001052927 A JP2001052927 A JP 2001052927A JP 2001052927 A JP2001052927 A JP 2001052927A JP 2002257915 A JP2002257915 A JP 2002257915A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
shim
individual
value
genetic algorithm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001052927A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Murakawa
正宏 村川
Tetsuya Higuchi
哲也 樋口
Koji Suzuki
鈴木  孝治
Hikoshige Ishikawa
彦成 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Higuchi Tetsuya
Original Assignee
Jeol Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Higuchi Tetsuya
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Higuchi Tetsuya filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP2001052927A priority Critical patent/JP2002257915A/en
Publication of JP2002257915A publication Critical patent/JP2002257915A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically adjust a shim value in a short time regardless of a local peak without the need of a skilled person's high-accuracy manual adjustment. SOLUTION: A shim value is set as chromosome information of genetic algorithm, the shim value is optimized by the genetic algorithm to a group of individuals having the chromosome information, and the optimum solution of the shim value is obtained by the individual having highest fitness among the group of individuals when the next generation individual group satisfies the evaluation criteria.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴装置
(NMR)等に適用可能な磁場均一度調整方法、調整装
置及びプログラムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field uniformity adjusting method, an adjusting device and a program applicable to a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】NMR
やESRでは静磁場中に配置した試料に対して高周波磁
場を照射し、試料原子の共鳴状態を検出するようにして
いるが、試料が配置される周囲の静磁場の均一度が直接
分解能に影響するため、磁場中にコイルの集合体からな
るシムと称する磁場補正用コイルを配置して補正磁場を
発生させている。
BACKGROUND OF THE INVENTION NMR
In ESR and ESR, a sample placed in a static magnetic field is irradiated with a high-frequency magnetic field to detect the resonance state of sample atoms, but the uniformity of the static magnetic field around the sample is directly affected by the resolution. Therefore, a correction magnetic field is generated by arranging a magnetic field correction coil called a shim composed of an assembly of coils in a magnetic field.

【0003】シムコイルは数十個もあり、それぞれのシ
ムコイルに流す電流の値(シム値)をいかに決定するか
によって磁場の均一度が大きく左右される。このシム値
は、従来、共鳴信号を観察しながらある程度勘と経験と
熟練によって決定されることが多かったが、これを改善
するために、分解能をモニタする信号としてNMRロッ
ク信号を用い、シムコイルに供給する電流を予め定めた
手順に従って順次変化させ、分解能がもっとも高い電流
の組み合わせを求めるもの(特公昭62ー43131号
公報)や、制御磁場成分数を越える数のコイルを用い、
各コイルに複数の磁場成分を発生させて全てのコイルの
発熱量の総和が最小になるように電流を制御するもの
(特開平8ー316031号公報)等が提案されてい
る。
There are dozens of shim coils, and the uniformity of the magnetic field largely depends on how the value of the current (shim value) passed through each shim coil is determined. In the past, this shim value was often determined by intuition, experience, and skill while observing the resonance signal to a certain extent.To improve this, however, an NMR lock signal was used as a signal to monitor the resolution, and the shim coil was used. The current to be supplied is sequentially changed in accordance with a predetermined procedure, and a combination of currents having the highest resolution is obtained (Japanese Patent Publication No. Sho 63-43131).
A device has been proposed in which a plurality of magnetic field components are generated in each coil to control the current so that the sum of the calorific values of all the coils is minimized (JP-A-8-316031).

【0004】しかし従来提案されている方法でも、シム
値の組み合わせが膨大であるため、最適解を得るには、
どうしても人の経験と熟練に頼らざるを得ないのが実情
である。
However, even with the conventionally proposed method, the number of combinations of shim values is enormous.
The fact is that you must rely on human experience and skill.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、理想的なシ
ム補正値からのずれは、シム値を引数とする関数Fで表
すことができ、磁場均一度を最大にすることは、関数F
の最適解を求めることと等価である点に着目し、シム値
の調整に、遺伝的アルゴリズムを適用可能なことを発見
して本発明に到達したものである。
The inventor of the present invention has found that the deviation from the ideal shim correction value can be represented by a function F having the shim value as an argument. F
Focusing on the point that is equivalent to obtaining the optimal solution of the above, the present inventors have found that a genetic algorithm can be applied to adjustment of shim values, and have reached the present invention.

【0006】そのために本発明は、磁場中に配置された
磁場補正用シムにより磁場を均一に調整する方法におい
て、遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を設
定し、前記染色体情報を持つ個体の集団に対してシム値
を遺伝的アルゴリズムで最適化し、次世代個体集団が評
価基準を満たしたときの個体集団の中から高い適応度を
もつ個体によりシム値の最適解を得ることを特徴とす
る。
Therefore, the present invention provides a method for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a population of individuals having the chromosome information is set. , The shim value is optimized by a genetic algorithm, and an optimal solution of the shim value is obtained by an individual having high fitness from the individual population when the next generation individual population satisfies the evaluation criteria.

【0007】また、本発明は、磁場中に配置された磁場
補正用シムにより磁場を均一に調整する方法において、
遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を設定
し、装置から取り込んだ信号と同形状の信号を磁場シミ
ュレータから出力するようにシミュレータ上の仮想シム
値を遺伝的アルゴリズムで最適化し、仮想シム値の符号
を反転したものを装置に戻す処理を1回以上行うことを
特徴とする。
Further, the present invention provides a method for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field,
A shim value is set as the chromosome information of the genetic algorithm, the virtual shim value on the simulator is optimized by the genetic algorithm so that a signal having the same shape as the signal taken from the device is output from the magnetic field simulator, and the sign of the virtual shim value is The method is characterized in that a process of returning the inverted one to the apparatus is performed one or more times.

【0008】また、本発明は、磁場中に配置された磁場
補正用シムにより磁場を均一に調整する装置において、
磁場均一度が達成された状態に対応する理想データと、
現実の検出データとに基づいて適応度を算出する適応度
算出手段と、遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシ
ム値を設定し、前記染色体情報を持つ個体の集団に対し
て遺伝的アルゴリズムの遺伝操作を行う遺伝操作処理手
段と、次世代個体集団が評価基準を満たすか否か判断す
る判断手段とを備え、次世代個体集団が評価基準を満た
したときの個体集団の中から高い適応度をもつ個体によ
りシム値の最適解を得ることを特徴とする。
Further, the present invention provides an apparatus for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in the magnetic field,
Ideal data corresponding to the state where the magnetic field uniformity is achieved,
Fitness calculating means for calculating fitness based on actual detection data, and setting a shim value as chromosome information of the genetic algorithm, the genetic operation of the genetic algorithm for a population of individuals having the chromosome information A genetic manipulation processing means for performing, and a judging means for judging whether or not the next-generation individual population satisfies the evaluation criterion; To obtain the optimal solution of the shim value.

【0009】また、本発明は、磁場中に配置された磁場
補正用シムにより磁場を均一に調整する装置において、
遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を設定
し、装置から取り込んだ信号と同形状の信号を出力する
ように仮想シム値を遺伝的アルゴリズムで最適化し、仮
想シム値の符号を反転したものを装置に戻す磁場シミュ
レータを備えたことを特徴とする。
Further, the present invention provides an apparatus for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field,
A shim value is set as chromosome information of the genetic algorithm, the virtual shim value is optimized by the genetic algorithm so as to output a signal having the same shape as the signal acquired from the device, and the sign of the virtual shim value is inverted. And a magnetic field simulator for returning to the above.

【0010】また、本発明は、磁場中に配置された磁場
補正用シムにより磁場を均一に調整するプログラムにお
いて、遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を
設定し、前記染色体情報を持つ個体の集団を生成し、前
記集団からランダムに選択した所定数の親個体の染色体
を部分的に交叉させて子個体を生成し、生成した子個体
の染色体に突然変異を起こさせて該子個体により得られ
る応答と理想応答との差に基づいて適応度を算出し、子
個体と親個体の適応度を比較して適応度が上位の個体で
前記集団内の親個体を置換し、上記選択、交叉、突然変
異、置換を繰り返し、次世代個体集団が評価基準を満た
したときの個体集団の中から高い適応度をもつ個体によ
りシム値の最適解を得ることを特徴とする。
Further, the present invention provides a program for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a population of individuals having the chromosome information is set. To generate a child individual by partially crossing the chromosomes of a predetermined number of parent individuals selected at random from the population to obtain a child individual, and to mutate the chromosome of the generated child individual to obtain a child individual. The fitness is calculated based on the difference between the response and the ideal response, and the fitness of the child individual and the parent individual is compared to replace the parent individual in the population with a higher fitness individual, the selection, crossover, Mutation and substitution are repeated, and an optimal solution of the shim value is obtained by an individual having a high fitness from the individual population when the next generation individual population satisfies the evaluation criteria.

【0011】また、本発明は、磁場中に配置された磁場
補正用シムにより磁場を均一に調整するプログラムにお
いて、遺伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を
設定し、装置から取り込んだ信号と同形状の信号を出力
するように磁場シミュレータ上の仮想シム値を遺伝的ア
ルゴリズムで最適化し、仮想シム値の符号を反転したも
のを装置に戻す処理を繰り返すことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a program for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and the same shape as a signal fetched from an apparatus is used. In this method, the virtual shim value on the magnetic field simulator is optimized by a genetic algorithm so as to output the signal of (i), and the process of returning the sign of the virtual shim value to the apparatus is repeated.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、遺伝的アルゴリズムについて概略的
に説明する。遺伝的アルゴリズムの参考文献としては、
例えば、出版社ADDISON−WESLEY PUB
LISHING COMPANY,INC.が1989
年に出版した、David E.Goldberg著の
「Genetic Algorithms in Se
arch,Optimization,and Mac
hine Learning」がある。なお、本発明で
いう遺伝的アルゴリズムとは、進化的計算手法のことを
いい、進化的戦術(Evolution Strate
gy:ES)の手法も含むものである。進化的戦術の参
考文献としては、例えば、出版社JohnWiley
& Sonsが1995年に出版した、H.P.Sch
wefel著の「Evolution and Opt
imum Seeking」がある。
Embodiments of the present invention will be described below. First, the genetic algorithm will be schematically described. References for genetic algorithms include:
For example, the publisher ADDISON-WESLEY PUB
LISHING COMPANY, INC. Is 1989
Published by David E. Goldberg, Genetic Algorithms in Se
arch, Optimization, and Mac
hine learning ". In addition, the genetic algorithm referred to in the present invention refers to an evolutionary calculation method, and an evolutionary tactic (Evolution Strategies).
gy: ES). References to evolutionary tactics include, for example, publisher John Wiley
& Sons, published in 1995, P. Sch
Wefel's "Evolution and Opt"
"im seeking".

【0013】一般的な遺伝的アルゴリズムでは、まず遺
伝子を持つ仮想的な生物の集団を設定し、あらかじめ定
めた環境に適応している個体が、その適応度の高さに応
じて生存し、子孫を残す確率が増えるようにする。そし
て、遺伝的操作と呼ばれる手順で親の遺伝子を子に継承
させる。このような世代交代を実行し、遺伝子および生
物集団を進化させることにより、高い適応度を持つ個体
が生物集団の大勢を占めるようになる。そしてその際の
遺伝的操作としては、実際の生物の生殖においても生じ
る、遺伝子の交叉、および突然変異等が用いられる。
In a general genetic algorithm, first, a group of virtual organisms having genes is set, and individuals adapting to a predetermined environment survive according to the degree of adaptation, and descendants To increase the probability of leaving Then, the gene of the parent is passed on to the child by a procedure called genetic manipulation. By performing such generational changes and evolving genes and biological populations, individuals with high fitness occupy the majority of the biological population. As the genetic manipulation at that time, gene crossover, mutation, and the like, which occur in the reproduction of actual organisms, are used.

【0014】図1は、かかる遺伝的アルゴリズムの概略
手順を示すフローチャートであり、ここでは、初めにス
テップS11で、個体の染色体を決定する。すなわち、
世代交代の際に親の個体から子孫の個体に、どのような
内容のデータをどのような形式で伝えるかを定める。図
2に染色体を例示する。ここでは、対象とする最適化問
題の変数ベクトルxを、M個の記号Ai(i=1、2、
・・M)の列で表わすことにし、これをM個の遺伝子か
らなる染色体とみなす。図中、Chは染色体、Gsは遺
伝子を示し、この例では遺伝子の個数Mは5である。遺
伝子の値Aiとしては、ある整数の組、ある範囲の実数
値、単なる記号の列などを問題に応じて定める。図2の
例では、a〜eのアルファベットが遺伝子である。この
ようにして記号化された遺伝子の集合が個体の染色体で
ある。
FIG. 1 is a flowchart showing a schematic procedure of such a genetic algorithm. Here, first, in step S11, the chromosome of an individual is determined. That is,
In the generation change, what kind of data is to be transmitted from a parent individual to a descendant individual and in what format are determined. FIG. 2 illustrates a chromosome. Here, the variable vector x of the target optimization problem is represented by M symbols Ai (i = 1, 2,
.. M), which is regarded as a chromosome consisting of M genes. In the figure, Ch indicates a chromosome and Gs indicates a gene. In this example, the number M of genes is 5. As the gene value Ai, a certain set of integers, a certain range of real values, a simple symbol sequence, etc. are determined according to the problem. In the example of FIG. 2, the alphabets a to e are genes. The set of genes thus encoded is the chromosome of an individual.

【0015】上記ステップS11では次に、各個体が環
境にどの程度適応しているかを表わす適応度の計算方法
を決定する。その際、対象とする最適化問題の評価関数
の値がより高い変数あるいはより低い変数ほど、それに
対応する個体の適応度が高くなるように設計する。また
その後に行う世代交代では、適応度の高い個体ほど、生
き残る確率あるいは子孫を作る確率が他の適応度の低い
個体よりも高くなるようにする。逆に、適応度の低い個
体は、環境にうまく適応していない個体とみなして、消
滅させる。これは、進化論における自然淘汰の原理を反
映したものである。すなわち適応度は、生存の可能性と
いう面から見て各個体がどの程度優れているかを表わす
尺度となる。
In step S11, a method of calculating a fitness value indicating how much each individual has adapted to the environment is determined. At this time, the design is made such that the higher or lower the value of the evaluation function of the target optimization problem is, the higher the fitness of the individual corresponding to the variable is. In the subsequent generation change, individuals with higher fitness have a higher probability of surviving or producing offspring than individuals with lower fitness. Conversely, an individual with low fitness is regarded as an individual that is not well adapted to the environment and is extinguished. This reflects the principle of natural selection in evolution. That is, the fitness is a measure of how excellent each individual is from the viewpoint of the possibility of survival.

【0016】遺伝的アルゴリズムでは、探索開始時にお
いては、対象とする問題は一般にまったくのブラックボ
ックスであり、どのような個体が望ましいかはまったく
不明である。このため通常、初期の生物集団は乱数を用
いてランダムに発生させる。従ってここにおける手順で
も、ステップS12で処理を開始した後のステップS1
3では、初期の生物集団は乱数を用いてランダムに発生
させる。なお、探索空間に対して何らかの予備知識があ
る場合は、評価値が高いと思われる部分を中心にして生
物集団を発生させるなどの処理を行うこともある。ここ
で、発生させる個体の総数を、集団の個体数という。
In the genetic algorithm, at the start of the search, the target problem is generally a completely black box, and it is completely unknown what individual is desirable. For this reason, the initial population of organisms is usually generated randomly using random numbers. Therefore, even in the procedure here, step S1 after the processing is started in step S12.
In 3, the initial population is randomly generated using random numbers. If there is some prior knowledge about the search space, processing such as generation of a biological population may be performed mainly on a portion considered to have a high evaluation value. Here, the total number of individuals to be generated is referred to as the number of individuals in a group.

【0017】次にステップS14で、生物集団中の各個
体の適応度を、先にステップS11で決めた計算方法に
基づいて計算する。各個体について適応度が求まった
ら、次にステップS15で、次の世代の個体の基となる
個体を集団から選択淘汰する。しかしながら選択淘汰を
行うだけでは、現時点で最も高い適応度を持つ個体が生
物集団中に占める割合が高くなるだけで、新しい探索点
が生じないことになる。このため、次に述べる交叉と突
然変異と呼ばれる操作を行う。
Next, in step S14, the fitness of each individual in the biological population is calculated based on the calculation method previously determined in step S11. After the fitness is determined for each individual, in step S15, the individual that is the basis of the next generation individual is selected from the population. However, performing only selection will only increase the proportion of individuals having the highest fitness at the present time in the biological population, and will not generate new search points. Therefore, the following operations called crossover and mutation are performed.

【0018】すなわち、次のステップS16では、選択
淘汰によって生成された次世代の個体の中から、所定の
発生頻度で二つの個体のペアをランダムに選択し、染色
体を組み変えて子の染色体を作る(交叉)。ここで、交
叉が発生する確率を、交叉率と呼ぶ。交叉によって生成
された子孫の個体は、親にあたる個体のそれぞれから形
質を継承した個体である。この交叉の処理によって、個
体の染色体の多様性が高まり進化が生じる。
That is, in the next step S16, a pair of two individuals is randomly selected with a predetermined frequency of occurrence from the next generation individuals generated by the selection and the chromosomes are rearranged to change the child chromosomes. Make (crossover). Here, the probability of occurrence of crossover is called a crossover rate. The offspring individuals generated by the crossover are individuals that have inherited the trait from each of the parents. This crossover process increases the chromosome diversity of the individual and causes evolution.

【0019】交叉処理後は、次のステップS17で、個
体の遺伝子を一定の確率で変化させる(突然変異)。こ
こで、突然変異が発生する確率を突然変異率と呼ぶ。遺
伝子の内容が低い確率で書き換えられるという現象は、
実際の生物の遺伝子においても見られる現象である。た
だし、突然変異率を大きくしすぎると、交叉による親の
形質の遺伝の特徴が失われ、探索空間中をランダムに探
索することと同様になるので注意を必要とする。
After the crossover process, in the next step S17, the gene of the individual is changed with a certain probability (mutation). Here, the probability of occurrence of mutation is called a mutation rate. The phenomenon that gene content is rewritten with low probability,
This is a phenomenon that can be seen in the genes of actual organisms. However, if the mutation rate is too high, the inheritance characteristic of the parent trait due to crossover is lost, which is similar to random search in the search space, so care must be taken.

【0020】以上の処理によって次世代の集団が決定さ
れ、ここでは次に、ステップS18で、生成された次世
代の生物集団が探索を終了するための評価基準を満たし
ているか否かを調べる。この評価基準は、適用している
問題に依存するが、代表的なものとして次のようなもの
がある。 ・生物集団中の最大の適応度が、あるしきい値より大き
くなった。 ・生物集団全体の平均の適応度が、あるしきい値より大
きくなった。 ・生物集団の適応度の増加率が、あるしきい値以下の世
代が一定の期間以上続いた。 ・世代交代の回数が、あらかじめ定めた回数に到達し
た。
The next generation population is determined by the above processing. Here, in step S18, it is checked whether or not the generated next generation organism population satisfies the evaluation criteria for ending the search. This evaluation criterion depends on the problem applied, but typical ones are as follows.・ The maximum fitness value in the population has exceeded a certain threshold. -The average fitness of the whole population has exceeded a certain threshold.・ Generations in which the rate of increase in the fitness of the biological population is below a certain threshold have continued for a certain period.・ The number of generation changes has reached a predetermined number.

【0021】上述の如き終了条件の何れかが満たされた
場合は、ステップS19へ進んで探索を終了し、その時
点での生物集団中で適応度の高い個体を最適化問題の解
とし、理想的には最も適応度の高い個体を求める最適化
問題の解とする。終了条件が満たされない場合は、ステ
ップS14の各個体の適応度の計算の処理に戻って探索
を続ける。このような世代交代の繰り返しによって、集
団の個体数を一定に保ちつつ、個体の適応度を高めるこ
とが出来る。以上が一般的な遺伝的アルゴリズムの概略
である。
If any of the above-mentioned end conditions is satisfied, the process proceeds to step S19 to end the search, and an individual having a high fitness in the population at that time is determined as a solution to the optimization problem. Specifically, it is a solution to an optimization problem that seeks the individual with the highest fitness. If the termination condition is not satisfied, the process returns to the process of calculating the fitness of each individual in step S14, and the search is continued. By repeating such generation alternation, it is possible to increase the fitness of individuals while keeping the number of individuals in the population constant. The above is an outline of a general genetic algorithm.

【0022】次に、遺伝的アルゴリズムの磁場均一度調
整への適用例について説明する。図3は磁場均一度調整
が適用されるNMRの要部を説明する図である。NMR
は、超伝導磁石1の磁場中に磁場補正用のシム2を配置
して均一度の高い静磁場を発生させ、この中に試料3を
配置してプローブ4から高周波磁場を照射し、試料原子
の信号検出空間6における共鳴状態を検出コイル5で検
出する。
Next, an example in which the genetic algorithm is applied to magnetic field uniformity adjustment will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a main part of NMR to which the magnetic field uniformity adjustment is applied. NMR
Is to arrange a shim 2 for magnetic field correction in the magnetic field of the superconducting magnet 1 to generate a highly uniform static magnetic field, arrange a sample 3 in this, irradiate a high-frequency magnetic field from a probe 4, The resonance state in the signal detection space 6 is detected by the detection coil 5.

【0023】いま、磁石1の中心に原点をとり、中心軸
をz軸、z軸と直交する面上にx軸、y軸をとり、r、
θ、φを極座標の3つの座標軸成分とすると、磁石1の
原点近傍でのz軸方向の磁場成分Bzは式(1)で表さ
れる。
Now, the origin is set at the center of the magnet 1, the center axis is the z-axis, and the x-axis and the y-axis are set on a plane orthogonal to the z-axis.
Assuming that θ and φ are three coordinate axis components of polar coordinates, a magnetic field component Bz in the z-axis direction near the origin of the magnet 1 is expressed by Expression (1).

【0024】[0024]

【数1】 (Equation 1)

【0025】一般に、均一度が高い磁石の中心では、x
方向の磁場成分及びy方向の磁場成分はz方向の磁場に
比べて十分小さく無視できるので、以下の説明では、便
宜上、z方向のみを考えることとするが、本発明はx方
向、y方向磁場を含めた場合にも適用可能である。上で
述べた遺伝的アルゴリズムの枠組みは、実際のプログラ
ミングの詳細を規定しない緩やかなものとなっており、
個々の問題に対する詳細なアルゴリズムを規定するもの
ではない。このため、遺伝的アルゴリズムを本実施例の
磁場均一度の調整に用いるには、以下の項目を磁場均一
度調整用に実現する必要がある。 (a)染色体の表現方法 (b)個体の評価関数 (c)交叉方法 (d)突然変異方法 (e)選択淘汰方法 (f)探索終了条件 〔染色体の表現方法〕本実施例における遺伝的アルゴリ
ズムの染色体情報として、シムコイルに流す電流値(シ
ム値)の組を直接用いる。図4の例で説明すると、例え
ば、z方向磁場を調整するシム値の組が、Z1=z1、
Z2=z2、Z3=z3、Z4=z4、Z5=z5(z
1〜z5は遺伝子)であったとき、遺伝的アルゴリズム
の染色体は、(z1、z2、z3、z4、z5)で記述
される。つまり、シム値と遺伝的アルゴリズムの遺伝子
データは一対一に対応する。 〔個体の評価関数〕遺伝的アルゴリズムの個体の評価関
数F、つまり適応度としては、例えば、標準サンプルの
線形から計算する理想的な応答と、現実の応答の差の平
均二乗値であり、例えば、横軸を周波数(磁場強度)、
縦軸を共鳴信号検出強度とした図5において、図5
(a)が理想的な応答の分布、図5(b)が現実の応答
の分布としたとき、両者のずれの平均二乗値を評価関数
とする。なお、適応度としてはこれに限らず、例えば、
磁場ロック信号の強度を評価するようにしてもよい。
In general, at the center of a highly uniform magnet, x
Since the magnetic field component in the direction and the magnetic field component in the y direction are sufficiently small and negligible as compared with the magnetic field in the z direction, in the following description, for convenience, only the z direction will be considered. Is also applicable. The genetic algorithm framework described above is a loose one that does not specify the actual programming details,
It does not specify a detailed algorithm for each problem. Therefore, in order to use the genetic algorithm for the adjustment of the magnetic field uniformity in the present embodiment, the following items need to be realized for the adjustment of the magnetic field uniformity. (A) Chromosome expression method (b) Individual evaluation function (c) Crossover method (d) Mutation method (e) Selective selection method (f) Search termination condition [Chromosome expression method] Genetic algorithm in this embodiment As a chromosome information, a set of current values (shim values) passed through the shim coil is directly used. In the example of FIG. 4, for example, a set of shim values for adjusting the z-direction magnetic field is Z1 = z1,
Z2 = z2, Z3 = z3, Z4 = z4, Z5 = z5 (z
When 1 to z5 are genes, the chromosome of the genetic algorithm is described as (z1, z2, z3, z4, z5). That is, the shim value and the genetic data of the genetic algorithm correspond one-to-one. [Individual evaluation function] The individual evaluation function F of the genetic algorithm, that is, the fitness is, for example, a mean square value of a difference between an ideal response calculated from a linear shape of a standard sample and an actual response. , The horizontal axis is frequency (magnetic field strength),
In FIG. 5 where the vertical axis represents the resonance signal detection intensity, FIG.
Assuming that (a) is an ideal response distribution and FIG. 5 (b) is an actual response distribution, the mean square value of the difference between them is used as an evaluation function. Note that the fitness is not limited to this, and for example,
The strength of the magnetic field lock signal may be evaluated.

【0026】このようにして定めた評価関数は、式
(1)の特性から、多数の局所的な最適解を持つ。その
ため、一般的な探索手法である山登り法やシンプレック
ス法を用いたのでは、局所的な最適解に探索がとらわれ
てしまい、その結果、充分な磁場均一度を得ることがで
きない。しかし、遺伝的アルゴリズムは、確率的な探索
手法であり、かつ、複数の探索点を用いる並列探索手法
であることから、局所的な最適解に捕らわれにくい特徴
があり、本実施形態で用いる評価関数において極めて有
効に探索を進めることができる。 〔交叉方法〕交叉は染色体の遺伝子を部分的に入れ替え
る操作であり、ここでは1点交叉と呼ばれる交叉手法を
用いる。例えば、図6において、Ch1およびCh2は
親個体A、Bの染色体で、それぞれ (+2.31 −6.45 −3.28 +1.05 −4.12) (+3.92 +1.08 −4.53 −0.73 +3.30) の遺伝子からなっている。ここにおける交叉処理では、
これらの染色体を、ランダムに選んだ交叉位置CPで切
断する。図示の例では、左から2番目の遺伝子と3番目
の遺伝子の間を交叉位置としている。そして、切断した
部分的な遺伝子型(3番目の遺伝子から5番目の遺伝
子)を入れ替えることによって、染色体Ch3およびC
h4をそれぞれ持つ子個体A′、B′を生成する。染色
体Ch3およびCh4は、それぞれ、 (+2.31 −6.45 −4.53 −0.73 +3.30) (+3.92 +1.08 −3.28 +1.05 −4.12) となる。なお、交叉方法は一点交叉のかわりに、二点交
叉や一様交叉と呼ばれる手法を用いてもよい。 〔突然変異方法〕突然変異は、個体の遺伝子を一定の確
率で変化させる操作であり、ここでは子個体A′、B′
の染色体の各遺伝子をガウス分布N(0、σ)に従って
発生させた正規乱数を加算する操作とした。図7の例で
説明すると、染色体Ch5が (+2.31 −6.45 −3.28 +3.55 −4.12) であるとし、ガウス分布に従って発生させた正規乱数N
が (+0.12 −0.05 +0.02 −0.07 −0.09) であるとすると、これを加算して染色体Ch6 (+2.45 −6.50 −3.26 +3.48 −4.21) に変更される。なお、加算する乱数として、ガウス分布
以外のコーシー分布などの他の分布を用いてもよい。ま
た、遺伝子が複数ビットの2進数で表現される場合に
は、乱数により対象のビットを決定し、その値を反転さ
せるようにしてもよい。 〔選択淘汰方法〕遺伝的アルゴリズムの選択淘汰は、シ
ム値の組を染色体としてもつ個体の集団から淘汰する個
体を選択する処理である。ここでは、図8の処理フロー
に示すように、例えば集団からランダムに二つの親個体
A、Bを選び、これに対して交叉等で個個体A′、B′
を生成し、4個体A、B、A′、B′の適応度の値が高
い上位二つの個体C、Dを選択し(ステップS21)、
集団内の親個体A、Bと、個体C、Dを置換する(ステ
ップS22)。なお、この置換方法以外にも、一般的な
世代モデルの選択淘汰方法や、近傍モデルGAや非世代
モデルGAとよばれる公知の選択淘汰方法を用いてもよ
い。 〔探索終了条件〕個体の評価関数(適応度)が所定の条
件が満たされたとき探索は終了する。ここでは、適応度
を理想的な応答と現実の応答の差の平均二乗値としたの
で、例えば、集団中の最大、或いは平均の適応度がある
しきい値を越えた場合とすればよい。
The evaluation function thus determined has a number of local optimum solutions from the characteristics of the equation (1). Therefore, if the hill-climbing method or the simplex method, which is a general search method, is used, the search is caught by a local optimum solution, and as a result, sufficient magnetic field uniformity cannot be obtained. However, since the genetic algorithm is a stochastic search method and a parallel search method using a plurality of search points, it has a feature that it is hard to be caught by a local optimum solution. The search can proceed very effectively in. [Crossover Method] Crossover is an operation for partially exchanging chromosomal genes. Here, a crossover method called one-point crossover is used. For example, in FIG. 6, Ch1 and Ch2 are chromosomes of parent individuals A and B, respectively, of (+2.31 −6.45 −3.28 +1.05 −4.12) (+3.92 +1.08 −4.53 −0.73 +3.30) It consists of genes. In the crossover process here,
These chromosomes are cut at randomly selected crossover positions CP. In the illustrated example, the crossover position is between the second gene and the third gene from the left. Then, by replacing the cut partial genotypes (third to fifth genes), chromosomes Ch3 and C3 are replaced.
The child individuals A 'and B' each having h4 are generated. Chromosomes Ch3 and Ch4 are (+2.31 -6.45 -4.53 -0.73 +3.30) (+3.92 +1.08 -3.28 +1.05 -4.12), respectively. The crossover method may use a method called two-point crossover or uniform crossover instead of one-point crossover. [Mutation method] Mutation is an operation that changes the gene of an individual with a certain probability.
The operation of adding normal random numbers generated for each gene of the chromosome according to the Gaussian distribution N (0, σ). 7, the chromosome Ch5 is (+2.31 −6.45 −3.28 +3.55 −4.12), and the normal random number N generated according to the Gaussian distribution
Is + (0.12 -0.05 +0.02 -0.07 -0.09), this is added to change to chromosome Ch6 (+2.45 -6.50 -3.26 +3.48 -4.21). Note that another distribution other than the Gaussian distribution, such as a Cauchy distribution, may be used as the random number to be added. When a gene is represented by a binary number of a plurality of bits, a target bit may be determined by a random number, and the value may be inverted. [Selection Selection Method] The selection selection of the genetic algorithm is a process of selecting an individual to be selected from a group of individuals having a set of shim values as chromosomes. Here, as shown in the processing flow of FIG. 8, for example, two parent individuals A and B are selected at random from a group, and the individual individuals A 'and B'
And selects the top two individuals C and D having the highest fitness values of the four individuals A, B, A ′, and B ′ (step S21).
The parent individuals A and B in the group are replaced with the individuals C and D (step S22). In addition to this replacement method, a general selection method of a generation model or a known selection method called a neighborhood model GA or a non-generation model GA may be used. [Search End Condition] The search ends when the evaluation function (fitness) of the individual satisfies a predetermined condition. Here, the fitness is defined as the mean square value of the difference between the ideal response and the actual response. Therefore, for example, the maximum or average fitness in the group may exceed a certain threshold.

【0027】このように、染色体の表現方法、個体の評
価関数、交叉方法、突然変異方法、選択淘汰方法、探索
終了条件を決め、遺伝的アルゴリズムを用いて磁場均一
度調整を行う処理フローを図9により説明する。図9
は、本実施例における遺伝的アルゴリズムを用いた磁場
均一度調整の処理手順を示すフローチャートである。本
実施例は、遺伝的アルゴリズムの染色体情報として、シ
ム値の組を直接用いることを特徴としており、これによ
り、染色体の情報をシム値に変換するための処理等を不
要とする。遺伝的アルゴリズムの初期集団として、一様
乱数を用いて図4に示したような染色体を持つ個体を複
数作成する(ステップS31)。この場合に、初期集団
の各染色体の各遺伝子の値は上限値と下限値のあいだの
ランダムな実数値をとるようにする。但し、正しいシム
値の傾向について何らかの予備知識が存在する場合に
は、より適応度が高いと思われる個体を初期集団として
作成するようにしてもよい。
As described above, the processing flow for determining the chromosome expression method, the individual evaluation function, the crossover method, the mutation method, the selection method, the search termination condition, and adjusting the magnetic field uniformity using a genetic algorithm is shown in FIG. 9 will be described. FIG.
9 is a flowchart showing a processing procedure of magnetic field uniformity adjustment using a genetic algorithm in the present embodiment. The present embodiment is characterized in that a set of shim values is directly used as chromosome information of a genetic algorithm, thereby eliminating the need for processing for converting chromosome information to shim values. As an initial group of the genetic algorithm, a plurality of individuals having chromosomes as shown in FIG. 4 are created using uniform random numbers (step S31). In this case, the value of each gene of each chromosome in the initial population takes a random real value between the upper limit and the lower limit. However, when there is some prior knowledge about the tendency of the correct shim value, an individual considered to have higher fitness may be created as the initial group.

【0028】初期集団それぞれの個体について、適応度
を設定し、選択、交叉、突然変異、置換を行って順次探
索を行う。本手法においては、集団中の一部分の個体の
置換を繰り返し行い、一般的な遺伝的アルゴリズムのよ
うに集団全部の個体を一斉に変化させない点が大きな特
徴である。これにより、少ない集団の個体数で探索を行
うことが可能である。
For each individual in the initial population, a fitness is set, and selection, crossover, mutation, and substitution are performed to sequentially search. A major feature of this method is that replacement of a part of individuals in a group is repeated, and the individuals in the entire group are not changed at the same time unlike a general genetic algorithm. Thereby, it is possible to perform a search with a small number of individuals in a group.

【0029】次いで、ステップS32の個体の選択処理
では、集団からランダムに二つの親個体A、Bを選び、
これらに対して以下の遺伝的操作を行う。
Next, in the individual selecting process in step S32, two parent individuals A and B are randomly selected from the group,
The following genetic operations are performed on these.

【0030】ステップS33の交叉処理では、図6に示
したように、選択によって選ばれた親個体A、Bの染色
体を、1点交叉法により、ランダムな位置で座標値をひ
とかたまりとして部分的に入れ替える。すなわち、Ch
1およびCh2が親個体A、Bの染色体であり、これら
の染色体を、ランダムに選んだ交叉位置CPで切断し、
切断した部分的な遺伝子型を入れ替えて染色体Ch3、
Ch4をそれぞれ持つ子個体A′、B′を生成する。
In the crossover process in step S33, as shown in FIG. 6, the chromosomes of the parent individuals A and B selected by the selection are partially divided into a set of coordinate values at random positions by the one-point crossover method. Replace it. That is, Ch
1 and Ch2 are chromosomes of parent individuals A and B, and these chromosomes are cut at a randomly selected crossover position CP,
Chromosome Ch3, by replacing the cut partial genotype,
The child individuals A 'and B' each having Ch4 are generated.

【0031】ステップS33での交叉に引続いて実行す
るステップS34の突然変異は、子個体A′、B′の染
色体の各遺伝子にガウス分布N(0、σ)に従って発生
させた正規乱数を加算する操作を行って突然変異を起こ
して染色体Ch5を染色体Ch6に変更する。
The mutation in step S34, which is executed following the crossover in step S33, is performed by adding a normal random number generated according to the Gaussian distribution N (0, σ) to each gene of the chromosomes of the offspring individuals A 'and B'. The chromosome Ch5 is changed to chromosome Ch6 by performing a mutation by performing the following operation.

【0032】ステップS34での突然変異操作が終了し
たのち、得られた子個体A′、B′の染色体の値で、そ
れぞれシム値を変化させ、NMRを動作させて、子個体
A′、B′の適応度を計算する(ステップS35〜3
8)。こうして子個体A′、B′の適応度が算出される
と、次に、ステップS39において、図6に示した処理
手順に従って個体の置換操作が行われる。すなわち、親
個体A,Bと子個体A′、B′の4個体のうち、適応度
の値が高い上位二つの個体C、Dが選ばれ、次いで、集
団内の親個体A、Bと、個体C、Dを置換する。この手
法では、親個体が子個体よりも適応度が高い場合は、置
換は行われないので、淘汰圧が高く、探索の収束時間が
速くなる。
After the completion of the mutation operation in step S34, the shim values are respectively changed with the obtained chromosome values of the child individuals A 'and B', and the NMR is operated to operate the child individuals A 'and B'. 'Is calculated (steps S35 to S35).
8). After the fitness of the child individuals A 'and B' is calculated in this manner, the individual is replaced in step S39 in accordance with the processing procedure shown in FIG. That is, of the four individuals, parent individuals A and B and child individuals A 'and B', the top two individuals C and D with the highest fitness values are selected, and then the parent individuals A and B in the group are: Individuals C and D are replaced. In this method, when the parent individual has higher fitness than the child individual, no replacement is performed, so that the selection pressure is high and the convergence time of the search is fast.

【0033】上記の選択、交叉、突然変異、評価、置換
の操作を繰り返し、ステップS40の判断で探索終了条
件が満たされたときに、調整処理は終了し、その時点で
の個体集団中で適応度の高い個体を最適化問題の解と
し、望ましくは最も適応度の高い個体を採用する。な
お、終了条件が満たされない場合は、ステップS14の
各個体の適応度の計算の処理に戻って探索を続ける。な
お、一定世代数繰り返して調整処理をおこなっても探索
終了条件を満たす染色体(シム値)が得られない場合に
は、ステップS41で調整対象の集団は不良品と判断さ
れ、再度初期集団の生成処理を行う。勿論、集団を全部
つくり直さず、そのうちの50%の個体をランダムに新
規に生成して入れ替えるようにしてもよく、また、やり
直しをせずに磁場が歪みすぎていて最適解は求まらない
という警告を出して停止するようにしてもよい。
The above selection, crossover, mutation, evaluation, and replacement operations are repeated, and when the search termination condition is satisfied in the determination of step S40, the adjustment process ends, and the adjustment process is performed in the individual population at that time. An individual with a high degree of fitness is used as a solution to the optimization problem, and an individual with the highest degree of fitness is preferably employed. If the termination condition is not satisfied, the process returns to the process of calculating the fitness of each individual in step S14, and the search is continued. If a chromosome (shim value) that satisfies the search termination condition is not obtained even after performing the adjustment process repeatedly for a certain number of generations, the population to be adjusted is determined to be defective in step S41, and the initial population is generated again. Perform processing. Of course, instead of recreating the entire population, 50% of the individuals may be randomly generated and replaced, and the magnetic field is too distorted without retrying to find the optimal solution. The warning may be issued and the operation may be stopped.

【0034】図10は上記実施例のシム値最適化装置の
機能ブロック図である。メモリ、CPUを有するデータ
処理装置からなるシム値最適化装置10は、個体の適応
度を算出する適応度算出手段11、生物集団の中から個
体を選択し、交叉、突然変異、置換等の遺伝子操作を行
う遺伝子操作処理手段12、生物集団が探索処理条件を
満たすか否かの評価を行う評価手段13を有していて、
NMR装置20からの信号を取り込み、また、NMR装
置のシムコイルに補正電流を供給して応答を発生させる
処理を行っている。
FIG. 10 is a functional block diagram of the shim value optimizing device of the above embodiment. A shim value optimizing device 10 including a data processing device having a memory and a CPU includes a fitness calculating means 11 for calculating fitness of an individual, selecting an individual from a population of organisms, and generating genes for crossover, mutation, substitution, etc. A genetic manipulation processing unit 12 for performing an operation, and an evaluation unit 13 for evaluating whether or not the biological population satisfies the search processing condition,
The signal from the NMR device 20 is taken in, and a process of supplying a correction current to the shim coil of the NMR device to generate a response is performed.

【0035】なお、遺伝的アルゴリズムは探索の終盤
に、探索速度が落ちる場合がある。それは、大域探索手
法であるため、ある局所ピークに到達する速度では、山
登り法にはかなわないためである。よって、探索時間を
さらに短縮するために、遺伝的アルゴリズムによって調
整を行ったのちに、微調整方法として山登り法を組み合
わせてもよい。遺伝的アルゴリズムから山登り法に切り
替える判断基準は、たとえば、当初の目標値の90%を
遺伝的アルゴリズムによって達成した時点などとすれば
よい。
In the genetic algorithm, the search speed may decrease at the end of the search. This is because, since it is a global search method, the speed at which a certain local peak is reached is not comparable to the hill-climbing method. Therefore, in order to further reduce the search time, the hill-climbing method may be combined with the hill-climbing method as the fine-tuning method after performing the adjustment by the genetic algorithm. The criterion for switching from the genetic algorithm to the hill-climbing method may be, for example, the time when 90% of the initial target value is achieved by the genetic algorithm.

【0036】上記実施例では、実際に標準サンプルを用
いて出力値が安定するまで数秒から数分かかり、それを
何度も繰り返すことになるので、調整に時間がかかる場
合がある。より調整時間を短縮するための工夫として磁
場の順方向シミュレータを用いる方法について図11に
より説明する。
In the above embodiment, it takes several seconds to several minutes until the output value is actually stabilized using the standard sample, and this is repeated many times, so that the adjustment may take time. A method of using a magnetic field forward simulator as a device for further reducing the adjustment time will be described with reference to FIG.

【0037】図11のシミュレータ(計算機)30は、
シム値生成手段31を有していて、例えば、図5(a)
に示したような理想の分布を持つ波形や、シム値を変え
ることにより、任意の分布の波形を生成する応答波形生
成手段32を有している。いま、図5(b)に示したよ
うな信号波形がNMR装置20で得られた場合、この信
号を取り込み、図5(a)の波形を図5(b)の波形に
一致するようにシミュレータ上でシム値(仮想シム値)
の調整を行う。この仮想シム値の調整において上記した
と同じ遺伝的アルゴリズムを用いるが、この処理はシミ
ュレータ上において行われるのて高速処理が可能であ
る。そして評価手段33で両波形が一致したか否かみ
て、一致したときのシム値の符号を反転したものをNM
R装置に戻してやれば、NMR装置20では図5(a)
の波形の信号が得られることになる。一回のシム値の調
整で満足する結果が得られない場合は、上記の手順を繰
り返し行う。
The simulator (computer) 30 shown in FIG.
It has a shim value generating means 31, for example, as shown in FIG.
The response waveform generation means 32 generates a waveform having an ideal distribution as shown in FIG. Now, when a signal waveform as shown in FIG. 5B is obtained by the NMR apparatus 20, the signal is fetched and the simulator shown in FIG. 5A is made to match the waveform of FIG. Shim value above (virtual shim value)
Make adjustments. Although the same genetic algorithm as described above is used in the adjustment of the virtual shim value, this processing is performed on a simulator, so that high-speed processing is possible. The evaluation means 33 checks whether the two waveforms coincide with each other, and inverts the sign of the shim value when the two waveforms coincide with each other.
Returning to the R apparatus, the NMR apparatus 20 uses FIG.
Thus, a signal having the following waveform is obtained. If a satisfactory result cannot be obtained by one adjustment of the shim value, the above procedure is repeated.

【0038】この順方向シミュレータを用いてシム調整
を行う方法は、この方法単独で実施してもよいが、NM
Rを実際に動作させて遺伝的アルゴリズムを適用する方
法と併用してもよい。例えば、シミュレータを用いる方
法で目標の70%程度達成した後、NMRを動作させて
遺伝的アルゴリズムにより理想の分布に近づけるように
シム調整するようにしてもよい。
The method of performing shim adjustment using this forward simulator may be implemented by this method alone.
The method may be used in combination with a method of actually operating R and applying a genetic algorithm. For example, after achieving about 70% of the target by a method using a simulator, the NMR may be operated and shim adjustment may be performed by a genetic algorithm so as to approximate an ideal distribution.

【0039】また、シム調整を行う場合、式(1)にお
いて、波形の対称性に関与するパラメータは分かってい
るので、まず、対称性を適応度に設定して遺伝的アルゴ
リズムを適用し、対称性が達成できたら当該パラメータ
は除外して他のパラメータについて遺伝的アルゴリズム
を適用して調整を行うようにしてもよい。また、以上の
説明でシムの数を5つと仮定しているが、更に数多くの
シムを調整する場合であっても、上記手法が適用可能で
あることは明らかである。
When performing shim adjustment, since parameters relating to waveform symmetry are known in equation (1), first, symmetry is set to fitness and a genetic algorithm is applied to obtain symmetry. If the property can be achieved, the parameter may be excluded and the other parameters may be adjusted by applying a genetic algorithm. Further, in the above description, the number of shims is assumed to be five, but it is clear that the above method is applicable even when adjusting a larger number of shims.

【0040】なお、上述の実施形態では、探索手法とし
て遺伝的アルゴリズムを用いた。しかしながら、遺伝的
アルゴリズムにおける適応度( 評価関数F) において、
局所的な最適解の個数が少ない場合には、焼きなまし法
とよばれるアルゴリズムを遺伝的アルゴリズムの代わり
に用いることができる。また、局所的な最適解の個数が
多い場合でも、遺伝的アルゴリズムと比較して調整の結
果得られる性能は低下するが高速に探索することができ
る。焼きなまし法の詳細は、例えば、JOHNWILE
Y & SONSが1989年に出版した、E.Aar
ts andJ.Korst著の「Simulated
Annealing andBoltzmann M
achines」を参照されたい。焼きなまし法は、山
登り法の一種であり、温度と呼ばれる制御パラメータに
よって、局所的な最適解に探索が捕らわれないような工
夫を加えたものである。
In the above embodiment, a genetic algorithm is used as a search method. However, in the fitness (evaluation function F) in the genetic algorithm,
When the number of local optimal solutions is small, an algorithm called annealing can be used instead of the genetic algorithm. Even when the number of local optimal solutions is large, the performance obtained as a result of the adjustment is lower than that of the genetic algorithm, but the search can be performed at high speed. For details of the annealing method, see, for example, JOHNWILE
Y. & Sons, published in 1989, E. Aar
ts and J.J. "Simulated" by Korst
Annealing andBoltzmann M
facilities. " The annealing method is a kind of hill-climbing method, in which a control parameter called a temperature is used so that the search is not trapped in the local optimum solution.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、現実の応
答を理想の応答となるように遺伝的アルゴリズムに従っ
て探索するので、熟練者による精度の高い手動の調整を
必要とすることなく、さらには局所的なピークにとらわ
れることなく短時間でシム値を自動的に調整することが
できる。
As described above, according to the present invention, a real response is searched for according to a genetic algorithm so as to be an ideal response, so that a highly accurate manual adjustment by an expert is not required. Further, the shim value can be automatically adjusted in a short time without being bound by a local peak.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 遺伝的アルゴリズムの概略手順を示すフロー
チャートの図である。
FIG. 1 is a flowchart showing a schematic procedure of a genetic algorithm.

【図2】 遺伝的アルゴリズムにおける染色体の例を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a chromosome in a genetic algorithm.

【図3】 磁場均一度調整が適用されるNMR装置の要
部説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a main part of an NMR apparatus to which magnetic field uniformity adjustment is applied.

【図4】 遺伝的アルゴリズムにおける染色体の例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a chromosome in a genetic algorithm.

【図5】 遺伝的アルゴリズムの個体の評価関数を説明
する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an individual evaluation function of the genetic algorithm.

【図6】 交叉方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a crossover method.

【図7】 突然変異を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a mutation.

【図8】 選択淘汰の処理フローを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a processing flow of selection selection.

【図9】 遺伝的アルゴリズムを用いて磁場均一度調整
を行う処理フローを説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a processing flow for performing magnetic field uniformity adjustment using a genetic algorithm.

【図10】 シム値最適化装置の機能ブロック図であ
る。
FIG. 10 is a functional block diagram of the shim value optimizing device.

【図11】 順方向シミュレータを用いた機能ブロック
図である。
FIG. 11 is a functional block diagram using a forward simulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…超伝導磁石、2…磁場補正用のシム、3…試料、4
…プローブ、5…検出コイル、6…信号検出空間、10
…シム値最適化装置、11…適応度算出手段、12…遺
伝子操作処理手段、13…評価手段、30…シミュレー
タ、31…シム値生成手段、32…応答波形生成手段、
33…評価手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconducting magnet, 2 ... Shim for magnetic field correction, 3 ... Sample, 4
... probe, 5 ... detection coil, 6 ... signal detection space, 10
... Shim value optimization device, 11 ... Fitness calculation means, 12 ... Gene manipulation processing means, 13 ... Evaluation means, 30 ... Simulator, 31 ... Shim value generation means, 32 ... Response waveform generation means
33 ... Evaluation means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592187165 鈴木 孝治 神奈川県川崎市幸区小倉1番地1 A− 705 (71)出願人 000004271 日本電子株式会社 東京都昭島市武蔵野3丁目1番2号 (72)発明者 村川 正宏 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 経済産 業省産業技術総合研究所電子技術総合研究 所内 (72)発明者 樋口 哲也 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 経済産 業省産業技術総合研究所電子技術総合研究 所内 (72)発明者 鈴木 孝治 神奈川県川崎市幸区小倉1番地1−A705 号 (72)発明者 石川 彦成 東京都昭島市武蔵野三丁目1番2号 日本 電子株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 592187165 Koji Suzuki 1-7-1 Kokura, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa A-705 (71) Applicant 000004271 3-1-2-2 Musashino, Akishima-shi, Tokyo, Japan 72) Inventor Masahiro Murakawa 1-4-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref., Ministry of Economy, Trade and Industry, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Tetsuya Higuchi 1-4-1, Umezono, Tsukuba, Ibaraki (72) Inventor Koji Suzuki 1-A705, Kokura, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Hikonari Ishikawa 3-1-2 Musashino, Akishima-shi, Tokyo Japan Electronics Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[The claims] 【請求項1】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整する方法において、遺伝的アルゴリ
ズムの染色体情報としてシム値を設定し、前記染色体情
報を持つ個体の集団に対してシム値を遺伝的アルゴリズ
ムで最適化し、次世代個体集団が評価基準を満たしたと
きの個体集団の中から高い適応度をもつ個体によりシム
値の最適解を得ることを特徴とする磁場均一度調整方
法。
1. A method for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a shim value is set for a population of individuals having the chromosome information. Magnetic field homogeneity adjustment method characterized by optimizing the value with a genetic algorithm and obtaining an optimal solution of shim value from individuals with high fitness from the population when the next generation population satisfies the evaluation criteria .
【請求項2】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整する方法において、遺伝的アルゴリ
ズムの染色体情報としてシム値を設定し、装置から取り
込んだ信号と同形状の信号を磁場シミュレータから出力
するようにシミュレータ上の仮想シム値を遺伝的アルゴ
リズムで最適化し、仮想シム値の符号を反転したものを
装置に戻す処理を1回以上行うことを特徴とする磁場均
一度調整方法。
2. A method for uniformly adjusting a magnetic field by means of a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a signal having the same shape as a signal fetched from an apparatus is converted to a magnetic field. A method for adjusting the uniformity of a magnetic field, comprising optimizing a virtual shim value on a simulator by a genetic algorithm so as to output the same from a simulator and returning the virtual shim value with its sign inverted to a device at least once.
【請求項3】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整する装置において、磁場均一度が達
成された状態に対応する理想データと、現実の検出デー
タとに基づいて適応度を算出する適応度算出手段と、遺
伝的アルゴリズムの染色体情報としてシム値を設定し、
前記染色体情報を持つ個体の集団に対して遺伝的アルゴ
リズムの遺伝操作を行う遺伝操作処理手段と、次世代個
体集団が評価基準を満たすか否か判断する判断手段とを
備え、次世代個体集団が評価基準を満たしたときの個体
集団の中から高い適応度をもつ個体によりシム値の最適
解を得ることを特徴とする磁場均一度調整装置。
3. An apparatus for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim disposed in a magnetic field, wherein the fitness is determined based on ideal data corresponding to a state where the magnetic field uniformity is achieved and actual detection data. Calculating the fitness value, and setting a shim value as chromosome information of the genetic algorithm,
Genetic manipulation processing means for performing genetic manipulation of a genetic algorithm on the population of individuals having the chromosome information, and determination means for determining whether the next-generation population satisfies the evaluation criteria, A magnetic field homogeneity adjusting apparatus characterized in that an optimal solution of shim value is obtained by an individual having a high fitness from an individual population when an evaluation criterion is satisfied.
【請求項4】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整する装置において、遺伝的アルゴリ
ズムの染色体情報としてシム値を設定し、装置から取り
込んだ信号と同形状の信号を出力するように仮想シム値
を遺伝的アルゴリズムで最適化し、仮想シム値の符号を
反転したものを装置に戻す磁場シミュレータを備えたこ
とを特徴とする磁場均一度調整装置。
4. A device for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim disposed in a magnetic field, wherein a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a signal having the same shape as a signal taken from the device is output. A magnetic field simulator for optimizing a virtual shim value by a genetic algorithm and returning the virtual shim value with its sign inverted to the device.
【請求項5】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整するプログラムにおいて、遺伝的ア
ルゴリズムの染色体情報としてシム値を設定し、前記染
色体情報を持つ個体の集団を生成し、前記集団からラン
ダムに選択した所定数の親個体の染色体を部分的に交叉
させて子個体を生成し、生成した子個体の染色体に突然
変異を起こさせて該子個体により得られる応答と理想応
答との差に基づいて適応度を算出し、子個体と親個体の
適応度を比較して適応度が上位の個体で前記集団内の親
個体を置換し、上記選択、交叉、突然変異、置換を繰り
返し、次世代個体集団が評価基準を満たしたときの個体
集団の中から高い適応度をもつ個体によりシム値の最適
解を得ることを特徴とするプログラム。
5. In a program for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a population of individuals having the chromosome information is generated. A child individual is generated by partially crossing over chromosomes of a predetermined number of parent individuals selected at random from the population, and the chromosome of the generated child individual is mutated to obtain a response obtained by the child individual and an ideal response. The fitness is calculated based on the difference between the above, the fitness of the child individual and the parent individual are compared, and the parent individual in the population is replaced with a higher fitness individual, and the selection, crossover, mutation, and replacement are performed. A program for obtaining an optimal solution of the shim value by an individual having high fitness from the individual population when the next generation individual population satisfies the evaluation criteria.
【請求項6】 磁場中に配置された磁場補正用シムによ
り磁場を均一に調整するプログラムにおいて、遺伝的ア
ルゴリズムの染色体情報としてシム値を設定し、装置か
ら取り込んだ信号と同形状の信号を出力するように磁場
シミュレータ上の仮想シム値を遺伝的アルゴリズムで最
適化し、仮想シム値の符号を反転したものを装置に戻す
処理を繰り返すことを特徴とするプログラム。
6. In a program for uniformly adjusting a magnetic field by a magnetic field correcting shim arranged in a magnetic field, a shim value is set as chromosome information of a genetic algorithm, and a signal having the same shape as a signal taken in from a device is output. A program for optimizing a virtual shim value on a magnetic field simulator by a genetic algorithm, and returning the virtual shim value with its sign inverted to the apparatus.
JP2001052927A 2001-02-27 2001-02-27 Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program Pending JP2002257915A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001052927A JP2002257915A (en) 2001-02-27 2001-02-27 Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001052927A JP2002257915A (en) 2001-02-27 2001-02-27 Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002257915A true JP2002257915A (en) 2002-09-11

Family

ID=18913473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001052927A Pending JP2002257915A (en) 2001-02-27 2001-02-27 Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002257915A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005098463A3 (en) * 2004-04-01 2006-02-23 Liposcience Inc Nmr clinical analyzers and related methods, systems, modules and computer program products for clinical evaluation of biosamples
JP2006119696A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Daihen Corp Control method for photovoltaic power generation system
WO2010097891A1 (en) * 2009-02-24 2010-09-02 株式会社 東芝 Plant optimum-operation control system
CN108107390A (en) * 2017-12-29 2018-06-01 鑫高益医疗设备股份有限公司 A kind of optimum design method of superconducting magnet external magnetism shielding coil
CN113806877A (en) * 2021-07-30 2021-12-17 华南理工大学 Anchoring system design method considering horizontal second-order steady wave force
CN114721054A (en) * 2022-03-18 2022-07-08 吉林大学 Ground-air electromagnetic detection depth focusing waveform transmitting method
CN113806877B (en) * 2021-07-30 2024-04-16 华南理工大学 Design method of anchoring system considering horizontal second-order steady wave force

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6243131B2 (en) * 1980-01-31 1987-09-11 Nippon Electron Optics Lab
JPH04285531A (en) * 1991-03-13 1992-10-09 Hitachi Ltd Inspection method using nuclear magnetic resonance
JPH06235760A (en) * 1993-02-10 1994-08-23 Hitachi Ltd Nuclear magnetic resonator and automatically setting method for measurement condition of the resonator
JPH08173155A (en) * 1994-12-28 1996-07-09 Fujitsu Ltd Method for analyzing compound and system therefor
JPH08316031A (en) * 1995-03-13 1996-11-29 Jeol Ltd Correction magnetic field generator
JPH10105202A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Yamaha Motor Co Ltd Evolutionary control system
JP2000156627A (en) * 1998-09-18 2000-06-06 Agency Of Ind Science & Technol Electronic circuit and its adjustment method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6243131B2 (en) * 1980-01-31 1987-09-11 Nippon Electron Optics Lab
JPH04285531A (en) * 1991-03-13 1992-10-09 Hitachi Ltd Inspection method using nuclear magnetic resonance
JPH06235760A (en) * 1993-02-10 1994-08-23 Hitachi Ltd Nuclear magnetic resonator and automatically setting method for measurement condition of the resonator
JPH08173155A (en) * 1994-12-28 1996-07-09 Fujitsu Ltd Method for analyzing compound and system therefor
JPH08316031A (en) * 1995-03-13 1996-11-29 Jeol Ltd Correction magnetic field generator
JPH10105202A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Yamaha Motor Co Ltd Evolutionary control system
JP2000156627A (en) * 1998-09-18 2000-06-06 Agency Of Ind Science & Technol Electronic circuit and its adjustment method

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005098463A3 (en) * 2004-04-01 2006-02-23 Liposcience Inc Nmr clinical analyzers and related methods, systems, modules and computer program products for clinical evaluation of biosamples
AU2005230449B2 (en) * 2004-04-01 2010-02-18 Liposcience, Inc. NMR clinical analyzers and related methods, systems, modules and computer program products for clinical evaluation of biosamples
US8013602B2 (en) 2004-04-01 2011-09-06 Liposcience, Inc. NMR clinical analyzers and related methods, systems, modules and computer program products for clinical evaluation of biosamples
US8704521B2 (en) 2004-04-01 2014-04-22 Liposcience, Inc. NMR analyzers for clinical evaluation of biosamples
US10365339B2 (en) 2004-04-01 2019-07-30 Liposcience, Inc. NMR analyzers for clinical evaluation of biosamples
JP2006119696A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Daihen Corp Control method for photovoltaic power generation system
JP4541828B2 (en) * 2004-10-19 2010-09-08 株式会社ダイヘン Control method of photovoltaic power generation system
WO2010097891A1 (en) * 2009-02-24 2010-09-02 株式会社 東芝 Plant optimum-operation control system
CN108107390A (en) * 2017-12-29 2018-06-01 鑫高益医疗设备股份有限公司 A kind of optimum design method of superconducting magnet external magnetism shielding coil
CN113806877A (en) * 2021-07-30 2021-12-17 华南理工大学 Anchoring system design method considering horizontal second-order steady wave force
CN113806877B (en) * 2021-07-30 2024-04-16 华南理工大学 Design method of anchoring system considering horizontal second-order steady wave force
CN114721054A (en) * 2022-03-18 2022-07-08 吉林大学 Ground-air electromagnetic detection depth focusing waveform transmitting method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3611799A1 (en) Array element arrangement method for l-type array antenna based on inheritance of acquired characteristics
CN110069886A (en) The identification of cable initial failure and classification method based on VMD and CNN
Singh et al. Performance of a hybrid EA-DE-memetic algorithm on CEC 2011 real world optimization problems
CN110222830B (en) Deep feed-forward network fault diagnosis method based on adaptive genetic algorithm optimization
Smullen et al. Genetic algorithm with self-adaptive mutation controlled by chromosome similarity
CN110895772A (en) Electricity sales amount prediction method based on combination of grey correlation analysis and SA-PSO-Elman algorithm
Rattray et al. The dynamics of a genetic algorithm for a simple learning problem
EP3674959A1 (en) Optimization calculation method and information processing apparatus
JP2002257915A (en) Magnetic field uniformity coefficient adjusting method and adjusting device, and program
CN114936518A (en) Method for solving design parameters of tension/compression spring
Deng et al. A multi-objective examples generation approach to fool the deep neural networks in the black-box scenario
Zhao et al. A binary quantum-behaved particle swarm optimization algorithm with cooperative approach
CN117059169A (en) Biological multi-sequence comparison method and system based on parameter self-adaptive growth optimizer
CN110879778A (en) Novel dynamic feedback and improved patch evaluation software automatic restoration method
CN111008940A (en) Image enhancement method and device
CN115345297A (en) Platform area sample generation method and system based on generation countermeasure network
CN115081323A (en) Method for solving multi-objective constrained optimization problem and storage medium thereof
CN113947240A (en) Water consumption prediction method, system and equipment based on time series
Hu et al. The role of population size in rate of evolution in genetic programming
Ye et al. Comparing item selection criteria in multidimensional computerized adaptive testing for two item response theory models
CN111260077A (en) Method and device for determining hyper-parameters of business processing model
EP1617358A1 (en) Solution search apparatus and initial value setting method thereof
CN110322055A (en) A kind of method and system improving data risk model scoring stability
Hsu et al. A modified genetic algorithm for parameter estimation of software reliability growth models
CN114974400B (en) Global biological network comparison method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100319

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100806