JP5943355B2 - 静磁場均一度の調整方法、磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置、磁場調整システム、プログラム - Google Patents
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Description
より具体的に、本発明者は、環境磁場による不整磁場の性質について詳細な検討を行った。その結果、環境磁場による不整磁場は、主として低次の項に関わる磁場成分を調整することにより調整可能であることを見出し、本発明に至ったものである。
本実施形態では、円筒型の静磁場方向は円筒の軸に平行である静磁場発生装置における静磁場調整方法について説明する。
超電導磁石を励磁する。
磁石の均一度が要求される空間、すなわちMRI装置における測定空間の磁場分布を計測する。磁場計測は、後述する、磁場計測プローブと計算機を備えた磁場調整システムを用いて実行される。静磁場空間内で、磁場計測プローブを位置決めした後、所定の軌跡に沿って動かしながら磁場を検出することにより、静磁場空間の磁場分布を計測する。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前後において、静磁場の均一性のピーク・トゥ・ピーク値は、数10ppmが要求される。この直径45〜50cm前後の空間が磁場計測の対象となる均一空間である。
図は、円筒型磁石の中心磁場方向をZ、半径方向をRとした場合の、Z-R断面を示し、磁場分布を等高線で表わしている。図中、点線で示す円は、40cmDSVの断面である。
第一調整段階では、これら次数成分のうち、主として高次項を含む不整磁場を補正する。このため、式(1)で表わされる次数成分のうち、主としてN次項より高次項を含む不整磁場を補正するシム量(A)を計算する。シム量は、磁場補正手段が磁性体シムである場合は、所定のシムトレイ(第一の磁場調整用のシムトレイ)に配置されるシム鉄の数と配置位置が計算される。Nは、例えば4とする。計算は、例えば、線形計画法などの最適化法により、N(>4)次項の不整磁場とシムトレイの所定の位置に配置したシム鉄によるシム量との差の二乗が最小となるシム鉄の配置を求める。
超電導磁石を消磁する。
ステップ213で計算された結果に従い、シムトレイの所定の位置にシム鉄を配置し、超電導磁石にセットする。この状態で、第一の磁場調整ステップ210が完了する。第一の磁場調整ステップ210完了時点の磁場分布を図3(b)に示す。図3(a)に示す磁石の素磁場分布との比較からわかるように、第一の磁場調整ステップ完了時点では、主に高次項が調整され、低次項が残留している。
超電導磁石を最終設置場所に移動し、第二の磁場調整ステップ220を行う。
超電導磁石を励磁し、第一の磁場調整のステップ212と同様に、磁場計測プローブを用いて、磁石の均一度が要求される空間の磁場分布を計測する。設置場所では、上述したように環境磁場による不整磁場が生じており、それは主として下記の低次成分である。
磁場計測プローブで測定した磁場分布を用いて、磁場成分を級数展開し、次数N(=4)以下の不整磁場について、それを補正するシム量(B)を計算する。ここでも磁場補正手段が磁性体シムの場合、N次項の不整磁場を打ち消すようなシムトレイにおけるシム鉄の配置と数を最適化法により算出する。
超電導磁石を消磁し、ステップ221の計算結果に従い、シムトレイ(第二の磁場調整用のシムトレイ)にシム鉄を配置し、超電導磁石内にセットする。
再度、超電導磁石を励磁し、ステップ221と同様に、磁場計測プローブを用いて、磁石内の空間の磁場分布を計測する。
計測した磁場均一度が、予め設定された規格値以下かどうかを判断し、規格値以下であれば、調整を終了する。規格値より大きい場合には、計測した磁場均一度が規格値以下になるまで、ステップ222〜224を繰り返す。第二の磁場調整ステップ220完了時点の磁場分布を図3(c)に示す。図示するように、最終的に、設計上の残留磁場のみが残留した高い均一度の静磁場となる。
次に、上述した本実施形態の磁場調整方法に好適な静磁場発生装置、特に磁場補正手段の構成について説明する。
本発明の静磁場発生装置の一実施形態として、水平磁場方式のMRI装置に好適な円筒型の静磁場発生装置を説明する。
シムトレイ収納部3(図7)には、これら2種類のシムトレイ31、32が円周方向に交互に配置されるように、2種類のシムトレイに対応する収納部が形成されている。シムトレイ31、32は、この収納部に対し出し入れ可能であり、前述の磁場調整方法によって、各シムトレイについてシム鉄を入れるポケット33、34が決定されると、それに従って各シムトレイ31、32の所定のポケットにシム鉄を収納した後、各シムトレイ31、32を収納部に入れる。
図5に示したように、1次および2次の級数項の不整磁場では、磁場中心に対しZ軸方向の両端側に(−)の領域が現れ、3次及び4次の級数項の不整磁場では、磁場中心に対しZ軸方向の両端側及び中央部に(−)の領域が現れる。従って、上述した第二のシムトレイ32のポケット配置によって、これら低次の不整磁場を調整することができる。
図8では、2種類のシムトレイ31、32として、ポケットの位置及び数以外は、形状が同一のシムトレイを用いる場合を示したが、シムトレイの種類によって形状を異ならせることも可能である。シムトレイの形状の異なる実施形態を図9に示す。
この変更例は、図10に示すように、第二のシムトレイ(低次項補正用シムトレイ)37が、ポケットの代わりに棒状のシム鉄(シムバー)を入れる細長い空洞38を持つことが特徴である。空洞38は、シムトレイ37の長手方向に沿って、複数本形成されている。磁場調整方法によって決定された位置に、シムバーを配置する。シムバーを配置する手法として、例えば、空洞38の内壁を雌ネジに形成すると共に、シムバーの外周面を雄ネジに形成し、所定の冶具の先端にシムバーを固定し、所定の位置までシムバーを回しながら移動させる方法を採用することができる。
次に静磁場発生装置の第二の実施形態として、静磁場発生手段は円板形状であり、静磁場方向は円板に直交する方向である垂直磁場方式のMRI装置に好適な円板型の静磁場発生装置を説明する。
次に、本発明の磁場調整方法に用いられる磁場調整システムについて説明する。磁場調整システムの概要を図14に示す。この磁場調整システムは、静磁場発生装置20によって形成される静磁場空間の磁場分布を計測する磁場計測プローブ21と、磁場計測プローブ21によって計測した磁場分布を用いて、シム量例えばシムトレイへのシム鉄の配置位置および配置量を決定する計算機22と、シム鉄を配置するシムトレイの種類やシム鉄の磁力などの計算機22の計算に必要な情報を記憶する記憶部23とを備えている。
まず磁場計測プローブ21による計測結果が入力されると(ステップ151)、その磁場分布を球面調和関数による級数項に展開し、結果を表示部25に表示する(ステップ152)。表示例を図16に示す。図示するように、第一の磁場調整ステップに用いるための、シムトレイの種類と、使用するシム鉄を表示するとともに、展開された各級数項の不整磁場量を表示する。第一の磁場調整段階で、高次項を含んだ不整磁場を主に補正するため、全ての級数項、例えば、Za(N,0)項(N=1〜10)、ZaおよびZb(N,M)(N=1〜5、M=1〜5)に対する不整磁場量を表示する。同時に、N=5以上の高次項に対する判定値も表示する。調整を行う者は、表示部25に表示された5次以上の高次項の不整磁場量がこの判定値を下回った時点で、次の第二の磁場調整ステップに移行すること、すなわち静磁場発生装置を最終設置場所に出荷・設置することができる。高次項の判定値は、最終的な磁場調整が完了した時点で所望の空間における静磁場均一度が達成できるように予め設定しておく。
Claims (14)
- 円筒形状を有して円筒の軸に平行な静磁場を発生する静磁場発生手段内に磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した前記静磁場を測定するステップと、
測定された前記静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
級数展開された不整磁場成分のうち、高次の不整磁場成分を補正する第一の磁場調整
ステップと、低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、を含み、
前記第一及び第二の磁場調整ステップは、前記円筒と同心の仮想円筒上であって且つ前記円筒の軸に平行な複数の線に沿って前記磁場補正手段を配置する際に、前記第一の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線と、前記第二の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線を、交互に配列することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 計測空間に静磁場発生手段により発生した静磁場に対し、補正磁場を発生する磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した前記静磁場を測定するステップと、
測定された前記静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
前記静磁場発生手段が置かれた第一の場所で、前記級数展開された不整磁場成分のうち高次の不整磁場成分を調整する第一の磁場調整ステップと、
前記静磁場発生手段を前記第一の場所と異なる第二の場所に移動した後、前記級数展開された不整磁場成分のうち低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を有し、
前記第一及び第二の磁場調整ステップは、円筒と同心の仮想円筒上であって且つ前記円筒の軸に平行な複数の線に沿って前記磁場補正手段を配置する際に、前記第一の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線と、前記第二の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線を、交互に配列することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップと、前記第二の磁場調整ステップとは、用いる磁場補正手段が異なることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記低次の不整磁場成分は、4次以下の成分であることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 円板形状を有して円板の軸に垂直な静磁場を発生する静磁場発生手段内に磁場補正手段を配置して、前記静磁場の均一度を調整する方法であって、
前記静磁場発生手段が発生した前記静磁場を測定するステップと、
測定された前記静磁場の空間分布を級数展開するステップと、
前記静磁場発生手段が置かれた第一の場所で、前記級数展開された不整磁場成分のうち高次項の不整磁場成分を調整する第一の磁場調整ステップと、
前記静磁場発生手段を前記第一の場所と異なる第二の場所に移動した後、前記級数展開された不整磁場成分のうち低次の不整磁場成分を調整する第二の磁場調整ステップと、
を有し、
前記第一及び第二の磁場調整ステップは、前記円板と同心の仮想円板上であって且つ当該仮想円板の複数の半径方向の線に沿って前記磁場補正手段を配置する際に、前記第一の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線と、前記第二の磁場調整ステップで前記磁場補正手段が配置される仮想線を、交互に配列することを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 請求項3に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記第一の磁場調整ステップでは、少なくとも高次項の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイを用い、前記第二の磁場調整ステップでは、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイを用いることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 請求項1又は2に記載の静磁場均一度の調整方法であって、
前記磁場補正手段の少なくとも一つは、磁性体シムを備えることを特徴とする静磁場均一度の調整方法。 - 検査対象を収納する撮像空間に静磁場を発生する磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、静磁場発生手段と、前記静磁場を調整するための磁場補正手段とを備え、
前記磁場補正手段は、磁性体片を収納するための複数の収納部を有するシムトレイを備え、前記シムトレイとして、少なくとも高次の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイと、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイとを備え、
前記第一のシムトレイと前記第二のシムトレイは、交互に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。 - 請求項8に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイに収納される磁性体片と、前記第二のシムトレイに収納される磁性体片とは、数及び/または大きさが異なることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。 - 請求項8又は9に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記第一のシムトレイは、その長手方向に亘り均等に前記収納部が形成されており、前記第二のシムトレイは、その長手方向に沿って収納部が形成されていない領域と形成されている領域を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。 - 請求項8乃至10のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円筒形状を有し、前記シムトレイは、棒状形状を有し、前記静磁場発生手段の円筒内に、その軸方向に沿って配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。 - 請求項8乃至10のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置であって、
前記静磁場発生手段は、略円板形状を有し、前記シムトレイは、円板を半径に沿って複数に分割した形状を有し、前記静磁場発生手段の円板形状と平行に、円板状に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング用静磁場発生装置。 - 静磁場発生装置が発生する静磁場の均一度を調整するための磁場調整システムであって、
前記静磁場の磁場分布を測定する磁場測定手段と、
前記静磁場の均一度を調整するために用いる磁場補正手段を記憶する記憶手段と、
前記磁場測定手段が測定した磁場分布と、前記記憶手段に記憶された磁場補正手段の情報とを用いて、シム量を算出する計算手段とを備え、
前記磁場補正手段は、シムトレイと当該シムトレイに配置される磁性体シムであり、
前記シムトレイは、少なくとも高次の不整磁場成分を調整する第一のシムトレイと、少なくとも低次の不整磁場成分を調整する第二のシムトレイとを含み、前記第一のシムトレイと前記第二のシムトレイは交互に配置されており、前記計算手段は、前記測定した磁場分布のうち、前記第一のシムトレイを用いて高次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第一の計算と、前記第二のシムトレイを用いて低次項の不整磁場を補正するためのシム量を算出する第二の計算を行い、前記シムトレイにおける磁性体シムの配置位置と数を算出することを特徴とする磁場調整システム。 - 請求項13に記載の計算手段に、
測定された静磁場均一度のデータを入力し、級数項に展開するステップと、
シムトレイの条件として、高次項用シムトレイ及び低次項用シムトレイのそれぞれについて、シムトレイの数、各シムトレイにおける磁性体シム収納部の位置及び数、磁性体シムの磁化の大きさを入力するステップと、
入力された高次項用シムトレイの条件を用いて、級数項に展開した不整磁場のうち高次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
入力された低次項用シムトレイの条件を用いて、低次項の不整磁場成分を補正するのに最適な磁性体シムの配置位置と数を算出するステップと、
を含む計算を行わせるプログラム。
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