JP2014004169A - Magnetic field adjustment method, magnetic field generator, magnetic resonance imaging device and magnetic field adjuster - Google Patents
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Description
本発明は、磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonannce Imaging)装置と磁場発生装置に関し、これが発生させた磁場の磁場均一度を調整する磁場調整方法と磁場調整装置に関する。 The present invention relates to a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus and a magnetic field generation apparatus, and more particularly to a magnetic field adjustment method and a magnetic field adjustment apparatus for adjusting the magnetic field uniformity of a magnetic field generated by the magnetic resonance imaging (MRI) apparatus.
磁場発生装置は、MRI装置等に搭載されている。MRI装置に搭載される磁場発生装置には、鮮明な画像を得るために撮像領域(FOV:Field Of View)において高精度の磁場均一度(例えば数ppm以下)を達成することが要求される。MRI装置(磁場発生装置)の設計段階では、要求される磁場均一度の仕様を満足すべく、磁場発生装置に設けられる超電導コイルのコイル配置を最適化する。しかし、MRI装置(磁場発生装置)の製造段階で、加工と組立てにより超電導コイルに寸法誤差と設置誤差が不可避的に生じ、FOVにおける磁場均一度は要求される磁場均一度より劣化する。また、MRI装置(磁場発生装置)の製造段階及び使用段階で、MRI装置(磁場発生装置)の周囲に設置された磁性体がつくる不可避の磁場により、FOVにおける磁場均一度は要求される磁場均一度より劣化する。このため、MRI装置(磁場発生装置)では、補正用の磁性体片を適切な位置に適切な量設置することにより、FOVの磁場分布を調整して磁場均一度を向上させるシミングと呼ばれる作業を実施する。シミングについては、さまざまな方法が提案されている(例えば、特許文献1、2等参照)。特許文献1と2には、磁性体片を配置するべき位置及び量を算出する方法が提案されている。
The magnetic field generator is mounted on an MRI apparatus or the like. A magnetic field generator mounted in an MRI apparatus is required to achieve high-precision magnetic field uniformity (for example, several ppm or less) in an imaging region (FOV: Field Of View) in order to obtain a clear image. At the design stage of the MRI apparatus (magnetic field generator), the coil arrangement of the superconducting coils provided in the magnetic field generator is optimized in order to satisfy the required magnetic field uniformity specifications. However, in the manufacturing stage of the MRI apparatus (magnetic field generator), dimensional errors and installation errors are unavoidably caused in the superconducting coil by processing and assembly, and the magnetic field uniformity in the FOV is deteriorated from the required magnetic field uniformity. In addition, the magnetic field uniformity in the FOV is required due to the inevitable magnetic field created by the magnetic material installed around the MRI apparatus (magnetic field generator) in the manufacturing and use stages of the MRI apparatus (magnetic field generator). It deteriorates more than once. For this reason, in an MRI apparatus (magnetic field generator), an operation called shimming is performed in which the magnetic field piece for correction is installed in an appropriate position to adjust the magnetic field distribution of the FOV to improve the magnetic field uniformity. carry out. Various methods have been proposed for shimming (see, for example,
特許文献1と2のように、算出された配置するべき位置に、算出された量の磁性体片を配置しても、精度が低く要求される磁場均一度を達成しない場合があり、特許文献1と2の磁性体片を配置するべき位置及び量の算出と、その配置と、FOVにおける磁場均一度の測定とを、繰り返し実施する場合があった。磁場均一度の測定では、超電導コイルを励磁し、磁性体片の配置では、超電導コイルを消磁する。超電導コイルの消磁では、永久電流スイッチのヒータに通電するため、冷媒が大量に消費される。このため、コスト低減のためには、超電導コイルの励磁・消磁の回数を低減すべく、前記繰り返しの回数を減らすことが重要な課題となる。
As in
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、高精度に磁性体片を配置するべき位置及び量を決定できる磁場調整方法及び磁場調整装置を提供することにある。また、これら磁場調整方法及び磁場調整装置によって調整された磁場発生装置及びMRI装置を提供することにある。 That is, the problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic field adjustment method and a magnetic field adjustment apparatus that can determine the position and amount at which a magnetic piece should be arranged with high accuracy. Moreover, it is providing the magnetic field generator and MRI apparatus adjusted with these magnetic field adjustment methods and magnetic field adjustment apparatuses.
前記課題を解決するために、本発明は、
静磁場を発生させる超電導コイルと、
所定空間における前記静磁場の磁場均一度を調整するための磁性体片を複数の所定箇所に配置するシムトレイとを有する磁場発生装置に対して、
前記所定箇所毎にそこに配置したと仮定した前記磁性体片の磁化強度を求め、
前記所定箇所毎の前記磁化強度を用いて、前記所定箇所毎に配置する前記磁性体片の量を計算することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A superconducting coil that generates a static magnetic field;
For a magnetic field generator having a shim tray that arranges magnetic pieces for adjusting the magnetic field uniformity of the static magnetic field in a predetermined space at a plurality of predetermined locations,
Obtain the magnetization intensity of the magnetic piece that is assumed to have been arranged there for each predetermined location,
The amount of the magnetic piece disposed at each predetermined location is calculated using the magnetization intensity at each predetermined location.
本発明によれば、高精度に磁性体片を配置するべき位置及び量を決定できる磁場調整方法及び磁場調整装置を提供できる。また、これら磁場調整方法及び磁場調整装置によって調整された磁場発生装置及びMRI装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic field adjustment method and magnetic field adjustment apparatus which can determine the position and quantity which should arrange | position a magnetic body piece with high precision can be provided. Moreover, the magnetic field generator and MRI apparatus adjusted by these magnetic field adjustment methods and magnetic field adjustment apparatuses can be provided.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施形態)
図1Aに、本発明の第1の実施形態に係る磁場調整方法が実施されるMRI(磁気共鳴イメージング)装置1(磁場発生装置2)をX軸Y軸に平行な平面で切断した断面図を示し、図1Bに、そのMRI装置1(磁場発生装置2)をY軸Z軸を通る平面で切断した断面図を示す。MRI装置1は、被検体を内部の撮像領域(FOV、所定空間)3に導入可能な円筒形状の磁場発生装置2と、以下、図示は省略したが、導入された被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する照射コイルと、被検体から発せられる各々の磁気共鳴信号に位置情報を与えるための傾斜磁場発生装置と、被検体から発せられる磁気共鳴信号を受信するための受信コイルと、被検体を積載する寝台(図示省略)等で構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view of an MRI (magnetic resonance imaging) apparatus 1 (magnetic field generation apparatus 2) in which the magnetic field adjustment method according to the first embodiment of the present invention is implemented, cut along a plane parallel to the X axis and the Y axis. FIG. 1B shows a cross-sectional view of the MRI apparatus 1 (magnetic field generator 2) cut along a plane passing through the Y axis and the Z axis. The
磁場発生装置2は、被検体の生体組織を構成する原子のスピンを配向させるために、FOV3に均一磁場を生成する。磁場発生装置2は、水平方向に平行なz軸を中心軸とする円筒形状をしている。磁場発生装置2は、超電導コイルである複数のメインコイル2aと、超電導コイルである複数のシールドコイル2bと、メインコイル2aとシールドコイル2bを冷媒と共に収納し冷却する冷媒容器2dと、冷媒容器2dを真空環境下に収納し断熱する真空容器2cと、真空容器2cのFOV3側の表面(内周面)に設けられるシムトレイ6を有している。
The
複数のメインコイル2aは、Z軸を互いに共通する中心軸とするリング形状をしている。メインコイル2aは、Z方向に離散的に複数個(図1Bの例では6個)配置されている。複数のメインコイル2aは、FOV3に、磁場強度分布が均一で磁場方向も一定で均一な均一磁場となる静磁場を生成する。複数のメインコイル2aは、FOV3以外にも、静磁場を生成し、特に、Z軸に対して、メインコイル2aよりも遠くの位置に漏洩磁場を生成させ、シムトレイ6の配置位置にも静磁場を生成させる。複数のシールドコイル2bは、その漏洩磁場を打ち消す磁場を発生させその漏洩磁場の大きさを小さくすることができ、シムトレイ6の配置位置にも静磁場を生成させる。複数のシールドコイル2bは、Z軸を互いに共通する中心軸とするリング形状をしている。複数のシールドコイル2bは、Z方向に離散的に複数個(図1Bの例では2個)配置されている。複数のシールドコイル2bは、Z方向において複数個配列された内の両端に配置された一対のメインコイル2aの近傍に配置されている。メインコイル2aと、シールドコイル2bとは、お互いに逆方向に通電される。メインコイル2aと、シールドコイル2bとは、FOV3における磁場均一度を高め、前記漏洩磁場を低減するように、それらの断面中心の位置、辺長、及び起磁力(電流×ターン数)が最適化されている。そして、詳細は後記するが、これらの値は、記憶装置に記憶され、計算機が取得可能になっている。
The plurality of
シムトレイ6は、真空容器2cのFOV3側の表面(内周面)に、複数個設けられている。複数のシムトレイ6は、その長手方向が、Z方向に平行になるように配置されている。シムトレイ6は、真空容器2cのFOV3側の内周面上に、Z軸回りの周方向に、離散的に、そして、等間隔に配置されている。作業者は、シムトレイ6を用いて、シミング作業を行うことにより、MRI装置1が設置されている場所の環境磁場と、超電導コイルのメインコイル2aとシールドコイル2bの設置誤差による誤差磁場を、FOV3において打ち消し、FOV3における磁場均一度を所定の値(例えば数ppm)以下にする。
A plurality of
図2Aに、シムトレイ6の平面図を示し、図2Bに、シムトレイ6の側面図を示し、図2Cに、図2Bの一部の拡大図であるシムトレイ6のシムポケット6a周辺部分の断面図を示す。シムトレイ6は、細長い棒状をしている。シムトレイ6には、複数のシムポケット6aが、その棒状の長手方向(Z方向)に、離散的に等間隔で一列に配置されている。また、シムトレイ6のその棒状の幅方向は、真空容器2c(図1A等参照)の内周面の円筒形の周方向に一致している。複数のシムポケット6aには、収納容器7が嵌合している。シムトレイ6は、真空容器2c(図1A等参照)に固定可能になっている。これにより、磁場発生装置2(MRI装置1)における、シムトレイ6それぞれの位置は特定でき、シムポケット6a(収納容器7)それぞれの位置(所定箇所)も特定できるようになっている。そして、詳細は後記するが、これらの位置(所定箇所)は、記憶装置に記憶され、計算機が取得可能になっている。なお、シムトレイ6と収納容器7には、非磁性体、例えば、樹脂材やアルミニウム材や銅材を用いることができる。
2A shows a plan view of the
図2Cに示すように、収納容器7の内部には、複数枚のシム鉄片(磁性体片)5と、複数枚のスペーサ5aとが、積層された状態で収納されている。磁性体片5には、薄板状の磁性体、例えば、鉄板、好ましくは珪素鋼板を用いることができる。スペーサ5aには、薄板状の非磁性体、例えば、樹脂やセラミックを用いることができる。スペーサ5aは、収納容器7内に隙間が生じないようにして、磁性体片5が収納容器7内で移動しないように設けられている。これにより、磁場発生装置2(MRI装置1)における磁性体片5それぞれの位置(所定箇所)が、シムポケット6aそれぞれの位置(所定箇所)として、特定できるようになっている。収納容器7内に収める磁性体片5の量(シム鉄量)を調整することにより、FOV3(図1A参照)における静磁場の磁場強度分布を変更し、磁場均一度を調整することができる。具体的には、収納容器7内に収める磁性体片5の枚数や、個々の磁性体片5の厚さを調整(変更)することにより、FOV3(図1A参照)における静磁場の磁場強度分布を変更できる。
As shown in FIG. 2C, a plurality of shim iron pieces (magnetic body pieces) 5 and a plurality of
図3に、シムトレイ6上のZ方向位置における静磁場の磁場強度(磁場強度分布)を示す。図3中の実線が、シムトレイ6上の軸(Z)方向位置における静磁場の磁場強度(磁場強度分布)を示している。図1Aに示すように、シムトレイ6は、FOV3から離れているので、図3中の実線に示すように、シムトレイ6上の軸(Z)方向の静磁場の磁場強度分布は、均一になっていない。図3中の実線の磁場強度分布は、複数のメインコイル2aの軸(Z)方向の位置関係に依存している。すなわち、複数のメインコイル2aは、軸(Z)方向に離散的に配置されており、メインコイル2aが存在する軸(Z)方向位置では、磁場強度が相対的に高く、隣り合うメインコイル2aの間の(メインコイル2aが存在していない)軸(Z)方向位置では、磁場強度が相対的に低くなっている。
FIG. 3 shows the magnetic field strength (magnetic field strength distribution) of the static magnetic field at the Z-direction position on the
シムトレイ6上の軸(Z)方向には、複数の磁性体片5(シムポケット6a)が、離散的に配置されている。複数の磁性体片5(シムポケット6a)のそれぞれが配置されるZ方向位置(所定箇所)における磁場強度を、図3中の●印で示す。磁性体片5(シムポケット6a)のそれぞれが配置されるZ方向位置(所定箇所)で、磁場強度が異なっていることが分かる。本第1の実施形態では、詳細は後記(図6のステップS11において記載)するが、メインコイル2a等の離散的な配置に基づいて、メインコイル2a等の作る静磁場の、磁性体片5(シムポケット6a)のそれぞれが配置されるZ方向位置(所定箇所)における、磁場強度(図3中の●印)を計算する。
In the axial (Z) direction on the
図4に、磁性体片5に使用する磁性体の磁化特性を示す。磁化特性として、磁性体片5(磁性体)が置かれた磁場の磁化力と、磁性体片5(磁性体)中の磁化強度の関係を示している。図4の例では、磁化力の低い領域(相対目盛(a.u.)で略2.E+01(2.0×10+01)以下の領域)では、磁化力の増加に伴い磁化強度は急激に増加している。磁化力の高い領域(相対目盛(a.u.)で略2.E+01(2.0×10+01)を超える領域)では、磁化力の増加に伴い磁化強度は増加し、飽和磁化(相対目盛(a.u.)で略2.3)に漸近している。磁性体片5のような小片(薄板)の場合には、磁性体片5中の消磁力を無視して外部磁場(メインコイル2a等により形成される静磁場)の磁場強度Bから、B=μH(μ:透磁率)の関係式を用いて、磁化力Hを求めることができる。これにより、求めた磁化力Hから、図4の磁化曲線(磁化強度と磁化力の関係)のデータベース(定式化した関数)を用いて、磁性体片5の磁化強度を取得することができる。そして、B=μH(μ:透磁率)の関係式と、図4の磁化曲線(磁化強度と磁化力の関係)のデータベース(定式化した関数)を合わせて、磁化強度と磁場強度の関係のデータベース(定式化した関数)を作成することができる。これによれば、磁性体片5における外部磁場(メインコイル2a等により形成される静磁場)の磁場強度Bから、磁化強度と磁場強度Bの関係のデータベース(定式化した関数)を用いて、磁性体片5の磁化強度を取得することができる。本第1の実施形態では、詳細は後記(図6のステップS12とS13において記載)するが、図3中の●印で示される複数の磁性体片5(シムポケット6a)のそれぞれが配置されるZ方向位置(所定箇所)における磁場強度Bから、予め作成しておいた磁化強度と磁場強度Bの関係のデータベース(定式化した関数)を用いて、それぞれのZ方向位置(所定箇所、シムポケット6a)における磁性体片5の磁化強度(磁化分布)を取得する。磁性体片5を設置した後の磁場分布を図3中に一点鎖線で示す。磁性体片5を設置することにより、離散化されたコイル2aの影響は軽減されてFOV3上で均一磁場を生成するために適した磁場分布となる。
FIG. 4 shows the magnetization characteristics of the magnetic material used for the
図5に、本発明の第1の実施形態に係る磁場調整方法(シミング方法)を実施する磁場調整装置10のブロック図を示す。磁場調整装置10は、磁場測定装置11と、コンピュータ(計算機)12を有している。磁場測定装置10では、例えば、FOV3の球状の空間の半円分の円弧に沿うように、複数の磁場測定用のプローブ11aが配置されている。複数の磁場測定用のプローブ11aは、FOV3の外周に沿って配置され、それぞれの配置位置において、磁場強度を測定する。そして、図1Bに示すZ軸周りに微小な角度回転させては、測定を繰り返し、FOV3の外周全域の測定を実施する。測定結果(データ)は、FOV3の磁場分布データとして、計算機12の演算装置12aへ送信される。
FIG. 5 is a block diagram of the magnetic
計算機12は、演算装置12aと、記憶装置12bと、モニタ(出力装置)13と、プリンタ(出力装置)14を有している。演算装置12aは、FOV3の磁場分布データにと、予め測定又は計算により取得し記憶装置12bに記憶しておいたシムトレイ6上の磁場分布(データ)とに基づき、シムトレイ6上の磁性体分布(データ)を計算する。この磁性体分布(データ)は、ディスプレイ13又はプリンタ14によって表示される。磁性体分布(データ)には、シムポケット(所定箇所)6a毎に、そこに追加すべきシム鉄片(磁性体片)5の物量が求められている。作業者は、磁性体分布(データ)に基づいて、指示された位置(シムポケット6a)に指示された物量のシム鉄片(磁性体片)5を配置する。シムトレイ6上の磁性体分布(データ)の計算に、FOV3の磁場分布データだけでなく、シムトレイ6上の磁場分布(データ)も利用しているので、シムトレイ6に配置するべきシム鉄片(磁性体片)5の物量の計算精度を向上させることができる。シムトレイ6上の磁場分布はコイル配置を変えない限り一度測定又は計算で求めれば、同じコイル配置の他の磁場発生装置2(MRI装置1)にも適用可能である。記憶装置12bとしては、計算機12に内蔵された固定ディスク装置の他に、CD−ROM、DVD、USBメモリ等の外付けの記憶媒体を利用することが可能である。記憶装置12bは、MRI装置1が有する記憶装置が兼ねてもよい。
The
図6に、本発明の第1の実施形態に係る磁場調整方法(シミング方法)のフローチャートを示す。 FIG. 6 shows a flowchart of the magnetic field adjustment method (shimming method) according to the first embodiment of the present invention.
まず、ステップS1で、MRI装置1(磁場発生装置2)は、メインコイル2aとシールドコイル2bを励磁させ、FOV3に静磁場を発生させる。磁場測定装置11は、FOV3上における磁場(強度)分布(第3磁場強度分布)B1を測定する。
First, in step S1, the MRI apparatus 1 (magnetic field generator 2) excites the
ステップS2で、計算機12(演算装置12a)は、FOV3における磁場分布B1の測定結果に基づいて、FOV3における磁場(強度)分布B1の磁場均一度を計算する(例えばpeak to peakで求める場合は、(最高磁場-最低磁場)/平均磁場を計算する)。この計算機12は、MRI装置1(磁場発生装置2)に付属する計算機であっても、無くてもよい。シミング作業の作業者又は計算機12は、計算結果の磁場均一度が、所定の仕様値(高精度な磁場均一度;例えば数ppm以下)を達成しているか否か判定する。達成している場合は(ステップS2、Yes)、この磁場調整方法のフロー(チャート)をストップし、シミング作業を終了させる。達成していない場合は(ステップS2、No)、ステップS3とS11へ並行して進む。
In step S2, the computer 12 (
ステップS3で、計算機12は、FOV3における磁場分布B1の測定結果に基づいて、特異値分解、あるいは球面調和展開を用いて磁場の不均一性を打消すようなシムトレイ6上の磁気モーメント分布を求める。具体的には、計算機12は、FOV3における磁場均一度を調整する際に目標とする目標磁場(強度)分布B0と、ステップS1で測定した磁場分布B1との、差分目標磁場(強度)分布ΔB1を計算する(ΔB1=B1−B0)。計算機12は、FOV3に差分目標磁場分布ΔB1を作るような、複数の磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)における磁気モーメントΔM1をそれぞれ計算する。この磁気モーメントΔM1の計算には、先行技術文献として示した特許文献1と2に記載された特異値分解法あるいは球面調和関数による展開法を用いることができる。
In step S3, the
ステップS11で、計算機12は、超電導コイルのメインコイル2aとシールドコイル2bの起磁力配置(コイル配置)を、記憶装置からの読み出しや作業者等からの入力により取得する。取得する起磁力配置としては、メインコイル2aとシールドコイル2bのターン数と、それぞれのターンに流す電流と、それぞれのターンの断面の断面中心位置と辺長等を挙げることができる。そして、起磁力は、メインコイル2aとシールドコイル2bのコイルに流れる電流とそれらのコイルのターン数の積によって求めることができる。そして、計算機12は、取得した起磁力配置(コイル配置)に基づいて、超電導コイルのメインコイル2aとシールドコイル2bが、シムトレイ6上に作る磁場(強度)分布(複数の磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)毎の磁場強度)を計算する。
In step S11, the
なお、本第1の実施形態の磁場調整方法(シミング方法)では、この方法を開始するに先立って、計算機12は、ステップS12を実施し、磁性体片5の磁化強度とその磁性体片5が置かれる磁場の磁場強度の関係のデータベース(定式化した関数)D1を作成し、記憶装置12bに記憶しておく。具体的に、計算機12は、ステップS12で、磁場強度Bと磁化力Hの関係式(B=μH(μ:透磁率))と、図4の磁化曲線(磁化強度と磁化力Hの関係)を用いて、磁場強度Bに対して磁化強度を決定できる磁化特性のデータベースD1を作成し、記憶装置12bに記憶する。
In the magnetic field adjustment method (shimming method) according to the first embodiment, prior to starting this method, the
ステップS13で、計算機12は、データベースD1を用いて、ステップS11で計算したシムトレイ6上に作る磁場(強度)分布(複数のシムポケット6aの配置場所(所定箇所)毎の磁場強度)から、複数のシムポケット6aの配置場所(所定箇所)毎の磁性体片5の磁化強度(磁化分布)を取得(計算)する。
In step S13, the
ステップS4で、計算機12は、ステップS3で計算した複数の磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)における磁気モーメントΔM1と、ステップS13で取得した磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)毎の磁性体片5の磁化強度(磁化分布)とを用いて、磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)毎の磁性体片(磁性体)5の体積(量)を計算する。具体的には、ステップS3の磁気モーメントΔM1を、ステップS13の磁化強度で除すことにより、磁性体片(磁性体)5の体積を計算する。
In step S4, the
ステップS5で、シミング作業の作業者は、ステップS4で計算されディスプレイ13又はプリンタ14(出力装置)に表示された磁性体片5(シムポケット6a)の配置場所(所定箇所)毎の磁性体片5の体積(量)に基づいて、磁性体片5の量の調整を行う。具体的には、MRI装置1(磁場発生装置2)は、メインコイル2aとシールドコイル2bを消磁し、静磁場を消してから、収納容器7(シムポケット6a)内の磁性体片5とスペーサ5aを抜き挿し調整して、ステップS4で計算した磁性体片5の体積(量)を実現させる。その収納容器7を対応するシムトレイ6の対応するシムポケット6aに配置し、そのシムトレイ6を真空容器2cの対応する位置に配置する。そして、ステップS1に戻る。
In step S5, the shimming work operator calculates the magnetic piece for each location (predetermined location) of the magnetic piece 5 (
本第1の実施形態では、各シムポケット6aにおける磁性体片5の体積(量)を算出する際に(ステップS4)、各シムポケット6aにおける磁性体片5の磁化強度を用いて、ステップS3で計算した磁気モーメントを実現できる体積(量)を計算しているので、その体積を精度良く求めることができる。計算した磁性体片5の体積に相当する枚数をシムポケット6aに配置した後に、再度ステップS1でFOV3上の磁場分布を測定し、ステップS2でその磁場均一度を仕様値と比較する。磁場均一度が仕様値以下の値となるまで前記の一連のステップS1〜S5を繰り返す。なお、ステップS11とS13は、初回に計算した磁化分布を、その繰り返しの2回目以降に用いることができる。このため、第3の実施形態の図8に示すように、この磁化分布をデータベースD2として記憶し、その繰り返しの2回目以降に用いてもよい。そして、本第1の実施形態によれば、その繰り返しの1回毎に求めた体積の精度が向上するので、その繰り返しの回数を低減することが可能となり、シミングに関わる作業コストを低減することができる。また、シミングに要する時間を短縮できることからMRI装置1(磁場発生装置2)の稼働率を上げることができる。
In the first embodiment, when the volume (amount) of the
また、高磁場のMRI装置1(磁場発生装置2)では、磁性体片5にかかる電磁力が強いため、励磁したままでシムトレイ6や磁性体片5を抜き挿しすることが困難となる。そのため、前記繰り返しの1回毎に超電導コイルであるメインコイル2a等を消磁する必要がある。メインコイル2a等の励消磁の際には冷媒である液体ヘリウムの消費量が増大するため、本第1の実施形態では、前記繰り返しの回数を低減できるので、励消磁の回数が減らせ、冷媒の消費量を減らせる。その冷媒のコストを低減することができる。
In addition, in the high magnetic field MRI apparatus 1 (magnetic field generator 2), since the electromagnetic force applied to the
(第2の実施形態)
図7に、本発明の第2の実施形態に係る磁場調整方法が実施されるMRI装置1(磁場発生装置2)をX軸Y軸に平行な平面で切断した断面図を示す。このMRI装置1(磁場発生装置2)は、液体ヘリウムの消費量を抑えるために冷凍機が設置されている。冷凍機のモータ部分には、メインコイル2a等がつくる強力な磁場からモータを守るために磁気シールド8が設置されている。磁気シールド8は、メインコイル2a等のつくる磁場により磁化されるため、磁気シールド8の周囲では、メインコイル2a等のつくる磁場に、磁気シールド8のつくる不整磁場が、重畳される。この磁気シールド8に限らず、MRI装置1(磁場発生装置2)の周囲に配置される磁性体は、前記不整磁場を発生させる。これらの不整磁場は、シムトレイ6(シムポケット6a)の配置位置にも分布し、磁性体片5の磁化強度を変動させる。そこで、本第2の実施形態では、メインコイル2a等のつくる磁場に、この不整磁場を加味して、磁性体片5の磁化強度を、第1の実施形態より高精度に算出する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of an MRI apparatus 1 (magnetic field generator 2) in which the magnetic field adjustment method according to the second embodiment of the present invention is performed, cut along a plane parallel to the X axis and the Y axis. The MRI apparatus 1 (magnetic field generator 2) is provided with a refrigerator in order to suppress the consumption of liquid helium. In the motor part of the refrigerator, a
具体的には、図6に示す前記ステップS11において、計算機12は、メインコイル2a等の起磁力配置(コイル配置)に基づいて、メインコイル2a等が、シムトレイ6上に作る磁場(強度)分布を計算するだけでなく、磁気シールド8等の磁場発生装置2の周囲に設置される磁性体が、シムトレイ6上に作る不整磁場の磁場(強度)分布(追加磁場強度)を計算する。そして、この不整磁場の磁場(強度)分布(追加磁場強度)を、メインコイル2a等がシムトレイ6上に作る磁場(強度)分布に加算する。この加算された磁場(強度)分布を、ステップS13で、メインコイル2a等がシムトレイ6上に作る磁場(強度)分布の替わりに用いる。このように、不整磁場を考慮に入れて、非線形の磁場解析コードでシムポケット6aの磁場分布を計算することにより、シムポケット6aにおける磁化分布の計算精度を向上でき、シミングの精度をさらに向上できる。なお、磁気シールド8等の磁場発生装置2の周囲に設置される磁性体でも、磁性体片5の磁性体と同様に、図3で説明した磁性体(磁気シールド8)の配置位置における磁場強度と、図4で説明したその磁場強度に基づいた磁性体(磁気シールド8)の磁化強度を考慮して、磁性体(磁気シールド8)で発生している磁気モーメントを算出し、磁性体(磁気シールド8)がシムトレイ6上に作る不整磁場の磁場(強度)分布(追加磁場強度)を計算することが好ましい。これによれば、さらに、シミングの精度を向上させることができる。
Specifically, in step S11 shown in FIG. 6, the
(第3の実施形態)
図8に、本発明の第3の実施形態に係る磁場調整方法(シミング方法)のフローチャートを示す。第3の実施形態が、第1の実施形態と異なっている点は、シムポケット6aの配置場所(所定箇所)毎の磁性体片5の磁化強度(磁化分布)のデータベースD2が、作成され、用いられている点である。また、このデータベースD2として記憶される磁化分布の導出方法も、第3の実施形態と第1の実施形態では異なっている。磁化分布の導出方法は、第3の実施形態では、ステップS21〜S25で実施され、第1の実施形態では、図6のステップS11〜S13で実施されている。なお、これらはどちらも、ステップS1〜S5に先立って実施しておくことができる。第3の実施形態と第1の実施形態で導出された磁化分布は、どちらも、ステップS4で用いられる。このステップS4を含めステップS1〜S5は、第3の実施形態も第1の実施形態と同じになっている。そこで、後記では、ステップS1〜S5の説明は省略し、ステップS21〜S25について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a flowchart of a magnetic field adjustment method (shimming method) according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that a database D2 of magnetization intensity (magnetization distribution) of the
ステップS21〜S25では、前記磁化分布を、間接的に測定している。磁化が直接測定することは困難であるため、間接的に磁化を測定している。
まず、ステップS21で、シミング作業の作業者は、全てのシムポケット6aから磁性体片5を取り除く。MRI装置1(磁場発生装置2)は、メインコイル2aとシールドコイル2bを励磁させ、FOV3に静磁場を発生させる。磁場測定装置11は、全てのシムポケット6aから磁性体片5を除いた状態で、FOV3上における磁場(強度)分布(第1磁場強度分布)B11を測定する。
In steps S21 to S25, the magnetization distribution is indirectly measured. Since it is difficult to directly measure the magnetization, the magnetization is indirectly measured.
First, in step S21, the operator of the shimming work removes the
ステップS22で、シミング作業の作業者は、全体のシムポケット6aの中の磁化を測定したい1つのシムポケット6aに、体積を取得可能な(既知を含む)磁性体片5を入れる。MRI装置1(磁場発生装置2)は、メインコイル2aとシールドコイル2bを励磁させ、FOV3に静磁場を発生させる。磁場測定装置11は、1つのシムポケット6aに磁性体片5を入れた状態で、FOV3上における磁場(強度)分布(第2磁場強度分布)B12を測定する。この測定は、磁性体片5を入れるシムポケット6aを替えて、繰り返し測定される。シムポケット6a毎に、そこにだけ磁性体片5を入れた際の磁場(強度)分布(第2磁場強度分布)B12が、測定される。
In step S22, the operator of the shimming work puts the
ステップS23で、計算機12は、シムポケット6a毎に、前記第1磁場強度分布B11と前記第2磁場強度分布B12の差である差分磁場強度分布ΔB11を計算する(ΔB11=B12−B11)。そして、計算機12は、シムポケット6a毎に、FOV3に差分磁場強度分布ΔB11を作るような、そのシムポケット6aにおける磁気モーメントΔM11を計算する。この磁気モーメントΔM11の計算には、ステップS3の磁気モーメントΔM11と同様に、先行技術文献として示した特許文献1と2に記載された特異値分解法あるいは球面調和関数による展開法を用いることができる。
In step S23, the
ステップS24で、計算機12は、シムポケット6a毎に、ステップS23で計算した磁気モーメントΔM11を、そのシムポケット6aに入れた前記磁性体片5の体積で除して、磁化(強度)を計算する。これにより、複数のシムポケット6a全体の磁化分布が取得できる。
In step S24, the
ステップS25で、計算機12は、ステップS24で求めた磁化分布を記憶装置12bに記憶させ、シムポケット6a毎に、対応する磁化強度を読み出し可能なデータベースD2を作成する。このデータベースD2は、ステップS4で用いられる磁化分布を提供する。なお、このデータベースD2は、メインコイル2a等が同じ起磁力配置のMRI装置1(磁場発生装置2)の磁場調整方法(シミング方法)に用いることができる。すなわち、ある型のMRI装置1(磁場発生装置2)で、一度、データベースD2を取得すれば、同じ型のMRI装置1(磁場発生装置2)には、このデータベースD2を用いることができる。第3の実施形態によれば、図4に示すような磁化特性が得られていない場合でも、磁化分布が求められ、シミングを高精度化できる。
In step S25, the
1 MRI(磁気共鳴イメージング)装置
2 磁場発生装置
2a 超電導コイル(メインコイル)
2b 超電導コイル(シールドコイル)
2c 真空容器
2d 冷媒容器
3 撮像領域(FOV: Field Of View、所定空間)
5 シム鉄片(磁性体片)
5a スペーサ
6 シムトレイ
6a シムポケット(所定箇所)
7 収納容器
8 冷凍機モータを保護するための磁気シールド(磁場発生装置の周囲に設置される磁性体)
10 磁場調整装置
11 FOVの磁場測定装置
11a 磁場測定用のプローブ
12 コンピュータ(計算機)
12a 演算装置
12b 記憶装置
13 ディスプレイ(出力装置)
14 プリンタ(出力装置)
DESCRIPTION OF
2b Superconducting coil (shielded coil)
5 Shim iron pieces (magnetic piece)
7
DESCRIPTION OF
12a
14 Printer (output device)
Claims (8)
所定空間における前記静磁場の磁場均一度を調整するための磁性体片を複数の所定箇所に配置するシムトレイとを有する磁場発生装置の磁場調整方法において、
前記所定箇所毎にそこに配置したと仮定した前記磁性体片の磁化強度を求め、
前記所定箇所毎の前記磁化強度を用いて、前記所定箇所毎に配置する前記磁性体片の量を計算することを特徴とする磁場調整方法。 A superconducting coil that generates a static magnetic field;
In a magnetic field adjustment method of a magnetic field generator having a shim tray in which magnetic pieces for adjusting the magnetic field uniformity of the static magnetic field in a predetermined space are arranged at a plurality of predetermined locations,
Obtain the magnetization intensity of the magnetic piece that is assumed to have been arranged there for each predetermined location,
A magnetic field adjustment method, comprising: calculating the amount of the magnetic piece disposed at each predetermined location using the magnetization intensity at each predetermined location.
前記所定箇所毎に前記静磁場の磁場強度を計算し、
磁化力又は前記磁場強度に対して前記磁化強度を決定できる磁化特性のデータベースを用い、前記磁場強度に基づいて、前記所定箇所毎の前記磁化強度を取得することを特徴とする請求項1に記載の磁場調整方法。 When determining the magnetization intensity,
Calculate the magnetic field strength of the static magnetic field for each predetermined location,
2. The magnetization intensity at each predetermined location is acquired based on the magnetic field intensity using a magnetization characteristic database capable of determining the magnetization intensity with respect to the magnetization force or the magnetic field intensity. Magnetic field adjustment method.
前記所定箇所毎に、前記追加磁場強度を、前記静磁場の磁場強度に加算することを特徴とする請求項2に記載の磁場調整方法。 Calculate the additional magnetic field strength at each predetermined location of the magnetic field created by the magnetic body installed around the magnetic field generator,
The magnetic field adjustment method according to claim 2, wherein the additional magnetic field strength is added to the magnetic field strength of the static magnetic field at each predetermined location.
全ての前記所定箇所から前記磁性体片を除いた状態で、前記所定空間における前記静磁場の第1磁場強度分布を測定し、
前記所定箇所毎に、前記磁性体片を入れた状態で、前記所定空間における前記静磁場の第2磁場強度分布を測定し、
前記所定箇所毎に前記第1磁場強度分布と前記第2磁場強度分布の差である差分磁場強度分布を計算し、
前記所定箇所毎にそこで前記差分磁場強度分布を発生させるような磁気モーメントを計算し、
前記所定箇所毎にそこに入れた前記磁性体片の体積で前記磁気モーメントを除することを特徴とする請求項1に記載の磁場調整方法。 When determining the magnetization intensity,
Measure the first magnetic field strength distribution of the static magnetic field in the predetermined space with the magnetic piece removed from all the predetermined locations,
Measuring the second magnetic field strength distribution of the static magnetic field in the predetermined space with the magnetic piece inserted in each predetermined place,
Calculating a differential magnetic field strength distribution that is a difference between the first magnetic field strength distribution and the second magnetic field strength distribution for each of the predetermined locations;
Calculate the magnetic moment to generate the differential magnetic field strength distribution there for each predetermined location,
2. The magnetic field adjustment method according to claim 1, wherein the magnetic moment is divided by a volume of the magnetic piece placed in each predetermined location.
前記所定空間における前記静磁場の第3磁場強度分布を測定し、
前記第3磁場強度分布と調整目標とする目標磁場強度分布の差である差分目標磁場強度分布を計算し、
前記差分目標磁場強度分布を発生させ、前記所定箇所に位置する磁気モーメントを計算し、
前記所定箇所毎に、その前記磁気モーメントをその前記磁化強度で除することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の磁場調整方法。 When calculating the amount of the magnetic piece,
Measuring a third magnetic field strength distribution of the static magnetic field in the predetermined space;
Calculating a difference target magnetic field strength distribution which is a difference between the third magnetic field strength distribution and the target magnetic field strength distribution to be adjusted;
Generating the differential target magnetic field strength distribution, calculating a magnetic moment located at the predetermined location;
The magnetic field adjustment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic moment is divided by the magnetization intensity at each predetermined location.
前記所定空間を撮像領域とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 A magnetic field generator according to claim 6,
A magnetic resonance imaging apparatus, wherein the predetermined space is an imaging region.
コンピュータは、
前記所定箇所毎にそこに配置したと仮定した前記磁性体片の磁化強度を求め、
前記所定箇所毎の前記磁化強度を用いて、前記所定箇所毎に配置する前記磁性体片の量を計算することを特徴とする磁場調整装置。 In a magnetic field adjustment device of a magnetic field generation device comprising a superconducting coil that generates a static magnetic field and shim trays that arrange magnetic pieces for adjusting the magnetic field uniformity of the static magnetic field in a predetermined space at a plurality of predetermined locations.
Computer
Obtain the magnetization intensity of the magnetic piece that is assumed to have been arranged there for each predetermined location,
A magnetic field adjustment device that calculates the amount of the magnetic piece to be arranged at each predetermined location by using the magnetization intensity at each predetermined location.
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2012
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