JP2016152898A - 磁場均一度調整方法、磁場均一度調整プログラムおよび磁場均一度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シムトレイの各位置に配置可能な磁性体片の量に制限があっても、高い磁場均一度を達成する。
【解決手段】静磁場発生装置の生成する静磁場の分布を計測して、静磁場の分布と目標磁場との誤差磁場を算出する。シムトレイの複数の位置のうち１以上に磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する。シムトレイの各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、到達可能な磁場均一度が所定値以下である目標磁場を選択する。選択した目標磁場を含む離散化誤差演算用磁場範囲を設定し、磁性体片の量としてとり得る値が所定の離散的な値である場合に、到達可能な磁場均一度を目標磁場を変化させながら再度算出し、到達可能な磁場均一度が最小である目標磁場を再選択するステップ８１。その目標磁場に対応する磁性体片の配置とその量を前記シムトレイに配置すべき磁性体片であるとする。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと称する）の静磁場発生装置の磁場均一度を調整する方法に関する。

ＭＲＩ装置は、均一な静磁場中の撮像空間に配置された被検体中の核スピンの磁気共鳴（以下、ＮＭＲ信号と称する）信号を計測し、被検体中の核スピン密度分布、緩和時間分布等を断層画像として画像表示する。ＭＲＩ装置は、静磁場を発生する静磁場発生装置と、ＮＭＲ信号に位置情報を与えるための傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生装置とを備えている。

静磁場発生装置の発生する静磁場の均一性に乱れが生じると、これに重畳される傾斜磁場の直線性が劣化するため、ＮＭＲ信号に付与される位置情報にズレが生じ、画像の歪みや欠損等の原因となる。画像の歪みや欠損等は、画像の正確さ、鮮明さを損ない、診断上の大きな障害となるため、撮像空間の静磁場には、極めて高度な均一性が要求される。一方、ＮＭＲ信号の強度は、静磁場強度に概ね比例するため、高画質なＭＲＩ画像を得るには、発生する静磁場強度の大きな静磁場発生装置が望まれる。このように、ＭＲＩ装置の発生する静磁場には、高度な均一性と大きな磁場強度（高磁場）が要求され、静磁場発生装置は、ＭＲＩ装置の極めて重要な構成要素の一つとなっている。

超電導磁石を用いた静磁場発生装置は、高度な均一性と大きな強度を有する静磁場を、長時間安定して撮像空間に形成できることが知られている。また、円筒形状の超電導磁石は、高磁場を高効率で発生できる形状として知られている。円筒型の超電導磁石は、低温槽あるいは、液体ヘリウムまたはその他の低温寒剤を封入した低温容器の内部に、複数の超電導コイルを配置した構造である。低温槽あるいは低温容器は、真空槽の内部に配置され、真空槽の内側には外部からの熱侵入を断熱するための輻射シールドが配置されている。さらに、真空槽には冷凍機が取り付けられ、冷凍機の冷却部は、低温槽あるいは低温容器、および輻射シールドに接続され、低温を維持している。

超電導磁石を静磁場発生装置とするＭＲＩ装置において、視野（ＦＯＶ）として知られる撮像空間の体積および形状は、必要とする撮像対象によって異なるが、磁場均一性のピーク・トゥ・ピーク値により規定され、その空間は概ね球形である。近年、中心磁場強度が１．５テスラを有するＭＲＩ装置においては、直径４５〜５０ｃｍ前後のＦＯＶで、静磁場の均一性のピーク・トゥ・ピーク値が数１０ｐｐｍ（約２０〜４０ｐｐｍ）であるものが一般的である。

超電導磁石の静磁場の均一性は、主に超電導コイルの配置によって決まるため、所望の空間に必要な均一磁場を発生するように配置が設計されている。しかし、実際には、超電導磁石の製作寸法誤差により、設計通りの磁場均一性を実現することは困難であり、超電導磁石単体での静磁場の均一性は、直径４５〜５０ｃｍ前後のＦＯＶで、数１００ｐｐｍ程度となる。そのため、超電導磁石の静磁場の不均一性を補正するために、一般には、パッシブシムと称される、微小な磁性体片を撮像空間の周りに配置して静磁場を微細に調整する方法が用いられる。

特許文献１には、静磁場発生装置に磁場調整のために配置すべき磁性体片の量と位置を計算により求める方法が提案されている。特許文献１の調整方法は、撮像空間における磁場の空間分布を計測し、所望の均一磁場に対する誤差磁場を補正するための磁性体片の量と配置を、特異値分解により得た固有分布関数を用いて算出する。

特許第４９０２７８７号公報

ＭＲＩ装置の静磁場発生装置は、被検体が挿入される大きな撮像空間を確保しつつ、シム鉄片による静磁場の補正を実現する必要があるため、シム鉄片を複数枚配置可能な凹部が複数配列して設けられたシムトレイを静磁場発生装置の撮像空間側に備えている。シムトレイの凹部の大きさ（深さ）には、撮像空間の大きさを確保するために制限があり、一つの凹部に配置可能な磁性体片の量には上限がある。上限値以下の磁性体片で、所望の均一度以上の静磁場を実現する必要がある。

また、配置されるシム鉄片は、誤差磁場を補正する磁場成分の他、均一な静磁場成分（B0成分）を生成する。このときのB0成分の生成量は、概ねシム鉄の総量に比例する傾向にある。一方で、シム鉄片の磁化は、室温や静磁場空間に隣接して配置される傾斜磁場コイルの発生する熱による温度の影響を受け、結果として静磁場変動の要因となる。特に、B0成分の温度依存性は最も感度が高いために、前述の凹部ごとの配置量とは別に、シム鉄片の総量についても、ある一定の制限を設定する必要がある。

また、シムトレイの凹部に実際に配置される磁性体片は、予め定めた大きさであり、これを何個（何枚）配置するかによって、凹部内に配置する磁性体片の量が設定される。したがって、シムトレイの凹部の磁性体片の量は、計算上は連続的な任意の値で算出されるが、実際には、離散的な値しかとり得ず、実現される磁場均一度は計算上の磁場均一度に対して誤差が生じる。

特許文献１には、目標磁場を変更すると、誤差磁場に含まれる各固有分布の強度と、残差として残る磁場強度（到達均一度）も変化するので、固有分布選択には目標磁場も考慮する必要があることが開示されている（段落００５１、００６９）。しかしながら、特許文献１の技術は、配置可能な磁性体片の量に上限がある場合については考慮していないため、磁性体片の量の上限と、目標磁場や到達均一度との関係については開示されていない。また、実際に配置される磁性体片の量が、離散的な値しかとり得ず、それに伴って磁場均一度の誤差が生じることについて特許文献１では考慮されていない。

本発明の目的は、シムトレイの各位置に配置可能な磁性体片の量に制限があっても、高い磁場均一度を達成することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度調整方法が提供される。すなわち、静磁場発生装置の生成する静磁場の分布を計測して、静磁場の分布と目標磁場との誤差磁場を算出し、シムトレイの複数の位置のうち１以上に磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出し、シムトレイの各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、到達可能な磁場均一度が所定値以下である目標磁場を選択し、その目標磁場に対応する磁性体片の配置とその量をシムトレイに配置すべき磁性体片であるとする。

本発明により、シムトレイに配置可能な磁性体片の量に上限値があっても、高い磁場均一度に効率よく調整することができる。

（ａ）静磁場発生装置の一例の斜視図（シムトレイ７１を一部引き出した状態）、（ｂ）シムトレイ７１の斜視図。 計測した磁場強度の分布の一例を示すグラフ。 （ａ）目標磁場強度と、到達可能な磁場均一度および必要な磁性体シムの総量との関係を示すグラフ、（ｂ）シムトレイの凹部の容量に上限がある場合の、目標磁場強度と、到達可能な磁場均一度および磁性体シムの総量との関係を示すグラフ。 第１の実施形態の磁場均一度調整装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態の磁場均一度調整プログラムの動作を示すフローチャート。 磁場の計測部７４の構成を示す説明図。 第１の実施形態において、操作者から条件の設定を受け付ける画面を示す説明図。 図５のステップ１７の詳細を示すフローチャート。 固有モードごとに生じる磁場強度Ｂ_ｅｉの値を示すグラフ。 図５のステップ２０で表示するシムトレイと凹部７２の番号と磁性体量との関係を示す表。 (ａ)〜（ｃ）図５のステップ１７の算出結果を示す表。 図５のステップ８１の詳細を示すフローチャート。 図１２のステップ８１で算出した目標磁場Ｂtgを変化させた場合の磁場均一度を示すグラフ。 目標磁場Ｂtgを一定として、固有モードの次数の最大値を変化させた場合の磁場均一度を示すグラフ。 (ａ)〜（ｃ）図１１（ａ）〜（ｃ）の算出結果を示すグラフ。 第２の実施形態の磁場均一度調整プログラムの動作を示すフローチャート。 第３の実施形態の磁場均一度調整装置３３が配置された静磁場発生装置を示す斜視図。 第３の実施形態の磁場均一度調整プログラムの動作を示すフローチャート。

本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。

＜＜第１の実施形態＞＞
本発明の第１の実施形態の静磁場調整方法について説明する。本実施形態の静磁場調整方法は、図１のように、シムトレイ７１を備えた静磁場発生装置７３の磁場均一度を調整する方法である。シムトレイ７１は、静磁場発生装置７３が均一磁場空間７７に発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片９を、所定の複数の位置（番号１〜２０）でそれぞれ保持にするために、位置（番号１〜２０）にそれぞれ凹部７２を備えている。シムトレイ７１は、静磁場発生装置７３の均一磁場空間７７側に複数が並べて配置されている。これにより複数のシムトレイ７１の磁性体片９を配置するための複数の位置Ｐ１〜２０は、マトリクス状に配置されている。

本実施形態では、静磁場発生装置７３は、ＭＲＩ装置の静磁場発生装置である場合を例に説明するが、ＭＲＩ装置に限らず、均一な静磁場を必要とする他の装置の静磁場調整に本実施形態の方法を適用することが可能である。また、図１では、円筒形状の静磁場発生装置を静磁場方向（Ｚ軸）が水平に配置されている例を図示しているが、平板状の一対の磁石を間隔をあけて上下に配置した静磁場方向が垂直方向の静磁場発生装置に適用することも可能である。また、静磁場発生装置が、超電導磁石である場合について以下説明するが、常伝導磁石や永久磁石であっても構わない。

本実施形態の磁場均一度調整方法は、均一磁場空間７７の磁場均一度を所定値以下にするために、複数のシムトレイ７１の位置（番号１〜２０）の凹部７２に配置すべき磁性体片９の位置と量とを特異値分解法を用いた計算により求める。このとき、シムトレイ７１の凹部７２は、大きな均一磁場空間７７を確保するために、大きさ（深さ）が予め定められている。そのため、位置（番号１〜２０）の凹部７２に配置可能な磁性体片９の量（容量）は、上限がある。発明者らは、配置可能な磁性体片９の量に上限がある場合、目標磁場を変えることにより、到達可能な最小の磁場均一度が変化することを見出した。そこで、目標磁場を許容可能な範囲で変化させることにより、より磁場均一度が小さい（磁場の分布が小さい）均一磁場空間７７を形成する。なお、特異値分解法を用いた磁性体片９の配置と量の計算方法については、広く知られた公知の方法を用いる（例えば特許第４９０２７８７号公報）。

目標磁場を変えることにより、到達可能な最小の磁場均一度が変化する原理について説明する。均一磁場空間７７において複数の計測点について計測した磁場強度が、例えば図２のように分布しているとすると、目標磁場３１と計測した磁場強度との誤差磁場を補正する磁場を生じさせるようにシムトレイ７１に磁性体片９を配置する必要がある。シムトレイ７１に磁性体片９として鉄片を配置した場合、鉄片は、静磁場発生装置７３が発生する磁場によって、均一磁場空間７７の磁場と同じ向きに磁化されて磁気モーメントを持ち（正の磁気モーメントと呼ぶ）、磁場を発生する。正の磁気モーメントを有する鉄片が均一磁場空間７７の近傍に配置されている場合、鉄片の発生する磁場の磁束は、均一磁場空間７７を通過する際には均一磁場空間７７の磁場の向きとは逆向きになり、均一磁場空間７７の磁場を下げる方向に作用する。これにより、図２の磁場強度の分布において、目標磁場３１よりも高い誤差磁場を目標磁場３１に向かって低下させることができる。一方、目標磁場３１よりも低い磁場を目標磁場３１に向かって高めるためには、正の磁気モーメントを持つ鉄片の発生する磁場の磁束が、均一磁場空間７７を通過する際に、均一磁場空間７７の磁場の向きと同じ向きになるように、均一磁場空間７７から軸方向について離れた位置の凹部７２に鉄片を配置する方法を用いる。あるいは、均一磁場空間７７の近傍の凹部７２に、均一磁場空間７７の方向とは逆向きに予め磁化しておいた、すなわち、負の磁気モーメントをもつ永久磁石片を磁性体片９として配置し、均一磁場空間７７において静磁場と同じ向きの磁場を発生させることによって調整することができる。

このように、目標磁場３１をどのような磁場強度に設定するかにより、均一磁場空間７７の磁場強度を低下させるための磁性体片９と、磁場強度を高めるための磁性体片９を配置する位置および量が変わる。

図３（ａ）に、目標磁場３１と、均一磁場空間７７の磁場均一度の予想値（到達予想均一度：左縦軸）および配置する磁性体片９の総量（配置シム鉄総量：右縦軸）とを示す。
例えば、図３（ａ）のように目標磁場を低下させるほど多くの磁性体片９が必要になるが、均一磁場空間７７の磁場を目標磁場に漸近させることができる。特に、均一磁場空間７７の磁場強度分布の下限よりも小さい目標磁場３２を設定した場合、磁場強度分布を目標磁場に向かって高める必要がなく、均一磁場空間７７の磁場強度を低下させる多くの磁性体片９を配置することで均一磁場空間７７の磁場を目標磁場３２に漸近させることができる。

しかしながら、シムトレイ７１の凹部７２の容量には、上限値があるため、配置が必要な磁性体片９が上限値を超えた場合は、誤差磁場を補正しきれず、目標磁場３２まで漸近させることができない。ここで、シムトレイ７１の凹部７２の容量に上限がある場合の、磁性体片９の量と均一磁場空間７７の磁場均一度の関係を図３（ｂ）に示す。前述したように目標磁場を低く設定すると、誤差磁場を補正すべく磁性体片９の量は増加し、磁場均一度は低下（改善）する傾向をしめす。しかし、凹部７２の容量に上限があるために、誤差磁場の補正に必要とされる場所に必要な磁性体片９の全てを配置しきれないために、磁場均一度は極値を有する。

このように、計算により求めた、ある位置に配置すべき磁性体片９の量がシムトレイ７１の凹部７２の容量の上限値よりも大きい場合、実際にはその量の磁性体片９をシムトレイ７１に配置することはできないため、誤差磁場を補正しきれず、目標磁場に一致させることはできない。よって、シムトレイ７１の各位置（番号１〜２０）に配置可能な磁性体片９の量に上限値がある場合、目標磁場３１の値に応じて、到達可能な最小の磁場均一度が異なることになる。

また、永久磁石を微小なサイズに精密に加工すること容易ではないため、できるだけ負の磁気モーメントをもつ永久磁石を磁性体片９として用いることなく、磁場均一度の調整を行うことが望ましい。

そこで、本実施形態では、目標磁場を所定の範囲で変化させて、到達可能な磁場均一度を算出することにより、上限値以下の磁性体片９の量で、所定の磁場均一度以下を達成できる目標磁場を選択する。また、実際のシムトレイ７１の凹部７２に配置されるのは、予め定めた大きさの磁性体片９であり、これを何個（何枚）配置するかによって磁性体片９の量が調整される。そのため、磁性体片９の量は、離散的な値しかとり得ず、計算により求めた磁性体片９の量に対して誤差が生じるため、到達可能な磁場均一度も計算上の磁場均一度に対して誤差が生じる。そこで、これを考慮して、所定の磁場均一度以下を達成できる目標磁場を選択する。以下、具体的に説明する。

本実施形態では、図４のように、ＣＰＵ３４とメモリ３５とを内蔵する均一磁場調整装置３３を用いる。メモリ３５には、予め定めた磁場均一度調整プログラムが格納されており、ＣＰＵ３４がメモリ３５内のプログラムを読み込んで実行することにより、図５のフローのように動作し、本実施形態の均一磁場調整方法を実現する。なお、図４では、均一磁場調整装置３３が計測部７４と、超電導コイル４ａの励磁電源２とに接続されている例を示しているが、第１の実施形態では、接続されていなくても構わない。

まず、操作者は、均一磁場空間７７の磁場強度の分布を計測する。例えば、図６のように、磁場計測素子７８を均一磁場空間６の形状に対応した所定のパターン（例えば２４プレーン）で並べて配置した計測部７４を静磁場の軸方向７５を中心に回転させることにより、均一磁場空間７７の磁場強度Ｂ_ｍを計測する。

ＣＰＵ３４は、図５のステップ１２において、計測結果である磁場強度Ｂ_ｍを取り込む。

また、ＣＰＵ３４は、ステップ１３〜１６において、複数のシムトレイ７１の位置（番号１〜２０）の凹部７２の位置情報、凹部７２ごとに配置する磁性体片９の量（シム鉄量）の上限値、シムトレイ７１に全ての凹部７２に配置する磁性体の総容量の上限値、必要とする磁場均一度、目標磁場Ｂ_ｔｇの範囲、および、計算に用いる固有モードの最大値を受け付ける。例えば、ＣＰＵ３４は、図７のような受付画面を接続されている表示装置２２０に表示させ、受付画面の入力欄６１〜６３において、目標磁場Ｂ_ｔｇの中心値（目標中心磁場Ｂ_ｔｇｃ）と、その刻み幅ΔＢと、刻み数ｎ（ｎは整数）の入力を操作者から受け付けることができる。この場合、目標磁場Ｂ_ｔｇの範囲は、（Ｂ_ｔｇｃ-ΔＢ・ｎ／２）〜（Ｂ_ｔｇｃ＋ΔＢ・ｎ／２）で表される。また、入力欄６４で計算に用いる固有モードの最大値を、入力欄６５，６６で、シムトレイ７１全体で配置を許可する磁性体片９（正の磁気モーメント、負の磁気モーメント）の総量の上限値を、入力欄６５ａ，６６ａで、一つの凹部７２に配置を許可する磁性体片９（正の磁気モーメント、負の磁気モーメント）の量の上限値を、入力欄６８で必要とする磁場均一度を、それぞれ受け付けることができる。

つぎに、ＣＰＵ３４は、ステップ１７において、複数のシムトレイ７１の位置（番号１〜２０）のうちの１以上に磁性体片９を配置した場合に到達可能な最小の磁場均一度を、目標磁場Ｂ_ｔｇを上記受け付けた磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する。

このステップ１７の算出方法を図８のフローを用いて詳しく説明する。まず、ＣＰＵ３４は、ステップ５１において、ステップ１２で取り込んだ計測磁場Ｂ_ｍとステップ１６で受け付けた目標磁場Ｂ_ｔｇに基づいて誤差磁場Ｂ_ｅを算出する。

誤差磁場Ｂ_ｅは、下式（２）の線型方程式によって記述することができる。

ここで、磁場の応答行列Ａが正則であるならば、逆行列Ａ^−１が存在し、磁性体片９の位置と量を表す電流ポテンシャルの行列Ｉは、式（３）により求めることができる

応答行列Ａは、以下のように、鉄の磁気モーメントと、ＭＲＩ装置のシムトレイ７１の凹部７２からＦＯＶ（撮像視野）との距離ｒと向きを示すベクトルｒを用いて、以下のように予め求めておく。点配置の磁気モーメントｍは、ｍ＝（ｍ_Ｘ，ｍ_Ｙ，ｍ_Ｚ）の任意の方向の磁気双極子と定義できる。一般的に、磁気モーメントｍが位置ベクトルｒ（＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ，）離れた位置に作る磁場Ｂ（ベクトル）は，式（４）により表すことができる。なお、式（４）、（５）、（６）において、太字のｒは位置ベクトルを、細字のｒは距離を表す。

ここで、単位体積あたりの磁気モーメントをＦとすると、鉄量Ｉの磁気モーメントｍは、式（５）のようになり、磁場補正に磁気モーメント（鉄）を使用する場合、応答行列Ａは、式（６）で表される。
る。

シムトレイ７１の凹部７２に番号ｊをつけると、ｋ番目の計測点での磁場は、各凹部７２の鉄量Ｉ_ｊ（ｍ^３）に対して、式（７）で表される。

しかしながら、式（６）で表される応答行列Ａは、正則でなく、逆行列は存在しないため、特異値分解法（ＳＶＤ）を行い、磁場の応答行列Ａを式（８）により求める。

式（３）、（８）より、磁性体片の位置と量を表す電流ポテンシャルの行列Ｉは、式（９）で求めることができる。

式（９）より、次数ｉの固有モードで生じる磁場強度Ｂ_ｅｉは、ｎ_ｐ ^１／２ Ｐ_ｉ ｕ_ｉで表されることがわかる。固有モードごとの磁場強度B_ｅｉは図９のように分布し、次数ｉが小さいものほど大きな磁場強度B_ｅｉとなっている。よって、ｎ_ｐ ^１／２ Ｐ_ｉ ｕ_ｉ の値を、次数ｉ=１からステップ１５で受け付けた固有モードの最大値の次数ｉ＝Ｍ_Ｄまで加算し、さらに計測磁場Ｂ_ｍと下式（６）のように加算することにより、調整後の磁場分布の推定値：Ｂ_Predicted を算出することができる。

式（１０）で得られた調整後の磁場分布の推定値Ｂ_Predictedと目標磁場Ｂ_ｔｇの差分を求めることにより、目標磁場からの不均一磁場の分布を表す行列Ｂ_ｅｐを算出できる。

ＣＰＵ３４は、ステップ５２において式（８）、式（９）を演算して、固有モードごとの磁性体片９の位置と量を求める。そして、設定した最大値Ｍ_Ｄ以下の固有モードについての磁性体片９の位置と量を目標磁場Ｂ_ｔｇに対応させてメモリ３５に格納する。複数の固有モードにおいて、同じ位置の凹部７２に磁性体片９を配置する場合は、複数の固有モードの磁性体片９の量の合計を算出し、凹部７２ごとの合計後の磁性体片９の量を、メモリ３５に格納する。

算出されたシムトレイ７１の凹部７２に配置すべきに磁性体片９の配置と量は、行列Ｉ_Ｊにより表される。行列Ｉ_Ｊの行列要素Ｉｊは、ｊ番目の凹部７２の磁性体片９の量を表している。例えば、シムトレイ７１が１６本、シムトレイ７１における凹部７２が２０個であるとすると、行列Ｉ_Ｊの行列要素Ｉ_ｊの数は、３２０個（ｊ＝１〜３２０）である。

上記ステップ５２において、算出された磁性体片９の量が、ステップ１３において受け付けた凹部７２に配置を許可する磁性体片９の量の上限を超えている場合、算出された磁性体片９の量（行列Ｉ_Ｊの行列要素Ｉｊ）を、配置を許可する磁性体片９の量の上限まで式（１２）により低減する。ただし、式（１２）において、I_maxは、凹部７２に配置を許可する磁性体片９の量の上限を示す。

式（１２）を適用後の行列Ｉ_Ｊは、ステップ５２において算出した誤差磁場を修正するための磁性体片９の量に対し、凹部７２に配置を許可する上限を適用した磁性体片９の量および配置を表している。これを、例えば図１０のように、凹部７２の番号により、凹部７２の位置を特定する表形式等で磁性体片９の量をメモリ３５に格納する。

行列Ｉ_Ｊで表される磁性体片９の量及び配置で生成される磁場は、式（２）より、ＡＩ_Ｊで表されるため、磁性体片９配置後の磁場Ｂ_Predictedおよび、磁性体片９配置後の目標磁場からの不均一磁場分布を表す行列Ｂ_ｅｐは、式（１０）、（１１）に基づいて、式（１３）、（１４）により求めることができる。

ＣＰＵ３４は、ステップ５２で求めた磁性体片９の量及び分布を表す行列Ｉ_Ｊと式（１３）、（１４）を用いて、不均一磁場分布を表す行列Ｂ_ｅｐを求める。ただし、式（１３）において、応答行列Ａとして、式（８）用いる。

さらに、ＣＰＵ３４は、ステップ５３において、不均一磁場を表す行列Ｂ_ｅｐの行列要素から到達可能な磁場均一度（到達予想磁場均一度）を算出する。例えば、行列Ｂ_ｅｐが表す誤差磁場の最大値と最小値の差（PkPk値：ピーク・トゥ・ピーク値）の平均磁場強度に対する相対値を式（１５）から算出することにより不均一磁場を求める。算出した磁場均一度を目標磁場Ｂ_ｔｇに対応させてメモリ３５に格納する。

上記ステップ５１〜５３の演算を、目標磁場Ｂ_ｔｇを設定された磁場範囲の最小値（Ｂ_ｔｇｃ-ΔＢ・ｎ／２）からΔBずつ変化させながら最大値（Ｂ_ｔｇｃ＋ΔＢ・ｎ／２）まで繰り返す。これにより、設定された磁場範囲のΔB刻みのｎ個の目標磁場について、それぞれ到達可能な磁場均一度を算出することができる。

図１１（ａ）〜（ｃ）および図１５（ａ）〜（ｃ）に表およびグラフとして、計算結果の一例を示す。算出結果例の図１１（ａ）について説明する。図１１（ａ）の例では、ΔＢ＝５×１０^−４テスラ、ｎ＝６であり、１．４９８８４８テスラ以上１．５０１３４８テスラ以下の範囲の６つの目標磁場Ｂｔｇについて到達可能な磁場均一度を算出している。図１１（ａ）の結果を、グラフにして図１５（ａ）に示す。図１１（ａ）および図１５（ａ）には、配置すべき磁性体片９の総容量を、正の磁気モーメントの磁性体片９と負の磁気モーメントの磁性体片９ごとに示している。

ここで、必要な磁場均一度を１０ｐｐｍ以下、配置可能な磁性体片９の総容量について、正の磁気モーメントの総量を、１．５×１０^−３［ｍ^３］（磁性片が鉄または電磁鋼板の場合、約１２ｋｇ）以下、負の磁気モーメントの総量（下限値）を０に設定した場合の実施形態を図１１（ａ）と図１５（ａ）を用いて、以下に説明する。

図１５（ａ）からわかるように、目標磁場Ｂｔｇが変化するにつれ、到達可能な磁場均一度も変化している。ＣＰＵ３４は、ステップ５３で算出した到達可能な磁場均一度の算出結果に基づいて、シムトレイ７１の各位置の凹部７２ごとの磁性体片９の量、および総容量が、所定の上限値以下であって、到達可能な磁場均一度が所定値以下となる目標磁場Ｂｔｇがあるかどうかを判定し（ステップ１８）、そのような条件を満たす目標磁場Ｂｔｇがあればそれを選択する（ステップ１９）。例えば、図１１（ａ）および図１５（ａ）の例では、到達可能な磁場均一度は極小値として、９．３ｐｐｍを示す目標磁場Ｂｔｇがあるが、そのときの磁性体片９の総量は、正の磁気モーメント総量は上記制約条件（１．５×１０^−３［ｍ^３］以下）を満たすが、負の総量は−５．６×１０^−４［ｍ^３］であり、上記制約条件を満たさない。そこで、上記制約条件を満たし、必要な磁場均一度１０ｐｐｍ以下を満たす目標磁場Ｂｔｇ（１．４９９８４８テスラ、磁場均一度：９．９ｐｐｍ）を選択する。図１５（ａ）の例では磁性体片９は、正の磁気モーメントの磁性体片９のみが必要であり、負の磁気モーメントの磁性体片９の量が０であるため、永久磁石片を用いる必要がなく好ましい。

ステップ１８で条件を満たす目標磁場Ｂｔｇがなければ、ステップ１３に戻って、ステップ１３〜１７を異なる条件に操作者が設定し、再度計算を行う。

次に、ステップ８１に進み、磁性体片９が予め定めた大きさであるため、磁性体片９の量が離散的な値しかとり得ないことを考慮し、さらに精密に目標磁場Bｔｇを選択する。これを図１２のフローを用いて詳しく説明する。まず、ステップ１８１において、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇを含み、ステップ１６で設定を受け付けた磁場範囲よりも小さい所定の離散化誤差演算用磁場範囲を設定する。また、ステップ１６で受け付けたΔＢよりも小さい離散化誤差演算用の刻み幅ΔＢｄを設定する。例えば、ΔＢｄとしては、１×１０^−３テスラ、１×１０^−４テスラ、１×１０^−５テスラ、１×１０^−６テスラの４種類を予め用意しておき、そのうちステップ１８で用いた刻み幅ΔＢ以下であって最もΔＢに近いものをΔＢｄとして選択すればよい。例えば、ステップ１６のΔＢが１×１０^−３テスラの場合、ΔＢｄとして１×１０^−４テスラを選択する。ステップ１６のΔＢが１×１０^−５テスラの場合、ΔＢｄとして１×１０^−６テスラを選択する。離散化誤差演算用磁場範囲については、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇを目標磁場の中心値Ｂｔｇｃとし、刻み幅ΔＢｄのｎ倍（ｎは整数）で設定することができる。

そして、ステップ１８２〜１８７により、図９のステップ５０〜５５と同様に、目標磁場Ｂｔｇを刻み幅ΔＢｄずつ離散化誤差演算用磁場範囲内で変化させながら、到達可能な磁場均一度を再度算出する。ただし、ステップ１８５においては、設定される磁性体片９の量が、予め定めた磁性体片９の容量の倍数であることを考慮すると、目標磁場Ｂ_ｔｇとしたときの磁性体片９の位置と量より磁気モーメントI_ｄは、式（１６）となる。

また、計算上連続的な任意の値で算出される磁性体片９の磁気モーメントＩと目標磁場Ｂ_ｔｇとしたときの離散化を考慮した磁気モーメントI_ｄとの間には、式（１７）のような関係がある。

さらに式（１８）を用いて、目標磁場Ｂｔｇで到達可能な不均一磁場の分布を表す行列Ｂ_ｅｐを算出する。なお、式（１８）のＡは、磁場の応答行列であり、式（８）により求めた行列を用いる。式（１８）の不均一磁場Ｂ_ｅｐから式（１５）により、到達可能な磁場均一度を算出する。この磁場均一度は、離散化誤差の影響を加味した磁場均一度である。

ステップ１８８では、ステップ１８５の算出結果に基づいて、磁場均一度が最小になる目標磁場Ｂｔｇを選択する。ステップ１８５の算出結果の例を図１３に示す。図１３の例では、ΔＢｂ＝１×１０^−６テスラ、ｎ＝１０であり、１．４９９８４８テスラを中心とする１０個の目標磁場Ｂｔｇについて、予め定めた磁性体片９の数の倍数で設定された磁性体片９の量で到達可能な磁場均一度を算出している。一つの磁性体片９の量は、（ 例えば０．０６ｃｃ ）である。この磁場範囲は狭いため、磁性体片９の量が連続的な任意の値が取れる理想的な場合には、磁場均一度（理想解）は９．９ｐｐｍで一定である。しかしながら、離散化された磁性体片９の量の場合、図１３のように、ばらついている。よって、ステップ１８８では、磁場均一度が最小になる目標磁場Ｂｔｇ（大きい方から３番目の●）を選択する。その時の磁場均一度は、約１０ｐｐｍである。

そして、ＣＰＵ３４は、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇについてステップ１８４で格納した、シムトレイ７１の凹部７２ごとの磁性体片９の配置とその量をシムトレイ７１に配置すべき磁性体片９であるとして表示装置に表示させる（ステップ２０）。例えば、図１０のように、凹部７２ごとの磁性体片９の量を示す表を表示装置に表示させる。

操作者は、表示装置に表示された磁性体片９の量と位置（シムトレイ７１の凹部７２の番号）を確認して、シムトレイ７１の各凹部７２に表示された量の磁性体片９を挿入する。これにより、静磁場均一度の調整が完了する。

静磁場発生装置が、ＭＲＩ装置の静磁場発生装置である場合、ＣＰＵ３４は、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇに配置された被検体の核磁気を励起するための高周波磁場の周波数を算出し、表示装置に表示させる（ステップ２１）。操作者は、表示された高周波磁場の周波数が照射されるようにＭＲＩ装置の高周波磁場発生部に設定する。これにより、ＭＲＩ装置は、調整後の目標磁場Ｂｔｇにより、高精度に被検体を撮像することができる。

また、本実施形態では、固有モードとして次数ｉ＝１から設定した次数Ｍ_Ｄまでの低次の次数を用いることにより、低次の値の大きな特異値λｉを利用でき、小さな磁性体量で大きな補正磁場を発生させることができる。よって、磁性体量を抑制して効率よく磁場調整を行うことができる。

本実施形態によれば、目標磁場Ｂｔｇを変化させることにより、シムトレイ７１の凹部７２に配置可能な磁性体片９の量に上限値を考慮して、必要な磁場均一度を達成することができる。また、磁性体片９の量が離散的であることを考慮して、必要な磁場均一度を達成することができる。

なお、本実施形態では、ステップ８１において、磁性体片９の量の離散化誤差を考慮して目標磁場Ｂｔｇをさらに変化させて、磁場均一度が最小になる目標磁場Ｂｔｇを選択する構成であったが、目標磁場Ｂtgを変化させながらさらに固有モードの次数の最大値Ｍ_Ｄを所定の範囲で変化させて、磁場均一度が最小になる目標磁場Ｂtgと固有モードの次数の最大値Ｍ_Ｄの組み合わせを探索する構成にしてもよい。図１４に示すように、目標磁場Ｂｔｇを一定にして、固有モードの次数の最大値Ｍ_Ｄを変化させた場合、到達可能な磁場均一度が変化する（図１４の例ではＭ_Ｄ＝９０を中心に変化させている）。この磁場均一度の変化は、目標磁場Ｂtgによって異なる。よって、磁場均一度が最小になる目標磁場Ｂtgと固有モードの次数の最大値Ｍ_Ｄの組み合わせを探索することにより、磁性体片９の量の離散化による磁場均一度の誤差を考慮して、最小の磁場均一度が得ることができる。なお、目標磁場Ｂｔｇを変化させず、一定として、固有モードの次数の最大値Ｍ_Ｄのみを図１４のように変化させてもよい。

操作者から条件の設定を受け付ける画面には、図７のように、必要な均一磁場のサイズを受け付ける入力欄６７や、参考情報としてステップ１２で取り込んだ計測磁場の中心磁場と均一度をＣＰＵ３４が計算して表示する欄６９ａ，６９ｂ等を設けることも可能である。

＜＜第２の実施形態＞＞
本発明の第２の実施形態の磁場均一度調整方法について説明する。第２の実施形態は、必要な磁場均一度（例えば１０ｐｐｍ以下）に対して、計測磁場の分布が大きい（例えば１００〜１０００ｐｐｍ）場合であっても、目標磁場を変化させる幅ΔＢを変えながら到達可能な磁場均一度の計算を繰り返すことにより、効率よく必要な磁場均一度を達成する磁性体片９の配置と量を求める。これを図１６のフローを用いて説明する。

まず、ＣＰＵ３４は、第１の実施形態の図５のステップ１２〜１９を行って、条件を満たす目標磁場Ｂｔｇを選択する。そして、ステップ１２１に進み、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇを含み、ステップ１６で設定を受け付けた磁場範囲よりも小さい第２の磁場範囲を設定する。さらに、ステップ１６で受け付けたΔＢよりも小さい刻み幅ΔＢ２を設定する。例えば、刻み幅ΔＢ２としては、５×１０^−４テスラ、２×１０^−４テスラ、１×１０^−５テスラの３種類を予め用意しており、そのうち前回のステップ１８で用いた刻み幅ΔＢ以下であってΔＢに近いものを選択すればよい。例えば、ステップ１６のΔＢが５×１０^−４テスラの場合、ΔＢ２として２×１０^−４テスラを選択する。第２の磁場範囲については、ステップ１９で選択した目標磁場Ｂｔｇを目標磁場の中心値Ｂｔｇｃとし、刻み幅ΔＢ２のｎ倍（ｎは整数）で設定することができる。

そして、ステップ１２２に進み、ステップ１８と同様に、図８のフローにより目標磁場Ｂｔｇを刻み幅ΔＢ２ずつ第２の磁場範囲内で変化させながら、到達可能な磁場均一度を再度算出する。ステップ１２３では、ステップ１２２の算出結果に基づいて、シムトレイ７１の各凹部７２の磁性体片９の量が所定の上限値以下で、磁場均一度が最小である目標磁場Ｂｔｇを選択する。ステップ１２２の算出結果の例を図１１（ｂ）に表として示す。図１１（ｂ）の例では、目標磁場Ｂｔｇの中心Ｂｔｇｃは、ステップ１９で選択した１．４９９８４８テスラ、ΔＢ２＝２×１０^−４テスラ、ｎ＝６であり、１．４９９２４８テスラ以上１．５００２４８テスラ以下の範囲の６つの目標磁場Ｂｔｇについて到達可能な磁場均一度を算出している。シムトレイ７１の各凹部７２の磁性体片９の量が所定の上限値以下で、磁場均一度が最小である目標磁場Ｂｔｇ（＝１．５０００４８テスラ）を選択する。その時の磁場均一度は、８．７ｐｐｍである。

つぎに、ステップ１２４に進み、設定されている刻み幅ΔＢ２が、予め定めた最小値かどうかを判定する。例えば、刻み幅ΔＢ２としては、５×１０^−４テスラ、２×１０^−４テスラ、１×１０^−５テスラの３種類を予め用意している場合、ΔＢ２は、まだ最小値１×１０^−５テスラではないので、ステップ１２１に戻る。

そして、ステップ１２１では、ステップ１２３で選択した目標磁場Ｂｔｇを含み、前回よりも小さい第２の磁場範囲を設定する。また、刻み幅ΔＢ２も前回より小さい値に設定する。例えば、刻み幅ΔＢ２としては、１×１０^−５テスラを設定し、第２の磁場範囲については、ステップ１２３で選択した目標磁場Ｂｔｇを目標磁場の中心値Ｂｔｇｃとし、刻み幅ΔＢ２のｎ倍（ｎは整数）により設定する。

そして、ステップ１２２に進み、再度図８のフローにより目標磁場Ｂｔｇを刻み幅ΔＢ２ずつ第２の磁場範囲内で変化させながら、到達可能な磁場均一度を再度算出する。ステップ１２２の算出結果の例を図１１（ｃ）に表として示す。図１１（ｃ）の例では、目標磁場Ｂｔｇの中心Ｂｔｇｃは、ステップ１２３で選択した１．５０００４８テスラ、ΔＢ２＝１×１０^−５テスラ、ｎ＝６であり、１．５０００１８テスラ以上１．５０００６８テスラ以下の範囲の６つの目標磁場Ｂｔｇについて到達可能な磁場均一度を算出している。シムトレイ７１の各凹部７２の磁性体片９の量が所定の上限値以下かつ負の磁性体片９の量がゼロで、磁場均一度が最小である目標磁場Ｂｔｇ＝１．５０００５８テスラであり、８．６ｐｐｍである。図１１（ｃ）をグラフにして図１５（ｃ）に示す。図１５（ｃ）のように、必要とする磁場均一度が達成されているのは、目標磁場Ｂｔｇが１．５０００１８テスラから１．５０００６８テスラの６つ全ての目標磁場であり、最小の磁場均一度はＢｔｇ＝１．５０００６８テスラの場合の８．５ｐｐｍであるが、負の磁性体片９の量−４．９×１０^−１０であり、磁性体片９配置量の制約条件を満たさず、選択することはできない。よって、磁性体片９の量が制約条件の範囲内で最小の磁場均一度である１．５０００５８テスラを目標磁場として選択する。

なお、ここでは、制約条件として、負の下限値をゼロとしたが、磁性体片９の単位量によっては、上記の負の磁性体片９の量−４．９×１０^−１０は無視可能な大きさとなる場合もあり、さらに良好な磁場均一度を達成できる場合もある。このように、磁性体片９の単位量および既存の磁性体片９配置量を考慮して、制約条件を設定してもよい。

そして、ステップ８１に進み、第1の実施形態で説明したように、磁性体片９の量の離散化誤差を考慮して、均一度が最も小さくなる目標磁場Ｂｔｇを選択する。ステップ２０に進み、第1の実施形態と同様に、ステップ１２３で選択した目標磁場Ｂｔｇに対応する磁性体の配置とその量を、シムトレイ７１の凹部７２に配置すべき磁性体片９であるとして表示装置に表示させる。例えば、図１０のシムトレイ７１の凹部７２と磁性体量の表を表示する。さらにステップ２１に進み、選択した目標磁場Ｂｔｇに対応する高周波磁場の周波数を算出して表示する。

第２の実施形態では、必要な磁場均一度（例えば１０ｐｐｍ以下）に対し、計測した磁場の均一度が大きい（例えば１００〜１０００ｐｐｍ）である場合でも、目標磁場の範囲と刻み幅ΔＢを徐々に小さくして、繰り返し到達可能な磁場均一度を算出することにより、必要な磁場均一度を達成する磁性体の配置と量を効率よく求めることができる。

第２の実施形態において、上述した以外の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜＜第３の実施形態＞＞
第３の実施形態では、磁場計測や、静磁場発生装置の超電導磁石の励磁を自動で行う場合について説明する。本実施形態では、図４、図１７に示したように、均一磁場調整装置３３が、静磁場発生装置の均一磁場空間７７に配置された計測部７４と、静磁場発生装置７３に内蔵されている超電導コイル４ａの励磁電源２に接続されている。

均一磁場調整装置３３のＣＰＵ３４は、図１８のフローに示すように、まず、励磁電源２を制御し、超電導コイル４ａに所定の超電導電流を供給させ励磁させる（ステップ１１）。そして、ステップ１２においては、ＣＰＵ３４が計測装置７４の動作を制御して、均一磁場空間７７内で計測装置７４を回転させ、磁場を計測させる。そして、ステップ１３〜１６で、条件を設定する。本実施形態では、ステップ１３，１４において、磁性体片９の位置と量の上限値、および、必要とする磁場均一度については、第１の実施形態と同様に、操作者から受け付けるが、ステップ１５の固有モードの最大値ＭＤとしては、予め定めた値を用いる。

また、ステップ１６において、目標磁場Ｂｔｇの範囲は、操作者から受け付けず、ステップ１２で計測した磁場分布の最大値と最小値の間の値を所定の数式（例えば平均値）により算出して、目標磁場Ｂｔｇの中心値Ｂｔｇｃとし、予め定めたΔＢとｎとにより、（Ｂ_ｔｇｃ-ΔＢ・ｎ／２）〜（Ｂ_ｔｇｃ＋ΔＢ・ｎ／２）を磁場範囲として計算により設定する。

ステップ１７〜１９、８１、２０、２１は、第１の実施形態と同様に行う。

そして、ステップ２２において、ステップ２０で表示した磁性体片９の総量が、超電導コイル４ａを励磁したままシムトレイ７１を静磁場発生装置７３から引き抜いて磁性体片９を凹部７２に配置し、再びシムトレイ７１を挿入できる総量以下かどうかを判定する。すなわち、磁性体片９の総量が小さければ、静磁場により受ける吸引力が小さいため、励磁したまま配置することができるが、磁性体片９の量が多い場合には、大きな吸引力が働くため、励磁したままでは配置できないため、ステップ２３に進み、超電導磁石４ａを一旦消磁する。消磁後再励磁するのは、時間も冷媒のコストもかかるため、ステップ２２では、励磁したまま配置可能かを予め計算により求めておいた磁性体片９の総量と、ステップ２０で表示した磁性体片９の総量とを比較することにより判定する。消磁の必要がなければそのままステップ２４に進む。消磁の必要があれば、ステップ２３に進んでＣＰＵ３４は、励磁電源２を制御して、励磁電流をゼロまたは所定値まで低下させ、ステップ２４に進む。

ステップ２４では、操作者にステップ２０の表示の通りに複数のシムトレイ７１の凹部７２に磁性体片９を配置するように促す表示を行う。

操作者が、磁性体片９を配置したならば、ステップ２５において計測部７４の動作を制御し、再び磁場を計測する。なお、ステップ２３で励磁した場合には、計測の前に励磁電源２から励磁電流を超電導コイル４ａに供給し、再励磁する。

ステップ２６では、ステップ２５で計測した磁場の均一度を算出し、それがステップ１４で受け付けた必要な磁場均一度以下かどうか判定する。計測した磁場均一度が、必要な磁場均一度以下であれば、磁場均一度の調整は終了する。必要な磁場均一度より大きかった場合には、ステップ１３に戻り、ステップ１３以下を繰り返す。

このとき、ステップ１３で磁性体量の制約条件を設定する際には、すでにステップ２４において磁性体片９が配置されているので、それを許容して上限値を設定する。例えば、凹部７２ごとに２．０×１０^−６ｍ^３の磁性体片９を配置できる場合、１回目で磁性体片９の量の上限値を１．５×１０^−６ｍ^３の設定した場合には、２回目のステップ１３では、０．５×１０^−６ｍ^３より小さい値に上限値を設定する。

本実施形態では、超電導コイル４ａの励磁および必要に応じた消磁と、磁場の計測を操作者の手を煩わせることなくＣＰＵ３４が自動で行うことができるため、操作者の負担を軽減することができる。また、消磁の要否の判定も自動で行うため、消磁の回数も必要最小限に抑制できる。

また、ステップ２３において消磁後、ステップ２４において再度励磁した場合、再励磁後の磁場強度は、励磁電源２の精度に依存した励磁電流値の誤差により、元の磁場強度とは異なることがある。このため、再励磁後における磁性体片９の配置および量の計算に用いる目標磁場Ｂｔｇは、励磁電流値（すなわち、再励磁後の磁場強度）に応じて変化させる必要があるが、本実施形態では、ステップ１６において、目標磁場をステップ１２または２５で計測した磁場の分布に基づいて、計算により設定するため、再励磁後の励磁電流値の誤差に対応して必要な磁場均一度の配置を求めることができる。

また、第３の実施形態では、上述した構成以外は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、第１の実施形態に限らず、第２の実施形態の図１６のフローのステップ１２の前と、ステップ２１の後に、第３の実施形態のステップ１１およびステップ２２〜２６を行うことももちろん可能である。

また、第１〜第３の実施形態では、ステップ１５において、計算に用いる固有モードの最大値Ｍ_Ｄを受け付け、ステップ１７では目標磁場Ｂｔｇのみを変化させて磁性体片９の位置と量、ならびに、磁場均一度を算出したが、目標磁場Ｂｔｇと固有モードの最大値ＭＤの両方を変化させてステップ１７の計算を行ってもよい。この場合、より磁場均一度を小さくできる目標磁場Ｂｔｇと最適な固有モードの最大値ＭＤの組み合わせと、そのときの磁性体片９の位置と量を求めることができる。

また、第１〜第３の実施形態では、固有モードを低次の所定範囲（次数１〜最大値ＭＤの範囲）で選択しているが、本実施形態はこれに限られるものではなく、高次の固有モード範囲を選択することも可能であるし、任意の複数の次数をとびとびに選択することも可能である。

２…励磁電源、４ａ…超電導コイル、９…磁性体片、３３…磁場均一度調整装置、３４…ＣＰＵ、３５…メモリ、７１…シムトレイ、７２…凹部、７３…静磁場発生装置、７４…計測部、７７…均一磁場空間

Claims (15)

1. 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度調整方法であって、
   前記静磁場発生装置の生成する静磁場の分布を計測して、前記静磁場の分布と目標磁場との誤差磁場を算出する第１ステップと、
   前記シムトレイの前記複数の位置のうち１以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出した前記到達可能な磁場均一度に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下である前記目標磁場を選択する第３ステップと、
   前記第３ステップで選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい離散化誤差演算用磁場範囲を設定し、前記磁性体片の量としてとり得る値が所定の離散的な値である場合に、前記到達可能な磁場均一度を、前記離散化誤差演算用磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら再度算出し、前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を再選択する第４ステップと、
   前記第４ステップで、再選択した前記目標磁場に対応する前記磁性体の配置とその量を、前記シムトレイに配置すべき磁性体片であるとする第５ステップとを有することを特徴とする磁場均一度調整方法。
2. 請求項１に記載の磁場均一度調整方法であって、前記第４ステップは、特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出する演算法を用い、前記目標磁場を変化させながら、前記算出に用いる固有モードの複数の次数も所定範囲で変化させて、前記到達可能な磁場均一度を算出することを特徴とする磁場均一度調整方法。
3. 請求項１に記載の磁場均一度調整方法であって、前記第３ステップの後で前記第４ステップの前に、前記第３ステップの選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい第２の磁場範囲を設定する第６ステップと、
   前記第２の磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら、前記到達可能な磁場均一度を再度算出する第７ステップと、
   前記第７ステップの算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を選択する第８ステップを行い、
   前記第４ステップは、前記離散化誤差演算用磁場範囲を前記第７ステップで選択した前記目標磁場を含む範囲に設定することを特徴とする磁場均一度調整方法。
4. 請求項１に記載の磁場均一度調整方法であって、前記静磁場発生装置が、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置である場合、前記第４ステップで求めた前記目標磁場に対応する高周波磁場の周波数を算出し、前記磁気共鳴イメージング装置の高周波磁場発生部に設定する第９ステップをさらに有することを特徴とする磁場均一度調整方法。
5. 請求項１に記載の磁場均一度調整方法であって、前記第２ステップは、前記第１ステップで計測した前記静磁場の分布に基づいて前記目標磁場の中心値を設定し、前記目標磁場の中心値を中心に前記所定の磁場範囲を設定することを特徴とする磁場均一度調整方法。
6. 請求項１に記載の磁場均一度調整方法であって、前記第２ステップは、特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出する計算方法を用い、前記複数の固有モードのうち所定の複数の次数のみを選択的に用いて、前記磁性体片の配置とその量を算出することを特徴とする磁場均一度調整方法。
7. 請求項６に記載の磁場均一度調整方法であって、前記第２ステップは、前記目標磁場のみならず、前記算出に用いる固有モードの複数の次数を変化させながら、到達可能な磁場均一度を算出することを特徴とする磁場均一度調整方法。
8. 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度を調整するために、コンピュータに、
   前記静磁場発生装置の生成する静磁場の計測結果を取り込んで、前記静磁場と目標磁場との誤差磁場を算出する第１ステップ、
   前記シムトレイの前記複数の位置のうち１以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する第２ステップ、
   前記第２ステップで算出した前記到達可能な磁場均一度の算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下となる前記目標磁場を選択する第３ステップ、
   前記第３ステップで選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい離散化誤差演算用磁場範囲を設定し、前記磁性体片の量としてとり得る値が所定の離散的な値である場合に、前記到達可能な磁場均一度を、前記離散化誤差演算用磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら再度算出し、前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を再選択する第４ステップ、および、
   前記第４ステップで再選択した目標磁場に対応する前記磁性体片の配置とその量を前記シムトレイに配置すべき磁性体片であるとして表示装置に表示させる第５ステップを実行させることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
9. 請求項８に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第４ステップは、特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出する演算法を用い、前記目標磁場を変化させながら、前記算出に用いる固有モードの複数の次数も所定範囲で変化させて、前記到達可能な磁場均一度を算出することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
10. 請求項８に記載の磁場均一度調整プログラムであって、
    前記第３ステップで選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい第２の磁場範囲を設定する第６ステップ、
    前記第２の磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら、前記到達可能な磁場均一度を再度算出する第７ステップ、および、
    前記第７ステップの算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を選択する第８ステップを、コンピュータにさらに実行させ、
    前記第４ステップは、前記離散化誤差演算用磁場範囲を前記第８ステップで選択した前記目標磁場を含む範囲に設定することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
11. 請求項８に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記静磁場発生装置が、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置である場合、前記第４ステップで求めた前記目標磁場に対応する高周波磁場の周波数を算出し、前記高周波磁場の周波数を、前記磁気共鳴イメージング装置の高周波磁場発生部に設定すべき周波数として表示装置に表示させる第９ステップをコンピュータにさらに実行させることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
12. 請求項８に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第２ステップは、前記第１ステップで取り込んだ前記静磁場の分布に基づいて前記静磁場の分布幅の中に前記目標磁場の中心値を設定し、前記目標磁場の中心値を中心に前記所定の磁場範囲を設定することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
13. 請求項８に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第２ステップは、特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出する計算方法を用い、前記複数の固有モードのうち操作者から受け付けた複数の次数のみを選択的に用いて前記磁性体片の配置とその量の算出に用いることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
14. 請求項１３に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第２ステップは、前記目標磁場のみならず、前記固有モードの次数を変化させながら前記到達可能な磁場均一度を算出することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
15. 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度を調整するための磁場均一度調整装置であって、
    前記静磁場発生装置の生成する静磁場の計測結果と、前記複数の位置の磁性体片の量の上限値と、目標磁場の範囲とを受け付ける受け付け部と、
    前記受け付け部が受け付けた条件を用いて前記シムトレイに配置すべき前記磁性体片の配置とその量の算出する演算部とを有し、
    前記演算部は、前記静磁場発生装置の生成する静磁場の分布を計測して、前記静磁場の分布と目標磁場との誤差磁場を算出する第１ステップと、
    前記シムトレイの前記複数の位置のうち１以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する第２ステップと、
    前記第２ステップで算出した前記到達可能な磁場均一度に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下である前記目標磁場を選択する第３ステップと、
    前記第３ステップで選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい離散化誤差演算用磁場範囲を設定し、前記磁性体片の量としてとり得る値が所定の離散的な値である場合に、前記到達可能な磁場均一度を、前記離散化誤差演算用磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら再度算出し、前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を再選択する第４ステップと、
    前記第４ステップで、再選択した前記目標磁場に対応する前記磁性体の配置とその量を、前記シムトレイに配置すべき磁性体片であるとする第５ステップとを行うことを特徴とする磁場均一度調整装置。

Images