JP2009268791A - 磁場均一度調整用ソフトウェア、磁場均一度調整方法、磁石装置及び磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場均一度調整作業に際し、作業効率がよい表示をする磁場均一度調整ソフトウェアと、これを用いる磁場調整法と磁石装置、及び、この磁石装置を用いたＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】磁場空間の磁場強度分布に基づき、これを均一にするために、シムトレイに配置すべき磁性材シム(たとえばシムボルト)の位置と体積とを、まず、詳細な計算格子上において算出する。続いて、算出された磁性材シムの位置及び体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を抽出し、各々を中心とする磁性材シムの体積の分布領域をそれぞれ抽出し、この分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する。最後にこの加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する。
【選択図】図８

Description

本発明は、磁場均一度調整用ソフトウェア、磁場均一度調整方法、磁石装置及び磁気共鳴撮像装置に関する。

磁気共鳴撮像（Magnetic Resonance Imaging; MRI）装置は、均一な静磁場空間に置かれた被検体(検査体)に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して被検体の物理的、化学的性質を表す画像を得ることができ、特に、医療用として用いられている。磁気共鳴撮像装置は、主に、被検体が搬入される撮像領域内に均一な静磁場を印加するための磁場発生源と、撮像領域に向けて高周波パルスを照射するＲＦコイル、撮像領域からの応答を受信する受信コイル、及び、撮像領域内に共鳴現象の位置情報を与えるための勾配磁場を印加する傾斜磁場コイルとを備えて構成されている。

磁気共鳴撮像装置において、画質向上のための要件のひとつに、撮像領域内の静磁場均一度の向上が挙げられる。磁気共鳴撮像装置に用いられる磁石装置の設計、製造に際しては、磁場発生源が撮像領域内に発生する静磁場を均一にするために、設計、組み立て、及び据付の各段階において、磁場均一度調整が行われている。

このうち、据付段階における磁場均一度調整は、例えば、製作誤差や周囲の環境などによって生じる磁場不均一成分を、磁石装置に磁性材からなる磁場均一度調整体(磁性材シム)を追加的に配置したり、又は取り除いたりすることで実現できる。例えば、上下に対向する磁場発生源（磁極）の間に撮像領域及びそのための均一磁場空間を形成する形式の磁石装置では、前記磁極とその内側（撮像領域側）に配置される傾斜磁場コイルとで挟まれる空間にシムトレイと呼ばれる非磁性材からなるトレイ状の磁場均一度調整機構（手段）を設けて配置するような構成が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

また一方、二重円筒状の容器に磁場発生源となる複数の超電導コイルを内蔵し、その内側に撮像領域及び前記円筒の軸方向に向いた均一磁場空間を形成する形式の磁石装置では、前記容器内周側に配置される傾斜磁場コイルと前記容器内周表面とで挟まれる空間にシムトレイ（磁場均一度調整手段）を設けたり、あるいは、前期傾斜磁場コイルにシムトレイを内蔵したりする構成が一般的である（例えば、特許文献２参照）。

これらシムトレイにおいて、どの位置にどれだけの磁性体シムを配置すればよいか、という問題は、一般に撮像領域における磁場均一性を目的関数とする最適化問題であり、与えられた磁場分布を用い、線形最適法や、その改良手法などによって磁性体シムの配置を決定することが多い（例えば、特許文献３参照）。

特許第３７３３４４１号公報 特開２００７-２０２９００号公報 特開２００３-１６７９４１号公報 柳井春夫、竹内 啓著『射影行列・一般逆行列・特異値分解』、UP応用数学選書10、東京大学出版会、1983年

磁場均一度調整手段としては、単位面積あたりになるべく多くの（体積の大きな）磁性体シムを配置できるように構成すれば、磁場均一度調整能力は高くなる。なぜなら、多量の磁性体シムにより撮像領域に大きな磁場強度変化を生成できるからである。これを容易に実現するため、シムトレイに多数のねじ穴をあけ、このねじ穴にシムボルトと呼ばれる磁性材シムをねじ込む方法が考えられた。この方法によれば、ねじ穴を細密に配置することでねじ穴の数だけのシムボルトを配置することができ、結果として多くの磁性体シムを配置できることになる。さらに、ねじ穴相互を細密に配置することによって、空間的に精密な磁場分布の形成が期待できる。

しかし、均一磁場を実現するため多数のねじ穴を個別に管理して線形計画法などの最適化手法を適用し、シムボルトの配置を定めた場合、ねじ穴ごとに最適なシムボルトを誤りなくねじ込むという、緻密な作業が必要となる。ひとつのシムトレイに例えば数千のねじ穴をあけたとすれば、磁場均一度調整作業に従事する者は、それぞれのねじ穴に必要なねじ（シムボルト）を正確に並べなければならず、作業効率が非常に悪い。

この作業効率を改善するために、たとえば、その数を必要最小限とし、管理すべきねじ穴の数を減らす方法が考えられた。この際、シムトレイに設けるねじ穴径を大きくすることも考えられたが、磁石装置が発生する強磁場中で磁場均一度調整のためにシムボルトを扱うことを考慮すると、シムボルトの大きさ、すなわち、ねじ穴の大きさはそれほど大きくできない。そのため、十分な磁場均一度調整能力が得られない問題点がある。

このため、シムトレイの穴の径や数は変更せず、シムトレイ上の複数のねじ穴を含むように、シムトレイをあらかじめいくつかの領域に区分けしておき、その領域内のねじ穴に配置すべきシムボルトの体積を加算して一括して表示する方法が改善案として考えられた。この場合、前記した領域は、磁場均一度調整に十分な空間的精度を持つ大きさで設計すればよい。なお、この領域の大きさは、磁石装置据付調整時に想定されるもっとも精密な磁場均一度調整に対応できる大きさにしておく必要がある。これにより、多数のねじ穴を個別に管理するよりも作業効率をあげることができる。

ただし、この領域の寸法は上述のように磁場分布の空間的精度を十分確保にするように規定されているに過ぎないから、その大きさは必然的に小さくなり、すなわち、領域の数は依然として多いままとなる。このような領域分けを行うと、磁場分布の空間的精度が高い必要がないような、いわば大局的な磁場均一度調整をする場合でも、多くの領域に詳細にシムボルトを配置する必要があり、作業効率が悪いという問題点がある。

本発明の課題は、このような、磁場分布の空間精度をあまり必要としない大局的な磁場均一度調整をする場合に、作業効率の向上に寄与できる磁場均一度調整用ソフトウェア、磁場均一度調整方法、磁石装置及び磁気共鳴撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、磁場空間の磁場強度分布に基づき、これを均一にするために、シムトレイに配置すべき磁性材(たとえばシムボルト)の位置及び体積を、まず、計算格子上において算出する。続いて、算出された磁性材の位置及び体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を抽出し、各々を中心とする磁性材の体積の分布領域をそれぞれ抽出し、この分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する。最後にこの加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する。

好ましくは、この分布領域を抽出する方法は、計算格子上の隣接節点間の物量の関係を調べながら順次拡張しながら領域を確定する方法であることが望ましい。

また、上記物量表示方法は、シムトレイの形状を表示した画面上に、位置と物量が視覚的にわかるように表示されることが好ましい。

本発明によれば、磁場分布の空間精度をあまり必要としない大局的な磁場均一度調整をする場合に、作業効率の向上に寄与できる磁場均一度調整用ソフトウェア、磁場均一度調整方法、磁石装置及び磁気共鳴撮像装置を提供できる。

以下、本発明による各実施形態について、添付した各図を参照し、詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明による磁場均一度調整の対象とする磁石装置５０の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す磁石装置５０の縦断面図である。
図１（ａ）に示すように、磁石装置５０は、磁気共鳴撮像装置(Magnetic Resonance Imaging)の磁場発生源として、一対をなす上側コイル容器１及び下側コイル容器２が、磁場空間３を形成するように連結柱４，５を介して対向して配置されている。図１（ｂ）に示すように、上側コイル容器１には円環状に形成された超電導コイル８，１１が、下側コイル容器２には円環状に形成された超電導コイル９、１０が、それぞれ収納されている。

図２は、図１に示す磁石装置５０の上側磁極を詳細に示す拡大縦断面図である。
図２に示すように、上側コイル容器１は、たとえば、ほぼ円筒状に形成された真空容器１２、真空容器１２内に収納された輻射シールド１３、輻射シールド１３内に収納されたヘリウム容器１４とを備えて構成されている。ヘリウム容器１４内には、円環状に構成された超電導コイル（主コイル）８、シールドコイル１１が、超電導用冷媒としての液体ヘリウム（図示せず）と共に収納されている。図２では、上側コイル容器１について示したが、下側コイル容器２も、上側コイル容器１と磁場空間３（図１参照）を中心として対称に同一の内部構成を有している。

図１（ｂ）に戻り、上側コイル容器１の磁場空間３側の対向面には、円柱状の凹部１５が形成されている。凹部１５内にはプラスチックやアルミニウムなどの非磁性材からなるシムトレイ１７が収納され、シムトレイ１７の磁場空間３側には傾斜磁場コイル１９が配置され、傾斜磁場コイル１９のさらに磁場空間３側にはＲＦ送受信コイル２１が配置されている。
同様に、下側コイル容器２の磁場空間３側の対向面には、円柱状の凹部１６が形成されている。凹部１６内には非磁性材からなるシムトレイ１８が収納され、シムトレイ１８の磁場空間３側には傾斜磁場コイル２０が配置され、傾斜磁場コイル２０のさらに磁場空間３側にはＲＦ送受信コイル２２が配置されている。

超電導コイル８，９，１０，１１は磁場空間３の一部をなす撮像領域２３を均一磁場空間として形成する。超電導コイル（主コイル）８，９は、発生する磁場強度が最も強く、かつ静磁場を、磁場空間３内に垂直方向に沿って形成する。シールドコイル１０，１１は、超電導コイル（主コイル）８，９によって形成される磁場が外部に漏洩することを抑制するために設けられている。また、傾斜磁場コイル１９，２０は撮像領域２３内に動磁場を形成するコイルである。ＲＦ送受信コイル２１，２２は、撮像領域２３に向けて電磁波（ラジオ波）を照射及び受信する送受信用コイルである。

超電導コイル８，９，１０，１１は、前記したように、撮像領域２３に均一な磁場を生成するように配置されている。超電導コイル８，９，１０，１１では、磁場の強度や均一度が不足するときは、例えば、真空容器１２の内部や外部、あるいは、輻射シールド１３の内部、あるいは、ヘリウム容器１４の内部などに鉄片（鉄合金を含む、以下同様）や永久磁石などの強磁性材（図示せず）を配置し（又は取り除き）、磁場強度を補強したり（又は減衰させたり）、均一度を向上させたりできる。なお、４個の超電導コイル８，９，１０，１１を配置した場合について説明したが、これらの数はこれより多くても少なくてもよい。

このように、磁石装置５０は、超電導コイル８，９，１０，１１や、図示しない鉄片などを用いて均一磁場を生成するように設計されるが、現実には組み立て誤差や設置環境の影響により、撮像領域２３には誤差磁場が発生する。シムトレイ１７，１８は、この誤差磁場成分を除去するために設けられている。

なお、上側コイル容器１の表面から、シムトレイ１７、傾斜磁場コイル１９、ＲＦ送受信コイル２１は、この順に配置されている。同様に、下側コイル容器２の表面から、シムトレイ１８、傾斜磁場コイル２０、ＲＦ送受信コイル２２は、この順に配置されている。傾斜磁場コイル１９、２０、ＲＦ送受信コイル２１，２２は、着脱可能に設置される。シムトレイ１７，１８は、着脱可能であってもなくてもよい。

図３（ａ）は、図１に示す磁石装置５０のシムトレイ(磁場均一度調整手段)１７（１８）を示す拡大斜視図であり、図３（ｂ）は、そのシムトレイ１７（１８）の縦断面模式図である。
シムトレイ１７，１８は、円盤状などの形状を有するトレイであり、多数のねじ穴（雌ねじ）２６があけられている。磁場均一度調整に際して、ねじ穴２６に、ねじ状（雄ねじ）の磁性材シムであるシムボルト２７をねじ込むと、シムトレイ１７，１８に、シムボルト２７分の磁性材が付加される。シムボルト２７は、その長さや加工方法によって、様々な体積及び形状のものがあらかじめ用意されていて、磁場均一度調整作業者は適宜必要な体積及び形状のシムボルト２７を選んで用いる。

なお、図３（ａ）に示すように、シムトレイ１７、１８はその表面が格子線２８で小さな領域に区切られている。格子線２８は、各々の格子の内側に複数のねじ穴２６が含まれるように引かれている。なお、シムボルト２７として、ねじ状の磁性材シムを用いる場合について説明したが、ねじ状でない磁性材シムを用いてもよい。例えば、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状、板状、リベット状など、他の多様な形状の磁性材シムを条件に応じて用いるとよい。

磁場均一度調整作業とは、撮像領域２３の磁場分布を均一にするために必要なシムボルト２７を、シムトレイ１７，１８に設けられたねじ穴２６に配置する作業である。所望の均一磁場を得るために、シムボルト２７をシムトレイ１７，１８上のどの位置にどの程度の体積配置するかについては、撮像領域（均一磁場空間）２３における磁場強度分布の測定値をもとに、コンピュータにインストールされたソフトウェア（磁場均一度調整用ソフトウェア）によって算出される。

この配置を決定するソフトウェアのアルゴリズムは、たとえば、線形計画法などの数理計画法や、その他の最適化手法であってもよいし、あるいは、逆問題を解くような方法であってもよい。本実施形態では、逆問題解法によるアルゴリズムを一例として示す。

図４は、図１に示す磁石装置５０に対応する、シムボルト２７の体積分布を算出するための計算格子の一例を示す模式図である。
まず、最初の測定は、後記するように、シムボルト２７をシムトレイ１７，１８に配置しない状態で行い、順次、シムボルト２７を付加しながら測定を繰り返し、所定の磁場均一度を得るようにする。図４に示すように、シムトレイ１７，１８と撮像領域（均一磁場空間）２３とを計算格子により表現する。シムトレイ１７，１８の計算格子の節点は、たとえば、図３に示したような、シムトレイ１７に開けられたねじ穴２６の位置に一致させてもよいし、一致させなくともよい。一方、撮像領域（均一磁場空間）２３の計算格子の節点は、磁場均一度調整作業で実際に磁場強度を測定する、又は計算する位置と一致させておく。

シムトレイ１７，１８の計算格子上のある節点ｉに、体積Ｖ_ｉ、磁化Ｍのシムボルト２７を配置するとき、このシムボルト２７が撮像領域（均一磁場空間）２３のある隣接節点ｊにつくる磁場強度Ｂ(ｉ，ｊ)は、体積Ｖ_ｉ及び磁化Ｍに比例する。

ただし、ｍ_ｉはシムボルト２７の磁気双極子モーメントである。ここで、磁化Ｍは一定としている。ゆえに、シムトレイ１７，１８の計算格子上の各節点に配置されたシムボルト２７の磁気モーメントの分布を次式で表す。

これらによって撮像領域（均一磁場空間）２３の計算格子上の各接点に作られる磁場強度の分布を次式で表現する。

すると、磁場分布と磁気モーメント分布との関係は、係数行列を行列Ａと置いて、次式で表すことができる。

行列Ａに特異値分解法を適用すると、行列Ａの一般化逆行列Ａ′を求めることができる。この結果、次式を得る。なお、特異値分解法は、例えば、前記した［非特許文献１］記載の方法による。

つまり、目標とする(生成すべき)磁場分布が決まれば、式（５）により一般化逆行列Ａ′との行列積を取れば必要な磁気モーメント分布が計算できる。本発明のように、磁場均一度調整作業、すなわち撮像領域（均一磁場空間）２３の磁場分布を均一にするための作業であれば、目標とする均一磁場分布を次項とする。

また、現在の撮像領域（均一磁場空間）２３上の磁場分布の測定値(または計算値)を次項とする。

すると、生成すべき磁場分布は次式で算出できる。

磁気モーメント分布が求まれば、各々の磁気モーメントｍ_ｉに対応するシムボルト２７の体積Ｖ_ｉは、式（１）から単純に次式で算出できる。

図５（ａ）は、図４に示す計算格子上で算出されたシムボルト２７による磁気モーメントの分布を等高線で示した分布図であり、図５（ｂ）は、この磁気モーメントの大きさの変化を半径方向に沿って示したグラフである。
より具体的には、これらは、式（５）によって得られる磁気モーメントの分布の一例を示し、図５（ａ）は、シムトレイ１７(またはシムトレイ１８)上に算出された磁気モーメントｍ_ｉの分布を等高線で示した一例を、図５（ｂ）は、この分布を模式的に一次元方向(半径方向)のみを考慮したグラフで表現した図をそれぞれ表す。
このように、磁気モーメントｍ_ｉは、各節点に分布する量となる。ここで、正の磁気モーメントとは、磁石装置５０の磁場の向きと同じ向きの磁気モーメントを指し、負の磁気モーメントとは、磁石装置５０の磁場の向きと逆向きの磁気モーメントを指す。

すでに述べたように、各節点(もしくは各ねじ穴２６)に分布する磁気モーメント(すなわちシムボルト２７の体積)の分布をそのままシムトレイ１７，１８上に再現するのは、節点の数が多くて作業効率が非常に悪い。そこで、作業効率を上げるために、図５（ａ）に示す図の背景にあるような格子線（直交格子）２８状の領域を定義し、各々の格子内部の領域（例えば、領域Aとする）に存在する節点上の磁気モーメントを加算することを考える。このとき、加算値ｍ_Ａは、次式のとおりとなる。

また、シムボルト２７の体積Ｖ_Ａは、次式で求められる。

図６は、計算格子の節点上で算出されたシムボルト２７の体積分布を、直交格子状の領域で加算して表示する場合の表示例である。図６（ａ）は数字のみを表示した場合、図６（ｂ）は、図５（ａ）で示した等高線とともに表示した場合である。
各数字の単位（次元）は、例えば立方センチメートルなど、シムボルト２７の体積を表す。正の数字は、この領域に磁石装置５０によって生起する静磁場を補強する向きに、この数字の大きさ分の磁気モーメントを付与すればよいことを示す。具体的には、この数字の体積分の強磁性体（鉄など）からなるシムボルト２７を付与すればよい。負の数字は、この領域に磁石装置５０によって生起する静磁場を減衰する向きに、この数字の大きさ分の磁気モーメントを付与すればよいことを示す。具体的には、磁石装置５０によって生起する静磁場と逆向きに、この数字に相当する強さの永久磁石からなるシムボルト２７を配置するとか、あるいは、既に配置されている強磁性体からなるシムボルト２７が存在すれば、これを除去すればよい。この格子線（直交格子）２８ごとに区切られる大きさ（面積、形状）は、磁場調整作業に十分な性能を持つようにあらかじめ適切に決定され、例えば、５０mm四方の寸法とする。この方法により、各節点それぞれにシムボルト２７を配置するよりも作業性をよくすることができる。

図７は、計算格子の節点上で算出されたシムボルト２７の体積分布から、ピーク位置を始点とする体積の分布領域を算出するアルゴリズムの概念を示す模式図である。
図６に示すように、前記した方法によれば、およそその直交格子の数だけシムボルト２７を配置する必要があるため、シムボルト２７を配置する工数を減らすことが好ましい。
そこで、図７に示すように、ピーク位置Ｐｎを中心として磁気モーメントが分布する領域Ａｎを抽出し、その領域Ａｎの磁気モーメントを式（１０），式（１１）により加算する。実際は二次元での演算処理を行うが、原理を単純化して提示するため、図７では一次元的な模式図でその手順を概観している。この図からは、符号が反転する位置や、勾配が反転する位置を境として半径方向の長さを領域Ａ１〜Ａ７に大きく分け、対応するピークＰ１〜Ｐ７を抽出している。したがって、数の少ないピークＰ１〜Ｐ７に対して、シムボルト２７を配置すればよいことが分かる。なお、本説明において、ピークとボトムとは区別せず、いずれもピークと表現する。すなわち、ピークには、ボトムを含むものとする。
これを現実の二次元的な計算格子に拡張すれば、以下のようになる。

まず、磁気モーメントの分布から、ピーク位置Ｐｎをすべて抽出する。ある節点ｉにおける磁気モーメントをｍ_ｉとし、そのすべての隣接節点ｊにおける磁気モーメントをｍ_ｊとする。すべての隣接節点ｊに対して次式が成り立てば、節点ｉはピーク位置である。

次に、各ピーク位置Ｐｎを始点として、隣接節点の磁気モーメントの値を調べながら、領域Ａｎの境界を決定する。領域Ａｎの境界は、次のように決める。
(１)ピーク位置Ｐｎに対応する節点を第０層と定義する。
(２)第ｎ層に属するある節点ｋのすべての隣接節点のうち、すでに第ｎ層またはその他の層に定義された節点を除く残りの節点の集合をＣとする。
(３)節点の集合Ｃに属するすべての節点ｏに対し、ピーク位置Ｐｎが正の磁気モーメントをもつピークならば、次式が成り立てば、節点ｏを第ｎ＋１層と定義する。

また、ピーク位置Ｐｎが負の磁気モーメントをもつピークならば、次式が成り立てば、節点ｏを第ｎ＋１層と定義する。

これらを満たさない節点ｏがひとつでもあれば、節点ｏでなく、節点ｋを第ｎ＋１層と定義しなおす。

(４)第ｎ層に属するすべての節点が第ｎ＋１層に定義されなおすような条件となるまで(２)及び(３)を繰り返す。
(５)最終的にもっとも外側の層をなす節点群が、領域Ａｎの境界である。

以上の手順により、図７に模式的に示すような、ピーク位置Ｐｎに対応する領域Ａｎが決定される。

領域Ａｎに属する節点の磁気モーメント及び体積を式（１０），式（１１）を用いて算出すれば、この体積Ｖ_Ａｎが領域Ａｎに配置すべきシムボルト２７の体積である。作業者は、Ｖ_Ａｎをピーク位置Ｐｎの近傍に配置すればよい。

具体的には、正の磁気モーメントを付加すべきピーク位置の近傍には、例えば鉄などの強磁性体からなるシムボルト２７を配置する。また、負の磁気モーメントを付加すべきピーク位置の近傍には、永久磁石からなるシムボルトを負の磁気モーメントを付加する向きに配置するか、既に存在するシムボルト２７があれば、これを取り除く。

図８は、計算格子の節点上で算出されたシムボルトの体積分布からピーク位置を始点とする体積の分布領域を算出し、その領域内の物量加算結果を表示する場合の表示例を示す図である。つまり、この表示例は、以上の方法により算出されたシムボルト２７の体積を意味する。図８（ａ）は体積と領域境界のみを表示した場合、図８（ｂ）は、図５（ａ）で示した等高線とともに表示した場合である。
各数字の単位（次元）は、例えば立方センチメートルなど、シムボルト２７の体積を表すものである。なお、数字の左側に示した記号は、体積の正負を直感的に表現することで作業上の誤りを減らすために、正の量を“△”印、負の量を“▽”印で表示したものである。シムボルト２７を配置すべき位置を作業者に分かりやすく伝えるために、例えば、シムトレイ１７，１８を格子線（直交格子）２８で区切り、図８（ａ）で示すような座標が割り振られていることが望ましい。

磁場調整ソフトウェアにより前記した表示がなされれば、作業者は、例えば図８に示す例であれば７箇所（この数はあくまで図８における例であり、実際の磁場均一度調整作業においては状況によって様々に異なる。）に配置すれば済み、各節点に式（９）で算出される体積を詳細に配置するよりも、あるいは、図６に示すような格子状の体積表示に従って配置するよりも作業効率は大幅に改善される。また、このような方法を用いる磁石装置５０やこれを用いたＭＲＩ装置は、据付調整にかかる時間を短縮することができるから、結果として安価な装置を提供することができる。

なお、前記した方法は、領域Ａｎ及びその境界を近似的に決定するものであるから、磁場均一度調整の精度を上げるには、この磁場均一度調整作業を複数回繰り返し行えばよい。

次に、本発明による磁場均一度調整作業の流れについて説明する。
図９は、本発明による磁場均一度調整作業を示す流れ図である。
まず、撮像領域（均一磁場空間）２３の磁場強度分布を測定する（ステップＳ１）。具体的には、磁場分布測定装置６０が動作し、磁気プローブ６３が測定信号（測定結果）を得て、この測定結果を基に、データ取得用計算機６１が磁場分析データ（磁場分布データ７２）を生成する（図１０を参照して後記）。

次に、磁場均一度調整用計算機６２（図１０を参照して後記）は、
・式（５）を用いて、シムボルト２７の体積分布を算出し、
・領域Ａまたは領域Ａｎを決定し、
・シムボルト２７の配置方法を表示する（ステップＳ２）。

次に、作業者は、表示装置６５（図１０参照）の表示を見ながらシムボルト２７をシムトレイ１７，１８に配置する（ステップＳ３）。
そして、ステップＳ１と同様に、撮像領域（均一磁場空間）２３の磁場強度分布を測定する（ステップＳ４）。
次に、均一磁場仕様を満足したか否かを判断する（ステップＳ５）。つまり、撮像領域（均一磁場空間）２３の磁場均一度が所定値内であるか否かを判断する。より具体的には、磁場均一度調整用計算機６２（図１０参照）は、磁場分析データを基に、磁場強度があらかじめ定めた範囲内であるか否かを判断する。均一磁場仕様を満足していない場合（ステップＳ５のＮｏ）、前記したステップＳ２以降の処理を繰り返す。均一磁場仕様を満足した場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、磁場均一度調整作業を終了する。

なお、この繰り返し過程において、図６の表示と図８の表示との間を任意に切り替えることができれば、作業者は図６で示されるような詳細なシムボルト２７の配置と、図８で示されるようないわば大局的なシムボルト２７の配置とを適宜変更しながら作業を進めることができる。

図１０は、磁場分布測定装置６０及び磁場均一度調整用計算機６２を示す説明図である。
磁場分布測定装置６０は、磁石装置５０の撮像領域（均一磁場空間）２３に挿入され、磁気分布を検出する磁気プローブ６３と、磁気プローブ６３に接続され、表示装置６５を有し、データ取得用プログラムがインストールされたデータ取得用計算機６１とを具備している。
磁場均一度調整用計算機６２は、表示装置６５と、プリンタなどの出力装置６４とを有し、磁場均一度調整用ソフトウェアをインストールされたコンピュータである。

図１１は、磁場均一度調整用ソフトウェアの動作を説明するブロック図である。
磁場均一度調整用計算機６２は、記憶装置６６、演算装置６７、表示装置６５、出力装置６４を含んでいる。磁場均一度調整用計算機６２は、磁場均一度調整用ソフトウェアをインストールされて、入力部７３、演算部７４、表示法生成部７５、出力部７６の機能を形成している。
なお、図１０では、データ取得用計算機６１と磁場均一度調整用計算機６２とは別の計算機であるように図示してあるが、データ取得用のソフトウェアと磁場均一度調整用のソフトウェアとがそれぞれ動作すれば足りるのであるから、前期計算機６１、６２は同一のもの、すなわち両方の目的に共用されるものであっても構わないのは自明である。

磁場分布の取得から、配置すべきシムボルト２７の表示までは、次のように行う。
（１）磁石装置５０を定格に励磁する。
（２）磁場分布測定装置６０により、磁石装置５０の撮像領域（均一磁場空間）２３の磁場分布データを取得する。具体的には、検出部を多数有する磁気プローブ６３を回転させながら（図１０参照）、磁石装置５０の撮像領域２３から磁場分布７１を取得し、データ取得用計算機６１によって、この磁場分布７１から磁場分布データ７２を生成する。
（３）磁場分布データ７２は、磁場均一度調整ソフトウェアにより磁場均一度調整用計算機６２が記憶装置６６に読み込む。
（４）入力部７３は、磁場分布データ７２を、順次、記憶装置６６から演算装置６７に読み込む。
（５）演算部７４は、読み込んだ磁場分布データ７２を基に、シムボルト２７の体積分布データを演算する。
（６）表示法生成部７５は、この体積分布データを、あらかじめ設定された方法に従い出力部へ送出する。
（７）出力部７６は、体積分布データを基に、体積分布を表示装置６５に表示し、あるいは、プリンタなどの出力装置６４を用いて出力する。
（８）作業者は、これらの表示又は出力結果を見ながら磁場均一度調整作業（磁性材（シムボルト２７）を配置する作業）を実施する。

＜第２実施形態＞
図１２及び図１３を参照し、本発明による第２実施形態の磁場均一度調整ソフトウェアによる表示方法について説明する。
図１２は、第１実施形態における図６に対応する表示例であり、図１３は図８に対応する表示例である。このように、本実施形態では、図６や図８に示すような磁場の分布画像による表示でなく、配置位置の座標と体積を一覧表形式で表示する。本実施形態における表示以外の事項は第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

このように、磁場分布の位置を描画しなくても、シムボルト２７を配置する位置(座標)とその体積との対応が明瞭であるから、シムトレイ１７（１８）上の体積分布を加算するという本質は変わらず、作業性は大幅に向上する。

＜第３実施形態＞
図１４及び図１５を参照し、本発明による第３実施形態として、対象とするＭＲＩ装置の磁石装置５１及び磁場均一度調整手段の別の例について説明する。
図１４は、本発明による第３実施形態の磁石装置５１の概略を示す縦断面図である。
前記した各実施形態で対象とした磁石装置５０（図１参照）が、上下に対向して配置された磁極により撮像領域（均一磁場空間）２３に鉛直方向の磁場を生成する磁石装置５０であるのに対し、本実施形態の磁石装置５１（図１４参照）は、二重円筒状の真空容器１２、輻射シールド１３、ヘリウム容器１４の内部に内蔵された超電導コイル群により、撮像領域（均一磁場空間）２３に水平方向の磁場を生成するものである。なお、前記した各実施形態と実質的に同一でよい構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１４に示すように、磁石装置５１の場合、傾斜磁場コイル１９は二重円筒状の真空容器１２の内周に配置され、シムトレイ１７(１８)は、傾斜磁場コイル１９(２０)に内蔵される構成になっている。この構成は一例であり、シムトレイ１７(１８)は、傾斜磁場コイル１９(２０)の内周側に配置されていても、外周側に配置されていてもよい。

図１５は、このような磁石装置５１に対し、図４に対応する計算格子の一例を示した概念図である。
このような計算格子を用いて、第１実施形態と同様の計算を行うことにより、図１４に示す構成の磁石装置５１に対しても、全く同じように磁場均一度調整作業は可能であるし、作業効率の向上も可能である。

本発明による各実施形態によれば、磁場均一度調整作業者は、磁場均一度調整作業の各段階において、必要最小限の位置に最小限の個数のシムボルト（磁性材シム）２７を配置すれば済むことになり、シムトレイ１７，１８のあらゆる位置をすべて管理してそれぞれに精密に磁性材シムを配置する必要がなくなるから、磁場均一度調整作業の効率を飛躍的に高めることができる。また、そのような方法を用いる磁石装置５０やこれを用いたＭＲＩ装置は、据付調整にかかる時間を短縮することができるから、結果として安価な装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明による磁場均一度調整の対象とする磁石装置の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す磁石装置の縦断面図である。 図１に示す磁石装置の上側磁極を詳細に示す拡大縦断面図である。 （ａ）は、図１に示す磁石装置のシムトレイ(磁場均一度調整手段)を示す拡大斜視図であり、（ｂ）は、そのシムトレイの縦断面模式図である。 図１に示す磁石装置に対応する、シムボルトの体積分布を算出するための計算格子の一例を示す模式図である。 （ａ）は、図４に示す計算格子上で算出されたシムボルトによる磁気モーメントの分布を等高線で示した分布図であり、（ｂ）は、この磁気モーメントの大きさの変化を半径方向に沿って示したグラフである。 計算格子の節点上で算出されたシムボルトの体積分布を、直交格子状の領域で加算して表示する場合の表示例である。 計算格子の節点上で算出されたシムボルトの体積分布から、ピーク位置を始点とする体積の分布領域を算出するアルゴリズムの概念を示す模式図である。 計算格子の節点上で算出されたシムボルトの体積分布からピーク位置を始点とする体積の分布領域を算出し、その領域内の物量加算結果を表示する場合の表示例を示す図である。 本発明による磁場均一度調整方法を用いた磁場均一度調整の手順を示す流れ図である。 磁場分布測定装置及び磁場均一度調整用計算機を示す説明図である。 磁場均一度調整用ソフトウェアの動作を説明するブロック図である。 本発明による第２実施形態における、シムボルト体積分布表示方法のうち、第１実施形態での図６に対応する表である。 本発明による第２実施形態における、シムボルト体積分布表示方法のうち、第１実施形態での図８に対応する表である。 本発明による第３実施形態として、磁場均一度調整作業の対象とするＭＲＩ装置をなす磁石装置の概略を示す縦断面図である。 図１４に示した磁石装置に対応する、シムボルトの体積分布を算出するための計算格子の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 上側コイル容器
２ 下側コイル容器
３ 磁場空間
４，５ 連結柱
８，９ 主コイル
１０，１１ シールドコイル
１２ 真空容器
１３ 輻射シールド
１４ ヘリウム容器
１５，１６ 真空容器凹部
１７，１８ シムトレイ
１９，２０ 傾斜磁場コイル
２１，２２ ＲＦ送受信コイル
２３ 撮像空間(均一磁場空間)
２６ ねじ穴
２７ シムボルト(シム部材、磁性材シム)
２８ 格子線(直交格子の格子線)

Claims (13)

1. 磁場空間を生成する磁場発生源と、調整用の磁性材が適宜配置されることで前記磁場空間に形成される磁場強度分布を均一に調整する磁場均一度調整手段と、を備えた磁石装置において、
   前記磁場強度分布を均一にするために、計測した前記磁場空間の磁場強度分布に基づき、前記磁場均一度調整手段への前記磁性材による調整の仕方を指示する磁場均一度調整用ソフトウェアであって、
   コンピュータに、
   前記磁場均一度調整手段を介して計測される前記磁場空間における磁場強度分布の計測データを取得するステップと、
   前記計測データに基づいて、前記磁場均一度調整手段上の複数の部位を、前記磁性材による調整が必要な部位として表示手段に表示するステップと、
   を実行させることを特徴とする磁場均一度調整用ソフトウェア。
2. 磁場空間を生成する磁場発生源と、前記磁場空間の外側に磁性材を配置し前記磁場空間に形成される磁場強度分布を均一にするための磁場均一度調整手段と、を備えた磁石装置に対し、前記磁場強度分布に基づき、当該磁場強度分布を均一にするために、前記磁場均一度調整手段に配置すべき前記磁性材の位置及び体積を算出して表示するための磁場均一度調整用ソフトウェアであって、
   コンピュータに、
   計算格子上で算出された磁場強度分布を均一にするための磁性材の体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を始点とする前記体積の分布領域をそれぞれ抽出する抽出ステップと、
   前記分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する加算ステップと、
   前記磁性材の位置及び体積の加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する表示ステップと、
   を実行させることを特徴とする磁場均一度調整用ソフトウェア。
3. 前記磁石装置は、上下に対向する磁極によって前記磁極の間に前記磁場空間を垂直方向に生成することを特徴とする請求項２に記載の磁場均一度調整ソフトウェア。
4. 前記磁場均一度調整手段は、磁極表面に配置された非磁性材からなる円盤状のシムトレイと、当該シムトレイに配置する磁性材シムからなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
5. 前記表示ステップでは、
   計算格子上で算出された磁場強度分布を均一にするための磁性材の体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を始点とする前記体積の分布領域をそれぞれ抽出する抽出ステップと、前記分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する加算ステップとにより求められた位置及び体積の加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する方法と、
   前記磁場均一度調整手段をあらかじめ小さい領域に区切っておき、当該小さい領域内ごとに磁性材の体積を加算して表示する方法と、を任意に切り替えることができることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
6. 前記小さい領域にはそれぞれ位置を特定するための座標が割り当てられていることを特徴とする請求項５に記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
7. 前記局所最大値及び局所最小値を始点とする体積の分布領域を抽出するために、計算格子上の隣接節点間の前記体積の関係を調べながら前記分布領域を順次拡張し、当該分布領域の境界及び領域を確定することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
8. 前記表示ステップでは、前記局所最大値、前記局所最小値又は前記加算結果は、前記シムトレイに対応する画像中に二次元での配置を可視的に表示することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
9. 局所最大値又は局所最小値の表示は、磁化の正負によって異なる記号で表示することを特徴とする請求項８に記載の磁場均一度調整用ソフトウェア。
10. 磁場空間を生成する磁場発生源と、前記磁場空間の外側に磁性材を配置し前記磁場空間に形成される磁場強度分布を均一にするための磁場均一度調整手段と、を備えた磁石装置に対し、前記磁場強度分布に基づき、当該磁場強度分布を均一にするために、前記磁場均一度調整手段に配置すべき前記磁性材の位置及び体積を算出して表示する磁場均一度調整用方法において、
    計算格子上で算出された磁性材の体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を始点とする前記体積の分布領域をそれぞれ抽出する抽出工程と、
    前記分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する加算工程と、
    前記磁性材の位置及び体積の加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する表示工程と、
    を含むことを特徴とする磁場均一度調整方法。
11. 磁場空間を生成する磁場発生源と、前記磁場空間の外側に磁性材を配置し前記磁場空間に形成される磁場強度分布を均一にするための磁場均一度調整手段と、を備えた磁石装置に対し、前記磁場強度分布に基づき、当該磁場強度分布を均一にするために、前記磁場均一度調整手段に配置すべき前記磁性材の位置及び体積を算出して表示する磁場均一度調整装置において、
    計算格子上で算出された磁性材の体積の分布から、その局所最大値及び局所最小値を始点とする前記体積の分布領域をそれぞれ抽出する抽出部と、
    前記分布領域内に分布する磁性材の体積を加算する加算部と、
    前記磁性材の位置及び体積の加算結果を、対応する局所最大値位置または局所最小値位置とともに表示する表示部と、
    を含むことを特徴とする磁場均一度調整装置。
12. 請求項１１に記載の磁場均一度調整装置を含むことを特徴とする磁石装置。
13. 請求項１２に記載の磁石装置を含むことを特徴とする磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置。

Images