JP2020010984A - 磁性体の設置方法及び演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重を制御することが可能な磁性体の設置方法を提供する。【解決手段】磁性体の設置方法は、静磁場を発生させる静磁場磁石と、静磁場を補正するシム部材を収めたシムトレイを含む傾斜磁場コイルユニットと、を含む磁気共鳴イメージング装置３が設置される検査室２内に磁性体を設置する方法であって、シム部材がシムトレイに収められていない状態で、磁気共鳴イメージング装置の撮像空間内の静磁場に勾配がつくように、磁性体を検査室内に設ける。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁性体の設置方法及び演算装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置には、静磁場を発生させる静磁場磁石と、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルとが含まれる。また、傾斜磁場コイルは、静磁場の不均一を補正するシム部材を収めたシムトレイを含む傾斜磁場コイルユニットに一体化されることが多い。

傾斜磁場コイルは大きな騒音を発生することから騒音対策が重要となっており、傾斜磁場コイルユニットそのものや、その支持構造には留意すべき点が多い。例えば、傾斜磁場コイルユニットの重量や支持構造のダンピング特性等により決まる周波数帯の騒音が強調されるが、騒音を抑制するために傾斜磁場コイルユニットの重量や支持構造のダンピング特性等を調整することは困難である。

また、傾斜磁場コイルユニットの支持構造として防振ゴムが下に敷かれることが多いが、傾斜磁場コイルユニットは重量が８００〜１０００ｋｇＦを超えるものも存在し、その大きな荷重により防振ゴムが押し潰されて行き、傾斜磁場コイルユニット内のシム部材の相対的な位置の変動（沈み込み）により静磁場の均一性が経時劣化してしまう。

特開２０１３−１５４１４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重を制御することである。

実施形態に係る磁性体の設置方法は、静磁場を発生させる静磁場磁石と、前記静磁場を補正するシム部材を収めたシムトレイを含む傾斜磁場コイルユニットと、を含む磁気共鳴イメージング装置が設置される検査室内に磁性体を設置する方法であって、前記シム部材が前記シムトレイに収められていない状態で、前記磁気共鳴イメージング装置の撮像空間内の静磁場に勾配がつくように、前記磁性体を前記検査室内に設ける。

図１は、本発明の一実施形態に係る検査室の周辺の構成例を示す図である。 図２は、磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図である。 図３は、傾斜磁場コイルユニットの構成例を示す図である。 図４は、シムトレイの構成例を示す図である。 図５は、演算装置の構成例を示す図である。 図６は、環境磁場の調整のための演算の処理例を示すフローチャートである。 図７は、検査室設計データの例を示す図である。 図８は、静磁場特性データの例を示す図である。 図９は、座標系の例を示す図である。 図１０は、撮像空間内の磁場分布の例を示す図である。 図１１Ａは、磁場勾配の向きの例を示す図（１）である。 図１１Ｂは、磁場勾配の向きの例を示す図（２）である。 図１１Ｃは、磁場勾配の向きの例を示す図（３）である。 図１２Ａは、磁場勾配の向きの例を示す図（４）である。 図１２Ｂは、磁場勾配の向きの例を示す図（５）である。 図１２Ｃは、磁場勾配の向きの例を示す図（６）である。 図１３は、ハーモニクスの例を示す図である。 図１４は、磁性体の配置例の作成の処理例を示すフローチャートである。 図１５Ａは、磁場分布の例を示す図（１）である。 図１５Ｂは、磁場分布の例を示す図（２）である。 図１６は、磁性体の配置の例を示す図である。 図１７は、パッシブシミングのための演算の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、磁性体の設置方法及び演算装置の各実施形態を説明する。なお、実施形態は、以下の内容に限られるものではない。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（実施形態の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る検査室２の周辺の構成例を示す図である。図１において、病院等の施設１内の検査室２には、磁気共鳴イメージング装置３が設置される。検査室２内には、磁気共鳴イメージング装置３の環境磁場を調整するための１又は複数の磁性体４が配置される。磁性体４には、検査室２の構造上から予め設置されている建物の鉄骨や磁気シールド等によるものと、環境磁場を調整するために新たに追加されるものとが含まれる。

環境磁場とは、磁気共鳴イメージング装置３の周囲の磁場である。本実施形態において、磁気共鳴イメージング装置３の撮像空間（例えば、直径数十ｃｍ程度の球）内の静磁場を均一化するためにパッシブシミングが行われる前の磁場分布が所定のパターンになるような状態に、環境磁場は磁性体４によって調整が行われる。環境磁場が所定のパターンになるように調整された後、通常の手法によりパッシブシミングが行われると、撮像空間内の静磁場が均一化される過程で、環境磁場による影響を打ち消すようにシム部材が配置され、シム部材に作用する電磁力により、磁気共鳴イメージング装置３の傾斜磁場コイルユニットに所定の方向の力を及ぼすことができる。

傾斜磁場コイルユニットに鉛直上向きの力を発生させる場合、傾斜磁場コイルユニットの支持構造に与える荷重を減らすことができる。また、傾斜磁場コイルユニットに鉛直下向きの力を発生させる場合、傾斜磁場コイルユニットの支持構造に与える荷重を増やすことができる。鉛直上向きの荷重と鉛直下向きの荷重を適宜に調整することで、騒音の周波数に共鳴しにくい荷重に制御しやすくなり、騒音を低減することができる。鉛直上向きの力を発生させる場合、傾斜磁場コイルユニットの下に敷かれる防振ゴムの押し潰しが軽減され、傾斜磁場コイルユニット内のシム部材の相対的な位置の変動による磁場の均一性の経時劣化が軽減される。

演算装置５は、環境磁場の調整のための演算や、パッシブシミングのための演算を行うためのコンピューター装置である。磁場測定装置６は、パッシブシミングを行う際に、磁気共鳴イメージング装置３の撮像空間内の静磁場を測定するための測定装置である。演算装置５や磁場測定装置６は、環境磁場の調整やパッシブシミングが行われる場合に使用され、通常の検査時には必要とされない。なお、演算装置５の機能を磁気共鳴イメージング装置３内のコンピューターが代替することで、演算装置５を不要とすることもできる。

図２は、磁気共鳴イメージング装置３の構成例を示す図である。図２において、磁気共鳴イメージング装置３は、磁石架台３０１と、寝台３１１とを備えている。なお、本実施形態では、寝台３１１の天板３１２の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向とする。磁石架台３０１は、静磁場磁石３０２と、傾斜磁場コイルユニット３０８と、ＲＦコイル３０９とを備えている。なお、磁石架台３０１の内部構成については、縦断面図にて示されている。

傾斜磁場コイルユニット３０８には、メインコイル３０３と、シールドコイル３０４と、シムトレイ３０６と、シム部材３０７とが含まれている。また、磁気共鳴イメージング装置３は、傾斜磁場電源３２２と、送信回路３２３と、受信回路３２４と、寝台制御回路３２５と、シーケンス制御回路３２６と、コンピューター３３１とを備えている。なお、磁気共鳴イメージング装置３に、被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。また、図２に示す構成は一例に過ぎない。例えば、シーケンス制御回路３２６及びコンピューター３３１内の各部は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。

静磁場磁石３０２は、概略円筒形状をなしており、被検体Ｐの撮像領域を含むボア（静磁場磁石３０２の円筒内部の空間）内に静磁場を発生させる。静磁場磁石３０２は超伝導磁石でもよいし、永久磁石でもよい。

傾斜磁場コイルユニット３０８も概略円筒形状をなし、静磁場磁石３０２の内側に防振ゴム等の支持構造により保持されている。傾斜磁場コイルユニット３０８は、傾斜磁場電源３２２から供給される電流により互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸の方向に傾斜磁場を印加するメインコイル３０３と、メインコイル３０３の漏洩磁場をキャンセルするシールドコイル３０４とを有している。メインコイル３０３とシールドコイル３０４との間にはシムトレイ３０６が挿入される。シムトレイ３０６には、ボア内の磁場不均一を補正するためのシム部材（鉄シム、金属シム等とも呼ばれる）３０７が収納される。

図３は、傾斜磁場コイルユニット３０８の構成例を示す図である。図３において、傾斜磁場コイルユニット３０８のメインコイル３０３とシールドコイル３０４の間には、周方向に略均等な間隔で複数のスロット３０５が設けられている。なお、スロット３０５の数は図示のものに限られない。

スロット３０５は、傾斜磁場コイルユニット３０８の両端面に開口を形成し、傾斜磁場コイルユニット３０８の長手方向（長軸方向）の全長にわたって形成された貫通穴である。各スロット３０５には、それぞれシムトレイ３０６が挿入され、各シムトレイ３０６は、傾斜磁場コイルユニット３０８の概ね中央部に固定される。シムトレイ３０６は、非磁性かつ非電導性の材料である樹脂にて形成され、概略棒状を成す。

図４は、シムトレイ３０６の構成例を示す図である。図４において、シムトレイ３０６の長手方向には、連続して形成された複数のポケット３０６ａが形成されている。ポケット３０６ａの数は図示のものに限られない。各ポケット３０６ａには、ボア内の中間部の撮像空間内の静磁場を均一化する目的で、必要な箇所に必要な枚数のシム部材３０７が収納される。シム部材３０７は、名刺サイズ程度の薄い金属板である。

図２に戻り、寝台３１１は、被検体Ｐが載置される天板３１２を備え、寝台制御回路３２５による制御の下、天板３１２を、被検体Ｐが載置された状態で、傾斜磁場コイルユニット３０８の空洞（撮像口）内へ挿入する。通常、寝台３１１は、長手方向が静磁場磁石３０２の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路３２５は、コンピューター３３１による制御の下、寝台３１１を駆動して天板３１２を長手方向及び上下方向へ移動する。

ＲＦコイル３０９は、傾斜磁場コイルユニット３０８の内側に配置され、送信回路３２３からＲＦパルス（対象とする原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア（Larmor）周波数に対応するＲＦパルス）の供給を受けて高周波磁場を発生するとともに、高周波磁場の影響によって被検体Ｐから発せられる磁気共鳴信号を受信し、受信した磁気共鳴信号を受信回路３２４へ出力する。なお、ＲＦコイル３０９は、送信コイルと受信コイルとに分かれて構成されるものでもよい。

受信回路３２４は、ＲＦコイル３０９から出力される磁気共鳴信号を検出し、検出された磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴データを生成する。具体的には、受信回路３２４は、ＲＦコイル３０９で受信された磁気共鳴信号をデジタル変換することによって磁気共鳴データを生成する。また、受信回路３２４は、生成された磁気共鳴データをシーケンス制御回路３２６へ送信する。なお、受信回路３２４は、磁石架台３０１側に備えられてもよい。

シーケンス制御回路３２６は、コンピューター３３１から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源３２２、送信回路３２３及び受信回路３２４を駆動することによって、被検体Ｐの撮像を行う。ここで、シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源３２２がメインコイル３０３に供給する電流の強さや電流を供給するタイミング、送信回路３２３がＲＦコイル３０９に供給するＲＦパルスの強さやＲＦパルスを印加するタイミング、受信回路３２４が磁気共鳴信号を検出するタイミング等が定義される。例えば、シーケンス制御回路３２６は、プロセッサにより実現される。

さらに、シーケンス制御回路３２６は、傾斜磁場電源３２２、送信回路３２３及び受信回路３２４を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路３２４から磁気共鳴データを受信すると、受信した磁気共鳴データをコンピューター３３１へ転送する。

コンピューター３３１は、磁気共鳴イメージング装置３の全体制御や、画像の生成等を行う。コンピューター３３１は、メモリ３３２、入力装置３３３、ディスプレイ３３４及び処理回路３３５を備える。処理回路３３５は、インタフェース機能３３６、制御機能３３７、画像生成機能３３８、環境磁場演算機能３３９及びパッシブシミング演算機能３４０を備える。

上記のインタフェース機能３３６、制御機能３３７、画像生成機能３３８、環境磁場演算機能３３９及びパッシブシミング演算機能３４０にて行われる各処理機能は、コンピューター３３１において実行可能なプログラムの形態でメモリ３３２へ記憶されている。処理回路３３５はプログラムをメモリ３３２から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路３３５は、図２の処理回路３３５内に示された各機能を有することになる。なお、図２においては単一の処理回路３３５にて、インタフェース機能３３６、制御機能３３７、画像生成機能３３８、環境磁場演算機能３３９及びパッシブシミング演算機能３４０にて行われる処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路３３５を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路３３５が各プログラムを実行する場合であってもよい。別の例として、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

上記説明において用いられた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、あるいは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサはメモリ３３２に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリ３３２にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。

また、送信回路３２３、受信回路３２４及び寝台制御回路３２５等も同様に、上記のプロセッサ等の電子回路により構成される。

処理回路３３５は、インタフェース機能３３６により、シーケンス情報をシーケンス制御回路３２６へ送信し、シーケンス制御回路３２６から磁気共鳴データを受信する。また、磁気共鳴データを受信すると、インタフェース機能３３６を有する処理回路３３５は、受信した磁気共鳴データをメモリ３３２に格納する。メモリ３３２に格納された磁気共鳴データは、制御機能３３７によってｋ空間に配置される。この結果、メモリ３３２は、ｋ空間データを記憶する。

メモリ３３２は、インタフェース機能３３６を有する処理回路３３５によって受信された磁気共鳴データや、制御機能３３７を有する処理回路３３５によってｋ空間に配置されたｋ空間データや、画像生成機能３３８を有する処理回路３３５によって生成された画像データ等を記憶する。例えば、メモリ３３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。

入力装置３３３は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置３３３は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。入力装置３３３は、入力を受け付けるインタフェースである。ディスプレイ３３４は、制御機能３３７を有する処理回路３３５による制御の下、撮像条件の入力を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や、画像生成機能３３８を有する処理回路３３５によって生成された画像等を表示する。ディスプレイ３３４は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

処理回路３３５は、制御機能３３７により、磁気共鳴イメージング装置３の全体制御を行い、撮像や画像の生成、画像の表示等を制御する。例えば、制御機能３３７を有する処理回路３３５は、撮像条件（撮像パラメータ等）の入力をＧＵＩ上で受け付け、受け付けた撮像条件に従ってシーケンス情報を生成する。また、制御機能３３７を有する処理回路３３５は、生成したシーケンス情報をシーケンス制御回路３２６へ送信する。処理回路３３５は、画像生成機能３３８により、ｋ空間データをメモリ３３２から読み出し、読み出したｋ空間データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、画像を生成する。

処理回路３３５は、環境磁場演算機能３３９により、傾斜磁場コイルユニット３０８の荷重の制御のために、環境磁場の調整のための演算を行う。環境磁場演算機能３３９は、電磁界解析ソフトとして一般に提供されている電磁界解析の機能と、パッシブシミングのためのシミングソフトとして一般に提供されている機能とを含んでいる。環境磁場演算機能３３９は入力部及び出力部の一例である。なお、環境磁場の調整のための演算が演算装置５において行われる場合、環境磁場演算機能３３９は省略可能であるため、破線で示されている。

処理回路３３５は、パッシブシミング演算機能３４０により、パッシブシミングの実施に際し、磁場測定装置６（図１）による撮像空間内の静磁場の測定結果に基づいて、シム部材３０７の位置（円周方向位置、Ｚ軸方向位置）と数を演算する。パッシブシミング演算機能３４０は、パッシブシミングのためのシミングソフトとして一般に提供されている機能を含んでいる。なお、パッシブシミングの演算が演算装置５において行われる場合、パッシブシミング演算機能３４０は省略可能であるため、破線で示されている。

図５は、演算装置５の構成例を示す図である。図５において、演算装置５は、メモリ５１、入力装置５２、ディスプレイ５３及び処理回路５４を備える。処理回路５４は、環境磁場演算機能５５及びパッシブシミング演算機能５６を備える。

上記の環境磁場演算機能５５及びパッシブシミング演算機能５６にて行われる各処理機能は、演算装置５において実行可能なプログラムの形態でメモリ５１へ記憶されている。処理回路５４はプログラムをメモリ５１から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路５４は、図５の処理回路５４内に示された各機能を有することになる。なお、図５においては単一の処理回路５４にて、環境磁場演算機能５５及びパッシブシミング演算機能５６にて行われる処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路５４を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路５４が各プログラムを実行する場合であってもよい。別の例として、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。プロセッサの意味するところは、前述したとおりである。メモリ５１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。

また、メモリ５１にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。

入力装置５２は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置５２は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。入力装置５２は、入力を受け付けるインタフェースである。ディスプレイ５３は、環境磁場の調整のための演算結果や、パッシブシミングにおけるシム部材の位置や数の演算結果をＧＵＩ（Graphical User Interface）等により表示する。ディスプレイ５３は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

処理回路５４は、環境磁場演算機能５５により、磁気共鳴イメージング装置３の傾斜磁場コイルユニット３０８の荷重の制御のために、環境磁場の調整のための演算を行う。環境磁場演算機能５５は、電磁界解析ソフトとして一般に提供されている電磁界解析の機能と、パッシブシミングのためのシミングソフトとして一般に提供されている機能とを含んでいる。環境磁場演算機能５５は入力部及び出力部の一例である。なお、環境磁場の調整のための演算が磁気共鳴イメージング装置３において行われる場合、環境磁場演算機能５５は省略可能である。

処理回路５４は、パッシブシミング演算機能５６により、パッシブシミングの実施に際し、磁場測定装置６（図１）による撮像空間内の静磁場の測定結果に基づいて、シム部材３０７の位置（円周方向位置、Ｚ軸方向位置）と数を演算する。パッシブシミング演算機能５６は、パッシブシミングのためのシミングソフトとして一般に提供されている機能を含んでいる。なお、パッシブシミングの演算が磁気共鳴イメージング装置３において行われる場合、パッシブシミング演算機能５６は省略可能である。

（実施形態の動作）
図６は、演算装置５の環境磁場演算機能５５又は磁気共鳴イメージング装置３の環境磁場演算機能３３９による環境磁場の調整のための演算の処理例を示すフローチャートである。なお、以下では、演算装置５の環境磁場演算機能５５による動作として説明するが、磁気共鳴イメージング装置３の環境磁場演算機能３３９による動作にも、環境磁場演算機能５５を環境磁場演算機能３３９に読み替えることで適用することができる。

図６において、環境磁場演算機能５５は、検査室設計データを取得する（ステップＳ１１）。検査室設計データは、検査室２（図１）の建築時及びその後の改修時等における鉄骨や磁気シールド等の磁性体の配置の詳細を示すデータである。図７は、検査室設計データの例を示す図であり、磁性体が配置される位置（ｘ，ｙ，ｚ）又は位置範囲と、磁性体の種類と、磁性体の質量とが含まれている。

図６に戻り、次いで、環境磁場演算機能５５は、静磁場特性データを取得する（ステップＳ１２）。静磁場特性データは、磁気共鳴イメージング装置３の静磁場磁石３０２（図２）の製造元により提供される、納品された製品の静磁場の特性を示すデータである。静磁場磁石３０２を構成する超伝導コイル等は、同じ規格に基づいて製造されたものであっても誤差が含まれており、磁場に不均一さが生じている。図８は、静磁場特性データの例を示す図であり、位置（ｘ，ｙ，ｚ又はｒ，θ，φ）と、磁束密度又は磁束密度の偏差とが含まれている。図９は、座標系の例を示す図であり、直行座標系Ｘ，Ｙ，Ｚと球座標系ｒ，θ，φとの対応関係を示している。

図６に戻り、次いで、環境磁場演算機能５５は、シム部材３０７を介して傾斜磁場コイルユニット３０８への電磁力の作用する方向と、力の大きさの概略値の指定を操作者から入力する（ステップＳ１３）。電磁力の作用する方向が鉛直上向きである場合、傾斜磁場コイルユニット３０８が支持構造に与える荷重が減少する。電磁力の作用する方向が鉛直下向きである場合、傾斜磁場コイルユニット３０８が支持構造に与える荷重が増大する。

次いで、環境磁場演算機能５５は、パッシブシミング前の撮像空間内が目標とする磁場勾配となるような、環境磁場を作成するための磁性体の配置例を作成する（ステップＳ１４）。磁性体の配置例は、複数でもよいし、最適な一つに絞られたものでもよい。目標とする磁場勾配としては、例えば、鉛直上向きの電磁力を作用させる場合、図１０に示されるようなものとなる。図１０は、撮像空間内の磁場分布の例を示す図であり、中心が原点で、横軸をＺ軸として左側がプラス、縦軸をＹ軸として上側がプラスとしている。図１０では、左上の領域Ｒ１がＺ軸方向の静磁場の磁場が相対的に弱く、右下の領域Ｒ２のＺ軸方向の静磁場の磁場が相対的に強くなっている。図１１Ａは、磁場勾配の向きの例を示す図であり、図１０の磁場が弱い領域Ｒ１から磁場が強い領域Ｒ２へ向けた矢印により磁場勾配の向きのパターンを示している。なお、図１０及び図１１Ａにおいて、右下に矢印が向くパターンとしているのは、右側に磁気シールド等の磁性体が存在することを想定している。すなわち、右側に磁気シールド等の磁性体が存在すると（一般に寝台の反対側の壁に磁気シールドが設けられる）、磁性体に磁力線が引き寄せられ、右側の磁場が強まるため、そのような環境をできるだけ利用し、追加の磁性体を減らすためである。

鉛直上向きの電磁力を作用させるという観点では、図１１Ｂのように左下に矢印が向くパターン（左側に磁気シールド等の磁性体が存在する場合に対応）や、図１１Ｃのように真下に矢印が向くパターンでもよい。図１１Ｂ及び図１１Ｃは、磁場勾配の向きの例を示す図である。反対に、鉛直下向きの電磁力を作用させる場合、目標とする磁場勾配のパターンは、図１２Ａ〜図１２Ｃのようになる。図１２Ａ〜図１２Ｃは、磁場勾配の向きの例を示す図である。なお、目標とする磁場勾配のパターンは、鉛直上向きの電磁力を作用させる場合は図１１Ａ〜図１１Ｃのいずれか、鉛直下向きの電磁力を作用させる場合は図１２Ａ〜図１２Ｃのいずれかであればよいとするが、操作者にパターンを指定させるようにしてもよい。

また、目標とする磁場勾配は、球面調和関数を用いて表される撮像空間内の磁場強度（磁束密度）の各次数の成分（ハーモニクス）により指定されるようにしてもよい。図１３は、ハーモニクスの例を示す図であり、横軸はＺ軸で左がプラス側、縦軸は正規化された磁場強度を示している。Ｚ軸方向（第１の軸方向）の位置に対して直線的に変化する１次成分ａ（１，０）は、図１０及び図１１Ａのパターンに対しては、Ｚのプラスに対してマイナスの値となるように指定される。これにより、相対的に左側（Ｚのプラス側）の磁場が弱く、右側（Ｚのマイナス側）の磁場が強くなり、パッシブシミングによりシムトレイ端部のシム部材を増大させる効果がある。また、図示は省略するが、Ｙ軸方向（第２の軸方向）に対して直線的に変化する１次成分ｂ（１，１）は、図１０及び図１１Ａのパターンに対しては、Ｙのプラスに対してマイナスの値となるように指定される。これにより、相対的に上側（Ｙのプラス側）の磁場が弱く、下側（Ｙのマイナス側）の磁場が強くなり、パッシブシミングにより比較的上側にあるシムトレイのシム部材を増加させる効果がある。

更に、図１３に示されるように、Ｚ軸方向の位置の２乗に応じて変化する２次成分ａ（２，０）は、図１０及び図１１Ａのパターンに対しては、Ｚのプラス及びマイナスにおいてプラスの値となるように指定され、パッシブシミングによりシムトレイ両端のシム部材を増大させる効果がある。また、図示は省略するが、Ｘ軸方向に対して直線的に変化する１次成分ａ（１，１）は、Ｘ軸方向のシム部材に影響し、適宜に調整される。なお、ハーモニクスの値のプラス／マイナスは、図１０及び図１１Ａのパターンについて説明したが、力の方向が逆となる図１２Ａの場合はプラス／マイナスが逆になる。また、他のパターンについても、適宜に値の方向は異なってくる。

図１４は、磁性体の配置例の作成（図６のステップＳ１４）の処理例を示すフローチャートである。図１４において、環境磁場演算機能５５は、検査室設計データと静磁場特性データとから電磁界解析により撮像空間内の磁場分布を推定する（ステップＳ１４１）。

次いで、環境磁場演算機能５５は、推定された磁場分布をパッシブシミングで均一化した場合を想定（シム部材３０７の位置及び数を推定）し、シム部材３０７に作用するトータルの電磁力を推定する（ステップＳ１４２）。図１５Ａ及び図１５Ｂは、磁場分布の例を示す図である。図１５Ａはシム部材が存在しない場合の静磁場磁石３０２及び傾斜磁場コイルユニット３０８の内部の磁力線の例を示し、円は撮像空間を示しており、領域Ｒ１の磁場が相対的に弱く、領域Ｒ２の磁場が相対的に強い場合を示している。この場合、図１５Ｂに示されるように、磁場が弱かった領域に近い位置にシム部材３０７−１が仮想的に配置されることで、磁力線を上側に引き寄せ（引き寄せられた磁力線を破線で表示）、磁場を均一化しようとする。なお、図１５Ｂの撮像空間の真下にも磁場も弱い部分があるため、その近くにシム部材３０７−２が仮想的に配置される。仮想的に配置されたシム部材３０７−１、３０７−２は、主として静磁場磁石３０２を構成する超伝導コイルの強い磁場により、電磁力を受ける。例えば、上側に配置されたシム部材３０７−１には、主として上方向に吸引される電磁力が作用し、上側に配置されるシム部材が多い場合、シム部材と一体になっている傾斜磁場コイルユニット３０８に鉛直上向きの力がトータルとして作用することになる。

図１４に戻り、次いで、環境磁場演算機能５５は、磁場分布が所望のパターンで、電磁力が充分であるか否か判断する（ステップＳ１４３）。すなわち、環境磁場演算機能５５は、電磁界解析により得られた撮像空間内の磁場分布が、指定された電磁力の作用する方向が鉛直上向きである場合には図１１Ａ〜図１１Ｃのいずれか（パターンが指定されている場合には指定されたパターン）、電磁力の作用する方向が鉛直下向きである場合には図１２Ａ〜図１２Ｃのいずれか（パターンが指定されている場合には指定されたパターン）であって、シム部材に作用するトータルの電磁力が指定された概略値を満たすか否か判断する。

判断条件が満たされない場合（ステップＳ１４３のＮｏ）、環境磁場演算機能５５は、磁性体の仮想的な配置を行う（ステップＳ１４４）。すなわち、環境磁場演算機能５５は、現時点の撮像空間内の磁場分布を、目標とする磁場分布に近づけるよう、磁性体の位置、種類、質量等を仮想的に追加・変更する。磁性体が配置されると、磁力線が磁性体側に引き寄せられ、磁力線が引き寄せられた部分の磁場を強める作用があるため、そのような作用を見込んで磁性体の仮想的な配置が行われる。

次いで、環境磁場演算機能５５は、電磁界解析により磁性体が追加された後の撮像空間内の磁場分布を推定する（ステップＳ１４５）。

次いで、環境磁場演算機能５５は、推定された磁場分布をパッシブシミングで均一化した場合を想定（シム部材３０７の位置及び数を推定）し、シム部材３０７に作用するトータルの電磁力を推定する（ステップＳ１４６）。そして、再び、環境磁場演算機能５５は、磁場分布が所望のパターンで、電磁力が充分であるか否か判断する（ステップＳ１４３）。判断条件が満たされない場合（ステップＳ１４３のＮｏ）、ステップＳ１４４〜Ｓ１４６が繰り返される。

そして、判断条件が満たされた場合（ステップＳ１４３のＹｅｓ）、磁性体の配置例の作成を終了し、その時点の磁性体の配置が、作成された配置例となる。図１６は、磁性体の配置の例を示す図であり、検査室２の床裏に磁性体４−１、４−２が設けられ、天井裏に磁性体４−３、４−４が設けられ、右の内壁の裏に磁性体４−５が設けられ、磁気共鳴イメージング装置３の磁石端部に磁性体４−６、４−７が設けられる場合を示している。なお、磁気共鳴イメージング装置３の磁石端部に設けられる磁性体４−６、４−７は、磁気共鳴イメージング装置３の開口部を塞がないようなドーナツ形状等となっている。また、磁性体は、静磁場磁石を支持する脚部の下に、床面と挟み込むようにして設けられてもよい。

なお、図１６において、磁性体４−１は主として成分ｂ（１，１）の調整用、磁性体４−２は主として成分ａ（１，０）及び成分ｂ（１，１）の調整用、磁性体４−３、４−４は主として成分ｂ（１，１）の調整用、磁性体４−５は主として成分ａ（１，０）の調整用、磁性体４−６、４−７は主として成分ａ（２，０）の調整用である。なお、図示の磁性体の全てが常に設けられるという趣旨ではなく、磁気共鳴イメージング装置３の静磁場磁石の特性に応じて適宜に省略又は追加が行われる。

図６に戻り、環境磁場演算機能５５は、磁性体の配置例を操作者に提示する（ステップＳ１５）。例えば、環境磁場演算機能５５は、磁性体の種類及び質量（サイズ）と配置する場所（位置）とを提示する。操作者は、提示された磁性体の配置例に従って、実際に検査室２内に磁性体を配置する。

図６及び図１４で説明したフローチャートにおける処理の順序は、結果に本質的な影響を与えない範囲で変えてもよい。

図６に示されたステップＳ１１〜Ｓ１５は、環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）に対応するステップである。ステップＳ１１〜Ｓ１５は、処理回路５４（又は処理回路３３５）がメモリ５１（又はメモリ３３２）から環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）に対応するプログラムを読み出し実行することにより、環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）が実現されるステップである。

図１４に示されたステップＳ１４１〜Ｓ１４６は、環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）に対応するステップである。ステップＳ１４１〜Ｓ１４６は、処理回路５４（又は処理回路３３５）がメモリ５１（又はメモリ３３２）から環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）に対応するプログラムを読み出し実行することにより、環境磁場演算機能５５（又は環境磁場演算機能３３９）が実現されるステップである。

次に、図１７は、パッシブシミングのための演算の処理例を示すフローチャートである。なお、演算装置５のパッシブシミング演算機能５６による動作として説明するが、磁気共鳴イメージング装置３のパッシブシミング演算機能３４０による動作にも、パッシブシミング演算機能５６をパッシブシミング演算機能３４０に読み替えることで適用することができる。

図１７において、パッシブシミング演算機能５６は、撮像空間内の静磁場の測定データを取得する（ステップＳ２１）。撮像空間内の静磁場の測定データは、予め磁場測定装置６により取得されているものとする。

次いで、パッシブシミング演算機能５６は、測定された撮像空間内の静磁場の値に基づき、撮像空間内の静磁場を均一化するために必要なシム部材３０７の位置及び枚数を算出する（ステップＳ２２）。

次いで、パッシブシミング演算機能５６は、算出されたシム部材３０７の位置及び枚数を提示する（ステップＳ２３）。操作者は、提示されたシム部材３０７の位置及び枚数に従って、実際にシムトレイ３０６のシム部材３０７の枚数を調整する。

図１７で説明したフローチャートにおける処理の順序は、結果に本質的な影響を与えない範囲で変えてもよい。また、結果に本質的な影響を与えない範囲で、並行して処理を行ってもよい。

図１７に示されたステップＳ２１〜Ｓ２３は、パッシブシミング演算機能５６（又はパッシブシミング演算機能３４０）に対応するステップである。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、処理回路５４（又は処理回路３３５）がメモリ５１（又はメモリ３３２）からパッシブシミング演算機能５６（又はパッシブシミング演算機能３４０）に対応するプログラムを読み出し実行することにより、パッシブシミング演算機能５６（又はパッシブシミング演算機能３４０）が実現されるステップである。

以上説明された実施形態によれば、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重を制御することができる。

例えば、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重が適切な値に制御されることで、強調される騒音の周波数帯が変化し、騒音の低下が期待できる。複数種類のシーケンスに対し、導体部分に銅が用いられている場合と、軽いアルミニウムが用いられている場合とで、多くのシーケンスにおいて、軽いアルミニウムの場合に騒音の低下が認められる。その点、実施形態によれば、傾斜磁場コイルの導体部分を例えば銅からアルミニウムに代替して軽量化するといったことを行わずとも、傾斜磁場コイルユニットに鉛直上向きの電磁力を作用させることで、軽量化に相当する効果を得ることができる。例えば１００ｋｇＦ〜５００ｋｇＦ分の軽量化の効果が期待される。なお、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重を減少させる場合だけでなく、荷重を増大させることにより騒音の低下が期待される場合には、荷重を増大させることもできる。

また、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重が軽減されることで、傾斜磁場コイルユニットの下に敷かれる防振ゴムが押し潰されるのが緩和され、傾斜磁場コイルユニット内のシム部材の相対的な位置の変動（沈み込み）による静磁場の均一性の経時劣化が緩和される。

また、傾斜磁場コイルユニットが支持構造に及ぼす荷重が制御可能になることで、支持構造の選択肢が豊富になり、設計が容易になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 施設
２ 検査室
３ 磁気共鳴イメージング装置
３０２ 静磁場磁石
３０６ シムトレイ
３０７ シム部材
３０８ 傾斜磁場コイルユニット
４ 磁性体
５ 演算装置
６ 磁場測定装置

Claims (8)

1. 静磁場を発生させる静磁場磁石と、前記静磁場を補正するシム部材を収めたシムトレイを含む傾斜磁場コイルユニットと、を含む磁気共鳴イメージング装置が設置される検査室内に磁性体を設置する方法であって、
   前記シム部材が前記シムトレイに収められていない状態で、前記磁気共鳴イメージング装置の撮像空間内の静磁場に勾配がつくように、前記磁性体を前記検査室内に設ける、
   磁性体の設置方法。
2. 前記静磁場が所定の均一度を満たすように前記シム部材を配置した結果、前記シム部材に対し鉛直上向きに力が働くように前記磁性体を配置する、
   請求項１に記載の磁性体の設置方法。
3. 前記静磁場が所定の均一度を満たすように前記シム部材を配置した結果、前記シム部材に対し鉛直下向きに力が働くように前記磁性体を配置する、
   請求項１に記載の磁性体の設置方法。
4. 前記撮像空間の中心を原点とし、被検体を載置する天板の移動方向を第１の軸方向とし、該第１の軸方向に直交し床面に対し垂直な方向を第２の軸方向とし、前記静磁場が前記第１の軸方向の場合に、
   前記磁性体の配置は、前記シム部材が前記シムトレイに収められていない状態における、前記撮像空間内の磁束密度に関して、
   球面調和関数で表された前記第１の軸方向の１次成分、前記第２の軸方向の１次成分、又は前記第１の軸方向の２次成分の値の正負により前記勾配が指定される、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁性体の設置方法。
5. 前記磁性体は、前記検査室の天井、床面又は内壁のうち少なくともいずれか１箇所に設けられる、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載の磁性体の設置方法。
6. 前記磁性体は、前記静磁場磁石において開口部を有する端面に設けられる、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁性体の設置方法。
7. 前記磁性体は、前記静磁場磁石を支持する脚部の下に、床面と挟み込むようにして設けられる、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載の磁性体の設置方法。
8. 静磁場を発生させる静磁場磁石と、前記静磁場を補正するシム部材を収めたシムトレイを含む傾斜磁場コイルユニットと、を含む磁気共鳴イメージング装置が設置される検査室内に磁性体を設置するための情報を算出する演算装置であって、
   前記静磁場磁石の磁場特性に関する情報を受け付ける入力部と、
   前記シム部材が前記シムトレイに収められていない状態で、前記磁気共鳴イメージング装置の撮像空間の静磁場に勾配がつくように、前記磁性体の前記検査室内における配置の情報を出力する出力部と、
   を備えた演算装置。

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