JP6929667B2 - Magnetic resonance imaging device and static magnetic field correction method - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置及び静磁場補正方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a magnetic resonance imaging apparatus and a static magnetic field correction method.

磁気共鳴イメージング装置、即ち、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置は、天板上の被検体を撮像し、被検体の内部情報を画像データとして取得する装置である。 A magnetic resonance imaging device, that is, an MRI (Magnetic Resonance Imaging) device is a device that images a subject on a top plate and acquires internal information of the subject as image data.

MRI装置は、静磁場中に置かれた撮像部位の原子核スピンをラーモア周波数の高周波信号、即ち、RF(Radio Frequency)信号で励起する。そして、MRI装置は、当該励起に伴って撮像部位から発生する磁気共鳴信号、即ち、MR(Magnetic Resonance)信号をコイルで受信し、再構成して画像データを生成する。 The MRI apparatus excites the nuclear spin of an imaging site placed in a static magnetic field with a high frequency signal of Larmor frequency, that is, an RF (Radio Frequency) signal. Then, the MRI apparatus receives the magnetic resonance signal generated from the imaging site in association with the excitation, that is, the MR (Magnetic Resonance) signal with the coil, and reconstructs the image data to generate the image data.

MRI装置で良好な画質の画像を得るためには、静磁場の空間的均一性が要求される。そのため、例えば、MRI装置の据え付け時に、金属シムを傾斜磁場コイルユニット内の所定位置に配置して、静磁場の均一性を補正する。 In order to obtain an image with good image quality with an MRI apparatus, spatial uniformity of a static magnetic field is required. Therefore, for example, when the MRI apparatus is installed, the metal shim is arranged at a predetermined position in the gradient magnetic field coil unit to correct the uniformity of the static magnetic field.

一方、MRI装置の動作中においては、傾斜磁場コイルの温度上昇に伴って、金属シムの温度も上昇し、金属シムの透磁率が変化する。透磁率の変化に伴って静磁場も変化し、その結果、例えば水や脂肪の中心周波数がシフトすることになる。このような中心周波数のシフトは、F0シフトとも呼ばれる。 On the other hand, during the operation of the MRI apparatus, the temperature of the metal shim also rises as the temperature of the gradient magnetic field coil rises, and the magnetic permeability of the metal shim changes. As the magnetic permeability changes, the static magnetic field also changes, resulting in a shift in the center frequencies of, for example, water and fat. Such a shift of the center frequency is also called an F0 shift.

特開2012−249765号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-249765

本発明が解決しようとする課題は、静磁場の均一性を維持しつつ、中心周波数シフトを抑制できるMRI装置及び静磁場補正方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an MRI apparatus and a static magnetic field correction method capable of suppressing a center frequency shift while maintaining the uniformity of the static magnetic field.

本実施形態に係るMRI装置は、静磁場を生成する静磁場磁石と、前記静磁場中の各位置に所定の個数を配置して、前記静磁場の均一性をパッシブシミングによって補正する金属シムと、電力の供給によって磁場を発生させ、前記静磁場の均一性をアクティブシミングによって補正するコイルと、を備え、前記静磁場の均一性が所定の基準を満たすか否かによらず、前記金属シムの前記各位置における前記所定の個数は、前記金属シムの温度変化による磁気共鳴信号の中心周波数シフトが所定の範囲内に収まるように決定される。 The MRI apparatus according to the present embodiment includes a static magnetic field magnet that generates a static magnetic field, and a metal shim that corrects the uniformity of the static magnetic field by arranging a predetermined number at each position in the static magnetic field. The metal shim comprises a coil that generates a magnetic field by supplying power and corrects the uniformity of the static magnetic field by active shiming, regardless of whether or not the uniformity of the static magnetic field meets a predetermined criterion. The predetermined number at each of the above positions is determined so that the central frequency shift of the magnetic resonance signal due to the temperature change of the metal shim falls within a predetermined range.

本実施形態に係るMRI装置の全体構成を示す概略図。The schematic diagram which shows the whole structure of the MRI apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るMRI装置に備えられる架台装置の横断面、即ち、図1に示す架台装置のI−I断面を示す図。The figure which shows the cross section of the gantry device provided in the MRI apparatus which concerns on this embodiment, that is, the I-I cross section of the gantry device shown in FIG. 本実施形態に係るMRI装置に備えられる傾斜磁場コイルユニットの概略構成を説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating the schematic structure of the gradient magnetic field coil unit provided in the MRI apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るMRI装置に備えられる複数のシムトレイの詳細構成例を説明するための斜視図。FIG. 3 is a perspective view for explaining a detailed configuration example of a plurality of shim trays provided in the MRI apparatus according to the present embodiment. 本実施形態に係るMRI装置に備えられる金属シムの数を示す図。The figure which shows the number of metal shims provided in the MRI apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るMRI装置において、ポケットごとのF0シフトへの影響度を表す図。The figure which shows the degree of influence on the F0 shift for each pocket in the MRI apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るMRI装置における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図。The figure which shows the procedure of the static magnetic field correction method in the MRI apparatus which concerns on this embodiment as a flowchart. 本実施形態に係るMRI装置における測定対象領域の概念を示す図。The figure which shows the concept of the measurement target area in the MRI apparatus which concerns on this embodiment. (A)〜(D)は、本実施形態に係るMRI装置において、Z軸方向における磁場の分布の変化例を示す図。(A) to (D) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the MRI apparatus according to the present embodiment. 本実施形態に係るMRI装置の第1変形例における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図。The figure which shows the procedure of the static magnetic field correction method in the 1st modification of the MRI apparatus which concerns on this Embodiment as a flowchart. (A)〜(C)は、本実施形態に係るMRI装置の第1変形例において、Z軸方向における磁場の分布の変化例を示す図。(A) to (C) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the first modification of the MRI apparatus according to the present embodiment. (A),(B)は、従来技術において、Z軸方向における磁場の分布の変化例を示す図。(A) and (B) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the prior art. 本実施形態に係るMRI装置の第2変形例における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図。The figure which shows the procedure of the static magnetic field correction method in the 2nd modification of the MRI apparatus which concerns on this Embodiment as a flowchart. (A)〜(C)は、本実施形態に係るMRI装置の第2変形例において、Z軸方向における磁場の分布の変化例を示す図。(A) to (C) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the second modification of the MRI apparatus according to the present embodiment.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係るMRI装置の全体構成を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of the MRI apparatus according to the present embodiment.

図1は、本実施形態に係るMRI装置1を示す。MRI装置1は、磁石架台100、制御キャビネット300、寝台装置400、及びコンソール500を備える。磁石架台100、制御キャビネット300、及び寝台装置400は、一般的には、防音設計された検査室に備えられる。検査室は、撮影室とも呼ばれる。コンソール500は、制御室に備えられる。制御室は、操作室とも呼ばれる。 FIG. 1 shows an MRI apparatus 1 according to the present embodiment. The MRI apparatus 1 includes a magnet mount 100, a control cabinet 300, a sleeper apparatus 400, and a console 500. The magnet mount 100, the control cabinet 300, and the sleeper device 400 are generally provided in a soundproofed inspection room. The examination room is also called the photography room. The console 500 is provided in the control room. The control room is also called the operation room.

磁石架台100は、静磁場磁石10、シムコイルユニット11、傾斜磁場コイルユニット12、及びWB(Whole Body)コイル13を有する。これらの部材は円筒状の筐体に収納されている。 The magnet mount 100 includes a static magnetic field magnet 10, a shim coil unit 11, a gradient magnetic field coil unit 12, and a WB (Whole Body) coil 13. These members are housed in a cylindrical housing.

制御キャビネット300は、傾斜磁場用電源31(X軸用31x、Y軸用31y、Z軸用31z)、RF送信器32、RF受信器33、及びシーケンスコントローラ34を備える。 The control cabinet 300 includes a gradient magnetic field power supply 31 (X-axis 31x, Y-axis 31y, Z-axis 31z), an RF transmitter 32, an RF receiver 33, and a sequence controller 34.

磁石架台100の静磁場磁石10は、磁石が円筒形状の磁石構造であるトンネルタイプと、撮像空間を挟んで上下に一対の磁石が配置された開放型(オープン型)とに大別される。ここでは、静磁場磁石10がトンネル型である場合について説明するが、その場合に限定されるものではない。 The static magnetic field magnet 10 of the magnet mount 100 is roughly classified into a tunnel type in which the magnet has a cylindrical magnet structure and an open type in which a pair of magnets are arranged one above the other with an imaging space in between. Here, a case where the static magnetic field magnet 10 is a tunnel type will be described, but the case is not limited to that case.

静磁場磁石10は、概略円筒形状をなしており、被検体、例えば患者が搬送されるボア内に静磁場を発生させる。ボアとは、磁石架台100の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石10は、液体ヘリウムを保持するための筐体と、液体ヘリウムを極低温に冷却するための冷凍機と、筐体内部の超電導コイルとによって構成される。なお、静磁場磁石10は、常伝導磁石又は永久磁石によって構成されてもよい。以下、静磁場磁石10が、超伝導コイルを有する場合について説明する。 The static magnetic field magnet 10 has a substantially cylindrical shape, and generates a static magnetic field in a bore in which a subject, for example, a patient is carried. The bore is the space inside the cylinder of the magnet mount 100. The static magnetic field magnet 10 is composed of a housing for holding liquid helium, a refrigerator for cooling the liquid helium to an extremely low temperature, and a superconducting coil inside the housing. The static magnetic field magnet 10 may be composed of a normal conduction magnet or a permanent magnet. Hereinafter, a case where the static magnetic field magnet 10 has a superconducting coil will be described.

静磁場磁石10は、超電導コイルを内蔵し、液体ヘリウムによって超電導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石10は、励磁モードにおいて静磁場用電源から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を生成する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石10は、長時間、例えば1年以上に亘って、大きな静磁場を生成し続ける。 The static magnetic field magnet 10 has a built-in superconducting coil, and the superconducting coil is cooled to an extremely low temperature by liquid helium. The static magnetic field magnet 10 generates a static magnetic field by applying a current supplied from a static magnetic field power source to the superconducting coil in the excitation mode. After that, when the mode shifts to the permanent current mode, the static magnetic field power supply is disconnected. Once transitioned to the permanent current mode, the static magnetic field magnet 10 continues to generate a large static magnetic field for a long period of time, for example, one year or more.

シムコイルユニット11は、静磁場磁石10と同様に概略円筒形状を成し、静磁場磁石10の内側に設置されている。シムコイルユニット11は、静磁場の不均一成分を補正対象とする。シムコイルユニット11は、補正対象とする静磁場の不均一成分がそれぞれ異なる複数のシムコイル(例えば、図2の下段に示す5チャンネル)を含む。 The shim coil unit 11 has a substantially cylindrical shape like the static magnetic field magnet 10, and is installed inside the static magnetic field magnet 10. The shim coil unit 11 targets the non-uniform component of the static magnetic field as a correction target. The shim coil unit 11 includes a plurality of shim coils (for example, 5 channels shown in the lower part of FIG. 2) having different non-uniform components of the static magnetic field to be corrected.

傾斜磁場コイルユニット12は、静磁場磁石10と同様に概略円筒形状をなし、例えばシムコイルユニット11の内側に設置されている。傾斜磁場コイルユニット12は、傾斜磁場用電源31から供給される電力により傾斜磁場を患者に印加する。なお、傾斜磁場コイルユニット12は、例えば静磁場の1次の不均一成分を補正するように構成してもよい。 The gradient magnetic field coil unit 12 has a substantially cylindrical shape like the static magnetic field magnet 10, and is installed inside, for example, the shim coil unit 11. The gradient magnetic field coil unit 12 applies a gradient magnetic field to the patient by the electric power supplied from the gradient magnetic field power supply 31. The gradient magnetic field coil unit 12 may be configured to correct, for example, the first-order non-uniform component of the static magnetic field.

ここで、傾斜磁場の生成に伴って発生する渦電流がイメージングの妨げとなることから、傾斜磁場コイルユニット12として、渦電流の低減を目的としたASGC(Actively Shielded Gradient Coil)が用いられる。傾斜磁場コイルユニット12は、X軸、Y軸、及びZ軸方向の各傾斜磁場をそれぞれ生成するためのメインコイル12a(図2の下段に図示)と、複数の金属シムを収納可能なシムトレイユニット12b(図2の下段に図示)と、漏れ磁場を抑制するためのシールドコイル12c(図2の下段に図示)とを設けた傾斜磁場コイルである。 Here, since the eddy current generated by the generation of the gradient magnetic field hinders the imaging, ASGC (Actively Shielded Gradient Coil) for the purpose of reducing the eddy current is used as the gradient magnetic field coil unit 12. The gradient magnetic field coil unit 12 includes a main coil 12a (shown in the lower part of FIG. 2) for generating each gradient magnetic field in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and a shim tray capable of accommodating a plurality of metal shims. It is a gradient magnetic field coil provided with a unit 12b (shown in the lower part of FIG. 2) and a shield coil 12c (shown in the lower part of FIG. 2) for suppressing a leakage magnetic field.

ここで、静磁場磁石10、シムコイルユニット11、及び傾斜磁場コイルユニット12の構成例について、図2〜図5を用いて説明する。 Here, a configuration example of the static magnetic field magnet 10, the shim coil unit 11, and the gradient magnetic field coil unit 12 will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

図2は、本実施形態に係るMRI装置に備えられる架台装置の横断面、即ち、図1に示す架台装置のI−I断面を示す図である。図2の上段は、図1に示す架台装置のI−I断面を示し、図2の下段は、上段の破線部分を拡大した図である。 FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the gantry device provided in the MRI apparatus according to the present embodiment, that is, an I-I cross section of the gantry device shown in FIG. The upper part of FIG. 2 shows the I-I cross section of the gantry device shown in FIG. 1, and the lower part of FIG. 2 is an enlarged view of the broken line portion of the upper part.

図2に示すように、シムコイルユニット11は、静磁場磁石10と同様に概略円筒形状をなし、静磁場磁石10の内側に設置されている。シムコイルユニット11は、図2の下段に示すように、「ZX」、「ZY」、「XY」、「X−Y」、及び「Z」の2次シムの構造を成す。シムコイルユニット11は、円筒状に形成された樹脂層と、その外周面上に巻装されたZXチャンネルのシムコイル11aと、その外周面上に巻装されたZYチャンネルのシムコイル11bと、その外周面上に巻装されたXYチャンネルのシムコイル11cと、その外周面上に巻装されたX−Yチャンネルのシムコイル11dと、その外周面上に巻装されたZチャンネルのシムコイル11eと、その外周面上に形成された樹脂層とを有する。 As shown in FIG. 2, the shim coil unit 11 has a substantially cylindrical shape like the static magnetic field magnet 10, and is installed inside the static magnetic field magnet 10. Shim coil unit 11, as shown in the lower part of FIG. 2, "ZX", "ZY", forms the structure of the secondary shim "XY", "X 2 -Y 2", and "Z 2". The shim coil unit 11 includes a resin layer formed in a cylindrical shape, a ZX channel shim coil 11a wound on the outer peripheral surface thereof, a ZY channel shim coil 11b wound on the outer peripheral surface thereof, and an outer peripheral surface thereof. and shim coils 11c of XY channels that are wound on, the shim coil 11d of wound on the X 2 -Y 2 channels on its outer peripheral surface, a shim coil 11e of the Z 2 channels that are wound on the outer circumferential surface, It has a resin layer formed on its outer peripheral surface.

このような構成によりシムコイルユニット11は、5チャンネルの補正磁場を発生することができる。なお、5チャンネルのシムコイル11a〜11eの巻装の順は、この場合に限定されるものではない。また、シムコイルユニット11は、5チャンネルより多くのシムコイル、例えば13チャンネルや18チャンネルの補正磁場を発生可能なシムコイルを含んでもよい。 With such a configuration, the shim coil unit 11 can generate a correction magnetic field of 5 channels. The order of winding the 5-channel shim coils 11a to 11e is not limited to this case. Further, the shim coil unit 11 may include shim coils having more than 5 channels, for example, shim coils capable of generating a correction magnetic field of 13 channels or 18 channels.

5チャンネルのシムコイル11a〜11eはそれぞれ、例えば絶縁性のベース上に所要コイルパターンをなすようにフレキシブル基板を形成している。そして、5チャンネルのシムコイル11a〜11eは、順に積層された状態で内側の樹脂層の外周面上に配置される。 Each of the 5-channel shim coils 11a to 11e forms a flexible substrate so as to form a required coil pattern on, for example, an insulating base. Then, the 5-channel shim coils 11a to 11e are arranged on the outer peripheral surface of the inner resin layer in a state of being laminated in order.

ZXチャンネルのシムコイル11aは、静磁場磁石10によって発生された静磁場のZX成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を補正磁場として発生するコイルパターンを持つ。ZYチャンネルのシムコイル11bは、静磁場磁石10によって発生された静磁場のZY成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を補正磁場として発生するコイルパターンを持つ。XYチャンネルのシムコイル11cは、静磁場磁石10によって発生された静磁場のXY成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を補正磁場として発生するコイルパターンを持つ。X−Yチャンネルのシムコイル11dは、静磁場磁石10によって発生された静磁場のX2−Y2成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を補正磁場として発生するコイルパターンを持つ。Zチャンネルのシムコイル11eは、静磁場磁石10によって発生された静磁場のZ2成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を補正磁場として発生するコイルパターンを持つ。 The ZX channel shim coil 11a has a coil pattern in which a magnetic field having a magnetic field direction substantially the same as the ZX component of the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet 10 is generated as a correction magnetic field. The ZY channel shim coil 11b has a coil pattern in which a magnetic field having a magnetic field direction substantially the same as the ZY component of the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet 10 is used as a correction magnetic field. The shim coil 11c of the XY channel has a coil pattern in which a magnetic field having a magnetic field direction substantially the same as the XY component of the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet 10 is generated as a correction magnetic field. X 2 -Y 2 channel shim coil 11d has a coil pattern to generate a magnetic field having substantially the same magnetic field direction as X 2 -Y 2 component of the generated static magnetic field by the static magnetic field magnet 10 as a correction magnetic field. The Z 2 channel shim coil 11e has a coil pattern in which a magnetic field having a magnetic field direction substantially the same as the Z 2 component of the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet 10 is generated as a correction magnetic field.

シムコイルユニット11の各シムコイル11a〜11eに電力を供給して補正磁場を発生することにより、静磁場の不均一性を補正することを、アクティブシミングと呼ぶ。撮像時には患者がボア内に搬送されるため、患者の影響によって静磁場の均一性は乱されることになる。そこで、シムコイルユニット11を用いたアクティブシミングにより、撮像対象の患者がボア内に搬送された状態で静磁場の不均一性を補正することができる。 Correcting the non-uniformity of the static magnetic field by supplying electric power to the shim coils 11a to 11e of the shim coil unit 11 to generate a correction magnetic field is called active shimming. Since the patient is transported into the bore during imaging, the uniformity of the static magnetic field is disturbed by the influence of the patient. Therefore, by active shimming using the shim coil unit 11, it is possible to correct the non-uniformity of the static magnetic field while the patient to be imaged is conveyed in the bore.

前述したように、各シムコイル11a〜11eは、図示しないシム用電源から供給される電力により、手動又は計算機で、静磁場の不均一性の2次の成分のアクティブシミングを行う。各シムコイル11a〜11eにより、所定の3次元領域において、静磁場磁石10が形成する静磁場が所望の均一性を満たすように補正される。 As described above, each shim coil 11a to 11e actively shims the secondary component of the non-uniformity of the static magnetic field manually or by a computer by the electric power supplied from the shim power source (not shown). The shim coils 11a to 11e correct the static magnetic field formed by the static magnetic field magnet 10 so as to satisfy the desired uniformity in a predetermined three-dimensional region.

また、傾斜磁場コイルユニット12は、X軸、Y軸、及びZ軸方向の各傾斜磁場をそれぞれ生成するためのメインコイル12aと、その外側に配置され、複数の金属シムを収納可能なシムトレイユニット12bと、その外側に配置され、漏れ磁場を抑制するためのシールドコイル12cとを含む。 Further, the gradient magnetic field coil unit 12 has a main coil 12a for generating each gradient magnetic field in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and a shim tray arranged outside the main coil 12a and capable of accommodating a plurality of metal shims. It includes a unit 12b and a shield coil 12c arranged outside the unit 12b for suppressing a leakage magnetic field.

図3は、本実施形態に係るMRI装置に備えられる傾斜磁場コイルユニット12の概略構成を説明するための斜視図である。図3は、図2に示す傾斜磁場コイルユニット12の構成例を示す。 FIG. 3 is a perspective view for explaining a schematic configuration of a gradient magnetic field coil unit 12 provided in the MRI apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 shows a configuration example of the gradient magnetic field coil unit 12 shown in FIG.

図3に示すように、傾斜磁場コイルユニット12のシムトレイユニット12bは、概略円筒形状をなし、概略円筒形状のメインコイル12aとシールドコイル12cとの間に挟まれる。シムトレイユニット12bの周方向には、略均等な間隔で複数のスロット71が形成される。また、シムトレイユニット12bに形成されるスロット71の数は特に限定するものではないが、図3には、スロット71の数が24個の場合が図示される。 As shown in FIG. 3, the shim tray unit 12b of the gradient magnetic field coil unit 12 has a substantially cylindrical shape, and is sandwiched between the substantially cylindrical main coil 12a and the shield coil 12c. A plurality of slots 71 are formed at substantially equal intervals in the circumferential direction of the shim tray unit 12b. The number of slots 71 formed in the shim tray unit 12b is not particularly limited, but FIG. 3 shows a case where the number of slots 71 is 24.

スロット71は、シムトレイユニット12bの両端面に開口を形成し、シムトレイユニット12bの長手方向(長軸方向)に全長にわたって形成された貫通穴である。スロット71には、シムトレイ72が挿入可能である。シムトレイ72は、シムトレイユニット12bの概ね中央部に固定される。Z軸方向におけるシムトレイユニット12bの概ね中央部は、Z軸方向における傾斜磁場コイルユニット12の中央部でもある。シムトレイ72は、例えば、非磁性、かつ、非電導性材料である樹脂にて形成され、概略棒状を成す。 The slot 71 is a through hole formed by forming openings on both end surfaces of the shim tray unit 12b and forming the entire length in the longitudinal direction (major axis direction) of the shim tray unit 12b. A shim tray 72 can be inserted into the slot 71. The shim tray 72 is fixed to the substantially central portion of the shim tray unit 12b. The substantially central portion of the shim tray unit 12b in the Z-axis direction is also the central portion of the gradient magnetic field coil unit 12 in the Z-axis direction. The shim tray 72 is formed of, for example, a resin which is a non-magnetic and non-conducting material, and has a substantially rod shape.

図4は、本実施形態に係るMRI装置に備えられる複数のシムトレイ72の詳細構成例を説明するための斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view for explaining a detailed configuration example of a plurality of shim trays 72 provided in the MRI apparatus according to the present embodiment.

図4に示すように、シムトレイ72の長手方向には、所定の間隔を空けて複数のポケット72aが形成される。ポケット72aの数は特に限定するものではない。 As shown in FIG. 4, a plurality of pockets 72a are formed at predetermined intervals in the longitudinal direction of the shim tray 72. The number of pockets 72a is not particularly limited.

ボア内の撮像領域の静磁場を均一化する目的で、必要な数の金属シム72bがポケット72aに収納される。金属シム72bの材料は、例えばケイ素鋼板やパーメンジュール(鉄及びコバルトの合金)である。MRI装置1の据え付け時に各ポケット72aに収納される金属シム72bの数を調整し、ボア内の撮像領域における静磁場を均一にすることを、パッシブシミングと呼ぶ。 A required number of metal shims 72b are housed in the pockets 72a for the purpose of equalizing the static magnetic field of the imaging region in the bore. The material of the metal shim 72b is, for example, a silicon steel plate or a permendur (alloy of iron and cobalt). Adjusting the number of metal shims 72b stored in each pocket 72a when the MRI apparatus 1 is installed to make the static magnetic field in the imaging region in the bore uniform is called passive shiming.

静磁場磁石10(図2に図示)は、ボア内の静磁場が可能な限り均一になるように設計及び製造されるが、現実には、磁石製造誤差やボア周囲の構造物の影響を受けるため、何らかの調整なしに静磁場を完全に均一とすることは難しい。また、静磁場の不均一の度合いは、装置の個体間によっても異なり、装置の設置場所の周囲環境によっても異なる。このため、通常、装置の据え付け毎に、金属シム72bを用いたパッシブシミングが行われる。 The static magnetic field magnet 10 (shown in FIG. 2) is designed and manufactured so that the static magnetic field in the bore is as uniform as possible, but in reality, it is affected by magnet manufacturing errors and structures around the bore. Therefore, it is difficult to make the static magnetic field completely uniform without some adjustment. In addition, the degree of non-uniformity of the static magnetic field differs depending on the individual device and also depends on the surrounding environment of the device installation location. For this reason, passive shim using the metal shim 72b is usually performed for each installation of the device.

図5は、本実施形態に係るMRI装置に備えられる金属シム72bの数をポケット番号とスロット番号とに対応付けて示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the number of metal shims 72b provided in the MRI apparatus according to the present embodiment in association with the pocket number and the slot number.

図5では、スロット71(図3に図示)に対して、円周方向の位置ごとに、異なるスロット番号iが付されている。例えば、スロット71の数が24個の場合は1から24までの番号をスロット番号iに割り当てる。また、ポケット72a(図4に図示)に対して、Z軸方向の位置ごとに、異なるポケット番号jが付されている。例えば、ポケット72aの数が15個の場合は1から15までの番号をポケット番号jに割り当てる。スロット番号iの位置かつ、ポケット番号jの位置となる金属シム72bの数はSi,jと表記される。以下、スロット71の数が24個であり、ポケット72aの数が15個の場合を例にとって説明する。 In FIG. 5, a different slot number i is assigned to the slot 71 (shown in FIG. 3) for each position in the circumferential direction. For example, when the number of slots 71 is 24, a number from 1 to 24 is assigned to the slot number i. Further, with respect to the pocket 72a (shown in FIG. 4), a different pocket number j is assigned to each position in the Z-axis direction. For example, when the number of pockets 72a is 15, a number from 1 to 15 is assigned to the pocket number j. The number of metal shims 72b at the position of slot number i and the position of pocket number j is written as Si, j. Hereinafter, a case where the number of slots 71 is 24 and the number of pockets 72a is 15 will be described as an example.

図1の説明に戻って、WBコイル13は、全身用RF(Radio Frequency)コイルとも呼ばれ、傾斜磁場コイルユニット12の内側に患者を取り囲むように概略円筒形状に設置されている。WBコイル13は、RF送信器32から伝送されるRFパルスを患者に向けて送信する。一方、WBコイル13は、例えば水素原子核の励起によって患者から放出される磁気共鳴信号、即ち、MR(Magnetic Resonance)信号を受信する。 Returning to the description of FIG. 1, the WB coil 13, also called a whole-body RF (Radio Frequency) coil, is installed inside the gradient magnetic field coil unit 12 in a substantially cylindrical shape so as to surround the patient. The WB coil 13 transmits the RF pulse transmitted from the RF transmitter 32 toward the patient. On the other hand, the WB coil 13 receives, for example, a magnetic resonance signal emitted from a patient by excitation of hydrogen nuclei, that is, an MR (Magnetic Resonance) signal.

MRI装置1は、WBコイル13の他、図1に示すようにローカルコイル20を備えてもよい。ローカルコイル20は、局所用RFコイルとも呼ばれる。ローカルコイル20は、患者の体表面に近接して載置される。ローカルコイル20は、複数のコイル要素を備えてもよい。これら複数のコイル要素は、ローカルコイル20の内部でアレイ状に配列されるため、PAC(Phased Array Coil)と呼ばれることもある。 The MRI apparatus 1 may include a local coil 20 as shown in FIG. 1 in addition to the WB coil 13. The local coil 20 is also called a local RF coil. The local coil 20 is placed close to the patient's body surface. The local coil 20 may include a plurality of coil elements. Since these plurality of coil elements are arranged in an array inside the local coil 20, they are sometimes called a PAC (Phased Array Coil).

ローカルコイル20には幾つかの種別がある。例えば、ローカルコイル20には、図1に示すように患者の胸部、腹部、又は脚部に設置されるボディコイル(Body Coil)や、患者の背側に設置されるスパインコイル(Spine Coil)といった種別がある。この他、ローカルコイル20には、患者の頭部を撮像するための頭部コイル(Head Coil)や、足を撮像するためのフットコイル(Foot Coil)といった種別もある。また、ローカルコイル20には、手首を撮像するためのリストコイル(Wrist Coil)、膝を撮像するためのニーコイル(Knee Coil)、肩を撮像するためのショルダーコイル(Shoulder Coil)といった種別もある。ローカルコイル20の多くの種別は受信専用のコイルであるが、ローカルコイル20の中には送信と受信を双方行う送受信コイルもある。例えば、ローカルコイル20としての頭部コイル及び膝用コイルの中には、送受信コイルも存在する。 There are several types of local coil 20. For example, the local coil 20 includes a body coil (Body Coil) installed on the chest, abdomen, or leg of the patient as shown in FIG. 1 and a spine coil (Spine Coil) installed on the back side of the patient. There is a type. In addition, the local coil 20 also has a type such as a head coil for imaging the patient's head and a foot coil for imaging the foot. The local coil 20 also includes a wrist coil (Wrist Coil) for imaging the wrist, a knee coil (Knee Coil) for imaging the knee, and a shoulder coil (Shoulder Coil) for imaging the shoulder. Many types of the local coil 20 are reception-only coils, but some local coils 20 are transmission / reception coils that perform both transmission and reception. For example, the transmission / reception coil also exists in the head coil and the knee coil as the local coil 20.

傾斜磁場用電源31は、X軸、Y軸、及びZ軸の傾斜磁場を発生するコイルそれぞれを駆動する各チャンネル用の傾斜磁場用電源31x,31y,31zを備える。傾斜磁場用電源31x、31y、31zは、シーケンスコントローラ34の指令により、必要な電流波形を各チャンネル独立に出力する。それにより、傾斜磁場コイルユニット12のメインコイル12aは、X軸、Y軸、及びZ軸の方向における傾斜磁場を患者に印加することができる。 The gradient magnetic field power supply 31 includes gradient magnetic field power supplies 31x, 31y, and 31z for each channel that drive the coils that generate the X-axis, Y-axis, and Z-axis gradient magnetic fields. The gradient magnetic field power supplies 31x, 31y, and 31z output necessary current waveforms independently for each channel according to the command of the sequence controller 34. Thereby, the main coil 12a of the gradient magnetic field coil unit 12 can apply the gradient magnetic field in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions to the patient.

RF送信器32は、シーケンスコントローラ34からの指示に基づいてRFパルスを生成する。RFパルスはWBコイル13に伝送され、患者に印加される。RFパルスの印加によって患者からMR信号が発生する。このMR信号は、ローカルコイル20又はWBコイル13によって受信される。 The RF transmitter 32 generates an RF pulse based on an instruction from the sequence controller 34. The RF pulse is transmitted to the WB coil 13 and applied to the patient. An MR signal is generated from the patient by applying an RF pulse. This MR signal is received by the local coil 20 or the WB coil 13.

ローカルコイル20で受信されたMR信号、より具体的には、ローカルコイル20内の各コイル要素で受信したMR信号は、RF受信器33に伝送される。ローカルコイル20がケーブルを介してRF受信器33にMR信号を伝送可能な構成の場合、各コイル要素で受信されたMR信号は、寝台本体40内部に備えられるケーブルを介してRF受信器33に伝送される。各コイル要素の出力経路や、WBコイル13の出力経路はチャンネルと呼ばれる。このため、各コイル要素やWBコイル13から出力される夫々のMR信号をチャンネル信号と呼ぶこともある。また、WBコイル13で受信されたチャンネル信号もRF受信器33に伝送される。なお、ローカルコイル20内の各コイル要素で受信されたMR信号が無線でRF受信器33に送信される構成であってもよい。 The MR signal received by the local coil 20, more specifically, the MR signal received by each coil element in the local coil 20 is transmitted to the RF receiver 33. When the local coil 20 is configured to be able to transmit an MR signal to the RF receiver 33 via a cable, the MR signal received by each coil element is sent to the RF receiver 33 via a cable provided inside the sleeper body 40. Be transmitted. The output path of each coil element and the output path of the WB coil 13 are called channels. Therefore, each MR signal output from each coil element or the WB coil 13 may be referred to as a channel signal. The channel signal received by the WB coil 13 is also transmitted to the RF receiver 33. The MR signal received by each coil element in the local coil 20 may be wirelessly transmitted to the RF receiver 33.

RF受信器33は、ローカルコイル20やWBコイル13からのチャンネル信号、即ち、MR信号をAD(Analog to Digital)変換して、シーケンスコントローラ34に出力する。デジタルに変換されたMR信号は、生データ(Raw Data)と呼ばれることもある。 The RF receiver 33 AD (Analog to Digital) converts the channel signal from the local coil 20 and the WB coil 13, that is, the MR signal, and outputs the channel signal to the sequence controller 34. The digitally converted MR signal is sometimes called raw data.

シーケンスコントローラ34は、後述するコンソール500による制御のもと、傾斜磁場用電源31、RF送信器32、及びRF受信器33をそれぞれ駆動することによって患者の撮像を行う。シーケンスコントローラ34は、撮像によってRF受信器33から生データを受信すると、その生データをコンソール500に送信する。 The sequence controller 34 takes an image of the patient by driving the gradient magnetic field power supply 31, the RF transmitter 32, and the RF receiver 33, respectively, under the control of the console 500 described later. When the sequence controller 34 receives the raw data from the RF receiver 33 by imaging, the sequence controller 34 transmits the raw data to the console 500.

シーケンスコントローラ34は、処理回路(図示しない)を具備する。この処理回路は、例えば所定のプログラムを実行するプロセッサや、FPGA(Field Programmable Gate Array)及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成される。 The sequence controller 34 includes a processing circuit (not shown). This processing circuit is composed of, for example, a processor that executes a predetermined program and hardware such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

寝台装置400は、寝台本体40及び天板41を有する。寝台本体40は、天板41を上下方向及び水平方向に移動することができる。撮像前に天板41に載置された患者を所定の高さまで移動させる。その後、撮影時には天板41を水平方向に移動させて患者を磁石架台100の開口部内に移動させる。 The sleeper device 400 has a sleeper body 40 and a top plate 41. The sleeper body 40 can move the top plate 41 in the vertical direction and the horizontal direction. Before imaging, the patient placed on the top plate 41 is moved to a predetermined height. After that, at the time of photographing, the top plate 41 is moved in the horizontal direction to move the patient into the opening of the magnet mount 100.

コンソール500は、処理回路50、記憶回路51、ディスプレイ52、及び入力回路53を備える。コンソール500は、ホスト計算機として機能する。 The console 500 includes a processing circuit 50, a storage circuit 51, a display 52, and an input circuit 53. The console 500 functions as a host computer.

処理回路50は、専用又は汎用のCPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processor Unit)の他、特定用途向け集積回路(ASIC)、及び、プログラマブル論理デバイス等の処理回路を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス(SPLD:Simple Programmable Logic Device)、複合プログラマブル論理デバイス(CPLD:Complex Programmable Logic Device)、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)等の回路が挙げられる。処理回路50は、記憶回路51に記憶された、又は、処理回路50内に直接組み込まれたプログラムを読み出し実行することで後述する機能を実現する。 The processing circuit 50 means a processing circuit such as a dedicated or general-purpose CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processor Unit), an integrated circuit for a specific application (ASIC), and a programmable logic device. Examples of the programmable logic device include circuits such as a simple programmable logic device (SPLD: Simple Programmable Logic Device), a complex programmable logic device (CPLD: Complex Programmable Logic Device), and a field programmable gate array (FPGA). The processing circuit 50 realizes a function described later by reading and executing a program stored in the storage circuit 51 or directly incorporated in the processing circuit 50.

また、処理回路50は、単一の処理回路によって構成されてもよいし、独立した複数の処理回路の組み合わせによって構成されていてもよい。後者の場合、記憶回路51が、複数の処理回路にそれぞれ対応する複数の記憶回路を有してもよいし、記憶回路51が、複数の処理回路に対応する1個の記憶回路を有してもよい。 Further, the processing circuit 50 may be composed of a single processing circuit or a combination of a plurality of independent processing circuits. In the latter case, the storage circuit 51 may have a plurality of storage circuits corresponding to the plurality of processing circuits, and the storage circuit 51 may have one storage circuit corresponding to the plurality of processing circuits. May be good.

記憶回路51は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、ハードディスク、及び光ディスク等を備える。記憶回路51は、USB(Universal Serial bus)メモリ及びDVD(Digital Video Disk)等の可搬型メディアを備えてもよい。記憶回路51は、処理回路50において用いられる各種処理プログラム(アプリケーションプログラムの他、OS(Operating System)等も含まれる)や、プログラムの実行に必要なデータや、医用画像を記憶する。また、OSに、操作者に対するディスプレイ52への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力回路53によって行うことができるGUI(Graphical User Interface)を含めることもできる。 The storage circuit 51 includes semiconductor memory elements such as a RAM (Random Access Memory) and a flash memory (Flash Memory), a hard disk, an optical disk, and the like. The storage circuit 51 may include a portable medium such as a USB (Universal Serial bus) memory and a DVD (Digital Video Disk). The storage circuit 51 stores various processing programs (including an OS (Operating System) and the like in addition to the application program) used in the processing circuit 50, data necessary for executing the program, and medical images. Further, the OS may include a GUI (Graphical User Interface) that makes extensive use of graphics for displaying information on the display 52 to the operator and allows basic operations to be performed by the input circuit 53.

ディスプレイ52は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、及び有機EL(Electro Luminescence)パネル等の表示デバイスである。 The display 52 is a display device such as a liquid crystal display panel, a plasma display panel, and an organic EL (Electro Luminescence) panel.

入力回路53は、操作者によって操作が可能なポインティングデバイス(マウス等)やキーボード等の入力デバイスからの信号を入力する回路であり、ここでは、入力デバイス自体も入力回路53に含まれるものとする。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路53はその操作に応じた入力信号を生成して処理回路50に出力する。なお、MRI装置1は、入力デバイスがディスプレイ52と一体に構成されたタッチパネルを備えてもよい。 The input circuit 53 is a circuit for inputting a signal from an input device such as a pointing device (mouse or the like) or a keyboard that can be operated by an operator, and here, the input device itself is also included in the input circuit 53. .. When the input device is operated by the operator, the input circuit 53 generates an input signal corresponding to the operation and outputs the input signal to the processing circuit 50. The MRI apparatus 1 may include a touch panel in which the input device is integrally configured with the display 52.

続いて、本実施形態に係るMRI装置1における静磁場補正方法について説明する。 Subsequently, the static magnetic field correction method in the MRI apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

まず、金属シム72bとF0シフトの関係について説明する。図6は、ポケット72aごとのF0シフトへの影響度を表す。 First, the relationship between the metal shim 72b and the F0 shift will be described. FIG. 6 shows the degree of influence of each pocket 72a on the F0 shift.

図6のグラフの横軸はポケット番号jであり、縦軸はF0シフト影響係数Kjである。F0シフト影響係数Kjは、各ポケット72aに配置される金属シム72bの単位枚数あたりのF0シフト量をポケット番号8のF0シフト量で正規化した量である。F0シフト量は、同じ単位枚数の金属シム72bに同じ温度変化を与えた時に、F0が変化する値をポケット72aごとに求めた値である。 The horizontal axis of the graph of FIG. 6 is the pocket number j, and the vertical axis is the F0 shift influence coefficient Kj. The F0 shift influence coefficient Kj is an amount obtained by normalizing the F0 shift amount per unit number of metal shims 72b arranged in each pocket 72a with the F0 shift amount of pocket number 8. The F0 shift amount is a value obtained by obtaining the value at which F0 changes for each pocket 72a when the same temperature change is applied to the same number of metal shims 72b.

図6のグラフを参照すると、ポケット番号8付近、つまり磁場中心付近はF0シフト影響係数Kjの絶対値が大きく、磁場中心から離れた磁石端部付近は、F0シフト影響係数Kjの絶対値が小さい。また、磁場中心から離れた磁石端部付近に配置された金属シム72bのF0シフト影響係数Kjは、磁場中心付近の金属シム72bのF0シフト影響係数Kjと正負が反転している。例えば、金属シム72bが温められると、磁場中心付近の金属シム72bはF0を上昇させ、磁場中心から離れた磁石端部付近の金属シム72bは、F0を下降させる。このように、金属シム72bは、磁場中心からのZ軸方向の位置により、F0シフトを変化させる方向および大きさが異なる。 Referring to the graph of FIG. 6, the absolute value of the F0 shift influence coefficient Kj is large near the pocket number 8, that is, near the center of the magnetic field, and the absolute value of the F0 shift influence coefficient Kj is small near the end of the magnet away from the center of the magnetic field. .. Further, the F0 shift influence coefficient Kj of the metal shim 72b arranged near the magnet end portion away from the magnetic field center is opposite to the F0 shift influence coefficient Kj of the metal shim 72b near the magnetic field center. For example, when the metal shim 72b is warmed, the metal shim 72b near the center of the magnetic field raises F0, and the metal shim 72b near the end of the magnet away from the center of the magnetic field lowers F0. As described above, the metal shim 72b has a different direction and size for changing the F0 shift depending on the position in the Z-axis direction from the center of the magnetic field.

パッシブシミングでは、据付段階で静磁場の不均一性が所定の許容範囲に収まるように金属シム72bの配置を決定している。一般的には、磁場中心付近に多くの金属シム72bが配置されることが多いため、金属シム72b全体として、金属シム72bの温度上昇時にF0シフト量が上昇する傾向にある。仮に、磁場中心から離れた磁石端部付近に配置される金属シム72bの量を増やすことができれば、磁場中心付近の金属シム72bによる、上昇方向のF0シフトを抑制することができる。 In passive shim, the arrangement of the metal shim 72b is determined so that the non-uniformity of the static magnetic field falls within a predetermined allowable range at the installation stage. In general, since many metal shims 72b are often arranged near the center of the magnetic field, the F0 shift amount tends to increase when the temperature of the metal shims 72b rises as a whole. If the amount of the metal shim 72b arranged near the end of the magnet away from the center of the magnetic field can be increased, the F0 shift in the upward direction due to the metal shim 72b near the center of the magnetic field can be suppressed.

パッシブシミングを完了する時点で、静磁場の不均一性を最終的に満たすべき許容範囲に収めようとすると、磁場中心から離れた磁石端部付近に配置可能な金属シム72bの量には限りがある。本実施形態に係る静磁場の調整方法では、アクティブシミングで最終的に補正されることを前提として、磁場中心から離れた磁石端部付近に配置可能な金属シム72bの量が多くする。パッシブシミングを完了させる時点では、静磁場の不均一性が最終的に収まるべき許容範囲に収まっていないが、パッシブシミングに続いて行われるアクティブシミングによって最終的に静磁場は補正される。 At the time of completing the passive shimming, if the non-uniformity of the static magnetic field is to be finally satisfied, the amount of metal shims 72b that can be placed near the end of the magnet away from the center of the magnetic field is limited. be. In the method for adjusting the static magnetic field according to the present embodiment, the amount of metal shims 72b that can be arranged near the magnet end portion away from the center of the magnetic field is increased on the premise that the correction is finally performed by active shimming. At the time of completing the passive shimming, the non-uniformity of the static magnetic field is not within the tolerance that should be finally settled, but the active shimming that follows the passive shimming finally corrects the static magnetic field.

図7は、本実施形態に係るMRI装置1における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a procedure of the static magnetic field correction method in the MRI apparatus 1 according to the present embodiment as a flowchart.

まず、MRI装置1の据え付け時に、静磁場磁石10の磁場特性が測定される。例えば、複数のシムポケット72aの全てが空の状態、つまり、金属シム72bが全く配置されていない状態で、ボア中央部の多数点の磁場が測定される(ステップST1)。ステップST1の時点はパッシブシミング前なので、測定された静磁場の均一性は担保されていない。なお、測定は任意の磁場測定器を用いて行われる。また、磁場の測定において、シムポケット72aは必ずしも全て空の状態である必要はなく、あらかじめ金属シム72bがいくつか備えられていてもよい。 First, when the MRI apparatus 1 is installed, the magnetic field characteristics of the static magnetic field magnet 10 are measured. For example, the magnetic fields at multiple points in the center of the bore are measured in a state where all of the plurality of shim pockets 72a are empty, that is, in a state where no metal shims 72b are arranged (step ST1). Since the time of step ST1 is before passive shimming, the uniformity of the measured static magnetic field is not guaranteed. The measurement is performed using an arbitrary magnetic field measuring device. Further, in the measurement of the magnetic field, the shim pockets 72a do not necessarily have to be all empty, and some metal shims 72b may be provided in advance.

図8は、本実施形態に係るMRI装置1における測定対象領域の概念を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a concept of a measurement target region in the MRI apparatus 1 according to the present embodiment.

図8に示すように、撮像中心近傍に所定の直径の球(例えば、直径50cmの球)があると仮定する。この球を含む測定対象領域の磁場BZ_bare(r,θ,φ)が、図8に示す球座標系で測定される。 As shown in FIG. 8, it is assumed that there is a sphere having a predetermined diameter (for example, a sphere having a diameter of 50 cm) near the center of imaging. The magnetic field B Z_bare (r, θ, φ) of the measurement target region including this sphere is measured in the spherical coordinate system shown in FIG.

図7の説明に戻って、処理回路50(又はMRI装置1の外部の計算機)は、MRI装置1の据え付け時に、ステップST1における磁場の測定値に基づいて最適化計算を実行し、各ポケット72aに収納すべき金属シム72bの数Si,jを算出する(ステップST2〜ST6)。最適化計算とは、パラメータx(xは通常多変数)の関数として目的関数f(x)及び制約条件g(x)を設定し、制約条件g(x)を満たしつつ目的関数f(x)が最小(又は最大)となるようなパラメータxを決定する手法のことである。なお、制約条件g(x)は、MRI装置1で予め定められた静磁場不均一性の許容範囲Bd(後述する図9に図示)を表す。制約条件として、制約条件g(x)のみならず複数設定されてもよい。 Returning to the description of FIG. 7, the processing circuit 50 (or a computer outside the MRI apparatus 1) executes an optimization calculation based on the measured value of the magnetic field in step ST1 when the MRI apparatus 1 is installed, and each pocket 72a Calculate the numbers Si and j of the metal shims 72b to be stored in (steps ST2 to ST6). In the optimization calculation, the objective function f (x) and the constraint condition g (x) are set as a function of the parameter x (x is usually a multivariate), and the objective function f (x) is satisfied while satisfying the constraint condition g (x). Is a method of determining the parameter x such that is the minimum (or maximum). The constraint condition g (x) represents a predetermined allowable range Bd of static magnetic field non-uniformity in the MRI apparatus 1 (shown in FIG. 9 to be described later). As the constraint condition, not only the constraint condition g (x) but also a plurality of constraints may be set.

パラメータxは、金属シム72bの数Si,jがそれぞれ最適化された値である。そして、制約条件g(x)として、例えば、磁場の不均一性を表す指標が所定の範囲内、つまり空間的な変動成分が所定の範囲内であることを示す不等式が設定される。また、目的関数f(x)として金属シム72bの数Si,jが設定される。これらの設定で最適化計算が実行されることにより、磁場の不均一性を表す指標が所定の範囲内に抑制された状態で金属シム72bの総数が最小となるように、金属シム72bの数Si,jがそれぞれ最適化される。 The parameter x is a value obtained by optimizing the numbers S i and j of the metal shim 72b, respectively. Then, as the constraint condition g (x), for example, an inequality indicating that the index representing the non-uniformity of the magnetic field is within a predetermined range, that is, the spatial variation component is within a predetermined range is set. Further, the numbers S i and j of the metal shim 72b are set as the objective function f (x). By performing the optimization calculation with these settings, the number of metal shims 72b is minimized so that the index indicating the non-uniformity of the magnetic field is suppressed within a predetermined range. S i and j are optimized respectively.

まず、処理回路50は、ステップST2において、目的関数f(Si,j)を次の式(1)に示すように設定する。目的関数f(Si,j)は、金属シム72bの数Si,jの関数(総和を表す関数)として表現される。

Figure 0006929667
First, in step ST2, the processing circuit 50 sets the objective function f ( Si, j ) as shown in the following equation (1). The objective function f (S i, j ) is expressed as a function (a function representing the sum) of the numbers S i, j of the metal shim 72b.
Figure 0006929667

次いで、処理回路50は、ステップST3において、磁場の均一化のための制約条件g(x)を設定する。磁場の均一化のための制約条件の指標の一例として、VRMS(Volume Root Mean Square)が挙げられる。 Next, the processing circuit 50 sets the constraint condition g (x) for homogenizing the magnetic field in step ST3. VRMS (Volume Root Mean Square) can be mentioned as an example of an index of a constraint condition for uniformizing a magnetic field.

一般に、ボア内の磁場(球座標)の理論式は、ルジャンドル関数展開を用いた以下の式で与えられる。

Figure 0006929667
In general, the theoretical formula of the magnetic field (spherical coordinates) in the bore is given by the following formula using the Legendre function expansion.
Figure 0006929667

ここで、Pn m(cos(θ))は、次数(n,m)(0≦m≦n)のルジャンドル陪関数である。また、An m、Bn mは、次数(n,m)のハーモニクスと呼ばれる値であり、フーリエ級数展開におけるフーリエ係数に類似する量である。次数(n,m)=(0,0)が完全に均一な磁場に対応する。次数(n≠0,m≠0)のハーモニクスAn m、Bn mの大きさにより、磁場の不均一性(空間的な変動成分)が表現される。 Here, P n m (cos (θ)) is a Legendre function of order (n, m) (0 ≦ m ≦ n). Further, Ang m and B n m are values called harmonics of order (n, m), and are quantities similar to the Fourier coefficient in the Fourier series expansion. The order (n, m) = (0,0) corresponds to a perfectly uniform magnetic field. Harmonics A n m of degree (n ≠ 0, m ≠ 0 ), the magnitude of B n m, magnetic field inhomogeneities (spatial variation component) is represented.

ステップST1によって測定された磁場BZ_bare(r,θ,φ)と、上記式(2)で表される磁場の理論式とから、測定値に基づく、金属シム72bが無い状態(調整前の状態)でのハーモニクスAn m _bare、Bn m _bare(以下、調整前ハーモニクスと呼ぶ)を求めることができる。例えば、測定値を理論式にフィッティングすることで調整前ハーモニクスAn m _bare、Bn m _bareを求めることができる。調整前ハーモニクスAn m _bare、Bn m _bareの値が大きい程、その時点(調整前)での磁場の不均一性が大きいことを意味している。 From the magnetic field B Z_bare (r, θ, φ) measured in step ST1 and the theoretical formula of the magnetic field represented by the above equation (2), there is no metal shim 72b based on the measured values (state before adjustment). ) Harmonics An m _bare and B n m _bare (hereinafter referred to as unadjusted harmonics) can be obtained. For example, the pre-adjustment harmonics An m _bare and B n m _bare can be obtained by fitting the measured values to a theoretical formula. Unadjusted harmonics A n m _bare, as the value of B n m _bare is large, it means that non-uniformity of the magnetic field at that time (before adjustment) is large.

パッシブシミングは、金属シム72bの数Si,jを適正にすることにより、磁場の空間的な分布を補正し、調整前ハーモニクスAn m _bare、Bn m _bareの値を可能な限り小さくすることで磁場の均一性を向上させる手法である。 Passive shimming is the number S i of the metal shim 72b, by the proper j, to correct the spatial distribution of the magnetic field, as small as possible before adjustment harmonics A n m _bare, the value of B n m _bare This is a method to improve the uniformity of the magnetic field.

次いで、処理回路50は、ステップST4において、必要に応じて制約条件g(x)以外の他の制約条件を設定する。他の制約条件は、例えば金属シム72bの数が非負となることや各ポケット72aに収容可能な金属シム72bの枚数などである。そして処理回路50は、ステップST5において、設定された制約条件の下で目的関数を最小化ないし最大化する最適化計算を実行する。最適化計算の実行後、ステップST6において金属シム72bの分布S1,1〜S24,15が算出される。 Next, in step ST4, the processing circuit 50 sets a constraint condition other than the constraint condition g (x) as needed. Other constraints are, for example, that the number of metal shims 72b is non-negative and the number of metal shims 72b that can be accommodated in each pocket 72a. Then, in step ST5, the processing circuit 50 executes an optimization calculation that minimizes or maximizes the objective function under the set constraints. After execution of the optimization calculation, distribution S 1,1 ~S 24,15 of the metal shim 72b is calculated in step ST6.

図9(A)〜(D)は、本実施形態に係るMRI装置1において、Z軸方向における静磁場Bが均一化される流れを示す図である。 9 (A) to 9 (D) are diagrams showing a flow in which the static magnetic field B Z in the Z-axis direction is made uniform in the MRI apparatus 1 according to the present embodiment.

図9(A)は、金属シム72の配置前の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。磁場Bは、ハーモニクスA _bare(A _bare>0)を比例定数とする、Z位置の2乗に比例する関数として表される。A _bareは、ハーモニクスA _bareの一要素である。図9(A)は、パッシブシミング前であるため、磁場の不均一性は、最終的に収まるべき磁場不均一性の許容範囲Bdに収まっていない。 FIG. 9A shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction before the arrangement of the metal shim 72 b. Magnetic field B Z is represented harmonics A 2 0 _bare the (A 2 0 _bare> 0) is a proportional constant, as a function proportional to the square of the Z position. A 2 0 _bare is an element of harmonic A n m _bare. Since FIG. 9A shows before passive shimming, the non-uniformity of the magnetic field does not fall within the allowable range Bd of the non-uniformity of the magnetic field that should be finally settled.

一方、図9(B)は、図9(A)に対し、上述した最適化演算によって決定された金属シム72bの数Si,jに従って金属シム72bが仮に配置された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。図9(B)は、パッシブシミングによる金属シム72bの配置により、磁場の不均一性が所定の許容範囲Bdに収まっている状態に対応する。 On the other hand, FIG. 9B shows the Z-axis direction when the metal shims 72b are tentatively arranged according to the numbers Si and j of the metal shims 72b determined by the above-mentioned optimization calculation with respect to FIG. 9A. An example of the distribution of the magnetic field B Z in the above is shown. FIG. 9B corresponds to a state in which the non-uniformity of the magnetic field is within a predetermined allowable range Bd due to the arrangement of the metal shims 72b by passive shiming.

一方、前述したように、金属シム72bの温度が上昇するとF0シフトが発生する。このF0シフトの大きさや、F0シフトの方向(F0が正の方向へシフトするのか負の方向にシフトするのか)は、金属シム72bの位置に応じて異なる。 On the other hand, as described above, when the temperature of the metal shim 72b rises, an F0 shift occurs. The magnitude of the F0 shift and the direction of the F0 shift (whether the F0 shifts in the positive direction or the negative direction) differ depending on the position of the metal shim 72b.

そこで、静磁場均一性が所定の許容範囲Bdに収まるように決定された金属シム72bの数Si,jに従って金属シム72bが仮に配置された場合に発生するF0シフトを抑制するために、ステップST7において、磁石端部付近、具体的には、F0シフト影響係数(図6に図示)が負を示す位置のポケット(例えばポケットの数が15個の場合には1〜4、12〜15番のうち少なくとも1個のポケット)に、意図的に1又は複数の金属シム72bを追加する。金属シム72bが追加された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例は、図9(C)に示される。 Therefore, in order to suppress the F0 shift that occurs when the metal shims 72b are tentatively arranged according to the number Si, j of the metal shims 72b determined so that the static magnetic field uniformity falls within the predetermined allowable range Bd, a step is taken. In ST7, pockets near the end of the magnet, specifically, at positions where the F0 shift influence coefficient (shown in FIG. 6) is negative (for example, when the number of pockets is 15, the numbers 1 to 4, 12 to 15). One or more metal shims 72b are intentionally added to at least one of the pockets). When the metal shim 72b is added, an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction is shown in FIG. 9 (C).

このとき、金属シム72bの数は、後に行われるアクティブシミングで補正可能な範囲で追加される。分布S1,1〜S24,15に対して、ステップST7で金属シム72bを追加配置することにより、図9(C)に示すように、最終的に満たすべき磁場不均一性の許容範囲Bdから外れてしまう場合があるが、この状態のまま据え付けを完了させる。静磁場不均一性の許容範囲Bdは、前述した最適化処理における制約条件g(x)に相当する。 At this time, the number of metal shims 72b is added within a range that can be corrected by the active shim performed later. Relative distribution S 1,1 ~S 24,15, by adding place the metal shim 72b at step ST7, as shown in FIG. 9 (C), and finally the magnetic field inhomogeneity tolerance Bd to be met It may come off from, but the installation is completed in this state. The allowable range Bd of the static magnetic field non-uniformity corresponds to the constraint condition g (x) in the above-mentioned optimization process.

次いで、処理回路50は、患者が撮像領域に配置された後、ステップST8において、アクティブシミングを行って、静磁場不均一性が所定の許容範囲Bdに収まるように磁場補正する。例えば、ステップST7による金属シム72bの追加によって制約条件g(x)から外れたハーモニクスの項A _shimに対して、Zチャンネルのシムコイル11eによるアクティブシミングで制約条件g(x)を満足させるように磁場補正する。シムコイル11eによるアクティブシミングが実行された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例は、図9(D)で示される。 Next, after the patient is placed in the imaging region, the processing circuit 50 performs active shimming in step ST8 to correct the magnetic field so that the static magnetic field non-uniformity falls within a predetermined allowable range Bd. For example, with respect to harmonics of claim A 2 0 _shim deviating from added by constraints g of metal shim 72b in step ST7 (x), satisfying the constraints g (x) in the active shimming by Z 2-channel shim coil 11e The magnetic field is corrected as follows. An example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction when active shimming by the shim coil 11e is executed is shown in FIG. 9 (D).

その結果、分布S1,1〜S24,15に対して、外側位置のポケットに金属シム72bが追加されつつ、磁場の均一性はシムコイル11eによるアクティブシミングで補完的に補正されて制約条件g(x)を満足したものとなる。即ち、静磁場の均一性を維持しつつ、MRスキャンにおけるF0シフトの抑制が期待できる。 As a result, the distribution S 1,1 with respect to S 24,15, while the metal shim 72b is added to the outer position pocket, homogeneity of the magnetic field shim coil 11e constraints are complementary corrected active shimming under the condition g (X) is satisfied. That is, it can be expected that the F0 shift in the MR scan is suppressed while maintaining the uniformity of the static magnetic field.

MRI装置1によると、ハーモニクスの項がA _bare>0となることが分かっている静磁場磁石10の特性に対し、静磁場の均一性を維持しつつ、F0シフトを抑制できる。 According to the MRI apparatus 1, with respect to the characteristics of the static magnetic field magnet 10 that term harmonics are found to be A 2 0 _bare> 0, while maintaining the uniformity of the static magnetic field can be suppressed F0 shift.

(第1変形例)
上述した第1の実施形態では、静磁場の均一性が最終的に満たすべき範囲Bdに収まるように金属シム72bの数Si,jを最適化してから(図9(B)に図示)、さらに磁石端部付近に金属シム72bを追加していた。一方、第1変形例においては、金属シム72bの数Si,jの最適化演算の時点で、後のアクティブシミングによる補完的な補正を前提とした、静磁場不均一性の許容範囲を表す制約条件を設定する。
(First modification)
In the first embodiment described above, the numbers Si and j of the metal shims 72b are optimized so that the uniformity of the static magnetic field falls within the range Bd to be finally satisfied (shown in FIG. 9B). Further, a metal shim 72b was added near the end of the magnet. On the other hand, in the first modification, the permissible range of static magnetic field non-uniformity is represented on the premise of complementary correction by active shiming later at the time of the optimization calculation of the numbers Si and j of the metal shim 72b. Set constraints.

ハーモニクスの項がA _bare>0となるような特性を有する静磁場磁石10の場合、最終的に満たすべき静磁場の均一性をパッシブシミングで達成しようとすると、外側位置における金属シム72bの数は限定される。そこで、例えば静磁場均一性が悪くなるような制約条件をあえて最適化演算において適用し、より多くの金属シム72bが磁石端部付近に配置されるようにする。金属シム72bを配置した段階では最終的に満たすべき静磁場の均一性は担保されないので、後でアクティブシミングを行う。 If terms of harmonics of the static magnetic field magnet 10 having a characteristic such that A 2 0 _bare> 0, the uniformity of the static magnetic field to be satisfied finally when trying to achieve a passive shimming, the metal shim 72b in the outer position The number is limited. Therefore, for example, a constraint condition that deteriorates the uniformity of the static magnetic field is intentionally applied in the optimization calculation so that more metal shims 72b are arranged near the end of the magnet. Since the uniformity of the static magnetic field to be finally satisfied is not guaranteed at the stage where the metal shim 72b is arranged, active shiming is performed later.

図10は、本実施形態に係るMRI装置1の第1変形例における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図である。なお、図10において、図7に示すステップと同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 10 is a diagram showing a procedure of the static magnetic field correction method in the first modification of the MRI apparatus 1 according to the present embodiment as a flowchart. In FIG. 10, the same steps as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

処理回路50は、ステップST13において、図7に示すステップST3によって設定される制約条件g(x)とは異なる、制約条件h(x)を設定する。制約条件h(x)は、アクティブシミングによって磁場の補正が可能な範囲で磁場均一性の劣化を許容し、金属シム72bが磁石端部付近に多く配置されるような制約条件である。次いで、処理回路50は、図7に示すステップST4と同様に、ステップST14において、必要に応じて他の制約条件を設定する。次いで、処理回路50は、図7に示すステップST5と同様に、ステップST15において、設定された制約条件h(x)の下で目的関数を最小化する最適化計算を実行する。次いで、処理回路50は、図7に示すステップST6と同様に、ステップST16において、金属シム72bの数Si、jをそれぞれ決定し、分布S1,1〜S24,15を算出する。次いで、ステップST17において、ステップST16によって算出された分布S1,1〜S24,15に従って金属シム72bが配置される。 In step ST13, the processing circuit 50 sets the constraint condition h (x), which is different from the constraint condition g (x) set by step ST3 shown in FIG. 7. The constraint condition h (x) is a constraint condition that allows deterioration of the magnetic field uniformity within a range in which the magnetic field can be corrected by active shimming, and a large number of metal shims 72b are arranged near the magnet end. Next, the processing circuit 50 sets other constraint conditions as necessary in step ST14, as in step ST4 shown in FIG. 7. Next, the processing circuit 50 executes an optimization calculation that minimizes the objective function under the set constraint condition h (x) in step ST15, similarly to step ST5 shown in FIG. Then, processing circuit 50, as in step ST6 shown in FIG. 7, in step ST16, the number S i of the metal shim 72b, j were determined respectively, and calculates a distribution S 1,1 ~S 24,15. Then, in step ST17, the metal shim 72b is disposed in accordance with the distribution S 1,1 ~S 24,15 calculated in step ST16.

図11(A)〜(C)は、本実施形態に係るMRI装置1の第1変形例において、Z軸方向における磁場Bの分布の変化例を示す図である。 11 (A) to 11 (C) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction in the first modification of the MRI apparatus 1 according to the present embodiment.

図11(A)は、金属シム72の配置前の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。図11(A)は、図9(A)と同一である。図11(B)は、図11(A)に対し、分布S1,1〜S24,15に従って金属シム72bが配置された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。 FIG. 11A shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction before the arrangement of the metal shim 72 b. FIG. 11 (A) is the same as FIG. 9 (A). FIG. 11 (B) to FIG. 11 (A), the case where the metal shim 72b is disposed according to the distribution S 1,1 ~S 24,15, shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z axis direction.

ここで、静磁場磁石10がハーモニクスA _bareが正となる特性を有する場合では、分布S1,1〜S24,15に従って金属シム72bが配置された状態でMRスキャンが行われると、F0シフトが抑制される。このとき、分布S1,1〜S24,15に従った金属シム72bの配置により、最終的に満たすべき磁場不均一性の許容範囲Bdから外れる場合があるが、この状態のまま据え付けを完了させる。 Here, in the case of having a characteristic that the static magnetic field magnet 10 is Harmonics A 2 0 _bare positive, the MR scan is performed with the metal shim 72b is disposed according to the distribution S 1,1 ~S 24,15, The F0 shift is suppressed. In this case, the arrangement of the metal shim 72b in accordance with the distribution S 1,1 ~S 24,15, there is a case where out of the final field inhomogeneity tolerance Bd to be satisfied, complete the installation remains in this state Let me.

一方で、従来技術におけるZ軸方向の磁場の分布の変化を説明する。図12(A),(B)は、従来技術において、Z軸方向における磁場の分布の変化例を示す図である。 On the other hand, the change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the prior art will be described. 12 (A) and 12 (B) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field in the Z-axis direction in the prior art.

図12(A)は、金属シムの配置前の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。図12(A)は、図9(A)と同一である。図12(B)は、図12(A)に対し、磁場不均一性の許容範囲Bdに収まるように算出された分布に従って金属シムが配置された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。 12 (A) shows pre-deployment of the metal shim, shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z axis direction. FIG. 12 (A) is the same as FIG. 9 (A). FIG. 12 (B) shows the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction when the metal shims are arranged according to the distribution calculated so as to fall within the allowable range Bd of the magnetic field non-uniformity with respect to FIG. 12 (A). An example is shown.

図12(B)に示す、従来技術に係る金属シムの配置によると、A _bareがあまり大きくない場合に金属シムによる補正量も少なくなるので、外側のポケットに配置される金属シムの数も少なくなる。即ち、従来技術に係る金属シムの配置によると、F0シフトの抑制効果が小さくなる。 Figure 12 (B), the according to the arrangement of the metal shim according to the prior art, since the correction amount is also reduced by a metal shim when A 2 0 _bare is not so large, the number of metal shims which are arranged outside the pocket Will also decrease. That is, according to the arrangement of the metal shims according to the prior art, the effect of suppressing the F0 shift is reduced.

図10の説明に戻って、処理回路50は、患者が撮像領域に配置された後、ステップST18において、ハーモニクスの項A _shimに対して、Zチャンネルのシムコイル11eによるアクティブシミングで制約条件g(x)を満足させるように磁場補正する。シムコイル11eによるアクティブシミングが実行された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例は、図11(C)で示される。 Returning to the explanation of FIG. 10, the processing circuit 50, after the patient is placed in the imaging area, in step ST18, relative terms A 2 0 _shim harmonics, constraints active shimming by Z 2-channel shim coil 11e The magnetic field is corrected so as to satisfy g (x). An example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction when active shimming by the shim coil 11e is executed is shown in FIG. 11 (C).

以上説明した金属シム72bの配置とアクティブシミングにより、F0シフトが抑制されつつ、磁場の均一性としてはシムコイル11eによるアクティブシミングで補完的に補正されて制約条件g(x)を満足したものとなる。即ち、静磁場の均一性を維持しつつ、MRスキャンにおけるF0シフトの抑制が期待できる。 By the arrangement of the metal shims 72b and the active shimming described above, the F0 shift is suppressed, and the uniformity of the magnetic field is complementarily corrected by the active shimming by the shim coil 11e to satisfy the constraint condition g (x). .. That is, it can be expected that the F0 shift in the MR scan is suppressed while maintaining the uniformity of the static magnetic field.

MRI装置1の第1変形例によると、ハーモニクスの項がA _bare>0となることが分かっている静磁場磁石10に対し、静磁場の均一性を維持しつつ、F0シフトを抑制できる。 According to a first modification of the MRI apparatus 1, with respect to the static magnetic field magnet 10 that term harmonics are found to be A 2 0 _bare> 0, while maintaining the uniformity of the static magnetic field, can be suppressed F0 shift ..

(第2変形例)
上述した第1の実施形態および第1変形例では、ハーモニクスの項がA _bare>0となる場合を例にとって説明した。一方、第2変形例は、ハーモニクスの項がA _bare<0となる静磁場磁石10の場合、またはA _bare>0であってA _bareが小さい静磁場磁石10の場合における静磁場補正を示す。
(Second modification)
In the first embodiment and the first modified example described above, the term harmonics has been described as an example a case in which the A 2 0 _bare> 0. On the other hand, the second modification, in the case section harmonics is A 2 0 _bare <0 and becomes the case of the static magnetic field magnet 10 or A 2 0 _bare,> A 0 A 2 0 _bare small static magnetic field magnet 10 Indicates static magnetic field correction.

ハーモニクスの項がA _bare<0となる静磁場磁石10の場合、またはA _bare>0であってA _bareが小さい静磁場磁石10の場合、金属シム72bの配置が中央の位置に集まる傾向がハーモニクスの項がA _bare>0であって十分大きい場合に比べて強い。そこで、第2変形例では、先にアクティブシミングを行って、静磁場の不均一特性が、A _bare>0であって十分大きくなるように一旦補正する。この段階では磁場の均一性は最終的に満たすべき磁場均一性を満たす必要はない。その後、パッシブシミングを行うことにより、磁場の均一性を補正する。この場合、ハーモニクスの項がA _bare>0となる静磁場磁石10と同様にパッシブシミングを行なうことができるため、例えばA _bare<0の状態でパッシブシミングを行う場合よりも、より多くの金属シム72bが磁石端部付近、具体的には、F0シフト影響係数(図6に図示)が負を示す位置に配置されることになり、F0シフトを抑制できる。 <For the static magnetic field magnet 10 to be 0, or A 2 0 _bare> term of harmonics A 2 0 _bare if 0 is a by A 2 0 _bare is smaller static magnetic field magnet 10, the metal shim 72b arranged central term tends to collect in the position harmonics stronger than if sufficiently large a a 2 0 _bare> 0. In the second modification, performing the active shimming above, uneven characteristics of the static magnetic field, A 2 0 _bare> 0 is a by correcting once to be sufficiently large. At this stage, the magnetic field uniformity does not have to satisfy the magnetic field uniformity to be finally satisfied. Then, passive shimming is performed to correct the uniformity of the magnetic field. In this case, since the term of harmonics can be performed similarly passive shimming the static magnetic field magnet 10 which is a A 2 0 _bare> 0, than when performing passive shimming in the state of example A 2 0 _bare <0, more Many metal shims 72b are arranged near the end of the magnet, specifically, at a position where the F0 shift influence coefficient (shown in FIG. 6) is negative, so that the F0 shift can be suppressed.

なお、図7に示す例では、素性がA _bare>0の状態に対して最適化計算を行った場合、金属シム72bはある程度磁石端部付近に配置される結果となるが、磁石端部付近に配置される金属シム72bの数が不十分であると述べた。そこで、第2の変形例では、アクティブシミングを行って、磁場の特性をA _bare<0からA _bare>0に変化させる際に、正の極性をより強くして、A _bare>>0とする。正の極性を強くすることにより、より多くの金属シム72bが磁石端部付近に配置される。 In the example shown in FIG. 7, if the feature has been optimized calculated for state of the A 2 0 _bare> 0, the metal shim 72b is a result which is disposed near certain extent magnet end the magnet end He said that the number of metal shims 72b placed near the part is insufficient. Therefore, in the second modification, performing the active shimming, when changing the characteristics of the magnetic field from <0 A 2 0 _bare> A 2 0 _bare to 0, positive and stronger polar, A 2 0 _Bare >> 0. By increasing the positive polarity, more metal shims 72b are placed near the ends of the magnets.

図13は、本実施形態に係るMRI装置1の第2変形例における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図である。なお、図13において、図7に示すステップと同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。また、図13において、ステップの順番を入れ替えて、全てのステップをMRI装置1の据え付け時に実行することも可能である。 FIG. 13 is a diagram showing a procedure of the static magnetic field correction method in the second modification of the MRI apparatus 1 according to the present embodiment as a flowchart. In FIG. 13, the same steps as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, in FIG. 13, it is also possible to change the order of the steps and execute all the steps at the time of installation of the MRI apparatus 1.

設計上又は製造工程管理上、静磁場磁石10がハーモニクスの項がA _bare<0となる特性を有することが分かっている場合、処理回路50は、MRI装置1の据え付け時に、ステップST21において磁場が測定される際に、Zチャンネルのシムコイル11eで、ハーモニクスの項がA _bare>0となるように磁場を調整する。 Or on production process control design, the static magnetic field magnet 10 the term of harmonics are found to have the properties that make A 2 0 _bare <0, the processing circuit 50, upon installation of the MRI apparatus 1, in step ST21 when the magnetic field is measured, in shim coil 11e of Z 2 channels, terms of harmonics to adjust the magnetic field such that the a 2 0 _bare> 0.

図14(A)〜(C)は、本実施形態に係るMRI装置1の第2変形例において、Z軸方向における磁場Bの分布の変化例を示す図である。 14 (A) to 14 (C) are diagrams showing an example of a change in the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction in the second modification of the MRI apparatus 1 according to the present embodiment.

図14(A)は、金属シム72の配置前の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。磁場Bは、比例定数がハーモニクスの項A _bare(A _bare<0)であり、Z位置の2乗に比例する関数として表される。図14(B)は、図14(A)に対し、Zチャンネルのシムコイル11eで磁場補正された場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例を示す。 FIG. 14A shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction before the arrangement of the metal shim 72 b. Magnetic field B Z is a proportionality constant is the harmonic term A 2 0 _bare (A 2 0 _bare <0), expressed as a function proportional to the square of the Z position. FIG. 14 (B) to FIG. 14 (A), the case where the magnetic field corrected by shim coil 11e of Z 2 channels, shows an example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z axis direction.

図13の説明に戻って、処理回路50は、制約条件を満足するように金属シム72bの数Si,jをそれぞれ決定する(ステップST2〜ST6)。次いで、ステップST6によって算出された金属シム72bの分布S1,1〜S24,15に従って金属シム72bが配置される(ステップST27)。金属シム72bによるパッシブシミングが行われた場合の、Z軸方向における磁場Bの分布の一例は、図14(C)で示される。 Returning to the description of FIG. 13, the processing circuit 50 determines the numbers Si and j of the metal shims 72b so as to satisfy the constraint conditions (steps ST2 to ST6). Then, the metal shim 72b is disposed in accordance with the distribution S 1,1 ~S 24,15 of the metal shim 72b calculated in step ST6 (step ST27). An example of the distribution of the magnetic field B Z in the Z-axis direction when passive shiming is performed by the metal shim 72b is shown in FIG. 14 (C).

ハーモニクスの項がA _bare>0となっている静磁場の均一性を補正するためには、即ち、図14(B)を図14(C)に移行させるためには、磁石端部付近のポケットに金属シム72bを配置する必要がある(図6参照)。その結果、結果的に磁石端部付近のポケットに金属シム72bの数が多い、「F0シフトの発生を抑制できる金属シム配置」となる。 For terms of harmonics to correct the uniformity of the static magnetic field has a A 2 0 _bare> 0, that is, in order to shift to 14 (C) Fig. 14 (B) is close to the magnet ends A metal shim 72b needs to be placed in the pocket of the metal shim 72b (see FIG. 6). As a result, the number of metal shims 72b is large in the pocket near the end of the magnet, resulting in a "metal shim arrangement capable of suppressing the occurrence of F0 shift".

MRI装置1の第2変形例によると、ハーモニクスの項がA _bare<0となる、あるいはA _bareが正であってあまり大きくない静磁場磁石10に対し、静磁場の均一性を維持しつつ、F0シフトを抑制できる。 According to a second modification of the MRI apparatus 1, term of harmonics is A 2 0 _bare <0, or to the static magnetic field magnet 10 A 2 0 _bare is not so large a positive, the uniformity of the static magnetic field The F0 shift can be suppressed while maintaining the F0 shift.

以上述べた少なくともひとつの実施形態のMRI装置及び静磁場補正方法によれば、静磁場の均一性を維持しつつ、F0シフトを抑制できる。 According to the MRI apparatus and the static magnetic field correction method of at least one embodiment described above, the F0 shift can be suppressed while maintaining the uniformity of the static magnetic field.

仮に、金属シム72bによるパッシブシミングを行わずに、シムコイルユニット11によるアクティブシミングのみで静磁場の均一性を調整できれば、金属シム72bの温度上昇の影響を受けずに済む。しかし、一般的に磁石は、磁気シールドの影響を含め、複雑な静磁場の不均一性を有しており、高次の静磁場の不均一性を調整するためには高次の磁場を補正できるシムコイルが必要となる。シムコイルは傾斜磁場コイルユニット12内部に配置されることが多いため、高次まで磁場補正できるシムコイルを組み込むと、ボアが狭くなる。また、シムコイルのチャンネル数が増えると、シムコイルに電力を供給する電源が大型化し、消費電力も増えてしまう。したがって、アクティブシミングだけで静磁場の均一性を補正するのではなく、パッシブシミングとアクティブシミングとを併用した方が、ボアの広さの確保と、省電力化の観点で優れている。 If the uniformity of the static magnetic field can be adjusted only by the active shim by the shim coil unit 11 without performing the passive shim by the metal shim 72b, it is not affected by the temperature rise of the metal shim 72b. However, magnets generally have complex static magnetic field inhomogeneities, including the effects of magnetic shields, and correct higher-order magnetic field inhomogeneities to adjust for higher-order static magnetic field inhomogeneities. You need a shim coil that can be used. Since the shim coil is often arranged inside the gradient magnetic field coil unit 12, the bore becomes narrower when a shim coil capable of magnetic field correction up to a higher order is incorporated. Further, as the number of channels of the shim coil increases, the power supply for supplying power to the shim coil becomes large and the power consumption also increases. Therefore, it is better to use passive shimming and active shimming together instead of correcting the uniformity of the static magnetic field only by active shimming from the viewpoint of ensuring the width of the bore and saving power.

以上、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。これら新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…磁気共鳴イメージング(MRI)装置
10…静磁場磁石
11…シムコイルユニット
11e…Zチャンネルのシムコイル
12…傾斜磁場コイルユニット(ASGC)
12a…メインコイル
12b…シムトレイユニット
12c…シールドコイル
13…WBコイル
72b…金属シム
1 ... Magnetic resonance imaging (MRI) device 10 ... Static magnetic field magnet 11 ... Sim coil unit 11e ... Z 2- channel shim coil 12 ... Diagonal magnetic field coil unit (ASGC)
12a ... Main coil 12b ... Shim tray unit 12c ... Shield coil 13 ... WB coil 72b ... Metal shim

Claims (7)

静磁場を生成する静磁場磁石と、
前記静磁場中の各位置に所定の個数が配置される金属シムと、
電力の供給によって磁場を発生させ、前記静磁場の均一性をアクティブシミングによって補正するコイルと、を備え、
前記金属シムの配置は、
前記静磁場の均一性よりも温度変化に対する中心周波数シフトの抑制を優先した条件で決定されるものであり、
前記金属シムの配置によるパッシブシミングにおいて磁場の均一性が所定の基準を満たさないことを許容しつつ、前記パッシブシミングと前記アクティブシミングとを組み合わせた補正により、前記磁場の均一性が前記所定の基準を満たし、かつ、前記中心周波数シフトを抑制するように、前記金属シムが追加された配置であり、
前記コイルは、所定の均一度の静磁場となるように、前記金属シムの配置により形成される静磁場を補正する、
磁気共鳴イメージング装置。
A static magnetic field magnet that generates a static magnetic field and
A predetermined number of metal shims are arranged at each position in the static magnetic field, and
A coil that generates a magnetic field by supplying electric power and corrects the uniformity of the static magnetic field by active shimming is provided.
The arrangement of the metal shims is
Than said uniformity of the static magnetic field is shall be determined by the condition giving priority to suppression of the center frequency shift relative to temperature change,
By correcting the combination of the passive shimming and the active shimming while allowing the magnetic field uniformity to not meet the predetermined criteria in the passive shimming due to the arrangement of the metal shims, the magnetic field uniformity is made the predetermined reference. The metal shim is added so as to satisfy the above and suppress the center frequency shift.
The coil corrects the static magnetic field formed by the arrangement of the metal shims so that the static magnetic field has a predetermined uniformity.
Magnetic resonance imaging device.
前記金属シムは、前記パッシブシミングにより前記磁場の均一性が前記所定の基準を満たす場合の前記金属シムの配置に対し、前記静磁場の中心位置から遠い位置に多く配置される、
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The metal shims, homogeneity of the magnetic field by the passive shimming is to placement of the metal shim when satisfying the predetermined criterion, is arranged more distant position from the center of the static magnetic field,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
前記金属シムの配置は、前記磁場の均一性が前記所定の基準を満たすか否かによらず、前記中心周波数シフトが所定の範囲内に収まるように決定される、
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
Placement of the metal shim, the uniformity of the magnetic field regardless of whether they meet the predetermined criteria, the center frequency shift is determined so as to fall within a predetermined range,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
前記金属シムの配置は、前記パッシブシミングにより前記磁場の均一性が前記所定の基準を満たす場合の前記金属シムの配置に対し、前記静磁場の中心位置から遠い位置に前記金属シムが追加された配置である、
請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
In the arrangement of the metal shims, the metal shims are added at a position far from the center position of the static magnetic field with respect to the arrangement of the metal shims when the uniformity of the magnetic field satisfies the predetermined criteria by the passive shiming. Arrangement,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 3.
前記金属シムが配置される前記各位置によって前記中心周波数シフトに関する影響度が異なり、
前記金属シムの配置は、前記影響度が負を示す位置に、前記金属シムが追加された配置である、
請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The degree of influence on the center frequency shift differs depending on the position where the metal shim is arranged.
The arrangement of the metal shims is an arrangement in which the metal shims are added at positions where the degree of influence is negative.
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 4.
静磁場を生成する静磁場磁石と、
前記静磁場中の各位置に所定の個数が配置される金属シムと、
電力の供給によって磁場を発生させ、前記静磁場の均一性をアクティブシミングによって補正するコイルと、を備え、
前記金属シムの配置は、前記静磁場の均一性よりも温度変化に対する中心周波数シフトの抑制を優先した条件で決定され、
前記金属シムが配置される前記各位置によって前記中心周波数シフトに関する影響度が異なり、
前記金属シムの配置によるパッシブシミングの前の前記アクティブシミングにおいて、前記パッシブシミングにおいて前記影響度が負を示す位置に前記金属シムが多く配置されるように、前記静磁場の特性を変換する、
前記コイルは、所定の均一度の静磁場となるように、前記金属シムの配置により形成される静磁場を補正する、
気共鳴イメージング装置。
A static magnetic field magnet that generates a static magnetic field and
A predetermined number of metal shims are arranged at each position in the static magnetic field, and
A coil that generates a magnetic field by supplying electric power and corrects the uniformity of the static magnetic field by active shimming is provided.
The arrangement of the metal shims is determined under the condition that the suppression of the center frequency shift with respect to the temperature change is prioritized over the uniformity of the static magnetic field.
The degree of influence on the center frequency shift differs depending on the position where the metal shim is arranged.
In the active shiming before the passive shiming by the arrangement of the metal shims, the characteristics of the static magnetic field are changed so that many of the metal shims are arranged at positions where the degree of influence is negative in the passive shiming.
The coil corrects the static magnetic field formed by the arrangement of the metal shims so that the static magnetic field has a predetermined uniformity.
Magnetic resonance imaging apparatus.
静磁場磁石により生成された静磁場中の各位置に所定の個数の金属シムを配置し、静磁場をアクティブシミングによって補正するコイルが電力の供給を受けて磁場を発生させることで、磁場の均一性が所定の基準を満たすように静磁場を補正する静磁場補正方法であって、
前記金属シムの配置を、
前記静磁場の均一性よりも温度変化に対する中心周波数シフトの抑制を優先した条件で決定し、
前記金属シムの配置によるパッシブシミングにおいて磁場の均一性が所定の基準を満たさないことを許容しつつ、前記パッシブシミングと前記アクティブシミングとを組み合わせた補正により、前記磁場の均一性が前記所定の基準を満たし、かつ、前記中心周波数シフトを抑制するように、前記金属シムが追加された配置と決定し、
前記コイルにより、前記金属シムの配置により形成される静磁場が所定の均一度の静磁場となるように補正する、
静磁場補正方法。
A predetermined number of metal shims are placed at each position in the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet, and a coil that corrects the static magnetic field by active shimming receives power to generate a magnetic field, thereby making the magnetic field uniform. It is a static magnetic field correction method that corrects the static magnetic field so that the sex meets a predetermined standard.
The arrangement of the metal shims,
Determined under the condition that the suppression of the center frequency shift with respect to the temperature change is prioritized over the uniformity of the static magnetic field.
By correcting the combination of the passive shimming and the active shimming while allowing the magnetic field uniformity to not meet the predetermined criteria in the passive shimming due to the arrangement of the metal shims, the magnetic field uniformity is made the predetermined reference. And determined that the metal shims were added so as to suppress the center frequency shift.
The coil corrects the static magnetic field formed by the arrangement of the metal shims so that the static magnetic field has a predetermined uniformity.
Static magnetic field correction method.
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